CN116271564A - 检测和响应于放射治疗计划点权重编辑的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本公开的各种实施例涉及一种用以检测和响应于放射治疗计划点权重编辑的方法和装置。优化针对特定患者的放射治疗计划，该计划提供对应的合成放射剂量信息。通过一种方法，这类优化可包括计算对应的影响矩阵。在检测到对与放射治疗计划相对应的至少一个点权重的至少一个手动编辑时，这些教导可根据对应的影响矩阵至少近乎实时地响应性地生成新的放射剂量信息。

Description

检测和响应于放射治疗计划点权重编辑的方法和装置

技术领域

这些教导总体上涉及根据基于能量的治疗计划利用能量治疗患者的计划目标体积，更具体而言，涉及响应于放射剂量信息的修改。

背景技术

使用能量来治疗医学病况包含现有技术的已知领域。例如，放射疗法包含用于减少或消除不想要的肿瘤的许多治疗计划的重要组成部分。不幸的是，所施加的能量不能固有地区分不需要的物质和相邻的组织、器官等，而这些组织、器官等对于患者的持续生存是需要的或者甚至是至关重要的。作为结果，经常以谨慎管理的方式施加能量(诸如放射)，以至少试图将能量限制到给定的目标体积。所谓的基于能量的治疗计划通常在前述方面起作用。

基于能量的治疗计划，诸如放射治疗计划，典型地包含在多个连续场中的每一个连续场期间的各种治疗平台参数的指定值。放射治疗期的治疗计划通常通过所谓的优化过程生成。如本文所使用，“优化”将被理解为是指改善候选治疗计划，而不必确保优化的结果实际上是单一的最佳解决方案。这类优化通常包括自动调整一个或多个治疗参数(通常同时观察这些方面的一个或多个对应的限制)，并且数学地计算可能的对应治疗结果以标识给定的一组治疗参数，该一组治疗参数表示期望的治疗性结果和避免不期望的副作用之间的良好折衷。

不幸的是，现有的优化技术不一定解决所有潜在患者在所有潜在应用设置中的所有潜在需求。作为这些方面的一个示例，调制质子扫描典型地需要优化所谓的点位置和点权重，以便获得最佳的剂量和剂量率。然而，点位置和权重的自动优化并不总是产生令人满意的结果。

有可能在优化后手动编辑点权重，以改善有问题区域的预期结果(或者另选地，可以继续使用优化算法来添加或改变优化标准，以寻求更好的结果)。然而，在这些方面的现有技术方法需要重新计算剂量，从而观察和评估这类修改的结果。此外，可能需要多次进行这类重新计算，以便测试/评估对计划可能进行的不同调整。这些方法可能需要相当长的时间，有时需要几个小时。这种时间消耗对患者和(一个或多个)技术人员/(一个或多个)医师来说至少均是不方便的，作为结果，可简单地确定一个不完全合适的计划。

附图说明

通过提供以下详细说明中所描述的检测和响应于放射治疗计划点权重编辑的方法和装置，尤其是结合附图进行研究时，至少部分地满足了上述需求，在附图中：

图1包含根据这些教导的各种实施例配置的框图；

图2包含根据这些教导的各种实施例配置的流程图；

图3包含根据这些教导的各种实施例配置的说明性屏幕截图；

图4包含根据这些教导的各种实施例配置的说明性屏幕截图；

图5包含根据这些教导的各种实施例配置的说明性屏幕截图；

图6包含根据这些教导的各种实施例配置的说明性屏幕截图；

图7包含根据这些教导的各种实施例配置的说明性屏幕截图；以及

图8包含根据这些教导的各种实施例配置的示意图。

图中的元件是为简单和清楚起见而图示的，并且不一定是按比例绘制的。例如，图中的一些元件的尺寸和/或相对位置可以相对于其他元件被夸大，以帮助提高对本教导的各种实施例的理解。此外，通常没有描绘在商业上可行的实施例中有用或必要的常见但公知的元件，以便于对本教导的这些不同实施例的较少遮挡的视图。某些动作和/或步骤可按特定的发生顺序来描述或描绘，而本领域的技术人员将会理解，实际上并不需要关于序列的这类特异性。本文所使用的术语和表达具有与上述技术领域的技术人员给出的术语和表达一致的普通技术含义，除非本文另外给出了不同的具体含义。除非特别指示，否则本文所使用的词语“或”应被解释为具有分离构造而不是连接结构。

具体实施方式

一般而言，这些不同的实施例有助于优化患者治疗计划，以向特定患者施用治疗性能量，诸如质子束。

通过一种方法，这些教导优化针对特定患者的放射治疗计划，并且提供对应的合成放射剂量信息。通过一种方法，这类优化可包括计算对应的影响矩阵。在检测到对与放射治疗计划相对应的至少一个点权重的至少一个手动编辑时，这些教导可以根据对应的影响矩阵至少近乎实时地响应性地生成新的放射剂量信息。

这些教导将适用于检测这类手动编辑的各种方法。例如，通过一种方法，当用户选择包括多个点的区域(例如使用光标)时，可以经由用户接口检测手动编辑。通过另一种方法，并且作为另一个示例，当用户选择单个点时，可以检测到手动编辑。

通过一种方法，这些教导通过将前述影响矩阵乘以对应的点权重来生成新的放射剂量信息。后者可包含例如使用向量乘法。

这些教导在实践中既灵活又实用，并且将适应例如通过计算总放射剂量、计算剂量率或根据需要同时计算两者来生成新的放射剂量信息。

这些教导相应地支持治疗计划系统中的交互式剂量修改。这些教导在适应用户如何与治疗计划系统交互的各种方法方面是高度灵活的。如此配置，这些教导提供了一种简单且直观的方式来解决自动优化解决方案不能充分解决的问题情况。或许同样重要的是，可以非常快速地提供对应的结果(例如，与许多现有技术方法潜在地需要的许多小时相比，在1至5秒内)。

通过准许用户至少近乎实时地查看他们对点权重的改变的结果，在实际应用设置中更有可能实现给定的高效放射治疗计划。

在对以下详细说明进行彻底审查和研究后，这些和其他益处会变得更加清晰。现在参考附图，特别是图1，首先将呈现与许多这些教导兼容的说明性装置100。

在该特定示例中，使能装置100包括控制电路101。作为一个“电路”，控制电路101因此包含这样的结构，该结构包括至少一个(并且典型地是多个)导电路径(例如由诸如铜或银的导电金属构成的路径)，这些路径以有序的方式传送电，这些(一个或多个)路径典型地还将包括对应的电子组件(视情况既是无源的(诸如电阻器和电容器)也是有源的(诸如各种基于半导体的器件中的任何一种))，以准许电路实现这些教导的控制方面。

这类控制电路101可以包含固定用途硬连线硬件平台(包括但不限于专用集成电路(ASIC)(其为通过设计为特定用途定制的集成电路，而非用于通用用途)、现场可编程门阵列(FPGA)等)，或者可以包含部分或全部可编程硬件平台(包括但不限于微控制器、微处理器等)。用于这类结构的这些架构选项在本领域中是公知和理解的，并且在此不需要进一步描述。该控制电路101被配置为(例如，通过使用本领域技术人员将很好理解的对应编程)执行本文所描述的一个或多个步骤、动作和/或功能。

控制电路101可操作地耦合至存储器102。该存储器102可以集成到控制电路101中，或者可以根据需要与控制电路101物理分离(全部或部分)。该存储器102也可相对于控制电路101是本地的(其中例如，两者共享公共的电路板、底盘、电源和/或外壳)，或者可相对于控制电路101部分或全部是远程的(其中例如，与控制电路101相比，存储器102在物理上位于另一个设施、大都市区域或甚至国家中)。

除了诸如放射剂量信息的信息之外，该存储器102还可以用于，例如，非暂态地存储计算机指令，当该计算机指令由控制电路101执行时，促使控制电路101如本文所描述运行。(如本文所使用，对“非暂态”的引用将被理解为是指所存储的内容的非短暂状态(并且因此排除了当所存储的内容仅构成信号或波时的情况)，而不是存储介质本身的易失性，并且因此包括非易失性存储器(诸如只读存储器(ROM))以及易失性存储器(诸如动态随机存取存储器(DRAM))。

通过一种任选方法，控制电路101还可操作地耦合到用户接口103。该用户接口103可以包含各种用户输入机构(诸如但不限于键盘和小键盘、光标控制设备、触敏显示器、语音识别接口、手势识别接口等)和/或用户输出机构(诸如但不限于视觉显示器、音频换能器、打印机等)中的任何一种，以便于从用户接收信息和/或指令和/或向用户提供信息。

如有需要，控制电路101还可操作地耦合至网络接口(未示出)。如此配置，控制电路101可以经由网络接口与其他元件(装置100内和装置100外部两者)通信。包括无线和非无线平台两者的网络接口在本领域中是公知的，并且在此不需要特别的阐述。

通过一种方法，本领域已知的计算机断层摄影装置106和/或其他成像装置107可以获取任何期望的患者相关成像信息中的部分或全部。

在该说明性示例中，控制电路101被配置为最终输出优化的基于能量的治疗计划113(例如，优化的放射治疗计划)。该基于能量的治疗计划113典型地包含在多个连续曝光场中的每一个期间的各种治疗平台参数中的每一个的指定值。在这种情况下，基于能量的治疗计划113通过优化过程生成。在本领域中各种自动优化过程是已知的，这些自动优化过程被特别配置为生成这种基于能量的治疗计划。由于本教导对这些方面的任何特定选择均不过于敏感，因此除非与本说明书的细节特别相关，否则在此不提供这些方面的进一步阐述。

通过一种方法，控制电路101可操作地耦合至基于能量的治疗平台114，该治疗平台被配置为根据优化的基于能量的治疗计划113向对应的患者104输送治疗性能量112。这些教导一般适用于多种基于能量的治疗平台/装置中的任何一种。

在典型的应用设置中，基于能量的治疗平台114将包括能量源115，诸如电离放射源、微波能量源、热能源等。为了说明性示例，在此将假定能量源115是提供质子束以照射患病组织的质子源。

通过一种方法，该能量源115可以沿弧形路径(其中该路径在施用期间至少在一定程度上涵盖患者自身)经由台架选择性地移动。根据需要，弧形路径可包含完整的或接近完整的圆。通过一种方法，控制电路101控制能量源115沿弧形路径的移动，并且可相应地控制能量源115何时开始移动、停止移动、加速、减速和/或能量源115沿弧形路径行进的速度。

典型的基于能量的治疗平台114还可包括用于在治疗期间支撑患者104的一个或多个支撑装置110(诸如治疗床)、一个或多个患者固定装置111、准许选择性移动能量源115的台架或其他可移动机构，以及一个或多个能量成形装置117(例如，束成形装置，诸如钳口、多叶准直器等)，以根据需要提供选择性能量成形和/或能量调节。

在典型的应用设置中，本文假定在基于能量的治疗期间，患者支撑装置110可通过控制电路101选择性地控制在任何方向(即，任何X、Y或Z方向)上移动。由于前述元件和系统在本领域中是公知的，因此除非另外与本说明书相关，否则在此不再提供这些方面的进一步阐述。

现在参考图2，将描述可结合上述应用设置(并且更具体地经由上述控制电路101)实施的过程200。

在框201，该过程200优化针对特定患者104的放射治疗计划113，并且提供对应的合成放射剂量信息。为了说明性示例，在此将假定放射治疗计划113包含施用扫描质子疗法的计划。

在此还假定优化放射治疗计划113包括计算对应的影响矩阵。影响矩阵在本领域中是已知的。影响矩阵指定了每个点如何影响剂量(并且因此指定了每个点的贡献)。出于说明性示例的目的，并且暂时参考图8，所描绘的网格801与包含4×4体素(voxel)(其中两个由附图标号802表示)的二维患者相对应。楔形件803是质子束或“点”，并且虚线804是患者体内单个质子的轨迹。星形件(其中一个由附图标号805表示)表示质子与介质中的粒子的碰撞，在此质子损失并且沉积一些能量(其中“剂量”等于能量除以局部密度)。

附图标记806表示对应的影响矩阵。在该说明性示例中，影响矩阵的每一列与一个点相对应，而每一行与一个体素相对应。为了形成影响矩阵，控制电路101模拟质子的轨迹，并且基于质子所属的点和沉积剂量的体素而将它们的所有单独贡献添加到影响矩阵。

再次参考图2，在框202，控制电路101检测到对与放射治疗计划113相对应的至少一个点权重的至少一个手动编辑。(在没有检测到触发事件的情况下，该过程200可适应各种响应中的任何一种。响应的示例可以包括临时多任务处理(根据该多任务处理，控制电路101在返回以再次监视手动编辑之前执行其他任务)以及连续循环返回以实质上连续监视该触发事件。这些教导还经由实时中断能力支持这种检测活动。)

这些教导将适用于检测手动编辑的各种方法。通过一种方法，并且暂时参考图3和4，图3描绘了呈现扫描图像的用户接口103，该扫描图像包括患者治疗体积105的扫描图像以及其他患者特征和剂量信息。图4描绘了用户已经选择的治疗体积105的区域401(例如，使用诸如鼠标或触摸屏显示器的光标控制和选择器件)。该区域401与多个点相对应并且包括多个点。通过这种方法，控制电路101将该选择活动检测为手动编辑。

通过另一种方法，并且暂时参考图6和图7，图6描绘了呈现与治疗体积105相对应的一些单个点的用户接口103。图7又描绘了用户接口103呈现与用户选择的各个点相对应的某些点(一般由附图标记701表示)。在所有这些情况下，用户可以为所选择的点选择对应的权重。这些教导将根据需要适应检测手动编辑的其他方法。

在检测到该事件后，在框203，控制电路101根据对应的影响矩阵至少近乎实时地响应性地生成新的放射剂量信息。(如本文所使用，表述“近乎实时”应理解为两秒钟内。如果需要，可以适应更长的处理时间。例如，前述信息的生成(和显示)可必须在比如根据需要的五秒、十秒、二十秒、三十秒、一分钟等的时间内发生。)通过一种方法，为了生成新的放射剂量信息，控制电路101通过将修改的权重(一种或多种)(根据需要，这些权重可均是相同的修改的权重或不同的权重)分配给这些点并将影响矩阵乘以这些点权重的向量来计算剂量。以这种方式计算剂量比例如通过模拟剂量沉积要快得多。这些教导还将有助于比使用现有技术方法时经常发现的更快地确定每个点对每个体素的贡献。

根据需要，如此生成的新放射剂量信息可以包含，例如，所计算的总放射剂量、所计算的剂量率，或者根据需要包含两者。参考图5，可以通过本领域已知的任何手段，诸如但不限于经由用户接口103，以图形和/或字母数字的方式呈现所得的计算信息。如果需要，可以通过使用图形处理单元来至少部分地促进这类信息的呈现速度。在另一种方法中，代替前述或与其结合，剂量空间可以被分解成不同的区域，并且仅需要更新受影响区域的呈现以反映修改的剂量。

这种影响矩阵的使用使得修改点权重从而改变剂量分布既简单又直观，同时还适应非常快速地计算对应结果并将该对应结果呈现给用户。

本领域技术人员将认识到，在不脱离本发明范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改、变更和组合。因此，这类修改、变更和组合将被视为在本发明概念的范围内。

Claims (20)

1.一种方法，包括：

通过控制电路：

优化针对特定患者的放射治疗计划并提供对应的合成放射剂量信息；

检测对所述放射治疗计划的至少一个点权重的至少一个手动编辑；

响应于检测到所述至少一个手动编辑，根据对应的影响矩阵至少近乎实时地生成新的放射剂量信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述放射治疗计划包括实施扫描质子疗法的计划。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述控制电路被配置为通过检测以下至少一项来检测所述至少一个手动编辑：

对单个点的选择；以及

对包括多个点的区域的选择。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述控制电路被配置为通过检测用户接口上的用户选择来检测所述至少一个手动编辑。

5.根据权利要求1所述的方法，其中根据所述对应的影响矩阵生成所述新的放射剂量信息包括将所述影响矩阵乘以点权重。

6.根据权利要求5所述的方法，其中将所述影响矩阵乘以点权重包括使用向量乘法。

7.根据权利要求1所述的方法，其中生成所述新的放射剂量信息包括计算总放射剂量。

8.根据权利要求1所述的方法，其中生成所述新的放射剂量信息包括计算剂量率。

9.根据权利要求1所述的方法，其中生成所述新的放射剂量信息包括计算总放射剂量和剂量率两者。

10.根据权利要求1所述的方法，其中优化针对所述特定患者的所述放射治疗计划包括计算所述影响矩阵。

11.一种装置，包括：

控制电路，被配置为：

优化针对特定患者的放射治疗计划，并且提供对应的合成放射剂量信息；

检测对所述放射治疗计划的至少一个点权重的至少一个手动编辑；

响应于检测到所述至少一个手动编辑，根据对应的影响矩阵至少近乎实时地生成新的放射剂量信息。

12.根据权利要求11所述的装置，其中所述放射治疗计划包括实施扫描质子疗法的计划。

13.根据权利要求11所述的装置，其中所述控制电路被配置为通过检测以下各项至少一项来检测所述至少一个手动编辑：

对单个点的选择；以及

对包括多个点的区域的选择。

14.根据权利要求11所述的装置，还包括：

用户接口，可操作地耦合至所述控制电路；并且

其中所述控制电路被配置为通过检测所述用户接口上的用户选择来检测所述至少一个手动编辑。

15.根据权利要求11所述的装置，其中所述控制电路被配置为通过将所述影响矩阵乘以点权重来根据对应的所述影响矩阵生成所述新的放射剂量信息。

16.根据权利要求15所述的装置，其中将所述影响矩阵乘以点权重包括使用向量乘法。

17.根据权利要求11所述的装置，其中生成所述新的放射剂量信息包括计算总放射剂量。

18.根据权利要求11所述的装置，其中生成所述新的放射剂量信息包括计算剂量率。

19.根据权利要求11所述的装置，其中生成所述新的放射剂量信息包括计算总放射剂量和剂量率两者。

20.根据权利要求11所述的装置，其中优化针对所述特定患者的所述放射治疗计划包括计算所述影响矩阵。

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