CN103687649A - 研究运动的剂量测定影响以在ebrt规划中生成适应的患者特异性裕量 - Google Patents

Abstract

一种用于生成患者特异性处置裕量的处置规划系统（106）。所述系统（106）包括一个或多个处理器（142）。所述处理器（142）被编程为在一个或多个处置片段的过程中接收用于辐照靶标（122）的辐射处置计划（RTP）。所述RTP包括围绕所述靶标（122）的一个或多个处置裕量，以及针对所述靶标（122）的规划的剂量分布。所述处理器（142）还被编程为从一个或多个靶标替代物（124）接收针对RTP的至少一个处置片段的运动数据、使用所述运动数据和所述规划的剂量分布来计算针对所述靶标（122）的运动补偿的剂量分布、将所述运动补偿的剂量分布与所述规划的剂量分布进行比较以及基于所述运动补偿的剂量分布与所述规划的剂量分布之间的剂量测定差异来调整所述处置裕量。

Description

研究运动的剂量测定影响以在EBRT规划中生成适应的患者特异性裕量

技术领域

本申请总体上涉及体外射束辐射治疗（EBRT）。本申请具体与生成患者特异性处置裕量（margin）结合应用，并将具体参考其加以描述。然而，应当理解，本申请还应用于其他使用情形，而不必然限于上述应用。

背景技术

在体外射束辐射治疗（EBRT）中，向肿瘤或包含癌性或恶性组织的其他靶标施加空间上靶向的辐射剂量。与正常细胞相比，生长和快速增殖的癌细胞往往更易于受到来自辐射的损伤，使得经恰当规划施予的剂量优先杀死癌性或恶性组织。为了确保肿瘤或其他靶标得到充分辐照，通常利用围绕肿瘤或其他靶标的处置裕量来规划辐射处置计划（RTP）。标准协议针对所有患者利用基于普通群体的处置裕量。尽管这些处置裕量被设计成确保完全覆盖肿瘤或其他靶标，但它们能够造成对危险器官（OAR）或其他区域的超剂量。因此，EBRT通常针对减小裕量以使周边危险器官（OAR）或其他区域免受辐射损伤的需要来平衡对于完全破坏肿瘤和其他靶标的需要。

减小处置裕量的一个益处在于，利用较小裕量的处置允许在肿瘤或靶标中的剂量增加。然而，对于处置裕量减小的主要抑制因素是在处置会话（或片段（fraction））期间和在各处置会话（或片段）之间存在组织运动。因此，对运动的管理，特别是对有关肿瘤或其他靶标的运动的管理，在确保辐射的成功递送中至关重要。

在施予处置片段之前，通常使用皮肤标记物上的激光和/或辐射摄影成像，将患者在处置卧榻上对准。在一些情况下，在处置之前额外地使用锥形射束计算机断层摄影（CBCT）成像。所有这些技术旨在校正片段间运动。然而，对于片段间运动的单独调整不提供剂量递送中的置信度的完整测量。为了解决该问题，现在已有用于在处置（片段内运动）期间跟踪肿瘤或其他靶标的位置的方法。这些方法包括对植入的基准标记物的荧光透视成像和以高时间率（例如，10Hz）对植入的应答器的电磁跟踪（EM）。植入的基准物和/或植入的应答器作为肿瘤或其他靶标的替代物。诸如这些方法的方法不仅在处置期间提供肿瘤或其他靶标的位置信息，而且也在与辐射处置计划（RTP）和/或之前片段有关的每个片段的开始时提供肿瘤或其他靶标的初始偏差。在处置期间，能够以不同方式利用应答器或基准物的位置信息来调整处置范式，其中一种方式为，如果靶标被认为超过预定边界，则手动关闭辐射射束。

尽管上述措施减少了规划的剂量分布的递送中的可变性，由这些方法获得的片段间和/或片段内运动信息通常不用于在处置后研究运动的影响。就此而言，运动对递送的剂量所造成的影响是能够对处置的成功进行归类的重要标准。小的运动模式（其可能被解释在处置期间是不显著的）能够累计地造成与规划的剂量分布显著不同的递送剂量。

发明内容

本申请提供了新的且经改进的方法和系统，其克服了上述问题和其他问题。

根据一个方面，提供一种用于生成患者特异性处置裕量的处置规划系统。所述系统包括一个或多个处理器，其被编程为接收用于在一个或多个处置片段的过程中辐照靶标的辐射处置计划（RTP）。RTP包括靶标周围的一个或多个处置裕量，以及针对所述靶标的规划的剂量分布。所述处理器还被编程为从一个或多个靶标替代物接收针对RTP的处置片段中的至少一个的运动数据。针对处置片段中的至少一个的运动数据不需要包括针对整个处置片段的运动数据。所述处理器还被编程为：使用运动数据和规划的剂量分布来计算针对靶标的运动补偿的剂量分布、将运动补偿的剂量分布与规划的剂量分布进行比较；并且基于运动补偿的剂量分布与规划的剂量分布之间的剂量测定差异来调整处置裕量。

根据另一方面，提供了一种用于生成患者特异性处置裕量的方法。在一个或多个处置片段的过程中接收用于辐照靶标的辐射处置计划（RTP）。RTP包括围绕靶标的一个或多个处置裕量以及针对靶标的规划的剂量分布。从一个或多个靶标替代物接收针对RTP的处置片段中的至少一个的运动数据。针对处置片段中的至少一个的运动数据不需要包括针对整个处置片段的运动数据。使用运动数据和规划的剂量分布来计算针对靶标的运动补偿的剂量分布。将所述运动补偿的剂量分布与规划的剂量分布进行比较。基于运动补偿的剂量分布与规划的剂量分布之间的剂量测定差异来调整处置裕量。

一个优点在于计算了向患者实际递送的辐射剂量。

另一优点在于更准确地向靶标区域递送辐射。

另一优点在于更准确地确定向靶标组织和非靶标组织实际递送的辐射剂量。

另一优点在于改善了在医疗机构使用的辐射治疗处置规划流程。

另一优点在于减少了处置中成像。

另一优点在于计算了患者特异性处置裕量和靶标剂量增加。

另一优点在于减少了正常组织损伤的风险。

通过阅读和理解下文的详细描述，本领域技术人员能够意识到本发明的进一步优点。

附图说明

本发明可以采用多个部件和部件布置、以及多个步骤和步骤安排的形式。附图仅用于图示说明优选实施例的目的，而不应将其解释为限制本发明。

图1是根据本公开的各方面的辐射治疗系统。

图2图示了经受对肿瘤和其他靶标的辐射治疗的患者的范例。

图3图示了根据本公开的各方面的图形用户界面的一个实施例。

图4描绘了根据本公开的各方面的用于生成患者特异性处置裕量的方法。

具体实施方式

参考图1，提供一种用于处置患者的辐射治疗系统100。采用所述辐射治疗系统向患者提供辐射治疗，诸如体外射束辐射治疗、质子治疗、消融质量和高强度聚焦超声治疗中的一种或多种。辐射治疗系统100包括适于采集患者体内包含诸如感兴趣区域（ROI）和感兴趣点（POI）的感兴趣对象（OOI）的图像的一种或多种成像模态（modality）102。成像模态102适当地包括计算机断层摄影（CT）扫描器。然而，成像模态102能够另外或备选地包括正电子发射断层摄影（PET）扫描器、磁共振（MR）扫描器、单光子发射计算机断层摄影（SPECT）扫描器等中的一种或多种。

从成像模态102采集的图像通常为三维图像。然而，也涵盖二维图像。三维图像通常包括一堆下文被称为切片的二维图像。此外，从成像模态102采集的图像储存在图像存储器104中。通常，图像存储器104为中心记录存储系统。然而，也预期图像存储器104对于成像模态102来说是本地的，或者是辐射治疗系统100的另一部件。在图像存储器104远离成像模态102的情况下，成像模态102适当地经由诸如局域网（LAN）的通信网络与其连接。

辐射治疗系统100的规划系统106接收针对每位患者的规划图像，并采用所述图像生成和/或更新辐射治疗处置计划（RTP）和/或执行RTP的处置后分析。规划图像是用于生成和/或更新RTP的图像。通常，从图像存储器104和/或成像模态102采集图像。然而，能够从其他来源采集图像。此外，通常经由通信网络电子地接收规划图像。然而，也预期接收规划图像的其他方式。适当地，规划系统106提供典型的处置规划功能，诸如手动或自动的分割工具、图像融合工具、三维适形辐射治疗（CRT）规划工具、逆向调强辐射治疗（IMRT）优化工具、剂量计算工具等。

为了生成用于患者的RTP，规划系统106接收辐射治疗之前的一幅或多幅规划图像。规划图像适当地聚焦在患者的要进行处置或观察的一个或多个肿瘤或其他靶标上。此外，规划图像适当地是三维的，并且包括多个切片（或二维图像）。

在接收规划图像时，围绕肿瘤或其他靶标以及一个或多个OAR或其他区域中的每个识别轮廓（或轨线）。轮廓描画用于在肿瘤或其他靶标与OAR或其他区域之间、以及在OAR与其他区域之间进行勾勒。肿瘤医师或其他临床医师适当地执行轮廓描画。然而，也预期自动和半自动的方法。在临床医师执行或推断轮廓描画的情况下，临床医师适当地采用一个或多个用户输入装置108，在经由显示器110呈现的图形用户界面上识别轮廓。例如，图形用户界面能够显示规划图像，并且允许临床医师使用用户输入装置108在规划图像上画出或标记轮廓。通常，围绕带轮廓的区域自动地添加一个或多个处置裕量，以说明片段间和/或片段内运动。如上文所提到的，这些处置裕量常规上是基于普通群体的处置裕量。

除了识别轮廓之外，为带轮廓的区域定义辐射计划参数。适当地，临床医师或肿瘤医师经由图形用户界面定义辐射计划参数。例如，临床医师使用用户输入装置108定义辐射计划参数。然而，正如轮廓描画一样，也预期自动方式。辐射计划参数通常包括要递送至肿瘤或其他靶标的最小剂量或目标剂量、用于OAR或其他区域的最大允许剂量等。

辐射治疗计划参数，连同关于各种组织以及带轮廓的肿瘤或其他靶标以及带轮廓的OAR或其他区域的辐射衰减或吸收特征的已知信息一起，用于生成RTP。如下文中论述的，RTP定义辐射射束辐照靶标所沿的轨线、每条辐射射束轨线的辐射射束空间投影、沿每条轨线的辐射射束的强度、沿每条轨线辐照靶标的持续时间等。在某些实施例中，优化RTP用于特定类型的辐射治疗，诸如体外射束辐射治疗、质子治疗、消融治疗和高强度聚焦超声治疗。

在每个辐射治疗会话期间，确定递送至肿瘤或其他靶标以及OAR或其他区域的辐射的累计剂量。在治疗会话进行时，肿瘤或其他靶标通常会收缩，并且OAR或其他区域通常会移动，潜在地造成累计剂量计算和轮廓（或轨线）的误差。RTP和向肿瘤或其他靶标以及OAR或其他区域递送的累计辐射剂量的整合假定肿瘤或其他靶标以及OAR或其他区域的位置和尺寸依然与RTP所依据的图像中的一样。如果这些位置或尺寸发生变化，累计辐射剂量将不准确。因此，为了保持准确性，周期性地更新RTP。尽管通常在各处置片段之间更新RTP，也预期在处置片段期间更新RTP。

为了针对患者更新RTP，规划系统106通常接收一幅或多幅新的规划图像。例如，规划系统106在每个或预定数量的辐射治疗会话（或片段）之后接收规划图像。如上所述，规划图像适当地聚焦在患者的一个或多个肿瘤或其他靶标上。在接收新的规划图像时，或者在接收预定数量的新的规划图像时，通常通过将新的规划图像与用于生成RTP和/或之前片段的规划图像进行比较来更新RTP的轮廓（或轨线）和/或剂量。另外或备选地，在某些实施例中，使用规划系统106的运动补偿剂量模块112、剂量测定分析模块114和处置裕量模块116来为患者定制RTP的处置裕量。如在本文中所使用的，为患者定制剂量分布被解释成为患者定制处置裕量的形式。

运动补偿剂量模块112基于在片段期间和/或各片段之间收集的患者的运动数据来计算在RTP的一个或多个片段期间向患者实际递送的剂量（以下称为运动补偿的剂量分布）。处置裕量模块例如从规划系统106接收RTP。运动监测器118生成指示，相对于之前片段和/或RTP而言，肿瘤或其他靶标和/或OAR或其他区域的运动的运动数据。就此而言，通常在生成之前片段和/或RTP所采用的规划图像的坐标系中定义运动数据。

通常，从用于肿瘤或其他靶标的一个或多个替代物（以下称为靶标替代物）接收运动数据。例如，从设置在患者体内不同位置处的三个靶标替代物接收运动数据。在某些实施例中，靶标替代物是紧密邻近靶标而设置的RF应答器。在一个实施例中，运动监测器118包括在多个周围位置的每个位置处的无线电接收器，其监测来自应答器的针对相移或位移的其他指示的信号，并且对每个应答器的位置做三角测量。根据在最近的规划图像中指示的应答器与靶标之间的空间关系，确定靶标的位移或形状的变化。在其他实施例中，靶标替代物是植入患者的基准标记物。在一个实施例中，运动监测器118包括成像装置，诸如投影X射线成像、磁共振成像（MRI）、CT成像等，例如以荧光透视模式运行。通过分析荧光透视图像来确定基准物的位移。在某些实施例中，不采用靶标替代物。而是，采用基于图像的运动跟踪来接收运动数据。在一个实施例中，运动监测器118包括如上所述的成像装置，其便于使用例如轮廓或解剖结构来实时地对靶标进行基于图像的运动跟踪。

在诸如计时器事件等事件发生时，能够根据需求连续地接收运动数据，除此以外，通常在辐射治疗期间诸如以10Hz的频率周期性地接收运动数据。在连续地接收运动数据的情况下，基于应用于离散块的时间和趋势算法，诸如最小值、中间值、最大值、平均值等，适当地将其分为离散块。

参考图2，提供了经受利用辐射治疗系统100的辐射治疗的患者120的范例。患者120具有肿瘤或其他靶标122，接近所述肿瘤或其他靶标122植入或附着三个靶标替代物124，诸如应答器或基准标记物。靶标替代物124在患者120经受一个或多个处置片段的同时为运动补偿剂量模块112提供运动数据。

返回参考图1，在收集运动数据的同时或者之后，运动补偿剂量模块112计算运动补偿的剂量分布。在某些实施例中，这包括针对收集的运动数据的每个时间步骤（或样本），估计相对于最近的规划图像靶标替代物的刚性运动，所述最近规划图像用于生成针对与所述时间步骤相关联的片段的RTP。例如，在两个处置片段的过程中收集针对三个靶标替代物的假设运动数据。确定相对于用于第一片段的最近规划图像的针对靶标和表皮组织的运动估计。所述运动估计显示靶标移动的位置范围和靶标位于每个位置上的频率。刚性运动分量包括平移和旋转。也能够采用非刚性运动。

在确定运动估计之后，确定在片段的至少一部分期间用于肿瘤或其他靶标的累计运动模式。然而，通常针对片段确定累计运动模式。例如，基于运动估计，为肿瘤或其他靶标中的每个创建一个或多个概率密度函数（PDF）。通过应用与肿瘤或其他靶标相关联的运动估计和对肿瘤或其他靶标的处置片段中的每个来创建PDF或衰变模型，以产生运动补偿的位置，例如，靶标位于给定位置的概率。将肿瘤或其他靶标的运动累计到PDF，以确定在片段期间肿瘤或其他靶标的累计运动模式。在处置片段期间收集的运动数据样本越多，PDF越准确。运动估计在肿瘤或其他靶标上的应用显示在利用处置射束辐照期间靶标全部或者部分地位于处置射束之外的一部分时间，以及这部分时间的长度。

对于每个PDF，将对应于PDF的规划的剂量分布与PDF进行卷积，以确定对应于PDF的（一个或多个）片段的运动补偿的剂量分布。对应于PDF的规划的剂量分布是在PDF的（一个或多个）处置片段期间针对PDF的肿瘤或其他靶标想要的剂量分布。能够累计用于肿瘤或其他靶标的运动补偿的剂量，直到片段的一部分（子集）、一个片段、或片段的子集的结束。

初始计划剂量计算通常假设靶标在处置片段期间是静止的。由于运动，靶标可能并不实际接收所计算的剂量。例如，如果运动使靶标在10%的时间中完全处于处置射束之外，则计算的累计剂量将比实际接收的剂量高约10%。PDF或其他运动模型将更可能显示靶标的所述部分在百分之多少的时间中位于射束之外。通过应用PDF，在统计基础上确定实际递送的剂量。之后，能够基于之前递送的实际剂量来计划后续片段。

能够以多种方式调整后续片段。例如，能够在适当方向上增大治疗射束的横截面，使得对于至少在预选片段的时间中，靶标依然在处置中。另一方面，如果靶标不离开治疗射束，PDF或其他运动模型将显示射束的横截面是否减小以及在哪个方向上减小。在正常患者中，治疗射束的横截面比静止靶标的理论横截面大20%-30%。如果当前患者移动小于平均值，横截面会减小，例如，仅有扫描的10%-15%。如果患者移动大于平均值，横截面会相应增大。

在每个片段期间，治疗射束沿多条轨线辐照患者。针对每条轨线确定PDF，并且对于每条轨线，能够独立地对射束横截面进行调整。用于片段的另一RTP调整能够包括轨线的变化或沿每条轨线的辐照量的变化。

剂量测定分析模块114定性地或定量地比较肿瘤或其他靶标的运动补偿的剂量分布与对应的规划的剂量分布。通常，但不必然地，从运动补偿剂量模块112接收运动补偿的剂量分布。在某些实施例中，如果检测到来自规划的剂量分布的显著剂量测定偏差，使用成像设备102执行成像，作为对运动补偿的剂量分布的现实检查。

为了定性地比较肿瘤或其他靶标的运动补偿的剂量分布与规划的剂量分布，运动补偿的剂量分布和规划的剂量分布经由显示器110图形地显示在提供给肿瘤医师或其他临床医师的图形用户界面上。在某些实施例中，邻近彼此地显示剂量分布，诸如并排地显示。在其他实施例中，以不同的透明度彼此叠加地显示剂量分布。适当地，采用色彩来识别剂量强度。例如，采用梯度来识别相对强度，其中，色彩越深，强度越大。此外，能够在其上叠加轮廓（或轨线）。使用用户输入装置108，临床医师能够在任意维度（例如，横向、矢状、冠状、斜面等）上顺序地通过切片行进，并观察针对切片所得到的二维剂量分布。也预期横贯一条或多条治疗射束轨线的切片或投影。有利地，这能够帮助识别在剂量及其空间位置上明显的和/或大范围的差异。换言之，这能够帮助识别热点和/或冷点。热点是接收比预期更多辐射的区域，而冷点是接收比预期更少辐射的区域。在某些实施例中，定性比较还包括从用户输入装置108接收比较数据，所述比较数据指示剂量分布之间的剂量测定差异，诸如剂量分布的相似性的程度、热点和/或冷点的位置等。

参考图3，提供了图形用户界面126的一个实施例。其中，规划的剂量分布128与实际运动补偿的剂量分布130并排显示。使用在其上叠加的靶标的轮廓132在空间上呈现剂量分布128、130。如图所示，规划递送最高剂量134的RTP实质上超过所有靶标轮廓132。然而，实际上递送的剂量分布130显示最高剂量134仅递送到靶标轮廓132的小部分。下一较低剂量136递送到靶标区域的大部分。此外，更低剂量138递送到靠近靶轮廓132的右下沿和下沿。

为了定量地比较剂量分布，预期多种不同方法。在某些实施例中，计算规划的剂量分布与运动补偿的剂量分布之间的差异。所述差异根据幅度、位置和程度中的至少一个来提供关于冷点（或热点）的存在的信息。例如，能够向所述差异应用阈值，以识别冷点和/或热点。另外或备选地，在某些实施例中，比较两个剂量分布的剂量体积直方图（DVH）、最大剂量、平均剂量、最小剂量等中的一个或多个。另外或备选地，在某些实施例中，将运动的剂量测定影响量化为上述因素的加权组合，所述权重由肿瘤医师或其他临床医师确定。

处置裕量模块116通过对RTP的初始处置裕量的调整来生成患者特异性处置裕量。处置裕量模块116从例如规划系统106接收RTP。亦即，基于PDF或（一个或多个）靶标的运动的其他测量结果，增大或减小超出针对静止靶标的理论剂量部分的处置射束的裕量或横截面。当PDF显示大量运动或运动模式时，其中，靶标在运动的极限附近花费大部分的时间，相对于正常部分增大了裕量和横截面。相反地，如果靶标移动非常小，则能够减小裕量和横截面。此外，在某些方向上会增大裕量，而在其他方向上会减小裕量。针对在片段期间治疗射束辐照靶标所沿的每个轨线进行相似的裕量调整计算。

此外，处置裕量模块116通常从运动补偿剂量模块112接收一个或多个运动补偿的剂量。在此之后，处置裕量模块116适当地采用剂量测定分析模块114对运动补偿的剂量分布和规划的剂量分布进行比较。然而，预期在无剂量测定分析模块114的情况下，处置裕量模块116将运动补偿的剂量分布与规划的剂量分布进行比较。

基于所述比较，相应地修改RTP的处置裕量。在一个或多个冷点被认为不可接受的情况下，能够在相同切片和/或在相邻切片上增大最靠近所述冷点的裕量。在一个或多个热点被认为不可接受的情况下，在相同切片和/或在相邻切片上减小最靠近所述热点的裕量。在剂量差异能忽略的情况下，能够将裕量整体减小临床上确定的因数（factor）。在某些实施例中，临床上确定的因数是百分比。预期肿瘤医师使用输入装置108并且备选地使用显示器110定义哪些是不能接受和/或哪些是能够忽略的。在某些实施例中，使用例如规则引擎自动地执行对现有裕量的调整。然而，预期现有裕量由肿瘤医师或其他临床医师手动调整。

在手动调整裕量的情况下，处置裕量模块从用户输入装置108接收调整数据。调整数据是指示哪些处置裕量要进行调整以及如何对其进行调整的数据。例如，调整数据能够详细说明增大接近冷点的处置裕量。在某些实施例中，采用在显示器110上显示的图形用户界面，以便于对处置裕量的手动修改。例如，能够采用与剂量测定分析模块所采用的图形用户界面相似的图形用户界面。

当使用处置裕量模块116生成患者特异性处置裕量时，能够采用患者特异性处置裕量来保持RTP的处置会话。如果新的剂量分布显现肿瘤或其他靶标的覆盖范围减小或对于OAR或其他区域的剂量增大，能够重新估计裕量。就此而言，能够使用处置裕量模块116反复地生成患者特异性处置裕量，直到实现得到令人满意的剂量分布的裕量。此外，使用例如成像模态102中的一种执行剂量测定检查来验证患者特异性处置裕量。

为了执行对RTP的处置后分析，如上所述，在规划系统106接收运动数据和/或RTP已经完成之后的一幅或多幅图像。所述图像适当地聚焦在患者的一个或多个肿瘤或其他靶标上。在接收新的图像和/或运动数据时，采用运动补偿剂量模块112、剂量测定分析模块114和处置裕量模块116中的至少一个来分析RTP。确定运动校正的累计剂量值。根据新的图像、累计剂量、运动模型等来调整RTP。例如，能够采用处置裕量模块116生成患者特异性处置裕量。作为另一范例，能够使用剂量测定分析模块114来研究运动对RTP的影响。

规划系统106适当地包括一个或多个存储器140和一个或多个基于处理器的控制器142。存储器140储存用于控制基于处理器的控制器142的处理器的可执行指令，以执行规划系统106的上述功能中的一项或多项。此外，在某些实施例中，运动补偿剂量模块112、剂量测定分析模块114和处置裕量模块116中的至少一个由储存在例如存储器140中的可执行指令体现。基于处理器的控制器142执行储存在存储器140中的可执行指令，以实现与规划系统106相关联的功能。在规划系统106操作用于执行从通信网络中接收图像、通过通信网络储存RTP以及从通信网络接收运动数据中的一个或多个的情况下，规划系统106还包括便于在所述基于处理器的控制器142与通信网络之间通信的一个或多个通信单元144。

由规划系统106生成和/或更新的RTP储存在辐射治疗计划存储器146中。通常，辐射治疗计划存储器146为中央记录存储系统。然而，预期辐射治疗计划存储器146对规划系统106来说是本地的，或者是辐射治疗系统100的另一部件。在辐射治疗计划存储器146远离规划系统106的情况下，辐射治疗计划存储器146适当地经由诸如局域网（LAN）的通信网络与其连接。

在针对RTP的辐射治疗会话或片段的安排的日期和时间时，采用辐射治疗设备148向患者递送治疗辐射。所述辐射能够包括X射线、质子、声音和适用于诸如体外射束辐射治疗、质子治疗、消融治疗和高强度聚焦超声治疗的辐射治疗等。适当地，辐射治疗装置148由辐射治疗控制系统150根据储存在辐射治疗计划存储器146中的RTP来控制。例如，在图示的实施例中，辐射治疗递送装置148包括线性加速器（LINAC），并且辐射治疗控制系统150操作LINAC的其他辐射射束包络成形设备或多叶准直器（MLC），以调制射束强度并且随着线性加速器围绕患者移动或步进来形成包络，以便向受试者体内递送辐射剂量分布，其向靶特标征提供所需的集成辐射剂量，同时根据RTP适当地限制或约束敏感关键特征的辐射暴露。

尽管共同描述了运动补偿剂量模块112、剂量测定分析模块114和处置裕量模块116，应当理解，能够独立地采用模块112、114、116。此外，应当理解，模块112、114、116具有比辐射治疗系统更广泛的适用性。亦即，模块112、114、116能够用于除辐射疗法之外的目的。

参考图4，提供了由一个或多个处理器执行用于生成患者特异性处置裕量的方法400的方框图。在一个或多个处置片段的过程中生成或接收402用于辐照靶标的辐射处置计划（RTP）。RTP包括围绕靶标的一个或多个处置裕量以及用于靶标的规划的剂量分布。在处置片段的至少一个期间，诸如从一个或多个靶标替代物接收404运动数据。所述运动数据包括至少在三个维度上靶向的运动包络或分布。

使用运动数据和规划的剂量分布来计算406针对靶标的运动补偿的剂量分布。在某些实施例中，计算406包括估计408与用于生成样本的处置片段的规划图像有关的靶标替代物的运动。此后，针对至少一个处置片段中的每个，使用处置片段的运动估计来生成410针对靶标的概率密度函数（PDF）。每个PDF表示在对应的处置片段期间靶标的累计运动模式。最终，从PDF生成412运动补偿的剂量分布。适当地，针对每个PDF，这包括将对应于使用辐射治疗射束辐照的具有RTP中列举的裕量的静止靶标的规划的剂量分布与PDF进行卷积，以确定针对处置片段的运动补偿剂量，即，由于运动实际递送的剂量。例如，在与每条治疗射束轨线正交的平面内的运动的组分能够用于生成2D PDF，其用于确定运动如何影响沿射束轨线递送的剂量。认识到运动不会影响所有的射束轨线，同样使得在片段的所有轨线或线性位置上的累计剂量的计算更加准确。

一旦计算了运动补偿的剂量分布，将其与规划的剂量分布进行比较414。在某些实施例中，所述比较是定性的，并且通过并排显示运动补偿的剂量分布和规划的剂量分布来完成。在这样的实施例中，适当地接收来自用户输入装置108的比较数据，指示剂量分布之间的剂量测定差异。在其他实施例中，所述比较是定量的。在这样的实施例中，预期计算运动补偿的剂量分布与规划的剂量分布之间的差异。另外或备选地，预期计算针对运动补偿的剂量分布和规划的剂量分布中的每个的剂量体积直方图（DVH）、最大剂量、平均剂量和最小剂量中的至少一个。另外或备选地，预期通过针对运动补偿的剂量分布和/或规划的剂量分布的最大剂量、平均剂量和最小剂量中的至少一个的加权组合，来计算运动对RTP的剂量测定影响。考虑到实际上向RTP中的这一点递送的累计剂量，对于剩余的片段重新计算RTP，以便在处置的结束前递送全部规划的剂量。

为了重新计算RTP，基于运动补偿的剂量分布与规划的剂量分布之间的剂量测定差异来调整416处置裕量。适当地，这包括识别418运动补偿的剂量分布与规划的剂量分布之间的冷点和/或热点。在此之后，例如通过沿一条或多条治疗射束轨线调整准直器设置，来增大420处置裕量中的最靠近冷点的至少一个，并减小422处置裕量中的最靠近热点的至少一个。此外，如果剂量分布之间的差异能忽略，减小424至少一个处置裕量。

如在本文中所使用的，存储器包括一个或多个非暂态计算机可读介质；磁盘或其他磁存储介质；光盘或其他光存储介质；随机存取存储器（RAM），只读存储器（ROM），或其他电子存储装置或芯片或有效地彼此连接的芯片的集合；因特网/内联网服务器，经由因特网/内联网或局域网可以从所述因特网/内联网服务器检索存储的指令；等等。此外，如在本文中所使用的，基于处理器的控制器包括微处理器、微控制器、图形处理单元（GPU）、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）等中的一个或多个；用户输入装置包括鼠标、键盘、触屏显示器、一个或多个按钮、一个或多个开关、一个或多个触发器等的一个或多个；并且显示器包括LCD显示器、LED显示器、等离子体显示器、投影显示器、触屏显示器等中的一个或多个。

已经参考优选实施例描述了本发明。在阅读和理解以上具体实施方式的情况下对于其他人可能想到修改或变型。本文意图将本发明解释为包括所有这种修改和变型，只要它们落入权利要求及其等效物的范围之内。

Claims (20)

1.一种用于生成患者特异性处置裕量的处置规划系统（106），所述系统（106）包括：

一个或多个处理器（142），其被编程为：

在一个或多个处置片段的过程中接收用于辐照靶标（122）的辐射处置计划（RTP），所述RTP包括围绕所述靶标（122）的一个或多个处置裕量和要递送至所述靶标（122）的规划的剂量分布；

接收针对所述RTP的所述治疗片段中的至少之一的运动数据；

使用所述运动数据来计算针对所述靶标（122）的运动补偿的剂量分布，以基于所接收的运动数据来调整所述规划的剂量分布；

将所述运动补偿的剂量分布与所述规划的剂量分布进行比较。

2.根据权利要求1所述的系统（106），其中，所述处理器（142）还用于基于所述运动补偿的剂量分布与所述规划的剂量分布之间的剂量测定差异来调整所述处置裕量，所述调整包括：

识别所述运动补偿的剂量分布与所述规划的剂量分布之间的冷点和/或热点；

响应于识别冷点，增大所述处置裕量中的最靠近所述冷点的至少之一；

响应于识别热点，减小所述处置裕量中的最靠近所述热点的至少之一；以及

响应于所述运动补偿的剂量分布与所述规划的剂量分布之间的能忽略的剂量差异，减小所述处置裕量中的至少之一。

3.根据权利要求2所述的系统（106），其中，在一个或多个处置片段之后执行所述调整。

4.根据权利要求2和3中的任一项所述的系统（106），其中，在片段期间执行所述调整。

5.根据权利要求1-4中的任一项所述的系统（106），其中，所述计算包括：

从所述运动数据创建一个或多个概率密度函数（PDF），所述PDF中的每者表示在处置片段期间所述靶标（122）的累计运动模式。

6.根据权利要求1-5中的任一项所述的系统（106），其中，所述计算还包括：

将规划的剂量分布与所述PDF进行卷积，以确定指示向所述靶标实际递送的剂量的一个或多个运动补偿的剂量。

7.根据权利要求1-6中的任一项所述的系统（106），还包括：

显示器（110）；

其中，所述比较包括如下中的至少一项：

在所述显示器（110）上显示接近所述规划的剂量分布的所述运动补偿的剂量分布；以及

显示在所述规划的剂量分布上叠加的所述运动补偿的剂量分布。

8.根据权利要求1-7中的任一项所述的系统（106），其中，所述比较包括：

计算所述运动补偿的剂量分布与所述规划的剂量分布之间的差异；和/或

计算针对所述运动补偿的剂量分布和所述规划的剂量分布中的每者的剂量体积直方图（DVH）、最大剂量、平均剂量和最小剂量中的至少之一。

9.根据权利要求1-8中的任一项所述的系统（106），其中，针对体外射束辐射治疗、质子治疗、消融治疗和高强度聚焦超声治疗中之一来优化所述RTP。

10.一种辐射治疗系统（100），所述系统包括：

一种或多种成像模态（102），其获得一幅或多幅规划图像；

根据权利要求1-9中的任一项所述的规划系统（106），所述规划系统从所述规划图像生成辐射处置计划（RTP），用于在一个或多个处置片段的过程中辐照靶标（122），所述RTP包括围绕所述靶标（122）的一个或多个处置裕量和针对所述靶标（122）的规划的剂量分布，并且所述规划系统从所述RTP生成患者特异性处置裕量；

辐射治疗设备（148），其用于根据所述RTP递送辐射治疗；以及

运动监测器（118），其从所述靶标（122）的靶标替代物（124）生成运动数据。

11.一种用于生成患者特异性处置裕量的方法（400），所述方法（400）包括：

接收（402）用于在一个或多个处置片段的过程中辐照靶标（122）的辐射处置计划（RTP），所述RTP包括围绕所述靶标（122）的一个或多个处置裕量以及针对所述靶标（122）的规划的剂量分布；

接收（404）针对所述RTP的所述治疗片段中的至少之一的运动数据；

使用所述运动数据来计算（406）针对所述靶标（122）的运动补偿的剂量分布，以基于所接收的运动数据来调整所述规划的剂量分布；以及，

比较（414）所述运动补偿的剂量分布与所述规划的剂量分布。

12.根据权利要求11所述的方法（400），还包括：

基于所述运动补偿的剂量分布与所述规划的剂量分布之间的剂量测定差异来调整（416）所述处置裕量。

13.根据权利要求12所述的方法（400），其中，所述调整（416）包括：

识别（418）所述运动补偿的剂量分布与所述规划的剂量分布之间的冷点和/或热点；

响应于识别冷点，增大（420）所述处置裕量中的最靠近所述冷点的至少之一；

响应于识别热点，减小（422）所述处置裕量中的最靠近所述热点的至少之一；

响应于所述运动补偿的剂量分布与所述规划的剂量分布之间的能忽略的剂量差异，减小（424）所述处置裕量中的至少之一。

14.根据权利要求11-13中的任一项所述的方法（400），其中，所述计算（406）包括：

从所述运动数据创建（410）一个或多个概率密度函数（PDF），所述PDF中的每者表示在处置片段期间所述靶标（122）的累计运动模式；以及

将规划的剂量分布与所述PDF进行卷积，以确定指示向所述靶标实际递送的剂量的一个或多个运动补偿的剂量。

15.根据权利要求14所述的方法（400），其中，所述计算（406）还包括：

累计所述处置片段中的至少之一的所述运动补偿的剂量。

16.根据权利要求11-15中的任一项所述的方法（400），其中，所述比较（408）包括如下中的至少之一：

显示接近所述规划的剂量分布的所述运动补偿的剂量分布；

显示叠加在所述规划的剂量分布上的所述运动补偿的剂量分布；以及

计算所述运动补偿的剂量分布与所述规划的剂量分布之间的差异。

17.根据权利要求11-16中的任一项所述的方法（400），其中，所述比较（414）包括如下中的至少一项：

计算针对所述运动补偿的剂量分布和所述规划的剂量分布中的每者的剂量体积直方图（DVH）、最大剂量、平均剂量和最小剂量中的至少之一；以及

通过针对所述运动补偿的剂量分布和/或所述规划的剂量分布的最大剂量、平均剂量和最小剂量中的至少之一的加权组合来计算运动对所述RTP的剂量测定影响。

18.一种辐射治疗系统（100），包括：

辐射治疗设备（148），其用于根据RTP递送辐射治疗；

运动监测器（118），其从靶标（122）的靶标替代物（124）生成运动数据；以及

一个或多个处理器（142），其被编程为执行根据权利要求11-16中的任一项所述的方法（400）。

19.一种计算机介质（140），其承载控制一个或多个处理器（142）以执行根据权利要求11-16中的任一项所述的方法（400）的软件。

20.一种用于辐照患者的辐射治疗系统（100），所述系统（106）包括：

一个或多个处理器（142），其被编程为：

在一个或多个处置片段的过程中生成用于辐照靶标（122）的辐射处置计划（RTP），所述RTP包括要递送至所述靶标（122）的规划的剂量分布；

接收所述RTP的所述处置片段中的至少之一的运动数据；

使用所述运动数据计算所述靶标（122）的运动补偿的剂量分布；

基于所述运动补偿的剂量分布与所述规划的剂量分布之间的剂量测定差异来调整所述规划的剂量分布；以及

使用经调整的规划的剂量分布来辐照所述患者。

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