通过样板的有效体积填充制造技术

本发明专利技术涉及放射治疗领域。具体地，本发明专利技术涉及借助于包括具有固定放射焦点的放射治疗单元的放射治疗系统计划病人治疗疗程的方法和剂量计划模块。根据本发明专利技术的方法包括：在病人治疗期间，在放射治疗单元中获得要治疗病人区域的目标体积，目标体积被建模为三维体素图像；为计划的治疗选择等剂量等级；确定治疗期间要输送的投射，每个投射通过由三维体素图像表示的放射物的空间剂量体积分布来建模，空间分布的形状依赖于特定的准直仪设定和选择的等剂量等级；并且以减小体积的顺序选择用于剂量计划的投射，包括：d1)为特定投射起动位置搜索以找到目标体积内的接受位置；d2)在目标体积的体素图像上反复地映射用于当前投射的体素图像的不同位置；d3)核查对于每个特定位置的预定条件是否满足；以及d4)如果对于特定位置来说预定条件满足，则将该位置定义为接受位置，并对具有类似形状的投射继续步骤d1)-d3)；或者d5)如果对于目标体积内的任何位置来说预定条件不满足，则以减小体积的顺序对后续的投射继续步骤d1)-d4)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及放射治疗的领域。具体地，本专利技术涉及借助于包括具有固定放射焦点的放射治疗单元的放射治疗系统来计划病人治疗疗程的方法和剂量计划模块。
技术介绍
多年来，外科手术技术的进步已经做出很大的成就。例如，对于需要脑手术的病人来说，无创手术现在是可用的，其使病人遭受非常少创伤的折磨。用于无创手术的一种系统是Leksell Gamma Knife Perfexion系统，其通过Y射线提供此手术。放射物从大量的固定放射源发出并借助于准直仪，即用于获得限制截面的束的通路或通道而朝着限定目标或治疗体积聚焦。每个源提供不足以损伤介入组织的Y射线的剂量。然而，在来自所有或一些放射源的放射束相交或汇集而引起放射物达到破坏 组织等级的地方，发生组织的破坏。之后，汇集的点被称为“焦点”。用于包括例如Y刀放射手术的放射治疗的治疗计划优化意在最大化输送到病人内的目标体积(例如，在肿瘤的治疗中)的剂量，而与此同时输送到邻近正常组织的剂量被最小化。在治疗计划优化中，输送的放射剂量由两个竞争因素限制，其中第一个因素是向目标体积输送最大的剂量并且第二个因素是向周围的正常组织输送最小的剂量。治疗计划优化是包括优化正在使用的投射(shot)数量(即，正在输送的剂量数量)、投射尺寸、投射时间和投射位置的过程。清楚地，目标体积的不规则性和尺寸极大地影响需要的投射数量和正在使用以优化治疗的投射尺寸。正常地，该过程包括获得用于放射治疗的目标的三维图像(例如，通过由X射线获取的无创性图像)，以及向目标填充表示投射的球状物，而没有由极大地在目标外部的放射物强烈计量的延伸区域并且不限制投射之间的重叠。已经显示出为了保持剂量的均一性(例如50%等剂量等级的均匀覆盖)，并且在多投射计划中，投射不应该在太大的程度上相互重叠。因此，重叠投射可能破坏目标内预期的剂量均一性。另外，突出目标外部的投射可能对周围正常的组织产生过剩的剂量。对于相同体积但是不同形状的目标来说，这需要对复杂的轮廓(即，向具有不规则形状的目标)使用小的投射，并且对规则的形状使用较大的投射。在授予Bourland等人的US 6，201，988中，公开了这样的优化程序。中轴变换(被称为骨骼化)被用于特征化目标形状并确定投射参数(即，位置、准直仪尺寸和重量)。根据US 6，201，988，只有骨架点被考虑用于可能的投射位置并且相应的投射尺寸通过骨骼化提供。投射由球状物显示并且在填充过程中建模为圆盘。骨架的终点被用作填充过程中的起点。然而，US 6，201，988中所示的治疗计划优化可能提供具有非最佳分布的投射尺寸的治疗计划，例如可包括不必要的大量的小投射尺寸，导致大量的投射被使用。因此，需要更加用于计划治疗并用于优化治疗计划的有效的方法。专利技术概述本专利技术的目的是提供用于计划治疗并用于优化治疗计划的更有效的方法和剂量计划模块。本专利技术的另一目的是提供用于在治疗计划程序期间用投射填充目标体积的更有效的方法和剂量计划模块。这些和其他的目的通过如由独立权利要求限定的本专利技术来实现。优选实施方式通过从属权利要求限定。本专利技术例如与借助于放射治疗系统提供的治疗的治疗计划结合使用，该放射治疗系统具有设有多组或多套准直仪通路的准直仪主体，每套准直仪通路被设计为朝固定的焦点提供各个特定截面的放射束。合适地，每套准直仪通路的进口具有基本上对应于源载体布置(source carrier arrangement)上的源构型的构型。这些套的准直仪通路进口可被布置，使得能够从一套变化到另一套，从而改变所得到的束截面和包围焦点的空间剂量分布。具有不同直径的准直仪通路的套数可以是多于两个，例如三或四或者甚至更多。准直仪的典型实施方式包括八个区域，每个区域具有四个不同的状态(断束、4mm、8mm和16mm)。这些区域能够分别地调节，即可以为每个区域选择不同的状态，以改变焦点周围放射物的空间分布。术语“目标体积”指在放射治疗期间要治疗的病人的目标表示。目标可以是要通 过放射治疗治疗的肿瘤。典型地，目标表示例如通过使用X射线或NMR获取的无创性图像来获得。术语“投射”指到达具有预定等级的放射物和空间分布的目标体积内预定位置的放射物的输送。借助于使用区域状态中的一个的治疗系统的准直仪的至少一个区域，投射在预定时期期间(“开束(beam-on time) ”时间)被输送。“合成投射”指使用用于不同区域的不同准直仪的尺寸到达焦点的投射的输送。术语“开束时间”指这样的预定时期，其中在此期间，投射被输送到目标体积。术语“重叠”意味着在将投射看成3-D体积时(定义为具有选择阈值以上剂量的体积，例如50%的等剂量等级)，投射体积与其他投射体积重叠或者相交。根据本专利技术的方面，提供用于放射治疗系统的剂量计划的方法。该系统包括具有固定放射焦点的放射治疗单元，其中通过调节准直仪的设定，包围焦点的空间剂量分布能够被改变。准直仪具有多个准直仪通路进口，该准直仪通路进口将从治疗系统的源载体布置的放射源产生的放射物引向焦点。该方法包括a)在病人治疗期间，在放射治疗单元中获得要治疗病人区域的目标体积，目标体积被建模为三维体素(voxel)图像；b)为计划的治疗选择等剂量等级；c)确定治疗期间要输送的投射，每个投射通过由三维体素图像表示的放射物的空间剂量体积分布来建模，空间分布的形状依赖于特定的准直仪设定和选择的等剂量等级；d)以减小体积的顺序选择用于剂量计划的投射，包括dl)为特定投射起动位置搜索以找到目标体积内的接受位置；d2)在目标体积的体素图像上反复地映射用于当前投射的体素图像的不同位置；d3)核查对于每个特定位置的预定条件是否满足；以及d4)如果对于特定位置来说满足预定条件，则将该位置定义为接受位置，并对具有类似形状的投射继续步骤dl)-d3);或者d5)如果对于目标体积内的任何位置来说预定条件不满足，则以减小体积的顺序对后续的投射继续步骤dl)-d4)。根据本专利技术的第二方面，提供用于放射治疗系统的剂量计划单元。放射治疗系统包括具有固定放射焦点的放射治疗单元，其中通过调节准直仪的设定能够改变包围焦点的空间剂量分布，准直仪具有多个准直仪通路进口，该多个准直仪通路进口将从治疗系统的源载体布置的放射源产生的放射物引向焦点。剂量计划模块包括样板模块(templatemodule)，样板模块适合于在病人治疗期间在放射治疗单元中获得要治疗病人区域的目标体积、获得用于限定建模为三维体素图像的目标体积的可能性、以及获得为向计划的治疗选择等剂量等级的可能性。另外，样板模块还适合于在治疗计划期间提供要使用的投射的信息，即在用投射填充目标的过程期间要使用的投射样板。每个投射通过由三维体素图像表示的放射物的空间剂量体积分布来建模，空间分布的形状尤其依赖于特定的准直仪设定和选择的等剂量等级。放射系统的操作员或计划治疗的医师在计划期间可选择要使用的一套投射。在此情形下，该信息可被输送到样板模块。在可选择方案中，样板模块可使用投射的预定默认设置。 目标体积填充模块适合于以减小的体积顺序选择用于剂量的投射。目标体积填充模块适合于对特定投射起动位置搜索以找到目标体积内的接受位置，在目标体积的体素图像上反复地映射用于当前投射的体素图像的不同位置，核查对于每个特定位置来说是否满足预本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于放射治疗系统的剂量计划的方法，所述放射治疗系统包括具有固定放射焦点的放射治疗单元，其中通过调节准直仪的设定，包围所述焦点的空间剂量分布能够被改变，所述准直仪具有多个准直仪通路进口，所述准直仪通路进口将由所述治疗系统的源载体布置的放射源产生的放射物引向所述焦点，所述方法包括 a)在病人治疗期间，在放射治疗单元中获得要治疗病人区域的目标体积，所述目标体积被建模为三维体素图像； b)为计划的治疗选择等剂量等级； c)确定所述治疗期间要输送的投射，每个投射通过由三维体素图像表示的放射物的空间剂量体积分布来建模，所述空间分布的形状依赖于特定的准直仪设定和所述选择的等剂量等级； d)以减小体积的顺序选择用于所述剂量计划的投射，包括 dl)对特定投射起动位置搜索以找到所述目标体积内的接受位置； d2)在所述目标体积的所述体素图像上反复地映射用于当前投射的体素图像的不同位置； d3)核查对于每个特定位置的预定条件是否满足；以及 d4)如果对于特定位置来说满足所述预定条件，则将该位置定义为接受位置，并对具有类似形状的投射继续步骤dl)-d3);或者 d5)如果对于所述目标体积内的任何位置来说所述预定条件不满足，则以所述减小体积的顺序对后续的投射继续步骤dl)-d2)。2.根据权利要求I所述的方法，其中核查预定条件是否满足的所述步骤包括 核查是否所有当前投射的体素都映射在与用于投射的之前接受位置的体素重叠的特定位置；并且 如果没有发现重叠体素，则确定为所述预定条件满足。3.根据权利要求I或2所述的方法，其中核查预定条件是否满足的所述步骤包括 核查是否所有当前投射的体素都映射在与用于投射的之前接受位置的体素重叠的特定位置； 如果发现重叠体素，则执行以下程序 确定重叠体素的数量；并且 如果重叠体素的数量不超过预定阈值，则确定为所述预定条件满足；或者 如果重叠体素的数量超过所述预定阈值，则确定为所述预定条件不满足。4.根据权利要求1-3所述的方法，其中核查预定条件是否满足的所述步骤包括 核查是否所有所述当前投射的体素都被映射在所述目标体积的所述外边界外部的体素上；并且 如果没有所述当前体积的体素被映射在所述目标体积的所述外边界的外部，则确定为所述预定条件满足。5.根据权利要求1-4所述的方法，其中核查预定条件是否满足的所述步骤包括 核查是否所有所述当前投射的体素都映射在所述目标体积的所述外边界外部的体素上； 如果所述当前体积的至少一个体素被映射在所述目标体积的所述外边界的外部，则执行以下程序 确定映射在所述外边界外部的体素上的体素数量； 如果映射在所述外边界外部的所述体素不超过预定阈值，则确定为所述预定条件满足；或者 如果映射在所述外边界外部的所述体素超过预定阈值，则确定为所述条件不满足。6.根据权利要求4或5所述的方法，其中核查预定条件是否满足的所述步骤包括 核查是否所有所述当前投射的体素都映射在所述目标体积的所述外边界外部的体素上； 如果所述当前体积的至少一个体素被映射在所述目标体积的所述外边界的外部，则执行以下程序 确定所述投射的任何部分在所述外边界外部延伸的最大体素长度；并且 如果所述最大体素长度超过预定最大长度，则确定为所述条件不满足。7.根据任一之前权利要求所述的方法，其中核查预定条件是否满足的所述步骤包括 如果没有所述当前体积的体素被映射在所述目标体积的所述外边界的外部，则执行以下程序 确定从所述外边界到所述投射的任何部分的最小体素长度；并且 如果所述最小体素长度超过预定最大长度，则确定为所述条件不满足。8.根据任一之前权利要求所述的方法，其中对特定投射起动位置搜索以找到所述目标体积内的接受位置包括在所述目标体积中的预定开始点处起动对特定投射的接受位置的位置搜索，其中根据预定方案，所述预定开始点和搜索顺序将从一位置搜索变化到后续位置搜索。9.根据任一之前权利要求所述的方法，其中将一位置定义为用于特定投射的接受位置包括在对特定投射的接受位置的后续位置搜索中排除所述目标体积的与在所述接受位置处所述特定投射的体积对应的体积。10.一种用于放射治疗系统的剂量计划单元，所述放射治疗系统包括具有固定放射焦点的放射治疗单元，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡尔·丹尼尔松，哈坎·诺德斯特龙，比约恩·索梅尔，帕尔·利德贝里，
申请(专利权)人：医科达公司，
类型：发明
国别省市：