CN103561817B - 涉及动态放射治疗平台的治疗计划的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种控制电路，其访问患者信息和治疗平台信息并使用该信息来自动提出具有以下各项中的至少一项的治疗计划：给定数量的治疗途径遍历，其中允许该给定数量大于一；以及对动态放射治疗平台的动态元件中的至少一个动态元件的基于子治疗途径遍历的物理变化。通过一种方法，上述患者信息可至少部分地指代该患者的外部轮廓和治疗目标相对于该患者的大小和位置。有关该治疗目标的该患者信息可将该治疗目标表示为简单的对称几何形状(如长方体)。该治疗平台信息又可至少部分地指代该动态放射治疗平台本身的动态元件。

Description

涉及动态放射治疗平台的治疗计划的方法和装置

技术领域

本发明一般来说涉及放射治疗计划，并且更具体来说，涉及如对应于动态放射治疗平台的计划。

背景技术

使用放射来治疗医学病状包括现有技术努力的已知领域。例如，放射疗法构成用于减少或消除不希望的肿瘤的许多治疗计划的重要部分。遗憾的是，所应用的放射并不固有地区分开不希望的材料和对于患者的继续生存来说所需的或甚至关键的相邻组织、器官等。因此，放射一般以谨慎施用的方式来应用，以至少尝试将放射限制于给定的目标区。

放射治疗计划通常用来规定涉及这样的放射剂量相对于给定患者的动态施用的任何数量的操作参数。例如，很多治疗计划都提供来使得治疗区暴露于在许多不同方向上的可能变化的放射剂量。

然而，放射治疗平台的不断增长的实时灵活性在对改善所计划治疗的有效性提供前所未有机遇的同时，也在恰当并及时地配置该计划治疗方面对最终用户提出了挑战。例如，当使用弧形疗法平台技术时，时常会发现这些技术自身的挑战是快速且正确地确定如适当数量的弧形的事物以用来满足该治疗的治疗目标，同时还要留意如各种对象在治疗区域内的相对位置的事物(如治疗平台本身的各种部分、患者、患者卧榻等等)以避免治疗中的碰撞。

发明内容

附图说明

以上需要至少部分地通过提供以下详细描述中、特别是当结合附图研究时所描述的涉及动态放射治疗平台的治疗计划的方法和装置而得到满足，在附图中：

图1包括如根据本发明的各种实施方案所配置的示意性透视图；

图2包括如根据本发明的各种实施方案所配置的流程图；

图3包括如根据本发明的各种实施方案所配置的示意性透视图；

图4包括如根据本发明的各种实施方案所配置的示意性透视图；

图5包括如根据本发明的各种实施方案所配置的示意性透视图；

图6包括如根据本发明的各种实施方案所配置的示意性透视图；

图7包括如根据本发明的各种实施方案所配置的流程图；以及

图8包括如根据本发明的各种实施方案所配置的方框图。

附图中的元件出于简单和清楚的目的而说明，并且不一定按比例绘制。例如，附图中的一些元件的尺寸和/或相对定位可相对于其它元件而夸大，以帮助改善对本发明的各种实施方案的理解。此外，在商业可行的实施方案中有用或必要的常见但众所周知的元件通常未被加以描绘，以便促进较少地被遮挡本发明的这些各种实施方案。某些动作和/或步骤可以特定的发生顺序描述或描绘，但本领域技术人员应理解，实际上不需要关于顺序的这种特殊性。本文所使用的术语和表述具有如这样的术语和表述由技术人员在如上所述技术领域中所依照的一般技术含义，除非在本文另外已阐述了不同的具体含义。

具体实施方式

一般而言，申请人已确定的是：这些方面中的有价值的目标是可靠且高效地确定既有效又高效的与动态放射治疗平台一起使用的特定放射治疗计划(因为该计划相对于可能有效但需要更多时间来完成的其它计划可在最少的时间内执行)，同时在实践中避免了不可能或不实际的动态变化。按照这些各种实施方案，这可包括访问患者信息和治疗平台信息并使用该信息来自动提出具有以下各项中的至少一项的治疗计划：给定数量的治疗途径遍历，其中允许该给定数量大于一；以及对动态放射治疗平台的动态元件中的至少一个动态元件的基于子治疗途径遍历的物理变化（physical alteration）。

通过一种方法，上述患者信息可至少部分地指代患者的外部轮廓和治疗目标相对于该患者的大小和位置。如果需要，那么有关该治疗目标的患者信息可将该治疗目标表示为简单的对称几何形状(如长方体)。该治疗平台信息又可至少部分地指代动态放射治疗平台本身的动态元件。

这些教义将很容易地适应应用程序设置，其中治疗途径遍历整体上或部分地包括弧形(包括全360度环绕航行)。通过一种方法，所提出的治疗计划可包括(例如)给定数量的治疗途径遍历，所述治疗途径遍历总的来说确保了治疗目标在治疗期间接收充分的放射剂量。通过一种方法，结合上述内容或取而代之，所提出的治疗计划可表示对动态放射治疗平台的动态元件的一个或多个基于子治疗途径遍历的物理变化，以避免(例如)患者与该平台的元件之间的碰撞。

这样配置时，这些教义支持确定高效、有效且有功效的放射治疗计划，该放射治疗计划既适应又利用了给定动态放射治疗平台的动态能力，同时还避免了由于那些相同的动态能力而引起的实现方式的问题。这可帮助确保以高效的方式使用昂贵的放射治疗平台，从而确保最大数量的患者接收及时治疗。这些教义可很容易地与多种动态放射治疗平台一起使用，从而利用了它们的对应值。这些教义还可在很大程度上可扩展并可在可能需要时考虑值得关注的几个或许多参数。

在对以下详细描述进行了透彻的回顾和研究后，这些及其它益处可变得更清楚。现参照附图，并且更具体来说参照图1，首先总体上描述并表征相关应用程序设置可能会有帮助。应理解，这个实施例意在仅以说明性方式提供并且并不意在提出关于这些方面的任何特定限制。

在描绘了包括弧形疗法放射治疗平台的放射治疗平台100的所示应用程序设置中，具有治疗目标102的患者101靠置在支撑表面103的顶部。构成放射治疗平台100的许多元件都具有动态特性。例如，支撑表面103可纵向地来回移动(如参考数字104指示的箭头所表示)并且横向地前后移动(如参考数字105指示的箭头所表示)以及上下移动(如参考数字106指示的箭头所表示)。

作为另一个实施例，能够发射治疗放射束108的放射源107可通过横越对应的治疗途径111从第一位置109移动至第二位置110。在这个说明性实施例中，这个治疗途径111包括弧形(为了简单起见，这个弧形被示出为仅包括完整圆形的一半；涵盖了包括弧形的其它可能性，该弧形包括完整的或几乎完整的圆形)。此外，在这个说明性实施例中，这个治疗途径111本身可纵向地(即，垂直于沿治疗途径本身的行进方向)移动，如参考数字112指示的箭头所表示。

这些动态能力允许放射束108从多种不同的角度指向治疗目标102并且以便使治疗目标102的各个部分暴露于放射束108。在给定的应用程序设置中，放射源107与患者101之间的一些这样的相对移动可通过患者101独自的移动(经由支撑表面103的移动)、放射源107独自的移动，或通过患者101和放射源107两者的移动来实现。

现参照图2，现将提出与这些教义中的很多教义相容的说明性过程200。这个过程200可由所选的控制电路通过一种方法进行。关于这个方面的进一步论述在下文进一步呈现。

在步骤201处，这个过程200访问至少有关患者的外部轮廓以及治疗目标相对于该患者的大小和位置的患者信息。有关患者外部轮廓的信息可包括在某个较早时间(如在同一天的较早的几小时，或甚至在前一天或前一周期间)收集到的信息或可包括在即将施用放射治疗之前(例如，在施用该治疗的五分钟、十五分钟或三十分钟之内)汇总的信息。存在各种已知的方法来获得这些度量。基于激光的扫描包括一种这样的方法。基于计算机断层摄影术(CT)的扫描包括另一种这样的方法。由于现有教义关于这些方面不是特别敏感，因此本文将不会提供对关于进行这些测量的任何特定方法的进一步详细阐述。

有关治疗目标的信息进而也可以多种方式中的任一种获得。通过一种方法，例如，计算机断层摄影术图像将在此方面适用。对于很多应用程序设置来说，有关治疗目标的这个大小和位置信息可有用地包括三维信息。

当然，治疗目标可呈多种形状因子中的任一种。实际上，治疗目标如肿瘤通常呈多种不规则和不对称的形状。出于制定特定的给药方案的目的，这些教义将使用对这类不规则性的精确理解来适应。那就是说，出于提出给定数量的治疗途径遍历的目的或出于提出一个或多个特定的基于子治疗途径遍历的物理变化，这些教义也将取而代之使用对治疗区的简化理解和表征来适应。

例如并且立刻参照图3，治疗目标102可有用地表示为简单的对称几何形状300(如长方体)或具有相对少量顶点的其它对称形状。这个简单的形状300可包括边界框，该边界框的大小被确定为基本上恰好含有治疗目标102(以使得治疗目标102的部分与简单形状300的各种对应表面相切)。当治疗目标包括两个或更多个离散的目标(如两个或更多个肿瘤)时，在某些情况下，可能足以将这些离散目标的全部包围在单个这样的形状内。在其它情况下并且立刻参照图4，如果需要，那么离散的治疗目标102A和102B中的至少一些可单独地分别通过对应的简单形状300A和300B来表示。在执行本文所述的步骤时，这些简单的形状被视为利用起来计算强度较不密集并且至少在很多应用程序设置中，将按照这些教义在输出有帮助的建议方面产生有用的结果。

再次参照图1，在步骤202处，这个过程200还访问有关动态放射治疗平台的动态元件的治疗平台信息。这可包括(例如)信息，如以上相对于图1所述的信息。这个信息可包括(但不限于)有关如可用运动范围、移动速度和测量值的事物的度量以及有关应用程序设置的各种元件的绝对位置、相对位置和大小的其它表征信息。该信息一旦确定，就必然将倾向于对于给定的应用程序设置来说是相对固定的，且因此可能重复用于不用的患者和所提议的治疗。

在步骤203处，这个过程200随后使用此患者信息和此治疗平台信息来自动提出放射治疗计划。当然，这个提出的计划涉及该治疗平台的使用以使用放射疗法治疗这个特殊患者。

通过一种方法，这个提出的治疗计划包括一些给定数量的治疗途径遍历(其中允许该给定数量大于一)。这个建议可将(例如)治疗目标的大小和形状(或如上所提出的其对应的替代边界框)的大小和形状以及治疗平台的细节考虑在内，以向特定的位置输送特定剂量的放射，从而进行此评估。

作为在这些方面中的简单的说明性实施例并且立刻参照图5，这个步骤可包括确定治疗目标102的仅仅第一部分可通过来自放射源107的放射108而适当地给药，这是因为该放射源从起始位置501沿特定的治疗途径111A移动至结束位置502。这个步骤随后还可包括计算相对垂直移动503，以使得治疗途径偏离其初始位置，随后当放射源107沿偏离的治疗途径111B移动时，再次为治疗目标102的不同部分给药(在这个实施例中，放射源107此时在沿该途径111B的相反方向上移动)。

遵循此步骤进行的特定计算可寻求(例如)通过将治疗途径彼此远离放置来避免使得治疗目标的某个部分不恰当地过度暴露于多个放射剂量或避免治疗目标的某个部分的曝光不足。如上所述，这个步骤可包括以下任一项或两者都：提出具体给定数量的治疗途径遍历(以确保治疗目标在治疗期间接收充分的放射剂量)；以及当横越治疗途径时，提出特定的行进方向。这个步骤还可包括提供有关如何实现治疗目标/患者与放射源之间的相对偏离的具体指令。这可包括(例如)有关在哪个方向上移动哪种元件以及移动多远的具体指令。这还可包括如所需规定特定的移动速度。

再次参照图1，取代上述内容或与其结合，这个步骤还可包括提出对动态放射治疗平台的动态元件中的至少一个动态元件的基于子治疗途径遍历的物理变化。这可能包括(例如)与上文所述一样在放射源与治疗目标之间提供同一类型的相对偏离，然而其中该偏离在放射源已完全横越治疗途径之前发生。

图6提供了关于这些方面的说明性实施例。如前所述，这个实施例的细节并不被认为提出在这些方面中的任何限制。实际上，这个特定的方法可以大量不同的方式进行是完全可以预料和预期的。

在这个具体的实施例中，放射源107使得其放射束108指向治疗目标102，同时横越第一子治疗途径601。在完成整个弧形之前，放射源107再次垂直偏离由参考数字503所指示的量并且通过放射治疗恢复(或继续，视情况而定)治疗目标102，而现在沿治疗途径的剩余部分602继续。如前所述，这些教义将适应多种方式以实现所描述的偏离，该偏离包括移动患者(例如，通过移动先前所述的支撑表面)，移动放射源，或移动患者和放射源两者。

存在可能对实现在放射源之前的这样的移位有用的各种原因，该放射源已完成给定治疗途径的完整遍历。作为一个实施例，这可能是适应具有不平常的形状和应用程序设置的治疗目标的合适的方式，其中患者具有多个离散的治疗目标。作为另一个实施例，这可能是确保避免患者与动态放射治疗平台的元件之间的碰撞的合适的方式。

本领域技术人员可惊讶地发现，以上步骤可在不使用迭代优化技术且不使用目标函数评估替代方案的许多情况下进行，该目标函数会(例如)将治疗计划替代方案映射到单个数字上(以使得所表示不同替代方案的数字可进行比较以识别最佳替代方案)。例如，可将患者与目标轮廓信息的特定组合与一组模板解决方案的阈值进行比较。通过一种方法，这些模板解决方案可具有预定义的优先级。例如，可能偏好使单个连续轨迹与多个不连续轨迹相反。作为另一个实施例，避免患者移动的解决方案与要求患者移动的解决方案相比可能是优选的。如果需要，通过对应阈值标准的情况可被分类为最佳(第一)解决方案。随后，模板解决方案可被细化以更好地匹配这种情况的精确尺寸。通过关于这些方面的说明，使一个或多个准直仪适合目标包括细化这个解决方案的一个实施例。

如上所述，这些教义是高度灵活的且可以多种方式进行。图7描绘了在这些方面中的更具体的实施例。与本文提供的其它实施例一样，图7的具体细节不应当被认为是在这些方面中的任何限制的建议。实际上，在很大程度上，图7被提供来例示以下内容：这些教义是灵活的且可很容易地应用于多种应用程序设置。

在步骤701处，此过程700确定了治疗目标的结构是否由于包括放射治疗平台的动态元件而具有超过多叶准直仪(MLC)的长度Y的高度(即，从对应患者的脚到头)Z，其中该长度Y表示垂直于该多叶准直仪的叶片的行进方向的方向。当为真时，此过程700可以步骤702作出响应来使用(例如)全旋转和位置等中心创建多等中心弧形计划(使用多个弧形的治疗途径)。

当步骤701不为真时，在步骤703处，过程700确定了治疗目标的位置是否相对于患者身体的中心对准而偏斜。当为真时，这可能导致碰撞可能性并且过程700可在步骤704处通过创建弧形遍历计划而作出响应，该弧形遍历计划包括被设计来避免任何这样的碰撞的一半旋转(即，小于整个弧形的遍历)。

当步骤703不为真时，在步骤705处，此过程700确定了治疗目标的宽度是否超过等于多叶准直仪X的跨度两倍的距离(该跨度对应于其中多叶准直仪移动的方向)。在所述情况下，此过程700以步骤706作出响应，以创建多等中心计划(具有多个途径遍历)以及半弧和位置等中心。

当步骤705不为真时，在步骤707处，此过程700确定了多叶准直仪的X跨度是否小于治疗目标的宽度，并且还确定了该治疗目标的宽度是否小于此X跨度的两倍。当为真时，此过程708在步骤708处通过创建弧形计划来作出响应，该弧形计划采用了放射源相对于治疗目标的多个(如2个、5个、10个等)全旋转。否则，此过程700在步骤709处提供了创建仅具有单个全旋转的弧形计划。

在先前所述的步骤702、704、706、708以及709之后，此过程700随后提供步骤710，其中多叶准直仪适合于治疗目标并且过程700可结束。

上述过程很容易地使用多种可用和/或容易配置的平台中的任一种来启动，该平台包括本领域已知的部分或全部可编程的平台或某些应用程序可能需要的专用平台。现参照图8，现将提供针对这样的平台800的说明性方法。

在这个实施例中，平台800包括控制电路801，该控制电路可操作地耦合到有形数字存储器802。这种控制电路801可包括固定目的的硬线连接平台或可包括部分或全部可编程的平台。所有这些架构选项在本领域都是众所周知且被理解的并且在本文不需要任何进一步的描述。当控制电路801包括部分或全部可编程的平台时，控制电路801可被编程来进行本文所述的步骤、动作或功能中的一个或多个。包括这样的编程的计算机指令又可根据需要存储在控制电路801内或上述存储器802内。

存储器802用来存储上述患者信息和治疗平台信息。这样配置时，控制电路801可很容易地访问存储器802，以按照这些教义使其可利用该内容。这个存储器802可包括如通过说明所提出的单个部件或可包括多个离散的存储部件。还将理解，这个存储器的一部分或全部相对于控制电路801可能是局部的(并且共享(例如)共用外壳(未示出))或可远离控制电路801并(例如)经由一个或多个介入网络(如因特网)进行访问。

通过一种方法，控制电路801还可能可操作地耦合到动态放射治疗平台803(例如，诸如弧形疗法放射治疗平台)，该平台的控制电路801进行所述所提出的治疗计划。这可能仅仅包括以最终用户可审查计划并根据他们的意愿加以实施的方式来提供计划内容。然而，这还将适应向动态放射治疗平台803提供具体的操作指令和编程，从而引起该平台根据提出的计划进行治疗进程。

这样的装置800可由如通过图8中所示的说明所提出的多个物理不同的元件组成。然后，还可能将这个说明视为包括逻辑视图，在所述情况下，这些元件中的一个或多个可经由共享平台启动并实现。

这样配置时，高度灵活的放射治疗平台的能力可更充分地实现并被利用，这有利于可被高效实现的有效结果。这些教义可结合多种放射治疗平台应用，该平台包括但不限于本文为了说明性实施例而提到的弧形疗法平台。

本领域技术人员将认识到，可相对于以上描述的实施方案做出多种修改、变化以及组合，而不脱离本发明的精神和范围，并且这样的修改、变化以及组合被视为在发明概念的界限内。

Claims (22)

1.一种与动态放射治疗平台一起使用的设备，所述设备包括：控制电路，所述控制电路用于：

访问至少有关患者的外部轮廓以及治疗目标相对于所述患者的大小和位置的患者信息；

访问有关所述动态放射治疗平台的动态元件的治疗平台信息；

使用所述患者信息和所述治疗平台信息来自动提出治疗计划，所述治疗计划具有以下各项中的至少一项：

-给定数量的治疗途径遍历，其中允许所述给定数量大于一；

-对所述动态放射治疗平台的所述动态元件中的至少一个动态元件的基于子治疗途径遍历的物理变化；

其中提出具有给定数量的治疗途径遍历的治疗计划包括提出特定数量的治疗途径遍历以及那些遍历相对于所述患者的相对位置两者。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述动态放射治疗平台包括弧形疗法放射治疗平台。

3.根据权利要求2所述的设备，其中所述治疗途径遍历包括弧形。

4.根据权利要求3所述的设备，其中所述子治疗途径遍历仅包括弧形的一部分。

5.根据权利要求1所述的设备，其中使用所述患者信息包括至少将所述治疗目标表示为简单的对称几何形状。

6.根据权利要求5所述的设备，其中所述几何形状包括长方体。

7.根据权利要求1所述的设备，其中使用所述患者信息和所述治疗平台信息来自动提出治疗计划包括至少部分地确定所述给定数量的治疗途径遍历，以确保所述治疗目标在治疗期间接收充分的放射剂量。

8.根据权利要求1所述的设备，其中使用所述患者信息和所述治疗平台信息来自动提出治疗计划包括至少部分地确定对所述动态放射治疗平台的所述动态元件中的至少一个动态元件的所述基于子治疗途径遍历的物理变化中的至少一个物理变化，以便避免所述患者与所述动态放射治疗平台的元件之间的碰撞。

9.根据权利要求1所述的设备，其中提出具有对所述动态放射治疗平台的所述动态元件中的至少一个动态元件的基于子治疗途径遍历的物理变化的治疗计划包括提出在治疗期间移动患者支撑平台。

10.根据权利要求9所述的设备，其中提出在所述治疗期间移动患者支撑平台包括：移动所述患者支撑平台，同时还移动治疗放射源，所述治疗放射源是所述动态放射治疗平台的一部分。

11.根据权利要求1所述的设备，其中使用所述患者信息和所述治疗平台信息来自动提出治疗计划是在不使用迭代优化的情况下发生的，所述治疗计划具有以下各项中的至少一项：

-给定数量的治疗途径遍历，其中允许所述给定数量大于一；

-对所述动态放射治疗平台的所述动态元件中的至少一个动态元件的基于子治疗途径遍历的物理变化。

12.根据权利要求1所述的设备，其中使用所述患者信息和所述治疗平台信息来自动提出治疗计划是在不使用目标函数来评估替代方案的情况下发生的，所述治疗计划具有以下各项中的至少一项：

-给定数量的治疗途径遍历，其中允许所述给定数量大于一；

-对所述动态放射治疗平台的所述动态元件中的至少一个动态元件的基于子治疗途径遍历的物理变化。

13.一种与动态放射治疗平台一起使用的装置，包括：

有形存储器，其中存储有：

-至少有关患者的外部轮廓以及治疗目标相对于所述患者的大小和位置的患者信息；

-有关所述动态放射治疗平台的动态元件的治疗平台信息；

控制电路，可操作地耦合到所述有形存储器并且被配置为使用所述患者信息和所述治疗平台信息来自动提出治疗计划，所述治疗计划具有以下各项中的至少一项：

-给定数量的治疗途径遍历，其中允许所述给定数量大于一；

-对所述动态放射治疗平台的所述动态元件中的至少一个动态元件的基于子治疗途径遍历的物理变化；

其中所述控制电路被配置为通过提出特定数量的治疗途径遍历以及那些遍历相对于所述患者的相对位置两者来提出具有给定数量的治疗途径遍历的治疗计划。

14.根据权利要求13所述的装置，其中所述动态放射治疗平台包括弧形疗法放射治疗平台。

15.根据权利要求14所述的装置，其中所述治疗途径遍历包括弧形。

16.根据权利要求15所述的装置，其中所述子治疗途径遍历仅包括弧形的一部分。

17.根据权利要求13所述的装置，其中所述控制电路被配置为通过至少将所述治疗目标表示为简单的对称几何形状来使用所述患者信息。

18.根据权利要求17所述的装置，其中所述几何形状包括长方体。

19.根据权利要求13所述的装置，其中所述控制电路被配置为通过至少部分地确定所述给定数量的治疗途径遍历来使用所述患者信息和所述治疗平台信息来自动提出治疗计划，以确保所述治疗目标在治疗期间接收充分的放射剂量。

20.根据权利要求13所述的装置，其中所述控制电路被配置为通过至少部分地确定对所述动态放射治疗平台的所述动态元件中的至少一个动态元件的所述基于子治疗途径遍历的物理变化中的至少一个物理变化来使用所述患者信息和所述治疗平台信息来自动提出治疗计划，以便避免所述患者与所述动态放射治疗平台的元件之间的碰撞。

21.根据权利要求13所述的装置，其中所述控制电路被配置为通过提出在治疗期间移动患者支撑平台来提出具有对所述动态放射治疗平台的所述动态元件中的至少一个动态元件的基于子治疗途径遍历的物理变化的治疗计划。

22.根据权利要求21所述的装置，其中所述控制电路被配置为通过提出以下来提出在所述治疗期间移动患者支撑平台：移动所述患者支撑平台，同时还移动治疗放射源，所述治疗放射源是所述动态放射治疗平台的一部分。