CN111093768B - 用于确定治疗计划的弧成本的方法和治疗计划系统和计算机可读装置 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于确定弧成本的方法。该方法包括以下步骤：确定多个射束定向；以及评估包括至少一个成本函数的集合，该成本函数包括中间暴露成本函数，该中间暴露成本函数是通过执行以下子步骤而评估的：将至少一个靶区投影在射束平面上；基于准直器角度值确定对准角度；沿着对准角度，在射束平面中发现至少一个靶区投影的区域之间的任何中间区域；确定中间暴露成本函数的值。该方法进一步包括以下步骤：发现多个弧，其中每个弧包括多个射束定向的序列；以及对于多个弧中的每个弧，基于该弧的射束定向的成本函数值，计算至少一个弧成本。

Description

用于确定治疗计划的弧成本的方法和治疗计划系统和计算机 可读装置

技术领域

本发明涉及一种用于放射治疗计划的弧的评估的方法、治疗计划系统、计算机程序和计算机程序产品。

背景技术

在放射治疗中，靶区(target volume)被一个或几个治疗射束照射。可以使用各种类型的治疗射束，例如光子、电子和离子射束。靶区可以例如表示癌症肿瘤。治疗射束穿透被照射的组织并传递吸收剂量以杀死肿瘤细胞。

向靶区提供辐射的一种方法是使用容积旋转调强放疗(Volumetric ModulatedArc Therapy：VMAT)，其中辐射在运动期间——例如在机架的运动期间——流动。这与在运动期间关闭放射相比，可以缩短治疗时间。然而，确定这样的治疗计划的适当的弧是非常复杂的任务，并且与确定要从一组固定位置提供的剂量完全不同。

Smyth等，“Non-coplanar trajectories to improve organ at risk sparingin volumetric modulated arc therapy for primary brain tumors(用于改善原发性脑肿瘤中容积旋转调强放疗的危及器官保留的非共面轨迹)”，放射治疗和肿瘤学121(2016)124-131公开了原发性脑肿瘤放疗中对危及器官(OAR)保留的非共面容积旋转调强放疗(VMAT)轨迹的评估。

但是，如果存在进一步改善弧评估的方法，则这将是非常有益的。

发明内容

本文中提出的实施例的目的是改善用于放射治疗中的弧的评估。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于确定用于在以至少一个靶区为目标的放射治疗中使用的治疗计划的各个潜在弧的弧成本的方法。该方法在治疗计划系统中执行，并且包括以下步骤：确定多个射束定向，其中，每个射束定向包括诊察台角度、准直器角度和机架角度的相应值，每个射束定向定义通过准直器的射束方向；针对每个射束定向，评估至少一个成本函数的集合，其中，该至少一个成本函数包括中间暴露成本函数，该中间暴露成本函数是通过执行以下子步骤而评估的：将至少一个靶区投影在作为射束定向的射束方向的法向平面的射束平面上；基于准直器角度值确定对准角度；沿着对准角度在射束平面中发现至少一个靶区投影的区域之间的任何中间区域，使得存在最多一个与每个平行于对准角度的线相交的中间区域；基于任何中间区域确定中间暴露成本函数的值。该方法进一步包括以下步骤：发现多个弧，其中每个弧包括多个射束定向的序列；以及针对多个弧中的每个弧，基于该弧的射束定向的成本函数值，计算至少一个弧成本。

本文提出的解决方案考虑到准直器等同于治疗机的物理限制。这使我们能够丢弃例如被Smyth等人的方法认为是有益的但不能由治疗机以有益的方式实现的射束定向。与现有技术相比，这还使我们能够优化附加的自由度(准直器角度)。

发现任何中间区域的步骤可以包括发现不同靶区投影之间的任何中间区域。

该方法可以进一步包括以下步骤：基于各个弧成本，选择至少一个弧以用于在治疗计划中使用。

发现中间区域的步骤可包括针对沿着对准角度的多个平行条带中的每个平行条带，发现至少一个靶区投影的区域之间的条带区域，其中，每个条带与多叶准直器的一对叶片相关联。

发现中间区域的步骤可以包括对射束定向执行注量图优化，并将所优化的注量图分割成一个或多个多叶准直器设置。

该方法可以进一步包括：将至少一个危及器官投影在射束平面上；以及从重叠的靶区投影中减去其中危及器官投影与靶区投影重叠的任何重叠区域。

该方法可以进一步包括以下步骤：将至少一个危及器官投影在射束平面上；在这种情况下，在评估至少一个成本函数的集合的步骤中，该至少一个成本函数的集合包括处罚其中危及器官投影与中间区域重叠的任何重叠区域的函数。

在评估至少一个成本函数的集合的步骤中，该至少一个成本函数的集合可以包括量化对至少一个靶区的剂量的评估的中间剂量函数。

在评估至少一个成本函数的集合的步骤中，该至少一个成本函数的集合可以包括治疗计划优化的至少一个组成函数。这减小了用于确定弧轨迹的试探法与所确定的轨迹的真实质量之间的差距。

在评估至少一个成本函数的集合的步骤中，至少一个成本函数的集合可以包括处罚与所有的射束定向上的最小中间区域尺寸相比较的、来自每个射束定向的中间区域尺寸的至少一个函数。

计算至少一个弧成本的步骤可以包括：执行多个弧中的每个弧，基于弧的射束定向的成本函数值来计算总弧成本。

计算至少一个弧成本的步骤可包括：针对多个弧中的每个弧，基于由弧的射束定向的组合的暴露提供的对至少一个靶区的剂量的评估，计算总弧成本。

根据本发明的第二方面，提供了一种治疗计划系统，用于确定用于在以至少一个靶区为目标的放射治疗中使用的治疗计划的各个潜在弧的弧成本。该治疗计划系统包括：处理器；以及存储指令的存储器，当该指令由处理器执行时，使治疗计划系统：确定多个射束定向，其中每个射束定向包括诊察台角度、准直器角度和机架角度的相应值，每个射束定向定义通过准直器的射束定向；针对每个射束定向，评估至少一个成本函数的集合，其中，至少一个成本函数包括通过执行指令而被评估的中间暴露成本函数，该执行指令使治疗计划系统：将至少一个靶区投影到作为定向集合的射束方向的法向平面的射束平面上；基于准直器角度值确定对准角度；沿着对准角度，在射束平面中发现至少一个靶区投影的区域之间的任何中间区域，使得存在最多一个与每个平行于对准角度的线相交的中间区域；基于任何中间区域，确定中间暴露成本函数的值。存储器进一步包括指令，当该指令由处理器执行时，使治疗计划系统：发现多个弧，其中每个弧包括多个射束定向的序列；以及针对所述多个弧中的每个弧，基于所述弧的射束定向的成本函数值，计算至少一个弧成本。

根据本发明的第三方面，提供了一种计算机程序，该计算机程序用于确定用于在以至少一个靶区为目标的放射治疗中使用的治疗计划的各个潜在弧的弧成本。该计算机程序包括计算机程序代码，当该计算机程序代码在治疗计划系统上运行时，使治疗计划系统：确定多个射束定向，其中每个射束定向包括诊察台角度、准直器角度和机架角度的相应值，每个射束定向定义通过准直器的射束方向；针对每个射束定向，评估至少一个成本函数的集合，其中至少一个成本函数包括通过运行计算机程序代码而评估的中间暴露成本函数，当该计算机程序代码在治疗计划系统上运行时，使治疗计划：将至少一个靶区投影到作为定向集合的射束方向的法向平面的射束平面上；基于准直器角度值确定对准角度；沿着对准角度在射束平面中发现至少一个靶区投影的区域之间的任何中间区域，使得存在最多一个与每个平行于对准角度的线相交的中间区域；基于任何中间区域，确定中间暴露成本函数的值。计算机程序还包括计算机程序代码，当该计算机程序代码在治疗计划系统上运行时，使治疗计划系统：发现多个弧，其中每个弧包括多个射束定向的序列；以及针对所述多个弧中的每个弧，基于所述弧的射束定向的成本函数值，计算至少一个弧成本。

根据本发明的第四方面，提供了一种计算机程序产品，其包括根据权利要求第三方面的计算机程序和在其上存储有所述计算机程序的计算机可读装置。

通常，除非在此另外明确定义，否则将根据其在技术领域中的普通含义来解释权利要求中使用的所有术语。除非另外明确指出，否则所有对“一/一个元件、设备、组件、装置、步骤等”的引用应公开解释为指元件、设备、组件、装置、步骤等的至少一种情况。除非明确声明，否则不必以所公开的确切顺序执行本文中公开的任何方法的步骤。

附图说明

现在参考附图通过示例描述本发明，其中：

图1是示出本文中提出的实施例可以应用于其中的环境的示意图；

图2是治疗机的示意性透视图，示出了射束定向装置的各种角度。

图3是示出图2的多叶准直器的示意图。

图4A-4D是示出不同的准直器角度如何影响靶区之间的中间区域的示意图。

图5是示出靶区投影与危及器官的投影重叠的情况的示意图。

图6是示出其中危及器官的投影与靶区投影之间的中间区域重叠的情况的示意图。

图7A-7B是示出在图1的治疗计划系统中执行的用于确定治疗计划的各个潜在弧的弧成本的方法的实施例的流程图，

图8是示出根据一个实施例的图1的治疗计划系统的组件的示意图。以及

图9示出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，其中示出了本发明的某些实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来体现，并且不应被解释为受限于本文中阐述的实施例。而是，这些实施例作为示例提供，使得本公开将是透彻和完整的，并将向本领域技术人员充分传达本发明的范围。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元素。

根据本文中提出的实施例，在有限数量的射束定向中离散可能的射束空间，其中每个射束定向包括诊察台角度、准直器角度和机架角度的值。然后，使用一个或多个成本函数评估每个射束定向。这包括评估靶区投影的部分之间的中间区域，在这种情况下，在允许靶区投影的辐射时，多叶准直器无法阻挡中间区。由于多叶准直器的一维可配置性，在评估中间区域时，准直器角度是很大的因素。通过在评估不同的射束定向时考虑该中间区域，优选使用有利的准直器角度，从而导致更好地确定弧。

图1是示出本文中提出的实施例可以应用于其中的环境的示意图。治疗计划系统1确定在提供射束治疗时使用的一个或多个弧轨迹。这作为治疗计划12传送给治疗机器2。治疗计划12定义了治疗机器应如何提供射束以及治疗机器的几何形状要如何改变。治疗机器2基于治疗计划向患者的一个或多个靶区3提供射束7。

治疗机器2产生射束和递送剂量的方式基于如行业本身众所周知的治疗方式(诸如光子，电子或离子)而不同。然而，共同的目标是向靶区(即肿瘤)递送尽可能接近规定剂量的剂量，同时最小化对危及器官的剂量，其取决于肿瘤所在的位置。

图2是治疗机器2的示意性透视图，示出了射束定向装置的各种角度。还示出了维度为x，y和z的笛卡尔坐标系。

机架11可围绕此处平行于z轴的机架轴线旋转。机架角度16定义了机架旋转的程度。只要该机架角度16的定义是一致的，从何处定义机架角度不重要。

提供了在治疗期间患者(未示出)躺在其上的诊察台10。可以应用本身已知的各种固定机构，以确保将患者的治疗部分固定在已知位置。诊察台10可围绕此处平行于y轴的诊察台10轴线旋转。诊察台角度15定义了诊察台旋转的程度。只要该诊察台角度的定义是一致的，从何处定义诊察台角度15不重要。

提供被安装在机架11上的多叶准直器13，，在治疗过程中通过该多叶准直器13提供辐射。多叶准直器13可围绕准直器轴线旋转。准直器轴线的(笛卡尔坐标系的)定向基于机架11的旋转而变化。准直器角度17定义了多叶准直器的旋转程度。只要该准直器角度17的定义是一致的，从何处定义准直器角度17不重要。

诊察台角度15、准直器角度17和机架角度16的值的组合一起形成射束定向(beamorientation)。射束定向定义了辐射将以什么角度治疗患者。射束平面是射束方向——即，准直器轴线——的法向平面。换句话说，射束方向(beam direction)是平行于准直器轴线通过准直器、朝向诊察台10的方向。

每个轨迹从开始时间到结束时间以弧形出现，并(可选地经由中间射束定向)定义了射束定向之间的运动。换句话说，弧轨迹定义了使用在由射线定向定义的诊察台角度15、准直器角度17和机架角度16中的一个或多个角度方面的改变来实现的运动。在一个实施例中，针对每个弧轨迹的整个持续时间打开辐射。弧轨迹期间的运动速度可以是恒定的或者可以变化。

图3是示出图2的多叶准直器13的示意图。多叶准直器13包括成对的叶片20a-b、21a-b、…、26a-b。每个叶片沿着对准角度19仅在一个维度是可移动。对准角度19取决于准直器角度17，并且甚至可以等于准直器角度。在图3中，对准角度19是水平的。由于叶片的成对构造，所以每个对准角度19等于其相对的±π弧度。换句话说，对准角度19定义了准直器叶片可沿其移动的方向。

每对相对的叶片可以被定位成在叶片之间提供空间。以此方式，可以限定辐射通过其可以流动的开口28。可以定制开口28以覆盖靶区3，同时减少对周围组织的辐射。由于叶片20a-b、21a-b、……、26a-b仅可沿对准角度移动，因此开口28的可能形状取决于多叶准直器13的旋转17。这在图2和图3中更详细地示出并且接下来将描述。

图4A-4D是示出了不同的准直器角度如何影响靶区之间的中间区域的示意图。在图4A-4B中，存在第一靶区3a、第二靶区3b和第三靶区3c。此外，存在应避免对其照射的危及器官4。

在图4A中，多叶准直器可以被布置成使得开口适应于每个靶区3a、3b、3c。

然而，在图4B中，当第一靶区3a和第三靶区3c两者都需要有开口时，由于对准角度，所以该开口必须是相同的开口。因此，相当大的中间区域29将形成开口的一部分，因此如果根据该构造进行治疗，则在中间区域29中引起辐射。

图4A和图4B之间的唯一差异是对准角度，该对准角度取决于准直器角度。因此，示出了准直器角度对于减少对靶区外部的组织的辐射是如何的至关重要。

图4C-4D示出了具有单个靶区3的情况。然而，靶区具有突起，从而准直器角度极大地影响了治疗。

在图4C中，由于在靶区3的突起之间存在中间区域29，因此多叶准直器不能被配置成在防止对危及器官4照射的同时照射靶区3的下部。

然而，如图4D中所示，在准直器角度偏移π/2的情况下，在突起之间没有中间区域，并且可以完全避免对危险器官4的照射。

这里同样，图4C和图4D之间的唯一差异是对准角度，其取决于准直器角度。因此，示出了准直器角度对于减小对具有突起的单个靶区外部的组织的辐射是如何的至关重要。

图5是示出靶区投影与危及器官的投影重叠的情况的示意图。该投影是三维体积——在此情况下为靶区——到射束平面的投影，该射束平面是由射束定向定义的射束定向的射束方向的法向平面。在该投影中，在靶区投影3与危及器官4之间存在重叠5。

图6是示出其中危及器官的投影与靶区投影——此处由第一靶区投影和第二靶区投影表示——之间的中间区域重叠的情况的示意图。在该投影中，在(靶区投影3a-b之间的)中间区域29与危及器官4投影之间存在重叠30。这当然是理想上应当避免的情况，因为如果两个靶区要被照射，这将导致包括重叠30的危及器官投影4的中间区域20被照射。

图7A-7B是示出在图1的治疗计划系统中执行的用于确定治疗计划的各个潜在弧的弧成本的方法的实施例的流程图。该弧可用在运动期间进行照射的治疗中，例如用于VMAT或动态共形弧(DCA)。首先，将描述由图7A示出的方法。如上所述，治疗计划用于以至少一个靶区为目标的放射治疗。

在确定射束定向的步骤40中，治疗计划系统确定多个射束定向(即，射束定向的有限集合)。每个射束定向包括诊察台角度、准直器角度和机架角度的相应值。每个射束定向定义了通过准直器的射束方向。通过确定射束定向的有限集合，将所有可能的射束定向离散成可管理的数量的射束定向。要注意的是，由于其他π弧度是等效的，因此仅需考虑覆盖准直器角度的π弧度的射束定向。多个射束定向可以包括其中所有角度被允许改变的射束定向，或者可以包括其中仅一个或两个角度被允许改变的射束定向。

在评估成本函数步骤42中，治疗计划系统针对每个射束定向评估至少一个成本函数的集合。换句话说，评估每个射束定向以确定其性能，例如，在照射靶区以及避免照射危及器官或周围组织的方面。

至少一个成本函数的集合可以包括处罚其中危及器官投影和中间区域重叠——例如在图6示出的重叠30——的任何重叠区域的函数。

至少一个成本函数的集合可以包括量化对至少一个靶区的剂量的评估的中间剂量函数。这可以包括处罚危及器官中超过预定水平的任何剂量。所有这些基于根据被评估的射束定向到患者的剂量分布的计算。

至少一个成本函数的集合可以包括治疗计划优化的至少一个组成函数。例如，剂量分布计算可以用于组成函数。实际的治疗计划优化——其例如可以包括准直器叶片位置——在本领域中本身是已知的，并且在已经确定弧之后发生。

至少一个成本函数的集合可以包括处罚与所有射束定向上的最小中间区域尺寸相比较的、来自每个射束定向的中间区域尺寸的至少一个函数。以此方式，优选具有较小中间区域尺寸的射束定向，从而减少对靶区外部的组织的照射。

可以通过组合上述成本函数来计算一个或多个复合成本函数。

以下参考图7B更详细地描述成本函数评估。

在发现弧的步骤44中，治疗计划系统发现多个弧，其中每个弧包括多个射束定向的序列。在一个实施例中，诊察台角度和准直器角度在递送期间不允许改变，即弧的所有射束定向具有相同的诊察台角度和/或准直器角度，但是不同的弧可以具有不同的诊察台角度和/或准直器角度。在这种情况下，能够通过枚举评估所有可能的弧。在另一个实施例中，诊察台角度和/或准直器角度在递送期间允许变化。如果弧成本函数是线性的，则能够通过动态编程(例如，诸如Dijkstra的算法的最短路径算法)有效地计算所有弧的成本。否则，可能在计算上苛刻的要求计算所有弧的成本。在那种情况下，可以评估可能的弧的子集中的弧成本，并且可以从子集中的最佳弧开始采用诸如最近邻域搜索的局部搜索试探法或诸如模拟退火的全局搜索试探法。

在计算弧成本的步骤46中，治疗计划系统针对多个弧中的每个弧基于该弧的射束定向的成本函数值来计算至少一个弧成本。

可选地，这包括针对多个弧中的每个弧基于弧的射束定向的成本函数值来计算总弧成本。例如，可以将各个射束定向的所有对应的成本函数值相加或求平均，以获得总弧成本。

可选地，可以考虑禁止角度的图以排除禁止角度，以保持在机器限制之内并避免患者冲突。

可以针对固定的预定长度的弧来评估弧成本，或者可以通过值预测函数将弧的长度考虑在内。

可选地，这包括针对多个弧中的每个弧基于由该弧的射束定向的组合的暴露所提供的剂量的评估来计算总弧成本。在这种情况下，可以考虑完整的剂量分布，即不仅考虑提供到至少一个靶区域的剂量。在一个实施例中，至少一个弧成本的集合可以包括治疗计划优化的至少一个组成函数，其改进了与后续优化的对应性。

在可选的选择弧的步骤48中，治疗计划系统基于相应的弧成本来选择至少一个弧以在治疗计划使用。例如，可以选择具有最小弧成本的弧。

现在参见图7B，示出了评估成本函数的步骤42的子步骤。

在投影靶区的步骤50中，治疗计划系统将至少一个靶区投影在射束平面上。如上所述，射束平面是射束定向的射束方向的法向平面。

在投影风险器官的步骤51中，治疗计划系统将至少一个危及器官投影在射束平面上。

在减去重叠步骤52中，治疗计划系统从重叠的靶区投影中减去其中危及器官投影与靶区投影重叠的任何重叠区域。以此方式，降低了照射危及器官的风险。

在确定对准角度的步骤53中，治疗计划系统基于准直器角度值确定对准角度。例如，对准角度可以是准直器角度值。

在发现中间区域的步骤54中，治疗计划系统发现沿着对准角度在射束平面中的至少一个靶区投影的区域之间的任何中间区域(见图4B-4C和图6的29)，使得存在至多一个与每条平行于对准角度的线交叉的中间区域。换句话说，由于存在多叶准直器的成对的叶片，因此在一对准直器叶片之间不能有多于一个的中间区域。在至少一个靶区投影的区域之间只能有零个或一个中间区域。

如图4A-4B中的第一示例中以及在图4C-4D中的第二示例中所示以及如上所述，中间区域的存在与不存在取决于射束定向以及取决于靶区。针对对准角度的不同值，即准直器叶片可沿其移动的角度，图4A-4B以及图4C-4D清楚地示出了这些。

因此，每个中间区域包括靶区域的各部分之间的非靶区域。在非靶区域任一侧的靶区域的各部分要么从中间区域的定义中排除，要么被包括在中间区域的定义中。可选地，在中间区域的任一侧中包括边距。

可选地，这包括在不同的靶区投影之间发现任何中间区域，即与不同靶区有关的中间区域。可替选地或附加地，这包括在每个靶区投影的突起之间发现任何中间区域，即，与单个靶区有关的中间区域。

可选地，这包括针对沿着对准角度的多个平行条带中的每一个平行条带发现至少一个靶区投影的区域之间的条带区域，其中，如图3中所示，每个条带与多叶准直器的一对叶片相关联。

可选地，这包括对射束定向执行注量图优化，其中针对射束定向的注量被自由地优化以相对于治疗计划优化问题的优化函数产生良好的剂量分布。可替选地，可以通过预先计划来确定注量图。然后可以通过截断将注量图转换成中间区域，在该中间区域中，所有具有高于某个截止水平的值的注量双像素(每个像素对应于射束平面中的一个像素)被截断为1，而所有具有低于截止水平的值的注量双像素被截断为0，接着是双像素值的修改，以使沿着对准角度的值为1的双像素的行连续，并以沿着对准角度的值为1的双像素的行的区域为中间区域。可替选地，可以将注量图分割成一个或多个多叶准直器设置。

在确定中间成本函数的值的步骤56中，治疗计划系统基于任何中间区域来确定中间暴露成本函数的值。例如，中间暴露成本可以是几个中间区域的总和。

使用所提出的方法，不仅考虑靶区，而且将该信息与以多种方式确定的可能的分段形状组合(例如，通过使多叶准直器与靶区投影相符或将经优化的注量图分段)，以及此外可能的剂量分布(例如，从符合的多叶准直器产生，或从经优化的注量图产生，或从在将经优化的注量图分段后产生的经优化的分段产生)以及在这些剂量分布上评估的目标函数的值。

图8是示出根据一个实施例的图1的治疗计划系统1的组件的示意图。使用适当的中央处理单元(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个或多个的任意组合来提供处理器60，其能够执行存储在存储器64中的软件指令67，该软件指令67因此可以是计算机程序产品。处理器60可以被配置成执行以上参考图7A-B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，其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何单个或组合。

还提供了数据存储器66，以用于在处理器60中执行软件指令期间读取和/或存储数据。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可以例如是包括成本函数的值69。

治疗计划系统1进一步包括用于与其他外部实体通信的I/O接口62。I/O接口62还包括用户接口。

省略治疗计划系统1的其他组件，以免混淆本文中提出的概念。

图9示出了包括计算机可读装置的计算机程序产品90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中描述的实施例的方法。在该示例中，计算机程序产品是光盘，诸如CD(光盘)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8的计算机程序产品64的设备的存储器中。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合于计算机程序产品的任何方式存储，诸如可移动固态存储器，例如通用串行总线(USB)驱动器。

现在此处接下来是从另一个角度看的实施例的列表，用罗马数字列举。

i.一种用于确定在以至少一个靶区为目标的放射治疗中使用的治疗计划的各个潜在弧的弧成本的方法，该方法在治疗计划系统中执行，并且包括以下步骤：

确定多个射束定向，其中，每个射束定向包括诊察台角度、准直器角度和机架角度的相应值；

针对每个射束定向，评估至少一个成本函数的集合，其中，至少一个成本函数包括中间暴露成本函数，其通过执行以下子步骤而被评估：

将至少一个靶区投影在作为射束定向的射束方向的法向平面的射束平面上；

基于准直器角度值确定对准角度；

沿着对准角度在射束平面中发现至少一个靶区投影的区域之间的任何中间区域，使得存在最多一个与每个平行于对准角度的线相交的中间区域；

基于任何中间区域，确定中间暴露成本函数的值；

方法进一步包括以下步骤：

发现多个弧，其中每个弧包括多个射束定向的序列；以及

针对多个弧中的每个弧，基于弧的射束定向的成本函数值，计算至少一个弧成本。

ii.根据实施例i的方法，其中发现任何中间区域的步骤包括发现不同的靶区投影之间的任何中间区域。

iii.根据实施例i或ii的方法，进一步包括以下步骤：

基于各个弧成本，选择至少一个弧以用于在治疗计划中使用。

iv.根据前述实施例中的任何一项的方法，其中，发现中间区域的步骤包括：针对沿着对准角度的多个平行条带中的每个平行条带，发现至少一个靶区投影的区域之间的条带区域，其中，每个条带与多叶准直器的一对叶片相关联。

v.根据实施例iv的方法，其中，发现中间区域的步骤包括：针对射束定向执行注量图优化，以及将所优化的注量图分割成一个或多个多叶准直器设置。

vi.根据前述实施例中的任何一项的方法，进一步包括：

将至少一个危及器官投影在射束平面上；以及

从重叠的靶区投影中减去其中危及器官投影与靶区投影重叠的任何重叠区域。

vii.根据前述实施例中的任何一项的方法，进一步包括以下步骤：

将至少一个危及器官投影在射束平面上；以及

其中，在评估至少一个成本函数的集合的步骤中，至少一个成本函数的集合包括处罚其中危及器官投影与中间区域重叠的任何重叠区域的函数。

viii.根据前述实施例中的任何一项的方法，其中，在评估至少一个成本函数的集合的步骤中，至少一个成本函数的集合包括量化对至少一个靶区的剂量的评估的中间剂量函数。

ix.根据前述实施例中的任何一项的方法，其中，在评估至少一个成本函数的集合的步骤中，至少一个成本函数的集合包括治疗计划优化的至少一个组成函数。

x.根据前述实施例中的任何一项的方法，其中，在评估至少一个成本函数的集合的步骤中，至少一个成本函数的集合包括处罚与所有射束定向上的最小中间区域尺寸相比较的、来自每个射束定向的中间区域尺寸的至少一个函数。

xi.根据前述实施例中的任何一项的方法，其中，计算至少一个弧成本的步骤包括：对于多个弧中的每个弧，基于弧的射束定向的成本函数值来计算总弧成本。

xii.根据前述实施例中的任何一项的方法，其中，计算至少一个弧成本的步骤包括：针对多个弧中的每个弧，基于由弧的射束定向的组合的暴露提供的剂量的评估，计算总弧成本。

xiii.一种治疗计划系统，用于确定在以至少一个靶区为目标的放射治疗中使用的治疗计划的各个潜在弧的弧成本，治疗计划系统包括：

处理器；和

存储指令的存储器，当指令由处理器执行时，使治疗计划系统：

确定多个射束定向，其中每个射束定向包括诊察台角度、准直器角度和机架角度的相应值；

针对每个射束定向，评估至少一个成本函数的集合，其中，至少一个成本函数包括中间暴露成本函数，中间暴露成本函数是通过执行指令而评估的，执行指令使治疗计划系统：

将至少一个靶区投影在作为定向集合的射束方向的法向平面的射束平面上；

基于准直器角度值确定对准角度；

沿着对准角度在射束平面中发现至少一个靶区投影的区域之间的任何中间区域，使得存在最多一个与每个平行于对准角度的线相交的中间区域；

基于任何中间区域来确定中间暴露成本函数的值；

其中存储器进一步包括指令，当指令由处理器执行时，使治疗计划系统：

发现多个弧，其中每个弧包括多个射束定向的序列；以及

针对多个弧中的每个弧，基于弧的射束定向的成本函数值，计算至少一个弧成本。

xiv.一种计算机程序，用于确定用于在以至少一个靶区为目标的放射治疗中使用的治疗计划的各个潜在弧的弧成本，计算机程序包括计算机程序代码，当计算机程序代码在治疗计划系统上运行时，使治疗计划系统：

确定多个射束定向，其中每个射束定向包括诊察台角度、准直器角度和机架角度的相应值；

针对每个射束定向，评估至少一个成本函数的集合，其中至少一个成本函数包括通过运行计算机程序代码而评估的中间暴露成本函数，当计算机程序代码在治疗计划系统上运行时，使治疗计划系统：

将至少一个靶区投影在作为定向集合的射束方向的法向平面的射束平面上；

基于准直器角度值来确定对准角度；

沿着对准角度在射束平面中发现至少一个靶区投影的区域之间的任何中间区域，使得存在至少一个与每额平行于对准角度的线的中间区域；

基于任何中间区域来确定中间暴露成本函数的值；

其中计算机程序进一步包括计算机程序代码，当计算机程序代码在治疗计划系统上运行时，使治疗计划系统：

发现多个弧，其中每个弧包括多个射束定向的序列；以及

针对多个弧中的每个弧，基于弧的射束定向的成本函数值，计算至少一个弧成本。

xv.一种计算机程序产品，包括根据实施例xiv的计算机程序和在其上存储有计算机程序的计算机可读装置。

以上已经主要参考一些实施例描述了本发明。然而，如本领域技术人员容易理解的，如所附专利权利要求所限定的，除了以上公开的实施例以外的其他实施例同样可以在本发明的范围内。

Claims (14)

1.一种用于确定在以至少一个靶区(3a-c)为目标的放射治疗中使用的治疗计划的各个潜在弧的弧成本的方法，所述方法在治疗计划系统(1)中执行，并且包括以下步骤：

确定多个射束定向，其中每个射束定向包括诊察台角度、准直器角度和机架角度的相应值，每个射束定向定义通过所述准直器的射束方向；

针对每个射束定向，评估至少一个成本函数的集合，其中所述至少一个成本函数包括中间暴露成本函数，所述中间暴露成本函数是通过执行以下子步骤而评估的：

将所述至少一个靶区(3a-c)投影在作为所述射束定向的射束方向的法向平面的射束平面上；

基于所述准直器角度值确定对准角度，其中所述对准角度定义了准直器叶片可沿其移动的方向；

沿着所述对准角度在所述射束平面中发现所述至少一个靶区投影的区域之间的任何中间区域，使得在所述至少一个靶区投影的区域之间存在最多一个中间区域；

基于所述任何中间区域，确定所述中间暴露成本函数的值；

所述方法进一步包括以下步骤：

发现多个弧，其中每个弧包括多个射束定向的序列；以及

针对多个弧中的每个弧，基于所述弧的所述射束定向的成本函数值，计算至少一个弧成本。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，发现任何中间区域的步骤包括发现不同的各个靶区的投影之间的任何中间区域。

3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：

基于所述各个弧成本，选择至少一个弧以用于在所述治疗计划中使用。

4.根据权利要求1至3中的任何一项所述的方法，其中，发现中间区域的步骤包括：针对沿着所述对准角度的多个平行条带中的每个平行条带，发现所述至少一个靶区投影的区域之间的条带区域，其中，每个条带与多叶准直器的一对叶片相关联。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，发现中间区域的步骤包括对所述射束定向执行注量图优化，并将所优化的注量图分割成一个或多个多叶准直器设置。

6.根据权利要求1至3中的任何一项所述的方法，进一步包括：

将至少一个危及器官投影在所述射束平面上；以及

从重叠的靶区投影中减去其中危及器官投影和靶区投影重叠的任何重叠区域。

7.根据权利要求1至3中的任何一项所述的方法，进一步包括：

将至少一个危及器官投影在所述射束平面上；以及

其中，在所述评估至少一个成本函数的集合的步骤中，所述至少一个成本函数的集合包括处罚其中危及器官投影和靶区投影重叠的任何重叠区域的函数。

8.根据权利要求1至3中的任何一项所述的方法，其中，在评估至少一个成本函数的集合的步骤中，所述至少一个成本函数的集合包括量化对所述至少一个靶区的剂量的评估的中间剂量函数。

9.根据权利要求1至3中的任何一项所述的方法，其中，在评估至少一个成本函数的集合的步骤中，所述至少一个成本函数的集合包括治疗计划优化的至少一个组成函数。

10.根据权利要求1至3中的任何一项所述的方法，其中，在评估至少一个成本函数的集合的步骤中，所述至少一个成本函数的集合包括处罚与所有射束定向上的最小中间区域尺寸相比较的、来自每个射束定向的中间区域尺寸的至少一个函数。

11.根据权利要求1至3中的任何一项所述的方法，其中，计算至少一个弧成本的步骤包括：针对所述多个弧中的每个弧，基于弧的射束定向的成本函数值来计算总弧成本。

12.根据权利要求1至3中的任何一项所述的方法，其中，计算至少一个弧成本的步骤包括：针对所述多个弧中的每个弧，基于由弧的射束定向的组合的暴露所提供的剂量的评估，计算总弧成本。

13.一种用于确定在以至少一个靶区(3a-c)为目标的放射治疗中使用的治疗计划的各个潜在弧的弧成本的治疗计划系统，所述治疗计划系统(1)包括：

处理器(60)；和

存储器(64)，所述存储器(64)存储指令(67)，当所述指令由处理器执行时，使治疗计划系统(1)：

确定多个射束定向，其中，每个射束定向包括诊察台角度、准直器角度和机架角度的相应值；每个射束定向定义通过所述准直器的射束定向；

针对每个射束定向，评估至少一个成本函数的集合，其中所述至少一个成本函数包括通过执行指令(67)而被评估的中间暴露成本函数，执行所述指令(67)使治疗计划系统(1)：

将所述至少一个靶区(3a-c)投影到作为定向集合的射束方向的法向平面的射束平面上；

基于所述准直器角度值确定对准角度，其中所述对准角度定义了准直器叶片可沿其移动的方向；

沿着所述对准角度在所述射束平面中发现所述至少一个靶区投影的区域之间的任何中间区域，使得在所述至少一个靶区投影的区域之间存在最多一个中间区域；

基于所述任何中间区域，确定中间暴露成本函数的值；

其中，所述存储器进一步包括指令(67)，当所述指令(67)由所述处理器执行时，使所述治疗计划系统(1)：

发现多个弧，其中每个弧包括多个射束定向的序列；以及

针对多个弧中的每个弧，基于所述弧的射束定向的成本函数值，计算至少一个弧成本。

14.一种计算机可读装置，在所述计算机可读装置上存储有用于确定在以至少一个靶区(3a-c)为目标的放射治疗中使用的治疗计划的各个潜在弧的弧成本的计算机程序(67、91)，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在治疗计划系统(1)上运行时，使所述治疗计划系统(1)：

确定多个射束定向，其中，每个射束定向包括诊察台角度、准直器角度和机架角度的相应值，每个射束定向定义通过所述准直器的射束方向；

针对每个射束定向，评估至少一个成本函数的集合，其中所述至少一个成本函数包括通过运行所述计算机程序代码而被评估的中间暴露成本函数，当所述计算机程序代码在治疗计划系统(1)上运行时，使所述治疗计划系统(1)：

将至少一个靶区(3a-c)投影在作为定向集合的射束方向的法向平面的射束平面上；

基于所述准直器角度值确定对准角度，其中所述对准角度定义了准直器叶片可沿其移动的方向；

沿着所述对准角度在所述射束平面中发现所述至少一个靶区投影的区域之间的任何中间区域，使得在所述至少一个靶区投影的区域之间存在最多一个中间区域；

基于所述任何中间区域，确定中间暴露成本函数的值；

其中，所述计算机程序进一步包括计算机程序代码，当所述计算机程序代码在所述治疗计划系统(1)上运行时，使所述治疗计划系统(1)：

发现多个弧，其中每个弧包括多个射束定向的序列；以及

针对多个弧中的每个弧，基于所述弧的射束定向的成本函数值，计算至少一个弧成本。

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