粒子弧治疗计划制造技术

系统和方法可以用于弧注量优化，而无需迭代弧序列生成。方法可以包括：限定用于患者的放射疗法治疗的粒子弧范围；以及生成弧序列而不需要进行剂量计算，该弧序列包括用于递送放射疗法治疗的参数集。该方法可以包括：优化用于放射疗法治疗的弧序列的注量，而无需迭代返回弧序列生成；以及输出用于放射疗法治疗中的注量优化的弧序列。注量优化的弧序列。注量优化的弧序列。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】粒子弧治疗计划
[0001]优先权要求
[0002]本申请要求于2020年10月16日提交的题为“粒子弧治疗计划”的美国临时申请第63/093,139号的优先权的权益，该美国临时申请通过引用整体并入本文。

技术介绍

[0003]辐射疗法或“放射疗法”可以用于治疗哺乳动物(例如，人和动物)组织中的癌症或其他疾病。一种这样的放射疗法技术被称为“伽马刀”，通过伽马刀，使用以较高强度和高精度会聚在靶区(例如，肿瘤)处的大量较低强度的伽马射线辐照患者。在另一示例中，使用线性加速器(“linac”)提供放射疗法，由此靶区被高能粒子(例如，电子、高能光子等)辐照。在另一示例中，使用重带电粒子加速器(例如，质子、碳离子等)提供放射疗法。辐射束的布置和剂量被准确地控制，以向靶区提供处方剂量的辐射。辐射束也通常被控制成减少或最小化对例如可以被称为“危及器官”(OAR)的周围健康组织的损伤。辐射可以被称为“处方的”，原因是通常医师开处方将预定剂量的辐射递送至诸如肿瘤的靶区。
[0004]定义
[0005]光斑是由标称递送属性(例如能量、位置、角度)限定的细粒子笔形束。光斑的粒子以预定速率从台架角度被递送，并且通过标称束能量被递送至起点和终点，其中，起点和终点可以是相同的。
附图说明
[0006]图1大体上示出了根据实施方式的例如可以包括粒子疗法系统控制器的系统的示例。
[0007]图2大体上示出了根据实施方式的例如可以包括粒子治疗系统和成像获取装置的辐射疗法系统的示例。
[0008]图3大体上示出了根据实施方式的可以包括被配置成提供质子疗法束的辐射疗法输出的粒子治疗系统。
[0009]图4大体上示出了根据实施方式的各种类型的粒子在人体组织中的辐射剂量深度。
[0010]图5大体上示出了根据实施方式的展宽的布拉格峰。
[0011]图6大体上示出了根据实施方式的从远端边缘到近端边缘的不规则形状体积的笔形束扫描。
[0012]图7大体上示出了根据实施方式的主动扫描质子束递送系统的图。
[0013]图8示出了根据实施方式的示出用于弧测序和注量优化的技术的流程图。
[0014]图9示出了根据实施方式的针对各种角度的布拉格峰和弧角度靶位置强度。
[0015]图10大体上示出了根据实施方式的射线跟踪和危及器官的可视化。
[0016]图11A示出了根据实施方式的具有不同光斑尺寸和光栅图案的线性光斑递送路径。
[0017]图11B示出了根据实施方式的具有不同光斑尺寸的螺旋光斑递送路径。
[0018]图11C示出了根据实施方式的复合靶位置强度。
[0019]图12A至图12C示出了根据实施方式的示出用于弧测序和注量优化的技术的流程图。
[0020]图13、图14A至图14C以及图15A至15B示出了根据实施方式的弧测序可视化。
[0021]图16示出了根据实施方式的递送简档可视化工具。
[0022]图17A示出了根据实施方式的质子弧计划。
[0023]图17B至图17C分别示出了强度调制质子疗法(IMPT)计划和弧计划的两个场的相同切片上的2D靶剂量分布。
[0024]图18A至图18C示出了根据实施方式的质子弧计划与常规的四个场IMPT计划的比较。
[0025]图19示出了根据实施方式的示出在不迭代弧序列生成的情况下用于弧注量优化的技术的流程图。
[0026]在不一定按比例绘制的附图中，相同的附图标记可以描述不同视图中的类似部件。具有不同字母后缀的相同附图标记可以表示类似部件的不同实例。附图通过示例而非限制的方式大体上示出了本文献中讨论的各种实施方式。
具体实施方式
[0027]如以上所讨论的，辐射疗法或“放射疗法”用于治疗哺乳动物(例如，人和动物)组织中的癌症或其他疾病。通常，准直束形式的电离辐射从外部辐射源朝向患者定向。可以通过一个或更多个衰减器或准直器(例如，多叶准直器)来提供对辐射束的调制。可以通过准直来调节辐射束的强度和形状，以避免通过使投射束与靶组织的轮廓一致来损伤与靶向组织相邻的健康组织(例如，OAR)。
[0028]治疗计划过程可以包括使用患者的三维图像来识别靶区(例如，肿瘤)以及例如识别肿瘤附近的关键器官。治疗计划的创建可能是耗时的过程，在此过程中，计划者试图例如在将各自的约束的重要性(例如，加权)考虑在内的情况下遵守各种治疗目标或约束(例如，剂量体积直方图(DVH)目标或其他约束)，以产生临床上可接受的治疗计划。该任务可能是耗时的试错过程，各种危及器官(OAR)使该过程变得复杂，因为随着OAR的数目增加(例如，对于头颈部治疗约13个OAR)，该过程的复杂性也会增加。远离肿瘤的OAR可能更容易免受辐射，但是靠近靶肿瘤或与靶肿瘤交叠的OAR在治疗期间可能更难免受辐射。
[0029]通常，对于每个患者，可以以“离线”方式生成初始治疗计划。例如使用一种或更多种医学成像技术，可以在递送辐射疗法之前很好地制定治疗计划。成像信息可以包括例如来自X射线、计算机断层扫描(CT)、核磁共振(MR)、正电子发射断层扫描(PET)、单光子发射计算机断层扫描(SPECT)或超声的图像。医疗服务人员例如医师可以使用指示患者解剖结构的三维成像信息来识别一个或更多个靶肿瘤以及肿瘤附近的危及器官。医疗服务人员可以使用手动技术描绘要接收处方辐射剂量的靶肿瘤，并且医疗服务人员可以类似地描绘处于辐射治疗损伤的风险的附近组织例如器官。
[0030]替选地或另外，可以使用自动化工具(例如，由瑞典的Elekta AB提供的)来辅助识别或描绘靶肿瘤和危及器官。然后可以使用基于临床和剂量测定的目标和约束
(例如，对肿瘤和关键器官的最大辐射剂量、最小辐射剂量和平均辐射剂量)的最优化技术来创建辐射疗法治疗计划(“治疗计划”)。
[0031]治疗计划过程可以包括使用患者的三维图像来识别靶区(例如，肿瘤)以及识别肿瘤附近的关键器官。可以在递送指定辐射疗法部分开始之前执行图像获取。这种成像可以提供有助于识别靶区的位置或有助于识别靶区的运动的信息。这种同期成像通常可以被称为“实时”，但是通常在图像的获取与辐射疗法的递送之间存在延时或时间延迟。
[0032]创建治疗计划可能是耗时的过程，在该过程中计划者试图在将它们各自的重要性(例如，加权)考虑在内的情况下遵守各种治疗目标或约束(例如，剂量体积直方图(DVH)目标)，以产生临床上可接受的治疗计划。该任务可能是耗时的试错过程，各种危及器官(OAR)使该过程复杂，因为随着OAR的数目增加(例如，对于头颈部治疗高达13个OAR)，该过程的复杂性也会增加。远离肿瘤的OAR可能更容易免受辐射，而靠近靶肿瘤或与靶肿瘤交叠的OAR可能难以幸免。
[0033]然后可以通过定位患者并递送处方辐射疗法来稍后执行治疗计划。辐射疗法治疗计划可以包括剂量“分级”，由此在预定时间段内提供一系列辐射疗法递送(例如，45个部分或某些其他部分的总计数)，例如其中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种方法，包括：限定用于患者的放射疗法治疗的粒子弧范围；生成弧序列而不需要进行剂量计算，所述弧序列包括用于递送所述放射疗法治疗的参数集；优化用于所述放射疗法治疗的弧序列的注量，而无需迭代返回弧序列生成；以及输出用于所述放射疗法治疗中的注量优化的弧序列。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述参数集包括由指定数目的涂料覆盖的靶区域。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述靶区域由高剂量区域表示。4.根据权利要求3所述的方法，其中，向所述高剂量区域递送治疗包括：提供至少35Gy/秒至100Gy/秒的非常高剂量辐射速率。5.根据权利要求2所述的方法，其中，所述靶区域由高线性能量转移(LET)区域表示。6.根据权利要求2所述的方法，其中，所述指定数目的涂料包括分布在整个解空间上的光斑。7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述整个解空间覆盖特定的角距离。8.根据权利要求2所述的方法，其中，所述靶区域包括靶肿瘤周围的附加的不确定性余量，其中，所述不确定性余量是恒定余量、几何余量或弧角特定余量中的至少一个。9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述不确定性余量是弧角特定余量，所述弧角特定余量是范围相关的束方向余量和几何横向余量。10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述参数集中的参数是每个光斑的高剂量区域。11.根据权利要求1所述的方法，还包括使用测序器以：选择高剂量靶区域中的光斑和高剂量健康组织区域中的光斑；使所述高剂量健康组织区域的光斑的数目最小化；以及使用最小化数目的光斑进行注量优化。12.根据权利要求11所述的方法，其中，优化所述弧序列的注量包括：通过改变从所述测序器接收的光斑的权重来使向健康组织区域递送高剂量的次数最小化，使得如果一个或更多个光斑对健康组织有贡献，则其贡献在预定时间段内仅提供一次。13.根据权利要求12所述的方法，其中，优化所述弧序列的注量包括：对于在经过所述预定时间段之后对所述高剂量组织区域提供贡献的任何光斑，降低分配至所述光斑的权重。14.根据权利要求13所述的方法，还包括：使所述预定时间段之外的光斑的贡献最小化。15.根据权利要求12所述的方法，其中，所述预定时间段近似小于...

【专利技术属性】
技术研发人员：马丁，
申请(专利权)人：医科达有限公司，
类型：发明
国别省市：