CN111182943A

CN111182943A - 近距离放射治疗处置计划的鲁棒评估

Info

Publication number: CN111182943A
Application number: CN201880064643.9A
Authority: CN
Inventors: A·A·伊索拉; C·诺伊基兴; G·L·T·F·豪特瓦斯特; D·森登
Original assignee: Koninklijke Philips NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2017-10-03
Filing date: 2018-09-26
Publication date: 2020-05-19
Also published as: EP3691746A1; EP3466487A1; WO2019068525A1; US20200298019A1

Abstract

本发明涉及用于辅助规划辐射治疗处置的系统和方法，所述处置基于处置计划被递送，所述处置计划包括第一处置参数的易于出错的参数值。在所述系统中，鲁棒性评估单元(10)获得所述第一处置参数的规划的参数值，生成包括所述第一处置参数的扰动值的扰动参数配置，所述扰动参数值从所述规划的参数值偏离以在所述处置期间出现的所述第一处置参数的可能误差值，并且针对每个扰动参数配置估计由在所述扰动参数配置的基础上递送的处置造成的辐射剂量分布，和/或在所述扰动参数配置的基础上确定所述处置计划。

Description

近距离放射治疗处置计划的鲁棒评估

技术领域

本发明总体涉及辐射治疗处置的规划，具体而言，近距离放射治疗处置。更具体地，本发明涉及用于辅助规划用于患者身体的区域内的目标结构的辐射治疗处置的处置计划的系统、方法和计算机程序。

背景技术

在辐射治疗中，通过放射性或电磁辐射或超声波来处置患者身体内的目标结构，例如肿瘤，以便控制癌细胞的生长或杀死癌细胞。同时，以这样的方式来递送处置：递送到周围健康结构的辐射或热剂量尽可能低，所述周围健康结构通常也被称为风险器官(OAR)。

一种示范性性辐射治疗程序是所谓的临时近距离放射治疗，其中，使用施加器将(一个或多个)放射性辐射源在处置区域内放置限定的短时间间隔(通常被称为停留时间)，以便将限定的辐射剂量特别地施加到肿瘤细胞。

在规划系统中生成的处置计划中包括了用于对处置进行控制的处置参数。为了确定处置计划，可以执行所谓的反向规划程序。在这样的程序中，目标结构和周围OAR被识别，并且处置目标根据针对患者的医学处方被指定，其中，所述处置目标指定对于要被递送到目标结构和OAR的剂量的要求。然后，优化过程被执行以找到导致实现处置目标的优化的辐射剂量分布的处置参数。

在近距离放射治疗中，处置参数包括辐射源在处置区域中的位置(其也被称为停留位置)和相关的停留时间。然而，在现实的实现方式中，这些参数的实际值从处置计划中的包括值偏离以误差值，所述误差值由参数的确定中和/或在将参数设置为处置计划中指定的值中的不准确性造成。例如，在停留位置的情况下，这些不准确性由在相关的位置信息的确定中出现的误差产生。该位置信息可以在处置区域的图像的基础上和/或使用自动跟踪布置被确定，并且在两种情况下所确定的位置信息可能包括一定误差。在停留时间的情况下，不准确性特别地在不能允许将停留时间精确地设置为被包括在处置计划中的其值的(一个或多个)辐射源的自动或手动操纵期间产生。

由于实际参数值的这些误差，在处置期间实际上被递送到处置区域的辐射剂量的分布会偏离由被包括在处置计划中的处置参数值产生的最佳剂量分布。取决于处置参数的实际值，处置目标可以在这种偏差的情况下仍然被充分地实现，或偏差可以为使得处置目标不被实现。

鉴于此，将会希望在处置的递送之前估计在处置期间出现的处置参数的潜在误差值是否可以导致不实现处置目标的递送的辐射剂量分布。基于这样的估计，然后可以判断是应当基于给定处置计划递送处置还是由于处置目标将会由于处置而不能得以满足的增加风险而应当放弃处置计划。此外，将希望能够生成针对前面提到的类型的不准确性是更鲁棒的处置计划。

H.Okamota等人的文章“Dose error from deviation of dwell time andsource position for high dose-rate¹⁹²Ir in remote afterloading system”(Journalof Radiation Research,2014,55,780-787,DOI:10.1093/jrr/rru001(XP055458412))涉及近距离放射治疗处置，并且公开了评估停留时间和源位置的偏差对辐射剂量的影响的研究。在该程序中，测量停留时间和源位置的偏差。然后，使用假设停留时间和源位置为测量结果的1σ的高斯分布计算剂量误差。

发明内容

因此，本发明的目的是允许估计针对参数值的确定中和/或将处置参数设置为在处置计划中指示的值中的不准确性的处置计划的鲁棒性。本发明的又一目的是允许生成针对这样的不准确性更加鲁棒的处置计划。

在一个方面中，本发明提出了一种用于辅助规划对患者身体的区域中的目标结构的辐射治疗处置的系统，所述处置在处置计划的基础上被递送，所述处置计划包括用于控制所述辐射的递送的第一处置参数的易于出错的参数值。所述系统包括鲁棒性评估单元，所述鲁棒性评估单元被配置为：

获得所述第一处置参数的规划的参数值，

生成包括所述第一处置参数的扰动参数值的扰动参数配置，所述扰动参数值从所述规划的参数值偏离以在所述处置期间出现的所述第一处置参数的可能误差值，并且

针对每个扰动参数配置估计由在所述扰动参数配置的基础上递送的处置造成的辐射剂量分布，和/或

在所述扰动参数配置的基础上确定所述处置计划。

所述第一处置参数的规划值可以作为处置规划过程的结果而被确定。这还包括，第一处置参数根据在规划过程中确定的值进行设置，并且第一处置参数的规划值对应于在已经设置第一处置参数之后测量的值。

第一处置参数的规划的参数值可以特别地被包括在针对针对辐射治疗处置生成的初步处置计划中。通过估计对应于扰动参数配置的辐射剂量分布，模拟可能由于第一处置参数的值的确定中和/或将第一处置参数设置为被包括在初步处置计划中的其规划值中的不准确性而发生的误差情景是可能的。这里，每个扰动参数配置可以对应于一种误差情景，并且包括针对第一处置参数的一组扰动值。在此基础上，特别地能够估计不准确性能够导致不能实现处置目标的递送的辐射剂量分布还是初步处置计划针对此类不准确性是否是足够鲁棒的。如果处置目标仍然能够在第一处置参数的可能扰动值的基础上被实现，后者可以特别地是这种情况。

此外，鲁棒性评估单元可以被配置为在扰动参数配置的基础上生成用于辐射治疗处置的(最终)处置计划。通过在处置计划的生成中考虑扰动参数配置，提供针对第一处置参数的参数值的确定中和/或将第一处置参数设置为在初步处置计划中指示的值中的不准确性是更鲁棒的处置计划是可能的。

在本发明的一个实施例中，所述辐射治疗处置是近距离放射治疗处置。在该实施例中，所述辐射由所述患者身体内的辐射源在停留时间期间在停留位置处发射，其中，每个辐射源特别地与相关的停留位置和相关的停留时间相关联，并且其中，所述第一处置参数对应于所述停留位置和/或所述停留时间。

在本发明的又一实施例中，所述扰动参数值自所述规划的参数值偏离预先确定的最大量或更少。例如，预先确定的最大量可以对应于第一处置参数的参数值的确定中和/或将第一处置参数设置为期望值中的最大或平均误差。因此，如果第一处置参数对应于辐射源的停留位置，则预先确定的最大量可以对应于在停留位置的确定中发生的位置误差。因此，扰动停留位置可以位于相关的规划的停留位置周围的区域中，其中，所述区域的半径可以对应于位置误差。

在本发明的又一实施例中，所述扰动参数值被随机地生成。特别地，扰动参数值可以在由前面提到的预先确定的量限定的极限内被随机地生成。通过随机地生成扰动值，更真实的误差情景能够被生成。

在本发明的一个实施例中，所述第一处置参数的所述规划值被包括在初步处置计划中，并且如果所述第一处置参数的所述规划值由被包括在相应扰动参数配置中的所述第一处置参数的所述扰动值替换，则通过所述鲁棒性评估单元针对由所述初步处置计划造成的扰动参数配置估计所述辐射剂量分布中的每个。如上所述，在该实施例中，评估针对第一处置参数的参数值的确定中和/或将第一处置参数设置为规划的参数值中的不准确性的初步处置计划的鲁棒性是可能的。

在又一实施例中，所述系统被配置为向所述系统的用户可视化针对所述扰动参数配置估计的所述辐射剂量分布和/或根据所述辐射剂量分布确定至少一个统计特征。在辐射剂量分布的基础上，用户可以特别地评估初步处置计划的鲁棒性，例如通过确定辐射剂量分布是(在此情况下，初步处置计划可以被认为是足够鲁棒的)否(在此情况下，初步处置计划可以被认为缺乏足够的鲁棒性)是可接受的。额外地或作为备选方案，初步处置计划的鲁棒性可以在统计特征的基础上被评估。这种评估可以被自动地和/或由系统的用户执行。可以在系统中确定的辐射剂量分布的统计特征的范例包括剂量体积直方图曲线和/或从这样的曲线导出的参数。

在本发明的一个实施例中，其涉及近距离放射治疗处置，所述第一处置参数的所述规划值被包括在初步处置计划中，所述第一处置参数的所述规划值对应于规划的辐射剂量分布，并且所述鲁棒性评估单元被配置为通过计算针对所述停留位置周围的区域中的所述处置区域的体积元素并且通过根据所述规划的辐射剂量分布取得针对所述区域外面的所述处置区域的体积元素的剂量值来针对每个扰动参数配置估计所述辐射剂量分布，所述区域的所述尺寸在所述停留时间的基础上被确定。由此，降低辐射剂量分布的确定的计算复杂性，因为大量的剂量值仅必须被计算一次。此外，规划的辐射剂量分布通常在生成初步处置计划的过程中被确定，并且因此，当初步处置计划的鲁棒性被评估时，已经可用于系统中。

此外，如上所述，所述系统可以被配置为在扰动参数配置的基础上生成处置计划。在相关的实施例中，所述处置计划还包括第二处置参数的参数值，并且所述鲁棒性评估单元被配置为通过在所述扰动参数配置的基础上优化所述第二处置参数的所述参数值来生成所述处置计划。以此方式，能够生成针对第一处置参数的参数值的确定中和/或将第一处置参数值设置为规划值中的不准确性更加鲁棒的处置计划。

在又一相关的实施例中，所述系统被配置为生成近距离放射治疗处置的处置计划。在该实施例中，所述辐射可以由位于所述患者身体内的辐射源在停留时间期间在停留位置处发射，所述第一处置参数可以对应于所述停留位置，并且所述第二处置参数可以对应于所述停留时间。在系统中生成的处置计划可以包括在扰动参数配置和停留位置的规划值的基础上优化的停留时间的参数值。例如，这些值可以在预先确定的启发式程序的基础上被确定。

在一个实施例中，所述鲁棒性评估单元被配置为一组代价函数，所述一组代价函数针对所述扰动参数配置中的至少一些中的每个包括一个代价函数，并且在所述组代价函数的基础上生成所述处置计划。所述代价函数可以在辐射治疗处置的处置目标的基础上被生成。在相关的实施例中，所述鲁棒性评估单元被配置为通过确定以下来生成所述处置计划

其中，F_k表示针对第k个扰动参数配置的代价函数，并且t表示所述第二处置参数的一组参数值。在该实施例中，鲁棒性评估单元试图最小化所有代价函数的最大值。由此，鲁棒的处置计划能够在扰动参数配置的基础上被有效地确定。

在又一实施例中，所生成的处置计划仅包括所述第一处置参数的子集的参数值，并且所述子集不包括如下的一个或多个第一处置参数的值，所述一个或多个第一处置参数比其他第一处置参数对与所述处置计划相对应的所述辐射剂量分布具有更大的影响。对辐射分布具有更大影响的第一处置参数具有影响针对第一处置参数的参数值的确定中和/或将第一处置参数设置为其规划值中的不准确性的处置计划的处置计划的更大潜力。如果这些处置参数从处置中被排除，则可以增加生成更鲁棒的处置计划的可能性。在相关的实施例中，其中，用于近距离放射治疗处置的处置计划被生成，辐射源的停留位置对所述辐射剂量分布的影响特别地在所述辐射源的所述停留时间的基础上被确定。

根据又一方面，本发明提出了一种用于辅助规划对患者身体的区域中的目标结构的辐射治疗处置的方法，所述处置在处置计划的基础上被递送，所述处置计划包括用于控制所述辐射的递送的第一处置参数的易于出错的参数值。所述方法包括：

获得所述第一处置参数的规划的参数值，

生成包括所述第一处置参数的扰动值的扰动参数配置，所述扰动参数值从所述规划的参数值计划偏离以在所述处置期间出现的所述第一处置参数的可能误差值，

在所述扰动参数配置的基础上确定所述处置计划。

根据又一方面，本发明提出了一种包括程序代码的计算机程序，所述程序代码用于当所述程序代码在计算机设备上被运行时命令所述计算机设备执行所述方法。

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特别地与在从属权利要求中限定的类似的和/或相同的优选实施例。

应当理解，本发明的优选实施例也能够是从属权利要求或以上实施例与相应独立权利要求的任何组合。

参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将是显而易见的并且得以阐明。

附图说明

在以下附图中：

图1示意性地且示范性地示出了近距离放射治疗系统的部件，

图2示意性地且示范性地示出了针对一组扰动参数配置确定的多组剂量体积直方图曲线，

图3示意性地且示范性地示出了位于特定停留位置处的辐射源的影响区域，以及

图4示意性地且示范性地图示了为了分析初步处置计划的鲁棒性和/或生成鲁棒的处置计划而在近距离放射治疗系统的实施例中被执行的步骤。

具体实施方式

图1示意性地且示范性地图示了用于将近距离放射治疗处置递送到人类或动物患者身体内的目标结构的系统的实施例。目标结构可以特别地是身体的特定区域(诸如前列腺或女性乳房)内的肿瘤。在图1中示出的示范性实施例中，该系统被配置为用于递送高剂量率(HDR)近距离放射治疗处置或另一形式的临时近距离放射治疗处置的临时近距离放射治疗系统。

在近距离放射治疗系统中，目标结构通过被临时放置在目标结构附近的处置区域中的辐射源被辐照。处置可以一次或以多次少量被递送(即辐射源多次被放置在处置区域中)。

近距离放射治疗系统包括用于将辐射源递送到处置区域的施加器1。辐射源可以特别地包括发射用于处置目标结构的电离放射性辐射的放射性粒子。施加器1包括用于接收辐射源的导管。经由导管，辐射源能够被递送到处置区域，并且被保持在特定位置(也称为停留位置)处，并且该特定位置通常对应于施加器1的导管的顶端，持续特定时间段(也称为停留时间)。在图1中图示的实施例中，辐射源从后装载器设备2被自动递送到施加器1内。在另外的实施例中，辐射源同样能够被手动地递送到施加器1内。

进一步地，该系统包括被配置为采集患者身体内的处置区域的图像的成像设备3。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可以采用对本领域技术人员来说已知的任何合适的成像模态。被成像设备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)。在原理上，也可能的是，成像设备3被配置为通过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。在图像的基础上，处置区域的解剖构造能够被检查，并且当在施加器1被定位在处置区域中采集图像时，施加器1在处置区域中的位置(特别地施加器1的导管的顶端在处置区域中的位置)能够被确定。

在一些情况下，施加器1和被包括在其中的导管的顶端在图像的基础上的定位可能是不准确的，例如当导管顶端不能在图像中被清楚地识别时。为了以更高的准确性确定位置，该系统可以额外地包括用于确定施加器1和被包括在其中的导管的顶端的位置的非基于图像的跟踪设备4。跟踪设备4可以根据对本领域技术人员来说已知的任何合适的跟踪技术进行配置。在一个示范性实施方式中，跟踪设备4可以被配置为电磁(EM)跟踪装置。在此情况下，跟踪设备4可以在处置区域中生成位置变化的电磁场，并且施加器导管的顶端可以配备有小型化的电磁场传感器，所述电磁场传感器在利用传感器执行的场测量的基础上被定位在所生成的电磁场中。

近距离放射治疗处置根据处置计划被递送，所述处置计划指定相关的处置参数(特别地包括辐射源的数量以及其停留位置和停留时间)，并且所述处置计划在规划单元5中被生成。规划单元5可以被配置为计算机设备，例如个人计算机，包括执行用于生成处置计划并且用于评估处置计划的处置规划软件的处理单元，如将会在下文中描述的。规划单元5包括用于从成像设备3接收相应处置区域的图像并且用于接收使用跟踪设备4确定的施加器的位置信息的合适接口。进一步地，规划单元5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。用户接口可以特别地包括显示单元6(诸如监测器)和用于执行用户输入的输入器件7(例如键盘和/或用于在被提供在显示单元6上的图形用户接口中导航的指点设备)。

在规划单元5中，处置计划在针对患者的临床处方的基础上被确定，所述处置计划可以特别地指定关于目标结构的处置目标。这些处置目标可以包括将特定最小辐射剂量递送到目标结构。此外，关于OAR的处置目标可以被指定。这些处置目标可以包括要被递送到OAR的最大辐射剂量的递送。此外，处置计划目标结构和OAR在处置区域中的位置的基础上被确定，目标结构和OAR在处置区域中的位置使用处置区域的图像被确定，处置区域的图像可以使用成像设备3被采集，并且处置区域的图像在本文中也被称为规划图像。为了确定目标结构和OAR的位置，目标结构和OAR的勾画在规划图像中使用合适的勾画程序被确定，所述勾画程序可以是手动的、半自动的或自动的勾画程序。

在生成处置计划的过程中，处置区域中的适当的停留位置可以在规划单元5的定位模块8中在规划图像以及目标结构和OAR的勾画的基础上被确定。停留位置可以在目标结构和OAR的位置的基础上通过应用启发式确定程序被确定。这样的程序的已知范例包括所谓的k-均值聚类程序和所谓的质心沃罗诺伊镶嵌(centroidal Voronoi tessellation)。

在停留位置的基础上，处置计划然后可以在规划单元4的计划模块9中被进一步确定。特别地，计划模块9可以确定处置区域借助于被定位于停留位置处的辐射源被辐照的停留时间，并且将这些停留位置添加到处置计划。

计划模块9以使得处置目标在最可能的程度上被实现的方式确定停留时间。出于该目的，计划模块9可以在处置目标的基础上生成一组约束。所述约束对应于剂量分布应当满足的要求。可能的约束特别地包括最大和最小辐射剂量到处置区域内的特定位置或区域的递送。最小剂量要求通常与目标结构相关。因此，要被递送到标结构的一个或多个位置或区域的最小辐射剂量可以被特别地指定。最大剂量要求通常与OAR相关。在这方面，要被递送到OAR的一个或多个位置或区域的最大辐射剂量可以被特别地指定。此外，可以限定另外的约束，例如，均匀剂量分布到处置体积的特定区域(其通常将会是目标结构的区域)的递送。

在所生成的约束的基础上，优化问题可以被公式化并且至少被近似地求解，以便确定用于辐射源的停留时间。由此，停留时间以使得借助于被定位在停留位置处的辐射源被递送到处置区域的辐射剂量的分布在最大可能的程度上实现处置目标的方式被确定。因此，计划模块9可以有效地确定最佳的辐射剂量分布和相关的停留时间。

优化问题能够被公式化，并且以对本领域技术人员来说已知的方式被求解。在一种实施方式中，该组约束可以被转变成代价函数，并且在计划模块9中执行的优化涉及代价函数的最小化。

代价函数F可以包括个体目标函数f^k的集合，其中，每个个体目标函数f^k表示一个软约束。在一个实施例中，代价函数F可以特别地对应于目标函数f^k的加权和，即

其中，t是包括要被确定的一组停留时间的向量，并且参数w^k表示目标函数f^k的权重。由于加权，比具有更低权重的软约束更可能地满足具有更高权重的约束，特别是在这些约束彼此冲突的情况下。因此，权重根据关于处置的成功的约束的重要性来进行选择。

代价函数F和个体目标函数f^k可以特别地是为指定在处置期间被处置区域的每个体积元素吸收的辐射剂量d_i的剂量分布d的函数，其中，体积元素可以对应于规划图像的图像空间中的体素，并且其中，剂量分布是停留位置和停留时间的函数。更具体地，被处置区域的体积元素i吸收的辐射剂量d_i可以在影响矩阵P的基础上根据以下被线性地近似：

其中，P_ij表示影响矩阵P的i，j分量，并且t_j表示辐射源在停留位置j处的停留时间。影响矩阵的每个分量P_ij量化由于从停留位置j处的辐射源的发射的每单位时间被体积元素i吸收的剂量的量。影响矩阵可以在(如上面解释的那样确定的)停留位置、患者身体的相关区域的解剖构造和被辐射源发射的已知辐射强度的基础上进行计算。

每个目标函数可以包括惩罚从期望剂量值的偏差的惩罚项，特别地线性或二次惩罚项。作为一范例，表示针对某一体积V的最大/最小辐射剂量的目标函数可以通过以下来给出

其中，g(d_i，d^k)＝H(d_i-d^k)，假如最大剂量被指定，并且g(d_i，d^k)＝H(d^k-d_i)，假如最小剂量被指定。Δv_i表示体素i的体积，d_i＝d_i(t)是当辐射参数t被使用时被递送到体素i的辐射剂量，d^k是要被递送到体积V的最大/最小辐射剂量，并且H是通过以下被定义的赫维赛德(Heaviside)阶跃函数

如上所述，要被包括到处置计划内的停留时间可以通过关于停留时间最小化上面描述的类型的代价函数F(t)来确定，所述代价函数F(t)针对之前确定的停留位置被生成。

为了执行代价函数F(t)的最小化，计划模块9可以特别地执行自动数值计算。任选地，执行包括若干步骤的用户引导的迭代优化程序也是可能的。在每个步骤，计划模块9通过近似优化问题的解来自动计算处置计划的版本。然后，计划模块9确定对应于该处置计划的剂量分布，并且向规划单元5的用户可视化剂量分布。用户查看剂量分布以判断他/她是否在很大程度上满意剂量分布。如果在一个步骤中是这样的情况，在该步骤中计算的处置计划的版本用作最佳的处置计划。如果用户不满意，优化问题根据由于用户的查看而被他/她指定的改变来进行修改。然后，计划模块9在下一步骤中计算处置计划的新版本。

在原理上，计划模块9能够根据前面提到的程序在如在定位模块8中确定的标称停留位置的基础上确定停留时间。在此情况下，在已经确定包括停留时间的完整处置计划之后，施加器1可以被插入到处置区域内。在插入施加器1的过程中，施加器1的导管的顶端将会被定位在所确定的标称停留位置处。随即，辐射源将会根据所确定的停留时间被递送到停留位置。

然而，该程序将更易于出错，因为它不能将导管顶端精确地定位在所确定的停留位置处。因此，施加器1通常在停留时间被确定之前被插入到处置区域内。插入可以以施加器1的导管的顶端被定位得尽可能事先在定位模块8中确定的停留位置的这种方式被执行。然后，对应于施加器1的导管的顶端的位置的停留位置可以被确定，并且停留时间可以在所确定的停留位置的基础上而非在如在定位模块8中确定的标称位置的基础上进行计算。因此，最佳的处置计划包括如在施加器1插入到处置区域内之后确定的停留位置。这些位置是该程序中的规划的停留位置。为了建立这些停留位置，施加器1的导管的顶端的位置可以在包括插入的施加器1的处置区域的图像(其可以使用成像设备3来采集)的基础上被自动地或手动地确定，和/或通过跟踪设备4被测量。

虽然后一方法减少了由施加器1的不正确定位造成的误差，但是它仍然受停留位置的确定中的误差或不正确性影响。如果停留位置在处置区域的图像的基础上被确定，当不能在图像中精确地识别导管时，此类不准确性则会出现。假如停留位置通过跟踪设备4被测量，此类不准确性可以由跟踪设备4的固有测量误差产生。此外，不准确性的额外来源(在两种前面提到的方法中)涉及停留时间，因为实际停留时间可能偏离如在计划模块9中确定并且包括在处置计划中的其值。此类偏差可以由后装载器设备2的操作中的不准确性或由用于将辐射源插入到施加器1内的手动插入程序中的辐射源的不正确操纵产生。

鉴于处置参数的实际值的这些可能误差，鲁棒性分析可以被执行，其中，误差对被递送到处置区域的辐射剂量的分布的可能影响被确定和评估。在系统的相关实施例中，在计划模块9中确定的处置计划被处置为初步处置计划，并且针对前面提到的处置参数(特别地停留位置)的确定中和/或将处置参数(特别地停留时间)设置为被包括在处置计划中的值中的不准确性的初步处置计划的鲁棒性可以在系统中进行确定。

如果参数的可能误差值仅仅导致所递送的剂量分布自在计划模块9中确定的最佳剂量分布的可接受偏差，其不妨碍处置目标被实现，处置计划则可以被认为针对此类不准确性事足够鲁棒的。另一方面，如果参数的可能误差值可以导致自最佳剂量分布的较大偏差使得处置目标可能不会被实现，处置计划则可以被认为缺乏足够鲁棒性。

如果初步处置计划的足够鲁棒性在鲁棒性分析中被建立，则近距离放射治疗处置可以在计划模块9中确定的初步处置计划的基础上被递送。因此，在此情况下初步处置计划变成最终处置计划。然而，如果鲁棒性分析揭示缺乏足够鲁棒性，则初步处置计划可以被进一步优化以实现针对不准确性的足够鲁棒性。该过程在本文中也被称为鲁棒性优化，该过程将会在下文中被进一步解释。

在替代的实施例中，处置计划可以立刻(即，无需前述鲁棒性分析)关于针对前面提到的不准确性的其鲁棒性进行优化。这些实施例具有以下优点：在鲁棒性分析将会揭示常规生成的初步处置计划的鲁棒性的缺乏的情况下更快地生成更鲁棒的处置计划。另一方面，鲁棒性优化通常涉及非常高的计算复杂性。因此，可以有利的是仅在常规确定的初步处置计划缺乏足够鲁棒性的情况下应用鲁棒的优化。在现实的实现方式中，因此可以有益的是，假如这种分析导致初步处置计划缺乏足够鲁棒性的确定，仅在初步处置计划的前述鲁棒性分析之后执行鲁棒性优化。

为了执行针对在计划模块9中生成的初步处置计划的鲁棒性分析并且为了执行鲁棒性优化，规划单元5可以包括鲁棒性评估单元10。

在鲁棒性评估单元10中，初步处置计划的鲁棒性分析可以关于近距离放射治疗系统的所有处置参数或处置参数的子集被执行。关于其的鲁棒性分析被执行的相关处置参数在下文中也被称为扰动参数。在一个实施例中，这些参数(仅)对应于停留位置。任选地，停留时间可以额外地被考虑作为鲁棒性分析中的扰动参数。

鲁棒性评估单元10可以生成一组扰动参数配置，其中，每个扰动参数配置包括每个扰动参数的扰动值，并且进一步包括被包括在初步处置计划中的针对所有其余处置参数的参数值。特定处置参数的扰动参数值自被包括在初步处置计划中的参数的值(其在本文中也被称为规划值)偏离对应于相应处置参数的误差值或更小的量。误差值可以对应于由于规划值的确定中和/或将参数设置为规划值中的不准确性的参数的值自规划值的最大偏差。同样地，误差值可以以另一方式被确定，并且例如可以对应于规划值的确定中和/或将参数设置为规划值中的平均误差。

误差值可以针对每个处置参数被预先存储在鲁棒性评估单元10中。预先存储的值可以在过去经验的基础上进行指定。作为备选方案，预先存储的值可以在对相应处置参数的确定的和/或将处置参数设置为规划值中的已知(不)准确性的基础上进行指定。例如，在停留位置和使用跟踪设备4确定停留位置的情况下，预先存储的值可以对应于通过跟踪设备4的位置测量的已知最大误差或平均误差。作为又一备选方案，误差值可以由规划单元5的用户指定。这对于针对停留位置的误差值会是特别有用的，假如停留位置在包括施加器1的处置区域的图像中被规划单元5的用户手动地确定。在特定实施方式中，规划单元5的用户从手动输入的误差值和一个或多个预先存储的误差值选择处置参数的误差值也会是可能的。假如多个误差值被提供用于由用户选择，一个值可以在过去经验的基础上进行指定，并且又一个值可以从相应处置参数的确定和/或将处置参数设置为规划值中的已知(不)准确性导出。

在受该误差值限制的值范围内，扰动参数值可以在鲁棒性评估单元10中被随机地生成(其中，如本文中理解的随机生成还包含在伪随机程序的上的生成)。因此，每个扰动参数配置包括每个扰动参数的一个值，其随机地选自受最大误差值限制的规划值的邻域中。例如，为了确定扰动停留位置，鲁棒性评估单元10可以选择围绕规划的停留位置的球形区域内的随机位置，其对应于停留位置的扰动值。球形区域的半径可以对应于位置误差值。通过扰动值的随机生成，如果扰动参数配置的足够大的数量被确定，则能够实现真实误差情景被生成。

要被生成的扰动参数配置的数量可以被预先存储在鲁棒性评估单元10中，或它可以由规划单元5的用户指定。一般来说，优选的是确定扰动配置的更大数量，以便增加扰动分析的可靠性。然而，扰动参数配置的更大数量增加了鲁棒性分析的计算复杂性。因此，可以进行折中。在这方面，扰动参数配置的适当数量可以在20和300之间。

在已经生成扰动参数配置之后，鲁棒性评估单元10可以估计针对每个扰动参数配置的辐射剂量分布，如果处置在相应参数配置的基础上被执行，则所述针对每个扰动参数配置的辐射剂量分布对应于将会在处置期间被递送到处置区域的剂量分布。为了计算剂量分布，处置区域的每个体积元素i吸收的辐射剂量d_i可以在如上面描述的影响矩阵P的基础上、即根据下式被线性地近似：

因此，对于每个扰动参数配置，鲁棒性评估单元10可以计算影响矩阵P^k(其中，上标k表示扰动参数配置)，并且可以在矩阵P^k的基础上和在被包括在扰动参数配置中的停留时间的基础上估计剂量分布，所述被包括在扰动参数配置中的停留时间可以对应于被包括在计划模块9中确定的最佳处置计划中的停留时间或对应于扰动停留时间。

当扰动参数配置仅包括扰动停留位置(并且没有扰动停留时间)，由扰动参数配置造成的辐射剂量分布显著偏离在计划模块9中确定的相关(规划)停留位置周围的有限区域中的最佳剂量分布，因为每个辐射源通常仅对相关停留位置周围的有限区域中的辐射剂量分布具有显著影响。对于每个停留位置，该区域的尺寸取决于相应停留位置处的针对辐射源的停留时间，其中，更大的停留时间导致更大的区域。为了估计针对仅包括扰动停留位置的扰动参数配置的剂量分布，鲁棒性评估单元10因此可以仅针对位于相关停留位置的规划值周围的区域中的体积元素新计算剂量值。对于前面提到的区域外面的处置区域的其余区段，来自在计划模块9中确定的最佳剂量分布的剂量值可以被包括在针对扰动参数配置的剂量分布的估计中。由此，计算复杂性能够被显著降低。进一步地，该方法仅需要涉及与被包括在前面提到的有限区域中的体积元素有关的相应扰动参数配置的影响矩阵的那些矩阵元素的计算。因此，鲁棒性评估单元10可以仅计算这些矩阵元素，并且可以不计算与其他体积元素有关的矩阵元素。

前面提到的区域可以是基本上球形的，并且其尺寸可以在相关联的停留时间的基础上被确定。特别地，与某一停留位置处的辐射源和某一停留时间的辐射相关联的区域可以包括在预先确定的阈值以上的剂量值根据影响矩阵从该辐射源被递送到的体积元素(其中，在规划的停留位置的基础上生成的影响矩阵可以用于确定该区域)。

在针对所生成的扰动参数配置估计的剂量分布的基础上，初步处置计划的鲁棒性可以进一步在用户辅助程序中被确定。在该程序的示范性实施方式中，鲁棒性评估单元10可以在显示单元6处向规划单元5的用户可视化针对扰动参数配置确定的剂量分布。通过视觉地检查剂量分布，用户可以确定自在计划模块9中确定的最佳剂量分布的可能的误差诱发的偏差是否是可接受的。

为了便于初步处置计划的鲁棒性的评价，鲁棒性评估单元10可以额外地或备选地针对每个剂量分布确定一个或多个统计特征，并且在显示单元上以合适的格式向用户呈现这些特征。

统计特征可以特别地包括一个或多个剂量体积直方图(DVH)，其中，每个DVH可以图示特定体积(诸如目标结构)的哪些分数至少吸收某一辐射剂量。更具体地，这样的DVH可以利用水平轴上的辐射剂量D和垂直轴上的相关体积的分数RV来绘制，其中，被提供在示意图中的值指定至少吸收相关联的剂量值的体积的分数。针对目标结构和/或一个或多个OAR的这种DVH曲线可以针对每个剂量分布被生成，并且曲线可以被呈现在单个示意图中，使得用户能够检查由扰动参数配置造成的DVH值的范围。

在图2中图示了示出针对目标结构(曲线组21)和若干OAR的DVH曲线组21-26的示意图。每组曲线包括从涉及扰动参数配置的辐射剂量分布导出的曲线。在这样的示意图的基础上，规划单元5的用户可以判断多组曲线是否在可接受范围内并且因此处置计划是否是足够鲁棒的。

此外，鲁棒性评估单元10可以针对可以与DVH相关的特定统计参数计算平均值和标准偏差。例如，鲁棒性评估单元10可以计算被特定百分比的特定区域(诸如目标结构和/或OAR)吸收的最小或最大剂量值的平均值和标准偏差。在这些参数的基础上，规划单元5的用户同样可以判断处置计划是否是足够鲁棒的。例如，鲁棒性评估单元10可以计算被目标结构的95％的体积吸收的剂量水平的平均值和标准偏差，因为该值通常是辐射处置的有效性的一个指标。

如果规划单元5的用户在由鲁棒性评估单元10提供的信息的基础上确定初步处置计划是足够鲁棒的，则处置可以在如在计划模块9中确定的初步处置计划的基础上被递送。因此，初步处置计划变成用于执行处置的最终处置计划。

如果规划单元5的用户确定初步处置计划不是足够鲁棒的，处置计划的鲁棒性优化可以在规划单元5的鲁棒性评估单元10中被执行。特别地，假如扰动参数配置包括扰动停留位置，鲁棒性优化可以被执行。在鲁棒性优化的实施例的以下描述中也将会假设这种情况。

鲁棒性优化可以在扰动参数配置的基础上被执行以确定新优化的一组停留时间。在一种实施方式中，鲁棒性评估单元10可以生成针对每个扰动参数配置k的代价函数F_k(t)，并且可以在代价函数的基础上对最小-最大问题进行公式化，其然后在鲁棒性优化单元11中被求解。在一种实施方式中，鲁棒性优化单元关于停留时间t最小化所有代价函数F_k(t)的最大值。因此，鲁棒性优化单元11可以确定：

针对扰动参数配置的个体代价函数F_k可以如上面描述的那样结合计划模块9中的停留时间的确定来生成。因此，每个代价函数F_k可以特别地是停留时间t和涉及相应扰动参数配置k的影响矩阵P^k的函数。当鲁棒性优化被执行时，这些矩阵可以已经如上解释的那样被鲁棒性评估单元10确定，并且所确定的矩阵可以被重复使用。如果矩阵不是可用的，它们可以在鲁棒性评估单元10中被新计算以便执行鲁棒性优化。

在用于生成代价函数的影响矩阵的确定中，前面提到的程序可以被应用在仅那些矩阵元素是新计算的一个实施例中，所述矩阵元素与位于停留位置的规划值周围的区域中的体积元素相关，为此扰动值被包括在影响矩阵针对其进行计算的相应扰参数配置中。因此，鲁棒性评估单元10可以仅计算这些矩阵元素，并且可以从与停留位置的规划值相关联的影响矩阵获得其他矩阵元素。由此，计算复杂性能够再次被降低。

在已经在前面提到的实施例的鲁棒性优化过程中确定最佳处置计划之后，处置可以在该最佳处置计划的基础上被递送。已经发现在前面提到的实施例的基础上计算的最佳计划具有针对可以由如上面解释的停留位置的确定中的不准确性产生的停留位置的误差的显著增加的鲁棒性。

在另外的实施例中，鲁棒性分析和优化可以还包括个体停留位置对辐射剂量分布与在计划模块9中确定的最佳辐射剂量分布相比的恶化的影响的估计，并且鲁棒性优化可以在该估计的基础上被执行。

如上面解释的，每个辐射源通常仅对相关停留位置周围的有限区域中的辐射剂量分布具有显著影响，所述有限区域在下文中也被称为影响区域。该影响区域的尺寸取决于针对辐射源的停留时间，并且取决于影响矩阵的有关元素。如果某一停留位置处的辐射源仅对辐射剂量分布具有低的影响(即如果辐射源具有小的影响区域)，该停留位置的扰动值可以在鲁棒性优化中不被考虑。更确切地说，该停留位置的值可以在用于执行鲁棒性优化的所有扰动配置中被设置为规划值。由此，鲁棒性优化的计算复杂性能够被降低，特别地假如剂量值仅在扰动值针对其被生成的停留位置的邻域中被新计算，如上面解释的。

另一方面，对辐射剂量分布具有更大影响的一个或多个辐射源(即具有更大影响区域的辐射源)可以从处置计划中被排除，使得它/它们不在随后的处置中被使用。在此情况下，鲁棒的优化可以在停留位置的其余子集的基础上被执行，或一个或多个停留位置可以被添加以替换(一个或多个)排除的停留位置，并且鲁棒性优化可以在之前停留位置的其余子集的基础上和在(一个或多个)新停留位置的基础上被执行。这样一来，(一个或多个)新停留位置的扰动值可以被包括在扰动参数配置中。此外，影响矩阵可以适合于(一个或多个)新停留位置和(一个或多个)其新扰动值。通过排除对辐射剂量分布具有更大影响的(一个或多个)辐射源，增加显著更鲁棒的处置计划能够在鲁棒性优化程序中被生成的可能性会是可能的。

要被设置为鲁棒性优化中的其规划值的停留位置和/或要从处置计划中被排除的停留位置可以由规划单元5的用户进行选择。特别地，用户可以在辐射源的影响区域的可视化的基础上执行选择。在图3中示出了对应可视化的范例，其图示了位于停留位置35-38处的辐射源的影响区域31-34。

以上面描述的方式，初步处置计划的鲁棒性优化可以通过在扰动参数配置的基础上新优化停留时间被执行。如所解释的，如果前述鲁棒性分析已经揭示初步处置计划的足够鲁棒性的缺乏，优化可以被执行。作为备选方案，鲁棒性评估单元10可以在定位模块8中确定的规划的停留位置的基础上立刻执行鲁棒性优化。在该实施例中，停留时间第一次使用上面解释的鲁棒性优化程序来计算。

在图4中，图示了在鲁棒性评估单元10中执行的程序的实施例的示范性步骤：在步骤401中，鲁棒性评估单元10可以获得一组规划的停留位置。规划的停留位置可以被包括在计划模块9中生成的初步处置计划中，所述初步处置计划还包括规划的停留时间，并且初步处置计划的鲁棒性可以被分析。备选地，鲁棒性评估单元10接收规划的停留位置也会是可能的，以便在鲁棒性优化程序中在规划的停留位置的基础上直接生成处置计划。

如果两个选项在系统中都是可能的(不一定是这种情况)，系统可以在步骤402中检查规划的停留位置是否被包括在其鲁棒性要被分析的初步处置计划中，或规划的停留位置是否被提供用于处置计划的生成。

如果规划的停留位置被包括在其鲁棒性要被分析的初步处置计划中，则鲁棒性评估单元10可以在步骤403中生成包括扰动停留位置和规划的停留时间的扰动参数配置。备选地，扰动参数配置还可以包括扰动停留时间。随即，鲁棒性评估单元10可以针对扰动参数配置估计辐射剂量分布，并且初步处置计划的鲁棒性可以如上面解释的那样在估计的剂量分布的基础上进行分析(步骤404)。然后，在步骤405中检查初步处置计划是否是足够鲁棒的。如果这样的话，在步骤406中，处置在初步处置计划的基础上被递送。

如果在步骤405中确定初步处置计划缺乏足够鲁棒性，在步骤407中生成包括扰动停留位置(或其子集)并不包括停留时间的特定值的又一扰动参数配置。最佳停留时间然后在步骤408中根据鲁棒性优化程序来确定。由于该过程，提供了包括规划的停留位置(或其相关子集)和最佳停留时间的最佳处置计划，并且在步骤409中，处置可以使用处置计划来递送。

如果在步骤402中确定规划的停留位置被提供用于处置计划的生成，则鲁棒性评估单元10可以直接继续上面解释的步骤407以便根据鲁棒性优化程序确定处置计划。

本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践请求保护的发明时能够理解并实现对所公开的实施例的变型。

在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。

单个单元或设备可以实现在权利要求中记载的若干项的功能。尽管特定措施是在互不相同的从属权利要求中记载的，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或作为其他硬件的部分供应的光学存储介质或固态介质，但是也可以被以其他形式分布，例如经由互联网或其他有线或无线的电信系统。

权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。

Claims

1.一种用于辅助规划对患者身体的区域中的目标结构的辐射治疗处置的系统，所述处置在处置计划的基础上被递送，所述处置计划包括用于控制所述辐射的递送的第一处置参数的易于出错的参数值，其中，所述系统包括鲁棒性评估单元(10)，所述鲁棒性评估单元被配置为：

获得所述第一处置参数的规划的参数值，

生成包括所述第一处置参数的扰动值的扰动参数配置，所述扰动参数值从所述规划的参数值偏离以在所述处置期间出现的所述第一处置参数的可能误差值，

针对每个扰动参数配置估计由在所述扰动参数配置的基础上递送的处置造成的辐射剂量分布，并且/或者

在所述扰动参数配置的基础上确定所述处置计划。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述辐射由被定位于所述患者身体内的辐射源在停留时间期间在停留位置处发射，并且其中，所述第一处置参数对应于所述停留位置和/或所述停留时间。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述扰动参数值从所述规划的参数值偏离以预先确定的最大量或更少。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述扰动参数值被随机地生成。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一处置参数的所述规划值被包括在初步处置计划中，并且其中，如果所述第一处置参数的所述规划值由被包括在相应扰动参数配置中的所述第一处置参数的所述扰动值替换，则由所述鲁棒性评估单元(10)针对扰动参数配置估计由所述初步处置计划造成的所述辐射剂量分布中的每个。

6.根据权利要求1所述的系统，还被配置为向所述系统的用户可视化针对所述扰动参数配置估计的所述辐射剂量分布和/或被配置为根据所述辐射剂量分布来确定至少一个统计特征。

7.根据权利要求2所述的系统，其中，所述第一处置参数的规划值被包括在初步处置计划中，所述第一处置参数的所述规划值对应于规划的辐射剂量分布，并且其中，所述鲁棒性评估单元(10)被配置为通过计算针对所述停留位置周围的区域中的处置区域的体积元素的剂量值并且通过根据所述规划的辐射剂量分布取得针对所述区域外面的所述处置区域的体积元素的剂量值来针对每个扰动参数配置估计辐射剂量分布，所述区域的尺寸在所述停留时间的基础上被确定。

8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处置计划还包括第二处置参数的参数值，并且其中，所述鲁棒性评估单元被配置为通过在所述扰动参数配置的基础上优化所述第二处置参数的所述参数值来生成所述处置计划。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述辐射由被定位在所述患者身体内的辐射源在停留时间期间在停留位置处发射，并且其中，所述第一处置参数对应于所述停留位置，并且所述第二处置参数对应于所述停留时间。

10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述鲁棒性评估单元(10)被配置为一组代价函数，所述一组代价函数针对所述扰动参数配置中的至少一些中的每个包括一个代价函数，并且所述鲁棒性评估单元被配置为在所述一组代价函数的基础上生成所述处置计划。

11.根据权利要求8或9所述的系统，其中，所述鲁棒性评估单元(10)被配置为通过确定以下项来生成所述处置计划：

其中，F_k表示针对第k个扰动参数配置的代价函数，并且t表示所述第二处置参数的一组参数值。

12.根据权利要求1所述的系统，其中，所生成的处置计划仅包括所述第一处置参数的子集的参数值，并且其中，所述子集不包括如下的一个或多个第一处置参数的值，所述一个或多个第一处置参数比其他第一处置参数对与所述处置计划相对应的所述辐射剂量分布具有更大的影响。

13.根据权利要求9和12所述的系统，其中，辐射源的停留位置对所述辐射剂量分布的影响在所述辐射源的所述停留时间的基础上被确定。

14.一种用于辅助规划对患者身体的区域中的目标结构的辐射治疗处置的方法，所述处置在处置计划的基础上被递送，所述处置计划包括用于控制所述辐射的递送的第一处置参数的易于出错的参数值，其中，所述方法包括：

获得(401)所述第一处置参数的规划的参数值，

生成(403；407)包括所述第一处置参数的扰动值的扰动参数配置，所述扰动参数值从所述规划的参数值偏离以在所述处置期间出现的所述第一处置参数的可能误差值，

针对每个扰动参数配置估计(404)由在扰动参数配置的基础上递送的处置造成的辐射剂量分布，并且/或者

在所述扰动参数配置的基础上确定(408)所述处置计划。

15.一种包括程序代码的计算机程序，所述程序代码用于当所述程序代码在计算机设备上被运行时指示所述计算机设备执行根据权利要求14所述的方法。