用于放射疗法的质量保证的系统、设备和方法
【技术领域】
[0001] 本公开主要涉及向患者递送放射，更具体地涉及用于在放射治疗之前和放射治疗 期间执行质量控制测量的系统、方法和计算机程序产品。
【背景技术】
[0002] 放射外科和放射疗法治疗系统是通过在使对周围组织和重要的解剖结构的放射 暴露最小化的同时，向病理解剖递送规定剂量的放射（X射线、伽马射线、电子、质子和/或 离子），而使用外部放射束来治疗病理解剖（肿瘤、损伤、血管畸形、神经紊乱等）的放射疗 法治疗系统。放射疗法的特征是每次分割（fraction)的低放射剂量（例如100到200厘戈 瑞）、更短的分割时间（例如每次治疗10到30分钟）以及超分割（hyper fractionation， 例如30到45个分割）和重复治疗。放射外科的特点是每次分割相对高的放射剂量（例如 500到2000厘戈瑞）、每次分割延长的治疗时间（例如每次治疗30到60分钟）以及低分 割（hypo-fractionation，例如1到5个分割或治疗日）。由于在放射外科期间向患者递送 的高放射剂量，放射外科要求高的空间精度，以确保肿瘤或异常（即目标）接收到规定的剂 量，同时周围正常组织不受损害。
[0003] 通常，放射外科和放射疗法治疗由几个阶段构成。第一，使用计算机断层扫描 (CT)、锥束CBCT、磁共振成像（MRl)、正电子发射断层扫描（PET)、3D旋转血管造影（3DRA) 或超声波技术中的任意一种，来构建感兴趣区域（头部、身体等）中的解剖结构的精确的三 维（3D)地图（map)。这确定目标在解剖结构内的准确坐标，即在身体内定位肿瘤或异常，并 且定义其准确的形状和大小。第二，考虑各种医学约束，计算放射束的移动路径，以递送外 科医生发现可接受的剂量分布。在该阶段期间，专家组使用特别的计算机软件来开发治疗 计划，以通过将放射束设计为从不同的角度和平面收敛在目标区域上，来最佳地照射肿瘤， 并且使到达周围正常组织的剂量最小。第三，执行放射治疗计划。在该阶段期间，根据规定 的治疗计划向患者递送放射剂量。
[0004] 存在许多因素可以导致规定的放射剂量分布和所递送的实际剂量（即在放射治 疗期间向目标递送的实际剂量）之间的差异。一个这样的因素是患者的位置在放射治疗系 统中的不确定性。其它因素涉及由在患者的治疗过程期间会出现的变化而引入的不确定 性。这些变化可以包括诸如患者的设置位置中的小的差异的随机误差。其它来源可归于在 治疗期间如果患者的肿瘤退化或者如果患者的体重减轻而可能出现的生理变化。另一个类 别的不确定性包括移动。因为一些移动可能更随机并且不可预测，而另一些移动会更规则， 因此移动可能潜在地与这些类别中的任意一个重叠。这些不确定性会影响患者的治疗的质 量和向目标递送的实际放射剂量。
[0005] 因此，基于预定治疗计划向目标递送所预测的放射剂量的准确度，在放射治疗的 最终成功或失败中扮演重要的角色。不准确的剂量递送会导致或者对于治愈不足的放射或 者对附近的健康组织过量的放射。因此，需要质量保证工具和协议，以验证向目标递送规定 的放射剂量。
[0006] 在放射治疗中，基于以下假设进行放射递送：基于正确的信息来开发放射治疗计 划，正确地校准放射束相对于患者设置的位置，并且放射治疗系统不仅适当地工作，而且其 还基于用于对系统进行编程的正确并且一致的外部输入来工作。然而，如果例如对支持设 备的校准不正确，或者系统不适当地工作，或者治疗计划包括不正确的信息，则即使放射治 疗系统按照指示操作，也将在治疗期间向目标递送不正确的剂量。放射剂量太高可能导致 对肿瘤周围的健康组织的严重损害，而剂量太低可能危及治愈的可能性。因此，在所递送的 放射剂量中的相对小的误差可能严重伤害患者。
【发明内容】
[0007] 本公开包括用于放射治疗质量保证协议实现的系统、方法、设备和计算机程序产 品。
[0008] 本公开还包括用于治疗前和治疗剂量测定验证的系统、方法、设备和计算机程序 产品。
[0009] 本公开还提供用于治疗技术的剂量测定验证的系统、方法和计算机程序产品。
[0010] 本公开还提供用于治疗前剂量验证的系统、方法和计算机程序产品。
[0011] 本公开还提供用于体内剂量验证的系统、方法和计算机程序产品。
[0012] 本公开还提供用于使用射野剂量成像设备在弧形疗法治疗期间的剂量测定验证 的系统、方法和计算机程序产品。
[0013] 本公开还提供用于剂量分布的定量评价的系统、方法和计算机程序产品。
[0014] 本公开还提供用于使用3D伽马函数评价剂量分布的系统、方法和计算机程序产 品。
[0015] 本公开还提供用于使用3D伽马函数评价剂量分布的系统、方法和计算机程序产 品。
[0016] 本公开还提供用于验证包括机架的基于弧的放射治疗设备中的放射束的感兴趣 量的方法，包括：生成在预定放射场处的放射剂量分布图像，每个放射场对应于机架的预定 弧片段；以及使用三维（3D)伽马评价方法，将所生成的放射剂量分布图像与对应的所预测 的放射剂量分布图像进行比较，该三维伽马评价方法包括所生成的图像中的点和对应的测 量图像中的点之间的剂量差、空间差和角度差作为参数。
[0017] 该方法还可以包括：将所有的所生成的放射剂量分布图像存在为第一数据集，该 第一数据集被映射为包括所生成的图像中的点的3D位置信息的第一 3D阵列，其中该3D位 置信息包括所递送的射束的空间位置和角度位置（X，Y，0)。
[0018] 该方法还可以包括：将所有的所预测的放射剂量分布图像存储为第二数据集，该 第二数据集被映射为包括所预测的图像中的点的3D位置信息的第二3D阵列，其中该3D位 置信息包括所预测的射束的空间位置和角度位置（X，Y，0)。
[0019] 该方法还可以包括：使用3D伽马评价方法，将第一数据集和第二数据集进行比 较。
[0020] 本公开还提供一种用于验证包括机架的基于弧的放射治疗设备中的放射束的感 兴趣量的系统，包括：射野剂量成像设备，适于从每个预定放射场测量入射放射剂量，每个 放射场对应于机架的预定弧片段，射野剂量成像设备还被配置为针对每个弧片段生成二维 (2D)射野图像；以及处理设备，可操作地连接到射野剂量成像设备，并且被配置为将2D射 野图像转换为2D射野剂量图像，以及被配置为将多个所测量的2D射野剂量图像存储在第 一 3D阵列中，该第一 3D阵列具有所递送的射束的空间位置和角度位置（X，Y，0)作为维 度，处理设备还被配置为将多个所预测的2D射野剂量图像存储在第二3D阵列，该第二3D 阵列具有所预测的射束的空间位置和角度位置（X，Y，0)作为维度。
[0021] 处理设备还可以被配置为使用3D伽马评价方法，将第一 3D阵列中的点和第二3D 阵列中的对应的点进行比较，伽马评价方法包括第一 3D阵列和第二3D阵列中的对应的点 之间的剂量差、空间差和角度差作为参数。
[0022] 可以基于该比较来确定感兴趣量的误差。
[0023] 本公开还提供一种非暂态计算机可读存储介质，在其上实施用于包括如本文所公 开的计算机处理系统的如本文所公开的放射疗法治疗系统中的质量控制的编程指令的序 列，计算机处理系统执行在计算机可读存储介质上实施的编程指令的序列，以使计算机处 理系统执行如本文所公开的方法的步骤。
【附图说明】
[0024] 在本文中描述的附图仅用于图示的目的，而不旨在以任何方式限制本公开的范 围。通过结合附图阅读接下来的说明书，将最好地理解本发明，在附图中，相同的元素由相 同的附图标记指定。如在本文中所使用的，各个实施例可以意为一些或全部实施例。
[0025] 图IA和图IB是根据本发明的实施例的放射疗法系统的透视图；
[0026] 图2是根据各个实施例的质量控制程序的流程图。
【具体实施方式】
[0027] 为了验证正确地应用了放射治疗过程，可以在放射疗法的对应的阶段实现用于患 者设置的验证、器官移动的可视化、治疗计划的剂量测定验证以及体内剂量测定的质量保 证协议。实现质量保证协议，以验证所开发的治疗计划是正确的，治疗递送是正确的，并且 向患者递