[发明专利]用于控制IMRT递送复杂度的交互式基于剂量梯度的优化技术

说明书

一种用于强度调制辐射治疗规划的基于剂量梯度的优化的方法。首先，优化器(6)执行对所述规划的第一优化(40)，以生成对应于所述规划的剂量分布。接下来，所述优化器(6)生成针对所述规划的每个射束的射束特定剂量梯度图(42)。然后，针对所述规划指定(44)新剂量梯度。最后，所述优化器(6)使用所述新剂量梯度执行最终优化(46)。所述新剂量梯度作为软约束带入到目标函数中给出所述最终优化。所述优化器(3)将限制因子应用于所述目标函数，使得仅在所述第一剂量梯度超过针对特定细射束的所述新剂量梯度时由所述优化器限制第一剂量梯度。

技术领域

本申请涉及医学领域并且尤其适用于辐射处置规划，并且将尤其参考辐射处置规划来进行描述。然而，应意识到，本申请也适用于其他医学介入和处置流程。当患者被诊断患有癌症时，能够寻求若干处置选项。一个处置选项是辐射治疗。当辐射治疗被选择时，根据与患者有关的大量数据来构建详细的规划。

背景技术

在过去的十年里，技术进步已提供了在强度调制辐射治疗(IMRT)、强度调制光子治疗(IMPT)等领域中的大的飞跃，以改进剂量递送。最近，研究兴趣已经转向将从射束放置开始到剂量优化的在规划生成中涉及的各个任务自动化，以协助并减小临床用户的工作量负担的方法。

规划评估被分类为三个阶段：1、物理评估，2、技术评估，以及3、临床评估。通常在规划完成之后，由技术人员检查规划的物理方面和技术方面。由辐射肿瘤科医师调查规划的临床方面。当前，基于覆盖规划的物理方面、技术方面和临床方面的五种类别来评估IMRT规划：1、几何分析，2、剂量分布分析，3、剂量体积直方图(DVH)分析，4、参数分析，以及5、递送能力分析。

几何分析被执行以评估射束放置的最优性。射束放置是非常重要的步骤。优化的质量主要受射束的数量和其角度的影响。鉴于增加了IMRT规划的最优性和递送能力，已经制定出针对IMRT中的最优射束放置的规则。

剂量分布分析量化地验证在轴向平面、冠状平面和矢状平面中的剂量分布的最优性。该分析能够被进一步分裂为2D分析和3D分析。2D剂量分布分析隐含逐切片对剂量分布进行评估。这种类型的分析被用于评估关于每个切片中的目标体积的规定剂量的正形性。这种类型的分析也能够揭露在目标体积中和目标体积周围的冷点或热点的分布。冷点或热点是在接收小于或大于预期剂量的辐射的目标和危险器官内的区。3D分布分析在确定剂量分布关于一组射束取向对总体目标体积的正形性如何时是有用的。

剂量体积直方图(DVH)是用于评估规划的最优性的有力工具。DVH以图形2维格式表示3维剂量分布。针对目标体积的DVH图形地表示在覆盖率、一致性和同质性方面的剂量分布的质量。针对危险器官(OAR)的DVH曲线表示在平均剂量和最大剂量方面使OAR幸免的效率。

参数分析被执行以量化地验证剂量的最优性。在该分析中使用的参数是：(a)针对目标体积和OAR的最小剂量、平均剂量和最大剂量，以及(b)针对目标体积的覆盖率指标、一致性指标和同质性指标。除了针对规划评估的物理度量之外，在规划评估中使用多个生物度量。这些生物度量包括等效均匀剂量(EUD)、肿瘤控制概率(TCP)和正常组织并发症概率(NTCP)等。

递送能力分析被执行以便评估在剂量递送方面的规划的鲁棒性如何。该分析涉及对诸如以下的参数的验证：段数、每段的最小或平均机器跳数(MU)、最小段面积(MSA)、总递送时间等。MU是在辐射治疗中对线性加速器的机器输出的量度。递送能力分析揭露了规划实际上是否是可递送的。