CH709788B1 - Systeme de traitement par rayonnements. - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un système de traitement par rayonnements, par exemple pour un accélérateur linéaire, comprenant: une source de rayonnement configurée pour administrer des tirs individuels de doses (a j ), et un système de planification inverse de radiothérapie comportant: une mémoire (106) et un stockage persistant (108), où des instructions situées sur le stockage persistant (108) ont été chargées dans la mémoire (106), et une unité de processeur (104) configurée pour exécuter lesdites instructions afin de pré-calculer (10) un ensemble de tirs individuels de doses (a j ) possibles, 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 en temps réel pour trouver (30) le nombre minimal de tirs individuels de dose (a j ) de poids non nuls de façon à satisfaire les contraintes (20).

Description

Description

Domaine de l’invention [0001] La présente invention concerne un système de traitement par rayonnements avec un système de planification inverse de radiothérapie, par ex. et de façon non limitative pour un accélérateur linéaire (LINAC).

Description de l’art connexe [0002] De nombreux systèmes de traitement par rayonnements, comprenant des systèmes de radiothérapie et radiochi-rurgie, utilisent ce qu’on appelle des accélérateurs linéaires (LINAC) qui produisent un faisceau de rayonnement unique pour irradier une zone cible du corps.

[0003] Le faisceau de rayonnement d’un accélérateur linéaire est un faisceau unique, qui peut être modelé par différents types de systèmes de collimation qui permettent de collimater la dimension du faisceau. Le «Gamma Knife®» utilise une pluralité de faisceaux, par ex. environ 200 faisceaux, qui se concentrent sur la même zone, administrés en une seule session, ce qui est le principe de la radiochirurgie.

[0004] La zone irradiée par le faisceau de rayonnement unique d’un accélérateur linéaire a généralement un diamètre supérieur à la zone irradiée par le «LEKSELL Gamma Knife®» ou simplement «Gamma Knife®», un outil communément utilisé pour traiter des maladies intracrâniennes. Par exemple, la zone irradiée par le faisceau de rayonnement unique d’un accélérateur linéaire a un diamètre appartenant à la plage 10 cm-30 cm, par ex. 20 cm; la zone irradiée par le «Gamma Knife®» a un diamètre précis de 4, 8 ou 16 mm, en fonction de la taille des collimateurs sélectionnés. Certains accélérateurs linéaires pour la radiochirurgie sont équipés de microcollimateurs multilames qui peuvent produire un faisceau de rayonnement unique ayant un diamètre de l’ordre de quelques millimètres.

[0005] Dans la plupart des cas, l’irradiation d’un accélérateur linéaire est effectuée pas seulement sous une seule incidence (c.-à-d. un tir), correspondant à une position et une orientation prédéterminées fixes du faisceau de rayonnement par rapport à la cible, mais elle utilise de multiples incidences successives pour augmenter la conformité de l’administration de la dose. On utilise un grand nombre d’incidences pour effectuer ce qu’on appelle la radiochirurgie à base LINAC.

[0006] Dans la plupart des systèmes de radiothérapie à base LINAC, la tête d’émission est fixée à un support physique (appelé le «portique») que l’on peut faire tourner mécaniquement autour du patient, suivant un cercle complet ou partiel. La table où le patient est allongé (appelée la «table d’examen») peut parfois aussi être déplacée par petits paliers linéaires ou angulaires.

[0007] La combinaison des mouvements du portique et/ou de la table d’examen permet l’intersection de plusieurs faisceaux de rayonnement successifs à l’emplacement cible (au niveau de ce qu’on appelle l’isocentre), produisant ainsi une dose totale élevée à l’intérieur de la cible et entraînant en même temps un plus faible rayonnement dans les zones environnantes.

[0008] Certains autres systèmes, à savoir le Cyberknife, commercialisé par la société ACCURAY, utilisent un LINAC de petite taille monté sur un bras robotisé, permettant une grande liberté dans le mouvement de la tête de robot tenant le LINAC et permettant ainsi une grande variété d’emplacements et d’angles d’incidence du LINAC.

[0009] Dans tous ces systèmes, une phase de planification est nécessaire pour déterminer, dans le cas le plus général, le nombre, l’emplacement, l’angle d’incidence, la forme et le poids des tirs successifs d’irradiation afin d’administrer le profil souhaité de dose à la zone cible tout en protégeant, si nécessaire, les zones sensibles environnantes d’une dose trop élevée d’irradiation.

[0010] Dans le contexte de la présente invention, un tir (ou tir de dose) est alors une dose de rayonnement administrée depuis un endroit et sous un angle d’incidence donnés, avec une forme et un poids donnés. Une séance de traitement peut comprendre une pluralité de tirs de différentes dimensions et formes.

[0011] Selon le type de système, les paramètres à définir peuvent être plus restreints que ceux décrits ci-dessus. A titre d’exemple, quand le LINAC est monté sur un portique rotatif avec une table d’examen fixe, l’ensemble des angles d’incidence est limité à ceux produits par la rotation du portique.

[0012] De même, selon le système, la forme du faisceau d’irradiation peut être établie par des collimateurs de taille fixe ou variable ou des collimateurs de forme adaptative, tels que les collimateurs appelés multilames.

[0013] Pour chaque tir, l’utilisateur, c.-à-d. Ie(s) médecin(s) et/ou le physicien, doit déterminer son emplacement et son angle d’incidence dans la zone cible, ainsi que la dimension et la forme de la dose d’irradiation à administrer autour de l’isocentre.

[0014] Pour chaque tir, l’utilisateur doit aussi déterminer la durée de l’irradiation en fonction du débit de dose des sources (c.-à-d. le temps pendant lequel le LINAC fonctionne). Dans les systèmes actuels les plus avancés, tels que VMAT (ELEK-TA) et RapidArc (VARIAN), l’utilisateur doit déterminer le débit de dose (c.-à-d. la quantité de rayonnement par unité de temps). Dans d’autres systèmes, l’utilisateur doit déterminer d’autres paramètres du tir, par ex. d’une façon non limitative, le profil de l’irradiation dans la zone de la dose (par ex. un profil gaussien, un profil plat, etc.).

[0015] Dans le contexte de la présente invention, le substantif «poids» se rapporte à un ou plusieurs paramètres du tir, par ex. d’une façon non limitative, le temps d’irradiation et/ou le débit de dose et/ou le profil de dose, etc.

[0016] Dans la phase de planification, le plan de traitement de chaque patient est généralement mis au point par un radio-oncologue travaillant conjointement avec un physicien. Selon la procédure de planification la plus largement utilisée, ils déterminent, par un processus itératif d’approximations successives, le nombre, l’emplacement et l’angle d’incidence des tirs, ainsi que leurs dimension, forme et poids et tout récemment le débit de dose.

[0017] Les systèmes connus de planification inverse de radiothérapie pour des LINAC calculent le nombre, l’emplacement et l’angle d’incidence des tirs, ainsi que leurs dimension, forme et poids et tout récemment le débit de dose, seulement une fois. En outre, certains systèmes de traitement recourent à des capteurs dans ou sur le patient pour prendre en compte les mouvements du patient pendant l’administration du rayonnement, par ex. lorsque le patient respire, ou ceux d’un ou plusieurs organes mobiles du patient. Toutefois les systèmes connus ne sont pas capables d’effectuer un calcul en temps réel des tirs, afin de les adapter à ces mouvements.

[0018] Les systèmes connus de planification inverse de radiothérapie ne sont pas suffisamment précis, de sorte que la protection des zones entourant la cible, par ex. une tumeur, n’est pas totalement efficace, en particulier avec des tumeurs plus grosses. Cela exige une pluralité de séances de traitement par rayonnements, par ex. de radiothérapie.

[0019] En outre, 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.

[0020] En effet, la façon actuelle de faire la planification exige 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 médical d’acquérir et exploiter une expertise technique, et dans la plupart des cas il a besoin d’être aidé par un physicien médical, alors qu’il devrait plutôt se concentrer sur les aspects médicaux du traitement.

[0021] 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.

[0022] 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.

[0023] 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.

[0024] De tels systèmes de planification inverse sont utilisés aujourd’hui, mais ils prennent beaucoup de temps, car ils utilisent des techniques d’optimisation lentes et exigent, la plupart du temps, qu’un physicien définisse manuellement certaines parties de certains paramètres. Le processus doit ensuite être répété si le médecin oncologue considère que le résultat final n’est pas optimal, ce qui demande plus de travail et de temps à l’équipe du physicien.

[0025] Un but de la présente invention est alors celui d’obvier à un ou plusieurs des inconvénients susmentionnés ou de les atténuer.

[0026] Un but de la présente invention est alors celui de proposer un système de traitement par rayonnements avec un système de planification inverse de radiothérapie qui puisse simplifier la phase de planification d’un traitement.

[0027] Un but de la présente invention est alors celui de proposer un système de traitement par rayonnements avec un système de planification inverse de radiothérapie capable d’effectuer un calcul en temps réel des tirs, afin de les adapter aux mouvements du patient.

[0028] Un but de la présente invention est alors celui de proposer un système de traitement par rayonnements avec un système de planification inverse de radiothérapie plus précis que le système connu.

[0029] Un but de la présente invention est alors celui de fournir un système de traitement par rayonnements avec un système de planification inverse de radiothérapie qui soit une alternative aux systèmes existants.

Bref résumé de l’invention [0030] Selon l’invention, ces objectifs sont atteints au moyen d’un système de traitement par rayonnements avec un système de planification inverse de radiothérapie tel que défini dans la revendication 1.

[0031] Dans un mode de réalisation, le poids associé à chaque tir individuel de dose individuelle comprend le temps d’irradiation.

[0032] Dans un autre mode de réalisation, le poids associé à chaque tir individuel de dose comprend le débit de dose.

[0033] Dans un autre mode de réalisation, le poids associé à chaque tir individuel de dose comprend le profil de dose.

[0034] Dans un autre mode de réalisation, le poids associé à chaque tir individuel de dose comprend tout autre paramètre tir de dose.

[0035] Le système de traitement par rayonnements avec un système de planification inverse de radiothérapie selon la présente invention peut utiliser un accélérateur linéaire (LINAC) comme source de rayonnement.

[0036] Le système de traitement par rayonnements avec un système de planification inverse de radiothérapie selon la présente invention ne se limite pas à l’utilisation d’un accélérateur linéaire (LINAC) comme source de rayonnement et peut utiliser n’importe quel autre type de source de rayonnement, par ex. et de façon non limitative des sources au cobalt ou des faisceaux de protons.

[0037] La présente invention propose un procédé automatisé pour système de planification inverse de radiothérapie, où la distribution de dose complète administrée est modélisée comme combinaison linéaire clairsemée de faisceaux choisis dans un dictionnaire prédéfini. Avantageusement lesdites contraintes peuvent être rapportées à la distribution de dose correspondante qui en résulte.

[0038] Avantageusement le poids peut être représentatif du temps d’irradiation du tir de dose unique ou individuelle.

[0039] 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, afin de permettre une planification interactive et de les adapter aux mouvements du patient et/ou d’un organe du patient et/ou au mouvement relatif entre le support physique de la source de rayonnement (le portique) et le support physique du patient (la table d’examen).

[0040] En outre, le système selon l’invention est plus précis que le système connu, permettant de définir des contraintes plus intuitives et de les réaliser, afin que la protection des zones entourant la cible, par ex. une tumeur, soit plus efficace. Cela peut exiger peu de séances de radiothérapie, par ex. une à cinq séances en radiochirurgie, ou un plus grand nombre de séances en radiothérapie fractionnée quand cela est indiqué.

[0041] Dans un mode de réalisation préféré, le système comprend: - un premier support physique pour cette source de rayonnement, par ex. le portique, - un second support physique agencé pour recevoir un patient, par ex. la table d’examen.

Le premier support physique et le second support physique sont agencés pour se déplacer l’un par rapport à l’autre. Avantageusement l’unité de processeur exécute le code de programme utilisable par ordinateur pour trouver le sous-ensemble le plus clairsemé d’expositions à des doses individuelles, afin de satisfaire lesdites contraintes chaque fois que le premier support physique est déplacé par rapport au second support physique et/ou chaque fois que le second support physique est déplacé par rapport au premier support physique.

[0042] Dans un autre mode de réalisation, l’unité de processeur exécute le code de programme utilisable par ordinateur pour trouver le sous-ensemble le plus clairsemé de tirs individuels de doses, afin de satisfaire lesdites contraintes chaque fois qu’un patient et/ou un organe du patient bouge.

[0043] 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 à 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.

[0044] Selon l’invention, l’unité de processeur exécute le code de programme utilisable par ordinateur pour trouver le sous-ensemble le plus clairsemé de tirs de façon à satisfaire la/les contrainte(s).

[0045] Le système inventif selon l’invention permet de simplifier radicalement la planification radio-chirurgicale via un système de planification inverse en temps réel.

[0046] 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.

[0047] 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.

[0048] 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.

[0049] 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.

[0050] 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 configurations complexes de cible.

[0051] On peut utiliser un problème d’optimisation sous contraintes convexe pour déterminer le plan de traitement, c.-à-d. le nombre de faisceaux ainsi que les orientations, dimensions, formes et poids des faisceaux (ou un sous-ensemble de ces paramètres, en fonction des propriétés physiques du système considéré), afin de produire un profil souhaité d’administration de dose.

[0052] Le problème d’optimisation peut comprendre des contraintes de dose appliquées à la fois à la zone cible et à d’autres zones telles que des structures sensibles à protéger d’une dose élevée de rayonnement.

[0053] On peut calculer un dictionnaire composé par un grand ensemble de faisceaux couvrant totalement ou partiellement l’ensemble des emplacements, angles d’incidence, dimensions et formes possibles de faisceau. Après ce calcul, on peut résoudre un problème d’optimisation convexe pour déterminer le plan optimal, c.-à-d. le sous-ensemble optimal de ces faisceaux ainsi que leur amplitude, afin de satisfaire aux contraintes définies.

Brève description des dessins [0054] 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 oeuvre 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 radiothérapie selon la présente invention.

Description détaillée des modes de réalisation possibles de l’invention [0055] Même si la présente invention sera décrite plus en détail en liaison avec un LINAC comme source de rayonnement, elle trouve une applicabilité en liaison avec beaucoup d’autres sources, comme expliqué plus haut. Par exemple, elle peut utiliser d’autres sources de rayonnement, telles que sources au cobalt ou faisceaux de protons.

[0056] 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.

[0057] Le système de traitement par rayonnements avec le système 100 de planification inverse de radiothérapie selon l’invention comprend: - une source de rayonnement (non visible). - 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.

[0058] 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 traitement par rayonnements avec un système 100 de planification inverse de traitement selon la présente invention. 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, angles d’incidence, dimensions et formes possibles des 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 utilisée (étapes 30, 40 et 50).

[0059] Dans un mode de réalisation préféré, l’ensemble des tirs de doses pré-calculées (étape 10) peut se situer sur une grille tridimensionnelle (3D) discrète de résolution fixe dans un espace 3D.

[0060] Comme discuté, la première étape de lafig. 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 et angles d’incidence possibles sur une grille 3D, ou un sous-ensemble de ceux-ci (par ex. ceux situés uniquement dans la zone cible).

[0061] 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.

[0062] Le dictionnaire est donc l’ensemble de fonctions N indiquant la taille du dictionnaire.

[0063] Chaque composant aj du dictionnaire sera nommé «atome».

[0064] 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.

[0065] Par exemple, pour un système donné utilisant un portique rotatif et une table d’examen mobile, on peut obtenir le dictionnaire en discrétisant les angles de rotation du portique et les positions de la table d’examen pour créer une grille discrète sur la sphère et en prenant en considération différentes dimensions et formes de faisceau pour chaque emplacement et orientation discrets.

[0066] Comme autre exemple, pour un emplacement et une orientation donnés du LINAC, le faisceau traversant un collimateur multilames peut être discrétisé en une série de «petits faisceaux» discrets, parallèles entre eux, chacun d’eux ayant son propre poids qui doit être déterminé. Pour des systèmes spécifiques plus récents, on peut aussi discrétiser la modulation du débit de dose.

[0067] Dans un mode de réalisation préféré, on peut effectuer cette étape en prenant en considération les profils de dose individuelle précalculés, produits par un ensemble de faisceaux individuels ayant différents emplacements, orientations, 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 du patient, sur la base par exemple des images médicales acquises pour la planification.

[0068] L’objectif du procédé de planification inverse est de trouver le nombre minimal de poids s, non nuis afin que les contraintes imposées par l’utilisateur à l’étape 20 soient satisfaites.

[0069] 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.

[0070] 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.

[0071 ] Selon l’invention, s doit être creux, c.-à-d. le nombre K de coefficients non nuis de s 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 50 ou moins.

[0072] 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.

[0073] Une fois bâti le dictionnaire A (étape 10 sur la fig. 2), on calcule un vecteur s avec un nombre minimal d’éléments non nuis en satisfaisant aux contraintes de dose définies par l’utilisateur à l’étape 20.

[0074] 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.

[0075] 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 vecteur s) 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 / 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 / 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:

désigne la norme L1 pondérée du vecteur s avec des poids Wj > 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.

[0076] 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 liée à un indice souhaité de gradient de dose, ou à différentes valeurs de la dose minimale administrée à différentes parties de la zone cible, ou à différentes valeurs de la dose maximale administrée aux zones à protéger. Ce problème d’optimisation peut alors être résolu par tout procédé d’optimisation convexe, par exemple par des algorithmes de programmation linéaire convexe.

[0077] 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.

[0078] Réduire au minimum le nombre de faisceaux et la somme de leurs poids s’apparente à réduire au minimum le temps de traitement. On peut employer d’autres types de pénalités convexes qui favorisent la sparsity structurée, telles que les normes L0, L1 ou L2 qui favorisent sparsity de groupe. L’idée derrière cette approche est de tirer parti de la structure particulière d’une technique particulière de LINAC.

[0079] Ce problème d’optimisation peut alors être résolu par tout procédé d’optimisation convexe, par exemple par des algorithmes de programmation linéaire convexe.

[0080] 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 uniques pré-calculées.

[0081] 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.

[0082] 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.

[0083] 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.

[0084] 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 multiples processeurs du même type.

[0085] 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 oeuvre 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.

[0086] 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.

[0087] 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 entrées de l’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.

[0088] 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.

[0089] 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.

[0090] 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.

[0091] 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 œuvre. 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.

[0092] 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.

[0093] 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 [0094] 10 Etape de pré-calcul

Claims (14)

1. 20 Etape de saisie 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 traitement par rayonnements, par exemple pour un accélérateur linéaire, comprenant une source de rayonnement configurée pour administrer des tirs individuels de doses (a'), chaque tir individuel de dose ayant un emplacement et un angle d’incidence prédéterminés à l’intérieur et/ou à l’extérieur d’une zone cible, une dimension, une forme et une distribution de dose, et un système de planification inverse de radiothérapie comportant: - au moins un système (102) de bus de données, - une mémoire (106) et un stockage persistant (108) couplés au système (102) de bus de données, où des instructions situées sur le stockage persistant (108) ont été chargées dans la mémoire (106), et - une unité de processeur (104) couplée au système (102) de bus de données, où l’unité de processeur (104) est configurée pour exécuter lesdites instructions afin de - pré-calculer (10) un ensemble de tirs individuels de doses (a') possibles, - associer (40) un poids (Sj) à chaque tir individuel de dose (aj), 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 en temps réel pour trouver (30) le nombre minimal de tirs individuels de dose (aj) de poids non nuis de façon à satisfaire lesdites contraintes (20), ce par quoi le système de planification inverse de radiothérapie est agencé pour modéliser une distribution de dose apte à être produite par ladite source de rayonnement.
2. 2. Système selon la revendication 1, dans lequel le poids (Sj) associé à chaque tir individuel de dose (aj) possible comprend un temps d’irradiation.
3. 3. Système selon la revendication 1, dans lequel le poids (Sj) associé à chaque tir individuel de dose (af) possible comprend un débit de dose.
4. 4. Système selon la revendication 1, dans lequel le poids (Sj) associé à chaque tir individuel de dose (aj) possible comprend un profil de dose.
5. 5. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant en outre: - un premier support physique pour ladite source de rayonnement, - un second support physique agencé pour recevoir un patient, dans lequel le premier support physique et le second support physique sont agencés pour être déplacés l’un par rapport à l’autre et dans lequel l’unité de processeur (104) exécute lesdites instructions pour trouver (30) le nombre minimal de tirs individuels de dose (aj) de poids non nuis, afin de satisfaire lesdites contraintes (20) chaque fois que le premier support physique est déplacé par rapport au second support physique et/ou chaque fois que le second support physique est déplacé par rapport au premier support physique.
6. 6. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel ledit système est configuré pour utiliser des images médicales et/ou des capteurs aptes à prendre en compte les mouvements du patient ou ceux d’un ou plusieurs organes mobiles du patient, et dans lequel l’unité de processeur (104) est en outre 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 contrainte(s) (20) chaque fois qu’un patient et/ou un organe du patient bouge.
7. 7. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le nombre minimal de tirs individuels de dose (aj) de poids (Sj) non nuis est au moins 1/100e du nombre de tirs individuels de doses (aj) précalculés contenus dans ledit ensemble de tirs individuels de doses (aj) possibles.
8. 8. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, 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.
9. 9. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, 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.
10. 10. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel l’unité de processeur (104) exécute lesdites instructions de pré-calcul pour chaque tir individuel de dose (aj) possibles situées à tous les emplacements possibles d’une grille tridimensionnelle (G).
11. 11. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel l’unité de processeur (104) est configurée pour exécuter lesdites instructions afin de prendre en compte les propriétés physiques de l’anatomie du patient pendant le pré-calcul de l’ensemble de tirs individuels de doses (aj) possibles.
12. 12. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel ledit critère (50) d’optimisation comprend la réduction au minimum du temps de traitement.
13. 13. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel la source de rayonnement est un accélérateur linéaire.
14. 14. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel la source de rayonnement est une source au cobalt ou un faisceau de protons.