[发明专利]使用3D信息作为输入来预测可实现的剂量分布

说明书

基于知识的辐射治疗处置规划被扩展以包括来自例如正电子发射断层摄影(PET)的空间信息。访问特定于患者的信息。使用患者特定信息作为预测模型的输入来确定在患者中的目标体积内部的空间剂量分布的预测。使用包括从向其他患者应用其他辐射处置规划得到的数据的训练数据来建立预测模型。训练数据包括指示其他患者中的目标体积中的活动的水平的空间上分布的信息(例如，PET图像数据)。基于预测来产生剂量体积直方图和相关联的三维剂量分布信息。剂量体积直方图和三维剂量分布信息能够被用于开发针对患者的辐射处置规划。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2013年9月30日提交的序列号为61/884,363、题目为“PredictingAchievable Dose Distribution Using 3D Information as an Input”的美国临时专利申请的优先权，通过引用将其整体并入本文。

背景技术

使用辐射治疗来处置癌症是众所周知的。通常，辐射治疗涉及将高能量质子、光子或电子辐射(“治疗辐射”)的射束引导到目标体积(例如，肿瘤或病灶)中。

在利用辐射处置患者之前，开发特定于患者的处置规划。该规划使用基于过去经验的仿真和优化来定义治疗的各个方面。例如，对于强度调制辐射治疗(IMRT)，该规划能够指定合适的射束类型(例如，平坦滤波器自由类型)和合适的射束能量。规划的其他部分能够指定例如射束相对于患者的角度、射束形状、丸药和屏蔽的放置、等等。总体上，处置规划的目的是在使周围健康组织对辐射的暴露最小化的同时将充分的辐射递送到目标体积。处置规划通常借助于剂量体积直方图(DVH)来访问，一般而言，剂量体积直方图(DVH)在二维中表示三维(3D)剂量分布。

发明内容

基于知识的规划(KBP)基于已知的与新患者有关的几何信息使用来自先前的和现有的辐射治疗/处置规划的数据来预测针对新患者的临床上最佳的或可接受的结果。诸如患者的解剖结构(例如，器官)的轮廓的几何信息能够是适于患者的(例如，与患者配准的)预定义信息，或者其能够例如基于患者的计算机断层摄影(CT)扫描。KBP的实际实施方式包括模型训练阶段后跟有估计阶段，在模型训练阶段中来自先前的和现有的处置规划的历史信息被用于生成通用预测模型，在估计阶段中通用模型被用于基于针对特定患者的集合信息来确定(例如，估计或预测)针对该患者的可实现的剂量分布。

使用诸如但不限于正电子发射断层摄影(PET)的技术获得的图像能够被用于提供与生物活动或化学活动的空间分布有关的信息。PET提供用于诊断和监测癌症的已知技术；其能够被用于检测癌变肿瘤和肿瘤的范围(例如，大小)，并且能够被用于确定肿瘤对处置的响应。空间信息能够被用于在辐射处置规划期间调谐目标结构的期望的剂量水平，该过程被知晓为“剂量绘图”。“剂量绘图”辐射治疗允许在目标体积内(例如在肿瘤体积内)的辐射的非均匀递送；能够应用将更高剂量递送到体积内的某些区域的强度调制辐射治疗(IMRT)的策略。换言之，代替将均匀剂量水平应用到整个目标体积，剂量被重新分布使得例如一些区域接收更高剂量。

在根据本发明的实施例中，基于知识的规划被补充有空间上分布的(3D)生物或化学活动信息以促进创建处置规划并改善那些规划的质量。更具体地，在模型训练阶段中使用的信息被扩展以包括这样的空间信息。在实施例中，KBP被扩展以包括来自例如PET图像的空间信息。然而，根据本发明的实施例不限于PET图像；能够使用其他类型的图像，例如但不限于功能磁共振成像(MRI)图像。一般地，根据本发明的实施例能够利用KBP结合得到与目标体积的组成有关的信息的任何3D成像技术。