CN116936110A - 针对辐射治疗计划的剂量拖尾效应模型 - Google Patents

Abstract

一种制定辐射治疗计划的计算机实现的方法，该辐射治疗计划包括对治疗目标进行点扫描，该方法包括访问与患者相关联的信息以及与辐射递送机器有关的信息。方法还包括：确定与治疗目标相关联的区域，其中区域包括多个点；以及计算针对多个点中的每个点的权重，其中权重与在相应点处递送的质子数目相关联。此外，方法包括基于从辐射递送机器检索的信息来计算定时相关参数，并且在辐照治疗目标时，确定在从一个点到另一点的过渡期间，由辐射递送机器递送的过渡剂量。

Description

针对辐射治疗计划的剂量拖尾效应模型

技术领域

本描述整体涉及辐射疗法领域，并且更具体地涉及对辐射疗法治疗计划在辐射疗法治疗系统上的执行进行精确建模。

背景技术

使用辐射疗法治疗癌症是众所周知的。通常，辐射疗法包括将高能质子、光子、离子或电子辐射束引导到不健康组织(例如，肿瘤或病变)的治疗目标中的目标体积中。

辐射疗法治疗计划的制定通常采用医学成像，诸如X射线、计算机断层扫描(CT)、磁共振成像(MRI)等。通常，一系列二维患者图像(每个图像表示患者解剖结构的二维截面“切片”)被用于根据患者解剖结构重建感兴趣体积(VOI)或感兴趣结构的三维表示。

VOI通常包括一个或多个感兴趣的器官，通常包括计划目标体积(PTV)，诸如恶性生长或包括用于辐射疗法的恶性组织的器官；处于辐射疗法暴露风险的恶性生长附近的相对健康的有风险器官(OAR)；或者包括一个或多个PTV与一个或多个OAR的组合的患者解剖结构的较大部分。辐射疗法治疗计划制定的目标通常是在尽可能接近处方剂量的情况下辐照尽可能多的PTV，同时尝试减少对附近OAR的辐照。

在医疗过程期间使用由此产生的辐射疗法治疗计划，以将身体的精确区域(诸如恶性肿瘤)选择性地暴露于特定剂量的辐射，以便破坏不期望的组织。在制定患者特定的辐射疗法治疗计划期间，信息通常从三维模型中提取来确定参数，诸如一个或多个PTV以及一个或多个OAR的形状、体积、位置和取向。

质子疗法是一种外部射束辐射疗法，其特征在于使用质子束来辐照病变组织。通常，辐射疗法包括将高能质子、光子或电子辐射束(“治疗性辐射”)引导到目标体积(例如，肿瘤或病变)中。质子疗法相对于其他常规疗法(诸如X射线或中子辐射疗法)的主要优点是质子辐射可以受到深度的限制，并且因此可以避免暴露于无意辐射或至少受到深度超过目标计算区域的非目标细胞的限制。换言之，质子束到达组织中的深度取决于射束的能量，并且在该深度处释放其大部分能量(递送其大部分剂量)。深度-剂量曲线中释放大部分能量的区域被称为射束的布拉格峰。

在患者接受辐射治疗之前，应制定特定于该患者的治疗计划。计划使用可能基于过去经验的仿真和优化来限定辐射疗法的各个方面。例如，平面可以指定适当的射束类型和适当的射束能量。计划的其他部分可以指定例如射束相对于患者的角度、射束形状、推注件和屏蔽件的放置等。一般来说，治疗计划的目的是向不健康组织递送足够的辐射，同时使周围健康组织对该辐射的暴露最小化。在点扫描中对剂量分布进行准确建模对于治疗计划人员来说至关重要的。

一种辐射疗法技术被称为点扫描，也被称为笔形射束扫描。在点扫描中，按照治疗计划的规定，射束被引导到治疗目标中的点。对于射束的每个能量层，所规定的点位置通常以固定(光栅)模式布置，并且射束在能量层内的固定扫描路径上递送。通过在相邻点处叠加多个不同能量的射束，射束的布拉格峰重叠，以将规定的剂量穿过治疗目标递送到目标的边缘，边缘之外的剂量急剧下降到零。

精确计算点的数目及其位置(位置和分布)非常重要。目标是确定符合治疗目标轮廓的点位置，以改进侧半影，并且避免治疗目标外的健康组织暴露于超过治疗不健康组织所需的辐射；以及在治疗目标内是均匀的，以避免治疗目标内的剂量变化(剂量不均匀性)，使得所规定的剂量被递送到目标的所有部分。当生成治疗计划时，初始点图案或网格针对整个治疗目标指定并且计划通过调整图案中点的权重来优化。

治疗计划人员必须应对的挑战之一是对笔形射束从一个点过渡到另一点所产生的剂量拖尾累积效应进行建模。在笔形射束扫描中，质子束使用一对偏转磁体移动穿过目标体积(VOI)。在大多数情况下，治疗计划系统通过将剂量离散化为一个接一个递送的点来对VOI上的剂量递送进行建模。然而，在机器水平上，如果两个连续点之间的距离小于某个极限，则剂量被分成两个分量：并且他们是：1)实际点位置的辐照；以及2)射束从一个点移动到下一点的过渡期间的辐照。由于与递送点剂量所需的时间相比，将射束从一个点移动到另一点的时间通常很短，因此可商购的常规治疗计划系统将治疗计划的累积剂量建模为在每个单独点处递送的剂量的总和。然而，这样的建模并不理想，因为它没有考虑剂量拖尾效应，并且可能导致所计划的剂量分布和实际递送的剂量分布之间的不利差异。这在与超高剂量率(FLASH辐射疗法)相关联的计划中尤为明显。

发明内容

根据本发明的实施例提供了计算机实现的方法，计算机实现的方法通过考虑在点扫描期间，在射束从一个点移动到下一点时的过渡时段期间递送的辐射来对更准确的治疗计划进行建模。通过考虑累积剂量拖尾效应，治疗计划人员能够制定更准确的剂量分布计划。以此方式，本发明的实施例能够减少所计划的剂量分布和实际递送的剂量分布之间的差异。

在一个实施例中，公开了制定辐射治疗计划的计算机实现的方法，辐射治疗计划包括对治疗目标进行点扫描。方法包括访问与患者相关联的信息以及与辐射递送机器有关的信息。方法还包括确定与治疗目标相关联的区域，其中区域包括多个点；以及计算多个点中的每个点的权重，其中权重与在相应点处递送的质子的数目相关联。此外，方法包括：基于从辐射递送机器检索的信息来计算定时相关参数，以及在辐照治疗目标时，确定在从一个点到另一点的过渡期间，由辐射递送机器递送的过渡剂量。

在另一实施例中，公开了一种计算机系统，该计算机系统包括与总线耦合的处理器以及与所述总线耦合的存储器，其中所述存储器被编程有指令，当指令在被执行时，使得所述计算机系统实现制定辐射治疗计划的方法，辐射治疗计划包括对治疗目标进行点扫描。方法包括访问与患者相关联的信息以及与辐射递送机器有关的信息。方法还包括确定与治疗目标相关联的区域，其中区域包括多个点。方法还包括计算多个点中的每个点的权重，其中权重与在相应点处递送的质子的数目相关联。此外，方法包括基于从辐射递送机器检索的信息来计算定时相关参数，以及计算在多个点中的每个点处递送的剂量。最后，方法包括确定由辐射递送机器递送的多个过渡剂量，其中多个过渡剂包括在辐照治疗目标时，从一个点到另一点的每个过渡期间递送的辐射。

在一个实施例中，公开了具有计算机可执行指令的非暂态计算机可读存储介质，计算机可执行指令用于使得计算机系统执行制定辐射治疗计划的方法，辐射治疗计划包括治疗目标的点扫描。方法包括访问与患者相关联的信息以及与辐射递送机器有关的信息。方法还包括确定与治疗目标相关联的区域，其中区域包括多个点，以及计算多个点中的每个点的权重，其中权重与在相应点处递送的质子的数目相关联。此外，方法包括基于从辐射递送机器检索的信息来计算定时相关参数，以及在辐照治疗目标时，确定在从一个点到另一点的过渡期间，由辐射递送机器递送的过渡剂量。

本发明的一个或多个实施例的细节在附图和以下描述中阐述。本发明的其他特征、目的和优点将从说明书和附图以及权利要求中显而易见。

附图说明

图1A图示了跨VOI的剂量分布的常规模型。

图1B图示了基于理想递送条件计算的剂量可能不同于常规治疗计划系统中递送的实际剂量的方式。

图2示出了可以在其上实现本文所述的实施例的计算系统的一个示例的框图。

图3A图示了根据本发明的一个实施例的计算准确总剂量的方式。

图3B图示了根据本发明的一个实施例的跨VOI的剂量分布模型，模型考虑了在执行点扫描时，在点之间的过渡期间递送的辐射。

图4图示了根据本发明的一个实施例的计算广义影响矩阵的方式。

图5图示了根据本发明的一个实施例的可以针对治疗计划的变化来计算剂量递送的方式。

图6是图示了可以用来实现本文所述的实施例的自动辐射疗法治疗计划系统的一个示例的框图。

图7是图示了可以用来实现本文所述的实施例的优化器的示例性组件的框图。

图8是描绘根据本发明的一个实施例的用于计划包括对治疗目标进行点扫描的辐射治疗的另一示例性计算机实现的过程流程的流程图。

具体实施方式

现在将详细参考本公开的各种实施例，实施例的示例如附图所示。尽管结合这些实施例进行了描述，但应当理解，它们并不旨在将本公开限于这些实施例。相反，本公开旨在涵盖可以被包括在所附权利要求所限定的本公开的精神和范围内的备选、修改和等同物。此外，在本公开的以下详细描述中，阐述了许多具体细节，以提供对本公开的透彻理解。然而，应当理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践本公开。在其他情况下，尚未详细描述公知的方法、过程、组件和电路，以避免不必要地混淆本公开的各方面。

以下详细描述的一些部分以程序、逻辑块、处理和对计算机存储器内数据位的操作的其他符号表示的形式来呈现。这些描述和表示是数据处理领域的技术人员用来最有效地向本领域的其他技术人员传达其工作内容的手段。在本申请中，程序、逻辑块、过程等被认为是导致期望结果的自洽的步骤或指令序列。这些步骤是利用物理量的物理操纵。通常，尽管不一定，这些量采取能够在计算系统中存储、传输、组合、比较和以其他方式操纵的电信号或磁信号的形式。事实证明，主要是出于通用的原因，将这些信号称为事务、位、值、元素、符号、字符、样本、像素等有时是方便的。

然而，应记住，所有这些和类似的术语都与适当的物理量相关联并且只是适用于这些量的方便标签。除非从以下讨论中明确指出，否则应理解，贯穿本公开，利用诸如“访问”、“计算”、“确定”、“累积”等术语的讨论指代计算系统或类似电子计算设备或处理器(例如，图2的计算系统200)的动作和过程(例如，图8的流程图)。计算系统或类似的电子计算设备在计算系统存储器、寄存器或其他此类信息存储、传输或显示设备内操纵和转换被表示为物理(电子)量的数据。

以下详细描述的各部分将根据方法进行介绍和讨论。尽管本文中在描述该方法的操作的图(例如，图8)中公开了其步骤和顺序，但这些步骤和顺序是示例性的。实施例非常适合于执行本文中图的流程图中所述的各种其他步骤或步骤的变型，并且以不同于本文所描绘和描述的顺序来执行。

本文描述的实施例可以在由一个或多个计算机或其他设备执行的某种形式的计算机可读存储介质(诸如程序模块)上驻留的计算机可执行指令的一般上下文中进行讨论。作为示例而非限制，计算机可读存储介质可以包括非暂态计算机存储介质和通信介质。通常，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等。在各种实施例中，程序模块的功能可以根据需要进行组合或分布。

计算机存储介质包括以任何方法或技术实现的易失性和非易失性、可移动和不可移动介质，以用于存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据的信息。计算机存储介质包括但不限于随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、闪存或其他存储器技术、光盘ROM(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)或其他光学存储装置、盒式磁带、磁带、磁盘存储装置或其他磁存储设备，或者可以被用于存储所需信息并且可以被访问来检索该信息的任何其他介质。

通信介质可以体现计算机可执行指令、数据结构和程序模块，并且包括任何信息递送介质。作为示例而非限制，通信介质包括诸如有线网络或直接有线连接的有线介质，以及诸如声学、射频(RF)、红外和其他无线介质的无线介质。上述任意组合也可以被包括在计算机可读介质的范围内。

针对辐射治疗计划的剂量拖尾效应建模

本公开提供了对针对辐射治疗计划的剂量分布进行精确建模的挑战的解决方案，辐射治疗计划包括对治疗目标进行点扫描。如前所述，治疗计划人员必须应对的挑战之一是对笔形射束从一个点过渡到另一点所产生的剂量拖尾累积效应进行建模。治疗计划系统通过将剂量离散化为一个接一个递送的点来对跨VOI的剂量递送进行建模。然而，在机器水平上，如果两个连续点之间的距离小于某个极限，则剂量被划分为两个部分：1)实际点位置处的辐照；以及2)射束从一个点移动到下一点的过渡期间的辐照。由于与递送点剂量所需的时间相比，将射束从一个点移动到另一点的时间通常很短，因此市售治疗计划系统将针对治疗计划的累积剂量建模为在每个单独点处递送的剂量的总和。换言之，常规治疗计划系统忽略了点扫描中连续点之间递送的剂量。

图1A图示了跨VOI的剂量分布的常规模型。如图1所示，剂量分布的常规模型将总剂量102离散为一个接一个地递送的点。因此，总剂量可以被计算为从点1 103到点N 104的每个离散点的剂量之和。

然而，常规建模并不理想，因为它没有考虑剂量拖尾效应，并且可能导致所计划的剂量分布和实际递送的剂量分布之间的差异。这在与超高剂量率(FLASH辐射疗法)递送相关联的计划中尤为明显。图1B图示了基于理想递送条件计算的剂量可能存在不利地不同于常规治疗计划系统中递送的实际剂量的方式。如图1B所示，常规治疗计划系统基于理想递送117来计算剂量，其中仅考虑实际点位置处的辐照。然而，由于治疗机器的限制(例如，磁体速度限制、最小辐照时间等)，实际剂量递送118发生变化。这导致差异，因为没有考虑射束从一个点移动到下一点时的过渡期间的辐照(这可能是机器限制的结果)。

根据本发明的实施例提供了一种方法，该方法通过考虑在点扫描期间，当射束从一个点移动到下一点的过渡时段期间的辐照来对更准确的治疗计划进行建模。通过考虑累积剂量拖尾效应，治疗计划人员能够制定更准确的剂量分布计划。以此方式，本发明的实施例能够减少所计划的剂量分布和实际递送的剂量分布之间的差异。为了提供所计划的递送的更好的建模，本发明的实施例依赖于计划信息和线扫描信息。

图2示出了计算系统200的一个示例的框图，在该计算系统200上，本文中描述的实施例可以在治疗系统内实现。在其最基本的配置中，系统200包括至少一个处理单元202和存储器204。该最基本的配置在图2中由虚线206图示。系统200还可以具有附加的特征和/或功能。例如，系统200还可以包括附加存储装置(可移动和/或不可移动)，包括但不限于磁盘或光盘或磁带。这样的附加存储装置在图2中由可移动存储装置208和不可移动存储装置220图示。系统200还可以包含(多个)通信连接222，通信连接222允许设备例如在联网环境中使用到一个或多个远程计算机的逻辑连接来与其他设备通信。

系统200还包括(多个)输入设备224，诸如键盘、鼠标、笔、语音输入设备、触摸输入设备等。还可以包括(多个)输出设备226，诸如显示设备、扬声器、打印机等。

在图2的示例中，存储器204包括与包括优化器219的治疗计划系统250相关联的计算机可读指令、数据结构、程序模块等。然而，治疗计划系统250可以替代地驻留在由计算机系统200使用的计算机存储介质中的任一个计算机存储介质中，或者可以分布在计算机存储介质的某个组合上，或者可以被分布在联网计算机的某个组合上。治疗计划系统250被用于评估和产生最终(规定的)治疗计划。

如以下将进一步解释的，根据本发明的实施例利用优化器219来对点扫描计划中的剂量分布进行更准确地建模。优化器219通过在点扫描期间，射束从一个点移动到下一点时的过渡时段期间，对辐照进行更准确地建模来实现这一点。通过考虑累积剂量拖尾效应(包括在射束从一个离散点到下一离散点的过渡期间递送的所有部分剂量)，优化器能够针对点扫描计划中的剂量分布制定更可靠的模型。

图3A图示了根据本发明的一个实施例的计算准确总剂量的方式。如图3A所示，为了准确计算点扫描计划中递送的总剂量302，治疗计划人员不仅需要考虑在点处递送的剂量(例如，点1剂量304和点2剂量308)，还需要考虑在将射束从点1过渡到点2时递送的过渡剂量306。

图3B图示了根据本发明的一个实施例的跨VOI的剂量分布模型，剂量分布模型考虑了在执行点扫描时，在点之间的过渡期间递送的辐射。如图3B所示，所递送的总剂量312可以被建模为在所有点(点1、点2、…、点N)处递送的剂量以及在点之间移动射束时递送的所有过渡剂量(点1→2，点2→3，…，点N-1→N)之和。

在常规市售治疗计划系统中，如以下等式1.1所示，针对场的剂量矩阵通过对每个单独点的矩阵求和来计算。换言之，剂量被分解为每个单独点的贡献之和。

(1.1)其中D是剂量矩阵。

如以下等式1.2所示，针对点j的剂量矩阵通过将影响矩阵(也被称为剂量矩阵)d_j与点权重相乘来计算。

D_j＝d_jW_j， (1.2)

注意，在以上等式1.2中，d_j是针对点j的剂量矩阵，并且W_j是治疗计划系统中常规计算的质子总数(权重)。

如前所述，与常规建模系统(与以上等式1.1和1.2相关联)不同，本发明的实施例将总剂量划分为单独点剂量以及射束从一个点向另一点过渡所产生的剂量(也被称为剂量拖尾效应)。

本发明的实施例根据以下等式2.1和2.2来对场的总剂量进行建模。

D＝D₁+D_1→2+D₂ (2.1)

注意，以上等式2.1中的D_1→2是针对点1和点2之间的过渡的剂量矩阵。将等式2.1分解为点权重得到以下等式2.2。

D＝w₁·d₁+w_1→2·d_1→2+w₂·d₂ (2.2)

注意，在以上等式2.2中，w_j是在点j坐标处递送的质子数目；d_j是针对点j的剂量矩阵；d_1→2是针对过渡(点1和点2之间)的剂量矩阵；以及w_j→j+1是当射束在点j和点j+1之间移动时递送的质子数目。(例如，w_1→2是在点1和点2之间过渡时递送的质子数目)。

出于本文讨论的目的，假设射束强度恒定。然而，本发明的实施例也可以使用具有变化的射束强度的类似原理。恒定的射束强度导致以下等式2.3。

在以上等式2.3中，w_j是在点j坐标处递送的质子数目；t_j是射束被保持在点j坐标处时所花费的时间；t_j→j+1是将射束从点j移动到点j+1所需的时间；T_j＝t_j+t_j→j+1是针对点j的总辐照时间；w_j→j+1是在点j到点j+1之间递送的点的总数；并且W_j＝w_j+w_j→j+1是当前在治疗计划系统中实现的质子总数(权重)。

使用以上等式2.3，点1处的辐照时间(t_j)以及点1和点2之间的辐照时间(t_j→j+1)被引入等式2.2中，得到以下等式2.4。

注意，项W₁、d₁、W₂和d₂通常针对与点扫描技术有关的常规治疗计划系统来计算，其中W₁是点1处的权重(例如，所递送的质子数目)，W₂是点2处的权重，d₁是与点1相关联的剂量矩阵，并且d₂是与点2相关联的剂量矩阵。

定时相关项t₁、t₂、t_1→2、T₁和T₂不被常规治疗计划系统跟踪，因为它们不跟踪剂量拖尾效应。项t₁是点1处的辐照时间，项t₂是点2处的辐照时间，项t_1→2是两个点之间的辐照时间，项T₁是与点1相关联的总时间，并且项T₂是与点2相关联的总时间。本发明的实施例使用从实现治疗计划的机器收集的信息来对定时项t₁、T₁、t₂、T₂、t_1→2进行建模，并且可以与若干机器相关因素相关，例如，机器电子设备的速度、点扫描系统中磁体的响应时间等。当在治疗计划系统中对递送剂量进行建模时，定时项可以被用作机器递送参数。在一个实施例中，定时项可以从线扫描建模中导出。

例如，在一个类型的质子束中，最短的点持续时间可以是t₁+t_1→2＝2.5ms。对于间隔10mm的两个点(这是射束关断之前的最大距离)，沿着X方向(最慢方向)从当前点移动到下一点扫描的时间t_1→2可以长达2ms。拖尾的相对重要性因此可以相当高。注意，质子束在未来的释放中可能会朝着更短的点持续时间和更大的间隔发展，从而使得效应更加明显。

此后，本发明的实施例可以计算d_1→2，d_1→2是针对以各种方式在点1之间的过渡的拖尾剂量矩阵。拖尾剂量矩阵可以以各种不同的方式来计算。

在一个实施例中，拖尾剂量矩阵可以通过将过渡剂量建模为质子束正在移动的线上的一系列有限数目的虚拟点来计算。换言之，不断移动的质子束的注量近似于线端点之间一组等距放置的虚拟点。沿着线使用更多数目的虚拟点产生更准确的模型。

因此，在另一实施例中，拖尾剂量可以通过将过渡剂量建模为质子束正在移动的线上的一系列无限数目的虚拟点来计算。在无限个虚拟点的极限下，任意空间位置处的总质子注量(在垂直于射束方向的平面z上)由以下积分(或求和)来描述：

在以上等式3.1中，是位置/>处由以/>为中心的单个点贡献的注量。位置/>和/>是点1和2投影在平面z上的位置。剂量矩阵d_1→2然后以与点类似的方式根据注量来计算。

在不同的实施例中，统计建模可以被用来计算总质子注量。例如，蒙特卡罗剂量计算(例如，也可以通过使用等式3.1)可以被执行，并将所得到的注量(F)解释为质子在平面z上的位置-方向分布(相-空间)。剂量d_1→2然后通过从该分布中对粒子随机采样来计算。

当针对每个过渡剂量的过渡剂量矩阵被确定时，治疗计划人员能够通过将在每个单独点处递送的辐射以及在点之间的过渡期间递送的辐射相加来制定更准确的递送剂量分布。图4图示了根据本发明的实施例的计算广义影响矩阵的方式。广义影响矩阵(GIM_ij)的元素是从点i到点j的过渡产生的剂量，其中对角线元素是点剂量。由根据本发明的实施例设计的治疗计划系统计算的广义影响矩阵考虑了单独的点剂量412和拖尾剂量413。

在一个实施例中，广义影响矩阵的每个单独的分量或元素(例如，每个单独的点剂量或每个离散的拖尾剂量)可以单独计算并存储在治疗计划系统中，并由治疗计划系统250中的优化器219使用。优化器219能够评估计划的多种变型的剂量，以便找到最佳治疗计划。给定对广义影响矩阵的每个单独分量的访问，不论剂量递送的顺序如何，优化器219都能够评估剂量递送分布。

图5图示了根据本发明的一个实施例的可以针对治疗计划的变型来计算剂量递送的方式。如图5所示，即使在目标治疗计划中的点被相同地定位的情况下，剂量递送顺序也可能不同。例如，即使两个点位置512和514相同，剂量递送模式也导致跨目标的不同剂量分布。因为优化器219可以生成广义影响矩阵，所以它可以针对可能递送剂量的所有可能模式或顺序，准确地确定剂量分布。这很重要，因为扫描模式可能会对患者的给药方式以及剂量对患者的影响产生影响。本发明的实施例能够有利地计算针对任何剂量递送模式的广义影响矩阵和准确的最终剂量分布。常规治疗计划系统将针对点位置512和514计算相同的广义影响矩阵，因为它们没有考虑剂量拖尾效应。

图6是图示了可以实现本文中描述的实施例的自动辐射疗法治疗计划系统600的一个示例的框图。系统600包括用于接收患者特定信息(数据)601的输入接口610、实现治疗计划系统250的数据处理组件620(“计算机系统”)和输出接口630。系统600的全部或部分可以在计算机系统200(图2)上/使用计算机系统200而被实现为软件程序、硬件逻辑或其组合。

在图6的示例中，患者特定信息601被提供给治疗计划系统250并由其处理，从而产生预测结果。然后可以生成基于预测结果的所建议的辐射治疗计划。

数据处理组件620(例如，治疗计划系统250)的输入包括点在治疗目标中的初始图案(或网格或位置)。初始点图案本身可以由点放置工具651生成，点放置工具652被耦合到治疗计划系统250或者是治疗计划系统250的组件。在根据所公开的本发明的实施例中，用于治疗计划系统250中的优化的初始点图案考虑或基于治疗目标的尺寸和/或形状。治疗计划系统250然后可以相对于例如射束能量或剂量率来调整点的权重。目标是确定权重集，使得在治疗期间，治疗目标将接受均匀剂量(跨治疗目标的均匀剂量)，并且所递送的剂量将更紧密地符合治疗目标的边缘。

更具体地，所提出的辐射治疗计划被评估来确定所提出的辐射治疗计划是否满足针对患者的治疗指定的目标(例如，临床目标)。临床目标或目的可以用一组质量度量来表示，诸如目标同质性、与治疗目标的一致性、关键器官保留等，以及针对度量的相应目标值。

图7是图示了优化器219的示例性组件的框图，本文中描述的实施例可以利用这些示例性组件来实现。在一个实施例中，权重模块720可以是优化器模块219的一部分。权重模块能够相对于例如射束能量或剂量率来确定和调整点的权重。点的权重与待递送到点的质子的数目相关联。权重模块720可以确定针对每个点的W_j。应当注意，权重模块720通常也可以在治疗计划系统250内实现，并且不限于作为优化器219的一部分。

点剂量矩阵可以由模块750来计算。模块750确定针对每个点的d_j。在一个实施例中，剂量矩阵和权重项均可以由权重模块720来确定。换言之，这两个功能可以由同一模块执行。

在一个实施例中，定时相关项可以由模块710来计算。如上所述，模块710从实现治疗计划的机器收集信息，并且所计算的定时项可以取决于若干机器相关因素，例如，机器电子设备的速度、点扫描系统中磁体的响应时间等。在一个实施例中，定时信息可以基于机器特定参数来计算。

在一个实施例中，广义影响矩阵中针对每个过渡的剂量拖尾矩阵(例如，d_i→j)可以由模块760来计算，模块760使用来自模块720、710和750的信息。

图8是描绘了根据本发明的一个实施例的用于计划包括对治疗目标进行点扫描的辐射治疗的另一示例性过程流程800的流程图。

在步骤802处，从数据存储库访问患者特定信息以及与辐射递送系统有关的信息。

在步骤804处，目标治疗区域被确定，其中目标治疗区域包括多个点。

在步骤806处，权重针对多个点中的每个点来确定，其中权重与在相应点处递送的质子的数目相关联。在一个实施例中，除了权重之外，还确定针对每个点的剂量矩阵。

在步骤808处，从与辐射递送系统有关的信息中提取定时相关参数。

在步骤810处，确定当辐照目标治疗区域时，在辐射递送系统从一个点到另一点的过渡期间递送的剂量。在一个实施例中，治疗区域中的所有过渡剂量被计算并且被添加到所有单独的点剂量，以便确定针对治疗计划的总剂量分布。

尽管主题已以结构特征和/或方法动作特定的语言进行了描述，但是应当理解，所附权利要求中限定的主题不一定限于上述特定特征或动作。相反，上述特定特征和动作被公开为实现权利要求的示例形式。

Claims (20)

1.一种制定辐射治疗计划的计算机实现的方法，所述辐射治疗计划包括对治疗目标进行点扫描，所述方法包括：

访问与患者相关联的信息以及与辐射递送机器有关的信息；

确定与所述治疗目标相关联的区域，其中所述区域包括多个点；

计算针对所述多个点中的每个点的权重，其中所述权重与在相应点处递送的质子的数目相关联；

基于从所述辐射递送机器检索的信息来计算定时相关参数；以及

当在所述治疗计划下辐照所述治疗目标时，确定在从一个点到另一点的过渡期间，由所述辐射递送机器递送的过渡剂量。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：

确定针对所述多个点中的每个点的点剂量；以及

通过累积针对所述多个点中的每个点所确定的点剂量以及针对在所述治疗计划下的辐照期间从一个点到另一点的每个过渡所确定的过渡剂量，计算针对所述辐射治疗计划的总剂量分布。

3.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述过渡剂量包括：通过将与从所述一个点到所述另一点的所述过渡相关联的线建模为一系列有限点来确定传送剂量矩阵。

4.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述过渡剂量包括：通过将与从所述一个点到所述另一点的过渡相关联的线建模为一系列无限点的总和来确定传送剂量矩阵。

5.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述过渡剂量包括：

将与从所述一个点到所述另一点的所述过渡相关联的线建模为一系列无限点的总和；以及

执行统计计算来确定与所述过渡剂量相关联的过渡剂量矩阵。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述统计计算是蒙特卡洛计算。

7.根据权利要求1所述的方法，还包括：

确定针对所述多个点中的每个点的点剂量；以及

通过累积针对所述多个点中的每个点所确定的点剂量以及针对在辐照期间从一个点到另一点的每个过渡所确定的过渡剂量，计算针对所述辐射治疗计划的总剂量分布，其中所述总剂量分布取决于在所述辐照期间由所述辐射递送机器遵循的模式。

8.一种计算机系统，包括与总线耦合的处理器以及与所述总线耦合的存储器，其中所述存储器被编程有指令，所述指令在被执行时使得所述计算机系统实现制定辐射治疗计划的方法，所述辐射治疗计划包括对治疗目标进行点扫描，其中所述方法包括：

访问与患者相关联的信息以及与辐射递送机器有关的信息；

确定与所述治疗目标相关联的区域，其中所述区域包括多个点；

计算针对所述多个点中的每个点的权重，其中所述权重与在相应点处递送的质子的数目相关联；

基于从所述辐射递送机器检索的信息来计算定时相关参数；

计算在所述多个点中的每个点处递送的剂量；以及

确定由所述辐射递送机器递送的多个过渡剂量，其中所述多个过渡剂量包括当在所述治疗计划下辐照所述治疗目标时，在从一个点到另一点的每个过渡期间递送的辐射。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述方法还包括：

通过将所述多个过渡剂量与在所述多个点中的每个相应点处递送的剂量求和来确定总剂量分布。

10.根据权利要求8所述的系统，其中确定所述多个过渡剂量包括：通过将与相应过渡相关联的线建模为一系列有限点来确定针对每个过渡的传送剂量矩阵。

11.根据权利要求8所述的系统，其中确定所述多个过渡剂量包括：通过将与相应过渡相关联的线建模为一系列无限点的总和来确定针对每个过渡的传送剂量矩阵。

12.根据权利要求8所述的系统，其中确定所述多个过渡剂量包括：

将与每个过渡相关联的线建模为一系列无限点的总和；以及

执行统计计算来确定与每个过渡相关联的过渡剂量矩阵。

13.根据权利要求8所述的系统，其中所述统计计算是蒙特卡洛计算。

14.一种具有计算机可执行指令的非暂态计算机可读存储介质，用以使得计算机系统执行制定辐射治疗计划的方法，所述辐射治疗计划包括对治疗目标进行点扫描，所述方法包括：

访问与患者相关联的信息以及与辐射递送机器有关的信息；

确定与所述治疗目标相关联的区域，其中所述区域包括多个点；

计算针对所述多个点中的每个点的权重，其中所述权重与在相应点处递送的质子的数目相关联；

基于从所述辐射递送机器检索的信息来计算定时相关参数；以及

确定当在所述治疗计划下辐照所述治疗目标时，在点之间的过渡期间，由所述辐射递送机器递送的过渡剂量。

15.根据权利要求14所述的计算机可读存储介质，其中所述方法还包括：

确定针对所述多个点中的每个点的点剂量；以及

通过累积针对所述多个点中的每个点所确定的点剂量以及针对辐照期间点之间的每个过渡所确定的过渡剂量，计算针对所述辐射治疗计划的总剂量分布。

16.根据权利要求14所述的计算机可读存储介质，其中确定所述过渡剂量包括：通过将与点之间的所述过渡相关联的线建模为一系列有限点来确定传送剂量矩阵。

17.根据权利要求14所述的计算机可读存储介质，其中确定所述过渡剂量包括：通过将与点之间的所述过渡相关联的线建模为一系列无限点的总和来确定传送剂量矩阵。

18.根据权利要求14所述的计算机可读存储介质，其中确定所述过渡剂量包括：

将与所述过渡相关联的线建模为一系列无限点的总和；以及

执行统计计算来确定与所述过渡剂量相关联的过渡剂量矩阵。

19.根据权利要求18所述的计算机可读存储介质，其中所述统计计算是蒙特卡洛计算。

20.根据权利要求14所述的计算机可读存储介质，其中所述方法还包括：

确定针对所述多个点中的每个点的点剂量；以及

通过累积针对所述多个点中的每个点所确定的点剂量以及针对辐照期间的点之间的每个过渡所确定的过渡剂量，计算针对所述辐射治疗计划的总剂量分布，其中所述总剂量分布取决于所述辐射递送机器在辐照期间遵循的模式。