用于優(yōu)化放射療法治療計劃的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種用于為具有靶和危及器官的治療體積產(chǎn)生改進(jìn)的放射療法治療計劃的基于計算機(jī)的方法。所述方法包括下列步驟：訪問來自于計算機(jī)存儲器的現(xiàn)有放射療法治療計劃，現(xiàn)有放射療法治療計劃的劑量分配用作參考劑量分配；并且通過追求優(yōu)化目標(biāo)以最小化到達(dá)危及器官的劑量，使用計算機(jī)對現(xiàn)有放射療法治療計劃執(zhí)行機(jī)器參數(shù)優(yōu)化，從而產(chǎn)生改進(jìn)的放射療法治療計劃。
【專利說明】用于優(yōu)化放射療法治療計劃的方法和系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及放射治療領(lǐng)域，具體來說涉及在現(xiàn)有放射療法治療計劃的基礎(chǔ)上優(yōu)化 放射療法治療計劃。

【背景技術(shù)】
[0002] 在放射療法治療計劃領(lǐng)域中，治療計劃人員通常在例如使用計算機(jī)斷層掃描（CT) 掃描儀了解了患者身體中的待治療靶體積之后，產(chǎn)生強(qiáng)度調(diào)制放射療法（IMRT)治療計劃。 靶體積通常是患者身體中受腫瘤例如癌癥影響的器官。然而，研宄顯示，治療計劃的質(zhì)量與 治療計劃人員的經(jīng)驗(yàn)密切相關(guān)。這表明許多治療計劃有改進(jìn)空間，特別是如果由經(jīng)驗(yàn)較少 的計劃人員準(zhǔn)備的話。此外，使用不恰當(dāng)?shù)挠媱澐椒?、?yōu)化過程的提前終止或使用不正確或 鈍的適應(yīng)度函數(shù)來測量計劃質(zhì)量，通常導(dǎo)致不恰當(dāng)?shù)姆派浏煼ㄖ委熡媱?。后一類適應(yīng)度函 數(shù)的示例是半偏差懲罰（semideviation penalties)，其對具有高于或低于某個閾值的劑 量的體積單元進(jìn)行懲罰，通常在治療計劃優(yōu)化中使用：當(dāng)只有接收高于處方劑量水平的劑 量的體積單元被處罰時，優(yōu)化算法的唯一激勵是將劑量降低到正好處于所述水平，即使較 低的劑量可以良好地達(dá)到并且不犧牲任何其他治療目標(biāo)。
[0003] 作為示例，出版物"用于MRT治療計劃質(zhì)量控制的患者幾何結(jié)構(gòu)驅(qū)動的信息檢 索"（Patient geometry-driven information retrieval for IMRT treatment plan quality control，來自于 Medical Physics 的 B. Wu, F. Ricchetti, G. Sanguineti, M. Kazhdan，P. Simari，M. Chuang，R. Taylor, R. Jacques 和 T. McNutt，Vol. 36 (12)，第 5497-5505頁，2009)，提出了一種用于治療計劃的質(zhì)量控制的方法。在這種方法中，在準(zhǔn)備 新計劃時，將它的患者幾何結(jié)構(gòu)針對以前計劃的數(shù)據(jù)庫中的患者幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行匹配。新計 劃中的劑量比具有類似幾何結(jié)構(gòu)的以前計劃中的劑量更差的結(jié)構(gòu)，被標(biāo)記為是改進(jìn)的潛在 課題。然后使用更嚴(yán)格的劑量要求為標(biāo)記的結(jié)構(gòu)重新優(yōu)化計劃。
[0004] 由出版物"將體素相關(guān)重要性因子用于交互式基于DVH的劑量優(yōu) 化" （Using voxel-dependent importance factors for interactive DVH-based dose optimization， 來自于 C.Cotrutz 和 L.Xing， Physics in Medicine and Biology, Vol. 47 (10)，第1659-1669頁2002)和"使用區(qū)域可變處罰方案進(jìn)行MRT劑 量成形"（IMRT dose shaping with regionally variable penalty scheme，也來自于 C. Cotrutz 和 L. Xing, Medical Physics, Vol. 30 (4)，第 544-551 頁，2003)提出的方法，建 議使用特定體素權(quán)重因子向用于劑量-體積直方圖（DVH)的優(yōu)化算法傳達(dá)患者幾何結(jié)構(gòu)中 的不同區(qū)域的重要性。他們迭代地執(zhí)行優(yōu)化，以仔細(xì)地平衡計劃標(biāo)準(zhǔn)之間的取舍。出版物 "使用基于體素的權(quán)重因子/劑量處方的治療計劃修改"（Treatment plan modification using voxel-based weighting factors/dose prescription, Physics in Medicine and Biology，Vol.48(15)，pp.2479,2003，來自于 C.Wu，G.H· 01ivera，R.Jeraj，H. Keller 和 T. R. Mackie)也建議了迭代地執(zhí)行優(yōu)化，其中他們?yōu)槊總€體素更新權(quán)重因子或處方劑量。他 們發(fā)現(xiàn)，在某些條件下兩種類型的更新是等同的。
[0005] 同樣地，出版物"通向真正最適的MRT計量分配：使用體素特定懲罰的反向 計劃" （Toward truly optimal IMRT dose distribution:inverse planning with voxel-specific penalty,來自于 P. Lougovski, J. LeNoach, L. Zhu, Y. Ma, Y. Censor 和 L. Xing，Technology in Cancer Research and Treatment, Vol. 9 (6)，第629-636 頁，2010) 提出了構(gòu)建一種方案，其中為不滿足均勻靶劑量和對健康組織的零劑量的理想劑量處方的 體素，迭代地更新處方劑量水平。此外，由Johan L0f的題為"用于優(yōu)化放射療法的通用 框架的開發(fā)"（Development of a general framework for optimization of radiation therapy, Department of Medical Radiation Physics of Stockholm University, 2000) 的Ph. D.論文所描述的方法，在優(yōu)化無并發(fā)癥腫瘤控制概率后，在無并發(fā)癥的腫瘤控制概 率可以僅僅比第一次優(yōu)化中略低的約束下進(jìn)行累計劑量的最小化。
[0006] 盡管有了所有上面討論的策略、質(zhì)量控制和優(yōu)化方法，但對于通過使用允許改進(jìn) 或優(yōu)化現(xiàn)有的放射治療計劃的新方法和策略而產(chǎn)生的更好的放射療法治療計劃，仍存在強(qiáng) 烈需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于為具有靶和危及器官的治療體積產(chǎn)生改 進(jìn)的放射療法治療計劃的基于計算機(jī)的方法。優(yōu)選地，所述方法包括訪問來自于計算機(jī)存 儲器的用于治療體積的現(xiàn)有放射療法治療計劃的步驟，現(xiàn)有放射療法治療計劃的劑量分配 用作參考劑量分配。此外，所述方法優(yōu)選地包括通過追求優(yōu)化目標(biāo)以最小化到達(dá)危及器官 的劑量，使用計算機(jī)對現(xiàn)有放射療法治療計劃執(zhí)行機(jī)器參數(shù)優(yōu)化，從而產(chǎn)生改進(jìn)的放射療 法治療計劃的步驟。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于為具有靶和危及器官的治療體積產(chǎn)生改 進(jìn)的放射療法治療計劃的計算機(jī)系統(tǒng)。優(yōu)選地，所述系統(tǒng)包括用于儲存用于治療體積的現(xiàn) 有放射療法治療計劃的存儲設(shè)備，現(xiàn)有放射療法治療計劃的劑量分配用作參考劑量分配。 此外，所述系統(tǒng)優(yōu)選地包括用于通過追求優(yōu)化目標(biāo)以最小化到達(dá)危及器官的劑量，來對現(xiàn) 有放射療法治療計劃執(zhí)行機(jī)器參數(shù)優(yōu)化，從而產(chǎn)生改進(jìn)的放射療法治療計劃的硬件處理 器。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種非暫時性計算機(jī)可讀介質(zhì)，其上記錄有計算 機(jī)指令，所述計算機(jī)指令被構(gòu)造成當(dāng)在計算機(jī)上執(zhí)行時，執(zhí)行用于為具有靶和危及器官的 治療體積產(chǎn)生改進(jìn)的放射療法治療計劃的方法。優(yōu)選地，所述方法包括訪問來自于計算機(jī) 存儲器的用于治療體積的現(xiàn)有放射療法治療計劃的步驟，現(xiàn)有放射療法治療計劃的劑量分 配用作參考劑量分配。此外，所述方法優(yōu)選地還包括通過追求優(yōu)化目標(biāo)以最小化到達(dá)危及 器官的劑量，使用計算機(jī)對現(xiàn)有放射療法治療計劃執(zhí)行機(jī)器參數(shù)優(yōu)化，從而產(chǎn)生改進(jìn)的放 射療法治療計劃的步驟。
[0010] 本發(fā)明允許通過可以利用由其他治療計劃方法留下的可能余地的算法來追求優(yōu) 化目標(biāo)?？偟膩碚f，獲取以前的、現(xiàn)有放射療法治療計劃的劑量分配，并向著新計劃執(zhí)行優(yōu) 化，在所述新計劃中可能達(dá)到體素的劑量或興趣區(qū)域（ROI)的DVH中的任一者至少與以前 的計劃中一樣好。優(yōu)化方法的結(jié)果是可以投送到患者的放射治療計劃。對于這種方法來說， 目標(biāo)是通過基于計算機(jī)的方法自動建立更好的放射療法治療計劃，并發(fā)現(xiàn)可以被更嚴(yán)格強(qiáng) 制執(zhí)行的現(xiàn)有放射療法治療計劃的標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明可用于臨床環(huán)境中以及治療計劃人員的教 育中，以便放射科醫(yī)生可以決定現(xiàn)有的計劃可以在何處并且如何進(jìn)一步改進(jìn)。
[0011] 本
【發(fā)明內(nèi)容】
既不打算也不應(yīng)該被解釋為代表了本發(fā)明的整個程度和范圍，本發(fā)明 的其他方面從詳細(xì)描述、特別是當(dāng)與附圖結(jié)合在一起時，將變得更加顯而易見。
[0012] 附圖簡述
[0013] 參考下面的描述、隨附的權(quán)利要求書和附圖，本發(fā)明的這些和其他特點(diǎn)、情況和優(yōu) 點(diǎn)將變得更好理解，在所述附圖中：
[0014] 圖1示意示出了用于執(zhí)行優(yōu)化現(xiàn)有放射療法治療計劃的方法的基于計算機(jī)的系 統(tǒng)；
[0015] 圖2示出了表示用于優(yōu)化現(xiàn)有放射療法治療計劃的基于計算機(jī)的方法的步驟的 圖解；
[0016] 圖3示出了具有被輻射束輻照的患者和靶體積的一部分的三維圖像；
[0017] 圖4示出了危及器官（OAR)和靶體積連同處方劑量水平的DVH表示；
[0018] 圖5用實(shí)線示出了 log-sum-exp函數(shù)，并用虛線示出了最大值函數(shù)或正部分函數(shù)； 并且
[0019] 圖6A-6J示出了現(xiàn)有放射療法治療計劃的不同體積的DVH以及在執(zhí)行本方法后優(yōu) 化的放射療法治療計劃的相同體積的DVH。
[0020] 在本文中，在可能時使用一致的附圖標(biāo)記來指稱圖中共有的一致要素。此外，圖中 的圖像出于說明的目的被簡化，并且不一定按比例繪制。
[0021] 詳細(xì)描述
[0022] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的用于執(zhí)行優(yōu)化方法以改進(jìn)現(xiàn)有放射療法治療計劃114的 基于計算機(jī)的系統(tǒng)100的簡化示意圖。基于計算機(jī)的系統(tǒng)100包括其上儲存有現(xiàn)有放射療 法治療計劃114的存儲器或數(shù)據(jù)庫110,以及用于優(yōu)化或改進(jìn)現(xiàn)有放射療法治療計劃114 以產(chǎn)生更加改進(jìn)的放射療法治療計劃118的計算機(jī)程序116。存儲器110可以是任何易失 性或非易失性存儲裝置，諸如閃盤驅(qū)動器、硬盤驅(qū)動器、光盤驅(qū)動器、動態(tài)隨機(jī)存取存儲器 (DRAM)、靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器（SRAM)和用于儲存信息和晚些時候的信息檢索并用于數(shù)據(jù) 處理的任何其他適合的裝置。此外，系統(tǒng)100包括用于執(zhí)行數(shù)據(jù)處理并能夠訪問存儲器110 的一個或多個硬件處理器120。硬件處理器120可以由一個或多個中央處理單元（CPU)、數(shù) 字信號處理器（DSP)、精簡指令集計算機(jī)（RISC)、專用集成電路（ASIC)、復(fù)雜可編程邏輯器 件（CPLD)、現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA)、并行處理器系統(tǒng)或這些不同硬件處理器類型的組合 構(gòu)成。
[0023] 計算機(jī)程序116由計算機(jī)可讀指令構(gòu)成，所述計算機(jī)可讀指令可以被轉(zhuǎn)移到硬件 處理器120,并且可以由硬件處理器120執(zhí)行。當(dāng)在硬件處理器120上執(zhí)行時，計算機(jī)可讀 指令將執(zhí)行用于優(yōu)化或改進(jìn)現(xiàn)有放射療法治療計劃114的方法。由硬件處理器120在執(zhí) 行計算機(jī)程序116時執(zhí)行的處理的結(jié)果，例如改進(jìn)的放射療法治療計劃118和相關(guān)聯(lián)的數(shù) 據(jù)，可以被儲存在存儲器110中。硬件處理器120也可以經(jīng)由直接存儲器存?。―MA)訪問 存儲器110,并且也可以使用高速緩存來儲存暫時處理結(jié)果。計算機(jī)程序116也可以儲存 在非暫時性計算機(jī)可讀介質(zhì)130上，例如通用串行總線（USB)、閃盤驅(qū)動器、光學(xué)數(shù)據(jù)載體 諸如⑶-ROM、DVD-ROM和Blu-Ray盤、軟盤、可插拔硬件驅(qū)動器、USB外部硬盤驅(qū)動器（HDD) 或任何其他便攜式信息存儲設(shè)備，以便可以將計算機(jī)程序116轉(zhuǎn)移到不同的計算機(jī)系統(tǒng)， 并且也裝載到系統(tǒng)100的存儲器110。這可以通過將計算機(jī)可讀介質(zhì)130經(jīng)由數(shù)據(jù)讀寫器 140 (例如光盤驅(qū)動器、USB接口等）連接到系統(tǒng)100來進(jìn)行。
[0024] 此外，系統(tǒng)100還包括顯示單元150,其也具有允許可視化數(shù)據(jù)處理結(jié)果，例如 可視化含有例如腫瘤或癌細(xì)胞的患者靶體積和必須防止劑量投送的健康危及器官的三維 (3D)表示、3D輪廓數(shù)據(jù)或各種交叉點(diǎn)方向的二維（2D)切片表示等的顯示驅(qū)動器。例如，可 以顯示CT掃描的3D計算機(jī)再生。此外，顯示單元150可以通過使用圖形2D格式顯示概述 了 3D劑量分布的DVH。例如，顯示單元150被配置成示出患者的示出現(xiàn)有放射療法治療計 劃114的劑量貢獻(xiàn)的體積和優(yōu)化或改進(jìn)的放射療法治療計劃的相同體積的比較性DVH圖， 以便可以可視比較所述改進(jìn)。此外，顯示單元150也可以裝備有觸摸屏功能，并且可以顯示 操作系統(tǒng)100的圖形用戶界面。
[0025] 此外，計算機(jī)系統(tǒng)100具有連接硬件處理器120、存儲器110、數(shù)據(jù)讀取器140、觸 摸屏和沒有示出的各種其他數(shù)據(jù)輸入-輸出接口和外部設(shè)備的系統(tǒng)總線160。例如，計算 機(jī)系統(tǒng)100可以連接到鍵盤170,用于由用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入，并且可以連接到已經(jīng)建立現(xiàn)有 放射療法治療計劃的外部放射治療計劃裝置180,例如強(qiáng)大的特殊用途計算機(jī)。此外，系統(tǒng) 100還可以連接到?jīng)]有示出的CT掃描儀。例如，建立現(xiàn)有放射療法治療計劃114的外部裝 置180可能能夠開發(fā)出劑量計算算法，所述劑量計算算法被編碼在軟件中，可以訪問處方 的劑量分配的輻射數(shù)據(jù)和機(jī)器校準(zhǔn)數(shù)據(jù)以及患者的靶體積和危及器官的患者特定信息。然 后這種外部裝置180將現(xiàn)有放射療法治療計劃114投送到計算機(jī)系統(tǒng)100,用于改進(jìn)和優(yōu) 化。然而，計算機(jī)程序116也可能在外部裝置本身上運(yùn)行，從而不僅產(chǎn)生現(xiàn)有放射療法治療 計劃114,而且產(chǎn)生改進(jìn)的放射療法治療計劃118。
[0026] 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的用于改進(jìn)現(xiàn)有放射療法治療計劃114的簡化示意圖。首 先，方法從系統(tǒng)100的存儲器110訪問例如用于患者身體的特定治療體積的現(xiàn)有放射療法 治療計劃114。假定現(xiàn)有放射療法治療計劃114的劑量分配為(T f，執(zhí)行優(yōu)化步驟S200,目 的是在沒有ROI比在(Tf下更差的約束下最小化劑量。由此，劑量分配曲線、DVH曲線或劑 量分配的體積3D圖可以被用作度量。通過集R來檢索現(xiàn)有放射療法治療計劃114的ROI， 所述集R被分割成用于OAR的集0和用于靶體積的T，其中0包括外部ROI。在一種變化形 式中，方法的優(yōu)化目標(biāo)是通過最小化標(biāo)準(zhǔn)的懲罰來改進(jìn)現(xiàn)有放射療法治療計劃114,同時其 他標(biāo)準(zhǔn)被強(qiáng)制為不比在現(xiàn)有計劃114中更差。更具體來說，方法可以嘗試確定在沒有ROI 可以接收比在『沖更差的劑量的約束下，最小化到達(dá)OAR的平均劑量之和。此外，方法可 以旨在最小化施加到OAR的其他基于劑量的函數(shù)之和，諸如劑量自乘到冪p之和、高于閾值 的劑量之和、最大劑量等。作為T的一部分的靶體積r(r e T)的處方劑量作為&給出，但 是也可以為各個單個體積單位指定。
[0027] 因此，改進(jìn)現(xiàn)有放射療法治療計劃114的方法，在用作參考的現(xiàn)有計劃114的劑量 分配(T f的基礎(chǔ)上執(zhí)行優(yōu)化，其中步驟S200中的主要優(yōu)化目標(biāo)是最小化到達(dá)OAR的劑量之 和，優(yōu)選地最小化到達(dá)OAR的平均劑量之和。通過這種方法，改進(jìn)的計劃118的部分的體素 或DVH可以至少與參考計劃一樣好。更優(yōu)選地，方法旨在確定改進(jìn)的計劃118的部分的每 個體素或每個DVH至少與參考計劃一樣好。同時，也保留了到達(dá)靶ROI的處方劑量元^體素 被定義為治療體積的體積要素，表示在笛卡爾坐標(biāo)系中在三維空間中的規(guī)則網(wǎng)格上的值， 并且在后文中用字母i指示。優(yōu)選地，取決于優(yōu)化方法的所需顆粒度以及處理時間，體素的 大小可以在0. Ol3Cm3至2 3Cm3之間。也可以使用體素之外的其他體積單位，例如使用基于其 他多面體、球形坐標(biāo)系統(tǒng)或圓柱坐標(biāo)系統(tǒng)的體積單位。
[0028] 圖3表示靶體積T(例如在軀干下部受癌癥影響的前列腺）的CT成像的3D圖。 此外，示出了從IMRT放射治療裝置的5個不同角度進(jìn)入身體中的5個射束。用于不同類型 的放射治療裝置的其他放射治療計劃，諸如三維適形放射療法（3DCRT)、體積調(diào)制弧形療法 (VMAT)或強(qiáng)度調(diào)制光子療法（MPT)治療計劃，也可以通過所述方法進(jìn)行優(yōu)化。此外，OAR 0被示出為必須盡可能少地暴露于輻射，例如直腸。此外，在背景中示出了網(wǎng)格，網(wǎng)格的每個 要素表示將被用于優(yōu)化方法的立方體形狀的體素的側(cè)壁。在理想世界中，OAR 0將完全不 被輻射，而靶體積T將均勻地輻射以處方劑量^。然而，由于輻射必須從患者外部到達(dá)靶體 積T，因此這個目標(biāo)不能完全實(shí)現(xiàn)，但是可以通過瞄準(zhǔn)不同的優(yōu)化目標(biāo)來接近。
[0029] 在步驟S200中最小化到達(dá)OAR的平均劑量之和的優(yōu)化目標(biāo)，可以通過在不同約束 下進(jìn)行優(yōu)化來追求。在下文中將步驟S200描述為優(yōu)化體素和相關(guān)聯(lián)的輻射劑量Cl i (X)，但 是正如在后面描述的，同樣的優(yōu)化目標(biāo)也可能是在與每個部分或體積相關(guān)聯(lián)的DVH DJv ; X)和現(xiàn)有放射療法治療計劃的參考DVH D/rf(v)的基礎(chǔ)上對體積進(jìn)行優(yōu)化，如后面所述。在 優(yōu)化方法中追求的第一約束是旨在，在步驟S210中OAR的體素不能接收比在參考劑量分配 (T f中更高的劑量，更優(yōu)選情況下，所有體素不能接收更高劑量。此外，在優(yōu)化方法中追求的 第二約束是旨在，在步驟S220中沒有任何革E的體素能夠接收比各個相應(yīng)體素的參考劑量 (Tf更低的劑量，或者不接收比對于靶的處方劑量^更低的劑量。此外，在優(yōu)化方法中追求 的第三約束是旨在，在步驟S230中沒有任何靶的體素能夠接收比在相應(yīng)體素中的參考劑 量(Tf更高的劑量，或者不接收比對靶的處方劑量之更高的劑量。這些步驟S210、S220和 S230可以并行地或順序地執(zhí)行，并保留步驟S200的最小化到達(dá)OAR的平均劑量之和的總體 優(yōu)化目標(biāo)。優(yōu)化算法可用于追求最小化OAR劑量的目標(biāo)，同時強(qiáng)制滿足步驟S210、S220和 S230的約束。
[0030] 因此，由步驟S220和S230給出的約束，強(qiáng)制所有靶體積T的每個靶ROI r (r e T) 的所有體素 t的每個體素 i (i e V J的劑量落于區(qū)間

【權(quán)利要求】
1. 一種用于為具有靶和危及器官的治療體積產(chǎn)生改進(jìn)的放射療法治療計劃的基于計 算機(jī)的方法，所述方法包括： 訪問來自于計算機(jī)的存儲器的用于所述治療體積的現(xiàn)有放射療法治療計劃，所述現(xiàn)有 放射療法治療計劃的劑量分配用作參考劑量分配；并且 通過追求優(yōu)化目標(biāo)用于最小化到達(dá)所述危及器官的劑量，使用所述計算機(jī)對所述現(xiàn)有 放射療法治療計劃執(zhí)行機(jī)器參數(shù)優(yōu)化，從而產(chǎn)生所述改進(jìn)的放射療法治療計劃。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于計算機(jī)的方法，其中，所述追求優(yōu)化目標(biāo)包括： 最小化施加到所述危及器官的基于劑量的函數(shù)之和。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于計算機(jī)的方法，其中，所述追求優(yōu)化目標(biāo)包括以下至少 一個： 旨在使所述危及器官的體素不接收高于所述現(xiàn)有放射療法治療計劃對所述危及器官 的所述參考劑量分配的劑量； 旨在使所述靶的體素不接收低于所述現(xiàn)有放射療法治療計劃的各個相應(yīng)體素的參考 劑量的劑量，或不接收低于所述靶的處方劑量的劑量；以及 旨在使所述靶的體素不接收高于所述現(xiàn)有放射療法治療計劃的各個相應(yīng)體素的參考 劑量的劑量，或不接收高于所述靶的處方劑量的劑量。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于計算機(jī)的方法，其中所述追求優(yōu)化目標(biāo)包括以下至少一 個： 旨在使所述危及器官的劑量-體積直方圖劑量不高于所述現(xiàn)有放射療法治療計劃對 所述危及器官的參考劑量-體積直方圖的相應(yīng)劑量； 旨在使所述靶的劑量-體積直方圖劑量不低于所述現(xiàn)有放射療法治療計劃的參考劑 量-體積直方圖的相應(yīng)劑量，或不低于對所述靶的處方劑量；以及 旨在使所述靶的劑量-體積直方圖劑量不高于所述現(xiàn)有放射療法治療計劃的參考劑 量-體積直方圖的相應(yīng)劑量，或不高于對所述祀的處方劑量。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于計算機(jī)的方法，還包括： 顯示所述現(xiàn)有放射療法治療計劃對所述危及器官的一部分的劑量-體積直方圖；以及 顯示所述改進(jìn)的放射療法治療計劃對所述危及器官的所述部分的劑量-體積直方圖。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于計算機(jī)的方法，其中所述執(zhí)行機(jī)器參數(shù)優(yōu)化的步驟還包 括： 將用于追求優(yōu)化目標(biāo)的正部分函數(shù)用具有非零梯度的log-sum-exp函數(shù)代替。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于計算機(jī)的方法，其中所述執(zhí)行機(jī)器參數(shù)優(yōu)化的步驟還包 括： 產(chǎn)生降低了所述現(xiàn)有放射療法治療計劃的累計劑量的改進(jìn)的放射療法治療計劃。
8. -種用于為具有靶和危及器官的治療體積產(chǎn)生改進(jìn)的放射療法治療計劃的計算機(jī) 系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括： 存儲設(shè)備，所述存儲設(shè)備用于儲存用于所述治療體積的現(xiàn)有放射療法治療計劃，所述 現(xiàn)有放射療法治療計劃的劑量分配用作參考劑量分配；以及 硬件處理器，所述硬件處理器用于通過追求優(yōu)化目標(biāo)以最小化到達(dá)所述危及器官的劑 量，對所述現(xiàn)有放射療法治療計劃執(zhí)行機(jī)器參數(shù)優(yōu)化，從而產(chǎn)生所述改進(jìn)的放射療法治療 計劃。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的計算機(jī)系統(tǒng)，其中所述追求優(yōu)化目標(biāo)包括： 最小化施加到所述危及器官的基于劑量的函數(shù)之和。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的計算機(jī)系統(tǒng)，其中所述追求優(yōu)化目標(biāo)包括以下至少一個： 旨在使所述危及器官的體素不接收高于所述現(xiàn)有放射療法治療計劃對所述危及器官 的所述參考劑量分配的劑量； 旨在使所述靶的體素不接收低于所述現(xiàn)有放射療法治療計劃的各個相應(yīng)體素的參考 劑量的劑量，或不接收低于所述靶的處方劑量的劑量；以及 旨在使所述靶的體素不接收高于所述現(xiàn)有放射療法治療計劃的各個相應(yīng)體素的參考 劑量的劑量，或不接收高于所述靶的處方劑量的劑量。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的計算機(jī)系統(tǒng)，其中所述追求優(yōu)化目標(biāo)包括以下至少一個： 旨在使所述危及器官的劑量-體積直方圖劑量不高于所述現(xiàn)有放射療法治療計劃對 所述危及器官的參考劑量-體積直方圖的相應(yīng)劑量； 旨在使所述靶的劑量-體積直方圖劑量不低于所述現(xiàn)有放射療法治療計劃的參考劑 量-體積直方圖的相應(yīng)劑量，或不低于對所述靶的處方劑量；以及 旨在使所述靶的劑量-體積直方圖劑量不高于所述現(xiàn)有放射療法治療計劃的參考劑 量-體積直方圖的相應(yīng)劑量，或不高于對所述祀的處方劑量。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的計算機(jī)系統(tǒng)，還包括： 顯示裝置，所述顯示裝置用于顯示所述現(xiàn)有放射療法治療計劃對所述危及器官的一部 分的劑量-體積直方圖，并且用于顯示所述改進(jìn)的放射療法治療計劃對所述危及器官的所 述部分的劑量-體積直方圖。
13. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的計算機(jī)系統(tǒng)，其中執(zhí)行機(jī)器參數(shù)優(yōu)化的所述硬件處理器還 將用于追求優(yōu)化目標(biāo)的正部分函數(shù)用具有非零梯度的log-sum-exp函數(shù)代替。
14. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的計算機(jī)系統(tǒng)，其中執(zhí)行機(jī)器參數(shù)優(yōu)化的所述硬件處理器還 通過降低所述現(xiàn)有放射療法治療計劃的累計劑量來產(chǎn)生所述改進(jìn)的放射療法治療計劃。
15. -種非暫時性計算機(jī)可讀介質(zhì)，其上記錄有計算機(jī)指令，所述計算機(jī)指令被配置成 當(dāng)在計算機(jī)上執(zhí)行時，執(zhí)行用于為具有靶和危及器官的治療體積產(chǎn)生改進(jìn)的放射療法治療 計劃的方法，所述方法包括下列步驟： 訪問來自于計算機(jī)的存儲器的用于所述治療體積的現(xiàn)有放射療法治療計劃，所述現(xiàn)有 放射療法治療計劃的劑量分配用作參考劑量分配；并且 通過追求優(yōu)化目標(biāo)以最小化到達(dá)所述危及器官的劑量，使用所述計算機(jī)對所述現(xiàn)有放 射療法治療計劃執(zhí)行機(jī)器參數(shù)優(yōu)化，從而產(chǎn)生所述改進(jìn)的放射療法治療計劃。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的非暫時性計算機(jī)可讀介質(zhì)，其中所述追求優(yōu)化目標(biāo)包括： 最小化施加到所述危及器官的基于劑量的函數(shù)之和。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的非暫時性計算機(jī)可讀介質(zhì)，其中所述追求優(yōu)化目標(biāo)包括以 下至少一個： 旨在使所述危及器官的體素不接收高于所述現(xiàn)有放射療法治療計劃對所述危及器官 的所述參考劑量分配的劑量； 旨在使所述靶的體素不接收低于所述現(xiàn)有放射療法治療計劃的各個相應(yīng)體素的參考 劑量的劑量，或不接收低于所述靶的處方劑量的劑量；以及 旨在使所述靶的體素不接收高于所述現(xiàn)有放射療法治療計劃的各個相應(yīng)體素的參考 劑量的劑量，或不接收高于所述靶的處方劑量的劑量。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的非暫時性計算機(jī)可讀介質(zhì)，其中所述追求優(yōu)化目標(biāo)包括以 下至少一個： 旨在使所述危及器官的劑量-體積直方圖劑量不高于所述現(xiàn)有放射療法治療計劃對 所述危及器官的參考劑量-體積直方圖的相應(yīng)劑量； 旨在使所述靶的劑量-體積直方圖劑量不低于所述現(xiàn)有放射療法治療計劃的參考劑 量-體積直方圖的相應(yīng)劑量，或不低于對所述靶的處方劑量；以及 旨在使所述靶的劑量-體積直方圖劑量不高于所述現(xiàn)有放射療法治療計劃的參考劑 量-體積直方圖的相應(yīng)劑量，或不高于對所述祀的處方劑量。
19. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的非暫時性計算機(jī)可讀介質(zhì)，所述方法還包括： 顯示所述現(xiàn)有放射療法治療計劃對所述危及器官的一部分的劑量-體積直方圖；以及 顯示所述改進(jìn)的放射療法治療計劃對所述危及器官的所述部分的劑量-體積直方圖。
20. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的非暫時性計算機(jī)可讀介質(zhì)，其中所述執(zhí)行機(jī)器參數(shù)優(yōu)化的 步驟還包括： 將用于追求優(yōu)化目標(biāo)的正部分函數(shù)用具有非零梯度的log-sum-exp函數(shù)代替。
21. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的非暫時性計算機(jī)可讀介質(zhì)，其中所述執(zhí)行機(jī)器參數(shù)優(yōu)化的 步驟還包括： 產(chǎn)生降低了所述現(xiàn)有放射療法治療計劃的累計劑量的改進(jìn)的放射療法治療計劃。
【文檔編號】A61N5/10GK104519956SQ201380028971
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2013年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月1日
【發(fā)明者】阿爾賓·弗雷德里克松 申請人:光線搜索實(shí)驗(yàn)室公司