用于放射疗法计划的方法、计算机程序产品和计算机系统以及放射疗法递送系统与流程

本发明涉及放射疗法计划，并且具体地涉及用于生成涉及在flash条件下辐照的治疗计划的放射疗法治疗计划的方法、用于执行这种计划的计算机程序和计算机系统以及用于向患者递送这种治疗的放射疗法递送系统。

背景技术：

1、当对靶区施以放射疗法治疗时，总是有一些剂量被递送到靶区之外的、健康组织或危险器官，并且因此总是存在健康器官或组织被放射伤害的风险。一种似乎导致较少不良伤害的新兴治疗方法是flash

2、疗法，它涉及以比常规疗法高得多的剂量率(例如70gy/s)进行治疗。

3、在与flash相关的文献中，建议了剂量率的各种下限，诸如至少40

4、gy/s或50gy/s。例如，如果要以70gy/s的剂量率递送20gy的剂量，那么将在0.29s内递送整个剂量。相比之下，常规放射疗法治疗以低得多的剂量率进行递送，常规放射疗法治疗的典型剂量率是每分钟几gy。

5、已发现，使用flash疗法，特定剂量对健康组织造成的伤害低于常规疗法，而对靶区的效应(即，肿瘤组织响应)保持不变，尽管其背后

6、的机制尚未完全得到理解。在flash疗法中，整个治疗期的放射剂量可以通过单个宽射束或者通过许多笔形射束在不到一秒的时间内作为一个超高剂量而被递送，这些笔形射束具有高剂量率，并且当射束从一侧移动到另一侧而以水平行扫描靶区时，笔形射束在它们之间的短时间间隔的情况下作为光斑被递送。

7、vozenin等人：the advantage of flash radiotherapy confirmed in

8、mini-pig and cat-cancer patients(在小的猪和猫癌症患者中证实了

9、flash放射疗法的优势)，hal id:hal-01812514，https://hal-univ-rennes1.archives-ouvertes.fr/hal-01812514v2证实了也可以在猪和猫身上看到正常组织与接受flash疗法的肿瘤之间的差异效应，这种差异效应之前已在小鼠身上得到证实。

10、在flash条件下递送到危险器官的剂量造成因子可能为约30％的较小的伤害。因此，到危险器官的等效有害剂量高于物理剂量，在本例中为物理剂量的1/0.7倍。

11、共同未决的专利申请ep20163840.0公开了一种计划flash疗法的方法，该方法被布置成补偿以下事实：当向患者递送flash疗法时，由于剂量递送的性质，辐照剂量的一部分将以较低的非flash剂量率递送给每个体素。该方法包括定义包含靶区剂量处方的期望剂量分布，并且使用优化问题来优化计划，该优化问题被设计成使到至少一个危险器官的剂量最小化，同时使到至少一个危险器官的剂量的flash部分最大化，同时遵守靶区剂量处方。

技术实现思路

1、本发明的目标是提供进一步提高笔形射束扫描疗法的flash效应的flash疗法。

2、本发明涉及一种为患者创建放射疗法治疗计划的基于计算机的方法，所述计划涉及flash疗法，该flash疗法作为至少第一射束被提供使得辐照的一部分将作为flash辐照被递送，所述方法包括定义包含靶区剂量处方的期望剂量分布，并且使用优化问题来优化计划，该优化问题被设计成使得该计划将包含以被设计成连续地递送相邻光斑簇的样式进行的光斑递送。该样式包含光斑的位置与光斑将被辐照的次序这两者。

3、本发明基于以下见解：剂量递送的时间结构对于实现flash疗法的效应是重要的，并且体素将接收被递送到相邻光斑的剂量。如果这些光斑在它们之间的时间间隔极短的情况下被递送，那么flash效应将被增强。常规笔形射束扫描是逐行执行的。以这种方式，到下方的行中的相邻光斑被递送时，光斑之间存在较少的协同效应或没有协同效应。通过在靶区的子区域中将光斑分组在一起使得笔形射束将剂量连续递送到位于同一子区域中的光斑簇，能够在由同一簇中的光斑辐照的体积中维持flash效应。

4、换句话说，对于光斑簇下游的体素，剂量递送将被集中到较短的时间段，这将在这些体素中增强flash效应。这将根本不会影响计划质量，因为递送的是相同的光斑和权重。

5、这些簇可以被布置成具有相同的形状和大小，或者这些簇可以被允许在形状和大小中的至少一个方面变化。这些簇的六边形形状通常是有利的，但是任何形状或形状集合可以被定义而以最合适的方式覆盖靶区。

6、在一些实施例中，优化问题包含被布置成惩罚给出低flash效应的光斑递送次序的惩罚函数。这意味着优化问题将包含被设计成有利于相邻光斑的连续辐照的函数，因为在每个体素中，flash效应通过在足够短的时间段内从许多光斑提供给该体素的放射而被增强。

7、在采用质子放射的优选实施例中，优化问题被定义成关于相对生物有效性(rbe)剂量进行优化。rbe是由相对于参考剂量的特定剂量造成的伤害的量度，对于不同类型的放射来说并且分别对于flash和非flash来说，该量度是不同的。对于非flash条件下的光子，rbe为1。对于非flash质子疗法，目前的临床实践对我们来说是因子1.1，这意味着作为非flash质子放射被递送的70gy对应于作为非flash光子放射被递送的77gy。

8、在一些实施例中，优化问题包括被设计成使计划的flash部分最大化的目标函数。可替选地，优化问题包括被设计成使计划的非flash部分最小化的目标函数。如将理解的，这只是表达相同目标的两种不同方式，因为总剂量将是flash部分和非flash部分的总和。

9、如同在前述共同未决的申请中，视情况而定，优化问题可以被设计成通过优化或选择以下各项中的一个或多个来使flash部分最大化或使非flash部分最小化：

10、●光斑大小

11、●光斑形状

12、●光斑放置

13、●光斑权重

14、●关于能量、射束数量和/或射束方向的射束布置

15、可替选地或附加地，优化问题可以被定义成通过优化或选择通过优化或选择用于扫描光斑的次序来使flash部分最大化或使非flash部分最小化。

16、可以优化具有至少第一射束和第二射束的计划，这两个射束都包含flash部分。这些可以通过旋转机架或通过彼此以一定角度定位的两个放射源来递送。在后一种情况下，可以将两个射束在它们之间的间隔极短的情况下递送，以便增强flash效应。

17、还可以优化包含至少第一射束和第二射束的计划，其中第一射束包含flash部分，而第二射束仅包含常规非flash辐照。在这种情况下，优化问题优选地被布置成使来自至少一个危险器官中的第一射束和第二射束的flash疗法部分和常规疗法部分这两者的总有效剂量最小化。

18、本发明还涉及一种包括计算机可读代码的计算机程序产品，该计算机可读代码当在计算机中的处理器中运行时将使处理器执行根据上述实施例中的任一个的方法。该计算机程序产品可以包含在其上存储有代码的非暂时性存储装置。本发明还涉及一种计算机系统，该计算机系统包括处理器、至少一个数据存储器和程序存储器，其中程序存储器包括这种计算机程序产品。

19、本发明还涉及一种用于向患者递送放射疗法治疗的系统，该系统包括放射源。放射源可以以任何合适的方式布置，例如布置在机架中，或通过固定的射束线来实现，其中放射源被布置成以足够高的剂量率提供放射以向患者提供flash治疗，所述系统进一步包括用于控制该系统的计算机，该计算机包括处理器和存储器，该存储器包括通过上述方法的实施例获得的治疗计划。