用优化来确定用于离子束疗法的不同尺寸的射束点的分布制造技术

根据第一方面，提出了一种用于对包括与离子束疗法一起使用的射束点的分布的治疗计划进行确定以用于在目标体积中提供射束点的方法。该方法包括以下步骤：选择要在治疗计划中使用的能量层；确定待使用的射束点数量；对于每个能量层，为待使用的每个射束点尺寸生成该能量层的一个副本，并在每个副本中提供具有用于该副本的射束点尺寸的射束点；通过如下方式对所有能量层的所有副本的射束点进行优化：反复改变至少所述射束点的子集的权重，并计算对性能量度的影响，其中通过组合多个评估标准来计算性能量度，所述多个评估标准包括与总治疗时间有关的第一标准以及与所需剂量分布有关的第二标准。

Optimization to determine the distribution of beam points of different sizes for ion beam therapy

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用优化来确定用于离子束疗法的不同尺寸的射束点的分布
本专利技术涉及与离子束疗法一起使用的不同尺寸的射束点的分布以用于在目标体积中提供射束点的方法、治疗计划系统、计算机程序和计算机程序产品。
技术介绍
在离子束疗法中，使离子(例如质子或更重的离子)的射束射向目标体积。目标体积可以例如代表癌症肿瘤。粒子穿透组织并传送一定剂量的能量以诱导细胞死亡。离子束疗法的优点是剂量分布中存在明显的峰，称为布拉格峰。布拉格峰是在某一定深度处发生的剂量传送的峰，在该峰之后，剂量传送迅速下降。可以将其与电子束疗法或X射线疗法进行比较，电子束疗法或X射线疗法的最大剂量总是发生在较浅的深度，而远端剂量的下降不能通过与离子疗法相同的急剧下降来控制。可以通过调节粒子的动能来控制布拉格峰在患者体内的深度。可以使用电磁体控制侧向位置以使聚焦的射束偏转。这允许在患者体内的经良好控制的位置处传送高度局部化的剂量。由动能和射束的侧向偏转的某种组合传送的剂量称为射束点。传送到射束点的粒子的数量通常称为射束点权重。通过在三维空间中的许多不同位置提供射束点，可以以所需的剂量分布覆盖目标体积。射束点的动能通常但不一定分布在许多离散的能量上。一组具有相同动能但侧向偏转不同的射束点通常称为能量层。此过程称为主动扫描离子束疗法，也称为笔形束扫描。在治疗计划系统中执行应如何传送射束点的计划。治疗计划系统确定要使用的能量层以及能量层中的射束点的分布和权重，但是治疗计划系统不传送离子束。这通过离子束系统完成，治疗计划系统以已知方式连接到该离子束系统。离子束系统决定了用于患者体内的给定设置和给定位置的射束点尺寸。对于特定的能量，射束点的尺寸通常是固定的，但是某些离子束系统确实允许在同一能量层中在侧向方向上控制射束点的尺寸。将获得用于能量层的特定射束点尺寸的机器设定称为射束点尺寸设定。确定与目标体积和周围健康组织有关的射束点的分布是一项复杂的任务。调整射束点尺寸的可能性使此任务更加复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的是当可以调节射束点的尺寸时，改进射束点在目标体积内和目标体积周围的分布。根据第一方面，提出了一种用于对包括与离子束疗法一起使用的不同尺寸的射束点的分布的治疗计划进行确定以用于在目标体积中提供射束点的方法，其中，每个射束点代表特定侧向位置处的具有特定能量和特定射束点尺寸的离子的集合。该方法在治疗计划系统中执行并且包括以下步骤：选择要在治疗计划中使用的能量层；确定待使用的射束点尺寸的数量，所述数量大于一；对于每个能量层，为待使用的每个射束点尺寸生成该能量层的一个副本，并为每个副本提供具有用于该副本的射束点尺寸的射束点；通过如下方式对所有能量层的所有副本的射束点进行优化：反复改变至少所述射束点的子集的与传送到该射束点的离子的数量有关的权重，并计算对性能量度的影响，直到权重的变化不能将性能量度提高到超过阈值量为止；其中通过组合多个评估标准来计算性能量度，其中所述多个评估标准包括：当减少总治疗时间时提高性能量度的第一标准、以及在治疗体积中达到所需剂量分布时提高性能量度的第二标准。优化步骤可以包括：执行射束点过滤以去除权重低于阈值的射束点。该方法可以在对射束点进行优化的步骤之后进一步包括以下步骤：寻找单个能量层的任意多射束点尺寸区域，该多射束点尺寸区域被能量层的各个副本的不同尺寸的射束点覆盖；在每个多射束点尺寸区域中确定要保留哪种单一射束点尺寸，并去除在所述多射束点尺寸区域中的其他射束点尺寸的射束点；以及返回到对射束点进行优化的步骤。该方法可以在确定要保留哪种射束点尺寸的步骤之后进一步包括以下步骤：在每个多射束点尺寸区域中，当要保留的射束点尺寸不是所述多射束点尺寸区域中的最大射束点尺寸时，添加要保留的射束点尺寸的射束点，以提高覆盖率。确定要保留哪种射束点尺寸的步骤可以包括：根据用户参数进行确定以保留确定一射束点尺寸。当减小目标体积之外的半影时，第二标准可以提高性能量度。根据第二方面，提出一种用于对包括与离子束疗法一起使用的不同尺寸的射束点的分布的治疗计划进行确定以用于在目标体积中提供射束点的治疗计划系统，其中，每个射束点表示在特定的侧向位置处的具有特定能量等级和特定射束点尺寸的离子的集合。该治疗计划系统包括：处理器；以及存储指令的存储器，所述指令在由处理器执行时使治疗计划系统：选择要在治疗计划中使用的能量层；确定待使用的射束点尺寸的数量，所述数量大于一；以及对于每个能量层，为待使用的每个射束点尺寸生成该能量层的一个副本，并且为每个副本提供具有用于该副本的射束点尺寸的射束点；以及通过如下方式对所有能量层的所有副本的射束点进行优化：反复改变所述射束点的至少一个子集的与传送到所述射束点的离子的数量有关的权重，并且计算对性能量度的影响，直到所述权重的变化不能使所述性能量度提高到超过阈值量为止；其中，通过组合多个评估标准来计算所述性能量度，其中所述多个评估标准包括：当减少总治疗时间时提高所述性能量度的第一标准、以及当在所述治疗体积中实现所需剂量分布时提高所述性能量度的第二标准。该治疗计划系统还可以包括指令，该指令在由处理器执行时使治疗计划系统：寻找单个能量层的任意多射束点尺寸区域，该多射束点尺寸区域被能量层的各个副本的不同尺寸的射束点覆盖；在每个多射束点尺寸区域中确定要保留哪种单一射束点尺寸，并去除在所述多射束点尺寸区域中的其他射束点尺寸的射束点；然后返回到对射束点进行优化的指令。治疗计划系统还可包括当由处理器执行时使处理计划系统进行以下操作的指令：在每个多射束点尺寸区域中，当要保留的射束点尺寸不是所述多射束点尺寸区域中最大的射束点尺寸时，添加要保留的射束点尺寸的射束点，以提高覆盖率。确定要保留哪种射束点尺寸的指令可以包括：在由处理器执行时使治疗计划系统根据用户参数进行确定以保留一射束点尺寸的指令。当减小目标体积之外的半影时，第二标准可以提高性能量度。根据第三方面，提出了一种用于对包括与离子束疗法一起使用的不同尺寸的射束点的分布的治疗计划进行确定以用于在目标体积中提供射束点的治疗计划系统，其中每个射束点代表在特定侧向位置处的具有特定能量等级和特定射束点尺寸的离子的集合。该治疗计划系统包括：用于选择要在治疗计划中使用的能量层的装置；用于确定待使用的射束点尺寸的数量的装置，所述数量大于一；对于每个能量层，为待使用的每个射束点尺寸生成该能量层的一个副本、并为每个副本提供具有用于该副本的射束点尺寸的射束点的装置；以及用于通过如下方式对所有能量层的所有副本的射束点进行优化的装置：通过反复改变至少所述射束点的子集的与传送到所述射束点的离子的数量有关的权重，并计算对性能量度的影响，直到所述权重的变化不能将所述性能量度提高到超过阈值量为止；其中，通过组合多个评估标准来计算所述性能量度，其中，所述多个评估标准包括：当减少总治疗时间时提高所述性能量度的第一标准、以及当在所述治疗体积中实现所需剂量分布时提高所述性能量度的第二标准。根据第四方面，提出了一种用于对包括与离子束疗法一起使用的射束点的分布的治疗计本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于对包括与离子束疗法一起使用的不同尺寸的射束点的分布的治疗计划进行确定以用于在目标体积(3)中提供所述射束点的方法，其中，每个射束点代表在特定的侧向位置处的具有特定能量和特定射束点尺寸的离子的集合，所述方法在治疗计划系统(1)中执行并且包括以下步骤：/n选择(40)要在所述治疗计划中使用的能量层；/n确定(42)待使用的射束点尺寸的数量，所述数量大于一；/n对于每个能量层，为待使用的每个射束点尺寸生成(44)该能量层的一个副本，并为每个副本提供具有用于该副本的射束点尺寸的射束点；以及/n通过如下方式来对所有能量层的所有副本的射束点进行优化：反复改变至少所述射束点的子集的与传送到所述射束点的离子的数量有关的权重，并且计算对性能量度的影响，直到所述权重的变化无法使所述性能量度提高到超过阈值量为止；其中，所述性能量度是通过组合多个评估标准来计算的，其中，所述多个评估标准包括：当减少总治疗时间时提高所述性能量度的第一标准、以及当在所述治疗体积中实现所需剂量分布时提高所述性能量度的第二标准。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170628 EP 17178291.51.一种用于对包括与离子束疗法一起使用的不同尺寸的射束点的分布的治疗计划进行确定以用于在目标体积(3)中提供所述射束点的方法，其中，每个射束点代表在特定的侧向位置处的具有特定能量和特定射束点尺寸的离子的集合，所述方法在治疗计划系统(1)中执行并且包括以下步骤：
选择(40)要在所述治疗计划中使用的能量层；
确定(42)待使用的射束点尺寸的数量，所述数量大于一；
对于每个能量层，为待使用的每个射束点尺寸生成(44)该能量层的一个副本，并为每个副本提供具有用于该副本的射束点尺寸的射束点；以及
通过如下方式来对所有能量层的所有副本的射束点进行优化：反复改变至少所述射束点的子集的与传送到所述射束点的离子的数量有关的权重，并且计算对性能量度的影响，直到所述权重的变化无法使所述性能量度提高到超过阈值量为止；其中，所述性能量度是通过组合多个评估标准来计算的，其中，所述多个评估标准包括：当减少总治疗时间时提高所述性能量度的第一标准、以及当在所述治疗体积中实现所需剂量分布时提高所述性能量度的第二标准。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述优化的步骤包括：执行射束点过滤以去除权重低于阈值的射束点。


3.根据权利要求1或2所述的方法，在对所述射束点进行优化的步骤之后，还包括以下步骤：
寻找(48)单个能量层的任意多射束点尺寸区域，所述多射束点尺寸区域被该能量层的各个副本的不同尺寸的射束点覆盖；
在每个多射束点尺寸区域中，确定(50)要保留哪种单一射束点尺寸，并去除在所述多射束点尺寸区域中的其他射束点尺寸的射束点；以及，
返回到对射束点进行优化(46)的步骤。


4.根据权利要求3所述的方法，在确定(50)要保留哪种射束点尺寸的步骤之后，还包括以下步骤：
在每个多射束点尺寸区域中，当要保留的射束点尺寸不是该多射束点尺寸区域中的最大射束点尺寸时，添加(52)要保留的射束点尺寸的射束点，以提高覆盖率。


5.根据权利要求3或4所述的方法，其中，确定(50)要保留哪种射束点尺寸的步骤包括：根据用户参数来进行确定以保留一射束点尺寸。


6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，当减小所述目标体积(3)外部的半影时，所述第二标准提高所述性能量度。


7.一种用于对包括与离子束疗法一起使用的不同尺寸的射束点的分布的治疗计划进行确定以用于在目标体积(3)中提供所述射束点的治疗计划系统(1)，其中，每个射束点表示在特定的侧向位置处的具有特定能量等级和特定射束点尺寸的离子的集合，所述治疗计划系统(1)包括：
处理器(60)；以及
存储器(64)，所述存储器对指令(67)进行存储，所述指令在由所述处理器执行时使所述治疗计划系统(1)：
选择要在所述治疗计划中待使用的能量层；
确定待使用的射束点尺寸的数量，所述数量大于一；
对于每个能量层，为待使用的每个射束点尺寸生成该能量层的一个副本，并为每个副本提供具有用于该副本的射束点尺寸的射束点；以及
通过如下方式来对所有能量层的所有副本的射束点进行优化：反复改变至少所述射束点的子集的与传送到所述射束点的离子数量有关的权重，并且计算对性能量度的影响，直到所述权重的变化无法使所述性能量度提高到超过阈值量为止；其中，所述性能量度是通过组合多个评估标准来计算的，其中，所述多个评估标准包括：当减少总治疗时间时提高所述性能量度的第一标准、以及当在所述治疗体积中实现所需剂量分布时提高所述性能量度的第二标准。


8....

【专利技术属性】
技术研发人员：埃里克·恩瓦尔，拉尔斯·格拉米利厄斯，马丁·扬松，
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