本發(fā)明涉及一種用于放射療法治療計(jì)劃的系統(tǒng)和方法，具體地，本發(fā)明涉及一種用于針對(duì)多個(gè)轉(zhuǎn)移（metastases，mets）的自動(dòng)立體定向放射外科計(jì)劃的系統(tǒng)和方法以及其治療方法。

背景技術(shù)：

1、在放射療法治療中已知使用光子、電子或質(zhì)子或其他離子的射束并將它們導(dǎo)向患者的治療區(qū)域以治療該區(qū)域或體積。射束的形狀被通常選擇以使得要治療的區(qū)域接收期望的劑量，同時(shí)限制對(duì)周圍組織的劑量。特別地，應(yīng)盡可能地保護(hù)被稱為風(fēng)險(xiǎn)器官的敏感器官。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，可以圍繞患者旋轉(zhuǎn)的機(jī)架通常用于提供在不同角度的射束中的放射，使得所有射束將到達(dá)靶，而周圍組織的每個(gè)部分將僅從一個(gè)或幾個(gè)射束接收劑量，或者在弧射束的情況下，接收小于靶的程度。機(jī)架能夠完全圍繞患者旋轉(zhuǎn)，或者部分地沿著圓周的分部旋轉(zhuǎn)。當(dāng)機(jī)架圍繞患者移動(dòng)時(shí)，機(jī)架可以以連續(xù)弧提供放射，或者停止以某些角度遞送靜態(tài)射束。治療分部可以由多個(gè)弧或靜態(tài)射束或其組合構(gòu)成。患者被布置和固定在其上的患者臥榻還可以在放射遞送期間或在靜態(tài)射束或弧射束的遞送之間旋轉(zhuǎn)，以便修改相對(duì)于患者的放射方向。存在用于變化射束方向的其他裝置，例如，放射源可以被安裝在可移動(dòng)機(jī)器人臂上，但是出于本討論的目的，機(jī)架用作說明性示例。通常，在諸如光子療法的放射療法中，放置在射束平面（即，垂直于射束中心軸）中的準(zhǔn)直器用于使射束成形，以便沉積劑量盡可能精確地匹配規(guī)定劑量。通常，準(zhǔn)直器是多葉片準(zhǔn)直器（mlc），如本文稍后所解釋的。

2、如果存在多個(gè)轉(zhuǎn)移（多轉(zhuǎn)移（multimets））并且當(dāng)旨在在一個(gè)治療或治療階段中使用有限數(shù)量的射束同時(shí)治療這樣的多個(gè)轉(zhuǎn)移以便節(jié)省治療時(shí)間時(shí)，則放射外科的計(jì)劃以指數(shù)方式變得更加困難。通常，在放射治療中節(jié)省治療時(shí)間具有若干優(yōu)點(diǎn)，諸如節(jié)省時(shí)間和其成本、減少患者的不適以及減少患者可能潛在地將作為腫瘤的靶區(qū)域移出和移位靶向體積期間的時(shí)間。

3、在多轉(zhuǎn)移放射外科的常規(guī)計(jì)劃中，治療計(jì)劃器通?？紤]一些參數(shù)來手動(dòng)計(jì)劃并且還將多個(gè)靶（轉(zhuǎn)移）分組。這花費(fèi)時(shí)間并且由于隨著轉(zhuǎn)移數(shù)量的增加而指數(shù)地增加潛在靶組而相當(dāng)困難。如果實(shí)現(xiàn)最優(yōu)分組，也留下不確定性，因?yàn)橛捎谠S多未知和可變的參數(shù)——諸如準(zhǔn)直器角度、臥榻角度和機(jī)架角度，靶的手動(dòng)分組是具有挑戰(zhàn)性的。除了這些參數(shù)之外，在計(jì)劃期間需要考慮暴露的非靶區(qū)域（enta）的減少和避免。各種轉(zhuǎn)移形狀或轉(zhuǎn)移組可能導(dǎo)致enta問題，如本文參考附圖所解釋的。因此，治療計(jì)劃器的優(yōu)化計(jì)劃的負(fù)擔(dān)很高。鑒于這些挑戰(zhàn)，已經(jīng)做出了努力來自動(dòng)化對(duì)多轉(zhuǎn)移案例的計(jì)劃。

4、一些自動(dòng)化工具和解決方案確實(shí)存在，但是它們僅解決有限數(shù)量的參數(shù)，例如僅某些mlc角度和/或機(jī)架角度，并且它們還檢查完整靶集中的有限數(shù)量的靶組，并且不考慮給定數(shù)量的所有可能的組或靶中的所有可能的組。

5、另外，已知的工具和解決方案中的一些由于鋸齒狀mlc窗口或非曝光以及其非保形劑量遞送的風(fēng)險(xiǎn)而努力在靶集的每個(gè)靶上遞送相等的劑量或劑量目標(biāo)。此外，當(dāng)通過射束同時(shí)治療不同深度處的多個(gè)轉(zhuǎn)移時(shí)，由于光子射束的深劑量曲線，它們可能接收不同劑量。在放射療法中，每個(gè)靶、轉(zhuǎn)移或腫瘤應(yīng)在可能的情況下在靶中接收可計(jì)劃的放射劑量，在一些情況下這意味著均勻的劑量，并且在一些情況下意味著在靶上沒有均勻分布的劑量，例如在靶中心的較高劑量，由此遞送的劑量應(yīng)盡可能接近劑量目標(biāo)。這對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的方法和解決方案并不總是可能的。

6、現(xiàn)有技術(shù)解決方案（諸如例如體積調(diào)制弧療法（vmat））的另一個(gè)問題是它們允許多葉片準(zhǔn)直器的鋸齒狀開口。當(dāng)需要控制和均勻分布靶體積中的劑量水平時(shí)，這種不符合的開口（參考圖7a和7b）可能導(dǎo)致問題。通常，應(yīng)當(dāng)避免鋸齒狀mlc開口。鋸齒狀mlc開口是其中某些葉片比它們的相鄰葉片延伸得更遠(yuǎn)的mlc開口。利用鋸齒狀的葉片開口和連續(xù)移動(dòng)的機(jī)架，提供穩(wěn)健的治療是非常有挑戰(zhàn)性的，并且提供質(zhì)量保證是有問題的。通過使用保形系統(tǒng)和方法，特別是使用保形弧射束，可以利用本文提出的方法避免鋸齒狀mlc開口。然而，應(yīng)當(dāng)注意，鋸齒狀mlc開口在某些情況下可以是有利的，因?yàn)樗鼈兛梢杂捎趯?dǎo)致更多自由度的附加調(diào)制而促進(jìn)在靶中達(dá)到劑量目標(biāo)。

7、另外，如果目的是創(chuàng)建vmat計(jì)劃，則通過從高質(zhì)量保形弧計(jì)劃起始優(yōu)化，極大地簡化了優(yōu)化這種vmat計(jì)劃的過程。從高質(zhì)量保形弧計(jì)劃起始通常導(dǎo)致最終弧計(jì)劃具有比否則將獲得的更高質(zhì)量。因此，本發(fā)明還提供了在立體定向放射外科中改進(jìn)vmat計(jì)劃的方式。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于以上內(nèi)容，本發(fā)明的目的是提供一種方法，該方法允許自動(dòng)進(jìn)行多轉(zhuǎn)移病例的計(jì)劃并且還改進(jìn)使用立體定向放射外科（srs）的多轉(zhuǎn)移治療的效率。

2、另一目的是提供一種即使需要使用有限數(shù)量的射束在同一治療或治療階段中治療靶集合，也允許提供可以在整個(gè)靶上提供劑量目標(biāo)的最優(yōu)治療的方法。

3、另一目的是提供一種允許節(jié)省時(shí)間和優(yōu)化對(duì)多轉(zhuǎn)移的放射治療的方法。

4、在本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，可以使用自動(dòng)靶分組來改進(jìn)用于多個(gè)轉(zhuǎn)移的放射治療的計(jì)劃過程。因此，通過分析靶集合的一些或所有可能的靶劃分并且因此還分析一些或所有可能的靶組組合，考慮到可能的機(jī)架角度和準(zhǔn)直器角度對(duì)以及旨在避免橋間隙開口和/或避免暴露的非靶區(qū)域（enta）暴露于放射的常量，應(yīng)當(dāng)同時(shí)被治療的靶集合被分割成若干靶組，該術(shù)語橋間隙開口在本文稍后參考圖5a和5b解釋。簡而言之，橋間隙開口是當(dāng)在不暴露靶之間的非靶組織或非靶區(qū)域的情況下葉片不能符合兩個(gè)或更多個(gè)靶時(shí)的多葉片準(zhǔn)直器（mlc）的配置。

5、在本發(fā)明的第二方面中，發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，如果靶集合超過靶的特定量n或者如果靶被定位得彼此相距太遠(yuǎn)，則可以執(zhí)行聚類步驟以便將靶集合準(zhǔn)備成最優(yōu)自動(dòng)分組。這樣的聚類步驟可以包括以下步驟：基于靶的數(shù)量來選擇聚類的最大數(shù)量m，將聚類中的靶的數(shù)量限制為小于或等于n，以及基于同一聚類的兩個(gè)靶之間的最大允許距離來選擇聚類中的靶。第二方面需要輸入靶集合，包括它們的形狀和相對(duì)于彼此的位置，并且然后考慮到所提及的參數(shù)（諸如可能的機(jī)架角度和準(zhǔn)直器角度對(duì)）以及幾何參數(shù)（諸如同一聚類的兩個(gè)靶之間的最大允許距離）來遞送最優(yōu)聚類作為輸出。

6、在第三方面，本發(fā)明涉及一種用于在輸入具有針對(duì)每個(gè)靶的計(jì)算劑量和劑量水平目標(biāo)的弧計(jì)劃時(shí)的劑量控制阻擋的解決方案。一旦針對(duì)每個(gè)靶計(jì)算或確定了劑量水平目標(biāo)，就經(jīng)由mlc在弧路徑或弧射束的一部分上或在一些控制點(diǎn)處阻擋具有過量劑量水平的靶。這意味著mlc的葉片在沿著候選弧路徑的至少一些弧射束處的具有超過劑量水平的靶上方被完全關(guān)閉?？蛇x地，更改射束的監(jiān)視單元（mu）水平。遵循根據(jù)第三方面的方法，可以修改起始和停止機(jī)架角度以避免具有完全關(guān)閉的mlc的段或弧射束的存在。根據(jù)第三方面的方法的輸出遞送修改的優(yōu)選保形弧計(jì)劃——其改進(jìn)了所有靶的劑量水平目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，同時(shí)利用保形弧計(jì)劃的有效且方便的mlc開口特性。

7、本文公開了一種用于生成放射療法的治療計(jì)劃的治療計(jì)劃方法，其中要治療靶集合。該方法使用用于成形弧射束的多葉片準(zhǔn)直器（mlc）、包括mlc的機(jī)架、以及旨在定位患者的臥榻、椅子或其他結(jié)構(gòu)，機(jī)架能夠至少部分地圍繞患者旋轉(zhuǎn)。mlc可圍繞射束軸旋轉(zhuǎn)，從而限定準(zhǔn)直器角度，機(jī)架可圍繞機(jī)架軸旋轉(zhuǎn)，從而限定機(jī)架角度，并且臥榻可圍繞z軸旋轉(zhuǎn)，從而限定臥榻角度。該方法包括以下步驟：

8、-提供用于治療計(jì)劃的具有等中心點(diǎn)和弧射束的最大數(shù)量的多個(gè)候選弧路徑，并且取決于弧射束的最大數(shù)量，提供最大數(shù)量的靶組；

9、-提供該靶集合中的每個(gè)靶的三維形狀和位置；

10、-基于當(dāng)前候選弧路徑來計(jì)算靶集合的至少一些可能的靶劃分中的靶劃分，至少一些可能的靶劃分包括靶組的最大數(shù)量，至少一些可能的靶劃分中的每個(gè)包括靶組，由此在一些情況下，每個(gè)靶是至少一個(gè)靶組的一部分；

11、-針對(duì)可能的靶劃分的每個(gè)靶組，考慮當(dāng)前候選弧路徑、至少一個(gè)機(jī)架角度和至少一個(gè)mlc角度來確定成本；

12、-通過對(duì)可能的靶劃分的每個(gè)靶組的成本求和來確定可能的靶劃分和當(dāng)前候選弧路徑的成本；

13、-針對(duì)至少一些靶劃分和候選弧路徑中的每個(gè)重復(fù)計(jì)算、確定步驟，以及

14、-選擇治療計(jì)劃的具有最低成本總和的最優(yōu)靶劃分和弧路徑。

15、應(yīng)注意，不必每個(gè)靶總是至少一個(gè)靶組或至少一個(gè)靶劃分的一部分。然而，在一些情況下，滿足該要求的靶劃分可以如本文討論的示例那樣被使用和被配置用于治療。

16、根據(jù)上述計(jì)算、確定和求和不需要對(duì)每個(gè)可能的靶劃分執(zhí)行，即使這可以被完成。為了節(jié)省諸如計(jì)算資源的資源，可以僅考慮相關(guān)的靶劃分。靶劃分的這種選擇可以例如通過動(dòng)態(tài)編程獲得或以另一種方式提供，由此知道所使用的靶劃分選擇包括最優(yōu)靶劃分。例如，如果已知特定靶組導(dǎo)致高成本，則可以從要考慮的靶劃分集合中移除包括該組的靶劃分。

17、上述方法允許將靶集合饋送到諸如計(jì)算機(jī)或放射治療計(jì)劃系統(tǒng)的系統(tǒng)中，并且然后該方法自動(dòng)計(jì)算至少一些可能的靶劃分以用于評(píng)估并找到用于治療的最優(yōu)靶劃分。因此，靶劃分包括若干靶組，并且可以理解靶集合可以具有許多靶劃分。靶劃分和靶組可以具有以下條件：每個(gè)靶僅可以是一個(gè)組的一部分，或者對(duì)于每個(gè)候選弧路徑每個(gè)靶僅可以是一個(gè)組的一部分，以避免一些靶被治療得比其他靶更多，這將導(dǎo)致太高的放射劑量水平。自動(dòng)靶劃分及其靶分組使治療計(jì)劃器不負(fù)擔(dān)非常復(fù)雜且耗時(shí)的計(jì)劃。它還改進(jìn)了治療的結(jié)果，因?yàn)橹委煼椒紤]了所有可能的機(jī)架角度、mlc角度、成本和以及例如如下所述的enta成本總和或其他成本以及靶劃分和靶組?？梢詫⒂?jì)算的某些限制饋送到系統(tǒng)中，限制諸如靶組中的靶的最大數(shù)量和靶劃分中的靶組的最大數(shù)量以及可能還有幾何考慮。幾何考慮可以例如指定靶組的所有靶必須適合預(yù)定體積，使得它們在幾何上彼此接近地布置，或者同一靶組中沒有靶可以比預(yù)定距離更接近彼此。替代地，可以指定在垂直于靶組的所有靶的射束中心軸的平面上的投影必須適合預(yù)定區(qū)域。幾何考慮或條件可以涉及最大和/或最小允許距離和/或體積。

18、可以考慮所有可能的靶劃分用于計(jì)算步驟。替代地，可以僅考慮具有小于指定數(shù)量的靶組的靶劃分用于計(jì)算步驟。替代地，具有已知導(dǎo)致差的解決方案的靶組的靶劃分需要不被包括在計(jì)算步驟中考慮的靶劃分中。替代地，可以考慮至多指定數(shù)量的靶劃分。

19、所有提供的候選弧路徑可以被用于優(yōu)化。

20、替代地，對(duì)于候選弧路徑，可以考慮靜態(tài)場或靜態(tài)射束。

21、在實(shí)施例中，已知的非最優(yōu)靶劃分，例如包括一個(gè)靶組中的所有靶或包括彼此遠(yuǎn)離或非常接近——諸如彼此距離超過5-6cm或諸如幾mm（毫米）的非常接近——定位的至少兩個(gè)靶的靶劃分，可以直接從上述優(yōu)化方法中排除。

22、在實(shí)施例中，計(jì)算步驟還可以考慮至少一個(gè)臥榻角度。

23、考慮至少一個(gè)臥榻角度可以還改進(jìn)最優(yōu)靶劃分的結(jié)果，因?yàn)榕P榻角度是可以被調(diào)整的附加參數(shù)。

24、在一個(gè)實(shí)施例中，靶組的最大數(shù)量由治療計(jì)劃器或從1至6的任何給定數(shù)量根據(jù)每個(gè)候選弧射束提供。

25、靶組的最大數(shù)量可以基于弧射束的允許的最大數(shù)量，或反之亦然。

26、在另一實(shí)施例中，計(jì)算步驟還可以包括將弧路徑分割成以規(guī)則間隙間隔的控制點(diǎn)，每個(gè)間隙對(duì)應(yīng)于機(jī)架角度段，其中，在每個(gè)控制點(diǎn)處計(jì)算最優(yōu)mlc角度和/或最優(yōu)臥榻角度。在該計(jì)算步驟期間可以考慮移動(dòng)約束，諸如mlc的最大旋轉(zhuǎn)速度或mlc的最大角度旋轉(zhuǎn)。

27、通常沿著弧路徑并且因此沿著機(jī)架路徑以規(guī)則間隙間隔的預(yù)定控制點(diǎn)可以用于進(jìn)一步優(yōu)化靶劃分并且選擇最優(yōu)靶組。另外，并且在每個(gè)控制點(diǎn)處，可以考慮若干mlc角度和臥榻角度。控制點(diǎn)可以例如沿著弧路徑以1°、2°或4°機(jī)架角度間隙布置。可以基于目前的計(jì)算機(jī)的可用計(jì)算能力來選擇控制點(diǎn)距離以及與其相距的規(guī)則間隙距離。

28、在另一實(shí)施例中，針對(duì)每個(gè)控制點(diǎn)計(jì)算最優(yōu)mlc開口，由此基于最低成本和最優(yōu)mlc角度相對(duì)于先前和后續(xù)控制點(diǎn)處的先前和后續(xù)mlc角度來選擇最優(yōu)mlc開度。

29、與上述一致，如果需要在控制點(diǎn)之間改變mlc角度，則增加附加成本。

30、在一些方法中，例如在點(diǎn)中，從一個(gè)控制點(diǎn)到下一個(gè)控制點(diǎn)的mlc角度的改變可能導(dǎo)致成本增加，因?yàn)樵诳刂泣c(diǎn)之間調(diào)整mlc角度花費(fèi)時(shí)間并且可能具有挑戰(zhàn)性。然而，如果橋間隙打開或在當(dāng)前控制點(diǎn)處的特定mlc開口中存在另一enta，則這種情況的成本可能更高，并且由此該方法可以選擇旋轉(zhuǎn)mlc并提供另一mlc角度，以便避免enta成本或另一增加的成本。

31、鑒于上述內(nèi)容并且根據(jù)本文的實(shí)施例，計(jì)算步驟還可以包括將弧路徑分割成以規(guī)則間隙間隔的控制點(diǎn)，每個(gè)間隙對(duì)應(yīng)于機(jī)架角度段，其中，mlc角度針對(duì)沿著候選弧路徑的每個(gè)控制點(diǎn)被保持在固定位置中，并且其中，針對(duì)每個(gè)控制點(diǎn)計(jì)算每個(gè)候選mlc角度的成本以針對(duì)每個(gè)候選弧路徑找到最優(yōu)固定mlc角度。

32、在另一實(shí)施例中，如果需要在相鄰控制點(diǎn)之間改變臥榻角度，則可能增加成本。

33、改變臥榻角度可能導(dǎo)致延遲或不確定性，并且因此如果需要這種改變，則可能增加成本。

34、在另一實(shí)施例中，弧射束的最大數(shù)量對(duì)應(yīng)于靶組的最大數(shù)量。

35、以上可以幫助實(shí)現(xiàn)每個(gè)靶和靶組的正確劑量水平目標(biāo)。該狀況可以還改進(jìn)和減少患者的治療時(shí)間。

36、在另一實(shí)施例中，弧射束可以是保形弧射束。

37、保形弧射束的使用提供了清晰且直接的劑量水平分布，因?yàn)槊總€(gè)靶接收使用保形弧計(jì)劃的有效且有用的mlc開口特性的放射，或者當(dāng)葉片完全在靶上方時(shí)根本不接收放射遞送。保形mlc開口旨在在整個(gè)靶上完全打開或完全關(guān)閉，但是它們可能由于事故而打開，例如當(dāng)它們需要在靶上移動(dòng)以能夠到達(dá)mlc在下一個(gè)控制點(diǎn)中的期望位置時(shí)。在這樣的移動(dòng)期間，可以考慮速度限制。可以避免一些葉片比它們的相鄰葉片延伸得更遠(yuǎn)而進(jìn)入開口的鋸齒狀葉片位置。然而，根據(jù)本公開的第三方面，可以允許完全劑量阻擋，因此在某些控制點(diǎn)中，可以調(diào)整mlc的一些葉片，使得一個(gè)或多個(gè)靶根本不接收放射，以便提供匹配或至少非常接近劑量水平目標(biāo)的劑量水平。

38、在另一實(shí)施例中，該方法可以另外包括以下步驟：通常通過針對(duì)最優(yōu)靶劃分的每個(gè)靶組考慮最小機(jī)架角度間隙來檢索具有最低成本mlc角度和機(jī)架角度對(duì)的最低成本弧射束，并且遞送這些最低成本弧射束，由此每個(gè)弧射束與最優(yōu)靶劃分的一個(gè)靶組保形，使得每個(gè)靶組接收一個(gè)弧射束用于治療。

39、可以提供最小機(jī)架角度間隙以便避免選擇太小的機(jī)架間隙。

40、為最優(yōu)靶劃分的每個(gè)靶組提供具有最低成本mlc角度和機(jī)架角度對(duì)的最低成本弧射束或弧路徑可能導(dǎo)致對(duì)目前的多轉(zhuǎn)移病例的可能的治療。這樣的最低成本弧射束可以接近最初提供的候選弧路徑，但是角度可以稍微變化。

41、所描述的方法和/或步驟可以用作vmat優(yōu)化的起始點(diǎn)。因此，在目前治療計(jì)劃器具有若干轉(zhuǎn)移和因此多轉(zhuǎn)移的情況下，她/他可以使用本文所述的方法來優(yōu)化其他治療方法（諸如vmat）的起始點(diǎn)。

42、在另一實(shí)施例中，考慮對(duì)弧射束的最大數(shù)量的限制（例如，在弧射束的最大數(shù)量上總共的靶組的最大數(shù)量），考慮針對(duì)各種弧路徑的至少一些可能的靶劃分并且基于最優(yōu)靶劃分和最低成本弧射束來提供包括弧射束和弧路徑的弧計(jì)劃。

43、因此，該方法可以同時(shí)考慮至少一些可能的靶劃分的若干弧路徑以便找到最好治療計(jì)劃。

44、在另一實(shí)施例中，該方法可能還包括以下步驟：

45、-接收弧計(jì)劃和最優(yōu)靶劃分中的每個(gè)靶的計(jì)算劑量，弧計(jì)劃可以包括若干弧路徑；

46、-為每個(gè)靶提供劑量水平目標(biāo)并調(diào)整弧計(jì)劃，使得每個(gè)靶至少獲得劑量水平目標(biāo)；

47、-替代地，為了實(shí)現(xiàn)或提供每個(gè)靶的正確劑量水平目標(biāo)，可以使用靶的阻擋來實(shí)現(xiàn)靶之間的正確關(guān)系，并且然后在下一步驟中放大或優(yōu)化控制點(diǎn)監(jiān)測器單元mu；

48、-識(shí)別獲得超過劑量水平目標(biāo)的劑量水平的靶；以及

49、-計(jì)算所需的劑量控制塊，其中mlc的葉片對(duì)于具有超過劑量水平目標(biāo)的劑量水平的靶的一些弧射束的至少一部分完全關(guān)閉，以便優(yōu)化劑量的遞送，并且從而優(yōu)化最優(yōu)靶劃分的所有靶的劑量水平目標(biāo)。

50、前面段落中的上述方法可以獨(dú)立于本文公開的任何其他方法使用。上述方法可以被稱為劑量控制阻擋方法。該劑量控制阻擋方法如上所述是本文公開的本發(fā)明的第三方面，并且獨(dú)立于本文公開的其他方法步驟。同時(shí)，劑量控制阻擋方法可以并且能夠獨(dú)立于其他特征和方法步驟與本文公開的任何方法步驟或特征一起使用和組合。

51、可以由放射治療計(jì)劃方法計(jì)算或提供的任何弧計(jì)劃可以被用作如本文所公開的劑量控制阻擋方法的輸入方法，以便在弧射束上的靶組中實(shí)現(xiàn)最優(yōu)靶劑量水平。另外并且特別地，可以使用保形弧計(jì)劃作為根據(jù)先前段落的劑量控制阻擋方法的輸入。

52、劑量控制阻擋方法的輸出可以是修改的保形弧計(jì)劃，由此在一些位置或控制點(diǎn)中，一些靶被阻擋經(jīng)由mlc的放射。通常，mlc將對(duì)每個(gè)控制點(diǎn)中的至少一個(gè)靶打開。在一些情況下，mlc可以在一些控制點(diǎn)中完全關(guān)閉。通過修改起始和停止機(jī)架角度以及潛在地修改mlc角度，可以避免具有完全關(guān)閉準(zhǔn)直器的控制點(diǎn)或射束，因?yàn)檫@樣的關(guān)閉段在治療期間浪費(fèi)時(shí)間。另一種選擇是忽略完全阻擋的準(zhǔn)直器或mlc段，并且在這些段上繼續(xù)進(jìn)行，而不在這些段中施加任何放射。

53、如所解釋的，可以選擇控制點(diǎn)和/或起始和停止機(jī)架角度，使得不存在所有靶都被阻擋的任何完全關(guān)閉的控制點(diǎn)或區(qū)段。

54、修正的起始和停止機(jī)架角度可以被適配和/或附加地包括由于這些區(qū)段中的完全關(guān)閉的mlc開口而被忽略的段。替代地，可以不修改起始和停止機(jī)架角度，而是忽略具有完全關(guān)閉的mlc配置或開口的段。

55、在根據(jù)本文的公開內(nèi)容并且根據(jù)第二方面的另一實(shí)施例中，如果兩個(gè)靶之間的距離超過某個(gè)閾值或者如果靶的數(shù)量超過n個(gè)靶，則在第一方面中公開的步驟之前執(zhí)行聚類步驟。聚類步驟可以包括以下步驟：基于目前的靶的數(shù)量來選擇聚類的最大數(shù)量m，將聚類中的靶的數(shù)量限制為小于或等于n，以及基于同一聚類的兩個(gè)靶之間的最大允許距離或幾何考慮或條件來選擇聚類中的靶。

56、作為輸入，可以提供靶的位置和三維形狀。

57、在另一實(shí)施例中，如果當(dāng)前靶劃分中的靶組的總數(shù)量超過某個(gè)閾值，諸如15至20個(gè)靶組，則可能增加附加成本。

58、這可能導(dǎo)致改進(jìn)的靶劃分和優(yōu)化的計(jì)劃過程。

59、在另一實(shí)施例中，聚類步驟可以直接采取幾何考慮作為初始條件。因此，如果檢測到或確定兩個(gè)靶彼此距離太遠(yuǎn)并且因此超過距離的閾值，由此閾值可以是6cm，則可以直接發(fā)起聚類步驟，而不限于目前的靶的數(shù)量n。可以使用靶的最大數(shù)量n和聚類的最大數(shù)量m以及幾何考慮或幾何條件的任何組合來發(fā)起聚類步驟。

60、如果存在多于三（3）個(gè)靶、多于四（4）個(gè)靶和/或多于五（5）個(gè)靶，優(yōu)選多于十（10）至十五（15）個(gè)靶，則可以使用聚類步驟。聚類步驟減少了復(fù)雜性，因?yàn)橛靡粋€(gè)弧集合或方法治療的靶的數(shù)量減少，并且因?yàn)樗鼈冊趲缀紊媳舜私咏夭贾?。替代地，?duì)于同一聚類的兩個(gè)靶中的任一個(gè)之間的最大允許距離，如上所述，體積可以例如以cm3給出，在該體積中一個(gè)聚類的所有靶都需要擬合使得促進(jìn)治療和靶。這些幾何條件（諸如最大體積或最大允許距離）被稱為幾何條件或幾何考慮。

61、如上所述的聚類步驟是根據(jù)本文公開的第二方面，并且可以獨(dú)立于本文公開的任何其他方法或特征來使用。聚類步驟或聚類方法不被連接到本文公開的本發(fā)明的第一方面或第三方面。聚類步驟或方法可以在諸如imrt或vmat的常規(guī)放射治療之前使用，以準(zhǔn)備并將要在一個(gè)且同一治療中治療的靶的數(shù)量減少到可管理的水平。

62、作為示例并且為了更好地圖示聚類方法和步驟，提供了示例?；加心X癌的患者在其頭部具有七（7）個(gè)轉(zhuǎn)移，其中一些靠近右耳，而其他的靠近左眼。靶（轉(zhuǎn)移）之間的最大允許距離為6cm。因此，要求聚類中的所有靶必須彼此間隔比6cm更近或等于6cm。一個(gè)聚類中的靶的最大數(shù)量被設(shè)置為四（4）個(gè)，其對(duì)應(yīng)于n，并且由此靶的總數(shù)七（7）個(gè)超過一個(gè)聚類中允許的靶的數(shù)量四（4）個(gè)。在這種情況下，聚類的最大數(shù)量m為三（3）個(gè)。只要滿足最大距離為6cm的標(biāo)準(zhǔn)，例如靠近右耳的第一聚類將包含4個(gè)靶，并且例如靠近左眼的第二聚類將包含剩余的3個(gè)靶。盡管理論上允許第三聚類，但是由于不超過每個(gè)聚類四個(gè)靶的最大數(shù)量n并且由于不違反6cm最大允許距離條件，因此不需要第三聚類。一旦限定了聚類，就可以執(zhí)行根據(jù)第一方面和第三方面的方法或任何其他已知的放射治療計(jì)劃。

63、請(qǐng)注意，在以上示例中，替換地，可以存在僅具有一（1）個(gè)靶的聚類，而其他兩個(gè)聚類包括剩余靶。該方法將評(píng)估哪個(gè)聚類是給定所提供的限制——諸如一個(gè)聚類中的靶的最大數(shù)量和聚類的最大數(shù)量——的最優(yōu)聚類。限制束可以取決于例如由治療計(jì)劃器指定的可用弧射束或諸如治療時(shí)間限制的其他情況。

64、本文還公開了一種包括計(jì)算機(jī)可讀裝置的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，該計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品當(dāng)在計(jì)算機(jī)中執(zhí)行時(shí)將使計(jì)算機(jī)執(zhí)行本文公開的任何方面或方法步驟。

65、本文還公開了一種編碼有計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，在計(jì)算機(jī)設(shè)備中運(yùn)行時(shí)，計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令將使該設(shè)備執(zhí)行本公開的方法步驟或方面。

66、除了上面進(jìn)一步公開的之外，本文還公開了一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，包括處理器、存儲(chǔ)器，其中，存儲(chǔ)器包括根據(jù)上述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品或根據(jù)上述的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。

67、在本公開中，將使用某些術(shù)語和技術(shù)規(guī)范，參考附圖解釋它們中的一些，并且在此解釋和指定它們中的一些：

68、成本函數(shù)或成本

69、與放射療法相關(guān)的術(shù)語成本函數(shù)或成本描述了獲得的計(jì)劃質(zhì)量與期望的計(jì)劃質(zhì)量之間的距離或差異的度量。成本函數(shù)可以包括放射治療計(jì)劃的臨床目標(biāo)，并且表示計(jì)劃期間優(yōu)化過程的臨界點(diǎn)?？梢詫⒏鞣N變量添加到成本或成本函數(shù)，諸如非靶組織的暴露、暴露的非靶組織區(qū)域（enta）、mlc中的橋間隙開口和/或分段或弧射束之間的mlc或臥榻角度改變。這樣的變量可能導(dǎo)致附加成本。成本或成本函數(shù)遞送的值可以被視為治療計(jì)劃的質(zhì)量指標(biāo)。通常，放射治療計(jì)劃的成本函數(shù)經(jīng)歷優(yōu)化過程。成本或成本函數(shù)可以基于劑量水平標(biāo)準(zhǔn)作為物理成本函數(shù)，或者可以基于生物標(biāo)準(zhǔn)作為生物成本函數(shù)。成本函數(shù)的目的通常是提供具有高度保形劑量分布而不照射暴露的非靶組織或有風(fēng)險(xiǎn)的器官的治療計(jì)劃。在許多解決方案中，通過尋找這種成本函數(shù)的最小值來優(yōu)化成本函數(shù)或成本。成本、成本函數(shù)或enta成本可以是高度復(fù)雜的，但是由于本發(fā)明的核心不在于成本或成本函數(shù)確定，因此所提供的解釋足以理解本文公開的方面。

70、成本函數(shù)可以包括用于治療靶集合的弧路徑的數(shù)量。通常，用于治療的弧路徑越多，成本越高，因?yàn)榛÷窂皆黾恿酥委煹臅r(shí)間。因此，如果可以用七（7）個(gè)弧路徑和第一治療計(jì)劃實(shí)現(xiàn)一定的成本水平a，并且也可以僅用六（6）個(gè)弧路徑和第二治療計(jì)劃實(shí)現(xiàn)相同的成本水平a，則具有六（6）個(gè)弧路徑的第二治療計(jì)劃是有利的，并且因此應(yīng)當(dāng)接收比a低的總成本。可以以以下方式設(shè)計(jì)取決于具有單個(gè)輸出值的弧路徑的數(shù)量的成本函數(shù)：

71、令t為閾值，使得低于t的所有enta成本被視為相等的。令成本被定義為

72、

73、其中p是靶劃分，n是弧路徑的數(shù)量（至多99個(gè)）并且意味著將x舍入到整數(shù)部分之后的3個(gè)小數(shù)位。換句話說，該函數(shù)可以用公式表示如下：

74、成本的一個(gè)示例如下計(jì)算：首先，計(jì)算成本的enta部分的值。如果所得值低于閾值t，其中t大于或等于0，那么將值設(shè)定為精確地t。將值四舍五入到小數(shù)點(diǎn)后最多三位，并且然后將結(jié)果乘以100000。這保證我們具有帶有兩個(gè)結(jié)束零的整數(shù)。最后，將治療計(jì)劃中的弧路徑的數(shù)量（少于100個(gè)）相加以獲得總成本。選擇具有最低總成本的靶劃分作為最優(yōu)靶劃分。

75、替代地，考慮弧路徑的數(shù)量的成本函數(shù)也可以通過以下方式設(shè)計(jì)：首先，如果劃分的成本低于閾值t，其中t大于或等于0，則將該成本設(shè)置為精確地t。在步驟后，選擇具有最低成本的靶劃分。如果多個(gè)靶劃分具有相同的成本，例如成本t，則按照最終治療計(jì)劃中的弧路徑的數(shù)量對(duì)靶劃分進(jìn)行排序，并選擇最終治療計(jì)劃中具有最低弧路徑數(shù)量的治療計(jì)劃作為最優(yōu)靶劃分。

76、多葉片準(zhǔn)直器

77、多葉片準(zhǔn)直器（mlc）包括具有矩形開口的框架和沿著開口的相對(duì)側(cè)彼此相鄰放置的多個(gè)葉片對(duì)。葉片對(duì)中的兩個(gè)葉片彼此相對(duì)放置并且可以移動(dòng)使得它們可以完全關(guān)閉開口的一部分或暴露開口的該部分的全部或一部分。每個(gè)葉片對(duì)限定mlc的線性部分。存在用于在射束遞送期間計(jì)算mlc的移動(dòng)模式的各種技術(shù)。例如，在滑動(dòng)窗口遞送中，葉片在整個(gè)場上單向移動(dòng)，其中選擇相對(duì)葉片之間的距離，使得放射將在由注量圖確定的時(shí)間量內(nèi)在應(yīng)當(dāng)暴露于放射的區(qū)域中通過，同時(shí)在其他區(qū)域被阻擋。可以順序遞送多個(gè)滑動(dòng)窗口葉片橫掃（sweep）而不切斷照射，從而產(chǎn)生葉片在治療區(qū)域上來回移動(dòng)的移動(dòng)模式。

78、放射遞送的另一示例是步進(jìn)和發(fā)射（step?and?shoot）遞送，在步進(jìn)和發(fā)射遞送期間，mlc的葉片是靜態(tài)的，而放射射束或放射射束開啟。

79、對(duì)于弧射束，當(dāng)射束開啟時(shí)，mlc的葉片通?？梢栽谌魏畏较蛏弦苿?dòng)。

80、mlc可以圍繞射束中心軸旋轉(zhuǎn)到不同的角度，以在給定患者幾何形狀的情況下以最合適的方式限制射束。mlc相對(duì)于射束中心軸的給定旋轉(zhuǎn)被稱為準(zhǔn)直器角度。在不同機(jī)架角度下將mlc旋轉(zhuǎn)到不同準(zhǔn)直器角度也是可行的，因?yàn)榛颊邘缀涡螤顚⑷Q于射束方向和/或機(jī)架角度而改變。mlc還可以在靜態(tài)射束的遞送期間旋轉(zhuǎn)，即，準(zhǔn)直器角度可以是射束的遞送時(shí)間、機(jī)架角度或累積監(jiān)測單元（mu）的函數(shù)。在當(dāng)今的常規(guī)實(shí)踐中，準(zhǔn)直器角度是手動(dòng)選擇的并且在整個(gè)弧或靜態(tài)射束上保持恒定。

81、靶劃分

82、本文中的靶劃分可以意指獨(dú)立于候選弧路徑將靶分割成組。靶劃分通常包括幾個(gè)靶組。鑒于靶劃分可因此針對(duì)靶集合和各種靶組而變化。因此，靶集合可以被分割成各種靶組，并且由此也可以被分割成各種靶劃分。另外，靶劃分還可以意指每個(gè)候選弧路徑的靶的分割。靶劃分通常包括靶組，由此每個(gè)靶是至少一個(gè)靶組的一部分，但是在一些情況下并且尤其是如果這導(dǎo)致較低的總成本或enta，也可以允許不是每個(gè)靶是至少一個(gè)靶組的一部分。通常，每個(gè)候選弧路徑檢查至少一個(gè)靶劃分；然而，它可以是多于一個(gè)靶劃分，并且這可以用本文公開的方法來指定。

83、候選弧路徑

84、關(guān)于本文說明書的候選弧路徑描述并意指mlc在患者上行進(jìn)的路徑，由于放射療法系統(tǒng)的配置和/或設(shè)計(jì)，該路徑通常以弧的形式。候選弧路徑也以某種方式影響或決定潛在的機(jī)架角度、臥榻角度和/或甚至準(zhǔn)直器角度。當(dāng)治療靶組時(shí)，選擇用于治療的相關(guān)候選弧路徑是重要的，以便減少患者的enta成本并且以便提供放射治療的有效計(jì)劃。與候選弧路徑相關(guān)的mlc開口和enta的相關(guān)成本與所選候選弧路徑相關(guān)，并且在與候選弧路徑相關(guān)的同時(shí)對(duì)靶的分組和靶劃分進(jìn)行迭代極大地改進(jìn)了對(duì)患者和治療效率的結(jié)果。選擇靶劃分或分組取決于所提供的候選弧路徑。特定靶劃分的質(zhì)量可以取決于候選弧路徑?？梢越?jīng)由治療計(jì)劃系統(tǒng)或經(jīng)由諸如醫(yī)務(wù)人員的物理人員來提供候選弧路徑。通常，也允許是或被認(rèn)為是本文公開的方法的候選弧路徑偏離所提供的一個(gè)或多個(gè)候選弧路徑一定程度。在一些情況下，候選弧路徑可以對(duì)應(yīng)于臥榻角度。本文中的當(dāng)前候選弧路徑還意味著當(dāng)前被檢查和/或計(jì)算和/或分析的候選弧路徑。

85、弧射束

86、本文中的弧射束被認(rèn)為是允許在沿著弧路徑的軌跡的特定位置處通過mlc的放射射束?；∩涫梢允窃谘刂壽E的固定點(diǎn)處暫時(shí)生成的射束，或者它可以是在準(zhǔn)直器葉片或準(zhǔn)直器開口取決于靶而適配時(shí)沿著軌跡移動(dòng)的連續(xù)弧射束。在一些情況下，弧射束是沿著mlc和弧路徑或候選弧路徑的軌跡以某些固定間隙生成的靜態(tài)射束?；∩涫苍诒疚牡母綀D中圖示。

87、根據(jù)第一方面、第二方面或第三方面的根據(jù)本發(fā)明的方法可以被結(jié)合到任何已知的治療計(jì)劃系統(tǒng)中，用于改進(jìn)治療計(jì)劃并減少治療計(jì)劃器的負(fù)擔(dān)。根據(jù)第一方面、第二方面或第三方面的方法可以彼此獨(dú)立地在放射治療計(jì)劃中使用和應(yīng)用，然而它們也可以彼此組合使用。