使用剂量估计和冲突检测的轨迹优化的制作方法

本技术总体上涉及用于自动辐射疗法处理规划的系统和方法。具体而言，本技术涉及使用估计的辐射剂量分布和关于例如危及器官(oar)的冲突检测的自动辐射疗法处理规划。

背景技术：

1、辐射疗法是一种基于辐射的疗法，其用作癌症处理。具体而言，高剂量的辐射被用来杀死或缩小肿瘤。打算接受辐射的患者身体的靶标区域(例如肿瘤)被称为规划靶标体积(ptv)。目标是向ptv提供足够的辐射来杀死癌细胞。然而，邻近或围绕ptv的其他器官或解剖学区域可能在辐射束的路径之中，并且可能接收到将损伤或伤害这些器官或解剖学区域的足够的辐射。这些器官或解剖学区域被称为危及器官(oar)。通常，内科医师或放射科医师在辐射疗法之前使用例如计算机断层摄影(ct)图像、磁共振成像(mri)图像、正电子发射断层摄影(pet)图像、经由一些其他成像方式获得的图像或其组合来标识ptv和oar两者。例如，内科医师或放射科医师可在患者的医学图像上手动标记ptv和/或oar。

2、使用患者的医学图像以及已标识的ptv和oar，一组医务人员(例如，内科医师、放射科医师、肿瘤学家、放射科技师、其他医务人员或其组合)(在本文称为处理规划者)确定辐射疗法处理期间要使用的辐射参数。这些辐射参数包括例如每个辐射束的类型、角度、辐射强度和/或形状。在确定这些参数时，处理规划者试图实现满足例如由团队设定的预定义标准的、将要递送给患者的辐射剂量分布。这类标准通常包括要满足的针对ptv和oar的预定义辐射剂量阈值或范围。

3、为了以满足预定义标准的方式优化辐射参数，处理规划者通常运行具有各种辐射参数的多个模拟，并且基于模拟结果选择要使用的最终一组辐射参数。此过程通常涉及在每个模拟后调整辐射参数。这类方法既耗时又乏味，并且可能无法提供最佳结果。例如，在针对患者的辐射疗法计划准备好之前，患者可能要等待几天或几周。

技术实现思路

1、在本发明的第一方面，提供了一种根据权利要求1的辐射处理规划的方法。

2、在本发明的第二方面，提供了一种根据权利要求11的辐射处理规划系统。

3、在本发明的第三方面，提供了一种根据权利要求20的计算机可读介质。

4、从属权利要求中定义了可选特征。

5、本文所描述的实施例涉及一种用于辐射处理规划的自动化轨迹规划方法。使用患者的解剖学结构的医学图像，计算设备可估计患者身体的解剖学区域内的预期辐射剂量分布或典型的可实现剂量分布。给定依据所估计的分布和针对ptv和oar的剂量学目标而定义的目标函数，计算设备可计算成本矩阵，该成本矩阵表示依据剂量估计而定义的目标函数，并且将成本矩阵投影到可用的注量平面上。计算设备可使用成本矩阵的投影来检测与预定义医疗目标(例如，与患者的各种器官中的可接受辐射剂量的量相关)的冲突，并且基于所标识的冲突来标识辐射轨迹。针对辐射机器的台架和治疗床的每个可能的取向，基于成本矩阵的对应投影而被定义的对应值被用作确定该取向是否属于最终辐射轨迹的度量。

6、根据一个方面，辐射处理规划的方法可包括一个或多个处理器确定对患者的解剖学区域内的辐射剂量分布的估计。该方法可包括一个或多个处理器使用对辐射剂量分布的估计来确定表示目标函数的成本矩阵。目标函数可依据对辐射剂量分布的估计和患者特定数据来定义。该方法可包括一个或多个处理器将成本矩阵投影到多个注量平面中的每个注量上。多个注量平面中的每个注量平面可与医学线性加速器的多个台架-治疗床取向中对应的台架-治疗床取向相关联。该方法可包括一个或多个处理器使用成本矩阵在多个注量平面中的每个注量平面上的投影来确定多个台架-治疗床取向之中表示处理路径的台架-治疗床取向的序列。

7、在一些实施方式中，确定对辐射剂量分布的估计可包括根据距解剖学区域的规划靶标体积(ptv)的距离来确定对辐射剂量分布的估计。目标函数可反映针对患者的一个或多个辐射约束。目标函数可被定义为优化基于强度调制辐射疗法(imrt)的辐射计划。目标函数可被定义为优化基于体积调制弧形疗法(vmat)的辐射计划。该方法可包括通过离散化可能的台架-治疗床取向的空间来确定多个台架-治疗床取向。可能的台架-治疗床取向的离散空间中的每个点可表示多个台架-治疗床取向中对应的台架-治疗床取向。

8、在一些实施方式中，将成本矩阵投影到多个注量平面中的每个注量平面上可包括应用加权投影。应用加权投影可包括根据在辐射束的方向上相对于解剖学区域内部的规划靶标体积(ptv)的深度对成本矩阵的投影值进行加权。确定台架-治疗床取向的序列可包括针对每个台架-治疗床取向，计算对应的矩阵总和值，该矩阵总和值表示成本矩阵在与台架-治疗床取向相关联的注量平面的靶标掩模上的投影之和，以及使用针对多个台架-治疗床取向而计算的矩阵总和值来确定台架-治疗床取向的序列。确定台架-治疗床取向的序列可包括使处理路径上的矩阵总和值的合计(total)最小化。处理路径可在台架-治疗床取向的预定义范围上延伸。

9、根据另一个方面，辐射处理规划系统可包括一个或多个处理器和用于存储计算机代码指令的存储器。当计算机代码指令被执行时，可使一个或多个处理器确定对患者的解剖学区域内的辐射剂量分布的估计。一个或多个处理器可使用对辐射剂量分布的估计来确定表示目标函数的成本矩阵。目标函数可依据对辐射剂量分布的估计和患者特定数据来定义。一个或多个处理器可将成本矩阵投影到多个注量平面中的每个注量平面上。多个注量平面中的每个注量平面可与医学线性加速器的多个台架-治疗床取向中对应的台架-治疗床取向相关联。一个或多个处理器可使用成本矩阵在多个注量平面中的每个注量平面上的投影来确定多个台架-治疗床取向之中表示处理路径的台架-治疗床取向的序列。

10、在一些实施方式中，确定对辐射剂量分布的估计可包括根据距解剖学区域的规划靶标体积(ptv)的距离来确定对辐射剂量分布的估计。目标函数可反映针对患者的一个或多个辐射约束。目标函数可被定义为优化基于强度调制辐射疗法(imrt)的辐射计划或者优化基于体积调制弧形疗法(vmat)的辐射计划。一个或多个处理器还可通过离散化可能的台架-治疗床取向的空间来确定多个台架-治疗床取向。可能的台架-治疗床取向的离散空间中的每个点可表示多个台架-治疗床取向中对应的台架-治疗床取向。

11、在一些实施方式中，在将成本矩阵投影到多个注量平面中的每个注量平面上时，一个或多个处理器可应用加权投影。在应用加权投影时，一个或多个处理器可根据在辐射束的方向上相对于解剖学区域内部的规划靶标体积(ptv)的深度来对成本矩阵的投影值进行加权。在确定台架-治疗床取向的序列时，一个或多个处理器可(i)针对每个台架-治疗床取向计算对应的矩阵总和值，该矩阵总和值表示成本矩阵在与台架-治疗床取向相关联的注量平面的靶标掩模上的投影之和，以及(ii)使用针对多个台架-治疗床取向计算的矩阵总和值来确定台架-治疗床取向的序列。在确定台架-治疗床取向的序列时，一个或多个处理器可使处理路径上的矩阵总和值的合计最小化。处理路径可在台架-治疗床取向的预定义范围上延伸。

12、根据又一个方面，计算机可读介质可包括存储在其上的计算机代码指令。计算机代码指令在被执行时可使一个或多个处理器确定对患者的解剖学区域内的辐射剂量分布的估计，并且使用对辐射剂量分布的估计来确定表示目标函数的成本矩阵，该目标函数依据对辐射剂量分布的估计和患者特定数据而定义。计算机代码指令的执行可使一个或多个处理器将成本矩阵投影到多个注量平面中的每个注量平面上。多个注量平面中的每个注量平面可与医学线性加速器的多个台架-治疗床取向中对应的台架-治疗床取向相关联。一个或多个处理器可使用成本矩阵在多个注量平面中的每个注量平面的靶标掩模上的投影来确定多个台架-治疗床取向之中表示处理路径的台架-治疗床取向的序列。