用于確定imrt中的射束數(shù)量的裝置的制造方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及用于確定在強度調(diào)制的輻射治療（MRT)中的射束數(shù)量的裝置、方法 以及計算機程序。本發(fā)明還涉及用于的頂RT系統(tǒng)、頂RT方法以及執(zhí)行所述MRT的MRT計 算機程序。
【背景技術(shù)】
[0002] 在IMRT流程期間，利用來自不同方向的不同射束來輻照在人內(nèi)的規(guī)劃的目標體 積（PTV)，其中，通過使用多葉準直器（MLC)來對射束的強度進行空間調(diào)制。在將IMRT應用 于人之前，例如根據(jù)以下來計算處置規(guī)劃：PTV的位置和形狀、射束數(shù)量、MLC的技術(shù)特性、 要被應用到PTV的規(guī)定的目標輻射劑量、處于風險中的器官（0AR)的位置和形狀等。處置 規(guī)劃應當被確定為使得PTV接收規(guī)定的目標輻射劑量，同時被應用到0AR的輻射劑量小于 預先定義的閾值。處置規(guī)劃的質(zhì)量取決于-尤其是-在各自的處置規(guī)劃確定算法中輸入的 射束數(shù)量。
[0003] J. Stein 等人的文章 "Number and orientations of beams in intensity-modulated radiation treatments'Medical Physics，第 24 卷、第 149-160 頁 (1997)公開了用于確定射束數(shù)量的近似解決方案，所述近似解決方案包括研宄射束數(shù)量對 處置規(guī)劃的質(zhì)量的影響。然而，僅提供了對射束數(shù)量的粗略估計，這可能仍然導致非最優(yōu)處 置規(guī)劃。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明涉及用于確定IMRT中的射束數(shù)量的裝置、方法及計算機程序，其允許確定 優(yōu)化的射束數(shù)量，所述優(yōu)化的射束數(shù)量能夠用于確定具有改進的質(zhì)量的處置規(guī)劃。因此，本 發(fā)明的另外的目的是提供能夠用于以改進的質(zhì)量基于處置規(guī)劃來應用IMRT的IMRT系統(tǒng)、 IMRT方法以及IMRT計算機程序。
[0005]在本發(fā)明的第一方面中，提供了一種用于確定IMRT流程中的射束數(shù)量的裝置，其 中，所述裝置包括：
[0006]-目標函數(shù)提供單元，其用于提供所述IMRT流程的目標函數(shù)，其中，所述目標函數(shù) 取決于要在所述IMRT流程期間被應用的目標劑量，
[0007]-敏感度確定單元，其用于確定所述目標函數(shù)關(guān)于所述目標劑量的改變的敏感度，
[0008]-射束數(shù)量確定單元，其用于根據(jù)所確定的敏感度來確定所述射束數(shù)量。
[0009] 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，目標函數(shù)關(guān)于目標劑量的改變的敏感度是用于可靠確定MRT中的優(yōu) 化的射束數(shù)量的準確度量。因此，由于所述敏感度確定單元確定所述目標函數(shù)關(guān)于所述目 標劑量的改變的敏感度，并且由于所述射束數(shù)量確定單元根據(jù)所確定的敏感度來確定所述 射束數(shù)量，所以能夠以這樣的方式來確定所述射束數(shù)量，即使得如果該射束數(shù)量用于生成 處置規(guī)劃，則高質(zhì)量處置規(guī)劃能夠被生成，如果根據(jù)所述處置規(guī)劃應用所述IMRT，則這繼而 實現(xiàn)被應用到生物對象，即人或動物的改進的IMRT。
[0010] 在實施例中，所述射束數(shù)量確定單元適于，如果所述敏感度較大，則確定較大的射 束數(shù)量，并且如果所述敏感度較小，則確定較小的射束數(shù)量。尤其是，所述射束數(shù)量確定單 元適于基于定義所述射束數(shù)量所述敏感度的平方根成比例的依賴關(guān)系來確定所述射束數(shù) 量。如果基于以該方式確定的該優(yōu)化的射束數(shù)量來確定所述處置規(guī)劃，則以該方式確定所 述射束數(shù)量實現(xiàn)所述處置規(guī)劃的更加改進的質(zhì)量。
[0011] 在優(yōu)選的實施例中，所述目標函數(shù)提供單元適于提供用于預先定義的參考MRT 配置的所述目標函數(shù)。所述參考IMRT配置優(yōu)選地由參考射束數(shù)量和參考射束分布來預先 定義。在優(yōu)選實施例中，所述參考射束數(shù)量是七并且所述參考射束分布是角等距射束分布。 如果根據(jù)-特別是-所確定的射束數(shù)量來生成所述處置規(guī)劃，則使用角等距射束分布作為 所述參考射束分布實現(xiàn)所述處置規(guī)劃的進一步改進的質(zhì)量。此外，使用七個參考射束允許 以足以提供所述目標函數(shù)的方式在360度旋轉(zhuǎn)上對規(guī)劃的目標體積及危及對象（例如0AR) 進行采樣，即，使用更多參考射束增加用于確定最終射束數(shù)量的計算時間，而實質(zhì)上不增加 根據(jù)-特別是-該確定的射束數(shù)量所生成的所述處置規(guī)劃的質(zhì)量。
[0012] 優(yōu)選地，所述敏感度確定單元適于確定：針對第一目標劑量的第一目標函數(shù)值、針 對第二目標劑量的第二目標函數(shù)值以及取決于所述第一目標函數(shù)值與所述第二目標函數(shù) 值之間的差異的所述敏感度。能夠通過使用最小劑量體積直方圖（minDVH)目標來定義所 述目標劑量。這允許以計算上相對簡單的方式準確地確定所述敏感度。此外，由于通過使 用目標函數(shù)值來確定所述敏感度，所以對所述敏感度的確定本質(zhì)上考慮幾何因子、計量學 因子、規(guī)劃特異性參數(shù)、射束特異性參數(shù)、算法特異性因子和/或機器特異性參數(shù)。
[0013] 還優(yōu)選地，所述裝置包括片段數(shù)量確定單元，所述片段數(shù)量確定單元用于確定針 對要在所述IMRT期間被使用的射束的最大片段數(shù)量，其中，射束的最大片段數(shù)量（N0S)定 義要在要被規(guī)劃的所述頂RT期間被使用的所述射束的最大N0S，并且其中，所述片段數(shù)量 確定單元適于根據(jù)所確定的射束數(shù)量來確定所述最大N0S。
[0014] 所述處置規(guī)劃應當被生成為使得在最后生成的處置規(guī)劃中被定義各自的N0S不 大于由所述片段數(shù)量確定單元所確定的各自的最大N0S。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果該射束特異的，即 角特異的N0S被輸入到處置規(guī)劃確定單元中，則基于所確定的總射束數(shù)量來針對每個射束 確定所述最大N0S能夠?qū)崿F(xiàn)所述處置規(guī)劃的進一步改進的質(zhì)量，其中，相對低的N0S在處置 規(guī)劃中被定義。
[0015] 在優(yōu)選的實施例中，所述裝置還包括投影圖像提供單元，所述投影圖像提供單元 用于，針對特定射束的射束位置，提供示出規(guī)劃目標體積的以及至少一個危及對象的投影 的投影圖像，其中，所述MRT要被應用于所述規(guī)劃目標體積并且被應用于所述至少一個危 及對象的輻射要被最小化，其中，所述片段數(shù)量確定單元適于分割在所述投影圖像中的所 述規(guī)劃目標體積的及所述至少一個危及對象的所述投影，并且適于根據(jù)所述規(guī)劃目標體積 的及至少一個危及對象的所分割的投影，來確定針對所述特定射束的所述最大N0S。所述投 影圖像優(yōu)選地是射野方向觀視圖（BEV)圖像。
[0016] 在另外的優(yōu)選的實施例中，所述片段數(shù)量確定單元適于確定所述規(guī)劃目標體積的 所分割的投影與所述至少一個危及對象的所分割的投影之間的交疊區(qū)域的數(shù)量，并且適于 根據(jù)所確定的交疊區(qū)域數(shù)量來確定所述特定射束的所述最大N0S。還優(yōu)選地，所述片段數(shù)量 確定單元適于將所規(guī)劃的目標體積的所分割的投影的布置以及所述至少一個危及對象的 所分割的投影的布置分類到預先定義的布置種類中，并且適于根據(jù)所述布置種類來確定所 述特定射束的所述最大NOS。在實施例中，所述片段數(shù)量確定單元適于根據(jù)在交疊區(qū)域中交 疊的所規(guī)劃的目標體積與所述至少一個危及對象的分割的投影的數(shù)量，來對所述布置進行 分類。這些操作還改進所確定的最大NOS的質(zhì)量，從而還改進根據(jù)-特別是-這些確定的 最大NOS所生成的所述處置規(guī)劃的質(zhì)量。
[0017] 在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種用于執(zhí)行IMRT流程的IMRT系統(tǒng)，其中，所述 IMRT系統(tǒng)包括：
[0018] _用于確定如權(quán)利要求1所述的IMRT中的射束數(shù)量的裝置，
[0019]-處置規(guī)劃確定單元，其用于基于所確定的射束數(shù)量來確定針對所述IMRT的處置 規(guī)劃，以及
[0020] -IMRT應用設備，其用于根據(jù)所確定的處置規(guī)劃來應用所述IMRT。
[0021] 所述處置規(guī)劃確定單元還能夠適于基于所確定的射束數(shù)量和所述射束的所確定 的最大N0S，來確定針對所述IMRT的所述處置規(guī)劃。
[0022] 在本發(fā)明的又一方面中，提供了一種用于確定IMRT流程中的射束數(shù)量的方法，其 中，所述方法包括：
[0023]-由目標函數(shù)提供單元來提供所述IMRT的目標函數(shù)，其中，所述目標函數(shù)取決于 要在所述IMRT流程期間被應用的目標劑量，
[0024]-由敏感度確定單元來確定所述目標函數(shù)關(guān)于所述目標劑量的改變的敏感度，
[0025]-由射束數(shù)量確定單元根據(jù)所確定的敏感度來確定所述射束數(shù)量。
[0026] 在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種用于執(zhí)行IMRT的IMRT方法，其中，所述IMRT 方法包括：
[0027]-如權(quán)利要求12所述地確定IMRT中的射束數(shù)量，
[0028]-由處置規(guī)劃確定單元基于所確定的射束數(shù)量來確定針對所述IMRT的處置規(guī)劃， 并且
[0029]-由IMRT應用設備根據(jù)所確定的處置規(guī)劃來應用所述IMRT。
[0030] 在本發(fā)明的又一方面中，提供了一種用于確定IMRT流程中的射束數(shù)量的計算機 程序，其中，所述計算機程序包括程序代碼模塊，所述程序代碼模塊用于，當所述計算機程 序在控制如權(quán)利要求1所述的裝置的計算機上運行時，令所述裝置執(zhí)行如權(quán)利要求12所述 的方法的步驟。
[0031] 在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種用于執(zhí)行IMRT流程的計算機程序，其中，所 述計算機程序包括程序代碼模塊，所述程序代碼模塊用于，當所述計算機程序在控制如權(quán) 利要求11所述的MRT系統(tǒng)的計算機上運行時，令所述IMRT系統(tǒng)執(zhí)行如權(quán)利要求13所述 的IMRT方法的步驟。
[0032] 應理解，如權(quán)利要求1所述的用于確定IMRT流程中的射束數(shù)量的裝置、如權(quán)利要 求11所述的IMRT系統(tǒng)、如權(quán)利要求12所述的用于確定IMRT流程中的射束數(shù)量的方法、如 權(quán)利要求13所述的用于執(zhí)行IMRT流程的方法、如權(quán)利要求14所述的用于確定IMRT流程 中的射束數(shù)量的計算機程序以及如權(quán)利要求15所述的用于執(zhí)行IMRT流程的計算機程序具 有相似和/或相同的優(yōu)選實施例，尤其是如從屬權(quán)利要求中定義的優(yōu)選實施例。
[0033] 應理解，本發(fā)明的優(yōu)選實施例還能夠是從屬權(quán)利要求或上面的實施例與各自的獨 立權(quán)利要求的任何組合。
[0034] 本發(fā)明的這些和其他方面將根據(jù)下文描述的實施例變得顯而易見，并且參考下文 描述的實施例而得到闡述。
【附圖說明】
[0035] 在附圖中：
[0036]