[发明专利]治疗计划的顺序优化

说明书

相关申请

本申请要求于2008年10月23日提交的第61/107,997号美国临时申请的权益。

技术领域

本发明的实施例总体涉及辐射治疗计划，更具体地，涉及顺序地优化辐射治疗计划。

背景技术

传统的辐射外科系统在辐射治疗(例如，辐射外科或辐射疗法)期间使用正向治疗计划或逆向治疗计划来处理病理解剖(例如，肿瘤、病灶、血管畸形、神经紊乱等)。在正向治疗期间，医学物理师确定如何设置辐射源(束)来将期望的辐射剂量施加到肿瘤，然后计算临界结构(即，重要器官)和其它健康组织将吸收多少辐射。在逆向治疗计划中，与正向计划形成对比，医学物理师单独指定辐射到肿瘤的最小剂量和最大剂量以及辐射到其它健康组织的最大剂量，然后治疗计划系统选择方向、尺寸、总数，并且有时选择辐射源的射束能量，从而实现指定的剂量条件。传统的治疗计划系统设计成从诊断成像源，例如计算机化X射线断层摄影技术(CT)扫描，输入3-D图像。CT扫描提供从收集的CT切片生成的目标体积(例如，头颅或身体其它荷瘤部分)的准确的三维模型，并且需要治疗的体积藉此在三维可视化。所述VOI通常以体素(体积元素)表示，类似于二维图像中的像素。

在逆向计划期间，一旦软件包输出了CT扫描，医学物理师手动描绘该CT中目标体积(VOI)的大小，来关于受控的辐射剂量描绘将要针对的或避免的结构。那就是，辐射源射束按照一个顺序定位，计算该顺序来将辐射剂量定位在尽可能接近需要治疗的靶VOI中，而避免照射附近的健康组织。一旦限定了靶(例如，肿瘤)VOI，并且指定了临界组织和软组织，负责的辐射肿瘤师或医学物理师指定到靶VOI的最小辐射剂量和最大辐射剂量，以及正常组织和重要健康组织的最大剂量。然后所述软件生成一个逆向治疗计划，依赖于所述辐射治疗系统的定位性能，来尽可能接近所述治疗计划的最小/最大剂量约束。

图1为治疗计划系统显示CT图像切片的图形输出的概念图。CT图像的图解包括针对治疗的病理解剖，以及位于该病理解剖附近的临界区。传统地，用户在显示器上描绘点(例如，在图1的轮廓线上的一些圆点)，治疗计划系统用这些点来生成围绕临界区的轮廓和围绕所述病理解剖的靶区的轮廓。基于到靶区的指定的最小剂量和最大剂量以及到临界区的最大剂量，治疗计划系统为所述靶区生成剂量等量线(例如，连接等剂量点的线，以绝对单位表达，例如，40Gy，50Gy等，或者最大剂量的百分比或用户定义的剂量的百分比，例如，60％，70％，80％等)。理论上，传送到靶的期望剂量的等值线应当完美地匹配靶区的轮廓。在有些病例中，治疗计划系统生成的剂量等值线不是最优的，并且可能包括部分临界区，如图1所示。

辐射治疗系统的两个主要要求是剂量适形性，和其次，均匀性。均匀性是辐射剂量在靶(例如，例如肿瘤、病灶、血管畸形等病理解剖)体积上的均一性，并且能够以剂量体积直方图(DVH)为特征。病理解剖的理想DVH经常考虑为如图2所示的矩形函数，其中剂量是在病理解剖的整个体积上的处方的剂量的100％。临界区期望的DVH具有图3图示的曲线，其中临界解剖结构的体积尽可能少地接收处方剂量。

为了最小化对邻近临界结构的损害，适形性是辐射剂量分布的期望剂量等值线匹配(符合)靶(例如，肿瘤)的形状和大小的程度。更具体地，适形性是处方(Rx)剂量数(使用的剂量数)在靶VOI内的剂量。适形性可使用适形性系数(CI)＝(总体积中＞＝Rx的剂量)/(靶体积中＞＝Rx的剂量)来剂量。完美的适形性结果为CI＝1。

通常治疗计划过程需要用户使用治疗计划软件程序来完成很多治疗计划目标，如靶会聚、剂量分布的适形性和均匀性、治疗时间等。为了优化治疗计划，传统的治疗计划软件程序将多个治疗计划目标集合在单个数学成本函数中，并且优化整个成本函数。通过优化单个成本函数，所述治疗计划软件程序同时地且共同地一起优化多个治疗计划目标。