使用无碰撞区域的放射治疗规划和递送制造技术

预先确定一个或多个类别解决方案的无碰撞区域(610、620和630)。每个类别解决方案限定了允许的场几何结构变化的限度。规划中的无碰撞区域可以定义为相对于固定装置的一组允许的等中心点位置。用户可以查看所述无碰撞区域，以对场几何结构和等中心点位置的折衷作出规划。递送中的无碰撞区域可以定义为一组允许的治疗床支撑坐标。可参照递送中的所述无碰撞区域检查放射治疗计划中的治疗场，以确定它们是否会带来任何碰撞风险。

Radiotherapy planning and delivery using collision free areas

Pre define collision free areas (610, 620, and 630) for one or more class solutions. Each class of solutions limits the allowable field geometry changes. The collision free zone in the planning can be defined as a set of allowed equal center point positions relative to the fixture. You can view the collision free area to plan for a compromise between the field geometry and the isocenter location. The collision free area in the delivery can be defined as a set of allowable table support coordinates. The treatment fields in the radiotherapy plan can be examined with reference to the collision free areas in the delivery to determine whether they pose any collision risk.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用无碰撞区域的放射治疗规划和递送相关申请的交叉引用本PCT申请要求2017年2月24日提交的标题为“USEOFCOLLISIONFREEREGIONTOPLANANDDELIVERYRADIATIONTHERAPYTREATMENT”的美国非临时专利申请号15/441,898的权益和优先权，该专利申请的全部内容以引用方式并入本文以用于所有目的。
本公开整体涉及使用外线束放射治疗系统的放射疗法的治疗规划，并且更具体地，涉及在放射治疗计划的规划和递送中管理碰撞风险。
技术介绍
现代放射疗法技术包括通常通过外部放射治疗系统(例如配备有多叶准直器(“MLC”)的线性加速器)使用强度调制放射疗法(“IMRT”)。一般多叶准直器，尤其是IMRT场的使用，可使放射科医生在改变放射线束的形状和剂量的同时从入射到靶标的给定方向对患者进行治疗，从而大大提高了向治疗区内的靶标递送放射的能力，同时避免过度辐照附近的健康组织。然而，IMRT和其他复杂放射疗法技术，例如，体积调制电弧疗法(VMAT)(在该疗法中系统机架在递送放射的同时移动)，以及三维适形放射疗法(“3D适形”或“3DCRT”))赋予放射科医生的较大自由度使制定治疗计划的任务变得更加困难。如本文所用的术语放射疗法应被广义地理解，并且旨在包括用于辐照患者的各种技术，包括使用光子(例如高能x射线和γ射线)和粒子(例如电子束和质子束)。尽管现代线性加速器使用MLC，但向靶区提供适形放射的其他方法是已知的并且在本专利技术的范围内。已经开发了几种技术来创建IMRT或适形放射疗法的放射治疗计划。一般来讲，这些技术旨在解决“反”问题，即确定角度、放射剂量和MLC叶片运动的最佳组合，以将期望的总放射剂量递送到靶标或可能的多个靶标，同时将对健康组织的辐照减到最少。对于制定电弧疗法计划，这种反问题甚至更加复杂，在电弧疗法计划中，机架在辐照靶区的同时运动。迄今为止，放射肿瘤学家或其他医疗专业人员诸如医学物理师和剂量师已使用各种算法来制定和优化放射治疗计划。当使用外线束放射治疗系统执行放射治疗计划时，某些场几何结构可能会导致机器与机器或机器与患者的碰撞。在此类情况下，可能需要阻止治疗计划的自动执行，否则可能会发生事故。因此，可能期望在规划和递送放射治疗时评估碰撞可能性，以确保放射治疗计划的安全性和可用性。
技术实现思路
根据本专利技术的一些实施方案，提供了用于在放射治疗计划的规划和递送中管理碰撞风险的系统、方法和设备。可预先确定一个或多个类别解决方案的无碰撞区域。每个类别解决方案都已限定允许的场几何结构变化的限度，例如允许的机架角度范围和允许的治疗床参数范围。根据一些实施方案，规划中的无碰撞区域可以定义为相对于固定装置的一组允许的等中心点位置。用户可以查看所述无碰撞区域，以对场几何结构和等中心点位置的折衷作出规划。递送中的无碰撞区域可以定义为一组允许的治疗床支撑坐标。可参照递送中的所述无碰撞区域检查放射治疗计划中的治疗场，以确定它们是否会带来任何碰撞风险。根据一些实施方案，在规划中使用的模型和在递送中使用的模型可以彼此独立。可以将在规划中使用的模型和在递送中使用的模型设计为协同工作，以便规划中的每个模型在递送中都有一个对应的模型。如果一个计划根据规划中的模型是有效的，则它对于递送中的对应模型也可能同样有效。其他实施方案涉及与本文所述方法相关联的系统和计算机可读介质。参考以下详细描述和附图，可以更好地理解本专利技术实施方案的性质和优点。附图说明图1是放射治疗系统的示意性透视图。图2是放射治疗系统的示意性侧视图。图3示意性地示出了放射治疗系统中的光子准直系统。图4示出了示例性多叶准直器(MLC)平面。图5示出了图1和图2的外线束放射治疗系统的框图。图6示出了根据本专利技术实施方案的示例性用户界面，该用户界面显示了用于规划放射治疗的一些示例性无碰撞区域。图7示出了根据本专利技术实施方案的一些示例性的无碰撞区域以及从患者的脚部观察的患者图像。图8示出了根据本专利技术实施方案的一些示例性治疗场。图9A示出了示例性用户界面，其中一些无碰撞区域叠加在从患者的脚部观察的患者的三维图像上。图9B示出了叠加在如图9A所示的患者三维图像上的无碰撞区域的透视图。图10示出了可以参考无碰撞区域的模型固定装置。图11A示出了从患者右侧观察的患者图像。治疗床支撑装置包括在影像中。模型固定装置叠加在患者的图像上。图11B示出了从患者前方观察的叠加在模型固定装置上的患者图像。图12示出了根据本专利技术实施方案的包括统计患者模型的尺寸值的表格。图13A示出了根据本专利技术实施方案的示例性用户界面，其中用户可被允许从一组预先确定的治疗场中选择一个或多个治疗场。图13B示出了根据本专利技术实施方案的用户界面，其中示出了一些示例性无碰撞区域和模型固定装置以及患者的图像。图14示出了简化的流程图，该流程图示出根据本专利技术实施方案的确定使用外线束放射治疗系统向患者递送放射的放射治疗计划的方法。图15示出了简化的流程图，该流程图示出根据本专利技术另一个实施方案的确定使用外线束放射治疗系统向患者递送放射的放射治疗计划的方法。图16示出了根据本专利技术实施方案的用于在递送期间使用无碰撞区域的示例性用户界面。图17示出了简化的流程图，该流程图示出根据本专利技术实施方案的使用外线束放射治疗系统向患者递送放射的方法。图18示出了可与根据本专利技术实施方案的系统和方法一起使用的示例性计算机系统的框图。术语“放射”是指用于治疗组织例如肿瘤的任何粒子(例如，光子、电子、质子等)。放射的实例包括高能x射线、γ射线、电子束和质子束。不同的粒子可以对应于不同类型的放射治疗。“治疗区”是指将要经受放射的整个区，并且有时被称为“辐照区”。“靶结构”、“靶区”和“计划靶区”(PTV)是指旨在接受治疗规定剂量的组织。“放射治疗计划”可包括剂量分布、用于实现针对给定患者的剂量分布的机器参数以及关于给定患者的信息。剂量分布提供了关于放射剂量随患者治疗区域内空间位置变化的信息。“剂量分布”可以采取许多形式，例如剂量体积直方图(DVH)或剂量矩阵。DVH可以图形2D格式汇总三维(3D)剂量分布，例如其中横轴是靶结构(例如，肿瘤)所吸收的剂量(例如，以灰度-Gy为单位)，并且纵轴是体积百分比。在差分型DVH中，特定剂量下的条柱高度指示接受特定剂量的靶结构的体积。在累积型DVH中，特定剂量下的条柱高度代表接受大于或等于该剂量的结构的体积。累积型DVH一般是一条曲线(例如，当使用小方柱(bin)尺寸时)，而差分型DVH一般是不相交的条形图。DVH的一个缺点是它不提供空间信息；即，DVH不会显示在结构内的何处接受剂量。剂量矩阵可以提供人体各部分所接受的剂量。“场几何结构”描述了放射场、患者和支撑装置之间的关系。场几何结构可以分组到“类别解决方案”中。每个类别解决方案包含允许的场几何结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种确定用于使用外线束放射治疗系统向患者递送放射的放射治疗计划的方法，所述方法包括：/n通过计算机系统接收一个或多个类别解决方案，其中每个类别解决方案包括针对所述外线束放射治疗系统的一个或多个治疗轴的场几何结构限度以及对应的无碰撞区域，并且其中所述无碰撞区域包括基于递送机器模型和患者模型而确定的允许的初始等中心点位置的三维空间；/n通过所述计算机系统接收所述患者的三维图像；/n将所述患者的所述三维图像与所述一个或多个类别解决方案的所述无碰撞区域对齐；/n经由用户界面接收期望的初始等中心点位置；/n通过所述计算机系统确定所述期望的初始等中心点位置在所述一个或多个类别解决方案的至少一个无碰撞区域内；/n通过所述计算机系统识别在与所述至少一个无碰撞区域相对应的类别解决方案的所述场几何结构限度内的一个或多个治疗场；以及/n通过所述计算机系统来使用所识别的所述一个或多个治疗场确定所述放射治疗计划。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170224 US 15/441,8981.一种确定用于使用外线束放射治疗系统向患者递送放射的放射治疗计划的方法，所述方法包括：
通过计算机系统接收一个或多个类别解决方案，其中每个类别解决方案包括针对所述外线束放射治疗系统的一个或多个治疗轴的场几何结构限度以及对应的无碰撞区域，并且其中所述无碰撞区域包括基于递送机器模型和患者模型而确定的允许的初始等中心点位置的三维空间；
通过所述计算机系统接收所述患者的三维图像；
将所述患者的所述三维图像与所述一个或多个类别解决方案的所述无碰撞区域对齐；
经由用户界面接收期望的初始等中心点位置；
通过所述计算机系统确定所述期望的初始等中心点位置在所述一个或多个类别解决方案的至少一个无碰撞区域内；
通过所述计算机系统识别在与所述至少一个无碰撞区域相对应的类别解决方案的所述场几何结构限度内的一个或多个治疗场；以及
通过所述计算机系统来使用所识别的所述一个或多个治疗场确定所述放射治疗计划。


2.如权利要求1所述的方法，还包括在所述计算机系统的所述用户界面上显示所述一个或多个类别解决方案的所述无碰撞区域和所述患者的所述三维图像。


3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述患者的所述三维图像包括所述患者的治疗区域内的一个或多个靶区的图像。


4.如权利要求1、2或3所述的方法，其中所述期望的等中心点位置由用户使用所述用户界面的输入装置来输入。


5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述期望的初始等中心点位置基于所述一个或多个靶区的质心或者基于包含所述一个或多个靶区的最小框的几何中心点被计算。


6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中：
每个类别解决方案均包括一个或多个预先确定的治疗场；
确定所述期望的等中心点位置在至少一个无碰撞区域内包括确定所述期望的等中心点位置在对应于多个类别解决方案的多个无碰撞区域内；并且
识别一个或多个治疗场包括在所述多个类别解决方案中选择包括大多数预先确定的治疗场的类别解决方案，其中所识别的所述一个或多个治疗场包括所选择的类别解决方案的所述预先确定的治疗场。


7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中：
所述无碰撞区域相对于模型固定装置被限定；
所述患者的所述三维图像在所述患者被固定到固定装置上时被获取，所述三维图像包括所述固定装置的图像；以及
在显示所述无碰撞区域和所述患者的所述三维图像时，所述模型固定装置被与所述固定装置的所述图像对齐。


8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述患者模型包括统计患者模型。


9.如权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述放射治疗计划包括基于所识别的所述一个或多个治疗场的控制点序列和多叶准直器MLC叶片序列，并且所述方法还包括：
将所述放射治疗计划传送到所述外线束放射治疗系统的控制电路，以使所述外线束放射治疗系统根据所述放射治疗计划的所述控制点序列和所述多叶准直器MLC叶片序列向所述患者递送所述放射。


10.一种确定用于使用外线束放射治疗系统向患者递送放射的放射治疗计划的方法，所述方法包括：
通过计算机系统接收一个或多个类别解决方案，其中每个类别解决方案包括针对所述外线束放射治疗系统的一个或多个治疗轴的场几何结构限度以及对应的无碰撞区域，并且其中所述无碰撞区域包括基于递送机器模型和患者模型而确定的允许的初始等中心点位置的三维空间；
通过所述计算机系统接收所述患者的三维图像；
将所述患者的所述三维图像与所述一个或多个类别解决方案的所述无碰撞区域对齐；
经由用户界面接收期望的初始等中心点位置；
在所述用户界面上，接收对所述一个或多个类别解决方案的一个或多个治疗场的用户选择；
确定所述期望的初始等中心点位置在所述无碰撞区域中的至少一个无碰撞区域内；
识别在与所述无碰撞区域中的所述至少一个无碰撞区域相对应的类别解决方案的场几何结构限度内的用户选择的所述一个或多个治疗场的子集；以及
使用用户选择的所述一个或多个治疗场的所述子集确定所述放射治疗计划。


11.如权利要求10所述的方法，还包括在所述计算机系统的所述用户界面上显示所述一个或多个类别解决方案的所述无碰撞区域和所述患者的所述三维图像。


12.如权利要求10或11所述的方法，其中用户选择的所述一个或多个治疗场的所述子集包括用户选择的所述一个或多个治疗场中的全部治疗场。


13.如权利要求10、11或12所述的方法，其中识别所选择的所述一个或多个治疗场的所述子集包括：
对于用户选择的所述一个或多...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·诺德，J·派里，A·哈林顿，S·哈里斯，J·舒姆，R·菲利贝蒂，K·吉卡拉，S·斯皮尔森斯，R·迈耶，D·加瑟，
申请(专利权)人：瓦里安医疗系统国际股份公司，瓦里安医疗系统公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH