专利名称：排序区域场的制作方法
技术领域：
本发明涉及放射治疗的领域。具体地，本发明涉及使用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并优化治疗的治疗时间的方法。
背景技术：
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，无创的手术现在是可用的，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。准直仪包括多个区域(sector)，其中每个区域可按多个不同的状态或者准直仪通路直径设定。典型地，准直仪包括八个区域，并且每个区域能够设定在四种不同的放射状态(断束、4mm、8mm和16mm)。这些区域能够分别地调节，即可以为特定区域选择特定状态，以改变焦点周围空间剂量的分布，其中的焦点是被准直仪聚焦的会聚点。包括例如Y刀放射手术的用于放射治疗的治疗计划优化意在向病人内的目标体积提供足够的剂量(例如，在肿瘤的治疗中)，而与此同时输送到邻近正常组织的剂量被最小化以不伤害健康的组织和器官。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。需要考虑的另一重要参数是总治疗时间。治疗计划优化将导致多个等角点(isocenter)，并且对于每个等角点，导致要治疗的目标体积内投射的位置以及对于每个区域并对于每个等角点的每个状态来说的开束时间(beam-on time)。典型地，对于每个等角点，确定用于八个不同区域和四种状态(断束、4mm、8mm和16mm)的开束时间。在很多情形下，包括通过处于每个等角点的每种状态下的每个区域照射的治疗将导致非常长的照射时间并从而导致非常长的治疗时间，这对于病人来说是不舒服的，导致低的病人流动，并且另外由于剂量输送的低平均剂量率，可能具有不利的生物学影响。相应地，存在对用于通过缩短治疗时间来增加优化治疗计划的质量的更有效方法和程序的需要。发明概述因此，本发明的目的是获得用于通过缩短治疗时间来增加优化治疗计划质量的更有效方法和程序。该目的和其他的目的通过如通过独立权利要求限定的本发明来实现。优选实施方式通过从属权利要求限定。本发明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，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，每个组被设计以朝固定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上的源构型的构型。这些套准直仪通路进口可被布置，使得当源被移动时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，每个具有四种不同的状态(断束(beam-off)、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。借助于使用不同区域的不同状态的治疗系统的准直仪的至少一个区域，投射在预定时期(“开束”时间)期间被输送。“复合投射(composite shot)”指使用不同区域的不同状态(在以上讨论的情形下)到达焦点的放射物的输送。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。
根据本发明的方面，提供用于放射治疗系统的方法。该系统包括具有固定放射焦点的放射治疗单元，其中所述治疗系统的准直仪设置多个准直仪通路进口，所述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所述焦点，所述准直仪具有多个区域并且其中每个区域具有多种状态的准直仪通路直径，其能够被分别地调节以改变焦点周围的空间剂量分布。该方法包括在优化病人的治疗计划期间，确定治疗疗程期间要被输送到病人目标体积内的多个等角点位置的一套投射，并且为每个相应区域以及每个等角点的状态确定开束时间，在此期间放射物基于治疗计划被输送。另外，对于每个等角点位置，关于用于区域的各个状态的开束时间根据预定规则对区域和各个区域的状态进行分组，其中区域和相应的状态被集合用于在预定时期期间同时输送放射物。根据本发明的第二方面，提供用于放射治疗系统的软件和/或硬件实施区域计划模块。该系统包括具有固定放射焦点的放射治疗单元，其中所述治疗系统的准直仪设置多个准直仪通路进口，所述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所述焦点，所述准直仪具有多个区域并且其中每个区域具有多种状态的准直仪通路直径，其能够被分别地调节以改变焦点周围的空间剂量分布。区域计划模块包括剂量分布模块，其适合于获得在治疗疗程期间要被输送到病人目标体积内多个等角点位置的一套剂量分布的信息，以及在放射物被基于治疗计划输送期间，对于每个相应的区域和每个等角点状态的开束时间的信息。另外，对于每个等角点位置来说，集合模块(aggregationmodule)适合于根据预定规则关于用于区域的各个状态的开束时间对区域和各个区域的状态进行分组，其中区域和相应的状态被集合用于在预定时期期间同时输送放射物。因此，本发明是基于从治疗开始，对具有不同状态的区域进行分组以用于同时输送放射物的设想。更具体地，对于每个复合投射的开束时间(复合投射是借助于多个区域同时输送的投射，其中区域可具有不同的状态)被最大化以最小化总的开束时间。区域因此被集合用于将剂量同时输送到等角点，并且目的是在每个复合投射中包括尽可能多的区域。从而，明显地减小治疗时间是可能的。正常地，(治疗计划的)优化程序导致多个等角点(用于目标体积内投射的位置)。对于每个等角点，获得用于每个区域(例如，八个)并用于各个区域的每个状态(例如，4mm、8mm和16mm)的位置和开束时间。通过在每个等角点的每种状态下的每个区域进行照射将通常导致非常长的治疗时间，这对于病人来说是不舒服的。另外，其导致低的病人流动，并且还由于剂量输送的低平均剂量率，可能具有不利的生物学影响。例如，病人流由于减小的治疗时间能够被提高。另外，病人将经受更方便的治疗程序。进一步，治疗时间能够被明显地减小并且放射生物学响应可能地能够被提高。根据本发明的实施方式，预定规则包括为各个区域的每个状态选择最长的开束时间，用于放射物的集合的同时输送。在本发明的一种实施方式中，用于同时输送放射物的预定时期被确定为用于集合区域的一个区域的状态的最小开束时间，即对于用于每个区域的最大时间来说最小的时间。根据本发明的实施方式，核实用于集合区域的一个区域的状态的最小开束时间是否为零。如果区域被发现具有零开束时间，则具有零开束时间的该特定区域被设定为封闭，其中该区域被阻止进行放射的输送；并且最短的非零开束时间被选择为用于放射物输送的时期。 在本发明的实施方式中，如果所述预定时期低于预定阈值，则在预定时期期间被集合用于同时输送放射物的一套区域和各个状态被从输送中排除。从而，如果输送时间或开束时间低于或等于预定阈值，例如低于或等于I或2秒，则复合投射就被从放射物输送中排除。从而，总治疗时间能够被更进一步减小而没有降低治疗质量，这是因为在整个透视中，由该非常短的治疗时间提供的额外治疗效果几乎可忽略。本领域技术人员将意识到，根据本发明的方法的步骤及其优选实施方式适合于实现为计算机程序或者实现为计算机可读介质。本发明的其他目的和优点将借助于示例实施方式在以下讨论。附图简述图I是根据本发明的实施方式，包括包围准直仪主体的源载体布置的组件的透视图。图2是图I所示组件的透视截面图。图3是图I所示组件的后侧视图。图4是沿着图3中的线IV-IV的截面视图。图5是图4中所示类型的组件的截面图,所述组件图示为具有驱动机构和后部放射保护结构。图6a_6显示在合成投射的示例的三个中心平面中的剂量分布的示意性图像。图7是图示根据本发明方法的实施方式的流程图。图8是根据本发明的区域计划模块的实施方式的示意性图示。附图详述参照
图1-5，示例性的放射治疗设备可用于病人的治疗，其中使用本发明开发治疗计划。图I是包括源载体布置2的组件的透视图，其中源载体布置2包围准直仪主体4。源载体布置2和准直仪主体4两者均具有截头锥体的形状。源载体布置2包括沿着准直仪主体4的环状圆周分布的六个节段6。每个节段6具有多个缝隙8，包含放射源例如钴的容器被置于缝隙8中。准直仪主体4设有准直仪通路或通道，所述通道的内嘴10显示在附图中。每个节段6具有两个直侧12和两个弯曲侧14a、14b。弯曲侧14a中的一个形成较长的圆弧，并且位于锥体基部附近，同时另一弯曲侧14b形成较短的圆弧。节段6是线性可位移的，即其不围绕准直仪主体4旋转，而是替代地沿着从较短的弯曲侧14b的中心到较长弯曲侧14a的中心画出的假想线前后可移动。此平移位移具有坐标变换效果，在该坐标变换中新的轴线平行于旧的轴线。如从图I中可见的，比起用于接收放射源的缝隙8的数量，存在更大数量的准直仪通路的内嘴10或孔。在此特定情形下，存在为用于接收放射源的缝隙三倍那么多的准直仪通路，例如180个缝隙和540个准直仪通路。这样的原因在于在准直仪主体4中存在三种不同尺寸的准直仪通路，或者确切地，朝着焦点引导具有三个不同直径的放射束的通路。所述直径可以例如是4、8和16_。三种不同类型的准直仪通路中的每一个以对应于源载体布置中缝隙构型的构型布置。通过沿着准直仪主体线性地移动源载体布置的节段6以与需要的准直仪通路对准，需要的尺寸或类型的准直仪通路被选择。图2是图I所示组件的透视截面图。相同的参考数字用于与图I中相同的细节。 其还用于以后的图3和4。图3是从图I所示组件后侧的视图。这是具有较小直径的侧部,而具有更大直径的另一侧是前侧或病人侧，即病人身体被引入的位置。图4是沿着图3中线IV-IV的截面图。因此，图4中显示了两个节段6a和6b。从此示图中的一个节段6a开始，能够看到存在九个准直仪通路18a_18c，该九个准直仪通路18a-18c可用于包含在源载体布置中各个缝隙8中的三个放射源9。准直仪18a_18c的尺寸以交替的顺序布置，例如，第一准直仪通路18a提供16_直径的束，第二准直仪通路18b提供8mm直径的束，第三准直仪通路18c提供4mm直径的束，第四准直仪通路18a全部通过提供16_直径的束来开始此顺序，等等。然而，可选择地，准直仪通路18a-18c可以以另一次序布置，例如以提供16mm、4mm、8mm的顺序。附图中，源载体布置的缝隙8与第一、第四和第七准直仪通路18a或者确切地其相应的进口对齐地布置，所述准直仪通路都在焦点处提供直径16_的束。如通过双头箭头所示，每个节段可以在笔直方向上分别地位移，以选择另一套准直仪通路，即用于任何节段的另一束的直径尺寸。如果节段被移动使得放射源9面对位于准直仪通路之间的表面，则这些放射源将关闭，即实质上没有或者仅有来自这些源的最少放射物将到达焦点。节段还可以像图4中的节段6b —样被移动到三个所示缝隙中的一个将位于第一或第九准直仪通路的旁边和外侧的程度。这允许仅将三个放射源9中的两个布置成与两个准直仪通路对齐的可能性。如图4中可见，九个准直仪通路18a_18c以略微不同的角度布置，以用于将束引向共同的焦点，而不管此刻使用哪个或哪些准直仪通路。在此情形下，具有相同截面的第一到最后一个准直仪通路的延伸方向角为至少30°。图5是图1-4中所示类型的组件的截面图,所述组件图示具有驱动机构和后部放射保护结构。相应地，设置具有多个节段24的源载体布置。每个节段24具有源插入其中的多个缝隙28。节段24围绕具有准直仪通路(未示出)的准直仪主体26布置，准直仪通路具有将放射束引向焦点的嘴30。节段被后部放射保护结构32包围，以最小化或消除放射物向医护人员的泄漏。后部保护结构32被确定尺寸并相应地由适当材料制成，例如铸造材料。前部放射保护结构(未示出)也被适当地提供，优选地具有较小的尺寸，以有助于进入治疗空间，但是具有高密度的材料，例如铅、钨或贫铀。
驱动机构被提供用于在线性运动方向上移动节段。节段的最大位移距离可以是例如60mm，然而更大或更小的距离也是可以想象的。驱动机构包括多个支撑杆或臂34，每个臂连接到相应的节段24。臂34延伸穿过后部放射保护结构32中的相应孔并沿着其伸长方向是可移动的。臂和孔被设计以形成具有部分相同直径的不同部分的迷宫通路，从而最小化或消除有害放射物通过孔的逃逸。每个臂借助于相应的旋转电马达被分别控制。电马达具有高分辨率，具有能够精确地线性定位臂34和节段24的球辊螺钉和定位编码器。弹簧设备35被布置以影响臂并确保其移动节段，因此在电源故障的情形下，放射源将处于完全关闭的位置(即，屏蔽位置)。当节段设有新的放射源时，臂34可以从节段24脱离连接。在此情形下，加载通过设置在后部放射保护结构32中的一个 区域中的通道(未示出)被合适地完成。加载程序可以以现有技术中方便的方式进行，例如相应于与Leksell Gamma Kllife Perfexion结合使用的程序的程序。然而，可选择的程序也是可以想象的。在图6a_6c中，显示了对于单个复合投射(即，在不同区域中使用不同的准直仪尺寸)来说沿着中心平面的剂量分布。高剂量等级被限制到小区域并且周围区域呈现了受限的剂量。通常，对于更大或不规则目标的形状来说，需要使用多个投射以覆盖目标区域。通常，优化程序导致多个等角点，并且对于每个等角点，导致用于八个不同区域中的每一个并用于每个等角点的每个状态(4mm、8mm和16_)的位置和开束时间。然而，通过处于每个等角点的每种状态下的每个区域的照射将一般导致非常长的照射时间，这对于病人来说是不舒服的。这些长的照射时间还导致低的病人流动，并可能具有不利的生物学影响。本发明包括一种方法，根据该方法，区域场被分组成多套合成投射，其中在每个合成投射中使用尽可能多的区域(即，每时每刻剂量被输送到等角点)。原理上，在放射治疗或放射手术的反向计划中的成本函数通常依赖于输送到目标的物理剂量。根据以下，位于点i处的剂量可被写为
、/MJ -4D(X)=TX^t(Xji)
_ U--/I \其中j是等角点位置i，Mf為(i j提分别对应于等角点位置i并对应于区域和状态的合成U的开束时间和剂量率的核。在具有八个区域和三种状态(准直仪通路直径)的放射系统中，U的范围为从I到24。假设等角点位置是固定的(例如，通过已经将输送点的网格限定在位置空间中)，则开束时间能够被确定。通过对每个区域和每个状态的开束时间求和，能够确定总的开束时间T，根据
、如24(2)
i--1 ft -- s如所理解的，这将导致非常长的治疗时间，尤其对病人导致明显的不舒服。根据本发明，区域按所谓的“间位投射(meta shot) ”进行集合，而不是逐个区域地输送放射物。间位投射是在给定等角点位置的一套不同的合成投射。本发明意在最大化每个合成投射的开束时间以确保短的输送时间。算法可归纳如下。对于单个等角点来说，重量Wll, ii = I, ... ,24,重量可被表示为以下矩阵
权利要求
1.一种用于放射治疗系统的方法，所述系统包括具有固定放射焦点的放射治疗单元，其中所述治疗系统的准直仪设置多个准直仪通路进口，所述准直仪通路进口将从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，所述准直仪具有多个区域并且其中每个区域具有多种状态的准直仪通路直径，所述准直仪通路直径能够被分别地调节以改变所述焦点周围的空间剂量分布，所述方法包括 在病人的治疗计划优化期间，确定治疗疗程期间要被输送到病人目标体积内的多个等角点位置的一套投射； 为每个相应区域和每个等角点的状态确定开束时间，在此期间放射物将基于所述治疗计划被输送；并且 对于每个等角点位置，根据预定规则关于用于所述区域的各个状态的开束时间对区域和各个区域的状态进行分组，其中区域和相应的状态被集合用于在预定时期期间同时输送放射物。
2.根据权利要求I所述的方法，其中所述预定规则包括为各个区域的每个状态选择最长的开束时间，用于放射物的集合的同时输送。
3.根据权利要求I或2所述的方法，其中用于同时输送放射物的所述预定时期被确定为用于所集合的区域中的一区域的状态的最小开束时间。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括 核实用于所集合的区域中的一区域的状态的所述最小开束时间是否为零； 将具有零开束时间的所述区域设定为封闭，其中所述区域被阻止进行放射物的输送；并且 将最短的非零开束时间选择为用于放射物输送的时期。
5.根据任一之前权利要求所述的方法，还包括如果所述预定时期低于预定阈值，则将在预定时期期间被集合用于同时输送放射物的一套区域和各个状态从输送中排除。
6.一种用于放射治疗系统的区域计划模块，所述系统包括具有固定放射焦点的放射治疗单元，其中所述治疗系统的准直仪设置多个准直仪通路进口，所述准直仪通路进口将从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，所述准直仪具有多个区域并且其中每个区域具有多种状态的准直仪通路直径，所述准直仪通路直径能够被分别地调节以改变所述焦点周围的空间剂量分布，所述区域计划模块包括 剂量分布模块，其适合于获得在治疗疗程期间要输送到病人目标体积内多个等角点位置的一套投射的信息，以及在放射物被基于所述治疗计划输送期间，对于每个相应的区域和每个等角点的状态的开束时间的信息；以及 集合模块，对于每个等角点位置来说，所述集合模块适合于根据预定规则关于用于所述区域的各个状态的开束时间对区域和各个区域的状态进行分组，其中区域和相应的状态被集合用于在预定时期期间同时输送放射物。
7.根据权利要求6所述的区域计划模块，其中所述集合模块适合于施加预定规则以用于放射物的集合的同时输送，所述预定规则包括为相应区域的每个状态选择最长的开束时间。
8.根据权利要求6或7所述的区域计划模块，其中所述集合模块适合于确定用于放射物的同时输送的所述预定时期被确定为用于所集合的区域中的一区域的状态的最小开束时间。
9.根据权利要求8所述的区域计划模块，其中所述集合模块适合于 核实用于所集合的区域中的一区域的状态的所述最小开束时间是否为零； 将具有零开束时间的所述区域设定为封闭，其中所述区域被阻止进行放射物的输送；并且 将最短的非零开束时间选择为用于放射物输送的时期。
10.根据之前权利要求6-9中任一项所述的区域计划模块，其中所述集合模块适合于如果所述预定时期低于预定阈值，则将在预定时期期间被集合用于同时输送放射物的一套区域和各个状态从输送中排除。
全文摘要
本发明涉及放射治疗的领域。具体地，本发明涉及使用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并优化治疗的治疗时间的方法。在病人治疗计划的优化期间，确定治疗疗程期间被输送到病人目标体积内的多个等角点位置的一套投射，并且为每个相应区域和每个等角点的状态确定开束时间，在此期间放射物基于治疗计划被输送。另外，对于每个等角点位置，关于用于区域的各个状态的开束时间根据预定规则对区域和各个区域的状态进行分组，其中区域和相应的状态被集合用于在预定时期期间同时输送放射物。
文档编号A61N5/10GK102770180SQ201080059083
公开日2012年11月7日 申请日期2010年12月22日 优先权日2009年12月22日
发明者乔纳斯·约翰逊, 哈坎·诺德斯特龙 申请人:医科达公司