用于同位素源外部束放疗的系统和方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本PCT申请要求2013年3月14日提交的、题为"Systems and Methods for Isotopic Source External Beam Radiotherapy"的美国专利申请系列号 13/830, 794 的优 先权，通过引用将其申请日和全文整体合并于此。
技术领域
[0003] 本文描述的主题涉及与同位素放疗系统一起使用的处理方案的建立。
【背景技术】
[0004] 在放疗期间，辐射束可以穿过患者。由于辐射束可以杀死恶性肿瘤以及健康组织 和器官，可以形成处理方案来识别将被照射的目标、将避开的关键结构以及在处理期间所 使用的辐射束的强度。调强放疗（IMRT)是一种处理形式，其利用来自多个方向的一个或多 个束照射患者并且允许精确地控制辐射的递送。放射性同位素处理单元可以与頂RT处理 方案结合使用。
【发明内容】
[0005] 在一些实施中，包括计算机程序产品和系统的方法和装置被提供来建立处理方 案。
[0006] 在一个方面，确定包括一个或多个子束的初始注量图。初始注量图为一个或多个 子束中的每一个指定了注量值。确定了用于初始注量图中的注量值的递送序列。递送序列 包括由准直器中的第一组一个或多个叶和第二组一个或多个叶所形成的一个或多个孔径。 当同位素束靠近关键结构时，一个或多个孔径具有指定尺寸，该指定尺寸被限制为大体上 小于与准直器相关的最大尺寸。
[0007] 在一些变体中，下述中的一个或多个可以可选地包括在上述方法、装置、计算机程 序制品和系统中的任何可选的组合中。
[0008] 可以提供一个或多个初始处理参数。这些初始处理参数可以选自由下述参数构成 的群组：多个同位素束、各个同位素束的等中心、目标的规定剂量、关键结构的最大剂量以 及一个或多个剂量容积柱状图限制。
[0009] 指定尺寸可以为大体上2厘米乘以2厘米或更小。
[0010] 递送序列可以指定了最大数量的孔径，或者递送序列防止第一组一个或多个叶和 第二组一个或多个叶之间的交错。
[0011] 基于确定的初始注量图和确定的递送序列，可以开始处理。
[0012] 在另一个方面，确定包括一个或多个子束的初始注量图。初始注量图为一个或多 个子束中的每一个指定了注量值。确定用于初始注量图中的注量值的第一递送序列。第一 递送序列包括由准直器中的第一组一个或多个叶和第二组一个或多个叶所形成的一个或 多个孔径。基于第一递送序列中的一个或多个孔径，利用先验剂量计算方法计算一个或多 个剂量值。将一个或多个计算的剂量值与规定剂量相比较。如果在一个或多个计算的剂量 值和规定剂量之间存在明显的误差，则确定第二递送序列。
[0013] 在一些变体中，下述中的一个或多个可以可选地包括在上述方法、装置、计算机程 序制品和系统中的任何可选的组合中。
[0014] 可以提供一个或多个初始处理参数。初始处理参数可以选自由下述参数构成的群 组：多个同位素束、各个同位素束的等中心、目标的规定剂量、关键结构的最大剂量以及一 个或多个剂量容积柱状图限制。
[0015] 第二递送序列可以包括由第一组一个或多个叶和第二组一个或多个叶所形成的 一个或多个孔径。此外，当同位素束靠近关键结构时，第二递送序列中的一个或多个孔径可 以具有指定尺寸，该指定尺寸被限制为大体上小于与准直器相关的最大尺寸。
[0016] 第二递送序列还可以指定了最大数量的孔径，或者第二递送序列防止第一组一个 或多个叶和第二组一个或多个叶之间的交错。
[0017] 指定尺寸可以为大体上2厘米乘以2厘米或更小。
[0018] 先验剂量计算方法可以选自由蒙特卡洛模拟和离散坐标法组成的群组。
[0019] 如果在一个或多个计算的剂量值和规定剂量之间不存在明显的误差，则利用最终 组孔径开始处理。
[0020] 在又一方面，将多个同位素束中的每一个离散化成一个或多个子束。为一个或多 个子束中的每一个计算价值。对于一个或多个子束中的每一个，如果价值大于阈值价值，贝 1J 保留子束，并且如果价值等于或小于阈值价值，则抛弃子束。为一个或多个保留的子束确定 递送序列。递送序列包括由准直器中的第一组一个或多个叶和第二组一个或多个叶所形成 的一个或多个孔径。利用先验剂量计算方法计算一个或多个孔径中的每一个的剂量值。为 一个或多个孔径中的每一个确定上束时间值。基于确定的上束时间值计算目标函数的第一 值。对于一个或多个孔径中的每一个，如果确定的上束时间值小于上束时间阈值，则抛弃该 孔径。调整未被抛弃的一个或多个孔径的上束时间值。基于调整的上束时间值计算目标函 数的第二值。确定目标函数是否已经收敛。该确定基于目标函数的第一值和目标函数的第 二值之间的差。
[0021] 在一些变体中，下述中的一个或多个可以可选地包括在上述方法、装置、计算机程 序制品和系统中的任何可选的组合中。
[0022] 可以提供一个或多个初始处理参数。初始处理参数可以选自由下述参数构成的群 组：多个同位素束、各个同位素束的等中心、目标的规定剂量、关键结构的最大剂量以及一 个或多个剂量容积柱状图限制。
[0023] 可以利用预先计算的影响矩阵或者通过运行蒙特卡洛模拟来进行计算。
[0024] 阈值价值可以选自由下述各项构成的群组：零值、一个或多个子束的最大价值的 预定分数、以及价值大于零的一个或多个子束的平均价值的预定分数。
[0025] 先验剂量计算方法可以选自由蒙特卡洛模拟和离散坐标法组成的群组。
[0026] 计算、保留、抛弃子束、确定递送序列、计算剂量值、确定上束时间值、计算目标函 数的第一值、抛弃孔径、调整上束时间值、以及计算目标函数的第二值可以被重复，直到目 标函数收敛。
[0027] 确定目标是否已经收敛可以包括：将当前迭代中的目标函数的第一值和目标函数 的第二值与一个或多个前序迭代中的目标函数的第一值和目标函数的第二值相比较。
[0028] 如果目标函数已经收敛，则利用最终组孔径开始处理。
[0029] 本文描述的主题的一个或多个变体的细节在附图和下面的说明书中列出。根据说 明书、附图和权利要求书，本文描述的主题的其他特征和优势将显而易见。
【附图说明】
[0030] 结合在本文中并且构成说明书一部分的附图示出了本文公开的主题的某些方面， 并且这些附图与说明书一起帮助解释了与本文公开的主题相关联的一些原理。附图中，
[0031] 图1示出了放疗系统；
[0032] 图2示出了多叶准直器；
[0033] 图3示出了建立頂RT处理递送方案的实现方式；
[0034] 图4示出了建立頂RT处理递送方案的另一种实现方式；及
[0035] 图5示出了建立頂RT处理递送方案的又一种实现方式。
[0036] 各个附图中类似的附图标记表示类似的元件。
【具体实施方式】
[0037] 本文公开的主题涉及用于放疗系统的頂RT处理递送方案的建立，其可以减轻同 位素束的半影中的不期望或不定的辐射的效应。在一些实现方式中，这些效应可以通过调 整用于递送辐射剂量的孔径来减少。
[0038] 图1示出了可以执行IMRT的放疗系统100。IMRT是一种用于根据肿瘤的大小、形 状和位置而成形放疗束（例如钴-60束）的技术。放疗系统100可以包括一个或多个同位 素放射源110 (例如，钴-60放射源），其通过多叶准直器113将束朝着患者120投射。放射 源110和多叶准直器113可以附接到机架115。在处理期间，机架115可以旋转到不同位置 以使能来自不同角度的辐射。尽管图1的配置示出了三个放射源-多叶准直器对，但可以 使用任意数量的放射源-多叶准直器对。
[0039] 图2示出了多叶准直器113的放大视图。多叶准直器113可以包括一个或多个叶 205的左组和一个或多个叶210的右组。这些叶可以位于多叶准直器113的相对侧上，并且 可被控制打开以形成可变大小的孔径215。左组和右组中的叶的数量可以变化。
[0040] 多叶准直器控制系统可以控制相对组的叶205和210,并且独立地将各叶的边缘 放置在特定位置，从而阻挡辐射束，并且形成特定形状的场尺寸。通过切换叶205和210所 形成的图案可以阻挡从放射源110发出的束的一些部分，该放射源可以成形或调整同位素 束。在一些实现方式中，切换叶205和210可以交错，从而叶205可以十字交叉叶210,并 且反之亦然。这些叶的控制大体上在Z. Taskin等人的"Optimal Multileaf Collimator Leaf Sequencing In IMRT Treatment Planning"（Operations Research (2010),第 1-17 页）中描述，出于所有目的通过引用将其整体内容合并到本文中。
[0041] MRT处理方案可以在患者120经受辐射之间被建立。处理方案的制定可以使用 通过3D计算机断层扫描（CT)、正电子成像术