CN109496160A - 一种用于多平面放疗的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种向目标物实施放疗的系统可以包括定义初始轨迹，初始轨迹包括多个控制点，多个控制点中的每个控制点与机架的位置参数和病床的位置参数相关。该方法还可以包括基于初始轨迹，通过优化每个控制点的强度参数、准直器的位置参数和多叶准直器叶片的位置参数，生成治疗计划。该方法还可以包括将治疗计划分解为实施轨迹，实施轨迹包含多个控制点，多个控制点中的每个控制点还与经优化的强度参数、准直器经优化的位置参数、多叶准直器叶片经优化的位置参数、输出速率、以及机架、病床、准直器和多叶准直器叶片中每一个的运动参数相关。该方法还可以包括基于实施轨迹，指示放疗设备向目标物实施治疗计划。

Description

一种用于多平面放疗的系统和方法
技术领域
本申请涉及放疗(RT)领域，具体地涉及用于多平面放疗的系统和方法。
背景技术
放疗被广泛用于癌症和其他疾病的临床治疗。放疗的基本目标是通过使用高能放射光束(如X射线，伽马射线，α射线，β射线)来杀死细胞(通常是肿瘤细胞)、抑制炎症、抑制免疫系统或预防肿瘤复发等。放疗中最具挑战性的问题之一是精确定位感兴趣区域(ROI)来实施放疗，以减少对感兴趣区域周围的正常器官或组织的不必要的辐射。如果机架和病床在放疗实施期间可以同步移动，则可以更灵活的控制放射光束以避开关键器官，因为放射源可以横穿多个平面。因此，期望开发一种用于多平面RT的系统和方法。
发明内容
根据本申请的一个方面，提供了一种向目标物实施放疗的系统。该系统可以包括至少一个存储设备，包括一组指令集；以及与所述至少一个存储设置通信的至少一个处理器，其中，当执行所述指令集时，所述至少一个处理器指示所述系统定义初始轨迹，所述初始轨迹包括多个控制点，所述多个控制点中的每个控制点与机架的位置参数和病床的位置参数相关。所述至少一个处理器还指示所述系统基于所述初始轨迹，通过优化所述每个控制点的强度参数、准直器的位置参数和多叶准直器(MLC)叶片的位置参数，生成治疗计划。所述至少一个处理器还指示所述系统将所述治疗计划分解为实施轨迹，所述实施轨迹包含所述多个控制点，所述多个控制点中的每个控制点还与所述经优化的强度参数、所述准直器经优化的位置参数、所述多叶准直器叶片经优化的位置参数、输出速率、以及所述机架、所述病床、所述准直器和所述多叶准直器叶片中每一个的运动参数相关。所述至少一个处理器还指示所述系统基于所述实施轨迹，指示放疗设备向所述目标物实施所述治疗计划。
在一些实施例中，优化所述强度参数、所述准直器的位置参数和所述多叶准直器叶片的位置参数，可以使用以下技术中的至少一种实施：直接子野优化(DAO)技术、通量图最优化(FMO)技术。
在一些实施例中，所述至少一个处理器还用于对初始轨迹或实施轨迹中至少其中之一执行碰撞检查，以避免在向目标物实施所述治疗计划期间，所述机架与所述目标物之间或所述机架与所述病床之间发生碰撞。
在一些实施例中，为了定义所述初始轨迹，所述至少一个处理器可以用于获得有关待治疗的器官的多个预设轨迹。至少一个处理器也可以用于从多个预设轨迹中选择初始轨迹。
在一些实施例中，被选择的初始轨迹可以使得对目标物的心脏、胸腔、海马体、大脑颞叶或对侧乳腺中的至少一个器官的辐射最小。
在一些实施例中，所述多个预设轨迹可以基于历史患者的治疗数据、使用机器学习技术生成。
在一些实施例中，所述待治疗的器官可以是胸部或大脑的至少一种。
在一些实施例中，所述待治疗的器官可以是胸部，并且所述目标物可以以卧姿治疗。
在一些实施例中，所述病床的运动参数与平移运动、倾斜运动或滚动运动中的至少一个运动相关，并且所述病床的运动与基于实施轨迹实施的治疗计划同步。
在一些实施例中，所述准直器的位置参数可以包括准直器角度。所述准直器角度的优化是基于一个范围进行，所述范围基于临床应用或待治疗器官中的至少一个确定。
根据本申请的另一方面，提供了一种用于将放疗实施给目标物的方法。该方法可以在至少一个处理器和至少一个存储器上实现。该方法可以包括定义初始轨迹，所述初始轨迹包括多个控制点。所述多个控制点中的每个控制点与机架的位置参数和病床的位置参数相关。所述方法还包括基于所述初始轨迹，通过优化所述每个控制点的强度参数、准直器的位置参数和多叶准直器叶片的位置参数，生成治疗计划。所述方法还包括将所述治疗计划分解为实施轨迹，所述实施轨迹包含所述多个控制点，所述多个控制点中的每个控制点还与所述经优化的强度参数、所述准直器经优化的位置参数、所述多叶准直器叶片经优化的位置参数、输出速率，以及所述机架、所述病床、所述准直器和所述多叶准直器叶片中每一个的运动参数相关。所述方法进一步包括以及基于所述实施轨迹，指示放疗设备向所述目标物实施所述治疗计划。
根据本申请的又一方面，提供了一种存储一组指令的非暂时性计算机可读介质。当由至少一个处理器执行时，使得至少一个处理器执行用于将放疗实施给目标物的方法，该方法可以包括定义初始轨迹，所述初始轨迹包括多个控制点。所述多个控制点中的每个控制点与机架的位置参数和病床的位置参数相关。所述方法还包括基于所述初始轨迹，通过优化所述每个控制点的强度参数、准直器的位置参数和多叶准直器叶片的位置参数，生成治疗计划。所述方法还包括将所述治疗计划分解为实施轨迹，所述实施轨迹包含所述多个控制点，所述多个控制点中的每个控制点还与所述经优化的强度参数、所述准直器经优化的位置参数、所述多叶准直器叶片经优化的位置参数、输出速率，以及所述机架、所述病床、所述准直器和所述多叶准直器叶片中每一个的运动参数相关。所述方法进一步包括以及基于所述实施轨迹，指示放疗设备向所述目标物实施所述治疗计划。
本申请的一部分附加特性可以在下面的描述中进行说明。通过对以下描述和相应附图的检查或者对实施例的生产或步骤的了解，本申请的一部分附加特性对于本领域技术人员是明显的。本申请的特性可以通过对以下描述的具体实施例的各种方面的方法、手段和组合的实践或使用得以实现和达到。
附图说明
本申请将结合示例性实施例进一步进行描述。这些示例性的实施例将结合附图进行详细描述。附图未按比例绘制。这些实施例是非限制性的示例性实施例，在附图多种视图下的实施例中，相同的编号代表相同的结构，其中：
图1是根据本申请的一些实施例所示的示例性RT系统的示意图；
图2是根据本申请的一些实施例所示的示例性RT设备的示意图；
图3是根据本申请的一些实施例所示的计算设备的示例性硬件和/或软件组件的示意图；
图4是根据本申请的一些实施例所示的用户终端的示例性硬件和/或软件组件的示意图；
图5是根据本申请的一些实施例所示的示例性处理设备的框图；
图6是说明根据本申请的一些实施例所示的实施治疗计划的示例性过程的流程图；
图7A-7C是根据本申请的一些实施例所示的示例性RT设备的运动参数的时间函数的示意图；以及
图8A-8B是根据本申请的一些实施例所示的示例性目标的放射光束视图的示意图。
具体实施方式
下述描述是为了使本领域的普通技术人员能够制造和使用本申请，并且该描述是在特定的应用场景及其要求的环境下提供的。本领域技术人员应该理解，可以在没有这些更多细节的情况下实施本申请。在其他情况下，为了避免不必要地模糊本申请的一些方面，本申请已经以相对高级别概略地描述了公知的方法、程序、系统、组件和/或电路。对于本领域的普通技术人员来讲，显然可以对所申请的实施例作出各种改变，并且在不偏离本申请的原则和范围的情况下，本申请中所定义的普遍原则可以适用于其他实施例和应用场景。因此，本申请不限于所示的实施例，而是符合与申请专利范围一致的最广泛范围。
此处使用的术语仅仅用来描述特定的示例性实施例，并不旨在对其进行。如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可以包括复数。可以进一步理解的是，术语“包括”与“包含”是指存在多个明确标识的特征、整数、步骤、步骤、元件和/或组件，但并不排除呈现或添加至少一个其他特征、整数、步骤、步骤、元件和/或组件，和/或它们的组合。
应当理解，本申请使用的术语“系统”、“引擎”、“单元”、“模块”和/或“部件”是区分不同结构如，不同组件、元件、部件、部分或组件之间的层级关系的一种方法。可以理解的是，这些词汇可以根据需要进行彼此替换，或者被其他词汇代替。
通常，本申请中的“模块”，“单元”或“块”是指在硬件或固件中的逻辑，或者是软件指令的集合。本申请中的模块，单元或块可以实现为软件和/或硬件，并且可以存储在任何类型的非暂时性计算机可读介质或其他存储设备中。在一些实施例中，可以编译软件模块/单元/块并将其链接到可执行程序中。应当理解，软件模块可以从其他模块/单元/块或从它们自身调用，和/或可以响应检测到的事件或中断来调用。被配置用于在计算设备(例如，图3中所示的处理器310)上执行的软件模块/单元/块可以被提供在计算机可读介质上，诸如光盘、数字视频盘、闪存驱动器、磁性光盘，或任何其他有形介质，或作为数字下载(最初可以以压缩或可安装的格式存储，在执行之前需要安装、解压缩或解密)。本申请中的软件代码可以被部分的或全部的储存在执行操作的计算设备的存储设备中，并应用在计算设备的操作之中。软件指令可以被植入在固件中，例如可擦可编程只读存储器。还应当理解，硬件模块/单元/块可以包括在连接的逻辑组件中，例如门和触发器，和/或可以包括可编程单元，例如可编程门阵列或处理器。本申请中的模块/单元/块或计算设备功能可以实现为软件模块/单元/块，但是可以用硬件或固件表示。通常，本申请中的模块/单元/块指的是逻辑模块/单元/块，其可以与其他模块/单元/块组合或者分成子模块/子单元/子块，尽管它们的物理组织或存储。该描述可适用于系统、引擎或其一部分。
应当理解，当单元、引擎、模块或块被称为“上”，“连接到”或“耦合到”另一个单元、引擎、模块或块时，可以直接连接，除非上下文另有明确说明，否则可以直接在其他单元、引擎、模块或块上，或与其他单元、引擎、模块或块连接、耦合、通信。在本申请中，术语“和/或”可以包括任何至少一个相关所列条目或其任意组合。
通过对以下附图的描述，本申请的特征以及相关结构元件的步骤方法和功能，以及部件的组合和制造的经济性，可以变得更加显而易见，这些附图都构成本申请说明书的一部分。应当理解的是，附图仅仅是为了说明和描述的目的，并不旨在限制本申请的范围。应当理解的是，附图并不是按比例绘制的。
本申请涉及放疗技术。用于放疗的放射光束可以包括粒子束(例如，中子束、质子束、电子束等)、光子束(例如，X射线、γ射线)等，或其的组合。本申请提供了用于多平面放疗的机制，可以包括方法、系统、计算机可读介质等。例如，本申请中提供的系统和/或方法可以定义初始轨迹，初始轨迹包括多个控制点，多个控制点中的每个控制点与机架的位置参数和病床的位置参数相关。可以基于初始轨迹，通过优化每个控制点的强度参数、准直器的位置参数和多叶准直器叶片的位置参数，生成治疗计划。然后可以将治疗计划分解为实施轨迹，实施轨迹包含多个控制点。多个控制点中的每个控制点还与经优化的强度参数、准直器经优化的位置参数、多叶准直器叶片经优化的位置参数、以及放疗设备的多个原件的运动参数。每个控制点可以进一步与输出速率有关，所述输出速率可以是预设的或是在优化中作为约束。可以基于实施轨迹，指示放疗设备向目标物实施治疗计划。在治疗实施期间，基于实施轨迹，放疗设备的多个组件可以以独立控制的运动参数同时运动，使得放射源可以在多个平面运动以避开健康的器官。
图1是示出根据本申请的一些实施例所示的示例性RT系统100的示意图。如图所示，RT系统100可以包括放疗设备110、网络120、至少一个用户终端130，处理设备140和存储设备150。在一些实施例中，放疗设备110、至少一个用户终端130、处理设备140和/或存储设备150可以通过有线连接、无线连接(例如，网络120)、或其任意组合的方式彼此连接或通信。RT系统100的组件之间的连接方式可以是可变的。仅作为示例，如图1所示，放疗设备110可以通过网络120连接到处理设备140。又例如，放疗设备110可以直接连接到处理设备140。又例如，如图1所示，存储设备150可以通过网络120连接到处理设备140或者存储设备150可以直接连接到处理设备140。作为又一示例，如图1所示，用户终端130可以通过网络120连接到处理设备140或者用户终端130可以直接连接到处理设备140。
放疗设备110可将治疗计划实施到放疗设备110病床上的目标物(例如，患者)。在一些实施例中，放疗设备110可以是多模式(例如，双模式)装置，以获取医学图像并执行放射治疗。所述医学图像可以是计算机断层扫描(CT)图像、磁共振(MR)图像、超声图像、四维(4D)图像、三维(3D)图像、二维(2D)图像、诊断图像和非诊断图像等，或其任意组合。放疗设备110可以包括至少一个成像装置和/或治疗装置。例如，CT装置、锥束CT、正电子发射断层扫描(PET)、容积CT、MRI装置、RT装置等，或其任意组合。在一些实施例中，成像装置可在RT治疗之前、RT治疗期间和/或RT治疗之后获取目标物的医学图像。在一些实施例中，目标物可以是包括身体、组织、器官等，或其任意组合。在一些实施例中，目标物可以是包括身体的特定部分，例如头部、胸部、腹部等，或其任意组合。在一些实施例中，目标物可以是包括特定器官或感兴趣区域，例如食道、气管、支气管、胃、胆囊、小肠、结肠、膀胱、输尿管、子宫、输卵管等。
网络120可以包括可以促进RT系统100的信息和/或数据交换的任何合适的网络。在一些实施例中，RT系统100的至少一个组件(例如，放疗设备110、处理设备140、存储设备150、用户终端130)可以通过网络120与RT系统100中至少一个其他组件交换信息和/或数据。例如，处理设备140可以经由网络120从放疗设备110获得图像数据。又例如，处理设备140可以通过网络120从用户终端130获得用户指令。网络120可以或包括公共网络(例如，因特网)、专用网络(例如，局部区域网络(LAN))、有线网络、无线网络(例如，802.11网络、Wi-Fi网络)、帧中继网络、虚拟专用网络(VPN)、卫星网络、电话网络、路由器、集线器、交换机、服务器计算机和/或其任何组合。例如，网络120可以包括有线网络、有线网络、光纤网络、电信网络、内联网、无线局部区域网络(WLAN)、城域网(MAN)、公共电话交换网络(PSTN)、蓝牙TM网络、ZigBeeTM网络、近场通信(NFC)网络等，或其任何组合。在一些实施例中，网络120可以包括至少一个网络接入点。例如，网络120可以包括有线和/或无线网络接入点，例如基站和/或互联网交换点，RT系统100的至少一个组件可以通过接入点连接到网络120以交换数据和/或信息。
用户终端130可以与放疗设备110、处理设备140和/或存储设备150通信和/或连接。例如，用户终端130可以从处理设备140获得处理后的图像。又例如，用户终端130可以获得经由放疗设备110获取的图像数据，并将图像数据发送到处理设备140以进行处理。在一些实施例中，用户终端130可以包括移动设备131、平板计算机132、膝上型计算机133等，或其任何组合。例如，移动设备131可以包括移动电话、个人数字助理(PDA)、游戏设备、导航设备、销售点(POS)设备等，或其任何组合。在一些实施例中，用户终端130可以包括输入设备、输出设备等。输入设备可以包括字母数字和其他键，输入设备可以选用键盘、触摸屏(例如，具有触觉或触觉反馈)输入、语音输入、眼睛跟踪输入、大脑监测系统或任何其他类似的输入机制。通过输入设备接收的输入信息可以经由如总线传输到处理设备140，以进行进一步处理。其他类型的输入设备可以包括光标控制装置，例如鼠标、轨迹球或光标方向键等。输出设备可以包括显示器、扬声器、打印机等，或其任意组合。在一些实施例中，用户终端130可以是处理设备140的一部分。
处理设备140可以处理从放疗设备110、存储设备150、用户终端130或RT系统100的其他组件获得的数据和/或信息。例如，处理设备140可以基于由放疗设备110生成的投影数据来重建图像。又例如，处理设备140可以通过优化相关参数来产生RT治疗计划。在一些实施例中，处理设备140可以是单一服务器或服务器组。服务器组可以是集中式的或分布式的。在一些实施例中，处理设备140可以是RT系统100的本地或远程的。例如，处理设备140可以经由网络120从放疗设备110、存储设备150和/或用户终端130访问信息和/或数据。又例如，处理设备140可以直接连接到放疗设备110、用户终端130和/或存储设备150以访问信息和/或数据。在一些实施例中，处理设备140可以在云平台上实现。例如，云平台可以包括私有云、公共云、混合云、社区云、分布式云、云间云、多云等，或其任意组合。在一些实施例中，处理设备140可以由计算设备300实现，如本申请图3所示，该计算设备300包括至少一个组件。
存储设备150可以存储数据、指令和/或任何其他信息。在一些实施例中，存储设备150可以存储从放疗实施设备110、用户终端130和/或处理设备140获得的数据。在一些实施例中，存储设备150可以存储处理设备140用来执行或使用来完成本申请中描述的示例性方法的数据和/或指令。在一些实施例中，存储设备150可以包括大容量存储器、可移动存储器、易失性读写存储器、只读存储器(ROM)等或其任意组合。示例性的大容量存储器可以包括磁盘、光盘、固态磁盘等。示例性可移动存储器可以包括闪存驱动器、软盘、光盘、存储卡、压缩盘、磁带等。示例性易失性读写存储器可以包括随机存取内存(RAM)。示例性RAM可以包括动态随机存取存储器(DRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(DDRSDRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、晶闸管随机存取存储器(T-RAM)和零电容随机存取存储器(Z-RAM)等。示例性只读存储器可以包括掩模型只读存储器(MROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(PEROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、光盘只读存储器(CD-ROM)和数字多功能磁盘只读存储器等。在一些实施例中，存储设备150可以在云平台上实现，如本申请中其他地方所描述的。
在一些实施例中，存储设备150可以连接到网络120以与RT系统100中的至少一个其他组件(例如，处理设备140、用户终端130)通信。RT系统100中的至少一个组件可以经由网络120访问存储设备150中存储的数据或指令。在一些实施例中，存储设备150可以是处理设备140的一部分。
应该注意的是，上述仅出于说明性目的而提供，并不旨在限制本申请的范围。对于本领域普通技术人员而言，在本申请内容的指导下，可作出多种变化和修改。可以以各种方式组合本申请描述的示例性实施例的特征、结构、方法和其他特征，以获得另外的和/或替代的示例性实施例。例如，存储设备150可以是包括云计算平台的数据存储，例如公共云、私有云、社区和混合云等。然而，变化与修改不会背离本申请的范围。
图2是根据本申请的一些实施例所示的示例性放疗设备110的示意图。放疗设备110可以被配置用于向目标物250实施治疗计划。
放疗设备110可以包括治疗头210、机架220、病床230和准直器240。目标物250可以在病床230上的卧姿接收扫描和/或放疗。治疗头210可以包括放射源215，所述放射源215可向目标物250发射放射光束。放射光束可以包括粒子束(例如，中子束、质子束、电子束等)、光子束(例如，X射线、γ射线等)等，或者其组合。
放疗设备110的至少一个组件可以在放疗实施期间以协调的方式移动，以将放射光束精确地对准到目标物250的感兴趣区域。感兴趣区域可以指目标物250需要被放疗的区域。例如，感兴趣区域可以包括恶性组织(例如，肿瘤或受癌症缠身的器官)和/或其他组织(例如，恶性组织周围的组织)。又例如，感兴趣区域可以包括不受癌症影响的器官。目标物250的身体运动可造成感兴趣区域的定位偏差，使得放射光束伤害正常器官或组织。在一些实施例中，可以使用额外的组件来防止目标物250在治疗实施期间的物理移动。例如，当治疗计划被实施到胸部时，可通过使用吸盘和/或压迫装置使目标物250的胸部部分保持静止。
治疗头210可以结合在机架220中并与机架220一起移动。机架220可以沿顺时针方向或逆时针方向围绕目标物250旋转，如图2中的箭头225所示。
病床230可以支撑目标物250并且在辐射实施期间通过平移运动、旋转运动、滚动运动和/或俯仰运动的方式动态移动，以与其他组件(例如，机架220和准直器240)的运动相协调。出于说明目的，引入了如图2中所示的参考坐标系。参考坐标系可以包括X轴、Y轴和Z轴。X轴、Y轴和Z轴可以分别平行于病床230的横向、纵向和垂直方向。病床230可沿X、Y和/或Z方向平移、绕Y方向滚动、和/或绕X方向俯仰。本申请使用的“方向”代表与轴平行但不一定与轴重合。此外或可选地，病床230可以围绕空间中的任何给定点旋转，如箭头235所示。
准直器240可以被配置用于使放射光束成形以符合感兴趣区域。如本申请中“符合感兴趣区域”可以指适应待处理的感兴趣区域的轮廓，使得放射光束可以靶向感兴趣区域，同时使对周围正常器官或组织的辐射最小化。如箭头245所示，准直器240可以旋转，使其以更灵活的方式调制放射光束以符合感兴趣区域。在一些实施例中，准直器240可以包括多叶准直器。多叶准直器可以包括多个叶片，每个叶片可以在放射光束的轨迹中移动以阻挡放射光束。
放疗设备110的多个组件的同时调整可以使放射源215能够相对于感兴趣区域穿过多个平面。因此，放射光束对感兴趣区域可以具有更好的剂量适形性，而不会影响感兴趣区域周围的健康器官或组织。
应该注意的是，上述图2中所示的示例性放疗设备110及其描述仅出于说明性目的，并不旨在限制本申请的范围。对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本申请的描述，做出各种的修正和改变。例如，病床230可根据临床要求在各个方向上移动。又如，放疗设备110可以包括控制系统，以同时调制各种组件。仅作为示例，控制系统可以同时移动机架220、病床230、准直器240和多叶准直器叶片，还可以调节在治疗期间实施到目标物250的辐射剂量。然而，变化和修改不会背离本申请的范围。
图3是根据本申请的一些实施例所示的计算设备300的示例性硬件和/或软件组件的示意图，其中计算设备300可以在处理设备140上实现。如图3所示，计算设备300可以包括处理器310、存储器320、输入/输出(I/O)330和通信端口340。
处理器310可以执行计算机指令(例如，程序代码)，并根据本申请描述的方法执行处理设备140的功能。计算机指令可以包括例如执行本申请描述的特定功能的常规方法、程序、对象、组件、数据结构、过程、模块和功能。例如，处理器310可以处理放疗设备110、用户终端130、存储设备150和/或RT系统100中的任何其他组件的数据。在一些实施例中，处理器310可以包括至少一个硬件处理器，诸如微控制器、微处理器、精简一组指令计算机(RISC)、特定应用集成电路(ASIC)、特定应用一组指令处理器(ASIP)、中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、物理处理单元(PPU)、微控制器单元、数字信号处理器(DSP)、现场可程序门阵列(FPGA)、高阶RISC机器(ARM)、可程序逻辑装置(PLD)、能够执行至少一个功能的任何电路或处理器或类似物，或其任何组合。
仅仅为了说明，在计算设备300中仅描述了一个处理器。然而，应该注意的是，本申请中的计算设备300还可以包括多个处理器，由此本申请中描述的由一个处理器执行的操作和/或方法步骤也可以由多个处理器联合地或单独地执行。例如，如果在本申请中，计算设备200的处理器执行操作A和操作B，则应该理解，操作A和操作B也可以由计算设备200中的多个不同的处理器共同地或单独地执行(例如，第一处理器执行操作A并且第二处理器执行操作B，或者第一处理器和第二处理器共同执行操作A和B)。
存储器320可以存储从放疗设备110、用户终端130、存储设备150和/或RT系统100中的任何其他组件获得的数据/信息。在一些实施例中，存储器320可以包括大容量储存器、可移动储存器、易失性读写内存、只读存储器(ROM)等或其任意组合。例如，大容量存储器可以包括磁盘、光盘、固态硬盘等。可移动存储器可以包括闪存驱动器、软盘、光盘、存储卡、压缩盘和磁带等。易失性读取和写入存储器可以包括随机存取存储器(RAM)。RAM可以包括动态RAM(DRAM)、双倍速率同步动态RAM(DDRSDRAM)、静态RAM(SRAM)、晶闸管RAM(T-RAM)和零电容(Z-RAM)等。示例性只读存储器可以包括掩模型只读存储器(MROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(PEROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、光盘只读存储器(CD-ROM)和数字多功能磁盘只读存储器等。在一些实施例中，存储器320可以存储至少一个程序和/或指令用来执行在本申请中描述的示例性方法。例如，存储器320可以存储用于处理设备140的程序、用于为目标物(例如，患者的感兴趣区域)生成治疗计划。
I/O330可以输入和/或输出信号、数据、信息等。在一些实施例中，I/O 330可以使用户与处理设备140交互。在一些实施例中，I/O 330可以包括输入设备和输出设备。示例性的输入设备的可以包括键盘、鼠标、触摸屏、麦克风等，或其任何组合。示例性的输出设备可以包括显示设备、扬声器、打印机、投影仪等，或其任何组合。示例性显示设备可以包括液晶显示器(LCD)、基于发光二极管(LED)的显示器、平板显示器、曲面显示器、电视设备、阴极射线管(CRT)等或其任意组合。
通信端口340可以连接到网络(例如，网络120)以促进数据通信。通信端口340可以在处理设备140和放疗设备110、用户终端130和/或存储设备150之间建立连接。连接可以包括有线连接、无线连接、可以启用数据传输和/或接收的任何其他通信连接，和/或这些连接的任何组合。有线连接可以包括例如电缆、光缆、电话线等或其任意组合。无线连接可以包括例如BluetoothTM链路、Wi-FiTM链路、WiMaxTM链路、WLAN链路、ZigBee链路、行动网络链路(例如，3G、4G、5G等)等，或其任何组合。在一些实施例中，通信端口340可以是和/或包括标准化的通信端口，诸如RS232，RS485等。在一些实施例中，通信端口340可以是专门设计的通信端口。例如，通信端口340可以根据数字成像和医学通信(DICOM)协议来设计。
图4是根据本申请的一些实施例所示的实现用户终端130的示例性移动设备400的示例性硬件和/或软件组件的示意图。如图4所示，移动设备400可以包括通信平台410、显示器420、图形处理单元(GPU)430、中央处理单元(CPU)440、I/O450、内存460、操作系统(OS)470和存储器490。在一些实施例中，任何其他合适的组件，包括但不限于系统总线或控制器(未示出)，也可以包括在移动设备400内。在一些实施例中，移动操作系统470(例如，iOSTM，AndroidTM，Windows PhoneTM)和至少一个应用程序480可以从存储器490加载到内存460中，以便CPU 440执行。应用程序480可以包括浏览器或用于从处理设备140接收信息和/或数据的任何其他合适的移动应用程序。用户与信息流的交互可以通过I/O 450实现，并通过网络120提供给处理设备140和/或RT系统100中的其他组件。
为了实施本申请描述的各种模块、单元及其功能，计算机硬件平台可以用在本申请中描述的至少一个组件的硬件平台。具有用户接口组件的计算机可用于实施个人计算机(PC)或任何其他类型的工作站或用户终端设备。若适当编程，计算机也可以充当系统。
图4是根据本申请的一些实施例所示的示例性处理设备140的框图。如图5中所示，处理设备140可以包括初始轨迹确定模块510、优化模块520、治疗计划分解模块530和传输模块540。
初始轨迹确定模块510可以定义初始轨迹。初始轨迹可以包括多个控制点。控制点可以规定放疗设备110相关的多个参数以及这些参数在放射光束实施期间数值的变化。在一些实施例中，初始轨迹确定模块510可以根据与待治疗的目标物相关的信息来确定初始轨迹。此外或可选地，可以基于用户(例如，医生、物理师)的输入来确定至少一部分初始轨迹。所述输入可以包括与初始轨迹相关参数的期望值或范围。在一些实施例中，初始轨迹确定模块510可以获得关于待治疗器官的多个预设轨迹，并从预设轨迹中选择初始轨迹。关于确定初始轨迹的更多细节可以在本申请的其他地方找到(例如，步骤602及其相关描述)。
优化模块520可以优化与初始轨迹相关的至少一个参数。需要优化的参数可以包括准直器角度、强度参数、多叶准直器位置等，或其任何组合。此外或可选地，优化模块520可以基于初始轨迹和经优化的参数生成治疗计划。在一些实施例中，优化模块520可以根据优化技术来优化参数，如通量图优化(FMO)技术、直接子野优化(DAO)技术等，或其任何组合。关于优化参数的更多细节描述可以在本申请的其他地方找到(例如，步骤604及其相关描述)。
治疗计划分解模块530可以将治疗计划分解成包括多个控制点的实施轨迹。每个控制点还可以与至少一个经优化的位置参数、输出速率参数和放疗设备110的多个组件(例如，机架220、病床230、准直器240和多叶准直器叶片)的多个运动参数相关联。输出速率可以指每单位时间由放射源215输出的辐射，通常由MU/分钟表示。运动参数可以与放射光束实施期间放疗设备110的多个组件的协调运动相关。在一些实施例中，治疗计划的分解步骤可以基于多个约束来执行。约束可以包括与运动参数等相关的运动约束，或其任何组合。关于治疗计划的分解的更多细节可以在本申请的其他地方找到(例如，步骤606及其相关描述)。
传输模块540可以向RT系统100中的至少一个组件发送信息和/或指令。在一些实施例中，传输模块540可以发送指令以指示放疗设备110向目标物250实施治疗计划。例如，指令可以包括与治疗计划相关的各种参数，包括强度参数(或经优化的强度参数，如果有的话)、输出速率、位置参数(或经优化的位置参数，如果有的话)，以及放疗设备110多个组件的运动参数。
应该注意的是，上述关于处理设备140的描述仅出于说明性目的而提供，并不旨在限制本申请的范围。对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本申请的描述，做出各种各样的修正和改变。然而，这些修正和改变不会背离本申请的范围。在一些实施例中，可以添加至少一个附加模块，或者可以将处理设备140的多个模块组合成一个模块。例如，处理设备140可以进一步包括碰撞检测模块，用于检测机架220、目标物250和/或病床230之间的碰撞。
图6是根据本申请的一些实施例所示的实施治疗计划的示例性过程的流程图。在一些实施例中，图6中所示的过程600的至少一个操作可以由图1中所示的RT系统100实现。例如，图6中所示的过程600的至少一部分可以以指令的形式存储在存储设备150中，并且由处理设备140(例如，如图3所示的计算设备的处理器310、如图4所示的移动设备400的GPU430或CPU 440)调用和/或执行。
在602中，初始轨迹确定模块510可以定义包括多个控制点的初始轨迹。轨迹可以指目标物250周围的放射源215的行进轨迹。控制点可以按时间顺序排列，以及放射源215可以基于初始轨迹，按时间顺序经过由控制点定义的位置。目标物250可以是生物目标物(例如，患者、动物)，或非生物目标物(例如，模体)。
所述多个控制点可以与放疗设备110相关的多个参数和这些参数在放射光束实施期间数值的变化。例如，初始轨迹的每个控制点可以包括放疗设备110的多个组件中的每个组件的至少一个位置参数。放疗设备110的多个组件可以包括机架220、病床230、准直器240和多叶准直器叶片。在一些实施例中，机架的位置参数可以包括机架角。病床的位置参数可以包括病床位置等。病床位置可以包括病床角度信息。准直器240的位置参数可以包括准直器角度。多叶准直器叶片的位置参数可以包括多叶准直器叶位置。在本申请中，多叶准直器叶位置可以指多叶准直器的每个叶片的位置。
在一些实施例中，在定义初始轨迹时，初始轨迹确定模块510可以仅初始化一部分与放疗设备110相关的至少一个位置参数。例如，初始轨迹确定模块510可以仅初始化机架220的位置参数和病床230的位置参数。初始轨迹确定模块510可以基于治疗要求在后续阶段定义其他参数。或者，初始轨迹确定模块510可以用默认值初始化其他参数，并基于治疗要求优化默认值。例如，可以进一步优化准直器240的位置参数和/或多叶准直器叶片的位置参数。在602中，初始轨迹确定模块510可以通过机架位置参数和病床位置参数来定义初始轨迹，而不为每个控制点定义准直器240和/或多叶准直器叶片的位置参数。
在一些实施例中，放射光束的类型和/或放射能量值可以被配置为放射源215沿着初始轨迹的位置的函数。示例性放射光束类型可以包括电子束、质子束、中子束、光子束、离子束。不同类型的放射光束和/或不同能量值的放射能量可适用于目标物250的不同部位(例如，不同器官或组织)。例如，电子束可以将均匀剂量的辐射从目标物250的表面实施到目标物250的表面下方的特定深度。辐射到达目标物250的表面下特定深度后，辐射的剂量快速下降，以避免更深层的正常组织被放射。又例如，质子束可用于处理特定目标区域而不辐射目标周围的任何区域。能量大小可能影响放射光束的穿透性。例如，具有相对低能量水平(例如，16keV-400keV)的X射线可用于治疗浅表肿瘤，而具有相对高能量水平(例如，2MeV或更高)的X射线可适用于深层部位肿瘤。在一些实施例中，当放射源215根据初始轨迹行进时，放射光束可以照射目标物部位的不同部分。可以根据放射源215的位置改变放射光束类型和/或放射能量值，使得待放射部分可以接受合适类型和/或水平的放射。仅作为示例，在治疗期间，当放射光束照射浅表肿瘤时，可以使用具有相对低能级的X射线。当放射源215到达待治疗的深层部位肿瘤的位置时，可以改变放射光束类型和/或放射能量值。例如，具有相对高能级的X射线或电子束可用于治疗深层部位肿瘤。
在一些实施例中，通过确定多个控制点，初始轨迹确定模块510可以自动确定初始轨迹。例如，可以基于感兴趣区域的位置、形状和大小自动确定控制点。此外或可选地，可以基于用户(例如，医生，物理师)的输入来确定至少一部分初始轨迹。例如，医生可以通过用户终端130的用户界面手动输入与至少一个控制点相关的参数的期望值或范围。
在一些实施例中，初始轨迹确定模块510可以获得关于待治疗器官的多个预设轨迹，并从预设轨迹中选择初始轨迹。待治疗的器官可以是例如胸部、大脑、胃、肝脏。
预设轨迹可以从RT系统100中的存储设备(例如，存储设备150)或经由网络120从外部源(例如，云平台)获得。例如，预设轨迹可以从适合于待治疗的各种器官或组织的预设轨迹数据库获得。预设轨迹数据库可以包括例如历史治疗数据中的轨迹。在一些实施例中，历史患者治疗数据的轨迹可以被分类为用于临床应用的分类解决方案，例如胸部放射和保留海马体的全脑放射。在一些实施例中，可以基于历史患者的治疗数据、使用机器学习技术生成预设轨迹数据库。历史患者治疗数据的临床信息可以用作机器学习模型的样本输入，并且与历史患者治疗数据的相应的轨迹可以用作机器学习模型的样本输出。与治疗相关的示例性临床信息可以包括感兴趣区域的位置、感兴趣区域的大小、感兴趣区域的形状、感兴趣区域周围有被辐射风险的器官或组织、恶性肿瘤的阶段等。所述机器学习模型可以通过将历史患者治疗数据的轨迹分类为用于临床应用的分类解决方案，以可以生成预设轨迹的数据库。
在一些实施例中，初始轨迹确定模块510可以基于目标物250的临床信息在多个预设轨迹中选择初始轨迹。此外或可选地，可以基于用户的输入来执行初始轨迹的选择。被选择初始轨迹可以使感兴趣区域周围的正常器官或组织的辐射最小。例如，被选择的初始轨迹可以使得对目标物的心脏、胸腔、海马体、大脑颞叶或对侧乳腺中的至少一个器官的辐射最小。又例如，当待治疗器官是胸部时，被选择初始轨迹可以使对心脏和胸腔的辐射最小。
在一些实施例中，初始轨迹确定模块510可以进一步执行碰撞检查，以确定机架220与病床230或目标物250之间是否存在碰撞。可以基于由每个控制点限定的机架220、病床230和目标物250的空间位置和占用空间来执行碰撞检查。本申请中，组件的占用空间可以指由组件的体积(例如，机架220、病床230或目标物250)占据的三维空间。在一些实施例中，机架220、病床230和目标物250中的每个组件的空间位置和占用空间可以被表示为三维坐标系中的一组点集。如果在不同点集之间检测到交叉点，则机架220与病床230或目标物250之间可能存在碰撞。如果在不同点集之间没有检测到交叉点，则机架220与病床230或目标物250之间可能不会发生碰撞。如果检测到可能不会发生碰撞，则可以确定初始轨迹适合于放射。如果检测到可能会发生碰撞，则可以将初始轨迹确定为不合适，并且初始轨迹确定模块510可以修改初始轨迹或确定另一个合适的初始轨迹。
在604中，基于初始轨迹，通过优化每个控制点的强度参数、准直器240的位置参数和多叶准直器叶片的位置参数，优化模块520可以生成治疗计划。结合步骤602所述，准直器240的位置参数可以包括准直器角度，多叶准直器叶片的位置参数可以包括多叶准直器的每个单独叶片的位置。与控制点相关的强度参数可以指MU值，表示该控制点处的辐射输出量。
在一些实施例中，可以确定治疗计划以实现治疗目标，例如，向感兴趣区域实施规定剂量的辐射、将对感兴趣区域周围的正常器官或组织的辐射最小化、或最大化剂量的适形性。预先确定放疗设备110的放疗剂量和至少一个组件的位置参数可以简化优化，但这是以降低组件的自由度和可能会限制治疗效果为代价的。设计治疗计划时，可以优化放疗剂量和/或至少一个位置参数，以实现更好的治疗计划。例如，可以优化每个控制点的准直器角度，使得放射光束可以最好地适应感兴趣区域并减少对感兴趣区域周围器官或组织的不必要的放射(将在图8A至8B中描述)。又例如，也可以针对每个控制点优化强度参数和/或多叶准直器叶片位置。优化强度参数和多叶准直器叶位置参数可以确保放射光束强度和放射光束形状得到修正，以实现治疗目标。
在一些实施例中，优化模块520可根据优化技术优化准直器角度、强度参数和多叶准直器叶片位置。示例性优化技术可以包括通量图优化技术、直接子野优化技术等，或其任何组合。例如，可以根据通量图优化技术执行优化。优化模块520可以确定每个放射光束的最优注量图，然后基于叶序列算法将最优的注量图分解成放射光束可实施的射野(例如，多叶准直器叶片和/或准直器240的位置参数)。在最优的注量图中，可以将放射光束离散成多个子光束，并且可以单独控制每个子光束的强度参数。又例如，可以根据直接子野优化技术执行优化。直接子野优化技术可以直接确定最佳准直器角度、多叶准直器叶片位置和/或放射光束的强度参数。直接子野优化技术可以在优化过程期间结合多叶准直器的机器约束(例如，多叶准直器叶片的最大数量)、距离约束(例如，从一个控制点行进到下一个控制点的最大距离)。
在一些实施例中，优化模块520可以确定目标函数和与目标函数相关的至少一个约束，然后基于目标函数和约束，通过迭代确定优化参数。目标函数可以包括例如生物学目标函数和物理目标函数。与生物学目标函数相关的示例性约束可以包括肿瘤控制概率(TCP)、正常组织并发症概率(NTCP)、等效均匀剂量(EUD)、机器约束等，或其任何组合。机器约束可以包括用于病床230和多叶准直器叶片的平移位移约束，用于机架220、病床230和准直器240的旋转角度约束等。与物理目标函数相关的示例性约束可以包括感兴趣区域的剂量分布、周围器官或组织的耐受剂量、机器约束等，或其任意组合。最佳参数可以通过迭代算法确定，例如，模拟退火(SA)算法、遗传算法(GA)、线性编程方法、梯度下降算法等，或其任何组合。
在一些实施例中，准直器角度的优化可以被限制在有限的范围内。该范围可以由优化模块520基于临床应用和/或待治疗的器官、用户的输入或其任意组合来确定。根据不同情况对不同感兴趣区域可以设置不同的范围。例如，如果感兴趣区域具有相对规则的形状，则可以使用小范围来约束准直器角度；如果感兴趣区域具有相对不规则的形状，则可以使用大范围来约束准直器角度。此外或可选地，可以通过参考预设轨迹数据库中的准直器角度来确定范围。
可以基于初始轨迹和与治疗相关的已优化参数来确定治疗计划。在一些实施例中，可以确定多个治疗计划，然后可以例如由用户手动选择合适的治疗计划。仅作为示例，可以经由用户终端(例如，用户终端130)的接口向用户显示每个治疗计划的辐射剂量体积直方图(DVH)。DVH可以显示感兴趣区域、危及器官或组织、等剂量曲线的三维剂量分布。然后，用户可以相应地选择合适的治疗计划。
在606中，治疗计划分解模块530可以将治疗计划分解成包括多个控制点的实施轨迹。每个控制点还可以与经优化的强度参数、经优化的准直器角度、经优化的多叶准直器叶片位置和多个运动参数相关。每个控制点还可以与输出速率相关，在一些实施例中，输出速率可以被预定义为固定值。在一些其他实施例中，与每个控制点相关的输出速率可以在优化期间用作约束，因此，输出速率可以是可变的。输出速率可以指每单位时间由放射源215输出的辐射。在一些实施例中，治疗计划分解模块530可以在两个连续控制点之间内插入至少一个子控制点。每个子控制点可以与控制点相同类型的参数相关。
运动参数可以与放疗设备110的多个组件(例如，机架220，病床230，准直器240和多叶准直器叶片)的协调运动相关。如图2所描述的，可以通过在放疗过程中各种组件的协调运动来实现最佳多平面轨迹和适形放射剂量分布。各种组件的协调运动可以包括病床230的旋转、病床230的平移运动、病床230的倾斜运动、病床230的滚动运动、机架220的旋转、准直器240的旋转、多叶准直器每个叶片的运动等，或其任何组合。组件的运动可以包括加速运动、匀速运动、减速运动等，或其任何组合。在一些实施例中，在治疗实施期间，根据实施轨迹可以分别控制机架220和病床230的速度以实现同时旋转。此外或可选地，病床运动可以包括平移运动、倾斜运动或滚动运动中的至少一个，并且病床230的运动可以与基于实施轨迹实施治疗计划同步进行。
在一些实施例中，机架220或准直器240的运动参数可以包括旋转方向、旋转角度、旋转速度、旋转加速度等，或其任何组合。病床230的运动参数可以包括侧倾方向、侧倾角、平移方向、平移位移、倾斜方向、倾斜角、滚动运动的速度和加速度、平移运动、和/或倾斜运动等，或其任何组合。多叶准直器叶片的运动参数可以包括但不限于每个单独多叶准直器叶片的移动方向、移动速度、加速度。
在一些实施例中，治疗计划的分解可以基于多个约束来执行。约束可以包括强度参数约束、与运动参数相关的运动约束等，或其任何组合。本申请中的强度参数约束可以指特定间隔中的最大脉冲数、最大脉冲重复频率(PRF)、最大放射输出速率等。为了解强度参数约束和相关调制，可以参考名为“用于脉冲参数调制的系统和方法”的美国专利申请15/690,363，其内容通过引用结合于此。与运动参数相关的运动约束可以包括最大速度、最大加速度、最大减速度、最大位移、最大旋转角度等，或其任何组合。分解的治疗计划可以确保放疗设备110的不同组件，例如机架220、病床230可以在约束下同时到达控制点限定的位置。
在一些实施例中，治疗计划分解模块530可以针对由两个连续控制点定义的治疗计划的片段，确定放疗设备110的每个组件穿过该片段的最小持续时间。可以基于最小持续时间和与组件相关的多个运动约束来确定对应于该片段的优化持续时间。然后，可以基于与片段对应的优化持续时间来确定片段中的组件的运动参数。用于确定实施轨迹的示例性技术可以在例如2017年12月29日提交的题为“SYSTEM AND METHOD FOR SYNCHRONOUSMOTIONMIZATION of DEVICE WITH MOVING COMPONENTS”的编号为PCT/CN2017/120051的国际申请中找到，其内容通过引用结合于此。
在一些实施例中，实施轨迹确定模块530还可以在一个控制点到下一个控制点的轨迹期间执行碰撞检测，以确保在机架220与病床230或目标物250之间不发生碰撞。可以基于机架220、病床230和目标物250的运动参数和空间位置来执行碰撞检测。如果检测到会发生碰撞，则治疗计划分解模块530可以修改轨迹或者利用替代轨迹替换以避免发生碰撞。例如，可以将附加控制点插入到轨迹中以避免碰撞，并且可以以类似的方式递归地处理剩余轨迹。
在608中，传输模块540可以发送指令以指示放疗设备110将治疗计划实施给目标物250。
该指令可以指示放疗设备110根据治疗计划将放射光束实施到目标物250的感兴趣区域。例如，指令可以包括与治疗计划相关的各种参数，包括强度参数(或经优化的强度参数，如果有的话)、输出速率、位置参数(或经优化的位置参数，如果有的话)，和放疗设备110的多个组件的运动参数。在接收到指令之后，放疗设备110的控制系统可以调节实施的强度参数并根据指令同步地调节放疗设备110的多个组件的运动。在一些实施例中，目标物250可以在病床230上以卧姿接收治疗，例如，当感兴趣区域在胸部或大脑中时。
图7A-7C是根据本申请的一些实施例所示的示例性放疗设备110的运动参数的时间函数的示意图。出于说明的目的，顺时针方向可以被定义为正方向，而逆时针方向可以被定义为负方向，或者相反。
图7A表示在病床旋转期间病床角度和病床旋转速度的变化。曲线701和曲线702分别表示病床旋转期间病床速度和病床角度。图7B表示在机架旋转期间机架角度和机架旋转速度的变化。曲线703和曲线704分别表示机架旋转期间的机架角度和机架旋转速度。图7C表示准直器旋转期间准直器角度和准直器旋转速度的变化。曲线705和曲线706分别表示准直器旋转期间的准直器角度和准直器旋转速度。如图7A至7C所示，病床230、机架220和准直器240可以以可变速度独立地旋转，这可以产生多平面轨迹以更好地避免健康器官或组织接收不必要的辐射。
图8A-8B是根据本申请的一些实施例所示的目标801的射束方向视图的示意图。目标801可以是待治疗的器官或其一部分。目标801可以具有凹面，凹面内可能存在需要避开辐射的组织，如图8A和8B所示。出于说明目的，叶片图案802覆盖在目标801上。放疗设备110可以通过调节多叶准直器叶片803的运动来产生叶片图案802。当光束角度发生变化，如图8A和图8B所示，如果准直器角度没有同时被优化，则可能难以从多平面弧轨迹最好地容纳目标801，尤其是在准直器旋转放射光束依然照射时。除了优化多叶准直器叶片的位置之外，准直器角度的优化可以促进放射光束以更灵活的方式更好地符合目标801的形状。
应当注意的是，以上关于示例性图7A-8B及其描述，仅出于说明的目的而提供，并非旨在限制本申请的范围。对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本申请的描述，做出各种各样的修正和改变。例如，机架220、病床230和/或准直器240可以以任何速度旋转。然而，这些修正和改变不会背离本申请的范围。
对于本领域的普通技术人员来讲，显然可以对所披露的实施例作出各种改变。在不偏离本申请的原则和范围的情况下，本申请并不限于所描述的实施例，而应该被给予与权利要求一致的最广泛的范围。
上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述申请披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。
同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
此外，本领域技术人员可以理解，本申请的各方面可以通过若干具有可专利性的种类或情况进行说明和描述，包括任何新的和有用的工序、机器、产品或物质的组合，或对他们的任何新的和有用的改进。相应地，本申请的各个方面可以完全由硬件执行、可以完全由软件(包括固件、常驻软件、微码等)执行、也可以由硬件和软件组合执行。以上硬件或软件均可被称为“数据块”、“模块”、“引擎”、“单元”、“组件”或“系统”。此外，本申请的各方面可能表现为位于一个或多个计算机可读介质中的计算机产品，该产品包括计算机可读程序编码。
计算机可读信号介质可能包含一个内含有计算机程序编码的传播数据信号，例如在基带上或作为载波的一部分。该传播信号可能有多种表现形式，包括电磁形式、光形式等、或合适的组合形式。计算机可读信号介质可以是除计算机可读存储介质之外的任何计算机可读介质，该介质可以通过连接至一个指令集执行系统、装置或设备以实现通讯、传播或传输供使用的程序。位于计算机可读信号介质上的程序编码可以通过任何合适的介质进行传播，包括无线电、电缆、光纤电缆、RF、或类似介质、或任何上述介质的组合。
本申请各部分步骤所需的计算机程序编码可以用任意一种或多种程序语言编写，包括面向主体编程语言如Java、Scala、Smalltalk、Eiffel、JADE、Emerald、C++、C#、VB.NET、Python等，常规程序化编程语言如C语言、VisualBasic、Fortran2003、Perl、COBOL2002、PHP、ABAP，动态编程语言如Python、Ruby和Groovy，或其他编程语言等。该程序编码可以完全在用户计算机上运行、或作为独立的软件包在用户计算机上运行、或部分在用户计算机上运行部分在远程计算机运行、或完全在远程计算机或服务器上运行。在后种情况下，远程计算机可以通过任何网络形式与用户计算机连接，比如局域网(LAN)或广域网(WAN)，或连接至外部计算机(例如通过因特网)，或在云计算环境中，或作为服务使用如软件即服务(SaaS)。
此外，除非权利要求中明确说明，本申请处理元素和序列的顺序、数字字母的使用、或其他名称的使用，并非用于限定本申请流程和方法的顺序。尽管上述披露中通过各种示例讨论了一些目前认为有用的申请实施例，但应当理解的是，该类细节仅起到说明的目的，附加的权利要求并不仅限于披露的实施例，相反，权利要求旨在覆盖所有符合本申请实施例实质和范围的修正和等价组合。例如，虽然以上所描述的系统组件可以通过硬件设备实现，但是也可以只通过软件的解决方案得以实现，例如在现有的服务器或移动设备上安装所描述的系统。
同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个申请实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请主体所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

Claims (20)

1.一种向目标物实施放疗的系统，包括：
至少一个存储设备，包括一组指令集；以及
与所述至少一个存储设置通信的至少一个处理器，其中，当执行所述指令集时，所述至少一个处理器用于：
定义初始轨迹，所述初始轨迹包括多个控制点，所述多个控制点中的每个控制点与机架的位置参数和病床的位置参数相关；
基于所述初始轨迹，通过优化所述每个控制点的强度参数、准直器的位置参数和多叶准直器(MLC)叶片的位置参数，生成治疗计划；
将所述治疗计划分解为实施轨迹，所述实施轨迹包含所述多个控制点，所述多个控制点中的每个控制点还与经优化的强度参数、所述准直器经优化的位置参数、所述多叶准直器叶片经优化的位置参数、所述机架、所述病床、所述准直器和所述多叶准直器叶片中每一个的运动参数相关；以及
基于所述实施轨迹，指示放疗设备向所述目标物实施所述治疗计划。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述优化所述强度参数、所述准直器的位置参数和所述多叶准直器叶片的位置参数是基于以下技术中的至少一种实施：直接子野优化(DAO)技术、通量图优化(FMO)技术。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一个处理器还用于：
对所述初始轨迹或所述实施轨迹中的至少其中之一执行碰撞检查，以避免在向所述目标物实施所述治疗计划期间，所述机架与所述目标物之间或所述机架与所述病床之间发生碰撞。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，为定义所述初始轨迹，所述至少一个处理器用于：
获得有关待治疗的器官的多个预设轨迹；以及
从所述多个预设轨迹中选择所述初始轨迹。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述被选择的初始轨迹使得对所述目标物的心脏、胸腔、海马体、大脑颞叶或对侧乳腺中的至少一个器官的辐射最小。
6.据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述多个预设轨迹是基于历史患者的治疗数据、使用机器学习技术生成的。
7.据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述待治疗的器官包括胸部或大脑中的至少一种。
8.据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述待治疗的器官是胸部，所述目标物以卧姿治疗。
9.据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述病床的运动参数与平移运动、倾斜运动或滚动运动中的至少一个运动相关，并且所述病床的运动与基于所述实施轨迹实施所述治疗计划同步。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述准直器的位置参数包括准直器角度；以及
所述准直器角度的优化是基于一个范围进行，所述范围基于临床应用或待治疗器官中的至少一个确定。
11.一种用于向目标物实施放疗的方法，所述方法在至少一个处理器和至少一个存储器上实现，所述方法包括：
定义初始轨迹，所述初始轨迹包括多个控制点，所述多个控制点中的每个控制点与机架的位置参数和病床的位置参数相关；
基于所述初始轨迹，通过优化所述每个控制点的强度参数、准直器的位置参数和多叶准直器(MLC)叶片的位置参数，生成治疗计划；
将所述治疗计划分解为实施轨迹，所述实施轨迹包含所述多个控制点，所述多个控制点中的每个控制点还与所述经优化的强度参数、所述准直器经优化的位置参数、所述多叶准直器叶片经优化的位置参数、输出速率、以及所述机架、所述病床、所述准直器和所述多叶准直器叶片中每一个的运动参数相关；以及
基于所述实施轨迹，指示放疗设备向所述目标物实施所述治疗计划。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述优化所述强度参数、所述准直器的位置参数和所述多叶准直器叶片的位置参数，使用以下技术中的至少一种：直接子野优化(DAO)技术、通量图优化(FMO)技术。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
对所述初始轨迹或所述实施轨迹中的至少其中之一执行碰撞检查，以避免在向所述目标物实施所述治疗计划期间，所述机架与所述目标物之间或所述机架与所述病床之间发生碰撞。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，为定义所述初始轨迹，所述至少一个处理器用于：
获得待治疗的器官的多个预设轨迹；以及
从所述多个预设轨迹中选择所述初始轨迹。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述被选择的初始轨迹使得对所述目标物的心脏、胸腔、海马体、大脑颞叶或对侧乳腺中的至少一个器官的辐射最小。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述多个预设轨迹是基于历史患者的治疗数据、使用机器学习技术生成的。
17.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述待治疗的器官包括胸部或大脑中的至少一种。
18.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述待治疗的器官是胸部，所述目标物以卧姿治疗。
19.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述病床的所述运动参数与平移运动、倾斜运动或滚动运动中的至少一个运动相关，并且所述病床的运动与基于所述实施轨迹实施所述治疗计划同步。
20.一种存储一组指令的非暂时性计算机可读介质，当由至少一个处理器执行时，使得所述至少一个处理器执行用于将放疗实施给目标物的方法，其特征在于，所述方法包括：
定义初始轨迹，所述初始轨迹包括多个控制点，所述多个控制点中的每个控制点与机架的位置参数和病床的位置参数相关；
基于所述初始轨迹，通过优化所述每个控制点的强度参数、准直器的位置参数和多叶准直器(MLC)叶片的位置参数，生成治疗计划；
将所述治疗计划分解为实施轨迹，所述实施轨迹包含所述多个控制点，所述多个控制点中的每个控制点还与所述经优化的强度参数、所述准直器经优化的位置参数、所述多叶准直器叶片经优化的位置参数、输出速率、以及所述机架、所述病床、所述准直器和所述多叶准直器叶片中每一个的运动参数相关；以及
基于所述实施轨迹，指示放疗设备向所述目标物实施所述治疗计划。
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