CN110152206A - 优化到重叠结构的辐射剂量 - Google Patents

Abstract

在辐射疗法中，适用于患者体内的不同标识结构(例如，靶标标结构和危及器官(OAR))的治疗目标可能由于结构之间的重叠而发生冲突。自动化系统和方法可检测到并解决此类冲突。例如，可定义彼此不重叠的一组经修改区域，并且可基于原始治疗目标来确定针对每个经修改区域的经修改治疗目标。所述经修改区域和所述经修改治疗目标可用于治疗计划过程中。

Description

优化到重叠结构的辐射剂量

技术领域

本公开大体上涉及用于辐射疗法的治疗计划，并且更具体地，涉及用于在治疗目标相冲突的两个或更多个结构重叠的情况下优化辐射剂量的技术。

背景技术

一般来说，辐射疗法包括使用电离辐射来治疗活组织(通常为肿瘤)。在辐射疗法中使用许多不同类型的电离辐射，包括高能x射线、电子束和质子束。在不同类型的辐射中对患者施用辐射疗法的过程可以是类似的。通常，使用外束辐射治疗系统。此类系统提供在射束源处产生所需类型的射束的线性加速器以及包括用于对从射束源出射的射束进行整形的多叶准直器(MLC)的准直器。射束递送系统(包括射束源和准直器)通常安装在可移动机架上，所述可移动机架可围绕放置患者的治疗台移动，从而允许辐射束相对于患者从不同角度进行递送。

这种系统用于各种治疗选项。一种选项是强度调制放射疗法(IMRT)，其中射束源定位成所需角度，并且MLC被调制来控制由不同组织接收的剂量。在治疗期间，可重新定位射束源和/或MLC，从而允许从不同角度递送辐射。在IMRT中，在递送辐射的同时射束源保持静止。另一种治疗选项是体积调制弧形疗法(VMAT)，其中射束源在递送辐射的同时围绕患者遍历一定的弧形。在IMRT和VMAT中，总体目标是在使递送到周围组织(特别地，可能位于靶标体积附近的健康器官或组织)的剂量最小化的同时向患者体内的靶标体积(通常为肿瘤)递送治疗有效的辐射剂量(通常为高且均匀的剂量)。

有效的辐射疗法需要治疗计划来确定最佳地实现总体目标的机器参数。在IMRT的情况下，治疗计划可指定机器参数，诸如射束源和准直器的位置(包括MLC叶设置)、射束强度(例如，剂量率)以及曝光持续时间(也称为“射束曝光时间”)；所述计划可包括多个控制点，所述多个控制点各自由一组机器参数定义。在VMAT的情况下，治疗计划可规定与IMRT中相同的所有机器参数，以及定义待遍历的弧形的附加参数，并且在某些情况下，定义遍历弧形的速度。在治疗期间，可使用治疗计划来控制放射疗法系统的操作，并且根据治疗计划操作放射疗法系统，从而使得向患者递送所需的剂量分布。

治疗计划通常经由以下“逆向”问题来处理：确定机器参数的最佳组合(诸如射束强度、射束整形、一个或多个射束方向、曝光持续时间)，以在使递送到附近器官或组织(通常称为“危及器官”或“OAR”)的剂量最小化的同时向靶标体积(或多个靶标体积)递送所需总辐射剂量。所需辐射剂量可表达为一组治疗目标，并且可定义成本函数以量化预测的辐射剂量与所述一组治疗目标之间的差异。此成本函数允许执业医生比较不同的治疗选项。

发明内容

治疗计划的挑战之一是治疗目标不相容的不同结构(或区域)之间的重叠问题。例如，靶标结构(待用辐射治疗的组织区域)可与一个或多个危及器官重叠(其可包括附近的器官或组织和/或所述靶标结构所处的器官或组织的健康部分)。所述治疗目标通常要求：递送到所述靶标结构的所述剂量在最大剂量与最小剂量之间的范围内，并且所述剂量尽可能均匀。所述治疗目标通常还要求：递送到所述OAR结构的所述剂量不应超过规定的上限。此上限通常低于用于所述靶标结构的所述最小剂量。在所述靶标结构与OAR之间存在重叠的情况下，如果不能满足重叠区域中的两个治疗目标，则视为治疗目标之间存在“冲突”。(虽然本说明书使用靶标结构与OAR之间的冲突实例作为实例，但应理解，可能发生其他冲突实例，诸如治疗目标相冲突的两个靶标结构彼此重叠的情况或治疗目标相冲突的OAR彼此重叠的情况。)

本发明的某些实施方案涉及用于在治疗目标不相容的不同结构之间存在重叠时解决治疗目标之间的冲突的自动化技术。举例来说，考虑靶标结构与OAR重叠的情况。假设已例如使用诸如在患者体内的相关部分的图像上标记所述结构的常规技术来标识所述靶标结构和所述OAR，并且已为所述靶标结构和所述OAR指定治疗目标。一种执行适当程序代码的计算机系统可检测所述靶标结构与所述OAR之间的几何重叠并检测到治疗目标之间存在冲突，使得在重叠区域内不能满足两个目标。响应于此确定，所述计算机系统可定义围绕所述结构中的一者的边距，其中所述边距提供剂量应从所述OAR剂量的所述上限斜升到用于所述靶标区域的至少所述最小剂量的区域。在典型实例中，围绕所述靶标结构定义所述边距(使得所述边距的一部分延伸到所述OAR中)；然而，在一些情况下，可向OAR指派更高的优先级，并且可替代地围绕所述OAR定义所述边距，其中所述边距的一部分延伸到所述靶标结构中。在一些实施方案中，可自动地定义所述边距，例如，基于射束类型、所述靶标结构在所述患者体内的位置，和/或其他考虑因素，它们的实例在下文描述。所述计算机系统可以允许解决冲突的方式重新定义所关注区域。在一些实施方案中，可将所述所关注区域重新定义为包括彼此不重叠的经修改区域，诸如：“仅OAR”区域，其包括OAR的不与所述靶标结构或所述边距重叠的部分；“仅目标”区域，其包括所述靶标结构的不与所述OAR重叠的部分；“OAR/边距”重叠区域，其包括所述OAR的与所述边距重叠的部分；以及“OAR/目标”重叠区域，其包括所述OAR的与所述靶标结构重叠的部分。然后，所述计算机系统可为每个经修改区域定义经修改治疗目标。在一些情况下，针对不包括重叠结构的所述经修改区域(例如，所述仅OAR区域和所述仅靶标区域)定义的所述经修改治疗目标可与用于所述OAR和所述靶标结构的最初指定的治疗目标相对应。对于包括重叠结构的所述经修改区域(例如，所述OAR/边距区域和所述OAR/靶标区域)，可基于用于所述OAR和所述靶标结构的所述最初指定的治疗目标来生成新的治疗目标。用于生成新的治疗目标的特定技术可取决于所述最初指定的治疗目标，并且在一些情况下，还可修改用于非重叠经修改区域(例如，仅OAR区域和仅靶标区域)的治疗目标。在下文描述实例。在治疗计划过程中，所述经修改区域和所述经修改治疗目标可代替原始结构和原始治疗目标。

类似技术可应用于其中重叠结构具有冲突的治疗目标的其他情况，诸如治疗目标相冲突的两个靶标结构重叠的情况，或者治疗目标相冲突的两个OAR重叠的情况。在一些实施方案中，治疗目标相冲突的两个以上结构可能重叠，并且所述计算机系统可根据所述一组重叠结构来定义经修改区域并且为每个经修改区域确定经修改治疗目标。

以下详细描述以及附图提供对所要求保护的发明的本质和优点的更好理解。

附图说明

图1示出可结合本发明的实施方案使用的辐射治疗系统的透视图。

图2示出图1的辐射治疗系统的侧视图。

图3示意性地示出可包括在图1的辐射治疗系统中的光子准直系统。

图4示出可在图3的光子准直系统中使用的示例性多叶准直器平面。

图5示出可结合本发明使用的外束辐射治疗系统的框图。

图6是示出两个治疗目标由于重叠结构而发生冲突的情况的简化图。

图7是根据本发明的实施方案的用于解决冲突的治疗目标的过程的流程图。

图8A示出根据本发明的一个实施方案的围绕图6的目标结构定义的示例性边距。

图8B示出根据本发明的实施方案的其中图6的OAR和靶标结构被分成四个经修改区域的实例。

图9示出根据本发明的实施方案的用于在原始治疗目标为OAR指定了体积限值时确定经修改治疗目标的过程的流程图。

图10示出根据本发明的实施方案的用于在原始治疗目标为OAR指定了平均剂量限值时确定经修改治疗目标的过程的流程图。

图11A是示出三个治疗目标可能发生冲突的情况的简化图。

图11B示出可被定义用于图11A中所示的情况的经修改区域的实例。

图12A示意性地示出根据围绕靶标结构的在横向方向上的位置而变化的射束强度的曲线图。

图12B示出相对于图12A放宽均匀性要求的效果。

图12C示出随介质中的深度的剂量衰减的实例。

图13示出适合于在本发明的一些实施方案中使用的计算机系统的简化框图。

定义

“辐射”指代用于治疗组织(例如，肿瘤)的任何粒子(例如，光子、电子、质子等)。辐射的实例包括高能x射线、γ射线、电子束和质子束。不同的粒子可与不同类型的辐射治疗相对应。“治疗体积”指代将经受辐射的整个体积，并且有时也称为“照射体积”。“靶标结构”、“靶标体积”以及“计划靶标体积”指代意图接收治疗规定的剂量的组织。照射体积通常大于靶标体积，并且可包括不意图接收治疗剂量的器官或组织。此类器官或组织有时被称为“危及器官”(OAR)。

“放射治疗计划”(也称为“治疗计划”或“计划”)可包括剂量分布、用于针对给定患者实现剂量分布的机器参数，以及关于给定患者的信息。“剂量分布”提供关于辐射剂量随位置变化的信息。剂量分布可以许多格式表示，例如，剂量体积直方图(DVH)或剂量矩阵。DVH可以图形格式概述三维(3D)剂量分布，例如，其中横轴是由特定体积或结构(其可以是靶标体积、OAR或任何其他明确定义的体积)所吸收的剂量(例如，以戈(Gy)为单位)，而纵轴是体积百分比。在微分DVH中，特定剂量下条形的高度指示接收特定剂量的所讨论体积的体积百分比。在累积DVH中，特定剂量下条形的高度指示接收大于或等于所述剂量的所讨论体积的体积百分比。累积DVH大体上是曲线图(例如，当使用小面元大小时)，而微分DVH通常是不相交的条形图。DVH的缺点在于，它不提供空间信息；即，DVH不示出结构内接收剂量的位置。剂量矩阵可示出身体每个部位接收的剂量。

“剂量预测模型”接收患者数据和机器参数并输出预测获得的剂量分布。不同类型的辐射治疗可具有不同的模型。患者数据可包括诊断信息(例如，大体肿瘤位置或阶段信息)和几何信息(例如，患者体内肿瘤和其他器官的空间几何形状)。特定模型可具有与所预测剂量分布相关联的准确度(可靠性)。可根据剂量分布已经经由其他手段(例如，通过优化成本函数)确定的一组测试辐射治疗计划来确定准确度。例如，可基于模型预测通过优化成本函数所获得的实际剂量分布的程度来确定准确度。

“监测器单元”(MU)是来自用于放射治疗的临床加速器(诸如线性加速器)的机器输出的量度。监测器单元由监视器室测量，所述监视器室是电离室，其测量由射束所递送的剂量并且内置于放射疗法线性加速器的治疗头中。对线性加速器进行校准以给出特定条件下的特定吸收剂量，但定义和测量配置将在中心之间变化。

监测器单元的两个常见定义是：(1)当1戈(100拉德(rad))的吸收剂量被递送到水当量体模中最大剂量深度处的点时，监测器室读取100MU，所述体模表面位于机器的等中心点处(例如，距典型机器的源100cm处)，其在表面处的场大小为10cm×10cm；以及(2)当1Gy(100rad)的吸收剂量被递送到所述体模中给定深度处的点时，监测器室读取100MU，其中所述体模的表面被定位成使得指定点位于机器的等中心点处，并且场大小在等中心点处为10cm×10cm。

一些线性加速器使用源到轴距离(SAD)而不是源到表面距离(SSD)进行校准，并且校准(监测器单元定义)可取决于医院习惯而不同。早期放射疗法是使用“恒定SSD”治疗进行的，因此采用监测器单元的定义来反映这种校准几何形状。现代放射疗法使用等中心辐射治疗计划进行，因此对监测器单元的更新定义是基于根据源到轴距离(SAD)的等中心点处的几何形状的。

在本公开中相对于治疗场所使用的术语“空间点”指代与外束辐射治疗系统的治疗轴坐标的一组值相关联的几何点。空间点由以下定义：等中心点的位置、患者支撑件的位置和角度、机架角度、准直器角度以及每个MLC叶的位置。术语“控制点”指代包括关于治疗轴的空间信息的辐射治疗场的参数点，并且还可指定准直器设置、射束强度或剂量率(例如，使用MU计数和/或仪表权重的相关概念)和/或射束源的运动速度(包括支撑射束源的可移动机架的速度)。

具体实施方式

辐射疗法系统

外束疗法(EBT)(也称作外部辐射疗法)是用于向患者的肿瘤递送一束或多束光子(例如，x射线))或其他粒子(例如，质子，电子的方法。射束在患者体外生成并且靶向肿瘤部位处。

图1和图2描绘可结合本发明的实施方案使用的辐射治疗系统100。图1示出辐射治疗系统100(在此情况下并入线性加速器)的透视图。辐射治疗系统100可以能够生成粒子束(例如，电子或质子)或光子束(例如，x射线)，以用于对治疗台35上的患者的放射疗法治疗。出于本说明书的目的，将假设x射线辐射。然而，本领域技术人员应理解，相同的原理适用于其他系统，包括电子束系统和重离子(例如，质子)束系统。

支架10支撑具有治疗头30的可旋转机架20。在支架10旁边布置有控制单元(未示出)，所述控制单元包括用于控制辐射治疗系统100的不同操作模式的控制电路。在支架内或机架中提供有高电压源，以向定位在位于机架20中的加速器引导件上的电子枪(未示出)供应电压。电子从电子枪发射进入引导件(未示出)中，在所述引导件中电子被加速。源供应RF(微波)功率以用于在波导内生成电场。从电子枪发射的电子在波导中被电场加速，并且作为高能电子束(通常在兆伏级能量下)离开波导。然后，电子束撞击适合的金属靶标，从而沿正向发射高能x射线。

图2示出辐射治疗系统100的稍微更详细的侧视图。患者P被示出为躺在治疗台35上。从治疗头30中的金属靶标以发散束104的形式发射如上所述形成的x射线。通常，患者平面116(其垂直于图2的页面)定位在距x射线源(例如，金属靶标)约一米处，并且机架20的轴线位于患者平面116中，使得在机架20旋转时，治疗头30中的靶标与等中心点178之间的距离保持恒定。等中心点178是位于患者平面116与射束122的中心轴线之间的交叉点处的点。患者P可定位在治疗台35上，使得待照射的治疗体积位于等中心点178周围。

在一些实施方案中，可例如使用可配置准直器对射束进行整形，以优化剂量分布以选择性地靶向肿瘤或其他患病组织。图3示意性地示出光子准直系统300，所述光子准直系统300具有上钳口310(即，Y1钳口和Y2钳口；为清楚起见省略了Y1钳口)、下钳口320(即，X1钳口和X2钳口)以及多叶准直器(MLC)330。图中指示了患者平面116中的场维度和等中心点178的位置。MLC 330的上钳口310、下钳口320和叶332至少部分地由x射线阻挡材料制成，并且定位在治疗头30(如图2所示)中以定义x射线束在患者平面116处的宽度。通常，钳口310和320是可移动的，并且当完全打开时，钳口在患者平面116处定义约40cm x 40cm的最大束宽。MLC 330定位在治疗头30的出口处，以对x射线束进行进一步整形。自1990年推出以来，MLC已成为大多数辐射治疗系统的标准特征。本发明的受让人所销售的当前MLC使用多达120个可单独控制的叶(通常为薄钨片)，所述叶可在系统软件的控制下移入或移出x射线束。

图4示出示例性MLC平面，所述MLC平面具有以相对的对布置的多个叶332，以及由选定的叶移动所产生的孔径415。辐射穿过孔415并由孔径415进行整形。因此，可使用MLC330来使x射线准直，以提供对肿瘤的来自各个角度的适形治疗(“3D适形”)以及强度调制放射疗法(“IMRT”)，由此向治疗区域的不同部分递送不同的辐射剂量。治疗体积(即，在x射线束的治疗路径中接近等中心点178的照射体积)由钳口310和320、MLC 330的叶序列以及准直器角度(即，MLC 330在治疗头30中所处的角度)定义。在一些实施方案中，钳口310和320的位置、MLC 330的叶序列和准直器角度都是可控制的机器参数；而在其他实施方案中，这些参数中的一些可以是固定的。

图5示出实现图1和图2的辐射治疗系统100的外束辐射治疗系统500的框图。辐射治疗系统500包括射束源510、射束孔径520、机架530以及台540。射束源510被配置来生成治疗辐射束。此辐射束可包括x射线、粒子等。射束孔径520包括可调整多叶准直器(MLC)522，所述可调整多叶准直器(MLC)522可以是上述MLC 330的实现方式，用于对辐射束进行空间滤波。台540(其可以是图1和图2的治疗台35的实现方式)被配置来在治疗期间对患者进行支撑和定位。台540可具有可被视为机器参数的六个自由度(平移偏移X、Y和Z以及旋转、俯仰和横摆)。

机架530(其可以是机架20的实现方式)容纳射束源510和射束孔径520。机架530可围绕固定轴线可移动(例如，可旋转)，并且可通过在射束源510递送射束的同时旋转机架530来进行体积调制弧形疗法(VMAT)治疗。待遍历的弧形(例如，起点和终点)和/或遍历速度可被视为附加机器参数。

在一些实施方案中，射束源510可被配置来生成成像辐射以及治疗辐射。因此，辐射治疗系统500还可包括图像采集系统550，所述图像采集系统550包括安装到机架530(例如，在与射束孔径520相对的臂上)的一个或多个成像检测器。

辐射治疗系统500还包括控制电路560以用于控制射束源510、射束孔径520、机架530、台540和图像采集系统550的操作。控制电路560可包括用于控制辐射治疗系统500的这些各种部件的操作的硬件、软件和存储器。控制电路560可包括固定用途的硬连线平台，或者可包括部分或完全可编程的平台。控制电路560可被配置来执行本文所描述的各种步骤、动作和其他功能。在一些实施方案中，控制电路560可包括用于接收和存储辐射治疗计划的存储器，所述辐射治疗计划定义一个或多个治疗场的空间点或控制点。然后，控制电路560可将控制信号发送到辐射治疗系统500的各种部件(诸如射束源510、射束孔径520、机架530和台540)，以执行辐射治疗计划。在一些实施方案中，控制电路560可包括优化引擎，用于确定辐射治疗计划；而在其他实施方案中，可在单独的计算机系统中提供优化引擎，所述计算机系统经由网络接口或计算机可读存储介质向控制电路560递送辐射治疗计划。

治疗计划概述

为治疗有效地使用辐射治疗系统100(或类似系统)，通常需要在将患者暴露于辐射之前制定治疗计划。在治疗计划期间，执业医生标识一组治疗目标，所述一组治疗目标指定待递送到患者体内的各种相关区域的辐射剂量。所述相关区域通常包括一个或多个靶标结构(肿瘤或待治疗的其他组织所在之处)以及一个或多个危及器官(OAR)(可能足够接近靶标结构而经受至少一些辐射的健康组织或结构)。对于靶标结构，治疗目标通常被定义为整个结构上的均匀且治疗有效(“高”)的剂量。对于OAR，治疗目标通常被定义为上限，其目标是使对健康组织的辐射损害最小化。基于治疗目标，可定义广义成本函数。例如，所需的治疗结果(即，满足所有治疗目标)可被定义为多维空间中的向量，其中每个分量对应于递送到患者体内的特定体积元素(体素)的剂量。成本函数被定义来量化所需结果与替代结果之间的距离(在多维空间中)。可使用欧几里德或其他距离度量，并且可在成本函数中为结果向量的不同分量指派不同的权重。可通过找到使成本函数最小化的替代解决方案来确定最佳解决方案。例如，可使用剂量预测模型来生成针对可调整机器参数的各种组合的替代结果(例如，射束强度、射束孔径、MLC叶序列、曝光持续时间、射束与患者的相对位置)，并且可为每个替代结果计算成本函数。出于本公开的目的，用于定义成本函数和标识使成本函数最小化的替代结果的特定技术并不关键，并且本领域技术人员将意识到众多此类技术。

治疗计划：冲突的治疗目标

本发明的某些实施方案涉及建立一组用于治疗计划的治疗目标，特别是在两个(或更多个)治疗目标发生冲突的情况下。图6是示出两个治疗目标由于重叠结构而发生冲突的情况的简化图。所示出的是靶标结构602和OAR 604，如在横向于预期射束方向的平面中所见。在临床实践中，可例如通过执业医生绘制通过(例如，使用MRI、X射线、CT扫描等)扫描患者获得的图像上的结构的轮廓来标识靶标结构602和OAR 604。针对靶标结构602和OAR604的治疗目标也可由执业医生指定。

可看出，靶标结构602和OAR 604具有重叠区域606。在此区域内，治疗目标可能发生冲突；即，可能无法同时满足这两个目标。例如，假设针对靶标结构602的治疗目标指定：100％的靶标体积应接收介于50Gy与51Gy之间的剂量，而针对OAR 604的治疗目标指定：不超过OAR体积的10％应接收超过40Gy的剂量。如果重叠区域606包括OAR 604的体积的至少10％，则无法满足这两个治疗目标，并且视为存在冲突。

图7是根据本发明的实施方案的用于解决冲突的治疗目标的过程700的流程图。过程700可在计算机系统中进行，例如，使用辐射治疗系统500的控制电路560(图5)或另一计算机系统。为了便于理解，将具体参考具有冲突的治疗目标的重叠结构是靶标结构和危及器官的情况来描述过程700；能够接触本公开的本领域技术人员将认识到，过程700可更一般地应用于第一结构和第二结构重叠并且具有冲突的治疗目标的任何情况。

当接收到输入时，过程700可在框702处开始。输入可包括对第一结构(例如，靶标结构602)和第二结构(例如，OAR 604)的标识。输入还可包括针对第一结构和第二结构的原始治疗目标。虽然本说明书着重于重叠的两个结构，但应理解，输入可包括对任何数量的结构(或区域)和相关联治疗目标(包括多个靶标和/或多个OAR)的标识，并且过程700可适用于两个或多个结构或区域之间存在重叠的情况。

在框704处，过程700可检测第一结构与第二结构之间的重叠(例如，区域606)的存在和治疗目标的冲突。对重叠和冲突的检测可以是自动的并且基于对输入信息的分析。例如，基于标识出靶标结构602和OAR 604的输入，可标识出围绕每个结构的边界，并且进一步分析可标识出在两个结构的边界内的区域(例如，像素或体素)。一旦检测到重叠，过程700就可例如通过确定为靶标结构602指定的最小剂量是否超过为OAR 604指定的最大或平均剂量来确定针对重叠结构的治疗目标是否冲突。出于此描述的目的，假设检测到重叠和冲突。在实践中，可能不存在重叠，或者存在重叠但未检测到治疗目标的冲突；在此情况下，过程700可退出，而治疗计划可继续，例如，使用常规过程。可替代地，即使在未检测到治疗目标的冲突的情况下，也可使用如下文所描述的处理来改进针对重叠结构的一组治疗目标。

在框706处，过程700可围绕重叠的结构中的一者(例如，靶标结构602)定义边距。可在没有用户输入的情况下自动地定义的边距可以是延伸超出靶标结构602的边界的区域或体积，其允许辐射剂量从低水平斜升到靶标所需的高水平。更一般来说，边距可以是延伸超出第一结构的边界的区域或体积，其允许辐射剂量斜升或斜降到第一结构所需的水平。在一些实施方案中，过程700可选择两个重叠结构中的一个作为结构，围绕所述结构基于指派给结所述构的优先级来定义边距。例如，向所述靶标结构递送高剂量通常比保护所有OAR组织具有更高的优先级，在此情况下，将围绕所述靶标结构绘制边距。然而，在一些情况下，保护OAR可具有更高的优先级(例如，在OAR是脊髓或其一部分的情况下)，并且在所述情况下，可围绕OAR绘制边距。

图8A示出围绕图6的靶标结构602定义的示例性边距802。在一些实施方案中，可静态地定义所述边距；例如，边距在侧向于射束轴的方向上可以是5mm，而在沿着射束轴的方向(称为纵向)上可以是3mm。在其他实施方案中，可基于射束类型和/或辐射场的其他参数来动态地定义边距。下文描述动态地定义边距的实例。

在框708处，过程700可基于第一结构和第二结构以及边距来定义一组经修改区域。所述经修改区域被定义成使得它们彼此不重叠。例如，图8B示出其中OAR 604和靶标结构602被分成四个经修改区域的实例：(1)第一经修改区域(“仅OAR”区域851)，其包括OAR604的不与边距802或靶标结构602重叠的部分；(2)第二经修改区域(“仅靶标”区域852)，其包括靶标结构602的不与OAR 604重叠的部分(但不包括边距802)；(3)第三经修改区域(“OAR/边距”重叠区域853)，其包括OAR 604的与边距802重叠的部分；(4)第四经修改区域(“OAR/靶标”重叠区域854)，其包括OAR 604的与靶标结构602重叠的部分。

在框710处，过程700可为经修改区域中的每一者确定经修改治疗目标。在一些实施方案中，针对一个或多个经修改区域的经修改治疗目标可与原始治疗目标中的一者相同。例如，对于仅靶标区域852，经修改治疗目标可以是针对靶标结构602的全部而最初标识的治疗目标。在重叠区域853、854中，可应用两种不同的(并且可能冲突的)治疗目标，并且可定义新的治疗目标。在仅OAR区域851中，经修改治疗目标可以是原始治疗目标，或者可鉴于针对重叠区域853、854建立的治疗目标来修改原始治疗。

可使用各种技术来定义针对经修改区域的经修改治疗目标，并且特定技术可取决于最初如何指定治疗目标。修改技术还可考虑关于如何确定原始治疗目标的假设。例如，执业医生通常意识到OAR与靶标结构之间的潜在重叠，并且可定义治疗目标以允许OAR的最接近靶标结构的部分接收比原本所需的高的剂量的辐射，以便允许整个靶标结构接收治疗有效的剂量。在定义经修改治疗目标时，可在减少仅OAR区域所接收的最大剂量的同时向重叠区域选择性地分配最初为OAR整体指定的最大剂量。现在将描述这种选择性分配的实例。

在一个实例中，针对OAR 604的原始治疗目标可指定OAR 604的应被允许接收高于上限的剂量的最大(体积)百分比(在本文中表示为Max％)。例如，针对OAR 604的原始治疗目标可以是：“不超过40％的OAR应接收高于40Gy的剂量”。图9示出根据本发明的实施方案的过程900的流程图，所述过程900用于在原始治疗目标为OAR指定了体积限值时确定经修改治疗目标。过程900可例如在过程700的框710处实现。过程900假设：在OAR/靶标重叠区域中的一部分或全部中可允许超过原始上限的剂量；相应地确定其他区域中的剂量限值。

更具体地，在框902处，过程900确定OAR 604的被指派给重叠区域853、854的(体积)百分比；所述百分比表示为V％。在框904处，作出关于V％是否小于(或等于)原始治疗目标中指定的最大百分比Max％的确定。如果这样，则在OAR/靶标重叠区域854和OAR/边距重叠区域853两者的全部中可允许高于原始上限的剂量，而不违反原始治疗目标。因此，在框906处，可例如基于针对靶标结构602的原始治疗目标来定义OAR/靶标重叠区域854的经修改治疗目标，从而允许OAR/靶标重叠区域854接收高剂量的辐射。在框908处，可例如基于针对靶标结构602的原始治疗目标来定义针对OAR/边距重叠区域853的经修改治疗目标。由于边距802被定义为允许斜升效应，因此可能需要的是，为此区域设置上限；例如，最初为靶标结构602指定的辐射剂量的下限可用作OAR/边距重叠区域853的上限。在框910处，可例如基于V％与Max％之间的差异来定义针对仅OAR区域851的经修改治疗目标。换句话说，假设OAR604的指派给重叠区域853、854的部分的全部将接收超过最初指定的上限的剂量；此假设加上最初指定的最大百分比限制仅OAR区域851的可暴露于超过最初指定限值的剂量的部分。一旦确定了经修改治疗目标，过程900就可结束。

如果在框904处，过程900确定V％超过Max％，则可能需要进一步的微调。因此，在框920处，过程900确定OAR 604的指派给OAR/靶标重叠区域854的(体积)百分比；所述百分比表示为VT％。在框922处，过程900确定VT％是否小于(或等于)原始治疗目标中所指定的最大百分比Max％。如果这样，则在OAR/靶标重叠区域854以及OAR/边距重叠区域853中的一部分(但不是全部)中可允许高于最初指定的上限的剂量，而不违反针对OAR的原始治疗目标。因此，在框924处，可例如基于针对靶标结构602的原始治疗目标来定义OAR/靶标重叠区域854的经修改治疗目标，从而允许OAR/靶标重叠区域854接收高剂量的辐射。在框926处，可定义针对OAR/边距重叠区域853的经修改治疗目标。例如，基于VT％与Max％之间的差异，可准许适当百分比的OAR/边距重叠区域853接收高于针对OAR 604的原始指定的上限的剂量。在框928处，可定义针对仅OAR区域851的经修改治疗目标。在此情况下，Max％已经被分配给重叠区域，并且针对仅OAR区域851的经修改治疗目标可指定仅OAR区域851的任何部分都不应接收高于最初指定的上限的剂量。一旦确定了经修改治疗目标，过程900就可结束。

如果在框922处，过程900确定VT％超过Max％，则情况使得针对OAR和靶标结构的原始治疗目标无法同时满足(框930)；将在向整个靶标结构提供均匀的高剂量或将针对OAR的剂量保持低于指定的上限之间作出选择。在一些实施方案中，可能会产生错误状况，其中向执业医生(或操作过程900在其上执行的计算机系统的其他用户)发出警报：原始治疗目标中的一个或另一个需要放宽；执业医生可相应地调整治疗目标。在其他实施方案中，过程900可包括附加逻辑，用于在满足两个是不可能的情况下最好地接近治疗目标。

作为数字实例，假设针对OAR 604的原始治疗目标指定：不超过40％的OAR应接收高于40Gy的剂量，而针对靶标结构602的原始治疗目标指定：100％的靶标结构602应接收介于50Gy与51Gy之间的剂量。假设OAR/边距重叠区域853和OAR/靶标重叠区域854的体积合计达OAR 604的总体积的25％(小于40％)。在此情况下，过程900的框904处的决策为是。在框906处，针对OAR/靶标重叠区域854的经修改治疗目标可被定义为允许OAR/靶标重叠区域854的全部接收高于40Gy的剂量；例如，可允许OAR/靶标重叠区域854的全部接收高达51Gy的剂量，或者可将针对靶标结构602的原始治疗目标应用于OAR/靶标重叠区域854。在框908处，针对OAR/边距重叠区域853的经修改治疗目标可被定义为允许OAR/边距重叠区域853的全部接收高于40Gy的剂量。在框910处，OAR 604的体积中剩余15％(在原始的40％中)尚未计入，因此针对仅OAR区域851的经修改治疗目标可被定义为允许仅OAR区域851的高达15％的体积接收高于40Gy的剂量。这组经修改治疗目标与原始治疗目标一致，因为如果满足经修改治疗目标，则不超过40％的OAR 604将接收高于40Gy的剂量。

现在假设原始治疗目标是相同的，但OAR/靶标重叠区域854的体积(VT％)是OAR604的总体积的35％，并且OAR/边距重叠区域853的体积是OAR 604的总体积的10％。在此情况下，V％为45％(其超过40％)，则框904处的决策为否。VT％小于40％，则框922处的决策为是。在框924处，针对OAR/靶标重叠区域854的经修改治疗目标可被定义为允许OAR/靶标重叠区域854的全部接收高于40Gy的剂量。例如，可允许OAR/靶标重叠区域854的全部接收高达51Gy的剂量，或者可将针对靶标结构602的原始治疗目标应用于OAR/靶标重叠区域854。在框926处，针对OAR/边距重叠区域853的治疗目标可被定义为允许OAR/边距重叠区域853的高达50％的体积(在此实例中等于OAR 604的总体积的5％)接收高于40Gy的剂量。在框928处，针对仅OAR区域851的治疗目标可被定义为不允许仅OAR区域851接收高于40Gy的剂量。这组经修改治疗目标与原始治疗目标一致，因为如果满足经修改治疗目标，则不超过40％的OAR 604将接收高于40Gy的剂量。

修改技术的另一实例涉及针对OAR的原始治疗目标是根据针对OAR体积的平均剂量限制来指定的情况。例如，针对OAR 604的原始治疗目标可以是：“用于OAR的平均剂量不应超过30Gy”。图10示出根据本发明实施方案的过程1000的流程图，所述过程1000用于在原始治疗目标为OAR指定了平均剂量限值时确定经修改治疗目标。过程1000可例如在过程700的框710处实现。过程1000假设OAR/靶标重叠区域应接收高于最初指定的平均剂量，由此其遵循：应将更低的平均剂量限值应用于仅OAR区域，使得整个OAR上的平均值满足最初的治疗目标。

更具体地，在框1002处，过程1000例如基于针对靶标结构602的原始治疗目标来确定用于OAR/靶标重叠区域854的平均剂量。例如，过程1000可假设OAR/靶标重叠区域854将接收等于靶标结构602的剂量范围的下限或中点的平均剂量。在框1004处，过程1000例如基于针对靶标结构602的原始治疗目标以及关于围绕靶标结构的边距区域中的治疗机器的预测斜坡行为的信息来确定OAR/边距重叠区域853的平均剂量。例如，射束强度的衰减可具有已知廓线，使得边距区域802中的剂量可近似预测为目标剂量的一部分。在框1006处，过程1000计算由OAR/靶标重叠区域854、OAR/边距重叠区域853和仅OAR区域851中的每一个所占据的体积。在框1008处，基于这些体积、在框1002和1004处所确定的平均剂量以及在原始治疗目标中所指定的平均剂量来计算用于仅OAR区域851的平均剂量。在框1010处，基于所述平均剂量来定义经修改治疗目标：对于OAR/靶标重叠区域854，经修改治疗目标是基于在框1002处所确定的平均剂量的；对于OAR/边距重叠区域853，经修改治疗目标是基于在框1004处所确定的平均剂量的；对于仅OAR区域851，经修改治疗目标是基于在框1008处所确定的平均剂量的。

通过数字实例，假设针对OAR 604的原始治疗目标指定：平均剂量应不超过30Gy，而针对靶标结构602的原始治疗目标指定：100％的靶标结构602应接收介于50Gy与51Gy之间的剂量。在框1002处，过程1000确定用于OAR/靶标重叠区域854的平均剂量是50.5Gy。在框1004处，过程1000基于特定机器的斜坡行为确定用于OAR/边距重叠区域853的平均剂量是例如40Gy。在框1006处，过程1000确定各个区域的体积。出于说明的目的，假设OAR/靶标重叠区域854占据OAR 604的体积的20％，OAR/边距重叠区域853占据10％，并且仅OAR区域851占据70％。在框1008处，过程1000可以计算出：仅OAR区域851中的22.7Gy的平均剂量将产生针对OAR 604的全部的30Gy的平均剂量。因此，经修改治疗目标可被设定为：用于OAR/靶标重叠区域854的平均剂量不应超过50.5Gy；用于OAR/边距重叠区域853的平均剂量不应超过40Gy；用于仅OAR区域851的平均剂量不应超过22.7Gy(其低于最初指定的30Gy)。

本领域技术人员应了解，除图9和图10中的实例之外或代替所述实例，可在过程700的框710处使用用于定义经修改治疗目标的其他过程。如上所提及，一般原则可以是在减少仅OAR区域中的所允许剂量的同时允许重叠区域中的剂量高于针对OAR的原始治疗目标，使得针对OAR的总剂量满足原始治疗目标。还应注意，诸如过程900和1000的过程也可应用于其中针对两个重叠结构的治疗目标在数学上不相容的情况。例如，对与OAR重叠的靶标结构的区域应用更严格的上限可能是所需的，以避免在靶标结构的其他部分中允许更高的剂量的同时在所述区域中出现热点(局部高剂量)。

再次参考图7，在框710处确定经修改治疗目标之后，过程700可使用经修改治疗目标和经修改区域代替针对靶标结构和OAR的原始治疗目标来生成治疗计划。治疗计划的生成可并入常规技术(诸如交互式用户对接)，以允许用户例如通过修改与各个治疗目标相关联的权重来修改成本函数。在一些实施方案中，用户可能够查看和/或调整经修改治疗目标(或它们的相关联权重)。一旦生成治疗计划，过程700就可结束。之后，可使用治疗计划来控制放射治疗系统100(或辐射治疗系统500)的操作，以对患者进行辐射治疗。例如，在过程700在控制电路560中实现的实施方案中，控制电路560可由用户指示来根据可递送计划执行辐射治疗。在过程700在不同的计算机系统上实现的实施方案中，治疗计划可以计算机可读格式(例如，符合特定语法的配置文件)表示，并且使用任何可用的数据传输机制(例如，网络传输、可移动存储介质)来递送给控制电路560。控制电路560可读取并执行治疗计划。执行治疗计划可包括：根据治疗计划中所指定的机器参数操作射束源、可移动机架和MLC，以向患者递送辐射。

两个以上结构之间的重叠

在一些实施方案中，在两个以上结构之间可能存在重叠。例如，图11A是示出三个治疗目标可能发生冲突的情况的简化图。所示出的是第一靶标结构1102、第二靶标结构1104和OAR 1106，如在横向于预期射束方向的平面中所见。此类情况可与图6和图8中所示的情况类似地处理，不同的是，定义更多所关注区域可能是有用的。图11B示出可针对图11A中所示的情况定义的区域的实例，包括围绕第一结构1102和第二靶标结构1104的边距1112和1114。所关注区域包括：(1)“仅OAR”区域1151，其包括OAR 1106的不与靶标结构1102、1104或它们的边距1112、1114中的任一者重叠的部分；(2)“仅T1”区域1152，其包括靶标结构1102的不与任何其他结构重叠的部分(但不包括边距1112)；(3)“仅T2”区域1153，其包括靶标结构1104的不与任何其他结构重叠的部分(但不包括边距1114)；(4)“OAR/T1”重叠区域1154，其包括OAR 1106的与第一靶标结构1102重叠但不与第二靶标结构1104重叠的部分；(5)“OAR/T2”重叠区域1155，其包括OAR1106的与第二靶标结构1104重叠但不与第一靶标结构1102重叠的部分；(6)“OAR/T1/T2”重叠区域1156，其包括OAR 1106的与T1和T2重叠的部分；(7)“OAR/边距”重叠区域1157，其包括OAR 1106的仅与边距1112和/或1114重叠的部分；(8)“T1/T2”重叠区域1158，其包括第一靶标结构1102和第二靶标结构1104的彼此重叠的部分。如果需要，还可定义其他区域；例如，OAR/T1边距可与OAR/T2边距分开处理。此外，一个靶标结构与另一靶标结构的边距重叠的区域可与其他区域分开处理。

假设第一靶标结构1102、第二靶标结构1104和OAR 1106中的每一者具有不同的治疗目标，可使用上述相同的原理来为仅OAR区域1151、OAR/T1重叠区域1154(在此情况下可忽略第二靶标结构1104)和OAR/T2重叠区域1155(在此情况下可忽略第一靶标结构1102)确定经修改治疗目标。针对仅T1区域1152和仅T2区域1153的经修改治疗目标可与针对对应靶标结构1102、1104的原始治疗目标相同。对于T1/T2重叠区域1158，可应用简单的规则；例如，将指定更高剂量限值的治疗目标应用于T1/T2重叠区域1158。OAR/边距重叠区域1157可与上述OAR/边距重叠区域853类似地处理；出于此目的，可将两个靶标结构视为具有T1/T2重叠区域1158的治疗目标的单个靶标。可替代地，OAR/边距重叠区域1157可进一步划分为具有T1的边距的重叠区域、具有T2的边距的重叠区域以及具有两个边距的重叠区域；并且这些区域中的每一个可与上述OAR/边距重叠区域853类似地处理。

还应理解，OAR可与两个或更多个不相交的靶标重叠。此情况可与上文实例类似地处理，不同的是，将不存在靶标/靶标重叠区域。类似地，两个靶标可彼此重叠，并且此情况可与T1/T2重叠区域1108类似地处理。

动态边距

如上所提及，边距可围绕靶标结构(或其他结构)来定义，以提供剂量可从一个剂量水平(例如，针对OAR的剂量水平)斜升(或斜降)到另一剂量水平(例如，针对靶标结构的剂量水平)的区域。边距可以是基于特定射束和辐射场的物理参数的。在一些实施方案中，可例如基于典型射束/场行为来静态地定义围绕靶标结构的边距。然而，可能的是，通过基于特定治疗的参数来定制(或动态地定义)边距，可进一步改进对针对给定射束/场配置的剂量递送的建模。例如，边距可被定义为随在患者体内的位置(r)和表示辐射场几何形状的一组场参数而变化。

在一个实例中，边距可以是基于射束中的粒子类型(例如，光子、质子、电子)和粒子的能量的。在侧向于射束(或者在从可旋转机架递送的束的情况下侧向于可能的射束方向的平面)的方向上的边距可不同于纵向(即，射束传播的方向)上的边距。例如，对于具有6MeV能量的光子，侧向上的边距可以是5mm，而纵向上的边距是3mm。可针对粒子类型和能量的各种组合来构建查找表，并且所述查找表可用于例如在上述过程700的框706处定义边距。

在另一实例中，考虑到场数和对递送到靶标结构的剂量的均匀性要求，可为患者体内的给定位置r处的靶标结构预先计算边距。图12A示意性地示出介质(例如，水体模)中的剂量廓线，其随围绕靶标结构的侧向方向(u)上的位置而变化，所述靶标结构在如图所示的u方向上具有特定宽度。靶标任一侧处的边距(M)被指示出并从靶标标的边缘延伸到剂量达到低(例如，无伤害)水平的点。在一些实施方案中，边距M的宽度部分地取决于对递送到靶标结构的剂量的均匀性要求。图12B示出相对于图12A放宽均匀性要求的效果。放宽的均匀性要求允许减小最大剂量区域的宽度，使得剂量衰减更接近靶标的中心而开始，这实现更窄的边距。如同上文实例中一样，可针对给定射束类型构建查找表，以基于位置r和对递送到靶标结构的剂量的均匀性要求来指定适当的边距，并且所述查找表可用于例如在上述过程700的框706处定义边距。

在另一实例中，靶标结构的“前”表面(即，射束进入的位置)和靶标结构的“背”表面(即，射束离开的位置)处的边距可以是不同的，从而反映它们通过组织时的粒子的吸收。图12C示出随介质(例如，水体模)中的深度(d)的剂量衰减的实例。在一些实施方案中，在所使用的不同束方向的数量较少的疗法(例如，质子或电子疗法)中，可能需要的是，提供大的前表面边距和小的(或零)背表面边距。在使用来自多个方向的射束的治疗(例如，光子疗法)中，区分前表面和背表面可能没有用，并且在不同方向上边距可以是均匀的。

在又一实例中，在待使用相对较少的场的情况下，可使用射束几何形状来预测围绕靶标结构的剂量形状，并且可使用所述剂量形状来定义围绕靶标结构的边距。

计算机系统实现方式

本文所描述的过程可在具有各种设计的计算机系统中实现。图13示出适合于在本发明的一些实施方案中使用的计算机系统1300的简化框图。计算机系统1300包括经由系统总线1375互连的数个不同的子系统。核心子系统包括输入/输出(I/O)控制器1371、系统存储器1372(例如，DRAM、SRAM、PROM和/或其他计算机可读介质)，以及中央处理器1373。可使用一个或多个可编程集成电路(包括单核和/或多核微处理器)来实现的中央处理器1373通过执行可(至少暂时地)存储在系统存储器1372中的程序代码来控制计算机系统1300的操作。因此，中央处理器1373可与每个子系统通信，并且可控制对来自系统存储器1372或一个或多个存储装置1379的指令的执行，以及子系统之间的信息交换。类似地，本文所提及的任何数据可从一个部件递送到另一部件，并且可输出给用户(或从用户输入)。在一些实施方案中，中央处理器1373可联接到一个或多个协处理器，诸如被设计用于高吞吐量并行处理的一个或多个图形处理单元(未示出)。

I/O控制器1371允许其他部件通信地联接到中央处理器1373，并且中央处理器1373可通过I/O控制器1371从其他部件接收输入和/或向其他部件发送输出。因此，诸如打印机1374；一个或多个用户输入装置1378(例如，键盘、鼠标等)；一个或多个存储装置1379(例如，各种计算机可读介质，诸如硬盘驱动器或其他固定存储装置、可移动磁盘、诸如USB拇指驱动器的可移动固态存储器装置等)；监测器1376，其联接到显示适配器1382；等附加子系统可以可通信地联接到中央处理器1373。可联接到I/O控制器1371的外围装置和I/O装置可使用本领域已知的各种互连标准(诸如串行端口1377)连接到计算机系统。还可支持无线局域连接(例如，通过蓝牙或Wi-Fi等)。

在一些实施方案中，可提供网络接口1381以例如通过以太网、Wi-Fi等实现计算机系统1300与其他计算机系统之间的通信。网络接口1381可支持到局域网和/或诸如互联网的广域网的连接。因此，例如，本文所描述的过程700和其他过程可在计算机系统1300的一个实例中实现，所述计算机系统1300可将治疗计划传达到辐射治疗系统100本地的计算机系统1300(例如，包括控制电路560)的另一实例。

在一些实施方案中，计算机系统1300被实现为具有上述子系统中的一些或全部的单个计算机设备。在一些实施方案中，计算机系统1300的单个实例可包括例如通过内部接口连接在一起的相同部件或子系统的多个实例。在一些实施方案中，计算机系统1300的两个或更多个实例(其可视需要以相似或不同方式配置)可经由网络进行通信。在此类实施方案中，一个实例可被视为客户端而另一实例被视为服务器。

可使用专用部件和/或可编程处理器和/或其他可编程装置的任何组合来实现本文所描述的各种特征，例如，方法、设备、计算机可读介质等。本文所描述的各种过程可以任何组合在同一处理器或不同处理器上实现。在将部件描述为被配置来执行某些操作的情况下，可例如通过设计电子电路来执行操作、通过编程可编程电子电路(诸如微处理器)来执行操作或它们的任何组合来实现这种配置。此外，虽然上述实施方案可参考具体硬件和软件部件，但本领域技术人员应了解，也可使用硬件和/或软件部件的不同组合，并且描述为以硬件实现的特定操作也可以软件实现，反之亦然。

本申请中所描述的软件实现的部件或功能中的任一者可以待由处理器执行的软件代码的形式来实现，可使用任何合适的计算机语言(诸如像Java、C++或Perl)，使用例如常规的或面向对象的技术来创建这种代码。软件代码可作为一系列指令或命令存储在计算机可读介质上以供存储和/或传输，适合的介质可包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、诸如硬盘驱动器或软盘的磁介质、或者诸如压缩光盘(CD)或DVD(数字通用光盘)、闪速存储器等。计算机可读介质还可以是多个此类介质的组合。

此类程序还可使用适于通过符合多种协议(包括互联网)的有线、光学和/或无线网络进行传输的载波信号来编码和传输。(应注意，程序或数据的“存储”不同于程序或数据的使用诸如载波的暂时性介质进行的传播。)用程序代码编码的计算机可读存储介质可与兼容装置一起封装或者与其他装置分开提供(例如，作为单独封装的计算机可读存储介质，或者通过导致程序代码存储在下载它的装置的计算机可读存储介质上的互联网下载操作)。任何此类计算机可读介质可驻留在单个计算机产品(例如，硬盘驱动器、CD或整个计算机系统)上或其内，并且可存在于系统或网络内的不同计算机产品上或其内。

本文所描述的任何方法可用包括一个或多个处理器的计算机系统来完全或部分地执行，所述计算机系统可被配置来执行步骤。因此，本发明的实施方案可包括被配置来执行本文所描述的任何方法的步骤的计算机系统，潜在地利用不同部件来执行不同步骤或不同步骤群组。

另外的实施方案

虽然已参考具体实施方案描述了本发明，但本领域技术人员应了解，变型和修改是可能的，并且本文所描述的具体实施方案意图说明而非限制。本文所描述的所有过程都是说明性的，并且变型和修改是可能的。除了内部逻辑需要特定次序的情况之外，顺序地描述的操作或框可并行执行，操作次序可改变，并且可组合结合不同的框描述的操作。此外，不必在本发明的每个实施方案中执行本文所描述的每个操作；可省略一些操作，并且可添加本文未具体描述的其他操作。本文所描述的用于围绕靶标结构自动地定义边距的技术还可应用于解决冲突的治疗目标的特定上下文之外，包括治疗计划过程中的需要例如出于对建模剂量斜升(或斜降)进行建模的目的围绕靶标结构指定边距的任何实例。

前文描述引用了具体冲突情况，诸如靶标结构与OAR重叠并且具有冲突的治疗目标的情况。应理解，冲突不限于靶标结构与OAR之间的重叠的情况；重叠结构的其他实例也可能引起冲突。例如，第一靶标结构可与第二靶标结构重叠，并且针对第一靶标结构的治疗目标可指定不与针对第二靶标结构的剂量范围重叠的剂量范围。作为另一(罕见但可能)的实例，第一OAR可与第二OAR重叠，并且针对第一OAR的治疗目标可规定高于针对第二OAR规定的最大剂量水平的具体最小剂量水平。使用上述种类的过程可解决任何此类冲突。此外，即使在数学上不可能在重叠区域中满足两个治疗目标的情况下，也可使用本文所描述的方式进行的对区域和治疗目标的修改来改进针对重叠结构的治疗目标。

作为另一示例，在上述一些实施方案中，围绕靶标结构定义边距，其中边距的一部分与OAR重叠。在临床实践中，围绕靶标结构定义边距使得靶标组织的全部更有可能会接收治疗有效的辐射剂量。然而，在一些情况下，保护OAR免受破坏性水平的辐射暴露可能是比照射靶标结构的每个部分具有更高优先级的目标；一个实例将是OAR是脊髓(或其一部分)的情况。在此类情况下，可在围绕OAR绘制边距，其中边距的一部分与靶标区域重叠。可应用上述种类的冲突解决过程，不同之处在于，代替OAR/边距重叠区域，将存在可与OAR/边距重叠区域类似地处理的目标/边距重叠区域，如上所述。

因此，虽然已经参考具体实施方案描述了本发明，但应理解，本发明由以下权利要求定义。

Claims (15)

1.一种用于辐射疗法治疗计划的计算机实现的方法，所述方法包括：

在计算机系统处接收定义包括第一结构和第二结构的多个区域的输入以及针对所述区域中的每一者的原始治疗目标，所述原始治疗目标包括针对所述第一结构的第一原始治疗目标以及针对所述第二结构的第二原始治疗目标，其中所述第一原始治疗目标与所述第二原始治疗目标不一致；

由所述计算机系统检测所述第一结构与所述第二结构之间的几何重叠；

由所述计算机系统定义围绕所述第一结构的边距；

由所述计算机系统定义多个经修改区域，所述经修改区域包括：

第一经修改区域，所述第一经修改区域包括所述第二结构的不与所述第一结构或所述边距重叠的任何部分，

第二经修改区域，所述第二经修改区域包括所述第一结构的不与所述第二结构重叠的任何部分，

第三经修改区域，所述第三经修改区域包括所述第二结构的与所述边距重叠的任何部分，以及

第四经修改区域，所述第四经修改区域包括所述第二结构的与所述第一结构重叠的任何部分；

由所述计算机系统确定一组经修改治疗目标，所述经修改治疗目标包括：针对所述第一经修改区域的第一经修改治疗目标，针对所述第二经修改区域的第二经修改治疗目标，针对所述第三经修改区域的第三经修改治疗目标，以及针对所述第四经修改区域的第四经修改治疗目标，其中基于所述第一原始治疗目标和所述第二原始治疗目标来确定所述经修改治疗目标；以及

由所述计算机系统在治疗计划过程中使用所述多个经修改区域和所述一组经修改治疗目标来生成用于治疗患者的治疗计划。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一结构对应于靶标结构，而所述第二结构对应于危及器官。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述第一结构对应于危及器官，而所述第二结构对应于靶标结构。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述第一结构和所述第二结构对应于两个不同的靶标结构。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述第一结构和所述第二结构对应于两个不同的危及器官。

6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中定义所述边距包括：访问使用射束类型参数和射束能量参数的查找表，以检索对应的边距。

7.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中定义所述边距包括：访问使用射束类型的查找表、所述第一结构在所述患者体内的位置以及从所述第一原始治疗目标所确定的均匀性要求，以检索对应的边距。

8.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中定义所述边距包括：定义所述第一结构的前向表面的前边距以及所述第一结构的后向表面的后边距，其中所述前边距大于所述后边距。

9.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中定义所述边距包括：

基于射束几何模型来预测围绕所述第一结构的剂量形状；以及

基于所预测的剂量形状来定义所述边距。

10.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述第二原始治疗目标指定由所述第二结构接收的剂量的上限，并且其中确定所述经修改治疗目标包括：在减小由所述第一经修改区域接收的剂量的上限的同时允许由所述第四经修改区域和所述第三经修改区域接收的剂量超过所述上限。

11.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述第二原始治疗目标指定所述第二结构的应接收高于上限的剂量的最大体积百分比，并且其中确定所述经修改治疗目标包括：

确定所述第二结构的已指派给所述第三经修改区域或所述第四经修改区域的体积百分比；

在所述第二结构的已指派给所述第三经修改区域或所述第四经修改区域的体积百分比小于所述第二结构的最大体积百分比的情况下，允许所述第三经修改区域和所述第四经修改区域接收高于所述上限的剂量并且允许对应地降低所述第一经修改区域的接收高于所述上限的剂量的体积百分比；以及

在所述第二结构的已指派给所述第三经修改区域或所述第四经修改区域的体积百分比大于所述第二结构的最大体积百分比的情况下，允许所述第四经修改区域和所述第三经修改区域的一部分接收高于所述上限的剂量并且不允许所述第一经修改区域的任何部分接收高于所述上限的剂量。

12.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述第二原始治疗目标指定待递送到所述第二结构的平均剂量的上限，并且其中确定所述经修改治疗目标包括：

允许所述第四经修改区域接收对应于所述第一原始治疗目标的剂量；

基于斜升行为来确定用于所述第三经修改区域的允许剂量；以及

确定用于所述第一经修改区域的允许剂量，使得所述第四经修改区域、所述第三经修改区域和所述第一经修改区域上的所述平均剂量不超过所述上限。

13.一种系统，包括：

存储器；以及

处理器，所述处理器被联接到所述存储器并且被配置来：

接收定义包括第一结构和第二结构的多个区域的输入以及针对所述区域中的每一者的原始治疗目标，所述原始治疗目标包括针对所述第一结构的第一原始治疗目标以及针对所述第二结构的第二原始治疗目标，其中所述第一原始治疗目标与所述第二原始治疗目标不一致；

检测所述第一结构与所述第二结构之间的几何重叠；

定义围绕所述第一结构的边距；

定义多个经修改区域，所述经修改区域包括：

第一经修改区域，所述第一经修改区域包括所述第二结构的不与所述第一结构或所述边距重叠的任何部分，

第二经修改区域，所述第二经修改区域包括所述第一结构的不与所述第二结构重叠的任何部分，

第三经修改区域，所述第三经修改区域包括所述第二结构的与所述边缘重叠的任何部分，以及

第四经修改区域，所述第四经修改区域包括所述第二结构的与所述第一结构重叠的任何部分；

确定一组经修改治疗目标，所述经修改治疗目标包括：针对所述第一经修改区域的第一经修改治疗目标，针对所述第二经修改区域的第二经修改治疗目标，针对所述第三经修改区域的第三经修改治疗目标，以及针对所述第四经修改区域的第四经修改治疗目标，其中基于所述第一原始治疗目标和所述第二原始治疗目标来确定所述经修改治疗目标；以及

在治疗计划过程中使用所述多个经修改区域和所述一组经修改治疗目标来生成用于治疗患者的治疗计划。

14.如权利要求13所述的系统，其中所述第一结构对应于靶标结构，而所述第二结构对应于危及器官。

15.如权利要求13所述的系统，其中所述第一结构对应于危及器官，而所述第二结构对应于靶标结构。