專利名稱：針對(duì)輻射療法處置規(guī)劃中使用的補(bǔ)償器的交互式計(jì)算機(jī)輔助編輯器的制作方法
針對(duì)輻射療法處置規(guī)劃中使用的補(bǔ)償器的交互式計(jì)算機(jī)輔
助編輯器本申請(qǐng)具體應(yīng)用于輻射療法處置規(guī)劃(RTP)系統(tǒng)中。然而，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，所描述的 (一種或多種)技術(shù)還可以應(yīng)用于其他類型的治療規(guī)劃系統(tǒng)、其他計(jì)算機(jī)輔助編輯系統(tǒng)和/ 或其他治療應(yīng)用中。在質(zhì)子和重離子治療中，粒子具有在介質(zhì)、粒子和遞送機(jī)器的能量和屬性的基礎(chǔ)上經(jīng)過特定深度之后在介質(zhì)中“停止”的特性。在粒子射程的末端處，以所謂的“布喇格峰 (Bragg Peak)”遞送向介質(zhì)遞送的最大劑量。在質(zhì)子和離子射束輻射療法中，通常在輻射源和對(duì)象之間設(shè)置補(bǔ)償器 (compensator)。補(bǔ)償器是針對(duì)每位患者定制制造的。補(bǔ)償器通常采用樹脂玻璃層的形式， 該樹脂玻璃層在不同的區(qū)域具有不同的厚度，以便在不同的射束角度處對(duì)射束和靶標(biāo)之間的不同組織進(jìn)行補(bǔ)償，從而向靶標(biāo)遞送均勻劑量，即，將布喇格峰定位在靶標(biāo)上。在外部射束輻射療法處置規(guī)劃中，針對(duì)每位患者對(duì)補(bǔ)償器進(jìn)行定制設(shè)計(jì)，以調(diào)整遞送給該患者的輻射劑量。初始設(shè)計(jì)通常是在處置規(guī)劃系統(tǒng)之內(nèi)計(jì)算和優(yōu)化的，并通過補(bǔ)償器的厚度值的矩陣式樣表示來顯示。這種矩陣幾乎不能就補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)向用戶提供有用的反饋。通常，允許用戶以電子表格輸入的方式改變各像素中的任何一個(gè)的值。然而，這些改變難以評(píng)價(jià)和量化。用戶可能出于某些原因想要編輯補(bǔ)償器，這樣的原因諸如是要消除患者體內(nèi)輻射劑量的熱點(diǎn)或冷點(diǎn)；使相鄰像素之間的梯度柔和，如果梯度過于陡峭，那么在發(fā)生輕微患者放置錯(cuò)誤的情況，就可能導(dǎo)致遞送給靶標(biāo)或危險(xiǎn)器官的劑量出現(xiàn)巨大變化； 使補(bǔ)償器形狀加寬或變窄，以覆蓋更多或更少的靶標(biāo)器官；或者由于初始計(jì)算機(jī)算法提供的劑量分布是不可接受的。例如與伽馬輻射光子相比，質(zhì)子和離子治療具有許多臨床優(yōu)點(diǎn)?？梢允官|(zhì)子和離子射束按照形形色色的方式組合，從而向介質(zhì)中的復(fù)雜靶標(biāo)遞送均勻的劑量分布。這些技術(shù)中的一種是所謂的“修補(bǔ)場(chǎng)(Patch Field)”技術(shù)，在這種技術(shù)中，兩條或更多射束實(shí)質(zhì)上是彼此垂直的。例如，“貫穿”射束縱向照射，而“修補(bǔ)”射束橫向照射。對(duì)修補(bǔ)和貫穿射束的機(jī)械特性進(jìn)行調(diào)整，以在重疊區(qū)域中，即向靶標(biāo)，提供均勻劑量。該修補(bǔ)系統(tǒng)是一種在輻射療法中使用的已知技術(shù)。然而，用于實(shí)施和優(yōu)化這一技術(shù)的工具并未得到改進(jìn)。尤其是在基于離子或質(zhì)子的治療(下文統(tǒng)稱為“離子治療”)中，初始設(shè)計(jì)通常是出于單個(gè)目標(biāo)-即，使劑量順應(yīng)靶標(biāo)組織的遠(yuǎn)緣，而在處置規(guī)劃系統(tǒng)之內(nèi)計(jì)算和優(yōu)化的。這限制了用戶對(duì)從離子治療源提供給患者的劑量分布進(jìn)行形狀設(shè)定的能力。盡管可以對(duì)補(bǔ)償器像素進(jìn)行手動(dòng)編輯，然而這樣的編輯是以反復(fù)試驗(yàn)為基礎(chǔ)的，并且將被認(rèn)為是補(bǔ)償器設(shè)計(jì)的先期規(guī)劃方案。在考慮諸多因素時(shí)，離子治療中的初始補(bǔ)償器設(shè)計(jì)可能是不理想的。例如，如果靶標(biāo)組織緊密接近危險(xiǎn)器官(OAR)，那么對(duì)靶標(biāo)的均勻覆蓋可能會(huì)迫使過多的劑量溢出到OAR中。此外，加到靶標(biāo)形狀上的任何裕量都可能引起OAR之內(nèi)劑量的進(jìn)一步提高。 理想地，用戶可能想要檢驗(yàn)對(duì)靶標(biāo)的劑量分布相對(duì)于對(duì)周圍組織的劑量的某些折衷。復(fù)雜的靶標(biāo)覆蓋是輻射療法處置規(guī)劃的另一個(gè)主要關(guān)注項(xiàng)。遞送給靶標(biāo)解剖結(jié)構(gòu)的輻射劑量必須足夠，同時(shí)使對(duì)相鄰危險(xiǎn)器官的劑量最低。當(dāng)靶標(biāo)的形狀復(fù)雜時(shí)，可以使用多條射束覆蓋靶標(biāo)的分離部分。在這種情況下，來自各射束的重疊劑量可能造成不希望的熱點(diǎn)，并使靶標(biāo)組織之內(nèi)的均勻性降低。本領(lǐng)域需要這樣的系統(tǒng)和方法，其將便于補(bǔ)償器的3維交互顯示，包括患者解剖結(jié)構(gòu)和劑量分布，以輔助用戶手動(dòng)調(diào)整補(bǔ)償器像素等，從而克服上述缺陷。根據(jù)一個(gè)方面，一種便于優(yōu)化在輻射療法處置規(guī)劃中所使用的計(jì)算機(jī)生成的3D 補(bǔ)償器模型的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括，包括顯示器和用戶輸入裝置的圖形用戶接口(GUI)，以及執(zhí)行存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的處理器。所述指令包括在顯示器上向用戶顯示補(bǔ)償器模型；接收來自用戶輸入裝置的包括對(duì)補(bǔ)償器模型的編輯的用戶輸入；基于所述用戶輸入優(yōu)化補(bǔ)償器模型；以及將經(jīng)優(yōu)化的補(bǔ)償器模型存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器或計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。根據(jù)另一方面，一種對(duì)在輻射療法處置中所使用的補(bǔ)償器進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助補(bǔ)償器模型優(yōu)化的方法，所述方法包括在患者的解剖區(qū)域的患者圖像上顯示補(bǔ)償器模型；接收對(duì)補(bǔ)償器模型的用戶輸入編輯；并基于用戶輸入更新補(bǔ)償器模型。所述指令還包括將經(jīng)更新的補(bǔ)償器模型存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器或計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。根據(jù)另一方面，一種用于在減少對(duì)鄰近器官的輻射劑量的同時(shí)優(yōu)化對(duì)患者體內(nèi)不規(guī)則形狀的靶標(biāo)團(tuán)塊的輻射劑量分布的方法，所述方法包括識(shí)別靶標(biāo)團(tuán)塊的計(jì)算機(jī)化模型的橫向部分和遠(yuǎn)端部分以及所述橫向部分和遠(yuǎn)端部分之間的交接處；以及在所述模型中沿著所述交接處進(jìn)行虛擬切割。所述方法還包括迭代地調(diào)整所述橫向部分和遠(yuǎn)端部分的輪廓，以便優(yōu)化輻射劑量分布；以及顯示疊加在包括靶標(biāo)團(tuán)塊的患者圖像上的劑量分布，以供用戶在劑量分布優(yōu)化過程中進(jìn)行評(píng)估。一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于改進(jìn)了補(bǔ)償器制造。另一優(yōu)點(diǎn)在于使患者(遭受)的不必要的輻射劑量降至最低。另一優(yōu)點(diǎn)在于簡(jiǎn)化了補(bǔ)償器設(shè)計(jì)，其提高了設(shè)計(jì)精確度。在閱讀并理解了下文詳細(xì)說明的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到本創(chuàng)新的更多優(yōu)點(diǎn)。附圖僅用于圖示說明各個(gè)方面，而不應(yīng)認(rèn)為其構(gòu)成限制。

圖1圖示了一種用于對(duì)在輻射療法規(guī)劃和向患者施予輻射劑量期間所使用的補(bǔ)償器進(jìn)行編輯的系統(tǒng)。圖2是補(bǔ)償器編輯圖形用戶接口(⑶I)的范例，其例如可以在圖1的顯示器上顯
7J\ ο圖3是補(bǔ)償器編輯⑶I的范例，其包括患者顱中的大致為L(zhǎng)形的靶標(biāo)團(tuán)塊，其中， 將該團(tuán)塊劃分成要在輻射療法處置過程中單獨(dú)照射的貫穿(遠(yuǎn)端)區(qū)域和修補(bǔ)(橫向)區(qū)域。圖4是示出了包括多個(gè)像素的虛擬補(bǔ)償器模型的由上到下的視圖的GUI的屏幕快照。圖5是GUI的屏幕快照，其中，基本為L(zhǎng)形的靶標(biāo)團(tuán)塊處于緊密靠近危險(xiǎn)器官的位置。圖6是⑶I的屏幕快照，其包括“修補(bǔ)”工具，用戶可以選擇該工具令圖1的處理器執(zhí)行射束配置算法，并調(diào)整射束配置數(shù)據(jù)，以生成分別用于照射靶標(biāo)團(tuán)塊的修補(bǔ)部分和靶標(biāo)團(tuán)塊的貫穿部分的修補(bǔ)射束數(shù)據(jù)和貫穿射束數(shù)據(jù)。圖7是GUI的屏幕快照，其在保留器官的同時(shí)示出了在系統(tǒng)執(zhí)行修補(bǔ)算法之前的修補(bǔ)部分和貫穿部分中的輻射的劑量分布。圖8是GUI的屏幕快照，其在保留器官的同時(shí)示出了在系統(tǒng)執(zhí)行修補(bǔ)算法之后的修補(bǔ)部分和貫穿部分中的輻射的經(jīng)優(yōu)化的劑量分布。圖9圖示了根據(jù)本文所闡述的各方面的用于3D補(bǔ)償器模型的計(jì)算機(jī)輔助編輯的方法。圖10圖示了根據(jù)本文所闡述的各方面的用于在減少對(duì)鄰近器官等的不必要的輻射的同時(shí)優(yōu)化不規(guī)則外形的靶標(biāo)團(tuán)塊的輻射劑量的方法。圖11圖示了根據(jù)本文所闡述的各方面的用于執(zhí)行對(duì)在輻射療法處置中所使用的補(bǔ)償器的逆優(yōu)化和設(shè)計(jì)的方法。本文所描述的系統(tǒng)和方法，在一個(gè)實(shí)施例中，涉及一種計(jì)算機(jī)化系統(tǒng)，其顯示疊加到補(bǔ)償器像素的投影上的輻射療法射束的劑量分布和患者解剖結(jié)構(gòu)，使其得到詳細(xì)的可視化。另外，還提供了編輯工具，從而基于用戶的意圖對(duì)補(bǔ)償器進(jìn)行調(diào)整和編輯，同時(shí)交互地顯示對(duì)劑量分布的改變。在另一實(shí)施例中，一種計(jì)算機(jī)化算法考慮了靶標(biāo)形狀、射束劑量和所遞送粒子的屬性，以提供均勻劑量分布。圖形用戶接口和編輯工具便于操縱射束參數(shù)，以確保得到可接受的靶標(biāo)照射。在另一實(shí)施例中，提供了用于補(bǔ)償器設(shè)計(jì)和優(yōu)化的計(jì)算機(jī)化編輯工具和算法。所述算法所包含的因子包括在基于質(zhì)子和離子的治療中針對(duì)提供給患者、靶標(biāo)和周圍組織的預(yù)期劑量的用戶指定目的和/或目標(biāo)。圖1圖示了用于對(duì)在輻射療法規(guī)劃和向患者施予輻射劑量期間所使用的補(bǔ)償器進(jìn)行編輯的系統(tǒng)10。該系統(tǒng)包括處理器12以及存儲(chǔ)器14或其他計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，處理器 12執(zhí)行并且存儲(chǔ)器14或其他計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)存儲(chǔ)用于執(zhí)行本文所描述的各種方法和/或技術(shù)的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令。所述處理器和存儲(chǔ)器經(jīng)由總線15彼此耦合，總線15還耦合至成像裝置16 (例如，計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置、磁共振成像裝置、核掃描裝置等)和顯示器18。 所述成像裝置生成對(duì)象或患者的掃描數(shù)據(jù)，由重建處理器重建所述數(shù)據(jù)，以生成患者圖像數(shù)據(jù)20，患者圖像數(shù)據(jù)20存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器14中在并在顯示器18上顯示。在一個(gè)實(shí)施例中， (一個(gè)或多個(gè))處理器12包括執(zhí)行重建算法等的重建處理器。存儲(chǔ)器14還存儲(chǔ)一個(gè)或多個(gè)3D補(bǔ)償器模型22。用戶使用編輯工具24選擇補(bǔ)償器模型22，所述編輯工具24可以包括鼠標(biāo)、指示筆、鍵盤或其他輸入裝置。所述存儲(chǔ)器另外還存儲(chǔ)補(bǔ)償器像素?cái)?shù)據(jù)26、對(duì)應(yīng)于補(bǔ)償器模型22的切片的2D橫截平面數(shù)據(jù)28和補(bǔ)償器梯度厚度數(shù)據(jù)30。另外，射束配置數(shù)據(jù)32被存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中，并且包括要施予到患者體內(nèi)的靶標(biāo)團(tuán)塊上的輻射射束的修補(bǔ)參數(shù)34和/或算法以及貫穿參數(shù)36和/或算法。將所述射束配置數(shù)據(jù)提供給治療裝置40，所述治療裝置在照射患者體內(nèi)的靶標(biāo)組織時(shí)生成輻射射束。所述存儲(chǔ)器還存儲(chǔ)用于補(bǔ)償器設(shè)計(jì)和優(yōu)化的一個(gè)或多個(gè)算法(例如，計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令)。例如，3D補(bǔ)償器模型可以是預(yù)先生成的，或者可以是具體針對(duì)每位患者治療處置而生成的。利用所述編輯工具，用戶對(duì)顯示器上的選定模型進(jìn)行調(diào)整，并將修正版本存儲(chǔ)22為所述補(bǔ)償器模型的不同版本。用戶的每一編輯輸入都將令處理器執(zhí)行(一個(gè)或多個(gè))優(yōu)化算法，并對(duì)模型進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。然后，用戶可以查看經(jīng)編輯的模型，并接受或拒絕該改變。如果用戶接受所述改變，那么將經(jīng)修正的模型存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器，以供輻射處置事件期間使用。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，將用戶選擇的補(bǔ)償器22，連同射束的目視視圖顯示中的劑量分布圖42，一起投影到顯示器18上顯示的患者解剖圖像上。利用編輯工具24，用戶步進(jìn)貫穿 (through)患者解剖圖像20的解剖切片，并由處理器12對(duì)補(bǔ)償器22的投影進(jìn)行相應(yīng)地調(diào)整。通過這種方式，能夠?qū)€(gè)體補(bǔ)償器像素追溯至劑量分布和解剖特征。編輯工具24允許用戶在射束的目視視圖表示中編輯補(bǔ)償器像素26。用戶可以通過對(duì)值進(jìn)行加、減、求平均等來改變補(bǔ)償器像素。此外，用戶輸入的改變將在補(bǔ)償器的3維模型中得到更新。除了射束的目視視圖和3維模型之外，補(bǔ)償器的2維橫截平面28也輔助用戶實(shí)施補(bǔ)償器22的厚度梯度30的可視化。在用戶對(duì)補(bǔ)償器進(jìn)行編輯之后，處理器12利用經(jīng)修正的補(bǔ)償器重新計(jì)算射束的劑量分布42，并且用戶將該結(jié)果與原始結(jié)果進(jìn)行比較。 然后，用戶可以“取消”改變或者繼續(xù)進(jìn)一步編輯。當(dāng)完成時(shí)，就可以保存編輯，并將其復(fù)制到想要遞送的原始射束上。根據(jù)另一實(shí)施例，由處理器12執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)射束控制算法44，從而自動(dòng)調(diào)整射束配置32和對(duì)應(yīng)的治療裝置38 (例如，離子束發(fā)生器、質(zhì)子束發(fā)生器等)參數(shù)，以考慮靶標(biāo)形狀、射束劑量以及所遞送粒子的屬性，從而向靶標(biāo)提供均勻劑量分布。確定靶標(biāo)組織中的 “修補(bǔ)”交接處，并通過射束控制算法44實(shí)施對(duì)靶標(biāo)的3維“切割”。修補(bǔ)射束和貫穿射束的靶標(biāo)的輪廓被分離地處置，并且可以通過射束控制算法基于劑量分布和修補(bǔ)射束或者貫穿射束之一的特性進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)調(diào)整。用戶與勾勒出靶標(biāo)的感興趣區(qū)域(ROI)輪廓以及與射束參數(shù)進(jìn)行交互，從而調(diào)節(jié)劑量，直到用戶滿意為止。用戶能夠顯示經(jīng)更新的劑量分布圖42，其示出了利用每一補(bǔ)償器編輯遞送至靶標(biāo)的輻射劑量，以供評(píng)估和重新優(yōu)化。在另一實(shí)施例中，為用戶提供顯示器18和編輯工具24(例如，圖形用戶接口 (GUI))，利用其針對(duì)患者的某些點(diǎn)、器官、區(qū)域的劑量分布設(shè)定目的或目標(biāo)。用戶可以將劑量強(qiáng)度指定為一定范圍、均勻性，或者指定為特定區(qū)域應(yīng)當(dāng)接收到的生物學(xué)等價(jià)效應(yīng)，還可以為這些目標(biāo)中的每個(gè)指定等級(jí)(rank)，其傳達(dá)滿足該目標(biāo)的相對(duì)重要性。然后，處理器 12執(zhí)行補(bǔ)償器設(shè)計(jì)和優(yōu)化算法40，以設(shè)計(jì)補(bǔ)償器，和/或調(diào)整射束配置參數(shù)，所述射束配置參數(shù)包括，但不限于，試圖滿足目標(biāo)的射束的范圍和調(diào)制、裕量和能量。此外，用戶可以包括某些不確定性，諸如患者運(yùn)動(dòng)和密度變換。在處理器完成計(jì)算之后，為用戶給出查看結(jié)果和進(jìn)一步調(diào)整參數(shù)的機(jī)會(huì)，其可能提出有必要重新優(yōu)化。所述GUI允許與優(yōu)化治療處置所使用的軟件代碼和算法的用戶交互?？梢詫?duì)所述算法進(jìn)行編碼，以通過計(jì)算劑量分布和調(diào)整補(bǔ)償器像素和治療裝置參數(shù)來確定實(shí)現(xiàn)用戶定義的目標(biāo)的解決方案。查看界面允許用戶查看優(yōu)化的結(jié)果。在另一實(shí)施例中，用戶不采用“基于文本的”方式輸入目標(biāo)，而是在顯示屏幕上“繪制”預(yù)期的劑量分布(例如，使用諸如鼠標(biāo)或指示筆的輸入裝置)，并且所述算法通過調(diào)整和優(yōu)化與劑量遞送相關(guān)的上述參數(shù)，諸如補(bǔ)償器、調(diào)制等，來匹配劑量的圖形表示。系統(tǒng)10還包括補(bǔ)償器機(jī)器46，其接收已經(jīng)由用戶認(rèn)可的最終確定的補(bǔ)償器模型， 并根據(jù)該模型的設(shè)計(jì)參數(shù)構(gòu)建實(shí)際補(bǔ)償器。在一個(gè)實(shí)施例中，所述補(bǔ)償器機(jī)器與系統(tǒng)10處于同一場(chǎng)所，并就地生成補(bǔ)償器。在另一實(shí)施例中，補(bǔ)償器位于距離系統(tǒng)10的遠(yuǎn)處(例如， 處于不同的房間、建筑物、城市、州、國(guó)家等)，將經(jīng)認(rèn)可的補(bǔ)償器模型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到系統(tǒng)場(chǎng)所處的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)(例如，磁盤、存儲(chǔ)棒或其他適當(dāng)?shù)拇鎯?chǔ)介質(zhì))，并將其傳送至補(bǔ)償器機(jī)器場(chǎng)所，在該補(bǔ)償器機(jī)器場(chǎng)所處將所述模型數(shù)據(jù)上載到補(bǔ)償器機(jī)器中?；蛘?，可以將3D補(bǔ)償器模型數(shù)據(jù)以電子方式傳遞至補(bǔ)償器機(jī)器，諸如通過email、無線通信鏈路、紅外線、射頻等。如上所述，所述系統(tǒng)包括(一個(gè)或多個(gè))處理器12和存儲(chǔ)器14，處理器12執(zhí)行并且存儲(chǔ)器14存儲(chǔ)用于執(zhí)行本文所描述的各種功能和/或方法的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令。存儲(chǔ)器 14可以是在其上存儲(chǔ)了控制程序的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，諸如磁盤、硬盤驅(qū)動(dòng)器等。通常形式的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)包括，例如，軟盤、柔性盤、硬盤、磁帶或者任何其他磁存儲(chǔ)介質(zhì)，CD-ROM、 DVD或者任何其他光學(xué)介質(zhì)，RAM、ROM、PROM、EPROM、FLASH-EPROM及其變體，其他存儲(chǔ)芯片或盒式磁帶，或者處理器12能夠從其讀取內(nèi)容并執(zhí)行的任何其他實(shí)體介質(zhì)。在這一背景下，可以在一個(gè)或多個(gè)通用計(jì)算機(jī)、(一個(gè)或多個(gè))專用計(jì)算機(jī)、編程的微處理器或微控制器和外圍集成電路元件、ASIC或其他集成電路、數(shù)字信號(hào)處理器、諸如分立元件電路的硬布線電子或邏輯電路、諸如PLD、PLA、FPGA、圖形卡CPU(GPU)或PAL的可編程邏輯器件等上實(shí)施系統(tǒng)10，或者將系統(tǒng)10實(shí)現(xiàn)為上述列舉內(nèi)容。圖2是補(bǔ)償器編輯⑶I 60的范例，其諸如可以在圖1的顯示器18上顯示。所述 ⑶I包括一個(gè)或多個(gè)患者圖像20a、20b?；颊邎D像20a示出了疊加在患者圖像20a上的虛擬補(bǔ)償器62?；颊邎D像20b示出了貫穿補(bǔ)償器62投射到患者體內(nèi)以對(duì)靶標(biāo)團(tuán)塊進(jìn)行照射的輻射射束64的射束目視視圖。還示出了貫穿補(bǔ)償器的2D垂直切片66和貫穿補(bǔ)償器的 2D水平切片68。所述GUI允許用戶對(duì)虛擬補(bǔ)償器進(jìn)行調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)針對(duì)靶標(biāo)團(tuán)塊的預(yù)期的輻射劑量。一旦用戶滿意，即，對(duì)補(bǔ)償器細(xì)化改進(jìn)以向靶標(biāo)團(tuán)塊成功地施予了適當(dāng)劑量的輻射，同時(shí)減弱了抵達(dá)危險(xiǎn)器官或者不希望出現(xiàn)輻射劑量的其他組織的輻射劑量，就將虛擬補(bǔ)償器模型62配置保存至存儲(chǔ)器，并將其用于患者的輻射療法處置過程中所使用的實(shí)際補(bǔ)償器的構(gòu)建。圖3是補(bǔ)償器編輯⑶I 80的范例，其包括患者顱骨83中的大體為L(zhǎng)形的靶標(biāo)團(tuán)塊 82，其中，將所述團(tuán)塊劃分為將在輻射療法處置過程中單獨(dú)照射的貫穿區(qū)域84和修補(bǔ)(橫向)區(qū)域86。圖4是⑶I 100的屏幕快照，其示出了包括多個(gè)像素102的虛擬補(bǔ)償器模型62的由上到下的視圖。每一像素對(duì)應(yīng)于將使用所述模型(例如，由圖1的補(bǔ)償器機(jī)器46)生成的實(shí)際補(bǔ)償器上的點(diǎn)。一旦模型62得到了用戶認(rèn)可，那么將其存儲(chǔ)至存儲(chǔ)器，并輸出至補(bǔ)償器機(jī)器。圖5是⑶I 120的屏幕快照，其中，基本為L(zhǎng)形的靶標(biāo)團(tuán)塊122處于緊密靠近危險(xiǎn)器官124(例如，在靶標(biāo)團(tuán)塊的照射過程中不應(yīng)受照射的器官)的位置。離子束126被示為覆蓋整個(gè)靶標(biāo)團(tuán)塊，在這種情況下，危險(xiǎn)器官將受到不必要的照射。然而，借助適當(dāng)設(shè)計(jì)的補(bǔ)償器，將使布喇格峰位于靶標(biāo)區(qū)域的范圍內(nèi)，僅有少量離子將抵達(dá)危險(xiǎn)器官。圖6是包括“修補(bǔ)”工具142的⑶I 140的屏幕快照，用戶選擇(例如，點(diǎn)擊等)所述工具，令圖1的處理器12執(zhí)行射束配置算法，并調(diào)整射束配置數(shù)據(jù)32，以生成修補(bǔ)射束數(shù)據(jù)34和貫穿射束數(shù)據(jù)36 (見圖1)，所述數(shù)據(jù)一起向修補(bǔ)區(qū)域84和貫穿區(qū)域86遞送基本均
9勻的劑量。所述修補(bǔ)和貫穿技術(shù)在使危險(xiǎn)器官124免除影響的同時(shí)對(duì)靶標(biāo)團(tuán)塊122進(jìn)行更加精確的照射。使用所述修補(bǔ)和貫穿技術(shù)，采用多條射束以良好的符合度和對(duì)危險(xiǎn)器官的最小劑量來覆蓋復(fù)雜靶標(biāo)團(tuán)塊。所述算法包括描繪靶標(biāo)團(tuán)塊，用戶可以通過在患者圖像上對(duì)所述團(tuán)塊進(jìn)行標(biāo)記或勾勒(例如，使用指示筆、鼠標(biāo)或其他某種輸入工具)執(zhí)行所述描繪。啟動(dòng)修補(bǔ)工具142，并且所述修補(bǔ)工具142將靶標(biāo)團(tuán)塊自動(dòng)分解成修補(bǔ)部分和貫穿部分。或者， 用戶可以手動(dòng)執(zhí)行這一步驟。在一個(gè)實(shí)施例中，提供總輻射射束的50%，使之橫向貫穿所述貫穿部分86，并提供剩余的50%，使之在遠(yuǎn)端貫穿所述修補(bǔ)部分84。然而，允許用戶根據(jù)需要調(diào)整這些比例，以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的劑量密度或模式。在另一實(shí)施例中，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整修補(bǔ)射束和貫穿射束，以優(yōu)化貫穿靶標(biāo)團(tuán)塊的劑量均勻性。允許用戶調(diào)整靶標(biāo)團(tuán)塊的修補(bǔ)部分和貫穿部分的邊界，這將令所述系統(tǒng)重新優(yōu)化射束參數(shù)，并由此改變針對(duì)靶標(biāo)團(tuán)塊生成的補(bǔ)償器模型的形狀和/或厚度。圖7是⑶I 160的屏幕快照，其在保留器官124的同時(shí)，示出了在系統(tǒng)執(zhí)行修補(bǔ)算法(例如，圖6的修補(bǔ)工具142的選擇)之前修補(bǔ)部分84和貫穿部分86中的輻射的劑量分布162。圖8是⑶I 180的屏幕快照，其在保留器官124的同時(shí)，示出了在系統(tǒng)執(zhí)行修補(bǔ)算法(例如，圖6的修補(bǔ)工具142的選擇)之后修補(bǔ)部分84和貫穿部分86中的輻射的經(jīng)優(yōu)化的劑量分布162。圖9圖示了根據(jù)本文所闡述的各方面的用于3D補(bǔ)償器模型的計(jì)算機(jī)輔助編輯的方法。在200，將補(bǔ)償器連同射束的目視視圖64顯示(如圖2中所示)中的劑量分布一起投影到患者圖像上。在202，用戶可以步進(jìn)貫穿患者圖像的解剖切片，并相應(yīng)地調(diào)整補(bǔ)償器的投影。通過這種方式，在204，能夠?qū)⒏鱾€(gè)補(bǔ)償器像素追溯至劑量分布和解剖特征。在 206，用戶采用編輯工具在射束的目視視圖表示中對(duì)補(bǔ)償器像素進(jìn)行編輯。用戶通過對(duì)值進(jìn)行加、減、求平均等來改變補(bǔ)償器像素。在208，用戶輸入的變化引起補(bǔ)償器的3維模型的更新。在210，將補(bǔ)償器的2維橫截平面呈現(xiàn)給用戶，從而幫助用戶實(shí)現(xiàn)厚度梯度的可視化。 在用戶對(duì)補(bǔ)償器進(jìn)行編輯之后，在212，重新計(jì)算利用新的補(bǔ)償器得到的射束劑量分布。在 214，將經(jīng)重新計(jì)算的劑量分布與原始劑量分布進(jìn)行比較。在216，用戶能夠“取消”改變、接受改變和/或繼續(xù)進(jìn)一步編輯。在218，當(dāng)完成時(shí)，能夠?qū)⑺鼍庉嫶鎯?chǔ)為補(bǔ)償器模型的最終版本，能夠使用所述最終版本構(gòu)建補(bǔ)償器。圖10圖示了根據(jù)本文所闡述的各方面的用于在減弱鄰近器官等的不必要的輻射的同時(shí)優(yōu)化不規(guī)則外形的靶標(biāo)團(tuán)塊的輻射劑量的方法。在230，將靶標(biāo)團(tuán)塊分割成“修補(bǔ)”(例如，遠(yuǎn)端)區(qū)域和貫穿(例如，橫向)區(qū)域，并確定其間的交接處。在232，通過算法實(shí)施對(duì)靶標(biāo)的三維“切割”。分離地處理修補(bǔ)射束和貫穿射束的靶標(biāo)(例如，分別為靶標(biāo)團(tuán)塊的修補(bǔ)部分和貫穿部分)的輪廓，可以通過所述算法在劑量分布以及修補(bǔ)射束或者貫穿射束之一的特性的基礎(chǔ)上對(duì)所述輪廓進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)調(diào)整。在234，用戶能夠與勾勒出靶標(biāo)的感興趣區(qū)域輪廓以及射束參數(shù)進(jìn)行交互，從而調(diào)節(jié)劑量，直到滿意為止。在236，用戶還能夠顯示遞送至靶標(biāo)的劑量，以供評(píng)估和重新優(yōu)化。圖11圖示了根據(jù)本文所闡述的各方面的用于執(zhí)行對(duì)輻射療法治療中所使用的補(bǔ)償器的逆優(yōu)化和設(shè)計(jì)的方法。在250，用戶針對(duì)患者的某些點(diǎn)、器官或區(qū)域(例如，靶標(biāo)團(tuán)塊和/或周圍區(qū)域)的劑量分布設(shè)定目的或目標(biāo)。用戶能夠?qū)┝康亩嗌僦付橐欢ǚ秶⒕鶆蛐?，或者特定區(qū)域應(yīng)當(dāng)接收到的生物學(xué)等價(jià)效應(yīng)。在252，用戶為所述目標(biāo)中的每個(gè)指定等級(jí)，該等級(jí)傳達(dá)著滿足該目標(biāo)的相對(duì)重要性。在254，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)補(bǔ)償器模型和/或?qū)ι涫鴧?shù)進(jìn)行調(diào)整以滿足所述目標(biāo)，所述射束參數(shù)包括，但不限于，射束的范圍和調(diào)制、裕量和能量。在256，用戶任選地包括在補(bǔ)償器設(shè)計(jì)過程中考慮的不確定性，諸如患者運(yùn)動(dòng)以及圖像像素到停止功率或者密度變換。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)完成補(bǔ)償器模型的計(jì)算之后， 在258，為用戶提供檢查結(jié)果和進(jìn)一步調(diào)整參數(shù)的機(jī)會(huì)，這樣的檢查和調(diào)整可能要求必須進(jìn)行重新優(yōu)化。迭代地執(zhí)行所述方法直到用戶對(duì)優(yōu)化的補(bǔ)償器模型滿意為止，在這一點(diǎn)，存儲(chǔ)所述模型和/或?qū)⑵漭敵龅綐?gòu)建補(bǔ)償器的補(bǔ)償器機(jī)器。 已經(jīng)參考若干實(shí)施例描述了本創(chuàng)新。在閱讀并理解了前述說明后，他人可以想到修改和變化。這意味著，應(yīng)當(dāng)將本創(chuàng)新推斷為包括所有此類落在權(quán)利要求及其等同要件的范圍內(nèi)的修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種便于優(yōu)化在輻射療法處置規(guī)劃中所使用的計(jì)算機(jī)生成的3D補(bǔ)償器模型的系統(tǒng)，包括包括顯示器(18)和用戶輸入裝置(24)的圖形用戶接口(GUI)；執(zhí)行存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器(14)中的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的處理器(12)，所述指令包括在所述顯示器(18)上向用戶顯示補(bǔ)償器模型(22、62)；接收來自所述用戶輸入裝置(24)的包括對(duì)所述補(bǔ)償器模型(22、62)的編輯的用戶輸入；基于所述用戶輸入優(yōu)化所述補(bǔ)償器模型(22、62)；以及將經(jīng)優(yōu)化的補(bǔ)償器模型存儲(chǔ)到所述存儲(chǔ)器(14)或計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，所述指令還包括 向用戶顯示多個(gè)編輯工具；基于所述經(jīng)優(yōu)化的補(bǔ)償器模型重新計(jì)算輻射劑量分布；以及在所述顯示器上顯示經(jīng)重新計(jì)算的輻射劑量分布；其中，將所述補(bǔ)償器模型(22、62)投影到解剖患者圖像(20)上，其中輻射劑量分布 (42)疊加在所述患者圖像(20)上；其中，在用戶認(rèn)可所述經(jīng)優(yōu)化的補(bǔ)償器模型時(shí)，將所述經(jīng)優(yōu)化的補(bǔ)償器模型存儲(chǔ)到所述存儲(chǔ)器(14)或計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，所述指令還包括 步進(jìn)貫穿并顯示所述患者圖像(20)的多個(gè)解剖切片；以及響應(yīng)于接收到所述用戶輸入編輯，針對(duì)所述患者圖像(20)的每個(gè)切片對(duì)所述補(bǔ)償器模型中的像素(102)進(jìn)行編輯。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，所述指令還包括在優(yōu)化過程中在所述顯示器上向所述用戶顯示所述補(bǔ)償器模型(22、62)的示出了所述補(bǔ)償器模型(22、62)的厚度梯度的多個(gè)2D橫截平面(66、68)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，所述指令還包括在所述顯示器上向所述用戶顯示所述經(jīng)優(yōu)化的補(bǔ)償器模型和原始補(bǔ)償器模型，以供比較；允許所述用戶接受或拒絕對(duì)所述原始補(bǔ)償器模型的改變；以及響應(yīng)于來自所述用戶的在所述用戶輸入裝置上的輸入，迭代地編輯所述補(bǔ)償器模型。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，所述指令還包括將經(jīng)優(yōu)化的補(bǔ)償器模型輸出到根據(jù)所述經(jīng)優(yōu)化的補(bǔ)償器模型構(gòu)建補(bǔ)償器的機(jī)器(46)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，所述指令還包括 利用所述用戶輸入裝置輸入分等級(jí)的輻射劑量分布目標(biāo)；優(yōu)化所述補(bǔ)償器模型，以按照分等級(jí)的順序滿足所述劑量分布目標(biāo)；以及在所述顯示器上向所述用戶顯示所述經(jīng)優(yōu)化的補(bǔ)償器模型和劑量分布。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，還包括 使用所述經(jīng)優(yōu)化的補(bǔ)償器模型構(gòu)建的補(bǔ)償器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，還包括輻射射束發(fā)生器，所述輻射射束發(fā)生器在處置針對(duì)其構(gòu)建所述補(bǔ)償器的患者時(shí)，生成穿過所述補(bǔ)償器的輻射射束；其中，所述輻射射束發(fā)生器生成離子射束和質(zhì)子射束之一。
10.一種用于針對(duì)在輻射療法處置中所使用的補(bǔ)償器的計(jì)算機(jī)輔助補(bǔ)償器模型優(yōu)化的方法，包括在患者的解剖區(qū)域的患者圖像(20)上顯示補(bǔ)償器模型； 接收對(duì)所述補(bǔ)償器模型(22、62)的用戶輸入編輯； 基于所述用戶輸入更新所述補(bǔ)償器模型(22、62)；以及將經(jīng)更新的補(bǔ)償器模型存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器(14)或計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括計(jì)算穿過所述補(bǔ)償器模型進(jìn)入所述解剖區(qū)域中的離子或質(zhì)子射束輻射的輻射劑量分布(42)；向用戶顯示投影到解剖患者圖像(20)上的所述補(bǔ)償器模型(22、62)，其中所述輻射劑量分布(42)疊加在所述患者圖像(20)上；基于所述經(jīng)更新的補(bǔ)償器模型重新計(jì)算所述輻射劑量分布； 顯示疊加在所述患者圖像上的經(jīng)重新計(jì)算的輻射劑量分布；以及在用戶認(rèn)可所述經(jīng)更新的補(bǔ)償器模型時(shí)，將所述經(jīng)更新的補(bǔ)償器模型存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器 (14)或計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10-11中的任一項(xiàng)所述的方法，還包括 步進(jìn)貫穿并顯示所述患者圖像(20)的多個(gè)解剖切片；以及接收包括對(duì)所述患者圖像(20)的每個(gè)切片中的像素(102)的編輯的所述用戶輸入。
13.根據(jù)權(quán)利要求10-12中的任一項(xiàng)所述的方法，還包括向所述用戶顯示所述補(bǔ)償器模型(22、62)示出了所述補(bǔ)償器模型(22、62)的厚度梯度的多個(gè)2D橫截平面(66、68)。
14.根據(jù)權(quán)利要求10-13中的任一項(xiàng)所述的方法，還包括向所述用戶顯示所述經(jīng)更新的補(bǔ)償器模型和原始補(bǔ)償器模型，以供比較； 允許所述用戶接受或拒絕對(duì)所述原始補(bǔ)償器模型的改變；以及迭代地編輯所述補(bǔ)償器模型，直到所述補(bǔ)償器模型被優(yōu)化為止。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，還包括將經(jīng)優(yōu)化的補(bǔ)償器模型輸出到根據(jù)所述經(jīng)優(yōu)化的補(bǔ)償器模型構(gòu)建補(bǔ)償器的機(jī)器。
16.根據(jù)權(quán)利要求10-15中的任一項(xiàng)所述的方法，還包括 接收包括分等級(jí)的輻射劑量分布目標(biāo)的用戶輸入；優(yōu)化所述補(bǔ)償器模型，以按照對(duì)所述劑量分布目標(biāo)設(shè)定的等級(jí)的順序滿足所述劑量分布目標(biāo)；以及向所述用戶顯示所述經(jīng)優(yōu)化的補(bǔ)償器模型和劑量分布。
17.根據(jù)權(quán)利要求10-16中的任一項(xiàng)所述的方法，還包括識(shí)別靶標(biāo)團(tuán)塊的計(jì)算機(jī)化模型的橫向部分和遠(yuǎn)端部分以及所述橫向部分和所述遠(yuǎn)端部分之間的交接處；在所述模型中沿著所述交接處實(shí)施虛擬切割；迭代地調(diào)整所述橫向部分和所述遠(yuǎn)端部分的輪廓，以優(yōu)化劑量分布；以及顯示疊加在包括所述靶標(biāo)團(tuán)塊的患者圖像上的劑量分布，以供用戶在劑量分布優(yōu)化過程中進(jìn)行評(píng)估。
18.一種用于在減弱對(duì)鄰近器官的輻射劑量的同時(shí)優(yōu)化患者體內(nèi)的不規(guī)則形狀的靶標(biāo)團(tuán)塊的輻射劑量分布的方法，包括識(shí)別所述靶標(biāo)團(tuán)塊的計(jì)算機(jī)化模型的橫向部分和遠(yuǎn)端部分以及所述橫向部分和所述遠(yuǎn)端部分之間的交接處；在所述模型中沿著所述交接處實(shí)施虛擬切割；迭代地調(diào)整所述橫向部分和所述遠(yuǎn)端部分的輪廓線，以優(yōu)化輻射劑量分布(42)；以及顯示疊加在包括所述靶標(biāo)團(tuán)塊的患者圖像上的劑量分布，以供用戶在劑量分布優(yōu)化過程中進(jìn)行評(píng)估。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括根據(jù)所述經(jīng)優(yōu)化的劑量分布調(diào)整輻射射束參數(shù)；以及根據(jù)經(jīng)調(diào)整的輻射射束參數(shù)向所述患者體內(nèi)的所述靶標(biāo)團(tuán)塊施予質(zhì)子或離子射束。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括在患者的解剖區(qū)域的患者圖像(20)上疊加補(bǔ)償器模型(22、62)；計(jì)算穿過所述補(bǔ)償器模型(22、62)進(jìn)入所述解剖區(qū)域中的離子或質(zhì)子射束輻射的輻射劑量分布(42)；向用戶顯示投影到所述患者圖像(20)上的所述補(bǔ)償器模型(22、62)，其中所述輻射劑量分布(42)疊加在所述患者圖像(20)上；接收對(duì)所述補(bǔ)償器模型(22、62)中的像素(102)的用戶輸入編輯；基于所述用戶輸入更新所述補(bǔ)償器模型(22、62)；在用戶認(rèn)可經(jīng)更新的補(bǔ)償器模型時(shí)，將所述經(jīng)更新的補(bǔ)償器模型存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器(14)。
全文摘要
當(dāng)構(gòu)建用于利用離子或質(zhì)子輻射射束的輻射治療的補(bǔ)償器時(shí)，一種計(jì)算機(jī)輔助補(bǔ)償器編輯方法包括將初始3D補(bǔ)償器模型連同輻射劑量分布信息一起疊加到患者體內(nèi)的靶標(biāo)團(tuán)塊(例如，腫瘤)的解剖圖像上。用戶在顯示器上操縱補(bǔ)償器模型中的像素或體素，并且處理器根據(jù)用戶編輯自動(dòng)調(diào)整劑量分布。用戶迭代地調(diào)整補(bǔ)償器模型，直到劑量分布得到優(yōu)化為止，這時(shí)將經(jīng)優(yōu)化的補(bǔ)償器模型存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器和/或?qū)⑵漭敵龅接伤鰞?yōu)化模型構(gòu)建補(bǔ)償器的機(jī)械加工裝置。
文檔編號(hào)A61N5/10GK102483774SQ201080038308
公開日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2010年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月31日
發(fā)明者M·A·梅爾茨內(nèi)爾, M·考斯, Y·希翁 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司