用于控制imrt递送复杂度的交互式基于剂量梯度的优化技术的制作方法
【技术领域】
[0001] 本申请涉及医学领域并且尤其适用于辐射处置规划，并且将尤其参考辐射处置规 划来进行描述。然而，应意识到，本申请也适用于其他医学介入和处置流程。当患者被诊断 患有癌症时，能够寻求若干处置选项。一个处置选项是辐射治疗。当辐射治疗被选择时，根 据与患者有关的大量数据来构建详细的规划。
【背景技术】
[0002] 在过去的十年里，技术进步已提供了在强度调制辐射治疗aMRT)、强度调制光子 治疗（MPT)等领域中的大的飞跃，以改进剂量递送。最近，研究兴趣已经转向将从射束放 置开始到剂量优化的在规划生成中涉及的各个任务自动化，以协助并减小临床用户的工作 量负担的方法。
[0003] 规划评估被分类为三个阶段：1、物理评估，2、技术评估，以及3、临床评估。通常在 规划完成之后，由技术人员检查规划的物理方面和技术方面。由辐射肿瘤科医师调查规划 的临床方面。当前，基于覆盖规划的物理方面、技术方面和临床方面的五种类别来评估MRT 规划：1、几何分析，2、剂量分布分析，3、剂量体积直方图（DVH)分析，4、参数分析，以及5、递 送能力分析。
[0004] 几何分析被执行以评估射束放置的最优性。射束放置是非常重要的步骤。优化的 质量主要受射束的数量和其角度的影响。鉴于增加了MRT规划的最优性和递送能力，已经 制定出针对IMRT中的最优射束放置的规则。
[0005] 剂量分布分析量化地验证在轴向平面、冠状平面和矢状平面中的剂量分布的最优 性。该分析能够被进一步分裂为2D分析和3D分析。2D剂量分布分析隐含逐切片对剂量 分布进行评估。这种类型的分析被用于评估关于每个切片中的目标体积的规定剂量的正形 性。这种类型的分析也能够揭露在目标体积中和目标体积周围的冷点或热点的分布。冷点 或热点是在接收小于或大于预期剂量的辐射的目标和危险器官内的区。3D分布分析在确定 剂量分布关于一组射束取向对总体目标体积的正形性如何时是有用的。
[0006] 剂量体积直方图（DVH)是用于评估规划的最优性的有力工具。DVH以图形2维格 式表不3维剂量分布。针对目标体积的DVH图形地表不在覆盖率、一致性和同质性方面的 剂量分布的质量。针对危险器官（0AR)的DVH曲线表示在平均剂量和最大剂量方面使0AR 幸免的效率。
[0007] 参数分析被执行以量化地验证剂量的最优性。在该分析中使用的参数是：(a)针 对目标体积和0AR的最小剂量、平均剂量和最大剂量，以及（b)针对目标体积的覆盖率指 标、一致性指标和同质性指标。除了针对规划评估的物理度量之外，在规划评估中使用多个 生物度量。这些生物度量包括等效均匀剂量（EUD)、肿瘤控制概率（TCP)和正常组织并发症 概率（NTCP)等。
[0008] 递送能力分析被执行以便评估在剂量递送方面的规划的鲁棒性如何。该分析涉及 对诸如以下的参数的验证：段数、每段的最小或平均机器跳数（MU)、最小段面积（MSA)、总 递送时间等。MU是在辐射治疗中对线性加速器的机器输出的量度。递送能力分析揭露了规 划实际上是否是可递送的。
[0009] 辐射处置规划（RTP)评估是耗时的过程，其也要求专业技术。頂RT中使用的逆向 规划方法学是复杂的过程，其潜在地容易受噪声和高频空间波动的影响，所述高频空间波 动产生尖锐的注量峰和谷，例如梯度。这些特征在它们帮助实现被给予处置规划系统的目 标时，被认为是期望的。然而，这些特征能够导致非期望的影响，包括机器跳数（MU)的大的 增加、对几何不确定性的敏感，以及延长的递送时间。得到的MU与射束的强度分布中的波 动的频率和幅度直接成比例。另一问题是由于过度的MU(Sr热"点）而由透射和泄漏被 递送到患者的额外剂量。当强度模式变得更为复杂时，所计算的、定序的和递送的强度模式 之间的差异增加。
[0010] 开发出了试图通过减小递送的MRT射束中的不必要的调制来增加頂RT过程的效 率的方法。解决该问题的一种方法是在优化之后并入平滑算法，这产生更为连续的强度模 式，以改进递送能力并减小过度MU。然而，通过平滑来减小射束复杂度的尝试通常导致规划 劣化，因为平滑算法不能够区分期望的与非期望的调制的区。
[0011] 另一种方法是接受一些高强度峰对于产生质量规划而言是不必要的。能够通过在 优化过程中针对规划应用"强度限制"来避免不必要的调制。这样的细射束强度限制方法 不准确，因为其难以确定可应用在整个DVH规划上的单个截止强度水平。基于孔径的頂RT 技术，诸如直接孔径优化（DA0)和直接机器参数优化（DMP0)，帮助减小一些递送复杂度。然 而，直接基于孔径的优化问题比基于注量的优化要更加难以解决得多。在基于孔径的技术 中，良好的起始点对优化而言是必要的，以确保高质量规划。对合适的最大分段数量的选择 在直接基于孔径的优化方法中是重要的，以在规划最优性与剂量递送能力之间寻求平衡。
【发明内容】
[0012] 本申请提供了一种用于控制頂RT递送复杂度的改进的基于剂量梯度的优化技 术。
[0013] 根据本申请的一个优选方法，提供了一种用于优化强度调制辐射治疗规划的方 法，包括：根据初始规划指定的设置来优化规划，以创建在射束方向视图（eyeview)中的 经优化的剂量分布；根据在所述射束方向视图中的所述经优化的剂量分布来生成剂量梯度 图；并且指定针对在射束方向视图中的用户指定的区域的新剂量梯度。
[0014] 根据本申请的一个优选实施例，提供了一种处置规划优化系统，包括：用户接口， 其用于接收来自用户的输入；非暂态存储器模块，其用于存储包括来自多个源的数据的处 置规划数据集；以及优化器。所述优化器被编程为：根据初始规划指定的设置来优化所述 规划，以创建在射束方向视图中的经优化的剂量分布；根据在射束方向视图中的所述经优 化的剂量分布来生成剂量梯度图；并且指定针对在射束方向视图中的用户指定的区域的新 剂量梯度。
[0015] 根据本申请的另一方法，提供了一种基于剂量梯度的优化方法，包括：根据初始规 划指定的设置来优化所述规划，以创建针对射束方向视图的经优化的剂量分布；将所述剂 量分布划分为多个细射束；计算针对所述多个细射束中的每个细射束的第一剂量梯度值； 根据每个细射束的所述剂量梯度值来编译剂量梯度图；确定在每个射束方向视图的所述剂 量梯度图内的不足剂量梯度；描绘在所述剂量梯度图内的关于所述不足剂量梯度的子区 域；指定针对所描绘的子区域的用户剂量梯度；并且使用所述用户剂量梯度来执行第二优 化。
[0016] -个优点在于校准时间和成本得以减小。
[0017] 另一优点是对在优化之后的规划质量的可能改变的增加的可预测性。
[0018] -个另外的优点是更容易识别过度调制的细射束。
[0019] 本领域普通技术人员在阅读并理解了以下详细描述后将意识到本发明的另外的 优点。
【附图说明】
[0020] 本发明可以采取各种部件和各部件的布置的形式，并且可以采取各种步骤和各步 骤的安排的形式。附图仅出于图示优选实施例的目的，而不应被解读为对本发明的限制。
[0021] 图1描绘了辐射治疗规划评估系统的实施例。
[0022] 图2描绘了剂量分布图（上）和基于所述剂量分布图的导出的对应的剂量梯度图 (下）。
[0023]图3描绘了针对一个射束的射束方向视图（上）以及在优化和转换之后的对应的 开放密度矩阵（下）。
[0024] 图4描绘了用于剂量梯度优化的方法。
[0025] 图5描绘了用初始优化规划的方法。
[0026] 图6描绘了用于生成剂量梯度的方法。
[0027] 图7描绘了用于指定新剂量梯度的方法。
【具体实施方式】
[0028] 本申请提供使用基于剂量梯度的优化来优化頂RT规划的功能。本申请提供存储 和访问特定于患者的处置规划数据的功能，其中，所述数据包括多个分布式源。本申请提供 执行对处置规划的初始优化的功能。本申请提供基于处置规划数据来生成剂量梯度图的功 能。本申请提供了针对在射束方向视图中的特定区域并且针对来自规划中使用的多个射束 的单个射束来指定剂量梯度的功能。本申请还提供执行对规划的最终优化的功能。本申请 提供接受用户输入并实时向用户显示结果以用于规划操纵的功能。
[0029] 剂量梯度与强度调制直接成比例，使得修改梯度类似于修改剂量的强度调制。图 1描绘了用于提供基于剂量梯度的优化以控制处置规划递送复杂度的系统的实施例。优化 系统包括用户接口 2,所述用户