CN112566692B - 用于确定弧形疗法的弧形剂量的系统和方法 - Google Patents

用于确定弧形疗法的弧形剂量的系统和方法 Download PDF

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Abstract

提供了用于放射递送的系统和方法。一种示例性方法包括：接收描绘患者组织的目标区域的解剖结构数据的图像，并确定要递送到目标区域的放射疗法的放射的初始规定剂量。该方法还包括：将用于VMAT的弧离散化为多个弧形区段，并执行用于根据在多个弧形区段中递送的放射来确定弧形剂量的迭代过程。该方法还包括：确定是否满足终止迭代过程的条件，以及基于满足终止迭代过程的条件的确定结果来终止迭代过程。

Description

用于确定弧形疗法的弧形剂量的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年6月29日提交的美国临时申请第62/692,235号的优先权的权益，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开总体涉及放射疗法或放射治疗。更具体地，本公开涉及用于确定在放射疗法期间弧形疗法的弧形剂量的系统和方法。
背景技术
容积调强弧形疗法(Volumetric modulated arc therapy，VMAT)是一种旨在递送高度适形放射治疗的放射疗法治疗技术。在VMAT治疗中，当台架围绕患者旋转时，连接到台架的放射源发射具有变化的形状和强度的射束。创建个体患者VMAT治疗计划通常是反复试验的过程。递送到目标区域的放射剂量可以与放射对患者器官的影响进行权衡。此外，通过操作程序约束，然后重新计算暴露图(exposure map)来调整治疗计划。这些操作对重新计算的暴露图的影响可能难以预料。例如，甚至调整程序约束的顺序也可能影响暴露图。因此，治疗计划可能取决于有经验的医师的主观判断。即使最熟练的医师也无法保证治疗计划的最优性，或者是否额外的努力可以确定更好的计划。
因此，可能需要开发实时跟踪和调整弧形治疗中递送到目标区域的剂量的改进的治疗计划系统及方法。
发明内容
在一个方面，本公开涉及用于容积调强弧形疗法(VMAT)的放射治疗设备。所述放射治疗设备包括：台架，其被配置为沿轨迹旋转，所述轨迹包括用于VMAT的弧，所述弧包括多个控制点；以及成像装置，其被配置为捕获描绘患者的解剖结构数据的一个或多个图像。所述放射治疗设备还包括控制器，该控制器被配置为执行操作，包括：接收描绘患者组织的目标区域的解剖结构数据的图像；确定要递送到所述目标区域的放射疗法的放射的初始规定剂量；将用于所述VMAT的弧离散化为多个弧形区段，所述多个弧形区段中的每个弧形区段位于所述多个控制点中的两个连续控制点之间；执行包括至少一次迭代的迭代过程。所述迭代过程的每次迭代包括：对于所述多个弧形区段中的每个弧形区段：使用所述目标区域的所述解剖结构数据和所述目标区域数据执行注量优化过程，以基于所述初始规定剂量、更新的规定剂量或基于所述目标区域的解剖结构数据确定的偏差剂量中的一个来生成对于所述多个弧形区段中的每个弧形区段要递送的子剂量的分布轮廓；将所述子剂量分布轮廓分割为用于将所述子剂量递送到所述目标区域的多个区段；在所述多个区段中，识别一个或多个不可递送区段，所述一个或多个不可递送区段中的每个不可递送区段违反所述放射治疗设备的约束；用更新的区段替换所述一个或多个不可递送区段中的每个不可递送区段，其中所述更新的区段不违反所述放射治疗设备的机械约束或效率约束；基于所述更新的区段和不违反所述放射治疗设备的机械约束或效率约束的所选区段来确定弧形剂量；沿所述弧用所确定的弧形剂量将放射递送到所述目标区域；从所述规定剂量中减去所确定的弧形剂量以生成更新的规定剂量。由控制器执行的操作可以进一步包括确定是否满足终止所述迭代过程的条件；以及基于满足终止所述迭代过程的条件的确定结果来终止所述迭代过程。
在另一方面，本公开涉及一种使用VMAT装置将放射递送到患者的目标区域的方法。所述方法包括：接收描绘患者组织的目标区域的解剖结构数据的图像；确定要递送到所述目标区域的放射疗法的放射的初始规定剂量；将用于所述VMAT的弧离散化为多个弧形区段，所述多个弧形区段中的每个弧形区段位于所述多个控制点中的两个连续控制点之间；执行包括至少一次迭代的迭代过程。所述迭代过程的每次迭代包括：对于所述多个弧形区段中的每个弧形区段：使用所述目标区域的所述解剖结构数据和所述目标区域数据执行注量优化过程，以基于所述初始规定剂量、更新的规定剂量或基于所述目标区域的所述解剖结构数据确定的偏差剂量中的一个来生成对于所述多个弧形区段中的每个弧形区段要递送的子剂量的分布轮廓；将所述子剂量分布轮廓分割为用于将所述子剂量递送到所述目标区域的多个区段；在所述多个区段中，识别一个或多个不可递送区段，所述一个或多个不可递送区段中的每个不可递送区段违反所述放射治疗设备的约束；用更新的区段替换所述一个或多个不可递送区段中的每个不可递送区段，其中所述更新的区段不违反所述放射治疗设备的机械约束或效率约束；基于所述更新区段和不违反所述放射治疗设备的机械约束或效率约束的所选区段来确定弧形剂量；沿所述弧用所确定的弧形剂量将放射递送到所述目标区域；从所述规定的剂量中减去所确定的弧形剂量以生成更新的规定剂量。所述方法还包括确定是否满足终止所述迭代过程的条件；以及基于满足终止所述迭代过程的条件的确定结果来终止所述迭代过程。
在又一方面，本公开涉及一种非暂时性计算机可读介质，其存储一组指令，所述一组指令能够由装置的至少一个处理器执行以使所述装置执行一种方法，该方法包括：接收描绘患者组织的目标区域的解剖结构数据的图像；确定要递送到所述目标区域的放射疗法的放射的初始规定剂量；将用于所述VMAT的弧离散化为多个弧形区段，所述多个弧形区段中的每个弧形区段位于所述多个控制点中的两个连续控制点之间；执行包括至少一次迭代的迭代过程。所述迭代过程的每次迭代包括：对于所述多个弧形区段中的每个弧形区段：使用所述目标区域的所述解剖结构数据和所述目标区域数据执行注量优化过程，以基于所述初始规定剂量、更新的规定剂量或基于目标区域的所述解剖结构数据确定的偏差剂量中的一个来生成对于所述多个弧形区段中的每个弧形区段要递送的子剂量的分布轮廓；将所述子剂量分布轮廓分割成为用于将所述子剂量递送到所述目标区域的多个区段；在所述多个区段中，识别一个或多个不可递送区段，所述一个或多个不可递送区段中的每个不可递送区段违反所述放射治疗设备的约束；用更新的区段替换所述一个或多个不可递送区段中的每个不可递送区段，其中所述更新的区段不违反所述放射治疗设备的机械约束或效率约束；基于所述更新的区段和不违反所述放射治疗设备的机械约束或效率约束的所选区段来确定弧形剂量；沿所述弧用所确定的弧形剂量将放射递送到所述目标区域；从所述规定剂量中减去所确定的弧形剂量以生成更新的规定剂量。所述方法还包括确定是否满足终止所述迭代过程的条件；以及基于满足终止所述迭代过程的条件的确定结果来终止所述迭代过程。
本公开的另外的目的和优点将在下面的详细描述中在某种程度上阐明，并且在某种程度上从描述中将是显而易见的，或者可以通过本公开的实践而习得。本公开的目的和优点将通过在所附权利要求中特别指出的元件和组合来实现和获得。
应当理解，前述一般性描述和以下详细描述仅是示例性和解释性的，并且不限制所要求保护的本公开。
附图说明
在不一定按比例绘制的附图中，相同的附图标记可以在不同的视图中描述相似的部件。具有字母后缀或不同字母后缀的数字可以表示相似部件的不同实例。附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例，并且与说明书以及权利要求书一起用于对所公开的实施例进行说明。在适当的时候，在所有附图中使用相同的附图标记指代同一或相似的部分。这样的实施例是例证性的，而并非旨在作为本设备、系统或方法的穷尽或排他实施例。
图1是与所公开的实施例一致的示例性放射治疗系统的框图。
图2是与所公开的实施例一致的示例性放射治疗系统的框图。
图3是与所公开的实施例一致的用于将放射递送到目标区域的示例性过程的流程图。
图4是与所公开的实施例一致的用于递送规定剂量的放射的示例性过程的流程图。
图5是与所公开的实施例一致的用于优化注量的示例性过程的流程图。
图6是与所公开的实施例一致的用于评估要处理为控制点的区段的示例性过程的流程图。
具体实施方式
图1示出与所公开的实施例一致的示例性放射治疗系统。放射治疗系统100包括患者台10、治疗放射源16、治疗放射束22、准直器组20、治疗计划计算机(TPC)26、成像放射源24和图像采集装置30。
患者台10被配置为支撑患者12。患者台10是在其六个自由度(例如，三个平移方向和三个旋转方向)中的任何一个上可移动的(在限度内)，以便将待治疗的患者的期望部分放置在治疗室内相对于机器的指定位置14，称为“等中心(isocentre)”。该等中心可以通过安装在固定位置并且被引导朝向等中心14的多个低功率激光器而变得可见。等中心14对应于可旋转台架18的旋转轴和射束轴的交点。患者台可以定位成使得等中心14位于诸如肿瘤的目标区域15的轮廓内。在一些实施例中，目标区域15可以包括肿瘤区域和危及器官(OAR)区域。
治疗放射源16被配置为安装在从可旋转台架18延伸的台架(不可见)上。治疗放射源16可以被配置为发射高能x射线、或者电子束，或者对两者的可选的选择，或另一种形式的放射。在一些实施例中，治疗放射源16可以是直线加速器(linac)。
可旋转台架18可以被配置为设置到墙壁或其他结构中，使得操作中的机器可以被遮蔽。治疗放射源16可以在偏移水平轴40的点处从支撑件延伸，并且可以被引导朝向水平轴40和等中心14。因此，随着可旋转台架18旋转，治疗放射源16从所有可能的径向方向照射围绕等中心14的区域。在一些实施例中，当可旋转台架18旋转时，治疗放射源16可以连续发射治疗放射束22。可旋转台架18可以围绕沿轨迹穿过等中心14的水平轴40旋转。例如，可旋转台架18可以沿弧旋转，该弧可以是单个360度或其一部分(例如，180度或120度)。这提供了一种方式，在该方式中，设备限制施加到健康组织的放射剂量，同时保持施加到肿瘤或正在被治疗的其他病变的剂量；该病变(或其相关部分)可以在治疗的整个期间被暴露，但周围组织将仅在与射束直接成一条直线时被暴露。
在一些实施例中，对于VMAT治疗，台架旋转(即，可旋转台架18沿弧旋转)包括多个离散射束角。例如，台架旋转可以包括360度的圆或弧，该圆或弧可以被分为用于确定离散射束角的增量，诸如两个180的增量，每个增量产生180个离散射束角。射束角可以均匀地间隔开(例如，间隔2度)。可替代地，射束角也可以不均匀地间隔开。对于每个射束角，可以根据治疗计划确定一组参数。例如，可以在治疗计划中指定一组多叶准直器(MLC)叶片位置、MLC形状、台架旋转速度、台架位置、剂量率和/或特定射束角下的任何其他参数。在一些实施例中，每个射束角可以对应于控制点。控制点可以定义以特定射束角控制治疗的参数。例如，控制点可以包括反映可旋转台架18的位置的参数、在该控制点与下一个(或上一个)控制点之间要递送的剂量、以及在该控制点处的MLC的形状。每个控制点可以定义一个射束，该射束可以被分解为小射束(beamlet)的矩阵。例如，小射束可以是3×10mm2或3×5mm2。然后，可以通过在放射区域离散化为多个立方体(例如，体素)上考虑剂量分布来评估放射疗法治疗计划。因此，TPC 26可以使用剂量分布作为治疗目标来执行更新现有的放射疗法治疗计划的过程。现有的放射疗法治疗计划可以包括已知的剂量分布。另外，现有的放射疗法治疗计划可以包括一组初始控制点。在一些实施例中，TPC 26可以优化控制点，以接近已知的剂量分布。
准直器组20被配置为调节从治疗放射源16发射的放射束的横截面强度和/或形状。准直器组20可以与治疗放射源16集成并且作用于由治疗放射源16产生的治疗放射束22，以便限制横向范围。准直器组20可以包括两对准直器，每对准直器在相互横向的方向上起作用，以便在多个方向上限制治疗放射束22。第一对准直器可以是块准直器，包括可以在x方向上前后移动并且具有与y方向基本平行的平坦前表面的一对准直部。通过前后移动所述块，可以根据需要在x方向上限制治疗放射束22。第二对准直器可以是MLC。该MLC可以包括两个相互对置的叶片排。每个叶片是在y方向上可前后延伸的，并且在y方向上是相对长的以便允许叶片伸过射束宽度的大幅比例，在z方向上是相对深的以便允许其大幅衰减射束，以及在x方向上是相对窄的以便允许良好的分辨率。通过将各个叶片移动到期望的位置，每个叶片排作为整体可以呈现占据基本上任何形状的前边缘。
在两对准直器之间，治疗放射束22可以被划界成基本上任何所需的形状，其中块准直器在x方向上限定形状的横向范围，以及MLC限定形状的其余部分。与治疗放射源16的旋转运动相结合，准直器组20可以允许根据患者的临床医师制定的规定在患者体内构建复杂的三维剂量分布。在标准实践中，肿瘤科医师规定了允许牺牲健康组织中一定百分比的体积从而在治疗相邻的目标区域(诸如癌性肿瘤)方面取得显著进步的放射剂量。典型的剂量可以例如是目标区域将接收80Gy(其中“Gy”是放射剂量吸收的国际单位“戈端(Gray)”的缩写)的放射剂量，而相邻器官的不多于30％体积可以超过20Gy的放射剂量。规定的剂量分布产生于不同形状的多个射束和不同的到达方向(其是通过改变放射源对患者进行照射所处的角度而产生的)、从治疗放射源16发射的放射的剂量率、以及由准直器组20在治疗期间逐步地或连续地勾勒出的形状。
TPC 26被配置为确定并生成根据要递送的规定剂量经由放射治疗系统100递送剂量分布而产生治疗计划。例如，TPC 26可以被配置为确定放射治疗系统100的部件的各种参数，诸如一组MLC叶片位置、MLC形状、台架旋转速度、台架位置、剂量率和/或任何其他参数。规定剂量可以是剂量分布的形式。剂量分布可以是三维图，该三维图示出接收指定放射剂量的区域(例如，病变)、其中剂量应当被尽可能程度地最小化的区域、以及其中基本上没有放射或小于指定的剂量应被递送的区域(例如，包括内脏、视神经、脊髓等的敏感结构)。在一些实施例中，当确定治疗计划时，TPC 26还可以考虑一组“机器约束”，该“机器约束”详述了例如包括射束和准直器的几何结构、最大剂量率、台架的最大转速等、或其组合的设备的性质。然后，TPC 26可以应用算法，根据所需旋转速度、剂量率、MLC形状等以及它们随时间的变化产生包括用于放射治疗设备的详细指令的治疗计划。
成像放射源24和成像装置30(统称为图像采集装置)被配置为捕获患者解剖结构的一个或多个图像。成像放射源24被配置为产生朝向等中心14的成像放射束28，使得成像放射束28可以穿过患者12并且被成像装置30检测到。成像源24可以位于相对于治疗放射源16的已知位置，使得由成像装置30获取的患者解剖结构的图像和目标区域15的图像可以与治疗放射源16发出的放射相关。在一些实施例中，成像装置30可以被设置为与成像放射源24一起旋转，并且以180度直接相对地固定间隔。
治疗放射源16和准直器组20、成像放射源24和成像装置30以及它们各自的控制和移动机构(未示出)全部被操作地连接到TPC 26，该TPC 26也可以被连接到其他数据处理装置和/或存储装置(未示出)(如果这些被需要来辅助TPC 26的话)，以及被连接到诸如计算机和链接的显示器(未示出)的用户接口以用于操作者控制系统，以便将规定的剂量递送到目标区域。
在实践中，首先获取目标区域15(尽管该区域周围的患者组织通常也将被成像，使得放射对该周围的或相邻的非目标组织的影响可以被控制并且向其递送的放射可以被限制到适当的无论任何水平(其可以在严重敏感的组织或器官的情况下是零，或者是在该水平以上但在要被递送到针对其他较不敏感组织的目标区域的水平以下的某个水平))的图像(其优选是三维图像，通过例如从不同角度获取目标区域的一连串不同图像而获得)。该图像然后被馈送到TPC 26中。为了降低在放射治疗期间对非目标器官的剂量，系统100可以在尽可能接近治疗的时间对待治疗的身体的区域进行成像。然而，在实践中，图像可以被预先获取，并且可以使用除了成像放射源24以外的一些其它成像系统。在一些实施例中，成像放射源24和成像装置30可以是如下成像装置的形式，包括磁共振成像(MRI)装置、锥形束计算机断层摄影(CBCT)扫描仪、超声装置、电子射野成像装置(EPID)。
图2示出用于生成放射疗法治疗计划或更新现有的放射疗法治疗计划的示例性放射治疗系统。放射治疗系统200可以是放射治疗系统100的实施例。放射治疗系统200包括治疗计划计算机(TPC)230、数据库210、放射治疗装置280和图像采集装置290。
TPC 230可以是图1所示并且如上所述的TPC 26的实施例。例如，TPC 230可以生成并存储用于待治疗的特定患者的放射疗法治疗计划、其他患者的放射疗法治疗计划、以及其他放射治疗信息(例如，射束角、剂量直方图体积信息、在治疗期间待使用的放射射束的数量、射束角，每射束剂量等)。作为另一个示例，TPC 230可以提供关于待施加到患者的特定放射剂量的信息以及其他放射治疗相关信息。
TPC 230可以包括处理器240和存储器250。处理器240可以被配置为执行本文所公开的TPC 230的功能。处理器240可以包括一个或多个通用处理装置，诸如微处理器、中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、加速处理单元(APU)等。在一些实施例中，处理器240可以是复杂指令集计算(CISC)微处理器、精简指令集计算(RISC)微处理器、超长指令字(VLIW)微处理器、实现其他指令集的处理器或实现指令集的组合的处理器。处理器240也可以是一个或多个专用处理装置，诸如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、片上系统(SoC)等。如本领域技术人员所理解的，在一些实施例中，处理器240可以是专用处理器，而不是通用处理器。处理器240可以包括一个或多个已知的处理装置，诸如由IntelTM(英特尔)制造的PentiumTM(奔腾)、CoreTM(酷睿)、XeonTM(至强)或(安腾)系列的微处理器，由AMDTM制造的TurionTM(图里安)、AthlonTM(阿思隆)、SempronTM(森普龙)、OpteronTM(皓龙)、FXTM、PhenomTM系列的微处理器，或者由Sun(太阳)微系统制造的各种处理器中的任何一种。处理器240还可以包括图形处理单元，诸如由NvidiaTM(英伟达)制造的/>系列的GPU，由IntelTM制造的GMA、IrisTM系列的GPU、或者由AMDTM制造的RadeonTM系列的GPU。处理器112还可以包括加速处理单元，诸如由AMDTM制造的桌面A-4(6,8)系列、由IntelTM制造的Xeon PhiTM(至强融核)系列。所公开的实施例不限于任何类型的(一个或多个)处理器或处理器电路，其以其他方式被配置为满足识别、分析、保持、生成和/或提供大量成像数据或操纵这样的成像数据以对目标进行定位和追踪的计算需求，或配置为与所公开的实施例一致地操纵任何其他类型的数据。另外，术语“处理器”或处理器电路可以包括多于一个处理器，例如，多核设计或每个都具有多核设计的多个处理器。处理器240可以执行存储在存储器250中的计算机程序指令序列，以执行下面将更详细地描述的各种操作、过程和方法。
存储器250可以被配置为存储用于放射治疗系统200的部件的数据。例如，存储器250可以存储从图像采集装置290接收的图像数据(例如，3D MRI、4D MRI、2D切片等)。存储器250还可以存储放射治疗系统200可用于执行与所公开的实施例的操作一致的任何其他类型的数据/信息。存储器250可以包括只读存储器(ROM)、闪存、随机存取存储器(RAM)、诸如同步动态随机存取存储器(SDRAM)或Rambus DRAM的动态随机存取存储器(DRAM)、静态存储器(例如，闪存、静态随机存取存储器)等，其上可以存储有任何格式的计算机可执行指令。计算机程序指令可以由处理器240访问，从ROM或任何其他适合的存储器位置读取，并且加载到RAM中以供处理器240执行。例如，存储器250可以存储一个或多个软件应用程序。存储在存储器250中的软件应用程序可以包括例如用于公共计算机系统以及用于软件控制的装置的操作系统。此外，存储器250可以存储整个软件应用程序或可由处理器240执行的软件应用程序的仅一部分。例如，存储器250可以存储由TPC 230生成的一个或多个放射疗法治疗计划。此外，存储器250可以存储多个软件模块。
在一些实施例中，存储器250可以包括机器可读存储介质。虽然实施例中的机器可读存储介质可以是单个介质，但是术语“机器可读存储介质”应被理解为包括存储一组或多组计算机可执行指令或数据的单个介质或多个介质(例如，集中式或分布式数据库，和/或相关联的缓存和服务器)。术语“机器可读存储介质”还应被理解为包括能够对由机器执行并且使得机器执行本公开的任何一种或多种方法的指令集进行存储或编码的任何介质。因此，术语“机器可读存储介质”应被理解为包括但不限于固态存储器、光学和磁性介质。
在一个实施例中，存储器250可以被配置为至少存储以下类型的数据：医学数字成像和通信(DICOM)数据、剂量数据、优化参数、颚件位置数据、小射束数据、子野数据、子野形状、体素剂量分布数据、初始剂量数据、剂量-体积直方图(DVH)数据和图像数据。
TPC 230(例如，经由处理器240)可以通信地耦合到存储器250，并且处理器240可以被配置为执行存储在存储器250中的可执行计算机指令。例如，处理器240可以执行一个或多个治疗计划以实现本文所公开的放射治疗系统200的功能。TPC 230可以与数据库210通信。数据库210可以包括患者解剖结构数据220。患者解剖结构数据220可以包括根据由图像采集装置290获取的患者的一个或多个图像确定的解剖结构数据。数据库210可以包括关系数据库，诸如OracleTM数据库，SybaseTM数据库或其他数据库，并且可以包括非关系数据库，诸如Hadoop序列文件、HBase、Cassandra或其他数据库。这种远程程序可包括例如肿瘤信息系统(OIS)软件或治疗计划软件。在一些实施例中，例如，治疗计划软件可以存储在数据库210上。在一些实施例中，数据库210可以远离TPC 230、放射治疗装置280和/或图像采集装置290定位。在一些实施例中，数据库210可以与TPC 230集成。数据库210可以包括计算部件(例如，数据库管理系统、数据库服务器等)，其被配置为接收和处理对存储在数据库210的存储器装置中的数据的请求，并且提供来自数据库210的数据。本领域技术人员将理解，数据库210可以包括以集中式或分布式的方式定位的多个装置。
在一些实施例中，TPC 230和/或放射治疗装置280可以与数据库210通信，以发送/接收存储在数据库210上的多种不同类型的数据。例如，在一些实施例中，数据库210可以被配置为存储来自图像采集装置280的多个图像(例如，3D MRI、4D MRI、2D MRI切片图像、CT图像、超声图像、2D荧光透视图像、X射线图像、来自MR扫描或CT扫描的原始数据、医学数字成像和通信(DICOM)数据等)。
放射治疗装置280可以是图1所示并且如上所述的治疗放射源16的实施例。例如，放射治疗装置280可以被配置为在可旋转台架18沿轨迹旋转时发射治疗放射束。
图像采集装置290可以是成像放射源24和成像装置30的实施例。图像采集装置290可以被配置为获取患者的医学图像(例如，磁共振成像(MRI)图像、3D MRI、2D流MRI、4D体积MRI、计算机断层摄影(CT)图像、锥形束CT、正电子发射断层摄影(PET)图像、功能性MRI图像(例如，fMRI、DCE-MRI和扩散MRI)、X射线图像、荧光透视图像、超声图像、放射治疗射野图像、单光子发射计算机断层摄影(SPECT)图像等)。在一些实施例中，图像采集装置280可以是用于获取患者的一个或多个医学图像的MRI成像装置、CT成像装置、PET成像装置、超声装置、荧光透视装置、SPECT成像装置或其他医学成像装置。由图像采集装置290获取的图像可以作为图像数据和/或测试数据存储在数据库210中。举例来说，由图像采集装置290获取的图像还可以由放射治疗装置280存储在存储器250中。在一些实施例中，图像采集装置290可以与放射治疗装置280集成为单个设备(例如，与直线加速器组合的MRI装置，也称为MRI-Linac)。
在一些实施例中，图像采集装置290可以被配置为获取感兴趣区域(例如，靶器官、靶肿瘤或两者)的患者解剖结构的一个或多个图像。一个或多个图像可以包括多个2D切片。可替代地或另外地，一个或多个图像可以包括实时(或基本上实时)捕获的一个或多个3DMRI图像。每个2D切片可以包括一个或多个参数(例如，2D切片厚度、取向和位置等)。可以通过使用处理器240来调整一个或多个参数以包含靶。例如，可以例如通过调整磁场梯度或射频(RF)波形属性来操纵2D切片的选定特征。例如，可以通过改变RF脉冲的调制频率并保持相同的梯度强度来改变切片的位置。另外，可以通过例如使用物理上不同的梯度轴(例如，所选择的切片可以正交于所应用的梯度)来改变切片的取向。在一些实施例中，图像采集装置290可以获取任何取向上的2D切片。例如，2D切片的取向可以包括矢状取向、冠状取向、轴向取向或倾斜取向。另外，这些取向例如可以对应于与MRI或MRI-Linac相关联的磁场梯度(例如，分别为Gx、Gy或Gz)。在一个示例中，可以根据诸如3D MRI体积的信息来确定2D切片。例如，当使用放射治疗装置280时，可以在患者正在进行放射疗法治疗的同时由图像采集装置290实时地(或基本上实时地)采集这样的2D切片。在一个实施例中，可以通过作为图像采集装置280的超声装置提供2D图像切片。
图3是用于将放射递送到目标区域的示例性过程的流程图。过程300可以由放射治疗系统200执行。
在步骤302中，可以根据规定剂量将放射递送到目标区域。TPC 230可以确定规定剂量。放射递送通常包括几个离散分部。例如，治疗计划可以分为六个分部，并且患者可以在六天内每天接受一个分部。在一些实施例中，规定剂量可包括要递送的分部之一的放射剂量。例如，TPC 230可以根据分部的总剂量和已经被递送的(一个或多个)分部的剂量(如果有的话)来确定规定剂量。TPC 230还可以根据规定剂量生成治疗计划。例如，TPC 230可以确定弧的多个控制点。每个控制点可以定义可旋转台架18的位置、在该控制点与下一个(或上一个)控制点之间要递送的剂量、以及在该控制点处的准直器组20的形状。在一些实施例中，每个控制点可以对应于射束角。TPC 230还可以获得患者解剖结构(例如，目标区域周围)的一个或多个图像，并确定患者的解剖结构数据。此外，TPC 230可以基于规定剂量和解剖结构数据来确定理想的剂量分布。TPC 230还可以执行注量优化过程和射束角分割过程。TPC 230可以进一步为每个控制点设置参数。TPC可以使放射治疗系统100基于治疗计划将弧形放射递送到目标区域。
在步骤304中，可以计算递送到目标区域的放射剂量。例如，TPC 230可以直接使用要递送到目标区域的放射剂量作为递送剂量。可替代地，放射治疗系统200可以包括与治疗放射源16相对放置的检测器(图1或图2中未示出)。检测器可以被配置为检测递送到患者和/或目标区域的放射。在一些实施例中，检测器可以包括被配置为获取患者和/或目标区域的一个或多个图像的图像装置，并且TPC 230可以基于获取到的(一个或多个)图像来确定递送到目标区域的剂量。
在步骤306中，可以基于该弧形治疗中的偏差剂量(本文也称为递送剂量)来更新规定剂量。TPC 230可以根据已经被递送到目标区域的剂量来更新规定剂量。例如，TPC 230可以从先前的规定剂量中减去在弧形治疗中递送的剂量。举例来说，对于多分部治疗，可以在第一天将剂量递送到患者，并且第一天的递送剂量可以被确定并用于后续的(一次或多次)分部治疗的优化。例如，如果体素的规定剂量为10Gy，则TPC 230可以在后续的(一次或多次)治疗的优化中，从规定剂量中减去第一天已经被递送的3Gy的偏差剂量(即，产生7Gy的更新剂量)。作为另一个示例，对于分部治疗，可以在第一子分部治疗中将剂量递送至患者，TPC 230可以确定第一子分部治疗的偏差剂量。TPC 230可以基于偏差剂量更新后续的(一次或多次)子分部治疗的规定剂量。
在一些实施例中，TPC 230可以基于计划剂量(假设计划剂量将被相应地递送到患者)确定分部治疗(或子分部治疗)的偏差剂量。可替代地，TPC 230可以基于在治疗期间或治疗之后由TPC 230获得的成像信息和/或实时直线加速器参数来确定偏差剂量。例如，图像采集装置290可以捕获描绘患者的更新的解剖结构数据的图像。TPC 230可以接收图像并基于该图像确定更新的解剖结构数据。TPC 230还可以基于更新的解剖结构数据和各种直线加速器参数来确定偏差剂量。
在步骤308中，可以根据更新的规定剂量将放射递送到目标区域。例如，TPC 230可以根据更新的规定剂量更新治疗计划(或生成新的治疗计划)。该步骤类似于步骤302，为了简洁起见，这里不再详细重复步骤308的类似描述。如果满足终止条件，则TPC 230可以终止治疗。例如，TPC 230可以在预定数量的弧形治疗已经被递送之后终止治疗。
图4是用于递送规定剂量的放射的示例性过程的流程图。过程400可以是图3所示的过程300的实施例。过程400可以在规定剂量的每个分部中执行。可替代地，过程400可以在规定剂量的一些分部中执行。
在步骤402中，可以将弧形治疗的弧离散化为多个射束角。在弧形治疗中，可旋转台架18可以沿弧旋转，并且在可旋转台架18旋转时，治疗放射源16可发射治疗放射束22。弧可以是单个360度圆或其一部分(例如，180度)。举例来说，TPC 230可将圆分成3个离散增量，每个增量产生120个离散射束角。在一些实施例中，射束角可以均匀地间隔开。可替代地，射束角可以非均匀地间隔开。每个射束角可以对应于控制点，该控制点可以定义可旋转台架18的位置、在该控制点与下一个(或上一个)控制点之间要递送的剂量、以及在该控制点处的准直器组20的形状。
在一些实施例中，可以对规定剂量的所有分部执行一次步骤402。例如，TPC 230可以确定第一分部的弧和多个射束角，并将信息保存到存储装置中。在后续的分部治疗中，TPC 230可以获得该信息并将所确定的弧和射束角用于该后续的分部治疗。在该示例中，TPC 230可以跳过步骤402以进行一个或多个后续的分部治疗。
在步骤404中，可以确定理想剂量分布。TPC 230可以基于规定剂量来确定每个射束角的理想剂量分布。可替代地或另外地，TPC 230可以基于每日(或当前)患者解剖结构来确定每个射束角的理想剂量分布。例如，TPC 230可以将每个射束分解成小射束矩阵(例如，笔形射束)。举例来说，小射束可以是3×10mm2或3×5mm2。用于确定理想剂量分布的规定剂量可以是初始规定剂量。可替代地，规定剂量可以是根据先前的(一个或多个)分部治疗中递送的放射确定的更新的规定剂量。
在步骤406中，可以对每个射束角执行注量优化过程。例如，TPC 230可以基于小射束数据以及患者和目标区域的解剖结构数据对每个射束角执行注量优化过程。因此，TPC230可以生成在该射束角(和相应的控制点)处要递送的子剂量的分布，来自所有角度的各个子剂量的组合基本上等于理想剂量。
在一些实施例中，可以基于在分部治疗开始之前或实时地由图像采集装置290获取的一个或多个图像来确定患者和目标区域的解剖结构数据。例如，图像采集装置290可以在放射治疗开始之前获取患者和目标区域的解剖结构的一个或多个图像(也称为分部间图像)。TPC 230可以根据获取到的(一个或多个)图像来确定患者和目标区域的解剖结构数据。TPC 230还可以使用解剖结构数据用于在步骤406中(和/或在包括步骤406的迭代过程中)执行的所有注量优化过程。可替代地，图像采集装置290可以在放射治疗开始之前以及在分部治疗期间获取患者和目标区域的解剖结构的一个或多个图像(也称为分部内图像)。TPC 230可以根据获取到的(一个或多个)图像来确定患者和目标区域的分部间解剖结构数据和分部内解剖结构数据。TPC 230还可以使用(分部间和分部内)解剖结构数据用于在步骤406中(和/或在包括步骤406的迭代过程中)执行的所有注量优化过程。在一些实施例中，可以在下一分部治疗(或子分部治疗)之前的成像步骤中记录一个或多个分部间(或分部内)移动，在射束角、射束角优化、注量优化和分割中的至少一个方面，下一分部(或子分部治疗)的治疗计划可能不同于先前的治疗计划。经过几个分部治疗(或子分部治疗)，这些差异能够累积地考虑导致一个或多个先前分部治疗(或子分部治疗)中未递送剂量的那些因素。这提高了患者的治疗效率，因为在一次分部治疗期间无需费力且耗时地尝试完成未递送剂量的最后几个元素，而是可以将该分部中未递送的剂量纳入到下一分部治疗中，和/或纳入到后续的分部治疗(或后续的子分部治疗)中。
在步骤408中，可以执行射束角分割。例如，TPC 230可以将每个子剂量分布轮廓分割为多个区段，每个区段包括匹配注量的多个笔形射束。
在步骤410中，可以评估用于处理为弧的控制点的多个区段。例如，TPC 230可以将射束的注量分为多个离散的强度水平(例如，1000水平)。每个笔形射束可以被给予0-1000之间的强度值。然后，笔形射束基于它们的位置和强度水平，并且无论它们是否将由放射治疗系统200可物理递送而被分组为区段。TPC可以基于选择度量来选择所确定的区段中的一个。选择度量可以基于区段的大小、区段的形状和/或区段的强度水平来确定。
在一些实施例中，选择度量可以与区段的效率有关。例如，TPC 230可以确定每个区段的效率。在一些实施例中，根据区段的面积与其强度水平之间的乘法的结果来确定区段的效率——然而，不同的目标函数可以被用于描述每个区段的效率。仅作为示例，注量优化图包括具有35个单元的7×5网格。每个单元对应于笔形射束，并且指示要由此递送到目标区域的放射剂量。假设存在朝向网格中心的4个单元的第一分组，每个单元具有10Gy的注量；存在沿网格的顶部边缘成一线的3个单元的第二分组，每个单元具有7Gy的注量；存在朝向网格的右手侧的6个单元的第三分组，每个单元具有4Gy的注量。使用上述计算，第一分组的效率为40，第二分组的效率为21，以及第三分组的效率为24。TPC 230可以基于在多个分组中的最高效率来选择第一分组的区段。可替代地，可以应用预定注量水平7，并且由具有等于或大于7的注量的所有那些相邻单元形成的分组。由于在形成该分组时已经预先确定了注量水平，其效率将是预先确定的注量水平(或区段强度)乘以面积(即，分组中单元的数量)。然后，形成“匹配的”注量的其他分组(使用上述任一方法)，并且如所描述地按效率的次序将这些分组进行排列。可替代地，TPC 230可以基于区段中单元的平均注量水平来确定区段的效率。
在一些实施例中，TPC 230还可以基于放射治疗系统200的约束来确定区段。约束可包括机械约束和治疗约束，包括例如两个控制点之间的准直器叶片的移动速度、最大或最小剂量率、台架的最大旋转速度等，或其组合。例如，在VMAT系统中，相邻角度之间的剂量率变化可以被限制在一定范围内。仅作为示例，治疗放射源16发射射束，准直器组20随可旋转台架18的旋转而改变形状。给定可旋转台架18旋转的最大速度，准直器组20(例如，颚件和/或MCL)可能无法在两个控制点之间经过的时间之间的下一个控制点处将形状改变为期望的形状。类似地，递送到弧形区段的目标区域的放射的监测单元(MU)可能不够高，无法在两个控制点之间经过的时间之间达到期望的水平，或者可能高于允许的水平。换言之，由于这些约束，区段可能是不可递送的，或者其他区段可能需要进行调整以补偿该区段，这可能导致低效的治疗。TPC 230可以用射束角的另一区段来替换不可递送区段。在一些实施例中，TPC 230可以确定违反放射治疗设备的约束的一个或多个不可递送区段。例如，约束可能与台架何时以预定速度(例如，最大速度)旋转或MLC的叶片何时以最大速度在两个控制点之间移动有关。TPC 230还可以用不违反放射治疗设备的机械约束或效率约束的区段来替换(一个或多个)不可递送区段。可以在图6及其描述中找到更新不可递送区段的更多描述。
TPC 230还可以使放射治疗系统200根据所确定的区段来递送弧形治疗的放射。例如，TPC 230可以配置用于控制点的参数(例如，一组MLC叶片位置、MLC形状、颚件位置、台架旋转速度、台架位置、剂量率和/或任何其他参数)。放射治疗系统200可以相应地递送弧形治疗。
在步骤412中，可以计算弧形剂量。例如，TPC 230可以基于在弧形治疗中递送的剂量以及患者和目标区域的解剖结构数据来确定递送到目标区域的弧形剂量。在一些实施例中，TPC 230可以进一步对每个区段的剂量执行弧/区段权重优化(ASWO)，其可以调整弧形区段MU，以完全收敛到原规定剂量。例如，对于以一个或多个台架角度布置的一组区段以及共同递送3D剂量的相应的规定MU，TPC 230可以执行优化方法，以优化每个区段递送的剂量，从而调整单个区段MU，以更好地匹配目标剂量分布。
在步骤414中，可以基于弧形剂量更新理想剂量。例如，TPC 230可以通过从规定剂量中减去所确定的弧形剂量来更新理想剂量。可替代地，TPC 230可以根据基于规定剂量和弧形剂量的偏差剂量算法来更新理想剂量。在一些实施例中，TPC 230可以进一步对每个区段的剂量执行弧/区段权重优化(ASWO)，其可以调整弧形区段MU，以完全收敛到原规定剂量。例如，对于以一个或多个台架角度布置的一组区段以及共同递送3D剂量的相应的规定MU，TPC 230可以执行优化方法，以优化每个区段递送的剂量，从而调整单个区段MU，以更好地匹配目标剂量分布。在一些实施例中，可以在治疗计划中的优化过程结束时执行优化，作为后处理步骤。
在步骤416中，可以确定终止迭代过程的条件。如果满足条件，则过程400可以结束，并且治疗可以被终止。例如，用于终止治疗的条件可以是已经递送了预定数量的弧形治疗。可替代地或另外地，条件可以是更新的理想剂量小于或等于阈值剂量。在一些方面，用于终止治疗的条件可以包括危及器官(OAR)约束，诸如OAR阈值。例如，TPC 230可以被配置为递送大于理想剂量的剂量，只要满足OAR约束条件。如果TPC 230确定满足条件，则在步骤418处TPC 230可以使放射治疗系统200终止治疗。
另一方面，如果不满足条件，则过程400可以进行到406，并且可以重复步骤406-416。
图5是用于优化注量的示例性过程的流程图。在一些实施例中，图4所示的过程400的步骤406可以基于过程500来执行。
在步骤502中，可以计算射束单元的单个注量贡献。例如，TPC可以计算穿过目标区域的单个小射束的3D剂量注量。举例来说，在确定各个射束角(和相应的控制点)之后，TPC230可以定义掩模，该掩模描绘要从每个射束角递送的射束的轮廓。从射束角(或对应于射束角的弧形区段)看，射束的掩模对应于当前患者的解剖结构(或可用的患者的最新解剖结构)中的目标区域的轮廓。TPC还可以确定在每个射束角处要递送的放射的子剂量(其中每个射束角的组合子剂量相加，或接近但不超过规定剂量分布)。
在步骤504中，可以优化每个射束角的理想剂量分布。例如，TPC可以优化射束单元的单个注量贡献的权重，使得射束单元共同向目标区域递送尽可能接近(或更好地匹配)剩余理想剂量的3D剂量。在一些实施例中，可以使用反向剂量优化算法来优化每个射束角的理想剂量分布。例如，该算法可以在优化理想剂量分布时考虑临床约束。TPC 230可以生成多个假设的小射束(例如，笔形射束)。小射束可以是具有非常小的横截面积的直线路径，该直线路径可以具有圆锥形或圆柱形形状。可以根据基于蒙特卡罗法、塌缩锥法或任何其他合适的离散化引擎的过程来生成笔形射束。TPC 230可以使用来自离散化过程的笔形射束数据以及来自图像的患者和目标区域的解剖结构数据对笔形射束执行注量优化过程。
对于已经离散化为笔形射束的射束，可以执行注量优化。可以使用任何已知的注量优化实现方式。在一些实施例中，对于迭代过程，更快的注量优化实现方式是优选的。可以使用来自离散化过程中的笔形射束数据以及来自图像的患者和目标区域的解剖结构数据来执行注量优化。注量优化的目标是优化迭代中要递送的剩余剂量。在一些实施例中，患者和目标区域的解剖结构数据可以从当前患者的解剖结构(或可用的患者的最新解剖结构数据)中得到。因此，TPC 230可以生成在该射束角(和相应的控制点)处要递送的子剂量的分布，来自所有角度的单独的子剂量的组合基本上等于理想剂量。
在一些实施例中，可以基于由图像采集装置290获取的一个或多个图像来确定患者和目标区域的解剖结构数据。例如，图像采集装置290可以在TPC 230执行优化过程之前获取患者和目标区域的解剖结构的图像。TPC 230可以基于获取到的图像来确定患者和目标区域的解剖结构数据。在一些实施例中，由于在大多数情况下可能存在分部间移动，因此，在下一分部治疗之前，可以在成像步骤中记录一个或多个分部间移动。TPC 230可以基于获取到的图像和所记录的(一个或多个)分部间移动来确定患者和目标区域的解剖结构数据。在一些实施例中，图像采集装置290可以获取用于一个分部治疗的图像(或一组图像)，并且TPC 230可以一次确定用于分部治疗的解剖结构数据。可替代地，图像采集装置290可以获取用于一个分部治疗的多个图像。例如，图像采集装置290获取用于每个弧形治疗的图像(或更新的图像)，并且TPC 230确定用于每个弧形治疗的患者和目标区域的解剖结构数据。TPC 230还可以在确定更新的解剖结构数据之后执行注量优化过程。可替代地，图像采集装置290获取用于多个弧形治疗的图像(例如，一次获取两个弧形治疗的图像)，并且TPC 230确定解剖结构数据并以相同的频率执行注量优化。
在一些实施例中，可以基于计划剂量来确定偏差剂量(假设计划剂量将相应地递送到患者)。可替代地，TPC 230可以基于在治疗期间或治疗之后由TPC 230获得的图像信息和/或实时直线加速器参数来确定偏差剂量。例如，图像采集装置290可以捕获描绘患者的更新的解剖结构数据的图像。TPC 230可以接收图像并基于该图像确定更新的解剖结构数据。TPC 230还可以基于更新的解剖结构数据和各种直线加速器参数来确定偏差剂量。TPC230还可以执行注量优化过程，以基于偏差剂量和规定剂量生成对于多个弧形区段中的每一个要递送的子剂量的分布轮廓。例如，TPC 230可以获取描绘在分部内治疗期间以及在一定量的规定剂量已经被递送到目标区域之后患者的更新的解剖结构数据的图像(本文也称为更新的图像)。TPC 230还可以基于已经被递送到目标区域(或包括(一个或多个)目标区域和OAR的整个解剖结构)的剂量来确定偏差剂量。TPC 230可以基于偏差剂量进一步重建用于剩余治疗的剂量。在一些实施例中，TPC 230还可以基于偏差剂量执行与本申请其他地方描述的优化过程类似的注量优化过程。在一些实施例中，除了偏差剂量之外，TPC 230还可以在重建用于剩余治疗的剂量时考虑在捕获更新的图像之前在成像步骤中记录的(一次或多次)移动。在一些实施例中，TPC可以基于用于后续的(一个或多个)治疗的解剖运动(例如，经由在成像步骤中记录的(一次或多次)移动和/或更新的图像识别)来进一步配置直线加速器的递送参数。
在步骤506中，可以根据在步骤504中执行的优化过程来更新每个射束的注量图。例如，TPC 230可以根据该射束角的相应射束单元的更新后的权重来更新每个射束的注量图。
图6是用于评估要处理为控制点的区段的示例性过程的流程图。
在步骤602中，可以确定放射治疗系统200的一个或多个约束。待确定的放射治疗系统200的(一个或多个)约束可以包括台架速度(例如，最大和最小速度)、MLC速度(在两个控制点之间移动的最大速度)、每个控制点的剂量率/MU等，或其组合。例如，当可旋转台架18以预定速度从一个控制点移动到下一个控制点时，TPC 230可以对于区段利用经过的时间确定准直器组20的最大容差(例如，准直器组20的最大叶片和/或颚件距离)。可替代地或另外地，当可旋转台架18保持预定速度时，TPC 230可以利用该区段的经过时间来确定要递送的放射的MU值。在一些实施例中，可旋转台架18旋转的预定速度可以是可旋转台架18可以旋转的最大速度(例如，10转/分钟)。可替代地，TPC 230可以基于规定剂量来确定旋转速度。例如，可旋转台架18可以以比利用大量监测单元的放射治疗(例如，用于脑肿瘤的高剂量单分次立体定向放射外科手术)的最大速度更低的速度旋转。
在步骤604中，可以基于所确定的(一个或多个)约束来确定一个或多个不可递送区段。TPC 230可以确定违反所确定的(一个或多个)约束的一个或多个区段(该区段在本文中也称为不可递送区段)。例如，当可旋转台架18以预定速度(例如，以最大速度)旋转时，TPC 230可以确定准直器组20的叶片和颚件在相应的控制点处为形成期望形状而需要行进的(一段或多段)距离可能超过最大容差的区段。然后，TPC 230可以将该区段确定为不可递送区段。作为另一个示例，TPC 230可以确定当可旋转台架18保持最大速度(或者MLC达到最大速度或两者)时区段中要递送的MU值小于期望的MU。然后，TPC 230可以将该区段确定为不可递送区段。
在一些实施例中，如果不可递送区段的数量大于或等于阈值数量(或者不可递送区段与所有区段的比率大于或等于阈值比率)，则TPC 230可以更新放射治疗系统200的(一个或多个)约束，并在更新后的(一个或多个)约束下重新确定一个或多个不可递送区段。
在步骤606中，TPC 230可以确定每个所识别的(一个或多个)不可递送区段的可递送区段。例如，TPC 230可以基于两个有效区段来确定不可递送区段。在一些实施例中，这两个有效区段可以位于相邻的射束角处。可替代地，两个有效区段中的一个可以在不可递送区段的射束角之前(例如，紧接之前)，而另一个在不可递送区段的射束角之后(例如，紧接之后)。TPC 230还可以通过内插有效区段的形状来确定区段(该区段是由MLC叶片在相应角度处形成的开放区域)的形状，并将该区段指定为不可递送区段的可递送段。
在一些实施例中，TPC 230可以基于滑动窗口方法确定每个所识别的(一个或多个)不可递送区段的可递送区段，其中分割导致连接的两个有效弧的形状逐渐单向移动(例如，从左到右对于每个角度递送适当的剂量)。
在一些实施例中，当确定不可递送区段的可递送区段时，TPC 230可以考虑注量图。例如，TPC 230可以基于不可递送区段和(一个或多个)有效区段的注量图，选择在相邻角度处(紧接之前或之后)的有效区段的区段，以替换不可递送区段。换言之，一种形状可以在一个以上的台架角度(或控制点)上使用，这可以提高递送效率并降低MLC的整体调制。
在步骤608中，TPC 230可以用相应地所确定的可递送区段替换(一个或多个)不可递送区段。被替换的区段和不违反(一个或多个)约束的最初所确定的区段可以形成完全连接的可递送弧。TPC 230可以进一步将这些区段处理为本公开其他地方所述的控制点。TPC230可以进一步基于这些区段计算弧形剂量。TPC 230可以基于弧形剂量进一步更新理想剂量。
本文件中提及的所有出版物、专利和专利文献均通过引用整体并入本文，如同单独地通过引用并入。如果本文档与通过引用并入的文献之间的用法不一致，则并入的(一个或多个)参考文献中的用法应视为对本文档的补充；对于不可调和的不一致性，以本文档中的用法为准。
所公开的示例性实施例描述了在放射疗法期间使用质量指标进行目标跟踪的系统和方法。前面的描述是出于说明的目的而给出的。它不是穷举的，并且不限于所公开的精确形式或实施例。从对所公开实施例的说明书和实践的考虑，实施例的修改和改编将是显而易见的。
在本文档中，使用了术语“一(a)”或“一个(an)”，其与专利文献中常见的相同，用于包括一个或多于一个，独立于“至少一个”或“一个或多个”的任何其他情况或用法。在本文档中，术语“或”用于表示非排他性的或，使得“A或B”包括“A但不是B”、“B但不是A”以及“A和B”，除非另有指出。在本文档中，术语“包括(including)”和“其中(in which)”用作相应术语“包括(comprising)”和“其中(wherein)”的简单英语等同语来使用。此外，在以下权利要求中，术语“包括(including)”和“包括(comprising)”是开放式的，即，包括除权利要求中该术语之后所列元素之外的其他元素的设备、系统、装置、物品、组合物、制剂或处理仍然认为落入该权利要求的范围内。此外，在以下权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅仅用作标记，并不意在对其对象施加数位要求。
本文描述的方法示例可至少部分地由机器或计算机实施。一些示例可以包括编码有指令的计算机可读介质或机器可读介质，所述指令可操作以配置电子装置来执行如以上示例中所描述的方法。此类方法的实施方式可以包括软件代码，例如微码、汇编语言代码、高级语言代码等。各种程序或程序模块可以使用各种软件编程技术创建。例如，程序段或程序模块可以用或通过Java、Python、C、C++、汇编语言或任何已知的编程语言来设计。一个或多个此类软件程序段或模块可以集成到计算机系统和/或计算机可读介质中。此类软件代码可以包括用于执行各种方法的计算机可读指令。软件代码可以构成计算机程序产品或计算机程序模块的部分。此外，在一个示例中，例如在执行期间或在其他时间，软件代码可以有形地存储在一个或多个易失性、非暂时性或非易失性的有形计算机可读介质上。这些有形计算机可读介质的示例可以包括但不限于硬盘、可移动磁盘、可移动光盘(例如，压缩盘和数字视频盘)、盒式磁带、存储卡或存储棒、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)等。
此外，尽管本文描述了说明性实施例，但是范围包括具有基于本公开的等同元素、修改、省略、组合(例如，各个实施例的方面)、改编或变更的任何和所有实施例。权利要求书中的元素应基于权利要求书中使用的语言来广义地解释，而不限于本说明书中或在本申请的申请过程中描述的示例，这些示例应解释为非排他性的。此外，可以以任何方式修改所公开的方法的步骤，包括通过重新排序步骤或插入或删除步骤。因此，本说明书和实施例仅被认为是示例，真实范围和精神由所附权利要求及其等同物的全部范围来表示。
以上描述旨在是示例性的，而非限制性的。例如，上述示例(或其一个或多个方面)可彼此组合使用。可以使用其他实施例，例如由本领域普通技术人员在回顾以上描述后使用。此外，在以上详细描述中，可以将各种特征组合在一起以简化公开。这不应被解释为意在没有要求保护的公开特征对于任何权利要求是必不可少的。相反，发明主题可以在于少于特定公开实施例的所有特征。因此，以下权利要求在此作为示例或实施例并入详细描述中，每个权利要求独立作为单独的实施例，并且可以设想，这些实施例可以以各种组合或排列彼此组合。

Claims (9)

1.一种用于容积调强弧形疗法（VMAT）的放射治疗设备，所述放射治疗设备包括：
台架，其被配置为沿轨迹旋转，所述轨迹包括用于VMAT的弧，所述弧包括多个控制点；
治疗放射源，其安装在所述台架上；
多叶准直器，其包括能操作以成形由所述治疗放射源生成的治疗放射束的多个叶片；
成像装置，其被配置为捕获描绘患者的解剖结构数据的一个或多个图像；以及
控制器，其被配置为执行操作，包括：
接收描绘患者组织的目标区域的解剖结构数据的图像；
确定要递送到所述目标区域的放射疗法的放射的初始规定剂量；
将用于所述VMAT的弧离散化为多个弧形区段，所述多个弧形区段中的每个弧形区段位于所述多个控制点中的两个连续控制点之间；
执行包括至少一次迭代的迭代过程，所述迭代过程的每次迭代包括：
对于所述多个弧形区段中的每个弧形区段：
使用所述目标区域的所述解剖结构数据和目标区域数据执行注量优化过程，以基于所述初始规定剂量、更新的规定剂量或基于所述解剖结构数据确定的偏差剂量中的一个来生成对于所述多个弧形区段中的每个弧形区段要递送的子剂量的分布轮廓；
将所述子剂量分布轮廓分割为用于将所述子剂量递送到所述目标区域的多个区段；
在所述多个区段中，识别如下区段：在所述区段中，当在两个控制点之间移动时需要所述台架以最大速度旋转，或者需要一个或多个多叶准直器叶片以最大速度在两个控制点之间移动；
用更新的区段替换识别的所述区段中的每个，其中所述更新的区段不违反所述放射治疗设备的机械约束或效率约束；
基于所述更新的区段和不违反所述放射治疗设备的机械约束或效率约束的所选区段来确定弧形剂量；
沿所述弧用所确定的弧形剂量将放射递送到所述目标区域；以及
从所述规定剂量中减去所确定的弧形剂量以生成更新的规定剂量；
确定是否满足终止所述迭代过程的条件；以及
基于满足终止所述迭代过程的条件的确定结果来终止所述迭代过程。
2.根据权利要求1所述的放射治疗设备，其中所述终止所述迭代过程的条件是以下之一：所执行的迭代过程的迭代次数等于或超过阈值数；或者所述更新的规定剂量等于或小于阈值剂量。
3.根据权利要求1所述的放射治疗设备，其中所述控制器被配置为基于所述满足终止所述迭代过程的条件的确定结果来终止治疗。
4.根据权利要求1所述的放射治疗设备，其中所述成像装置进一步被配置为捕获描绘所述患者的更新的解剖结构数据的图像，所述迭代过程的至少一次迭代进一步包括：
从所述成像装置接收描绘所述目标区域的更新的解剖结构数据的图像；以及
使用所述目标区域的所述更新的解剖结构数据和所述目标区域数据执行所述注量优化过程，以根据基于所述更新的解剖结构数据确定的偏差剂量生成所述多个弧形区段中的每个弧形区段中要递送的子剂量的分布轮廓。
5.根据权利要求1所述的放射治疗设备，其中所述成像装置进一步被配置为捕获描绘所述患者的更新的解剖结构数据的图像，所述迭代过程的至少一次迭代进一步包括：
从所述成像装置接收描绘所述目标区域的更新的解剖结构数据的图像；
基于所述更新的解剖结构数据确定偏差剂量；以及
基于所确定的偏差剂量确定对于所述多个弧形区段中的每个弧形区段要递送的子剂量的分布轮廓。
6.根据权利要求5所述的放射治疗设备，其中所述控制器进一步被配置为执行操作，包括：
基于所述更新的解剖结构数据调整用于递送放射的所述放射治疗设备的参数，其中，执行所述迭代过程至少部分地基于调整后的参数。
7.根据权利要求6所述的放射治疗设备，其中基于所述更新的解剖结构数据调整用于递送放射的所述放射治疗设备的所述参数，包括：
基于所述更新的解剖结构数据确定用于递送放射的所述放射治疗设备的日志文件，其中执行所述迭代过程至少部分地基于所确定的日志文件。
8.根据权利要求1所述的放射治疗设备，其中所述成像装置包括磁共振成像（MRI）装置、锥形束计算机断层摄影（CBCT）扫描仪、超声装置或电子射野成像装置（EPID）中的一种。
9.一种有形的非暂时性计算机可读存储器装置，其存储一组指令，当由至少一个处理器执行时，所述一组指令使所述至少一个处理器执行操作，包括：
接收描绘患者组织的目标区域的解剖结构数据的图像；
确定要递送到所述目标区域的放射疗法的放射的初始规定剂量；
将用于VMAT的弧离散化为多个弧形区段，所述多个弧形区段中的每个弧形区段位于多个控制点中的两个连续控制点之间；
执行包括至少一次迭代的迭代过程，所述迭代过程的每次迭代包括：
对于所述多个弧形区段中的每个弧形区段：
使用所述目标区域的所述解剖结构数据和目标区域数据执行注量优化过程，以基于所述初始规定剂量、更新的规定剂量或基于所述解剖结构数据确定的偏差剂量中的一个来生成对于所述多个弧形区段中的每个弧形区段要递送的子剂量的分布轮廓；
将所述子剂量分布轮廓分割成为用于将所述子剂量递送到所述目标区域的多个区段；
在所述多个区段中，识别如下区段：在所述区段中，当在两个控制点之间移动时需要台架以最大速度旋转，或者需要一个或多个多叶准直器叶片以最大速度在两个控制点之间移动；
用更新的区段替换识别的所述区段中的每个，其中所述更新的区段不违反放射治疗设备的机械约束或效率约束；
基于所述更新的区段和不违反所述放射治疗设备的机械约束或效率约束的所选区段来确定弧形剂量；
沿所述弧用所确定的弧形剂量将放射递送到所述目标区域；以及
从所述规定剂量中减去所确定的弧形剂量以生成更新的规定剂量；
确定是否满足终止所述迭代过程的条件；以及
基于满足终止所述迭代过程的条件的确定结果来终止所述迭代过程。
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