CN115551589A - 用于利用质子能量和空间优化的质子疗法治疗计划的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例公开了用于质子疗法计划的方法和系统，其包括使用优化算法来离散化层和斑点的质子能量和斑点优化，以生成具有相对平滑的剂量分布的层能量和斑点的最佳分布。本文公开的治疗计划算法可以自由地选择(502)斑点的数目和斑点的能量水平。以此方式，每个斑点可以被视为其自己的层，并且不受其它斑点/层的要求的约束。此后，可以根据能量水平/深度在列表中对由算法定义的斑点进行排序(503)，并且可以根据强度和位置将斑点分组(504)为块。可基于对应的斑点(诸如与块相关联的所有斑点的平均值)为块分配能量水平。然后将这些块用作由质子疗法处理系统施加的能量层。

Description

用于利用质子能量和空间优化的质子疗法治疗计划的系统和 方法

技术领域

本发明的实施例总体上涉及放射疗法治疗领域和放射治疗系统。更具体地，本发明的实施例涉及用于质子疗法治疗计划的系统和方法。

背景技术

利用质子或其它离子的粒子疗法是一种类型的放射疗法，其使用外部射束以向肿瘤提供靶向电离辐射。质子或其它带正电的离子被送到加速器以使粒子的能量达到预定值。然后质子或其它离子移动通过射束传输系统，其中根据需要使用磁体来对质子束或其它离子束来进行整形、聚焦和/或引导。

标准的放射治疗系统沿着到目标肿瘤的射束路径将能量沉积在“斑点”中。然而，能量的到达也延伸超过目标肿瘤，并且可以将辐射递送到肿瘤部位周围的健康组织。这种过量的辐射可能损伤目标区域附近的正常组织或器官。此外，特定能量的选择和斑点的数目仅基于患者几何形状和硬件约束来决定。实现用于治疗的剂量测定标准的后续优化传统上仅在斑点强度上执行，这可能生成小于最佳的结果。应当理解，这里使用的术语“斑点强度”是监视单元计数的同义词，例如。强度是与由治疗机器递送的每个斑点的质子数成正比的相对量。

放射治疗计划可以根据针对目标体积和危险器官的给定剂量体积目标以及根据使用商业上可获得的治疗计划系统的计划鲁棒性来优化。使用射束特性和机器特定剂量校准来计算剂量分布。然而，机器或系统限制可能导致将目标剂量分布转化为可能生成不可接受的治疗计划的机器/治疗递送系统参数。另外，所生成的治疗计划可能不使用完整的系统/机器能力来以最有效和最可靠的方式利用系统。治疗计划可以针对效率进行优化，并且可以采用多方向优化所需的若干复杂相关计划参数(例如，能量层距离，斑点尺寸或斑点间距)的试错(trial-and-error)修改。即使优化的治疗计划最终通过针对计划质量和治疗递送时间的标准，手动试错过程也是耗时的，并且可能不能够实现最佳的递送效率。

更具体地，使用现有技术的粒子疗法计划被以离散化的预定增量递送剂量所约束。例如，为了将剂量递送到3D体积，需要多个离散化的射束能量，并且此外，具有能量的剂量必须以离散化的斑点被递送。传统上，离散化包括特定能量的选择，斑点的数目及其位置的离散化方案是基于患者几何形状和硬件约束来决定的，并且治疗计划优化由这些约束限制。相反，实现用于治疗的剂量测定标准的后续优化传统上仅在斑点强度上执行。因为对于每个斑点的强度都有一个下限，所以用于递送剂量的层将只包括相对少量的斑点。这通常不利地导致不均匀的剂量分布，这在临床上被认为是次优的。

因为层能量是由现有的治疗计划解决方案预先确定的，所以优化算法不能解决这些约束。因此，需要一种粒子疗法治疗的方法，其在没有现有约束的情况下使用优化算法来离散化层和斑点，这生成具有更平滑(例如，更均匀)剂量分布的层能量和斑点的最佳分布，并且可以有利地生成更少的层和可能更少的斑点，从而减少治疗患者所花费的时间。因此，需要一种解决这些问题的粒子疗法治疗方法。

发明内容

更具体地，所需要的是一种粒子疗法治疗的方法，该方法在没有现有约束的情况下使用优化算法来离散化层和斑点，生成具有更平滑(例如，更均匀)的剂量分布的层能量和斑点的最佳分布，并且可以有利地生成更少的层和可能更少的斑点，从而减少治疗患者所需的时间。因此，本文公开了用于包括质子能量和斑点优化的质子治疗计划的方法和系统，该质子能量和斑点优化使用优化算法来离散化层和斑点以生成具有相对平滑的剂量分布的层能量和斑点的最佳分布。因此，本发明的实施例可以生成更少的层和可能更少的斑点，从而有利地减少了治疗患者所需的时间。

根据一个实施例，公开了一种用于质子疗法治疗的系统。该系统包括：龙门架，其包括发射可控质子束的喷嘴；质子疗法治疗系统，其根据治疗计划控制龙门架；以及治疗计划系统，其包括存储器；以及处理器，其可操作以执行用于生成治疗计划的方法。该方法包括接收治疗计划参数，根据治疗计划参数确定斑点的数目和斑点的能量水平，根据能量水平计算斑点的强度，根据斑点的位置和斑点的强度将斑点离散化成多个块，其中治疗计划包括这些块，并且其中这些块表示由龙门架施加的能量层，以及输出治疗计划。

根据一些实施例，该方法包括根据治疗计划使用龙门架治疗患者。

根据一些实施例，将斑点离散化成多个块被迭代地执行，直到实现临床目标。

根据一些实施例，该方法包括确定用于执行质子疗法治疗的多个角度，并且其中确定多个斑点和斑点的能量水平还基于多个角度。

根据一些实施例，该方法包括接收层的数目作为用户输入，其中确定斑点的数目和斑点的能量水平还基于层的数目。

根据一些实施例，该方法包括在离散化斑点之前根据深度对斑点进行排序。

根据一些实施例，该方法包括在离散化斑点之前根据能量水平对斑点进行排序。

根据一些实施例，能量层具有固定宽度。

根据一些实施例，该方法包括具有固定强度的能量层。

根据另一实施例，公开了一种用于质子疗法治疗的方法。该方法包括接收治疗计划参数，根据治疗计划参数确定斑点的数目和斑点的能量水平，基于相应斑点的深度排序斑点，根据能量水平计算斑点的强度，根据斑点的位置和斑点的强度将斑点离散化成多个块，其中每个块表示由龙门架施加的能量层，以及输出治疗计划，其中治疗计划包括块。

根据不同的实施例，一种其中嵌入有程序指令的非暂态计算机可读存储介质，当程序指令由设备的一个或多个处理器执行时，使设备执行用于质子疗法治疗的方法。该方法包括接收治疗计划参数，根据治疗计划参数确定斑点的数目和斑点的能量水平，基于相应斑点的深度排序斑点，根据能量水平计算斑点的强度，根据斑点的位置和斑点的强度将斑点离散化成多个块，其中每个块表示由龙门架施加的能量层，以及输出治疗计划，其中治疗计划包括块。

附图说明

并入在本说明书中并形成其一部分的附图示出了本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理：

图1示出了可在其上实现本文所述实施例的计算系统的示例的框图。

图2是示出可在其上实现根据本发明的实施例的放射治疗系统的所选部件的框图。

图3示出了依照根据本发明的实施例的放射治疗系统的元件。

图4是示出根据本发明的实施例中用于创建优化的质子疗法治疗计划的过程中的部件的框图。

图5是描绘根据本发明的实施例的用于自动创建优化的质子疗法治疗计划的示例性顺序步骤的流程图。

图6是具有预定能量层的示例性质子疗法治疗计划的示图。

图7是根据使用每层具有固定强度的定制能量层的斑点分布来优化的示例性质子疗法治疗计划的示图。

具体实施方式

现在将详细参考几个实施例。虽然将结合备选实施例来描述本主题，但是应当理解，它们并不旨在将所要求保护的主题限制于这些实施例。相反，所要求保护的主题旨在覆盖可包括在由所附权利要求限定的所要求保护的主题的精神和范围内的备选、修改和等同物。

此外，在以下详细描述中，阐述了许多具体细节以便提供对所要求保护的主题的透彻理解。然而，本领域技术人员将认识到，可以在没有这些具体细节或其等同物的情况下实践实施例。在其它情况下，没有详细描述公知的方法、过程、部件和电路，以免不必要地模糊本主题的各个方面和特征。

以下详细描述的部分是根据方法来呈现和讨论的。尽管在本文描述该方法的操作的图中公开了其步骤和顺序，但是这些步骤和顺序是示例性的。实施例非常适合于以不同于本文所描绘和描述的顺序来执行本文附图的流程图(例如，图5)中所列举的各种其它步骤或步骤的变型。

详细说明的一些部分是根据过程、步骤、逻辑块、处理和可在计算机存储器上执行的对数据位的操作的其它符号表示来呈现。这些描述和表示是数据处理领域的技术人员用来最有效地将他们工作的实质传达给本领域的其他技术人员的手段。过程，计算机执行的步骤、逻辑块、处理等在这里通常被认为是导致期望结果的步骤或指令的自卡序列。这些步骤是需要物理量的物理操纵的步骤。通常，尽管不是必要的，这些量采取能够在计算机系统中被存储，传送，组合，比较和以其它方式操纵的电或磁信号的形式。已经证明，主要出于通用的原因，将这些信号称为位、值、元素、符号、字符、项、数字等有时是方便的。

然而，应当记住，所有这些和类似的术语将与适当的物理量相关联，并且仅仅是应用于这些量的方便标记。除非特别声明，否则如从以下讨论中显而易见的，应当理解，利用诸如“生成”、“写入”、“包括”、“存储”、“传输”、“遍历”、“关联”、“标识”、“优化”等术语的通篇讨论是指计算机系统或类似电子计算设备的动作和过程，其操纵并将计算机系统的寄存器和存储器中表示为物理(电子)量的数据转换为计算机系统存储器或寄存器或其他此类信息存储、传输或显示设备中类似地表示为物理量的其他数据。

一些实施例可在诸如程序模块等由一个或多个计算机或其它设备执行的计算机可执行指令的一般上下文中被描述。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程，程序，对象，部件，数据结构等。通常，程序模块的功能可以在各个实施例中按需组合或分布。

用于质子疗法治疗的能量和斑点优化

呈现以下描述以使本领域技术人员能够制造和使用本发明的实施例；本发明的实施例被呈现在特定应用及其要求的上下文中。本领域的技术人员将容易明白对所公开的实施例的各种修改，并且本文中限定的一般原理可以在不脱离本公开的精神和范围的情况下应用于其它实施例和应用。因此，本发明不限于所示的实施例，而是符合与本文公开的原理和特征一致的最宽范围。

本文描述了用于包括质子能量和斑点优化的质子疗法计划的方法和系统，其使用优化过程离散化层和斑点。优化过程生成具有相对平滑的剂量分布的层能量和斑点的最佳分布，并且可以自由选择斑点的数目和斑点的能量水平。以此方式，每个斑点可以被视为其自己的层，并且没有被其它斑点/层的要求约束。此后，可以根据能量水平/深度将由该过程定义的斑点排序到列表中，并且可以将斑点分组为块。例如，可以使用与块相关联的所有斑点的平均值，基于对应的斑点向块分配能量水平。然后使用这些块来定义由质子疗法治疗系统施加的能量水平。

因此，本发明的实施例可以生成更少的层和可能地更少的斑点，从而有利地减少了治疗患者所需的时间。本文描述的优化过程，例如算法，可以在不同的层之间分割单个斑点，以避免生成低于可由治疗系统递送的最小能量阈值的斑点。可以将斑点分成层，使得这些层接收基本上相等的强度。例如，可以将这些斑点分成层，使得每个层接收由质子疗法治疗系统递送的基本上相等数目的质子。通常，使用较少层优化的治疗计划导致更快的递送时间。另一方面，本发明的实施例还可以通过使用更多的斑点和/或层以更好地适合目标体积来针对准确性优化质子治疗计划。斑点可以以固定间隔(例如，3mm间隔)分布或基于诸如射束能量和/或射束范围的变化而分布。在所有情况下，一般原理认为层的强度是给定层上所有斑点的强度之和。

图1示出了可在其上实现本文所述的实施例的计算系统100的示例的框图。在基本配置中，系统100包括至少一个处理单元102和存储器104。该最基本的配置在图1中由虚线106示出。系统100还可以具有附加的特征和/或功能。例如，系统100还可以包括附加存储装置(可移除和/或不可移除)，包括但不限于磁盘或光盘或磁带。这种附加存储在图1中由可移除存储装置108和不可移除存储装置120示出。系统100还可以包含通信连接122，其允许设备与其它设备通信，例如在使用到一个或多个远程计算机的逻辑连接的网络化环境中。

图1的系统100还包括输入设备124(诸如键盘、鼠标、笔、语音输入设备、触摸输入设备)。还包括输出设备126(诸如显示设备、扬声器、打印机)。

在图1的示例中，存储器104包括计算机可读指令、数据结构、程序模块等。取决于如何使用系统100，系统100通过执行适当的指令等，可用于实现所使用的计划系统，该计划系统使用优化算法(包括计算机可读指令)离散化层和斑点以生成具有相对平滑的剂量分布的层能量和斑点的最佳分布。由CPU 102执行的治疗计划算法可以自由地选择斑点的数目和斑点的能量水平，使得每个斑点可以被视为不受其它斑点/层的要求约束的自己的层。此后，可以使用CPU 102根据能量水平/深度将由算法定义的斑点在列表中排序，并且可以将斑点分组为块。可以基于对应的斑点，例如，使用与该块相关联的所有斑点的平均值来为这些块分配能量水平。更一般地，系统100可用于生成和/或优化根据本发明的质子疗法治疗计划。

图2是示出可在其上实现根据本发明的实施例的放射治疗系统200的所选部件的框图。在图2的示例中，系统200包括生成和/或加速射束201的加速器和射束传输系统204。根据本发明的实施例可以生成和递送各种类型的射束，包括例如质子束、电子束、中子束、光子束、离子束或原子核束(例如，使用诸如碳、氦或锂的元素)等。加速器和射束传输系统204的操作和参数被控制，使得射束的强度、能量、尺寸和/或形状在患者的治疗期间根据如上所述由系统100生成的优化放射治疗计划而被动态地调制或控制。

最近的放射生物学研究已经证明了在单一的短时间段内向靶递送完整的、相对高的治疗放射剂量的有效性。这种类型的治疗在本文中通常被称为FLASH放射疗法(FLASHRT)。迄今为止的证据表明，当组织仅暴露于单次照射仅非常短的时间段时，FLASH RT有利地使正常健康组织免受损伤。对于FLASH RT，加速器和射束传输系统204可以生成射束，该射束可以在小于一秒内递送至少四(4)戈瑞(Gy)，并且可以在小于一秒内递送多达20Gy或50Gy或更多。控制系统210可以执行FLASH RT的治疗计划，并且该计划可以由执行根据本发明的实施例的优化算法的系统100生成或优化。

喷嘴206用于将射束对准位于治疗室中的患者支撑装置208(例如，椅子、躺椅或桌子)上支撑的患者内的各个位置(目标)。例如，目标可以是器官、器官的一部分(例如，器官内的体积或区域)、肿瘤、患病组织或患者轮廓。

喷嘴206可以安装在龙门架(图3)上或者可以是龙门架的一部分，龙门架可以相对于患者支撑装置208移动，患者支撑装置208也可以是可移动的。在实施例中，加速器和射束传输系统204也安装在龙门架结构上，或者是龙门架结构的一部分；在另一实施例中，加速器和射束传输系统与龙门架结构分离(但与其连通)。

图2的控制系统210接收并实施根据本发明实施例生成和/或优化的规定治疗计划。在实施例中，控制系统210包括计算系统，该计算系统具有处理器、存储器、输入设备(例如，键盘)，并且可能可选地具有显示器；图1的系统100是用于控制系统210的这种平台的示例。控制系统210可以接收关于系统200的操作的数据。控制系统210可以根据控制系统210接收的数据和根据放射治疗计划来控制加速器和射束传输系统204、喷嘴206和患者支撑装置208的参数，包括诸如射束的能量、强度、尺寸和/或形状，喷嘴的方向以及患者支撑装置(和患者)相对于喷嘴的位置的参数。

图3图示了根据本发明的实施例中用于治疗患者304的放射治疗系统300的元件。系统300是例如图2的放射治疗系统200的实施方式的示例。在实施例中，龙门架302和喷嘴306可以沿着患者304的长度和/或围绕患者上下移动，并且龙门架和喷嘴可以彼此独立地移动。虽然在图3的示例中患者304是仰卧的，但是本发明并不限于这种取向。例如，患者304可改为坐在椅子上或站立。龙门架302可以由使用根据本发明实施例生成的优化治疗计划的治疗系统控制。

关于图4，根据本发明的实施例描述了用于成像和治疗患者304的示例性质子治疗系统400。在图4的示例中，使用图像系统402对患者304进行成像，该图像系统402使用例如x射线、磁共振成像(MRI)和计算机断层摄影(CT)。例如，当使用CT或MRI成像时，从3D体积获取一系列二维(2D)图像。每个2D图像是3D体积的截面“切片”的图像。所得到的2D截面切片的集合可以被组合以创建患者解剖结构(例如，内部器官)的3D模型或重建。3D模型将包含感兴趣的器官，其在本文中可以被称为感兴趣的结构。这些感兴趣的器官包括放射治疗靶向的器官(靶)，以及在治疗期间可能处于辐射暴露风险的其他器官。根据一些实施例，成像过程是与治疗计划过程分离的过程，并且治疗计划过程可以包括例如从先前的成像阶段接收成像数据。

3D模型的一个目的是放射治疗计划的准备。为了开发患者特定的放射治疗计划，从3D模型中提取信息以确定参数，诸如器官形状、器官体积、肿瘤形状、器官中的肿瘤位置，以及与受影响的器官和任何肿瘤相关的若干其它感兴趣结构的位置或取向。例如，放射治疗计划可以指定使用多少个放射射束以及将从哪个角度递送每个射束。

在根据本发明的实施例中，来自图像系统402的图像被输入到计划系统404。在实施例中，计划系统404包括具有处理器、存储器、输入设备(例如，键盘)和显示器的计算系统。图1的系统100是计划系统404的平台的示例。

继续参考图4，计划系统404执行能够产生用于治疗患者304的优化的治疗计划的软件。治疗计划系统404可以接收由图像系统402生成的图像数据，以确定关于患者解剖结构的约束以及治疗计划参数(诸如，其他患者相关的数据和机器参数)。将治疗计划参数离散化成具有限定能量水平的斑点，并根据它们的深度/能量水平对这些斑点进行排序。计划系统404可以根据确定具有相对平滑的剂量分布的层的最佳分布的优化算法来优化治疗计划。可以根据各种规定的结果优化治疗计划。例如，治疗计划可以被优化以使用更少的层，导致更快的递送时间，或者可以通过使用更多的层以符合目标体积来针对准确性或3D剂量均匀性进行优化。例如，计划系统404还可以接收用户输入，其定义在优化计划408中使用的层数。

根据本发明的实施例，治疗计划系统404根据本文描述的迭代优化算法406来输出优化计划408。可以以固定间隔(例如，3mm间距)或基于诸如射束能量和/或射束范围的变化来分布斑点，并且将斑点添加到根据斑点的能量水平或深度来排序的斑点列表中。基于斑点的能量水平和/或斑点的深度/位置，为斑点分配强度，其中层的强度是层的所有斑点的强度之和。然后根据能量和强度将斑点离散化成块，其中每个块代表不同的层。将斑点离散化成块可以是迭代过程，该过程被重复执行直到实现临床目标或优化目标。然后使用优化计划408来配置治疗系统300，用于例如使用龙门架302对患者304执行质子疗法治疗。

关于图5，根据本发明的实施例描绘了用于自动生成质子疗法治疗计划的计算机实现的步骤的示例性序列。在步骤501，治疗计划接收治疗计划参数，并且这些参数可以包括患者解剖结构数据和机器参数。在步骤502，治疗计划参数被离散化为具有限定的能量水平的斑点。此时，每个斑点可以具有单独的能量水平。在步骤503，将斑点添加到斑点列表中，并且根据斑点的能量水平或深度对列表进行排序。在步骤504，执行优化算法以产生具有相对平滑的剂量分布的层能量和斑点的最佳分布。可以以固定间隔(例如，3mm间距)或基于诸如射束能量和/或射束范围的变化来分布斑点，并且具体地，分布可以基于斑点的能量水平和/或斑点的深度/位置，斑点被分配强度，其中层的强度是层的所有斑点的强度之和。然后根据能量，强度和斑点的位置将斑点离散化成块，并且每个块表示由质子疗法系统施加的不同能量层。将斑点离散化成块可以是迭代过程，该过程被重复执行直到实现临床目标或优化目标。

在步骤505，输出优化的治疗计划，例如，作为计算机可读数据文件。数据文件可以被存储在存储器中，并且由质子疗法治疗系统使用，以例如使用龙门架根据治疗计划来发射可控的质子束。

根据一些实施例，优化算法还确定用于临床目标或优化目标的最佳射束角度，并且根据射束角度生成和离散化斑点。

关于图6，描绘了应用于由正常组织601围绕的目标体积602(例如，肿瘤或器官)的用于质子疗法治疗的示例性质子疗法治疗计划600。基于目标体积602和有风险的器官(例如，正常组织601)的剂量体积目标和机器参数，使用有限优化来生成治疗计划。根据质子束604的射束特性的约束和机器特定的剂量校准来计算剂量分布。然而，图6所示的治疗计划可能不使用完整的系统/机器能力来以最有效和可靠的方式利用系统。此外，由于未考虑的组合计划参数的机器特定能力限制，在机器处应用治疗计划600可能失败或不能实现治疗计划期间由计划目标要求的最佳递送效率。

如图6所示，治疗计划受到约束，因为它被限制于固定的能量层，用于离散化由质子束604生成的斑点，以治疗目标体积602。基于对患者解剖结构和治疗设备特性的有限考虑来定义预定义的层的能量水平，并且基于这些特性由射束604施加使用层603的扫描图案。此外，使用该方法，目标602的最深层接收最高强度，而更靠近表面的层接收显著更低的强度，使得针对表面层进行优化变得困难。

此外，使用图6所示的方法，可以将不小于一定的最小强度施加到单个斑点。因此，在优化之后，如果斑点的强度小于最小强度，则必须从计划中移除斑点以生成可由机器递送的计划。如果能量层的所有斑点都低于最小强度，则可能需要移除整个层。斑点/层的简单移除可以改变治疗计划，使得剂量分布不再是最佳的。此外，在计划阶段期间未能从治疗计划中移除这些斑点或层会导致治疗失败，在这种情况下，在移除层之后必须停止和重新开始治疗。更有效的方法涉及定制层数并根据需要定位它们以实现临床目的，如下图7和8所示。

关于图7，描绘了应用于由正常组织701围绕的靶体积702(例如，肿瘤或器官)的用于质子疗法治疗的示例性优化质子疗法治疗计划700。治疗计划700最初被离散化为多个层，好像存在无限数目的层一样，并且迭代优化过程使用这些层来分布斑点以实现治疗计划700的临床目标，并且确保该计划实际上可由治疗设备(例如，龙门架302)来递送。根据一些实施例，接收输入层数作为用户输入(例如)。然后，优化算法将斑点置于按范围/能量水平排序的列表中，并计算针对每个斑点的强度(例如，基于能量水平/深度)，以确定层的最终的(例如，最佳)分布，以实现使用质子束704的治疗计划700的临床目标。如图7所示，治疗计划700包括6层703，每一层应用治疗计划700的总强度(质子数)的1/6。以此方式，层的强度是固定的，层的间距是不受约束的。使用相等层强度的原理在层之间分割斑点避免生成低于处理系统可递送的最小强度的斑点和层。注意，这里相等层强度的原理仅作为示例使用，并且可以使用其它原理来将斑点分布到能量层中。例如，可以设计任意的能量相关函数来不均匀地分布能量层的强度。通常，使用较少层优化的治疗计划导致更快的递送时间。此外，针对准确性优化治疗计划倾向于使用更多层来更好地适合目标体积。可以使用质子束704以固定间隔(例如，3mm间距)分布斑点，或者可以基于诸如射束能量和/或射束范围的变化来分布斑点。在任一情况下，层的强度是给定层上所有斑点的强度之和。

根据一些实施例，层的分布和/或其能量水平由用户手动定义。用户定义的能量水平可以包括具有强度等于0的层，使得在某些能量下没有质子被递送，并且这些层可以在优化过程之后由治疗计划系统自动移除。例如，这些层可以由用户以固定距离或定制距离来定义。

由此描述了本发明的实施例。虽然已经在特定实施例中描述了本发明，但是应当理解，本发明不应当被解释为受这些实施例的限制，而是根据所附权利要求来解释。

Claims (20)

1.一种质子疗法治疗的系统，包括：

龙门架，包括被配置为发射可控质子束的喷嘴；

质子疗法治疗系统，能够操作以根据治疗计划自动控制所述龙门架；以及

治疗计划系统，所述治疗计划系统包括：

存储器；以及

处理器，能够操作以执行生成所述治疗计划的方法，所述方法包括：

接收治疗计划参数；

根据所述治疗计划参数确定斑点的数目和所述斑点的能量水平；

根据所述能量水平计算所述斑点的强度；

根据所述斑点的位置和所述斑点的强度将所述斑点离散化成多个块，其中所述治疗计划包括所述多个块，并且其中所述块表示由所述可控质子束施加的能量层；以及

输出所述治疗计划。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述方法还包括根据所述治疗计划使用所述龙门架来治疗患者。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述将所述斑点离散化成多个块被迭代地执行，直到实现临床目标。

4.根据权利要求1、2或3所述的系统，其中所述方法还包括确定用于执行质子疗法治疗的多个角度，并且其中所述确定斑点的数目和所述斑点的能量水平还基于所述多个角度。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其中所述方法还包括接收多个层作为用户输入，其中所述确定多个斑点和所述斑点的能量水平还基于所述多个层。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其中所述方法还包括在离散化所述斑点之前根据深度对所述斑点进行排序。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的系统，其中所述方法还包括在离散化所述斑点之前根据能量水平对所述斑点进行排序。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的系统，其中所述能量层包括固定间距。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的系统，其中所述能量层具有固定的总强度。

10.一种质子疗法治疗计划的方法，所述方法包括：

接收治疗计划参数；

根据所述治疗计划参数确定斑点的数目和所述斑点的能量水平；

基于相应斑点的深度对所述斑点进行排序；

根据所述能量水平计算所述斑点的强度；

根据所述斑点的位置和所述斑点的强度将所述斑点离散化成多个块；以及

输出治疗计划，其中所述治疗计划包括所述多个块，并且其中所述块表示由可控质子束施加的能量层。

11.根据权利要求10所述的方法，还包括根据所述治疗计划控制龙门架结构以对患者执行粒子疗法。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其中所述将所述斑点离散化成多个块被迭代地执行，直到实现临床目标。

13.根据权利要求10、11或12所述的方法，还包括确定用于执行质子疗法治疗的多个角度，并且其中所述确定斑点的数目和所述斑点的能量水平还基于所述多个角度。

14.根据权利要求10至13中任一项所述的方法，还包括接收多个层作为用户输入，其中所述确定多个斑点和所述斑点的能量水平还基于所述多个层。

15.根据权利要求10至14中任一项所述的方法，其中所述能量层包括固定间距。

16.根据权利要求10至15中任一项所述的方法，其中所述能量层包括固定的总强度。

17.一种其中嵌入有程序指令的非暂态计算机可读存储介质，所述程序指令在由设备的一个或多个处理器执行时，使所述设备执行质子疗法治疗计划的方法，所述方法包括：

接收治疗计划参数；

根据所述治疗计划参数确定斑点的数目和所述斑点的能量水平；

基于相应斑点的深度对所述斑点进行排序；

根据斑点的相关能量水平计算所述斑点的强度；

根据所述斑点的位置和所述斑点的强度将所述斑点离散化成多个块，其中所述块表示在质子疗法治疗期间施加的能量层；以及

输出治疗计划，其中所述治疗计划包括所述多个块，并且其中所述块表示由可控质子束施加的能量层。

18.根据权利要求17所述的非暂态计算机可读存储介质，其中所述方法还包括根据所述治疗计划自动控制龙门架结构以对患者执行粒子疗法。

19.根据权利要求17或18所述的非暂态计算机可读存储介质，其中所述将所述斑点离散化成多个块被迭代地执行，直到实现临床目标。

20.根据权利要求17、18或19所述的非暂态计算机可读存储介质，其中所述方法还包括确定用于执行质子疗法治疗的多个角度，并且其中所述确定斑点的数目和所述斑点的能量水平还基于所述多个角度。

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