[发明专利]针对辐射疗法处置规划中使用的补偿器的交互式计算机辅助编辑器

说明书

本申请具体应用于辐射疗法处置规划(RTP)系统中。然而，应当认识到，所描述的(一种或多种)技术还可以应用于其他类型的治疗规划系统、其他计算机辅助编辑系统和/或其他治疗应用中。

在质子和重离子治疗中，粒子具有在介质、粒子和递送机器的能量和属性的基础上经过特定深度之后在介质中“停止”的特性。在粒子射程的末端处，以所谓的“布喇格峰(Bragg Peak)”递送向介质递送的最大剂量。

在质子和离子射束辐射疗法中，通常在辐射源和对象之间设置补偿器(compensator)。补偿器是针对每位患者定制制造的。补偿器通常采用树脂玻璃层的形式，该树脂玻璃层在不同的区域具有不同的厚度，以便在不同的射束角度处对射束和靶标之间的不同组织进行补偿，从而向靶标递送均匀剂量，即，将布喇格峰定位在靶标上。

在外部射束辐射疗法处置规划中，针对每位患者对补偿器进行定制设计，以调整递送给该患者的辐射剂量。初始设计通常是在处置规划系统之内计算和优化的，并通过补偿器的厚度值的矩阵式样表示来显示。这种矩阵几乎不能就补偿器的设计向用户提供有用的反馈。通常，允许用户以电子表格输入的方式改变各像素中的任何一个的值。然而，这些改变难以评价和量化。用户可能出于某些原因想要编辑补偿器，这样的原因诸如是：要消除患者体内辐射剂量的热点或冷点；使相邻像素之间的梯度柔和，如果梯度过于陡峭，那么在发生轻微患者放置错误的情况，就可能导致递送给靶标或危险器官的剂量出现巨大变化；使补偿器形状加宽或变窄，以覆盖更多或更少的靶标器官；或者由于初始计算机算法提供的剂量分布是不可接受的。

例如与伽马辐射光子相比，质子和离子治疗具有许多临床优点。可以使质子和离子射束按照形形色色的方式组合，从而向介质中的复杂靶标递送均匀的剂量分布。这些技术中的一种是所谓的“修补场(Patch Field)”技术，在这种技术中，两条或更多射束实质上是彼此垂直的。例如，“贯穿”射束纵向照射，而“修补”射束横向照射。对修补和贯穿射束的机械特性进行调整，以在重叠区域中，即向靶标，提供均匀剂量。该修补系统是一种在辐射疗法中使用的已知技术。然而，用于实施和优化这一技术的工具并未得到改进。

尤其是在基于离子或质子的治疗(下文统称为“离子治疗”)中，初始设计通常是出于单个目标-即，使剂量顺应靶标组织的远缘，而在处置规划系统之内计算和优化的。这限制了用户对从离子治疗源提供给患者的剂量分布进行形状设定的能力。尽管可以对补偿器像素进行手动编辑，然而这样的编辑是以反复试验为基础的，并且将被认为是补偿器设计的先期规划方案。在考虑诸多因素时，离子治疗中的初始补偿器设计可能是不理想的。例如，如果靶标组织紧密接近危险器官(OAR)，那么对靶标的均匀覆盖可能会迫使过多的剂量溢出到OAR中。此外，加到靶标形状上的任何裕量都可能引起OAR之内剂量的进一步提高。理想地，用户可能想要检验对靶标的剂量分布相对于对周围组织的剂量的某些折衷。

复杂的靶标覆盖是辐射疗法处置规划的另一个主要关注项。递送给靶标解剖结构的辐射剂量必须足够，同时使对相邻危险器官的剂量最低。当靶标的形状复杂时，可以使用多条射束覆盖靶标的分离部分。在这种情况下，来自各射束的重叠剂量可能造成不希望的热点，并使靶标组织之内的均匀性降低。

本领域需要这样的系统和方法，其将便于补偿器的3维交互显示，包括患者解剖结构和剂量分布，以辅助用户手动调整补偿器像素等，从而克服上述缺陷。

根据一个方面，一种便于优化在辐射疗法处置规划中所使用的计算机生成的3D补偿器模型的系统，所述系统包括，包括显示器和用户输入装置的图形用户接口(GUI)，以及执行存储在存储器中的计算机可执行指令的处理器。所述指令包括：在显示器上向用户显示补偿器模型；接收来自用户输入装置的包括对补偿器模型的编辑的用户输入；基于所述用户输入优化补偿器模型；以及将经优化的补偿器模型存储到存储器或计算机可读存储介质。

根据另一方面，一种对在辐射疗法处置中所使用的补偿器进行计算机辅助补偿器模型优化的方法，所述方法包括：在患者的解剖区域的患者图像上显示补偿器模型；接收对补偿器模型的用户输入编辑；并基于用户输入更新补偿器模型。所述指令还包括将经更新的补偿器模型存储到存储器或计算机可读存储介质。