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

公开了一种优化放射疗法治疗计划的方法，所述方法包括下述步骤：a)获得可投送的输入治疗计划，b)使用目标函数和至少一个约束条件优化所述可投送的输入治疗计划，以获得优化的治疗计划，其中，i.目标函数涉及在最小化机器输出(MU)和/或最小化投送所述计划所需的时间和/或最大化子野面积和/或最小化MLC形状的粗糙度方面降低所述计划的复杂性；ii.为了确保质量维持，至少一个约束条件是基于输入计划的剂量分布，涉及维持可接受的剂量分布。

【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。
技术介绍
在优化放射疗法治疗计划时，必须将多种因素考虑在内。最重要的因素是建立剂量分布的目标，通常包括用于靶的最小剂量和用于邻近器官的最大剂量，以及直接机器参数优化(DMPO)中的机器约束条件。因此，在开发治疗计划时，通常为患者的各个不同部位设定这些最小和最大剂量，并确定尽可能接近地实现所述剂量目标的可投送的治疗计划。所述可投送的治疗计划为把所述计划投送到所述患者的设备规定了射束设定包括射束方向、机器输出和多叶准直器(MLC)的叶(leaf)位置。总机器输出用监控跳数(monitorunits，MU)表示，而每个射束或子野(segment)的机器输出可以表示为MU或分别表示为射束权重或子野权重。对剂量分布进行计算以验证所述计划的质量在临床目标之内。在多叶准直器系统中，这涉及设定多叶准直器(MLC)的开口。多叶准直器包含多个叶或叶对，其可以被单个设定以定义使辐射通过的开口。对于静态调强(SMLC)治疗来说，利用不同方向的若干射束把辐射投送到患者。对于每个射束，定义多个子野，这些子野合在一起形成来自特定方向的总剂量。每个子野限定了用于该子野的叶位置以及在该子野期间投送到患者的辐射的量。控制点描述了在射束投送期间发生改变的治疗机器的参数，并且包括以MU表示的机器输出，并且如果使用MLC的话，包括所述MLC叶位置。对于SMLC技术，每个子野由具有相同叶位置和钳口位置的一对控制点定义。第一个控制点定义了当射束启动时的累计辐射，第二个控制点定义了当射束停止时的累计辐射。射束停止和射束启动控制点之间的差异与恒定的叶位置和钳口位置一起，确定了在所述子野中投送的辐射的量及其形状。在其他技术例如动态调强(DMLC)或VMAT中，射束一直启动并且叶一直移动。对于这些技术来说，每个控制点根据监控跳数(MU)指示了当叶移动到下一位置时投送的辐射的量。应理解，当在本文件中使用术语控制点或子野中的任一者时，不应被当作指示特定技术。相反，它应该被解释为意味着取决于使用的技术，与控制点或子野相关的MLC开口和投送的能量的量的组合。改变叶位置耗费时间，所以期望减少子野的数目以节省时间。然而，减少子野的数目将降低调制剂量的可能性，而这是不期望的。同样地，期望在监控跳数方面最小化投送计划所需的辐射。监控跳数是投送所述剂量需要多少能量的度量。射束的投送时间取决于许多因素，诸如用于每个控制点的剂量率、每个控制点的MU、两个控制点之间的叶移动量。可能根据治疗计划的射束设置计算投送时间的评价。出于几个原因而期望缩短投送时间，诸如器官运动和患者不适。也期望降低子野的粗糙度。例如具有深入MLC开口内的单个叶的粗糙子野提高剂量计算时的不确定性。在射野中存在单个叶提高了在患者定位时或者射束建模时小误差对剂量分布的影响。为此，期望降低MLC开口的粗糙度。现有技术尝试实现这些目标，包括对这些参数，如最小子野面积、最大粗糙度、最大监控跳数(MU)或最大投送时间引入约束条件或者目标函数。这些方法要求在治疗计划优化之前，在不能已知这些约束条件或者目标函数将对剂量分布产生什么影响的点指定可接受参数值或权重。US8961382涉及通过产生较不复杂的子野降低初始计划的MU。通过将来自计划的注量图或者MLC开口用作第二步骤的初始数据，通过产生在转换为可投送计划后将产生较少子野的较平滑注量图而在基于注量的计划中实现所述目标。替选地，可在可投送计划中通过降低行进最大叶的叶运动而实现所述目标。如作者所述的，它们的两种技术都可包括在剂量分布方面的计划量。他们建议能够对输入计划和新计划两者计算剂量目标值，以确定剂量方面的计划量是否足够好。
技术实现思路
本专利技术的目标在于使得能够降低治疗计划的计划复杂性，而不损失计划质量。本专利技术涉及一种优化放射疗法治疗计划的方法，包括下列步骤：●获得可投送的输入治疗计划,●使用目标函数和至少一个约束条件优化可投送的输入治疗计划以获得优化的治疗计划，其中目标函数涉及在下列至少一项方面降低计划复杂性：-最小化机器输出，-最小化投送所述计划所需的时间,-最大化子野面积,-最小化MLC形状的粗糙度，●其中所述至少一个约束条件基于输入计划的剂量分布，并且涉及保持可接受的剂量分布。在本专利技术的背景下，降低计划复杂性涉及降低以监控跳数(MU)表示的总机器输出和/或降低计划的投送时间和/或提高MLC开口的面积(子野面积)和/或降低MLC开口的粗糙度和/或减少控制点/计划子野的数目。根据本专利技术，通过关于这些参数中的任何参数优化治疗计划，同时应用涉及剂量分布的一个或者更多约束条件而实现所述目标。本专利技术使得能够降低计划复杂性而不损失计划质量，意味着可在保持可接受剂量分布的同时降低计划复杂性。一种可接受的剂量分布是这样的剂量分布，其中诸如肿瘤的靶区域和健康组织或者危及器官的最大和最小剂量目标在特定公差内满足。存在可能导致特殊剂量分布的许多可能可投送计划，本专利技术利用这样的事实。这些可能的可投送计划将在机器输出(MU)、投送时间、子野大小、子野的粗糙度和数目方面，关于计划复杂性具有不同特征，并且优化使得可能识别并且选择一种可能的可投送计划，除了提供期望的剂量分布之外，从计划复杂性观点看也有利。在优选实施例中，本方法涉及最小化超过在输入计划中实现的、至至少一个危及器官或者健康组织的剂量。目标函数通常可涉及通过最小化一个或者更多下列项而降低满足计划所需的机器输出：●计划的机器输出，表示为监控跳数●一个或者更多射束的机器输出，表示为监控跳数或权重●射束内的一个或者更多控制点/子野的机器输出，表示为监控跳数或权重在其它实施例中，目标函数可涉及通过最小化一个或者更多下列项而减少计划的投送时间：●计划的总投送时间●一个或多个射束的投送时间●射束内的一个或多个控制点/子野的投送时间在又另一实施例中，目标函数涉及通过下列一种或者更多方式设置MLC叶：●最大化计划内的一个、一些或者全部控制点的子野面积●最小化计划内的一个、一些或者全部控制点的粗糙度根据上文，目标函数的标准可涉及机器输出、投送时间或者子野面积的形状或者大小。目标函数也可涉及两个或者更多这些参数的组合。根据前述权利要求任一项的方法，其中所述至少一个约束条件基于一个或者更多下列项：●把一个或多个靶DVH曲线整个或者部分的形状约束为输入计划中DVH曲线的相应形状；●把一个或者更多健康组织DVH曲线整个或者部分的形状约束为不超过输入计划中DVH曲线的相应形状；●根据输入计划约束靶DVH中的一个或者更多DVH点；●约束结构或者整个患者体内地一些或者全部体元内的剂量，使得保持靶体元内的剂量，并且与输入计划中的剂量相比，健康组织体元内的剂量不增大；●根据输入计划约束结构内剂量分布的一些统计度量，诸如剂量分布的均值剂量或者相对标准偏差；●约束生物学指标，诸如EUD、gEUD、TCP、NTCP、P+，使得与输入计划相比，相同生物学指标对于靶结构保持或者不减少，并且对于健康组织不增大；●约束均一性指数和/或均匀性指数，使得与输入计划相比，它们不增大。使用这些约束中的一个或更多约束以确保计划将不会改变成使得当再优化时靶接收的辐射太少或健康组织接受的辐射比可接受本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种优化放射疗法治疗计划的方法，所述方法包括下述步骤：a.获得可投送输入治疗计划，b.使用目标函数和至少一个约束条件优化所述可投送输入治疗计划以获得优化的治疗计划，其中所述目标函数涉及在下述至少一个方面降低计划复杂性：i.最小化机器输出，ii.最小化投送所述计划所需的时间，iii.最大化子野面积，iv.最小化MLC形状的粗糙度，c.其中所述至少一个约束条件基于所述输入计划的剂量分布并涉及维持可接受剂量分布。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.12 EP EP15171867.31.一种优化放射疗法治疗计划的方法，所述方法包括下述步骤：a.获得可投送输入治疗计划，b.使用目标函数和至少一个约束条件优化所述可投送输入治疗计划以获得优化的治疗计划，其中所述目标函数涉及在下述至少一个方面降低计划复杂性：i.最小化机器输出，ii.最小化投送所述计划所需的时间，iii.最大化子野面积，iv.最小化MLC形状的粗糙度，c.其中所述至少一个约束条件基于所述输入计划的剂量分布并涉及维持可接受剂量分布。2.根据权利要求1的方法，还包括最小化高于所述输入计划中实现的投送至至少一个危及器官或健康组织的剂量。3.根据权利要求1或2的方法，其中所述目标函数涉及通过最小化下述中一项或多项来降低完成所述计划所需的机器输出：a.所述计划的总机器输出，表示为监控跳数b.一个或多个射束的机器输出，表示为监控跳数或权重，c.所述射束内一个或多个控制点/子野的机器输出，表示为监控跳数或权重。4.根据前述权利要求任一项的方法，其中所述目标函数涉及通过最小化下述中一项或多项来减少所述计划的投送时间：a.所述计划的总投送时间b.一个或多个射束的投送时间c.射束内一个或多个控制点/子野的投送时间。5.根据前述权利要求任一项的方法，其中所述目标函数涉及通过下述中一项或多项设置MLC叶：a.最大化所述计划内的一个、一些或所有控制点的子野面积b.最小化所述计划内的一个、一些或所有控制点的粗糙度。6.根据前述权利要求任一项的方法，其中所述至少一个约束条件基于下述一者或多者：●把一个或多个靶DVH曲线的全部或部分的形状约束到所述输入计...

【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