CH709787B1 - Systeme de planification inverse de traitement thérapeutique. - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un système de planification inverse de traitement thérapeutique, comprenant: une mémoire (106) et un stockage persistant (108) couplés à un système (102) de bus de données, où des instructions situées sur le stockage persistant (108) ont été chargées dans ladite mémoire (106), et une unité de processeur (104) couplée au système de bus de données (102), et configurée pour exécuter lesdites instructions afin de pré-calculer (10) un ensemble de tirs individuels de doses (a j ) possibles, chaque tir ayant un emplacement prédéterminé à l’intérieur et/ou à l’extérieur d’une zone cible, une dimension et une forme, associer (40) un poids (s j ) à chaque tir (a j ), sur la base de plusieurs contraintes (20). L’unité de processeur (104) est configurée pour exécuter lesdites instructions pour trouver (30) le nombre minimal de tirs individuels de dose de poids non nuls afin de satisfaire les contraintes (20).

Description

Description

Domaine de l’invention [0001] La présente invention concerne la thérapie et la chirurgie, par ex. la radiothérapie et la radiochirurgie. En particulier, la présente invention concerne un système de planification inverse de traitement.

Description de l’art connexe [0002] La radiothérapie et la radiochirurgie sont des approches thérapeutiques qui sont efficaces, non invasives et compatibles avec des traitements ambulatoires.

[0003] Dans le cadre de la radiochirurgie et en particulier de la neurochirurgie cérébrale, un outil couramment utilisé pour traiter les maladies intracrâniennes est commercialisé sous le nom de «LEKSELL Gamma Knife®» ou simplement «Gamma Knife®».

[0004] Le LEKSELL Gamma Knife® utilise des rayons gamma concomitants provenant de multiples sources de rayonnement au Cobalt-60 focalisés en correspondance d’un isocentre et un cadre stéréotaxique qui sert de système de coordonnées et de dispositif d’immobilisation. Récemment, le LEKSELL Gamma Knife® a aussi été équipé de dispositifs d’immobilisation sans cadre assistés par imagerie médicale.

[0005] On effectue le traitement en localisant la zone cérébrale malade du patient, ce qu’on appelle la zone cible, par une étude d’imagerie médicale et en plaçant la zone cible à l’intersection focalisée des faisceaux (c.-à-d. l’isocentre).

[0006] On peut réaliser le traitement en un seul tir c.-à-d. en plaçant une partie ou un emplacement unique de la zone cible à l’isocentre. On peut aussi le réaliser à l’aide de multiples tirs, c.-à-d. en plaçant successivement différentes parties de la zone cible à l’isocentre.

[0007] Dans le cadre de la présente invention, un tir (ou tir de dose) est alors une dose, par ex. une dose de rayonnement. Elle est caractérisée par un emplacement (c.-à-d. l’emplacement du centre du tir), une dimension et une forme. Grâce à l’utilisation de différents collimateurs et au blocage ou non de certains des faisceaux, le LEKSELL Gamma Knife® peut fournir des tirs ayant différentes dimensions et formes.

[0008] Pour chaque irradiation, l’utilisateur doit déterminer son emplacement dans la zone cible, ainsi que la dimension et la forme de la dose d’irradiation à livrer autour de l’isocentre, en précisant respectivement les collimateurs à utiliser et faisceaux du LEKSELL Gamma Knife® à bloquer ou non.

[0009] Pour chaque tir, l’utilisateur doit aussi déterminer le temps d’irradiation, paramétré par ce que l’on appelle le poids du tir, en fonction du débit de dose des sources radioactives de cobalt.

[0010] La radiochirurgie au LEKSELL Gamma Knife® se compose d’une phase de planification et d’une phase d’administration. Dans la phase de planification, le plan de traitement de chaque patient est mis au point par un neurochirurgien travaillant conjointement avec un radio-oncologue et un physicien. Selon la procédure de planification la plus largement utilisée, ils déterminent, par un processus itératif d’approximations successives, le nombre et l’emplacement des tirs, ainsi que leurs dimension, forme et poids. Quand le volume du traitement est faible, le plan de traitement peut n’exiger qu’un ou deux tirs. Le processus de planification, cependant, devient plus complexe quand les zones cibles sont à la fois de forme irrégulière et de plus grande dimension. Pour ces cas, la complexité du processus de planification de traitement rend difficile une totale exploitation des puissantes capacités du LEKSELL Gamma Knife®. Cela est particulièrement vrai dans la dernière version, LEKSELL Gamma Knife® Perfexion™, où les sources de cobalt sont regroupées en secteurs qui s’alignent de façon concomitante avec des collimateurs de la même taille. Chaque secteur individuel peut être aligné avec une taille spécifique de collimateurs («composite shot») ou peut être bloqué.

[0011] La radiochirurgie au Gamma Knife® nécessite ainsi une étape critique de planification, afin de créer la dosimétrie optimale, sur la base de l’emplacement et la dose à administrer à la cible à irradier et à celles à protéger d’une trop forte irradiation.

[0012] Cette dosimétrie, comme on en a parlé, repose sur l’utilisation d’un ou plusieurs isocentres d’irradiation (c.-à-d. les points focaux de convergence des rayons du Gamma Knife). Les paramètres techniques à fixer pour créer une distribution de dose adaptée à l’irradiation souhaitée de la cible sont principalement: - le nombre de points focaux d’irradiation (isocentres), - l’emplacement des isocentres, - la dimension et la forme de la collimation des faisceaux d’irradiation (y compris la possibilité de créer des tirs composites avec le LEKSELL Gamma Knife® Perfexion™), - le poids des différents isocentres d’irradiation.

[0013] Ces paramètres techniques doivent prendre en compte le choix d’une dose spécifique et d’une prescription d’isodose. La procédure actuelle pour l’étape de planification est relativement complexe, fastidieuse, non intuitive et lente. La durée de la procédure de planification diminue la productivité et augmente le coût de chaque traitement. En outre, sa qualité dépend essentiellement de l’expérience de l’utilisateur. Acquérir cette expérience exige une longue période de formation dans l’un des rares centres de référence dans le monde.

[0014] En effet, la façon actuelle de faire la planification exige, comme décrit ci-dessus, de définir les paramètres techniques de la machine qui en fin de compte produira la distribution de dose souhaitée. La relation entre ces paramètres et la distribution de dose réelle n’est pas toujours intuitive. On demande ainsi à l’utilisateur d’acquérir et exploiter une expertise technique, alors qu’il devrait plutôt se concentrer sur les aspects médicaux du traitement.

[0015] Pour aider l’utilisateur, des systèmes automatiques de planification inverse ont été proposés. La planification est «inverse» car, sur la base de la connaissance des propriétés de la zone cible (par ex. à partir d’images de tomodensitométrie ou d’IRM), l’opérateur prescrit une certaine distribution de dose à l’intérieur de la zone cible et/ou certaines contraintes de dose. Un système automatique de planification inverse trouve un jeu de paramètres entraînant une planification de traitement qui est aussi proche que possible de la distribution de dose prédéterminée.

[0016] La procédure classique de planification inverse nécessite alors la définition, par l’opérateur, de la zone cible et de la dose minimale qui doit lui être administrée. Accessoirement, le système de planification contribue aussi à réduire au minimum la dose vers les zones à protéger.

[0017] La planification inverse est alors définie d’habitude comme un problème d’optimisation où les paramètres techniques sont automatiquement recherchées pour diminuer le plus possible une fonction de coût mesurant la différence entre la distribution de dose souhaitée et celle effectivement obtenue. On peut utiliser diverses techniques d’optimisation.

[0018] Actuellement, cette solution est rarement utilisée en pratique clinique et est difficile à comprendre pour des nouveaux utilisateurs. En outre, elle peut exiger d’autres réglages de planification manuelle par l’utilisateur, mais celui-ci n’exploite pas tout son potentiel, à la fois parce que l’utilisateur ne testera pas une gamme complète de paramètres techniques et parce qu’il a des contraintes de temps pendant la procédure de planification. Les mêmes remarques s’appliquent quand l’utilisateur effectue une planification entièrement manuelle.

[0019] Le document WO 2009 137 010 décrit un système pour mettre au point un schéma dynamique de radiochirurgie Gamma Knife® basé sur le concept de «peinture de dose». Le volume sphérique à forte dose est visualisé comme un «pinceau» 3D sphérique et la planification de traitement se réduit à trouver le meilleur itinéraire de ce «pinceau» pour «peindre» un volume cible 3D. Dans le concept de peinture de dose, le patient se déplace continuellement sous le système de positionnement robotique.

Dans ce document, on calcule un ensemble important de tirs potentiels et on peut effectuer une sélection de tirs dans cet ensemble au moyen d’un algorithme d’optimisation avec la contrainte des moindres carrés. En particulier la norme L2 sur la différence entre la distribution de dose créée et la distribution de la dose idéale est réduite au minimum sous réserve de deux contraintes: le temps d’allumage du faisceau pour chaque tir doit être supérieur à un seuil et la somme des temps d’allumage du faisceau de toutes les irradiations (c.-à-d. la durée finale d’administration) doit être inférieure ou égale à la durée d’administration souhaitée. En réduisant au minimum cette différence, il n’y a aucune garantie que la dose minimale à l’intérieur de la zone cible soit administrée en tous les points. De même, il n’y a aucune garantie qu’une irradiation supérieure à la dose maximale autorisée n’est pas administrée à certains points de zones sensibles prédéfinies. Quoique théoriquement séduisants, le contexte et la logique de ce système ne sont pas clairs et sa pertinence clinique reste à prouver.

[0020] Le document US 2013 188 856 concerne un système et un procédé pour valider des cibles en temps réel pour une radiothérapie assistée par imagerie médicale. Ce document décrit comment valider en temps réel que la dose de radiation prévue est administrée à la cible réelle selon la planification. En particulier, une détection de déplacement est effectuée pour vérifier tout déplacement du faisceau de radiothérapie par rapport à la cible. Une rétroaction en temps réel est alors effectuée pour corriger la position du faisceau en temps réel au cas où un quelconque déplacement de la cible a été identifié. On évalue le déplacement de la cible en comparant des images enregistrées avec des images en direct en cours de traitement à l’aide d’une contrainte de sparsity sur les mesures d’acquisition d’images en direct en cours de traitement. Le système pour déterminer par ex. l’épaisseur réelle du crâne est linéaire et résolu par un problème d’optimisation convexe.

[0021] Un but de la présente invention est alors celui d’obvier à un ou plusieurs des inconvénients susmentionnés ou de les atténuer.

[0022] Un but de la présente invention est alors celui de fournir un système de planification inverse de traitement qui puisse simplifier la phase de planification d’un traitement.

[0023] Un but de la présente invention est alors celui de fournir un système de planification inverse de traitement qui soit une alternative aux systèmes existants.

Bref résumé de l’invention [0024] Selon l’invention, ces objectifs sont atteints au moyen d’un système de planification inverse de traitement thérapeutique tel que défini dans la revendication 1 et d’une machine telle que définie dans la revendication 9 et comprenant un tel système de planification inverse de traitement thérapeutique.

[0025] Le système de planification inverse de traitement selon la présente invention peut être un système de planification inverse de traitement focal. Dans le contexte de la présente invention, l’expression «traitement focal» indique qu’on se concentre sur une cible, par ex. des zones spécifiques d’une zone anormale (par ex. une tumeur) d’un patient, la source de ce traitement étant à l’extérieur du corps du patient (des exemples non limitatifs d’un traitement focal sont le Gamma Knife® et le HIFUS, c.-à-d. High-lntensity Focused Ultrasound, Ultra-Son Focalisé à Flaute Intensité).

[0026] Le système de planification inverse de traitement selon la présente invention peut être un système de planification inverse de traitement local interne. Dans ce cas, la source de ce traitement est à l’intérieur du corps du patient. Curiethérapie, cryothérapie, ablation par radiofréquence et thérapies périopératoires sont des exemples non limitatifs de traitements locaux internes.

[0027] Un système de planification inverse de traitement peut être un système qui n’utilise pas de rayonnements. Cryothérapie et ablation par radiofréquence sont des exemples non limitatifs d’un traitement qui n’utilise pas de rayonnements.

[0028] Un système de planification inverse de traitement focal peut être un système qui utilise des rayonnements: dans ce cas, la source de traitement est une source de traitement par rayonnements. Radiochirurgie et radiothérapie sont des exemples non limitatifs de traitements par rayonnements.

[0029] Un système de planification inverse de traitement par rayonnements peut utiliser une source de traitement impliquant des rayonnements ionisants (comme par ex. dans le Gamma Knife®). Dans un autre mode de réalisation, le système de planification inverse de traitement focal implique des rayonnements différents des rayonnements ionisants, par ex. des rayonnements non ionisants. L’Ultra-Son Focalisé à Haute Intensité est un exemple non limitatif d’un traitement focal qui n’utilise pas de rayonnements ionisants.

[0030] L’utilisation d’un critère de sparsity permet d’éliminer un grand nombre de solutions a priori impossibles et de converger alors rapidement vers une solution. La sparsity permet alors des calculs en temps réel, de sorte qu’il est possible d’effectuer un calcul en temps réel des tirs.

[0031] Avantageusement lesdites contraintes peuvent être rapportées à la distribution de dose correspondante qui en résulte.

[0032] Avantageusement le poids peut être représentatif du temps d’irradiation du unique ou individuel tir de dose.

[0033] La dimension et la forme des tirs individuels de dose peuvent reposer sur la dimension des collimateurs utilisés pour chaque secteur et leur éventuel blocage.

[0034] Dans un mode de réalisation préféré, la contrainte comprend au moins la couverture de la totalité ou d’une partie de la zone cible par la distribution de dose souhaitée. On peut ajouter des contraintes supplémentaires pour modifier la distribution de dose en dehors du volume cible et pour limiter la dose maximale vers des structures définies. On peut aussi, si on le souhaite, ajouter des contraintes pour définir la distribution de dose à l’intérieur du volume cible.

[0035] Selon l’invention, l’unité de processeur exécute le code de programme exécutable par ordinateur pour - trouver le sous-ensemble le plus creux de tirs de façon à satisfaire la/les contrainte(s).

[0036] Le système inventif selon l’invention permet de simplifier radicalement la planification radio-chirurgicale via un système de planification inverse en temps réel.

[0037] Ainsi, selon l’invention, l’unité de processeur exécute le code de programme utilisable par ordinateur pour trouver le nombre minimal de poids non nuis afin de satisfaire lesdites contraintes.

[0038] Le système inventif selon l’invention permet de calculer les paramètres techniques optimaux d’irradiation pour accomplir les contraintes imposées à la distribution de dose. Si l’on considère le nombre de paramètres qui peuvent être définis par l’utilisateur pendant une planification manuelle, la solution optimale est en pratique presque impossible à trouver, surtout dans le traitement de cibles de forme complexe, même par un utilisateur expérimenté.

[0039] Le système inventif selon l’invention permet à l’utilisateur de définir de façon interactive les contraintes sur la dose à administrer, en termes de couverture, grandeur et gradients sur les bords de la cible ou n’importe où ailleurs dans le volume qui intéresse.

[0040] Les avantages pour l’utilisateur sont au moins les suivants: - Il/Elle n’a pas à se concentrer sur l’aspect technique de la réalisation de la distribution de dose souhaitée, mais doit seulement prendre en considération quelle dose il/elle veut administrer et où. - L’outil de planification interactive lui permet de décider et de modifier en temps réel la forme de la distribution de dose pour garantir une irradiation correcte de la cible et une protection appropriée des autres organes. - La planification devient intuitive, rapide et donc rentable. - L’utilisateur peut aussi ajouter facilement plus de contraintes sur le problème, telles qu’une durée maximale de traitement, le système fournissant la meilleure planification possible pour être aussi près que possible de la distribution de dose souhaitée tout en restant dans les limites du temps alloué, par exemple.

[0041] La procédure de planification effectuée par le système selon l’invention est beaucoup plus simple, plus rapide et plus convivial que les solutions connues, en particulier dans le cas de formes complexes de cible.

[0042] En outre, l’irradiation de cibles multiples en une seule procédure (p.ex. les métastases cérébrales) devient, avec le système selon l’invention, vraiment réalisable dans un délai raisonnable.

Brève description des dessins [0043] L’invention sera mieux comprise à l’aide de la description d’un mode de réalisation donné à titre d’exemple et illustré par les figures parmi lesquelles:

La fig. 1 est l’illustration d’un mode de réalisation d’un système de traitement de données dans lequel on peut mettre en œuvre le code de programme utilisable par ordinateur du produit-programme informatique conformément à un mode de réalisation de la présente invention.

La fig. 2 montre une représentation par ordinogramme d’un procédé qu’on peut mettre en œuvre dans un mode de réalisation du système de planification inverse de traitement selon la présente invention.

Description détaillée des modes de réalisation possibles de l’invention [0044] Même si la présente invention sera décrite plus en détail en liaison avec la radiochirurgie Gamma Knife®, dont l’application est exclusivement crânienne, la présente invention trouve une applicabilité en liaison avec beaucoup d’autres domaines, comme expliqué plus haut. Par exemple, elle peut aussi être appliquée aux techniques de radiochirurgie extracrânienne ou de traitements utilisant n’importe quel type de rayonnement ionisant, par ex. dans les techniques de radiothérapie fractionnée utilisant des accélérateurs linéaires (par ex. le Versa HD d’ELEKTA). Elle peut aussi être appliquée en chirurgie robotique ou chirurgie assistée par ordinateur.

[0045] La fig. 1 est l’illustration d’un mode de réalisation d’un système 100 de traitement de données dans lequel on peut mettre en œuvre le code de programme utilisable par ordinateur du produit-programme informatique conformément à un mode de réalisation de la présente invention.

[0046] Le système 100 de planification inverse de traitement selon l’invention comprend: - au moins un système 102 de bus de données, - une mémoire 106 couplée au système 102 de bus de données, où la mémoire comprend un code de programme utilisable par ordinateur, et - une unité de processeur 104 couplée au système 102 de bus de données.

[0047] La fig. 2 montre une représentation par ordinogramme d’un procédé qu’on peut mettre en œuvre dans un mode de réalisation du système 100 de planification inverse de traitement selon la présente invention.

[0048] Selon l’invention, l’unité de processeur 104 est configurée pour exécuter le code de programme utilisable par ordinateur pour - pré-calculer un dictionnaire composé d’une liste (ou ensemble) d’emplacements, dimensions et formes possibles de tirs de dose (étape 10), - faire définir par l’utilisateur la dose souhaitée dans la zone cible et les contraintes supplémentaires potentielles, par exemple sur les zones à protéger d’un rayonnement à trop forte dose (étape 20), - résoudre un problème convexe pour déterminer le plan, c.-à-d. trouver lequel de ces tirs, et avec quel poids, sera réellement utilisé (étapes 30, 40 et 50).

[0049] Dans un mode de réalisation préféré, l’ensemble de tirs de doses pré-calculés (étape 10) peut se situer sur une grille tridimensionnelle (3D) discrète de résolution fixe dans un espace 3D.

[0050] Dans un mode de réalisation préféré, deux emplacements consécutifs sur cette grille dans chacune des trois dimensions sont espacés d’une distance inférieure à 1 mm, par ex. 0,5 mm.

[0051] Comme discuté, la première étape de la fig. 1 (étape 10) est de bâtir un dictionnaire-liste de tirs de doses possibles (ou modèles de distributions de dose) situées (centrées) à tous les emplacements possibles sur une grille 3D, ou un sous-ensemble de ceux-ci (par ex. ceux situés uniquement dans la zone cible).

[0052] Dans un mode de réalisation préféré, on peut effectuer cette étape en prenant en considération les modèles précalculés (appelés kernels-noyaux) de distribution de dose individuelle, de différentes dimensions et formes, et en les transposant à tous les points de grille envisagés. On peut aussi effectuer cette étape en prenant en compte les propriétés physiques de l’anatomie de la tête du patient, sur la base par exemple des images médicales acquises pour la planification.

[0053] Le dictionnaire est donc l’ensemble de fonctions N indiquant la taille du dictionnaire.

[0054] Chaque composant aj du dictionnaire sera nommé «atome».

[0055] On peut calculer la distribution de dose complète comme la somme pondérée des contributions de chaque atome. La dose d en tout point (x, y, z) de l’espace tridimensionnel peut être calculée par la formule où Sj désigne le poids associé au jeme atome.

[0056] L’objectif du procédé de planification inverse est de trouver le nombre minimal de poids Sj non nuis afin que les contraintes imposées par l’utilisateur à l’étape 20 soient satisfaites.

[0057] On peut calculer la distribution de dose complète d en un nombre prédéfini de points dans l’espace 3D, par ex. sur une grille G prédéfinie de P points.

[0058] Cette distribution de dose d peut être représentée par un vecteur f de dimension P qui peut être défini par

où A est une matrice P χ N dont les colonnes sont la valeur de la dose administrée par chaque atome en chaque point de la grille G et s est un vecteur des poids des atomes, de dimension N.

[0059] Selon l’invention, s doit être creux, c.-à-d. le nombre Kde coefficients non nuis des doit être beaucoup plus petit que N. Dans un exemple typique, N peut être de l’ordre de 100 000 ou plus, alors que K peut être aussi petit que 20 ou moins.

[0060] Les positions des éléments non nuis dans s déterminent quels atomes dans le dictionnaire seront utilisés dans le traitement, c.-à-d. qu’ils déterminent les formes réelles des tirs et leur emplacement. Les valeurs de s déterminent les poids du tir.

[0061] Une fois bâti le dictionnaire A (étape 10 sur la fig. 2), on calcule un vecteurs avec un nombre minimal d’éléments non nuis en satisfaisant aux contraintes de dose définies par l’utilisateur à l’étape 20.

[0062] Il faut comprendre que, même si les contraintes de dose sur la fig. 2 sont saisies par l’utilisateur après le pré-calcul du dictionnaire, cette saisie peut être effectuée avant l’étape 10 de pré-calcul.

[0063] Un critère d’optimisation est de trouver un plan qui réduise au minimum une norme L1 pondérée du vecteur s (c.-à-d. la somme des éléments du vecteurs) et qui réponde à toutes les contraintes de dose. La norme L1 pondérée de s est étroitement liée à la durée du traitement. Ce problème d’optimisation peut avantageusement être formulé comme un problème d’optimisation convexe (étape 50), car seuls les poids des tirs individuels de doses sont optimisés (en fait optimiser simultanément les emplacements, les dimensions, les formes et les poids des tirs individuels de doses afin de garantir une contrainte de dose entraînera un problème d’optimisation non convexe). Dans un autre mode de réalisation, il faut trouver un plan qui réduise au minimum une norme LO pondérée du vecteur s (c.-à-d. le nombre des éléments du vecteur s qui sont différents de zéro) et qui réponde à toutes les contraintes de dose. Dans un autre mode de réalisation, il faut trouver un plan qui réduise au minimum une norme L2 pondérée du vecteur s et qui réponde à toutes les contraintes de dose. Désignons par T l’ensemble des indices du vecteur f correspondant à des points qui appartiennent à la zone cible, désignons par R ceux qui appartiennent à des zones sensibles à protéger et par Q l’ensemble des indices restants. Désignons aussi par a,, la ième rangée de la matrice A. Le ième composant du vecteur f peut s’exprimer par la formule

c.-à-d. le produit intérieur de la ième ligne du dictionnaire A et du vecteur s. Ainsi, on calcule le plan optimal en résolvant le problème convexe suivant:

où désigne la norme L1 pondérée du vecteur s avec des poids w, > O, bmin est la dose minimale au niveau de la zone cible T, bmax est la dose maximale autorisée au niveau des régions sensibles R et s > O désigne la contrainte de positivité sur les valeurs de s.

[0064] On peut ajouter à l’étape 20 des contraintes supplémentaires à la formulation sous forme de contraintes d’égalité ou d’inégalité. Cela peut par exemple être lié à un indice souhaité de gradient de dose.

[0065] La norme L1 pondérée est une fonction convexe qui favorise des solutions éparses, c.-à-d. que résoudre ce problème de minimisation sous contrainte va déterminer le vecteur s le plus creux qui réponde à toutes les contraintes de dose. Les poids w, imposent des pénalités différentes pour les noyaux dans le dictionnaire. Par exemple, si l’on sait a priori qu’un ensemble de noyaux prennent plus de temps dans le traitement, alors les poids associés sont plus importants que pour le reste. Cela conduira à un problème d’optimisation qui réduira au minimum le temps de traitement. Si aucune information préalable n’est connue sur la durée d’administration, alors on peut fixer tous les poids à un.

[0066] Ce problème d’optimisation peut alors être résolu par tout procédé d’optimisation convexe, par exemple par des algorithmes de programmation linéaire convexe.

[0067] Le système selon l’invention propose alors un système de planification inverse de traitement dans lequel la distribution de dose complète est modélisée comme une combinaison linéaire creuse de tirs de doses uniques choisies dans un dictionnaire ou une bibliothèque pré-calculé de tirs de doses pré-calculées uniques.

[0068] On utilise une procédure d’optimisation contrainte convexe pour déterminer le plan de traitement. On optimise les poids des tirs, sous contrainte de sparsity, pour garantir que les contraintes sur la distribution de dose sont satisfaites.

[0069] La procédure d’optimisation n’exige pas que l’utilisateur fournisse des emplacements initiaux du tir et la formulation d’optimisation convexe comprend des contraintes de dose appliquées à la fois à la zone cible et à d’autres zones telles que des structures sensibles à protéger contre un rayonnement à trop forte dose.

[0070] La fig. 1 est un mode de réalisation d’un système 100 selon l’invention. Le système 100 de la fig. 1 peut être situé et/ou sinon fonctionner au niveau de tout nœud d’un réseau informatique qui peut comprendre à titre d’exemple clients, serveurs, etc. et n’est pas représenté sur la figure. Dans le mode de réalisation illustré sur la fig. 1, le système 100 comprend une structure de communication 102 qui assure des communications entre unité de processeur 104, mémoire 106, stockage persistant 108, unité de communications 110, unité d’entrée/sortie (E/S) 112 et affichage 114.

[0071] L’unité de processeur 104 sert à exécuter des instructions pour les logiciels qui sont chargées dans la mémoire 106. L’unité de processeur 104 peut être un ensemble d’un ou plusieurs processeurs ou peut être un cœur multiprocesseur, en fonction de la mise en œuvre particulière. En outre, l’unité de processeur 104 peut être mise en œuvre au moyen d’un ou plusieurs systèmes de processeur hétérogène dans lesquels on trouve un processeur principal associé à des processeurs secondaires sur une seule puce. Un autre exemple à titre indicatif: l’unité de processeur 104 peut être un système multiprocesseur symétrique contenant de multiple processeurs du même type.

[0072] Dans certains modes de réalisation, la mémoire 106 représentée sur la fig. 1 peut être une mémoire à accès aléatoire ou n’importe quel autre dispositif de mémoire volatile ou permanente approprié. Le stockage persistant 108 peut prendre diverses formes en fonction de la mise en œuvre particulière. Par exemple, le stockage persistant 108 peut contenir un ou plusieurs composants ou dispositifs. Le stockage persistant 108 peut être un disque dur, une mémoire flash, un disque optique réinscriptible, une bande magnétique réinscriptible ou une combinaison de ce qui précède. Les supports utilisés par le stockage persistant 108 peuvent aussi être amovibles tels que, mais pas seulement, un disque dur amovible.

[0073] L’unité de communications 110 représentée sur la fig. 1 assure les communications avec d’autres systèmes ou dispositifs de traitement de données. Dans ces exemples, l’unité de communications 110 est une carte réseau. Modems, modems câble et cartes Ethernet sont juste quelques-uns des types d’adaptateurs d’interface réseau actuellement disponibles. L’unité de communications 110 peut établir des communications au moyen de liaisons téléinformatiques physiques et/ou sans fil.

[0074] L’unité d’entrée/sortie 112 représentée sur la fig. 1 permet l’entrée et la sortie de données avec d’autres dispositifs qui peuvent être raccordés au système 100. Dans certains modes de réalisation, l’unité d’entrée/sortie 112 peut fournir une connexion pour des saisies utilisateur grâce à un clavier et une souris. En outre, l’unité d’entrée/sortie 112 peut envoyer des sorties vers une imprimante. L’affichage 114 fournit un mécanisme pour afficher des informations à un utilisateur.

[0075] Les instructions pour le système d’exploitation et les applications ou programmes sont situées sur le stockage persistant 108. Ces instructions sont chargées dans la mémoire 106 pour être exécutées par l’unité de processeur 104. Les processus des différents modes de réalisation peuvent être effectués par l’unité de processeur 104 au moyen d’instructions mises en œuvre par ordinateur, qui se trouvent dans une mémoire, telles que la mémoire 106. Ces instructions sont connues sous le nom de code de programme, code de programme utilisable par ordinateur ou code de programme lisible par ordinateur et sont lues et exécutées par un processeur dans l’unité de processeur 104. Le code de programme dans les différents modes de réalisation peut être intégré sur différents supports lisibles par ordinateur physiques ou tangibles, tels que la mémoire 106 ou le stockage persistant 108.

[0076] Le code de programme 116 se trouve dans une forme fonctionnelle sur le support 118 lisible par ordinateur qui est sélectivement amovible et peut être chargé sur le système 100 ou transféré vers celui-ci pour être exécuté par l’unité de processeur 104. Dans ces exemples le code de programme 116 et le support 118 lisible par ordinateur constituent un produit-programme informatique 120. Dans un exemple, le support 118 lisible par ordinateur peut être sous une forme tangible, telle que, par exemple, un disque optique ou magnétique qui est introduit ou placé dans un lecteur ou un autre dispositif qui fait partie du stockage persistant 108 pour être transféré sur un périphérique de stockage, tel qu’un disque dur qui fait partie du stockage persistant 108. Sous une forme tangible, le support 118 lisible par ordinateur peut aussi prendre la forme d’un stockage persistant, tel qu’un disque dur, une clé USB ou une mémoire flash qui est raccordé au système 100. On désigne aussi la forme tangible de support 118 lisible par ordinateur par support de stockage inscriptible par ordinateur. Dans certains cas, le support 118 lisible par ordinateur peut ne pas être amovible.

Claims (11)

1. [0077] En variante, le code de programme 116 peut être transféré au système 100, du support 118 lisible par ordinateur à l’unité de communications 110 via une liaison téléinformatique et/ou à l’unité d’entrée/sortie 112 via une connexion. Dans les exemples à titre indicatif, la liaison téléinformatique et/ou la connexion peuvent être physiques ou sans fil. Le support lisible par ordinateur peut aussi prendre la forme de supports immatériels, tels que des liaisons téléinformatiques ou des transmissions sans fil contenant le code de programme. [0078] Les différents composants illustrés pour le système 100 de traitement de données ne sont pas censés apporter des limitations architecturales à la manière dont différents modes de réalisation peuvent être mis en oeuvre. Les différents modes de réalisation à titre indicatif peuvent être mis en œuvre dans un système de traitement de données comprenant des composants en plus ou à la place de ceux illustrés pour le système 100 de traitement de données. On peut faire varier d’autres composants représentés sur la fig. 1 par rapport aux exemples illustratifs représentés. Par exemple, un périphérique de stockage dans le système 100 est tout appareil matériel qui peut stocker des données. La mémoire 106, le stockage persistant 108 et le support 118 lisible par ordinateur sont des exemples de périphérique de stockage sous une forme tangible. [0079] Selon un mode de réalisation, le système selon l’invention est mis en œuvre sur l’unité centrale (UC) d’un seul ordinateur. Dans un autre mode de réalisation, il est mis en œuvre sur un ordinateur multicœur, les cœurs fonctionnant en parallèle. Dans un autre mode de réalisation, il est mis en œuvre sur le processeur graphique (UTG) d’un ordinateur. Dans un autre mode de réalisation, il est mis en œuvre sur une pluralité d’ordinateurs qui fonctionnent totalement ou partiellement en parallèle. [0080] Selon une autre possibilité, le système selon l’invention peut être partagé dans les scénarios de formation innovants (comprenant formation par Internet et accompagnement à distance). Dans un mode de réalisation, la planification inverse interactive est fournie en téléservice, le système s’exécutant dans un centre de traitement auquel accèdent les utilisateurs sur des connexions Internet sécurisées. Numéros de référence utilisés sur les figures [0081] 10 Etape de pré-calcul 20 Etape d’insertion par l’utilisateur (contraintes) 30 Etape de sparsity 40 Etape d’association 50 Etape d’optimisation 100 Système 102 Système de bus de données 104 Unité de processeur 106 Mémoire 108 Stockage persistant 110 Unité de communication 112 Unité d’E/S 114 Affichage 116 Code de programme 118 Support lisible par ordinateur Revendications

   1. Système de planification inverse de traitement thérapeutique, comprenant: - au moins un système de bus de données (102), - une mémoire (106) et un stockage persistant (108) couplés au système de bus de données (102), où des instructions situées sur le stockage persistant (108) ont été chargées dans ladite mémoire (106), et - une unité de processeur (104) couplée au système de bus de données (102), où l’unité de processeur (104) est configurée pour exécuter lesdites instructions, afin de - pré-calculer (10) un ensemble de tirs individuels de doses (aj) possibles, chaque tir individuel de dose possible ayant un emplacement prédéterminé à l’intérieur et/ou à l’extérieur d’une zone cible, une dimension et une forme, - associer (40) un poids (Sj) à chaque tir individuel de dose (aj) possible, sur la base de plusieurs contraintes (20) qui comprennent des contraintes de dose appliquées à la zone cible (T) et à d’autres zones de structures sensibles (R) à protéger d’un rayonnement à trop forte dose, caractérisé en ce que - lesdites instructions comprennent un critère (50) d’optimisation convexe, - l’unité de processeur (104) est configurée pour exécuter lesdites instructions pour trouver (30) le nombre minimal de tirs individuels de dose (aj) de poids non nuis afin de satisfaire lesdites contraintes (20), ce par quoi le système est agencé pour créer une distribution de dose apte à être produite par une machine.
2. 2. Système selon la revendication 1, dans lequel le nombre minimal de tirs individuels de dose (aj) de poids (sj) non nuis est au moins 1/100® du nombre de tirs individuels de doses (aj) pré-calculés contenus dans ledit ensemble de tirs individuels de doses (aj) possibles.
3. 3. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à2, dans lequel l’unité de processeur (104) exécute lesdites instructions pour réduire au minimum une norme L1 pondérée du vecteur de poids tout en satisfaisant lesdites contraintes (20), afin d’obtenir un sous-ensemble optimal de tirs individuels de doses correspondant audit nombre minimal de tirs individuels de dose (aj) de poids non nuis.
4. 4. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à2, dans lequel l’unité de processeur (104) exécute lesdites instructions pour réduire au minimum une norme L2 pondérée du vecteur de poids tout en satisfaisant lesdites contraintes (20), afin d’obtenir un sous-ensemble optimal de tirs individuels de doses correspondant audit nombre minimal de tirs individuels de dose (aj) de poids non nuis.
5. 5. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l’unité de processeur (104) exécute lesdites instructions de pré-calcul pour chaque tir individuel de doses (aj) possibles situées à tous les emplacements possibles d’une grille tridimensionnelle (G).
6. 6. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l’unité de processeur (104) est configurée pour exécuter lesdites instructions en temps réel.
7. 7. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l’unité de processeur (104) est configurée pour exécuter lesdites instructions afin de prendre en compte les propriétés physiques de l’anatomie de la tête du patient pendant le pré-calcul de l’ensemble de tirs individuels de doses (aj) possibles.
8. 8. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel ledit critère (50) d’optimisation comprend la réduction au minimum d’un temps de traitement.
9. 9. Machine comprenant un système de planification inverse de traitement thérapeutique selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, et une source de traitement à l’extérieur du corps, caractérisée en ce que ledit système de planification inverse de traitement thérapeutique est un système de planification inverse de traitement focal.
10. 10. Machine selon la revendication précédente, caractérisée en ce que ladite source de traitement est une source de traitement par rayonnements.
11. 11. Machine selon la revendication précédente, caractérisée en ce que ladite source de traitement est une source de traitement par rayonnements impliquant des rayonnements ionisants.