被动式离子放射疗法治疗计划和递送的系统和方法技术方案

一种生成用于离子治疗的放射疗法计划的方法，其中，通过布置被动式设备使束(6)成形，以允许在束的递送期间改变被动式设备和/或MU中的至少一个的设置并且以产生弧的方式控制患者和/或束的移动。弧优选是连续的弧或包括至少一个连续的子弧。该方法可以包括预先计划或优化。在后一种情况下，优化使用优化问题，该优化问题被构建为允许在弧的递送期间改变范围调节设备(9)、光圈元件(11)和MU中的至少一个的设置。计算机程序控制计划和递送。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】被动式离子放射疗法治疗计划和递送的系统和方法
本专利技术涉及用于计划被动式离子放射疗法疗法的系统和方法，其中利用离子束(例如质子或重离子，诸如碳)对肿瘤进行靶向。
技术介绍
辐射疗法通常用于治疗诸如癌症是疾病。可以使用各种类型的辐射源。今天使用的辐射的主要类型是光子辐射。尽管比光子放射疗法昂贵，但是基于离子的治疗方法，例如质子和碳治疗，由于其优势而变得越来越普遍。特别地，由于离子束具有由其初始能量确定的有限范围，因此可以更精确地控制剂量的沉积。同样，离子将在其停止的深度(在已知为布拉格峰的区域中)沉积其大部分能量。被动式离子治疗包括应用宽的辐射场并使用被称为被动式设备的物理元件来使束成形，以使其尽可能精确地与目标相匹配。最大束能量将控制患者内离子的最大范围。束的侧向形状由束线中的光圈控制，例如非渗透性材料(例如钨或黄铜)的块或准直仪。高剂量区域的宽度，即扩散布拉格峰(SOBP)，是通过调节各个离子的能量来创建的，并由例如范围调节器或脊形滤波器控制。通常，还使用范围补偿器，该范围补偿器被放置在束轨迹中，以在患者解剖结构的不同侧向位置不同地影响束的最大深度。范围补偿器缩短了离子束的局部范围，并且形状不均匀，以符合肿瘤的远端边缘。传统上，被动式离子治疗计划的设置(即光圈的形状，SOBP的范围和宽度以及范围补偿器的形状)是通过预先计划创建的。在光子治疗中，以及在最近的质子治疗中，正在越来越多地探索弧治疗，其中束在治疗期间围绕患者旋转。主要优点是较低的进入剂量，较短的递送时间，并且对于质子治疗而言，还具有更有利的线性能量转移(LET)分布。但是，基于离子的递送系统，例如质子递送系统，目前具有重的机架，并且挑战是使机架足够快地旋转以在可接受的时间内递送足够质量的弧治疗。平衡良好，快速旋转的机架价格昂贵，并且比固定束线需要更多的空间。离子弧治疗主要用于主动扫描系统，但在基于被动式离子的治疗中也有优势。Sandison等人(国际放射肿瘤学*生物学*物理学杂志，1997年第38卷第4号)公开了一种用于被动式质子弧治疗的实验装置，其中从包括准直仪、散射体和范围调节器的系统照射人体躯干的旋转模型。已经发现，与电子弧治疗相比，质子弧治疗可以使目标体积的剂量覆盖范围更均匀，同时减少整体肺部剂量。根据此论文的方法，可以实现均匀的目标剂量，但不能提供保护OAR的手段。Seco等人(国际放射肿瘤学*生物学*物理学杂志，87(2013))讨论了质子弧治疗与光子弧治疗(VMAT)相比的优势。他们将被动式和主动式扫描质子弧两者与传统的光子技术进行了比较。提出了一个仿真研究，其中将弧离散为8-10个束角，并通过预先计划创建了被动式设备。没有提供有关如何实现连续旋转的被动式弧计划的信息。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于基于离子的弧治疗的改进方法。本专利技术涉及一种生成用于离子治疗的放射疗法计划的方法，所述放射疗法计划被设计成使患者暴露于作为束递送的离子辐射，其中所述束通过被动式设备来成形，所述被动式设备包括：用于产生扩散布拉格峰的范围调节设备、SOBP和用于侧向成形束的光圈元件，所述方法被设置成允许在束递送期间改变范围调节设备、光圈元件和分段MU中的至少一个的设置并且控制所述患者和/或所述束的移动，以产生弧。弧是连续的弧或包括至少一个连续的子弧。这允许更快地递送辐射。在本文档中，术语“弧”是指使束在患者身上移动，从而它将以不同的位置进入患者体内。连续的弧或子弧表示在束移动期间，分别针对整个弧或子弧，辐射处于开启状态。弧也可以沿弧以一定间隔被多个束模仿。子弧是弧的一部分。可能有连续的子弧，并且可能在子弧之间停止。监视单元(MU)是对从机器递送的颗粒数量的度量。分段MU是在一个分段中，即在两个控制点之间递送的MU。根据已建立的术语，两个连续的控制点定义一个分段。根据本专利技术的方法允许创建具有高剂量区域的治疗计划，所述高剂量区域与靶标紧密吻合，同时保留OAR。关于器官运动，被动式离子弧治疗的治疗计划在大多数情况下也将比主动式离子弧治疗更具鲁棒性，因为它能够瞬时递送平坦的注量。如果允许范围调节设备或光圈元件变化，则该计划将包括在弧递送期间束的不同调节。改变范围调节设备的设置将引起深度调节，而改变光圈装置将导致束的侧向调节。本专利技术使得能够利用在基于离子的弧治疗中可用的自由度。如果允许改变SOBP，则可以始终对其进行控制以提供平坦的SOBP，并可能在弧递送期间改变范围和宽度。替代地，可以在没有或有松弛平坦度要求的情况下使SOBP更自由地改变，这意味着可以赋予其任何合适的形状。可以优化SOBP的范围、宽度和形状，使其在整个弧上保持恒定，或者在弧递送期间改变。与传统的被动式离子治疗计划相比，SOBP不必一定是平坦的，这意味着它可以具有任何合适的形状。该方法可能涉及生成计划的预先计划。替代地，该方法涉及计划的优化。在那种情况下，该优化使用优化问题，该优化问题被构建为允许在弧递送期间改变范围调节设备、光圈元件和分段MU中的至少一个的设置。在优选实施例中，优化问题被构建为针对至少第一和第二控制点优化弧(每个控制点对应于离子束与患者之间的相对角度)以及等中心点，并且返回计划，其中分别对于第一和第二控制点，范围调节设备、MU和/或光圈元件的设置不同。对于相同的束角和等中心点，可以使用一个以上的控制点，以更灵活地提供对提供给患者的辐射的控制。为了提高计划质量，优化可能涉及多标准优化和/或鲁棒性优化。根据递送系统的不同，被动式设备可能包括范围补偿器。在那种情况下，可以构建优化以允许改变范围补偿器的设置。本专利技术还涉及一种计算机程序产品，当在计算机中运行该计算机程序产品时，该计算机程序产品将使计算机执行根据以上所述的计划方法，以生成用于基于离子的治疗的放射疗法治疗计划。该计算机程序产品优选地被存储在诸如非暂时性存储装置的存储装置中。本专利技术还涉及一种用于执行放射疗法的剂量计算的计算机系统，该系统包括处理装置，所述计算机系统具有程序存储器，该程序存储器中存储了根据上述的计算机程序产品，以使得计算机程序产品在被执行时将控制处理装置以执行剂量计划。本专利技术还涉及用于控制通过递送系统递送基于离子的放射疗法治疗计划的计算机程序产品，其中，被动式设备用于使束成形，所述被动式设备包括范围调节设备和光圈元件。该计算机程序产品包括计算机可读代码装置，该计算机可读代码装置优选地存储在非暂时性存储装置中，当在计算机中运行时，该计算机可读代码装置将使计算机控制放射疗法递送系统以将离子束递送给患者，所述代码装置被设置成在束递送期间引起改变范围调节设备、光圈元件和MU中的至少一个的设置，并控制患者和/或束的移动使得产生连续或包含至少一个连续的子弧的弧。如果放射疗法递送系统被设置成提供来自可旋转辐射源的束，则代码装置优选地被设置成使计算机控制辐射源相对于患者的移动。在一个实施例中，辐射源是固定的，并且患者被放置在相对于束可移动的患者支撑结构上，并且代码装置被设置成使计算机控制患者支撑结构相对于束本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生成用于离子治疗的放射疗法计划的方法，所述放射疗法计划被设计为使患者(1)暴露于作为束(6)递送的离子辐射，其中所述束借助于被动式设备成形，所述被动式设备包括：用于产生扩散布拉格峰(SOBP)的范围调节设备(9)，和用于侧向成形所述束的光圈元件(11)，所述方法被设置成允许在所述束的递送期间改变所述范围调节设备(9)、所述光圈元件(11)和分段MU中的至少一个的设置并且控制所述患者和/或所述束的移动，以产生弧，其中所述弧是连续的弧或包括至少一个连续的子弧。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181220 EP 18214823.91.一种生成用于离子治疗的放射疗法计划的方法，所述放射疗法计划被设计为使患者(1)暴露于作为束(6)递送的离子辐射，其中所述束借助于被动式设备成形，所述被动式设备包括：用于产生扩散布拉格峰(SOBP)的范围调节设备(9)，和用于侧向成形所述束的光圈元件(11)，所述方法被设置成允许在所述束的递送期间改变所述范围调节设备(9)、所述光圈元件(11)和分段MU中的至少一个的设置并且控制所述患者和/或所述束的移动，以产生弧，其中所述弧是连续的弧或包括至少一个连续的子弧。


2.根据权利要求1所述的方法，包括预先计划。


3.根据权利要求1所述的方法，包括优化，其中所述优化使用优化问题，所述优化问题被构建为允许在所述弧的递送期间改变所述范围调节设备(9)、所述光圈元件(11)和所述分段MU中的至少一个的设置。


4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述优化问题被构建为针对至少第一控制点和第二控制点来优化所述弧，每个控制点对应于所述束与所述患者之间的相对角度，以及优化等中心点(1)，并返回计划，其中对于所述第一控制点和所述第二控制点，所述范围调节设备(9)、所述MU和/或所述光圈元件(11)的设置是不同的。


5.根据权利要求4所述的方法，其中，对于相同的机架角度和等中心点(1)使用一个以上的控制点。


6.根据权利要求3至5中的任一项所述的方法，包括多准则优化和/或鲁棒性优化。


7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述被动式设备包括范围补偿器(15)，并且将所述优化被构建为允许改变所述范围补偿器(15)的设置。


8.一种计算机程序产品，优选地被存储在非暂时性存储装置(55)中，当在计算机中运行时，所述非暂时性存储装置(55)将使所述计算机执行根据权利要求1至7中任一项所述的计划方法。


9.一种用于执行放射疗法的剂量计算的计算机系统(21；51)，所述系统包括处理装置(23；53)，所述计算机系统具有程序存储器(25；55)，所述程序存储器在其中存储有根据权利要求8所述的计算机程序产品，使得所述计...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃里克·恩瓦尔，埃里克·特拉内乌斯，阿尔宾·弗雷德里克松，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