CN109890461A - 用于迭代处置规划的图形用户接口 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于对靶结构的消融治疗处置的处置计划的生成。根据本发明，(i)向用户可视化处置区域中的剂量分布，所述剂量分布对应于基于第一目标和/或约束生成的第一处置计划，(ii)接收指定所述剂量分布内的剂量值的第一用户输入和指定所述处置区域中的至少一个位置(42)作为针对所述剂量值的靶位置的第二用户输入，(iii)基于第一目标和/或约束和第一用户输入和第二用户输入的第二目标和/或约束被确定，以及(iv)基于第二目标的第二处置计划。

Description

用于迭代处置规划的图形用户接口
技术领域
本发明总体上涉及对消融治疗处置的用户引导的迭代规划。更具体地，本发明涉及用于生成用于对处置区域内的靶结构的消融治疗处置的处置计划的系统、方法和计算机程序。
背景技术
在消融治疗中，患者的身体内的靶结构(诸如肿瘤)经由放射性或电磁辐射或超声波来处置以便控制癌细胞的生长或杀死癌细胞。同时，处置以这样的方式来递送：被递送到周围健康结构(其通常还被称为风险器官)的辐射或热剂量是尽可能低的。
一个示范性消融治疗流程是所谓的暂时性近距离治疗，其中，施源器被用于在定义的短时间间隔(通常地被称为停留时间)内将一个或多个放射性辐射源放置在处置区域内，以便具体地将定义的辐射剂量施加到肿瘤细胞。消融治疗流程的另外的范例包括高强度聚焦超声(HIFU)、射频(RF)和微波处置和激光消融。
用于控制消融治疗处置的处置参数在处置计划中被定义，所述处置计划在规划系统中被生成。为了确定处置计划，所谓的逆向规划流程可以由规划系统执行。在这样的流程中，靶结构和周围风险器官被识别并且处置目的被指定。这样的处置目的包括可以指定应当实现的对被递送到患者的特定区域的剂量的要求和/或必须实现的对被递送到特定区域的剂量的约束的目标。然后，优化过程被执行以找到实现指定的处置目的的处置计划。
根据用于发现最终处置计划的一个方法，在规划系统中执行操作者引导的迭代优化流程。在该流程中，对处置计划的自动优化在若干优化周期中完成并且在每个优化周期之后规划系统的操作者(通常，医师)可以查看如在相应周期中计算的处置计划，以便检查他/她是否满意产生于该处置计划的剂量分布。如果情况不是这样，则操作者可以对优化问题进行修改以实现期望的剂量分布，并且处置计划的下一自动优化可以基于经修改的优化问题来执行。
处置计划的自动优化涉及解决优化问题，所述优化问题基于目标和约束来公式化。在典型的规划系统中，优化问题对应于成本函数的最小化，成本函数是个体目标函数的加权和，其中，每个个体目标函数表示一个目标。此外，应确保约束被满足。典型的目标函数涉及要递送到靶结构的特定区域的最小剂量和要递送到风险器官的最大剂量，其中，对应的目标函数被配置为使得其当这些剂量要求被实现时具有(全局)最小值。
为了调整这样的系统中的一个优化周期中所生成的处置计划，剂量要求自身通常可以未被修改，因为这些要求通常已经在优化流程的开始处(即，在第一优化周期之前)被设置为对应于期望的剂量分布。相反，用户通常修改成本函数中的个体目标函数的权重。例如，如果用户确定太高辐射或热剂量被递送到风险器官，则他/她可以增加表示针对相关风险器官的最大剂量要求的个体目标函数的权重。
US 2007/0201614公开了一种用于优化辐射治疗的剂量递送的系统和流程。为了确定辐射射束的细射束的适合的权重，总体目标函数被最小化，其包括与所有相关器官和轮廓有关的项。这些项被包括在使用重要性系数的目标函数中。首先，重要性系数根据先前的经验被设置为缺省值并且可以在之后被更改为优化过程的部分。在已经通过最小化目标函数计算细射束权重的情况下，对应的剂量分布图被生成并且用户被给予指示计划的剂量分布是否为满意的机会。如果情况不是这样，则用户被提示以改变重要性参数并且新细射束权重基于改变的重要性参数来确定。
通过修改被分配给个体目标函数的项的权重或重要性参数，用户可以仅间接地影响下一优化周期中计算的剂量分布。因此，接近于期望的剂量分布的剂量分布可以通常仅通过试验和错误方法中的迭代修改来实现。这常常是非常耗时的并且还能够导致不满意的结果。
发明内容
在该背景之前，本发明的目的是允许解决优化问题的更容易和更直观的修改以便生成处置计划。
在第一方面中，本发明提出了一种用于生成用于对处置区域内的靶结构进行消融治疗处置的处置计划的系统。所述系统被配置用于基于表示处置目的的优化目标和/或约束的处置计划生成。此外，所述系统包括规划单元，所述规划单元被配置为：(i)向用户可视化所述处置区域中的剂量分布，所述剂量分布对应于基于第一目标和/或约束生成的第一处置计划，(ii)接收指定所述剂量分布内的剂量值的第一用户输入和指定所述处置区域中的至少一个位置作为针对所述剂量值的靶位置的第二用户输入，(iii)根据所述第一目标和/或约束和所述第一用户输入和所述第二用户输入来确定第二目标和/或约束，并且(iv)基于所述第二目标和/或约束来生成第二处置计划。
当查看产生于处置计划的剂量分布时，用户通常将剂量分布的不同的区域的剂量值彼此比较以便判断剂量分布是否是满意的。通过指定所述剂量分布内的剂量值和所述处置区域中的至少一个位置作为针对所述剂量值的靶位置，所述用户可以有效地将剂量值从一个区域转移到另一区域。因此，用户可以借助于所述第一用户输入和所述第二用户输入直接地将所述剂量分布调整到他/她的判断过程中的他/她的发现。此外，由于第二目标和/或约束具体地基于用户输入来确定并且第二处置计划基于第二目标和/或约束来生成，因此所述处置计划可以根据由所述用户对所述剂量分布的操纵自动地调整。因此，对于用户而言能够容易并且直观地控制经调整的处置计划的生成。
取决于应用的消融治疗模态，所述剂量分布可以具体地对应于被施加到消融治疗处置中的处置区域的辐射剂量或热剂量的分布。此外，所述处置计划中指定的处置参数可以根据所应用的消融治疗模态而变化并且可以在每种情况下指定应用的消融治疗模态中相关的可变处置参数。
在本发明的一个实施例中，所述消融治疗处置具体地包括暂时性近距离治疗处置。在这种情况下，所述处置计划可以指定针对所述暂时性近距离治疗处置的停留时间。此外，所述剂量分布可以对应于借助于一个或多个放射性辐射源在所述近距离治疗处置期间递送的所述辐射剂量。
在本发明的一个实施例中，所述规划单元被配置为提供图形用户接口，以用于图形地可视化所述处置区域的图像中的剂量分布。这允许剂量分布的尤其容易的检查和尤其容易的用户输入。具体地，所述用户可以使用被配置用于与图形用户接口一起使用的输入模块(诸如计算机鼠标或触摸板)借助于拖放操作(包括的第一用户输入和第二用户输入)“转移”剂量值。
在本发明的一个相关实施例中，所述第一用户输入包括所述处置区域的位置的选择并且所指定的剂量值对应于根据所述剂量分布分配的剂量值，并且所述第二用户输入包括所述处置区域的所述至少一个位置的选择。在该方面，所述用户可以选择所述处置区域的一个位置作为针对所指定的剂量值的靶位置。同样地，所述用户可以选择包括多个位置的区域作为针对所指定的剂量值的靶区域。
在本发明的另一相关实施例中，所述第一用户输入包括对包括所述处置区域的多个位置的区域的选择，并且所指定的剂量值对应于从根据所述剂量分布被分配给所述多个位置的剂量值导出的值，并且所述第二用户输入包括对所述处置区域的至少一个位置的选择。由此，所述用户可以有效地将分配给特定源区域的剂量转移到另一位置或靶区域。所指定的剂量值可以对应于从被分配给所述源区域中的所述多个位置的剂量值导出的适合的统计值，尤其是这些剂量值的平均值。
在本发明的另一实施例中，所述规划单元被配置为通过将至少一个额外的目标和/或约束添加到第一目标和/或约束生成第二目标和/或约束并且基于第一用户输入和第二用户输入确定所述至少一个额外的目标和/或约束。这允许用户输入到用于计算所述处置计划的计算算法中的相对容易的实施。具体地，用于实施所述用户输入的该方法与其他方法(诸如例如第一目标和/或约束的调整)相比较涉及更少的复杂性。
在本发明的相关实施例中，至少一个额外的目标和/或约束对应于针对被递送到所指定的至少一个位置的剂量的要求。由此，可以确保产生于新生成的处置计划的剂量分布实现相对于所指定的位置或目标区域的用户需求。
在该方面，额外的目标或约束可以对应于被递送到所指定的至少一个位置的剂量对应于由用户指定的剂量值的要求。本发明的备选实施例包括所述规划单元被配置为基于所指定的剂量值与根据所述剂量分布被分配给所指定的至少一个位置的剂量值之间的比较，从最大剂量要求和最小剂量要求中选择所述要求。具体地，所述规划单元可以被配置为在所指定的剂量值大于根据所述剂量分布被分配给所指定的至少一个位置的剂量值的情况下选择所述最大剂量要求。此外，所述规划单元可以具体地被配置为在所指定的剂量值小于根据所述剂量分布被分配给所指定的至少一个位置的剂量值的情况下选择所述最小剂量要求。
在本发明的一个实施例中，所述规划单元被配置为通过将包含目标函数的加权和的第一成本函数最小化来生成所述第一处置计划，每个目标函数对应于第一目标之一。在该实施例中，对应于具有较高权重的目标函数的目标以较高的概率来实现。此外，可以以所述约束必然地实现的这样的方式，在考虑所述约束的情况下将成本函数最小化。
为了生成所述第二处置计划，可以通常优选的是，将基于所述用户输入确定的另一约束添加到第一目标和/或约束。然后，第二处置计划可以通过将考虑额外的约束的第一成本函数最小化来生成。由此，可以保证实现用户需求。
然而，同样能够将基于所述用户输入确定的目标添加到第一目标和/或约束成本函数。因此，本发明的另一实施例包括所述规划单元被配置为通过将第二成本函数最小化来生成所述第二处置计划，所述第二成本函数通过将对应于基于所述用户输入确定的至少一个额外的目标的目标函数添加到所述第一成本函数来生成。
本发明的相关实施例包括所述目标函数被添加有权重，所述权重等于或大于所述第一成本函数中的所述目标函数的权重的最大值。由此，可以确保新生成的处置计划实现产生于具有高概率的用户输入的目标。
在另一方面中，本发明提出了一种用于生成用于对处置区域内的靶结构进行消融治疗处置的处置计划的方法，所述处置计划是基于表示处置目的的优化目标和/或约束来生成的。所述方法包括：(i)向用户可视化所述处置区域中的剂量分布，所述剂量分布对应于基于第一目标和/或约束生成的第一处置计划，(ii)接收指定所述剂量分布内的剂量值的第一用户输入和指定所述处置区域中的至少一个位置作为针对所述剂量值的靶位置的第二用户输入，(iii)基于所述第一目标和/或约束和第一用户输入和第二用户输入来确定第二目标和/或约束，并且(iv)基于所述第二目标和/或约束生成第二处置计划。
在另一方面中，本发明提出一种在用于生成用于消融治疗处置的处置计划的系统的处理单元中可执行的计算机程序，所述计算机程序包括程序代码模块，以用于当所述计算机程序在所述处理单元中运行时使所述处理单元执行用于生成针对患者的处置计划的方法。
应当理解，根据权利要求1所述的系统、根据权利要求14所述的方法和根据权利要求15所述的计算机程序具有相似和/或相同的优选实施例，尤其是如在从属权利要求中定义的。
应当理解，本发明的优选的实施例还可以是从属权利要求或以上实施例与相应的独立权利要求的任何组合。
本发明的这些和其他方面将参考在下文中所描述的实施例而显而易见并且得到阐述。
附图说明
在以下附图中：
图1示意性并且示范性地示出了包括用于生成处置计划的规划单元的消融治疗系统；并且
图2示意性并且示范性地示出了处置区域的图像中的剂量分布的可视化；
图3示意性并且示范性地示出了剂量分布的可视化中的剂量值的指示；
图4A示意性并且示范性地图示了剂量分布的可视化中的第一位置的选择；
图4B示意性并且示范性地图示了被分配给第一位置的剂量值到第二位置的转移；并且
图5示意性并且示范性地示出了另外的剂量分布的可视化。
具体实施方式
图1示意性并且示范性地图示了用于将消融治疗处置递送到人类或动物患者身体内的靶结构的系统的实施例。靶结构可以具体地是身体的某些区域内的肿瘤。在以下中将涉及的一个示范性实施例中，系统被配置为暂时性近距离治疗系统，其可以被配置为递送高剂量率(HDR)近距离治疗处置或另一形式的暂时性近距离治疗处置。在这样的系统中，靶结构借助于一个或多个辐射源来辐照，所述一个或多个辐射源暂时地被放置在靶结构附近的处置区域中。该处置可以被递送一次或在多个分段中被递送(即，(一个或多个)辐射源若干次被放置在处置区域中)。
在该实施例中，系统包括用于将(一个或多个)辐射源递送到处置区域的施源器1。(一个或多个)辐射源可以具体地包括发射用于处置靶结构的电离放射性辐射的放射性粒子。施源器1包括用于接收(一个或多个)辐射源的一个或多个导管。经由导管，(一个或多个)辐射源可以被递送到处置区域并且在还被称为停留时间的定义的时间段内保持在还被称为停留位置的定义的位置处。在图1中所图示的实施例中，(一个或多个)辐射源从后装机设备2远程地被递送到施源器1中。在另外的实施例中，(一个或多个)辐射源同样可以被手动递送到施源器1中。
此外，系统包括成像设备3，所述成像设备被配置为采集患者身体内的处置区域的图像。优选地，成像设备3被配置为生成处置区域的三维图像。出于该目的，成像设备3可以采用本领域的技术人员已知的任何适合的成像模态。由成像设备3采用的示范性成像模态包括计算机断层摄影(CT)、超声成像或磁共振成像(MRI)。原则上，还能够是，成像设备3被配置为借助于X射线成像、超声成像或另一成像技术采集处置区域的二维图像。当图像在施源器1被定位在处置区域中的同时被采集时，基于图像，处置区域的解剖配置可以被检查并且(一个或多个)辐射源和施源器1相对于靶结构和风险器官的相对位置可以被确定。
处置根据处置计划来递送，所述处置计划指定具体地包括停留时间的相关处置参数并且在规划单元4中生成。规划单元4可以被配置为包括处理单元的计算机设备(诸如例如个人计算机)，所述处理单元运行用于生成用于控制辐射治疗处置的执行的处置计划的处置规划软件。规划单元4包括用于接收借助于成像设备3采集的图像的适合的接口。此外，规划单元4包括或被耦合到用于与用户(其可以例如是医师)交互的用户接口。用户接口可以具体地包括显示单元5和输入设备6。输入设备6可以具体地允许在被提供在显示单元5上的图形用户接口内导航。出于该目的，输入设备6可以具体地包括指点设备，诸如例如计算机鼠标、触摸板或轨迹球。同样地，显示单元5可以包括还用作输入设备6的触敏监测器。
在开始系统中的实际辐射处置之前，在规划单元4的定位模块7中确定处置区域中的一个或多个适当的停留位置，并且施源器1被定位在处置区域中，使得(一个或多个)辐射源当被插入到施源器1中时被布置在(一个或多个)所确定的停留位置处。(一个或多个)停留位置可以通过应用启发式确定流程基于靶结构和风险器官的位置来确定。这样的流程的已知范例包括所谓的k均值聚类流程和所谓的质心沃罗诺伊棋盘格法。靶结构和风险器官的位置可以使用借助于成像设备3采集的处置区域的图像来确定。在图像中，靶结构和风险器官可以被描绘以确定靶结构和风险器官的轮廓，并且位置可以根据所确定的轮廓来确定。靶结构和风险器官的描绘可以使用本领域的技术人员已知的手动、半自动或自动流程来完成。
基于(一个或多个)停留位置相对于靶结构和风险器官的布置，以下面要在本文中更详细地描述的方式在规划单元4的计划模块8中确定处置计划。处置计划具体地定义停留时间，在所述停留时间期间，借助于(一个或多个)辐射源来辐照处置区域。在已经将施源器1定位在处置区域中的情况下并且在已经确定用于(一个或多个)辐射源的(一个或多个)停留位置的处置计划的情况下，(一个或多个)辐射源被递送到施源器1中并且根据处置计划在施源器1内保持就位。
处置计划基于针对患者的临床处方来生成，所述临床处方可以具体地指定要在处置期间递送到靶结构的辐射剂量。此外，可以指定要递送到风险器官的最大辐射剂量。这可以在针对患者的处方中和/或在与处置有关的一般规则中完成。此外，处置计划在根据处置区域的图像确定的靶结构和风险器官的位置上生成，所述图像下面在本文中还被称为规划图像。规划图像可以对应于停留位置被确定的前述图像。同样地，可以使用处置区域的另一图像。
基于处置目的来确定一组目标和/或约束并且生成最终处置计划，所述最终处置计划至少近似地实现目标和约束。出于该目的，优化问题基于目标和约束来公式化，并且该优化问题在包括若干步骤的用户引导的迭代优化流程中至少近似地解决。在每个步骤中，计划模块8通过逼近优化问题的解自动地计算初步处置计划。然后，计划模块8确定对应于该处置计划的剂量分布并且向规划单元4的用户可视化剂量分布。用户查看剂量分布以决定他/她是否满意剂量分布。如果在一个步骤中用户是满意的，则在该步骤中计算的处置计划被用作最终处置计划。如果用户是不满意的，则优化问题根据由于他/她的查看由用户指定的改变来修改。然后，在下一步骤中计划模块8计算新初步处置计划。
每个处置计划实现被递送到处置区域的特定剂量分布，其中，剂量分布对应于处置区域中的辐射剂量值的空间分布。因此，由于相对于规划图像的图像体积完成规划，因此剂量分布将剂量值分配给处置区域的每个体素。
目标对应于剂量分布应当实现的要求。可能的目标具体地包括将最大辐射剂量和最小辐射剂量递送到处置区域内的特定位置或区域。最小剂量要求通常涉及靶结构。因此，可以具体地指定要递送到靶结构的一个或多个位置或区域的最小辐射剂量。最大剂量要求通常涉及风险器官。在该方面，可以具体地指定要递送到风险器官的一个或多个位置或区域的最大辐射剂量。此外，可以定义另外的目标，诸如例如均匀剂量分布到处置体积的特定区域(其通常将是靶结构的区域)的递送。
约束通常对应于与目标相同的要求。然而，尽管被实施为目标的要求不必确切地被实现，但是剂量分布必须不违反被实施为约束的要求。
为了基于针对具体地患者指定的目标和约束自动地生成处置计划，计划模块8可以使用适合的优化算法将成本函数F最小化。成本函数F可以包括个体目标函数Fk的集合，其中，每个个体目标函数Fk表示一个目标。在一个实施例中，成本函数F可以具体地对应于目标函数Fk的加权和，即，
其中，τ指代要确定的一组处置参数(即，本范例中的停留时间)并且参数wk指代目标函数Fk的权重。由于加权，因此在这样的目标彼此冲突的情况下，具有较高权重的目标比具有较低权重的目标更可能被满意。因此，权重根据目标相对于处置的成功的重要性来选择。
作为范例，表示针对特定体积V的最大/最小辐射剂量的目标函数可以由以下等式给出：
其中，在最大剂量被指定的情况下，f(di,dk)＝H(di-dk)，并且在最小剂量被指定的情况下，f(di,dk)＝H(dk-di)。Δvi指代体素i的体积，di＝di(τ)是当辐射参数τ被使用时被递送到体素i的辐射剂量，dk是要递送到体积V的最大/最小辐射剂量，并且H是由以下等式定义的海维赛德阶跃函数：
约束可以由函数C(τ)表示，使得计划模块8可以将前述函数F(τ)最小化，并且同时可以确保以下等式被实现：
C(τ)≥0或C(τ)＝0。
例如，针对对应于最大剂量要求的约束的对应的函数C可以是C＝dk–di，并且针对对应于最小剂量要求的约束的函数C可以是C＝di–dk。为了(近似地)解决优化问题，使得约束被实现，例如，可以应用拉格朗日乘数的已知方法。
为了确定处置参数以使得目标函数(近似地)被最小化并且约束被实现，任何适合的优化算法可以由计划模块8使用。在一个示范性实施方式中，计划模块8可以使用在P.E.Gill等人的"User's guide for NPSOL 5.0:A Fortran package for nonlinearprogramming"(Technical Report SOL 86-6，2001年修订)中所描述的NPSOL算法。然而，同样可以使用本领域的技术人员已知的任何其他适合的算法。
以这样的方式，计划模块8可以在上文解释的用户引导的优化流程的每个步骤中计算处置计划。此外，如上所述，当用户不满意产生于所生成的处置计划的剂量分布时，优化问题根据由用户指定的改变来修改。在该方面，计划模块8在每个步骤中确定对应于所生成的处置计划的剂量分布并且向用户可视化剂量分布。出于该目的，规划图像可以在计划模块8的控制下显示在显示单元5处，并且规划图像可以与剂量分布的图形表示交叠。
具体地，对应于剂量分布的剂量值可以根据预定义的剂量间隔来可视化，并且图形表示可以包含间隔边界的等剂量曲线。通过范例，这样的图形表示被图示在图2中，图2示出了包括靶结构23的处置区域22的图像21。图像21与特定剂量间隔之间的边界的等剂量曲线交叠，其中，一个等剂量曲线被提供有附图标记24。
额外地或者作为等剂量曲线的备选，剂量分布的图形表示可以包含具有来自相同间隔的剂量值的半透明着色或阴影区域(在下面在本文中被称为等剂量区域)。
在包括图像和剂量分布的前述表示的图形用户接口中，用户可以优选地通过操作输入设备6来控制光标的移动。为了更详细地查看剂量分布，用户可以在图像上移动光标并且图形用户接口可以显示被分配给由光标越过的位置或体素的剂量值。出于该目的，指定剂量值的指示31可以被交叠在图像上，如图3中所示，或者剂量值可以在图像旁边被指定在图形用户接口中。附图还示出了被提供有附图标记32的光标，所述光标被定位在所指示的剂量值被分配到的位置处。此外，由光标越过的体素属于的等剂量区域33可以任选地被突出显示，如图3中同样示出的(在附图中，等剂量区域是阴影的)。由此，还可以向用户阐明剂量分布。
当用户不满意剂量分布时，他/她可以起始实现图形用户接口中的经修改的剂量分布的新处置计划的计算。具体地，用户可以选择特定剂量值根据当前剂量分布被分配到的第一位置或体素。选择可以通过将光标导航到该位置和通过当光标被定位在相关位置处时执行预定输入动作(诸如例如点击鼠标按钮)来做出。在选择第一位置的情况下，分配的剂量值可以被指定在图形用户接口中，例如以上文所解释的方式，并且选定的第一位置可以被突出显示在图形用户接口中。在图4A中示意性地图示了其中选定的位置被突出显示并且所分配的剂量值被指定的该情况。在该附图中，使用交叉来图示突出显示。然而，突出显示可以以任何其他适合的方式来提供。
通过第一位置的选择，捕获分配的剂量值。现在，用户可以选择剂量值正作为用于下一优化步骤的靶剂量值被分配到的第二位置。在图4b中，第二位置被提供有附图标记42。因此，用户可以将被分配到第一位置的剂量值作为靶剂量值转移到第二位置。为了实现这一点，用户可以将光标导航到第二位置并且然后通过执行预定输入动作来选择该位置。在图形用户接口中，转移可以例如借助于将第一位置和第二位置连接的箭头来可视化。在图4b中示范性地图示了这样的箭头41。
以这种方式，用户可以直接地并且容易地操纵剂量分布。具体地，用户可以将剂量值从一个位置转移到另一位置。在该方面，用户通常比较剂量分布的不同的区域的剂量值(而不是检查绝对剂量值)以便判断剂量分布是否是满意的。通过转移如上文所描述的剂量值，用户可以直接地将剂量分布调整到该判断过程中的他/她的发现(即，发现“与第一位置处的剂量分布相比较，第二位置处的剂量值太低/高”)。这允许剂量分布的直观操纵。
响应于用户输入，计划模块8优选地以这样的方式修改用于确定处置计划的优化问题：第二位置处的剂量值将根据下一优化步骤中计算的处置计划接近指定靶剂量值(例如由用户指定的值)。出于该目的，计划模块8将对应的约束或目标添加到被用于计算当前优化周期中的处置计划的一组约束和目标。
在该方面，计划模块8优选地将约束添加到该组，其取决于由用户指定的剂量值是小于还是大于被分配到第二位置的当前剂量值而对应于用于第二位置的最大或最小剂量要求。这通过将由用户指定的剂量值与当前剂量值进行比较在计划模块8中确定。更具体地，如果由用户指定的剂量值小于当前剂量值，则计划模块8添加对应于用于第二位置的最大剂量要求的约束。这意指计划模块8将约束函数C＝df–di添加到约束函数(其必须等于或大于零)的列表，其中，df对应于根据要计算的处置计划的第二位置的剂量值并且di对应于由用户指定的第一位置处的剂量值，如上文所解释的。在由用户指定的剂量值大于当前剂量值的情况下，计划模块8添加对应于用于第二位置的最小剂量要求的约束。因此，计划模块8将约束函数C＝di–df添加到约束函数的列表。
通过添加这样的约束，计划模块8可以确保剂量值将接近指定的靶剂量值。原则上，还将能够添加要求第二位置的剂量值等于由用户指定的剂量值的约束。然而，这样的约束能够实现不能够由优化算法解决的优化问题。因此，对应于最大或最小剂量要求的约束的添加是优选的。
在备选实施例中，计划模块8可以将对应于最大或最小剂量要求的目标添加到一组目标和约束。在这种情况下，由用户做出的修改可以不在一些概率的情况下实现。然而，在这种情况下，优化的可能的解的“搜索空间”是更大的，使得在一些情况下优化算法可以产生更好的总体解。
在该备选实施例中，如果由用户指定的剂量值小于当前剂量值，则计划模块8可以具体地添加对应于用于第二位置的最大剂量要求的目标。因此，计划模块将以下形式的目标函数添加到要最小化的成本函数：
如果由用户指定的剂量值大于当前剂量值，则计划模块8可以具体地添加对应于用于第二位置的最大剂量要求的目标。因此，计划模块8向成本函数添加以下形式的目标函数：
作为备选，计划模块8可以添加要求第二位置的剂量值等于由用户指定的剂量值的目标。这样的目标可以通过添加到以下形式的成本函数和目标函数来实施：
如在对应的约束的添加的情况下，这样的目标限制优化问题的可能的解的“空间”。然而，由于目标不一定必须实现，因此在该实施例中在任何情况下仍然可以能够解决优化问题。
成本函数中的添加的目标的权重可以由用户指定。作为备选，计划模块8可以自动地选择权重。具体地，计划模块8可以评价已经被包括在成本函数中的目标函数的权重并且可以在针对新目标函数的这些权重中间选择最大权重。由此，应确保，添加的目标将以高概率来实现。
在已经通过添加前述约束或目标修改优化问题的情况下，优化流程行进到下一优化步骤。在该优化步骤中，经修改的优化问题自动地被解决以便生成新初步处置计划，并且对应于新处置计划的剂量分布被显示在显示单元5处，如上文所解释的。为了图示产生于由用户做出的修改的剂量分布的改变，可以突出显示包括先前指定的第一位置的等剂量区域，如上文所解释的。在新剂量分布中，该等剂量区域还应当包括先前由用户指定的第二位置。这在图5中示范性地示出，图5还图示了图4A和图4B中所图示的剂量值的转移的潜在结果。
以上文所描述的方式，用户可以将剂量值从第一位置转移到具体第二位置。当用户不满意多个第二位置的剂量值时，在一个优化步骤中可以针对多个第一位置和第二位置完成相同。此外，计划模块8还可以被配置为实现剂量值从第一位置到多个第二位置的变换，从而形成连续的靶区域。在这种情况下，由计划模块添加到一组约束和目标的约束或目标涉及被包括在靶区域中的所有体素。
为了指定靶区域，可以使用任何适合的输入流程。例如，具有特定形状的放大光标可以被提供以标记并且选择靶位置，或者靶区域可以通过沿着区域的轮廓移动光标手动地描绘。
此外，对于用户而言指定包括多个第一位置的源区域并且将从多个第一位置的剂量值导出的剂量值转移到第二位置和/或靶区域能够是可能的。源区域可以以与上文所描述的相同的方式来指定。导出的剂量值可以以适合的方式根据多个位置的剂量值来计算。具体地，导出的剂量值可以对应于根据多个位置的剂量值计算的适合的统计值。例如，导出的剂量值可以对应于个体剂量值的最大值、最小值或平均值。当靶区域被指定时，估计源区域中的多个位置的剂量值的均值和方差同样是可能的。在这种情况下，均值可以对应于靶剂量值并且计划模块8可以添加要求靶区域的每个位置具有对应于所确定的均值的剂量值的目标。这样的目标可以通过向成本函数添加相对于靶区域中的每个位置的如上文所解释的对应的目标函数来实施。此外，计划模块8可以添加约束，所述约束要求靶区域中的剂量值的方差不超过源区域中的剂量值的方差。因此，偏离均值的靶区域中的剂量值通常在产生于处置计划的新版本的剂量分布中是可能的，但是剂量值的方差将不超过源区域中的剂量值的方差。由此，能够生成统计上类似于源区域中的剂量分布的靶区域内的剂量分布。
尽管上文所描述的实施例涉及用于暂时性近距离治疗处置的处置计划的生成，但是同样能够将上文所描述的流程应用到其他消融处理模态，诸如例如HIFU、RF和微波处置和激光消融。这些处置模态与暂时性近距离治疗处置不同，其中，热剂量分布在规划过程而不是辐射剂量分布中确定。此外，处置参数是不同的，并且可以包括能量被施加到处置区域的时间段以及辐射或超声波束的功率和频率。因此，当相关处置参数化而不是停留时间被优并且热剂量分布而不是辐射剂量分布由用户确定和操纵时，前述流程可以被应用到这些处置模态。
通过研究附图、说明书和权利要求书，本领域的技术人员在实践请求保护的本发明时可以理解和实现所公开的实施例的其他变型。
在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或者步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。
单个单元或设备可以履行权利要求中记载的若干项的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。
计算机程序可以被存储/分布在合适的介质上，例如与其他硬件一起提供或作为其他硬件的部分提供的光学存储介质或固态介质，但计算机程序也可以以其他形式来分布，例如经由因特网或者其他有线或无线电信系统分布。
权利要求书中的任何附图标记不应被解读为对范围的限制。

Claims (15)

1.一种用于生成处置计划的系统，所述处置计划用于对处置区域内的靶结构(23)进行消融治疗处置，所述系统被配置用于基于表示处置目的的优化目标和/或约束的处置计划生成，并且所述系统包括规划单元(4)，所述规划单元被配置为：
-向用户可视化所述处置区域中的剂量分布，所述剂量分布对应于基于第一目标和/或约束生成的第一处置计划，
-接收指定所述剂量分布内的剂量值的第一用户输入和将所述处置区域中的至少一个位置(42)指定为针对所述剂量值的靶位置的第二用户输入，
-基于所述第一目标和/或约束和所述第一用户输入和所述第二用户输入来确定第二目标和/或约束，并且
-基于所述第二目标和/或约束来生成第二处置计划。
2.根据权利要求1所述的系统，所述规划单元(4)被配置为提供图形用户接口，所述图形用户接口用于将所述处置区域的图像(21)中的所述剂量分布进行图形可视化。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述第一用户输入包括对所述处置区域的位置的选择，并且所指定的剂量值对应于根据所述剂量分布被分配到所述位置的所述剂量值，并且其中，所述第二用户输入包括对所述处置区域的所述至少一个位置(42)的选择。
4.根据权利要求2所述的系统，其中，所述第一用户输入包括对包括所述处置区域的多个位置的区域的选择，并且所指定的剂量值对应于从根据所述剂量分布被分配到所述多个位置的所述剂量值导出的值，并且其中，所述第二用户输入包括对所述处置区域的所述至少一个位置(42)的选择。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述规划单元(4)被配置为通过将至少一个额外的目标和/或约束添加到所述第一目标和约束来生成所述第二目标和/或约束，并且基于所述第一用户输入和所述第二用户输入来确定所述至少一个额外的目标和/或约束。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述至少一个额外的目标和/或约束对应于针对被递送到所指定的至少一个位置(42)的剂量的要求。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述规划单元(4)被配置为基于所指定的剂量值与根据所述剂量分布被分配到所指定的至少一个位置(42)的剂量值之间的比较来从最大剂量要求和最小剂量要求选择所述要求。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述规划单元(4)被配置为在所指定的剂量值大于根据所述剂量分布被分配到所指定的至少一个位置(42)的所述剂量值的情况下选择所述最大剂量要求。
9.根据权利要求7所述的系统，其中，所述规划单元(4)被配置为在所指定的剂量值小于根据所述剂量分布被分配到所指定的至少一个位置(42)的所述剂量值的情况下选择所述最小剂量要求。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述规划单元(4)被配置为通过将包含目标函数的加权和的第一成本函数最小化来生成所述第一处置计划，每个目标函数对应于所述第一目标中的一个。
11.根据权利要求5和10所述的系统，其中，所述规划单元(4)被配置为通过将第二成本函数最小化来生成所述第二处置计划，所述第二成本函数是通过将对应于所述至少一个额外的目标的目标函数添加到所述第一成本函数来生成的。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述目标函数被添加有权重，所述权重等于或大于所述第一成本函数中的所述目标函数的所述权重的最大值。
13.根据权利要求1所述的系统，其中，所述消融治疗处置包括暂时性近距离治疗处置，并且其中，所述处置计划指定针对所述暂时性近距离治疗处置的停留时间。
14.一种用于生成处置计划的方法，所述处置计划用于对处置区域内的靶结构进行消融治疗处置，所述处置计划是基于表示处置目的的优化目标和/或约束来生成的，所述方法包括：
向用户可视化所述处置区域中的剂量分布，所述剂量分布对应于基于第一目标和/或约束生成的第一处置计划，
接收指定所述剂量分布内的剂量值的第一用户输入和将所述处置区域中的至少一个位置(42)指定为针对所述剂量值的靶位置的第二用户输入，
基于所述第一目标和/或约束和所述第一用户输入和所述第二用户输入来确定第二目标和/或约束，并且
基于所述第二目标和/或约束来生成第二处置计划。
15.一种能够在系统的处理单元中运行的计算机程序，所述系统用于生成用于消融治疗处置的处置计划，所述计算机程序包括程序代码模块，所述程序代码模块用于当所述计算机程序在所述处理单元中运行时使所述处理单元执行根据权利要求14所述的用于生成针对患者的处置计划的方法。
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