專利名稱：針對放射治療處置規(guī)劃的同時多模態(tài)逆向優(yōu)化的制作方法
針對放射治療處置規(guī)劃的同時多模態(tài)逆向優(yōu)化
本申請在多模態(tài)放射治療規(guī)劃優(yōu)化過程和系統(tǒng)中尤其有用。然而，將意識到，所描述的(一項或多項)技術也可在其他類型的治療規(guī)劃系統(tǒng)中、其他治療規(guī)劃系統(tǒng)中和/或其他醫(yī)學應用中得到應用。
用于外部射束放射治療的優(yōu)化算法已存在了一定時間。然而，全世界的癌癥治療中心都在可以提供更多類型的輻射模態(tài)時將它們并入到規(guī)劃過程中。例如，處置場所可以將基于質子和光子的外部射束治療組合到針對癌癥患者的單個處方中。這樣的組合治療針對每一類型的模態(tài)使用分別的算法用于優(yōu)化給予患者的劑量。這些算法固有地確定次優(yōu)方案，因為該優(yōu)化方式并不同時包括所有治療類型。
在傳統(tǒng)逆向規(guī)劃算法中，軟件嘗試建立一組輻射束形狀和權重以滿足用戶定義的目標。這些目標可包括到達靶癌癥位點和/或周圍組織的最小劑量、最大劑量、均一劑量等。這些算法一次僅使用一個處置模態(tài)，其中光子是最廣泛使用的類型。從逆向、強度調制治療的開始和臨床應用起，更多的癌癥中心已經(jīng)開始使用不同處置模態(tài)。這些可包括光子治療、電子治療、質子治療、離子治療等。
目前，已有遞送輻射光子的輻射治療設備和遞送離子，例如質子，的其他輻射治療設備。每個都有其自己的優(yōu)點和不足。例如，離子可以聚焦到特定深度，具有更高的腫瘤殺傷力并且可以精確地瞄準。光子具有更廣的分布并且針對輻照較大區(qū)域，例如分布的腫瘤、 腫瘤邊緣處的外圍區(qū)域等，特別有價值。盡管針對每種都有劑量優(yōu)化程序，但是這些程序僅優(yōu)化這些模態(tài)中的一種的劑量。
在便于針對多模態(tài)輻射治療規(guī)劃等使用單個組合優(yōu)化技術，從而克服以上提及的不足的系統(tǒng)和方法的領域中，存在一種未解決的需要。
根據(jù)一個方面，一種便于優(yōu)化采用光子射束輻射處置和離子射束輻射處置兩者的多模態(tài)輻射治療規(guī)劃的系統(tǒng)，包括輸入圖形用戶界面(GUI)，所述輸入圖形用戶界面包括在其上向用戶呈現(xiàn)與一個或多個輻射處置規(guī)劃模擬模型相關的用戶信息的顯示器。所述系統(tǒng)還包括優(yōu)化器，所述優(yōu)化器通過在模擬期間迭代地調整針對光子治療設備和離子治療設備中的每個的多個優(yōu)化參數(shù)，而同時優(yōu)化一個或多個模擬模型中的來自光子治療設備和離子治療設備的劑量遞送。額外地，所述系統(tǒng)包括模擬器，所述模擬器根據(jù)優(yōu)化參數(shù)生成一個或多個模擬模型。
根據(jù)另一方面，一種優(yōu)化采用光子射束輻射處置和離子射束輻射處置兩者的多模態(tài)輻射治療規(guī)劃的方法，包括通過在模擬期間迭代地調整針對光子治療設備和離子治療設備中的每個的多個優(yōu)化參數(shù)，而同時優(yōu)化一個或多個模擬模型中的來自光子治療設備和離子治療設備的劑量遞送。所述方法還包括根據(jù)優(yōu)化參數(shù)生成一個或多個模擬模型。
根據(jù)另一方面，一種便于同時優(yōu)化多模態(tài)治療處置規(guī)劃的多個模式的系統(tǒng)，包括生成用于處置患者內(nèi)的感興趣體積的第一射束的第一治療設備，以及生成用于處置患者內(nèi)的感興趣體積的第二射束的第二治療設備。所述系統(tǒng)還包括優(yōu)化器，所述優(yōu)化器評價一個或多個輻射處置目標標準并且調整與第一射束和第二射束相關聯(lián)的一個或多個優(yōu)化參數(shù)， 以實現(xiàn)一個或多個輻射處置目標標準；以及模擬器，其基于所調整的優(yōu)化參數(shù)生成多個模擬模型。所述優(yōu)化器從所述多個模擬模型中識別最優(yōu)模擬模型，并且向控制器提供最優(yōu)模型，以使用所述第一治療設備和所述第二治療設備來運行所述最優(yōu)模型。
一個優(yōu)點是使到達患者的輻射劑量最小化。
另一優(yōu)點在于改善的劑量遞送精度。
本領域普通技術人員通過閱讀和理解以下詳細描述將要理解本創(chuàng)新的仍進一步優(yōu)點。
附圖僅出于圖示各方面的目的并且不應被理解為限制。
圖I圖示了根據(jù)本文中所描述的各方面的便于多模態(tài)放射治療優(yōu)化的系統(tǒng)。
圖2圖示了一種被動散射質子遞送裝置。
圖3圖示了可以用于IMPT和IMRT劑量遞送的點掃描輻射遞送裝置。
圖4圖示了根據(jù)本文中所描述的一個或多個方面的同時優(yōu)化多模態(tài)放射治療規(guī)劃的方法，該多模態(tài)放射治療規(guī)劃用于使用MRT和IMPT設備輻照患者內(nèi)的感興趣體積。
所描述的創(chuàng)新涉及優(yōu)化光子和諸如質子的離子的遞送的單個優(yōu)化例程。這便于使用光子和離子的組合的腫瘤處置。所述優(yōu)化是迭代過程，其中將用于優(yōu)化光子劑量的各種因素或參數(shù)以及用于優(yōu)化離子劑量的各種因素或參數(shù)進行組合，并且具有光子和離子處置的特性和優(yōu)點的差異。以這種方式，在單個優(yōu)化過程中生成最優(yōu)的組合的光子和離子處置規(guī)劃。
圖I圖示了根據(jù)本文中所描述的各方面的，便于多模態(tài)放射治療優(yōu)化的系統(tǒng)10。 在傳統(tǒng)優(yōu)化技術中，如果用戶期望組合治療，他/她過去必須分別基于每個模態(tài)創(chuàng)建規(guī)劃， 并且被迫一次僅優(yōu)化或者規(guī)劃僅一個遞送選擇，與該傳統(tǒng)優(yōu)化技術相比，圖I的系統(tǒng)便于同時的優(yōu)化，其中，用戶可以將多個放射治療模態(tài)并入到一個組合的優(yōu)化問題中。因而，可以在優(yōu)化一種源遞送的劑量期間可以優(yōu)化和并入另一種源遞送的劑量。
因此，系統(tǒng)10包括系統(tǒng)處理器12和系統(tǒng)存儲器14，處理器執(zhí)行且存儲器存儲，計算機可執(zhí)行指令，用于執(zhí)行本文中所描述的各種功能和/或方法?？刂瞥绦虮淮鎯υ诜菚簳r性計算機可讀介質或存儲器14上，例如磁盤、硬盤驅動等。計算機可讀介質的其他常見形式包括，例如，軟盤、柔性盤、硬盤、磁帶或者任何其他磁性存儲介質，CD-ROM、DVD或任何其他光學介質，RAM、ROM、PROM、EPROM、FLASH-EPROM、它們的變型，其他存儲芯片或盒式磁盤，或者處理器12可以通過其讀取和運行的任何其他有形介質。在這一背景下，系統(tǒng)10可以實現(xiàn)在或實現(xiàn)為一個或多個通用計算機、(一個或多個)特殊用途計算機、編程微處理器或微控制器以及外圍集成電路元件、ASIC或其他集成電路、數(shù)字信號處理器、硬接線電子器件或邏輯電路例如分立元件電路、可編程邏輯設備例如PLD、PLA、FPGA、圖形卡CPU (GPU) 或PAL等。
系統(tǒng)處理器12被耦合到圖形用戶界面(⑶I) 16 (例如，工作站等)，所述圖形用戶界面包括顯示器18，在其上將向用戶呈現(xiàn)信息；輸入設備20(例如，鍵盤、鼠標、指示筆、麥克風等)，通過其用戶將信息輸入到系統(tǒng)中；本地存儲器22(例如，用于緩存經(jīng)由顯示器呈現(xiàn)給用戶的數(shù)據(jù))以及⑶I處理器24 (例如，用于經(jīng)由顯示器向用戶顯示信息，經(jīng)由輸入設備接收輸入，與系統(tǒng)處理器通信等)。
系統(tǒng)處理器12也被耦合到控制多模態(tài)輻射治療模塊28的控制器26，所述多模態(tài)輻射治療模塊28包括用于光子治療的強度調制放射治療(MRT)設備30和用于質子或離子(例如，氫離子、碳離子等)治療的強度調制質子治療(IMPT)設備32。所述IMRT在一個實施例中包括具有多葉準直器B和快門C的X射線管A，所述X射線管被裝配在能旋轉的機架上以從能選擇的角度輻照患者34。所述MPT在一個實施例中包括線性加速器D，所述線性加速器被裝配在能旋轉的機架上以從能選擇的角度輻照患者。在一個實施例中，所述 IMRT和所述IMPT共享共用機架E。這使得能夠同時地、順序地或交替地遞送所述IMRT和所述MPT處置。在另一實施例中，所述MRT和MPT位于分別的機架上。在其他實施例是利用本文中所描述的組合的規(guī)劃和優(yōu)化的分別的系統(tǒng)時，針對順序的或交替的處置，患者在機架之間運動。在另一實施例中，所述質子處置通過“固定”管口技術等遞送。
將要理解，盡管本文中所描述的系統(tǒng)和方法涉及強度調制的光子和離子治療設備，但是可以結合本文中介紹的各方面和特征而采用其他優(yōu)化過程。例如，在一個實施例中，離子和光子治療設備中的一個或兩者可以是體積調制的(例如，體積調制弧形治療或 VMAT設備)。
所述MRT和MPT被用于使用組合的或雙輻射處置規(guī)劃來處置患者34。為此，優(yōu)化器模塊或算法36被存儲在系統(tǒng)存儲器14上并被系統(tǒng)處理器12運行以根據(jù)一個或多個優(yōu)化參數(shù)38優(yōu)化MRT和MPT兩者的劑量。所述優(yōu)化參數(shù)可包括但不限于射束遞送參數(shù)、 射束軌跡、劑量遞送、到達患者體內(nèi)靶體積的距離、射束強度、每單位時間劑量、靶上的射束布置、機器特性、劑量計算算法、感興趣體積和/或患者的輪廓等等。
在一個實施例中，優(yōu)化器36采用針對強度調制放射治療的逆向規(guī)劃算法，如 McNutt等人在美國專利號6，735，277中所描述。在另一實施例中，優(yōu)化器36采用針對強度調制放射治療的逆向規(guī)劃算法，如Luo等人在美國專利號6，882，702中所描述。然而，所述McNutt和Luo的專利僅處理MRT優(yōu)化，而所述優(yōu)化器36執(zhí)行同時考慮使用MRT的光子劑量以及使用IMPT的質子或離子劑量兩者的逆向優(yōu)化。也就是，所述優(yōu)化器考慮與優(yōu)化 IMRT和MPT兩者劑量遞送相關聯(lián)的所有變量和參數(shù)，并且在單個優(yōu)化事件期間同時做這件事而非獨立地優(yōu)化光子治療和離子治療。
模擬器模塊或算法40存儲在系統(tǒng)存儲器中并且由系統(tǒng)處理器運行以根據(jù)所述優(yōu)化參數(shù)生成模擬數(shù)據(jù)42，并且模擬數(shù)據(jù)被用來開發(fā)包括多個模擬圖像的一個或多個模擬模型44，所述模擬圖像可以由用戶在顯示器18上查看。所述優(yōu)化器迭代地調整一個或多個優(yōu)化參數(shù)以調整所述模擬，直到識別最優(yōu)組合治療。所述最優(yōu)組合治療是根據(jù)所述最優(yōu)模擬是否滿足用戶指定(例如，到患者和/或健康組織的總劑量最小化、時間限制、到達靶的最大劑量遞送等)的特定處置目標標準48 (例如，靶中心的最大劑量、遍及靶的均一劑量等) 來確定的。在另一實施例中，優(yōu)化器例如根據(jù)以下來識別預定處置目標標準一個或多個患者參數(shù)和/或與患者、感興趣區(qū)域相關聯(lián)的信息等。額外地，也可由系統(tǒng)處理器(例如，通過運行模擬器40)在整個患者以及特定區(qū)域生成劑量體積直方圖(DVH) 49。
在一個實施例中，系統(tǒng)10包括掃描患者以采集患者內(nèi)的感興趣區(qū)域或靶的掃描數(shù)據(jù)的CT或其他診斷掃描器50。在另一實施例中，所述掃描器50是磁共振成像(MRI)設備。所采集的數(shù)據(jù)由重建處理器52重建為存儲在系統(tǒng)存儲器14中的診斷圖像數(shù)據(jù)54。分割所述診斷圖像數(shù)據(jù)以識別將要被處置的例如腫瘤的(一個或多個)靶、以及將要避開的敏感組織和例如骨的致密組織的定位、尺寸、形狀等，該致密組織可能例如通過在輻射或離子到達靶之前吸收輻射或離子而不利地影響劑量遞送?；谧R別靶或感興趣區(qū)域的所分割的CT圖像(或其他診斷圖像)，用戶輸入(或者系統(tǒng)確定)處置目標信息48 (例如，最小劑量、最大劑量、在給定區(qū)域內(nèi)允許的劑量等)并且在模擬器模擬射束起始點、強度、深度、形狀或截面、覆蓋區(qū)域等以生成處置模擬模型的同時優(yōu)化器36迭代地調整優(yōu)化參數(shù)。一旦識別了優(yōu)化的模擬模型(例如，具有最小輻射劑量)，經(jīng)由顯示器18將其呈現(xiàn)給用戶用于任選地進一步適配和調整(例如，通過手動調整優(yōu)化參數(shù)等)。
根據(jù)一個范例，優(yōu)化器模塊36使用試錯的方法調整MRT設備30的覆蓋區(qū)域、劑量、遞送參數(shù)等以及IMPT設備32的相似參數(shù)和射束穿透深度以滿足處置目標標準。給定用戶指定的處置目標后，優(yōu)化器從優(yōu)化器模塊36的運行期間所生成的多個模擬模型中識別最優(yōu)模擬模型。
例如，可以根據(jù)將要處置的靶體積的尺寸、形狀和/或位置來針對MPT劑量而對 IMRT劑量進行加權。在一個實施例中，優(yōu)化器在期望廣的但是具有較弱的覆蓋的靶區(qū)域中選擇IMRT處置，而在期望更準確和更強的覆蓋處選擇IMPT處置。例如，優(yōu)化器可以建議應用來自IMPT設備的質子或離子射束來輻照患者內(nèi)的腫瘤，同時應用來自IMRT設備的光子射束來輻照腫瘤附近的擴散。頂RT也輻照腫瘤，導致MPT劑量被相應地調整。MPT射束的穿透統(tǒng)計指示其將部分地處置擴散區(qū)域的部分，導致IMRT劑量分布被調整。
根據(jù)另一范例，用戶輸入總的允許的輻射劑量作為處置目標標準，并且優(yōu)化器通過優(yōu)化光子處置計劃、從總的或最大允許劑量中減去光子輻射量以確定最大離子輻射劑量、然后優(yōu)化離子處置規(guī)劃以符合最大允許離子劑量，來確定在每個被處置區(qū)域中將采用的離子與光子輻射的比例。由于同樣劑量的離子輻射處置通常比光子處置更具生物有害性，因而可能在計算總劑量的光子和離子組成時可對質子劑量加權(例如，離子劑量可以乘以1.1左右的系數(shù)并且加入到光子劑量中以得到生物學等價劑量)。
將要理解，每一放射治療射束可表示不同的模態(tài)或模態(tài)的組合。多模態(tài)放射治療優(yōu)化算法36在一個實施例中還并入輻射類型的相對生物學效率以及例如組織運動、設置錯誤的不確定性和圖像到密度或圖像到停止功率轉換的不確定性。計算每種射束類型的劑量并在優(yōu)化過程期間同時將其并入。處置規(guī)劃系統(tǒng)10因而能夠計算使用多個輻射源(例如，光子、電子、近距離放射治療、質子等)的輻射劑量。由于軟件的獨特性質，用戶能夠執(zhí)行使用傳統(tǒng)技術無法完成的治療優(yōu)化和模擬。
繼續(xù)參考

圖1，圖2圖示了被動散射質子遞送裝置100。質子劑量通常是幾層質子能量的和，它們均是對輻射設備特性具有特異性的。輻射源102在寬的帶內(nèi)發(fā)射質子射束 104，并且質子射束穿過補償器106。經(jīng)補償?shù)馁|子射束108進入患者的身體110中以輻照腫瘤或其他感興趣組織112。如果存在緊要結構114(例如，器官、骨或要避開的其他組織)， 那么在補償器和患者之間定位屏蔽或類似物116以最小化到達緊要結構的輻射劑量。
質子射束被設置在預定深度，通常恰在感興趣體積112的底部之下。歸因于質子射束被動散射遞送的性質，在患者表面附近的患者的區(qū)域118中收到相對較少的輻射劑量。隨著射束穿透更深進入?yún)^(qū)域120，輻射劑量增加。在逼近質子射束的最大深度的區(qū)域 122中，輻射劑量是最大的。然而，由于被動散射方法中的質子射束穿過太多的患者組織，因此為了實現(xiàn)靶或感興趣體積處的期望的最小劑量，可能會遞送不希望的高的輻射劑量給患者。因而，可能期望采用更聚焦的離子或質子射束。也就是，盡管被動散射法可以采用補償器來補償射束在被輻射的區(qū)域的遠端處的形狀、患者上的進入輪廓的形狀以及組織的不均一性，但是它未允許近側一致性。此外，射束的散射可以導致熱點和冷點(高輻射或低輻射區(qū)域)。
繼續(xù)參考圖I和圖2，圖3圖示了可用于IMPT和IMRT劑量遞送的點掃描輻射遞送裝置150。針對MPT劑量遞送，處置規(guī)劃系統(tǒng)10執(zhí)行優(yōu)化，該優(yōu)化與針對光子放射治療優(yōu)化的MRT相似并且與其同時。也就是，優(yōu)化器36將MRT和MPT優(yōu)化組合為單個更復雜的問題來解決，并且模擬器運行多次模擬直到找到最優(yōu)方案。所述最優(yōu)方案根據(jù)用戶輸入的目標(例如，到達周圍組織的最小劑量、到達靶的最大劑量、處置的最大持續(xù)時間等)來確定。例如，如果腫瘤定位于臨近器官或其他緊要結構，那么用戶可以指定在器官的Icm內(nèi)允許最大輻射劑量(例如，50格雷)，而在Icm之外允許更高的劑量。在這種情況下，優(yōu)化器可確定表示最優(yōu)方案的模擬模型包括在Icm的邊界內(nèi)使用光子射束(或者光子和離子射束劑量的組合)輻照腫瘤，并且使用離子射束(或者與施加到邊界內(nèi)的相比具有較高的離子射束組成的光子和離子射束遞送劑量的組合)輻照邊界外部的腫瘤。
在圖3的這一裝置中，輻射源152在MPT的情況下向在患者160內(nèi)遍及感興趣體積158定義的多個預定感興趣區(qū)域156 (例如，體素、球體等)遞送聚焦離子射束154，或者稱為“筆形”射束。在另一實施例中，使用蒙特卡羅模擬技術對所述離子射束(和/或所述光子射束)進行建?；蚰M。離子射束以一間隔被重定向，使得所有感興趣區(qū)域被輻照，每次一個分區(qū)。最接近患者表面的區(qū)域162接收使用被動散射技術將會接收的較少的輻射， 而圍繞感興趣體積的區(qū)域164接收到足夠高的輻射劑量以破壞感興趣體積內(nèi)的癌細胞。由于射束是聚焦的，故可以避開任何緊要結構166。以這種方式，去除了補償散射并且改善了近側一致性。
可以聚焦光子射束或為其確定形狀以輻照通過對象的選定路徑。通過從不同方向輻照靶，遞送到靶的累積劑量相對較高并且遞送到其他組織的劑量相對較低。
在一個實施例中，將預定量的MPT劑量遞送到內(nèi)部感興趣區(qū)域并且較小量的 IMPT劑量遞送到表面感興趣區(qū)域，并且隨后或者在其之前為通過靶且緊鄰組織的MRT劑量。
在另一實施例中，運行圖I的優(yōu)化器36以根據(jù)由用戶輸入的輻射治療目標同時優(yōu)化IMRT和IMPT劑量、遞送持續(xù)時間、射束深度、射束寬度或截面、(一個或多個)射束靶(例如，將要被頂RT和MPT射束中的一個或兩者瞄準的感興趣區(qū)域156)等。例如，優(yōu)化器36 嘗試調整單個劑量“點”(即，感興趣區(qū)域156)的權重和位置以實現(xiàn)用戶輸入的期望結果。
例如，用戶可能希望定義到達靶的均一劑量并定義到達正常組織的最大允許劑量。優(yōu)化器36確定機器可以怎樣以及在何處將劑量布置在患者內(nèi)的感興趣區(qū)域(例如，體素)，劑量以何種分辨率被從所有方向遞送到那些分區(qū)，以及每一分區(qū)的權重，以實現(xiàn)期望的結果。
在另一范例中，可以針對例如脊柱或前列腺的特定組織使用MPT，因為它的深度比光子射束容易控制得多。然后可以為深度控制不那么重要或者期望較少輻射劑量的鄰近或周圍組織使用IMRT。
MRT和MPT的原理是類似的，但是遞送各自的光子和離子劑量的方法可能不同。 因而，針對每一遞送類型的劑量計算和優(yōu)化的優(yōu)化算法考慮每一模態(tài)的固有限制和特性。 優(yōu)化器36因而考慮來自光子設備和質子設備的所有可能的遞送限制，并且因而精確地表示現(xiàn)實世界中的問題。用戶可以實時地調整他們想要滿足的目標的重要性、類型及數(shù)量。在一些情況下，用戶可能希望有分配給不同模態(tài)的不同目標，例如，用戶希望利用一種模態(tài)來輻照一個靶優(yōu)于另一個靶的情況。用戶能夠經(jīng)由劑量顯示(例如，在顯示器18上)實時地可視化優(yōu)化過程的結果。
質子每行進一厘米比光子遞送更多的能量，并且這一能量損失在整個質子射束的范圍內(nèi)不是恒定的。因此，優(yōu)化器在相對生物學有效性(RBE)中考慮這種變化。從質子射束遞送的劑量可能小于光子射束并且仍提供相同的破壞結果。例如，如果確定可以通過光子以相當于100格雷的劑量殺死腫瘤，那么通過質子射束使用90格雷的劑量就可獲得相同的結果。
此外，考慮到在患者的設置中的不確定性和可能出現(xiàn)在質子射束路徑內(nèi)的組織的變化，質子射束傾向于較大的誤差范圍。優(yōu)化器也考慮這些因素。目前，使用點掃描技術來完成IMPT,該點掃描技術以類似于陰極射線管電視工作的方式掃描劑量。在一個實施例中， 質子劑量通過使用多葉準直器或類似物來調制，類似于當今光子調制的方式，并且在MRT 和IMPT劑量遞送的組合優(yōu)化期間優(yōu)化器考慮準直。
圖4圖示了根據(jù)本文中所描述的一個或多個方面的同時優(yōu)化多模態(tài)放射治療規(guī)劃的方法，該多模態(tài)放射治療規(guī)劃使用MRT和IMPT設備輻照患者內(nèi)的感興趣體積。在 200，接收輻射處置目標標準(例如，最大劑量、最小劑量等)。在202，通過迭代地調整多個優(yōu)化參數(shù)(例如，射束強度、射束截面、射束深度、處置持續(xù)時間等)同時優(yōu)化離子和光子輻射處置規(guī)劃，以實現(xiàn)指定目標標準。在一個實施例中，為組合處置規(guī)劃的光子(IMRT)和質子 (MPT)輻射組成分配不同的目標標準。在204，模擬處置規(guī)劃的多個版本。任選地，將所模擬的規(guī)劃在顯示器上呈現(xiàn)給用戶。在206，模擬最優(yōu)組合處置規(guī)劃(例如，以最小劑量滿足目標標準等)。
已參考幾個實施例描述了本創(chuàng)新。他人通過閱讀和理解先前的詳細描述可以進行修改和變更。目的是，本創(chuàng)新被理解為包括所有這樣的修改和變更，只要它們落在所附權利要求或其等價物的范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種便于對采用光子射束輻射處置和離子射束輻射處置兩者的多模態(tài)輻射治療規(guī)劃進行優(yōu)化的系統(tǒng)(10)，包括輸入圖形用戶界面(⑶I) (16)，包括顯示器(18)，在其上向用戶呈現(xiàn)與一個或多個輻射處置規(guī)劃模擬模型(44)相關的信息；優(yōu)化器(36)，其通過在模擬期間迭代地調整針對光子治療設備(30)和離子治療設備(32)中的每個的多個優(yōu)化參數(shù)(38)，而同時優(yōu)化一個或多個模擬模型(44)中的來自所述光子治療設備(30)和所述離子治療設備(32)的劑量遞送；以及模擬器(40 )，其根據(jù)所述優(yōu)化參數(shù)(38 )生成所述一個或多個模擬模型(44 )。
2.根據(jù)權利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述優(yōu)化器(36)識別滿足預定義輻射處置目標標準(48)的最優(yōu)I旲擬I旲型(44)。
3.根據(jù)權利要求I或2中任一項所述的系統(tǒng)，還包括診斷掃描器，其采集將要使用組合的光子和離子輻射處置進行處置的患者(34)內(nèi)的感興趣體積(112)的圖像數(shù)據(jù)；以及重建處理器(52)，其將所采集的圖像數(shù)據(jù)重建為一個或多個圖像(54)，所述模擬器(40)使用所述一個或多個圖像來識別所述患者(34)的輪廓和將要處置的所述感興趣體積 (158)。
4.根據(jù)權利要求1-3中任一項所述的系統(tǒng)，其中，所述離子治療設備發(fā)射氫離子射束、 質子射束、碳離子射束或其他離子射束中的一種。
5.根據(jù)權利要求1-4中任一項所述的系統(tǒng)，其中，所述最優(yōu)模擬模型(44)表示破壞所述感興趣體積(158)且相對于其他模擬模型具有所述感興趣體積外的最小組合輻射劑量的組合的光子和離子處置。
6.根據(jù)權利要求1-5中任一項所述的系統(tǒng)，其中，所述最優(yōu)模擬模型在所述顯示器上呈現(xiàn)給所述用戶。
7.根據(jù)權利要求1-6中任一項所述的系統(tǒng)，還包括系統(tǒng)處理器(12)，所述系統(tǒng)處理器生成在所述顯示器(18)上呈現(xiàn)給所述用戶的一個或多個劑量體積直方圖(DVH) (49)。
8.根據(jù)權利要求1-7中任一項所述的系統(tǒng)，其中，所述光子射束和所述離子射束是筆形射束和蒙特卡羅建模射束中的一個，并且其中，所述一個或多個模擬模型(44)包括覆蓋整個感興趣體積(158)的多個感興趣區(qū)域(156)。
9.根據(jù)權利要求1-8中任一項所述的系統(tǒng)，其中，所述優(yōu)化參數(shù)包括以下中的一個或多個射束軌跡；劑量遞送；到所述感興趣體積的距離；射束強度；每單位時間的劑量；所述感興趣體積上或其內(nèi)的射束布置；機器特性；生物學效率；以及所述感興趣體積或患者的輪廓。
10.根據(jù)權利要求1-9中任一項所述的系統(tǒng)，還包括輸入設備(20)，用戶經(jīng)由所述輸入設備輸入針對輻射處置規(guī)劃的輻射處置目標標準(48 )。
11.根據(jù)權利要求ι- ο中任一項所述的系統(tǒng)，其中，符合以下中的至少一項所述光子治療設備是強度調制放射治療(IMRT)設備并且所述離子治療設備是體積調制弧形治療(VMAT)設備；所述光子治療設備是VMAT設備并且所述離子治療設備是強度調制質子治療(MPT)S備;所述光子治療設備是MRT設備并且所述離子治療設備是MPT設備；以及所述光子治療設備是用于光子治療的VMAT設備并且所述離子治療設備是用于離子治療的VMAT設備。
12.一種對采用光子射束輻射處置和離子射束輻射處置兩者的多模態(tài)輻射治療規(guī)劃進行優(yōu)化的方法，包括通過在模擬期間迭代地調整針對光子治療設備(30)和離子治療設備(32)中的每個的多個優(yōu)化參數(shù)(38)，而同時優(yōu)化一個或多個模擬模型(44)中的來自所述光子治療設備(30)和所述離子治療設備(32)的劑量遞送；以及根據(jù)所述優(yōu)化參數(shù)(38 )生成所述一個或多個模擬模型(44 )。
13.根據(jù)權利要求12所述的方法，還包括識別滿足預定義輻射處置目標標準(48 )的最優(yōu)模擬模型(44 )。
14.根據(jù)權利要求12或13中任一項所述的方法，還包括經(jīng)由斷層攝影掃描器和磁共振掃描器中的至少一個，采集將要使用組合的光子和離子輻射處置進行處置的患者(14)內(nèi)的感興趣體積(112)的圖像數(shù)據(jù)；以及將所采集的圖像數(shù)據(jù)重建為一個或多個體積圖像(54)，在生成所述模擬模型(44)期間采用所述一個或多個體積圖像(54)來識別所述患者(34)的輪廓和將要處置的所述感興趣體積(158)。
15.根據(jù)權利要求12-14中任一項所述的方法，其中，所述離子治療設備發(fā)射氫離子射束、質子射束、碳離子射束或其他離子射束中的一種。
16.根據(jù)權利要求12-15中任一項所述的方法，其中，所述最優(yōu)模擬模型(44)表示輻照所述感興趣體積(158)且相對于其他模擬模型具有對所述感興趣體積外的組織的最小組合輻射劑量的組合的光子和離子處置。
17.根據(jù)權利要求12-16中任一項所述的方法，還包括生成在所述顯示器(18)上呈現(xiàn)給所述用戶的一個或多個劑量體積直方圖(DVH) (49)。
18.根據(jù)權利要求12-17中任一項所述的方法，其中，所述一個或多個模擬模型(44)包括覆蓋整個感興趣體積(158)的多個感興趣區(qū)域(156)。
19.根據(jù)權利要求12-18中任一項所述的方法，其中，所述優(yōu)化參數(shù)包括以下中的一個或多個射束軌跡；劑量遞送；到所述感興趣體積的距離；射束強度；每單位時間的劑量；所述感興趣體積上或其內(nèi)的射束布置；機器特性；生物學效率；以及所述感興趣體積或患者的輪廓。
20.一種被配置為運行用于執(zhí)行根據(jù)權利要求12-19中任一項所述的方法的計算機可執(zhí)行指令的處理器(12)。
21.一種計算機可讀介質，其承載控制處理器以執(zhí)行根據(jù)權利要求12-20中任一項所述的方法的計算機指令。
22.根據(jù)權利要求13-21所述的方法，還包括接收描述針對輻射處置規(guī)劃的預定義輻射處置目標標準(48)的用戶輸入。
23.根據(jù)權利要求12-22中任一項所述的方法，其中，符合以下的至少一項所述光子治療設備是強度調制放射治療(IMRT)設備并且所述離子治療設備是用于離子治療的體積調制弧形治療(VMAT)設備；所述光子治療設備是用于光子治療的VMAT設備并且所述離子治療設備是強度調制質子治療(MPT)設備；所述光子治療設備是MRT設備并且所述離子治療設備是MPT設備；以及所述光子治療設備是用于光子治療的VMAT設備并且所述離子治療設備是用于離子治療的VMAT設備。
24.一種用于同時優(yōu)化多模態(tài)治療處置規(guī)劃的多種模式的系統(tǒng)，包括第一治療設備(30)，其生成用于處置患者(34)內(nèi)的感興趣體積(18)的第一治療射束； 第二治療設備(32)，其生成用于處置所述患者(34)內(nèi)的所述感興趣體積(18)第二射束；優(yōu)化器(36)，其評價一個或多個輻射處置目標標準(48)并且調整與第一射束和第二射束相關聯(lián)的一個或多個優(yōu)化參數(shù)以實現(xiàn)所述一個或多個輻射處置目標標準(48)；模擬器(40 )，其基于所調整的優(yōu)化參數(shù)生成多個模擬模型(44 );其中，所述優(yōu)化器從所述多個模擬模型(44)中識別最優(yōu)模擬模型并且向控制器(26) 提供所述最優(yōu)模型以用于使用所述第一治療設備(30)和所述第二治療設備(32)來運行。
全文摘要
在執(zhí)行多模態(tài)放射治療規(guī)劃時，優(yōu)化器(36)同時優(yōu)化組合的處置規(guī)劃，該組合的處置規(guī)劃采用分別生成用于處置患者(34)內(nèi)的感興趣體積(18)的光子射束和離子射束的強度調制放射治療(IMRT)設備(30)和強度調制質子治療(IMPT)。模擬器(40)根據(jù)優(yōu)化參數(shù)迭代地生成模擬模型(44)的多個變型，所述優(yōu)化器(36)變化所述優(yōu)化參數(shù)，直到所述模擬模型(44)滿足用戶輸入的處置目標標準(48)(例如，最大劑量、劑量布置等)。
文檔編號G06F19/00GK102939607SQ201180028598
公開日2013年2月20日 申請日期2011年4月27日 優(yōu)先權日2010年6月11日
發(fā)明者M·梅爾茨內(nèi)爾, Y·希翁, M·考斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司