專利名稱：用于計(jì)劃和供給放射治療的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉;s^L射治療。本發(fā)明具體地涉及用于計(jì)劃和供^^對(duì)受體的放射以〗更提供;^射劑量的期望的三維分布的方法和裝置。
背景技術(shù)：
仔細(xì)計(jì)劃的放射劑量的供給可用于治療各種醫(yī)學(xué)癥狀。例如，放射治 療(往往與其它治療結(jié)合)被用于某些癌癥的治療和控制。雖然向某些結(jié) 構(gòu)或組織供給適量的放射是有益的，但是一般而言，放射可損害活組織。 理想的是將放射線對(duì)準(zhǔn)包含待照射的結(jié)構(gòu)或組織的靶體積(target volume),同時(shí)使供給到周圍組織的放射劑量最小。強(qiáng)度調(diào)控放射治療 (IMRT)是一種已經(jīng)被用來向活的受體中的耙體積供給放射的方法。IMRT —般包括從一些不同的方向供給經(jīng)整形的放射射束。放射射束 一般按順序供給。每個(gè)放射射束各自對(duì)耙體積中的期望的劑量有貢獻(xiàn)。一般的放射供給裝置具有如線性加速器的放射源和可旋轉(zhuǎn)機(jī)架。機(jī)架 可被旋轉(zhuǎn)以使放射射a各種不同的角h射到受體上。入射放射射束的 形狀可由多葉準(zhǔn)直器(MLC)修改。MLC具有若干通常對(duì)放射不透明的 葉。MLC葉限定了放射線可以通過的孔?？梢哉{(diào)節(jié)葉的位置來改變孔的 形狀并從而對(duì)通過MLC的放射射束整形。MLC還可以被旋轉(zhuǎn)到不同的 角度。與對(duì)受體的放射治療關(guān)聯(lián)的目標(biāo)一般規(guī)定了所期望的供給到受體內(nèi)的靶區(qū)的放射劑量的三維分布。期望的劑量分布一般規(guī)定了針對(duì)位于靶內(nèi)的體素(voxel)的劑量值。在理想的情況下，放射不會(huì)供給到靶區(qū)之夕卜。 然而，在實(shí)際中，與放射治療關(guān)聯(lián)的目標(biāo)可以包括規(guī)定可供給到耙之外的 組織的最大可接受劑量。治療計(jì)劃包括識(shí)別向特定治療體積供給it射的最優(yōu)(或至少是可接收 的)#組。治療計(jì)劃不是簡單的問題。治療計(jì)劃企圖解決的問題包^^午 多變量，這些變量包括*治療體積的三維配置；*治療體積內(nèi)的期望的劑量分布； 治療體積周圍的組織的位置和放射容限；以及*放射供給裝置的設(shè)計(jì)所施加的約束條件?？赡艿姆桨高€包括大量的變量，這些變量包括*要使用的射束方向的數(shù)目；*每個(gè)射束的方向；*每個(gè)射束的形狀；以及 每個(gè)射束中供給的放射的量。下列文獻(xiàn)中說明了治療計(jì)劃的各種傳統(tǒng)方法參 S.V. Spirou和C.畫S. Chui. A gradient inverse planning algorithm w他dose-volume constraints, Med. Phys. 25， 321-333 (1998);攀 Q. Wu和R. Mohand. Algorithm and functionality of an intensity modulated radiotherapy optimization system, Med. Phys. 27， 701-711 (2000);參 S.V. Spirou和 C.畫S. Chui. Generation of arbitrary intensity profiles by dynamic jaws or multileaf collimators, Med. Phys. 21, 1031-1041 (1994);參 P. Xia 和 L.J. Verhey. Multileaf collimator leaf sequencing algorithm for intensity modulated beams with multiple static segments, Med. Phys. 25， 1424-1434 (1998);以及* K. Otto和B.G Clark. Enhancement of IMRT delivery through MLC rotation, Med. Biol. 47,3997-4017 (2002);獲得諸如線性加速器的精密的現(xiàn)代放射治療裝置可能需要較大的資 本成本。因此期望的是有效利用這樣的裝置。所有其它因素相等時(shí)，允許 期望的放射劑量的分布以較短的時(shí)間供給的放射治療計(jì)劃優(yōu)于需要較長 時(shí)間來供給的放射治療計(jì)劃。可以以較短的時(shí)間來供給的治療計(jì)劃允許更 為有效地利用放射治療裝置。較短的治療計(jì)劃也減少了由于受體在放射供 給期間移動(dòng)而可能顯著影響供給劑量的精度的風(fēng)險(xiǎn)。盡管在放射治療領(lǐng)域已經(jīng)取得了進(jìn)步，但是仍然需要能夠提供改進(jìn)的 對(duì)將放射供給到特別是復(fù)雜靶體積的控制的放射治療方法和裝置以及放 射治療計(jì)劃方法和裝置。而且還需要這樣的可以相對(duì)快地供給期望的劑量 分布的方法和裝置。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個(gè)方面提供了一種用于計(jì)劃向受體內(nèi)的靶區(qū)供給放射劑 量的方法。該方法包括規(guī)定一組一個(gè)或多個(gè)優(yōu)化目標(biāo)，所述優(yōu)化目標(biāo)包括 受體內(nèi)的期望的劑量分布。該方法還包括規(guī)定沿著初始軌跡的初始多個(gè)控 制點(diǎn)，該初始軌跡限定放射源和受體之間的相對(duì)移動(dòng)。該方法包括相對(duì)于 該組優(yōu)化目標(biāo)，以迭代方式對(duì)仿真劑量分布進(jìn)行優(yōu)化，以確定與所述初始 多個(gè)控制點(diǎn)中的每個(gè)控制點(diǎn)關(guān)聯(lián)的 一個(gè)或多個(gè)放射供給參數(shù)。當(dāng)與所述初始多個(gè)控制點(diǎn)相關(guān)的優(yōu)化達(dá)到一個(gè)或多個(gè)初始終止條件時(shí)，該方法包括 增加一個(gè)或多個(gè)控制點(diǎn)以獲得增加的多個(gè)控制點(diǎn)；以;M目對(duì)于該組優(yōu)化目 標(biāo)，以迭代方式對(duì)仿真劑量分布進(jìn)行優(yōu)化，以確定與所述增加的多個(gè)控制 點(diǎn)中的每個(gè)控制點(diǎn)關(guān)聯(lián)的 一個(gè)或多個(gè)放射供給參數(shù)。本發(fā)明的另 一個(gè)方面提供了 一種用于向受體內(nèi)的靶區(qū)供給放射劑量 的方法。該方法包括規(guī)定放射源和受體之間的相對(duì)移動(dòng)的軌跡并確定放射 供給計(jì)劃。該方法還包括在沿著軌跡實(shí)現(xiàn)放射源和受體之間的相對(duì)移動(dòng) 的同時(shí)，根據(jù)放射供給計(jì)劃M射源向受體供給放射射束，以實(shí)現(xiàn)受體上 的劑量分布。M射源向受體供給放射射束包括在至少一部分軌跡上， 改變放射射束的強(qiáng)度和改變放射射束的形狀。沿著軌跡實(shí)現(xiàn)放射源和受體 之間的相對(duì)移動(dòng)包括下列中的一個(gè)或多個(gè)實(shí)現(xiàn)放射源和受體之間的非平 面相對(duì)移動(dòng)；沿著軌跡實(shí)現(xiàn)放射源和受體之間的連續(xù)相對(duì)移動(dòng)；實(shí)現(xiàn)放射 源和受體之間的非自交疊的(non-self-overlapping)相對(duì)移動(dòng)；其中軌跡 的起點(diǎn)和軌跡的終點(diǎn)包括放射源和受體之間的同一相對(duì)位置，以及實(shí)現(xiàn)放 射源和受體之間的另外的非自交疊的相對(duì)移動(dòng)；以及移動(dòng)放射供給裝置的多個(gè)運(yùn)動(dòng)軸。本發(fā)明的另 一個(gè)方面提供了 一種用于計(jì)劃向受體內(nèi)的靶區(qū)供給放射 劑量的方法。該方法包括規(guī)定一組一個(gè)或多個(gè)優(yōu)化目標(biāo)，所述優(yōu)化目標(biāo)包 括受體中的期望的劑量分布。該方法還包括規(guī)定it射源和受體之間的相對(duì) 移動(dòng)的初始軌跡和沿著初始軌跡的初始多個(gè)控制點(diǎn)。該方法包括相對(duì)于該 組一個(gè)或多個(gè)優(yōu)化目標(biāo)并且受一個(gè)或多個(gè)初始優(yōu)化約束制約，以迭代方式 對(duì)仿真劑量分布進(jìn)行優(yōu)化，以確定與所述控制點(diǎn)中的每個(gè)控制點(diǎn)關(guān)聯(lián)的一 個(gè)或多個(gè)放射供給參數(shù)。所述一個(gè)或多個(gè)放射供給參數(shù)包括放射源相對(duì)于受體的位置，使得以迭代方式對(duì)仿真劑量分布進(jìn)行優(yōu)化包括基于放射供 給參數(shù)，針對(duì)放射源和受體之間的相對(duì)移動(dòng)，規(guī)定不同于初始軌跡的優(yōu)化 軌跡。本發(fā)明的另 一個(gè)方面提供了 一種用于計(jì)劃向受體內(nèi)的靶區(qū)供給放射 劑量的方法。該方法包括規(guī)定一組一個(gè)或多個(gè)優(yōu)化目標(biāo)，所述優(yōu)化目標(biāo) 包括受體中的期望的劑量分布；以;SJC定放射源和受體之間的相對(duì)移動(dòng)的 軌跡和沿著該軌跡的多個(gè)控制點(diǎn)。該方法包括相對(duì)于該組一個(gè)或多個(gè)優(yōu)化 目標(biāo)并且受一個(gè)或多個(gè)初始優(yōu)化約束制約，以迭代方式對(duì)仿真劑量分布進(jìn) 行優(yōu)化，以確定與所述控制點(diǎn)中的每個(gè)控制點(diǎn)關(guān)聯(lián)的 一個(gè)或多個(gè)放射供給 M。以迭代方式進(jìn)行優(yōu)化包括通過下列步驟針對(duì)至少 一個(gè)特定控制點(diǎn)來 仿真劑量貢獻(xiàn)將射束形狀的孔的橫截面區(qū)域劃分成多個(gè)二維射束元 (beamlet);并仿真來自所述多個(gè)二維射束元中的每個(gè)二維射束元的劑量 分布貢獻(xiàn)，其中所述多個(gè)二維射束元中的至少兩個(gè)二維射束元具有不同的 尺寸。本發(fā)明的另一個(gè)方面提供了一種用于計(jì)劃向受體內(nèi)的靶區(qū)供給放射 劑量的方法。該方法包括規(guī)定一組一個(gè)或多個(gè)優(yōu)化目標(biāo)，所述優(yōu)化目標(biāo)包 括受體中的期望的劑量分布。該方法還包括規(guī)定多個(gè)控制點(diǎn)，所述多個(gè)控 制點(diǎn)沿著限定放射源和受體之間的相對(duì)移動(dòng)的軌跡。該方法包括相對(duì)于該 組一個(gè)或多個(gè)優(yōu)化目標(biāo)，以迭代方式對(duì)仿真劑量分布ii行優(yōu)化，以確定與 所述多個(gè)控制點(diǎn)中的每個(gè)控制點(diǎn)關(guān)聯(lián)的 一個(gè)或多個(gè)放射供給狗t;當(dāng)達(dá)到 一個(gè)或多個(gè)約束添加條件時(shí)，向迭代優(yōu)化添加一個(gè)或多個(gè)優(yōu)化約束，以便 受一個(gè)或多個(gè)優(yōu)化約束制約來確定與所述多個(gè)控制點(diǎn)中的每個(gè)控制點(diǎn)關(guān) 聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)放射供給參數(shù)。本發(fā)明的另一個(gè)方面提供了一種用于向受體內(nèi)的靶區(qū)供給放射劑量 的方法。該方法包括規(guī)定治療it射源和受體之間的相對(duì)移動(dòng)的軌跡并確定放射供給計(jì)劃。當(dāng)沿著軌跡實(shí)現(xiàn)治療放射源和受體之間的相對(duì)移動(dòng)時(shí)，該方法包括根據(jù)放射供給計(jì)劃從治療放射源向受體供給治療放射射束，以 實(shí)現(xiàn)受體上的劑量分布，其中從治療放射源向受體供給治療放射射束包 括在至少一部分軌跡上，改變治療放射射束的強(qiáng)度和改變治療放射射束 的形狀；以及在沿著軌跡的多個(gè)位置，獲得靶區(qū)的二維投影影像。本發(fā)明的另一個(gè)方面提供一種用于向受體內(nèi)的靶區(qū)供給放射劑量的 方法。該方法包括規(guī)定放射源和受體之間的相對(duì)移動(dòng)的軌跡、確定放射供 給計(jì)劃以及感測受體的位置狀態(tài)。當(dāng)沿著軌跡實(shí)現(xiàn)放射源和受體之間的相 對(duì)移動(dòng)時(shí)，該方法包括根據(jù)放射供給計(jì)劃，^Ut射源向受體供給it射射 束，以實(shí)現(xiàn)受體上的劑量分布。從放射源向受體供給放射射束包括在至 少一部分軌跡上，改變放射射束的強(qiáng)度和改變治療放射射束的形狀；當(dāng)感 測到受體的位置超出了可接受的范圍時(shí)，將放射射束的供給去激勵(lì)；以及 當(dāng)感測到受體的位置在可接收的范圍內(nèi)時(shí)，重新激勵(lì)放射射束的供給。本發(fā)明的其它方面提供了包括計(jì)算機(jī)可讀指令的程序產(chǎn)品，所述計(jì)算 機(jī)可讀指令在由處理器執(zhí)行時(shí)，使處理器執(zhí)行在上面概括說明并且在下面 更詳細(xì)地說明的方法中的任何方法。本發(fā)明的另外的方面和本發(fā)明的實(shí)施例的特征在下面說明并且在附 圖中示出。


附圖示出了本發(fā)明的非限制性示例實(shí)施例。圖1為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所可以結(jié)合的示例性放射供給裝置的示意性視圖。圖1A為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所可以結(jié)合的另 一示例性放射供給裝置的示意性 視圖。圖2為軌跡的示意性圖示。圖3A為射束整形^J的示意性橫截面視圖。圖3B為從射束的角度觀察到的多葉準(zhǔn)直器型射束整形機(jī)構(gòu)的示意性 俯視圖。圖4A為示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施例的優(yōu)化劑量供給的方法的流 程圖。圖4B為描繪根據(jù)本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施例的用于計(jì)劃和供給對(duì)受體的 放射的方法的示意性流程圖。圖5A、 5B和5C示出根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例將孔劃分成射束元。圖6用圖形描繪了與劑量仿真計(jì)算關(guān)聯(lián)的誤差隨用于執(zhí)行劑量仿真 計(jì)算的控制點(diǎn)的數(shù)目的變化。圖7用圖形描繪了對(duì)于幾個(gè)不同的控制點(diǎn)的數(shù)目，劑量質(zhì)量隨優(yōu)化迭 代次數(shù)的變化。圖8表示一個(gè)流程圖，示意性示出在控制點(diǎn)的數(shù)目隨優(yōu)化過程而被改 變時(shí)，根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的優(yōu)化劑量供給的方法。圖9針對(duì)圖8的控制點(diǎn)的數(shù)目隨優(yōu)化過程而被改變時(shí)的優(yōu)化方法，用 圖形描繪了劑量分布質(zhì)量隨迭代次數(shù)的變化。圖IO描繪了在本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)的示例性實(shí)例中使用的 示例性耙組織和健康組織。圖11A和11B分別描繪了與在圖IO的實(shí)例中使用的軌,應(yīng)的、運(yùn) 動(dòng)軸的初始控制點(diǎn)位置。圖12A-12F描繪了劑量體積直方圖(DVH),表示圖IO的實(shí)例中的 優(yōu)化過程的不同階段的劑量分布質(zhì)量。圖13為圖IO的實(shí)例中的優(yōu)化過程的另一圖形描繪。圖14A-14D示出圖10的實(shí)例中的優(yōu)化過程的結(jié)果(運(yùn)動(dòng)軸^故、 強(qiáng)度和射束整形^IU。圖15繪出圖10的實(shí)例中的靶區(qū)的二維橫截面切片的恒定劑量的等值 線(等劑量線)。
具體實(shí)施方式
在整個(gè)下列說明中，提出具體細(xì)節(jié)是為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠進(jìn)行 更加徹底的理解。然而，眾所周知的元件可能并未示出或詳細(xì)說明，以避 免不必要地模糊4^>開內(nèi)容。因此，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為說明和附圖是示例性的而不 是限制性的。本發(fā)明涉;O:射治療的計(jì)劃和供給，其特征包括在向受體供給放射的 同時(shí)相對(duì)于受體沿著軌跡移動(dòng)放射源。在一些實(shí)施例中，沿著軌跡連續(xù)移動(dòng)放射源，而在一些實(shí)施例中，間歇移動(dòng)放射源。 一些實(shí)施例包括優(yōu)化放 射供給計(jì)劃以在滿足許多約束的同時(shí)滿足各種優(yōu)化目標(biāo)。對(duì)于沿著軌跡的許多控制點(diǎn)中的每個(gè)控制點(diǎn)，放射供給計(jì)劃可包括 一組運(yùn)動(dòng)軸參數(shù)，一 組射束形狀參數(shù)以及射束強(qiáng)度。圖1示出包括it射源12的示例性放射供給裝置10，放射源12能生 成或發(fā)射放射射束14。放射源12可包括例如線性加速器。受體S位于可 放置在射束14的路徑上的治療臺(tái)或"治療床，，15上。裝置10具有若干 可移動(dòng)部分，這些可移動(dòng)部分允許放射源12的位置和放射射束14的取向 相對(duì)于受體S移動(dòng)。這些部分共同稱作射束定位機(jī)構(gòu)13。在所示的放射供給裝置10中，射束定位機(jī)構(gòu)13包括支撐放射源12 并可繞軸18旋轉(zhuǎn)的機(jī)架16。軸18和射束14相交在等角點(diǎn)(isocenter) 20。射束定位機(jī)構(gòu)13還包括可移動(dòng)治療床15。在示例性放射供給裝置10 中，治療床15可在三個(gè)正交方向(在圖1中示為X、 Y和Z方向)中的 任一方向平移并且可繞軸22旋轉(zhuǎn)。在一些實(shí)施例中，治療床15可繞其另 外的軸中的一個(gè)或多個(gè)軸旋轉(zhuǎn)。源12的位置和射束14的取向可通過移動(dòng) 射束定位機(jī)構(gòu)13的可移動(dòng)部分中的一個(gè)或多個(gè)可移動(dòng)部分來改變(相對(duì) 于受體S)。每個(gè)用于相對(duì)于受體S來移動(dòng)源12和/或定向射束14的可單獨(dú)控制 的裝置可稱為"運(yùn)動(dòng)軸"。在一些情況下，沿著特定軌跡移動(dòng)源12或射束 14可能需要兩個(gè)或更多運(yùn)動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)。在示例性放射供給裝置IO中，運(yùn) 動(dòng)軸包括*機(jī)架16繞軸18的旋轉(zhuǎn)；*治療床15在X、 Y、 Z方向中的任何一個(gè)或多個(gè)方向上的平移；以及*治療床15繞軸22的旋轉(zhuǎn)。放射供給裝置10 —般包括尤其能夠控制其運(yùn)動(dòng)軸的移動(dòng)和放射源12 的強(qiáng)度的控制系統(tǒng)23?？刂葡到y(tǒng)23 —般可包括硬件組件和/或軟件組件。 在所示的實(shí)施例中，控制系統(tǒng)23包括能執(zhí)行軟件指令的控制器24?？刂?系統(tǒng)23優(yōu)選地能接收針對(duì)其運(yùn)動(dòng)軸的一組期望的位置(作為輸入)，并且 響應(yīng)于該輸入，可控制地移動(dòng)其運(yùn)動(dòng)軸中的一個(gè)或多個(gè)以得到上述一組期 望的運(yùn)動(dòng)軸位置。同時(shí)，控制系統(tǒng)23還可以響應(yīng)于一組期望的放射強(qiáng)度 的輸入來控制放射源12的強(qiáng)度。雖然放射供給裝置10代表實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所可以結(jié)合的特定類型的放射本發(fā)明可在可包括不同運(yùn)動(dòng)軸的不同放射供給裝 置上實(shí)現(xiàn)。 一般而言，本發(fā)明可結(jié)合可以M始點(diǎn)沿著軌跡到終止點(diǎn)產(chǎn)生放射源12和受體S之間的相對(duì)移動(dòng)的任何組運(yùn)動(dòng)軸來實(shí)現(xiàn)。提供了另外一組運(yùn)動(dòng)軸的放射供給裝置10A的另一實(shí)例在圖1A中示 出。在示例性裝置10A中，源12位于環(huán)形殼體26中。機(jī)構(gòu)27允許源12 繞殼體26移動(dòng)以從不同側(cè)照射受體S。受體S位于治療臺(tái)28上，治療臺(tái) 28可以通過殼體26的中心孔29前進(jìn)。具有與圖1A中示意性示出的配置 相似的配置的裝置以通常稱為"斷層放射治療(Tomotherapy)"的方式 被用于供給放射。根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，射束定位機(jī)構(gòu)13使得源12和/或射束14 沿著軌跡移動(dòng)，而放射劑量被可控制地供給到受體S內(nèi)的靶區(qū)。"軌跡" 是射束定位機(jī)構(gòu)13的可移動(dòng)部分中的一個(gè)或多個(gè)可移動(dòng)部分的一組一個(gè) 或多個(gè)移動(dòng)，其導(dǎo)致射束位置和取向從第一位置和取向變化到第二位置和 取向變化。第一和第二位置以及第一和第二取向不一定是不同的。例如， 可規(guī)定軌跡為機(jī)架16 >^始點(diǎn)繞軸18經(jīng)過360。的角到結(jié)束點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)， 在這種情況下，起始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)的射束位置和取向是相同的。第一和第二射束位置和射束取向可由第一組運(yùn)動(dòng)軸位置(對(duì)應(yīng)于第一射束位置和第一射束取向)和第二組運(yùn)動(dòng)軸位置(對(duì)應(yīng)于第二射束位置和 第二射束取向)來規(guī)定。如上面所討論的，放射供給裝置10的控制系統(tǒng) 23可以可控制地在第一組運(yùn)動(dòng)軸位置和第二組運(yùn)動(dòng)軸位置之間移動(dòng)其運(yùn) 動(dòng)軸。 一般而言，軌跡可由多于兩個(gè)射束位置和射束取向來描述。例如， 軌跡可由多組運(yùn)動(dòng)軸位置來規(guī)定，每組運(yùn)動(dòng)軸位置對(duì)應(yīng)于特定的射束位置 和特定的射束取向。于是控制系統(tǒng)23可以可控制地在每組運(yùn)動(dòng)軸位置之 間移動(dòng)其運(yùn)動(dòng)軸。一般而言，軌跡可以是任意的軌跡并且僅受具體的放射供給裝置和其 具體的射束定位機(jī)構(gòu)限制。在由具體的放射供給裝置10和其射束定位機(jī) 構(gòu)13的設(shè)計(jì)所施加的約束之內(nèi)，通過實(shí)現(xiàn)可用的運(yùn)動(dòng)軸的移動(dòng)的適當(dāng)組 合，可使源12和/或射束14遵循相對(duì)于受體S的任意軌跡?？梢詫④壽E 規(guī)定為實(shí)現(xiàn)各種治療目標(biāo)。例如，可以將軌跡選擇為與從射束的角度觀 察的視圖內(nèi)的健康組織相比，從射束的角度觀察的視圖內(nèi)的靶組織具有高 比率，或選擇為避免重要的健康器官等等。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，將期望的軌跡離散化成沿著軌跡的不同位置處的若 干"控制點(diǎn)"是有用的?？蓪⒁唤M運(yùn)動(dòng)軸位置與每個(gè)這樣的控制點(diǎn)關(guān)聯(lián)。期望的軌跡可限定一組可用的控制點(diǎn)。規(guī)定放射源12和/或射束14的軌 跡的一種方法是在限定每個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的位置的一組離散控制點(diǎn)處規(guī)定。圖2示意性描繪了三維地沿著任意的軌跡30相對(duì)于受體S行進(jìn)，同 時(shí)通過放射射束14向受體S供給放射劑量的放射源12。放射射束14的 位置和取向隨著源12沿著軌跡30移動(dòng)而改變。在一些實(shí)施例中，射束 14的位置和/或方向的變化可隨著源12沿著軌跡30的移動(dòng)基本上連續(xù)地 發(fā)生。在源12沿著軌跡30移動(dòng)的同時(shí)，可將放射劑量連續(xù)地(即在源 12沿著軌跡30的移動(dòng)期間，總是)或間歇地(即在源12沿著軌跡30的 移動(dòng)期間，放射有時(shí)可被阻擋或關(guān)閉)提供給受體S。源12可沿著軌跡 30連續(xù)地移動(dòng)或者可在軌跡30上的不同位置之間間歇地移動(dòng)。圖2示意 性描述了沿著軌跡30的若干控制點(diǎn)32。在一些實(shí)施例中，對(duì)軌跡30的 規(guī)定限定了該組可用的控制點(diǎn)32。在其它實(shí)施例中，該組控制點(diǎn)32被用 于限定軌跡30。在這樣的實(shí)施例中，軌跡30在控制點(diǎn)32之間的部分可 通過合適的算法根據(jù)控制點(diǎn)32來確定(例如通過控制系統(tǒng)23 )。一般而言，雖然優(yōu)選的是在軌跡30的起點(diǎn)存在控制點(diǎn)，在軌跡的終 點(diǎn)存在控制點(diǎn)并且另外的控制點(diǎn)32沿著軌跡30隔開，但是可沿著軌跡 30在任何位置指定控制點(diǎn)32。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，控制點(diǎn)32被選 擇為使得運(yùn)動(dòng)軸的位置在軌跡30上的變化的幅度在控制點(diǎn)之間是相等 的。例如，在軌跡30被限定為機(jī)架16繞軸18的360?；?，并且沿著軌跡 30的控制點(diǎn)的數(shù)目為21時(shí)，可選擇控制點(diǎn)32對(duì)應(yīng)于0。(起始的控制點(diǎn))、 360。(終止的控制點(diǎn))以及沿著機(jī)架16的弧、以18。為間隔的19個(gè)其它 的控制點(diǎn)。雖然軌跡30可被任意限定，但是優(yōu)選的是源12和/或射束14不必沿 著同一路徑前后移動(dòng)。因此，在一些實(shí)施例中，軌跡30皿定為使得其 本身不交疊(除了可能在軌跡30的起點(diǎn)和終點(diǎn)之夕卜)。在這樣的實(shí)施例中， 放射供給裝置的運(yùn)動(dòng)軸的位置是不同的，除了在軌跡30的起點(diǎn)和終點(diǎn)可 能相同之外。在這樣的實(shí)施例中，治療時(shí)間可通過從每組運(yùn)動(dòng)軸位置僅僅 照射受體一次而最小化(或至少減少)。在一些實(shí)施例中，軌跡30被選擇為使得放射供給設(shè)備的運(yùn)動(dòng)軸在一 個(gè)方向上移動(dòng)，而不必反轉(zhuǎn)方向(即源12和/或射束14不必沿著同一路 徑前后移動(dòng))。包括運(yùn)動(dòng)軸在單個(gè)方向的移動(dòng)的軌跡30的選擇可^^t射供 給裝置的組件上的磨損最小。例如，在裝置10中，優(yōu)選的是在一個(gè)方向 移動(dòng)機(jī)架16,因?yàn)闄C(jī)架16可能是相對(duì)大而重的(例如大于l噸)并且在軌跡上的不同位置反轉(zhuǎn)機(jī)架16的運(yùn)動(dòng)可能在放射供給裝置16的組件上 (例如在和機(jī)架16的運(yùn)動(dòng)關(guān)聯(lián)的傳動(dòng)系上)產(chǎn)生應(yīng)變。在一些實(shí)施例中，軌跡30被選擇為使得放射供給裝置的運(yùn)動(dòng)軸基本 上連續(xù)地(即無停止地)移動(dòng)。運(yùn)動(dòng)軸在軌跡30上基本上連續(xù)的移動(dòng)一 般優(yōu)于不連續(xù)的移動(dòng)，因?yàn)橥Ｖ购蛦?dòng)運(yùn)動(dòng)軸可在放射供給裝置的組件上 產(chǎn)生磨損。在其它實(shí)施例中，允許放射供給裝置的運(yùn)動(dòng)軸在沿著軌跡30 的一個(gè)或多個(gè)位置停止?？稍谶@樣的位置提供多個(gè)控制點(diǎn)32以允許在射 束的位置和取向保持恒定時(shí)，射束形狀和/或射束強(qiáng)度改變。在一些實(shí)施例中，軌跡30包括機(jī)架16繞軸18的單個(gè)、單方向的、 連續(xù)的360。旋轉(zhuǎn)，使得軌跡30僅僅在起始點(diǎn)和終止點(diǎn)交疊。在一些實(shí)施 例中，機(jī)架16繞軸18的這種單個(gè)、單方向的、連續(xù)的360。旋轉(zhuǎn)與治療 床15的相應(yīng)的單方向的、連續(xù)的平移或旋轉(zhuǎn)移動(dòng)耦合，使得軌跡30完全 不交疊。諸如示例性裝置10 (圖1)和10A (圖1A)的放射供給裝置一般包 括用于對(duì)放射射束14整形的位于源12和受體S之間的可調(diào)射束整形^ 33。圖3A示意性描繪了位于源12和受體S之間的射束整形機(jī)構(gòu)33。射 束整形機(jī)構(gòu)33可包M止的和/或可移動(dòng)的金屬組件31。組件31可限定 放射射束14的諸部分可通過的孔31A。射束整形機(jī)構(gòu)33的孔31A限定 了放射射束14在與放射從源12到受體中的耙體積的方向垂直的平面中的 二維邊界?？刂葡到y(tǒng)23優(yōu)選地能控制射束整形機(jī)構(gòu)33的配置。可調(diào)射束整形機(jī)構(gòu)33的一個(gè)非限制性實(shí)例包括位于源12和受體S 之間的多葉準(zhǔn)直器(MLC) 35。圖3B示意性描繪了適當(dāng)?shù)腗LC35。如 圖3B所示，MLC 35包括若干可獨(dú)立地平移到it射場中或^Ut射場中平 移出的葉36,以限定可通itii射的一個(gè)或多個(gè)孔38。可包括金屬組件的 葉36用來阻擋it射。在所示的實(shí)施例中，葉36可在由雙向箭頭41所指 的方向上平移?？?8的尺寸和形狀可通過選擇性地定位每個(gè)葉36來調(diào)整。如圖3B中示出的實(shí)施例所示， 一般成對(duì)地提供葉36,每對(duì)葉是相對(duì) 的。 一般將MLC 35安裝為使得其可繞軸37旋轉(zhuǎn)到不同的取向，軸37 與葉36的平面垂直地延伸。在圖3B所示的實(shí)施例中，軸37延伸到頁內(nèi) 或從頁中延伸出，并且虛線輪廓39示出MLC 35的可選取向的實(shí)例。MLC 35的配置可通過限定每個(gè)葉36的位置和MLC 35繞軸37的 取向的一組葉位置來規(guī)定。放射供^H殳備的控制系統(tǒng)(例如，放射供^i殳備10的控制系統(tǒng)23 )—般能控制葉36的位置和MLC 35繞軸37的取向。 MLC在設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)上可以不同，如葉36的數(shù)目、葉36的寬度、葉36的端 部和邊緣的形狀、任何葉36可具有的位置的范圍、由其它葉36的位置對(duì) 一個(gè)葉36的位置所施加的約束、MLC的,設(shè)計(jì)等等。應(yīng)該理解在此所 說明的本發(fā)明適用于任何類型的包括具有這些或其它設(shè)計(jì)變形的MLC的 可配置射束整形裝置33?？梢栽诜派湓?2工作JLii射源12沿著軌跡30移動(dòng)的同時(shí)改變MLC 35的配置(例如通過移動(dòng)葉36和/或繞軸37旋轉(zhuǎn)MLC 35 )，從而允許在 將a:射供給到受體S中的乾體積的同時(shí)動(dòng)態(tài)地改變一個(gè)或多個(gè)孔38的形 狀。由于MLC 35可具有大量的葉36，可將葉36中的每個(gè)葉36放置在 大量的位置并且可以繞其軸37旋轉(zhuǎn)MLC 35，所以MCL 35可具有大量 的可能的配置。圖4A示意性描繪了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的方法50。方法 50的目標(biāo)是建立將向受體S中的靼體積供給期望的放射劑量分布的放射 治療計(jì)劃(在可接受的容P艮之內(nèi))，同時(shí)使供給耙體積周圍的組織的放射 劑量最小或至少將供給周圍的組織的劑量保持在可接收的閾值之下。這個(gè) 目標(biāo)可以通過在相對(duì)于受體S沿著軌跡30移動(dòng)放射源12和/或射束14的 同時(shí)，改變(i)放射射束(例如射束14)的橫截面形狀；和(ii)放射 射束的強(qiáng)度來實(shí)現(xiàn)。在一些實(shí)施例中，如上面所討論的，在4吏得放射源 12和/或射束14沿著軌跡30連續(xù)移動(dòng)時(shí)，實(shí)現(xiàn)了這些目標(biāo)。方法50至少部分可以由治療計(jì)劃系統(tǒng)25 (例如，圖1的治療計(jì)劃系 統(tǒng)25)來執(zhí)行。在所示的實(shí)施例中，治療計(jì)劃系統(tǒng)25包括其自身的被配 置成執(zhí)行適當(dāng)軟件25B的控制器25A。在其它實(shí)施例中，控制系統(tǒng)23和 治療計(jì)劃系統(tǒng)25可共享控制器?？刂破?5可包括一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)處理器 和適當(dāng)?shù)挠布?，在一個(gè)非限制性實(shí)例中，適當(dāng)?shù)挠布纱嫒〈鎯?chǔ)器、 邏輯電路、驅(qū)動(dòng)器、放大器、A/D和D/A轉(zhuǎn)換器等等。無限制性地，這 種控制器可包括微處理器、芯片上計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)的CPU以及任何其它 適當(dāng)?shù)奈⒖刂破??？刂破?5可包括多個(gè)數(shù)據(jù)處理器?？墒孪认薅ù┙o耙體積的放射劑量的期望量(稱作"期望的劑量分 布")和適當(dāng)?shù)能壽E30。方法50得到在源12和/或射束14沿著軌跡30 移動(dòng)期間，射束14應(yīng)該具有的形狀和在源12和/或射束14沿著軌跡30 移動(dòng)期間，應(yīng)該被供給的放射所具有的強(qiáng)度。射束14的形狀可由諸如 MLC 35的射束整形機(jī)構(gòu)33的適當(dāng)配置來確定。在塊52中，方法50獲得一組優(yōu)化目標(biāo)61和限定期望的軌跡30的軌 跡數(shù)據(jù)62。優(yōu)化目標(biāo)61包括限定期望的劑量分布的劑量分布lt據(jù)60，并 且可包括其它的優(yōu)化目標(biāo)63。例如，諸如與放射物理學(xué)家會(huì)診的放射腫 瘤學(xué)家的保健專家可能已經(jīng)建立了優(yōu)化目標(biāo)61和/或軌跡數(shù)據(jù)62。作為塊 52的一部分，優(yōu)化目標(biāo)61和/或軌跡數(shù)據(jù)62可以由操作者規(guī)定。建立軌跡30的人或人們可以參考如下的因素 *待治療的癥狀； *耙體積的形狀、尺寸和位置； *應(yīng)該留出的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的位置；以及 *其它適當(dāng)?shù)囊蛩亍＼壽E30可選擇為使治療時(shí)間最少。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的放射供給裝置可提供一個(gè)或多個(gè)預(yù)先規(guī) 定的軌跡。在這樣的情況下，塊52可包括選擇預(yù)先規(guī)定的軌跡30或部分 地規(guī)定軌跡30并且可被完成以完4^定軌跡30的模板。如上面所討論的，優(yōu)化目標(biāo)61包括劑量分布數(shù)據(jù)60并可包括其它優(yōu) 化目標(biāo)63。作為塊52的一部分，其它優(yōu)化目標(biāo)63可由操作者規(guī)定。在 一個(gè)非限制性實(shí)例中，其它優(yōu)化目標(biāo)63可包括耙體積中的劑量分布的期 望的均勻度(或者耙體積中的劑量分布與期望的劑量分布數(shù)據(jù)60匹配所 應(yīng)該具有的期望的精度)。其它優(yōu)化目標(biāo)63也可以限定由乾體積外的重要 結(jié)構(gòu)所占用的體積并M要被供給到那些結(jié)構(gòu)的放射劑量設(shè)置限制。其它 優(yōu)化目標(biāo)63可基于單獨(dú)的病人在治療期間保持靜止的能力來限定供給放 射所需要的最大時(shí)間。例如，在治療期間小孩比成年人更有可能移動(dòng)并且 這種移動(dòng)可引起不正確的劑量供給。因此，理想的是對(duì)于小孩降低最大劑 量供給時(shí)間以使小孩在治療期間移動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)最小。其它的優(yōu)化目標(biāo)63也 可以對(duì)不同的優(yōu)化目標(biāo)設(shè)置優(yōu)先級(jí)(權(quán)重)。其它的優(yōu)化目標(biāo)63可具有多種不同形式中的任何形式。例如，生物 模型可用于度量的計(jì)算，該度量對(duì)指定劑量分布將控制受體正遭受的疾病 的概率和/或供給到非疾病組織的指定劑量可引起并發(fā)癥的概率進(jìn)行估 算。這樣的生物模型被稱為放射生物模型。其它的優(yōu)化目標(biāo)63可部分基 于一個(gè)或多個(gè)放射生物模型。作為優(yōu)化目標(biāo)63的另一實(shí)例，特定的^L射 供給裝置的物理限制也可以被考慮在內(nèi)。如上所述，機(jī)架12可能是相對(duì) 大而重的且控制機(jī)架12的移動(dòng)可能是困難的并且可導(dǎo)致放射供給裝置的不同組件的應(yīng)變。在一個(gè)具體的實(shí)例中， 一個(gè)優(yōu)化目標(biāo)63可以是4吏機(jī)架 16在指定的軌跡30上連續(xù)地移動(dòng)(即沒有停止地)。方法50然后進(jìn)行到優(yōu)化過程54，優(yōu)化過程54根據(jù)源12和/或射束 14沿著軌跡30的的位置來尋找期望的射束形狀和強(qiáng)度。在方法50的所 示的實(shí)施例中，優(yōu)化過程54包括迭代地選擇和修改影響射束形狀或射束 強(qiáng)度的一個(gè)或多個(gè)優(yōu)化變量。例如，優(yōu)化變量可包括在控制點(diǎn)32的MLC 35中的葉36的位置(其確定射束14的形狀)、在控制點(diǎn)32的MLC 35 繞軸37的取向(其確定射束14的形狀)和/或在控制點(diǎn)32的射束14的 強(qiáng)度。相對(duì)于一組一個(gè)或多個(gè)優(yōu)化目標(biāo)而來評(píng)估由修改的優(yōu)化變量產(chǎn)生的 劑量分布的質(zhì)量。然后接受或拒絕^務(wù)改。優(yōu)化過程54繼續(xù)進(jìn)行，直到其 達(dá)到了一組可接受的射束形狀和強(qiáng)度，或者失敗。在示出的方法50中，優(yōu)化過程54通過建立優(yōu)化函數(shù)而從塊56開始。 塊56優(yōu)化函數(shù)至少部分基于優(yōu)化目標(biāo)61。該組優(yōu)化目標(biāo)61包括期望的 劑量分布數(shù)據(jù)60并且可包括一個(gè)或多個(gè)其它的優(yōu)化目標(biāo)63。塊56優(yōu)化 函數(shù)可包括成本函數(shù)。較高的成本(對(duì)應(yīng)于離優(yōu)化目標(biāo)61較遠(yuǎn)的情形) 可以與如下因素關(guān)聯(lián)*與期望的劑量分布數(shù)據(jù)60的偏差； 供給到乾體積外的放射劑量的增加；*供給到治療體積外的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的放射劑量的增加；*供給it射治療所需的時(shí)間的增加；和/或*治療供給所需的總放射輸出的增加。低成本(對(duì)應(yīng)于離優(yōu)化目標(biāo)61較近的情形)可以與如下因素關(guān)聯(lián)*接近匹配規(guī)定閾值(其可以與期望的劑量分布數(shù)據(jù)60相關(guān))的放射劑 量；*放射劑量未超過規(guī)定閾值； *在靼體積外的放射劑量的減少； 供給到靼體積外的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的^t射劑量的減少； *供結(jié)^t射治療所需的時(shí)間的減少；和/或 *治療供給所需的總放射輸出的減少。 這些因素可以彼此不同地#>權(quán)。當(dāng)建立塊56優(yōu)化函數(shù)時(shí)，也可以考慮其它因素。塊56的結(jié)果是優(yōu)化函數(shù)，該優(yōu)化函數(shù)將劑量分布作為輸入并且產(chǎn)生 具有指示輸入的劑量分布滿足一組優(yōu)化目標(biāo)61的接近程度的一個(gè)或多個(gè) 值的輸出。塊58包括針對(duì)沿著軌跡30的若干控制點(diǎn)32初始化射束形狀和強(qiáng)度。 可以使用多種技術(shù)中的任何技術(shù)來選擇初始射束形狀和強(qiáng)度?？梢酝ㄟ^規(guī) 定MLC35的具體配置來選擇初始射束形狀。在一個(gè)非限制性實(shí)例中，可 以通過下列方式中的任何一種來選擇在塊58規(guī)定的初始射束形狀*設(shè)置沿著軌跡30的每個(gè)控制點(diǎn)32處的射束形狀以近似從射束的角度 觀察的靼體積的輪廓(取自控制點(diǎn)32 );*設(shè)置射束形狀，使得僅僅阻擋健康組織結(jié)構(gòu)中的放射；*將MLC的葉36初始化為規(guī)定的配置，如全開、全閉、半開，或者限 定孔38的形狀(例如，圓形、橢圓形、矩形等等)；以及*隨機(jī)化MLC的葉36的位置。初始化射束形狀的具體方法不是關(guān)鍵的，而僅僅由特定的放射供給裝置 的射束整形機(jī)構(gòu)33來限制。在一個(gè)非限制性實(shí)例中，在塊58規(guī)定的初始射束強(qiáng)度可通過下列方 式中的任一方式來選擇*設(shè)置所有的強(qiáng)度為零；*設(shè)置所有的強(qiáng)度為相同的值；以及*設(shè)置強(qiáng)度為隨機(jī)值。在一些實(shí)施例中，在塊58將射束形狀初始化為與乾的投影匹配的形 狀(例如，以便近似取自沿著軌跡30的每個(gè)控制點(diǎn)32的從射束的角度觀 察的耙體積的輪廓)并且在塊58將強(qiáng)度初始化成所有的強(qiáng)度具有相同的 值，該值可以設(shè)置成使耙體積中的平均劑量將等于規(guī)定的劑量。在塊64,方法50包括仿真由初始射束形狀和初始射束強(qiáng)度產(chǎn)生的劑 量分布。 一般地，塊64仿真包括下面更詳細(xì)地討論的仿真劑量分布計(jì)算。 方法50然后在塊65確定初始優(yōu)化結(jié)果。在塊65對(duì)初始優(yōu)化結(jié)果的確定 可包括基于塊64所仿真的劑量分布來評(píng)估塊56的優(yōu)化函數(shù)。在塊66，方法50改變一個(gè)或多個(gè)控制點(diǎn)32處射束形狀和/或強(qiáng)度。在塊66對(duì)射束形狀和/或強(qiáng)度的改變可以是擬隨機(jī)的。在塊66對(duì)射束形 狀和/或強(qiáng)度的改變可受約束制約。例如，這樣的約束可禁止不可能的射 束形狀和/或強(qiáng)度并且可對(duì)射束形狀、射束強(qiáng)度和/或射束形狀和/或射束強(qiáng) 度的變化的速率設(shè)置限制。在塊66的每次執(zhí)行中，射束形狀和/或強(qiáng)度的 改變可包括對(duì)射束形狀參數(shù)和/或?qū)ι涫鴱?qiáng)度參數(shù)的單個(gè)參數(shù)改變或多個(gè) M改變。在塊66對(duì)射束形狀和/或強(qiáng)度的改變可包括在單個(gè)控制點(diǎn)32 或在多個(gè)控制點(diǎn)32對(duì)這些#的改變。塊68包括仿真塊66改變的射束 形狀和/或強(qiáng)度被用于提供放射治療時(shí)將得到的劑量分布。 一般地，塊68 仿真包括在下面更詳細(xì)地討論的仿真劑量分布計(jì)算。在一些實(shí)施例中，在塊66對(duì)射束形狀和/或強(qiáng)度的改變不是隨機(jī)選擇 的，而是被選擇為將優(yōu)先級(jí)給予對(duì)劑量分布質(zhì)量具有較大影響的某些參 數(shù)。"劑量分布質(zhì)量"可包括仿真劑量分布滿足優(yōu)化目標(biāo)61的接近程度的 反映。例如，在射束由MLC35整形時(shí)，可以對(duì)某些葉36或葉36的位置 給出修改的優(yōu)先級(jí)。這可通過先驗(yàn)地確定MLC 35的哪些葉對(duì)劑量分布質(zhì) 量具有最大影響來實(shí)現(xiàn)。特別重要的MLC葉的這種先驗(yàn)確定例如可以基 于來自靶區(qū)和周圍組織中的各個(gè)體素并且通過與MLC 35的平面的特定 體素相交的射束射線的投射而產(chǎn)生的對(duì)塊56優(yōu)化函數(shù)的相對(duì)貢獻(xiàn)的計(jì) 算。在塊70，方法50確定當(dāng)前的優(yōu)化結(jié)果。塊70的確定可包括基于塊 68仿真的劑量分布來評(píng)價(jià)塊56優(yōu)化函數(shù)。在塊72，將當(dāng)前的優(yōu)化結(jié)果(在 塊70確定)與前一優(yōu)化結(jié)果比較，并且對(duì)保留或舍棄塊66改變作出判定。 方法50第一次到達(dá)塊72時(shí)，前一優(yōu)化結(jié)果可以是塊65的初始優(yōu)化結(jié)果。 塊72判定可包括(i) 如果當(dāng)前的優(yōu)化結(jié)果比前一優(yōu)化結(jié)果接近優(yōu)化目標(biāo)61 ，則決定保 留塊66改變(塊72輸出"是")；或(ii) 如果當(dāng)前的優(yōu)化結(jié)果比前一優(yōu)化結(jié)果遠(yuǎn)離優(yōu)化目標(biāo)61，則決定拒 絕塊66改變(塊72輸出"否")。其它的優(yōu)化算法可以基于與特定的優(yōu)化算法關(guān)聯(lián)的規(guī)則，就保留或舍 棄塊66改變作出塊72判定。例如，在一些實(shí)例中，如果當(dāng)前的優(yōu)化結(jié)果 比前一優(yōu)化結(jié)果遠(yuǎn)離優(yōu)化目標(biāo)，則這種優(yōu)化算法可以允許保留塊66改變 (塊72輸出"是")。仿真退火是這種優(yōu)化算法的一個(gè)實(shí)例。如果塊72確定應(yīng)該保留塊66改變(塊72輸出"是")，則方法50進(jìn)行到塊73，在塊73，塊66改變的射束形狀和強(qiáng)度更新為當(dāng)前射束形狀 和強(qiáng)度。在塊73更新射束形狀和強(qiáng)度之后，方法50進(jìn)行到塊74。如果 塊72確定應(yīng)該拒絕塊66改變(塊72輸出"否")，則方法50進(jìn)行到塊 74 (即不采用塊66改變)。塊74包括確定是否已經(jīng)滿足適用的終止準(zhǔn)則。如果終止準(zhǔn)則已經(jīng)滿 足(塊74輸出"是，，)，則方法50進(jìn)行到塊75，在塊75，當(dāng)前的射束形 狀和強(qiáng)度被作為優(yōu)化結(jié)果而^。在塊75之后，優(yōu)化過程54終止。另一 方面，如果終止準(zhǔn)則還未滿足(塊74輸出"否")，則方法50環(huán)回以執(zhí)行 塊66到74的另一次迭代。在一個(gè)非限制性實(shí)例中，塊74終止準(zhǔn)則可包括下列中的一個(gè)或多個(gè)*優(yōu)化目標(biāo)61的成功的實(shí)現(xiàn)；*連續(xù)的迭代沒有產(chǎn)生接近優(yōu)化目標(biāo)61的優(yōu)化結(jié)果；*塊66到74的成功迭代次數(shù)(其中成功的迭代是塊66變化在塊73被 保留(即，塊72輸出"是")的迭代)； ^Mt者終止優(yōu)化過程。所示出的方法50代表一個(gè)非常簡單的優(yōu)化過程54。優(yōu)化過程54可 另外或可替代地包括其它已知的優(yōu)化技術(shù)，如*仿真退火；*基于梯度的技術(shù)；*遺傳算法；*應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；或*等等?？梢詫⒎椒?0用作計(jì)劃和供^^對(duì)受體的放射劑量的整個(gè)方法中的一 部分。圖4B示意性描繪了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施例用于計(jì)劃和供給對(duì) 受體S的放射劑量的方法300。方法300從塊310開始，在所示的實(shí)施例 中，塊310包括獲得期望的軌跡30和期望的優(yōu)化目標(biāo)61。方法300然后 進(jìn)行到塊320，塊320包括優(yōu)化一組放射供給^。在一個(gè)特定實(shí)施例中，強(qiáng)度參數(shù)。塊320優(yōu)化過程的結(jié)果是放射供給計(jì)劃。在塊330，將放射供 給計(jì)劃提供給放射供給裝置的控制系統(tǒng)(例如，放射供^i殳備10 (圖1)的控制系統(tǒng)23)。在塊340，放射供給裝置根據(jù)在塊320建立的放射治療 計(jì)劃向受體供給放射。方法50包括由一組特定的射束形狀、射束強(qiáng)度和運(yùn)動(dòng)軸位置產(chǎn)生的 劑量分布的仿真(例如在塊64和68)?？梢砸匀魏芜m當(dāng)?shù)姆绞絹韴?zhí)行劑 量分布的仿真?？捎糜诜抡鎰┝糠植冀Y(jié)果的劑量計(jì)算方法的一些實(shí)例包 括*銳方向性射束疊加；參崩塌維形巻積(collapsed cone convolution); 以及*蒙特卡羅仿真。在一些實(shí)施例中，通過增加每個(gè)控制點(diǎn)32對(duì)劑量的貢獻(xiàn)來仿真(如 在方法50的塊64和塊68 )將由治療計(jì)劃供給的劑量。在每個(gè)控制點(diǎn)32, 下列信息是已知的*相對(duì)于包括乾體積的受體S，源12的位置和射束14的取向(如由可 用的運(yùn)動(dòng)軸的位置所確定的)；*射束形狀(例如，由MLC 35的葉36的旋轉(zhuǎn)角度和/或配置所確定的)； 以及*射束強(qiáng)度。在一些實(shí)施例中，在每個(gè)控制點(diǎn)32對(duì)劑量的貢獻(xiàn)通過銳方向性射束 疊加來確定。銳方向性射束疊加大體上包括將射束14的投影區(qū)域劃分成 若干被稱為"射束元，，或"銳方向性射束(pencilbeam)"的小射束。這 可以通過將橫截面射束形狀(例如，MLC 35的孔38 )劃分成正方形的射 束元的網(wǎng)格來實(shí)現(xiàn)。特定控制點(diǎn)32對(duì)總劑量分布的貢獻(xiàn)可以通過對(duì)射束 元的貢獻(xiàn)求和來確定。各個(gè)射束元對(duì)劑量分布的貢獻(xiàn)可以事先計(jì)算。這樣 的貢獻(xiàn)一般考慮了放射散射和可導(dǎo)致來自 一個(gè)射束元的放射對(duì)射束元之 外的區(qū)域中的劑量產(chǎn)生貢獻(xiàn)的其它影響。在典型的MLC35中，放射線對(duì) 葉36的某種透射。因此，當(dāng)執(zhí)行劑量分布計(jì)算時(shí)，經(jīng)常期望的是增加射 束整形孔38的外部對(duì)劑量的某種較小的貢獻(xiàn)，以考慮對(duì)MLC 35的葉36 的透射。圖5A示出劃分成多個(gè)射束元80的MLC35的孔38。 一般而言，理 想的是射束元80相當(dāng)小，以允許對(duì)孔38可具有的多種配置的精確建模。 射束元80可以比MLC35的葉36 (在圖5A中未顯示)的寬度小。在圖5A中，需要105個(gè)射束元80來覆蓋孔38，因此對(duì)于具有圖5A中所示的 孔配置的特定控制點(diǎn)32，劑量仿真計(jì)算(例如，塊68劑量仿真的一部分) 包括由105個(gè)射束元80貢獻(xiàn)的劑量的疊加。一些實(shí)施例通過提供比射束元80大的合成射束元82獲得了劑量仿真 計(jì)算中的效率?？梢蕴峁└鞣N具有不同尺寸、形狀和/或取向的合成射束 元82。圖5B示出若干具有不同尺寸和形狀的合成射束元82A、 82B、 82C (合稱射束元82 )。從圖5B中可以看出，合成射束元82可取代多個(gè)傳統(tǒng) 尺寸的射束元80而使用。合成射束元82的示例性應(yīng)用在圖5C中示出。 對(duì)于孔38的給定的形狀，合成射束元82取代一些或所有的較小的射束元 80而使用。在圖5C的孔38的特定配置(與圖5A的孔38的配置相同) 中，孔38的區(qū)域由28個(gè)合成射束元82 (24個(gè)82A、 1個(gè)82B、 3個(gè)82C ) 和一個(gè)較小的射束元80來覆蓋。因此，對(duì)于具有圖5B的孔配置的特定 控制點(diǎn)32，將劑量仿真計(jì)算(例如，塊68劑量仿真的一部分)簡化為由 29個(gè)射束元82、 80所貢獻(xiàn)的劑量的疊加。由合成射束元82貢獻(xiàn)的劑量 可以以與傳統(tǒng)射束元80的前面的劑量貢獻(xiàn)相似的方式事先確定。可以選擇合成射束元82的尺寸和形狀以減小，并且優(yōu)選地最小化， 覆蓋孔38的區(qū)域所需要的射束元的數(shù)目。這可以在不顯著減小劑量仿真 精度的情況下，顯著減小計(jì)算時(shí)間。合成射束元的使用不限于銳方向性射 束疊加，而可以用在其它劑量仿真計(jì)算算法中，例如崩塌錐形巻積劑量仿 真和蒙特卡羅劑量仿真。使用合成射束元82來執(zhí)行劑量仿真計(jì)算采用了組織特性在合成射束 元82的橫截面尺度上僅存在小的變化的假設(shè)。隨著合成射束元變得較大， 這個(gè)假設(shè)可能不一定成立。因此，合成射束元82的上限尺寸由必要的計(jì) 算精度來限制。在一些實(shí)施例中，合成射束元82的至少一個(gè)AJL大于傳 統(tǒng)射束80的最大尺度。在一些實(shí)施例中，合成射束元82的最大尺JLA傳 統(tǒng)射束元80的最大XJL的尺寸的二十五分之一。劑量仿真計(jì)算(例如塊68劑量仿真)在若干控制點(diǎn)32被執(zhí)行?；?對(duì)那些控制點(diǎn)32的計(jì)算，對(duì)于在軌跡30上可以連續(xù)移動(dòng)和連續(xù)發(fā)射放射 射束14的放射源12,產(chǎn)生估算的劑量分布，其中放射射束14可以具有 連續(xù)變化的形狀和強(qiáng)度。在通過對(duì)離散控制點(diǎn)32的貢獻(xiàn)求和來計(jì)算劑量 分布時(shí)，計(jì)算的劑量與源12的位置、射束14的取向、射束形狀和射束強(qiáng) 度的連續(xù)變化所供給的實(shí)際劑量匹配的精度，將部分地依賴于用于執(zhí)行劑 量仿真計(jì)算的控制點(diǎn)32的數(shù)目。如果僅有幾個(gè)控制點(diǎn)32，則可能不能獲值。僅僅在控制點(diǎn)32的數(shù)目接近無限的極限下， 在連續(xù)的軌跡30上由源12供給的劑量可以通過對(duì)來自離散控制點(diǎn)32的 貢獻(xiàn)求和來完美地建模。因此使用有限數(shù)目的控制點(diǎn)32將劑量仿真計(jì)算 離散化將降^^擬的劑量分布的精度。這個(gè)概念用圖形在圖6中示出，其中畫出了劑量仿真誤差相對(duì)于控制 點(diǎn)32的數(shù)目的變化。圖6清楚地顯示，在劑量仿真計(jì)算使用大量的控制 點(diǎn)32時(shí)，所得到的誤差(即仿真劑量分布和實(shí)際劑量分布之差)最小。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，對(duì)優(yōu)化過程(例如方法50的塊54 )施加 了約束。這樣的約束可用于幫助將離散化的劑量仿真計(jì)算的精度保持在給 定的容P艮之內(nèi)。在一些實(shí)施例中，這些優(yōu)化約束與在連續(xù)的控制點(diǎn)32之 間可以允許的一個(gè)或多個(gè)^lt的變化量有關(guān)。適當(dāng)?shù)募s束的實(shí)例包括 在連續(xù)的控制點(diǎn)32之間，放射源12不能行進(jìn)得比最大距離更遠(yuǎn)。 這可以通過施加任何運(yùn)動(dòng)軸在連續(xù)的控制點(diǎn)32之間的最大變化來 完全或部分地實(shí)現(xiàn)。對(duì)于每個(gè)運(yùn)動(dòng)軸可以提供單獨(dú)的約束。例如， 可以為機(jī)架角度規(guī)定最大角度變化，可以為治療床平移提供最大位 移變化，等等。
在連續(xù)的控制點(diǎn)32之間，影響射束形狀的^t的變化不能多于規(guī) 定量。例如可以為MLC 35的葉36的位置變化或MLC 35的旋轉(zhuǎn)取 向的變化規(guī)定最大值。
對(duì)于每單位運(yùn)動(dòng)軸變化，影響射束形狀的^的變化不能多于規(guī)定 量。例如可以針對(duì)機(jī)架16繞軸18的每個(gè)旋轉(zhuǎn)度，為MLC 35的葉 36的位置變化規(guī)定最大值。
在控制點(diǎn)32之間，源強(qiáng)度的變化不能多于規(guī)定量。
對(duì)于每單位運(yùn)動(dòng)軸變化，源強(qiáng)度的變化不能多于規(guī)定量。
源強(qiáng)度不能超過某一水平。 應(yīng)當(dāng)理解在劑量仿真計(jì)算基于若干離散的控制點(diǎn)的情況下，強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)軸參數(shù)、射束形狀參數(shù)和/或射束強(qiáng)度參數(shù)在控制點(diǎn)之間具有較小的變化 的約束可產(chǎn)生更加精確的劑量仿真計(jì)算。除了提高了劑量仿真計(jì)算的精度以外，約束的施加還可以通過考慮特 定放射供給裝置的物理限制來幫助減少總治療時(shí)間。例如，如果特定的放 射供給裝置具有最大放射輸出速率并且由方法50生成的優(yōu)化方案包括導(dǎo)致比該最大放射輸出速率高的放射輸出速率的放射強(qiáng)度，則放射供給裝置的運(yùn)動(dòng)軸移動(dòng)的速率將不得不減慢以供給塊54優(yōu)化過程所規(guī)定的強(qiáng)度。 因此，在塊54優(yōu)化期間對(duì)最大源強(qiáng)度所施加的約束可以強(qiáng)制實(shí)現(xiàn)這樣的 方案其中規(guī)定的強(qiáng)度在放射供給裝置的能力之內(nèi)并且放射供給裝置的運(yùn) 動(dòng)軸不必減慢。由于運(yùn)動(dòng)軸不必減慢，所以這種方案可相對(duì)快地供給到受 體S， 4吏得總治療時(shí)間相應(yīng)地減少。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解其它的約束 可用來考慮特定》t射供給裝置的其它限制并且可用來減少總治療時(shí)間。如何規(guī)定這樣的約束的一個(gè)實(shí)例為"對(duì)于在實(shí)際劑量分布的2%之內(nèi) 的估算劑量，在兩個(gè)連續(xù)的控制點(diǎn)32之間，下列^的變化不應(yīng)多于規(guī) 定量 強(qiáng)度-10%; MLC葉位置-5mm; MLC取向-5。/o; 機(jī)架角度-l度；以及 治療床位置畫3mm。"用在優(yōu)化過程54中的控制點(diǎn)32的數(shù)目也影響實(shí)現(xiàn)優(yōu)化過程54所需 的迭代次數(shù)(和相應(yīng)的時(shí)間)以及劑量分布的質(zhì)量。圖7用圖描繪了對(duì)于 不同數(shù)目的控制點(diǎn)32，劑量分布質(zhì)量隨塊54優(yōu)化過程中所包括的迭代次 數(shù)的變化。圖7以對(duì)數(shù)刻度示出IO個(gè)控制點(diǎn)、50個(gè)控制點(diǎn)、100個(gè)控制點(diǎn)以及 300個(gè)控制點(diǎn)的曲線。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，迭代次數(shù)(圖7中橫坐 標(biāo))與執(zhí)行優(yōu)化所關(guān)聯(lián)的時(shí)間正相關(guān)。圖7顯示當(dāng)控制點(diǎn)32的數(shù)目相對(duì) 低時(shí)，劑量分布的質(zhì)量迅速提高(即通it^目對(duì)小數(shù)目的迭代)。然而，當(dāng) 控制點(diǎn)32的數(shù)目相對(duì)低時(shí)，所得到的劑量的分布質(zhì)量相對(duì)較差，并且在 10個(gè)控制點(diǎn)和50個(gè)控制點(diǎn)的情況下，劑量分布的質(zhì)量沒有達(dá)到優(yōu)化目標(biāo) 61。相反，如果使用相對(duì)大數(shù)目的控制點(diǎn)32,塊54優(yōu)化需要相對(duì)大數(shù)目 的迭代，但最終達(dá)到的劑量分布的質(zhì)量是相對(duì)高的，并且超過了優(yōu)化目標(biāo) 61。在一些情況下，當(dāng)控制點(diǎn)32的數(shù)目相對(duì)高時(shí)，實(shí)現(xiàn)滿足優(yōu)化目標(biāo)61 的方案所需要的迭代次數(shù)可能是不允許的(即這種方案可能花費(fèi)太長時(shí)間 或者在計(jì)算上可能是昂貴的)?？刂泣c(diǎn)32的數(shù)目對(duì)塊54優(yōu)化過程的影響可以總結(jié)如下。如果使用相 對(duì)小數(shù)目的控制點(diǎn)32: 在控制點(diǎn)32之間，運(yùn)動(dòng)軸參數(shù)(即射束位置和射束取向)、射束形 狀參數(shù)(例如MLC 35的葉36的位置和/或MLC 35的取向)以及 射束強(qiáng)度可以有相對(duì)大的變化(即在控制點(diǎn)32之間，對(duì)運(yùn)動(dòng)軸M、 射束形狀參數(shù)以及射束強(qiáng)度的約束將是相對(duì)寬爭^的)； 因?yàn)閷?duì)射束形狀和強(qiáng)度參數(shù)的約^目對(duì)寬松和容許改變范圍大，可 在優(yōu)化過程54期間采用相對(duì)大范圍的射束強(qiáng)度和射束形狀的可能 配置； 因?yàn)槟軌虿捎孟鄬?duì)大范圍的可能的射束形狀和強(qiáng)度配置，塊54優(yōu)化 過程將在相對(duì)小的迭代次數(shù)之后趨于接近優(yōu)化目標(biāo)61; 因?yàn)榇嬖谳^少的可能被改變射束形狀參數(shù)和/或射束強(qiáng)度參數(shù)的可 用控制點(diǎn)，塊54優(yōu)化過程得到滿足或超過優(yōu)化目標(biāo)61的劑量分布 可能是困難的或不可能的；以及 基于相對(duì)小數(shù)目的控制點(diǎn)32的劑量仿真計(jì)算的精度將是相對(duì)差的， 并且可能超出可接受的范圍。如果使用相對(duì)大數(shù)目的控制點(diǎn)32: 在控制點(diǎn)32之間，運(yùn)動(dòng)軸參數(shù)(即射束位置和射束取向)、射束形 狀^lt (例如MLC 35的葉36的位置和/或MLC 35的取向)以及 射束強(qiáng)度的變化的可能幅度是相對(duì)低的(即在控制點(diǎn)32之間，對(duì)運(yùn) 動(dòng)軸M、射束形狀^lt以及射束強(qiáng)度的約束將是相對(duì)嚴(yán)格的)； 因?yàn)閷?duì)射束形狀和強(qiáng)度參數(shù)約W目對(duì)嚴(yán)格并且容許改變范圍小，在 優(yōu)化過程54期間僅僅可以采用相對(duì)小范圍的射束形狀和射束強(qiáng)度 的可能配置； 由于可能的射束形狀和射束配置的范圍受限，塊54優(yōu)化過程可能需 要相對(duì)大的迭代次數(shù)來接近優(yōu)化目標(biāo)61; 因?yàn)榇嬖谳^多的可能被改變射束形狀和/或射束強(qiáng)度的可用控制點(diǎn)， 可以較容易地得到滿足或超過優(yōu)化目標(biāo)61的劑量分布；以及 基于相對(duì)大數(shù)目的控制點(diǎn)32的劑量仿真計(jì)算的精度將是相對(duì)好的。在一些實(shí)施例中，具有小數(shù)目控制點(diǎn)32的好處和具有相對(duì)大數(shù)目的 控制點(diǎn)32的好處通過以相對(duì)小數(shù)目的控制點(diǎn)32開始優(yōu)化過程，然后在若 干次初始迭代之后將另外的控制點(diǎn)32插入到優(yōu)化過程中來實(shí)現(xiàn)。在圖8 中示意性地描述了該過程。圖8示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的優(yōu)化劑量供給的方法150。圖8的 方法150可用作圖4B的方法300中的塊320的一部分。在許多方面，圖 8的方法150與圖4A的方法50相似。方法150包括若干功能模塊，這些 功能模塊與方法50的功能模塊相似并且具有與方法50的相應(yīng)塊相似的標(biāo) 號(hào)，除了方法150的標(biāo)號(hào)前面帶有"1"。像方法50—樣，方法150的目 標(biāo)是建立將向受體S中的耙體積供給期望的放射劑量分布的放射治療計(jì) 劃(在可接受的容限之內(nèi))，同時(shí)使供給耙體積周圍組織的放射的劑量最 小或至少將供給周圍組織的劑量保持在可接受的岡值之下。該目標(biāo)可以通 過改變(i)放射射束14的橫截面形狀以及(ii)射束14的強(qiáng)度，同 時(shí)相對(duì)于受體S沿著軌跡30移動(dòng)放射源12和/或射束14來實(shí)現(xiàn)。
圖4A的方法50和圖8的方法150的主要差別在于方法150的優(yōu)化 過程154包括在若干級(jí)別對(duì)優(yōu)化過程的重復(fù)。每個(gè)級(jí)別與相應(yīng)數(shù)目的控制 點(diǎn)32關(guān)聯(lián)，并且控制點(diǎn)32的數(shù)目隨每個(gè)連續(xù)的級(jí)別而增加。在所示的實(shí) 施例中，用于執(zhí)行塊154優(yōu)化的總級(jí)別數(shù)(或等同地，在塊154優(yōu)化過程 的結(jié)尾處的控制點(diǎn)32的最終數(shù)目)在開始方法150之前被確定。例如， 控制點(diǎn)32的最終數(shù)目可以由操作者基于例如可用的時(shí)間要求、精度要求 和/或劑量質(zhì)量要求來規(guī)定。在其它實(shí)施例中，基于下面更詳細(xì)地說明的 終止條件，控制點(diǎn)32的最終數(shù)目對(duì)于方法150的每個(gè)實(shí)現(xiàn)都可以改變。
方法150從塊152開始并且以與方法50相同的方式一直進(jìn)行到塊 158。在所示的實(shí)施例中，塊158不同于塊58之處在于塊158包括另外的 級(jí)別計(jì)數(shù)器的初始化。在其它方面，塊158與方法50的塊58相似。級(jí)別 計(jì)數(shù)器的初始化可以將級(jí)別計(jì)數(shù)器設(shè)置為例如1。當(dāng)級(jí)別計(jì)數(shù)器被設(shè)置為 1時(shí)，方法150選#^目應(yīng)的數(shù)目為級(jí)別1的控制點(diǎn)32以開始?jí)K154優(yōu)化 過程。數(shù)目為級(jí)別1的控制點(diǎn)32優(yōu)選地為相對(duì)低數(shù)目的控制點(diǎn)。在一些 實(shí)施例中，數(shù)目為級(jí)別l的控制點(diǎn)32在2-50的范圍內(nèi)。如下面更詳細(xì)地 討論的，在執(zhí)行方法150期間遞增級(jí)別計(jì)數(shù)器，并且當(dāng)級(jí)別計(jì)數(shù)器遞增時(shí)， 控制點(diǎn)32的相應(yīng)的數(shù)目也增加。
使用由級(jí)別計(jì)數(shù)器指示的控制點(diǎn)32的數(shù)目，方法150以與上面所討 論的方法50的塊64到78相似的方式來處理塊164到174。塊174不同 于塊74之處在于塊174包括查詢方法50的特定級(jí)別的終止條件。方法 50的特定級(jí)別的終止條件可與方法50的塊74中的終止M相似。在一 個(gè)非限制性實(shí)例中，塊174的終止條件可包括下列中的任何一個(gè)或多個(gè)
*在可能為當(dāng)前級(jí)別所特有的容限水平內(nèi)成功實(shí)現(xiàn)優(yōu)化目標(biāo)61;*連續(xù)的迭代沒有產(chǎn)生接近優(yōu)化目標(biāo)61的優(yōu)化結(jié)果；以及 IMt者終止優(yōu)化過程。另外或可替代地，塊174終止條件可以包括與所得到的優(yōu)化質(zhì)量無 關(guān)，在方法150的特定級(jí)別內(nèi)，達(dá)到塊166到塊174的最大迭代次數(shù)。例 如，對(duì)于級(jí)別1,最大的迭代次數(shù)可以是104。對(duì)于每個(gè)級(jí)別，最大迭代 次數(shù)可以變化。例如，結(jié)合控制點(diǎn)32數(shù)目的相應(yīng)的增加，對(duì)于每個(gè)級(jí)別， 最大迭代次數(shù)可以增加，或者結(jié)合控制點(diǎn)32數(shù)目的相應(yīng)的減少，對(duì)于每 個(gè)級(jí)別，最大迭代次數(shù)可以減小。另外或可替代地，塊174終止條件可以包括在方法150的特定級(jí)別內(nèi) 達(dá)到塊166到塊174的成功迭代的最大次數(shù)(即，方法150進(jìn)行到塊172 且塊172輸出"是"，并且在塊173保留塊166變化)。同樣，對(duì)于每個(gè)級(jí) 別，成功迭代的最大次數(shù)可以變化(增加或減小)。在一些實(shí)施例中，特 定級(jí)別內(nèi)的成功迭代的最大次數(shù)隨級(jí)別(即，控制點(diǎn)32的數(shù)目)增加而 減小。在一個(gè)具體實(shí)施例中，成功迭代的最大次數(shù)隨級(jí)別增加而按指數(shù)減 小。如果迭代準(zhǔn)則還未滿足(塊174輸出"否")，方法150環(huán)回以在當(dāng)前 級(jí)別執(zhí)行塊166到塊174的另 一次迭代。如果終止準(zhǔn)則已經(jīng)滿足(塊174 輸出"是")，方法150進(jìn)行到塊178，在塊178，方法150查詢優(yōu)化過程 154的通用的終止務(wù)fr。塊178的通用的終止務(wù)ff可以與塊174中的終止 條件相似，除了塊178終止條件屬于整個(gè)優(yōu)化過程154，而不是優(yōu)化過程 154的特定級(jí)別。在一個(gè)非限制性實(shí)例中，塊178的終止條件可包括下列 中的一個(gè)或多個(gè)*在可能為整個(gè)優(yōu)化過程154所特有的容限水平內(nèi)成功實(shí)現(xiàn)優(yōu)化目標(biāo)61;*連續(xù)的迭代沒有產(chǎn)生接近優(yōu)化目標(biāo)61的優(yōu)化結(jié)果；以及* IHt者終止優(yōu)化過程。另外或可替代地，塊178終止條件可以包括達(dá)到控制點(diǎn)32的適當(dāng)?shù)?最小數(shù)目?？刂泣c(diǎn)的該最小數(shù)目可以依賴于保證劑量仿真計(jì)算具有足夠的 精度所需要的控制點(diǎn)32的數(shù)目(參見圖6 )。塊178終止條件可另外或可替代地包括對(duì)于運(yùn)動(dòng)軸M、射束形狀參 數(shù)和/或射束強(qiáng)度M的相應(yīng)的變化，具有控制點(diǎn)32的一個(gè)或多個(gè)最小閾 值級(jí)別。在一個(gè)具體實(shí)施例中，塊178終止條件可以包括對(duì)于下列變化的至少一個(gè)控制點(diǎn)32的最小閾值級(jí)別*每個(gè)強(qiáng)度變化大于10%;*每個(gè)MLC葉位置變化大于5mm;*每個(gè)MLC取向變化大于5。；*每個(gè)機(jī)架角度變化大于1。；和/或 每個(gè)治療床位置變化大于-3mm。如果塊178終止準(zhǔn)則已經(jīng)滿足(塊178輸出"是")，方法150進(jìn)行到 塊175，在塊175，當(dāng)前的射束形狀和強(qiáng)度作為優(yōu)化結(jié)果而^L保存。在塊 175之后，方法150終止。另一方面，如果塊178終止準(zhǔn)則還未滿足(塊 178輸出"否")，方法150進(jìn)行到塊180,在塊180，控制點(diǎn)32的數(shù)目被 增加?？梢允褂枚喾N技術(shù)來進(jìn)行塊180中的新控制點(diǎn)32的增加。在一個(gè)具 體實(shí)施例中，在現(xiàn)有的成對(duì)控制點(diǎn)32之間增加新控制點(diǎn)32。除了增加新 控制點(diǎn)32以外，塊180還包括初始化與新增加的控制點(diǎn)32關(guān)聯(lián)的參數(shù)值。 對(duì)于每個(gè)新增加的控制點(diǎn)32,這樣的初始化的參數(shù)值可包括規(guī)定源13 的位置和射束14的取向的運(yùn)動(dòng)軸M(即與新增加的控制點(diǎn)32對(duì)應(yīng)的一 組運(yùn)動(dòng)軸位置)；初始射束形狀參數(shù)(例如葉36的配置和/或MLC 35的 取向)；以及初始射束強(qiáng)度參數(shù)。對(duì)應(yīng)于新增加的控制點(diǎn)32的運(yùn)動(dòng)軸參數(shù)可以通過之前規(guī)定的軌跡30 (例如，通過期，的軌跡，據(jù)62)來確定。，應(yīng)于每個(gè)新增加的控制點(diǎn)32的任一側(cè)的之前存在的控制點(diǎn)32的當(dāng)前射束形狀^lt和當(dāng)前射束強(qiáng)度 a之間進(jìn)行插值來確定。這種插值可以包括例如線性或非線性插值。新增加的控制點(diǎn)32的初始^值和新增加的控制點(diǎn)32的參數(shù)值的后 續(xù)容許變化可以受與原來的控制點(diǎn)32的上面所討論的類型相同的約束的 制約。例如，對(duì)于新增加的控制點(diǎn)32的^l^:值的約束可以包括*對(duì)放射源12 (或任何一個(gè)或多個(gè)運(yùn)動(dòng)軸)在控制點(diǎn)32之間可移動(dòng)的 量的約束；*對(duì)射束形狀在連續(xù)的控制點(diǎn)32之間可變化的量的約束(例如，對(duì)MLC 35的最大旋轉(zhuǎn)或MLC35的葉36的移動(dòng)的約束)；或*對(duì)源12的強(qiáng)度在連續(xù)的控制點(diǎn)32之間可變化的量的約束。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解這些優(yōu)化約束的幅度將隨控制點(diǎn)32的數(shù)目 和/或相鄰的控制點(diǎn)32的間距而變化。例如，如果在連續(xù)的控制點(diǎn)32之 間，對(duì)MLC35的葉36的最大移動(dòng)的約束為2cm，當(dāng)存在100個(gè)控制點(diǎn) 32并且控制點(diǎn)32的數(shù)目加倍到200時(shí)，該約束可減半，使得在控制點(diǎn)32 之間對(duì)MLC 35的葉36的最大移動(dòng)的約束為lcm (假設(shè)新增加的控制點(diǎn) 32位于現(xiàn)有的控制點(diǎn)32之間的一半位置)。在塊180增加以及初始化新的控制點(diǎn)32之后，方法180進(jìn)行到塊182， 在塊182級(jí)別計(jì)數(shù)器遞增。方法150然后返回到塊164，在塊164，對(duì)于 下一級(jí)別，重復(fù)塊164到塊174的迭代過程，方法150結(jié)果的實(shí)例在圖9中示出，圖9以線性刻度用圖描繪了劑量 分布質(zhì)量相對(duì)于迭代次數(shù)的變化。圖9還示出控制點(diǎn)32的數(shù)目隨著劑量 分布接近優(yōu)化目標(biāo)61而增加?？梢钥闯觯ㄟ^以相對(duì)低數(shù)目的控制點(diǎn)開 始優(yōu)化過程，然后當(dāng)優(yōu)化過程接近優(yōu)化目標(biāo)61時(shí)，增加另外的控制點(diǎn)32， 已經(jīng)極大地減小了實(shí)現(xiàn)可接受的方案所需要的迭代次數(shù)。圖9還示出*在優(yōu)化過程開始時(shí)小數(shù)目控制點(diǎn)32的使用使得優(yōu)化在相對(duì)小的迭代 次數(shù)之后接近優(yōu)化目標(biāo)61;*在優(yōu)化過程中另外的控制點(diǎn)32的引入允許靈活地得到滿足優(yōu)化目標(biāo) 61的劑量分布；以及*在整個(gè)優(yōu)化過程終止之前，已經(jīng)增加了大量的控制點(diǎn)32并且與這些增 加的控制點(diǎn)32關(guān)聯(lián)的M遵守所關(guān)聯(lián)的優(yōu)化約束，從而保持了劑量計(jì) 算精度。與上面所討論的方法50相同，方法150說明了簡單的優(yōu)化過程154。 在其它實(shí)施例中，塊154優(yōu)化過程可以另外或可替代地包括其它已知的優(yōu) 化技術(shù)如仿真退火、基于梯度的技術(shù)、遺傳算法，應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等等。在方法150中，當(dāng)級(jí)別遞增時(shí)，增加另外的控制點(diǎn)32。在不同的實(shí) 施例中， 一個(gè)或多個(gè)新的控制點(diǎn)的增加可作為方法50的塊66中的變更而 處理。在這樣的實(shí)施例中，與控制點(diǎn)32的增加關(guān)聯(lián)的塊180的過程可以 作為塊66的一部分而執(zhí)行。在這樣的實(shí)施例中，塊74的終止條件也可以 包括查詢優(yōu)化是否已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了最小數(shù)目的控制點(diǎn)32。在其它方面，這樣 的實(shí)施例與方法50相似。優(yōu)化方法50或優(yōu)化方法150的結(jié)果是一組控制點(diǎn)32，以及對(duì)于每個(gè) 控制點(diǎn)32， 一組相應(yīng)的M，該組相應(yīng)的參數(shù)包括運(yùn)動(dòng)軸^(對(duì)規(guī)定相應(yīng)的射束位置和射束取向的特定放射供給裝置的一組運(yùn)動(dòng)軸位置)；射束形狀^(例如MLC35的配置，包括葉36的一組位置以及可 選地，MLC 35繞軸37的取向)；以及射束強(qiáng)度參數(shù)。然后將該組控制點(diǎn) 和它們的關(guān)聯(lián)^傳遞到放射供給裝置以實(shí)現(xiàn)劑量供給。放射供給裝置的控制系統(tǒng)(例如，放射供給裝置10的控制系統(tǒng)23) 使用該組控制點(diǎn)以及它們的關(guān)聯(lián)^lt在軌跡30上移動(dòng)放射源12，同時(shí)向 受體S供給放射劑量。在放射供給裝置在軌跡30上移動(dòng)的同時(shí)，控制系 統(tǒng)控制運(yùn)動(dòng)軸的速度和/或位置、射束的形狀和射束強(qiáng)度，以H良映由優(yōu) 化方法50、 150生成的運(yùn)動(dòng)軸^lt、射束形狀M和射束強(qiáng)度^lt。本領(lǐng) 域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解上面所說明的優(yōu)化方法50、 150的輸出可用在多種放 射供給裝置中。優(yōu)化過程的示例性實(shí)施例的偽代碼 預(yù)優(yōu)化*規(guī)定3維靶和健康組織結(jié)構(gòu)。*基于下列中的一個(gè)或多個(gè)，對(duì)所有的結(jié)構(gòu)設(shè)置優(yōu)化目標(biāo)*累積劑量的直方圖；參靶所需要的規(guī)定劑量；*到靶的劑量的均勻度；*對(duì)健康的組織結(jié)構(gòu)的最小劑量。 *將所有的優(yōu)化目標(biāo)合并成為單個(gè)質(zhì)量因子(即優(yōu)化函數(shù))。
規(guī)定放射源的軌跡參選擇有限數(shù)目的控制點(diǎn)；以及*在每個(gè)控制點(diǎn)為每個(gè)軸設(shè)置軸位置。初始化*配置MLC特性(例如，葉寬度、透射)。*初始化級(jí)別計(jì)數(shù)器和控制點(diǎn)的初始數(shù)目。*初始化MLC葉位置以將射束整形為耙的輪廓。*執(zhí)行劑量仿真計(jì)算以仿真所有靶和健康組織結(jié)構(gòu)的劑量分布*在每個(gè)耙/結(jié)構(gòu)中生成點(diǎn)的隨機(jī)分布；參計(jì)算每個(gè)初始控制點(diǎn)的劑量貢獻(xiàn)；以及*添加每個(gè)初始控制點(diǎn)的貢獻(xiàn)。*對(duì)射束強(qiáng)度和相應(yīng)的劑量重新定標(biāo)，使得到靶的平均劑量為規(guī)定劑量。 針對(duì)下列項(xiàng)，設(shè)置約束*射束形狀a (即MLC葉的移動(dòng)和/或MLC的旋轉(zhuǎn))的最大變化; 以及參射束強(qiáng)度的最大變化；對(duì)于相應(yīng)的變化，在相關(guān)的情況下，相關(guān)的運(yùn)動(dòng)軸包括 參機(jī)架角度； 參治療床角度； 參治療床位置；以及 參MLC角度。 *設(shè)置最大強(qiáng)度約束。* ^:置最大治療時(shí)間約束。 *設(shè)置優(yōu)化參數(shù)*增加控制點(diǎn)的概率；*在每次迭代*改變射束形狀參數(shù)(例如MLC葉位置或MLC取向)的概率， 考慮對(duì)MLC葉位置的變化范圍的約束；以及參改變放射強(qiáng)度的概率，考慮對(duì)強(qiáng)度變化范圍的約束。優(yōu)化當(dāng)優(yōu)化目標(biāo)還未達(dá)到時(shí)1. 選擇控制點(diǎn)。2. 選^^射束形狀變更、強(qiáng)度變更或增加控制點(diǎn)。*如果選^41"束形狀變更(例如MLC葉的位置的變化) *隨機(jī)選擇要變化的MLC葉； 隨機(jī)選擇新的MLC葉位置； *保證新的MLC葉位置不違反任何位置約束 *葉與相對(duì)的葉不交疊； *葉不移出經(jīng)初始化的孔；以及 *葉不違反最大移動(dòng)約束。 *執(zhí)行劑量分布仿真以針對(duì)所有的結(jié)構(gòu)計(jì)算新的劑量分布。 參對(duì)于新的劑量分布，計(jì)算質(zhì)量因子(即優(yōu)化函數(shù))。 *如果質(zhì)量因子(即優(yōu)化函數(shù))指示了改善，則接受新的葉位置。 *如果選擇強(qiáng)度變更 *隨^#^"的強(qiáng)度； *保證新的強(qiáng)度不^4壬何約束 *強(qiáng)度不可以是負(fù)的； *強(qiáng)度不可以逸l最大強(qiáng)度約束；以及 *強(qiáng)度不可以iH最大強(qiáng)度變化約束。 *執(zhí)行劑量分布仿真以針對(duì)所有結(jié)構(gòu)計(jì)算新的劑量分布。 *對(duì)于新的劑量分布，計(jì)算質(zhì)量因子(即優(yōu)化函數(shù))。 參如果質(zhì)量因子(即優(yōu)化函數(shù))指示了改善，則接受新的強(qiáng)度。 *如果選擇增加控制點(diǎn)*在現(xiàn)有的軌跡內(nèi)插入一個(gè)或多個(gè)控制點(diǎn)。*基于新控制點(diǎn)的增加，調(diào)整優(yōu)化約束(例如射束形狀約束和強(qiáng)度約 束)。參初始化新控制點(diǎn)的射束形狀;^lt、強(qiáng)度M以及運(yùn)動(dòng)軸參數(shù)。參執(zhí)行劑量分布仿真(結(jié)合新的控制點(diǎn))以針對(duì)所有結(jié)構(gòu)計(jì)算新的劑 量分布。*對(duì)所有強(qiáng)度重新定標(biāo)，使得新的強(qiáng)度向耙提供等于規(guī)定劑量的平均劑量。參用增加的控制點(diǎn)，繼續(xù)優(yōu)化。*如果終止準(zhǔn)則已經(jīng)達(dá)到 參終止優(yōu)化；并且參記錄所有優(yōu)化的參數(shù)(例如，射束形狀參數(shù)、運(yùn)動(dòng)軸^以及射束 強(qiáng)度參數(shù))并將優(yōu)化的參數(shù)傳遞給放射設(shè)備。參如果終止準(zhǔn)則還未達(dá)到參轉(zhuǎn)到步驟(1)并選擇另一射束變更、強(qiáng)度變更或增加控制點(diǎn)。具體實(shí)施例的示例性實(shí)現(xiàn)以下表示本發(fā)明的特定實(shí)施例的示例性實(shí)現(xiàn)。圖IO示出位于受體S 體內(nèi)的靼組織200和健康組織202的三維實(shí)例。這個(gè)實(shí)例仿真了與it射供 給裝置10 (圖1)相似的放射供給裝置。在這個(gè)實(shí)例中，將軌跡30規(guī)定為機(jī)架16繞軸18的360。旋轉(zhuǎn)和治療 床15在Z方向上的移動(dòng)(如圖10的坐標(biāo)系統(tǒng)所示)。雖然這個(gè)實(shí)例使用 了包括兩個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的軌跡30，但是應(yīng)當(dāng)理解軌跡30可以包括較少的運(yùn)動(dòng) 軸或較多數(shù)目的運(yùn)動(dòng)軸的移動(dòng)。圖11A和11B分別描繪了與所選擇的軌 跡30對(duì)應(yīng)的相關(guān)運(yùn)動(dòng)軸的初始控制點(diǎn)32的位置(即機(jī)架16繞軸18的角 度位置和治療床15在Z方向上的位置)。對(duì)于這個(gè)實(shí)例，優(yōu)化目標(biāo)61包括期望的劑量分布60，對(duì)于靶200具 有70Gy的均勻水平，并且對(duì)于健康組織202具有最大35Gy的劑量。在 每個(gè)初始控制點(diǎn)32，射束形狀參數(shù)被初始化，使得MLC35的葉36將射 束整形為從射束的角度觀察的靶200的輪廓。在這個(gè)實(shí)例中，保持MLC 35 的取向恒定在45。。在每個(gè)初始控制點(diǎn)32，初始化射束強(qiáng)度，使得供給到 乾200的平均劑量為70Gy。圖12A-F通過劑量體積直方圖(DVH),用圖描繪了在優(yōu)化過程的不 同階段的仿真劑量分布計(jì)算。在圖12A-F中，虛線204表示接收某個(gè)量 的劑量的健康組織202的體積的百分比，而實(shí)線206表示接收某個(gè)量的劑 量的耙200的體積的百分比。DVH是用于評(píng)價(jià)劑量分布質(zhì)量的方便的圖 形工具。應(yīng)當(dāng)理解，虛線24向下和向左移動(dòng)表示供給到健康組織202的 劑量的最小化，而實(shí)線向上(直到100% )和向右(直到劑量分布目標(biāo)(在這個(gè)實(shí)例中為70Gy))移動(dòng)表示向靶200的劑量的有效供給。在這個(gè)實(shí)例中，利用圖11A和11B中所描繪的12個(gè)控制點(diǎn)，優(yōu)化過 程從零次迭代開始。零次迭代的結(jié)果示在圖12A中。在這個(gè)實(shí)例中，如 圖12A - F所示，在優(yōu)化過程期間，迭代次數(shù)和控制點(diǎn)的數(shù)目在優(yōu)化過程 中被增加。在卯0次迭代并且增加到23個(gè)控制點(diǎn)(圖12B)之后，由于 虛線204的向左和向下的移動(dòng)，可以觀察到劑量質(zhì)量的極大提高。在1800 次迭代和45個(gè)控制點(diǎn)(圖12C )以及在3200次迭代和89個(gè)控制點(diǎn)(圖 12D)看出進(jìn)一步的提高。每次迭代的劑量分布質(zhì)量的提高幅度隨著優(yōu)化 進(jìn)行而減小。圖12A- F示出在3200次迭代和89個(gè)控制點(diǎn)(圖12D )、 5800次迭代和177個(gè)控制點(diǎn)(圖12E)以及8500次迭代和353個(gè)控制點(diǎn) 之間，劑量分布質(zhì)量的提高很小。如上面所討論的，盡管在圖12D和12F 之間劑量分布質(zhì)量的提高最小，但是對(duì)于繼續(xù)增加優(yōu)化中的控制點(diǎn)的數(shù)目 以提高劑量仿真計(jì)算的精度，可能是有用的。圖13是顯示在5800次迭代(177個(gè)控制點(diǎn))之后，如何實(shí)現(xiàn)優(yōu)化目 標(biāo)(在可接受的容限水平內(nèi))的這個(gè)實(shí)例的另一圖形表示。這個(gè)實(shí)例的優(yōu)化在11000次迭代之后終止，因?yàn)閮?yōu)化目標(biāo)已經(jīng)達(dá)到 (在允許的容限之內(nèi))并且進(jìn)一步的迭代在劑量分布質(zhì)量或精度上不再有 提高。這個(gè)實(shí)例的結(jié)果示在圖14A-14D中，圖14A-14D分別描繪了在 每個(gè)最終的控制點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軸M (在這種情況下，機(jī)架16繞軸18的取向 (圖14A)和治療床15的Z位置(圖14B))、在每個(gè)最終的控制點(diǎn)的放射強(qiáng)度(圖14C )以M每個(gè)最終的控制點(diǎn)的射束形狀參數(shù)(在這種情況 下，MLC35的兩個(gè)葉36的位置(圖14D))。圖14D示出，當(dāng)對(duì)MLC35 的葉36的容許變化速率施加約束時(shí)，在所示的MLC 35的葉36的位置沒 有急劇的變化。圖15示出優(yōu)化的劑量分布的二維橫截面。圖15示出指示高劑量和低 劑量的區(qū)域的恒定劑量的等值線(等劑量線)。與每個(gè)等劑量線關(guān)聯(lián)的劑 量的量標(biāo)注在線本身上?；叵雸D10中的靶200和健康組織202的形狀和 相對(duì)位置，圖15表明高劑量區(qū)域被限制到c形靶區(qū)200,而在凹陷(即 健康組織202的區(qū)域)之內(nèi)，劑量顯著減小。在這個(gè)實(shí)例中，優(yōu)化時(shí)間為15.3分鐘。供給該劑量分布所需的治療 時(shí)間近似為1.7分鐘(假設(shè)600MU/min的劑量速率)。在一些實(shí)施例中，在此所說明的用于向受體S供給放射劑量的方法，與一種或多種成像技術(shù)和相應(yīng)的成像裝置結(jié)合而使用。適當(dāng)?shù)某上窦夹g(shù)為錐束計(jì)算X射線斷層造影術(shù)(錐束CT)，其獲得受體的三維影像。錐束 CT包括可以適當(dāng)?shù)匕睲放射供給裝置上的放射源和相應(yīng)的傳感器。例 如，錐束CT放射源可以安^放射供給裝置10的機(jī)架16上并Jjt目應(yīng)的 傳感器可以安裝在受體的相對(duì)側(cè)以檢測透過受體的放射線。在一些實(shí)施例 中，錐束CT源和治療放射源12相同。在其它實(shí)施例中，錐束CT源不 同于治療放射源12。放射供給裝置可以使用與用于移動(dòng)治療^L射源12的 運(yùn)動(dòng)軸相同的運(yùn)動(dòng)軸(或基本上相似的運(yùn)動(dòng)軸)、相對(duì)于受體S來移動(dòng)錐 束CT源和CT傳感器。在錐束CT源^皮激勵(lì)的任何點(diǎn)，由源自錐束CT 源、穿過受體S并且撞擊到相應(yīng)的傳感器(其一般包括放射傳感器的2 維陣列)上的^L射線的透射形成2維投影影像。在一些實(shí)施例中，錐束 CT放射源和治療放射源是時(shí)分復(fù)用的，使得錐束CT傳感器可以區(qū)別成 4^i射和治療;^射。在獲得3維錐束CT影像時(shí)，錐束CT源和傳感器陣列經(jīng)由軌跡移動(dòng) 以獲得受體S的多個(gè)2維投影影像。使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方法來組 合上述多個(gè)2維投影影像以便重構(gòu)受體S的3維影像。3維影像可以包含 靼和健康組織的空間信息。在一些實(shí)施例中，在向受體供給放射的同時(shí)獲得受體S的錐束CT影 像?？梢岳@同一軌跡30且在將放射供給到受體S的同一時(shí)間間隔內(nèi)取得 2維影像。在這樣的實(shí)施例中，所得到的錐束CT影像將表示受體被治療 時(shí)的受體位置，包括耙和健康組織的三維空間分布。乾和健康組織的空間 分布可以以特定放射供給裝置為基準(zhǔn)，從而允許觀察者精確地評(píng)估實(shí)際供 給到靶和健康組織結(jié)構(gòu)的是什么樣的放射劑量分布。受體S (更具體地，乾和健康組織)的位置在放射供給期間可以移動(dòng)。 雖然一些移動(dòng)可以減少或消除，但^1要停止的一個(gè)困難的移動(dòng)是呼吸。例 如，當(dāng)受體S呼吸時(shí)，位于肺內(nèi)部的靶可以隨呼吸周期而移位。在多數(shù)劑 量仿真計(jì)算中，假設(shè)受體S在整個(gè)供給期間是靜止的。因此，受體S的普 通的呼吸可導(dǎo)致對(duì)靶和健康組織的不正確的劑量供給。在一些實(shí)施例中， 僅僅當(dāng)受體S的位置或配置在指定的范圍內(nèi)時(shí)，才激勵(lì)^L射源12。在一些實(shí)施例中， 一個(gè)或多個(gè)傳感器用于監(jiān)視受體S的位置。在一個(gè) 非限制性實(shí)例中，這樣的傳感器可以包括呼吸計(jì)、紅外線位置傳感器、肌 電(EMG)傳感器等等。當(dāng)一個(gè)或多個(gè)傳感器指示受體S在可接受的位 置范圍內(nèi)時(shí)，按放射治療計(jì)劃所說明的，放射源12被激勵(lì)，射束整形機(jī)構(gòu)33的配置變化并且運(yùn)動(dòng)軸移動(dòng)。當(dāng)傳感器指示受體S不在可接受的位 置范圍內(nèi)時(shí)，放射被去激勵(lì)，射束整形機(jī)構(gòu)33的配置被固定并且運(yùn)動(dòng)軸 是靜止的?？梢詫⒖山邮艿奈恢梅秶薅槭荏wS的呼吸周期的特定部 分。在這樣的實(shí)施例中，以放射裝置和放射輸出暫停的間隔(即當(dāng)受體在 可接受的位置范圍之外時(shí))和放射裝置和放射輸出恢復(fù)的間隔(即當(dāng)受體 在可接受的位置范圍內(nèi)時(shí))，間歇地供給放射治療計(jì)劃。治療供給以這種 方式進(jìn)行，直到治療計(jì)劃已經(jīng)被完全供給。位置相關(guān)的放射供給過程可以 稱作放射供給的"位置選通(position gating)",在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，在經(jīng)位置選通的治療被供給到受體S 的同時(shí)獲得錐束CT影像。2維投影影像的獲得也可以針對(duì)病人位置進(jìn)行 選通，使得錐束CT影像將表示治療供給時(shí)的受體S的位置。這樣的實(shí)施 例具有另外的好處，即2維錐束CT影像在受體S處于一致的空間位置的 情況下獲得的，從而提供了具有較少的運(yùn)動(dòng)假象的3維錐束CT。本發(fā)明的某些實(shí)現(xiàn)包括執(zhí)行軟件指令的計(jì)算機(jī)處理器，該軟件指令使 得處理器執(zhí)行本發(fā)明的方法。例如， 一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)處理器可以通過執(zhí)行 數(shù)據(jù)處理器可訪問的程序存儲(chǔ)器中的軟件指令來實(shí)現(xiàn)圖4A和/或圖8的方 法。本發(fā)明也可以以程序產(chǎn)品的形式來提供。程序產(chǎn)品可以包括任何承載 一組計(jì)算機(jī)可讀信號(hào)的介質(zhì)，該組計(jì)算機(jī)可讀信號(hào)包括當(dāng)由數(shù)據(jù)處理器執(zhí) 行時(shí)，使得數(shù)據(jù)處理器執(zhí)行本發(fā)明的方法的指令。才艮據(jù)本發(fā)明的程序產(chǎn)品 可以具有多種形式。程序產(chǎn)品可包括例如物理介質(zhì)，如包括軟盤、石iyt 驅(qū)動(dòng)器的磁性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)、包括CD ROM、 DVD的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)、 包括ROM、閃速RAM的電性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)等等。程序產(chǎn)品上的計(jì)算機(jī) 可讀信號(hào)可以可選地被壓縮或加密。除非另有所指，以上引用組件(例如，軟件模塊、處理器、組裝件、 設(shè)備、電路等等)時(shí)，對(duì)該組件的引用(包括對(duì)"裝置"的引用)應(yīng)該解 釋為包括作為該組件的等同物的、執(zhí)行所說明的組件的功能的任何組件 (即，其在功能上是等同的)，包括在結(jié)構(gòu)上與所公開的執(zhí)行本發(fā)明所示 出的示例性實(shí)施例的功能的結(jié)構(gòu)不等同的組件。雖然上面已經(jīng)討論了許多示例性方面和實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員 應(yīng)當(dāng)i^識(shí)到其某些^"改、變換、添加和子組合。例如*在上面所說明的實(shí)施例中，用于限定軌跡30的控制點(diǎn)32與用于執(zhí)行 塊54的優(yōu)化過程的控制點(diǎn)相同。例如，諸如機(jī)架16繞軸18的弧(圖 1)的簡單軌跡30可以由其末端的兩個(gè)控制點(diǎn)來限定。雖然這樣的控制點(diǎn)可以限定軌跡，但是一般將需要更多的控制點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)可接受的治療計(jì)劃。因此，塊54、 154優(yōu)化過程可以包括使用與用于限定軌跡的 控制點(diǎn)不同的(例如，較多的)控制點(diǎn)。*在上面所說明的實(shí)施例中，在整個(gè)優(yōu)化過程54、 154中使用了約束(例如，對(duì)控制點(diǎn)32之間的射束位置/取向參數(shù)的變化的約束、對(duì)控制點(diǎn) 32之間的射束形狀^的約束以及對(duì)控制點(diǎn)32之間的射束強(qiáng)度的變 化的約束)。在其它實(shí)施例中，優(yōu)化約束可以在優(yōu)化過程的較后階Wfe 加。以這種方式，在以初始迭代次數(shù)來滿足優(yōu)化目標(biāo)61時(shí)，可以實(shí)現(xiàn) 更多的靈活性。在執(zhí)行了初始迭代次數(shù)之后，可以引入約束。約束的 引入可要求改變一些射束位置/取向參數(shù)、射束形狀參數(shù)和/或強(qiáng)度參 數(shù)，這可導(dǎo)致需要進(jìn)一步的優(yōu)化來滿足優(yōu)化目標(biāo)61。*在上面所說明的實(shí)施例中，每個(gè)控制點(diǎn)32處的射束位置和射束取向是 在開始優(yōu)化過程54、 154(例如在塊52、 152)之前確定，并且在整個(gè) 優(yōu)化過程54、 154中保持恒定(即優(yōu)化過程54、 154包括改變和優(yōu)化 射束形狀參數(shù)和射束強(qiáng)度M,而軌跡30保持恒定)。在其它實(shí)施例 中，射束位置和射束取向^lt (即每個(gè)控制點(diǎn)32處的運(yùn)動(dòng)軸位置組) 另外或可替代地作為優(yōu)化過程54、 154的一部分而被改變和優(yōu)化，以 便優(yōu)化過程54、 154對(duì)^L射供給裝置的軌跡30進(jìn)行優(yōu)化。在這樣的實(shí) 施例中，優(yōu)化過程54、 154可以包括對(duì)可用的運(yùn)動(dòng)軸位置和/或控制點(diǎn) 32之間的運(yùn)動(dòng)軸位置的變化速率施加約束，并且這樣的約束可以與用 于向受體S供給劑量的特定放射供給裝置的物理限制相關(guān)。 在一些實(shí)施例中，放射強(qiáng)度可以保持恒定，而優(yōu)化過程54、 154對(duì)射 束形狀^lt和/或運(yùn)動(dòng)軸^lt進(jìn)行優(yōu)化。這樣的實(shí)施例適合于與不能可 控制地改變放射強(qiáng)度的放射供給裝置結(jié)合使用。在一些實(shí)施例中，射 束形狀參數(shù)可以保持恒定，而優(yōu)化過程54、 154對(duì)強(qiáng)度和/或運(yùn)動(dòng)軸參 數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。*存在無限個(gè)可用于描ii^射射束的位置和取向的可能軌跡。這樣的軌 跡的選擇僅僅受特定放射供給裝置的約束限制?？梢允褂媚苡扇魏芜m 當(dāng)?shù)姆派涔┙o裝置提供的任何軌跡來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，所附權(quán)利要求和此后引入的權(quán)利要求應(yīng)當(dāng)解釋為包括在它們的 真正的精神和范圍內(nèi)的所有這樣的修改、變換、添加和子組合。
權(quán)利要求
1.一種用于計(jì)劃向受體內(nèi)的靶區(qū)供給放射劑量的方法，所述方法包括規(guī)定一組一個(gè)或多個(gè)優(yōu)化目標(biāo)，所述組一個(gè)或多個(gè)優(yōu)化目標(biāo)包括所述受體中的期望的劑量分布；規(guī)定沿著初始軌跡的初始多個(gè)控制點(diǎn)，所述初始軌跡包括放射源和所述受體之間的相對(duì)移動(dòng)；相對(duì)于所述組一個(gè)或多個(gè)優(yōu)化目標(biāo)，以迭代方式對(duì)仿真劑量分布進(jìn)行優(yōu)化，以確定與所述初始多個(gè)控制點(diǎn)中的每個(gè)控制點(diǎn)關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)放射供給參數(shù)；并且當(dāng)達(dá)到一個(gè)或多個(gè)初始終止條件時(shí)增加一個(gè)或多個(gè)另外的控制點(diǎn)以獲得增加的多個(gè)控制點(diǎn)；相對(duì)于所述組優(yōu)化目標(biāo)，以迭代方式對(duì)所述仿真劑量分布進(jìn)行優(yōu)化，以確定與所述增加的多個(gè)控制點(diǎn)中的每個(gè)控制點(diǎn)關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)放射供給參數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中以迭代方式對(duì)所述仿真劑 量分布進(jìn)行優(yōu)化以確定與所述初始多個(gè)控制點(diǎn)中的每個(gè)控制點(diǎn)關(guān)聯(lián) 的一個(gè)或多個(gè)放射供給參數(shù)包括受一個(gè)或多個(gè)初始優(yōu)化約束的制 約，以迭代方式對(duì)所述仿真劑量分布進(jìn)行優(yōu)化。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中以迭代方式對(duì)所述仿真劑 量分布進(jìn)行優(yōu)化以確定與所述初始多個(gè)控制點(diǎn)中的每個(gè)控制點(diǎn)關(guān)聯(lián) 的一個(gè)或多個(gè)放射供給參數(shù)包括下列中的一個(gè)或多個(gè)仿真退火算 法；基于梯度的優(yōu)化；基于遺傳算法的優(yōu)化；以及基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu) 化。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2-3中任一項(xiàng)所述的方法，其中以迭代方式對(duì)所 述仿真劑量分布進(jìn)行優(yōu)化以確定與所述增加的多個(gè)控制點(diǎn)中的每個(gè)控 制點(diǎn)關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)放射供給參數(shù)包括受一個(gè)或多個(gè)后續(xù)優(yōu)化約 束的制約，以迭代方式對(duì)所述仿真劑量分布進(jìn)行優(yōu)化。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中以迭代方式對(duì)所述仿真劑量 分布進(jìn)行優(yōu)化以確定與所述增加的多個(gè)控制點(diǎn)中的每個(gè)控制點(diǎn)關(guān)聯(lián)的 一個(gè)或多個(gè)放射供給參數(shù)包括下列中的一個(gè)或多個(gè)仿真退火算法；基于梯度的優(yōu)化；基于遺傳算法的優(yōu)化；以及基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化。
6. 根據(jù)權(quán)利要求的1所述的方法，其中對(duì)于每次迭代，以迭代 方式對(duì)所述仿真劑量分布進(jìn)行優(yōu)化以確定與所述初始多個(gè)控制點(diǎn)中 的每個(gè)控制點(diǎn)關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)放射供給參數(shù)包括改變與所述初始多個(gè)控制點(diǎn)中的 一個(gè)或多個(gè)控制點(diǎn)關(guān)聯(lián)的 一個(gè) 或多個(gè)放射供給參數(shù)；基于所述一個(gè)或多個(gè)改變的放射供給^t，確定所述仿真劑量分布；根據(jù)優(yōu)化算法和基于所述一個(gè)或多個(gè)改變的放射供給參數(shù)的所 迷仿真劑量分布，確定接受或拒絕所述一個(gè)或多個(gè)變化的放射劑量參數(shù)；以及如果確定接受所述一個(gè)或多個(gè)改變的放射供給^:,則更新當(dāng)前 放射劑量參數(shù)以包括所述一個(gè)或多個(gè)改變的放射供給參數(shù)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中改變與所述初始多個(gè)控制 點(diǎn)中的一個(gè)或多個(gè)控制點(diǎn)關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)放射供給參數(shù)受一個(gè)或 多個(gè)初始優(yōu)化約束的制約。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中對(duì)于每次迭代，以迭代方 式對(duì)所述仿真劑量分布進(jìn)行優(yōu)化以確定與所述增加的多個(gè)控制點(diǎn)中的 每個(gè)控制點(diǎn)關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)放射供給參數(shù)包括改變與所述增加的多個(gè)控制點(diǎn)中的 一個(gè)或多個(gè)控制點(diǎn)關(guān)聯(lián)的一 個(gè)或多個(gè)放射供給>#*;基于所述一個(gè)或多個(gè)改變的放射供給M,確定所述仿真劑量分布；根據(jù)優(yōu)化算法和基于所述一個(gè)或多個(gè)改變的放射供給參數(shù)的所 述仿真劑量分布，確定接受或拒絕所述一個(gè)或多個(gè)改變的放射劑量參數(shù)；以及如果確定接受所述一個(gè)或多個(gè)變化的放射供給^lt,則更新當(dāng)前 放射劑量參數(shù)以包括所述一個(gè)或多個(gè)改變的;^射供給M。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中改變與所述增加的多個(gè)控 制點(diǎn)中的 一個(gè)或多個(gè)控制點(diǎn)關(guān)聯(lián)的 一個(gè)或多個(gè)放射供給參數(shù)受一個(gè) 或多個(gè)后續(xù)優(yōu)化約束的制約。
10. 根據(jù)權(quán)利要求4、 5和9中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述一個(gè)或 多個(gè)^L射供給參數(shù)包括一個(gè)或多個(gè)射束整形參數(shù)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述一個(gè)或多個(gè)射束整形參 數(shù)包括多葉準(zhǔn)直器的一個(gè)或多個(gè)配置。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的方法，其中所述多葉準(zhǔn)直器的所述一 個(gè)或多個(gè)配置包括所述多葉準(zhǔn)直器的一個(gè)或多個(gè)葉的位置。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述初始優(yōu)化約束和后 續(xù)優(yōu)化約束包括對(duì)所述多葉準(zhǔn)直器的所述一個(gè)或多個(gè)葉的位置限制。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12-13中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述初始 優(yōu)化約束和后續(xù)優(yōu)化約束包括在連續(xù)的控制點(diǎn)之間，所述多葉準(zhǔn)直器 的所述一個(gè)或多個(gè)葉的位置的最大變化。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12-14中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述初始 優(yōu)化約束和后續(xù)優(yōu)化約束包括對(duì)于所述放射源和所述受體之間的每 單位相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所述多葉準(zhǔn)直器的所述一個(gè)或多個(gè)葉的位置變化的最 大速率。
16. 根據(jù)權(quán)利要求4、 5、和9-15中任一項(xiàng)所述的方法，其中 所述一個(gè)或多個(gè)放射供給參數(shù)包括射束強(qiáng)度。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述初始優(yōu)化約束和后 續(xù)優(yōu)化約束包括最大射束強(qiáng)度。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16-17中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述初始 優(yōu)化約束和后續(xù)優(yōu)化約束包括連續(xù)的控制點(diǎn)之間的射束強(qiáng)度的最大變化。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16-18中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述初始 優(yōu)化約束和后續(xù)優(yōu)化約束包括對(duì)于所a射源和所述受體之間的每 單位相對(duì)移動(dòng)，射束強(qiáng)度變化的最大速率。
20. 根據(jù)權(quán)利要求4、 5、和9-19中任一項(xiàng)所述的方法，其中 所述一個(gè)或多個(gè)放射供給參數(shù)包括所述放射源相對(duì)于所述受體的位 置。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述初始優(yōu)化約束和后 續(xù)優(yōu)化約束包括對(duì)所述放射源相對(duì)于所述受體的位置的一個(gè)或多個(gè) 限制。
22. 根據(jù)權(quán)利要求20-21中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述初始 優(yōu)化約束和后續(xù)優(yōu)化約束包括在連續(xù)的控制點(diǎn)之間，所述^L射源相對(duì) 于所述受體的位置的最大變化。
23. 根據(jù)權(quán)利要求20-22中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述初始 優(yōu)化約束和后續(xù)優(yōu)化約束包括所述放射源相對(duì)于所述受體的位置變 化的最大瞬時(shí)速率。
24. 根據(jù)權(quán)利要求4、 5、和9-23中任一項(xiàng)所述的方法，其中 所述后續(xù)優(yōu)化約束中的至少一個(gè)優(yōu)化約束不同于所述初始優(yōu)化約束 中的相對(duì)應(yīng)的至少 一個(gè)優(yōu)化約束。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中所述后續(xù)優(yōu)化約束中的 至少一個(gè)優(yōu)化約束比所述初始優(yōu)化約束中的相對(duì)應(yīng)的至少一個(gè)優(yōu)化 約束更嚴(yán)格。
26. 根據(jù)權(quán)利要求1-25中的任一項(xiàng)所述的方法，包括當(dāng)達(dá)到 一個(gè)或多個(gè)后續(xù)終止條件時(shí)，中斷與增加的多個(gè)控制點(diǎn)關(guān)聯(lián)的迭代優(yōu) 化。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中當(dāng)達(dá)到所述一個(gè)或多個(gè)初始終止條件時(shí)，所述仿真劑量分布與所 述組優(yōu)化目標(biāo)之間的差大于可接受的劑量質(zhì)量閾值；以及在中斷與所述增加的多個(gè)控制點(diǎn)關(guān)聯(lián)的所述迭代優(yōu)化之前，所述 仿真劑量分布與所述組優(yōu)化目標(biāo)之間的差在所述可接受的劑量質(zhì)量 闞值之內(nèi)。
28. 根據(jù)權(quán)利要求26和27中的任一項(xiàng)所述的方法，包括在中 斷與所述增加的多個(gè)控制點(diǎn)關(guān)聯(lián)的所述迭代優(yōu)化之后，向與放射供給裝置關(guān)聯(lián)的控制系統(tǒng)提供與所述增加的多個(gè)控制 點(diǎn)關(guān)聯(lián)的所述一個(gè)或多個(gè)放射供給M;沿著所得到的軌跡實(shí)現(xiàn)所i^t射源和所述受體之間的相對(duì)移動(dòng)；以及根據(jù)所述放射供給參數(shù)，從所述放射源向所述受體供給放射射 束，以實(shí)現(xiàn)所述受體上的劑量分布。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中所述所得到的軌跡與所 述初始軌i^目同。
30. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中所述所得到的軌跡不同 于所述初始軌跡并且由與所述增加的多個(gè)控制點(diǎn)中的每個(gè)控制點(diǎn)關(guān) 聯(lián)的所述一個(gè)或多個(gè)放射供給參數(shù)來限定。
31. 根據(jù)權(quán)利要求29和30中的任一項(xiàng)所述的方法，其中沿著所 述所得到的軌跡實(shí)現(xiàn)所皿射源和所述受體之間的相對(duì)移動(dòng)包括實(shí) 現(xiàn)所i^t射源和所述受體之間的非平面相對(duì)移動(dòng)。
32. 根據(jù)權(quán)利要求29和30中的任一項(xiàng)所述的方法，其中沿著所 述所得到的軌跡實(shí)現(xiàn)所皿射源和所述受體之間的相對(duì)移動(dòng)包括沿 著所述所得到的軌跡實(shí)現(xiàn)所述放射源和所述受體之間的連續(xù)相對(duì)移 動(dòng)。
33. 根據(jù)權(quán)利要求29和30中的任一項(xiàng)所述的方法，其中沿著所 述所得到的軌跡實(shí)現(xiàn)所i^t射源和所述受體之間的相對(duì)移動(dòng)包括實(shí) 現(xiàn)所M射源和所述受體之間的非自交疊的相對(duì)移動(dòng)。
34. 根據(jù)權(quán)利要求29和30中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述所述受體之間的同一相對(duì)位置，并且沿著所述所得到的軌跡實(shí)現(xiàn)所i^t 射源和所述受體之間的相對(duì)移動(dòng)包括所述^:射源和所述受體之間的 另外的非自交疊的相對(duì)移動(dòng)。
35. 根據(jù)權(quán)利要求29和30中的任一項(xiàng)所述的方法，其中沿著所 述所得到的軌跡實(shí)現(xiàn)所M射源和所述受體之間的相對(duì)移動(dòng)包括移 動(dòng)所M射供給裝置的多個(gè)運(yùn)動(dòng)軸。
36. 根據(jù)權(quán)利要求28-35中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述初 始多個(gè)控制點(diǎn)的數(shù)目不足以實(shí)現(xiàn)所述仿真劑量分布和所述實(shí)現(xiàn)的劑 量分布之間的可接受的精度閾值，并且所述增加的多個(gè)控制點(diǎn)的數(shù)目 足以實(shí)現(xiàn)所述仿真劑量分布和所述實(shí)現(xiàn)的劑量分布之間的所述可接 受的精度闞值。
37. 根據(jù)權(quán)利要求1-36中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述一個(gè) 或多個(gè)初始終止條件包括下列中的一個(gè)或多個(gè)基于與所述初始多個(gè) 控制點(diǎn)關(guān)聯(lián)的所述放射供給參數(shù)的所述仿真劑量分布與所述組優(yōu)化 目標(biāo)之間的差在可接受的劑量質(zhì)量閾值之內(nèi)；迭代的閾值次數(shù)；不成 功迭代的閾值次數(shù)，其中基于與所述初始多個(gè)控制點(diǎn)關(guān)聯(lián)的所述放射 供給參數(shù)的所述仿真劑量分布不接近所述組優(yōu)化目標(biāo)；以及成功迭代的閾值次數(shù)，其中基于與所述初始多個(gè)控制點(diǎn)關(guān)聯(lián)的所g射供給參 數(shù)的所述仿真劑量分布接近所述組優(yōu)化目標(biāo)。
38. 根據(jù)權(quán)利要求26-36中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述一 個(gè)或多個(gè)后續(xù)終止條件包括下列中的一個(gè)或多個(gè)基于與所述增加的 多個(gè)控制點(diǎn)關(guān)聯(lián)的所述放射供給參數(shù)的所述仿真劑量分布與所述組 優(yōu)化目標(biāo)之間的差在可接受的劑量質(zhì)量閾值之內(nèi)；迭代的閾值次數(shù)； 不成功迭代的閾值次數(shù)，其中基于與所述增加的多個(gè)控制點(diǎn)關(guān)聯(lián)的所 i^L射供給參數(shù)的所述仿真劑量分布不接近所述組優(yōu)化目標(biāo)；以及成 功迭代的閾值次數(shù)，其中基于與所述增加的多個(gè)控制點(diǎn)關(guān)聯(lián)的所a 射供給參數(shù)的所述仿真劑量分布接近所述組優(yōu)化目標(biāo)。
39. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，包括在中斷與所述增加的多 個(gè)控制點(diǎn)關(guān)聯(lián)的所述迭代優(yōu)化之后增加一個(gè)或多個(gè)另外的控制點(diǎn)以獲得進(jìn)一步增加的多個(gè)控制點(diǎn)；相對(duì)于所述組優(yōu)化目標(biāo)，以迭代方式對(duì)所述仿真劑量分布進(jìn)行優(yōu) 化以確定與所述進(jìn)一步增加的多個(gè)控制點(diǎn)中的每個(gè)控制點(diǎn)關(guān)聯(lián)的一 個(gè)或多個(gè)放射供給M;以及重復(fù)增加一個(gè)或多個(gè)另外的控制點(diǎn)并以迭代方式對(duì)所述仿真劑 量分布進(jìn)行優(yōu)化以確定與進(jìn)一步增加的多個(gè)控制點(diǎn)中的每個(gè)控制點(diǎn) 關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)放射供給^lt,直到達(dá)到最終的終止^。
40. 根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其中所述最終的終止條件包 括下列中的一個(gè)或多個(gè)基于與所述進(jìn)一步增加的多個(gè)控制點(diǎn)關(guān)聯(lián)的 所述放射供給參數(shù)的所述仿真劑量分布與所述組優(yōu)化目標(biāo)之間的差 在可接受的劑量質(zhì)量閾值之內(nèi)；迭代的閾值次數(shù)；不成功迭代的閾值 次數(shù)，其中基于與所述進(jìn)一步增加的多個(gè)控制點(diǎn)關(guān)聯(lián)的所述放射供給 M的所述仿真劑量分布不接近所述組優(yōu)化目標(biāo)；成功迭代的閾值次 數(shù)，其中基于與所述進(jìn)一步增加的多個(gè)控制點(diǎn)關(guān)聯(lián)的所述it射供給參 數(shù)的所述仿真劑量分布接近所述組優(yōu)化目標(biāo)；以及所述進(jìn)一步增加的 多個(gè)控制點(diǎn)達(dá)到控制點(diǎn)的閾值數(shù)目。
41. 根據(jù)權(quán)利要求1-40中的任一項(xiàng)所述的方法，其中以迭代方 式對(duì)所述仿真劑量分布進(jìn)行優(yōu)化以確定與所述初始多個(gè)控制點(diǎn)中的 每個(gè)控制點(diǎn)關(guān)聯(lián)的 一個(gè)或多個(gè)放射供給參數(shù)包括通過以下步驟來針 對(duì)所述初始多個(gè)控制點(diǎn)中的至少 一個(gè)控制點(diǎn)來仿真劑量分布將射束形狀的孔的橫截面區(qū)域劃分成多個(gè)二維射束元；以及 仿真所述多個(gè)二維射束元中的每個(gè)二維射束元的劑量分布貢獻(xiàn)； 其中所述多個(gè)二維射束元中的至少兩個(gè)二維射束元具有不同的尺寸。
42. 根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中所述多個(gè)二維射束元中的 至少兩個(gè)具有不同的形狀。
43. 根據(jù)權(quán)利要求1-42中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述組一 個(gè)或多個(gè)優(yōu)化目標(biāo)包括下列中的至少一個(gè)期望的用于治療所述受體 的總放射輸出；以及期望的用于治療所述受體的總時(shí)間。
44. 根據(jù)權(quán)利要求28-36中的任一項(xiàng)所述的方法，包括感測所 述受體的位置狀態(tài)，并且其中根據(jù)所述放射供給M從所i^t射源向 所述受體供給放射射束包括當(dāng)感測到所述受體的位置超出了可接受的范圍時(shí)，將所iiit射射束的 供M激勵(lì)；以及當(dāng)感測到所述受體的位置在所述可接收的范圍內(nèi)時(shí)，重新激勵(lì)所a 射射束的供給。
45. 根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，其中沿著所述所得到的軌跡 實(shí)現(xiàn)所i^L射源和所述受體之間的相對(duì)移動(dòng)包括當(dāng)感測到所述受體的位置超出了所述可接受的范圍時(shí)，將所i^L射源 和所述受體之間的相對(duì)移動(dòng)去激勵(lì)；以及當(dāng)感測到所述受體的位置在所述可接收的范圍內(nèi)，重新激勵(lì)所述it射 源和所述受體之間的相對(duì)移動(dòng)。
46. 才艮據(jù)權(quán)利要求28-36以及44-45中的任一項(xiàng)所述的方法， 包括在實(shí)現(xiàn)所述it射源和所述受體之間的相對(duì)移動(dòng)的同時(shí)，在沿著所 述所得到的軌跡的多個(gè)位置獲得所述耙區(qū)的二維投影影像。
47. 根據(jù)權(quán)利要求46所述的方法，其中獲得二維投影影像包括 對(duì)于每個(gè)投影影像，將成像放射射束導(dǎo)向所述受體并感測透過所述受 體的成傳放射。
48. 根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其中所述成IMt射射束由所 ^t射源生成。
49. 根據(jù)權(quán)利要求47-48中的任一項(xiàng)所述的方法，其中將成像放射射束導(dǎo)向所述受體并從所述放射源向所述受體供給所述放射包括對(duì)所述成^ML射射束和所述放射射束進(jìn)行時(shí)分復(fù)用。
50. 根據(jù)權(quán)利要求46-49中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述所 得到的軌跡包括機(jī)架繞所述受體的360°旋轉(zhuǎn)。
51. —種用于向受體內(nèi)的靶區(qū)供給^L射劑量的方法，所述方法包括規(guī)定放射源和所述受體之間的相對(duì)移動(dòng)的軌跡； 確定放射供給計(jì)劃；在沿著所述軌跡實(shí)現(xiàn)所it^射源和所述受體之間的相對(duì)移動(dòng)的同時(shí)， 根據(jù)所M射供給計(jì)劃，從所述放射源向所述受體供給放射射束，以便實(shí) 現(xiàn)所述受體上的劑量分布，其中從所述^t射源向所述受體供給所述^t射射 束包括在至少一部分所述軌跡上，改變所述it射射束的強(qiáng)度和所述放射射 束的形狀中的至少一個(gè)；其中沿著所述軌跡實(shí)現(xiàn)所a射源和所述受體之 間的相對(duì)移動(dòng)包括下列中的一個(gè)或多個(gè)實(shí)現(xiàn)所g射源和所述受體之間 的非平面相對(duì)移動(dòng)；沿著所述軌跡實(shí)現(xiàn)所iiii射源和所述受體之間的連續(xù) 相對(duì)移動(dòng)；實(shí)現(xiàn)所述it射源和所述受體之間的非自交疊的相對(duì)移動(dòng)；其中 所述軌跡的起點(diǎn)和所述軌跡的終點(diǎn)包括所述放射源和所述受體之間的同 一相對(duì)位置，以及實(shí)現(xiàn)所述^L射源和所述受體之間的另外的非自交疊的相 對(duì)移動(dòng)；以及移動(dòng)放射供給裝置的多個(gè)運(yùn)動(dòng)軸。
52. 根據(jù)權(quán)利要求51所述的方法，其中確定所述放射供給計(jì)劃 包括沿著所述軌跡規(guī)定多個(gè)控制點(diǎn)；規(guī)定一組一個(gè)或多個(gè)優(yōu)化目標(biāo)，所述組一個(gè)或多個(gè)優(yōu)化目標(biāo)包括 所述受體中的期望的劑量分布；相對(duì)于所述組一個(gè)或多個(gè)優(yōu)化目標(biāo)并且受一個(gè)或多個(gè)初始優(yōu)化 約束的制約，以迭代方式對(duì)仿真劑量分布進(jìn)行優(yōu)化，以確定與所述控 制點(diǎn)中的每個(gè)控制點(diǎn)關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)放射供給參數(shù)；至少部分基于與所述控制點(diǎn)中的每個(gè)控制點(diǎn)關(guān)聯(lián)的所述一個(gè)或 多個(gè)確定的參數(shù)，規(guī)定所皿射供給計(jì)劃。
53. —種用于計(jì)劃向受體內(nèi)的靶區(qū)供給^L射劑量的方法，所述方法包括規(guī)定一組一個(gè)或多個(gè)優(yōu)化目標(biāo)，所述組一個(gè)或多個(gè)優(yōu)化目標(biāo)包括所述 受體中的期望的劑量分布；規(guī)定放射源和所述受體之間的相對(duì)移動(dòng)的初始軌跡和沿著所述初始 軌跡的初始多個(gè)控制點(diǎn)；相對(duì)于所述組一個(gè)或多個(gè)優(yōu)化目標(biāo)并且受一個(gè)或多個(gè)初始優(yōu)化約束 的制約，以迭代方式對(duì)仿真劑量分布進(jìn)行優(yōu)化，以確定與所述控制點(diǎn)中的 每個(gè)控制點(diǎn)關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)放射供給參數(shù)。其中所述一個(gè)或多個(gè)放射供給參數(shù)包括所述放射源相對(duì)于所述受體 的位置，并且其中以迭代方式對(duì)所述仿真劑量分布進(jìn)行優(yōu)化包括基于所述 放射供給參數(shù)，規(guī)定所射源和所述受體之間的相對(duì)移動(dòng)的優(yōu)化的軌 跡。
54. —種用于計(jì)劃向受體內(nèi)的靶區(qū)供給放射劑量的方法，所述方 法包括規(guī)定一組一個(gè)或多個(gè)優(yōu)化目標(biāo)，所述組一個(gè)或多個(gè)優(yōu)化目標(biāo)包括所述 受體中的期望的劑量分布；規(guī)定放射源和所述受體之間的相對(duì)移動(dòng)的軌跡和沿著所述軌跡的多 個(gè)控制點(diǎn)；相對(duì)于所述組一個(gè)或多個(gè)優(yōu)化目標(biāo)并且受一個(gè)或多個(gè)初始優(yōu)化約束 的制約，以迭代方式對(duì)仿真劑量分布進(jìn)行優(yōu)化，以確定與所述控制點(diǎn)中的 每個(gè)控制點(diǎn)關(guān)聯(lián)的 一個(gè)或多個(gè)放射供給參數(shù)；其中以迭代方式對(duì)所述仿真劑量分布進(jìn)行優(yōu)化以確定與所述控制點(diǎn) 中的每個(gè)控制點(diǎn)關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)放射供給參數(shù)包括通過下列步驟針對(duì) 至少一個(gè)特定的控制點(diǎn)來仿真劑量貢獻(xiàn)將射束形狀的孔的橫截面區(qū)域劃分成多個(gè)二維射束元；以及仿真所述多個(gè)二維射束元中的每個(gè)二維射束元的劑量分布貢獻(xiàn)； 其中所述多個(gè)二維射束元中的至少兩個(gè)二維射束元具有不同的尺寸。
55. 根據(jù)權(quán)利要求54所述的方法，其中所述多個(gè)二維射束元中的 至少兩個(gè)二維射束元具有不同的形狀。
56. —種用于計(jì)劃向受體內(nèi)的靶區(qū)供給放射劑量的方法，所述方法包括規(guī)定一組一個(gè)或多個(gè)優(yōu)化目標(biāo)，所述組一個(gè)或多個(gè)優(yōu)化目標(biāo)包括所述 受體中的期望的劑量分布；規(guī)定沿著軌跡的多個(gè)控制點(diǎn)，所述軌跡包括放射源和所述受體之間的 相對(duì)移動(dòng)；相對(duì)于所述組一個(gè)或多個(gè)優(yōu)化目標(biāo)，以迭代方式對(duì)仿真劑量分布進(jìn)行 優(yōu)化，以確定與所述多個(gè)控制點(diǎn)中的每個(gè)控制點(diǎn)關(guān)聯(lián)的 一個(gè)或多個(gè)放射供 給M;以及當(dāng)達(dá)到一個(gè)或多個(gè)約束增加條件時(shí)，向所述迭代優(yōu)化添加一個(gè)或多個(gè) 優(yōu)化約束，以便受所述一個(gè)或多個(gè)優(yōu)化約束的制約來確定與所述多個(gè)控制 點(diǎn)中的每個(gè)控制點(diǎn)關(guān)聯(lián)的 一個(gè)或多個(gè)放射供給參數(shù)。
57. —種用于向受體內(nèi)的靶區(qū)供給;ai射劑量的方法，所述方法包括 規(guī)定治療放射源和所述受體之間的相對(duì)移動(dòng)的軌跡； 確定it射供給計(jì)劃；在沿著所述軌跡實(shí)現(xiàn)所述治療放射源和所述受體之間的相對(duì)移動(dòng)的 同時(shí)根據(jù)所g射供給計(jì)劃，從所述治療放射源向所述受體供給治療放射 射束，以便實(shí)現(xiàn)所述受體上的劑量分布，其中從所述治療放射源向所述受 體供給所述治療放射射束包括在至少一部分所述軌跡上，改變所述治療放 射射束的強(qiáng)度和治療放射射束的形狀中的至少一個(gè)；在沿著所述軌跡的多個(gè)位置，獲得所述靶區(qū)的二維投影影像。
58. 根據(jù)權(quán)利要求57所述的方法，其中獲得二維投影影像包括 對(duì)于每個(gè)投影影像，將成像放射射束導(dǎo)向所述受體并感測透過所述受 體的成傳放射。
59. 根據(jù)權(quán)利要求58所述的方法，其中所述成像放射射束由所 述治療放射源生成。
60. 根據(jù)權(quán)利要求58-59中的任一項(xiàng)所述的方法，其中將成像 放射射束導(dǎo)向所述受體并從所述治療放射源向所述受體供給所述治 療放射射束包括對(duì)所述成像放射射束和所述治療放射射束進(jìn)行時(shí)分 復(fù)用。
61. —種用于向受體內(nèi)的靶區(qū)供給放射劑量的方法，所述方法包括: 規(guī)定放射源和所述受體之間的相對(duì)移動(dòng)的軌跡； 確定放射供給計(jì)劃；感測所述受體的位置狀態(tài)；在實(shí)現(xiàn)所itit射源和所述受體之間的相對(duì)移動(dòng)的同時(shí)，根據(jù)所iiii射 供給計(jì)劃，從所述放射源向所述受體供給放射射束，以便實(shí)現(xiàn)所述受體上 的劑量分布，其中從所述放射源向所述受體供給所述放射射束包括在至少一部分所述軌跡上，改變所述^t射射束的強(qiáng)度和所述治療 放射射束的形狀中的至少一個(gè)；當(dāng)感測到所述受體的位置超出了可接受的范圍時(shí)，將所M射射 束的供^激勵(lì)；以及當(dāng)感測到所述受體的位置在所述可接收的范圍內(nèi)時(shí)，重新激勵(lì)所 ii^t射射束的供給。
62. 根據(jù)權(quán)利要求61所述的方法，其中沿著所述軌跡實(shí)現(xiàn)所述^L射 源和所述受體之間的相對(duì)移動(dòng)包括當(dāng)感測到所述受體的位置超出了所述可接受的范圍時(shí)，將所^ii射源 和所述受體之間的相對(duì)移動(dòng)去激勵(lì)；以及當(dāng)感測到所述受體的位置在所述所述可接收的范圍內(nèi)時(shí)，重新激勵(lì)所 ^t射源和所述受體之間的相對(duì)移動(dòng)。
63. —種用于向受體內(nèi)的靶區(qū)供給放射劑量的方法，所述方法包括 規(guī)定放射源和所述受體之間的相對(duì)移動(dòng)的軌跡； 確定放射供給計(jì)劃；感測所述受體的位置狀態(tài)；在沿著所述軌跡實(shí)現(xiàn)所M射源和所述受體之間的相對(duì)移動(dòng)的同時(shí)， 根據(jù)所a射供給計(jì)劃，從所itit射源向所述受體供給放射射束，以便實(shí) 現(xiàn)所述受體上的劑量分布，其中從所述放射源向所述受體供給所述放射射 束包括在至少一部分所述軌跡上，改變所M射射束的強(qiáng)度和所述治療 放射射束的形狀中的至少一個(gè)；當(dāng)感測到所述受體的位置超出了可接受的范圍時(shí)，將所idii射射 束的供給去激勵(lì)；以及當(dāng)感測到所述受體的位置在所述可接收的范圍內(nèi)時(shí)，重新激勵(lì)所 ^i:射射束的供給；以及在沿著所述軌跡實(shí)現(xiàn)所a射源和所述受體之間的相對(duì)移動(dòng)的同時(shí)， 在沿著所述軌跡的多個(gè)位置獲得所述靼區(qū)的二維投影影像。
64. —種包括計(jì)算機(jī)可讀指令的程序產(chǎn)品，所述計(jì)算機(jī)可讀指令在由 處理器執(zhí)行時(shí)，使所述處理器執(zhí)行用于計(jì)劃向受體內(nèi)的靶區(qū)供給放射劑量 的方法，所述方法包括規(guī)定一組一個(gè)或多個(gè)優(yōu)化目標(biāo)，所述組一個(gè)或多個(gè)優(yōu)化目標(biāo)包括 所述受體中的期望的劑量分布；規(guī)定沿著初始軌跡的初始多個(gè)控制點(diǎn)，所述初始軌跡包括放射源 和所述受體之間的相對(duì)移動(dòng)；相對(duì)于所述組一個(gè)或多個(gè)優(yōu)化目標(biāo)，以迭代方式對(duì)仿真劑量分布 進(jìn)行優(yōu)化，以確定與所述初始多個(gè)控制點(diǎn)中的每個(gè)控制點(diǎn)關(guān)聯(lián)的一個(gè) 或多個(gè)放射供給參數(shù)；以及當(dāng)達(dá)到 一個(gè)或多個(gè)初始終止條件時(shí)增加一個(gè)或多個(gè)另外的控制點(diǎn)以獲得增加的多個(gè)控制點(diǎn)；相對(duì)于所述組優(yōu)化目標(biāo)，以迭代方式對(duì)所述仿真劑量分布進(jìn) 行優(yōu)化，以確定與所述增加的多個(gè)控制點(diǎn)中的每個(gè)控制點(diǎn)關(guān)聯(lián)的一個(gè) 或多個(gè)放射供給參數(shù)。
65. —種包括計(jì)算機(jī)可讀指令的程序產(chǎn)品，所述計(jì)算機(jī)可讀指令在 由處理器執(zhí)行時(shí)，使所述處理器執(zhí)行用于計(jì)劃向受體內(nèi)的靶區(qū)供給放射劑 量的方法，所述方法包括規(guī)定一組一個(gè)或多個(gè)優(yōu)化目標(biāo)，所述組一個(gè)或多個(gè)優(yōu)化目標(biāo)包括 所述受體中的期望的劑量分布；規(guī)定放射源和所述受體之間的相對(duì)移動(dòng)的初始軌跡和沿著所述初始 軌跡的初始多個(gè)控制點(diǎn)；相對(duì)于所述組一個(gè)或多個(gè)優(yōu)化目標(biāo)并且受一個(gè)或多個(gè)初始優(yōu)化 約束的制約，以迭代方式對(duì)仿真劑量分布進(jìn)行優(yōu)化，以確定與所述控制點(diǎn)中的每個(gè)控制點(diǎn)關(guān)聯(lián)的 一個(gè)或多個(gè)放射供給參數(shù)；其中所述一個(gè)或多個(gè)放射供給參數(shù)包括所述放射源相對(duì)于所述受體 的位置，并且其中以迭代方式對(duì)所述仿真劑量分布進(jìn)行優(yōu)化包括基于所述 放射供給參,定所i^t射源和所述受體之間的相對(duì)移動(dòng)的優(yōu)化的軌跡。
66. —種包括計(jì)算機(jī)可讀指令的程序產(chǎn)品，所述計(jì)算機(jī)可讀指令在由 處理器執(zhí)行時(shí)，使所述處理器執(zhí)行用于計(jì)劃向受體內(nèi)的靶區(qū)供給放射劑量 的方法，所述方法包括規(guī)定一組一個(gè)或多個(gè)優(yōu)化目標(biāo)，所述組一個(gè)或多個(gè)優(yōu)化目標(biāo)包括 所述受體中的期望的劑量分布；規(guī)定放射源和所述受體之間的相對(duì)移動(dòng)的軌跡和沿著所述軌跡的多個(gè)控制點(diǎn)；相對(duì)于所述組一個(gè)或多個(gè)優(yōu)化目標(biāo)并且受一個(gè)或多個(gè)初始優(yōu)化 約束的制約，以迭代方式對(duì)仿真劑量分布進(jìn)行優(yōu)化，以確定與所述控 制點(diǎn)中的每個(gè)控制點(diǎn)關(guān)聯(lián)的 一個(gè)或多個(gè)放射供給參數(shù)；其中以迭代方式對(duì)所述仿真劑量分布進(jìn)行優(yōu)化以確定與所述控制點(diǎn) 中的每個(gè)控制點(diǎn)關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)放射供給參數(shù)包括通過下列步驟針對(duì) 至少一個(gè)特定的控制點(diǎn)來仿真劑量貢獻(xiàn)將射束形狀的孔的橫截面區(qū)域劃分成多個(gè)二維射束元；以及仿真所述多個(gè)二維射束元中的每個(gè)二維射束元的劑量分布貢獻(xiàn)；其中所述多個(gè)二維射束元中的至少兩個(gè)二維射束元具有不同的尺寸。
全文摘要
本發(fā)明提供了用于計(jì)劃和供給放射治療的方法和裝置，其特征包括在向受體供給放射的同時(shí)相對(duì)于受體沿著軌跡移動(dòng)放射源。在一些實(shí)施例中，放射源沿著軌跡連續(xù)移動(dòng)，而在一些實(shí)施例中，放射源間歇移動(dòng)。一些實(shí)施例包括對(duì)放射供給計(jì)劃進(jìn)行優(yōu)化以滿足優(yōu)化目標(biāo)，同時(shí)滿足若干約束。對(duì)于沿著軌跡的若干控制點(diǎn)中的每個(gè)控制點(diǎn)，放射供給計(jì)劃可包括一組運(yùn)動(dòng)軸參數(shù)、一組射束形狀參數(shù)以及射束強(qiáng)度。
文檔編號(hào)A61N5/01GK101247852SQ200680031048
公開日2008年8月20日 申請(qǐng)日期2006年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月25日
發(fā)明者卡爾·奧托 申請(qǐng)人:卡爾·奧托