CN110402162A - 用于在离子束治疗中达到目标剂量适形的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及用于通过这样的方式确定射程移位器的厚度以在离子束治疗中获得目标剂量覆盖范围的系统、方法、计算机程序和计算机可读介质：在处理器中接收输入参数，所述输入参数包括放射能量参数、射程移位器材料参数、对象几何信息、以及射束特征参数；以及基于输入参数，对至少一个输送方向中的每一个输送方向进一步计算将输送最佳剂量一致性的射程移位器厚度。其中射程移位器用于对目标体积进行放射治疗的机器中。

Description

用于在离子束治疗中达到目标剂量适形的系统和方法

技术领域

本发明通常涉及用于在目标体积内的离子束放射治疗中获得目标剂量覆盖范围的解决方案，同时使对周围组织的不需要的剂量最小化。更具体地，本发明涉及用于在离子束治疗中确定射程移位器设定的系统和对应的方法，从而获得目标剂量覆盖范围和最小化的不需要的剂量。本发明还涉及一种计算机程序和一种处理器可读介质。

背景技术

放射治疗通常涉及使诸如患者体内的肿瘤之类的目标经受一个或多个放射束。理想情况下，应将特定的放射剂量输送至目标，同时应使最小的剂量到达周围组织和器官。特别是，应该根据肿瘤所处的位置使到达诸如心脏、膀胱或脊柱之类的关键组织或器官的剂量最小化。

对于各种组织和器官的最大剂量和最小剂量在一组临床目标中规定。为了验证计算的放射剂量，可以替代地使一个或多个放射束经受体模。

在放射疗法治疗计划领域，无论是在传统的光子治疗中，还是在离子束治疗中，在治疗实施之前，在例如通过使用计算机断层扫描(CT)扫描仪知道患者体内的、体模等内的将进行处理的目标体积之后，用户都会创建放射治疗计划，本文后面也称为治疗计划。如果目标体积包含在患者体内，则目标体积通常是患者体内受肿瘤例如癌症影响的器官或器官的一部分。

使用不充分的治疗计划方法经常导致不充分的放射疗法治疗计划，这又导致不良的目标剂量覆盖范围和/或到达周围组织和器官的不需要的剂量分布。在最坏的情况下，这可能导致目标体积不能接收所需的治疗剂量和/或对关键组织或器官产生损害。

在有源技术中，离子通过调制的笔形射束在由放射治疗机器支持一定范围的治疗能量内传递。笔形射束的能量将决定射束方向上的离子射程。为了达到所需的深度，可以通过使用放置在放射治疗机器与患者或者体模之间的水等效材料的射程移位器来调节离子射程，这将减小患者或者体模中的离子射程。

射程移位器用于调整离子射程以便达到目标所在的深度，即实现目标深度覆盖范围，本文后面也称为目标覆盖范围。当机器的能量下限太高而无法覆盖浅层目标时，需要使用射程移位器，以克服无法向表面目标传递放射的问题。射程移位器还用于支持固定数值能量的机器，并且固定能量之间的区间很大。在这种情况下，射程移位器用于覆盖以其他方式将难以实现目标覆盖范围的深度区间。

发明人已经发现仍然需要允许改进或优化现有的参数生成和/或放射治疗计划的新的方法和策略，以最小化对健康组织的剂量，即实现改进的目标剂量一致性，同时保持目标覆盖范围。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种解决方案，用于改进或优化用于放射治疗计划的现有参数生成，以在保持目标覆盖范围的同时实现改进的目标剂量一致性。该目的通过提供一种用于计算和呈现离子束扫描中的传递所需的剂量分布的射程移位器的最佳厚度的方法来获得，从而在对于不同的机器能量设定保持目标覆盖范围的同时实现改进的目标剂量一致性。

目标剂量一致性受侧向剂量下降(半影)的影响，并且通过更清晰的半影来改进，下文中也称为更好/更清晰的侧向半影。

发明人已经认识到，由于笔形射束的半影在通过材料传输时变宽，但是较高能量的笔形射束通常比较低能量的笔形射束具有更清晰的半影，因此高能量与射程移位器的组合、或高能量与更高厚度的射程移位器的组合可能会比低能量不与射程移位器的组合、或者低能量与更薄的射程移位器的组合提供更好/更清晰的半影。因此，确定最佳射程移位器厚度并非易事。

根据本发明的一个方面，该目的通过一种用于确定射程移位器的厚度以在离子束治疗中获得目标覆盖范围的系统来实现，其中射程移位器用于对目标体积进行放射治疗的机器中，该系统包括：数据处理器；和存储器，所述存储器包含可由所述数据处理器执行的指令；其中，数据处理器被构造为：接收输入参数，所述输入参数包括：放射能量参数、射程移位器材料参数、对象几何信息、以及射束特征参数；其中，数据处理器还被配置为基于输入参数对至少一个输送方向中的每一个输送方向计算将提供最佳剂量分布的射程移位器厚度，从而实现改进的目标剂量一致性，同时保持目标覆盖范围。

该系统是有利的，因为它为由治疗计划机器输送的每个放射束关于包括射程移位器选择/射程移位器设定的系统设定的决定提供了快速、廉价且准确的基础。

这又为生成治疗计划提供了改进的基础，该治疗计划导致关于清晰半影与改进的或保持的目标覆盖范围相结合的优化的放射治疗。

更清晰的半影与改进或保持的目标覆盖范围相结合，提供改进的剂量分布。换句话说，降低了靶剂量不足和/或可能导致患者副作用的健康组织剂量过高的风险。

根据本发明该方面的一个实施方式，数据处理器还被构造为：对至少一个输送方向中的每个输送方向使用对应计算出的射程移位器厚度，确定对与至少一个目标以及在许多情况下的至少一个风险器官相关联的治疗体积的放射治疗计划。

根据本发明的另一方面，该目的通过一种用于确定射程移位器的厚度以在离子束治疗中获得目标剂量覆盖范围的方法来实现，其中射程移位器用于对目标体积进行放射治疗的机器中。该方法包括：在处理器中接收输入参数，所述输入参数包括：放射能量参数；射程移位器材料参数；对象几何信息；射束特征参数；其中，该方法还包括：基于输入参数，对至少一个输送方向中的每一个输送方向计算将输送最佳剂量一致性的射程移位器厚度。

根据本发明该方面的一个实施方式，该方法还包括：基于所述方法对至少一个输送方向中的每个输送方向使用对应计算出的射程移位器厚度，确定对与至少一个目标以及在许多情况下的至少一个风险器官相关联的治疗体积的放射治疗计划。

所公开方法的实施方式的优点相对于上面参考所提出的系统的说明是明显的。

根据本发明的另一方面，该目的通过可加载到至少一个处理器的存储器中的计算机程序来实现，并且计算机程序包括适于在所述程序在至少一个处理器上运行时实现上述方法的软件。

根据本发明的另一方面，该目的通过处理器可读介质实现，该处理器可读介质具有在其上记录的程序，其中该程序用于控制至少一个处理器以在所述程序被加载到至少一个处理器中时执行上述方法。

从以下描述和从属权利要求中，本发明的其他优点、有益特征和应用将是显而易见的。

附图说明

现在将借助于优选实施方式并且参考所附附图更详细地解释本发明，所述优选实施方式作为示例公开。

图1示出了根据本发明的一个实施方式的系统的概述；

图2示出了说明所提出方法的一个实施方式的流程图；

图3示出了说明所提出方法的实施方式的流程图；

图4示出了说明用于计算最佳射程移位器厚度的方法的实施方式的流程图。

具体实施方式

发明人已经发现，需要对用于放射治疗计划的现有参数的生成进行改进或优化，以在保持目标覆盖范围的同时实现更好的目标剂量一致性。

本文给出的实施方式的目的是当在用于目标体积的放射治疗的机器中使用时，在给定的放射线深度处实现尽可能最清晰的半影，同时最大化或保持目标覆盖范围，从而实现用于放射治疗计划生成的改进的或优化的参数生成。

本发明可应用的离子束治疗可分为无源技术和有源技术。在无源技术中，应用宽广的放射场，并且使用物理元件以使射束成形从而尽可能精确地匹配目标。本发明适用于无源技术；但主要用途将是在有源技术范围内。

在今天的离子束疗法中，用户无法检索关于为不同的机器能量设定提供最清晰的半影的射程移位器的最佳厚度的信息。相反，门诊部有一套具有固定厚度的标准的射程移位器，根据经验选择使用射程移位器，并且在许多情况下该射程移位器不能提供最佳的目标剂量一致性。通常保守地选择射程移位器，例如，在某些情况下，通过偏向较厚的射程移位器而不是较薄的射程移位器，但是使用基于经验的手动方法无法确定选择是否确实提供了尽可能最清晰的半影。

该目的通过本文给出的系统、方法和计算机程序产品来实现，用于确定相对于目标剂量一致性的最佳的射程移位器厚度。

最佳的射程移位器厚度取决于放射治疗机器的能量限制，因为这是机器特定参数。最佳的射程移位器厚度是进一步射束特定的，因此也取决于输出射束的特征。此外，对于不同的估测深度，相对于清晰半影的最佳射程移位器厚度可以是不同的，例如，在目标体积的最近端点处最佳的射程移位器厚度可能与在目标体积的最远端点处的最佳的射程移位器厚度不同。

对于本文给出的所有实施方式，结果是最佳射程移位器厚度。如果门诊部没有能立即使用的具有恰好该厚度的射程移位器，他们可能使用最好的可用的厚度，或者根据规范制造一个。

根据一个或多个实施方式，本文呈现的方法应用于通常与离子束一起操作，并且本文呈现的系统被构造为通常与离子束一起操作，这意味着它同样适用于将射束分成两个子射束或更多个子射束的情况。

在先前的解决方案中，射程移位器/射程移位器厚度的选择是通常基于经验手动完成的，粗略估计和/或使用迭代测试的试错法以实现目标覆盖范围。通常，这导致次优的射程移位器厚度的选择，或次优的能量等级和射程移位器厚度的组合，这进而给出次优的剂量一致性。

本文描述的并且由根据本文描述的不同方面和实施方式的系统和计算机程序执行的方法全部是计算机化的并且借助于一个或多个数据处理器自动执行。由于所涉及的计算非常复杂，所以本发明的方法实际上不可能手动执行。试图进行必要计算的人必须考虑密度等手动追踪每个笔形射束通过每个体素。在关于射程移位器选择的决定之前，治疗计划所需的整个计算将需要数天或更长时间，因为个人计算，例如治疗计划者必须考虑到放射能量等级、射程移位器参数和复杂对象几何形状的大量组合。当然，用于治疗计划的数天或更长时间是非常耗时且昂贵的替代方案。根据本文呈现的所有实施方式的自动计算在几秒钟内执行此操作，从而为包括由放射治疗机器输送的每个放射束的射程移位器选择/射程移位器设定的机器设定的决定提供快速、廉价且准确的基础。换言之，本文呈现的所有实施方式提供了用于参数生成和/或放射治疗计划生成的改进的基础，从而产生关于与改进的或保持的目标覆盖范围相结合的更清晰的半影的优化的放射治疗。

根据本文提供的实施方案的解决方案还具有实现改进的剂量分布的优点，换句话说，来降低目标剂量不足和/或可能导致患者副作用的健康组织的过量剂量的风险。

图1示出了根据本发明的一个实施方式的用于确定离子束治疗中的射程移位器的厚度以获得目标剂量覆盖范围的系统100的概述。系统100包括数据处理器110和存储器140，所述存储器包含可由所述数据处理器110执行的指令。换句话说，存储器140被构造为在软件正在处理器110上运行时存储用于执行下述程序的软件。系统100还可以分别包括第一界面120和第二界面130。出于演示目的，图1将界面120和130示为单独的实体。然而，在实际实现中，可以将两个或更多个界面集成到公共单元中。

如前所述，所使用的离子束治疗技术可以是有源技术或无源技术。可有利地使用本文所呈现的系统和方法的有源技术的一个非限制性示例是笔形射束扫描。

第一接口120被配置为输出图像数据以在图形显示器上呈现。在一些实施方式中，第一接口120配置为在图形显示器上输出与图形用户界面(GUI)相对应的图形数据。GUI可以呈现信息和可选择的选项，通过所述选项，治疗计划者可以向本文描述的系统和方法提供输入，用于计算一个或多个最佳射程移位器厚度，并且可选地还使用一个或多个计算的射程移位器厚度生成治疗计划。响应于来自处理器110的控制指令输出图像数据。

数据处理器110被构造为接收输入参数，所述输入参数包括放射能量参数、射程移位器材料参数、对象几何信息以及射束特征参数。

在一些实施方式中，存储器140配置为存储知识数据库或预定输入参数。存储器140还可以配置为可以响应于来自数据处理器110的控制信号，将输入参数从存储的知识数据库或存储的预定输入参数发送到数据处理器110。对应地，数据处理器110在这些实施方式中配置成发送控制信号和/或从存储器140接收输入参数。

在一些实施方式中，第二接口130配置为将输入参数转发到数据处理器110。数据处理器110在这些实施方式中被配置成从第二接口130接收输入参数。输入参数在这些实施方式中优选地响应于经由输入装置输入的用户命令而生成，所述输入装置例如键盘和/或计算机鼠标或其他指示装置、触摸屏或任何其他合适的输入装置。可以通过第一接口120由在显示器上呈现的GUI来提供输入。

根据一个或多个实施方式，能量参数201指示由放射治疗的机器支持的一个或多个放射能量等级。在一些实施方式中，能量参数201指示放射治疗机器能够输送的具有最小能量等级和最大能量等级的连续能量等级区间或治疗能量射程。当然，机器支持的最小能量等级和最大能量等级分别对应于由机器输送的射束可以到达目标内部的最小放射线深度和最大放射线深度。

根据一个或多个实施方式，射程移位器材料参数203指示射程移位器的材料密度和元素组成。

根据一个或多个实施方式，对象几何信息205描述了包括目标体积的患者(人或动物)的部位的几何关系。在这些实施方案中，目标体积是肿瘤。

根据另一实施方式，对象几何信息205描述体模的包括目标体积的一部分的几何关系。这可以例如是治疗放射剂量的质量评估的情况。

根据一个或多个实施方式，对象可以是患者、体模或其他，并且对象几何信息205包括图像数据和关于图像数据中的一个或多个区域的相应密度的信息，由此数据处理器110可以被配置为处理图像数据和关于图像中的一个或多个区域的密度的信息。图像数据可以是计算机断层摄影(CT)数据，但也可以是磁共振(MR)数据，合成CT数据，或者来自另一个源的包括关于目标对象，即要照射的对象，的几何形状的信息的图像数据。

根据一个或多个实施方式，射束特征参数207包括笔形射束在等角点平面处的入射射束角和空间角分布矩。空间角分布矩是能量相关的，并且描述了笔形射束在等角点处的径向和角度扩展、以及径向和角度扩展之间的协方差。当将笔形射束传输通过射程移位器和患者几何形状时，空间角分布矩的演变决定了笔形射束的侧向半影，并且因此影响目标剂量的一致性。

数据处理器110在一个或多个实施方式中还配置为基于输入参数对至少一个输送方向中的每一个输送方向计算将输送最佳剂量一致性的射程移位器厚度。

如前所述，根据本文所述的实施方式，基于输入参数201、203、205、207计算射程移位器厚度的结果是最佳射程移位器厚度，所述最佳射程移位器厚度将输送最佳剂量一致性，同时保持目标覆盖范围。

因此，本文提出的系统和对应的方法的实施方式为由离子束治疗机器传送的每个放射束的关于包括射程移位器选择/射程移位器设定的系统设定的决定提供了快速、廉价和准确的基础。换言之，本文呈现的实施方案提供用于生成治疗计划的改进的基础，从而改进或优化现有的参数生成和/或放射治疗计划。在一些实施方式中，数据处理器110还配置为使用至少一个计算出的射程移位器厚度来确定用于与至少一个目标和至少一个风险器官相关联的治疗体积的放射治疗计划。使用至少一个计算出的射程移位器厚度可以包括：如果这样的射程移位器可用，则选择具有计算出的厚度的射程移位器；如果这是最合适的选择，则选择不使用射程移位器；或者选择与计算出的最佳射程移位器厚度最好相对应的射程移位器，可能偏好更薄的射程移位器，因为当通过射程移位器传输时离子束变宽并且横向剂量半影因此变差。

因此，在这种情况下，最佳或最合适的选择选项是在放射治疗机器中使用时提供最佳/最清晰的半影，同时改进或保持目标覆盖范围的选项。

现在将参考图2和图3中的流程图描述本发明。

图2示出了根据本发明一个实施方式的方法的流程图。

步骤210：在处理器中接收输入参数，所述输入参数包括：放射能量参数201；射程移位器材料参数203；对象几何信息205；以及射束特征参数207。

根据一个或多个实施方式，能量参数201指示用于放射治疗的机器能够输送的能量限制，或者，如果机器支持固定的离散能量，则指示用于放射治疗的机器能够输送的一个或多个放射能量等级。

根据一个或多个实施方式，射程移位器材料参数203指示射程移位器的材料密度和元素组成。

根据一个或多个实施方式，对象几何信息205描述了包括目标体积的患者部位的几何关系。在这些一个或多个实施方案中，放射治疗是放射疗法，并且目标体积可以例如是肿瘤。

根据另一实施方式，对象几何信息205描述体模的包括目标体积的一部分的几何关系。

根据一个或多个实施方式，对象几何信息205包括图像数据和关于图像数据中的一个或多个区域的相应密度的信息。

如前所述，图像数据可以是CT数据，但也可以是磁共振(MR)数据，合成CT数据，或者来自另一个源的包括关于目标对象，即要照射的对象，的几何形状的信息的图像数据。

根据一个或多个实施方式，射束特征参数207包括笔形射束在等角点平面处的入射射束角和空间角分布矩。空间角分布矩是能量相关的，并且描述了笔形射束在等角点处的径向扩展和角度扩展、以及径向扩展和角度扩展之间的协方差。当将笔形射束传输通过射程移位器和患者几何形状时，空间角分布矩的演变决定了笔形射束的侧向半影，并且因此影响目标剂量的一致性。

在步骤220中：基于输入参数，对至少一个输送方向中的每一个输送方向计算将输送最佳剂量一致性的射程移位器厚度209。

在一个或多个实施方式中，本文呈现的方法还包括基于计算出的最佳射程移位器选择最合适的射程移位器和/或数据处理器110还配置为基于计算出的最佳射程移位器选择最合适的射程移位器，通过对至少一个射束方向中的每一个射束方向：对每个可用能量，计算覆盖目标所需的相关水等效厚度；以及从可用能量和相关水等效厚度的所有组合中确定提供尽可能最清晰的半影的组合。由水等效材料制成的最佳射程移位器将具有该厚度。由非水等效材料制成的最佳射程移位器的厚度可以基于水等效厚度以本领域已知的方式计算。然而，如本文所述，最佳厚度的射程移位器可能在临床上不可用。因此，将最佳射程移位器与放射治疗机器中的可用射程移位器进行比较，并且将选择最接近的匹配，偏好与提供更差目标剂量一致性的射程移位器相比提供更好的目标剂量一致性的射程移位器。自动选择的结果还可以是不应使用射程移位器。这具有防止不必要地使用射程移位器的优点，这是期望的，因为不使用射程移位器比使用射程移位器时给出更好的侧向半影。

最佳射程移位器可以进一步通过GUI呈现给用户，并且可以用作将来购买射程移位器的指导。在这些实施方式中的一个或多个实施方式中，本文呈现的任何实施方式的方法还包括：和/或第一接口120还被配置为在图形显示器上例如经由GUI输出指示最佳射程移位器的图形数据，从而向用户呈现最佳射程移位器或最佳射程移位器厚度。

在一些实施方式中，计算出的最佳射程移位器厚度可用于评估的目的。例如，可以创建使用计算出的最佳射程移位器厚度的治疗计划，并将其与使用临床中存在的射程移位器的可提供治疗计划进行比较。因此可以评估使用最佳射程移位器厚度对计划质量的影响，并为射程移位器使用的改进提供指导。

根据一些实施方式，对于要生成的治疗计划中的每个射束，用户/治疗计划者还能够指定是否应该由数据处理器110自动选择射程移位器。在一些实施方式中，第一接口120配置成在GUI中输出一个或多个可选选项，通过所述选项，治疗计划者可以向本文所述的系统和方法提供关于是否应该由数据处理器110自动选择射程移位器的输入。第二接口130又可以配置为转发输入参数到数据处理器110，该输入参数指示关于是否应当由数据处理器110自动选择射程移位器的用户输入选择。在这些实施方式中，数据处理器110配置为从第二接口130接收输入参数。在这些实施方式中，数据处理器110还配置为：如果输入参数指示用户已经选择了应该由数据处理器110自动选择射程移位器，则基于计算出的最佳射程移位器来选择射程移位器。如本文所述，在这些实施方式中的输入参数优选地响应于经由输入装置输入的用户命令而生成，所述输入装置例如键盘和/或计算机鼠标或其他指示装置、触摸屏或任何其它合适的输入装置。可以通过由第一接口120在显示器上呈现的GUI来提供输入。

对应地，在一些实施方式中，根据本文呈现的任何实施方式的方法可以进一步包括：在GUI中输出一个或多个可选选项，通过所述可选选项，治疗计划者可以向本文描述的系统和方法提供关于射程移位器是否应当自动选择的输入；接收输入参数，所述输入参数指示关于是否应该自动选择射程移位器的用户输入选择；以及，如果输入参数指示应该自动选择射程移位器，则基于计算出的最佳射程移位器来选择射程移位器。

如果处理器110配置为通过执行计算机程序来作用上述程序，则通常是有利的。因此，处理器110优选地通信地连接到存储计算机程序产品的存储器单元，该计算机程序产品又包含可由处理器110执行的指令；由此，当计算机程序产品在处理器110上运行时，处理器110可操作以执行上述动作。

计算射程移位器厚度209使得：结合输入参数，当在用于离子束放射治疗的系统中使用时，射程移位器厚度209输送最佳或最好的可能的目标剂量一致性。

根据另一方面，如图3所示，提供了一种根据结合图2呈现的任何方法实施方式的方法，所述方法还包括：

在步骤310中：基于使用本文给出的任何方法实施方式计算出的至少一个射程移位器厚度209，确定用于与至少一个目标和至少一个风险器官相关联的治疗体积的放射治疗计划。

在一个或多个实施方式中，射程移位器厚度209是放射能量E_p(由机器支持的能量等级)、射程移位器材料RS_p(密度和元素组成)、对象几何形状O_geo和射束特征B_p(笔形射束的入射角和空间角分布)的函数，如在方程1中所示。

RS_thickness＝f(E_p,RS_p,O_geo,B_p) (方程1)

确定可实现的最佳剂量分布的参数包括目标覆盖范围(离子必须达到目标，包括最终的射程移位器)和侧向剂量下降(半影)，侧向剂量下降又取决于笔形射束宽度。在大多数情况下，清晰的半影是理想的，并且因此半影的尺寸应该最小化。

当计算在步骤220中执行的射程移位器厚度时，执行布拉格峰值中的笔形射束宽度的评估，即，由笔形射束传递的剂量处于其最大值的情况。在目标体积内的评估的目标体积中的笔形射束宽度位置例如可以是在感兴趣的特定的放射线深度、目标的最大放射线深度，或者作为整个目标的平均等。评估的位置或深度可以响应于用户输入来设定。

在本文所述的任何方法实施方式中，射程移位器厚度的计算是具有连续目标函数和可行集的非线性优化问题。对于这类问题存在多种标准算法，例如内点和顺序二次规划方法。通过应用于可行集的精细离散化的穷举枚举，近似地解决单个射程移位器厚度的优化也是计算上可行的，因为该集是一维的。对于在感兴趣的特定的放射线深度处笔形射束宽度应当最小化的情况，后一种方法可以例如根据下面结合图4描述的一个或多个实施方式来执行。

图4示出了说明用于计算最佳射程移位器厚度的方法的实施方式的流程图，为此定义了以下输入、前提条件和关系：

输入：min_raddepth以及max_raddepth，其中：

min_raddepth＝最小放射线深度，换句话说，目标的最小水等效深度；

以及

max_raddepth＝最大放射线深度，换句话说，目标的最大水等效深度。前提条件：max_raddepth<R_max，其中：

R_max＝能量为E_max的离子水中的射程；

以及

E_max＝机器的最大能量限制。

关系：

E_min＝机器的最小能量限制；

R_min＝具有能量E_min的离子水中的射程；

RS_min＝较低的射程移位器厚度限制；以及

RS_max＝较高的射程移位器厚度限制。

在图4所示方法的一个或多个实施方式中，方法步骤220基于输入参数，对至少一个输送方向中的每一个输送方向计算将输送最佳剂量一致性的射程移位器厚度，还包括：

在子步骤410中：确定离子射程限制(R_min，R_max)内的目标覆盖范围的RS_min和RS_max。

在离子射程限制(R_min，R_max)内确定目标覆盖范围的RS_min和RS_max可以包括：

o如果R_min＞min_raddepth→

设置RS_min＝(R_min-min_raddepth)

o如果R_min≤min_raddepth→

设置RS_min＝0；

以及

o设置RS_max＝R_max-min_raddepth；

在子步骤420中：根据预定步长对区间[RS_min，RS_max]中的射程移位器厚度进行离散化。

对于支持离散能量的机器，子步骤420可以进一步包括通过去除不能与机器的离散能量组合的厚度来确定离散化的射程移位器厚度的子集，以实现远端目标匹配。

对于每个离散化的射程移位器厚度，或者如果已经确定了这样的子集，对于离散化的射程移位器厚度的子集中的每个射程移位器厚度，则图4的方法还包括：

在子步骤430中：确定相关的能量等级以达到感兴趣的放射线深度。

在步骤440：在通过射程移位器厚度和患者几何形状传输之后，确定用于子步骤430的所确定能量的布拉格峰值中的笔形射束宽度。

如本文前面所述，这些计算不可能手动完成，因为这将太复杂和耗时，涉及使用CT数据(密度+材料+射束相空间参数)等来计算在给定的放射线深度处的笔形射束宽度。

图4的方法还包括：

在子步骤450中：比较所确定的笔形射束宽度，对于子步骤430和440中使用的所有射程移位器厚度，找到最小宽度，并选择射程移位器厚度209，射程移位器厚度对应于最小宽度。

因此，关于当前条件优化了射程移位器厚度209，以在用于离子束放射治疗的系统中时提供最佳或最好的可能的目标剂量一致性。

数据处理器110还可以配置为使用上述任何方法实施方式来执行射程移位器厚度的计算。

其他实施方式

可以借助于编程的处理器来控制上面参考图2、图3和图4描述的所有处理步骤以及任何子步骤序列。此外，尽管上面参考附图描述的本发明的实施方式包括在至少一个处理器中执行的处理器和过程，但因此该实施方式也扩展到计算机程序，特别是适用于将本发明付诸实践的载体上或载体中的计算机程序。该程序可以是源代码、对象代码、代码中间源和目标代码的形式，例如以部分编译的形式，或者适合用于根据本发明的过程实现的任何其他形式。该程序可以是操作系统的一部分，也可以是单独的应用程序。载体可以是能够携带该程序的任何实体或装置。例如，载体可以包括：存储介质，例如闪存；ROM(只读存储器)，例如DVD(数字视频/通用盘)、CD(压缩盘)或半导体ROM、EP-ROM(可擦除可编程只读存储器)、EEP-ROM(电可擦除可编程只读存储器)；或磁记录介质，例如软盘或硬盘。此外，载体可以是可传输的载体，例如可以通过电缆或光缆或通过无线电或其他方式传送的电信号或光信号。当程序体现在可以通过电缆或其他装置或设备直接传送的信号中时，可以通过这种电缆或装置或设备来构造载体。可替换地，载体可以是嵌入有程序的集成电路，该集成电路适于执行或用于执行相关的过程。

当在本说明书中使用时，术语“包括/包含”用于指定所述特征、整体、步骤或组分的存在。然而，该术语不排除存在或添加一个或多个附加特征、整体、步骤或其组分或组。

本发明不限于附图中描述的实施方式，而是可以在权利要求的范围内自由变化。

Claims (15)

1.一种用于确定射程移位器的厚度以在离子束治疗中获得目标剂量覆盖范围的系统(100)，其中，所述射程移位器用于对目标体积进行放射治疗的机器中，所述系统包括：

数据处理器(110)；以及

存储器(140)，所述存储器包含能够由所述数据处理器(110)执行的指令；

其中，所述数据处理器(110)配置成：

-接收输入参数，所述输入参数包括：

放射能量参数；

射程移位器材料参数；

对象几何信息；

射束特征参数；以及

-基于所述输入参数，对至少一个输送方向中的每一个输送方向计算将输送最佳剂量一致性的射程移位器厚度。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述能量参数指示用于放射治疗的所述机器能够输送的一个或多个放射能量等级。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述射程移位器材料参数指示材料密度和元素组成。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的系统，其中，所述对象几何信息描述包括所述治疗体积的患者部位的几何关系。

5.根据权利要求4或5所述的系统，其中，所述对象几何信息包括图像数据和关于所述图像数据中的一个或多个区域的相应密度的信息。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述数据处理器(110)还配置成对所述至少一个输送方向中的每一个输送方向使用所计算出的射程移位器厚度，从而确定用于与至少一个目标以及至少一个风险器官相关联的治疗体积的放射治疗计划。

7.一种用于确定射程移位器的厚度以在离子束治疗中获得目标剂量覆盖范围的方法，其中，所述射程移位器用于对目标体积进行放射治疗的机器中，所述方法包括：

-在处理器中接收输入参数，所述输入参数包括：

放射能量参数；

射程移位器材料参数；

对象几何信息；

射束特征参数；以及

-基于所述输入参数，对至少一个输送方向中的每一个输送方向计算将输送最佳剂量一致性的射程移位器厚度。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述能量参数指示用于放射治疗的所述机器能够输送的一个或多个放射能量等级。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，所述射程移位器材料参数指示材料密度和元素组成。

10.根据权利要求7至9中的任一项所述的方法，其中，所述对象几何信息描述包括所述治疗体积的患者部位的几何关系。

11.根据权利要求7至10中任一项所述的方法，其中，所述对象几何信息包括图像数据和关于所述图像数据中的一个或多个区域的相应密度的信息。

12.根据权利要求7至11中的任一项所述的系统，其中，所述射束特征参数指示笔形射束在等角点平面处的空间角度分布矩和入射射束角。

13.根据权利要求7至12中的任一项所述的方法，还包括：基于使用根据权利要求8至15中的任一项所述的方法来计算出的至少一个射程移位器厚度，确定用于与至少一个目标和至少一个风险器官相关联的治疗体积的放射治疗计划。

14.一种计算机程序，所述计算机程序能够加载到至少一个处理器(110)的存储器(140)中，所述计算机程序包括当在所述至少一个处理器(110)上运行所述程序时用于执行根据权利要求7至13中的任一项所述的方法的软件。

15.一种处理器可读介质(140)，在所述处理器可读介质上记录有程序，其中，当将所述程序加载到至少一个处理器(110)中时，所述程序用于使所述至少一个处理器(110)执行根据权利要求7至13中的任一项所述的方法。