CN110636883B - 确定纹波滤波器设定的方法、治疗计划系统和计算机可读装置 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于为离子疗法的射束确定纹波滤波器设定的方法，该离子疗法的射束能够向目标体积提供具有不同能量等级的离子。该方法是在治疗计划系统中执行的并且包括以下步骤：确定要用于覆盖目标体积的至少一个射束方向；以及向具有至少一个射束方向中的每个射束方向的多个子射束中的每个子射束分配纹波滤波器设定，使得每个子射束被分配不同的纹波滤波器设定，其中每个纹波滤波器设定对沿着射束的方向上的布拉格峰宽度产生不同的影响，并且各能量等级被分别分配给多个子射束中的一个子射束。分配纹波滤波器设定的步骤包括基于每个射束方向上的不同的子射束的不同的滤波器设定进行优化。

Description

确定纹波滤波器设定的方法、治疗计划系统和计算机可读 装置

技术领域

本发明涉及用于为离子疗法的射束确定和分配纹波滤波器设定的方法、治疗计划系统、计算机程序和计算机程序产品，所述离子疗法的射束能够向目标体积提供具有不同能量等级的离子。

背景技术

在离子束疗法中，使离子(例如质子或更重的离子，例如碳离子)的射束射向目标体积。目标体积可以例如代表癌症肿瘤。离子穿透组织并递送一定剂量的能量以摧毁癌症细胞。离子束疗法的优点是剂量分布中存在明显的峰，称为布拉格峰。布拉格峰是在某一定深度处发生的剂量递送的峰，在该峰之后，剂量递送迅速下降。可以将其与电子束疗法或X射线疗法进行比较，在电子束疗法或X射线疗法中，峰出现在非常靠近进入组织的位置，且剂量的下降不能通过与离子疗法相同的急剧下降来控制。

可以通过调节离子的能量的量来控制布拉格峰在患者体内的深度。可以使用电磁体使射束偏转来控制侧向位置。离子束疗法中的射束点是指在特定的侧向位置处的特定能量等级的离子的集合。递送到射束点的粒子的数量通常称为射束点权重。通过在三维空间中的许多不同位置以射束点提供剂量，可以以所需的剂量分布覆盖目标体积。此过程称为主动扫描离子束疗法，也称为笔形射束扫描。

在治疗计划系统中执行应如何递送射束点的计划。治疗计划系统确定一组能量层，每个能量层包含射束点的分布。然后将能量层传达到离子束系统，该离子束系统递送离子束。治疗计划系统和离子束系统以本领域本身已知的方式来连接。

为了确保在深度方向上有平滑的剂量分布，相继的能量层之间的距离必须相对于布拉格峰的宽度足够小。如果布拉格峰较窄，则需要许多能量层，这意味着治疗时间延长。为了克服该问题，在这种情况下通常使用一种使布拉格峰变宽的装置，称为纹波滤波器。对于大多数离子递送系统，递送时间的很大一部分都花费在切换能量上，并因此能量层的数量的减少将对总的递送时间产生重大影响。

发明内容

本发明的目的是确定用于离子疗法的射束的纹波滤波器设定的有效组合。

根据第一方面，提供了一种用于为离子疗法的射束确定纹波滤波器设定的方法，所述离子疗法的射束能够向目标体积提供具有不同能量等级的离子。所述方法是在治疗计划系统中执行的并且包括以下步骤：确定要用于覆盖目标体积的至少一个射束方向；以及向具有所述至少一个射束方向中的每个射束方向的多个子射束中的每个子射束分配纹波滤波器设定，使得每个子射束被分配不同的纹波滤波器设定，其中，每个纹波滤波器设定对沿着射束的方向上的布拉格峰宽度产生不同的影响，并且各能量等级被分别分配给所述多个子射束中的一个子射束。分配纹波滤波器设定的步骤包括以下子步骤：确定多个不同的纹波滤波器设定；对于每个射束方向，为每个纹波滤波器设定生成一个子射束，从而就每个纹波滤波器设定及射束方向而言得到一个子射束，并且为每个子射束提供能量层，每个能量层包括多个射束点，其中每个射束点代表在特定侧向位置处的具有特定能量等级的离子的集合；以及通过如下方式来对所有射束方向的所有副本的所有能量等级的射束点进行优化：反复改变至少所述射束点的子集的权重，并且计算对性能量度的影响，直到所述权重的变化无法使所述性能量度提高到超过阈值量为止；其中，所述性能量度是通过组合多个评估标准来计算的，其中，所述多个评估标准包括：当减少总治疗时间时提高所述性能量度的第一标准、以及当在所述治疗体积中实现所需剂量分布时提高所述性能量度的第二标准。

每个子射束在包含多于一个的能量等级时，每个子射束包含相邻的能量等级。

分配纹波滤波器设定的步骤包括：为具有最远端的布拉格峰的子射束分配暗含不使用纹波滤波器的纹波滤波器设定。

所述分配纹波滤波器设定的步骤是基于最小的布拉格峰宽度来执行的。

所述分配纹波滤波器设定的步骤是基于最大的布拉格峰宽度来执行的。

所述分配纹波滤波器设定的步骤是基于在用户配置中限定的几何形状来执行的。

所述几何形状是由起自目标体积的远端边缘的目标边际来限定的。

所述方法在对所述射束点进行优化的步骤之后，还包括以下步骤：对于每个射束方向，寻找任意多纹波滤波器区域，所述多纹波滤波器区域由具有不同的纹波滤波器设定和具有权重高于阈值的射束点的能量层所覆盖；在每个多纹波滤波器区域中判定要单独保留哪个纹波滤波器设定、并且去除所述多纹波滤波器区域中的具有其他纹波滤波器设定的能量层；以及返回到对射束点进行优化的步骤。

判定要保留哪个纹波滤波器设定的步骤包括：根据用户参数来进行判定以保留纹波滤波器设定。

根据第二方面，提供一种用于为离子疗法的射束确定纹波滤波器设定的治疗计划系统，所述离子疗法的射束能够向目标体积提供具有不同能量等级的离子。所述治疗计划系统包括：处理器；以及对指令进行存储的存储器，所述指令在由所述处理器执行时使所述治疗计划系统进行以下操作：确定要用于覆盖目标体积的至少一个射束方向；以及向具有所述至少一个射束方向中的每个射束方向的多个子射束中的每个子射束分配纹波滤波器设定，使得每个子射束被分配不同的纹波滤波器设定，其中，每个纹波滤波器设定对沿着所述射束的方向上的布拉格峰宽度产生不同的影响，并且各能量等级被分别分配给所述多个子射束中的一个子射束。用以分配纹波滤波器设定的指令包括：在由所述处理器执行时使所述治疗计划系统进行以下操作的指令：确定多个不同的纹波滤波器设定；对于每个射束方向，为每个纹波滤波器设定生成一个子射束，从而就每个纹波滤波器设定及射束方向而言得到的一个子射束，并且为每个子射束提供能量层，每个能量层包括多个射束点，其中每个射束点代表在特定侧向位置处的具有特定能量等级的离子的集合；以及通过如下方式来对所有射束方向的所有副本的所有能量等级的射束点进行优化：反复改变至少所述射束点的子集的权重，并且计算对性能量度的影响，直到所述权重的变化无法使所述性能量度提高到超过阈值量为止；其中，所述性能量度是通过组合多个评估标准来计算的，其中，所述多个评估标准包括：当减少总治疗时间时提高所述性能量度的第一标准、以及当在所述治疗体积中实现所需剂量分布时提高所述性能量度的第二标准。

每个子射束在包含多于一个的能量等级时包含相邻的能量等级。

根据第三方面，提供一种用于为离子疗法的射束确定纹波滤波器设定的治疗计划系统，所述离子疗法的射束能够向目标体积提供具有不同能量等级的离子。所述治疗计划系统包括：用于确定要用于覆盖目标体积的至少一个射束方向的装置；以及用于向具有所述至少一个射束方向中的每个射束方向的多个子射束中的每个子射束分配纹波滤波器设定以使得每个子射束被分配不同的纹波滤波器设定的装置，其中，每个纹波滤波器设定对沿着所述射束的方向上的布拉格峰宽度产生不同的影响，并且各能量等级被分别分配给所述多个子射束中的一个子射束。用于分配纹波滤波器设定的装置包括：用于确定多个不同的纹波滤波器设定的装置；用于对于每个射束方向为每个纹波滤波器设定生成一个子射束，从而就每个纹波滤波器设定及射束方向而言得到一个子射束、并且为每个子射束提供能量层的装置，每个能量层包括多个射束点，其中，每个射束点代表在特定侧向位置处的具有特定能量等级的离子的集合；以及用于通过如下方式来对所有射束方向的所有副本的所有能量等级的射束点进行优化的装置：反复改变至少所述射束点的子集的权重，并且计算对性能量度的影响，直到所述权重的变化无法使所述性能量度提高到超过阈值量为止；其中，所述性能量度是通过组合多个评估标准来计算的，其中，所述多个评估标准包括：当减少总治疗时间时提高所述性能量度的第一标准、以及当在所述治疗体积中实现所需剂量分布时提高所述性能量度的第二标准。

根据第四方面，提供一种用于为离子疗法的射束确定纹波滤波器设定的计算机程序，所述离子疗法的射束能够向目标体积提供具有不同能量等级的离子。所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码当在治疗计划系统上运行时使所述治疗计划系统：确定要用于覆盖目标体积的至少一个射束方向；以及向具有所述至少一个射束方向中的每个射束方向的多个子射束中的每个子射束分配纹波滤波器设定，使得每个子射束被分配不同的纹波滤波器设定，其中，每个纹波滤波器设定对沿着所述射束的方向上的布拉格峰宽度产生不同的影响，并且各能量等级被分别分配给所述多个子射束中的一个子射束。用以分配纹波滤波器设定的计算机程序代码包括使所述治疗计划系统进行以下操作的计算机程序代码：确定多个不同的纹波滤波器设定；对于每个射束方向，为每个纹波滤波器设定生成一个子射束，从而就每个纹波滤波器设定及射束方向而言得到一个子射束，并且为每个子射束提供能量层，每个能量层包括多个射束点，其中每个射束点代表在特定侧向位置处的具有特定能量等级的离子的集合；以及通过如下方式来对所有射束方向的所有副本的所有能量等级的射束点进行优化：反复改变至少所述射束点的子集的权重，并且计算对性能量度的影响，直到所述权重的变化无法使所述性能量度提高到超过阈值量为止；其中，所述性能量度是通过组合多个评估标准来计算的，其中，所述多个评估标准包括：当减少总治疗时间时提高所述性能量度的第一标准、以及当在所述治疗体积中实现所需剂量分布时提高所述性能量度的第二标准。

根据第五方面，提出了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括根据第四方面的计算机程序、和存储有计算机程序的计算机可读装置。

通常，除非本文另外明确限定，否则将根据术语在技术领域中的常规含义来解释权利要求中使用的所有术语。对于“一/一种/所述元件、设备、部件、装置、步骤等”的所有参引，除非另外明确指出，否则应被开放式地理解为是指元件、设备、部件、装置、步骤等中的至少一个实例。除非明确说明，否则本文公开的任意方法的步骤不必以所公开的确切顺序来执行。

附图说明

现在参考附图以示例的方式描述本发明，在附图中：

图1是示出可以应用本文提出的实施方式的环境的示意图；

图2是示出对于图1的目标体积中的不同能量层的布拉格峰的位置的示意图；

图3是示出根据一个实施方式的图2的能量层之一中的射束点的侧向分布的示意图；

图4是示出用于图1的离子束系统的纹波滤波器的使用的示意图；

图5是示出不同纹波滤波器设定对布拉格峰的影响的示意图；

图6是示出不同能量和不同子射束的布拉格峰的示意图；

图7是示出由起自目标体积的远端边缘的边际限定的目标部分的示意图；

图8A至图8B是示出用于确定纹波滤波器设定的方法的实施方式的流程图，该方法在图1的治疗计划系统中执行；

图9是示出根据一个实施方式的图1的治疗计划系统的部件的示意图；以及

图10示出了包括计算机可读装置的计算机程序产品的一个示例。

具体实施方式

现在将在下文中参考附图更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的某些实施方式。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施，并且不应被解释为限于在本文所阐述的实施方式；相反，这些实施方式仅作为示例提供，以使本公开将是透彻且完整的，并且将本发明的范围充分传达给本领域技术人员。在整个说明书中，相同的标记表示相同的要素或元件。

根据本文提出的实施方式，将不同的纹波滤波器设定应用于不同的子射束，其中每个子射束包括一个或多个能量层。以这种方式，可以将使用纹波滤波器的有益影响用于近端能量层，同时仍然可以实现远端的急剧下降。纹波滤波器设定是基于用于每个射束方向的不同子射束的不同滤波器设定来进行分配的。

图1是示出了可以应用本文提出的实施方式的环境的示意图。治疗计划系统1确定一组能量层，每个能量层包含用于离子束疗法的射束点的分布。这作为治疗计划12被传送到离子束系统2。基于该治疗计划12，离子束系统2生成用于将射束点提供给患者的目标体积3的离子束7。目标体积3由边缘4限界。

在坐标系中，深度沿z轴表示，并且y轴在图1中是向上的。因此，可以将图1中的视图视为侧视图。在射束点的深度方向上(即沿z轴)的最大剂量(布拉格峰)的位置由离子的动能所控制；更高的能量将导致最大剂量的位置更深。此外，使用电磁体来偏转射束7从而控制沿y轴和x轴(图1中未示出)的侧向位置。这样，可以提供射束点以实现在三个维度上覆盖目标体积3的剂量分布。

图2是示出图1的目标体积3的能量层的布拉格峰位置的示意图。图2是从与图1的视图相同的视角观察的侧视图。如上所述，布拉格峰的深度(z方向)取决于能量等级。在此，在目标体积3中以17a至17d示出了四个能量等级的布拉格峰深度。第一能量等级17a由其中当在图1的系统中使用离子束疗法供应具有第一能量的量但具有不同侧向偏转的离子时对于该能量等级出现布拉格峰的线示出。第二能量等级17b由其中当供应第二能量的量的离子时出现布拉格峰的线示出，等等。要注意的是，离子束穿过的组织的密度影响深度。例如，如果射束穿过骨骼，则与射束穿过肌肉组织相比，导致布拉格峰的深度不同。因此，每个能量等级17a至17d的布拉格峰深度不一定是某特定深度的直线。

相继的能量层之间的间隔可以基于用户供应的水等效距离，或者也可以自动地基于这些能量层的布拉格峰宽度(在水中)。能量层的自动选择可确保沿深度方向的平滑的剂量分布，因为相对于布拉格峰宽度，能量层被放置成相对于彼此足够靠近。另一个结果是，在布拉格峰较窄的位置，即在较浅的深度处，并且不使用纹波滤波器时，需要更多的能量层。

图3是示出根据一个实施方式的图2的能量层(参见17a至17d)中的一个能量层中的射束点的侧向分布的示意图。沿x-y平面示出了能量层。尽管能量层在患者的目标体积中不一定是完全平坦的，但此处的能量层示出为平坦的层，因为如果不存在患者，它将看起来是平坦的。治疗计划系统1可以计算每个能量层的任意射束点的布拉格峰的z位置，并且因此可以将任意射束点在平坦的二维空间中的能量层上的位置与考虑患者体内的组织时的布拉格峰在三维空间中的位置之间转换。

在整个能量层上提供射束点14，从而以该能量层覆盖目标体积3。即使未在图3中示出，射束点14的尺寸也可以是不同的，并且可以在同一能量层中提供不同尺寸的射束点。

虽然图3仅公开了一个能量层的射束点分布，但是存在用于每个能量层的对应的射束点分布以用于目标体积。

图4是示出根据一个实施方式的用于图1的离子束系统的纹波滤波器11的使用的示意图。在该示例中，纹波滤波器11具有呈三角形的截面并且形成离子束系统的一部分(参见图1的2)。

射束7的穿过三角形的峰的离子将穿过更多的材料并损失更多的能量。因此，它们的范围将比射束7的穿过三角形外部部分的离子更短。如图5所示，如以下所述，当大量离子穿过这种类型的重复结构时，这种影响将是使布拉格峰变宽以及质子的平均范围减小。因此，射束7穿过滤波器，并且该射束的能量沿着射束的方向(z方向)被分散。

应当注意，同样可以良好地应用任意其他类型的实现使布拉格峰变宽的相同影响的滤波器；该滤波器不需要如图4所示那样来实施。不同的纹波滤波器设定也可以指使用同时应用的纹波滤波器的不同组合。

图5是示出不同的纹波滤波器设定对布拉格峰的影响的示意图。水平轴线表示在水中的深度，并且竖向轴线表示剂量。

第一曲线20a示出了当不应用纹波滤波器时的剂量分布，也称为原始曲线。第二曲线20b示出了当应用第一纹波滤波器时的剂量分布。第三曲线20c示出了当应用较厚的第二纹波滤波器时的剂量分布。

布拉格峰是每条曲线的峰，峰在剂量下降之前出现。可以看出，原始曲线20a的布拉格峰比其他曲线20b至20c的布拉格峰更高且更窄。应用较薄的纹波滤波器的第二曲线20b的布拉格峰具有中等高度和中等宽度。应用较厚的纹波滤波器的第三曲线20c的布拉格峰是最低的并且也是最宽的。而且，随着纹波滤波影响更大，布拉格峰的深度减小。

因此，不同的纹波滤波器设定会对布拉格峰宽度(沿射束的方向)产生不同的影响。布拉格峰宽度可以限定为布拉格峰在最大剂量的一定百分比处的宽度，例如，80％的近端剂量水平的深度与80％的远端剂量水平的深度之差。

图6是示出不同能量的布拉格峰的示意图。从左到右的曲线代表逐渐增加的能量等级。可以将图6与图2进行比较，图2中示出了能量层，尽管是对于较小数量的能量等级。

随着能量的增加，布拉格峰变得更深。这也意味着穿过更多的物质，结果是布拉格峰变得更宽且更低。

根据本文的实施方式，将不同的纹波设定分配给不同的子射束25a至25e。每个子射束25a至25e包含一个或多个能量等级。在该示例中，在逐渐增加的深度方向上，前六个能量等级被分配给第一子射束25a。在逐渐增加的深度方向上，随后的五个能量等级被分配给第二子射束25b。在逐渐增加的深度方向上，随后的四个能量等级被分配给第三子射束25c。在逐渐增加的深度方向上，随后的三个能量等级被分配给第四子射束25d。在逐渐增加的深度方向上，最后的两个能量等级被分配给第五子射束25e。

然后将每个子射束25a至25e分配给不同的纹波滤波器设定。

例如看第一子射束25a，布拉格峰非常窄，这意味着可能需要添加更多的层，以避免布拉格峰之间的深的剂量谷。但是，增加能量层的数量将导致治疗时间延长。相比之下，第五子射束25e的布拉格峰要宽得多，并且不需要额外的能量层，也不需要使用纹波滤波器。

有益的是，增加更多窄的布拉格峰的宽度以减少治疗时间，同时对于第五子射束25e不使用相同的纹波滤波器设定以避免最远端的布拉格峰变宽。有益的是，在最大深度处具有较窄的布拉格峰(第五子射束25e)，以便使远端下降保持陡峭，从而使超出目标体积的边缘的任意不希望的剂量减少。因此，可以为第一子射束25a分配具有最大纹波滤波器影响的纹波滤波器设定，同时可以为第五子射束分配具有最小纹波滤波器影响的纹波滤波器设定(例如，完全没有纹波滤波器)。可以为介于第一子射束与第五子射束之间的子射束25b至25d分配在逐渐增加的深度方向上具有逐渐减小的纹波滤波器影响的纹波滤波器设定。

图7是示出了由起自目标体积的远端边缘的边际限定的目标部分的示意图。这里有四个不同的目标部分30a至30d。第一目标边际31a被限定为介于第二目标部分30b的远端边界与目标体积3的远端边缘之间的距离。第二目标边际31b被限定为介于第三目标部分30c的远端边界与目标体积3的远端边缘之间的距离。第三目标边际31c被限定为介于第四目标部分30d的远端边界与目标体积3的远端边缘之间的距离。

图8A至图8B是示出了用于确定纹波滤波器设定的方法的实施方式的流程图。该方法在治疗计划系统(参见图1中的1)中执行。在下文中，条件性步骤是该方法分叉到两个不同可能路径的步骤。可选步骤是不是必需执行的步骤。首先，将描述图8A的方法。

在确定射束方向的步骤40中，对用于覆盖目标体积的至少一个射束方向进行确定。

在分配纹波滤波器设定的步骤42中，治疗计划系统将纹波滤波器设定分配给所述至少一个射束方向中的每个射束方向的多个子射束中的每个子射束。执行上述步骤从而为每个子射束分配不同的纹波滤波器设定。每个纹波滤波器设定都会在沿射束的方向(即z方向)上对布拉格峰宽度产生不同的影响。此外，将各能量等级分别分配给所述多个子射束中的一个子射束。

在一个实施方式中，例如如图6所示和如上所述，当子射束包含多于一个的能量等级时，每个子射束都包含相邻的能量等级。换句话说，在这种情况下，子射束在能量等级方面不交叠。

可选地，将隐含不使用纹波滤波器的纹波滤波器设定分配给具有最远布拉格峰的子射束。如上所述，这提供了最陡峭的下降，这对于最远端的布拉格峰是有用的。远端应解释为沿射束方向(即z方向)较远。

分配纹波滤波器设定的步骤42可以以经用户配置的或确定的最小的布拉格峰宽度和/或最大的布拉格峰宽度为基础。在仅限定了最小的布拉格峰宽度的最简单形式中，结果将是仅一个纹波滤波器设定。在更复杂的情况下，可能会限定最小的布拉格峰宽度和最大的布拉格峰宽度的组合。这将产生多个子射束：从远端边缘开始对能量层进行分配，纹波滤波器设定的选择将以导致布拉格峰宽度小于或等于经限定的最大的布拉格峰但大于或等于最小的布拉格峰宽度的设定为基础。当添加更多的具有越来越低的能量的能量层时，布拉格峰宽度将减小，并且最终，最小的布拉格峰宽度将无法达到，并且需要选择新的纹波滤波器设定。该过程一直持续进行到近端边缘，创建具有不同纹波滤波器设定的多个子射束。

如果即使使用最大的纹波滤波器设定也无法达到最小的布拉格峰宽度，则仍将选择最大的纹波滤波器设定。同样，如果即使使用最小的纹波滤波器设定也会超过最大的布拉格峰宽度，则将选择最小的纹波滤波器设定。应该注意的是，完全不使用任意纹波滤波器也被限定为一种纹波滤波器设定。

可选地，纹波滤波器设定是以在用户配置中限定的几何形状为基础的。例如，所述几何形状可以如图7所示的由起自目标体积的远端边缘的目标边际来限定。远端目标边际的组合创建了目标部分30a至30d，将在目标部分30a至30d中应用不同的纹波滤波器设定。作为替代方案，可以使用治疗计划系统中用于描绘体积的其他工具来限定所述几何形状。

用户可以直接设定每个几何形状中的纹波滤波器设定，或者每个几何形状可以限定自己的最小的布拉格峰宽度或最大的布拉格峰宽度。

现在看图8B，更详细地描述了分配纹波滤波器设定的步骤42的实施方式。此处示出的实施方式是以使用优化为基础的。

在确定纹波滤波器设定的步骤42a中，对多个(可用的)不同的纹波滤波器设定进行确定。例如，可以存在五个不同的纹波滤波器设定。

在生成并提供副本的步骤42b中，对于每个射束方向，治疗计划系统为每个纹波滤波器设定生成一个子射束。这样就每个纹波滤波器设定及射束方向而言得到一个子射束。此外，治疗计划系统为每个子射束提供能量层，每个能量层包含多个射束点。如上所述，每个射束点表示在特定侧向位置处的具有特定能量等级的离子的集合。

在优化的步骤42c中，治疗计划系统通过反复改变至少所述射束点的子集的权重、并计算对性能量度的影响，从而对所有射束方向的所有副本的所有能量等级的射束点进行优化。上述优化持续到所述权重的变化无法将性能量度提高到超过阈值量为止。通过组合多个评估标准来计算所述性能量度。所述多个评估标准包括：当减少总治疗时间时提高所述性能量度的第一标准、以及当在所述治疗体积中实现所需剂量分布时提高所述性能量度的第二标准。

第一标准旨在减少治疗时间。当从一个会导致窄的布拉格峰的纹波滤波器设定切换到另一个会导致较宽的布拉格峰的纹波滤波器设定时，治疗时间上的最大收益可以在以下中发现：减少能量层的数量，并因此减少累积的能量切换时间。能量切换时间与特定射束点的射束点的权重(和实际的递送)无关。在与射束点权重的变化有关的优化的背景中，第一标准包括将每个射束点与能量切换时间相关联的射束点特定度量。这种度量取决于纹波滤波器设定，并且这种度量可以直接或间接地与递送时间相关联。它可以用多种不同的方式来表示，并且例如可以基于：

a)纹波滤波器设定。与得到较窄的布拉格峰的纹波滤波器设定相比，得到较宽的布拉格峰的纹波滤波器设定减少了治疗时间。特定的子射束中的每个射束点都与该子射束的纹波滤波器设定相关。

b)能量层间距。与较小的能量层间距相比，较大的能量层间距将减少治疗时间。特定的子射束的特定层中的每个射束点都被分配了与能量层间距有关的量。该量例如可以是到相邻的能量层中的任一个能量层的最短的水等效距离，并且该量对于一个能量层中的所有的射束点将是相同的。

c)子射束的递送时间。对于此度量，对每个子射束的总的递送时间进行估计。特定子射束中的每个射束点都被分配有与该子射束的递送时间成正比的量。作为替代方案，子射束中的每个射束点可以被分配有与累积的能量切换时间成正比的量。对于这两种选择，为同一子射束中的所有射束点分配的量是一致的。

也可以使用直接或间接地减少治疗时间或减少能量层的数量的其他度量。

在优化的步骤42c中，如上所述，射束点的权重被反复地改变以提高性能量度。剂量分布通过改变射束点的权重而直接改变，并且对于与剂量分布有关的第二标准，射束点权重与对性能量度的影响之间存在直接关系。对于与治疗时间有关的第一标准，没有这种直接关系。上述的治疗时间度量与各个射束点的递送之间的能量切换时间有关，并因此不明确地取决于射束点权重。然而，由于针对射束点权重进行了优化，因此建立了射束点权重与治疗时间度量之间的人为关系，使得当以有利的度量(得到宽的布拉格峰的纹波滤波器设定、大的能量层间距、短的递送时间)增加射束点权重时，可以提高与第一标准相关的性能量度。例如，当第一标准以能量层间距为基础时，这可以在优化中通过以下来实现：对具有较小的经分配的能量层间距的射束点惩罚高的射束点权重，这又将对具有较大的经分配的能量层间距的射束点奖励更高的射束点权重。

在优化的步骤42c的最后子步骤中，执行射束点过滤。射束点过滤将去除权重低于某个阈值的射束点，所述阈值可以由用户设定、或者也可以由系统基于离子递送系统的功能而直接设定。

在可选的有条件的多纹波滤波器区域(一个或多个)的步骤42d中，治疗计划系统确定是否可以为每个波射束方向找到被具有不同纹波滤波器设定且具有权重高于阈值的射束点的能量层覆盖的任意多纹波滤波器区域。多纹波滤波器区域在深度方向上延伸并且由能量间隔限界。如果找到任意多纹波滤波器区域，则该方法进行到可选的确定要保留的纹波滤波器的步骤42e。否则，该方法继续。

在可选的确定要保留的纹波滤波器的步骤42e中，治疗计划系统在每个多纹波滤波器区域中判定要单独保留哪个纹波滤波器设定。去除所述多纹波滤波器区域中的具有其他纹波滤波器设定的能量层。判定要保留哪个纹波滤波器设定的方式可以例如以纹波滤波器设定、或能量间隔中的累积的射束点权重、或这些参数的组合为基础。还可以根据用户限定的参数来确定要保留的纹波滤波器设定。在该步骤之后，不存在具有交叠的纹波滤波器设定的能量间隔，并且该方法返回到所述优化的步骤42c。

图9是示出根据一个实施方式的图1的治疗计划系统1的部件的示意图。使用合适的中央处理单元(CPU)、多处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路等中的一者或多者的任意组合来提供处理器60，处理器60能够执行存储在存储器64中的软件指令67，其因此可以是计算机程序产品。处理器60可以被配置为执行以上参考图8A至图8B描述的方法。

存储器64可以是随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)的任意组合。存储器64还包括永久性存储器，该永久性存储器例如可以是磁存储器、光学存储器、固态存储器或甚至远程安装的存储器中的任意单独一者或它们的组合。

还提供了数据存储器66，数据存储器66用于在处理器60中执行软件指令期间对数据进行读取和/或存储。数据存储器66可以是随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)的任意组合。数据存储器66可以例如包含纹波滤波器设定69。

治疗计划系统1还包括用于与其他外部实体进行通信的I/O接口62。可选地，I/O接口62还包括用户接口。

省略了治疗计划系统1的其他部件，以免混淆本文中提出的概念。

图10示出了包括计算机可读装置的计算机程序产品的一个示例。在该计算机可读装置上，可以存储计算机程序91，该计算机程序可以使处理器执行根据本文描述的实施方式的方法。在此示例中，计算机程序产品是光盘，例如CD(光碟)或DVD(数字多功能光盘)或蓝光光盘。如上所述，计算机程序产品还可以体现在诸如图9的计算机程序产品64之类的装置的存储器中。尽管计算机程序91在这里被示意性地示出为所描绘的光盘上的轨道，但是计算机程序可以以适于计算机程序产品的任意方式诸如可移动固态存储器，例如通用串行总线(USB)驱动器被存储。

上面主要参考一些实施方式描述了本发明。然而，如本领域技术人员容易理解的那样，在所附专利权利要求书所限定的本发明的范围内，除了以上公开的实施方式以外的其他实施方式同样是可能的。

Claims (13)

1.一种用于为离子疗法的射束确定纹波滤波器设定的方法，所述离子疗法的射束能够向目标体积提供具有不同能量等级的离子，所述方法是在治疗计划系统(1)中执行的并且包括以下步骤：

确定要用于覆盖目标体积的至少一个射束方向；以及

向具有所述至少一个射束方向中的每个射束方向的多个子射束中的每个子射束分配纹波滤波器设定，使得每个子射束被分配不同的纹波滤波器设定，其中，每个纹波滤波器设定对沿着所述射束的方向上的布拉格峰宽度产生不同的影响，并且各能量等级被分别分配给所述多个子射束中的一个子射束；

其中，所述分配纹波滤波器设定的步骤包括以下子步骤：

确定多个不同的纹波滤波器设定；

对于每个射束方向，为每个纹波滤波器设定生成一个子射束，从而就每个纹波滤波器设定及射束方向而言得到一个子射束，并且为每个子射束提供能量层，每个能量层包括多个射束点，其中，每个射束点代表在特定侧向位置处的具有特定能量等级的离子的集合；以及

通过如下方式来对所有射束方向的所有副本的所有能量等级的射束点进行优化：反复改变至少所述射束点的子集的权重，并且计算对性能量度的影响，直到所述权重的变化无法使所述性能量度提高到超过阈值量为止；其中，所述性能量度是通过组合多个评估标准来计算的，其中，所述多个评估标准包括：当减少总治疗时间时提高所述性能量度的第一标准、以及当在治疗体积中实现所需剂量分布时提高所述性能量度的第二标准。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，每个子射束在包含多于一个的能量等级时，每个子射束包含相邻的能量等级。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述分配纹波滤波器设定的步骤包括：为具有最远端的布拉格峰的子射束分配暗含不使用纹波滤波器的纹波滤波器设定。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述分配纹波滤波器设定的步骤是基于最小的布拉格峰宽度来执行的。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述分配纹波滤波器设定的步骤是基于最大的布拉格峰宽度来执行的。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述分配纹波滤波器设定的步骤是基于在用户配置中限定的几何形状来执行的。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述几何形状是由起自目标体积的远端边缘的目标边际来限定的。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述优化的步骤包括：执行射束点过滤以去除权重低于阈值的射束点。

9.根据权利要求1所述的方法，在对所述射束点进行优化的步骤之后，还包括以下步骤：

对于每个射束方向，寻找任意多纹波滤波器区域，所述多纹波滤波器区域由具有不同的纹波滤波器设定和具有权重高于阈值的射束点的能量层所覆盖；

在每个多纹波滤波器区域中判定要单独保留哪个纹波滤波器设定、并且去除所述多纹波滤波器区域中的具有其他纹波滤波器设定的能量层；以及

返回到对射束点进行优化的步骤。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，判定要保留哪个纹波滤波器设定的步骤包括：根据用户参数来进行判定以保留纹波滤波器设定。

11.一种用于为离子疗法的射束确定纹波滤波器设定的治疗计划系统(l)，所述离子疗法的射束能够向目标体积提供具有不同能量等级的离子，所述治疗计划系统(l)包括：

处理器(60)；以及

对指令(67)进行存储的存储器(64)，所述指令在由所述处理器执行时使所述治疗计划系统(1)进行以下操作：

确定要用于覆盖目标体积的至少一个射束方向；

向具有所述至少一个射束方向中的每个射束方向的多个子射束中的每个子射束分配纹波滤波器设定，使得每个子射束被分配不同的纹波滤波器设定，其中，每个纹波滤波器设定对沿着所述射束的方向上的布拉格峰宽度产生不同的影响，并且各能量等级被分别分配给所述多个子射束中的一个子射束；

其中，用以分配纹波滤波器设定的指令包括：在由所述处理器执行时使所述治疗计划系统(1)进行以下操作的指令(67)：

确定多个不同的纹波滤波器设定；

对于每个射束方向，为每个纹波滤波器设定生成一个子射束，从而就每个纹波滤波器设定及射束方向而言得到一个子射束，并且为每个子射束提供能量层，每个能量层包括多个射束点，其中，每个射束点代表在特定侧向位置处的具有特定能量等级的离子的集合；以及

通过如下方式来对所有射束方向的所有副本的所有能量等级的射束点进行优化：反复改变至少所述射束点的子集的权重，并且计算对性能量度的影响，直到所述权重的变化无法使所述性能量度提高到超过阈值量为止；其中，所述性能量度是通过组合多个评估标准来计算的，其中，所述多个评估标准包括：当减少总治疗时间时提高所述性能量度的第一标准、以及当在治疗体积中实现所需剂量分布时提高所述性能量度的第二标准。

12.一种用于为离子疗法的射束确定纹波滤波器设定的治疗计划系统(l)，所述离子疗法的射束能够向目标体积提供具有不同能量等级的离子，所述治疗计划系统(l)包括：

用于确定要用于覆盖目标体积的至少一个射束方向的装置；

用于向具有所述至少一个射束方向中的每个射束方向的多个子射束中的每个子射束分配纹波滤波器设定以使得每个子射束被分配不同的纹波滤波器设定的装置，其中，每个纹波滤波器设定对沿着所述射束的方向上的布拉格峰宽度产生不同的影响，并且各能量等级被分别分配给所述多个子射束中的一个子射束；其中，用于分配纹波滤波器设定的装置包括：

用于确定多个不同的纹波滤波器设定的装置；

用于对于每个射束方向为每个纹波滤波器设定生成一个子射束从而就每个纹波滤波器设定及射束方向而言得到一个子射束、并且为每个子射束提供能量层的装置，每个能量层包括多个射束点，其中，每个射束点代表在特定侧向位置处的具有特定能量等级的离子的集合；以及

用于通过如下方式来对所有射束方向的所有副本的所有能量等级的射束点进行优化的装置：反复改变至少所述射束点的子集的权重，并且计算对性能量度的影响，直到所述权重的变化无法使所述性能量度提高到超过阈值量为止；其中，所述性能量度是通过组合多个评估标准来计算的，其中，所述多个评估标准包括：当减少总治疗时间时提高所述性能量度的第一标准、以及当在治疗体积中实现所需剂量分布时提高所述性能量度的第二标准。

13.一种计算机可读装置，所述计算机可读装置存储有用于为离子疗法的射束确定纹波滤波器设定的计算机程序(67、91)，所述离子疗法的射束能够向目标体积提供具有不同能量等级的离子，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码当在治疗计划系统(1)上运行时使所述治疗计划系统(1)：

确定要用于覆盖目标体积的至少一个射束方向；以及

向具有所述至少一个射束方向中的每个射束方向的多个子射束中的每个子射束分配纹波滤波器设定，使得每个子射束被分配不同的纹波滤波器设定，其中，每个纹波滤波器设定对沿着所述射束的方向上的布拉格峰宽度产生不同的影响，并且各能量等级被分别分配给所述多个子射束中的一个子射束；

其中，用以分配纹波滤波器设定的计算机程序代码包括使所述治疗计划系统进行以下操作的计算机程序代码：

确定多个不同的纹波滤波器设定；

对于每个射束方向，为每个纹波滤波器设定生成一个子射束，从而就每个纹波滤波器设定及射束方向而言得到一个子射束，并且为每个子射束提供能量层，每个能量层包括多个射束点，其中，每个射束点代表在特定侧向位置处的具有特定能量等级的离子的集合；

通过如下方式来对所有射束方向的所有副本的所有能量等级的射束点进行优化：反复改变至少所述射束点的子集的权重，并且计算对性能量度的影响，直到所述权重的变化无法使所述性能量度提高到超过阈值量为止；其中，所述性能量度是通过组合多个评估标准来计算的，其中，所述多个评估标准包括：当减少总治疗时间时提高所述性能量度的第一标准、以及当在治疗体积中实现所需剂量分布时提高所述性能量度的第二标准。

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