CN102781515B - 通过样板的有效体积填充 - Google Patents

Abstract

本发明涉及放射治疗领域。具体地，本发明涉及借助于包括具有固定放射焦点的放射治疗单元的放射治疗***计划病人治疗疗程的方法和剂量计划模块。根据本发明的方法包括：在病人治疗期间，在放射治疗单元中获得要治疗病人区域的目标体积，目标体积被建模为三维体素图像；为计划的治疗选择等剂量等级；确定治疗期间要输送的投射，每个投射通过由三维体素图像表示的放射物的空间剂量体积分布来建模，空间分布的形状依赖于特定的准直仪设定和选择的等剂量等级；并且以减小体积的顺序选择用于剂量计划的投射，包括：d1)为特定投射起动位置搜索以找到目标体积内的接受位置；d2)在目标体积的体素图像上反复地映射用于当前投射的体素图像的不同位置；d3)核查对于每个特定位置的预定条件是否满足；以及d4)如果对于特定位置来说预定条件满足，则将该位置定义为接受位置，并对具有类似形状的投射继续步骤d1)-d3)；或者d5)如果对于目标体积内的任何位置来说预定条件不满足，则以减小体积的顺序对后续的投射继续步骤d1)-d4)。

Description

通过样板的有效体积填充

发明领域

本发明涉及放射治疗的领域。具体地，本发明涉及借助于包括具有固定放射焦点的放射治疗单元的放射治疗***来计划病人治疗疗程的方法和剂量计划模块。

发明背景

多年来，外科手术技术的进步已经做出很大的成就。例如，对于需要脑手术的病人来说，无创手术现在是可用的，其使病人遭受非常少创伤的折磨。

用于无创手术的一种***是Leksell GammaPerfexion***，其通过γ射线提供此手术。放射物从大量的固定放射源发出并借助于准直仪，即用于获得限制截面的束的通路或通道而朝着限定目标或治疗体积聚焦。每个源提供不足以损伤介入组织的γ射线的剂量。然而，在来自所有或一些放射源的放射束相交或汇集而引起放射物达到破坏组织等级的地方，发生组织的破坏。之后，汇集的点被称为“焦点”。

用于包括例如γ刀放射手术的放射治疗的治疗计划优化意在最大化输送到病人内的目标体积(例如，在肿瘤的治疗中)的剂量，而与此同时输送到邻近正常组织的剂量被最小化。在治疗计划优化中，输送的放射剂量由两个竞争因素限制，其中第一个因素是向目标体积输送最大的剂量并且第二个因素是向周围的正常组织输送最小的剂量。

治疗计划优化是包括优化正在使用的投射(shot)数量(即，正在输送的剂量数量)、投射尺寸、投射时间和投射位置的过程。清楚地，目标体积的不规则性和尺寸极大地影响需要的投射数量和正在使用以优化治疗的投射尺寸。正常地，该过程包括获得用于放射治疗的目标的三维图像 (例如，通过由X射线获取的无创性图像)，以及向目标填充表示投射的球状物，而没有由极大地在目标外部的放射物强烈计量的延伸区域并且不限制投射之间的重叠。已经显示出为了保持剂量的均一性(例如50％等剂量等级的均匀覆盖)，并且在多投射计划中，投射不应该在太大的程度上相互重叠。因此，重叠投射可能破坏目标内预期的剂量均一性。另外，突出目标外部的投射可能对周围正常的组织产生过剩的剂量。对于相同体积但是不同形状的目标来说，这需要对复杂的轮廓(即，向具有不规则形状的目标)使用小的投射，并且对规则的形状使用较大的投射。在授予Bourland等人的US6,201,988中，公开了这样的优化程序。中轴变换(被称为骨骼化)被用于特征化目标形状并确定投射参数(即，位置、准直仪尺寸和重量)。根据US6,201,988，只有骨架点被考虑用于可能的投射位置并且相应的投射尺寸通过骨骼化提供。投射由球状物显示并且在填充过程中建模为圆盘。骨架的终点被用作填充过程中的起点。然而，US6,201,988中所示的治疗计划优化可能提供具有非最佳分布的投射尺寸的治疗计划，例如可包括不必要的大量的小投射尺寸，导致大量的投射被使用。

因此，需要更加用于计划治疗并用于优化治疗计划的有效的方法。

发明概述

本发明的目的是提供用于计划治疗并用于优化治疗计划的更有效的方法和剂量计划模块。

本发明的另一目的是提供用于在治疗计划程序期间用投射填充目标体积的更有效的方法和剂量计划模块。

这些和其他的目的通过本发明来实现。优选实施方式通过以下详细描述限定。

本发明例如与借助于放射治疗***提供的治疗的治疗计划结合使用，该放射治疗***具有设有多组或多套准直仪通路的准直仪主体，每套准直仪通路被设计为朝固定的焦点提供各个特定截面的放射束。合适地，每套准直仪通路的进口具有基本上对应于源载体布置(source carrier arrangement)上的源构型的构型。这些套的准直仪通路进口可被布置，使得能够从一套变化到另一套，从而改变所得到的束截面和包围焦点的空间剂量分布。具有不同直径的准直仪通路的套数可以是多于两个，例如三或四或者甚至更多。准直仪的典型实施方式包括八个区域，每个区域具有四个不同的状态(断束、4mm、8mm和16mm)。这些区域能够分别地调节，即可以为每个区域选择不同的状态，以改变焦点周围放射物的空间分布。

术语“目标体积”指在放射治疗期间要治疗的病人的目标表示。目标可以是要通过放射治疗治疗的肿瘤。典型地，目标表示例如通过使用X射线或NMR获取的无创性图像来获得。

术语“投射”指到达具有预定等级的放射物和空间分布的目标体积内预定位置的放射物的输送。借助于使用区域状态中的一个的治疗***的准直仪的至少一个区域，投射在预定时期期间(“开束(beam-on time)”时间)被输送。“合成投射”指使用用于不同区域的不同准直仪的尺寸到达焦点的投射的输送。

术语“开束时间”指这样的预定时期，其中在此期间，投射被输送到目标体积。

术语“重叠”意味着在将投射看成3-D体积时(定义为具有选择阈值以上剂量的体积，例如50％的等剂量等级)，投射体积与其他投射体积重叠或者相交。

根据本发明的方面，提供用于放射治疗***的剂量计划的方法。该***包括具有固定放射焦点的放射治疗单元，其中通过调节准直仪的设定，包围焦点的空间剂量分布能够被改变。准直仪具有多个准直仪通路进口，该准直仪通路进口将从治疗***的源载体布置的放射源产生的放射物引向焦点。该方法包括：

a)在病人治疗期间，在放射治疗单元中获得要治疗病人区域的目标体积，目标体积被建模为三维体素(voxel)图像；

b)为计划的治疗选择等剂量等级；

c)确定治疗期间要输送的投射，每个投射通过由三维体素图像表示的 放射物的空间剂量体积分布来建模，空间分布的形状依赖于特定的准直仪设定和选择的等剂量等级；

d)以减小体积的顺序选择用于剂量计划的投射，包括：

d1)为特定投射起动位置搜索以找到目标体积内的接受位置；

d2)在目标体积的体素图像上反复地映射用于当前投射的体素图像的不同位置；

d3)核查对于每个特定位置的预定条件是否满足；以及

d4)如果对于特定位置来说满足预定条件，则将该位置定义为接受位置，并对具有类似形状的投射继续步骤d1)-d3)；或者

d5)如果对于目标体积内的任何位置来说预定条件不满足，则以减小体积的顺序对后续的投射继续步骤d1)-d4)。

根据本发明的第二方面，提供用于放射治疗***的剂量计划单元。放射治疗***包括具有固定放射焦点的放射治疗单元，其中通过调节准直仪的设定能够改变包围焦点的空间剂量分布，准直仪具有多个准直仪通路进口，该多个准直仪通路进口将从治疗***的源载体布置的放射源产生的放射物引向焦点。剂量计划模块包括样板模块(template module)，样板模块适合于在病人治疗期间在放射治疗单元中获得要治疗病人区域的目标体积、获得用于限定建模为三维体素图像的目标体积的可能性、以及获得为向计划的治疗选择等剂量等级的可能性。另外，样板模块还适合于在治疗计划期间提供要使用的投射的信息，即在用投射填充目标的过程期间要使用的投射样板。每个投射通过由三维体素图像表示的放射物的空间剂量体积分布来建模，空间分布的形状尤其依赖于特定的准直仪设定和选择的等剂量等级。放射***的操作员或计划治疗的医师在计划期间可选择要使用的一套投射。在此情形下，该信息可被输送到样板模块。在可选择方案中，样板模块可使用投射的预定默认设置。

目标体积填充模块适合于以减小的体积顺序选择用于剂量的投射。目标体积填充模块适合于对特定投射起动位置搜索以找到目标体积内的接受位置，在目标体积的体素图像上反复地映射用于当前投射的体素图像的 不同位置，核查对于每个特定位置来说是否满足预定条件，并且如果对于特定位置来说满足预定条件，则将该位置定义为接受位置并继续用于具有类似形状的投射的位置搜索，或者如果对于目标体积内的任何位置来说预定条件不满足，则以减小体积的顺序对后续的投射继续位置搜索。

在本发明的优选实施方式中，目标体积在“壳(shell)”中被从外边界且向内填充。被早前放置的投射覆盖的体素被标记或限定为非目标。因此，目标体积以层方式的形式(layer-wise manner)填充。

由本发明确定的优化剂量计划可被传送到用于在病人治疗中使用的放射治疗***。由本发明确定的剂量计划还可以或者可选择地用作治疗优化程序中的输入，在治疗优化程序中，在根据本发明的体积填充期间限定的投射数量、投射位置和投射尺寸用作投射数量、相应投射的位置和开束时间以及投射尺寸优化的基础。

本发明是基于如下观点：通过用虚拟投射(virtual shot)填充表示病人目标体积的目标体积能够实现用于以放射治疗治疗的病人目标体积(例如肿瘤)的治疗的有效且优化的治疗计划，其中的虚拟投射表示用于不同准直仪设定的具有尺寸和体积形状的剂量分布，该尺寸和体积形状依赖于特定准直仪设定以及选择的等剂量等级。另外，虚拟投射的填充过程(即，将虚拟投射放置在虚拟目标体积中以成功地用投射填充体积)按尺寸顺序进行。即，虚拟体积首先以根据预定的方案放置的具有最大体积或者尺寸的虚拟投射填充。为了允许投射放置在某一位置，必须满足预定的标准或条件，这将在以下讨论。因此，虚拟投射被成功地映射在虚拟目标体积上以找到合适的位置，即对于特定投射来说满足预定条件的位置。在很多实践情形中，体积不能仅填充有具有最大体积或尺寸的投射，并且因此，本发明的程序继续到具有第二最大体积或尺寸的虚拟投射，并且将根据预定方案，将具有第二最大体积或尺寸的虚拟投射成功放置在目标体积的“自由空间”中。术语“自由空间”指不被另一投射占用并且因而不从投射的后续放置中排除的目标体积内的区域或空间。即，其中已经放置投射的区域或空间在后续投射放置中被排除(即，位置搜索)。然而，允许邻近投射之间一定量的重叠。对于上述投射，该程序以下降尺寸的顺序继续直到 目标体积填充有虚拟投射。

填充过程期间，一个目的是在下一等级(即，在下降体积顺序中的下一等级)的排放物被选择用于位置寻找以前，为尽可能多的最大投射(以体积测量的)寻找位置。

优选地，目标从外边界并向内填充，或者换句话说，在下一个投射的“壳”被放置以前，投射的第一“壳”被尽可能地接近目标的外边界放置。在第二“壳”的填充期间，第一“壳”从投射能够置于其中的可能目标空间中排除。

根据本发明的实施方式，核查预定条件是否满足包括核查是否所有的当前投射的体素被映射在与用于投射的之前接受位置的体素重叠的特定位置，并且如果没有发现重叠的体素，则确定为预定条件满足。可选择地，或者除了以上重叠限制的要求以外，如果发现重叠体素，则确定重叠体素的数量，并且如果重叠体素的数量不超过预定阈值，则确定为预定条件满足。另一方面，如果重叠体素的数量超过预定阈值，则确定为预定条件不满足。上述条件还可以或者可选择地包括核查是否所有的当前投射的体素被映射在目标体积外边界外部的体素上，并且如果没有当前体积的体素被映射在目标体积外边界的外部，则确定预定条件满足。另外，这些条件可选择地或者额外地包括核查是否所有当前投射的体素都映射在目标体积外边界外部的体素上。如果当前体积的至少一个体素被映射在目标体积外边界的外部，则执行以下程序：

确定映射在外边界外部体素上的体素数量；

如果映射在外边界外部的体素不超过预定阈值，则确定预定条件满足；或者

如果映射在外边界外部的体素超过预定阈值，则确定预定条件不满足。

对于以上可选择地或另外地，这些条件可包括核查是否所有当前投射的体素都映射在目标体积外边界外部的体素上。如果当前体积的至少一个体素被映射在目标体积外边界的外部，则执行以下程序：

确定投射的任何部分在外边界外部延伸的最大体素长度；并且

如果此最大体素长度超过预定最大长度，则确定条件不满足。

对于以上可选择地或另外地，这些条件可包括核查是否所有当前投射的体素都映射在目标体积外边界外部的体素上。如果没有当前体积的体素被映射在目标体积外边界的外部，则执行以下程序：

确定从外边界到投射的任何部分的最小体素长度；并且

如果此最小体素长度超过预定最大长度，则确定为条件不满足。

这些条件可以以不同的安排组合或者可以使用所有条件。其可根据不同的顺序排列或核查。例如，其可以根据需要的计算能力(computationalpower)来排列并因而核查。

为了获得更加完整且空间有效的目标体积的填充，为将特定投射放置在目标内的每个新程序选择不同的起动位置和搜索顺序。因此，对特定的投射起动位置搜索以找到目标体积内的接受位置包括在目标体积中的预定开始点处起动对特定投射的接受位置的位置搜索。根据预定方案，预定开始点和搜索顺序将从一个位置搜索变化到后续位置搜索。优选地，目标体积的不同转角被选择为开始点。

优选地，将一位置定义为用于特定投射的接受位置包括在用于特定投射的接受位置的后续位置搜索中排除目标体积的与在接受位置处特定投射体积对应的体积。

本领域技术人员将意识到，根据本发明的方法的步骤及其优选实施方式适合于作为计算机程序或者作为计算机可读介质实现。

本发明的其他目的和优点将借助于示例实施方式在以下讨论。

附图简述

图1是根据本发明的实施方式的组件的透视图，包括包围准直仪主体的源载体布置。

图2是图1所示组件的透视截面图。

图3是图1所示组件的从后侧的示图。

图4是沿着图3中线IV-IV的截面视图。

图5是图1-4中所示类型组件的截面图，所示组件具有驱动机构和后部放射保护结构。

图6a-6c显示在组合投射的三个中心平面中的剂量分布的示意性显示。

图7a是放置在目标内的投射的示意性图示。

图7b是放置在目标内的投射的示意性图示。

图8是图示根据本发明方法实施方式的步骤的流程图。

图9显示根据本发明的剂量计划模块的实施方式。

具体实施方式

参照图1-5，示例性的放射治疗设备可用于病人的治疗，其中使用本发明开发治疗计划。图1是包括源载体布置2的组件的透视图，源载体布置2包围准直仪主体4。源载体布置2和准直仪主体4两者均具有截头锥体的形状。源载体布置2包括沿着准直仪主体4的环状圆周分布的六个节段6。每个节段6具有多个缝隙8，包含放射源例如钴的容器被置于缝隙8中。准直仪主体4设有准直仪通路或通道，通道的内嘴10显示在附图中。

每个节段6具有两个直侧12和两个弯曲侧14a、14b。弯曲侧14a中的一个形成较长的圆弧，并且位于锥体基部附近，同时另一弯曲侧14b形成较短的圆弧。节段6是线性可位移的，即其不围绕准直仪主体4旋转，而是替代地沿着从较短的弯曲侧14b的中心到较长弯曲侧14a的中心画出的假想线前后可移动。此平移位移具有坐标变换的效果，其中新的轴线平行于旧的轴线。

如从图1中可见的，比起用于接收放射源的缝隙8的数量，存在更大数量的准直仪通路的内嘴10或孔。在此特定情形下，存在为用于接收放射源的缝隙的三倍那么多的准直仪通路，例如180个缝隙和540个准直仪通路。这样的原因在于在准直仪主体4中存在三种不同尺寸的准直仪通路， 或者确切地，朝着焦点引导具有三个不同直径的放射束的通路。直径可以例如是4、8和16mm。三种不同类型的准直仪通路中的每一个以对应于源载体布置中缝隙构型的构型布置。通过使源载体布置的节段6沿着准直仪主体线性地位移以便与需要的准直仪通路对准来选择需要尺寸或类型的准直仪通路。

图2是图1所示组件的透视截面图。相同的参考数字用于与图1中相同的细部。其还用于以下的图3和4。

图3是从图1所示组件后侧的示图。这是具有较小直径的侧部，而具有较大直径的另一侧是前侧或病人侧，即病人身体被引入的位置。

图4是沿着图3中线IV-IV的截面图。因此，图4中显示了两个节段6a和6b。从此示图中的一个节段6a开始，能够看到存在九个准直仪通路18a-18c，该九个准直仪通路18a-18c可用于包含在源载体布置中各个缝隙8中的三个放射源9。准直仪18a-18c的尺寸以交替的顺序布置，例如，第一准直仪通路18a提供16mm直径的束，第二准直仪通路18b提供8mm直径的束，第三准直仪通路18c提供4mm直径的束，第四准直仪通路18a通过提供16mm直径的束来在各处开始此顺序，等等。然而，可选择地，准直仪通路18a-18c可以以另一次序布置，例如以提供16mm、4mm、8mm的顺序。附图中，源载体布置的缝隙8与第一、第四和第七准直仪通路18a或者确切地其相应的进口对齐地布置，准直仪通路都在焦点处提供直径16mm的束。如双头箭头所示，每个节段可以在笔直方向上分别地位移，以选择另一组准直仪通路，即用于任何节段的另一束的直径尺寸。如果节段被移动，使得放射源9面对位于准直仪通路之间的表面，则这些放射源将切断，即实质上没有或者仅有来自这些源的最少放射物将到达焦点。节段还可以像图4中的节段6b一样被移动到三个所示缝隙中的一个将位于第一或第九准直仪通路的旁边和外侧的程度。这允许仅将三个放射源9中的两个布置成与两个准直仪通路对齐的可能性。从而，该实施方式和其他的实施方式不仅能够使得不同尺寸的束同时从不同的方向被引向共同的焦点，而且还使得不同数量的束可同时从不同的方向被引导。

如图4中可见，九个准直仪通路18a-18c以略微不同的角度布置，以 用于将束引向共同的焦点，而不管此刻使用哪个或哪些准直仪通路。在此情形下，具有相同截面的第一到最后一个准直仪通路的延伸方向角为至少30°。

图5是图1-4中所示类型的组件的截面图，所示组件具有驱动机构和后部放射保护结构。相应地，设置具有多个节段24的源载体布置。每个节段24具有源***其中的多个缝隙28。节段24围绕具有准直仪通路(未示出)的准直仪主体26布置，其中嘴30将放射束引向焦点。

节段被后部放射保护结构32包围，以最小化或消除放射物向医护人员的泄漏。后部保护结构32被确定尺寸并相应地由适当材料制成，例如铸造材料。前部放射保护结构(未示出)也被适当地提供，优选地具有较小的尺寸，以有助于进入治疗空间，但是具有更高密度的材料，例如铅、钨或贫铀。

驱动机构被提供用于在线性运动方向上移动节段。节段的最大位移距离可以是例如60mm，然而更大或更小的距离也是可以想象的。驱动机构包括多个支撑杆或臂34，每个臂连接到相应的节段24。臂34延伸穿过后部放射保护结构32中的相应孔并沿着其伸长方向是可移动的。臂和孔被设计以形成具有不同的重叠直径部分的迷宫通路，从而最小化或消除了有害放射物从孔中的逃逸。每个臂分别借助于相应的旋转电马达来控制。电马达具有高分辨率，具有能够精确地线性定位臂34和节段24的球辊螺钉和定位编码器。弹簧设备35被布置以影响臂并确保其移动节段，因此在电源故障的情形下，放射源将处于完全关闭的位置。当将为节段设有新的放射源时，臂34可以从节段24脱离连接。在此情形下，加载通过设置在后部放射保护结构32中的一个区域中的通道(未示出)被合适地完成。加载过程可以以现有技术中方便的方式进行，例如相应于与Leksell Gamma Perfexion结合使用的过程的过程。然而，可选择的过程也是可以想象的。

在图6a-c中，对于单个组合投射，沿着三个中心平面的剂量分布(即，在不同区域中使用不同的准直仪尺寸)被示意地显示。高剂量等级被限制到小区域并且周围区域呈现受限的剂量。通常，对于更大或更不规则的目 标形状，必须使用多投射，以涵盖目标区域的不同部分。

现参照图8，将讨论根据本发明的方法的优选实施方式。根据该方法的算法使用形状给投射建模，其中等值面的尺寸和形状尤其依赖于等剂量等级和选择的区域以及准直仪的构造。因此，形状由计算用于计划的等剂量等级的投射的等值面限定。根据本方法，投射基于由其等剂量表面密封的体积尺寸而在列表中分类。由二元三维影像(即体素空间)限定的目标体积针对体素进行搜索，其中当前投射接触或几乎接触目标的外边界表面，而不伸出目标体积太多并且不与之前放置的投射重叠太多。其现将参照图7a、7b和8在以下更详细地描述并阐示。

在步骤S100，核查是否已经到达列表的末尾，即是否已经对所有的投射进行了位置搜索。投射(即，投射的三维图像)被以降低的尺寸或体积顺序排序，这意味着算法首先将尝试寻找用于最大投射的接受位置。正常地，列表将包含不同尺寸的大约3-20个不同的投射。事实上，该算法将搜索用于最大尺寸投射接受位置的目标体积，直到不能发现此接受位置。当对于最大尺寸或形状的投射没有其他接受位置能够被发现时，该算法继续到第二最大尺寸或形状的投射等等，并直到列表的所有投射已经被测试。如果所有的投射已经被测试并且没有其他接受位置能够被发现，则该过程结束。

之后，在步骤S110，从根据以上的列表选择用于位置搜索的投射。在步骤S120，选择用于当前投射位置搜索的起始位置。根据这些实施方式，起始位置可被选择使得目标体积网格的第一转角选择用于第一位置搜索，第二转角用于第二位置搜索，第三转角用于第三位置搜索等等。

在步骤S130，核查定位在当前位置的当前投射是否满足第一预定条件。图7a和7b中，示意性地图示了投射如何放置在目标体积40、40′中。

在本发明的一种实施方式中，第一预定条件可包括核查当前投射是否邻近目标的表面(即外边界)放置(即，当前投射的至少一个体素是否邻近目标体积外边界的至少一个体素)或者伸出外边界。还核查当前投射是否伸出目标体积的外边界外部太多。优选地，当前体积被允许在目标体积外部延伸预定数量的体素。参照图7a，区域A在目标体积40的外边界41 外部延伸，并且因此核查区域A是否太大，即区域A的体素是否超出预定数量。

如果上述条件不满足，该算法继续到步骤S140和S150，在步骤S140和S150中核查目标体积内所有的可能位置是否已经被测试，即在目标内是否保持没有排除的体积，并且如果不是，目标内新的可能位置被选择并且该算法回到步骤S130。可选择地，该算法可选择下一个未排除位置，并且在对于当前投射的位置搜索期间只要还有未测试的任何未排除的体积，就回到步骤S130进行新的测试。之后，该算法可结束过程。除了以上讨论的条件外，存在可被核查的其他条件。例如，可以核查当前投射的任何体素是否映射在目标体积外边界外部的体素上。如果当前体积的至少一个体素映射在目标体积外边界的外部，则可以进行以下步骤：确定在外边界外部延伸的部分投射的体素长度，并且如果延伸的体素长度超过预定最大长度，则确定条件不被满足。参照图7a，可以核查距离d₁是否伸出外边界41外部太长。

能够可选择地用于其中至少一个投射的体素必须接触或伸出目标体积外部的以上讨论的第一需求的另一条件是确定从投射的任何体素到外边界41的最小体素长度，并且如果此体素长度大于预定的最大长度，则确定该条件不满足。图7a中，这通过距离d₂图示。

以上讨论的条件(即，最大数量重叠体素的需要、目标体积的外边界外部最小数量体素的需求、投射延伸部分的最大长度，以及从投射的任何体素到目标体积外边界的最小长度)可被排列或者能够基于不同的标准给出不同的“重要性权值”，例如其需要的计算能力。

如果发现满足第一预定条件，该算法继续到步骤S160，在步骤S160中核查定位在当前位置的当前投射是否满足第二预定条件。在一种实施方式中，该步骤包括核查当前投射是否重叠之前接受的投射位置(即，排除的区域)。优选地，当前投射允许将之前接受的投射位置与预定数量的体素重叠。图7a中，当前投射42以区域B与之前放置的投射44重叠并且因此核查该区域B是否太大，即由太多的体素组成。

如果此第二预定条件不满足，则该算法返回到步骤S140和S150。然 而，如果第二预定条件满足，则算法继续到步骤S170，在步骤S170中当前位置作为允许的或接受的当前投射的位置被接受。在步骤S180，当前投射的接受位置(即，接受体积)在进一步定位的搜索中从目标体积中排除。图7a中，被之前定位的投射44占用的空间从后续定位的搜索中排除。在步骤S180中已经排除定位的投射以后，算法返回到步骤S100。

应该注意，当核查具体的投射时，预定条件可具有不同的顺序。例如，可以首先进行当前投射是否重叠之前放置的投射(即，排除的体积或空间)太大的区域的核查。

现参照图7b，将讨论目标体积的“壳方式”或“层方式”的填充。目标体积40′已经填充有以竖线指示的投射45、46、47和48的第一壳。当投射的第二壳置于目标40′内时，被这些投射占用或覆盖的空间从体积填充中排除。在此阐示性示例中，以水平线指示的第一投射45置于投射的第二壳中。因此，如所能看到的，目标体积40′从外边界41′并向内填充，这提供目标体积40′的有效填充。当样板中的所有投射都已经被测试用于放置在目标40′内时，覆盖有投射的体素被标记为“非目标”。之后，目标的自由区域(即，没有由之前放置的投射覆盖的区域)现在就是其中投射能够置于投射放置的下一个环路中的目标40′内的区域。即，过程由按顺序放置样板的投射再次开始。其向内继续直到没有投射能够放置在目标内。

现转向图9，将讨论根据本发明的剂量计划模块的实施方式。根据本发明的剂量计划模块50例如可以集成在设有显示单元的计算机设备中，例如计算机化的***、个人计算机等。剂量计划模块50可借助于网络60，例如借助于蓝牙无线地或通过电缆网络连接到其他设备61、62，例如其他的个人计算机、服务器、医院的医疗***等或护理提供机构。另外，剂量计划模块50可借助于蓝牙无线地或通过电缆网络连接到其他的网络，例如因特网65。借助于剂量计划模块50确定的优化剂量计划可传送到放射治疗***70，例如以上参照图1-5描述的放射治疗***。例如，优化剂量计划可借助于网络60无线地传送到放射治疗***70。由本发明确定的剂量计划还可以或者可选择地用作治疗优化程序中的输入，在治疗优化程序中，在根据本发明的体积填充期间限定的投射数量、投射位置和投射尺寸 用作投射数量、相应投射的位置和投射尺寸优化的基础。

另外，信息或数据，例如关于要通过放射治疗治疗的具体病人的信息或数据可借助于网络60从其他设备或***61、62中获得。例如，用于放射治疗的目标的三维图像(例如，通过由X射线获取的无创性图像)能够从X放射***中获得。

在剂量计划模块50的实施方式中，样板模块52适合于在放射治疗单元中获得病人治疗期间要治疗的病人区域的目标体积，所述目标体积被建模为三维的体素图像。样板模块52还适合于获得用于计划治疗的等剂量等级。等剂量等级例如可以由借助于显示单元58和输入设备59优化剂量计划的操作员或医师手动地输入，其中的输入设备59例如为连接到剂量计划模块的或者集成剂量计划模块50的个人计算机的键盘和/或鼠标。另外，样板模块52适合于获得在剂量计划中的且在治疗期间要传输的要使用投射的信息，即用于选择在位置搜索中要使用哪个投射样板。每个投射通过由三维体素图像显示的放射物空间剂量体积分布来建模，并且空间分布的形状依赖于具体的准直仪设定和选择的等剂量等级。要使用的投射样板能够由操作员或医师手动地输入，或者能够从例如包含投射组合的预定样板的剂量计划模块50的暂存器或存储器中获得。

目标体积填充模块56适合于用虚拟投射填充虚拟目标体积，虚拟目标体积表示目标体积，虚拟投射表示用于具有根据具体的准直仪设定的尺寸和体积形状的不同准直仪设定的剂量分布。另外，虚拟投射的填充过程(即，虚拟投射在虚拟目标体积中的放置以成功地通过投射填充体积)以尺寸顺序进行。用于实现于此的方法或算法以上已经参照图6描述。具体地，目标体积填充模块56适合于以减小体积的顺序选择用于剂量的投射，并且为具体的投射起动位置搜索以找到目标体积内接受的位置。另外，用于当前投射的体素图像的不同位置被反复地映射在目标体积的体素图像上，并且核查对于每个具***置来说预定的条件是否满足。如果对于具***置来说预定的条件满足，该位置被定义为接受位置并且继续为具有类似形状的投射进行位置搜索，或者如果对于目标体积内的任何位置来说预定条件不满足，则起动以减小体积的顺序对后续投射的位置搜索。

虽然已经显示并描述了本发明的示例性实施方式，但是对于本领域技术人员来说将清楚，可以对所述的本发明做出很多改变、修改或替换。因此，要理解，本发明的以上描述和附图被认为是非限制性的。

Claims (22)

1.一种用于放射治疗***的剂量计划的方法，所述放射治疗***包括具有固定放射焦点的放射治疗单元，其中通过调节准直仪的设定，包围所述焦点的空间剂量分布能够被改变，所述准直仪具有多个准直仪通路进口，所述准直仪通路进口将由所述治疗***的源载体布置的放射源产生的放射物引向所述焦点，所述方法包括：

a)在病人治疗期间，在放射治疗单元中获得要治疗病人区域的目标体积，所述目标体积被建模为三维体素图像；

b)为计划的治疗选择等剂量等级；

c)确定所述治疗期间要输送的投射，每个投射通过由三维体素图像表示的放射物的空间剂量体积分布来建模，所述空间剂量体积分布的形状依赖于特定的准直仪设定和所述选择的等剂量等级；

d)以减小体积的顺序选择用于所述剂量计划的投射，包括：

d1)对特定投射起动位置搜索以找到所述目标体积内的接受位置；

d2)在所述目标体积的所述体素图像上反复地映射用于当前投射的体素图像的不同位置；

d3)核查对于每个特定位置的预定条件是否满足；以及

d4)如果对于特定位置来说满足所述预定条件，则将该位置定义为接受位置，并对具有类似形状的投射继续步骤d1)-d3)；或者

d5)如果对于所述目标体积内的任何位置来说所述预定条件不满足，则以所述减小体积的顺序对后续的投射继续步骤d1)-d2)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中核查预定条件是否满足的所述步骤包括：

核查是否所有当前投射的体素都映射在与用于投射的之前接受位置的体素重叠的特定位置；并且

如果没有发现重叠体素，则确定为所述预定条件满足。

3.根据权利要求1所述的方法，其中核查预定条件是否满足的所述步骤包括：

核查是否所有当前投射的体素都映射在与用于投射的之前接受位置的体素重叠的特定位置；

如果发现重叠体素，则执行以下程序：

确定重叠体素的数量；并且

如果重叠体素的数量不超过预定阈值，则确定为所述预定条件满足；或者

如果重叠体素的数量超过所述预定阈值，则确定为所述预定条件不满足。

4.根据权利要求2所述的方法，其中核查预定条件是否满足的所述步骤包括：

核查是否所有当前投射的体素都映射在与用于投射的之前接受位置的体素重叠的特定位置；

如果发现重叠体素，则执行以下程序：

确定重叠体素的数量；并且

如果重叠体素的数量不超过预定阈值，则确定为所述预定条件满足；或者

如果重叠体素的数量超过所述预定阈值，则确定为所述预定条件不满足。

5.根据权利要求1所述的方法，其中核查预定条件是否满足的所述步骤包括：

核查是否所有所述当前投射的体素都被映射在所述目标体积的外边界外部的体素上；并且

如果没有当前体积的体素被映射在所述目标体积的所述外边界外部，则确定为所述预定条件满足。

6.根据权利要求1所述的方法，其中核查预定条件是否满足的所述步骤包括：

核查是否所有所述当前投射的体素都映射在所述目标体积的外边界外部的体素上；

如果当前体积的至少一个体素被映射在所述目标体积的所述外边界外部，则执行以下程序：

确定映射在所述外边界外部的体素上的体素数量；

如果映射在所述外边界外部的所述体素的数量不超过预定阈值，则确定为所述预定条件满足；或者

如果映射在所述外边界外部的所述体素的数量超过预定阈值，则确定为所述条件不满足。

7.根据权利要求5所述的方法，其中核查预定条件是否满足的所述步骤包括：

核查是否所有所述当前投射的体素都映射在所述目标体积的所述外边界外部的体素上；

如果所述当前体积的至少一个体素被映射在所述目标体积的所述外边界的外部，则执行以下程序：

确定所述投射的任何部分在所述外边界外部延伸的最大体素长度；并且

如果所述最大体素长度超过预定最大长度，则确定为所述条件不满足。

8.根据权利要求6所述的方法，其中核查预定条件是否满足的所述步骤包括：

核查是否所有所述当前投射的体素都映射在所述目标体积的所述外边界外部的体素上；

如果所述当前体积的至少一个体素被映射在所述目标体积的所述外边界的外部，则执行以下程序：

确定所述投射的任何部分在所述外边界外部延伸的最大体素长度；并且

如果所述最大体素长度超过预定最大长度，则确定为所述条件不满足。

9.根据权利要求1所述的方法，其中核查预定条件是否满足的所述步骤包括：

如果没有当前体积的体素被映射在所述目标体积的外边界外部，则执行以下程序：

确定从所述外边界到所述投射的任何部分的最小体素长度；并且

如果所述最小体素长度超过预定最大长度，则确定为所述条件不满足。

10.根据权利要求1所述的方法，其中对特定投射起动位置搜索以找到所述目标体积内的接受位置包括在所述目标体积中的预定开始点处起动对特定投射的接受位置的位置搜索，其中根据预定方案，所述预定开始点和搜索顺序将从一位置搜索变化到后续位置搜索。

11.根据权利要求1所述的方法，其中将一位置定义为用于特定投射的接受位置包括在对特定投射的接受位置的后续位置搜索中排除所述目标体积的与在所述接受位置处所述特定投射的体积对应的体积。

12.一种用于放射治疗***的剂量计划模块，所述放射治疗***包括具有固定放射焦点的放射治疗单元，其中通过调节准直仪的设定能够改变包围所述焦点的空间剂量分布，所述准直仪具有多个准直仪通路进口，所述准直仪通路进口将从所述治疗***的源载体布置的放射源产生的放射物引向所述焦点，所述剂量计划模块包括：

样板模块，所述样板模块适合于：

在病人治疗期间，在放射治疗单元中获得要治疗病人区域的目标体积，所述目标体积被建模为三维体素图像；并且

获得用于计划的治疗的等剂量等级；

在所述治疗期间提供要输送的投射的信息，每个投射通过由三维体素图像表示的放射物的空间剂量体积分布来建模，所述空间剂量体积分布的形状依赖于特定的准直仪设定和所述选择的等剂量等级；以及

目标体积填充模块，所述目标体积填充模块适合于以减小体积的顺序选择用于所述剂量的投射，所述目标体积填充模块适合于：

对特定投射起动位置搜索以找到所述目标体积内的接受位置；

在所述目标体积的所述体素图像上反复地映射用于当前投射的所述体素图像的不同位置；

核查对于每个特定位置来说预定条件是否满足；并且

如果对于特定位置来说满足所述预定条件，则将该位置定义为接受位置并继续对具有类似形状的投射的位置搜索；或者

如果对于所述目标体积内的任何位置来说所述预定条件不满足，则以减小体积的顺序对后续的投射继续位置搜索。

13.根据权利要求12所述的剂量计划模块，其中所述目标体积填充模块适合于：

核查是否所有当前投射的体素被映射在与用于投射的之前接受位置的体素重叠的特定位置；并且

如果没有发现重叠的体素，则确定所述预定条件满足。

14.根据权利要求12所述的剂量计划模块，其中所述目标体积填充模块适合于：

核查是否所有当前投射的体素被映射在与用于投射的之前接受位置的体素重叠的特定位置；

如果发现重叠体素，则执行以下程序：

确定重叠体素的数量；并且

如果重叠体素的数量不超过预定阈值，则确定为所述预定条件满足；或者

如果重叠体素的数量超过所述预定阈值，则确定为所述预定条件不满足。

15.根据权利要求13所述的剂量计划模块，其中所述目标体积填充模块适合于：

核查是否所有当前投射的体素被映射在与用于投射的之前接受位置的体素重叠的特定位置；

如果发现重叠体素，则执行以下程序：

确定重叠体素的数量；并且

如果重叠体素的数量不超过预定阈值，则确定为所述预定条件满足；或者

如果重叠体素的数量超过所述预定阈值，则确定为所述预定条件不满足。

16.根据权利要求12所述的剂量计划模块，其中所述目标体积填充模块适合于：

核查是否所有所述当前投射的体素被映射在所述目标体积的外边界外部的体素上；并且

如果没有当前体积的体素被映射在所述目标体积的所述外边界外部，则确定为所述预定条件满足。

17.根据权利要求12所述的剂量计划模块，其中所述目标体积填充模块适合于：

核查是否所有所述当前投射的体素被映射在所述目标体积的外边界外部的体素上；

如果当前体积的至少一个体素被映射在所述目标体积的所述外边界外部，则执行以下程序：

确定映射在所述外边界外部的体素上的体素数量；

如果映射在所述外边界外部的所述体素的数量不超过预定阈值，则确定为所述预定条件满足；或者

如果映射在所述外边界外部的所述体素的数量超过所述预定阈值，则确定为所述条件不满足。

18.根据权利要求16所述的剂量计划模块，其中所述目标体积填充模块适合于：

核查是否所有所述当前投射的体素被映射在所述目标体积的所述外边界外部的体素上；

如果所述当前体积的至少一个体素被映射在所述目标体积的所述外边界的外部，则执行以下程序：

确定所述投射的任何部分在所述外边界外部延伸的最大体素长度；并且

如果所述最大体素长度超过预定最大长度，则确定为所述条件不满足。

19.根据权利要求17所述的剂量计划模块，其中所述目标体积填充模块适合于：

核查是否所有所述当前投射的体素被映射在所述目标体积的所述外边界外部的体素上；

如果所述当前体积的至少一个体素被映射在所述目标体积的所述外边界的外部，则执行以下程序：

确定所述投射的任何部分在所述外边界外部延伸的最大体素长度；并且

如果所述最大体素长度超过预定最大长度，则确定为所述条件不满足。

20.根据权利要求12所述的剂量计划模块，其中所述目标体积填充模块适合于：

如果没有当前体积的体素被映射在所述目标体积的外边界外部，则执行以下程序：

确定从所述外边界到所述投射的任何部分的最小体素长度；并且

如果所述最小体素长度超过预定最大长度，则确定为所述条件不满足。

21.根据权利要求12所述的剂量计划模块，其中所述目标体积填充模块适合于对特定投射起动位置搜索以找到所述目标体积内的接受位置，包括在所述目标体积中，在预定开始点处并以搜索顺序起动对特定投射的接受位置的位置搜索，其中根据预定方案，所述预定开始点和所述搜索顺序将从一位置搜索变化到后续位置搜索。

22.根据权利要求12所述的剂量计划模块，其中将一位置定义为用于特定投射的接受位置包括在对特定投射的接受位置的后续位置搜索中排除所述目标体积的与在所述接受位置处所述特定投射的体积对应的体积。