使用異質(zhì)性補償?shù)舆M行用于放射療法的劑量計算的制作方法
【專利摘要】一種用于放射療法的系統(tǒng)，包括放射計劃系統(tǒng)。所述放射計劃系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)處理器，所述數(shù)據(jù)處理器適于接收與身體的預(yù)期放射治療區(qū)域有關(guān)的信息，接收計算出的身體內(nèi)多個位置每單位質(zhì)量釋放的初始能量，基于計算出的每單位物質(zhì)釋放的初始能量并包括由于身體內(nèi)的其他位置的分散帶來的放射劑量貢獻而計算放射治療區(qū)域內(nèi)多個位置的放射劑量，以及基于在放射治療區(qū)域內(nèi)多個位置計算的放射劑量而確定放射療法參數(shù)用于對預(yù)期放射治療區(qū)域提供放射治療。包括由于身體內(nèi)的其他位置的分散帶來的放射劑量貢獻考慮到了身體內(nèi)的密度不連續(xù)。
【專利說明】使用異質(zhì)性補償?shù)舆M行用于放射療法的劑量計算
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求于2011年9月29日提交的美國臨時申請第61/540, 773號的優(yōu)先權(quán)， 其全部公開內(nèi)容通過引用的方式并入本文。
【背景技術(shù)】
[0003] 1.發(fā)明領(lǐng)域
[0004] 本發(fā)明涉及放射治療系統(tǒng)，更具體而言，涉及放射物質(zhì)非勻質(zhì)分布的放射治療系 統(tǒng)。
[0005] 2.相關(guān)摶術(shù)的討論
[0006] 放射治療是醫(yī)學(xué)使用放射來治療惡性的細(xì)胞，例如癌細(xì)胞。這種放射可以具有電 磁的形式，例如高能光子，或者具有微粒的形式，例如電子、質(zhì)子、中子或者阿爾法粒子。
[0007] 迄今為止，在現(xiàn)今實踐中使用得最普遍的放射形式是高能光子。光子在人體組織 中的吸收是由放射的能量及相關(guān)組織的原子結(jié)構(gòu)所確定的。在放射腫瘤學(xué)中采用的能量的 基本單位是電子伏特（eV) ;103eV = IkeV，106eV = IMeV。在治療性能量的光子和組織之間 的三個主要的相互作用是：光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)（Compton effect)和電子偶的產(chǎn)生（pair production)〇
[0008] 在光電效應(yīng)中，傳入的光子將能量傳遞給被緊密束縛著的電子。光子幾乎將它所 有的能量傳遞給電子，然后不復(fù)存在。電子利用來自光子的大部分能量而脫離，并且開始使 周圍的分子離子化。這種相互作用取決于傳入的光子的能量以及組織的原子數(shù)量；能量越 低且原子數(shù)量越高，則光電效應(yīng)越有可能發(fā)生。使光電效應(yīng)在組織中占優(yōu)勢的能量范圍約 為 10keV 到 25keV。
[0009] 康普頓效應(yīng)是用于癌癥治療的最重要的光子與組織的相互作用。在這種情況下， 光子與"自由電子"（即沒有被緊密束縛到原子的電子）碰撞。與光電效應(yīng)不同，在康普頓 相互作用中，光子與電子都被散射。雖然能量較低，但光子之后仍可以繼續(xù)承受另外的相互 作用。電子利用光子給它的能量開始離子化?？灯疹D相互作用的概率與傳入的光子的能量 成反比，并且獨立于材料的原子數(shù)量。康普頓效應(yīng)在25keV到25MeV的范圍內(nèi)占優(yōu)勢，并且 因為大多數(shù)放射治療在大約6MeV到20MeV的能量下執(zhí)行，所以康普頓效應(yīng)是臨床上最經(jīng)常 發(fā)生的相互作用。
[0010] 在電子偶的產(chǎn)生中，光子與原子核相互作用。光子把能量給原子核，并且在此過程 中創(chuàng)造粒子的正電子-電子偶。正的電子（正電子）離子化直到其在正電子-電子湮沒中 與自由電子結(jié)合。這種正電子-電子湮沒產(chǎn)生在相反方向上運動的兩個光子。電子偶產(chǎn)生 的概率與傳入的光子的能量的對數(shù)成正比，并且取決于材料的原子數(shù)量。使電子偶占優(yōu)勢 的能量范圍為大于等于25MeV。這種相互作用在某種程度上在使用高能光子射束的常規(guī)放 射治療中發(fā)生。
[0011] 隨著高能線性加速器的出現(xiàn)，在治療深度達到大約5cm的淺表腫瘤方面電子變?yōu)?可行的選擇。電子深度劑量特性的獨特之處在于其產(chǎn)生高皮膚劑量，但是僅在幾厘米后就 表現(xiàn)出衰減。
[0012] 電子在人體組織中的吸收極大的受到存在氣孔（air cavities)和骨骼的影響。電 子射束最通常的臨床使用包括對皮膚病變（比如基底細(xì)胞癌，以及先前接收過光子放射的 面積（比如乳癌病人在乳房腫瘤切除術(shù)或乳房切除術(shù)后的傷疤）的增大，以及在頭部和頸 部選擇的結(jié)節(jié)區(qū)域）的治療。
[0013] 快速、精確的劑量計算算法對于放射療法計劃而言十分重要，因為該放射療法計 劃是確保對特定病人給予所希望的劑量的唯一可用的方法。劑量計算包括兩部分：源模型 和傳輸模型。源模型提供入射流量。傳輸模型計算由入射流量產(chǎn)生的劑量，并且目前是性 能瓶頸。三個主要的傳輸算法以增加的精確性/減少的性能的次序依次是筆狀射束、迭加/ 卷積和蒙特卡洛（Monte Carlo)。迭加/卷積是計算外部射束放射療法的放射劑量的當(dāng)前 臨床標(biāo)準(zhǔn)方法。
[0014] 近年來，通過使用強度調(diào)節(jié)提高了治療質(zhì)量。這種技術(shù)使用多葉準(zhǔn)直器限定根據(jù) 單一射束方向的多孔徑，以提供改變穿過射束的放射強度的能力。這種技術(shù)允許使放射治 療符合目標(biāo)的形狀，并且在射束參數(shù)的數(shù)量急劇增長時避免臨界的結(jié)構(gòu)。為了確定多葉準(zhǔn) 直器最佳的一組設(shè)置，治療計劃系統(tǒng)必須通過劑量計算的多次迭代使射束參數(shù)的數(shù)量急劇 增長的目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)化。在實踐中，為了對病人達到可能的最好結(jié)果，治療計劃者多次重復(fù) 該最優(yōu)化。因此，當(dāng)對一組五個射束的單一最優(yōu)化可能需要五分鐘時，整個過程可能需要幾 小時來產(chǎn)生臨床可接受的計劃。這就限制了在臨床工作流程中強度調(diào)節(jié)計劃的數(shù)量和質(zhì) 量。
[0015] 這種臨床工作流程的局限性延伸到更復(fù)雜的技術(shù)，例如容積調(diào)節(jié)的弧形療法 (Otto, K.，Med. Phys. 35, 310-317, 2008)、強度調(diào)節(jié)的弧形療法（丫11，（：.父.，？1^8.]^(1· Biol. 40,1435-1449,1995)和自適應(yīng)放射療法（Yan，D.，Vicini，F(xiàn).，Wong，J.，Martinez， A，Phys. Med. Biol. 42,123-132,1997)。此外，這種臨床工作流程的局限性禁止實時的 放射療法；每天掃描、重新計劃和治療每個病人的能力。從Ahnesjo等人（Ahnesjo, A.， Aspradakis，M，Phys. Med. Biol. 44, R99-R1551999)可得到對放射療法中的劑量計算的全面 的討論。
[0016] 因此，劑量計算的計算性能是放射療法的治療計劃的質(zhì)量的限制因素。傳統(tǒng)地，通 過更快的硬件已經(jīng)實現(xiàn)了治療質(zhì)量方面的改進。但是，摩爾定律（MoorV s law)已改變。 計算機不是每18個月速度加倍，而是處理內(nèi)核（kernel)的數(shù)量加倍。并且隨著處理器變 為多核的，圖形處理單元（GPU)的多核架構(gòu)獲得了運行一般用途的算法的靈活性。為了根 據(jù)計算機硬件的近來趨勢實現(xiàn)許諾的性能增益，在放射劑量計算中使用的傳統(tǒng)的串行算法 應(yīng)該被并行算法取代。最近，Nucletron公司宣布了在其治療計劃系統(tǒng)中的GPU加速，不過 尚未獲得其公布的細(xì)節(jié)。然而，將現(xiàn)有的串行算法直接分隔來產(chǎn)生用于多處理核的多線程 行不通。這是因為線程被外包（farm out)來基于相同輸入數(shù)據(jù)計算相同放射劑量，從而容 易出現(xiàn)讀/寫沖突。當(dāng)覆寫（write on write, W0W)沖突出現(xiàn)時，例如可能發(fā)生僅存儲了最 后的寫入內(nèi)容，從而導(dǎo)致劑量計算不精確。此外，執(zhí)行實時放射治療計劃的傳統(tǒng)方法，對被 輻照物質(zhì)內(nèi)的不連續(xù)難以提供好結(jié)果。因此，仍需改進放射劑量計劃的方法和系統(tǒng)，以將被 輻照體的密度不均勻分布考慮在內(nèi)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式的用于放射療法的系統(tǒng)包括放射計劃系統(tǒng)。所述放射 計劃系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)處理器，所述數(shù)據(jù)處理器適于接收與身體的預(yù)期放射治療區(qū)域有關(guān)的信 息，接收計算出的身體內(nèi)多個位置每單位質(zhì)量（per unit mass)釋放的初始能量，基于計算 出的每單位物質(zhì)釋放的初始能量及包括由于身體內(nèi)的其他位置的分散帶來的放射劑量貢 獻而計算放射治療區(qū)域內(nèi)多個位置的放射劑量，以及基于在放射治療區(qū)域內(nèi)多個位置計算 的放射劑量而確定放射療法參數(shù)用于對預(yù)期放射治療區(qū)域提供放射治療。包括由于身體內(nèi) 的其他位置的分散帶來的放射劑量貢獻考慮到身體內(nèi)的密度不連續(xù)。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式的用于確定用于放射治療的放射療法參數(shù)的方法，包 括接收與身體的預(yù)期放射治療區(qū)域有關(guān)的信息，接收計算出的身體內(nèi)多個位置每單位質(zhì)量 (per unit mass)釋放的初始能量，基于計算出的單位物質(zhì)釋放的初始能量及包括由于身體 內(nèi)的其他位置的分散帶來的放射劑量貢獻而計算放射治療區(qū)域內(nèi)多個位置的放射劑量，以 及基于在放射治療區(qū)域內(nèi)多個位置計算的放射劑量而確定放射療法參數(shù)用于對預(yù)期放射 治療區(qū)域提供放射治療。包括由于身體內(nèi)的其他位置的分散帶來的放射劑量貢獻考慮到身 體內(nèi)的密度變化。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式的計算機可讀介質(zhì)包括非臨時性可執(zhí)行代碼。當(dāng)由計 算機執(zhí)行時，所述非臨時性可執(zhí)行代碼促使計算機接收與身體的預(yù)期放射治療區(qū)域有關(guān)的 信息，接收計算出的身體內(nèi)多個位置每單位質(zhì)量（per unit mass)釋放的初始能量，基于計 算出的單位物質(zhì)釋放的初始能量及包括由于身體內(nèi)的其他位置的分散帶來的放射劑量貢 獻而計算放射治療區(qū)域內(nèi)多個位置的放射劑量，以及基于在放射治療區(qū)域內(nèi)多個位置計算 的放射劑量而確定放射療法參數(shù)用于對預(yù)期放射治療區(qū)域提供放射治療。包括由于身體內(nèi) 的其他位置的分散帶來的放射劑量貢獻考慮到身體內(nèi)的密度不連續(xù)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020] 從對說明書、附圖和示例的討論中，更多目標(biāo)和優(yōu)點將會變得顯而易見。
[0021] 圖1示出本發(fā)明一種實施方式的示意圖。
[0022] 圖2示出傳統(tǒng)的正向射線跟蹤。
[0023] 圖3示出根據(jù)本發(fā)明一種實施方式的后投影射線跟蹤。
[0024] 圖 4 不出使用市售的 Pinnacle 系統(tǒng)（Philips Radiation Oncology Systems Madison WI)和本發(fā)明一種實施方式以分析法計算出的沿中心軸的每單位質(zhì)量釋放的總能 量（Total Energy Released per unit Mass，TERMA)，其中每個 TERMA 以 10cm 的深度歸一化。
[0025] 圖5A示出使用正向跟蹤計算出的有離散化偽影的TERMA的半影片段。
[0026] 圖5B示出使用本發(fā)明一種實施方式計算出的沒有離散化偽影的同一 TERMA的半 影片段。
[0027] 圖6A和6B分別示出根據(jù)本發(fā)明一種實施方式使用固定步長和精確放射線距離計 算出的TERMA的片段。
[0028] 圖7A和7B示出在迭加操作中傾斜的內(nèi)核和不傾斜的內(nèi)核。
[0029] 圖8A和8B分別示出根據(jù)傳統(tǒng)的統(tǒng)一采樣的存儲器訪問模式和所計算出的小野 (5mm)劑量沉積片段的圖。
[0030] 圖9A和9B分別示出根據(jù)本發(fā)明一種實施方式的存儲器訪問模式和所計算出的小 野（5mm)劑量沉積片段的圖。
[0031] 圖 10 不出由市售的 Pinnacle 系統(tǒng)（Philips Radiation Oncology Systems Madison WI)和本發(fā)明一種實施方式計算出的沿中心軸的吸收劑量圖，其中每個吸收劑量 圖以10cm的深度歸一化。
[0032] 圖 11 不出由市售的 Pinnacle 系統(tǒng)（Philips Radiation Oncology Systems Madison WI)和本發(fā)明一種實施方式計算出的在10cm的深度的吸收劑量分布圖，其中每個 吸收劑量分布圖在中點處歸一化。
[0033] 圖12示出根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的一種方法。
[0034] 圖13-42提供根據(jù)本發(fā)明一種實施方式的包括異質(zhì)補償?shù)樱℉eterogeneity Compensated Superposition，HCS)結(jié)果的實例。
【具體實施方式】
[0035] 下面將詳細(xì)討論本發(fā)明的一些實施方式。在描述實施方式時，為了清楚起見而采 用了特定的術(shù)語。然而，本發(fā)明并非意在受限于由此而選擇的特定術(shù)語。本領(lǐng)域的技術(shù)人 員可認(rèn)識到在不偏離本發(fā)明的廣義構(gòu)思的情況下可以采用其它等同的部件和開發(fā)出其它 方法。通過引用將所舉出的所有參考文獻合并于此，如同每個參考文獻是單獨合并的一樣。
[0036] 圖1是根據(jù)本發(fā)明一種實施方式的放射療法系統(tǒng)100的示意圖。放射療法系統(tǒng)100 包括：放射計劃系統(tǒng)101，放射計劃系統(tǒng)101進一步包括數(shù)據(jù)處理器102。數(shù)據(jù)處理器102 可以是單一處理器、多元處理器、在網(wǎng)絡(luò)上分布的分布式處理器和/或并行處理器，例如但 不限于，一個或多個圖形處理單元（GPUs)。數(shù)據(jù)處理器102適于接收與具有預(yù)期放射治療 區(qū)域的身體105有關(guān)的輸入信息。數(shù)據(jù)處理器102也適于產(chǎn)生用于為身體105的預(yù)期放射 治療區(qū)域提供放射治療的輸出信息。數(shù)據(jù)處理器102可適于在確定用于提供放射治療的輸 出信息時基于所接收到的輸入信息執(zhí)行多個反向射線跟蹤計算。每個反向射線跟蹤包括： 計算與身體的預(yù)期放射治療區(qū)域的第一子區(qū)域?qū)?yīng)的第一物理性質(zhì)，該第一子區(qū)域被從源 位置穿過預(yù)期放射治療區(qū)域行進的射線穿過；以及在上述首先提及的計算之后，計算與預(yù) 期放射治療區(qū)域的第二子區(qū)域?qū)?yīng)的第二物理性質(zhì)，該第二子區(qū)域與上述射線相交于比第 一子區(qū)域更接近源位置的位置處。放射計劃系統(tǒng)101還可包括：存儲器107、顯示器108和 輸入/輸出裝置109。存儲器107可以例如是硬盤驅(qū)動器、⑶-ROM驅(qū)動器、DVD驅(qū)動器、閃 存驅(qū)動器等。顯示器108可以例如是液晶顯示器（LCD)、陰極射線管（CRT)監(jiān)視器、等離子 顯示器等。輸入/輸出裝置109可包括例如鼠標(biāo)、鍵盤、用于在網(wǎng)絡(luò)或者數(shù)據(jù)總線上傳輸數(shù) 據(jù)的接口等。
[0037] 放射療法系統(tǒng)100還可包括：放射治療系統(tǒng)103,其與放射計劃系統(tǒng)101進行通 信。放射治療系統(tǒng)103進一步包括放射源106。放射源106是直接發(fā)出放射束到待治療的 身體105上的源。放射源的實例可以包括：X射線源、伽馬射線源、電子束源等。放射源106 還可包括對射束進行校準(zhǔn)的多葉準(zhǔn)直器（MLC)。通過調(diào)節(jié)MLC的葉片的位置，劑量測定員可 以使放射野與身體105的治療區(qū)域的形狀相匹配。在一些實施方式中可以包括其它的射束 形狀和/或輪廓。放射源106可以具有對應(yīng)的源模型。放射系統(tǒng)103可以由放射治療計劃 系統(tǒng)101控制，例如，以傳遞強度加以調(diào)節(jié)的放射能量，從而使得放射治療符合身體105的 預(yù)定放射治療區(qū)域的形狀。
[0038] 放射療法系統(tǒng)100還可包括診斷系統(tǒng)，該診斷系統(tǒng)與放射計劃系統(tǒng)101進行通信， 產(chǎn)生身體105的經(jīng)驗數(shù)據(jù)。該經(jīng)驗數(shù)據(jù)可被用作放射計劃系統(tǒng)101和數(shù)據(jù)處理器102的輸 入信息，并且可被用于反向射線跟蹤計算。診斷系統(tǒng)104包括傳感器，以獲得身體105的經(jīng) 驗數(shù)據(jù)。診斷系統(tǒng)的實例可以是計算機斷層掃描（CT)掃描儀、磁共振成像（MRI)掃描儀、 正電子發(fā)射型斷層顯像（PET)掃描儀等。身體105例如可以是人類或者動物。
[0039] 根據(jù)本發(fā)明一種實施方式，用于放射療法的系統(tǒng)100包括放射計劃系統(tǒng)，所述放 射計劃系統(tǒng)順次包括數(shù)據(jù)處理器102,所述數(shù)據(jù)處理器102適于接收與身體的預(yù)期放射治 療區(qū)域有關(guān)的信息，接收計算出的身體內(nèi)多個位置每單位質(zhì)量（per unit mass)釋放的初始 能量，基于計算出的單位物質(zhì)釋放的初始能量及包括由于身體內(nèi)的其他位置的分散帶來的 放射劑量貢獻而計算放射治療區(qū)域內(nèi)多個位置的放射劑量，以及基于在放射治療區(qū)域內(nèi)多 個位置計算的放射劑量而確定放射療法參數(shù)用于對預(yù)期放射治療區(qū)域提供放射治療。包括 由于身體內(nèi)的其他位置的分散帶來的放射劑量貢獻考慮到身體內(nèi)的密度不連續(xù)。在計算中 被考慮在內(nèi)的身體內(nèi)的密度不連續(xù)可以包括身體內(nèi)不同類型物質(zhì)之間的界面。身體內(nèi)不同 類型物質(zhì)之間的界面可以包括例如至少兩個骨骼、組織，一個內(nèi)部器官、空氣、水和一個人 工植入物間的界面。然而，不同密度的物質(zhì)間的任何界面均意在被包括在本發(fā)明的一般性 概念中。
[0040] 在一些實施方式中，在放射治療區(qū)域內(nèi)多個位置中每一個的放射劑量的計算 可以包括身體內(nèi)多個位置上每單位質(zhì)量釋放的初始能量的綜合，其由內(nèi)核函數(shù)（kernel function)加權(quán)得到。這可以是例如卷積綜合。在一些實施方式中，所述內(nèi)核函數(shù)可以包括 經(jīng)驗性確定的有效密度函數(shù)，其將身體內(nèi)的密度變化考慮在內(nèi)。
[0041] 在一些實施方式中，所述綜合可用于第一放射光束能量，而且在一些實施方式中， 在放射治療區(qū)域內(nèi)多個位置中每一個的放射劑量計算可以進一步包括身體內(nèi)多個位置上 每單位質(zhì)量釋放的初始能量的第二綜合，其由內(nèi)核函數(shù)加權(quán)得到，用于第二放射光束能量， 并且在放射治療區(qū)域內(nèi)多個位置中每一個的放射劑量計算進一步包括將第一和第二綜合 加和。在一些實施方式中，這可以延伸至兩個以上的能量。例如，在本發(fā)明的一些實施方式 中，可以執(zhí)行對四個或更多個不同能量的四個或更多個綜合。
[0042] 在一些實施方式中，用于放射療法的系統(tǒng)可以進一步包括，在接收計算出的由身 體內(nèi)多個位置每單位質(zhì)量釋放的初始能量之前，計算每單位質(zhì)量釋放的初始能量。該計算 可以是但不局限于如在下面更詳細(xì)描述的TERMA計算。然而，在其它實施方式中，其可以是 或可以包括每單位質(zhì)量釋放的動能（KERMA)和/或每單位質(zhì)量釋放的散射能（SCERMA)計 算。在一些實施方案中，每單位質(zhì)量釋放的初始能量計算可以包括背投影射束追蹤計算。 [0043] 在一些實施方式中，確定放射療法參數(shù)對于向預(yù)期放射治療區(qū)域提供放射治療可 足夠快以在放射治療程序期間地實時執(zhí)行。
[0044] 示出的迭加/卷積算法用來產(chǎn)生對劑量分配的精確計算（Mackie, T. R., Scrimger，J. W.，Battista, J. J.，Med. Phys. 12,188-196,1985 ;Mackie，Τ· R.，Ahnesjo, Α·， Dickof，Ρ·，Snider，A，Use of Comp. In Rad. Ther.，107-1101987 ;Mackie，Τ· R.，Reckwerdt， P. J.，McNutt，T. R.，Gehring，M.，Sanders，C.，Proceedings of thel996AAPM Summer School，1996)。其包括兩個階段。第一，通過病人的密度表示傳輸入射流量來計算每個位 置處的每單位質(zhì)量釋放的總能量（TERM)。點r'處具有特定能量E的TERMA(即TE(r')) 被定義為將能量E的流量vE(r')用相對于水的密度Pmd(r')以及在點r'處的線性衰 減"以!·')加權(quán)，如下述方程1所示。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于放射療法的系統(tǒng)，包括放射計劃系統(tǒng)，其中所述放射計劃系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)處 理器，所述數(shù)據(jù)處理器適于： 接收與身體的預(yù)期放射治療區(qū)域有關(guān)的信息； 接收計算出的所述身體內(nèi)多個位置每單位質(zhì)量釋放的初始能量； 基于所述計算出的每單位物質(zhì)釋放的初始能量及包括由于所述身體內(nèi)的其他位置的 分散帶來的放射劑量貢獻而計算所述放射治療區(qū)域內(nèi)多個位置的放射劑量；和 基于在所述放射治療區(qū)域內(nèi)所述多個位置計算的所述放射劑量而確定放射療法參數(shù) 用于對所述預(yù)期放射治療區(qū)域提供放射治療， 其中所述包括由于所述身體內(nèi)的其他位置的分散帶來的放射劑量貢獻考慮到所述身 體內(nèi)的密度不連續(xù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于放射療法的系統(tǒng)，其中在所述計算中考慮到的所述身體 內(nèi)的密度不連續(xù)包括在所述身體內(nèi)不同類型物質(zhì)之間的界面。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于放射療法的系統(tǒng)，其中所述身體內(nèi)不同類型物質(zhì)之間的 所述界面包括骨骼、組織、內(nèi)部器官、空氣、水和人工植入物中的至少兩個之間的界面。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于放射療法的系統(tǒng)，其中所述計算在所述放射治療區(qū)域內(nèi) 所述多個位置中每一個的所述放射劑量包括經(jīng)內(nèi)核函數(shù)加權(quán)的所述身體內(nèi)的所述多個位 置上每單位質(zhì)量釋放的所述初始能量的綜合（intergration), 其中所述內(nèi)核函數(shù)包括經(jīng)驗性確定的有效密度函數(shù)，目的是將所述身體內(nèi)的所述密度 變化考慮在內(nèi)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于放射療法的系統(tǒng)，其中所述綜合針對第一放射光束能 量， 其中在所述放射治療區(qū)域內(nèi)所述多個位置中每一個處的所述計算所述放射劑量還包 括針對第二放射光束能量的經(jīng)內(nèi)核函數(shù)加權(quán)的所述身體內(nèi)的所述多個位置上每單位質(zhì)量 釋放的所述初始能量的第二綜合，并且 所述計算在所述放射治療區(qū)域內(nèi)所述多個位置中每一個處的所述放射劑量還包括將 所述第一和第二綜合加和。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于放射療法的系統(tǒng)，還包括，在所述接收所述計算出的由 所述身體內(nèi)的多個位置每單位質(zhì)量釋放的初始能量之前，計算要在所述接收中提供的每單 位質(zhì)量釋放的所述初始能量。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于放射療法的系統(tǒng)，其中所述計算每單位質(zhì)量釋放的所述 初始能量包括背投影射束追蹤計算。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于放射療法的系統(tǒng)，還包括，在所述接收所述計算出的由 所述身體內(nèi)的多個位置每單位質(zhì)量釋放的初始能量之前，計算要在所述接收中提供的每單 位質(zhì)量釋放的所述初始能量。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于放射療法的系統(tǒng)，其中所述計算每單位質(zhì)量釋放的所述 初始能量包括背投影射束追蹤計算。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至9任一項所述的用于放射療法的系統(tǒng)，其中每單位質(zhì)量釋放的所 述初始能量是TERM、KERMA或SCERMA中的至少一個。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的用于放射療法的系統(tǒng)，其中所述確定所述放射療法參數(shù)對 于向所述預(yù)期放射治療區(qū)域提供放射治療足夠快以在放射治療程序期間實時執(zhí)行。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1至9任一項所述的用于放射療法的系統(tǒng)，其中所述確定所述放射療 法參數(shù)對于向所述預(yù)期放射治療區(qū)域提供放射治療足夠快以在放射治療程序期間實時執(zhí) 行。
13. -種用于放射治療的用于確定放射療法參數(shù)的方法，包括： 接收與身體的預(yù)期放射治療區(qū)域有關(guān)的信息； 接收計算出的所述身體內(nèi)的多個位置每單位質(zhì)量釋放的初始能量； 基于所述計算出的每單位物質(zhì)釋放的初始能量及包括由于所述身體內(nèi)的其他位置的 分散帶來的放射劑量貢獻而計算所述放射治療區(qū)域內(nèi)多個位置的放射劑量；和 基于在所述放射治療區(qū)域內(nèi)的所述多個位置計算的所述放射劑量而確定放射療法參 數(shù)以用于對所述預(yù)期放射治療區(qū)域提供放射治療， 其中所述包括由于所述身體內(nèi)的其他位置的分散帶來的放射劑量貢獻考慮到了所述 身體內(nèi)的密度不連續(xù)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的用于確定放射療法參數(shù)的方法，其中在所述計算中考慮到 的在所述身體內(nèi)的密度不連續(xù)包括在所述身體內(nèi)不同類型物質(zhì)之間的界面。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的用于確定放射療法參數(shù)的方法，其中所述身體內(nèi)不同類型 物質(zhì)之間的所述界面包括骨骼、組織、、內(nèi)部器官、空氣、水和、人工植入物中的至少兩個之 間的界面。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的用于確定放射療法參數(shù)的方法，其中所述計算在所述放射 治療區(qū)域內(nèi)的所述多個位置中每一個的所述放射劑量包括經(jīng)內(nèi)核函數(shù)加權(quán)的所述身體內(nèi) 的所述多個位置上每單位質(zhì)量釋放的所述初始能量的綜合， 其中所述內(nèi)核函數(shù)包括經(jīng)驗性確定的有效密度函數(shù)，目的是將所述身體內(nèi)的所述密度 變化考慮在內(nèi)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的用于確定放射療法參數(shù)的方法，其中所述綜合針對第一放 射光束能量， 其中所述計算在所述放射治療區(qū)域內(nèi)的所述多個位置中每一個的所述放射劑量還包 括針對第二放射光束能量的經(jīng)內(nèi)核函數(shù)加權(quán)的所述身體內(nèi)所述多個位置上每單位質(zhì)量釋 放的所述初始能量的第二綜合，并且 其中所述計算在所述放射治療區(qū)域內(nèi)的所述多個位置中每一個的所述放射劑量還包 括將所述第一和第二綜合加和。
18. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的用于確定放射療法參數(shù)的方法，還包括，在所述接收所述 計算出的所述身體內(nèi)的多個位置每單位質(zhì)量釋放的初始能量之前，計算要在所述接收中提 供的每單位質(zhì)量釋放的所述初始能量。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的用于確定放射療法參數(shù)的方法，其中所述計算每單位質(zhì)量 釋放的所述初始能量包括背投影射束追蹤計算。
20. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的用于確定放射療法參數(shù)的方法，還包括，在所述接收所述 計算出的所述身體內(nèi)多個位置每單位質(zhì)量釋放的初始能量之前，計算要在所述接收中提供 的每單位質(zhì)量釋放的所述初始能量。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的用于確定放射療法參數(shù)的方法，其中所述計算每單位質(zhì)量 釋放的所述初始能量包括背投影射束追蹤計算。
22. 根據(jù)權(quán)利要求13至21任一項所述的用于確定放射療法參數(shù)的方法，其中每單位質(zhì) 量釋放的所述初始能量是TERMA、KERMA或SCERMA中的至少一個。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的用于確定放射療法參數(shù)的方法，其中所述確定所述放射療 法參數(shù)對于向所述預(yù)期放射治療區(qū)域提供放射治療足夠快以在放射治療程序期間實時執(zhí) 行。
24. 根據(jù)權(quán)利要求13至21任一項所述的用于確定放射療法參數(shù)的方法，其中所述確定 所述放射療法參數(shù)對于向所述預(yù)期放射治療區(qū)域提供放射治療足夠快以在放射治療程序 期間實時執(zhí)行。
25. -種計算機可讀介質(zhì)，包括非臨時性可執(zhí)行代碼，所述非臨時性可執(zhí)行代碼當(dāng)由計 算機執(zhí)行時，使得計算機： 接收與身體的預(yù)期放射治療區(qū)域有關(guān)的信息； 接收計算出的所述身體內(nèi)多個位置每單位質(zhì)量釋放的初始能量； 基于所述計算出的每單位物質(zhì)釋放的初始能量并包括由于所述身體內(nèi)的其他位置的 分散帶來的放射劑量貢獻而計算所述放射治療區(qū)域內(nèi)的多個位置的放射劑量；和 基于在所述放射治療區(qū)域內(nèi)所述多個位置計算的所述放射劑量而確定放射療法參數(shù) 用于對所述預(yù)期放射治療區(qū)域提供放射治療， 其中所述包括由于所述身體內(nèi)的其他位置的分散帶來的放射劑量貢獻考慮到所述身 體內(nèi)的密度不連續(xù)。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的計算機可讀介質(zhì)，其中在所述計算中考慮到的在所述身體 內(nèi)的密度不連續(xù)包括在所述身體內(nèi)不同類型物質(zhì)之間的界面。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的計算機可讀介質(zhì)，其中所述身體內(nèi)不同類型物質(zhì)之間的所 述界面包括骨骼、組織、內(nèi)部器官、空氣、水和人工植入物中的至少兩個之間的界面。
28. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的計算機可讀介質(zhì)，其中所述計算在所述放射治療區(qū)域內(nèi)的 所述多個位置中每一個的所述放射劑量包括經(jīng)內(nèi)核函數(shù)加權(quán)的所述身體內(nèi)的所述多個位 置上每單位質(zhì)量釋放的所述初始能量的綜合， 其中所述內(nèi)核函數(shù)包括經(jīng)驗性確定的有效密度函數(shù)，目的是將所述身體內(nèi)的所述密度 變化考慮在內(nèi)。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的計算機可讀介質(zhì)，其中所述綜合針對第一放射光束能量， 其中所述計算在所述放射治療區(qū)域內(nèi)的所述多個位置中每一個的所述放射劑量還包 括針對第二放射光束能量的經(jīng)內(nèi)核函數(shù)加權(quán)的所述身體內(nèi)所述多個位置上每單位質(zhì)量釋 放的所述初始能量的第二綜合，并且 所述計算在所述放射治療區(qū)域內(nèi)所述多個位置中每一個的所述放射劑量還包括將所 述第一和第二綜合加和。
30. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的計算機可讀介質(zhì)，還包括，在所述接收所述計算出的由所 述身體內(nèi)的多個位置每單位質(zhì)量釋放的初始能量之前，計算要在所述接收中提供的每單位 質(zhì)量釋放的所述初始能量。
31. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的計算機可讀介質(zhì)，其中所述計算每單位質(zhì)量釋放的所述初 始能量包括背投影射束追蹤計算。
32. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的計算機可讀介質(zhì)，還包括，在所述接收所述計算出的由所 述身體內(nèi)的多個位置每單位質(zhì)量釋放的初始能量之前，計算要在所述接收中提供的每單位 質(zhì)量釋放的所述初始能量。
33. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的計算機可讀介質(zhì)，其中所述計算每單位質(zhì)量釋放的所述初 始能量包括背投影射束追蹤計算。
34. 根據(jù)權(quán)利要求25至33任一項所述的計算機可讀介質(zhì)，其中每單位質(zhì)量釋放的所述 初始能量是TERMA、KERMA或SCERMA中的至少一個。
35. 根據(jù)權(quán)利要求34所述的計算機可讀介質(zhì)，其中所述確定所述放射療法參數(shù)對于向 所述預(yù)期放射治療區(qū)域提供放射治療足夠快以在放射治療程序期間實時執(zhí)行。
36. 根據(jù)權(quán)利要求25至33任一項所述的計算機可讀介質(zhì)，其中所述確定所述放射療法 參數(shù)對于向所述預(yù)期放射治療區(qū)域提供放射治療足夠快以在放射治療程序期間實時執(zhí)行。
【文檔編號】A61N5/10GK104066479SQ201280058918
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2012年10月1日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月29日
【發(fā)明者】托德·R·麥克納特, 羅伯特·阿蘭·雅克 申請人:約翰霍普金斯大學(xué)