用于放射疗法优化的方法、计算机程序产品和计算机系统技术方案

本发明专利技术通过限制优化步骤之间的MLC叶的移动来促进可递送放射疗法治疗计划的插值。

A method, computer program, and computer system for the optimization of radiation therapy

The invention promotes the interpolation of the delivery radiation therapy treatment plan by limiting the movement of the MLC leaves between the optimized steps.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于放射疗法优化的方法、计算机程序产品和计算机系统
本专利技术涉及放射疗法治疗计划的优化，特别是关于使用多叶准直器(MLC)的放射疗法技术。
技术介绍
放射疗法治疗涉及使患者承受某种类型的辐射，该辐射通常分布在递送到患者的若干射束上。放射疗法治疗计划包含若干射束特性，用于指定计划的每个射束被递送给患者时要使用的射束设置。射束特性依赖于治疗技术，并且例如包括机架角度、多叶准直器(MLC)的叶(leaf)位置、光栏(jaw)位置和以监控跳数(MU)表示的机器输出。针对例如VMAT、SMLC和DMLC的调强治疗技术以及适形弧，每个射束被分成若干控制点(controlpoint)或子野(segment)。针对每个控制点或子野，以MU(或子野权重)表示的机器输出、光栏位置和MLC叶位置与诸如机架和准直器角度的其他特性一起被指定。涉及使用MLC的其他技术包括3DCRT和静弧。治疗计划能够以本领域技术人员公知的许多不同方式来创建，包括前向规划和反向规划。在前向规划中，例如通过绘制MLC形状或者基于几何投影，手动地设定射束设置。在反向规划方法中，射束设置是治疗计划优化的结果，其旨在满足剂量分布的特定要求。可以对注量图(fluencemap)或机器参数执行反向规划。在注量图优化中，理想注量分布被优化成实现关于所用目标函数的最佳剂量分布。在优化之后，理想注量图被转换成可递送射束设置，包括光栏位置、MLC位置和每个控制点(或子野)的MU。与理想注量分布的剂量分布相比，转换步骤通常引起剂量分布变差。在直接的机器参数优化中，诸如MLC位置和每个控制点(或子野)的MU的射束设置被直接优化，并且产生的射束设置可递送。在此情况下，无需转换步骤。因此，对大多数治疗计数而言，直接的机器参数优化会大幅提高治疗计划的质量已得到证实。本专利技术主要涉及反向规划，但也能够被应用于任何进一步计划技术，诸如前向规划。在反向规划中，事先很难预知修正优化问题的效果如何。如果创建计划并且例如对危及器官的最大剂量过高，则可能最好尝试降低最大剂量水平或者增加针对该器官或结构定义的目标函数的权重，并且重启优化。根据产生的计划的剂量将超出期望地减少和/或对如肿瘤和一些其他危及器官的一些其他结构的剂量由于冲突目标而变得不可接受，这并不罕见。两个计划之间的插值使得实时导航成为可能，这样就能实现两个计划之间的最佳折中。计划生成技术的共同之处在于，根据所获得的射束设置来计算剂量分布并且对其进行评估，以确定剂量分布的质量。与计划生成技术无关，能够根据射束设置来计算注量分布曲线，并且将其存储为剂量计算中的中间步骤。能够使用任何规划技术，针对临床目标以不同的优先级来创建两个或多个替选的治疗计划。在某些情况下，以这种方式生成的计划都不令人十分满意。在这种情况下，在治疗计划之间插值将十分有益。治疗计划插值的目标是插值至少两个治疗计划的可递送射束参数，使得产生的剂量分布近似于计划的剂量分布的插值。这就能够以实时体验的方式考察冲突目标。通过控制插值权重，能够在所生成的计划的组合中进行导航，以找到冲突目标之间的最佳权衡。导航能够以许多不同的方式来进行，例如，使用文本框、滑块，或者推动DVH曲线，并且在更新权重时不断更新产生的剂量分布。有可用的系统，使得能够使用文本框或滑块来控制插值权重并且能够以实时体验方式显示结果。这样的系统可商购，例如，本申请人的RayStation系统中的多重判据优化功能。为使插值正常工作，重点是不同计划的治疗射束的插值至少大致生成作为不同计划的剂量分布之间的插值的剂量分布。由于注量(fluence)与剂量(dose)之间的线性关系，如果射束被表示为注量曲线，则放射疗法治疗计划之间的插值相当直接。在计划的注量之间插值，然后根据插值的注量计算剂量，这给出与直接插值计划的剂量分布的结果相同的剂量分布。然而，插值注量曲线需要第二步骤，其中将产生的插值注量曲线转换成可递送射束设置，并且重新计算最终剂量。该转换步骤耗费时间并且引起插值的理想剂量分布的偏差。因此，希望直接在可递送射束设置中插值，因为实际结果将立即可见并且不再需要转换步骤。然而，已证实，尝试在可递送计划之间进行插值十分困难，因为可递送射束设置的参数与注量并非线性关系。两个可递送计划的控制点之间的插值在大多数情况下不会产生两个剂量分布之间的插值。US2013/0304503公开一种优化方法，该方法允许基于剂量分布的小变化来局部优化可递送计划的一小部分。在这种情况下，初始计划与优化计划之间的插值往往会产生能够用于可递送计划插值的结果。该方法仅适用于每个优化步骤中的剂量变化足够小或者剂量变化的体积足够小的情况。在剂量分布之间具有显着差异的情况下还能够直接插值可递送计划，使得能够在重要的临床目标权衡之间导航，将十分有益。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是促进不同可递送计划之间的插值，而不限制剂量或剂量变化的体积。本专利技术涉及一种创建插值放射疗法治疗计划的方法，包括以下步骤：-提供第一可递送治疗计划，-提供第二可递送治疗计划，-所述第一治疗计划和所述第二治疗计划包括下述至少一个：o多叶准直器的数个叶的位置设置，o光栏的位置设置，-其中，应用以下约束中的至少一个：o所述第一治疗计划与所述第二治疗计划之间的叶的位置设置的最大差异，o所述第一治疗计划与所述第二治疗计划之间的光栏位置的最大差异，以及-基于所述第一治疗计划和所述第二治疗计划，创建插值治疗计划。根据本专利技术的方法能够在两个或更多个可递送计划之间插值。由于对计划之间控制点可能差异程度的约束，实际上消除了可递送计划之间插值时可能出现不利影响的风险。因此，本专利技术使得可递送计划之间的插值具有高质量结果。在可递送计划之间插值而非在基于理想注量的计划之间插值意味着无需将注量曲线转换成可递送计划。这种转换步骤会导致剂量分布变差并且需耗时来执行。根据本专利技术，在每次插值之后重新计算剂量，并且利用快速剂量计算，能够以实时体验方式执行插值，并且结果能立即可见，因为所得的计划已经是可递送计划。所计算的剂量分布将与插值计划的剂量分布之间的插值大致相同，因此能够在等待实际剂量计算完成时显示插值剂量分布。因此，根据本专利技术的方法避免在基于注量的治疗计划之间的插值之后需要转换步骤，由此节省时间并且提高治疗计划的质量。由于对在多个计划之间准直器叶位置和可选的光栏位置可能改变的程度进行限制，因此在优化期间不必为剂量变化设定限制。鉴于计划之间的叶位置约束得到满足，允许剂量分布尽可能按需改变，使得能够尽可能地改善两个计划的不同目标。根据第一实施例，分别使用第一优化问题和第二优化问题来同时优化所述第一治疗计划和所述第二治疗计划。还可提供三个或三个以上的可递送治疗计划，并且使用不同的优化问题来同时优化全部计划。在此情况下，全部治疗计划之间应当应用相同的约束。在这些计划中的任何两个之间或者多个计划之间同时插值，从而获得插值的可递送计划。根据第二替选实施例，基于第一可递送治疗计划创建第二可递送治疗计划。在该情况下，可通过基于所述第二可递送治疗计划创建第四可递送治疗计划等，创建计划的序列。在此情况下，所述约束应分别适用于所述第一治疗计划与所述第二治疗计划之间以及所述第二治疗计划与所述第四个治疗计划之间。这意味着，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种创建插值放射疗法治疗计划的方法，包括以下步骤：‑提供第一可递送治疗计划，‑提供第二可递送治疗计划，‑所述第一治疗计划和所述第二治疗计划包括下述至少一个：○多叶准直器的若干叶的位置设置，○光栏的位置设置，‑其中，所述第二治疗计划使用以下约束中的至少一个来获得：○所述第一治疗计划与所述第二治疗计划之间的叶的位置设置的最大差异，○所述第一治疗计划与所述第二治疗计划之间的光栏位置的最大差异，以及‑基于所述第一治疗计划和所述第二治疗计划，创建插值治疗计划。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.12 EP 15171833.51.一种创建插值放射疗法治疗计划的方法，包括以下步骤：-提供第一可递送治疗计划，-提供第二可递送治疗计划，-所述第一治疗计划和所述第二治疗计划包括下述至少一个：○多叶准直器的若干叶的位置设置，○光栏的位置设置，-其中，所述第二治疗计划使用以下约束中的至少一个来获得：○所述第一治疗计划与所述第二治疗计划之间的叶的位置设置的最大差异，○所述第一治疗计划与所述第二治疗计划之间的光栏位置的最大差异，以及-基于所述第一治疗计划和所述第二治疗计划，创建插值治疗计划。2.根据权利要求1所述的方法，其中，基于第一可递送治疗计划，创建第二可递送治疗计划。3.根据权利要求1所述的方法，其中，分别使用第一优化问题和第二优化问题，同时优化所述第一可递送治疗计划和所述第二可递送治疗计划。4.根据权利要求3所述的方法，包括步骤：-使用以下约束中的至少一个，提供至少第一可递送治疗计划、第二可递送治疗计划和第三可递送治疗计划：○所述第一治疗计划、所述第二治疗计划和所述第三治疗计划与任何另外治疗计划之间的叶位置的最大差异，○所述第一治疗计划、所述第二治疗计划和所述第三治疗计划与任何另外治疗计划之间的光栏位置的最大差异，-分别使用第一优化问题、第二优化问题和第三优化问题，同时优化所述第一治疗计划、所述第二治疗计划和所述第三治疗计划，以及-基于所述治疗计划中的至少两个，获得插值的治疗计划。5.根据权利要求2所述的方法，包括步骤：-使用第四优化问题并且应用以下约束中的至少一个，基于所述第一治疗计划，获得第四可递送治疗计划：○所述第一治疗...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢尔·埃里克松，
申请(专利权)人：光线搜索实验室公司，
类型：发明
国别省市：瑞典,SE