EA010207B1

EA010207B1 - Система планирования, способ и устройство для конформной радиотерапии

Info

Publication number: EA010207B1
Application number: EA200600749A
Authority: EA
Inventors: Роберт Райкер; Мерле Ромесберг III
Original assignee: Номос Корпорейшн
Priority date: 2003-10-07
Filing date: 2004-10-07
Publication date: 2008-06-30
Also published as: IL174695A0; KR20060126454A; EP1687064A2; US20050111621A1; EA200600749A1; US20100183121A1; JP2007509644A; WO2005035061A2; AU2004279424A1; CA2540602A1; US7831289B2; WO2005035061A3

Abstract

Предложены система и соответствующие способы для определения оптимального расположения пучка излучения. Система включает в себя компьютерное устройство планирования, которое содержит в себя компьютер оптимизации плана лечения, имеющий запоминающее устройство и устройство ввода, соединенное с компьютером оптимизации плана лечения, для предоставления пользователю доступа к функциям управления программным средством оптимизации плана. Устройство получения изображения соединено с компьютером оптимизации плана для передачи данных через сеть передачи данных, для предоставления среза изображения целевого объема опухоли и нецелевого объема структуры. Программное средство оптимизации плана путем расчетов получает и затем итеративно оптимизирует предложенное расположение пучка излучения на основе ограничений для формирования оптимизированного расположения пучка излучения. Устройство подачи конформной радиотерапии, соединенное с компьютером оптимизации плана лечения через сеть передачи данных, затем применяет оптимизированное расположение пучка излучения к телу пациента.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение, в общем, относится к радиотерапии и, более конкретно, к конформной радиотерапии опухолей, и, в частности, к системе планирования лечения в радиотерапии, способу и устройству для конформной радиотерапии.

Уровень техники

Современная радиотерапия опухолей имеет две цели: удаление опухоли и предотвращение повреждения здоровой ткани и органов, присутствующих рядом с опухолью. Известно, что опухоли в большинстве случаев могут быть полностью ликвидированы, если достаточная доза облучения будет передана в объем опухоли; однако при использовании необходимой эффективной дозы облучения могут возникнуть осложнения из-за повреждения здоровой ткани, которая окружает опухоль, или других здоровых органов тела, расположенных рядом с опухолью. Цель конформной радиотерапии состоит в ограничении передаваемой дозы радиации только объемом опухоли, определенным внешней поверхностью опухоли, при минимизации дозы облучения окружающих здоровых тканей или расположенных рядом с ней здоровых органов.

Конформную радиотерапию традиционно проводят путем использования ряда технологий, при этом для лечения опухоли в качестве источника пучка излучения обычно применяют линейный ускоритель (ЫИЛС). Линейный ускоритель обычно имеет источник пучка излучения, который поворачивают вокруг тела пациента, направляя пучок излучения в направлении опухоли, лечение которой производят. Интенсивность пучка излучения составляет заданную постоянную интенсивность пучка. При этом используют многолистовые коллиматоры, которые содержат множество листов или пальцевых выступов, которые можно перемещать индивидуально, помещая их на пути или удаляя из пути пучка излучения, которые могут быть запрограммированы так, чтобы они следовали пространственному контуру опухоли, как он виден со стороны облучения пучком излучения, по мере того как пучок проникает через опухоль, или из точки облучения пучком опухоли во время поворота источника пучка излучения, который установлен на вращающейся подставке ЫЫЛС. Из множества листов многолистового коллиматора формируют контур по форме опухоли, который представлен объемом опухоли в направлении пути распространения пучка излучения, с помощью которого блокируют передачу излучения в ткани, расположенные за пределами пространственного контура опухоли, в том виде, как он представлен пучком излучения, в зависимости от конкретной радиальной ориентации пучка по отношению к объему опухоли.

Другой подход в конформной радиотерапии подразумевает использование независимо управляемых коллиматорньгх зажимов, которые могут сканировать поле среза через тело неподвижного пациента, причем одновременно с этим отдельный набор коллиматорньгх зажимов отслеживает целевой объем при вращении подставки линейного ускорителя. Еще один подход состоит в использовании дополнительных приспособлений для ЫЫЛСк, которые позволяют сканировать срез вдоль тела пациента, при этом интенсивность пучка излучения во всем срезе модифицируют при сканировании среза.

Дополнительный подход при лечении с использованием конформной радиотерапии состоит в использовании узкого карандашного пучка высокоэнергетических фотонов, энергию которых можно изменять. С помощью пучка сканируют целевой объем опухоли для передачи с наилучшим возможным распределением дозы облучения при каждой ориентации подставки, на которой установлен источник фотонного пучка.

Основная проблема, связанная с такими способами известного уровня техники конформной радиотерапии, состоит в том, что, если объем опухоли имеет вогнутые границы или поверхности, изменение пространственной конфигурации или контура пучка излучения можно успешно проводить только в течение части времени. В частности, когда искривления или внешние поверхности опухоли повторно входят или вогнуты в плоскости, параллельной пути пучка радиотерапии, толщина опухоли меняется вдоль пути пучка излучения, и здоровая ткань или органы могут быть расположены внутри вогнутостей, формируемых внешними вогнутыми поверхностями опухоли.

Для обеспечения возможности лечения опухолей, имеющих вогнутые границы, необходимо изменять интенсивность пучка излучения по поверхности опухоли, а также изменять внешнюю конфигурацию пучка для обеспечения соответствия форме опухоли, представленной для пучка излучения. При этом необходимо обеспечить возможность модулирования интенсивности пучка для каждого сегмента пучка излучения для того, чтобы сопоставить интенсивность пучка с толщиной участка опухоли, через которую проникает пучок излучения. Например, в случае, когда пучок излучения должен быть пропущен через толстую секцию опухоли, интенсивность пучка должна быть выше, чем когда пучок излучения проникает через тонкую секцию опухоли.

Были разработаны специализированные устройства для формирования сканирующего пучка для радиотерапии, в которых может быть выполнена модуляция интенсивности пучка путем использования сканирующего карандашного пучка фотонов с высокой энергией. Интенсивность пучка в этом устройстве модулируют путем увеличения мощности электронной пушки, генерирующей пучок. Увеличением мощности управляют с помощью компьютера и пушку направляют вокруг опухоли, путем перемещения подставки, на которой она установлена, и стола, на котором лежит пациент. В результате обеспечивается прогрессивное закрашивание мишени с толщиной или плотностью краски (интенсивностью пучка из- 1 010207 лучения), изменяемой путем регулирования количества краски на кисти (величины мощности, прикладываемой к электронной пушке), по мере того как электронная пушка' перемещается над опухолью. Такие специализированные устройства сканирующей радиотерапии, в которых используется непосредственная модуляция энергии пучка, являются дорогостоящими и весьма трудоёмкими при их использовании и работе и считается, что при их использовании пациент проявляет существенную озабоченность в связи с недоверием к компьютерному управлению пучком обработки.

Также были разработаны другие способы и устройства для конформной радиотерапии, которые пространственно модулируют интенсивность пучка или пучка излучения внутри объема ткани, в соответствии с толщиной опухоли в объеме ткани, с использованием множества сегментов пучка излучения. В таких способах и устройствах используют ослабляющие листы или заслонки на стойке, установленной в пределах пучка излучения перед тем, как пучок входит в тело пациента. Опухоль подвергают воздействию излучения слоями, причем каждый слой избирательно сегментируют с помощью заслонок.

Указанные выше способы и устройства были разработаны для минимизации части структур, подвергаемых воздействию излучения. Однако, поскольку невозможно полностью исключить облучение окружающих структур, необходимо разрабатывать планы лечения, которые были бы оптимизированы для облучения объема опухоли при минимизации количества излучения, передаваемого в окружающие структуры. В существующих способах и устройствах, предназначенных для оптимизации планов лечения, используют компьютер для оценки возможных планов на основе функций результата, которые моделируют установленный врачом план лечения.

В существующих способах и устройствах используют способ расчета установления оптимизированных планов лечения на основе функции объективной стоимости, которая учитывает затраты, получаемые при облучении различных частей, как опухолей, так и окружающих тканей или структур. Один из таких способов расчета известен в данной области техники как моделируемая нормализация. В существующих способах моделируемой нормализации используют функции стоимости, которые учитывают стоимость недоэкспонирования объемов опухоли по отношению к избыточному экспонированию окружающих структур. Однако функции стоимости, используемые в существующих способах, обычно не учитывают объемы структуры в целом, основываясь исключительно на стоимости, относящейся к отдельным точкам в пределах структуры, и кроме того, обычно не учитывают относительную важность изменяющихся окружающих типов структуры. Например, некоторые типы структуры являются избыточными при выполнении своих функциях, и существенные части объема структуры могут быть полностью уничтожены при сохранении их функции. Другие типы структуры теряют свою функцию, если какая-либо из структур будет полностью уничтожена. Поэтому более чувствительные объемы структуры могут принимать отмеренную дозу излучения, если только ни один из участков структуры не будет подвергнут летальной дозе.

Существующие функции стоимости, используемые при оптимизации планов лечения, традиционно не учитывают такое изменение стоимости, связанное с разными типами структур. После оптимизации плана лечения врач должен оценить каждый рассчитанный план лечения для проверки его соответствия требуемой цели лечения. Если рассчитанный план лечения не достаточно успешно соответствует целям лечения, процесс оптимизации повторяют до тех пор, пока не будет рассчитан план лечения, который удовлетворяет целям лечения, поставленным врачом, как в отношении объема опухоли, так и в отношении окружающих структур. Кроме того, существующие способы и устройства традиционно не позволяли врачу использовать привычные для него данные частичного объема, ассоциированные с кривыми гистограммы кумулятивной величины дозы (ГКВД, СОУН) или гистограммы величины дозы (ГВД, ОУН) при установлении требуемых распределений дозы.

Способ и устройство для определения оптимизированного размещения пучка излучения для передачи излучения в целевой объем опухоли, при минимизации излучения объема структуры тела пациента, раскрыты в американском патенте № 6038283 под названием Р1апишд Ме11юй аий Лррата1и8 Гог К.ай1айои Ооышейу совместно переданной с заявкой на данное изобретение и приведенной здесь в качестве ссылочного материала. В данном способе и устройстве используют итеративную функцию стоимости, основанную на сравнении требуемых данных частичного объема, которые могут быть представлены с помощью ГКВД или ГВД.

Другой способ и устройство, предназначенные для определения оптимизированного размещения пучка излучения для передачи излучения в целевой объем опухоли, при минимизации облучения объема структуры в теле пациента, раскрыты в американском патенте № 6393096 под названием Р1аиишд МеЛой аий ЛрратаГш ίοτ Вай1айои Оощшейу.

Многие описанные выше системы заменяют традиционную методологию упреждающего планирования. При упреждающем планировании пользователь начинает планирование путем указания направления пучков и их интенсивности, и компьютер определяет расчетную дозу, представляет пользователю полученный результат, и затем, на основе степени достижения цели, пользователь возвращается назад и изменяет параметры пучка. В описанных выше системах используется инверсное планирование. В системе инверсного планирования профессионал/пользователь начинает с целей, которые он или она желает достичь, определяет предписание для пациента относительно величины дозу, которую пользователь хо- 2 010207 тел бы передать в опухоль, и в какой степени он хотел бы сохранить другую здоровую ткань. Компьютер затем рассчитывает все возможные параметры плана лечения, т.е. направления и соответствующие значения интенсивности пучка при приложении его с разных направлений. При инверсном планировании, пользователь обычно начинает с клинических целей и позволяет компьютеру определять значения интенсивности пучка, тогда как в системе прямого планирования, пользователь начинает с компоновки пучка и обычно выполняет оценку эффективности плана по отношению к целям, и выполняет такого рода итерации в этом направлении.

В описанной выше системе пользователь начинает с компьютерного томографического (КТ, СТ) сканирования или со сканирования с использованием магнитно-резонансного формирования изображения (МРИ, МК1). По результатам КТ-сканирования, например, пользователь идентифицирует анатомию ткани, обычно срез за срезом, отделяя то, что пользователь желает обработать, от того, что пользователь желает сохранить. Например, пользователь может идентифицировать один элемент, как опухоль, и другой, как простату, еще один, как мочевой пузырь, и т. д. В общем, пользователь использует устройство - указатель или мышь для того, чтобы очертить область, которую врач желает подвергнуть лечению, в каждом из множества срезов, поскольку КТ-сканирование предоставляет набор последовательных срезов тела пациента. Такой процесс может занимать значительное время. Было бы предпочтительно, если бы опухоль можно было очень хорошо различать в изображении КТ-сканирования или в каком-либо другом изображении, которое пользователь выбрал для исследования опухоли, что позволило бы пользователю применять автоматический инструмент, с помощь которого пользователь мог бы просто отмечать мышью опухоль или цель и автоматически определять и отмечать местоположение границ опухоли.

Кривые ГВД используют в качестве предписания и в качестве механизма обратной связи, с помощью которых пользователь определяет цели по таким кривым ГВД. Кривые ГВД представляют суммарную информацию о величине дозы, получаемой отдельными структурами. Например, пользователь может указывать желание передать в цель определенный минимальный уровень дозы, с передачей 80% дозы в цель, а также определенный минимальный уровень дозы, с передачей до 90% в цель, путем представления, как пользователь считает необходимым проводить лечение опухоли или цели. Компьютер затем разрабатывает план лечения. После того как компьютер в действительности определит, как лечить пациента, ГВД представляет собой механизм для обобщения такого лечения и его иллюстрации для пользователя. Например, пользователь запрашивает определенную кривую, и компьютер затем отображает действительную кривую в представленном плане лечения. Использование кривой ГВД, таким образом, является знакомым, обычным способом представления такой информации для оценки плана врачом.

Для определения предписания ГВД пользователь обычно начинает либо с графического представления и перетягивает точки на графике по экрану, либо вводит цифры в окна поля ввода текста. В любом случае пользователь определяет кривую ГВД. В результате, по существу, получают перечень требований - надежду, что пользователь может получить кривую ГВД такого вида. После того как пользователь завершает установку предлагаемых кривых ГВД, системы известного уровня техники переходят к процессу оптимизации, который является независимым от вводимых в дальнейшем команд пользователя. Такой процесс может обычно занимать по меньшей мере 10 мин. В результате расчетов получают все отличающиеся пожелания, которые могут быть или могут не быть достижимыми, в виде действительного плана лечения. Кривые ГВД, представляющие объемную статистику плана, обработанного компьютером, однако, уже нельзя изменить. Было бы желательно обеспечить возможность непосредственной манипуляции с объемными параметрами статистических характеристик.

Кривые ГВД представляют собой способ краткого представления дозиметрических свойств плана. После оптимизации инверсного планирования, пользователь обычно исследует действительные кривые ГВД оптимизированного плана. Пользователь может сравнивать действительно полученные кривые ГВД с предписаниями ГВД для принятия решения, является ли разработанный план лечения удовлетворительным. Критерии удовлетворительности могут представлять собой следующие вопросы:

(1) является ли полученная доза достаточной для обработки опухоли;

(2) не поступает ли слишком большая доза в некоторые части опухоли и/или (3) какую дозу получают здоровые структуры, не идентифицированные как опухоль.

Всю ткань (цель и структуры), которая может быть представлена, представляют отдельно на кривых ГВД. Например, в случае, когда опухоль расположена в простате, пользователю обычно предоставляют одну кривую на графике простаты, другую кривую для мочевого пузыря и т. д.

Те же выводы, которые получают в итоге на кривых ГВД, можно сделать путем действительного просмотра срезов КТ, для более подробного анализа результата. На срезы КТ-сканирования обычно накладывают изображение, представляющее различные уровни дозы, приложенной к отдельным участкам каждого среза. То есть пользователь может делать выводы на основе уровня дозы, приложенной к любому конкретному органу, представляющему интерес. В системе планирования, распространяемой корпорацией ΝΟΜΟ8 Сотротайои, которую представляет правопреемник настоящей заявки, известной под товарным знаком СОКУИЗ®, дозу на отдельных срезах представляют путем использования кривых изодозы, вычерченных на срезе КТ-сканирования. Кривые изодозы визуально напоминают контурную карту,

- 3 010207 обычно вычерченную линиями разного цвета, представляющими определенный уровень дозы, например, 50 Гр, в которой все, что находится внутри определенной кривой, получит по меньшей мере 50 Гр.

Было бы предпочтительно уменьшить временные затраты, требуемые на принятие решения в отношении данного плана лечения. Для любого конкретного пациента может быть разработано два или три разных плана лечения, прежде чем пользователь определит план, который он считает наилучшим. Также было бы предпочтительно, если бы эти системы предоставляли пользователю большую степень интуитивно понятного непосредственного управления над тем, что происходит в процессе оптимизации плана.

Традиционно кривые ГВД используют только как форму инструмента оценки плана; однако в некоторых из описанных выше систем используется предварительное вычерчивание кривых ГВД, при этом пользователи сначала должны определить требуемые цели. Было бы предпочтительно, чтобы компьютерная система немедленно отображала запрос пользователя и соответственное отображение того, что может получить система планирования. Было бы предпочтительно, если бы система планирования, в случае, когда необходимо принять компромисс между различными целями, обеспечивала возможность его представления для пользователя динамичным интерактивным способом, что позволило бы пользователю динамически редактировать цели и изменять условия, в соответствии с которыми пользователь мог бы уточнить предписание. Кроме того, было бы предпочтительно обеспечить возможность динамического балансирования ограничениями, т.е. разработать систему, работающую в режиме реального времени, для регулировки дозиметрических целей, при просмотре по меньшей мере одного представления дозы в теле пациента.

Планирование радиотерапии включает балансирование между различными, часто взаимно исключающими целями. После того как эти цели будут представлены, в системе планирования лечения должны быть установлены относительные приоритеты для оптимального балансирования ими. Во многих современных системах планирования лечения требуется, чтобы пользователь явно устанавливал приоритеты для целей, что может быть трудновыполнимым, неточным и потенциально долговременным процессом. Например, в идеальном случае пользователь может потребовать, чтобы вся цель простаты получила 50 Гр и при этом, соответственно, вообще не было бы дозы облучения прямой кишки, расположенной на расстоянии 1 мм от нее. Такая задача фактически является физически невыполнимой. Поэтому проблема состоит в балансировке между двумя целями и определении, какая из целей является более важной. Раньше при разработке планов лечения требовалось, чтобы пользователь заранее определял установление приоритетов. В некоторых системах часть работы пользователя при вводе кривых ГВД состоит в установке приоритетов между значениями дозы для цели при очень высоком уровне и для сохранения органа, подверженного риску (ОПР, ОАК). Разработка таких приоритетов может быть трудной и требующей длительного времени задачей при разработке плана лечения. Таким образом, было бы предпочтительно минимизировать потребность в установлении приоритетов пользователем.

Заявитель считает, что существуют две характеристики, которые позволяют устранить необходимость в установлении приоритетов пользователем: во-первых, в ходе взаимодействия с компьютерной системой алгоритм может эффективно учитывать последнюю введенную пользователем команду, как наиболее важное требование. Во-вторых, пользователь может выбирать отмену предварительно введенный команды в любой требуемой степени. Например, если пользователь решает удалить или минимизировать дозу из структуры, тогда в отношении приоритета это действие является наиболее важным требованием. Пользователь может затем осознать последствия этого установления приоритетов и может снизить его важность путем частичной его отмены. Такая концепция двойной установки приоритетов подразумевается в процессе интерактивного взаимодействия. Компьютерная система и соответствующие алгоритмы, однако, требуют понимания взаимосвязи этих разных целей. Когда пользователь устанавливает новые цели поверх старых целей, в систему необходимо передать информацию о том, как предполагается сбалансировать эти цели. Было бы предпочтительно обеспечить автоматическое взвешивание ограничений, т. е. определить уровень интерактивности, что, в свою очередь, позволило бы устанавливать приоритеты на основе действий пользователя и последовательности вводимых пользователем команд в форме регулировок плана, вместо непосредственного ввода таких приоритетов; при этом окончательный результат состоит в устранении из опыта пользователя идеи таких приоритетов.

В известных системах планирования обычно требуется, чтобы пользователь выполнял регулировки плана лечения пациента с использованием одного из двух способов: путем изменения параметров подачи (например, направления и размера пучка); или путем изменения целей объемной дозировки. Поэтому было бы предпочтительно обеспечить возможность непосредственной манипуляции в режиме реального времени линиями контура изодозы на графике изодозы изображения томографического сканирования. Было бы также предпочтительно создать систему планирования, которая позволила бы обеспечить возможность непосредственной манипуляции подаваемыми кривыми ГВД, вместо опосредованной спецификации потенциально невозможных, идеализированных предписаний.

В некоторой степени планирование при радиотерапии все еще остается искусством баланса и компромиссов. Было бы предпочтительно обеспечить функцию частичной отмены изменений, что помогло бы пользователю, желающему выполнить изменение плана, исследовать, какие жертвы потребуются для того или иного определенного изменения. Было бы, соответственно, предпочтительно обеспечить для

- 4 010207 пользователя возможность управления в режиме реального времени, что позволило бы пользователю динамически полностью или частично отменять изменения и исследовать возможности компромисса для быстрого выбора оптимального баланса.

Поскольку разработка плана лечения радиотерапии представляет собой исследование таких компромиссов и других возможностей, некоторые системы планирования лечения показали положительные результаты при создании средства для сохранения нескольких итераций плана для последующего их сравнения и для обеспечения возможности возврата. Поэтому было бы предпочтительно предоставить пользователю возможность управления в режиме реального времени, что позволило бы пользователю устанавливать любые две контрольные точки этого плана в качестве конечных точек одного континуума, и было бы, кроме того, предпочтительно предоставить пользователю средство интерполяции между контрольными точками для выделения новой версии для дальнейшего сравнения или воплощения.

Для наиболее эффективного взаимодействия с другими системами было бы желательно, чтобы новая система обеспечивала возможность гибкого регулирования, такого, как в соответствии с настоящим изобретением, что позволило бы автоматически генерировать цели лечения в ее собственной формулировке, и что позволило бы получать план лечения, идентичный плану, созданному другой системой. Такое свойство позволило бы новой системе продвигать и регулировать планы лечения, созданные другими системами. Таким образом, было бы предпочтительно создать систему с функцией сопоставления оптимизированных предписаний, которая выполняла бы алгоритм, разрабатывающий адекватные цели лечения и рассчитывающий их соответствующие веса.

Для обеспечения возможности регулирования интерактивного плана в режиме реального времени на компьютерном оборудовании современного поколения, функции целей, которые часто оптимизирует компьютер, должны быть заново сформулированы так, чтобы они были совместимыми с быстрой оптимизацией, без значительного снижения их возможностей. Одна из методологий состоит в переформулировании целей так, чтобы первая производная каждого элемента, вносящего вклад в функцию цели, была монотонной. Оптимизация с монотонными первыми производными элементов, вносящих вклад в цель, в принципе, относится к функциям влияния, или в терминах функции стоимости, и предоставляет математический класс этих функций, которые позволяют быстро выполнять расчетные работы на некоторых компьютерных системах. Каждый элемент, вносящий вклад в цель, сформулирован через функцию дозы. Путем указания, что производная этой функции является монотонной, так что все производные всегда являются повышающимися, снижающимися или неизменными и никогда не начинают увеличение с последующим снижением, можно создать другой класс оптимизации. Поэтому было бы предпочтительно создать систему, в которой используется оптимизация с монотонными первыми производными элементов, вносящих вклад в цель.

Расчет функции цели может быть выполнен путем проведения эффективной выборки КТ или другого изображения тела пациента во множестве мест с тем, чтобы попытаться охватить все важные аспекты плана лечения. Скорость и интерактивность могут быть улучшены путем использования выборки, которая идентифицирует меньшее количество точек в теле пациента, в которых требуется смоделировать дозу лечения. Эти точки должны быть в достаточной степени распределены с тем, чтобы программное средство получило все важные свойства дозы; однако, поскольку рабочая характеристика обратно пропорциональна количеству таких точек, желательно идентифицировать наименьшую группу, которая удовлетворяет этим критериям. Поэтому было бы предпочтительно создать компьютерную систему, которая имеет алгоритм автоматического выбора минимально необходимых точек оценки плана.

Карта интегральной плотности потока представляет собой пространственную карту подачи излучения через определенное положение устройства подачи. Для механизмов подачи плана часто требуется, чтобы интегральная плотность потока принимала определенные дискретные значения, в то время как при оптимизации можно работать в дискретном или в непрерывном пространстве. Поэтому было бы предпочтительно создать устройство, предназначенное для преобразования оптимизированного плана в передаваемый дискретный план.

Разные устройства подачи излучения будут иметь разные ограничения реально применимых их характеристик. Например, одно из них может иметь возможность регулировать составляющие лучи, имеющие всего лишь несколько миллиметров в поперечном сечении, но также может потребоваться регулировка в большем масштабе, с сечением сантиметр или больше. Другое ограничение состоит в степени вариации в пределах карты интегральной плотности потока. Например, для карты плана может потребоваться пропускать 100% пучка в середине пучка и только 50% пучка на определенном участке. Дискретизация складывания мод представляет собой методологию разработки карт интегральной плотности потока, что позволяет лучше всего использовать оборудование. Исторически карты интегральной плотности потока ограничены определенными уровнями, например с шагом 10%, т.е. устройство подачи может иметь 50% прозрачности в одной точке, но не может иметь 52% прозрачности. Такие ограничения ограничивают планы лечения, которые пользователь может разрабатывать. Дискретизация складывания моды позволяет выполнить оценку данного плана лечения для пациента и в случае, когда существует ограничение с дискретным количеством уровней, она определяет, какие из этих уровней являются оптимальными. Например, оптимальные уровни могут не быть равными 10, 20, 30, 40 и 50%, но вместо этого

- 5 010207 могут составлять 13, 14, 15, 80 и 90%. Дискретизация складывания моды в своей основной форме снимает гистограмму для всех требуемых уровней передачи излучения (уровней дозы) на карте интегральной плотности потока, причем каждая точка представляет набор уровней излучения, разделяет график на пиковых уровнях, накладывает правую сторону на левую сторону и суммирует взаимно наложенные точки. Процесс повторяют до тех пор, пока алгоритм не получит определенное количество пиков, соответствующих числам в пределах ограничений оборудования подачи излучения. Поскольку используемые на практике уровни могут оказывать существенное влияние как на простоту лечения, так и на скорость и оптимальные уровни для одного плана лечения типично отличаются друг от друга, было бы предпочтительным создать алгоритм дискретизации складывания моды, который позволил бы быстро выполнять оценку идеальных уровней интегральной плотности потока для любого заданного поля лечения.

Поэтому в данной области техники требуется система, способ и устройство для конформной радиотерапии, предназначенные для лечения опухолей, которые были бы простыми и экономичными при использовании, которые обладали бы тем, что считается фактором высокой степени безопасности для безопасности пациента, рассчитывали бы оптимальный план лечения с использованием простых ограничений и быстрого блока оптимизации, настроенного на них, для разрешения конфликтов, изменчивых целей лечения, поставленных врачом, учета этих целей как в отношении объема целевой опухоли, так и для множества типов структуры, и использовали бы графический интерфейс пользователя (ГИП, СИГ'), который отображает карты контура изодозы, ассоциированные с кривыми ГВД, другими статистическими данными и инструментами, позволяющими пользователю устанавливать требуемые распределения дозы для каждого целевого объема опухоли и типа структуры ткани.

Сущность изобретения

С учетом приведенного выше варианты выполнения настоящего изобретения предпочтительно направлены на систему, предназначенную для определения оптимального расположения пучка излучения, предназначенного для применения излучения в целевом объеме опухоли, при минимизации облучения нецелевого объема структуры в теле пациента. Предпочтительно, варианты выполнения настоящего изобретения направлены на компьютерное устройство планирования, которое позволяет немедленно отображать запросы пользователя одновременно с тем, что позволяет достичь система планирования, и может обеспечивать для пользователя возможность динамически редактировать цели и изменять условия, в которых пользователь мог бы указывать предписание. Предпочтительно, варианты выполнения настоящего изобретения обеспечивают возможность непосредственной манипуляции в режиме реального времени линией контура изодозы на графике изодозы на изображении томографического сканирования и непосредственной манипуляции дозиметрическими статистическими показателями с использованием устройства ввода и предоставляют пользователю возможность регулировать индивидуальные ограничения, предпочтительно одно ограничение одновременно, что, в свою очередь, приводит к возможности регулирования как контуров изодозы, так и дозиметрических статистических показателей.

Предпочтительно, варианты выполнения настоящего изобретения предоставляют план, соответствующий произвольному/внешнему предшествующему плану радиотерапии, путем построения функции цели оптимизации, имеющей экстремум, соответствующий конфигурации пучка излучения в соответствии с предшествующим планом. Предпочтительно, варианты выполнения настоящего изобретения включают в себя компьютерное устройство планирования, которое позволяет обеспечить динамическую балансировку ограничений, т.е. систему, работающую в режиме реального времени, предназначенную для регулировки дозиметрических целей при просмотре по меньшей мере одного представления дозы в теле пациента, и автоматического взвешивания ограничений, т.е. уровня интерактивности, что, в свою очередь, обеспечивает возможность установления приоритетов, определяемых по действиям пользователя и по последовательности вводимых пользователем команд в виде регулировок, вместо непосредственного ввода таких приоритетов. Предпочтительно, варианты выполнения настоящего изобретения предоставляют пользователю управление в режиме реального времени, что позволяет пользователю динамически полностью или частично отменять изменения и исследовать компромисс между планами лечения, чтобы иметь возможность быстро выбрать оптимальный баланс между версиями плана лечения и планами лечения, разработанными разными системами. Предпочтительно, варианты выполнения настоящего изобретения предоставляют средство, включающее в себя алгоритм, предназначенный для автоматического выбора минимального количества точек оценки плана. Предпочтительно, варианты выполнения настоящего изобретения предоставляют программное средство, предназначенное для преобразования оптимизированного плана в дискретный конечный план.

Варианты выполнения настоящего изобретения направлены на систему, предназначенную для определения оптимального расположения пучка излучения для приложения излучения к целевому объему опухоли, при минимизации облучения нецелевого объема структуры в теле пациента. Например, в варианте выполнения настоящего изобретения система включает в себя компьютерное устройство планирования, которое содержит компьютер оптимизации плана лечения, имеющий запоминающее устройство, предназначенное для сохранения данных и программных средств оптимизации плана, и устройство ввода, соединенное с компьютером оптимизации плана лечения, предназначенное для

- 6 010207 предоставления пользователю доступа к функциям управления программным средством оптимизации плана.

Устройство получения изображения, соединенное с компьютером оптимизации плана лечения, предпочтительно через сеть передачи данных предоставляет в компьютерное устройство планирования по меньшей мере двумерное изображение среза целевого объема опухоли и нецелевого объема структуры. Программное средство оптимизации плана, которое сохранено в запоминающем устройстве компьютера оптимизации плана лечения, в результате расчетов получает предлагаемое размещение пучка излучения и в результате расчетов итеративно оптимизирует предлагаемое размещение пучка излучения на основе множества ограничений для формирования оптимизированного размещения пучка излучения. Программное средство оптимизации плана может включать в себя графический интерфейс пользователя, предназначенный для отображения среза изображения, графических объектов и графического представления распределения дозы облучения для каждого предлагаемого расположения пучка излучения. Программное средство выполнено с возможностью принимать входные команды из устройства ввода для манипуляции представлениями распределения дозы облучения, отображаемыми в графическом интерфейсе пользователя. Устройство предоставления конформной радиотерапии, соединенное с компьютером оптимизации плана лечения через сеть передачи данных, может применять оптимизированное расположение пучка излучения к телу пациента.

Графическое представление распределения дозы облучения может быть выполнено в форме графика изодозы, который включает в себя множество контуров изодозы. Пользователь может непосредственно манипулировать контурами изодозы на графике изодозы для изменения дозы облучения целевого объема опухоли или нецелевого объема структуры, для получения оптимизированного расположения пучка излучения. Графическое представление распределения дозы облучения также может быть в форме гистограмм кумулятивной величины дозы или гистограмм величины дозы, которые совместно называются ГВД или кривыми ГВД, или в других формах статистических данных дозы-объема для целевого объема опухоли и для нецелевых объемов структуры, представляющих интерес. Пользователь может непосредственно манипулировать графиками или кривыми ГВД для изменения дозы облучения, получая таким образом оптимизированное расположение пучка излучения.

Считываемый компьютером носитель информации, содержащий программное средство оптимизации плана, содержит набор инструкций, которые при выполнении их с помощью компьютера, такого как компьютер, связанный с компьютерным устройством планирования, обеспечивают выполнение компьютером различных функций и операций для разработки оптимизированного плана радиотерапии. Программное средство графически отображает срез изображения целевого объема опухоли и нецелевого объема структуры и графически отображает дозу облучения для целевого объема опухоли и нецелевого объема структуры на срезе изображения. Доза облучения может быть представлена в форме графика изодозы, включающего в себя множество контуров изодозы, в соответствии с первым расположением пучка излучения. Пользователь может манипулировать контурами изодозы на графике изодозы для изменения дозы облучения в целевом объеме опухоли и в нецелевом объеме структуры для получения второго расположения пучка излучения.

Например, программное средство может создавать интерфейс с устройством ввода, предпочтительно в форме устройства-указателя, такого как мышь или сенсорный экран, что позволяет пользователю захватывать и перетягивать контур изодозы из или в соседний целевой объем или объем структуры. Кроме того, например, программное средство также позволяет пользователю сбрасывать или формировать путь, обозначающий требуемое положение для выбранного контура изодозы. Программное средство, в условиях различных ограничений, пытается привести в соответствие выбранный контур изодозы с требуемым путем. Кроме того, программное средство может разрешить пользователю выбрать контур изодозы, который должен быть удален. Функционально программное обеспечение, в соответствии с различными ограничениями, устанавливает величину дозы облучения в пределах выбранного контура изодозы, равную или близкую к величине дозы облучения за пределами контура изодозы.

Доза облучения также может быть представлена в форме различных статистических данных дозыобъема, предпочтительно в форме графика или кривой ГВД, в соответствии с первым расположением пучка излучения. Пользователь может манипулировать кривыми ГВД для изменения дозы облучения в целевом объеме опухоли и в нецелевом объеме структуры для получения второго расположения пучка излучения. Например, программное средство может создавать интерфейс с устройством ввода, что позволяет пользователю захватывать и перетягивать кривые ГВД, изменяя таким образом процент целевого объема опухоли или нецелевого объема структуры, разрешая принять более высокий, чем заданный уровень дозы излучения, или уровень дозы излучения, который может быть превышен путем выбора процента целевого объема опухоли или нецелевого объема структуры.

Пользователь может вводить максимальную и/или минимальную дозу облучения в целевой объем опухоли и в нецелевые объемы структуры, представляющие интерес, которые можно использовать для ограничения манипуляции с контуром изодозы и манипуляции с кривой ГВД, для предотвращения случайного нежелательного изменения пользователем побочной дозы. Пользователь также может обеспечивать требуемый баланс между поддержанием дозиметрического качества и поддержанием эффективно

- 7 010207 сти передачи излучения для устройства передачи излучения, которое можно использовать для ограничения манипуляций пользователем контура изодозы и кривой ГВД, для поддержания эффективности передачи излучения над уровнем требуемого порогового значение эффективности.

В различных вариантах выполнения настоящего изобретения, программное обеспечение оптимизации плана может импортировать сгенерированный внешне план радиотерапии, строить функцию целевой оптимизации, имеющую экстремум, соответствующий конфигурации пучка излучения по плану, и применять эту функцию для формирования плана радиотерапии, имеющего, приблизительно такое же распределение дозы, как распределение дозы внешне сгенерированного плана радиотерапии.

С этой целью программное средство вначале может формировать множество точек выборки целевого объема опухоли и множество точек выборки нецелевого объема структуры, путем случайной выборки распределения дозы облучения плана со смещением или без него. Программное средство затем может использовать значение (первое значение) дозы в этих точках для формирования функции цели оптимизации путем добавления условия к функции цели для каждой из точек выборки, причем каждое условие предоставляет экстремум для функции цели. Условия, ассоциированные с точками выборки целевого объема опухоли выбирают таким образом, чтобы функция цели уменьшала дозу облучения, когда второе значение дозы облучения в любой из точек выборки целевого объема опухоли второго плана радиотерапии или существенно отличается, или, по существу, нежелательно отличается от соответствующего первого значения дозы облучения. В качестве альтернативы, программное средство может формировать функцию цели оптимизации путем итеративной регулировки по меньшей мере одного из ограничений функции цели.

В различных вариантах выполнения настоящего изобретения программное средство оптимизации плана может определять оптимизированное расположение пучка излучения по паре планов радиотерапии, часто называемых контрольными точками. Программное средство может устанавливать две контрольные точки как конечные точки одного континуума и в соответствии с манипуляцией пользователя устройством ввода, управляемого пользователем, устанавливать интерполяцию между двумя контрольными точками для формирования и отображения промежуточного предлагаемого плана радиотерапии. В предпочтительных вариантах выполнения настоящего изобретения интерполяция является линейной и ее выполняют между значениями дозы облучения для двух контрольных точек в каждой соответствующей контрольной точке при распределении излучения каждого плана. Такой промежуточный план, как и для других планов, сформированных в соответствии с вариантами выполнения настоящего изобретения, можно легко преобразовать в конечный дискретный план радиотерапии путем дискретизации множества значений интенсивности пучка в соответствующее множество установок интенсивности пучка излучения, совместимых с представленным устройством передачи излучения для конформной радиотерапии.

Варианты выполнения настоящего изобретения также включают в себя способы определения оптимального размещения пучка излучения для приложения излучения к целевому объему опухоли, при минимизации облучения нецелевого объема структуры в теле пациента. Например, в варианте выполнения настоящего изобретения способ включает в себя графическое отображение средства изображения среза целевого объема опухоли и нецелевого объема структуры. Способ также включает в себя графическое отображение дозы облучения для целевого объема опухоли и нецелевого объема структуры на срезе изображения и в форме графика изодозы, включающего в себя множество контуров изодозы, в соответствии с первым расположением пучка излучения, определяющим первый план лечения; и манипуляции по меньшей мере с одним из отображаемых контуров изодозы графика изодозы с помощью устройства ввода или устройства-указателя для формирования и отображения второго расположения пучка излучения путем определения второго плана радиотерапии. Связанный способ включает в себя графическое отображение дозы облучения для целевого объема опухоли и нецелевого объема структуры в форме множества графиков гистограммы величины дозы в соответствии с первым размещением пучка излучения;

определение первого плана лечения;

манипулирование по меньшей мере с одним из отображаемых графиков гистограммы величины дозы с помощью устройства-указателя для формирования и отображения второго размещения пучка излучения, определяющего второй план лечения.

В вариантах выполнения настоящего изобретения предложен способ упрощения интерактивной регулировки предложенного плана радиотерапии путем перерасчета и отображения двумерных распределений дозы облучения. Например, способ может включать в себя графическое отображение среза изображения целевого объема опухоли и нецелевого объема структуры и одновременное графическое отображение распределения дозы облучения для целевого объема опухоли и нецелевого объема структуры на срезе изображения и в форме графика изодозы, включающего в себя множество контуров изодозы, в соответствии с первым расположением пучка излучения, определяющим первый план лечения. Распределение дозы облучения в каждом или в обоих целевом объеме опухоли и нецелевом объеме структуры можно изменять для формирования второго расположения пучка излучения, что определяет второй план лечения. Предпочтительно, для обеспечения рабочих характеристик требуется выполнять перерасчет и отображение только двумерного распределения дозы, отображаемого на срезе изображения, для обеспе

- 8 010207 чения достаточной для пользователя информации для анализа второго плана лечения.

Связанный способ, в котором используются точки выбора, такие, как описаны выше, включает в себя графическое отображение дозы облучения для целевого объема опухоли и нецелевой структуры в форме множества графиков гистограммы величины дозы, определения статистических данных для объема дозы в соответствии со значением дозы облучения для множества точек выборки и изменение распределения дозы облучения либо в одном, либо в обоих целевом объеме опухоли и в нецелевой структуре для формирования второго размещения пучка излучения. Величину дозы облучения в каждой из точек выборки перерассчитывают и статистические данные для объема-дозы для целевого объема опухоли и нецелевой структуры отображают в соответствии с перерассчитанным значением дозы облучения для точек выборки.

В другом варианте выполнения настоящего изобретения быстрый перерасчет и отображение итерации предложенного плана радиотерапии обеспечиваются путем выбора набора точек выборки (случайно или случайно со смещением) и приложения функции цели оптимизации, ограниченной по значению дозы радиации в каждой из точек выборки, для формирования второго расположения пучка излучения. Связанный способ включает с себя выбор первого набора точек выборки для оптимизации плана и второго набора, отдельного от первого набора, для оценки плана. Функция цели оптимизации, ограниченная величиной дозы облучения в точках выборки оптимизации плана, обеспечивает быстрое определение плана радиотерапии, в котором точки выборки оценки плана обеспечивают быстрое отображение второго плана радиотерапии.

Варианты выполнения настоящего изобретения также включают в себя способ формования оптимизированного плана радиотерапии, имеющего фиксированный набор дискретных значений интенсивности пучка излучения из плана радиотерапии, отличающийся тем, что он имеет произвольные значения интенсивности пучка излучения для приложения излучения к целевому объему опухоли при минимизации облучения нецелевого объема структуры в теле пациента. Например, в варианте выполнения настоящего изобретения способ включает в себя предоставление плана-кандидата для радиотерапии и функцию цели оптимизации для итеративной оценки плана-кандидата для радиотерапии. Соответственно, способ включает в себя итеративную оценку плана-кандидата для радиотерапии, предназначенного для формирования оптимизированного расположения пучка излучения, область которого удовлетворяет любой заранее выбранной клинической цели и имеет произвольные значения интенсивности пучка излучения, причем оптимизированное расположение пучка определяют по предыдущему плану радиотерапии. При использовании по меньшей мере двух итераций планов радиотерапии, оцениваемых во время оптимизации плана-кандидата для радиотерапии, можно определить комбинацию дискретных интенсивностей пучков излучения, требуемых, по существу, для сопоставления клинических целей подачи излучения в соответствии с предыдущим планом радиотерапии.

В варианте выполнения настоящего изобретения быстрый расчет и отображение распределения дозы облучения для предложенного плана радиотерапии обеспечивают путем формования множества точек выборки для расположения пучка излучения путем случайной выборки первого распределения дозы облучения, определения значения дозы облучения в каждой из множества точек выборки и идентификации для каждого из целевого объема опухоли и по меньшей мере одного нецелевого объема структурны, первого набора множества точек выборки, имеющих наибольшие значения, и второго набора множества точек выборки, имеющих самые низкие значения. Алгоритм повышения градиента можно затем применять для каждого первого набора, для определения и отображения максимальной дозы облучения для целевого объема опухоли и по меньшей мере одного нецелевого объема структуры, и алгоритм снижения градиента можно применять для каждого второго набора для определения и отображения минимальной дозы облучения для целевого объема опухоли и по меньшей мере одного нецелевого объема структуры.

Предпочтительно, варианты выполнения настоящего изобретения направлены на систему, способ и устройство для лечения опухоли, которые являются простыми и экономными при использовании;

обладают тем, что считается фактором высокой безопасности для безопасности пациента;

рассчитывают оптимальный план лечения с использованием простых ограничений и быстрой оптимизации, настроенной на них, для разрешения конфликтов, изменчивых целей лечения, установленных врачом, учета целей как в целевом объеме опухоли, так и во множестве типов структуры;

используют графический интерфейс пользователя (ГИП), изображающий карты контура изодозы, в ассоциации с кривыми ГВД, другими статистическими данными и инструментами, позволяющими пользователю устанавливать требуемое распределение дозы для каждого целевого объема опухоли и нецелевого объема структуры.

Краткое описание чертежей

Таким образом, описание свойств и преимуществ изобретения, а также других свойств и преимуществ так, что они могут быть очевидно восприняты и могут быть рассмотрены более подробно, приведено с помощью более конкретного описания изобретения, кратко представленного выше, со ссылкой на варианты его выполнения, которые иллюстрируются на прилагаемых чертежах и которые формируют часть данного описания. Однако следует отметить, что на чертежах показаны иллюстрации только раз

- 9 010207 личных вариантов выполнения изобретения и поэтому их не следует рассматривать как ограничение объема изобретения, поскольку оно также может включать в себя другие эффективные варианты выполнения.

На фиг. 1 схематично показан вид части системы получения излучения, планирования и передачи излучения в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения;

на фиг. 2А-С показаны блок-схемы последовательности выполнения операций системы планирования излучения в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения;

на фиг. 3 показан вид в плане графического интерфейса пользователя в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения;

на фиг. 4 показан вид в плане окна отображения сканированного изображения в пределах графического интерфейса пользователя в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения;

на фиг 5А-0 показан вид в плане поднабора закладок выбора, включенных в окно результатов графического интерфейса пользователя, в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения;

на фиг. 6 показан вид в плане графического интерфейса пользователя в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения;

на фиг. 7 показан вид в плане графического интерфейса пользователя в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения;

на фиг. 8 показан вид в плане графического интерфейса пользователя в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения;

на фиг. 9 показан вид в плане окна графического интерфейса пользователя, обеспечивающего возможность ввода пользователем максимального и/или минимального значения дозы, в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения; и на фиг. 10 показан вид в плане окна графического интерфейса пользователя, отображающего результаты расчета алгоритма снижения градиента и алгоритма повышения градиента в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения.

Подробное описание изобретения

Настоящее изобретение будет более полно описано ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, которые иллюстрируют варианты выполнения изобретения. Это изобретение, однако, может быть воплощено с использованием множества разных форм и его не следует рассматривать как ограничение приведенными здесь представленными вариантами выполнения. Скорее, эти варианты выполнения представлены так, чтобы получить полное и завершенное описание, и они будут полностью выражать объем изобретения для специалистов в данной области техники. Одинаковыми ссылочными позициями обозначены одинаковые элементы и первичными индексами, если они используются, обозначены аналогичные элементы в альтернативных вариантах выполнения.

Современные устройства для радиотерапии, такие как, например, линейные ускорители ('ΈΕΝΑΟ'), облучают область опухоли с использованием множества проходов вдоль изменяющихся дуг, приближающихся к целевому объему, вдоль разных путей входа, причем каждая дуга, направляемая к центральной точке целевого объема, в общем, называется изоцентром объема лечения. При каждом проходе пучка для лечения облучают часть опухоли и окружающие структуры, которые попадают при проходе в пределах дуги. С использованием такого множества проходов пучка облучают определенные участки области лечения только некоторыми дугами пучка, в то время как другие участки области лечения облучают каждой дугой пучка, в результате чего возникает наибольшая концентрация дозы в изоцентре.

Варианты выполнения настоящего изобретения, как возможно лучше всего представлено на фиг. 1-3, предпочтительно обеспечивают систему 30 планирования радиотерапии, предназначенную для определения оптимального расположения пучка облучения или плана применения излучения к целевому объему опухоли при минимизации облучения объема структуры в теле пациента;

устройство, предназначенное для определения и отображения различных итераций оптимального плана; и способы выполнения системы.

Как показано на фиг. 1, способ оптимизации в соответствии с настоящим изобретением может быть выполнен с использованием устройства 31 получения изображения;

устройства 39 передачи излучения;

компьютерного устройства 35 планирования, включающего в себя обычный компьютер или набор компьютеров и программное средство 36 оптимизации плана, в котором используется способ оптимизации в соответствии с настоящим изобретением, и испытательного оборудования 37.

Все указанные выше компоненты могут быть соединены с использованием обычной локальной сети 33.

Программное средство 36 оптимизации плана в соответствии с настоящим изобретением рассчитывает оптимизированный план лечения или расположения пучка, который, как следует понимать, должен включать в себя оптимальные положения пучка вокруг поля лечения и/или оптимальный набор весов пучка или интенсивностей пучка, также известной как карта интенсивности или профиль интегральной

- 10 010207 плотности потока, или и то и другое. Оптимальное расположение пучка получают путем первоначальной установки с помощью вычислительных средств итеративного увеличения предложенного веса пучка и с использованием функции стоимости, для того чтобы гарантировать, что итеративное изменение веса пучка не приведет к неприемлемой экспозиции объемов ткани или структур, подвергаемых предложенной дозе. Пользователь затем может обеспечить выполнение дополнительных итераций для получения дополнительных параметров.

Более конкретно, варианты выполнения настоящего изобретения, предпочтительно, включают в себя улучшенную систему 30 оптимизированного планирования радиотерапии, которая учитывает множество параметров лечения, как для целей, так и для множества типов окружающей структуры. Система 30 включает в себя программное средство 36 оптимизации плана, установленное по меньшей мере в одном компьютере, предназначенное для получении с помощью расчетов предложенного расположения пучка излучения и для итеративного изменения с помощью расчетов предложенного расположения пучка излучения на основе по меньшей мере одного типа ограничения, причем тип ограничения воплощает функцию стоимости и функцию частной производной. Система 30 также включает в себя устройство 31 сбора изображения (фиг. 1), такое как, например, компьютеризированное томографическое (КТ) устройство или устройство магнитно-резонансного формирования изображения (МРИ), предназначенное для создания интерфейса с программным средством 36 оптимизации плана, для получения по меньшей мере двумерной картины сканирования или изображения 161 (фиг. 3) целевого объема опухоли. Система 30 также включает в себя графический интерфейс 150 пользователя (фиг. 3), предназначенный для отображения изображения 161 и для предоставления пользователю вариантов выбора с помощью интерфейса. Система 30 дополнительно включает в себя устройство 39 подачи излучения (фиг. 1), такое как, например, ЫЫАС, имеющее многолистовой коллиматор или другое устройство, известное для специалистов в данной области техники, предназначенное для манипуляций с пучком излучения, для подачи дозы облучения в соответствии с методологией оптимизации, в соответствии с настоящим изобретением. Следует отметить, что программное средство 36 может быть выполнено в форме микрокода, программ, процедур и языков символов, которые обеспечивают определенный набор для наборов упорядоченных операций, которые управляют функционированием аппаратных средств и направляют их работу, как известно и понятно для специалистов в данной области техники.

На фиг. 2А-С представлены способы создания плана радиотерапии, включающего в себя систему 30, в соответствии с настоящим изобретением, на фиг. 2А представлена общая блок-схема последовательности операций. Система 30 может быть выполнена в двух режимах:

первый режим представлен на фиг. 2В как режим налаживания плана, в котором система 30 получает сгенерированный вне ее предыдущий план, регулирует параметры оптимизации для моделирования плана и затем обеспечивает возможность выполнения итеративных манипуляций;

второй режим показан на фиг. 2С и представляет собой автономный режим, который содержит поднабор этапов (этапы 99-101 и 107-111 режима налаживания плана по фиг. 2В).

Первый режим, или режим налаживания плана, будет описан со ссылкой на фиг. 2А и 2В для представления контекста выполнения различных вариантов выполнения настоящего изобретения. Следует отметить, что этот контекст представлен с целью иллюстрации и его не следует интерпретировать, как ограничение объема настоящего изобретения.

Первый этап формования предыдущего плана радиотерапии обычно называется этапом 99 получения изображения. На этом этапе вначале получают изображения, предпочтительно, с использованием обычных методик сканирования КТ или МРИ, которые позволяют получить изображение 161, представляющее собой срез ткани, отображаемой с анатомической точностью. Пользователь затем передает изображение 161 либо непосредственно в компьютерную систему 35 планирования (фиг. 1), либо в базу данных, доступ к которой осуществляется с помощью компьютерной системы 35 планирования. Это типично выполняют с помощью локальной сети 33 (фиг. 1), однако можно использовать другие методологии, включая перенос данных вручную.

Следующий этап обычно называется этапом 100 процесса регистрации. Этот этап представляет собой этап обработки, состоящий в совмещении набора обычных осевых изображений 161 среза для участка тела пациента, лечение которого производят с помощью конформной радиотерапии, в соответствии с настоящим изобретением. Последовательность срезов, которые составляют полный анализ КТ или МРИ, представляет трехмерное изображение определенного участка тела пациента для обеспечения визуализации реального трехмерного набора данных. Данные результата получают путем выборки входных данных, определения общих меток известной геометрии и деформирования изображения для правильного совмещения. Полученную в результате разрешающую способность устанавливают так, чтобы она была геометрически правильной, на основе используемого известного устройства фиксации пациента. Если изображения 161 были сканированы с пленки, выполняют нормализацию изображения по серой шкале на основе эталонных изображений серой шкалы, включенных в изображения. Обычные технологии деформирования двумерного изображения, как известно и понятно для специалистов в данной области техники, используют при проведении выборки и фильтрации в соответствии с обеспечением необходимой регулировки разрешающей способности. Шаг получения срезов изображения вводит оператор компьютер

- 11 010207 ного устройства 35 планирования и его проверяют с помощью известной геометрии устройства фиксации пациента.

Следующий этап, в общем, называется этапом 101 анатомических инструментов. Пользователь идентифицирует трехмерный объем структуры, существенной для планирования излучения, в результате чего пользователь идентифицирует анатомические структуры, в общем, на основе изображений от среза к срезу. Обычно пользователь использует устройство ввода (не показано), такое как, например, световая ручка, шаровой указатель, сенсорный экран, сенсорная панель, клавиатура или мышь, с тем, чтобы окружить область, которую врач желает лечить, в каждом из множества сканированных срезов. В варианте выполнения настоящего изобретения программное средство 36 оптимизации плана компьютерного устройства 35 планирования (фиг. 1) может, вместо этого, предоставлять автоматический инструмент и соответствующий алгоритм для выбора границ опухоли, т. е. если опухоль хорошо различима на изображениях 161, например на изображении томографического сканирования. Автоматический инструмент позволяет пользователю просто щелкнуть на инструменте и программное средство 36 автоматически определяет расположение границ опухоли.

Следующий этап способа, в общем, называется этапом 102 установки пучка. Компьютерное устройство 35 планирования определяет исходный план лечения с соответствующими положениями пучка. Этап 102 установки пучка обычно предшествует этапу 103 панели предписания.

Этап 103 панели предписания позволяет врачу вводить в устройство 35 планирования требуемые цели лечения радиотерапией, используемые на предыдущих этапах, которые, в свою очередь, используются на последующем этапе 107 оптимизации плана.

Как снова показано на фиг. 2А и 2В, следующий этап способа в соответствии с настоящим изобретением представляет собой этап 104 подгонки инструментов. Получаемый в результате оптимизированный набор положений пучка излучения и весов пучка или интенсивностей пучка для сегментов пучка излучения подгоняют под возможности передачи устройства 39 передачи излучения (фиг. 1). Итерационный процесс можно использовать для учета регулировки коэффициента выхода (КВ, ОР), времени перемещения листов в многолистовом коллиматоре устройства 39 подачи и ограничений одновременного движения для получения информации об управлении для устройства 39 передачи излучения, который представляет собой план лечения, который следует передать в пределах ограничений работы устройства 39 передачи.

На этапе 105 моделирования дозы, если его выполняют, дозу облучения для пациента моделируют на основе, например, информации управления для устройства 39 передачи излучения (фиг. 1). Алгоритм, который можно использовать на этом этапе, основывается на методике трехмерной модифицированной длины пути, как известно и понятно для специалистов в данной области техники.

Как снова показано на фиг. 2 А и 2В, следующий этап способа планирования представляет собой этап 106 преобразования плана. Система 30 в соответствии с настоящим изобретением может включать в себя несколько существенных отходов от существующей практики планирования лечения. Например, пользователь может находить интерполяцию между множеством очень разных планов лечения одного и того же пациента. Один из планов лечения может быть создан с помощью системы СОКУЦБ®, указанной выше, и другой план может быть создан с использованием другой системы, имеющей другую технологию разработки. Для наиболее эффективного получения интерполяции с другими системами компьютерное устройство 35 планирования обычно должно обладать способностью автоматически генерировать цели лечения с использованием своих собственных формулировок, которые позволяют получать план лечения, по существу, идентичный плану, созданному другой системой. Это позволяет компьютерному устройству 35 планирования продвигать и регулировать различные планы лечения, созданные другими системами. Предложен алгоритм для разработки соответствующих целей лечения и их соответствующих весов.

В варианте выполнения налаживания плана в соответствии с настоящим изобретением компьютерное устройство 35 планирования предусматривает способствующий элемент, вносящий вклад в функцию цели или ограничение точки, уникальный для данного варианта выполнения, представляющий множество отобранных выбранных точек оценки плана, вместе с дополнительными ограничениями, описанными ниже. Эти точки распределяют автоматически по цели и окружающим структурам. Например, когда участок согласования плана компьютерного устройства 35 планирования импортирует план, он может распределять точки оценки плана в выбранных местоположениях в границах цели, внутри цели, в границах органа риска (ОПР) и в точках О_т,_1Х. описанных ниже. Распределение обычно выполняют с использованием случайной выборки. Случайная выборка, однако, может быть смещена для повышения вероятности выборки в областях, представляющий определенный интерес, таких как, например, области, расположенные рядом с внешней границей целевого объема опухоли.

Выбранные точки целевого объема опухоли и выбранные точки объема структуры могут быть получены с использованием случайной выборки распределения дозы облучения или расположения пучка плана лечения, созданного другой системой. Программное средство 36 оптимизации плана определяет величину дозы облучения в каждой из точек выборки целевого объема опухоли и в точках выборки объема структуры. Функция цели оптимизации может быть затем построена или модифицирована путем

- 12 010207 добавления условий функций цели для каждой из выбранных точек целевого объема опухоли и каждой из выбранных точек объем структуры. Каждое условие представляет экстремум (минимальное или максимальное ограничение) для целевой функции, который соответствует расположению пучка излучения для предыдущего плана радиотерапии.

Каждое условие, ассоциированное с выбранными точками целевого объема опухоли или выбранными точками объема структуры, уменьшает дозу облучения, когда значение дозы облучения в любой из соответствующих выбранных точек для предложенного плана радиотерапии, по существу, отличается от соответствующего значения дозы облучения для расположения пучка излучения предыдущего плана радиотерапии. В другом варианте выполнения настоящего изобретения каждое условие, ассоциированное с выбранными точками целевого объема опухоли или выбранными точками объема структуры, уменьшает дозу облучения, когда величина дозы облучения в любой из соответствующих выбранных точек предложенного плана радиотерапии, по существу, нежелательно отличается от соответствующей величины дозы облучения для расположения пучка излучения предыдущего плана радиотерапии. Аналогично, в варианте выполнения настоящего изобретения каждое условие, ассоциированное со статистическими данными дозы-объема для целевого объема опухоли или выбранными точками объема структуры, применяют таким образом, чтобы целевая функция уменьшала соответствующие статистические характеристики дозы-объема, когда величина дозы облучения в любых соответствующих выбранных точках для предложенного плана радиотерапии, по существу, нежелательно отличается от соответствующей величины дозы облучения.

После распределения этих точек плана оценки, компьютерное устройство 35 планирования может экспериментировать с разными типами элементов, вносящих вклад в стоимость, которые могут применяться в разных положениях, генерируя тот же план лечения, который был импортирован. Обычно в условиях отсутствия дополнительных ограничений компьютерное устройство 35 планирования не будет полностью следовать плану лечения, в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения, в импортированном плане лечения, поскольку импортированный план лечения, вероятно, анализирует другие точки и использует другие элементы, вносящие вклад в стоимость. Поэтому ограничение в точке, описанное ниже, предоставляет компьютерному устройству 35 планирования другой инструмент для автоматического (без управления пользователем) изменения и тонкой подстройки плана лечения с тем, чтобы сделать его, по существу, аналогичным импортированному плану.

Конечный результат этапа 106 преобразования плана состоит в том, что компьютерное устройство 35 планирования изменяет форму или преобразует предыдущий план в план, соответствующим образом отформатированный для использования его механизмом оптимизации, в соответствии с вариантами выполнения настоящего изобретения. Это может быть выполнено с помощью первоначального определения расположения пучка излучения (распределения дозы облучения), представляющего исходные клинические цели, используемые для формирования импортированного плана радиотерапии и формования функции цели оптимизации, предназначенной для ее использования для развития плана радиотерапии, имеющего клинические атрибуты, по существу, соответствующие целям клинической передачи излучения предшествующего плана радиотерапии.

Как показано на фиг. 2А-2С, на этапе 107 оптимизации плана оптимизация плана излучения представляет собой конкретный случае обратной проблемы, когда цель состоит в определении оптимального сценария передачи (устанавливают пучки излучения и/или интенсивности) для достижения предписания дозы. Этот этап применим как к режиму налаживания (фиг. 2В), так и к независимому режиму (фиг. 2С). В режиме налаживания, описанном выше со ссылкой на фиг. 2В, пользователь работает с другой системой планирования, такой как, например, система планирования СОКУи8®, для генерирования оптимального плана относительно этой системы планирования. Этот план затем преобразуют или импортируют для редактирования в режиме реального времени с использованием функции цели оптимизации, которая может быть сформирована путем итеративной настройки по меньшей мере одного ограничения так, что экстремум функции цели оптимизации будет соответствовать распределению дозы облучения, приблизительно такому же, что и первое распределение дозы облучения, и, таким образом, исходным клиническим целям импортированного плана лечения. Пользователь затем может работать с компьютерным устройством 35 планирования в соответствии с вариантами выполнения настоящего изобретения для налаживания импортированного плана.

Затем для налаживания плана можно применять системные инструменты планирования, такие как описаны ниже. Эти новые инструменты позволяют предоставить пользователю возможность делать более конкретные запросы компьютерного устройства планирования, обеспечивая таким образом возможности тонкой настройки при более подвижном управлении над распределением дозы. Импортированный план может находиться в оптимальной точке функции стоимости для внешних систем планирования. Однако, поскольку персонал клиники может иметь несколько другие цели, чем те, которые были воплощены в функции стоимости внешней системы, от персонала клиники может потребовать модифицировать этот оптимизированный план. Новые инструменты обеспечивают персоналу клиники преимущество возможности тонкой настройки плана независимо от того, как он был первоначально принят.

Со ссылкой на независимый вариант выполнения, показанный на фиг. 2С, компьютерное устрой

- 13 010207 ство 35 планирования входит, по существу, непосредственно в этап интерактивного планирования, когда пользователь вводит исходную или обновленную информацию цели. Компьютерное устройство 35 планирования может относительно быстро (в пределах интерактивного фрейма времени) отображать контуры 162 изодозы (фиг. 3) и гистограммы величины кумулятивной дозы или гистограммы величины дозы, которые совместно называются ГВД или кривыми ГВД 175 (фиг. 3) для получения реального плана лечения, который разрабатывают или модифицируют, и пользователь может непосредственно и графически манипулировать обоими этими планами.

Вместо того чтобы сидеть или, возможно, потерять 5 или 10 мин для записи предписания, ожидая, возможно, 10 мин генерирования оптимизации плана, с последующей оценкой результата и повторения этого процесса, предпочтительно, в соответствии с вариантами выполнения настоящего изобретения, пользователю предоставляют более изменчивую платформу, которая позволяет отображать графическое представление распределения дозы облучения для каждого предложенного расположения пучка излучения. Например, пользователь принимает решение передать в простату дозу 50 Гр и вводит это значение. Доза 50 Гр затем будет отображаться на экране вокруг простаты. Пользователь может затем проверить результат и принять решение, что ОПР получает слишком большую дозу. Пользователь может выполнить регулировку конкретно для ОПР, в результате чего будет уменьшена излишняя доза для ОПР, представляющего интерес. Пользователь затем может снова проверить результаты и сделать соответствующие регулировки. Предпочтительно, пользователю предоставляется возможность наблюдать развитие этих итераций, по мере того как они разворачивают план радиотерапии, что позволяет, таким образом проводить подробные, точно настроенные регулировки плана.

Более конкретно, как, возможно, лучше всего показано на фиг. 3, для помощи при оптимизации плана радиотерапии варианты выполнения настоящего изобретения предпочтительно предоставляют пользователю график 162 изодозы на сканированном изображении КТ или на томографическом сканированном изображении 161 другого типа, отображаемом в окне 160 сканированного изображения ГИП 150. Варианты выполнения настоящего изобретения также предпочтительно предоставляют пользователю кривые 175 ГВД. Пользователю предоставляют ГИП 150 и программное средство 36, которое включает в себя алгоритмы для ввода данных и манипуляции информацией, отображаемой в ГИП 150. ГИП 150 позволяет отображать интерактивные инструменты, такие как, например, раскрывающееся меню 151, 151', отмечаемые кнопки 152, 152', окна текстовых полей, такие как, например, целевая доза цели 153 или предельная доза 153' структуры, ползунковые элементы 154, 154' управления для таких параметров, как однородность цели или важность структуры, соответственно, и экранный указатель 163, который путем использования устройства ввода позволяет манипулировать контурами 162 изодозы, отображаемыми в изображении 161, и/или кривыми 175 ГВД.

В варианте выполнения настоящего изобретения ввод требуемых целевых значений может быть выполнен путем ввода с использованием по меньшей мере одного раскрывающегося меню 151, 151', отмечаемых кнопках 152, 152', полей 153, 153' ввода текста, графического интерфейса 150 пользователя (ГИП) компьютерного устройства 35 планирования. Установление цели может быть также инициировано путем создания и регулировки предписанных ГВД, таких как, например, представлены в окне 170 анализа (фиг. 3). Предписанные ГВД могут быть сформулированы, когда пользователь вводит целевые значения в устройство 35. Следует отметить, в предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения ассоциированные кривые 175 ГВД, отображающие достижимый план радиотерапии, можно регулировать путем отдельного или совместного манипулирования с различными раскрывающимися меню 151, 151', отмечаемыми кнопками 152, 152', полями 153, 153' ввода текста, контурами 162 изодозы, и путем непосредственного манипулирования (путем использования устройства-указателя) самими кривыми 175 ГВД.

Например, для цели и структуры пользователь может вводить цифры, которые представляют целевые значения, такие как:

(1) целевое значение дозы в цели (например 67,24 Гр), в поле 153 для ввода текста;

(2) предел дозы структуры (например, 68 Гр) в поле 153' для ввода текста.

Как для цели, так и для структуры ГИП 150 может отображать небольшой граф или ползунковый элемент 157 управления, который выполняет функцию, позволяющую пользователю перетягивать планку 157 вдоль длины ползункового регулятора 154, 154', для установления того же результата, который описан с помощью ввода цифр в текстовых полях 153, 153'.

Компьютерное устройство 35 планирования может применять простые ограничения и средство быстрой оптимизации к ним, что вместе обеспечивают контекст для непосредственной манипуляции контурами изодозы или контурами 162 и динамического балансирования между конфликтующими целями. В идеале элементы, вносящие вклад в функцию цели или ограничения, являются непрерывными и имеют первые производные, которые являются монотонными, и осуществляют функции стоимости, которые являются частично линейными. Компьютерное устройство 35 планирования может превратить план радиотерапии в оценку 8, которая равна сумме значений отдельных элементов, составляющих вклад в стоимость, умноженную на их назначенный приоритет или вес, в которой

- 14 010207 η

χ=1 где С_х представляет собой элемент, вносящий вклад в стоимость;

η представляет η-й элемент, вносящий вклад в стоимость;

XV,- представляет собой приоритет или вес, назначенный η-му элементу, вносящему вклад в стоимость.

Такие элементы, вносящие вклад в стоимость, или функции влияния могут принимать форму ограничений, которые, в свою очередь, представляют собой функцию весов или дозы пучка излучения. В предпочтительном варианте выполнения оценка 8 плана лечения, ниже описанная как функция элементов, вносящих вклад в стоимость, которые, в свою очередь, состоят, по меньшей мере, но без ограничений, из одного или больше следующих ограничений:

1. Границы цели.

2. Внутренняя область цели/охват цели.

3. Границы органа, представляющего риск (ОПР).

4. Точки О_тах: расположенные в точке О_т,_|х каждого пучка.

5. Точки перетягивания вверх/вниз: эти точки расположены вдоль линии, нарисованной пользователем.

6. Ограничения точки (только для варианта выполнения соответствия плану).

Каждый из типов ограничений разбивают в тех местах, где расположены соответствующие точки, представляющие интерес для соответствующих ограничений, и область интереса в теле пациента. Каждый из этих типов ограничений должен воплощать функцию стоимости и функцию частной производной (в отношении конкретного значения интегральной плотности потока конкретного пучка). Подробности эффекта ограничений описаны ниже. Вес пучка эффективно описывает план радиотерапии, и функция стоимости позволяет оценить план радиотерапии путем производства оценки, в которой каждый из отдельных элементов, вносящих вклад в стоимость или ограничения, может представлять собой функцию поднабора весов пучка излучения. Кроме того, только элементы объемного изображения, ассоциированные с ограничениями (элементы объемного изображения ограничения), дозируют при оценке стоимости во время итераций оптимизации.

Снова обращаясь к фиг. 3, в предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения компьютерное устройство 35 планирования может обеспечить динамическое балансирование ограничения, т.е. выполняемый в режиме реального времени способ регулирования дозиметрических целей при просмотре по меньшей мере одного представления дозы в теле пациента, например, в виде графика 162 изодозы на сканированном изображении КТ или на сканированном томографическом изображении другого типа, или на изображении 161, которое отображается в окне 160 сканированного изображения ГИП 150. В данном варианте выполнения программное средство 36 включает в себя алгоритмы, предназначенные для динамической манипуляции планом радиотерапии путем использования интерактивных инструментов пользователя, таких как, например, раскрывающееся меню 151, 151', отмечаемые кнопки 152, 152', окна 153, 153' ввода текста, ползунковые элементы 154, 154' управления и экранный указатель 163, установленные для манипуляции с кривыми 175 ГВД контуров 162 изодозы, отображаемый на изображении 161.

Оценка различных итераций плана радиотерапии обычно требует выборки точек оценки плана в теле пациента. Такое проведение выборки может быть выполнено совершенно случайно или может быть случайным со смещением, для увеличения вероятности выборки рядом с внешней границей целевого объема опухоли, что может, предпочтительно, обеспечить больше информации, при использовании меньшего количества точек оценки плана. Для повышения надежности оценки плана выбранные точки оценки плана, предпочтительно, не совпадают со случайно выбранными точками, используемыми программным средством 36 оптимизации плана компьютерной системы 35 планирования (фиг. 1), для выполнения отображения различных итераций плана радиотерапии.

Описанные выше ограничения могут обеспечить применимую на практике математическую структуру, предназначенную для эффективного выполнения разработки и оценки плана радиотерапии. Кроме того, программное средство 36 компьютерного устройства 35 планирования может обеспечить описанные выше ограничения, вместе с другими, известными для специалистов в данной области техники, в результате чего такие ограничения функционально устанавливают для уменьшения оценки 8 плана, или с тем, чтобы сделать план менее привлекательным.

Первые два из ограничений, идентифицированных выше, представляют собой границы цели и внутреннюю часть цели/охват цели. Границы цели обозначают форму опухоли. Алгоритм программного средства 36 воплощает это ограничение путем исследования точек выборки плана вдоль границы цели. План, который устанавливает границы, внутри или снаружи действительных границ, будет производить план, который является более желательным для пользователя. Визуальное отображение такой функции влияния, в принципе, принимает форму перевернутой У-образной отметки, которая является частично линейной, и описана специалистами в данной области техники как создание колодцев, стягивающих свои

- 15 010207 ассоциированные элементы объемного изображения к направлении к предписанной дозе. Кроме того, ползунковый элемент 154 управления или элемент управления для регулирования, выполненный в другой форме установлен для регулирования веса или важности правильного выбора границ для общего плана.

Внутреннее ограничение цели предусмотрено для обеспечения того, что в цель попадет, по меньшей мере, минимальная доза. Это ограничение снижает оценку плана в случае, когда доза в элементах объемного изображения цели будет ниже, чем целевая доза, и таким образом, делает попытку поднять эту дозу. Ограничение охвата цели, которое может представлять собой отдельное ограничение или может использоваться в комбинации с ограничением внутренней части цели, также предусмотрено для обеспечения того, что вся цель получит минимальную дозу и она будет однородной. Это ограничение, однако, снижает оценку плана в случае, когда доза в целевых элементах объемного изображения превышает целевое значение дозы, и таким образом пытается снизить эту дозу. В предпочтительном варианте выполнения ползунковый элемент 154 управления, аналогичный ползунковому элементу 154 управления, или элемент управления для регулирования в другой форме предусмотрен для регулирования степени важности этих ограничений.

Ограничения по границам ОПР предусмотрены для обеспечения того, что здоровый орган не будет подвержен из-за воздействия чрезмерной дозы излучения, т.е. превышающей предельную дозу. Это ограничение снижает оценку чрезмерной дозы в элементах объемного изображения ОПР. В предпочтительном варианте выполнения ползунковый элемент 154' управления или элемент регулирования в другой форме предусмотрен для регулирования степени важности этого ограничения.

Ограничения точек Э_тах описывают точку вдоль каждого пучка, где доза является наивысшей, в результате воздействия определенного пучка. Ограничение точек П_тах предусмотрено для управления дозой, которая не находится в цели. В предпочтительном варианте выполнения предусмотрен алгоритм программного средства 36, который игнорирует любую из точек, которая попадает в цель, и добавляет любую из точек к элементам объемного изображения на границе ОПР, которые находятся в пределах ОПР.

Ограничение точек перетягивания вверх/вниз определено по набору точек вдоль линии, вычерченной пользователем. В предпочтительном варианте выполнения алгоритм программного средства 36 предусмотрен для перевода дозы либо выше, либо ниже порогового значения - выше, когда линия начинается с точки, где доза выше, чем средняя доза вдоль линии, или ниже, когда среднее значение превышает ее. Метаоптимизация позволяет балансировать силу этих ограничений, чтобы обеспечить удовлетворение условия или достаточной силы.

В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения компьютерное устройство 35 планирования позволяет обеспечить автоматическое взвешивание ограничений. Планирование лечения состоит в балансировании различных, часто взаимно исключающих целей. После того как эти цели будут представлены, устройство 35 планирования лечения должно иметь информацию о его относительных приоритетах для обеспечения оптимального их балансирования. Как указано выше, во множестве систем планирования лечения требуется, чтобы пользователь явно установил приоритеты для целей, что может быть трудновыполнимым, неточным и потенциально может представлять собой процесс, занимающий длительное время. Концептуально компьютерное устройство 35 планирования и соответствующие алгоритмы требуют понимания взаимозависимости различных целей, охваченных планом лечения, и когда пользователь устанавливает цели поверх старых целей, как эти цели должны быть сбалансированы. Предпочтительно, варианты выполнения настоящего изобретения позволяют обеспечить автоматическое взвешивание ограничений, т.е. уровень интерактивности, который позволяет установить приоритеты, полученные по результатам анализа действий пользователя и последовательности входных команд пользователя в форме регулировок плана, вместо непосредственного ввода приоритетов, установленных пользователем. Программное средство 36 компьютерного устройства 35 планирования может переводить полученный в результате анализа приоритет в числовое значение, которое определяет внутренний вес, назначенный определенной цели. Автоматическое взвешивание ограничения представляет собой методологию, с помощью которой каждый раз, когда пользователь добавляет новую цель и выполняет регулировку, алгоритм назначает определенный уровень важности этой новой цели, поддерживает другую группу целей, например 50 целей, на их собственных отдельных уровнях важности и рассчитывает эти уровни важности таким способом, который является незаметным для пользователя. В предпочтительном варианте выполнения простая методология поиска, выполняющая отдельную оптимизацию в каждом из пробных поисков, обеспечивает такой автоматический перевод.

В варианте выполнения настоящего изобретения, со ссылкой на фиг. 3, действительный вариант выполнения при установке приоритетов может быть получен путем использования ползункового элемента управления, такого как, например, ползунковый элемент 154 управления, и/или путем использования обычного устройства-указателя (не показано), которое оперирует экранным указателем 163 для непосредственной манипуляции (перетягивания) дозой, представленной либо контуром 162 изодозы или кривыми 175 ГВД. Например, пользователь может использовать ползунковый элемент 154' управления сбережением чувствительной ткани для уменьшения дозы структуры, которую можно просматривать с

- 16 010207 помощью программного средства 36, как эквивалент установки абсолютной цели - нулевой дозы в этой структуре. Однако в пределах программного средства 36 добавление новой цели в действительности равносильно добавлению нового условия к функции общей стоимости, состоявшей из последовательности взвешенных элементов, вносящих вклад в стоимость, и/или изменения веса других. Кроме того, в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения перетягивание дозы (контура 162 изодозы или кривых 175 ГВД) добавляет новое условие к функции общей стоимости; и управление ползунковым элементом 154 управления, например, для выталкивания дозы из органа изменяет одно из ранее существовавших условий.

Также со ссылкой на фиг. 3 в предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения регулировка цели может быть выполнена путем интерактивной модификации планируемой дозы: прямым манипулированием контуров 162 изодозы (часто называемых контурной картой изодозы) и прямым манипулированием кривой 175 ГВД, в котором выход затем должен состоять в изменении контуров 162 изодозы и кривых 175 ГВД. В одном варианте выполнения настоящего изобретения обновляют приблизительную ГВД целей и пересечения на линии абсциссы ОПР ГВД и/или оценочную максимальную дозу ОПР динамически. В другом варианте выполнения настоящего изобретения их доводят до полных деталей с использованием вычислительного потока с низким приоритетом, который пытается обновить их во время периодов простоя.

Со ссылкой на фиг. 3, 4, 6-8 в предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения существуют по меньшей мере пять основных вариантов выбора, предоставляемых пользователю, для выталкивания дозы из объема опухоли или объема соседней структуры. Первый вариант выбора предоставляет глобальную регулировку для обрабатываемого объема опухоли или структуры ткани. Например, пользователь может пометить или выбрать структуру ткани, на которую воздействует доза, например всю прямую кишку. Структура может быть выбрана из раскрывающегося меню 151'. Пользователь может регулировать соответствующий ползунковый элемент 154' управления для уменьшения дозы в структуре, на которую оказывается влияние, или для того, чтобы ввести уменьшенное значение дозы в соответствующее окно 153' для ввода текста. Регулировка, однако, может изменять или может не изменять дозу в какой-либо конкретной части структуры, на которую оказывается влияние, но может фокусироваться на любой части, которая представляет собой самую горячую точку структуры, на которую оказывается влияние или, участок структуры, принимающий наибольшую дозу. Если самая горячая часть также представляет собой часть, которую рассматривает пользователь, регулировка должна быть эффективной. Если область интереса не является самой горячей частью структуры, на которую оказывается влияние, регулировка может влиять на другие части структуры, на которую оказывают влияние, во время или перед оказанием влияния на точку, представляющую интерес в пределах структуры. Вместо использования ползункового элемента 154' управления, пользователь может изучить график 162 контура изодозы на сканированном изображении 161 КТ или изображении другого томографического типа в окне 160 сканированного изображения ГИП 150, как описано ниже.

Остальные варианты выбора пользователя являются более гибкими и проявляют тенденцию большей локализации при ответе. Как показано на фиг. 3 и 4, пользователь может проверять ГИП 150, который содержит окно 160 сканированного изображения, которое включает в себя контуры 162 изодозы, наложенные или вычерченные поверх структуры воздействия, например, прямой кишки. Как описано выше, контуры 162 изодозы соответствуют дозе, в общем передаваемой в участок цели или структуры. ГИП 150 предоставляет возможность непосредственной манипуляции контурами 162 изодозы, например, на срезе 161 КТ. Пользователю может быть предоставлена возможность манипуляции контурами 162 изодозы путем использования обычного устройства-указателя (не показано) или с помощью другого соответствующего устройства ввода, известного и понятного для специалиста в данной области техники, которое может быть представлено экранным указателем 163. Программное средство 36 включает в себя алгоритм, который позволяет пользователю захватывать и перетягивать контур 162 изодозы в выбранное местоположение. Однако излучение не позволяет выполнять изолированное изменение. Другие параметры будут соответственно изменяться, когда пользователь освобождает захват устройства указателя на контуре 162 изодозы, представляющем интерес. Такое высвобождение передает в алгоритм команду на вывод нового плана, в котором отрегулированный контур 162 изодозы формирует дополнительное ограничение. Новая контурная карта контура изодозы предоставляет первичную обратную связь, получающуюся в результате перетягивания контура 162 изодозы, представляющего интерес.

Непосредственная манипуляция с одним контуром 162 изодозы может привести к тому, что контур 162 изодозы или другой контур 162' изодозы в другом месте станет расширяться. Благодаря такой визуализации, пользователь может затем определить, приносит ли вред изменение в результате незапрашиваемого отклонения, и если это так, то в какой степени. Как показано на фиг. 4, контур 162' изодозы, представляющий дозу отклонения, может быть выбран или его можно отметить и его можно перетянуть вдоль или из структуры воздействия. Например, пользователь может отметить контур 162' изодозы и может вытянуть его из области прямой кишки. После освобождения устройства-указателя или кнопки мыши (не показана), компьютерное устройство 35 планирования выполнит перерасчет другого нового плана на основе всего того, что пользователь запрашивал ранее, с тем ограничением, что доза не должна

- 17 010207 войти в ранее указанную структуру воздействия, такую как, например, прямая кишка. В этом варианте в результате регулировки будет оказываться воздействие прежде всего только на горячую точку, представляющую интерес, а не на всю цель или структуру. Концептуальное воздействие перетягивания контура 162 изодозы, представляющего интерес, состоит в изменении способа изгиба контуров 162, 162' изодозы в теле пациента.

Следует отметить, что нормальный процесс оптимизации оптимизирует направление пучка излучения и/или интенсивность в пределах границ определенных пользователем ограничений. Вместо этого, процесс метаоптимизации может итеративно регулировать сами ограничения для достижения цели, совпадающей с целью импортированного плана лечения. Метаоптимизация позволяет сбалансировать силу описанных выше ограничений с тем, чтобы обеспечить, чтобы они были достаточно сильными, чтобы быть удовлетворительными. Кроме того, в ответ на вводимые значения 164, 165 максимальной и/или минимальной дозы (фиг. 9) программное средство 36 может ограничивать манипуляцию пользователем контура изодозы для предотвращения нежелательной сопутствующей вариации дозы так, как описано выше.

Также, со ссылкой на фиг. 4 математическое перетягивание дозы формирует линию 190 между начальной точкой 191 перетягивания и конечной точкой 192 перетягивания. При расчетах алгоритм программного средства 36 компьютерного устройства 35 планирования пытается обеспечить, чтобы конкретный контур 162' изодозы, представляющий интерес, не пересекал линию 190, сформированную при перетягивании. То есть, ограничение, установленное вдоль линии 190, может быть воплощено для ограничения дозы вдоль выбранной пользователем линии для уровня величины, не превышающего требуемый уровень дозы, где нежелательный уровень дозы больше, чем желательный уровень дозы, и воплощен для ограничения этой дозы вдоль выбранной пользователем линии до уровня величины, не ниже, чем требуемый уровень дозы, где нежелательный уровень дозы меньше, чем желательный уровень дозы.

Эта цель также может быть достигнута в случае, когда нежелательная доза находится между начальной и конечной точками 191, 192 перетягивания, составляя в среднем дозу вдоль линии 190 от начальной точки 191 перетягивания до конечной точки 192. Алгоритм, который поднимает дозу, когда линия 190 начинается в точке, где доза выше, чем средняя доза вдоль линии 190, и снижает, когда среднее значение выше. Например, если выступ дозы проникает в орган, начальная точка 191 может представлять собой контур 162' изодозы, составляющий, например, 70 Гр. Линия 190 может быть сформирована путем перетягивания этого контура 162 изодозы через другой контур 162 изодозы, составляющей, например, 80 Гр, который заканчивается в конечной точке 192 с уровнем 70 Гр. Если среднее значение вдоль линии составляет 73 Гр, средняя доза будет выше, чем в начальной точке, в результате чего алгоритм будет предполагать, что пользователь желает уменьшить дозу вдоль этой линии.

В другом примере пользователь желает вытолкнуть горячую точку за пределы участка структуры здоровой ткани с использованием альтернативы перетягивания дозы. Пользователь перетягивает дозу путем захвата контура 162 изодозы устройством-указателем, связанным с экранным указателем 163, и тянет контур 162 изодозы через и по горячей точке. Этот процесс напоминает захват контурной линии контурной карты и перетягивание контурной линии чрез пик горы, вычерченной на контурной карте, т.е. пользователь помещает устройство-указатель где-то непосредственно за пределами контура пика, перетягивает его через пик и отпускает перемещенную контурную линию на противоположной стороне пика.

Ассоциированный алгоритм программного средства 36 позволяет установить ограничение вдоль линии 190 так, чтобы ничего вдоль этой линии 190 между двумя точками 191, 192 не получало уровень дозы, превышающий указанный, когда пользователь первоначально начинает перетягивание. В идеале, как указано в этом примере, алгоритм позволяет удалить пик горы. Если, однако, пик был очень широким, действие пользователя может только привести к нарезанию новой долины вдоль и на одной из вторых линий 190. В этом случае пользователь может либо сделать дополнительные попытки или может рассмотреть альтернативную методологию, такую как, например, способ глобального управления ползунковыми элементами управления, описанный выше. Следует, соответственно, отметить, в случае, когда пользователь вместо этого желает расширить контурную линию изодозы, чтобы увеличить дозу облучения в соседней области, ассоциированный алгоритм программного средства 36 может установить ограничение такое, что ничего вдоль линии, сформированной между начальной точкой перетягивания и конечной точкой перетягивания не получит дозу меньшую, чем доза начальной точки перетягивания.

Вероятно, как лучше всего показано на фиг. 3 и 6, программное средство 36 может включать в себя алгоритм, который позволяет пользователю:

(1) выбирать или отмечать участок 193 контура 162 изодозы или другое значение, представляющее изодозу, на срезе 161 изображения, имеющий требуемый для пользователя уровень дозы; и (2) манипулировать или перетягивать устройство ввода пользователя, чтобы вычертить или вылепить предлагаемый контур изодозы вдоль пути 194, желательного для пользователя (представлен как пунктирная линия), из выбранного положения 193 во второе выбранное положение на срезе 161 изображения, предпочтительно рядом или по соседству с контуром 162 изодозы.

В ответ на выбор и манипуляции пользователя с устройством ввода, для формирования требуемого для пользователя пути 194, программное средство 36 изменяет положение контура 162 изодозы прибли

- 18 010207 зительно рядом с путем 194, желательным для пользователя, изменяя таким образом форму контура 162 изодозы и формируя таким образом новую компоновку пучка излучения. Как при манипуляции с контуром изодозы, описанной выше, предпочтительное освобождение устройства ввода передает в алгоритм команду на вывод нового плана, в котором отрегулированный контур изодозы формирует добавленное ограничение.

Следует отметить, что программное средство 36 может включать в себя положения по ограничению описанных выше двух методологий манипуляции с контуром изодозы, для предотвращения нежелательных побочных изменений дозы. Пользователь может вводить одно или оба максимальное и минимальное значения 164, 165 дозы облучения (фиг. 9) для целевого объема опухоли или объема структуры. В ответ на ввод максимального и/или минимального значения 164, 165 дозы пользователем, программное средство 36 предотвращает движение контура 162 изодозы, которое могло бы привести к отклонению дозы радиации за пределы ограничений дозы, установленных пользователям.

Как, вероятно, лучше всего показано на фиг. 7, программное обеспечение 36 может включать в себя алгоритм, который обеспечивает инструмент, который позволяет пользователю выбирать или отмечать контур 162' изодозы для того, чтобы функционально стирать аномалию с высоким излучением или горячую точку (представленную на чертеже), аномалию с низким излучением или для того, чтобы выполнить более глобальное уменьшение максимальной дозы. Что касается аномалии с высоким излучением, в ответ на выбор пользователем контура 162' программное средство 36 может устанавливать значение дозы облучения в пределах контура 162' изодозы, приблизительно равное значению дозы облучения за пределами контура 162' изодозы. Для аномалии низкого излучения программное средство 36 может установить значение дозы облучения в пределах контура 162' изодозы, приблизительно равное значению дозы облучения за пределами контура 162' изодозы. В любой ситуации сдвиг дозы в пределах контура 162' изодозы концептуально стирает контур 162' изодозы.

Как и в отношении описанных выше двух форм манипуляции с контуром изодозы, высвобождение устройства ввода, предпочтительно, передает в алгоритм команду на вывод нового плана, в котором изменение значения контура 162' изодозы формирует добавленное ограничение. Кроме того, при использовании описанных выше двух формам манипуляции контуром изодозы, программное средство 36 также может включать в себя положения по ограничению этой методологии манипуляции контуром изодозы для предотвращения нежелательной побочной вариации дозы. Пользователь может вводить одно или оба значения 164, 165 максимальной и минимальной дозы облучения (фиг. 9) для целевого объема опухоли или объема структуры. В ответ на ввод пользователем максимального и/или минимального значений 164, 165 дозы, программное средство 36 может предотвратить какое-либо изменение дозы в пределах выбранного контура 162' изодозы, которое могло бы привести к отклонению дозы облучения за пределы установленных пользователем ограничений.

Как, вероятно, лучше всего показано на фиг. 3 и 8, программное обеспечение 36 может включать в себя алгоритм, который позволяет пользователю захватывать и перетягивать кривую 175' ГВД для того, чтобы либо уменьшить/увеличить процент объема опухоли или объема структуры, принимающего больше, чем заранее установленный уровень дозы излучения, как показано на фиг. 8, чтобы уменьшить/увеличить уровень избыточной дозы для данного процента объема опухоли или объема структуры или получить промежуточную комбинацию между ними. При использовании устройства ввода, предпочтительно, в форме устройства-указателя, пользователь может выбирать участок кривой 175' ГВД, расположенный в выбранном положении 196, который обозначает процент 197 целевого объема опухоли (или объема соседней структуры), для которого разрешено получить более чем заранее заданный уровень дозы излучения 198. В соответствии с перетягиванием пользователем выбранного участка 196 кривой 175' ГВД с помощью устройства ввода вдоль пути, желательного для пользователя, в другое место, программное средство 36 изменяет процент 197 целевого объема опухоли (или расположенного рядом объема структуры), для которого разрешено получить более чем заранее заданный уровень дозы излучения, формируя таким образом новое расположение пучка излучения, которое имеет требуемый для пользователя процент 199 целевого объема опухоли (или расположенного рядом объема структуры), для которого разрешено получить более чем заранее заданный уровень дозы излучения.

Как и при манипулировании/стирании контура изодозы, описанном выше, предпочтительно освобождение устройства ввода передает команду в алгоритм на ввод нового плана, в котором отрегулированная кривая 175' ГВД формирует добавленное ограничение. Кроме того, как и при манипуляции/стирании контура изодозы, программное средство 36 также может включать в себя положения для ограничения этого типа манипуляции кривой ГВД пользователем, для предотвращения нежелательных побочных изменений дозы. Пользователь может вводить одно или оба, минимальное и максимальное, значение дозы облучения для целевого объема опухоли или объема структуры. В ответ на ввод пользователем максимального и/или минимального значения 164, 165 дозы (фиг. 9), программное средство 36 может предотвратить какое-либо изменение дозы, которое могло бы привести к отклонению дозы облучения за пределы установленных пользователем ограничений дозы.

Снова обращаясь к фиг. 3 в варианте выполнения настоящего изобретения, пользователю предоставляется ползунковый элемент 155 управления, который: позволяет выполнить частичную отмену или

- 19 010207 откат изменения, вызванного в соответствии с перетягиванием контура 162 изодозы. Как отмечено выше, когда пользователь перетягивает представляющий интерес контур 162 изодозы и затем отпускает его, действия пользователя приводят к тому, что контуры изодозы контурной карты перерисовывают в окне 160 сканированного изображения новую картину плана радиотерапии (контрольную точку). Таким образом, пользователю предоставляют информацию, необходимую для определения эффекта предлагаемого изменения. Концептуально, пользователь запрашивает изменение плана радиотерапии, не зная, какие компромиссы потребуются или к каким изменениям это приведет. Однако пользователь, в общем, желает понять, какие произойдут побочные изменения и как предложенная модификация повлияет на побочное изменение. Таким образом, пользователю предоставляется ползунковый элемент 155 управления (ползунковый элемент управления частичной отменой), в котором пользователь может перемещать ручку 157 ползункового элемента 155 управления для последовательного возврата от предложенной модификации. Хотя другие методики также находятся в пределах объема настоящего изобретения, функция ползункового элемента 155 управления, предпочтительно, достигается с использованием линейной интерполяции между значениями дозы (соответствующей линейной интерполяции интенсивности пучка) точек выборки, используемых программным средством 36 оптимизации плана, которая более подробно описана ниже.

Ползунковый элемент 155 частичной отмены, в принципе, эквивалентен устройству возврата, которое автоматически инкапсулирует последнюю регулировку, выполненную пользователем. Кроме того, в предпочтительном варианте выполнения в ползунковом элементе 155 частичной отмены по умолчанию его ручка 157 находится в крайнем правом положении после освобождения контура 162 изодозы, представляющей интерес, и окно 160 сканированного изображения, соответственно, отображает модифицированный план. Если пользователь перемещает ручку 157 ползункового элемента в направлении до конца влево, алгоритм полностью отменяют модификацию. При перемещении ручки 157 обратно в правое положение, он повторно полностью восстанавливает модификацию так, что пользователь может в режиме реального времени наглядно представить себе эффект модификации, полностью или последовательно, по мере того как пользователь перемещает ручку 157 назад и вперед. Предпочтительно, для пользователя, таким образом, будет более просто понять степень компромисса. Пользователь может выбирать любую промежуточную точку для просмотра конфигурации плана перед регулировкой и в результате регулировки.

Например, пользователь просматривает контуры 162 изодозы, наложенные на изображение 161 в окне 160 сканированного изображения ГИП 150, и определяет, что избыточная доза будет передана в структуру здорового органа, такого как прямая кишка. Пользователь, используя устройство-указатель, ассоциированное с экранным указателем 163, захватывает контур 162 представляющей интерес изодозы, выталкивая соответственно дозу за пределы прямой кишки. В этом примере предположим, что такая регулировка привела к снижению результатов до уровня ниже, чем требуемый, в соседних областях. Пользователь, которому не нравится этот результат регулировки, затем экспериментирует с регулировкой, перемещая ручку 157 ползункового элемента 155 управления частичной отмены назад и вперед, проверяя изменения контуров 162 изодозы на экране при каждом изменении. По мере того как пользователь перемещает ручку 157 ползункового элемента 155 управления частичной отмены, обеспечивая изменчивое перемещение контуров 162 изодозы в область прямой кишки и из нее, пользователь выбирает расположение контура изодозы, соответствующее наилучшему возможному компромиссу. После освобождения ручки 157 ползункового элемента 155 управления частичной отмены алгоритм предоставляет обновленный план лечения. Пользователь затем продолжает исследовать результаты и выполняет соответствующие другие изменения.

В вариантах выполнения настоящего изобретения компьютерное устройство 35 планирования обеспечивает возможность интерполяции карт интегральной плотности потока. Эта возможность предоставляет пользователю гибкость в исследовании полного диапазона опций между множеством эталонных сценариев плана. Например, в варианте выполнения в соответствии с настоящим изобретением алгоритм частичной отмены воплощает динамичный ползунковый элемент 155 управления, который, как описано выше, имеет эффект, позволяющий пользователю быстро выполнять частичную отмену изменений. В самой простой форме функция частичной отмены изменений позволяет создавать усредненный план лечения, т.е. например эквивалент сценария плана, который концептуально находится на середине пути между планом перед регулировкой и планом после регулировки. Соответствующий алгоритм позволяет усреднять дозу (выполнять интерполяцию между матрицами дозы) и усреднять структуры интегральной плотности потока (выполнять интерполяцию между профилями интенсивности пучка), по которым получают дозу, представляющую интерес. До тех пор пока алгоритм ограничен определенным набором ограничений, этот алгоритм может выполнять такую операцию соответственно и позволяет получить план лечения, выбранный в пределах континуума между планом лечения пред регулировкой и планом лечения после регулировки. В различных вариантах выполнения настоящего изобретения компьютерное устройство 35 планирования обеспечивает различные уровни таких ограничений по ограничениям, в зависимости от временно требуемых рабочих характеристик.

- 20 010207

В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения компьютерная система 35 планирования обеспечивает возможность интерполяции между ' проверочными точками'. Некоторые системы планирования лечения предоставляют средство сохранения или временного сохранения множества итераций плана лечения в форме обновленной версии для последующего сравнения и для обеспечения возможности обратного отслеживания. Пользователю предоставляют управление, выполняемое в режиме реального времени, которое позволяет пользователю устанавливать любой из двух планов (' контрольных точек') в качестве конечных точек единого континуума, обеспечивая таким образом для пользователя повышенную скорость и свободу исследования различных соответствующих возможностей. Как показано на фиг. 3, дисплей 150 ГИП может включать в себя кнопку 158, раскрывающееся меню (не показано) или аналогичное устройство, которое обеспечивает возможность доступа к списку планов, и кнопку 158', раскрывающееся меню (не показано) или аналогичное устройство, которое позволяет добавить текущий план к списку. Интерполяция между функцией проверочных точек позволяет пользователю выполнить некоторые изменения, сохранить модифицированный план в качестве другой версии и затем в более позднее время вызвать любые предшествующие версии, для того чтобы, в принципе, перемещаться назад и вперед в пределах континуума между этими версиями или предыдущими версиями и планом текущего отображения для дополнительной разработки еще более адекватных версий.

Концептуально интерполяция между функцией контрольных точек представляет собой отмену на множестве уровней, которая позволяет функционально использовать линейную интерполяцию между значениями дозы точек выборки оценки/оптимизации. Эта функция, однако, не ограничивается сравнением только с предшествующими версиями плана, созданного с использованием инструментов данной системы. Интерполяция между двумя проверочными точками может быть выполнена путем первоначального определения значения дозы облучения в каждой из соответствующего набора точек, представляющих распределение дозы облучения для первой и второй проверочных точек, созданных на разных платформах. Следует отметить, что хотя другие методики находятся в пределах настоящего изобретения, эту функцию, предпочтительно, выполняют с использованием линейной интерполяции, применяемой между значениями дозы облучения для наборов точек, представляющих распределение дозы излучения для первой и второй проверочных точек.

Программное средство 36 оптимизации плана может преобразовывать промежуточный (или конечный) предложенный план радиотерапии в окончательный дискретный план радиотерапии, используя дискретизацию интенсивностей пучка излучения, формируя расположение пучка излучения при соответствующих установках интенсивности пучка излучения, совместимых с заранее выбранным устройством 39 подачи, таким как, например, устройство конформной подачи излучения для радиотерапии. Программное средство 36 может затем автоматически графически отображать для пользователя окончательный дискретный план радиотерапии. Это может быть выполнено путем предоставления функции цели оптимизации, в каждой точке ограниченной значением дозы облучения при распределении дозы облучения или в наборе ее выборок, представляющем распределение дозы облучения.

Для того чтобы обеспечить возможность выполнения указанных выше интерактивных изменений плана в режиме реального времени в компьютерных аппаратных средствах современного поколения функция цели, которую компьютер, обрабатывающий соответствующий алгоритм оптимизации, часто оптимизирует, может быть определена или переустановлена таким образом, чтобы она была совместима с быстрой (скоротечной) оптимизацией, без существенного уменьшения возможностей. В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения компьютерное устройство 35 планирования может обеспечить оптимизацию, используя монотонные первые производные элементов, осуществляющих вклад в цель. Компьютерное устройство 35 планирования может предоставлять алгоритм, который повторно формулирует цели таким образом, что каждый элемент, осуществляющий вклад в функцию цели, будет монотонным в его первой производной для достижения существенного уменьшения времени, требуемого для выполнения оптимизации. Благодаря фокусированию внимания на функцию цели, которую компьютер должен часто оптимизировать, вместо оптимизации каждой функции цели, может быть достигнуто значительное уменьшение времени расчетов при минимальных вычислительных затратах. Следует отметить, что применение алгоритма для всех оптимизируемых функций целей, тем не менее, находится в пределах объема настоящего изобретения.

Выбор точки оценки плана представляет собой другую методику, которая обеспечивает быструю оптимизацию. Выбор точек выборки для оценки различных итерацией плана радиотерапии позволяет существенно увеличить характеристики скорости работы. Такая выборка может быть либо полностью случайной, или случайной, но со смещением для повышения вероятности выборки в областях, соседних к областям, представляющим определенный интерес. В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения компьютерное устройство 35 планирования предоставляет алгоритм для автоматического выбора минимального количества точек оценки плана, для повышения скорости и интерактивности путем идентификации меньшего, чем обычно количества точек оценки плана в теле пациента, в котором требуется выполнить моделирование дозы лечения. Эти точки оценки плана распределены в достаточной степени так, чтобы программное средство 36 осознавало важные свойства дозы. Поскольку рабочая характеристика обратно пропорционально количеству таких точек оценки плана, такой алгоритм позво

- 21 010207 ляет идентифицировать наименьшую группу, которая удовлетворяет этому критерию, выполнить поиск компромисса, который представлен условием, когда количество точек оценки плана одновременно ограничивает рабочие характеристики и задает точность.

Например, можно было иметь 1000 разных частей опухоли, в которых рассчитывают дозу для использования при расчетах функции цели, и в теле пациента могут быть распределены 50000 других точек. Если алгоритм выбирает 50000 точек, он может получить очень точное описание плана лечения, но расчеты займут неприемлемое количество времени. Если алгоритм выбирает только 5 точек, результат представит собой очень неточное описание плана лечения. Однако, если алгоритм, выберет 500 точек, точность будет зависеть от того, где эти точки стратегически расположены. Поэтому соответствующий алгоритм может выбирать наименьшее возможное количество точек в правильных положениях, в результате чего можно получить минимальное количество точек, которое все еще будет достаточным для определения дозы, передаваемой пациенту.

Множество точек выборки целевого объема опухоли и множество точек выборки объема структуры может быть получено путем случайной выборки распределения дозы облучения или расположения пучка предшествующего плана радиотерапии, как описано выше. Такой план радиотерапии может быть либо импортируемым планом или предыдущей итерацией предлагаемого плана радиотерапии. Программное средство 36 оптимизации плана определяет значение дозы облучения в каждой из точек выборки целевого объема опухоли и точек выборки объема структуры. Функция цели оптимизации может быть затем построена или модифицирована путем добавления условия к функции цели для каждой из точек выборки целевого объема опухоли, и каждой из точек выборки объема структуры. Каждое такое условие представляет экстремум (минимальное или максимальное значение) для функции цели, которая соответствует расположению пучка излучения предшествующего плана радиотерапии.

Следует отметить, что для того, чтобы обеспечить целостность плана радиотерапии, разработанного с использованием точек выборки, вместо общего распределения дозы излучения программное средство 36 может отдельно предоставить случайные точки выборки для использования для оценки плана, которые являются отдельными и отличающимися от точек, используемых для оптимизации плана. То есть, программное средство 36 может построить функцию цели, ограниченную величиной дозы облучения, в каждой из множества точек выборки оптимизации плана, которое отличается от используемых при оценке плана. Таким образом, пользователь оценивает предлагаемый план лечения вместо простой оценки математической модели, используемой программным средством 36.

Скорость работы и эффективность могут быть дополнительно повышены при использовании избирательных перерасчетов. Например, для выполнения оценки итерации предложенного плана радиотерапии пользователю обычно предоставляют двумерный срез изображения, такой как, например, изображение 161, представленное на фиг. 3. Таким образом, программное средство 36 должно только перерассчитать значение дозы облучения для точек выборки оценки плана, ассоциированных с изображением 161, отображаемым в данный момент времени, вместо перерасчета значений для дозы облучения в каждой из точек выборки оценки плана, для каждого среза изображения, включая те, которые не отображаются в данный момент времени.

Эффективность и скорость можно дополнительно повысить путем использования алгоритмов сопряженных градиентов, для определения и отображения минимальных и максимальных значений дозы облучения для каждой цели или структуры. Например, программное средство 36 может идентифицировать для каждого из целевого объема опухоли и нецелевого объема структуры небольшой набор точек выборки, имеющих наибольшие значения дозы облучения (например, 5 точек выборки), и небольшой набор точек выборки, которые имеют наименьшие значения дозы облучения. Программное средство 36 может применять алгоритм разрешения градиента для каждого малого набора, имеющего наивысшее значение дозы излучения, для определения и отображения (фиг. 10) максимума 166 дозы облучения для целевого объема опухоли и нецелевых объемов структуры. Соответственно, программное средство 36 может применять алгоритм снижения градиента для малого набора, имеющего наименьшие значения дозы облучения, для определения и отображения минимума 167 дозы облучения для целевого объема опухоли и нецелевых объемов структуры. При использовании малого набора точек выборки, вместо всех точек выборки или всего распределения дозы облучения, существенно уменьшается время, требуемое для расчета минимальных и максимальных значений дозы облучения для цели и структур.

В варианте выполнения настоящего изобретения алгоритм также может обрабатывать два разных набора выборок оценки плана: первый набор совпадает с точками, которые оценивают в функции цели, т.е. точками, которые привносят свой вклад в обратную связь. Второй набор совпадает с точками, используемыми для формулирования кривых ГВД и других статистических данных. Этот алгоритм выполняет оценку функции цели более часто, чем алгоритм рассчитывает кривые ГВД и другие статистические данные. Поэтому алгоритм может позволить использовать больше точек для этой последней группы. Таким образом, алгоритм обеспечивает быстрое выполнение и эффективность с использованием меньшего поднабора точек, когда требуется перерассчитать функцию цели.

Ползунковый элемент 156 управления быстрым улучшением эффективности подачи РТМИ (ΙΜΚ.Τ, радиотерапия с модулируемой интенсивностью) или другой соответствующий инструмент (фиг. 3) мо

- 22 010207 жет быть добавлен для обеспечения дополнительного ограничения, которое можно использовать для ограничения решений, путем добавления дополнительного элемента, вносящегося вклад в стоимость, который может доминировать в процессе оптимизации, и, таким образом, свести к минимуму влияние других элементов, вносящих вклад. То есть ограничение, пропорциональное количеству сегментов поля пучка излучения, и ограничение, пропорциональное среднему ослаблению пучка излучения (для системы радиотерапии с модулируемой интенсивностью) могут быть добавлены к функции цели в качестве методологии управления эффективностью плана радиотерапии. Такая комбинация ограничений позволяет пользователю управлять компромиссом между дозиметрическим качеством (насколько хорошо план удовлетворяет клиническим целям, относящимся к распределению дозы), и эффективностью подачи (скоростью подачи).

Например, в предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения, если дозиметрическая стоимость (стоимость, ассоциированная с качеством распределения дозы) находится ниже максимально приемлемого уровня, общая стоимость не включает в себя компонент стоимости подачи, т.е.

Общая стоимость = Дозиметрическая Стоимость.

Если, однако, дозиметрическая стоимость находится выше максимального приемлемого уровня, общая стоимость может быть ограничена, например, стоимостью подачи

Общая стоимость = Дозиметрическая Стоимость + Б8* (Стоимость Подачи - Приемлемый Уровень), где Б8 представляет собой большое положительное число и Стоимость Подачи связана с временной эффективностью подачи.

Если сложность устройства 39 подачи основана на общем количестве единиц отслеживания, а не на общем количестве сегментов (как в случае М1М1С), Стоимость Подачи (ЭейуегуСоз!) может быть определена следующим образом:

^тРепсНВеатз-}

Σα - ΚβΙαΐϊνβΙηΐβη$ϊΐγ[6 ]) ИеВуегуСоМ =---—------------------НитРепс^Веатз где ^итРепейБеатз представляет собой количество карандашных пучков, которые попадают в целевой объем опухоли;

Ке1айуе1п!епзйу (относительная интенсивность) находится в диапазоне от 0 до 1, где 1 представляет полную передачу.

Для эффективных планов коллиматорные листья открыты в течение большей части времени. Для неэффективных планов, значение Ке1айуе1п!епз1!у близко к 0.

И снова со ссылкой на фиг. 2А-2С, следующий этап в системе 30 планирования часто описывают как этап 108 подгонки инструмента. Полученный в результате оптимизированный набор положений пучка излучения и весов пучка или интенсивностей пучка для сегментов пучка излучения подгоняют к возможностям подачи устройства 39 подачи излучения. Другими словами, после завершения точной настройки плана лечения, с использованием различных ползунковых элементов управления, таких как ползунковый элемент 154 управления, и после перетягивания контуров 162 изодозы с использованием экранного указателя 163 и т.д. следующий основной этап состоит в выполнении соответствующих преобразований, уникальных для типа выбранного устройства 39 подачи и передачи согласованного плана радиотерапии в выбранное устройство 39 подачи для лечения пациента. Следует отметить, что хотя в предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения этап 108 подгонки инструмента показан как отдельный этап, он, предпочтительно, функционально скомбинирован с этапом 107 оптимизации плана.

Программное средство 36 предоставляет множество других возможных выходных результатов, в зависимости от выбранного устройства 39. Компьютерное устройство 35 планирования может предоставить множество дополнительных других данных и графиков, которые позволяют пользователю проверять результаты и позволяют пользователю проводить испытательный запуск плана радиотерапии, путем передачи планируемой дозы в испытательное оборудование 37. Такой подход, предпочтительно, предоставляет пользователю возможность убедиться в том, что результаты плана лечения соответствуют расчетам компьютерного устройства 35 планирования и ожиданиям пользователя. В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения дисплей 150 ГИП может включать в себя кнопку (не показана), раскрывающееся меню (не показано) или аналогичное устройство, которое позволяет пользователю утверждать план радиотерапии. Следует отметить, что обычно пользователь должен заполнять протокол безопасности, например вводить пароль для завершения утверждения плана радиотерапии. Компьютерное устройство 35 планирования затем может автоматически устанавливать соединение через локальную сеть 33 с выбранным устройством 39 подачи и передавать конкретный план радиотерапии, ассоциированный с конкретным пациентом. В его наиболее простой форме план радиотерапии на этом этапе разработки передают в устройство 39 подачи команды, указывающие, в какой степени и с какой длительностью следует передавать излучение для множества разных направлений.

Разработанный план может быть или не всегда может быть совместимым с выбранным устройством 39 подачи излучения. Различные механизмы подачи плана для различных устройств 39 подачи излучения

- 23 010207 часто требуют, чтобы интегральные плотности потока пучка имели определенные дискретные значения, в то время как программы-оптимизаторы в различных вариантах выполнения могут работать либо в дискретном, либо в непрерывном пространстве. Для вариантов выполнения, в которых план оптимизации разработан в непрерывном пространстве, различные методологии, такие как, например, складывание моды дискретизацию и дискретизацию типа выведенная точка минимума, или другие методологии дискретизации, известные для специалистов в данной области техники, можно использовать отдельно или в комбинации, как механизм преобразования таких оптимизированных планов в дискретные планы, предназначенные для передачи. Например, для упрощения и/или ускорения подачи модулированных полей интенсивности лечения через типичный многолистовой коллиматор, часто используют ограниченное количество дискретных уровней интенсивности при определении оптимальной карты интегральной плотности потока для лечения. Многие современные системы обеспечивают простые наборы этих уровней (например, 0-100% с шагом 10%). Однако действительно используемые уровни могут существенно повлиять как на простоту лечения, так и на его скорость. Аналогично, оптимальные уровни одного плана лечения типично отличаются между собой.

В варианте выполнения настоящего изобретения устройство 35 компьютерного планирования также может обеспечить функцию цели оптимизации, которую можно использовать для разработки оптимизированного плана радиотерапии, который имеет фиксированный набор дискретных значений интенсивности пучка излучения, по предыдущему плану радиотерапии, который отличается тем, что имеет произвольные значения интенсивности пучка излучения. Функция цели позволяет итеративно оценивать предыдущий план радиотерапии и множество последующих планов радиотерапии, полученных на основе предыдущего плана радиотерапии, для определения комбинации дискретных интенсивностей пучка излучения. По результатам такого определения программное обеспечение средство 36 компьютерного устройства 35 планирования может обеспечить оптимизированный план радиотерапии, который имеет клинические атрибуты, по существу, соответствующие целям подачи клинического излучения предшествующего плана радиотерапии. Компьютерное устройство 35 планирования может поддерживать запись множества планов радиотерапии, которые можно оценивать с помощью функции цели оптимизации. Функция цели оптимизации построена таким образом, что она может подразумевать комбинацию интенсивностей дискретных пучков излучения, требуемую для обеспечения, по существу, соответствие между целями передачи клинического излучения предшествующего плана радиотерапии для оцениваемых планов радиотерапии.

В другом варианте выполнения настоящего изобретения компьютерное устройство 35 планирования включает в себя алгоритм дискретизации складывания моды, который предусматривает быструю оценку идеальных уровней интегральной плотности потока для заданного поля лечения. Этот алгоритм идентифицирует оптимальные уровни для дискретизации интегральной плотности потока путем идентификации их в распределении вероятности интегральной плотности потока. В одном варианте выполнения алгоритм выполняют при условии предположения, что для дискретных уровней должна быть обеспечена возможность разложения на комбинации поднабора этих уровней, в результате чего получают N уровней с использованием комбинации 1од2 N уровней. Этот алгоритм работает путем выбора отмечаемых мод из множества вариантов распределения, которые могут быть получены на основе данных интегральной плотности потока при различных значениях разрешающей способности. Блок оценки вероятности работает путем расширения окна выборок, прогрессивного сглаживания полученных оценок распределения, до тех пор пока не будет получено меньшее количество мод, чем заранее определенное постоянное значение. Эти моды оценивают в отношении того, насколько хорошо они охватывают интегральную плотность потока (размер моды) и их корреляцию со сложенным распределением (выше, если моды будут усилены путем сложения, ниже, если они будут рассеяны).

В варианте выполнения настоящего изобретения компьютерное устройство 35 планирования также может предоставлять алгоритм, который использует дискретизацию типа выведенная точка минимума. В случае, когда дискретные уровни интенсивности заранее определены, компьютерное устройство 35 планирования может включать в себя алгоритм, который обеспечивает эвристическую методику, которая регулирует расстояние между оптимальной и близкой к дискретной точке, на основе предполагаемых градиентов. Программное средство 36 может предоставлять вектор направления, который объединяет в себе подход к оптимуму. В варианте выполнения, когда в программном средстве 36 используют подход совмещенных градиентов, вектор направления должен проходить по последнему направлению. В случае, когда в программном средстве 36 используется способ спуска, вектор направления должен быть направлен от последней точки проверки к конечной оптимальной точке. Для дискретизации типа выведенная точка минимума предположение на основе статистических данных состоит в том, что это направление проходит вдоль узкой долины в функции цели и поэтому в направлении минимального градиента. Предпочтительно стоимость в точке Р моделируют как

где С_Р - функция цели с оценкой в точке Р; С_О - минимальная стоимость;

- 24 010207

О - оптимальная точка в непрерывном пространстве;

С - вектор единицы градиента из блока оптимизации;

а - градиент вдоль вектора 6;

Ь - градиент вдоль ортогонального вектора; градиенты а и Ь рассчитывают путем оценки двух проверочных точек и решения.

Такая функция моделирует стоимость, как оптимальную стоимость, плюс магнитуда расстояния от текущей точки до оптимальной точки, умноженную на сумму вектора, плюс разность между векторами а и Ь, масштабированных по члену, который представляет собой результат векторного произведения единичных векторов градиента с линией от текущей точки до оптимальной точки, разделенной на магнитуду линии от текущей точки до оптимальной точки. Такие затраты в точке могут быть сохранены для сравнения с оконечной номинацией алгоритма, поэтому выбор хороших исходных точек-кандидатов улучшает рабочие характеристики. В алгоритме может использоваться ближайшая дискретная точка и точка с подъемом по меньшей мере на 1/4, но не более чем на 3/4 размера, на второй ближайший дискретный уровень, в которой размеры подъема выбирают на основе расстояния, которое должна пройти точка для подъема.

Снова со ссылкой на фиг. 2А-2С, описан следующий этап, который представляет собой этап 109 моделирования дозы. Этот этап функционально представляет собой тот же этап, что и этап 105, за исключением того, что его выполняют либо во время, либо после оптимизации плана с использованием механизма оптимизации компьютерного устройства 35 планирования в соответствии с настоящим изобретением. Дозу облучения для пациента моделируют на основе информации управления для устройства 39 подачи излучения. Компьютерное устройство 35 планирования обеспечивает множество выходных данных как для устройства 39 подачи, так и для пользователя. Человек должен проверить все результаты, поэтому, как указано выше, компьютерное устройство 35 планирования может обеспечивать дополнительные графики и данные, которые позволяют пользователю провести испытательный запуск плана лечения без пациента и выполнить измерение дозы, передаваемой в испытательное оборудование 37, для определения, совпадает ли оптимизированный компьютером план радиотерапии с ожиданиями пользователя, и для того, чтобы убедиться, что выходные параметры, выводимые устройством 39 подачи, соответствуют плану радиотерапии.

Как показано в окне принятия решения на фиг. 2А-2С, которое обозначено, как этап 110 принятия решения, пользователь принимает решение, соответствует ли ожиданиям оптимизированный компьютером план радиотерапии. Если этот так, пользователь переходит к этапу 111 выходной обработки и подачи излучения. Если план или результаты будут определены, как неприемлемые, нежелательные или даже просто требующие улучшения, пользователь возвращается (к началу цикла) на этапы 107-109 и выполняет этап 107 оптимизации плана в отношении дополнительных модификаций, проверок или анализа, редактируя предписание дозы или перемещая контуры 162 изодозы; этап 108 подгонки инструмента для компьютерной оптимизации пучков и снова этап 109 моделирования дозы для выполнения моделирования для просмотра. Такой цикл может продолжаться до тех пор, пока пользователь не определит, что план является приемлемым.

Этап 111 выходной обработки и подачи позволяет врачу просмотреть информацию моделируемой дозы облучения и утвердить план излучения для окончательной передачи излучения в тело пациента. После такого просмотра и утверждения данные для управления устройством подачи для конкретного случая подачи излучения сохраняют на носителе, считываемом компьютером, или прямо и/или опосредованно передают их через сеть 33. Переданные данные идентифицируют как план лечения для определенного пациента, в соответствии с чем план содержит информацию о том, какое количество излучения требуется передать и из каких направлений. Эти данные также могут включать в себя инструкции для момента времени и передвижений элементов, например многолистового коллиматора, который соединен с устройством 39 подачи, информацию об установке источника излучения и обычную информацию о пациенте. В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения пользователю только требуется отметить кнопку или пункт раскрывающегося меню для запуска соответствующего алгоритма. В типичной ситуации врач или техник утверждает план радиотерапии и вводит пароль, который, в свою очередь, автоматически приводит к установлению сетевого соединения с устройством 39 подачи излучения.

Как описано выше, на фиг. 2А представлена процедура создания плана радиотерапии с использованием компьютерного устройства 35 планирования в соответствии с настоящим изобретением, в результате чего устройство работает в двух режимах, первый из которых, показанный на фиг. 2В, представляет собой режим налаживания плана и второй представляет собой автономный режим, показанный на фиг. 2С, в котором используется поднабор этапов, указанных выше. Как показано на фиг. 2С, автономный режим содержит этапы 99-101 получения изображения опухоли и установления исходных положений пучка, затем пропускает этапы 102-106, которые обычно необходимы только для преобразования предыдущего плана системы, такого как, например, плана системы планирования СОК.Уи8®, в представление плана в компьютерном устройстве 35 планирования в соответствии с настоящим изобретением, и затем переходит непосредственно на этап 107 для оптимизации плана, этап 108 подгонки инстру

- 25 010207 ментов, состоящий в оптимизации пучка, этап 109 моделирования дозы для обзора, этап 110 принятия решения в ходе итеративных циклов до тех пор, пока план не будет принят, и, наконец, на этап 111 выходной обработки и подачи излучения.

Варианты выполнения настоящего изобретения включают в себя графический интерфейс пользователя. В основном со ссылкой на фиг. 3, компьютерная система или устройство, такое как компьютерное устройство 35 планирования, может иметь графический интерфейс 150 пользователя (ГИП), с помощью которого функционально отображают операционную систему и прикладное программное средство, благодаря чему к ним можно осуществлять доступ. ГИП, такой как ГИП 150, может представлять компьютерные прикладные программы, документы и файлы данных в виде графически отображаемых объектов ГИП, таких как пиктограммы и меню. Пользователь может манипулировать объектами ГИП для управления и активации системы и функций прикладной программы. Пользователь может манипулировать объектами ГИП с помощью устройства-указателя, такого как мышь, сенсорный экран, или с использованием другого устройства ввода (не показано). Мышь представляет собой устройство ввода, которое при движении его по поверхности перемещает указатель на экране дисплея, такой как, например, экранный указатель 163 дисплея, в соответствующем направлении. Мышь обычно имеет несколько кнопок, на которые можно нажимать (отмечать), для выбора объекта ГИП, на который указывает указатель, и для активации соответствующей функции объекта ГИП. Операционная система ГИП и прикладные программы также можно называть системами указать-и-отметить.

Объекты ГИП могут включать в себя выбираемые пользователем интерфейсы, такие как, например, раскрывающееся меню 151, отмечаемая кнопка 152, поле 153 ввода текста, кнопка 158 и ползунковый элемент 154 управления (который может включать в себя горизонтальные или вертикальные ручки или планку 157, которые можно перемещать с помощью мыши или другого устройства-указателя, в результате чего происходит обновление ассоциированных функций объекта ГИП, после освобождения). ГИП 150 также может отображать объект ГИП в форме по меньшей мере одного графического изображения опухоли или среза опухоли, такого как сканированное изображение 161, отображаемое в окне 160 сканированного изображения. ГИП 150 также может одновременно отображать другие графические изображения, такие как контуры 162 изодозы, представляющие относительные изменения изодоз, представленных в виде графика по отношению к местоположению опухоли. ГИП 150 также может отображать по меньшей мере один объект ГИП в форме меток на графическом дисплее в окне 170 анализа, расчеты или другие статистические данные, вводимые в прикладные программы или выводимые из них.

Как указано выше, предпочтительный вариант выполнения изобретения отображает множество выбираемых пользователем интерфейсов, таких как, например, раскрывающееся меню 151 и отмечаемая кнопка 158; по меньшей мере одно окно 160 сканированного изображения, такое как сканированное изображение 161 КТ с наложенными значениями дозы, включающими в себя контур 162 изодозы; и ручной инструмент в форме экранного указателя дисплея, который позволяет пользователю отмечать границы того, что пользователь считает материалом опухоли, обычно на основе отображения слайд за слайдом. Инструмент обычно отображают как указатель типа мыши, аналогичный экранному указателю 163. ГИП

150 также может включать в себя автоматизированный селектор структуры объема (не показан), который позволяет пользователю просто отмечать его, в результате чего происходит автоматическое определение положения границ опухоли и автоматическое выполнение регулировки, в случае, когда опухоль очень хорошо выделяется на изображении. Кроме того, ГИП 150 может включать в себя интерфейсы, выбираемые пользователем, такие как, например, раскрывающиеся меню 151, 151' или отмечаемые кнопки 152, 152', для выбора цели или структуры; поля 153, 153' ввода текста (например, предельного значения дозы); ползунковые элементы 154, 154', 154 управления, предназначенные для регулирования важности различных параметров, ползунковые элементы 155, 156 управления, предназначенные для получения интерполяции между планами или для регулировки характеристик программных средств; и закладки 171 выбора окна 170 анализа, в котором представлены различные статистические данные.

В варианте выполнения настоящего изобретения часть дисплея 150 окна ГИП зависит от контекста. Интерфейс включает в себя по меньшей мере одно раскрывающееся меню 151 с выбираемыми компонентами. С целью иллюстрации и со ссылкой на фиг. 3 целевая секция 180 предназначена для выбора других органов здоровой ткани, на основе типа целевого органа ткани. Выбор конкретной цели позволяет вводить соответствующие команды или регулировки в отношении определенной цели. В альтернативных вариантах выполнения последовательность закладок или отмечаемых кнопок (не показаны) можно использовать вместо этого. Предпочтительный вариант выполнения включает раскрывающееся меню

151 для выбора 180 цели и раскрывающегося меню 151' для выбора 181 структуры здоровой ткани.

Например, если целевая опухоль возникала в результате рака простаты, обычно структуры здоровой ткани, представляющие интерес для плана лечения, будут включать прямую кишку и мочевой пузырь. Пользователь должен идентифицировать и получить доступ к выбору 181 структуры через раскрывающееся меню 151 структуры для выбора каждого из здоровых органов, представляющих интерес. Управление, совместно с полем 153' ввода текста, обеспечивает возможность регулировать предельное значение дозы или каждый из выбранных здоровых органов, т.е. если пользователь выбрал мочевой пузырь из списка, то затем отображаемый элемент управления применяют для мочевого пузыря, если поль

- 26 010207 зователь выбрал из списка прямую кишку, то те же элементы управления появляются для прямой кишки.

В варианте выполнения в соответствии с настоящим изобретением ГИП 150 также включает с себя кнопки селектора, такие как, например, кнопки 158 селектора, в которых отдельная отметка запускает соответствующие алгоритмы. По меньшей мере одна из кнопок, кнопка 158, относится к установке проверочных точек, с помощью которой при выборе кнопки 158 на экране возникает список, представляющий пригодные для редактирования сохраненные планы. Другая кнопка 158' обычно запускает алгоритм, предназначенный для сохранения плана, вместе с соответствующими параметрами ограничения. Однако функции, относящиеся к кнопкам 158, 158' селектора, вместо этого могут быть связаны или назначены для раскрывающегося меню, аналогичного раскрывающему меню 151, и наоборот, или другой методологии ГИП инициирования события.

Как указано выше, ГИП 150 включает в себя окно 160, отображающее сканированное изображение, или другое изображение 161. Сканированное изображение 161, в общем, в наибольшей степени используют на этапе 101 анатомических инструментов и на этапе 107 оптимизации плана. Сканированное изображение 161 представляет собой двумерное представление трехмерного изображения либо полностью, либо на основе отдельных срезов. Компьютерное устройство 35 планирования в соответствии с настоящим изобретением содержит алгоритм, который отображает и отражает текущие или выбранные параметры плана, такие как интенсивность пучка излучения плана, в форме контуров 162 изодозы. В качестве альтернативы, вместо отображения дозы в виде отдельных срезов, с использованием контуров 162 изодозы пользователь может выбирать отображение, представленное в форме прозрачных цветных изображений, которые представлены, например, в большей степени красными, если в них содержатся большая доза, и в большей степени голубыми, если в них содержится меньшая доза.

Как, вероятно, лучше всего показано на фиг. 3 и 4, в варианте выполнения настоящего изобретения, экранное устройство 163 - указатель на дисплее, обычно в форме указателя мыши или перекрестья, работает в соответствии с устройством ввода (не показано). Такое устройство поддерживает несколько свойств, описанных выше. В одном варианте выполнения пользователю может быть предоставлена возможность манипуляции кривой 175 ГВД, в качестве методологии ввода дозы или структурных изменений, путем захвата линий или контуров на графике, для манипуляции их положением. В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения пользователю также предоставляется возможность манипуляции самими контурами изодозы, такими, как, например, контуры 162, 162' изодозы, путем использования устройства-указателя для захвата и перетягивания контура изодозы в то место, где пользователь желает установить контур изодозы. При перетягивании изображения контура изодозы, такого как, например, контур 162' изодозы, дозу перетягивают путем установления абсолютного ограничения вдоль линии 190 между начальной точкой 191 перетягивания и конечной точкой 192 перетягивания. Когда пользователь отпускает захват устройством-указателем контура 162' изодозы, это действие передает команду в алгоритм программного средства 36 для вывода нового плана, в котором перетянутая линия 190 формирует добавленное ограничение. Устройство-указатель также можно использовать для управления более основными функциями ГИП, такими как выбор пункта 151 раскрывающегося меню, отметка кнопки 158, выбор отмечаемой кнопки 152 или захват ручки 157 ползунковых элементов 154, 155 или 156 управления. В альтернативном варианте выполнения ГИП 150 предоставляет на экране индикатор дозы, предназначенный для обозначения дозы в любой данной точке окна 160 сканированного изображения. Установка устройства 163-указателя на контуре изодозы или рядом с ним, который наложен на изображение 161 томографического сканирования, приводит к отображению величины дозы в конкретной точке в структуре опухоли. При перемещении по изображению измеренное значение дозы будет постоянно обновляться. В другом варианте выполнения отображаемое на экране значение дозы отображается непосредственно рядом с курсором в виде перекрестия, во время его передвижения. В еще одном альтернативном варианте выполнения ГИП 150 обеспечивает возможность непосредственного вычерчивания дозы, с помощью которой пользователь устанавливает или идентифицирует цели или структуры и ограничивает их выбранным контуром 162 изодозы. В этом варианте выполнения отдельный элемент управления (не показан) обычно используют для установления режима вычерчивания дозы.

Отмечаемые кнопки представляют собой простой инструмент для ввода простой информации в компьютерную систему/устройство. В варианте выполнения в соответствии с настоящим изобретением, в случае, когда требуется ввести в компьютерное устройство 35 планирования просто выбираемое включение элемента в процесс оптимизации, можно использовать отмечаемые кнопки 152. Например, отмечаемые кнопку 152 можно использовать для выбора простаты в качестве цели или прямой кишки в качестве структуры здоровой ткани.

Поля ввода текста представляют собой простой инструмент, предназначенный для ввода цифровых данных в алгоритм компьютерной системы/устройства. В варианте выполнения в соответствии с настоящим изобретением поля 153 ввода текста доступны для ввода целевого значения дозы цели и предельного значения дозы в здоровой структуре, хотя также возможно использовать другие параметры предписания.

- 27 010207

Ползунковые элементы управления также представляют собой простой инструмент, предназначенный для ввода как дискретных, так и не дискретных регулируемых параметров в алгоритм компьютерной системы/устройства. В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения ползунковые элементы 154, 155, 156 управления представляют собой предпочтительную методологию для ввода различных регулируемых параметров. По меньшей мере для одной цели пользователь должен указать требуемый уровень дозы в поле 153 ввода текста, который соответствует целевому значению дозы. Это может быть выполнено путем ввода цифровой информации в поле 153 ввода текста для каждой из по меньшей мере одной цели, выбранной с помощью раскрывающегося меню 151. Например, пользователь должен ввести цифровое значение 67,25 в поле 157 целевого значения дозы для простаты. В соответствии с этим, ГИП 150 отображает по меньшей мере один, но обычно два или больше ползунковых элементов 154, 154 управления для установки ограничений, для использования при компьютерных расчетах плана радиотерапии. В принципе, в предпочтительной конфигурации ползунковые элементы 154 154' управления установлены для ограничения однородности и соответствия выбранной цели, как представлено на фиг. 3.

Например, для некоторых целевых опухолей пользователь может захотеть ограничить максимальный уровень дозы с тем, чтобы исключить ввод слишком большой дозы в целевую опухоль. В других ситуациях пользователь может не учитывать уровень дозы и поэтому может разрешить компьютеру ввести в такую дозу, которую определяет алгоритм, для того, чтобы обеспечить оптимальный план. В других ситуациях пользователь может учитывать, что все цели получают, по меньшей мере, уровень X дозы. В других ситуациях пользователь может учитывать, чтобы все цели получили уровень дозы от X до Υ. Кроме того, ползунковые элементы управления, такие как, например, ползунковый элемент 154' управления, также эффективны для установки ограничений структуры, таких как важность.

Также, например, при использовании ползункового элемента 154 управления Однородность цели, как показано на фиг. 3, пользователь вводит целевую дозу 50 Гр в поле 153 ввода текста для целевой опухоли простаты. Компьютерное устройство 35 планирования затем разрабатывает и отображает план, который отображает 50 Гр везде в опухоли. Однако с учетом формы опухоли в некоторой части в середине опухоли в плане устанавливается передача 80 Гр. Пользователь определяет, что эта доза является избыточной. Пользователь выбирает ползунковый элемент 154 управления Однородность цели, который функционирует как входные команды, влияющие на алгоритм, чтобы обеспечить отсутствие горячих пятен. Пользователь, с помощью мыши, указателя или эквивалентного устройства, отмечает ручку 157 управления ползункового элемента 154 управления Однородность цели и перемешает эту ручку 157. В предпочтительном варианте выполнения пользователь перемещает ручку 157 вправо. При этом ничего не происходит до тех пор, пока пользователь не отпустит устройство (кнопку мыши) и, таким образом, ручку 157 в новом положении. Эффект освобождения устройства (кнопки мыши) приводит к выполнению перерасчетов и отображения пересмотренного или нового плана лечения. При перемещении этого конкретного элемента управления еще дальше эффективно ограничивается вариация дозы в опухоли. Если пятно 80 Гр или контур 162 изодозы 80 Гр, вычерченной на экране 160 остается, дополнительное перемещение положения ручки 157 ползунка функционально должно привести к тому, что пятно 80 Гр или контур 162 изодозы исчезнет с экрана 160.

В варианте выполнения в соответствии с настоящим изобретением ползунковый элемент 155 управления используют совместно с функцией частичной отмены, благодаря которой обеспечивается возможность динамической регулировки для интерполяции интегральной плотности потока или дозы непосредственно во время регулировки, а также для решения параметров ограничения интерполяции, когда высвобождают ручку управления. В варианте выполнения настоящего изобретения ползунковый элемент управления, аналогичный ползунковому элементу 155 управления, также выполняет функцию таким же образом, как указано выше, при проведении интерполяции между контрольными точками (заранее сохраненными планами радиотерапии).

В варианте выполнения в соответствии с настоящим изобретением небольшой участок экрана, окно 170 анализа, выделен для отображения закладок выбора. Закладки 171 выбора (фиг. 3-5Л-6) используют для отображения различных выходных планов оптимизации, используемых пользователем при оценке плана. Эти закладки включают в себя соответствующую выходную информацию, такую как изодозы 200 (фиг. 5А); структуры 201 (фиг. 5В); измерения 202 (фиг. 5С); достигаемый уровень 203 (фиг. 5Ό); кривые 206 ГВД (фиг. 5Е) и состояния 207 (фиг. 5Е-5С). В альтернативном варианте выполнения небольшой участок на экране может быть выделен для установки инструментов, выполняющих функцию, эквивалентную получаемой на выходе, при использовании закладок 171. Как показано на фиг. 5 А, закладка 200 изодозы в окне 170 анализа отображает цвет и уровень дозы для контуров 162 изодозы, представленных на сканированном изображении 161 томографического типа в окне 160 сканированного изображения ГИП 150. Как показано на фиг. 5В, закладка 201 структуры отображает кнопки, отмечаемые кнопки и окна отображения, которые обеспечивают шаблон внешнего вида для структур, отображаемых на экране. Как показано на фиг. 5С, закладка 202 измерения предоставляет инструмент для выборки значений изображений и дозы в точке на сканированном изображении 161 окна 160 сканированного изображения ГИП 150. Как показано на фиг. 5Ό, закладка 203 достигаемого уровня включает в себя элементы 204, 205

- 28 010207 управления яркостью и контрастом изображения 161. Как показано на фиг. 5Е, закладка 206 ГВД отображает различные ГВД. Как показано на фиг. 5Е, закладка 207 состояния отображает действительные минимальную, максимальную и среднюю дозы, планируемые для каждой структуры. Как показано на фиг. 50, закладка 207 состояния также отображает сведенные данные установки механизма подачи, представляющие величину излучения и сложность, когда выбирают индикатор 209 Передача.

Важно отметить, что, хотя варианты выполнения настоящего изобретения были описаны в контексте полностью функциональной системы, для специалистов в данной области техники будет понятно, что механизм настоящего изобретения и/или его аспекты могут поставляться в форме считываемого компьютером носителя информации, содержащего инструкции в различных формах, предназначенные для выполнения с помощью процессора, процессоров или т.п., и что настоящее изобретение в равной степени можно использовать, независимо от конкретного типа носителя передачи сигнала, используемого для действительной передачи при распространении. Примеры считываемого компьютером носителя информации включают в себя: энергонезависимые носители информации жестко закодированного типа, такие как постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), или электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство ЭСППЗУ, ЕЕРКОМ), носители записи записываемого типа, такие, как гибкие диски, приводы жестких дисков и СО-КОМ (постоянное запоминающее устройство на компакт-диске), а также среда для передачи данных, такая как цифровые и аналоговые каналы передачи данных.

На чертежах и в описании был раскрыт типичный предпочтительный вариант выполнения изобретения, вместе с некоторыми альтернативными вариантами выполнения, и хотя здесь используются конкретные термины, эти термины используются только в описательном смысле, а не с целью ограничения. Изобретение было достаточно подробно описано с конкретной ссылкой на эти представленные варианты выполнения. Однако должно быть понятно, что различные модификации и изменения могут быть выполнены в пределах сущности и объема изобретения, которое представлено в предыдущем описании. Например, хотя передачу данных между различными компонентами в системе 30 выполняют через локальную вычислительную сеть 33, данные также можно легко переносить вручную или передавать с помощью других средств. Также, например, различные компоненты ГИП являются взаимозаменяемыми, например отмечаемые кнопки можно заменять раскрывающимися меню, и наоборот.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Система определения оптимального расположения пучка излучения для приложения излучения к целевому объему опухоли при минимизации облучения нецелевого объема структуры в теле пациента, содержащая компьютерное устройство планирования, включающее в себя компьютер оптимизации плана лечения, имеющий запоминающее устройство, предназначенное для сохранения данных и программных средств оптимизации плана, и устройство ввода, соединенное с компьютером оптимизации плана лечения, предназначенное для предоставления пользователю доступа к функциям управления программным средством оптимизации плана;

сеть передачи данных, соединенную с компьютером оптимизации плана лечения;

устройство сбора изображения, соединенное с компьютером оптимизации плана лечения через сеть передачи данных для получения, по меньшей мере, двумерного среза изображения целевого объема опухоли и нецелевого объема структуры;

программное средство оптимизации плана, выполненное с возможностью получения путем вычислений предлагаемого расположения пучка излучения и путем вычислений интерактивной оптимизации предлагаемого расположения пучка излучения, на основе множества ограничений, для формирования оптимизированного расположения пучка излучения, причем программное средство оптимизации плана включает в себя графический интерфейс пользователя, предназначенный для отображения среза изображения, графических объектов и графического представления распределения дозы облучения для каждого предложенного расположения пучка излучения, причем программное средство выполнено с возможностью приема из устройства ввода входных команд представляющих интерактивное непосредственное графическое манипулирование представлениями распределения дозы облучения, отображаемыми в графическом интерфейсе пользователя, таким образом, путем вычислений получают и графически отображают новое предлагаемое расположение пучка излучения для получения оптимизированного расположения пучка излучения; и устройство конформной подачи излучения для радиотерапии, соединенное с компьютером оптимизации плана лечения через сеть передачи данных, для приложения оптимизированного расположения пучка излучения к телу пациента.
2. Система по п.1, в которой графическое представление распределения дозы облучения производят в форме графика изодозы, включающего множество контуров изодозы, причем контурами изодозы на графике изодозы пользователь посредством устройства ввода может непосредственно графически мани

- 29 010207 пулировать для изменения дозы облучения по меньшей мере для одного из целевого объема опухоли и нецелевого объема структуры, для получения оптимизированного расположения пучка излучения.
3. Система по п.1, в которой графическое представление распределения дозы облучения производят в форме множества графиков гистограммы величины дозы, причем по меньшей мере одним из графиков гистограммы величины дозы пользователь посредством устройства ввода может непосредственно графически манипулировать для изменения дозы облучения по меньшей мере для одного из целевого объема опухоли и нецелевого объема структуры, для получения оптимизированного расположения пучка излучения.
4. Считываемый компьютером носитель информации, содержащий программное средство, предназначенное для определения оптимизированного расположения пучка излучения, для приложения излучения к целевому объему опухоли, при минимизации облучения нецелевого объема структуры в теле пациента, причем программное средство содержит набор инструкций, которые при выполнении их компьютером обеспечивают выполнение компьютером следующих операций:

формирование данных графического отображения среза изображения целевого объема опухоли и нецелевого объема структуры и формирование данных графического отображения дозы облучения для целевого объема опухоли и нецелевого объема структуры на срезе изображения и в форме графика изодозы, включающего в себя множество контуров изодозы, в соответствии с первым расположением пучка излучения, причем пользователь может непосредственно графически манипулировать контурами изодозы на графике изодозы для изменения дозы облучения по меньшей мере для одного целевого объема опухоли и нецелевого объема структуры, для получения второго расположения пучка излучения.
5. Считываемый компьютером носитель информации по п.4, в котором программное средство дополнительно содержит набор инструкций, которые при выполнении их с помощью компьютера обеспечивают выполнение компьютером следующих операций:

создание интерфейса с устройством-указателем для изменения отображаемого первого расположения пучка излучения и в соответствии с входными командами пользователя с помощью устройства-указателя установление ограничения вдоль выбранной пользователем линии, соединяющей точку начала перемещения, имеющую требуемый уровень дозы, и конечную точку перемещения, имеющую нежелательный уровень дозы, и установление уровня дозы в конечной точке перемещения, по существу, равным требуемому уровню дозы, чтобы, таким образом, сформировать второе расположение пучка излучения.
6. Считываемый компьютером носитель информации по п.5, в котором ограничение, установленное вдоль линии, выбранной пользователем, ограничивает дозу вдоль линии, выбранной пользователем, до уровня, не превышающего требуемый уровень дозы, когда нежелательный уровень дозы выше, чем требуемый уровень дозы, и в котором ограничение, установленное вдоль линии, выбранной пользователем, ограничивает дозу вдоль линии, выбранной пользователем, до уровня, который не ниже, чем требуемый уровень дозы, когда нежелательный уровень дозы меньше, чем требуемый уровень дозы.
7. Считываемый компьютером носитель информации по п.4, в котором программное средство дополнительно содержит набор инструкций, которые при выполнении их с помощью компьютера обеспечивают выполнение компьютером следующих операций:

создание интерфейса с устройством-указателем для изменения отображаемого первого расположения пучка излучения и в ответ на входные команды, вводимые пользователем в устройство-указатель, выбор первого участка контура изодозы, имеющего уровень дозы, требуемый пользователю, и перемещение контура изодозы, по существу, в непосредственной близости к пути, заданного пользователем, посредством перемещения устройства-указателя пользователем вдоль пути, заданного пользователем, из первого выбранного положения на срезе изображения во второе выбранное положение на срезе изображения, чтобы, таким образом, сформировать второе расположение пучка излучения.
8. Считываемый компьютером носитель информации по п.4, в котором программное средство дополнительно содержит набор инструкций, которые при выполнении их с помощью компьютера обеспечивают выполнение компьютером следующих операций:

создание интерфейса с устройством-указателем для изменения отображаемого расположения пучка излучения и в ответ на выбор пользователем контура изодозы, в соответствии с первым расположением пучка излучения, установление величины дозы облучения в пределах контура изодозы, по существу, равной величине дозы облучения за пределами контура изодозы, чтобы, таким образом, сформировать второе расположение пучка излучения.
9. Считываемый компьютером носитель информации по п.4, в котором программное средство дополнительно содержит набор инструкций, которые при выполнении их с помощью компьютера обеспечивают выполнение компьютером следующих операций:

создание интерфейса с устройством ввода, управляемым пользователем, для получения по меньшей мере одной из минимальной и максимальной дозы облучения по меньшей мере для одного из целевого

- 30 010207 объема опухоли и нецелевого объема структуры, для определения экстремальной входной величины и в ответ на ввод экстремальной величины выполнение пользователем манипуляции контуром изодозы ограничения для предотвращения нежелательного побочного изменения дозы.
10. Считываемый компьютером носитель информации по п.4, в котором программное средство дополнительно содержит набор инструкций, которые при выполнении их с помощью компьютера обеспечивают выполнение компьютером следующих операций:

создание интерфейса с устройством ввода, управляемым пользователем, для получения требуемого для пользователя баланса между поддержанием дозиметрического качества и поддержанием эффективности подачи излучения для устройства подачи излучения, для определения порогового значения эффективности и в соответствии с пороговым значением эффективности выполнение пользователем манипуляции контура изодозы ограничения для поддержания эффективности подачи излучения выше порогового значения эффективности.
11. Считываемый компьютером носитель информации, содержащий программное средство, предназначенное для определения оптимизированного расположения пучка излучения, для приложения излучения к целевому объему опухоли при минимизации излучения для нецелевого объема структуры в теле пациента, причем программное средство содержит набор инструкций, которые при выполнении их с помощью компьютера обеспечивают выполнение компьютером следующих операций:

формирование данных графического отображения дозы облучения для целевого объема опухоли и нецелевого объема структуры в форме множества графиков гистограммы величины дозы в соответствии с первым расположением пучка излучения, причем пользователь может непосредственно графически манипулировать по меньшей мере одним графиком гистограммы величины дозы для изменения дозы облучения по меньшей мере для одного из целевого объема опухоли и нецелевого объема структуры, для получения второго расположения пучка излучения.
12. Считываемый компьютером носитель информации по п.11, в котором программное средство дополнительно содержит набор инструкций, которые при выполнении их с помощью компьютера обеспечивают выполнение компьютером следующих операций:

создание интерфейса с устройством-указателем для изменения отображаемого первого расположения пучка излучения;

в соответствии с командами пользователя, вводимыми в устройство-указатель, выбор участка гистограммы величины дозы, расположенного в первом выбранном положении и обозначающего первый процент целевого объема опухоли или нецелевого объема структуры, для которого разрешено получить более чем заданный уровень дозы излучения; и в соответствии с перемещением пользователем выбранного участка гистограммы величины дозы с помощью устройства ввода вдоль пути, требуемого для пользователя, во второе выбранное положение, изменение соответствующего процента целевого объема опухоли или нецелевого объема структуры, для которого разрешено получить более чем заданный уровень дозы излучения, чтобы, таким образом, сформировать второе расположение пучка излучения.
13. Считываемый компьютером носитель информации по п.11, в котором программное средство дополнительно содержит набор инструкций, которые при выполнении их с помощью компьютера обеспечивают выполнение компьютером следующих операций:

создание интерфейса с устройством ввода, управляемым пользователем, для приема по меньшей мере одного из минимального и максимального значения дозы облучения по меньшей мере для одного из целевого объема опухоли и нецелевого объема структуры, для определения экстремального входного значения и в соответствии с экстремальным входным значением пользователь выполняет манипуляции с гистограммой объема ограничения дозы для предотвращения нежелательного побочного изменения дозы.
14. Считываемый компьютером носитель информации по п.11, в котором программное средство дополнительно содержит набор инструкций, которые при выполнении их с помощью компьютера обеспечивают выполнение компьютером следующих операций:

создание интерфейса с управляемым пользователем устройством ввода для приема требуемого для пользователя баланса между стоимостью подачи излучения и эффективностью подачи излучения для устройства подачи излучения, для определения порогового значения эффективности и в соответствии с пороговым значением эффективности выполнение пользователем манипуляции гистограммы величины дозы ограничения для поддержания эффективности поддержания подачи излучения выше порогового значения эффективности.
15. Способ определения оптимизированного расположения пучка излучения для приложения излучения к целевому объему опухоли при минимизации излучения нецелевого объема структуры в теле пациента, причем способ содержит следующие этапы:

графическое отображение среза изображения целевого объема опухоли и нецелевого объема структуры;

графическое отображение дозы облучения для целевого объема опухоли и нецелевого объема

- 31 010207 структуры на срезе изображения и в форме графика изодозы, включающего в себя множество контуров изодозы, в соответствии с первым расположением пучка излучения, который определяет первый план лечения; и манипулирование по меньшей мере одним из отображаемых контуров изодозы на графике изодозы с помощью устройства-указателя для формирования и отображения второго расположения пучка излучения, определяющего второй план радиотерапии.
16. Способ по п.15, в котором этап манипулирования по меньшей мере одним из отображаемых контуров изодозы содержит следующие этапы:

графический выбор с помощью устройства-указателя участка контура изодозы, расположенного в первом выбранном положении и имеющего требуемый первый уровень дозы;

графическое перемещение выбранного участка контура изодозы с помощью устройства-указателя из первого выбранного положения на срезе изображения во второе выбранное положение на срезе изображения, имеющее нежелательный второй уровень дозы; и в соответствии с перемещением первого уровня дозы из первого выбранного положения во второе выбранное положение установка второго уровня дозы для второго выбранного положения, по существу, равного требуемому первому уровню дозы, чтобы, таким образом, сформировать второй план лечения.
17. Способ по п.16, дополнительно содержащий этап установления ограничения между первым и вторым выбранными положениями на срезе изображения, в котором ограничение содержит дозу непосредственно между первым и выбранным положениями до уровня значения, который не превышает требуемый уровень дозы, когда нежелательный уровень дозы выше, чем требуемый уровень дозы, и в котором ограничение ограничивает дозу непосредственно между первым и выбранным положениями до уровня значения не ниже, чем требуемый уровень дозы, когда нежелательный уровень дозы меньше, чем желательный уровень дозы.
18. Способ по п.15, в котором этап манипулирования по меньшей мере одним из отображаемых контуров изодоз содержит следующие этапы:

графический выбор с помощью устройства-указателя участка контура изодозы, расположенного в первом выбранном положении и имеющего требуемый для пользователя уровень дозы;

графическую отметку с помощью устройства-указателя требуемого для пользователя пути из первого выбранного положения на срезе изображения во второе выбранное положение на срезе изображения, расположенное рядом с отдельным участком контура изодозы, который, по существу, окружает участок среза изображения, окруженного контуром изодозы; и в ответ на отметку пользователя требуемого пути, формирования второго плана лечения, который имеет требуемый уровень ограниченной дозы, расположенной рядом с путем, требуемым для пользователя.
19. Способ по п.15, в котором этап манипулирования по меньшей мере одним из отображаемых контуров изодозы содержит следующие этапы:

графический выбор с помощью устройства-указателя контура изодозы в соответствии с первым расположением пучка излучения и в соответствии с выбором контура изодозы исправление значения дозы облучения в пределах контура изодозы до величины, приблизительно равной величине дозы облучения за пределами контура изодозы, формируя таким образом второе расположение пучка излучения.
20. Способ определения оптимизированного расположения пучка излучения для приложения излучения к целевому объему опухоли при минимизации облучения нецелевого объема структуры в теле пациента, содержащий следующие этапы:

графическое отображение дозы облучения для целевого объема опухоли и нецелевого объема структуры в форме множества графиков гистограммы величины дозы, в соответствии с первым расположением пучка излучения, который определяет первый план лечения; и манипулирование по меньшей мере одним из отображаемых графиков гистограммы величины дозы с помощью устройства-указателя для формирования и отображения второго расположения пучка излучения, который определяет второй план лечения.
21. Способ по п.20, в котором этап манипулирования по меньшей мере одним из отображаемых графиков гистограммы величины дозы содержит следующие этапы:

графический выбор с помощью устройства-указателя участка гистограммы величины дозы в первом выбранном положении и обозначение первого процента целевого объема опухоли или нецелевой структуры, для которого разрешено получить более чем заранее установленный уровень дозы облучения;

графическое перемещение выбранного участка гистограммы величины дозы с помощью устройства-указателя из первого выбранного положения вдоль пути, требуемого для пользователя, во второе выбранное положение, с обозначением второго процента целевого объема опухоли или нецелевой структуры, для которого разрешено получить более чем заранее выбранный уровень дозы облучения; и в соответствии с перемещением выбранного участка гистограммы величины дозы из первого выбранного положения во второе выбранное положение изменение процента целевого объема опухоли или нецелевого объема структуры, для которого разрешено получить более чем заданный уровень дозы об

- 32 010207 лучения, формируя таким образом второе расположение пучка излучения.
22. Способ, способствующий интерактивному регулированию плана для предложенного плана радиотерапии путем перерасчета и отображения двумерных распределений дозы облучения, содержащий следующие этапы:

графическое отображение среза изображения целевого объема опухоли и нецелевого объема структуры;

одновременное графическое отображение распределения дозы облучения для целевого объема опухоли и нецелевого объема структуры на срезе изображения и в форме графика изодозы, включающего в себя множество контуров изодозы, в соответствии с первым расположением пучка излучения, определяющим первый план лечения; и изменение распределения дозы облучения по меньшей мере в одном целевом объеме опухоли и нецелевом объеме структуры для формирования второго расположения пучка излучения, определяющего второй план лечения;

перерасчет только двумерного распределения дозы, отображаемого на отображаемом срезе изображения; и отображение перерассчитанного двумерного распределения дозы.
23. Способ, способствующий интерактивному регулированию плана для предложенного плана радиотерапии путем перерасчета и отображения статистических данных величины дозы, причем способ содержит следующие этапы:

предоставление первого распределения дозы облучения для целевого объема опухоли и нецелевого объема структуры в соответствии с первым расположением пучка излучения;

формирование множества точек выборки для первого расположения пучка излучения с помощью случайной выборки первого распределения дозы облучения;

определение величины дозы облучения в каждой из множества точек выборки;

графическое отображение дозы облучения для целевого объема опухоли и нецелевой структуры в форме множества графиков гистограммы величины дозы, определяющих статистические данные величины дозы, в соответствии с величиной дозы облучения для множества точек выборки;

изменение распределения дозы облучения по меньшей мере в одном целевом объеме опухоли и нецелевом объеме структуры для формирования второго расположения пучка излучения;

перерасчет величины дозы облучения в каждой из множества точек выборки и отображение статистических данных величины дозы для целевого объема опухоли и нецелевой структуры в соответствии с перерассчитанным значением дозы облучения для множества точек выборки.