对强度调制质子疗法执行照射时间优化的方法和装置制造方法及图纸

一种基于给定的剂量体积约束来确定用于质子放射疗法系统的结果治疗规划的计算机实现的方法，其中结果治疗规划针对治疗时间被优化，该方法包括：访问剂量体积约束和范围信息，其中范围信息指示与剂量体积约束的可接受的偏差。基于质子放射疗法系统，该方法还包括：访问包括多个机器参数的机器配置信息，多个机器参数限定质子放射疗法系统在照射患者时可达到的最大分辨率。进一步地，该方法包括：将多个机器参数迭代调整到降低最大分辨率的值，以及模拟多个候选治疗规划以生成多个治疗规划结果，其中每个治疗规划结果包括相应的治疗时间和相应的规划质量。最后，该方法包括：选择治疗时间最短的结果治疗规划。

A method and device for optimizing the irradiation time of intensity modulated proton therapy

【技术实现步骤摘要】
对强度调制质子疗法执行照射时间优化的方法和装置
本说明书总体上涉及放射疗法领域，并且更具体地涉及在执行放射疗法治疗规划时优化疗法系统的性能，同时维持可接受的规划质量。
技术介绍
放射疗法治疗规划制定通常采用医学成像，诸如X射线、计算机断层扫描(CT)、磁共振成像(MRI)等。通常，一系列二维患者图像(每个图像代表患者解剖结构的二维横截面“切片”)用于根据患者的解剖结构重构感兴趣体积(VOI)或感兴趣结构的三维表示。VOI通常包括一个或多个感兴趣器官，其通常包括规划靶体积(PTV)，诸如恶性生长或包括放射疗法所靶向的恶性组织的器官；处于放射疗法暴露的风险的恶性生长附近的相对健康的危及器官(OAR)；或患者解剖结构的较大部分，其包括一个或多个PTV与一个或多个OAR的组合。放射疗法治疗规划制定的目标通常旨在尽可能在处方剂量附近照射PTV，同时尽量减少照射附近OAR。所得放射疗法治疗规划在医疗进程期间用于选择性地将身体的精确区域(诸如恶性肿瘤)暴露于特定剂量的放射，以破坏不良组织。在制定患者特定放射疗法治疗规划时，通常从三维模型中提取信息，以确定一个或多个PTV以及一个或多个OAR的参数，诸如形状、体积、位置和方位。质子疗法是一种外部射束放射疗法，其特征在于使用质子射束照射患病组织。通常，放射疗法包括将高能质子、光子或电子放射(“疗法放射”)射束引导到靶体积(例如，肿瘤或病变)中。质子疗法相对于其他常规疗法(诸如X射线或中子放射疗法)的主要优势在于，质子放射可以受到深度的限制，因此可以避免暴露于意外放射，或其至少受到深度超出靶计算区域的非靶细胞的限制。质子治疗的主流实现方式使用处于不同能量水平的单能量笔形射束，在靶区域上这些单能量笔形射束的一个或多个深度层进行光斑扫描。通过叠加几个不同能量的质子射束，可以使用均匀的指定剂量扩展布拉格峰以覆盖靶体积。相对于其他类型的外部射束放射疗法，这使得质子放射施加能够更精确地定位放射剂量。在质子疗法治疗期间，诸如回旋加速器或同步加速器之类的粒子加速器用于从例如位于粒子加速器的中心的内部离子源生成质子射束。在最终通过射束线末端段的放射施加设备(通常通过放射喷嘴)施加到治疗房间中的靶体积之前，加速对射束中的质子(经由所生成的电场)，随后，“提取”加速后的质子射束，并且磁性引导通过一系列相互连接的管(称为射束线)，通常通过建筑物的多个腔室、房间、甚至楼层。由于放射疗法所靶向的体积(例如，器官或身体区域)通常位于皮肤表面下方和/或沿三个维度延伸，并且由于质子疗法(像所有放射疗法一样)可能对位于靶区域和射束发射器之间的受试者体内的介入组织有害，正确计算和施加正确剂量数量和位置对于避免将放射受试者体内的区域暴露在靶向以接收放射的特定区域之外至关重要。在用放射治疗患者之前，制定特定于该患者的治疗规划。该规划基于过去经验使用模拟和优化来定义疗法的各个方面。例如，对于强度调制放射疗法(IMRT)，该规划可以指定适当的射束类型和适当的射束能量。规划的其他部分可以指定例如射束相对于患者的角度、射束形状、推注和护罩的位置等。一般而言，治疗规划的目的是向靶体积递送足够的放射，同时使周围健康组织暴露于放射降至最低。在IMRT中，规划者的目标是要找到针对多个临床目标而言最佳的解决方案，在向一个目标的改进可能会对实现另一目标产生不利影响的意义上，这可能自相矛盾。例如，使肝脏不接受放射剂量的治疗规划可能会导致胃接受太多放射。这些权衡取舍会导致迭代过程，在该迭代过程中，规划者会创建不同的规划，以找到最适合实现所需结果的一个规划。更进一步地，治疗规划软件可以用于找到考虑所有临床目标和剂量测定准则的最佳规划。在质子疗法中，期望照射时间短。在对某些器官(尤其是肺部)的疗法期间，患者必须屏住呼吸以防止肿瘤移入或移出质子射束。因此，通常用屏气技术治疗肺癌或肝癌，以最大程度地减少移动靶的相互作用。因此，尽可能快地递送所需剂量会限制患者需要屏住呼吸的时间。常规市售治疗规划系统的缺点之一如下：虽然它们可以例如根据某些剂量体积约束(用于靶体积和危及器官)或根据规划稳健性(把分次间或分次内位置不精确性考虑在内)进行优化，但是通常，常规质子疗法系统通常在优化期间不会考虑射束施加的时间行为。也就是说，当前针对规划质量对治疗规划进行优化，例如，根据针对靶体积和危及器官的给定剂量体积约束对治疗规划进行优化。更具体地，用于质子疗法的常规治疗规划系统没有通过把对照射时间有显着影响的某些机器特定准则(与质子疗法递送系统特性有关)考虑在内来针对时间进行优化。换句话说，常规治疗规划系统无法针对递送系统机器特定限制进行优化，这会导致延长照射时间并且增加发生互锁的可能性。
技术实现思路
根据本专利技术的实施例提供了一种方法，该方法在治疗规划过程期间对强度调制质子疗法系统执行基于时间的优化，特别是通过把与递送质子疗法的机器的物理约束有关的某些射束特点和配置(或校准)准则考虑在内。换句话说，根据本专利技术的实施例创建了一种治疗规划，该治疗规划在同时递送临床可接受的规划质量(用于剂量分配)的同时，针对性能效率而进行优化(使用某些放射疗法射束和机器特定参数)。在一个实施例中，公开了一种基于给定的剂量体积约束来确定质子放射疗法系统的结果治疗规划的计算机实现的方法，其中结果治疗规划针对治疗时间被优化。该方法包括：访问剂量体积约束和范围信息，其中范围信息指示与剂量体积约束的可接受的偏差。基于质子放射疗法系统，该方法还包括：访问包括多个机器参数的机器配置信息，该多个机器参数限定质子放射疗法系统在照射患者时可达到的最大分辨率。进一步地，该方法包括：迭代调整多个机器参数以生成多个候选治疗规划，其中迭代调整包括：将多个机器参数调整到降低最大分辨率的值。随后，该方法包括：针对质子放射疗法系统模拟多个候选治疗规划以生成多个治疗规划结果，其中每个治疗规划结果包括相应的治疗时间和相应的规划质量。最后，该方法包括：从多个候选治疗规划中选择结果治疗规划，其中结果治疗规划产生治疗规划结果，该治疗规划结果包括多个治疗规划结果中的最短治疗时间和关于剂量体积约束的可接受的规划质量。实施例还包括一种计算机系统，其被实现为执行如上所述的方法。因此，根据本专利技术的实施例具体地改善了放射治疗规划的领域并且总体上改善了放射疗法的领域。在IMRT中，射束强度跨越患者的每个治疗区域(靶体积)变化。可以用许多较小的射束(例如，笔形射束或子束)来治疗患者，而不是用相对较大且均匀的射束治疗患者，每个射束可以具有自己的强度，并且可以从不同角度递送(其可以称为射束几何形状)来照射光斑。由于许多可能的射束几何形状、射束数目和射束强度范围，所以有效地存在无限数目的可能治疗规划，因此，始终并且高效生成和评估高质量的治疗规划已超出了人类的能力范围并且需要使用计算机系统，特别是考虑到与使用放射疗法治疗如癌症等疾病相关联的时间约束，以及特别考虑到在任何给定时间段期间正在接受或需要接受放射疗法的大量患者。更进一步地，执行多方向优化是在不牺牲规划质量的前提下，通过考虑复杂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于给定的剂量体积约束来确定用于质子放射疗法系统的结果治疗规划的计算机实现的方法，其中所述结果治疗规划针对治疗时间被优化，所述方法包括：/n访问所述剂量体积约束和范围信息，其中所述范围信息指示与所述剂量体积约束的可接受的偏差；/n基于所述质子放射疗法系统，访问包括多个机器参数的机器配置信息，所述多个机器参数限定所述质子放射疗法系统在照射患者时可达到的最大分辨率；/n迭代调整所述多个机器参数以生成多个候选治疗规划，其中所述迭代调整包括：将所述多个机器参数调整到降低所述最大分辨率的值；/n针对所述质子放射疗法系统来模拟所述多个候选治疗规划，以生成多个治疗规划结果，其中每个治疗规划结果包括：相应的治疗时间和相应的规划质量；以及/n从所述多个候选治疗规划中选择所述结果治疗规划，其中所述结果治疗规划产生治疗规划结果，所述治疗规划结果包括：所述多个治疗规划结果中的最短治疗时间以及关于所述剂量体积约束的可接受的规划质量。/n

【技术特征摘要】
20180928 US 16/147,1101.一种基于给定的剂量体积约束来确定用于质子放射疗法系统的结果治疗规划的计算机实现的方法，其中所述结果治疗规划针对治疗时间被优化，所述方法包括：
访问所述剂量体积约束和范围信息，其中所述范围信息指示与所述剂量体积约束的可接受的偏差；
基于所述质子放射疗法系统，访问包括多个机器参数的机器配置信息，所述多个机器参数限定所述质子放射疗法系统在照射患者时可达到的最大分辨率；
迭代调整所述多个机器参数以生成多个候选治疗规划，其中所述迭代调整包括：将所述多个机器参数调整到降低所述最大分辨率的值；
针对所述质子放射疗法系统来模拟所述多个候选治疗规划，以生成多个治疗规划结果，其中每个治疗规划结果包括：相应的治疗时间和相应的规划质量；以及
从所述多个候选治疗规划中选择所述结果治疗规划，其中所述结果治疗规划产生治疗规划结果，所述治疗规划结果包括：所述多个治疗规划结果中的最短治疗时间以及关于所述剂量体积约束的可接受的规划质量。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个机器参数包括：每个光斑的最少监测单元(MU)；以及可用能量的数目。


3.根据权利要求2所述的方法，其中所述多个机器参数还包括光斑横向扩展。


4.根据权利要求3所述的方法，其中所述多个机器参数还包括光斑定位。


5.根据权利要求1所述的方法，其中所述可接受的规划质量被定义为偏离所述范围信息内的所述剂量体积约束的规划质量。


6.根据权利要求1所述的方法，还包括：
将所述结果治疗规划加载到所述质子放射疗法系统中；以及
使用按照所述结果治疗规划配置的所述质子放射疗法系统来照射患者。


7.根据权利要求1所述的方法，其中所述范围信息包括：
介于下限百分比和上限百分比之间的PTV覆盖范围；以及
低于界限百分比的最大剂量。


8.一种计算机系统，包括耦合到总线的处理器以及耦合到所述总线的存储器，其中所述存储器用指令编程，所述指令当被执行时使得所述计算机系统实现基于给定的剂量体积约束来确定用于质子放射疗法系统的结果治疗规划的方法，其中所述结果治疗规划针对治疗时间被优化，其中所述方法包括：
访问所述剂量体积约束和范围信息，其中所述范围信息指示与所述剂量体积约束的可接受的偏差；
基于所述质子放射疗法系统，访问包括多个机器参数的机器配置信息，所述多个机器参数限定所述质子放射疗法系统在照射患者时可达到的最大分辨率；
迭代调整所述多个机器参数以生成多个候选治疗规划，其中所述迭代调整包括：将所述多个机器参数调整到降低所述最大分辨率的值；
针对所述质子放射疗法系统来模拟所述多个候选治疗规划，以生成多个治疗规划结果，其中每个治疗规划结果包括：相应的治疗时间；以及相应的规划质量；以及
从所述多个候选治疗规划中选择所述结果治疗规划，其中所述结果治疗规划产生治疗规划结果，所述治...

【专利技术属性】
技术研发人员：I·胡特，C·史密斯，T·科普南，P·内梅莱，M·巴赫，R·范德斯特拉滕，
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，瓦里安医疗系统粒子疗法有限责任公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH