專(zhuān)利名稱(chēng)：治療計(jì)劃的順序優(yōu)化的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例總體涉及輻射治療計(jì)劃，更具體地，涉及順序地優(yōu)化輻射治療計(jì)劃。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的輻射外科系統(tǒng)在輻射治療(例如，輻射外科或輻射療法)期間使用正向治療計(jì)劃或逆向治療計(jì)劃來(lái)處理病理解剖(例如，腫瘤、病灶、血管畸形、神經(jīng)紊亂等)。在正向治療期間，醫(yī)學(xué)物理師確定如何設(shè)置輻射源(束)來(lái)將期望的輻射劑量施加到腫瘤，然后計(jì)算臨界結(jié)構(gòu)(即，重要器官)和其它健康組織將吸收多少輻射。在逆向治療計(jì)劃中，與正向計(jì)劃形成對(duì)比，醫(yī)學(xué)物理師單獨(dú)指定輻射到腫瘤的最小劑量和最大劑量以及輻射到其它健康組織的最大劑量，然后治療計(jì)劃系統(tǒng)選擇方向、尺寸、總數(shù)，并且有時(shí)選擇輻射源的射束能量，從而實(shí)現(xiàn)指定的劑量條件。傳統(tǒng)的治療計(jì)劃系統(tǒng)設(shè)計(jì)成從診斷成像源，例如計(jì)算機(jī)化X射線斷層攝影技術(shù)(CT)掃描，輸入3-D圖像。CT掃描提供從收集的CT切片生成的目標(biāo)體積(例如，頭顱或身體其它荷瘤部分)的準(zhǔn)確的三維模型，并且需要治療的體積藉此在三維可視化。所述VOI通常以體素(體積元素)表示，類(lèi)似于二維圖像中的像素。在逆向計(jì)劃期間，一旦軟件包輸出了 CT掃描，醫(yī)學(xué)物理師手動(dòng)描繪該CT中目標(biāo)體積(VOI)的大小，來(lái)關(guān)于受控的輻射劑量描繪將要針對(duì)的或避免的結(jié)構(gòu)。那就是，輻射源射束按照一個(gè)順序定位，計(jì)算該順序來(lái)將輻射劑量定位在盡可能接近需要治療的靶VOI中， 而避免照射附近的健康組織。一旦限定了靶(例如，腫瘤)νοι，并且指定了臨界組織和軟組織，負(fù)責(zé)的輻射腫瘤師或醫(yī)學(xué)物理師指定到靶VOI的最小輻射劑量和最大輻射劑量，以及正常組織和重要健康組織的最大劑量。然后所述軟件生成一個(gè)逆向治療計(jì)劃，依賴(lài)于所述輻射治療系統(tǒng)的定位性能，來(lái)盡可能接近所述治療計(jì)劃的最小/最大劑量約束。

圖1為治療計(jì)劃系統(tǒng)顯示CT圖像切片的圖形輸出的概念圖。CT圖像的圖解包括針對(duì)治療的病理解剖，以及位于該病理解剖附近的臨界區(qū)。傳統(tǒng)地，用戶(hù)在顯示器上描繪點(diǎn)(例如，在圖1的輪廓線上的一些圓點(diǎn))，治療計(jì)劃系統(tǒng)用這些點(diǎn)來(lái)生成圍繞臨界區(qū)的輪廓和圍繞所述病理解剖的靶區(qū)的輪廓。基于到靶區(qū)的指定的最小劑量和最大劑量以及到臨界區(qū)的最大劑量，治療計(jì)劃系統(tǒng)為所述靶區(qū)生成劑量等量線(例如，連接等劑量點(diǎn)的線， 以絕對(duì)單位表達(dá)，例如，40Gy，50Gy等，或者最大劑量的百分比或用戶(hù)定義的劑量的百分比， 例如，60 %，70 %，80 %等)。理論上，傳送到靶的期望劑量的等值線應(yīng)當(dāng)完美地匹配靶區(qū)的輪廓。在有些病例中，治療計(jì)劃系統(tǒng)生成的劑量等值線不是最優(yōu)的，并且可能包括部分臨界區(qū)，如圖1所示。輻射治療系統(tǒng)的兩個(gè)主要要求是劑量適形性，和其次，均勻性。均勻性是輻射劑量在靶(例如，例如腫瘤、病灶、血管畸形等病理解剖)體積上的均一性，并且能夠以劑量體積
8直方圖(DVH)為特征。病理解剖的理想DVH經(jīng)?？紤]為如圖2所示的矩形函數(shù)，其中劑量是在病理解剖的整個(gè)體積上的處方的劑量的100%。臨界區(qū)期望的DVH具有圖3圖示的曲線，其中臨界解剖結(jié)構(gòu)的體積盡可能少地接收處方劑量。為了最小化對(duì)鄰近臨界結(jié)構(gòu)的損害，適形性是輻射劑量分布的期望劑量等值線匹配(符合)靶(例如，腫瘤)的形狀和大小的程度。更具體地，適形性是處方(Rx)劑量數(shù) (使用的劑量數(shù))在靶VOI內(nèi)的劑量。適形性可使用適形性系數(shù)(Cl)=(總體積中> = Rx的劑量)/(靶體積中>=Rx的劑量)來(lái)劑量。完美的適形性結(jié)果為CI = 1。通常治療計(jì)劃過(guò)程需要用戶(hù)使用治療計(jì)劃軟件程序來(lái)完成很多治療計(jì)劃目標(biāo)，如靶會(huì)聚、劑量分布的適形性和均勻性、治療時(shí)間等。為了優(yōu)化治療計(jì)劃，傳統(tǒng)的治療計(jì)劃軟件程序?qū)⒍鄠€(gè)治療計(jì)劃目標(biāo)集合在單個(gè)數(shù)學(xué)成本函數(shù)中，并且優(yōu)化整個(gè)成本函數(shù)。通過(guò)優(yōu)化單個(gè)成本函數(shù)，所述治療計(jì)劃軟件程序同時(shí)地且共同地一起優(yōu)化多個(gè)治療計(jì)劃目標(biāo)。在一個(gè)使一個(gè)治療計(jì)劃目標(biāo)優(yōu)先于另一個(gè)的治療計(jì)劃目標(biāo)的傳統(tǒng)的方法中，用戶(hù)為每個(gè)治療計(jì)劃目標(biāo)指定權(quán)重因子。然而，因?yàn)槭峭瑫r(shí)地且共同地優(yōu)化目標(biāo)，對(duì)多個(gè)治療計(jì)劃目標(biāo)之間的結(jié)果折衷方案控制時(shí)有限的。此外，因?yàn)槭峭瑫r(shí)地且共同地優(yōu)化目標(biāo)，用戶(hù)可能不得不運(yùn)行這個(gè)共同優(yōu)化過(guò)程很多次，在每個(gè)優(yōu)化迭代之后評(píng)估治療計(jì)劃，并且手動(dòng)修改參數(shù)，例如權(quán)重因子或劑量約束，試圖改善優(yōu)化。這種手動(dòng)的和重復(fù)的優(yōu)化過(guò)程需要時(shí)間和用戶(hù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)改變治療計(jì)劃參數(shù)以改善優(yōu)化過(guò)程。此外，因?yàn)橹委熡?jì)劃因患者到患者的變化而變化，以及因治療區(qū)到治療區(qū)(例如，顱內(nèi)到肺臟)的變化而變化，所述治療計(jì)劃系統(tǒng)需要用戶(hù)在整個(gè)治療計(jì)劃過(guò)程中為每個(gè)不同的治療計(jì)劃手動(dòng)輸入?yún)?shù)。這種手動(dòng)過(guò)程需要時(shí)間，可能導(dǎo)致次于最優(yōu)治療計(jì)劃，并且有導(dǎo)致用戶(hù)輸入錯(cuò)誤的可能。附圖簡(jiǎn)述本發(fā)明在附圖的圖形中是以示例方式圖示，而非以限制方式圖示。圖1為治療計(jì)劃系統(tǒng)顯示CT圖像的切片的圖形輸出。圖2為病理解剖的理想DVH。圖3為臨界區(qū)的期望DVH。圖4A為輻射治療輸送系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的立體圖。圖4B為生成治療前列腺腫瘤的腳本的方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。圖4C為順序地優(yōu)化多個(gè)輻射治療參數(shù)的方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。圖4D為生成單獨(dú)優(yōu)化步驟的具有有序序列的腳本的方法的另一個(gè)實(shí)施例的流程圖。圖5A圖示了允許用戶(hù)定義絕對(duì)監(jiān)視器單元(MU)約束的用戶(hù)界面的一個(gè)實(shí)施例。圖5B圖示了允許用戶(hù)在優(yōu)化中定義每個(gè)VOI的最大劑量和采樣參數(shù)的用戶(hù)界面的一個(gè)實(shí)施例。圖5C圖示了允許用戶(hù)定義目標(biāo)體積和對(duì)稱(chēng)或非對(duì)稱(chēng)擴(kuò)張邊緣的用戶(hù)界面的一個(gè)實(shí)施例，其中需要?dú)そY(jié)構(gòu)。圖6圖示了允許用戶(hù)定義優(yōu)化步驟的有序序列的一個(gè)實(shí)施例。圖7A圖示了允許用戶(hù)加載存儲(chǔ)的具有單獨(dú)優(yōu)化步驟的序列的腳本的一個(gè)實(shí)施例。圖7B圖示了允許用戶(hù)將加載的腳本中VOI的名稱(chēng)與治療計(jì)劃中出現(xiàn)的VOI名稱(chēng)匹配。圖8為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的示范優(yōu)化步驟的表格。圖9為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的示范目標(biāo)和DVH如何優(yōu)化每個(gè)目標(biāo)的表格。圖10圖示了采樣設(shè)置為每個(gè)射束三個(gè)體素的重要性的一個(gè)實(shí)施例。圖11圖示了可能用于執(zhí)行輻射治療的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例，本發(fā)明的特征將在其中實(shí)施。圖12圖示了治療傳輸系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例。發(fā)明詳述圖4A圖示了輻射治療傳輸系統(tǒng)400，其包括安裝在機(jī)械臂406上的線性加速器 (LINAC) 405(輻射源)，安裝在第二機(jī)械臂(未示出)上的治療床410，圖像探測(cè)器415A和 415B,以及成像源416A和416B。加利福尼亞州森尼維耳市的Accuray公司制造并銷(xiāo)售如圖4A所示的系統(tǒng)。優(yōu)選地，輻射治療傳輸系統(tǒng)400用于實(shí)行輻射治療(例如，輻射外科或輻射療法)，即，治療或破壞患者身上的病灶(例如，腫瘤)。優(yōu)選地，成像源416和探測(cè)器415作為成像制導(dǎo)系統(tǒng)，本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到， 來(lái)提供治療床410(患者在其上)的位置和來(lái)自LINAC 405的輻射射束向患者身上的靶VOI 命中目標(biāo)的控制。優(yōu)選地，機(jī)械臂406具有多(例如，六)自由度，在它的操作包絡(luò)面中具有能夠以幾乎無(wú)限的可能性定位LINAC 405，其中該操作包絡(luò)面描繪成圍繞患者的近似球體。 為了解決各種治療計(jì)劃和碰撞問(wèn)題，優(yōu)選地，該機(jī)械臂406將LINAC 405定位至有限數(shù)量的空間結(jié)點(diǎn)，其中所述LINAC405從該空間結(jié)點(diǎn)可向所述靶VOI發(fā)射輻射射束，并且來(lái)創(chuàng)建指定特定的路徑(已知的安全路徑)，機(jī)械臂406必須遵從在所述空間結(jié)點(diǎn)之間來(lái)避免碰撞。 空間結(jié)點(diǎn)和使這些空間結(jié)點(diǎn)互連的相關(guān)安全路徑的集合稱(chēng)為“工作區(qū)”或“節(jié)點(diǎn)集”。圖4A 圖示了一個(gè)近似球體的工作區(qū)413，包括許多空間結(jié)點(diǎn)414，每個(gè)以“ + ”號(hào)(只標(biāo)出一對(duì)) 代表。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到，工作區(qū)的任何數(shù)目的形狀將被用到。盡管在本描述中使用了具有安裝在機(jī)械臂上的LINAC的系統(tǒng)，本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到此處公開(kāi)的本發(fā)明應(yīng)用于其它類(lèi)型的輻射外科和輻射治療設(shè)備，例如但不限于龍門(mén)式LINAC，例如瓦里安醫(yī)療系統(tǒng)(Varian Medical Systems)制造和銷(xiāo)售的龍門(mén)式LINAC。為了使用輻射治療傳輸系統(tǒng)，例如剛剛所描述的，該系統(tǒng)需要傳輸輻射線到靶VOI 的治療計(jì)劃。本發(fā)明涉及一種順序地優(yōu)化生成輻射治療計(jì)劃的輻射治療計(jì)劃參數(shù)的方法和治療計(jì)劃系統(tǒng)。輻射治療計(jì)劃參數(shù)是輻射治療計(jì)劃的屬性，如以下所述。參數(shù)，就本描述的目的，分為兩類(lèi)，不可優(yōu)化參數(shù)(例如，CT圖像，節(jié)點(diǎn)位置，靶，臨界結(jié)構(gòu)或殼結(jié)構(gòu))，和可優(yōu)化參數(shù)(例如，到臨界結(jié)構(gòu)的平均劑量，適形性，或到臨界結(jié)構(gòu)的最大劑量)。在以下描述中，闡述了許多具體細(xì)節(jié)，例如特別的系統(tǒng)、元件、方法等的例子。但是要理解，即使沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)也可實(shí)施這些實(shí)施例。在其它情況下，沒(méi)有詳細(xì)論述公知的元件、規(guī)范和協(xié)議， 以免影響對(duì)本發(fā)明的理解。與以上所述的傳統(tǒng)的優(yōu)化過(guò)程不同，其中多個(gè)治療計(jì)劃目標(biāo)組合在一起并且在單個(gè)成本函數(shù)中優(yōu)化，此處描述的實(shí)施例將多個(gè)治療計(jì)劃目標(biāo)順序地優(yōu)化成有序序列的單獨(dú)的優(yōu)化步驟。為實(shí)現(xiàn)本描述的目的，治療計(jì)劃目標(biāo)包括三件事情(i)可優(yōu)化的參數(shù)(以下更詳細(xì)地描述)；(ii)優(yōu)化說(shuō)明(優(yōu)化指導(dǎo))；以及(iii)目標(biāo)值(以下更詳細(xì)地描述)。 在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)適用于單個(gè)可優(yōu)化參數(shù)的線性編程算法的方式優(yōu)化每個(gè)治療計(jì)劃目標(biāo)。所述優(yōu)化過(guò)程包括以有序序列優(yōu)化每個(gè)治療計(jì)劃目標(biāo)，而服從涉及其它計(jì)劃參數(shù)值 (這些約束可用于整個(gè)優(yōu)化過(guò)程，或可能涉及通過(guò)先前的優(yōu)化步驟獲得的其它參數(shù)值)的約束。所述線性編程優(yōu)化包括，例如而不是限制，執(zhí)行順序地優(yōu)化的單純形算法，或，本領(lǐng)域技術(shù)人員公認(rèn)的，各種各樣可能用來(lái)執(zhí)行所述順序地優(yōu)化的算法。例如，附加的優(yōu)化目標(biāo)或步驟，它們可能沒(méi)有使用線性編程算法來(lái)有效優(yōu)化，可使用跟其它類(lèi)型的優(yōu)化算法。示范的治療計(jì)劃目標(biāo)包括，不是限制，最大化由定義的劑量水平會(huì)聚的靶體積，試圖減小傳輸?shù)脚R界結(jié)構(gòu)(例如，健康組織、器官、骨結(jié)構(gòu))的最大劑量或平均劑量，試圖將傳輸?shù)目侻U減小到目標(biāo)值，試圖將靶體積劑量適形性增加到目標(biāo)值，以及試圖將圍繞靶體積的劑量分布均勻性增加到目標(biāo)值。每個(gè)這些治療計(jì)劃目標(biāo)都有一個(gè)相關(guān)的可優(yōu)化計(jì)劃參數(shù) (例如，到膀胱的最大劑量)，一個(gè)優(yōu)化指導(dǎo)(例如，最小化)和一個(gè)目標(biāo)值(例如，5Gy)?；蛘?，其它類(lèi)型的治療計(jì)劃目標(biāo)可使用順序地優(yōu)化步驟來(lái)完成。在此方式中，分開(kāi)地并且依序優(yōu)化每個(gè)可優(yōu)化參數(shù)。所述有序序列的優(yōu)化步驟，此處還指一個(gè)腳本，可通過(guò)用戶(hù)優(yōu)先治療計(jì)劃目標(biāo)來(lái)定義，而不是在傳統(tǒng)的單個(gè)成本函數(shù)中為每個(gè)目標(biāo)手動(dòng)定義權(quán)重因子。使用此處描述的確定的實(shí)施例，用戶(hù)的臨床經(jīng)驗(yàn)可直接應(yīng)用于治療計(jì)劃問(wèn)題，例如，通過(guò)順序地優(yōu)化在用戶(hù)創(chuàng)建的優(yōu)先順序中的治療計(jì)劃目標(biāo)?；蛘?，用戶(hù)可使用在先保存的已經(jīng)具有特別治療的期望的有序序列腳本，例如，治療前列腺的腳本，所述腳本可能還包括任何或所有的治療計(jì)劃目標(biāo)和約束。在這樣一個(gè)實(shí)施例中，為了用戶(hù)化特別門(mén)診的腳本，給與用戶(hù)修改該目標(biāo)和約束的能力。在一個(gè)實(shí)施例中，治療計(jì)劃系統(tǒng)(TPS)在順序地優(yōu)化期間將每個(gè)優(yōu)化步驟的結(jié)果作為附加約束應(yīng)用到下一個(gè)優(yōu)化步驟，如以下進(jìn)一步所解釋的。在這個(gè)方式中，每一步優(yōu)化的治療計(jì)劃參數(shù)不能降級(jí)為后續(xù)優(yōu)化的步驟的結(jié)果；盡管，本發(fā)明實(shí)施例確實(shí)允許后續(xù)優(yōu)化步驟最多通過(guò)預(yù)設(shè)量改變?cè)谙鹊膬?yōu)化治療計(jì)劃參數(shù)。此外，與以上所述的傳統(tǒng)的優(yōu)化過(guò)程不同，其中用戶(hù)在整個(gè)治療計(jì)劃過(guò)程中為每個(gè)不同的治療計(jì)劃手動(dòng)輸入?yún)?shù)，本發(fā)明的實(shí)施例從記憶體中提取腳本，具有通過(guò)執(zhí)行腳本自動(dòng)生成優(yōu)化治療計(jì)劃的能力。用戶(hù)可能具有修改腳本參數(shù)的能力，為特別門(mén)診而使它用戶(hù)化。腳本是有序序列的優(yōu)化步驟或目標(biāo)，或包括一個(gè)或更大能被所述TPS以有序序列存儲(chǔ)、加載、和/或提取、和執(zhí)行/優(yōu)化的參數(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。該腳本可能還包括其它不可優(yōu)化參數(shù)和/或其它用戶(hù)輸入，例如如下所述在每個(gè)順序地優(yōu)化過(guò)程期間必須被遵循的絕對(duì)約束。在一個(gè)實(shí)施例中，所述TPS輸入存儲(chǔ)的腳本并且自動(dòng)執(zhí)行生成優(yōu)化治療計(jì)劃的腳本。 在另一個(gè)實(shí)施例中，所述TPS輸入存儲(chǔ)的腳本，并且如果需要的話允許用戶(hù)檢查并編輯存儲(chǔ)的腳本。本領(lǐng)域普通的一個(gè)技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到，修改的腳本也可以存儲(chǔ)于TPS的記憶體， 或者外部存儲(chǔ)設(shè)備。如所述的，所述TPS還可包括用戶(hù)可訪問(wèn)的預(yù)先創(chuàng)建的腳本。例如，用戶(hù)可以加載不可優(yōu)化參數(shù)(例如，CT圖像，CT圖像中的輪廓V0I)和加載存儲(chǔ)的腳本來(lái)執(zhí)行或順序地優(yōu)化來(lái)生成具有最小用戶(hù)輸入的優(yōu)化治療計(jì)劃。存儲(chǔ)的腳本可自動(dòng)執(zhí)行，并且在執(zhí)行前可被用戶(hù)修改。不論是否對(duì)存儲(chǔ)的腳本進(jìn)行了修改，使用存儲(chǔ)的腳本建立治療計(jì)劃比傳統(tǒng)的方法花費(fèi)更少時(shí)間，并且比用戶(hù)輸入錯(cuò)誤的可能性更小。例如，存儲(chǔ)的腳本可作為經(jīng)驗(yàn)不足的用戶(hù)的示例，或者作為任何經(jīng)驗(yàn)水平的用戶(hù)的模板。在一個(gè)實(shí)施例中，存儲(chǔ)的腳本可結(jié)合工作流程管理系統(tǒng)的模板使用，例如普遍擁有的專(zhuān)利申請(qǐng)，于2005年9月30日公開(kāi)號(hào)為 2007/0078306A1的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)描述的精靈般的工作流程管理系統(tǒng)，為了所有的目的，它全部并入本文中。所述模板提供一個(gè)或更大預(yù)定義的參數(shù)和可用于解剖的治療的目標(biāo)區(qū)域的設(shè)置(例如，基于過(guò)去成功用于特別的身體部位的治療的參數(shù)和設(shè)置)，然而，存儲(chǔ)的腳本提供有序序列的優(yōu)化步驟和目標(biāo)，它們可被執(zhí)行來(lái)提供使用來(lái)自模板的所述預(yù)定義的參數(shù)和設(shè)置的優(yōu)化的治療計(jì)劃。在一個(gè)實(shí)施例中，將一個(gè)或更大腳本存儲(chǔ)為所述TPS的一個(gè)或更大模板的部分。在用戶(hù)選擇特定的目標(biāo)區(qū)域的特定模板的基礎(chǔ)之上，所述TPS可自動(dòng)加載該區(qū)域預(yù)定義的治療計(jì)劃參數(shù)和設(shè)置，以及對(duì)應(yīng)的腳本。所述TPS可自動(dòng)執(zhí)行腳本來(lái)創(chuàng)建一個(gè)優(yōu)化治療計(jì)劃，或者允許用戶(hù)手動(dòng)修改所述腳本和/或預(yù)定義的治療計(jì)劃參數(shù)來(lái)為特別門(mén)診用戶(hù)化所述腳本。使用精靈用戶(hù)界面和模板，包括存儲(chǔ)的腳本，可提供減少需要用來(lái)完成治療計(jì)劃過(guò)程的時(shí)間、減少用戶(hù)錯(cuò)誤的優(yōu)勢(shì)，并且還可提供一種簡(jiǎn)化所述治療計(jì)劃工作流程中涉及的各種任務(wù)的方法，如共同所有的專(zhuān)利申請(qǐng)所述。圖4B-7B和相應(yīng)的描述提供了一個(gè)優(yōu)化前列腺腫瘤病例的治療計(jì)劃的例子，使用的是圖象制導(dǎo)的機(jī)械化輻射治療系統(tǒng)，例如如上所述的由加利福尼亞州的Accuray公司開(kāi)發(fā)的CYBERKNIFE 系統(tǒng)是一個(gè)例子。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)了解到，此處描述的實(shí)施例可用于優(yōu)化其它靶結(jié)構(gòu)/病灶的治療計(jì)劃，并且可用于其它類(lèi)型的輻射治療系統(tǒng)，例如，龍門(mén)式(等中心)強(qiáng)度調(diào)制輻射(IMRT)系統(tǒng)。為創(chuàng)建一個(gè)優(yōu)化的前列腺腫瘤的輻射治療計(jì)劃，所述TPS可從診斷成像系統(tǒng)輸入一個(gè)或更大三維圖象，并且可選擇地從不同的成像形式一個(gè)個(gè)地結(jié)合兩個(gè)或更多圖象，以使需要治療的體積三維可視化。在治療期間，可使用所述的TPS來(lái)為需要瞄準(zhǔn)或避免的一個(gè)或更大VOI生成輪廓，例如計(jì)劃靶體積(PTV)，所述前列腺、膀胱、直腸、陰莖球和PVT殼結(jié)構(gòu)。殼結(jié)構(gòu)可用于治療計(jì)劃的一部分來(lái)影響劑量分布。例如，但不限于，基于對(duì)稱(chēng)或非對(duì)稱(chēng)擴(kuò)張的靶體積自動(dòng)生成圍繞所述靶體積的殼結(jié)構(gòu)。殼結(jié)構(gòu)為生成來(lái)抑制傳輸?shù)剿霭畜w積周?chē)恼＝M織的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，并且和最大劑量約束一起可用于控制所述靶體積周?chē)膭┝糠植嫉木鶆蛐浴＠?，施加于靠近靶體積(邊界余量為1到5mm)附近生成的殼結(jié)構(gòu)的最大劑量約束可控制處方等劑量的適形性，并且施加于遠(yuǎn)離靶體積(邊界余量為10到30mm或更大)生成的殼結(jié)構(gòu)的最大劑量約束將控制圍繞靶體積的低劑量的延伸?？蓪⑺鰵そY(jié)構(gòu)的靶體積和邊界余量保存為后續(xù)優(yōu)化的腳本。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)加載包括殼結(jié)構(gòu)的腳本， 所述殼結(jié)構(gòu)自動(dòng)生成。或者，所述殼結(jié)構(gòu)可手動(dòng)生成。當(dāng)用戶(hù)或者TPS生成一個(gè)或更大VOI 的輪廓后，上所述TPS執(zhí)行逆向計(jì)劃來(lái)優(yōu)化所述輻射治療計(jì)劃，如以下的實(shí)施例所述。輻射治療計(jì)劃包括很多不同的屬性，包括但不限于指向解剖區(qū)域(例如，患者的前列腺區(qū)域)的一組輻射射束；每個(gè)輻射射束的射束參數(shù)；如，例如，射束位置(例如，節(jié)點(diǎn))，射束方向，射束強(qiáng)度，射束持續(xù)時(shí)間或等價(jià)地許多監(jiān)視器單元(MU)，視野尺寸；不可優(yōu)化參數(shù)，如V0I，CT圖像等；和可優(yōu)化參數(shù)，如適形性，均勻性，臨界結(jié)構(gòu)的最大劑量等。輻射治療計(jì)劃參數(shù)為代表物理的和有形的物體的特征的數(shù)據(jù)。例如但不限于，通過(guò)輻射射束施加于解剖區(qū)域的輻射。有些治療計(jì)劃參數(shù)是可優(yōu)化的，例如，一個(gè)可優(yōu)化參數(shù)是所有輻射射束的MU的總數(shù)，另一個(gè)可優(yōu)化參數(shù)是不在所述輻射射束照射解剖區(qū)域中的目標(biāo)區(qū)域(例如，前列腺，直腸，或膀胱)所接收的輻射的最大劑量或最小劑量。當(dāng)在TPS 上操作時(shí)，將原始數(shù)據(jù)變換為所述輻射射束的射束參數(shù)的值，照射到患者的解剖區(qū)域的輻射射束成為有形的和物理的物體。例如，所述TPS將原始數(shù)據(jù)變換為許多個(gè)輻射射束、射束位置、射束方向、射束強(qiáng)度、射束持續(xù)時(shí)間和每個(gè)輻射射束的視野尺寸的量。這些變換的值代表一組一個(gè)或多個(gè)照射到輻射治療的患者的解剖區(qū)域的輻射射束(此處指優(yōu)化的治療計(jì)劃)的配置。圖4B為生成治療前列腺腫瘤的腳本的方法420的一個(gè)示范實(shí)施例的流程圖，所述方法420由處理邏輯執(zhí)行，該處理邏輯包括硬件(電路、專(zhuān)用邏輯等)、軟件(如運(yùn)行在通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或?qū)Ｓ脵C(jī)器上的)、固件(如嵌入軟件)，或它們的組合。為了便利但不限于，處理邏輯以下指所述TPS。在一個(gè)實(shí)施例中，所述方法420由治療計(jì)劃系統(tǒng)的處理設(shè)備(例如圖11的處理裝置3010)執(zhí)行。—般地，在前列腺病例中，初始治療計(jì)劃目標(biāo)是優(yōu)化所述PTV(例如，與前列腺有關(guān)的靶體積)的劑量適形性。值得注意的是，所述治療計(jì)劃目標(biāo)或多或少包括此處所述的優(yōu)化步驟例如，在前列腺病例中，受益于本公開(kāi)的本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到需要最小化平均劑量或約束副體積的劑量。使用一系列優(yōu)化步驟順序地優(yōu)化治療計(jì)劃參數(shù)(例如，照射到靶結(jié)構(gòu)或臨界結(jié)構(gòu)的最大劑量或最小劑量)來(lái)實(shí)現(xiàn)每個(gè)治療計(jì)劃目標(biāo)每個(gè)治療計(jì)劃目標(biāo)。在每個(gè)優(yōu)化步驟中，用戶(hù)可以為治療計(jì)劃參數(shù)建立可接受的優(yōu)化值，例如目標(biāo)值(以下進(jìn)一步討論)，或者空出，表示所述TPS需要嘗試實(shí)現(xiàn)治療計(jì)劃參數(shù)的優(yōu)化值(以下進(jìn)一步討論)。為了使所述治療計(jì)劃目標(biāo)優(yōu)先，所述TPS在本實(shí)施例中基于用戶(hù)輸入生成腳本，該腳本中的每個(gè)優(yōu)化步驟對(duì)應(yīng)于一個(gè)優(yōu)化治療目標(biāo)。響應(yīng)于用戶(hù)輸入，所述TPS以用戶(hù)定義的或所述TPS生成的較佳的順序序列生成(塊422-430)并執(zhí)行(塊43 —系列優(yōu)化步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)所述治療計(jì)劃目標(biāo)第一優(yōu)化步驟(優(yōu)化最小劑量(OMI)，塊42 ，將極可能低于或等于的第一目標(biāo)值(例如，38Gy)的最小劑量傳遞到所述PTV;第二優(yōu)化步驟(適形性(優(yōu)化適形性0ΗΙ)，塊424)，將極可能低于或等于的第二目標(biāo)值的平均劑量傳遞到所述PTV，藉此最大化適形性；第三優(yōu)化步驟(優(yōu)化平均劑量(OME)，塊426)，嘗試將輻射到直腸的平均劑量減小的第三目標(biāo)值；第四優(yōu)化步驟(優(yōu)化最大劑量(OME)，塊428)，嘗試將輻射到膀胱的平均劑量減小的第四目標(biāo)值；以及第五優(yōu)化步驟(優(yōu)化監(jiān)視器(OMU)，塊430)，最小化傳遞的MU的總數(shù)。在另一個(gè)實(shí)施例中，另一個(gè)優(yōu)化步驟嘗試將輻射到尿道的最大劑量或最小劑量減小到指定的目標(biāo)值。一旦生成了腳本的優(yōu)化步驟，所述TPS單獨(dú)地并且有序地執(zhí)行所述腳本的每個(gè)優(yōu)化步驟來(lái)生成優(yōu)化治療計(jì)劃?？梢哉J(rèn)識(shí)到的是，在所述優(yōu)化步驟期間使用的所述治療計(jì)劃參數(shù)可由用戶(hù)提供、從存儲(chǔ)器獲取或者通過(guò)兩者獲取，所述TPS可優(yōu)化更多或更少如關(guān)于本實(shí)施例所圖示和描述的治療計(jì)劃參數(shù)，如圖4C所示。圖4C圖示了所述TPS如何優(yōu)化治療計(jì)劃的另一個(gè)實(shí)施例。所述TPS開(kāi)始將會(huì)從存儲(chǔ)器或者用戶(hù)(例如輻射到靶體積的期望的最小劑量值、輻射到臨界結(jié)構(gòu)(例如，膀胱或直腸)的平均劑量，輻射到臨界結(jié)構(gòu)(例如，膀胱或直腸)的最大劑量，和總MU)接收治療計(jì)劃(塊45 的多個(gè)輻射治療計(jì)劃目標(biāo)；所述TPS還可從用戶(hù)接收有序序列的優(yōu)化步驟； 并且在塊4M中所述TPS為每個(gè)治療計(jì)劃目標(biāo)順序執(zhí)行所述優(yōu)化步驟來(lái)優(yōu)化多治療計(jì)劃參數(shù)并生成治療計(jì)劃?；蛘?，所述TPS將從存儲(chǔ)器重新獲得具有預(yù)定順序的有序優(yōu)化步驟的腳本，并且用戶(hù)提供其它的治療計(jì)劃參數(shù)。此處描述其它類(lèi)型的輻射治療計(jì)劃參數(shù)的示例， 并且這些以示例方式使用但不限于。所述優(yōu)化步驟可包括，例如，優(yōu)化最小劑量(OMI)，優(yōu)化劑量范圍(0C0)，優(yōu)化適形性(OCI)，并且優(yōu)化監(jiān)視器單元(0MU)?；蛘?，可以實(shí)施其它優(yōu)化步驟。如上所述，所述TPS執(zhí)行第一優(yōu)化步驟來(lái)優(yōu)化第一治療計(jì)劃參數(shù)，例如，輻射到靶體積(OMI)的最小劑量值。在此實(shí)施例中，一個(gè)優(yōu)化步驟的結(jié)果(例如，到所述PTV的最小劑量)作為順序地優(yōu)化步驟(例如，優(yōu)化到所述直腸的平均劑量)的附加約束(以下更完整地描述)，因此所述順序地優(yōu)化步驟不能將在先優(yōu)化的治療計(jì)劃參數(shù)(例如，到所述PTV 的最小劑量)降級(jí)。或者，例如在前列腺中，優(yōu)化輻射到膀胱的最大劑量不能將在先優(yōu)化的最小化輻射到直腸的平均劑量降級(jí)。盡管，如以下更完整地描述，允許優(yōu)化的參數(shù)在由松弛值指定的給定量上降級(jí)，來(lái)幫助所述TPS為后續(xù)步驟達(dá)到可接受的優(yōu)化。例如，但不限于，所述優(yōu)化過(guò)程將由優(yōu)化約束來(lái)界定，如，每個(gè)治療計(jì)劃的最大MU, 每個(gè)節(jié)點(diǎn)的最大MU,每個(gè)射束的最大MU, 一個(gè)或更大靶結(jié)構(gòu)的最大劑量，一個(gè)或更大臨界結(jié)構(gòu)的最大劑量，一個(gè)或更大派生結(jié)構(gòu)(例如，PTV)的最大劑量。在一個(gè)實(shí)施例中，所述優(yōu)化約束為多約束成本函數(shù)的約束。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述優(yōu)化約束為一個(gè)或更大優(yōu)化步驟的優(yōu)化的參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)或更大治療計(jì)劃目標(biāo)(例如，OMI、0C0、0ΗΙ, 0ΜΑ, OME、OIC、OMU 等)。為了優(yōu)化可優(yōu)化參數(shù)，也可使用其它的用戶(hù)輸入，如，例如，優(yōu)化步驟的目標(biāo)值(例如， VOI最大劑量和MU限制)，殼擴(kuò)張(例如，派生結(jié)構(gòu)的)；松弛值；收斂準(zhǔn)則等。所述目標(biāo)值為用戶(hù)定義的或由可優(yōu)化參數(shù)的優(yōu)化生成的TPS定義的期望優(yōu)化的值。如果所述TPS達(dá)到目標(biāo)值，優(yōu)化步驟就完成。然而，所述TPS可達(dá)到的最佳值為所述可優(yōu)化參數(shù)的最優(yōu)值，它可能不同于所述目標(biāo)值，但是可能相同。因此，所述TPS的通過(guò)達(dá)到所述目標(biāo)值來(lái)完成優(yōu)化步驟，或通過(guò)達(dá)到最優(yōu)值，即，最可能靠近所述目標(biāo)值，如果不能達(dá)到所述目標(biāo)值。所述松弛值為所述TPS使在先優(yōu)化的治療計(jì)劃參數(shù)在后續(xù)優(yōu)化步驟中降級(jí)的量。所述松弛值可來(lái)自用戶(hù)輸入，或者來(lái)自在先保存的腳本。所述松弛值便于所述TPS達(dá)到后續(xù)優(yōu)化步驟的目標(biāo)值，或者以其它方式完成后續(xù)優(yōu)化步驟。不像傳統(tǒng)的同時(shí)地且共同地優(yōu)化所有目標(biāo)的方法， 本發(fā)明的實(shí)施例允許所述TPS單獨(dú)地有序優(yōu)化治療計(jì)劃目標(biāo)，并且在有些實(shí)施例中，從在先優(yōu)化步驟而不再是定義的松弛值松弛所述優(yōu)化來(lái)允許更好地優(yōu)化后續(xù)優(yōu)化步驟。如果沒(méi)有在先步驟的松弛，后續(xù)步驟的目標(biāo)將無(wú)法達(dá)到或顯著改善。并非所有的輻射治療計(jì)劃的參數(shù)都可以?xún)?yōu)化，但是對(duì)于建立治療計(jì)劃來(lái)說(shuō)可能仍然需要優(yōu)化。例如，但不限于，治療計(jì)劃的不可優(yōu)化參數(shù)包括CT圖像、靶VOI、VOI參數(shù)、臨界結(jié)構(gòu)(也指存在風(fēng)險(xiǎn)的器官(OAR))、節(jié)點(diǎn)組、密度模型參數(shù)、等值曲線參數(shù)。此外，其它的用戶(hù)輸入可用于建立所述治療計(jì)劃，如，例如但不限于，一個(gè)或更大優(yōu)化步驟的目標(biāo)值，松弛值，收斂準(zhǔn)則，絕對(duì)約束，殼結(jié)構(gòu)擴(kuò)張。所述TPS也可以使用用戶(hù)定義的或TPS定義的收斂準(zhǔn)則來(lái)便于完成優(yōu)化步驟。如果所述TPS很難達(dá)到所述目標(biāo)值，例如當(dāng)定義值(收斂準(zhǔn)則)經(jīng)過(guò)一定數(shù)量的時(shí)間或一定數(shù)量的迭代沒(méi)有改變正在優(yōu)化的參數(shù)時(shí)，它可以使用收斂準(zhǔn)則來(lái)表示‘它足夠好了’。例如， 當(dāng)所述優(yōu)化步驟的當(dāng)前值以小于連續(xù)迭代的指定數(shù)的萬(wàn)分之一改變，沒(méi)有到達(dá)指定的目標(biāo)值或生成個(gè)別治療計(jì)劃參數(shù)的真實(shí)的最優(yōu)輸出，例如，照射到靶區(qū)的最小劑量，所述TPS可指定收斂準(zhǔn)則來(lái)表示所述優(yōu)化步驟已經(jīng)完成。所述收斂準(zhǔn)則可通過(guò)減小迭代數(shù)和/或時(shí)間值有效地影響所述優(yōu)化步驟達(dá)到優(yōu)化值的速度，來(lái)達(dá)到個(gè)別目標(biāo)值。收斂準(zhǔn)則的其它示例對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見(jiàn)的。在一個(gè)實(shí)施例中，如果所述TPS基于所述收斂準(zhǔn)則(意味著既沒(méi)有達(dá)到目標(biāo)值也沒(méi)有達(dá)到最優(yōu)值)終止優(yōu)化步驟的執(zhí)行，那個(gè)參數(shù)的目標(biāo)值將為
14后續(xù)優(yōu)化步驟仍然保持相同，并且保持所述松弛值的受到變化，或另外所述目標(biāo)值可能改變?yōu)閷?shí)際達(dá)到的值。在一個(gè)實(shí)施例中，可通過(guò)允許能夠單獨(dú)地改變每個(gè)優(yōu)化步驟的收斂準(zhǔn)則的用戶(hù)界面在每個(gè)優(yōu)化步驟基礎(chǔ)上開(kāi)啟或者關(guān)閉所述收斂準(zhǔn)則，并且對(duì)每個(gè)優(yōu)化步驟可能不同。例如，用戶(hù)可開(kāi)啟所述OHI步驟的收斂準(zhǔn)則(用戶(hù)可能不會(huì)為了適形性小小的增加而花費(fèi)大量時(shí)間的收斂準(zhǔn)則)，但是可能為特定的存在風(fēng)險(xiǎn)的器官的步驟關(guān)閉所述收斂準(zhǔn)則，例如臨界結(jié)構(gòu)。不像傳統(tǒng)的同時(shí)地且共同地優(yōu)化所有目標(biāo)的方法，這些實(shí)施例允許用戶(hù)為每個(gè)優(yōu)化步驟單獨(dú)地改變所述收斂準(zhǔn)則。另外，所述收斂準(zhǔn)則可設(shè)置開(kāi)啟或關(guān)閉并且可共同地為腳本中的所有優(yōu)化步驟設(shè)置成相同的。所述TPS還可從存儲(chǔ)器或者從其它的用戶(hù)輸入(例如，目標(biāo)值，松弛值，收斂準(zhǔn)則， 還指硬約束，殼結(jié)構(gòu)擴(kuò)張)接收。所述絕對(duì)約束，也指硬約束，是最高約束，它在順序地優(yōu)化期間不能被違背，并且可限制順序地優(yōu)化的求解空間。所述絕對(duì)約束可以是，例如但不限于，治療計(jì)劃的總最大MU (例如，最大MU為95000)，每個(gè)射束的最大MU (例如，500)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的最大MU (例如，1000)，一個(gè)或更大靶VOI的最大劑量(例如，7600cGy)，一個(gè)或更大臨界結(jié)構(gòu)的最大劑量(例如，膀胱中的最大劑量是4180cGy)，一個(gè)或更大殼結(jié)構(gòu)的最大劑量 (例如，3800cGy)，總最大劑量，射束幾何形狀約束，和射束用途的約束。以下參考圖5A和圖 5B描述一些這種絕對(duì)約束。以上對(duì)所述殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了更完整的描述。治療計(jì)劃的其它方面還包括各種優(yōu)化治療計(jì)劃參數(shù)來(lái)自執(zhí)行有序序列的優(yōu)化步驟的。這些可包括，例如但不限于，多個(gè)輻射射束，每個(gè)射束的節(jié)點(diǎn)和方向，每個(gè)射束的MU， 每個(gè)射束的視野尺寸，或有關(guān)射束幾何或射束使用的其它參數(shù)。在有些實(shí)施例中，輻射射束的特征可以像治療計(jì)劃參數(shù)一樣優(yōu)化，例如但不限于，所述TPS可最小化非零MU的射束的數(shù)目，或最小化總的MlL在其它實(shí)施例中，代替最小化非零射束的數(shù)目，用戶(hù)可設(shè)置射束MU 臨界值，然后再次從頭開(kāi)始運(yùn)行順序地優(yōu)化，射束的MU值處于這個(gè)臨界值之下。減小非零 MU的射束的數(shù)目的優(yōu)點(diǎn)在于，減少了機(jī)器傳輸時(shí)間和因此的總傳輸時(shí)間。在一個(gè)實(shí)施例中，所述TPS通過(guò)用戶(hù)界面接收來(lái)自用戶(hù)治療計(jì)劃參數(shù)。不可優(yōu)化參數(shù)，如在先所述的，可包括(但不限于)CT圖像，收斂準(zhǔn)則，其它物理療法的圖像，絕對(duì)約束，VOI，節(jié)點(diǎn)組，準(zhǔn)直儀直徑，或采樣參數(shù)。所述VOI可以是，例如但不限于，靶，例如病理解剖，臨界結(jié)構(gòu)，或殼結(jié)構(gòu)(如此處所述的)?？蓛?yōu)化參數(shù)，如在先所述的，可抱愧哦(但不限于)中MU和派生結(jié)構(gòu)(例如，PTV)，和一個(gè)或更大靶或臨界結(jié)構(gòu)的最大劑量。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述TPS從存儲(chǔ)器，例如來(lái)自相同患者或不同患者的獲取的治療計(jì)劃、或來(lái)自在先存儲(chǔ)的腳本，接收可優(yōu)化參數(shù)、不可優(yōu)化參數(shù)、和/或其它的用戶(hù)輸入(例如，一個(gè)或更大優(yōu)化步驟的總目標(biāo)值、松弛值、收斂準(zhǔn)則、絕對(duì)約束、殼結(jié)構(gòu)擴(kuò)張等)。 所述TPS可加載存儲(chǔ)的輸入并且可允許用戶(hù)修改存儲(chǔ)的輸入。在一個(gè)實(shí)施例中，所述可優(yōu)化和/或不可優(yōu)化參數(shù)和/或用戶(hù)輸入由用戶(hù)預(yù)定義，或者另外由執(zhí)行此處描述的操作的所述TPS的制造商預(yù)定義。另外，所述參數(shù)和用戶(hù)輸入可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到的其它方式定義，如，例如，通過(guò)基于相同解剖的目標(biāo)區(qū)域的在先治療計(jì)劃的學(xué)習(xí)過(guò)程，或者來(lái)自精靈般的工作流程管理器(以上描述更完整)。在接收必要的信息來(lái)定義優(yōu)化步驟、目標(biāo)值、一個(gè)或更大絕對(duì)約束、可優(yōu)化和不可優(yōu)化參數(shù)之后，所述TPS執(zhí)行第一優(yōu)化步驟來(lái)將第一治療參數(shù)優(yōu)化到第一目標(biāo)值。例如，所述第一目標(biāo)值可代表傳輸?shù)桨械淖羁赡艿淖钚┝?，該最小劑量在所述最大劑量約束(最大化到靶的最小劑量)之下或等于該最大劑量約束。所述第一優(yōu)化步驟使傳輸?shù)剿霭械淖钚┝孔钚』贿`反任何一個(gè)或更大絕對(duì)約束。所述第一優(yōu)化步驟的結(jié)果(也指一個(gè)優(yōu)化多治療計(jì)劃參數(shù))作為后續(xù)優(yōu)化步驟的附加約束。接下來(lái)，所述TPS執(zhí)行一個(gè)第二優(yōu)化步驟來(lái)將一個(gè)第二治療計(jì)劃參數(shù)優(yōu)化到一個(gè)第二目標(biāo)值，而不違反任何絕對(duì)約束或來(lái)自所述第一優(yōu)化步驟的附加約束。例如，但不限于，所述第二目標(biāo)值可代表所述PTV中在最大劑量約束(最大化適形性)之下或等于最大劑量約束的可能性最高的平均劑量，接收大于處方劑量(優(yōu)化平均劑量)的確定百分比(例如，75% )的可能性最低的臨界結(jié)構(gòu)(例如， 直腸，膀胱等)的體積，或可能性最低的MU(優(yōu)化MU)。所述TPS，在有些實(shí)施例中，通過(guò)在第二優(yōu)化步驟執(zhí)行期間允許執(zhí)行所述第二優(yōu)化步驟最多以松弛值來(lái)改變所述附加約束，可松弛所述第一優(yōu)化步驟的結(jié)果。在所述第一優(yōu)化步驟的結(jié)果保留為附加約束的實(shí)施例中， 所述第二優(yōu)化步驟將所述第二優(yōu)化約束優(yōu)化到一個(gè)第二目標(biāo)值，而不違反任何一個(gè)或更大絕對(duì)約束，并且在所述第二優(yōu)化步驟執(zhí)行期間以不大于所述松弛值改變來(lái)自所述第一優(yōu)化步驟的所述附加約束。值得注意的是，如果沒(méi)有松弛值施加于在先優(yōu)化步驟的結(jié)果(即，結(jié)果為固定約束)，所述后續(xù)步驟進(jìn)一步優(yōu)化的空間非常小。另一方面，將一個(gè)合理的松弛值施加到所述在先優(yōu)化步驟的結(jié)果(即，結(jié)果為柔性約束)便于順利完成后續(xù)優(yōu)化步驟，而對(duì)在先優(yōu)化治療計(jì)劃參數(shù)只有很小的影響。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到，基于由在先優(yōu)化步驟規(guī)定的約束和/或不論該約束是固定的還是柔性的來(lái)執(zhí)行一個(gè)優(yōu)化步驟會(huì)更難或更簡(jiǎn)單。 因此，所述優(yōu)化步驟執(zhí)行的順序可能是確定多治療計(jì)劃目標(biāo)之間的折衷方案的關(guān)鍵因素。如上所述，腳本是在執(zhí)行優(yōu)化步驟期間來(lái)順序地優(yōu)化的，以及存儲(chǔ)該優(yōu)化步驟供以后使用的有序序列的優(yōu)化步驟。圖4D圖示了生成腳本的方法的一個(gè)實(shí)施例。圖4D為生成具有有序序列的單獨(dú)優(yōu)化步驟的腳本的方法460的一個(gè)實(shí)施例。與方法420相似，所述方法460由處理邏輯(為了方便，稱(chēng)之為T(mén)PQ執(zhí)行，該處理邏輯可包括硬件、軟件、固件、或任何它們的組合。所述TPS以接收輸入開(kāi)始，例如來(lái)自通過(guò)用戶(hù)界面的用戶(hù)或來(lái)自存儲(chǔ)器，來(lái)限制多治療計(jì)劃參數(shù)和多優(yōu)化步驟以生成一個(gè)用戶(hù)的治療計(jì)劃(塊46 。在塊464處，所述 TPS從該TPS接收的一個(gè)或更大治療計(jì)劃參數(shù)生成具有有序序列的優(yōu)化步驟的腳本。在一個(gè)實(shí)施例中，所述腳本可存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中或存儲(chǔ)于外部存儲(chǔ)設(shè)備中供以后提取(塊466)。 在另一個(gè)實(shí)施例中，所述TPS以所述腳本指定的序列順序地優(yōu)化每個(gè)優(yōu)化步驟。關(guān)于圖5A-7B的接下來(lái)的描述敘述了可用于順序地優(yōu)化的所述TPS的用戶(hù)界面的各種實(shí)施例。圖5A-7B的用戶(hù)界面使用示范值作為以上介紹的前列腺示例。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到，順序地優(yōu)化可用于前列腺之外的其它靶。圖5A圖示了允許用戶(hù)定義絕對(duì)MU約束的用戶(hù)界面500的一個(gè)實(shí)施例，該絕對(duì)MU 約束包括整個(gè)治療計(jì)劃502的總MU，每個(gè)射束504的最大MU，和每個(gè)節(jié)點(diǎn)506的最大MU0 圖5B圖示了用戶(hù)界面550的一個(gè)實(shí)施例，該用戶(hù)界面允許用戶(hù)定義治療計(jì)劃中的每個(gè)VOI 的最大劑量(V0I限制552)，以及每個(gè)VOI的采樣參數(shù)，例如采樣體素。采樣參數(shù)，以下更完整地描述，為可用于指定每個(gè)VOI如何采樣來(lái)更有效的優(yōu)化的參數(shù)。只優(yōu)化這些體素的子集的劑量可增加優(yōu)化速度，而不是在VOI中的每個(gè)體素執(zhí)行所述優(yōu)化過(guò)程。所述TPS可包括重要采樣560(以下更完整地討論)，例如采樣體素，其中所述TPS只選擇指定VOI中的“最重要的采樣點(diǎn)”，并且選擇會(huì)使用多少個(gè)采樣點(diǎn)，例如，作為用戶(hù)輸入的響應(yīng)。在另一個(gè)實(shí)施例中，而不是使用重要采樣，所述TPS在整個(gè)VOI中隨機(jī)選擇采樣點(diǎn)，其中用戶(hù)可以選定隨機(jī)采樣的點(diǎn)的總數(shù)。圖5B的用戶(hù)界面還允許用戶(hù)指定其它可優(yōu)化的和不可優(yōu)化的參數(shù)，如體素采樣跳過(guò)因子556 (例如，1至1000)，和每個(gè)射束558的體素的數(shù)目(例如，1 至5)，如此處所述。此外，圖5B的用戶(hù)界面還允許用戶(hù)選擇是否使用任何特別的VOI來(lái)順序地優(yōu)化。因?yàn)樗鯲OI和所述射束的輻射劑量屬性在圖像(例如，CT圖像)的三維幾何中定義，所述VOI和所述輻射劑量值被離散到包括于圖像中的體素中。因此，在隨后的描述中，當(dāng)我們指輸入優(yōu)化過(guò)程(例如，到每個(gè)體素的最大劑量)時(shí)，我們就在描述由特定圖像體素描述的離散空間中的輻射劑量。值得注意的是，圖5B圖示了示范VOI名564，例如前列腺，尿道，PTV，膀胱，直腸， 陰莖球，以及第一和第二 PTV殼結(jié)構(gòu)(關(guān)于圖5C描述如下)。另外，可使用其它V0I，以及其它最大劑量值陽(yáng)2。所述用戶(hù)界面還可指定是否使用便捷體素，例如，當(dāng)檢查所述唯一邊界盒566時(shí)。圖5C圖示了用戶(hù)界面575的一個(gè)實(shí)施例，該用戶(hù)界面允許用戶(hù)定義殼結(jié)構(gòu)(例如 PTV-殼1或PTV-殼2、576所期望靶體積和軸對(duì)稱(chēng)或非軸對(duì)稱(chēng)的擴(kuò)張余量577。這些殼結(jié)構(gòu)576為生成來(lái)抑制傳輸?shù)剿霭畜w積周?chē)恼＝M織的劑量的調(diào)整結(jié)構(gòu)，并且和最大劑量約束一起用于控制所述靶體積周?chē)膭┝糠植嫉倪m形性。使用一個(gè)順序方法，所述TPS可生成腳本，該腳本設(shè)置絕對(duì)約束，例如如圖5A和圖 5B圖示的那些絕對(duì)約束，以及對(duì)應(yīng)于治療計(jì)劃目標(biāo)(例如，0ΜΙ, 0C0, 0ΗΙ, OMA, OME, 0CI，或 0MU)的有序序列的優(yōu)化步驟，如圖6所示。當(dāng)執(zhí)行所述腳本時(shí)，所述TPS單獨(dú)優(yōu)化每個(gè)治療計(jì)劃目標(biāo)，并且根據(jù)由所述腳本指定的序列執(zhí)行，如，例如，根據(jù)用戶(hù)輸入指定的優(yōu)化步驟的重要性。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述TPS根據(jù)要達(dá)到的特定優(yōu)化步驟的相對(duì)難度設(shè)置優(yōu)化步驟的序列。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述TPS設(shè)置腳本的序列來(lái)匹配所述治療計(jì)劃目標(biāo)的重要性序列。另外，其它準(zhǔn)則可用于設(shè)置所述腳本的序列，例如，所述TPS可根據(jù)所述優(yōu)化步驟的重要性并且根據(jù)其相對(duì)難度設(shè)置序列。如此處所述，所述優(yōu)化步驟可應(yīng)用于射束集合特性，射束使用特性，一個(gè)或多個(gè)VOI的特性，治療計(jì)劃的特性等。圖6圖示了用戶(hù)界面600的一個(gè)實(shí)施例，該用戶(hù)界面允許用戶(hù)定義有序序列的優(yōu)化步驟602。在圖6所描述的實(shí)施例中，有序序列的優(yōu)化步驟包括六步602，每步包括一個(gè)治療計(jì)劃目標(biāo)(例如，OMI，0C0, OMEdP 0MU)。在此實(shí)施例中，第一個(gè)治療計(jì)劃目標(biāo)是設(shè)置到所述PTV的最小劑量，其中目標(biāo)值劑量達(dá)到3800cGy，松弛值605為lOOcGy。第二治療計(jì)劃目標(biāo)是自動(dòng)化所述PTV的體積到具有5700cGy的目標(biāo)值劑量603，其中松弛值604為 250cGy。第三治療計(jì)劃目標(biāo)將到尿道，直腸，膀胱的平均劑量分別最小化到目標(biāo)值劑量603 為3800cGyJ850cGy，和^50cGy，并且每個(gè)的松弛值604為lOOcGy。最后的治療計(jì)劃目標(biāo)是最小化監(jiān)視器單元(OMU)的總數(shù)。值得注意的是，圖6的用戶(hù)界面顯示各種VOI的最大劑量約束。在一個(gè)實(shí)施例中，用戶(hù)界面600從用戶(hù)接收用戶(hù)輸入來(lái)定義治療計(jì)劃目標(biāo)，目標(biāo)值603，松弛值604，和優(yōu)化步驟602的序列。盡管每個(gè)優(yōu)化步驟包括松弛值604，在有些實(shí)施例中，任何一個(gè)松弛值可設(shè)置為零，例如在第六優(yōu)化步驟中的松弛值604。在另一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)從存儲(chǔ)器加載保存的腳本時(shí)，所述用戶(hù)界面600被自動(dòng)填充，并且所述用戶(hù)界面600 允許用戶(hù)在執(zhí)行前編輯加載的腳本的優(yōu)化步驟。在描述的實(shí)施例中，每個(gè)步驟602都有一個(gè)暫停符605，當(dāng)設(shè)置時(shí)，該暫停符使步驟602在優(yōu)化步驟的結(jié)尾暫停，并且當(dāng)被清零時(shí)，例如被用戶(hù)清零，使所述TPS在預(yù)先優(yōu)化步驟完成后開(kāi)始下一個(gè)優(yōu)化步驟。在有些情況中，所述優(yōu)化步驟602到達(dá)它們相應(yīng)的目標(biāo)值603來(lái)完成所述優(yōu)化步驟。在其它情況中，所述優(yōu)化步驟602到達(dá)收斂準(zhǔn)則，或如以上所述的另外最優(yōu)的值。值得注意的是，相似的醫(yī)療條件可以以相對(duì)重要性或相對(duì)優(yōu)先級(jí)的相同或相似序列來(lái)使用相同的治療計(jì)劃目標(biāo)。因此，所述腳本可保存在存儲(chǔ)器中，并且在相同的或不同的患者的治療計(jì)劃會(huì)話期間可從存儲(chǔ)器中隨后提取。所述TPS可存儲(chǔ)一個(gè)或更大將在建立治療計(jì)劃期間被用戶(hù)選定來(lái)使用的腳本。在一個(gè)實(shí)施例中，在用戶(hù)選擇的基礎(chǔ)上，所述TPS自動(dòng)生成治療計(jì)劃的腳本。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述TPS可從存儲(chǔ)器提取選定的腳本作為用戶(hù)選擇的響應(yīng)，并且允許用戶(hù)編輯一個(gè)或更大選定的腳本的優(yōu)化步驟。在一個(gè)實(shí)施例中，腳本包括最大MU約束，最大劑量約束，自動(dòng)殼結(jié)構(gòu)參數(shù)和有序序列的優(yōu)化步驟，如以上關(guān)于圖5A、圖5B和圖6所述。另外，所述腳本包括高于或低于最大劑量約束和有序序列的優(yōu)化步驟，如圖5A、圖5B和圖6所示。圖7A圖示了用戶(hù)界面700的一個(gè)實(shí)施例，該用戶(hù)界面允許用戶(hù)加載具有單獨(dú)優(yōu)化步驟的序列的存儲(chǔ)的腳本。圖7A的用戶(hù)界面是能夠加載存儲(chǔ)的腳本的對(duì)話框。所述的腳本可用于治療低風(fēng)險(xiǎn)的早期前列腺癌癥。圖7A的對(duì)話框用戶(hù)界面包括存儲(chǔ)的腳本702的腳本名(例如，前列腺異構(gòu))，腳本描述704，和腳本摘要706，該腳本摘要包括單獨(dú)優(yōu)化步驟的序列，MU最大值約束，和VOI最大值約束。例如，所述702具有平面圖(95000監(jiān)視器單元)、節(jié)點(diǎn)(1000監(jiān)視器單元)和射束(500監(jiān)視器單元)的絕對(duì)約束，如關(guān)于圖5A所述。 所述存儲(chǔ)的腳本702還包括解剖體積(例如，PTV-殼1和PVT-殼幻的最大劑量，如關(guān)于圖 5B所述。所述702的優(yōu)化序列如圖6所示。在此上下文中，在治療計(jì)劃期間，在加載所述 CT圖像和繪制所述VOI輪廓之后，用戶(hù)可選定待加載的存儲(chǔ)的腳本702。一旦加載了存儲(chǔ)的腳本702，用戶(hù)可編輯與該存儲(chǔ)的腳本相關(guān)的一個(gè)或更大附加優(yōu)化步驟，或使用所述TPS 添加一個(gè)或更大附加優(yōu)化步驟。用戶(hù)可將修改的腳本存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。用戶(hù)還可使用TPS 來(lái)將治療計(jì)劃中的VOI和加載的腳本中的VOI匹配，如關(guān)于圖7B所述。圖7圖示了用戶(hù)界面650的一個(gè)實(shí)施例，該用戶(hù)界面允許用戶(hù)將加載的腳本中的 VOI 651的名稱(chēng)與當(dāng)前治療計(jì)劃中的VOI 652名稱(chēng)匹配。當(dāng)加載的腳本中的VOI 651的名稱(chēng)與當(dāng)前治療計(jì)劃中的VOI 652名稱(chēng)匹配后，所述TPS可以自動(dòng)加載所述腳本，并且自動(dòng)執(zhí)行所述腳本或者允許加載的腳本的進(jìn)一步修改。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)用戶(hù)選定所述存儲(chǔ)的腳本時(shí)，所述TPS自動(dòng)地將當(dāng)前治療計(jì)劃中的VOI 652名稱(chēng)匹配到所述VOI名稱(chēng)651。在另一個(gè)實(shí)施例中，例如，當(dāng)名稱(chēng)沒(méi)有自動(dòng)匹配時(shí)，用戶(hù)可以使用用戶(hù)界面650手動(dòng)地將加載的腳本中的VOI 651與當(dāng)前治療計(jì)劃中的VOI 652匹配。順序地優(yōu)化的一個(gè)實(shí)施例的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)以下描述的是與本發(fā)明的實(shí)施例相應(yīng)的順序地優(yōu)化的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。順序地優(yōu)化過(guò)程的每個(gè)優(yōu)化步驟包括最小化線性成本函數(shù)F (χ)，其中χ是包括MU中射束權(quán)重的矢量，如方程(1)所示
ρ/ χ) =CSv0j+ CSv0j+ CΧ"* a voxelmaximize _min maximize _ min minimize _max minimize _max maximize _ mean / j max imize _ mean
voxels(1)
18|_0073」
權(quán)利要求
1.一種計(jì)算機(jī)實(shí)施的方法，包括在治療計(jì)劃系統(tǒng)處接收多個(gè)輻射治療計(jì)劃參數(shù)，其中所述多個(gè)輻射治療計(jì)劃參數(shù)表示通過(guò)輻射射束應(yīng)用于解剖區(qū)域的輻射的特征；以及使用所述治療計(jì)劃系統(tǒng)順序地優(yōu)化所述多個(gè)輻射治療計(jì)劃參數(shù)，以獲得待在所述所述解剖區(qū)域處導(dǎo)向的多個(gè)輻射射束的優(yōu)化的治療計(jì)劃。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中順序地優(yōu)化包括進(jìn)行第一優(yōu)化步驟以?xún)?yōu)化所述多個(gè)治療計(jì)劃參數(shù)的第一個(gè)；將所述第一優(yōu)化步驟的結(jié)果作為附加約束應(yīng)用于第二優(yōu)化步驟；以及進(jìn)行所述第二優(yōu)化步驟以?xún)?yōu)化所述多個(gè)治療計(jì)劃參數(shù)的第二個(gè)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中順序地優(yōu)化包括順序地和單獨(dú)地將所述多個(gè)治療計(jì)劃參數(shù)以腳本指定的次序優(yōu)化，并且其中所述腳本是優(yōu)化步驟序列。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述多個(gè)治療計(jì)劃參數(shù)包括優(yōu)化成本函數(shù)的多個(gè)優(yōu)化約束，并且其中順序地和單獨(dú)地優(yōu)化包括執(zhí)行所述腳本的第一優(yōu)化步驟以將所述多個(gè)優(yōu)化約束的第一優(yōu)化約束優(yōu)化成第一目標(biāo)值；將所述第一優(yōu)化步驟的結(jié)果作為附加約束應(yīng)用于后續(xù)優(yōu)化步驟；以及執(zhí)行所述腳本的一個(gè)或多個(gè)后續(xù)優(yōu)化步驟以?xún)?yōu)化所述多個(gè)優(yōu)化約束的一個(gè)或多個(gè)附加優(yōu)化約束，而不違反所述附加約束。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中順序地和單獨(dú)地優(yōu)化進(jìn)一步包括在所述一個(gè)或多個(gè)后續(xù)優(yōu)化步驟的執(zhí)行期間使所述第一優(yōu)化步驟的結(jié)果松弛最多松弛值。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其中順序地和單獨(dú)地優(yōu)化包括順序地優(yōu)化每個(gè)所述優(yōu)化步驟，而不違反一個(gè)或多個(gè)絕對(duì)約束中的任意一個(gè)。
7.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述第一優(yōu)化步驟應(yīng)用于靶的目標(biāo)體積(V0I)，并且其中所述一個(gè)或多個(gè)后續(xù)優(yōu)化步驟中的至少一個(gè)應(yīng)用于臨界結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求3所述的方法，進(jìn)一步包括將所述腳本保存到存儲(chǔ)器中。
9.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述腳本的多個(gè)優(yōu)化步驟各自對(duì)應(yīng)于治療計(jì)劃目標(biāo)，并且其中順序地和單獨(dú)地優(yōu)化包括定義所述多個(gè)優(yōu)化步驟的第一個(gè)以應(yīng)用于包括患者的前列腺的至少一部分的計(jì)劃靶體積(PTV)，其中該第一優(yōu)化步驟包括優(yōu)化至所述PTV的最小劑量(OMI)以實(shí)現(xiàn)第一治療計(jì)劃目標(biāo)；定義所述多個(gè)優(yōu)化步驟的第二個(gè)以應(yīng)用于所述PTV，其中該第二優(yōu)化步驟包括優(yōu)化所述PTV的均勻性(OHI)以實(shí)現(xiàn)第二治療計(jì)劃目標(biāo)；定義所述多個(gè)優(yōu)化步驟的第三個(gè)以應(yīng)用于包括直腸的至少一部分的第一目標(biāo)體積 (VOI)，其中該第三優(yōu)化步驟包括優(yōu)化所述第一 VOI的平均劑量(OME)以實(shí)現(xiàn)第三治療計(jì)劃目標(biāo)；定義所述多個(gè)優(yōu)化步驟的第四個(gè)以應(yīng)用于包括膀胱的至少一部分的第二 V0I，其中該第四優(yōu)化步驟包括優(yōu)化所述第二 VOI的平均劑量(OME)以實(shí)現(xiàn)第四治療計(jì)劃目標(biāo)；以及單獨(dú)地并且按序列順序地執(zhí)行所述第一、第二、第三和第四優(yōu)化步驟。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括定義在所述順序地優(yōu)化期間不能被違反的一個(gè)或多個(gè)絕對(duì)約束，其中所述一個(gè)或多個(gè)絕對(duì)約束包括以下至少一種 所述治療計(jì)劃的最大監(jiān)視器單元(MU)； 每個(gè)射束的最大MU;以及每個(gè)節(jié)點(diǎn)的最大MU。
11.如權(quán)利要求3所述的方法，其中順序地和單獨(dú)地優(yōu)化進(jìn)一步包括定義第一殼結(jié)構(gòu)的最大劑量，該第一殼結(jié)構(gòu)至少部分地圍繞計(jì)劃靶體積(PTV)，該計(jì)劃靶體積包括所述解剖區(qū)域中的至少一部分靶體積；以及定義至少部分地圍繞所述PTV的第二殼結(jié)構(gòu)的最大劑量，其中所述第一殼結(jié)構(gòu)的最大劑量比所述第二殼結(jié)構(gòu)的最大劑量小。
12.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述第一優(yōu)化步驟的約束包括一個(gè)或多個(gè)絕對(duì)約束，其中所述第二優(yōu)化步驟的約束包括所述第一優(yōu)化步驟的結(jié)果和所述絕對(duì)約束，其中所述第三優(yōu)化步驟的約束包括所述第一優(yōu)化步驟的結(jié)果、第二優(yōu)化步驟的結(jié)果和所述絕對(duì)約束，并且其中所述第四優(yōu)化步驟的約束包括所述第一和第二優(yōu)化步驟的結(jié)果、第三優(yōu)化步驟的結(jié)果和所述絕對(duì)約束。
13.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述第一優(yōu)化步驟的約束包括一個(gè)或多個(gè)絕對(duì)約束，其中所述第二優(yōu)化步驟的約束包括所述絕對(duì)約束和在后續(xù)優(yōu)化步驟的執(zhí)行時(shí)能夠偏離不超過(guò)第一松弛值的第一優(yōu)化的結(jié)果，其中所述第三優(yōu)化步驟的約束包括所述絕對(duì)約束、 在后續(xù)優(yōu)化步驟的執(zhí)行時(shí)能夠偏離不超過(guò)第一松弛值的所述第一優(yōu)化的結(jié)果和在后續(xù)優(yōu)化步驟的執(zhí)行時(shí)能夠偏離不超過(guò)第二松弛值的所述第二優(yōu)化的結(jié)果，其中所述第四優(yōu)化步驟的約束包括所述絕對(duì)約束、在后續(xù)優(yōu)化步驟的執(zhí)行時(shí)能夠偏離不超過(guò)第一松弛值的所述第一優(yōu)化的結(jié)果、在后續(xù)優(yōu)化步驟的執(zhí)行時(shí)能夠偏離不超過(guò)第二松弛值的所述第二優(yōu)化的結(jié)果和能夠偏離不超過(guò)第三松弛值的第三優(yōu)化步驟的結(jié)果。
14.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述腳本的多個(gè)優(yōu)化步驟各自對(duì)應(yīng)于治療計(jì)劃目標(biāo)，并且其中順序地和單獨(dú)地優(yōu)化包括定義所述多個(gè)優(yōu)化步驟的第一個(gè)以應(yīng)用于患者的脊柱附近的計(jì)劃靶體積(PTV)，其中該第一優(yōu)化步驟包括優(yōu)化至所述PTV的最小劑量(OMI)以實(shí)現(xiàn)第一治療計(jì)劃目標(biāo)；定義第二優(yōu)化步驟以應(yīng)用于所述PTV，其中該第二優(yōu)化步驟包括優(yōu)化所述PTV的覆蓋范圍(OCO)以實(shí)現(xiàn)第二治療計(jì)劃目標(biāo)；定義第三優(yōu)化步驟以應(yīng)用于包括至少一部分所述脊柱的第一目標(biāo)體積(VOI)，其中該第三優(yōu)化步驟包括優(yōu)化所述第一 VOI的平均劑量(OME)以實(shí)現(xiàn)第三治療計(jì)劃目標(biāo)；定義第四優(yōu)化步驟以?xún)?yōu)化所述治療計(jì)劃中的總的監(jiān)視器單元(MU)，以實(shí)現(xiàn)第四治療計(jì)劃目標(biāo)；以及單獨(dú)地并且按序列順序地優(yōu)化所述第一、第二、第三和第四優(yōu)化步驟。
15.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述腳本的多個(gè)優(yōu)化步驟各自對(duì)應(yīng)于治療計(jì)劃目標(biāo)，其中順序地和單獨(dú)地優(yōu)化包括定義第一優(yōu)化步驟以應(yīng)用于患者的肺臟附近的計(jì)劃靶體積(PTV)，其中該第一優(yōu)化步驟包括優(yōu)化所述PTV的最小劑量(OMI)以實(shí)現(xiàn)第一治療計(jì)劃目標(biāo)；定義第二優(yōu)化步驟以應(yīng)用于所述PTV，其中該第二優(yōu)化步驟包括優(yōu)化所述PTV的覆蓋范圍(OCO)以實(shí)現(xiàn)第二治療計(jì)劃目標(biāo)；定義第三優(yōu)化步驟以?xún)?yōu)化所述治療計(jì)劃中的總的監(jiān)視器單元(MU)，以實(shí)現(xiàn)第三治療計(jì)劃目標(biāo)；定義第四優(yōu)化步驟以應(yīng)用于至少部分地圍繞所述PTV的第一殼結(jié)構(gòu)，其中該第四優(yōu)化步驟包括優(yōu)化所述第一殼結(jié)構(gòu)的適形性(OCI)以實(shí)現(xiàn)第四治療計(jì)劃目標(biāo)；定義第五優(yōu)化步驟以應(yīng)用于至少部分地圍繞所述PTV的第二殼結(jié)構(gòu)，其中該第五優(yōu)化步驟包括優(yōu)化第二殼結(jié)構(gòu)適形性(OCI)以實(shí)現(xiàn)第五治療計(jì)劃目標(biāo)，其中所述第一殼結(jié)構(gòu)的最大劑量比所述第二殼結(jié)構(gòu)的最大劑量?。灰约皢为?dú)地并且按序列順序地優(yōu)化所述第一、第二、第三、第四和第五優(yōu)化步驟。
16.一種計(jì)算機(jī)實(shí)施的方法，包括在治療計(jì)劃系統(tǒng)處接收輸入以定義多個(gè)輻射治療計(jì)劃參數(shù)，其中所述多個(gè)輻射治療計(jì)劃參數(shù)表示通過(guò)輻射射束應(yīng)用于解剖區(qū)域的輻射的特征；以及使用所述治療計(jì)劃系統(tǒng)從所述多個(gè)輻射治療計(jì)劃參數(shù)生成腳本，其中所述腳本包括有序序列的多個(gè)優(yōu)化步驟，以獲得待在所述所述解剖區(qū)域處導(dǎo)向的多個(gè)輻射射束的優(yōu)化的治療計(jì)劃。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，進(jìn)一步包括將所述腳本保存到存儲(chǔ)器中供以后提取。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其中生成所述腳本進(jìn)一步包括從存儲(chǔ)器載入腳本，該保存的腳本包括一個(gè)或多個(gè)預(yù)定義的優(yōu)化步驟。
19.如權(quán)利要去18所述的方法，其中生成所述腳本進(jìn)一步包括編輯與所述載入的腳本相關(guān)的所述一個(gè)或多個(gè)預(yù)定義的優(yōu)化步驟中的至少一個(gè)。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述一個(gè)或多個(gè)預(yù)定義的優(yōu)化步驟基于一個(gè)或多個(gè)過(guò)去的輻射治療計(jì)劃。
21.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述一個(gè)或多個(gè)預(yù)定義的優(yōu)化步驟由生成所述腳本的治療計(jì)劃系統(tǒng)的制造商預(yù)定義。
22.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述一個(gè)或多個(gè)優(yōu)化步驟是通過(guò)基于用于目標(biāo)解剖體積的先前輻射治療計(jì)劃的學(xué)習(xí)過(guò)程預(yù)定義的。
23.如權(quán)利要求16所述的方法，其中生成所述腳本進(jìn)一步包括從存儲(chǔ)器加載腳本，所述保存的腳本包括一個(gè)或多個(gè)預(yù)定義的優(yōu)化步驟和一個(gè)或多個(gè)預(yù)定義的不可優(yōu)化輸入，其中所述不可優(yōu)化輸入包括一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)體積(VOI)，每個(gè)都有VOI名稱(chēng)和VOI類(lèi)型，并且其中所述一個(gè)或多個(gè)預(yù)定義的優(yōu)化步驟包括每個(gè)VOI的最小劑量約束或最大劑量約束。
24.如權(quán)利要求16所述的方法，其中生成所述腳本進(jìn)一步包括從存儲(chǔ)器加載保存的腳本，所述保存的腳本包括多個(gè)預(yù)定義的優(yōu)化步驟以定義所述腳本的多個(gè)優(yōu)化步驟。
25.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述多個(gè)優(yōu)化步驟包括應(yīng)用于射束幾何形狀或射束用途中的至少一個(gè)的一個(gè)或多個(gè)優(yōu)化步驟。
26.如權(quán)利要求16所述的方法，進(jìn)一步包括執(zhí)行所述腳本以按照由所述腳本指定的次序順序地優(yōu)化所述多個(gè)優(yōu)化步驟中的每個(gè)，其中該執(zhí)行由所述治療計(jì)劃系統(tǒng)進(jìn)行。
27.如權(quán)利要求沈所述的方法，其中所述執(zhí)行包括進(jìn)行第一優(yōu)化步驟以朝著第一目標(biāo)值優(yōu)化第一約束；將所述第一優(yōu)化步驟的結(jié)果作為附加約束應(yīng)用于第二優(yōu)化步驟，其中所述附加約束在后續(xù)優(yōu)化步驟中可以松弛至多到松弛值；以及進(jìn)行第二優(yōu)化步驟以朝著第二目標(biāo)值優(yōu)化第二約束，其中所述第二優(yōu)化步驟可將所述附加約束松弛至多到所述松弛值。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，進(jìn)一步包括在所述治療計(jì)劃系統(tǒng)處通過(guò)用戶(hù)界面接收用戶(hù)輸入以定義所述松弛值和所述第一和第二目標(biāo)值。
29.如權(quán)利要求16所述的方法，進(jìn)一步包括在所述治療計(jì)劃系統(tǒng)處通過(guò)用戶(hù)界面接收用戶(hù)輸入以定義有序序列的多個(gè)優(yōu)化步驟。
30.如權(quán)利要求16所述的方法，進(jìn)一步包括在所述治療計(jì)劃系統(tǒng)處通過(guò)用戶(hù)界面接收用戶(hù)輸入，以根據(jù)待實(shí)現(xiàn)的特定優(yōu)化步驟的用戶(hù)定義的相對(duì)難度來(lái)定義有序序列的多個(gè)優(yōu)化步驟。
31.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述多個(gè)優(yōu)化步驟各自對(duì)應(yīng)于治療計(jì)劃目標(biāo)，并且其中所述方法進(jìn)一步包括在所述治療計(jì)劃系統(tǒng)處通過(guò)用戶(hù)界面接收用戶(hù)輸入，以根據(jù)所述多個(gè)優(yōu)化步驟的重要性，并且根據(jù)待實(shí)現(xiàn)的特定優(yōu)化步驟的相對(duì)難度來(lái)定義有序序列的多個(gè)優(yōu)化步驟。
32.—種計(jì)算機(jī)實(shí)施的方法，包括使用治療計(jì)劃系統(tǒng)生成腳本，其中所述腳本是作為輻射治療計(jì)劃一部分的待用于靶體積和周?chē)鷧^(qū)域的有序序列的多個(gè)優(yōu)化步驟，其中所述多個(gè)優(yōu)化步驟表示通過(guò)輻射射束應(yīng)用于患者的所述靶體積和周?chē)鷧^(qū)域的輻射的特征；以及使用所述治療計(jì)劃系統(tǒng)執(zhí)行所述腳本，其中執(zhí)行所述腳本包括進(jìn)行多約束優(yōu)化成本函數(shù)的線性編程優(yōu)化，其中進(jìn)行所述線性編程優(yōu)化包括按照有序序列進(jìn)行每個(gè)所述多個(gè)優(yōu)化步驟以單獨(dú)地優(yōu)化所述多約束成本函數(shù)的約束，其中所述多約束優(yōu)化成本函數(shù)表示待在所述靶體積和周?chē)鷧^(qū)域處導(dǎo)向的多個(gè)輻射射束的優(yōu)化的治療計(jì)劃。
33.如權(quán)利要求32所述的方法，進(jìn)一步包括在所述治療計(jì)劃系統(tǒng)處接收用戶(hù)輸入以定義在所述腳本執(zhí)行期間不能被違反的一個(gè)或多個(gè)絕對(duì)約束；以及在所述治療計(jì)劃系統(tǒng)處接收用戶(hù)輸入以為每個(gè)所述多個(gè)優(yōu)化步驟定義目標(biāo)值，其中所述按照有序序列來(lái)進(jìn)行每個(gè)所述多個(gè)優(yōu)化步驟包括進(jìn)行第一優(yōu)化步驟以將所述多約束優(yōu)化成本函數(shù)的第一約束優(yōu)化到代表待用于所述靶體積的劑量的第一目標(biāo)值，其中所述第一優(yōu)化步驟最大化待傳輸?shù)剿霭畜w積的最小劑量，而不違反所述一個(gè)或多個(gè)絕對(duì)約束中的任一個(gè)，并且其中所述第一優(yōu)化步驟的結(jié)果保留作為后續(xù)優(yōu)化步驟的附加約束以及進(jìn)行后續(xù)優(yōu)化步驟以將所述多約束優(yōu)化成本函數(shù)的第二約束優(yōu)化到第二目標(biāo)值，而不違反所述一個(gè)或多個(gè)絕對(duì)約束中的任一個(gè)或所述附加約束。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其中所述按照有序序列進(jìn)行每個(gè)所述多個(gè)優(yōu)化步驟進(jìn)一步包括當(dāng)進(jìn)行所述后續(xù)優(yōu)化步驟時(shí)，使用所述治療計(jì)劃系統(tǒng)松弛所述第一優(yōu)化步驟的結(jié)果，其中當(dāng)進(jìn)行所述后續(xù)優(yōu)化步驟時(shí)，松弛所述結(jié)果允許所述治療計(jì)劃系統(tǒng)使所述附加約束改變最多松弛值。
35.如權(quán)利要求33所述的方法，其中所述一個(gè)或多個(gè)絕對(duì)約束包括以下至少一種每個(gè)射束的最大監(jiān)視器單元(MU)；每個(gè)節(jié)點(diǎn)的最大MU;所述輻射治療計(jì)劃的最大MU ；所述輻射治療計(jì)劃中靶的目標(biāo)體積(VOI)的最大劑量；或所述輻射治療計(jì)劃中另一個(gè)VOI的最小劑量。
36.如權(quán)利要求34所述的方法，其中所述多個(gè)優(yōu)化步驟包括待用于所述靶體積的第一優(yōu)化步驟和待用于靶體積的周?chē)鷧^(qū)域中的臨界結(jié)構(gòu)的第二優(yōu)化步驟。
37.如權(quán)利要求34所述的方法，其中所述多個(gè)優(yōu)化步驟包括待用于所述靶體積的第一優(yōu)化步驟和待用于至少部分地圍繞所述靶體積的殼結(jié)構(gòu)的第二優(yōu)化步驟。
38.如權(quán)利要求34所述的方法，其中多約束優(yōu)化成本函數(shù)的約束各自對(duì)應(yīng)于治療計(jì)劃目標(biāo)，并且其中每個(gè)治療計(jì)劃目標(biāo)是以下至少一種通過(guò)所述治療計(jì)劃系統(tǒng)優(yōu)化所述靶體積的最小劑量(OMI)；通過(guò)所述治療計(jì)劃系統(tǒng)優(yōu)化所述靶體積的覆蓋范圍(OCO)通過(guò)所述治療計(jì)劃系統(tǒng)優(yōu)化所述靶體積的均勻性(OHI)；通過(guò)所述治療計(jì)劃系統(tǒng)優(yōu)化所述所述靶體積附近的臨界結(jié)構(gòu)的最大劑量(OMA)；通過(guò)所述治療計(jì)劃系統(tǒng)優(yōu)化所述靶體積附近的臨界結(jié)構(gòu)的平均劑量(OME)；通過(guò)所述治療計(jì)劃系統(tǒng)優(yōu)化至少部分地圍繞所述靶體積的殼結(jié)構(gòu)的適形性(OCI)；或通過(guò)所述治療計(jì)劃系統(tǒng)優(yōu)化所述待用于所述靶體積的監(jiān)視器單元(OMU)。
39.一種其上存儲(chǔ)指令的計(jì)算機(jī)可讀的存儲(chǔ)介質(zhì)，當(dāng)被治療計(jì)劃系統(tǒng)執(zhí)行時(shí)，引起所述治療計(jì)劃系統(tǒng)執(zhí)行方法，包括在治療計(jì)劃系統(tǒng)處接收多個(gè)輻射治療計(jì)劃參數(shù)，其中所述多個(gè)輻射治療計(jì)劃參數(shù)表示通過(guò)輻射射束應(yīng)用于解剖區(qū)域的輻射的特征；以及使用所述治療計(jì)劃系統(tǒng)順序地優(yōu)化所述多個(gè)輻射治療計(jì)劃參數(shù)，以獲得待在所述所述解剖區(qū)域處導(dǎo)向的多個(gè)輻射射束的優(yōu)化的治療計(jì)劃。
40.如權(quán)利要求39所述的計(jì)算機(jī)可讀的存儲(chǔ)介質(zhì)，其中順序地優(yōu)化包括 進(jìn)行第一優(yōu)化步驟以?xún)?yōu)化所述多個(gè)治療計(jì)劃參數(shù)的第一個(gè)；將所述第一優(yōu)化步驟的結(jié)果作為附加約束應(yīng)用于第二優(yōu)化步驟；以及進(jìn)行所述第二優(yōu)化步驟以?xún)?yōu)化所述多個(gè)治療計(jì)劃參數(shù)的第二個(gè)。
41.如權(quán)利要求39所述的計(jì)算機(jī)可讀的存儲(chǔ)介質(zhì)，其中順序地優(yōu)化包括順序地和單獨(dú)地將所述多個(gè)治療計(jì)劃參數(shù)以腳本指定的次序優(yōu)化，并且其中所述腳本是優(yōu)化步驟序列。
42.一種其上存儲(chǔ)指令的計(jì)算機(jī)可讀的存儲(chǔ)介質(zhì)，當(dāng)被治療計(jì)劃系統(tǒng)執(zhí)行時(shí)，引起所述治療計(jì)劃系統(tǒng)執(zhí)行方法，包括在治療計(jì)劃系統(tǒng)處接收輸入以定義多個(gè)輻射治療計(jì)劃參數(shù)，其中所述多個(gè)輻射治療計(jì)劃參數(shù)表示通過(guò)輻射射束應(yīng)用于解剖區(qū)域的輻射的特征；以及使用所述治療計(jì)劃系統(tǒng)從所述多個(gè)輻射治療計(jì)劃參數(shù)生成腳本，其中所述腳本包括有序序列的多個(gè)優(yōu)化步驟，以獲得待在所述所述解剖區(qū)域處導(dǎo)向的多個(gè)輻射射束的優(yōu)化的治療計(jì)劃。
43.如權(quán)利要求42所述的計(jì)算機(jī)可讀的存儲(chǔ)介質(zhì)，進(jìn)一步包括將所述腳本保存到存儲(chǔ)器中供以后提取。
44.如權(quán)利要求42所述的計(jì)算機(jī)可讀的存儲(chǔ)介質(zhì)，其中生成所述腳本進(jìn)一步包括從存儲(chǔ)器中載入保存的腳本，所述保存的腳本包括多個(gè)預(yù)定義的優(yōu)化步驟以定義所述腳本的所述多個(gè)優(yōu)化步驟。
45.如權(quán)利要求42所述的計(jì)算機(jī)可讀的存儲(chǔ)介質(zhì)，進(jìn)一步包括按照所述腳本指定的次序來(lái)執(zhí)行所述腳本以順序地優(yōu)化每個(gè)所述多個(gè)優(yōu)化步驟其中所述執(zhí)行包括進(jìn)行第一優(yōu)化步驟以朝著第一目標(biāo)值優(yōu)化第一約束；將所述第一優(yōu)化步驟的結(jié)果作為附加約束應(yīng)用于第二優(yōu)化步驟，其中所述附加約束在后續(xù)優(yōu)化步驟中可以松弛至多到松弛值；以及進(jìn)行第二優(yōu)化步驟以朝著第二目標(biāo)值優(yōu)化第二約束，其中所述第二優(yōu)化步驟可將所述附加約束松弛至多到所述松弛值。
46.一種系統(tǒng)，包括生成輻射治療計(jì)劃的治療計(jì)劃系統(tǒng)，包括界面裝置，接收所述輻射治療計(jì)劃的多個(gè)輻射治療計(jì)劃參數(shù)，其中所述多個(gè)輻射治療計(jì)劃參數(shù)表示通過(guò)輻射射束應(yīng)用于解剖區(qū)域的輻射的特征；以及處理裝置，耦合所述界面以順序地優(yōu)化所述多個(gè)輻射治療計(jì)劃參數(shù)，來(lái)獲得待在所述所述解剖區(qū)域處導(dǎo)向的多個(gè)輻射射束的優(yōu)化的治療計(jì)劃。
47.如權(quán)利要求46所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括治療傳輸系統(tǒng)，其被耦合以從所述治療計(jì)劃系統(tǒng)接收所述優(yōu)化的輻射治療計(jì)劃，所述治療計(jì)劃系統(tǒng)包括輻射源以根據(jù)所述優(yōu)化的輻射治療計(jì)劃來(lái)應(yīng)用輻射射束。
48.如權(quán)利要求47所述的系統(tǒng)，其中所述輻射源是線性加速器(LINAC)。
49.如權(quán)利要求48所述的系統(tǒng)，其中所述LINAC安裝在具有5個(gè)或更多自由度的機(jī)械臂上。
50.如權(quán)利要求48所述的系統(tǒng)，其中所述LINAC安裝在萬(wàn)向頭組件上。
全文摘要
描述了一種輻射治療計(jì)劃的方法和裝置。該方法包括接收多個(gè)輻射治療計(jì)劃參數(shù)，并且順序地優(yōu)化該多個(gè)輻射治療計(jì)劃參數(shù)。
文檔編號(hào)A61N5/10GK102264435SQ200980152237
公開(kāi)日2011年11月30日 申請(qǐng)日期2009年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月23日
發(fā)明者小卡爾文.R.莫勒, 杰伊.B.維斯特, 柯林.西姆斯, 格雷戈里.L.奧爾, 沃倫.D.基爾比, 約翰.R.多利, 艾蒂恩.萊薩德 申請(qǐng)人:艾可瑞公司