[发明专利]用于放射疗法优化的方法、计算机存储介质和计算机系统

说明书

公开了一种优化放射疗法治疗计划的方法，所述方法包括下述步骤：a)获得可投送的输入治疗计划，b)使用目标函数和至少一个约束条件优化所述可投送的输入治疗计划，以获得优化的治疗计划，其中，i.目标函数涉及在最小化机器输出(MU)和/或最小化投送所述计划所需的时间和/或最大化子野面积和/或最小化MLC形状的粗糙度方面降低所述计划的复杂性；ii.为了确保质量维持，至少一个约束条件是基于输入计划的剂量分布，涉及维持可接受的剂量分布。

技术领域

本发明涉及放射疗法治疗计划的优化。

背景技术

在优化放射疗法治疗计划时，必须将多种因素考虑在内。最重要的因素是建立剂量分布的目标，通常包括用于靶的最小剂量和用于邻近器官的最大剂量，以及直接机器参数优化(DMPO)中的机器约束条件。因此，在开发治疗计划时，通常为患者的各个不同部位设定这些最小和最大剂量，并确定尽可能接近地实现所述剂量目标的可投送的治疗计划。所述可投送的治疗计划为把所述计划投送到所述患者的设备规定了射束设定包括射束方向、机器输出和多叶准直器(MLC)的叶(leaf)位置。总机器输出用监控跳数(monitor units，MU)表示，而每个射束或子野(segment)的机器输出可以表示为MU或分别表示为射束权重或子野权重。对剂量分布进行计算以验证所述计划的质量在临床目标之内。

在多叶准直器系统中，这涉及设定多叶准直器(MLC)的开口。多叶准直器包含多个叶或叶对，其可以被单个设定以定义使辐射通过的开口。对于静态调强(SMLC)治疗来说，利用不同方向的若干射束把辐射投送到患者。对于每个射束，定义多个子野，这些子野合在一起形成来自特定方向的总剂量。每个子野限定了用于该子野的叶位置以及在该子野期间投送到患者的辐射的量。

控制点描述了在射束投送期间发生改变的治疗机器的参数，并且包括以MU表示的机器输出，并且如果使用MLC的话，包括所述MLC叶位置。对于SMLC技术，每个子野由具有相同叶位置和钳口位置的一对控制点定义。第一个控制点定义了当射束启动时的累计辐射，第二个控制点定义了当射束停止时的累计辐射。射束停止和射束启动控制点之间的差异与恒定的叶位置和钳口位置一起，确定了在所述子野中投送的辐射的量及其形状。在其他技术例如动态调强(DMLC)或VMAT中，射束一直启动并且叶一直移动。对于这些技术来说，每个控制点根据监控跳数(MU)指示了当叶移动到下一位置时投送的辐射的量。应理解，当在本文件中使用术语控制点或子野中的任一者时，不应被当作指示特定技术。相反，它应该被解释为意味着取决于使用的技术，与控制点或子野相关的MLC开口和投送的能量的量的组合。

改变叶位置耗费时间，所以期望减少子野的数目以节省时间。然而，减少子野的数目将降低调制剂量的可能性，而这是不期望的。

同样地，期望在监控跳数方面最小化投送计划所需的辐射。监控跳数是投送所述剂量需要多少能量的度量。

射束的投送时间取决于许多因素，诸如用于每个控制点的剂量率、每个控制点的MU、两个控制点之间的叶移动量。可能根据治疗计划的射束设置计算投送时间的评价。出于几个原因而期望缩短投送时间，诸如器官运动和患者不适。

也期望降低子野的粗糙度。例如具有深入MLC开口内的单个叶的粗糙子野提高剂量计算时的不确定性。在射野中存在单个叶提高了在患者定位时或者射束建模时小误差对剂量分布的影响。为此，期望降低MLC开口的粗糙度。

现有技术尝试实现这些目标，包括对这些参数，如最小子野面积、最大粗糙度、最大监控跳数(MU)或最大投送时间引入约束条件或者目标函数。这些方法要求在治疗计划优化之前，在不能已知这些约束条件或者目标函数将对剂量分布产生什么影响的点指定可接受参数值或权重。