專利名稱：生物學(xué)指導(dǎo)的適應(yīng)性治療方案制定的制作方法
生物學(xué)指導(dǎo)的適應(yīng)性治療方案制定
本申請(qǐng)涉及醫(yī)學(xué)中的治療方案制定。盡管本發(fā)明特別適用于外部放療 和分子治療，但其也涉及將治療施用于患者或其他對(duì)象的其他情況。
計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)圖連同放療治療方案制定(RTP)被廣泛用于 腫瘤學(xué)中。為了開(kāi)發(fā)治療方案，在CT圖中對(duì)腫瘤和風(fēng)險(xiǎn)器官進(jìn)行定位和 確定界線，并且處方適當(dāng)?shù)膭┝克?。通常，所處方的治療方案被設(shè)計(jì)成 使得施用到目標(biāo)組織的放射劑量最大化，而對(duì)周圍組織和風(fēng)險(xiǎn)組織的損傷 最小化。
在分次放療中，在一段期望的時(shí)間內(nèi)，例如在幾星期內(nèi)，處方劑量被 分次施用。分次能夠使得健康組織至少部分從不期望的放射影響恢復(fù)。從 而，與通常能夠在單次應(yīng)用中施用的相劑量比，可以為目標(biāo)組織施用更高 的總劑量。
通常，分次治療方案被應(yīng)用于患者，其通過(guò)將放射束對(duì)準(zhǔn)與目標(biāo)區(qū)域 具有已知關(guān)系的人工或天然基準(zhǔn)標(biāo)記物(例如紋身或其他所施加的標(biāo)記 物，骨和其他解剖學(xué)結(jié)構(gòu)等)。然而，諸如治療批次之間解剖學(xué)的變化和 標(biāo)記物的變化以及給定治療批次過(guò)程中患者的動(dòng)作的因素會(huì)造成重合不 良和其他定位誤差。結(jié)果，所實(shí)現(xiàn)的暴露可能與治療方案會(huì)有區(qū)別。
圖像指導(dǎo)或適應(yīng)性放療(ART)技術(shù)降低了這些差異，其通過(guò)向分次 治療應(yīng)用基于圖像的校正。結(jié)果，可以對(duì)所施用的劑量進(jìn)行調(diào)整以更匹配 一開(kāi)始所計(jì)算的方案。參見(jiàn)Erbel等人，MeAod/or crea""g or a n3(if(^/ow freaf附eMf p/aw, European patent application EP 1238684 (2005); Ruchala等人,Mef/zod moc^c加'ow o/ ra<i/of/zerap_y ^-ea加e"f cfe/z.ve^v， United States patent publication 20050201516 (2005); Amies等人，^c"ve Aera; 少re#m'riow， United States patent publication 20040254448 (2004); Rehbinder,等人，WaWve rad/加'ow Aera/^ cowpera加.ow o/ z>
awd rrea加e/7f cfe/fve;^, Med Phys. vol. 31， no. 12， pp. 3363-3371 (2004); Lam，等人，」w 。/7/7//c加'ow o/Z)aj^s/aw加"'幼,ca/附e^zc^ a^b/ "Ve ra血fc，， Phys Med Biol. vol. 50， no. 16， pp. 3849—3858 (August 2005);
6Schaly， 等人 ， 7wage-gwz'cfed acbWve raW加'ow f/zeraj^ (7g"W人 7 <2c//o6z'o/og/ca/ dose esca/加'o" cora/cfera",ora /oca//zed carc/"owa q/" ■ pras她，Med Phys. vol. 32， no. 7， pp. 2193-2203 (July 2005); Yan,等人， Computed tomogra/ /z_y gw/cfecfq/"/她;^h3Wowa/ / 加'ewf ran,加.o", Seminars in Radiation Oncology, vol. 15， no. 3， pp. 168—179 (July 2005)。
與ART不同，生物學(xué)指導(dǎo)的放療(BGRT)利用功能成像技術(shù)，所述 功能成像技術(shù)提供了關(guān)于代謝參數(shù)的信息。通過(guò)使用適當(dāng)功能參數(shù)的現(xiàn)有 知識(shí)，計(jì)算治療方案，其能夠優(yōu)化所期待的對(duì)目標(biāo)組織的治療影響。參見(jiàn) Xing等人，/"verse / /aww/"g /wwcf/owa/ /wage-/wfewwXy-wodM/afed ra如"ow Aerap_y, Phys Med Biol. vol. 47， pp. 3567-3578 (2002)。接著以分次 及其他方式為基礎(chǔ)施用計(jì)算的治療方案。
盡管ART和BGRT技術(shù)已經(jīng)成功地用于治療疾病，但仍存在改進(jìn)空 間。更具體地，期望調(diào)整治療方案以解決特定病理或患者中的生物學(xué)變化。
本發(fā)明的一些方面解決了這些問(wèn)題等。
根據(jù)一個(gè)方面， 一種治療處方設(shè)備使用數(shù)學(xué)病理模型和對(duì)象特異性生 物學(xué)參數(shù)歷史用于建立將施用給對(duì)象的期望的治療。病理模型模擬病理對(duì) 治療的應(yīng)答，并且生物學(xué)參數(shù)歷史包括從對(duì)象的功能成像檢查獲得的生物 學(xué)參數(shù)值。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面， 一種治療處方方法包括使用數(shù)學(xué)病理模型 和對(duì)象特異性生物學(xué)參數(shù)歷史建立將施用給對(duì)象的期望的治療。病理模型 模擬病理對(duì)治療的應(yīng)答，并且生物學(xué)參數(shù)歷史包括從對(duì)象的功能成像檢査 獲得的空間變化的生物學(xué)參數(shù)值。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面， 一種治療處方設(shè)備計(jì)算將施用給對(duì)象的治 療(D)，其基于期望的生物學(xué)參數(shù)值、測(cè)量的生物學(xué)參數(shù)值(bi，M)以及 模擬病理對(duì)治療的應(yīng)答的數(shù)學(xué)病理模型(122)。在給病理施用治療之后測(cè) 量生物學(xué)參數(shù)，并且所測(cè)量的值包括空間變化的生物學(xué)參數(shù)值。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面， 一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)含有指令，當(dāng)計(jì) 算機(jī)運(yùn)行所述指令時(shí)，所述指令會(huì)使得計(jì)算機(jī)運(yùn)行一種方法，該方法包括 使用期望的生物學(xué)參數(shù)值、對(duì)象特異性的測(cè)量的生物學(xué)參數(shù)歷史和數(shù)學(xué)病 理模型來(lái)建立將施用到對(duì)象的病理的期望的治療。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面， 一種設(shè)備包括治療方案制定系統(tǒng)和治療裝 置。治療系統(tǒng)建立作為對(duì)象的期望的生物學(xué)參數(shù)值、代表對(duì)象病理的對(duì)象 特異性生物學(xué)參數(shù)歷史和模擬病理對(duì)治療的應(yīng)答的病理模型的函數(shù)的施 用給對(duì)象的連續(xù)治療特性曲線。治療裝置有效地電連接到所述治療方案制 定系統(tǒng)，以便接收所建立的特性曲線并根據(jù)所建立的特性曲線施用治療。
根據(jù)另 一個(gè)方面， 一種方法包括獲得代表測(cè)量的患者群對(duì)所施用的治 療的應(yīng)答的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中，以及使所述數(shù)據(jù) 可以被治療方案制定系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)獲得。數(shù)據(jù)包括測(cè)量的生物學(xué)參 數(shù)值、所施用的治療和代表對(duì)所施用治療的應(yīng)答的第二測(cè)量的生物學(xué)參數(shù) 值。第一和第二測(cè)量的生物學(xué)參數(shù)值是從對(duì)象群的一些成員的功能成像檢 査中獲得的。
通過(guò)閱讀和理解下面的詳細(xì)描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠認(rèn)識(shí)到本發(fā)明 其他的方面。
可以以各種組件和組件的排列，以及以各種不同步驟和步驟的排列進(jìn) 行本發(fā)明。附圖只是為了說(shuō)明優(yōu)選實(shí)施方式的目的，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明進(jìn) 行限制。


圖1描述治療方案制定系統(tǒng)。
圖2描述生物學(xué)參數(shù)歷史。 圖3描述病理模型。 圖4描述對(duì)治療的預(yù)測(cè)的應(yīng)答。 圖5描述治療方法。 圖6描述治療方法。
參考圖1，生物學(xué)指導(dǎo)的適應(yīng)性放療(BGART)系統(tǒng)100包括成像儀 102，適應(yīng)性治療方案制定系統(tǒng)104，和治療裝置106。
成像儀102包括解剖學(xué)成像儀108和功能成像儀110。解剖學(xué)成像儀 108是解剖學(xué)成像形式的例如計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)、磁共振(MR)、 x-射線、熒光鏡或提供代表患者或者對(duì)象101的解剖學(xué)信息的其他掃描裝置。 功能成像儀110是功能成像形式的例如正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層成像 (PET)、單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像(SPECT)、功能性MR (fMR)或
8其他提供功能信息的掃描裝置。成像儀102還包括對(duì)準(zhǔn)單元112，以將解 剖學(xué)成像儀108和功能成像儀110所產(chǎn)生的體積數(shù)據(jù)對(duì)準(zhǔn)或者關(guān)聯(lián)，例如 用于解釋全部和定期的患者動(dòng)作。
在一種實(shí)施中，成像儀102是混合掃描裝置例如混合的PET/CT、 SPECT/CT、 PET/MR或SPECT/MR系統(tǒng)。在這些混合系統(tǒng)中，兩種或者 更多種形式通常共有共同的托臺(tái)結(jié)構(gòu)或者以其他方式相互鄰近定位，例如 它們各自的檢査區(qū)至少部分重疊或者沿著共同的縱向軸設(shè)置。為了減少對(duì) 在掃描裝置之間將患者重新定位的需要，通常混合系統(tǒng)共用患者支架，所 述支架可以用于將患者可轉(zhuǎn)變地定位在所需要的各自檢查區(qū)中。
繼續(xù)參考圖1，有效電連接到成像儀102的適應(yīng)性治療方案制定系統(tǒng) 104，包括生物學(xué)參數(shù)計(jì)算子系統(tǒng)114、輪廓描繪(contouring)子系統(tǒng)116、 治療處方子系統(tǒng)118和劑量計(jì)算子系統(tǒng)120。
生物學(xué)參數(shù)計(jì)算子系統(tǒng)114使用來(lái)自功能成像儀110的信息產(chǎn)生一個(gè) 或者多個(gè)生物學(xué)參數(shù)圖，代表對(duì)象中感興趣區(qū)域的一或多種生物學(xué)參數(shù)。 對(duì)于腫瘤學(xué)，例如典型的生物學(xué)參數(shù)可以包括腫瘤的放射敏感性(例如使 用示蹤物例如FMISO從PET掃描獲得的)或者增殖(例如使用示蹤物例 如FLT從PET掃描獲得的)。也預(yù)期了其他的生物學(xué)參數(shù)，這依賴于特定 功能成像儀110和示蹤物的特征以及其他應(yīng)用的特定需求。
為了進(jìn)行下面的討論，各種生物學(xué)參數(shù)將被命名為bi，其中i-l， 2， 3...N。盡管提高的空間精確性通常是在體素(voxd)水平上對(duì)生物學(xué)和其他 參數(shù)進(jìn)行建模所獲得的，但也可以在期望的間隔尺寸(granularity)水平 上進(jìn)行建模，這依賴于所需要的精確度、成像儀102的特征以及其他應(yīng)用 的具體因素。
輪廓描繪子系統(tǒng)106使用來(lái)自解剖學(xué)成像儀108和/或生物學(xué)參數(shù)計(jì)算 子系統(tǒng)120的信息描繪圖像數(shù)據(jù)中感興趣的一個(gè)或者多個(gè)區(qū)域的輪廓。因 此，例如，輪廓描繪系統(tǒng)可以描繪一個(gè)或者多個(gè)病理區(qū)域例如腫瘤或者其 他需要治療的病變的輪廓。輪廓描繪子系統(tǒng)116也可以描繪一個(gè)或者多個(gè) 需要避免治療的健康組織區(qū)域的輪廓。
生物學(xué)適應(yīng)性治療處方子系統(tǒng)118使用來(lái)自生物學(xué)參數(shù)計(jì)算子系統(tǒng) 114和輪廓描繪子系統(tǒng)116計(jì)算期望的治療D。在示范性的放射腫瘤學(xué)情 況中，期望的治療D可以包括目標(biāo)劑量圖，其指明在治療批次之間，為一
9個(gè)或者多個(gè)腫瘤區(qū)域所施用的期望輻射劑量，以及期望的時(shí)間。期望的治
療D也可以為需要避免被治療的健康區(qū)域提供最大劑量信息或者以其他 方式描繪需要避免被治療的健康區(qū)域的輪廓。
正如下面將更詳細(xì)描述的，治療處方系統(tǒng)118也采用病理模型122和 生物學(xué)參數(shù)歷史信息124以基于所觀察的特定患者或者病理的特征，例如 病理或鄰近的健康組織對(duì)之前所施用治療的應(yīng)答，來(lái)改變或者以其他方式 調(diào)整治療。
治療計(jì)算子系統(tǒng)120使用來(lái)自處方子系統(tǒng)118的期望的治療D聯(lián)合解 剖學(xué)、生物學(xué)、輪廓描繪和/或其他數(shù)據(jù)以計(jì)算接近目標(biāo)的治療方案。在使 用外部放療裝置進(jìn)行治療的輻射腫瘤學(xué)應(yīng)用的情況中，治療計(jì)算子系統(tǒng) 120使用已知的強(qiáng)度調(diào)控式放療(IMRT)或其他技術(shù)計(jì)算一種或者多種期 望的光路、暴露時(shí)間和類似的信息以便所施用的輻射劑量的空間分布接近 目標(biāo)劑量圖。
通過(guò)電通信界面或其他網(wǎng)絡(luò)通信界面與治療方案制定系統(tǒng)104通信的 治療裝置106將期望的治療D施用到患者或者對(duì)象。盡管上述討論集中在 放射腫瘤學(xué)和使用外部放療裝置，但應(yīng)該理解也預(yù)期其他的外部和非外部 治療裝置106，并且可以根據(jù)一些因素諸如相關(guān)病理和期望的治療形式進(jìn) 行選擇。這些治療裝置的非限制性例子包括近距離放射療法 (brachytherapy)、高強(qiáng)度聚焦超聲(HIFU)和熱和/或射頻消融術(shù)、冷凍療法 和外科手術(shù)裝置以及分子或化學(xué)(例如化療)療法。
現(xiàn)在將更詳細(xì)描述生物學(xué)適應(yīng)性治療處方子系統(tǒng)118。正如上面所提 到的，處方子系統(tǒng)118采用病理模型122和生物學(xué)參數(shù)歷史信息124來(lái)根 據(jù)特定患者或病理的特征調(diào)整治療。盡管通常期望病理模型122盡可能精 確地模擬生物學(xué)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)移功能，但本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解模型122可 以是有缺陷的。這些缺陷可能來(lái)自許多因素，例如(可測(cè)量的)參數(shù)的數(shù) 目和選擇、患者和病理特異性變化等。
接著從一種角度看，治療處方子系統(tǒng)118可以被看作是反復(fù)或閉環(huán)系 統(tǒng)的執(zhí)行部分，其接收相關(guān)生物學(xué)參數(shù)bj的實(shí)際bi,頓值和期望bi，目標(biāo)值作為 輸入。治療處方系統(tǒng)118使用病理模型122和生物學(xué)參數(shù)歷史信息124以 調(diào)節(jié)治療，以便實(shí)際的生物學(xué)參數(shù)值bi,實(shí)際接近期望bi,目標(biāo)值。同樣，實(shí)際的 bj,實(shí)際和期望bj，目標(biāo)值可以在體素水平上或者其他期望的間隔尺寸水平上進(jìn)行建模。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖2，生物學(xué)參數(shù)歷史124可以被可視化為多維矩陣，其含
有在一次或者多次tm測(cè)量的一種或者多種生物學(xué)參數(shù)bi的值，例如在施用 于給定患者的分次治療的過(guò)程中的多個(gè)時(shí)間。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠認(rèn)識(shí)
到，盡管圖2以便于描述的方式提供了生物學(xué)信息歷史124，但是該歷史 124可以以任何適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)被組織，例如計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖3，病理模型122接收一種或者多種測(cè)量的bi,實(shí)際和期望的 bi,目標(biāo)生物學(xué)參數(shù)值作為輸入，并產(chǎn)生包括期望的治療D的輸出。正如在圖 3中更詳細(xì)顯示的，示范性的經(jīng)驗(yàn)病理模型122包括數(shù)據(jù)庫(kù)302、柱狀圖 304和治療評(píng)估器306。
數(shù)據(jù)庫(kù)302可以被看作是為給定對(duì)象群的成員提供關(guān)于對(duì)所施用治療 的預(yù)期應(yīng)答和/或所施用治療的效率的信息，包括測(cè)量的生物學(xué)參數(shù)bi,實(shí)際 和從多個(gè)案例獲得的處方的治療D。正如所描述的，數(shù)據(jù)庫(kù)302包括一系 列下列形式的條目
方程1 dt，bi(t,),bi(t2)，D 施用
其中bi(t,)是在時(shí)間t,測(cè)量的生物學(xué)參數(shù)bi， bi(t2)是在時(shí)間12測(cè)量的
生物學(xué)參數(shù)bi。在分次治療的情況中，D施用能夠代表所施用劑量批次和時(shí) 間的列表。這些數(shù)據(jù)庫(kù)條目也可以含有額外的或者不同的信息，例如年齡 和其他患者種群統(tǒng)計(jì)學(xué)數(shù)據(jù)、病理位置、成像劑和其他被認(rèn)為影響對(duì)特定 治療的應(yīng)答的信息。
可以從數(shù)據(jù)庫(kù)302提取信息以提供關(guān)于對(duì)所施用的治療D的預(yù)期的應(yīng) 答的更普遍信息。作為例子，信息可以被用于產(chǎn)生條件性二維柱狀圖，其 形式為bi,鵬(dt，D)lbi,鵬，其中bi,應(yīng)答代表在施用治療D之后的時(shí)間dt時(shí)的生 物學(xué)參數(shù)bi的預(yù)測(cè)值，假定起始生物學(xué)參數(shù)值為bi，起始。
圖4中表示了隨意二維柱狀圖的說(shuō)明性例子。對(duì)于起始生物學(xué)參數(shù)bi, 起始，柱狀圖可以用于測(cè)定劑量d和時(shí)段dt的這些組合(如果有的話)，其 可以被認(rèn)為產(chǎn)生目標(biāo)狀態(tài)bi,目標(biāo)。正如圖4所描述的，可能的組合被設(shè)置在 位于期望的生物學(xué)參數(shù)值bi，目標(biāo)的平面上。類似地，柱狀圖峰(或者谷，這 依賴于數(shù)據(jù)的顯示方式)能夠被用于鑒定預(yù)期具有最大效果的治療D。盡 管描述了二維柱狀圖，但也可以產(chǎn)生具有三(3)維或更多維的柱狀圖。生物學(xué)參數(shù)歷史124也可以用于進(jìn)一步改進(jìn)所選擇的治療D。因此， 例如，可以將特定患者對(duì)之前所施用治療的測(cè)量應(yīng)答與病理模型122所預(yù) 測(cè)的應(yīng)答進(jìn)行比較，從而調(diào)節(jié)所選擇的治療。例如，如果特定患者的應(yīng)答 不如模型122所預(yù)測(cè)的有利，則可以上調(diào)所施用的劑量。
治療評(píng)估器306從柱狀圖304接收信息和期望的目標(biāo)狀態(tài)bj，s標(biāo)以選擇 被估計(jì)可提供期望目標(biāo)狀態(tài)的治療D。注意，可以根據(jù)文獻(xiàn)、病理模型122、 操作者經(jīng)驗(yàn)或其他因素建立目標(biāo)狀態(tài)bi，^。如果治療評(píng)估器306鑒定了一 種以上的可能治療D，則治療評(píng)估器306可以根據(jù)期望的規(guī)則(例如達(dá)到 目標(biāo)狀態(tài)的最低施用劑量d、最短的預(yù)期時(shí)間dt)給出適當(dāng)?shù)闹委熃ㄗh， 或者要求用戶從可能的治療中進(jìn)行選擇。
盡管上面已經(jīng)描述了系統(tǒng)100的一種執(zhí)行方式，當(dāng)仍預(yù)期會(huì)有變化。 例如，成像儀102可以不作為混合成像系統(tǒng)進(jìn)行執(zhí)行。因此，解剖學(xué)成像 儀108和功能成像儀110也可以作為分離的系統(tǒng)被執(zhí)行，或者作為被用于 獲得解剖學(xué)和功能信息的單一系統(tǒng)被執(zhí)行，例如在fMR掃描裝置的情況 中。也可以省略解剖學(xué)成像儀108。
治療方案制定系統(tǒng)104被有利地在計(jì)算機(jī)工作站上執(zhí)行，例如用于與 用戶交流的通用或其他具有圖形用戶界面(GUI)的計(jì)算機(jī)。治療方案制 定系統(tǒng)104也可以聯(lián)合成像儀102被加入到工作站中，使用多個(gè)計(jì)算機(jī)或 者其他方式。類似地，對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)可以被從成像儀102分別執(zhí)行，作為治療 方案制定系統(tǒng)104的一部分，或者以其他方式。需要理解，各種計(jì)算機(jī)含 有或者以其他方式讀取含有指令的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，該指令在被計(jì)算 機(jī)處理器運(yùn)行時(shí)會(huì)使計(jì)算機(jī)運(yùn)行所描述的技術(shù)。
盡管以上關(guān)于基于經(jīng)驗(yàn)的病理模型122的討論是就條形圖304進(jìn)行 的，但也可以采用其他合適的數(shù)學(xué)模型。此外，病理模型122也可以是基 于放射生物學(xué)的或基于分析的。在這樣的情況中，可以使用合適的數(shù)學(xué)模 型計(jì)算期望的治療D。病理模型122也可以是基于規(guī)則的執(zhí)行，例如連接 基于專家系統(tǒng)的執(zhí)行。
數(shù)據(jù)庫(kù)302也可以含有關(guān)于各種可替代治療的信息，例如對(duì)于一種以 上分子藥劑的應(yīng)答信息。數(shù)據(jù)庫(kù)302還可以含有關(guān)于各種治療形式的信息， 例如關(guān)于對(duì)放射、分子、熱或其他治療的應(yīng)答，無(wú)論分別施用還是作為輔 助施用或者其他方式的補(bǔ)充治療。因此，病理模型122也可以模擬病理對(duì)
12于一種以上治療類型的應(yīng)答，并且用于提示不僅優(yōu)化目前的治療，而且提 示可替代或補(bǔ)充治療。關(guān)于這一點(diǎn)，也可以采用期望的分子藥劑或其他治
療形式、劑量水平或治療間隔作為輸入進(jìn)行治療測(cè)定。來(lái)自數(shù)據(jù)庫(kù)302的 信息和/或生物學(xué)參數(shù)歷史124可以用于顯示治療方案的傾向。
數(shù)據(jù)庫(kù)302不需要被存儲(chǔ)在治療方案制定系統(tǒng)104上。實(shí)際上，數(shù)據(jù) 庫(kù)本身302不需要被治療處方子系統(tǒng)118讀取。在后一情況中，數(shù)據(jù)庫(kù)302 可以被用于開(kāi)發(fā)適當(dāng)?shù)牟±砟Ｐ?22，接著病理模型122可被方案制定系 統(tǒng)104讀取。在每種情況中，數(shù)據(jù)庫(kù)302或者從該數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)生的信息可以 被存儲(chǔ)在可以被治療方案制定系統(tǒng)104讀取或者可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)例如醫(yī)院 HIS/RIS系統(tǒng)、DICOM界面、因特網(wǎng)等讀取的計(jì)算機(jī)刻度存儲(chǔ)器內(nèi)?？梢?經(jīng)常對(duì)病理模型122經(jīng)常更新，以反映數(shù)據(jù)庫(kù)302的變化。類似地，數(shù)據(jù) 庫(kù)302可以經(jīng)常更新以反映其他的或者不同的數(shù)據(jù)。
類似地，生物學(xué)參數(shù)歷史124不需要被存儲(chǔ)在治療方案制定工作站上。 期望的信息可以被存儲(chǔ)在遠(yuǎn)程位置，并且根據(jù)需要例如通過(guò)HIS/RIS系統(tǒng)、 DICOM界面、因特網(wǎng)等適當(dāng)?shù)耐ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)被讀取。
也可以預(yù)期放射腫瘤學(xué)以外的應(yīng)用。例如，所描述的技術(shù)可以用于分 子治療和化療。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解仍有其他的應(yīng)用。
下面參考圖5描述系統(tǒng)100的運(yùn)行。
在步驟502獲取功能信息，例如使用功能成像儀110。類似地，獲得 期望的解剖學(xué)信息，并且進(jìn)行所需的對(duì)準(zhǔn)、輪廓描繪和類似的步驟。所得 到的圖像數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在生物學(xué)參數(shù)歷史124中。注意有利地，在起始治療
之前獲取起始圖像組。
來(lái)自功能成像儀110的信息被用于在步驟504計(jì)算期望的功能參數(shù)bi。 在步驟506，期望的狀態(tài)bi,目標(biāo)、實(shí)際狀態(tài)bi，頓和病理模型122被用于 計(jì)算期望的治療D。注意，除了之前所施用的治療的變化之外，期望的治 療D還提示治療方案中的變化，例如通過(guò)提示從分子治療變成放療或者施 用輔助或者其他補(bǔ)充治療。用戶可以被促進(jìn)輸入或者以其他方式確認(rèn)目標(biāo) 信息bi,^。注意目標(biāo)狀態(tài)不需要是最后的期望目標(biāo)狀態(tài)(例如在腫瘤學(xué)應(yīng) 用的情況中是基本上無(wú)活性腫瘤的生物學(xué)參數(shù)值)，但可以替代為中間目 標(biāo)狀態(tài)。在分次治療中，例如，中間目標(biāo)狀態(tài)可以依賴目前的治療批次， 進(jìn)而施用依賴治療批次的移動(dòng)目標(biāo)。注意，有利的是在預(yù)期使用其他合理
13或適當(dāng)?shù)膭┝拷M、治療間隔或其他治療參數(shù)而可以達(dá)到的條件下選擇目
標(biāo)。實(shí)際狀態(tài)信息bi，娜被有利地從生物學(xué)參數(shù)歷史124獲得。也可以促進(jìn) 用戶確認(rèn)或者以其他方式接受所提議的治療D。
在步驟508施用治療D。在這一點(diǎn)上，需要指出該治療可以包括施用 一種或者多種劑量批次。
根據(jù)需要，在步驟510重復(fù)該過(guò)程，例如，直到病理達(dá)到期望的目標(biāo) 狀態(tài)bi，服。正如能夠被理解的，這種反復(fù)策略有助于降低病理模型122中 缺陷的影響。而且，來(lái)自'后續(xù)測(cè)量的信息能夠被用于改造治療以更近似地 反映特定患者對(duì)所施用治療的真實(shí)應(yīng)答。
參考圖6對(duì)適當(dāng)?shù)闹委熂夹g(shù)進(jìn)行進(jìn)一步描述。
在602，在時(shí)間ti獲得起始生物學(xué)參數(shù)測(cè)量bi，匿(x，y,z，t》。盡管在體 素水平上進(jìn)行了描述，但能夠理解，可以在圖像空間中獲得一些體素的類 似測(cè)量。然而，同樣也可以在其他間隔尺寸水平上獲得測(cè)量。
在604計(jì)算和施用第一空間變化治療D (x,y,z,t,，2)。在所描述的實(shí)例 中，在第一空間區(qū)606上施用第一劑量，而在第二空間區(qū)608上施用第二 劑量。然而，同樣，期望的劑量可以在體素或其他期望水平上被計(jì)算和/ 或變化。
在610，在期望時(shí)間t2獲得第二生物學(xué)參數(shù)測(cè)量bi,測(cè)量(x，y,z，t2)，并與 目標(biāo)狀態(tài)bi,目標(biāo)(x,y,z)進(jìn)行比較。
如果需要，則在606計(jì)算和應(yīng)用第二空間變化的治療D (x，y,z，t,，2)。 正如所描述的，治療處方子系統(tǒng)118會(huì)根據(jù)治療模型122和/或生物學(xué)參數(shù) 歷史124而改變所施用治療的空間范圍和劑量水平612、 614。
在616，在期望時(shí)間t2獲得第三生物學(xué)參數(shù)測(cè)量bi，測(cè)量(x，y，z，t2)，并與 目標(biāo)狀態(tài)bi,s標(biāo)(x,y,z)進(jìn)行比較。根據(jù)需要繼續(xù)該程序，直到病理達(dá)到目 標(biāo)狀態(tài)bj,目標(biāo)(x，y,z)。
已經(jīng)參考優(yōu)選的實(shí)施方式描述了本發(fā)明。通過(guò)閱讀和理解前面的詳細(xì) 描述可以進(jìn)行修飾和改變。本發(fā)明應(yīng)該被理解為旨在包括所有這些修飾和 改變，只要它們落入所附權(quán)利要求或其等同的范圍內(nèi)。
1權(quán)利要求
1、一種治療處方設(shè)備(118)，其使用病理模型(122)和對(duì)象特異性生物學(xué)參數(shù)歷史(124)來(lái)建立將施用給對(duì)象(101)的期望的治療(D)，其中所述病理模型模擬病理對(duì)治療的應(yīng)答，并且所述生物學(xué)參數(shù)歷史包括從對(duì)象的功能成像檢查所獲得的生物學(xué)參數(shù)值。
2、 權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述設(shè)備基于所觀察的對(duì)所施用治療的 應(yīng)答，反復(fù)地調(diào)節(jié)所述期望的治療。
3、 權(quán)利要求2的設(shè)備，其中所述設(shè)備反復(fù)地調(diào)節(jié)所述期望的治療， 直到所測(cè)量的生物學(xué)參數(shù)值(bi,M)達(dá)到期望的數(shù)值(bi,銀)。
4、 權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述病理模型是經(jīng)驗(yàn)產(chǎn)生的模型，其代 表對(duì)象群對(duì)將施用類型的治療的應(yīng)答。
5、 權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述病理模型模擬生物學(xué)參數(shù)作為時(shí)間 函數(shù)的變化。
6、 權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述對(duì)象特異性生物學(xué)參數(shù)歷史包括多 個(gè)空間變化的生物學(xué)參數(shù)值。
7、 權(quán)利要求l的設(shè)備，其包括功能成像儀(102)。
8、 權(quán)利要求1的設(shè)備，其包括治療計(jì)算設(shè)備(120)，所述治療計(jì)算 設(shè)備計(jì)算將通過(guò)治療裝置(106)施用的治療。
9、 權(quán)利要求8的設(shè)備，其包括以與治療計(jì)算設(shè)備有效電通信的治療 裝置(106)。
10、 權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述治療包括強(qiáng)度調(diào)控式放療。
11、 權(quán)利要求l的設(shè)備，其包括圖形用戶界面，所述圖形用戶界面將 代表期望的治療的信息呈現(xiàn)給人類用戶。
12、 一種治療處方方法，其包括使用病理模型(202)和對(duì)象特異性 生物學(xué)參數(shù)歷史(124)來(lái)建立將施用給對(duì)象(101)的期望的治療(D)， 其中所述病理模型模擬病理對(duì)治療的應(yīng)答，并且所述生物學(xué)參數(shù)歷史包括 從對(duì)象的功能成像檢査所獲得的空間變化的生物學(xué)參數(shù)值。
13、 權(quán)利要求12的方法，其包括從施用所述期望的治療之后進(jìn)行的對(duì)象的功能成像檢查獲得生物學(xué) 參數(shù)值(bi,測(cè)量);和重復(fù)使用病理模型的步驟。
14、 權(quán)利要求12的方法，其包括將所得到的生物學(xué)參數(shù)值與期望值 (bi,目標(biāo))進(jìn)行比較。
15、 權(quán)利要求12的方法，其中所述期望的治療包括劑量(d)和治療 間隔(dt)。
16、 權(quán)利要求12的方法，其中所述期望的治療包括分次治療。
17、 權(quán)利要求12的方法，其中所述期望的治療包括施用熱、射頻或
18、 權(quán)利要求12的方法，其中所述期望的治療包括分子治療或化療。
19、 權(quán)利要求12的方法，其中所述病理模型包括分析模型。
20、 權(quán)利要求12的方法，其中所述病理模型包括多維柱狀圖。
21、 權(quán)利要求12的方法，其包括通過(guò)電通信界面將代表所述期望的 治療的信息傳遞到治療裝置(106)。
22、 一種治療處方設(shè)備(118)，其根據(jù)下列各項(xiàng)計(jì)算將施用給病理的 治療(D):期望的生物學(xué)參數(shù)值(bi,目標(biāo))； 所述生物學(xué)參數(shù)的測(cè)量值(bi，測(cè)量)；和 病理模型(122)，其模擬病理對(duì)治療的應(yīng)答，其中在將治療施用給病理后測(cè)量所述生物學(xué)參數(shù)，并且所述測(cè)量值包 括空間變化的生物學(xué)參數(shù)值。
23、 權(quán)利要求22的設(shè)備，其中所述治療包括外部放療。
24、 權(quán)利要求22的設(shè)備，其中所計(jì)算的治療包括空間變化的劑量(d)。
25、 權(quán)利要求22的設(shè)備，其中所述設(shè)備根據(jù)患者特異性生物學(xué)參數(shù) 歷史(124)計(jì)算所述治療。
26、 權(quán)利要求22的設(shè)備，其包括用于獲得代表所述病理的功能圖像 數(shù)據(jù)的功能成像儀(110)。
27、 權(quán)利要求22的設(shè)備，其包括用于將所計(jì)算的治療施用給所述病 理的治療設(shè)備(106)。
28、 權(quán)利要求22的設(shè)備，其包括計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器，所述存儲(chǔ)器含 有代表患者群對(duì)所施用類型的治療的應(yīng)答的數(shù)據(jù)。
29、 一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其含有指令，當(dāng)計(jì)算機(jī)運(yùn)行所述指令3時(shí)，所述指令會(huì)使得計(jì)算機(jī)運(yùn)行一種方法，該方法包括使用期望的生物學(xué)參數(shù)值(bi，目標(biāo))、對(duì)象特異性的測(cè)量的生物學(xué)參數(shù)歷史(124)和病理模型 (122)來(lái)建立將施用到對(duì)象的病理的期望的治療(D)。
30、 權(quán)利要求29的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其中所述生物學(xué)參數(shù)值代 表所述病理的放射敏感性或增殖。
31、 權(quán)利要求29設(shè)備，其中所述病理模型包括基于規(guī)則的模型。
32、 一種設(shè)備，其包括:治療方案制定系統(tǒng)(104)，其建立作為對(duì)象的期望的生物學(xué)參數(shù)值(bi， s標(biāo))、代表所述對(duì)象的病理的對(duì)象特異性生物學(xué)參數(shù)歷史(124)和模擬所 述病理對(duì)治療的應(yīng)答的病理模型(122)的函數(shù)的施用給對(duì)象的連續(xù)治療 的特性曲線；治療裝置(106)，其有效地電連接于所述治療方案制定系統(tǒng)，以便接 收所建立的特性曲線，并且其中所述治療裝置根據(jù)所建立的特性曲線施用 治療。
33、 權(quán)利要求32的設(shè)備，其中所述治療裝置包括放療裝置。
34、 權(quán)利要求32的設(shè)備，其中所述特性曲線包括劑量。
35、 權(quán)利要求34的設(shè)備，其中所述特性曲線包括治療類型。
36、 權(quán)利要求35的設(shè)備，其中所述治療類型包括放療和化療的至少 一種。
37、 權(quán)利要求32的設(shè)備，其中所述對(duì)象特異性生物學(xué)參數(shù)歷史包括 來(lái)自所述對(duì)象的功能成像檢查的信息。
38、 權(quán)利要求32的設(shè)備，其包括用于以人可感知的形式呈現(xiàn)代表連 續(xù)施用的治療的特性曲線的信息的工具。
39、 一種方法，其包括獲得代表所測(cè)量的患者群對(duì)所施用的治療的應(yīng)答的數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)包 括第一測(cè)量的生物學(xué)參數(shù)值(bi(t,))、所施用的治療(D施s)和代表對(duì)所 施用的治療的應(yīng)答的第二測(cè)量的生物學(xué)參數(shù)值(bi(t2))，其中所述第一和 第二測(cè)量的生物學(xué)參數(shù)值是從對(duì)象群成員的功能成像檢査獲得的；將所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀的存儲(chǔ)介質(zhì)中；使所述數(shù)據(jù)可以被治療方案制定系統(tǒng)(104)通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)獲得。
40、 權(quán)利要求39的方法，其中所述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)包括因特網(wǎng)。
41、 權(quán)利要求39的方法，其包括更新所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。
42、 權(quán)利要求39的方法，其中所述數(shù)據(jù)包括所測(cè)量的患者群中多個(gè) 成員的每一個(gè)對(duì)所施用治療的應(yīng)答。
43、 權(quán)利要求39的方法，其中所述數(shù)據(jù)包括柱狀圖。
全文摘要
一種治療系統(tǒng)(100)，包括成像儀(102)、治療方案制定器(104)和治療裝置(106)。所述治療方案制定器(104)包括治療處方設(shè)備(118)，其計(jì)算將施用給人患者或其他對(duì)象的期望的治療(D)。治療處方系統(tǒng)(118)使用病理模型(122)和患者特異性生物學(xué)參數(shù)歷史(124)以優(yōu)化所施用的治療。
文檔編號(hào)G06F19/00GK101496018SQ200780028589
公開(kāi)日2009年7月29日 申請(qǐng)日期2007年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月1日
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