CN112203719A - 用于放射疗法治疗计划的系统和方法 - Google Patents

Abstract

自动放射疗法治疗计划，用于使用具有可变准直器角度的准直器来生成要从至少一个光束角度传送的计划。为多个可能的准直器角度确定传送时间，并定义优化问题，以便在选择要在传送辐射时使用的准直器角度时考虑传送时间。

Description

用于放射疗法治疗计划的系统和方法

技术领域

本发明涉及一种用于放射疗法治疗计划的系统和方法，特别是一种用于强度调制放射疗法治疗计划的系统和方法。

背景技术

本发明涉及放射疗法治疗，其中将光子束朝向患者的治疗区域发送以治疗该区域。重要的是使光束整形，以使要治疗的区域接收所需的剂量，同时将剂量限制到周围组织。特别是，应尽可能保护被称为危险器官的敏感器官。为此，通常使用可围绕患者旋转的机架以提供来自不同角度光束的辐射，以使所有光束都能到达目标，而周围组织的每个部分仅从一个或多个光束接收剂量。机架可能能够围绕患者完全旋转，或沿着圆周的一部分部分旋转。当机架在患者周围移动时，机架可以提供连续线的辐射，或者停止以一定角度传送静态光束。治疗部分可以由多个弧或静态光束或其组合组成。为了改变相对于患者的辐射方向，患者的床还可以在弧传送期间或在静态光束传送之间旋转。还有其他改变光束方向的手段，例如，辐射源可以安装在可移动的机械臂上，但出于本讨论的目的，将机架用作说明性示例。通常，在光子治疗中，放置在光束平面内(即垂直于光束中心轴)的准直器用于对光束进行整形，以使所沉积的剂量尽可能精确地匹配规定剂量。

多叶准直器(MLC)包括具有矩形开口的框架和沿开口的相对侧彼此相邻放置的多对叶片。一对叶片中的两个叶片彼此相对放置，并且可以移动使得它们即可以完全关闭开口的一部分，也可以露出开口的该部分的全部或一部分。每对叶片定义了MLC的线性部分。存在用于在光束传送期间计算MLC的移动模式的各种技术。例如，在滑动窗口传送中，叶片在田野上单向移动，选择相对叶片之间的距离以使得辐射在应暴露于辐射的区域中通过，其持续时间由通量图确定，同时被其他区域阻挡。可以在不关闭辐照的情况下顺次传送多个滑动窗口叶片滑动，从而产生移动模式，在该移动模式下，叶片在处理区域上来回移动。

MLC可以绕光束中心轴旋转到不同角度，以根据患者的几何形状以最合适的方式限制光束。MLC相对于光束中心轴的给定旋转称为准直器角度。将MLC旋转到不同机架角度的不同准直器角度也是可行的，因为患者的几何形状将根据光束方向而变化。MLC也可以在静态光束的传送期间旋转，即，准直器角度可以是光束的传送时间或者累积监视单位(MU)的函数。在当今的常规操作中，可以手动选择准直器角度，并在整个弧或静态光束上保持恒定。

使用动态准直器角度进行的治疗对于治疗具有复杂几何形状的目标或者避免在某些光束方向上处于光路中的危险器官特别有用。对于连续弧传送，这涉及根据辐射方向以及传送时间或者累积MU确定准直器角度的轨迹。

已经提出了根据患者的解剖结构来调整准直器角度。例如，Zhang等人的论文：体积调制弧疗法中准直器轨迹的优化：椎旁SBRT的开发和评估，国际放射肿瘤生物物理学期刊，Vol.77,No.2,pp.591-599,2010，提出了一种准直器轨迹优化，其中始终根据脊髓确定准直器角度，使得叶片的移动方向平行于脊髓的主要方向。这样可以最佳地保护脊髓免受辐射。

基于相同类型的考虑，Yang等人的论文：在体积调制弧疗法中编排床和准直器，国际放射肿瘤生物物理学期刊，Vol.80,No.4,pp.1238-1247,2011，提出了一种准直器轨迹优化，其中始终确定准直器角度，使得叶片的移动方向平行于目标和处于危险的器官之间重叠的主要方向。

因此，以上引用的两篇文章都集中在准直器的方向上，以使叶片可以尽可能完全地遮挡处于危险的器官。

MacDonald等的论文：用于多处转移动态共形弧治疗计划的动态准直器轨迹算法，Med.Phys.45(1)，2018年1月，公开了一种算法，该算法基于确定非目标区域的数量，其打开以暴露于每个可能的准直器角度的辐射光束，并使该暴露的非目标组织最小化。

在某些特定情况下，例如由以上Yang等人、Zhang等人和MacDonald等人处理的情况，基于患者的几何形状确定准直器角度可能很有用。然而，这种推理不适用于一般情况。患者的几何形状并不总是能够识别出特别合适的准直器角度。

发明内容

本发明的目的是使得能够在放射治疗计划中优化准直器角度轨迹。本发明涉及一种用于生成放射疗法的治疗计划的治疗计划方法，其中使用准直器来对辐射光束进行整形，其中计划从至少一个光束方向传送辐射。方法包括以下步骤：获得至少一个光束方向或每个光束方向的第一通量图，对于每个第一通量图，为第一和第二可能的准直器角度分别确定通量图的传送参数的第一和第二值，该传送参数基于光束方向和准直器角度的相应组合的通量图的传送时间和监视单位，获得包括取决于传送参数的目标函数的优化问题，关于优化问题进行优化，该优化包括基于传送参数的第一和第二值为每个光束方向选择至少一个可能的准直器角度，从优化的输出是准直器角度轨迹，以及使用优化结果来生成将遵循准直器角度轨迹的治疗计划。

可以以任何合适的顺序执行前三个步骤。传送参数可以基于使用相应准直器角度的通量图的传送时间，并且优化包括以最小化传送时间的方式选择准直器角度。可替代地或另外地，传送参数可以基于使用相应准直器角度的通量图的MU，并且优化包括以最小化MU的方式选择准直器角度。

因为传送时间和MU的数量是直接相加的量，所以基于这些量的最小化选择准直器角度的优势在于，它可以为每个通量图分别选择准直器角度，从而可以将优化问题划分为多个单独的、更简单的问题，可以添加这些问题以产生最终结果。除了传送时间和/或监视单位外，在优化过程中还应考虑在不同通量图之间旋转准直器所需的任何时间，但是该算法仍将仅涉及时间贡献的线性相加。

该方法特别适合于考虑通量的治疗计划优化，但也可用于其他治疗计划方法。如果应该选择最佳的静态准直器角度，则角度轨迹可以由单个点组成。

以基于所有选择的准直器角度的参数值来优化值的方式执行优化。在最简单的情况下，这可能涉及优化所有所选择的准直器角度的参数值的总和或加权总和。

使用优化结果来生成治疗计划的步骤通常包括将所选择的准直器角度的通量图映射到控制点的步骤。在优选实施例中，使用优化的结果来生成治疗计划的步骤还包括将准直器角度轨迹转换为平滑函数以使准直器移动更平滑的步骤。

可以立即确定针对特定光束方向要考虑的所有准直器角度，并且随后可以确定对应的传送参数值。可替代地，可以首先确定第一组一个或多个试验准直器角度及其对应的传送参数，然后可以选择一个或多个第二试验准直器角度并且确定其对应的传送参数值。可以基于第一组的试验值和传送参数来选择第二试验准直器角度或者角度。在一个迭代过程中，可以根据需要将其重复多次，以针对每个光束方向选择可能的最佳准直器角度，以用于优化。

一个或多个准直器角度可用于每个光束方向的剂量传送。如果每个光束方向可以使用一个以上的准直器角度，则该方法还包括获得每个光束方向的第二通量图，为该第二通量图的第一和第二可能的准直器角度分别确定传送参数的第一和第二值，并且根据每个光束方向的第一和第二通量图的传送参数值优化目标函数。

在优选实施例中，优化问题包括限制准直器旋转的幅度和速度中的至少一个的约束。通常，这意味着目标函数取决于准直器旋转的幅度和速度中的至少一个，但是该幅度和/或速度也可替代地以约束的形式被包括。

在优选实施例中，将优化问题表述为关于曲线图的曲线图问题，该曲线图的节点对应于每个光束角度的每个通量图的至少第一和第二准直器角度，并且边缘对应于准直器角度之间的旋转。解决曲线图问题的已知方法包括最短路径算法、最小成本流算法和线性编程算法。

通过本发明的方法获得的计划可以用于在布置成在光束移动期间进行辐射的系统中进行传送，或者用于在布置成在辐射过程中保持光束静态的系统中进行传送。

优选地，还通过在第一光束角和第二光束角之间对准直器的旋转幅度施加惩罚来限制准直器的旋转。这将确保避免准直器旋转，该准直器旋转只会在目标函数值中产生可以忽略的好处，从而确保不必要的在几何形状上复杂的优化治疗计划。

本发明还涉及一种计算机程序产品，其包括计算机可读代码装置，当在计算机中执行时，该计算机可读代码装置将使计算机执行如上所述的方法。本发明还涉及用计算机可执行指令编码的非暂时性计算机可读介质，该计算机可执行指令在第一计算机设备中运行时将使该设备执行如上所述的方法。本发明还涉及一种计算机系统，其包括处理器、数据存储器和程序存储器，其中，程序存储器包括如上所述的计算机程序产品或非暂时性计算机可读介质。

测试表明，与具有固定的优化准直器角度的计划相比，使用本发明方法优化的计划的传送时间可以大大减少。与相对于传送时间而言非最佳的手动选择的固定准直器角度相比，甚至可能节省更多的时间。较短的传送时间具有几个优点，例如减少了患者的不适感，降低了由于内分移动引起的几何误差的风险，并可能减少了散射和泄漏辐射。此外，在放射疗法的治疗计划中，通常在传送时间和计划质量之间进行权衡。因此，动态准直器旋转所提供的时间节省也可能对治疗计划质量产生积极影响。

建议的方法比上面概述的现有技术方法更普遍适用，因为它可用于任何身体部位和任何肿瘤形态。如果滑动窗口叶片移动模式用于MLC，则该方法是很有用的。然而，该方法可以应用于使用MLC调制通量的任何类型的外部光束传送。

根据本发明的方法可以被结合在任何基于通量的放射治疗计划系统中，以替代手动定义的准直器角度轨迹。

附图说明

下面将通过示例并参考附图更详细地描述本发明，其中

图1示出了其中可以实施根据本发明的方法的放射疗法传送系统。

图2示意性地示出了光束、准直器和目标之间的关系。

图3a和图3b图示了对于相同目标的不同准直器角度的影响。

图4图示了通量图到不同准直器角度上的映射。

图5图示了MLC的叶片移动。

图6a、图6b和图6c示出了三个不同的曲线图，其描绘了取决于不同的机架角度的准直器角度的传送时间。

图7a和图7b以最短路径问题的形式图示了用作治疗计划的输入数据的传送时间。

图8是本发明方法的实施例的整体流程图。

具体实施方式

图1是用于放射疗法治疗成像和/或计划的系统1的概述。将会理解，可以以任何合适的方式来设计这样的系统，并且图1所示的设计仅是示例。将患者2放置在治疗床3上。该系统包括安装在机架7中的辐射源5，用于向位于床3上的患者发射辐射。通常，床3和机架7可相对于彼此在多个维度中移动，以使辐射能够尽可能灵活和正确地传送给患者。尤其是，机架可以围绕床旋转，既可以在围绕整个床的某些角度之间旋转，也可以围绕整个床360°旋转。这样的系统对于技术人员是众所周知的。该机架被设置成以一定的机架角度停止以朝向患者发射辐射，该辐射将沿对应的光束方向进入患者体内，或者在旋转时连续地发射辐射。在后一种情况下，出于本发明的目的，由旋转机架描述的弧被离散成弧形扇区。

该系统还包括计算机11，其可以用于放射疗法治疗计划和/或控制放射疗法治疗。将会理解，计算机11可以是不连接至成像单元的单独的单元。计算机11包括处理器13、数据存储器14和程序存储器15。优选地，还存在一个或多个用户输入装置18、19，其形式为键盘、鼠标、操纵杆、语音识别装置或任何其他可用的用户输入装置。用户输入装置还可以被布置为从外部存储器单元接收数据。

数据存储器14包括临床数据和/或用于获得治疗计划的其他信息。数据存储器14还包括用于根据本发明的实施例的治疗计划中使用的一个或多个患者的一个或多个剂量图。程序存储器15保存本身已知的计算机程序，该计算机程序包括优化问题并且被安排用于治疗计划优化。

出于治疗计划的目的，可以使用类似于计算机11但未连接到治疗或成像系统的单独的计算机系统，其计算基于从外部成像系统提供的数据。

基于最小化目标函数的优化在本领域中是众所周知的。在这种情况下，如上所述，优化问题包括基于限制传送时间或MU的目标函数。

将理解，仅示意性地示出和讨论了数据存储器14和程序存储器15。可能有几个数据存储单元，每个数据存储单元保存一种或多种不同类型的数据，或者一个数据存储器以合适的结构方式保存所有数据，并且对于程序存储器也一样。一个或多个存储器也可以存储在其他计算机上。例如，计算机可以仅被布置为执行方法中的一种，存在用于执行优化的另一计算机。

图2示意性地示出了患者21，其具有从箭头25所示的特定光束角度辐射的目标或治疗体积23。在光束中放置准直器27。准直器包括多个叶片对29a，29b，…，29f，每个叶片对可以关闭以阻挡光束，诸如对29a，或使光束通过，诸如对29b、29c、29d。叶片对受到控制，使得准直器中的开口将暴露出一个区域，该区域被设计为控制通量，从而为患者提供可能的最佳剂量分配。在更复杂的情况下，可能会有不止一个的应接收辐射的治疗体积，和/或一个或多个应保护免受辐射的处于危险的器官。

图3a和图3b使用其中治疗体积31的光束的视线投影大致呈U形的示例示出了改变准直器角度的效果。在图3a中，准直器叶片33垂直于U形的腿部移动，这可以看出，U形31内部的组织将暴露于辐射。在图3b中，与图3a所示情况相比，准直器旋转了90°。可以看出，准直器叶片33可用于阻挡U形治疗体积31内部和周围的周围组织。在存在多个目标和/或靠近目标的处于危险的器官时，可能会出现类似情况。

随着机架在患者周围移动，目标的轮廓及其相对于处于危险的任何器官的位置(如光束所见)将发生变化，因此应改变准直器角度以适应每个机架角度的几何形状。准直器的动态移动可以导致剂量分布的改善和治疗传送时间的缩短。同时，根据调整的幅度，为每个机架角度调整准直器角度也要花费时间。

随这机架在患者周围的移动而对准直器角度进行持续的调整，或者根据传送时间或MU累计数量对准直器角度进行的调整，构成了准直器角度轨迹，可以以任何合适的方式对其进行优化，例如作为最短路径问题。考虑到所有通量图的传送时间之和，并且优选地还考虑通量图之间的准直器角度的每次调整所需的时间，对准直器的轨迹进行优化。此外，准直器角度优化的目标函数可以包括其他术语，诸如对准直器角度调整的幅度或速度的惩罚。这意味着，如果针对每个新机架角度调整准直器角度的时间超过了使用特定准直器角度获得的时间，或者对准直器旋转的惩罚大于通过使用特定准直器角度获得的时间，则严格选择与最短传送时间相关联的准直器角度，可能不是可行或最佳的选择。还可以在准直器角度优化中包括约束，以防止太大或费时的旋转。准直器角度优化的总目标函数(应最小化)是所有通量图上的传送时间和其他惩罚的总和，以及(如果适用)机架角度之间每次调整准直器角度所需的时间。

对于静态准直器角度的选择，准直器角度轨迹减小到单个点，并且在机架角度之间调整准直器角度所需的时间减小到零。

对于每个机架角度，都会计算出通量图，表明应施加到治疗区域的每个部分的辐射量。图4示出了通量图到准直器41上的映射，准直器41在光束平面中具有第一取向，看起来好像光束被指向页面。通量图被划分为子区域43。将理解的是，如果准直器被旋转，如指示了准直器的不同取向41'的虚线所示，则必须确定通量图到准直器上的新映射，产生新的子区域43'。表示旋转的准直器的更新的映射可以通过使用合适的插值方法(诸如双线性或最近邻插值)将原始通量图重采样到旋转的网格上来计算。

图5示出了取决于应在该叶片对可能被覆盖或暴露的区域(线性区域)上施加的通量，以滑动窗口类型的移动的一对准直器叶片的移动。图5的上部标记为a，是线性区域上的通量图。可以看出，在第一位置p1和第二位置p2处有两个峰，分别对应于应该暴露于高量辐射的第一和第二区域。在此示例中，线性区域的其余部分不应暴露于辐射。

图5的下部是与通量图有关的示出通过滑窗算法计算的一个叶片对的叶片对位置的时间序列。在第一位置b1，叶片被关闭，并且位于准直器开口中的最左侧位置。然后，叶片如图下的箭头所示从左到右一起移动。当到达第一个峰的最左边缘时，左叶片停止并且右叶片继续移动，直到如图b2所示的暴露出与第一个通量峰对应的整个区域为止。确切的移动模式和暴露时间由对暴露区域的期望通量确定。一定时间后，左叶片将跟随右叶片，以使它们在第一个峰的右边缘处闭合，如b3所示，并且继续一起移动直到它们到达第二个峰的最左边缘。在这里，左叶片将停止而右叶片将继续移动，直到如图b4所示暴露出与第二通量峰对应的整个区域为止。一定时间后，左叶片将跟随右叶片，以使它们将在第二个峰的右边缘处闭合，如b5所示，并将一起移动到准直器开口的最右边缘。如图中所示，下一个移动将是在下一个机架角度处，通常是在不同的准直器角度处从右到左。

图6a、图6b和图6c示出了三个不同的图，每个图表示一个机架角度、每个可能的准直器角度的传送时间。根据本发明，针对多个机架角度确定对应的信息，例如以10度的间隔通过360度，即36个图。

在第一幅图中，如图6a所示，对应于0°的机架角度，在大约60°的准直器角处实现了目标函数的最小值。出于技术原因，应用了从–90°至90°范围内的180°的角区域。在大约60°处还有另一个接近最小值。在第二幅图中，如图6b所示，对应于大约40°的机架角度，在大约30°的准直器角度处实现了可能的最短传送时间。在第三幅图中，如图6c所示，对应于90°的机架角度，在大约-40°的准直器角度处实现了可能的最短传送时间。可以理解，这些只是任意示例，实际的一组曲线可能看起来非常不同。而且，根据本发明，不必以任何方式确定或显示曲线。

图7a和图7b示出了包括源节点s和宿节点t，以及对于源节点和宿节点之间的波束方向与准直器角度的每种组合列出了传送时间的节点的示例图。在图算法中，节点也可以称为顶点。对于从一个光束方向到下一个光束方向的每次更改，在此示例中，准直器角度可以自由更改。在每对节点之间，定义了与准直器角度变化幅度相对应的有向边缘。为了获得可见性，从不同节点开始为边缘使用了不同的图案。选择的光束方向对应于通量图。在实际的实施例中，通过移动机架来改变光束方向，如图1所示，该曲线图将包含整个机架轨迹周围的每个通量图的一层，并且每一层将具有节点，其具有多个可能的准直器角度值。每一层中节点的数量可能受准直器最大可能旋转的限制，或者节点可能是从0°到360°的所有角度的离散化。图7a和图7b仅示出了从0°到20°的三个光束方向，并且对于每个光束方向只有3个准直器角度0°、2°和4°。选择这些值仅作为示例图示了原理。在图7a中，每个节点将通量传送时间显示为数字，并且为每个边缘分配与准直器角度变化相关的惩罚。在此示例中，将准直器每旋转2度就收到1的惩罚分配给边缘。这在图7a中分别用分配给每个边缘的数字0、1或2示出。对应于同一准直器角度的两个节点之间的边缘不会受到惩罚，因此数字为0。相差2度的两个节点之间的边缘受到的惩罚为1。从0度到4度(反之亦然)相差4度的两个节点之间的边缘受到的惩罚为2。当然，在满量程示例中，还必须考虑准直器角度之间的更大差异，以及更大的惩罚。

如在该示例中可以看到的，在0°的机架角度处的通量可能的最短传送时间是在0°的准直器角度处的4秒。在10°的机架角度处的可能的最短传送时间是在4°的准直器角度处的2秒。在20°的机架角度处的可能的最短传送时间是在2°的准直器角度处的5秒。因此，如果仅考虑实际传送每个机架角度的通量的时间，则准直器角度应遵循从0°到4°到2°的轨迹。然而，总目标函数值还取决于分配给边缘的惩罚。因此，在某些情况下，最好为一个或两个机架角度选择准直器角度，对于这些准直器角度，传送时间会稍长，但通过限制由于调整准直器角度的惩罚导致的影响，将减少总体目标函数值。然而，在典型情况下，用于准直器旋转的传送时间包括在对应的通量图的传送时间中。在这种情况下，已经存在对于准直器旋转的惩罚。即使在这种情况下，对准直器的旋转增加惩罚，以防止准直器的角度轨迹变得不必要地复杂仍然是可行的。

图7b示出了与图7a相同的情况，通过将节点权重转移到入射边缘，重新绘制为标准有向无环图。可以看出，为每个边缘分配了一个数字，该数字是与由该边缘表示的准直器角度变化和从图7a获得的下一个节点的通量传送时间有关的惩罚之和。例如，对于10°的机架角度和0°的准直器角度，将在10°的光束方向上表示准直器角度0°、2°和4°的节点边缘分别分配3+0＝3、5+1＝6和3+2＝5。类似地，对于20°的机架角度和2°的准直器角度，将在0°的机架角度处表示准直器角度0°、2°和4°的节点边缘分别分配5+1＝6、5+0＝5和5+1＝6。

通常，优化问题应涉及限制功能，该功能旨在减少两个机架角度之间的准直器角度移动的幅度。可以将限制功能设计为约束，将移动严格限制为最大角度差。限制功能也可以被设计为惩罚，以根据准直器在两个机架角度之间经历的角移动，将时间量添加到计算出的总传送时间中。例如，惩罚可能允许自由移动最多n度，并为每个超过n的角度增加固定的时间，n为0到360之间的任何数。当然，也可以将两者结合使用，即严格限制角移动，并设置惩罚以限制移动幅度。

图8是本发明方法的实施例的流程图。该流程图的结果可以用作优化的治疗计划，或可以用作进一步优化的起点。

在第一步骤之前或过程中，由机架移动描述的弧被离散为多个弧形扇区，例如，每个弧形扇区覆盖10°。如果机架在辐射过程中是连续的，则将其离散化成扇区是有用的。在其他传送系统中，机架在预定角度之间移动和静止不动，辐射被传送。在后一种情况下，应在第一步骤S81或之前识别机架传送辐射的角度。在第二步骤S82之前或作为第二步骤的一部分，还执行将准直器角度离散化为要考虑的步骤。在步骤S84之前，以某种其他方式定义或获得目标函数，以最小化传送时间和/或监视单位的数量。

在第一步骤S81中，视情况对每个扇区或机架角度执行通量图优化。尽管在通常情况下光束不会是静态的，但会针对静态光束执行通量图优化。弧形扇区的离散化可能与通量图的离散化不同。例如，可以使用一个以上的通量图来表示弧形扇区。

在第二步骤S82中，如先前离散化的，将每个机架角度的优化通量图旋转到准直器的可能取向上，并且针对每个准直器角度将旋转的通量图重新采样到原始通量轮廓上。如图4所示，这涉及插值，例如线性插值。

在第三步骤S83中，确定传送在步骤S82中确定的每个通量图所需的传送时间。如上所述，并结合图5进行讨论，可以相对于滑动窗叶片移动或通过另一种准直器叶片移动来计算传送时间。滑动窗传送通量图的所需时间可以通过确定传送对应于每个叶片对的通量图的线性部分所需的最小时间，然后取这些数中的最大值来计算。给定每个叶片的一些预选开始和结束位置，可以将复制与单个叶片对相关联的一维通量轮廓所需的最短时间，计算为叶片以最大叶片速度从开始位置到结束位置的移动时间，再加上叶片需要处于静态位置以调制通量的时间，如结合图5所述。对于由通量轮廓的总和正梯度给定的多个监视单位，叶片必须处于静态位置，即MU＝x₁+∑_{i＝2，…，n} max(x_i-x_i-1，0)其中，x是在连续位置处离散通量值的向量。如果治疗机的剂量率(每个时间单位的MU数)恒定，则监视的数量与持续时间成正比。

在步骤S82和S83中，可以应用迭代过程，其中选择一个或多个试验准直器角度，并且针对这些试验准直器角度中的每一个确定传送时间。根据这些传送时间，可以在随后的优化中使用试验准直器角度及其相应的传送时间，或者可以选择新的试验准直器角度，并且将通量图旋转到新的试验准直器角度集上。优选地，取决于第一试验准直器角度的传送时间来选择新的试验准直器角度，例如，接近产生最佳传送时间的第一试验准直器角度。可替代地，可以一次选择多个准直器角度，并将其与确定的传送时间一起用于后续优化中。

在第四步骤S84中，计算使目标函数最小化的准直器角度轨迹，优选地受到最大准直器转速的约束。在此示例中，最小化目标函数等同于最小化整体传送时间。这可以通过在分层有向图上解决从源节点到宿节点的最短路径问题来实现，其中分层对应于通量图，每层的节点对应于离散的准直器角度。可替代地，可以应用最小成本流算法或线性编程算法。最短路径、最小成本流和线性编程算法都是技术人员已知的。该曲线图具有从层的所有节点到下一层的所有节点的边缘，如图7a和图7b所示。每个边缘的长度是与边缘所源自的节点相关联的传送时间或监视单位加上与边缘所连接的两个节点之间的角度差成比例的惩罚项。连接具有比以最大速度通过准直器旋转所实现的更大的角度差的节点对的边缘被假设为无限长。

在第五步骤S86中，将所选准直器角度的通量图转换为控制点。如果准直器是滑动窗型准直器，则涉及使用滑动窗定序器，该定序器考虑了相邻通量图之间的耦合。该计算的结果是一系列控制点，其中在每个弧形扇区内，准直器角度保持恒定，并在从一个弧形扇区到下一个弧形扇区的过渡处旋转到下一个准直器角度。

在第六步骤S87中，将准直器角度轨迹转换成表示关于最大准直器转速的可行的轨迹的平滑函数。该平滑可以通过任何合适的方法来实现，例如通过对步骤S86所述的原始恒定角度进行最小二乘拟合，受到防止违反最大准直器转速的线性约束。

可以通过根据步骤S84中确定的准直器角度的选择旋转步骤S81的通量图，来重复步骤S81-S84适当的次数以改进准直器角度的选择。这在图8中示出为步骤S84和S86之间的判定步骤S85。如果判定应该改进计划，则将在步骤S84中确定的准直器角度设置为在下一次迭代中使用，并且处理返回到步骤S81。如果否，则过程进行到步骤S86，如上所述。

步骤S87的结果是一组控制点，其可以照原样使用，或者可以使用直接机器参数优化来进一步优化。控制点定义了MLC的叶片位置以及可能存在的其他光束限制设备(例如钳口)的配置。每个控制点还指定直到下一个控制点为止要传送的监视单位的数量。控制点的确切格式随传送机器的类型而变化。

Claims (14)

1.一种治疗计划方法，所述治疗计划方法用于生成放射疗法的治疗计划，其中使用准直器来对辐射光束进行整形，其中，计划从至少一个光束方向传送所述辐射，

所述方法包括：

·获得每个光束方向的第一通量图，

·对于每个第一通量图，为第一可能的准直器角度和第二可能的准直器角度分别确定所述通量图的传送参数的第一值和第二值，所述传送参数基于光束方向和准直器角度的相应组合的所述通量图的传送时间或者监视单位，

·获得包括取决于所述传送参数的目标函数的优化问题，

·执行关于所述优化问题的优化，所述优化包括基于所述传送参数的所述第一值和第二值，为每个光束方向选择至少一个所述可能的准直器角度，从所述优化的输出是准直器角度轨迹，

·使用所述优化的结果生成将遵循所述准直器角度轨迹的治疗计划。

2.根据权利要求1所述的治疗计划方法，其中，所述传送参数基于使用相应准直器角度的所述通量图的所述传送时间，并且所述优化包括以最小化所述传送时间的方式选择准直器角度。

3.根据权利要求1或2所述的治疗计划方法，其中，所述传送参数基于使用相应准直器角度的所述通量图的所述监视单位的数量，并且所述优化包括以最小化所述监视单位的数量的方式选择准直器角度。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的治疗计划方法，其中，以对所有选择的准直器角度的参数值之和进行优化的方式执行所述优化。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的治疗计划方法，其中，使用所述优化的所述结果来生成治疗计划的步骤包括以下步骤：将所述所选择的准直器角度的通量图转换为控制点。

6.根据权利要求5所述的治疗计划方法，其中，使用所述优化的所述结果来生成治疗计划的步骤还包括以下步骤：将所述准直器角度轨迹转换为平滑函数。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的治疗计划方法，其中，为第一可能的准直器角度和第二可能的准直器角度分别确定所述通量图的传送参数的第一值和第二值的步骤包括：选择至少第一试验准直器角度，为所述至少第一试验准直器角度中的每一个确定所述传送参数的试验值，基于所述至少第一试验准直器角度的所述试验值选择至少一个第二试验准直器角度，并且为所述至少第二试验准直器角度中的每一个确定所述传送参数的试验值。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的治疗计划方法，还包括：获得每个光束方向的第二通量图，为所述第二通量图分别确定所述第一可能的准直器角度和第二可能的准直器角度的所述传送参数的第一值和第二值，并且根据每个所述光束方向的所述第一通量图和第二通量图的所述传送参数值优化所述目标函数。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述优化问题包括限制准直器旋转的幅度和速度中的至少一个的约束，例如，归因于所述目标函数取决于所述准直器旋转的所述幅度和所述速度中的至少一个。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述优化问题被公式化为关于曲线图的曲线图问题，所述曲线图具有与每个光束角度的每个通量图的所述至少第一准直器角度和第二准直器角度对应的节点，以及与准直器角度之间的旋转对应的边缘。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述选择还基于通过对所述第一光束角度和所述第二光束角度之间的所述准直器的所述旋转的所述幅度施加惩罚使所述准直器旋转所需的时间。

12.一种包括计算机可读代码装置的计算机程序产品，所述计算机可读代码装置当在计算机中执行时，将使所述计算机执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。

13.一种用计算机可执行指令编码的非暂时性计算机可读介质，所述计算机可执行指令当在第一计算机设备中运行时，将使所述设备执行根据权利要求1至11中任一项所述的方法。

14.一种计算机系统(11)，包括处理器(13)、数据存储器(14)和程序存储器(16)，其中，所述程序存储器包括根据权利要求13的计算机程序产品或者根据权利要求14的非暂时性计算机可读介质。

Images