本公開總體涉及放射治療或放射療法。更具體地，本公開針對用于放射療法中的劑量計(jì)劃的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

放射療法用于治療諸如腦的哺乳動(dòng)物組織中的腫瘤。立體定向放射外科(SRS)就是一種這樣的放射治療技術(shù)，通過該技術(shù)在相對于三維參考系統(tǒng)定位的病變的短期治療過程中以高精確度傳送高劑量的放射。在SRS期間，多個(gè)放射束被從不同的角度導(dǎo)引朝著諸如腫瘤的靶。這些放射束會(huì)聚在等中心。位于等中心的組織接收高劑量，而周圍區(qū)域接收相對較低的劑量。因此，對于SRS系統(tǒng)，將劑量傳送到符合靶形狀的區(qū)是至關(guān)重要的。以這種方式，靶接收所需劑量，且由周圍組織(通常稱為危及器官(OAR))接收的劑量可以被最小化。

在某些情況下，靶可以被可能對放射敏感的OAR包圍。因此，必須將這些OAR接收的劑量限制在預(yù)定水平。在治療計(jì)劃期間，需要滿足對OARs接收的劑量的這種限制，通常稱為約束。

可以通過操縱束源的布置來滿足該約束。在SRS系統(tǒng)中，束源通常沿著弧旋轉(zhuǎn)，其中束源的布置被稱為弧布置。在腫瘤接近關(guān)鍵OAR或腫瘤具有非圓形形狀的那些情況下，單獨(dú)操作弧布置可能不能滿足約束。

治療非圓形或不規(guī)則形狀的腫瘤的一種方式是將多束聚焦區(qū)域(也稱為等中心)組合成符合腫瘤形狀的非圓形或不規(guī)則形狀。圖1A-1C示出了該方法的概念。如圖1A和1B所示，與一組弧(例如，弧組[12A，12B]或[22A，22B])相關(guān)聯(lián)的等中心(例如，10或20)可以具有圓形(例如，在2D圖像中)或球形(例如，在3D圖像中)的形狀。為了繪制圖1C中所示的靶32的細(xì)長橢圓形狀，可以組合等中心10和20(例如，通過組合它們的相關(guān)聯(lián)的弧組)以形成符合靶形狀的組合等中心(例如，30)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開的某些實(shí)施例涉及放射治療系統(tǒng)。放射治療系統(tǒng)可以包括存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的存儲(chǔ)器和通信地耦合到存儲(chǔ)器的處理器裝置。處理器裝置可以被配置為執(zhí)行用于接收患者的醫(yī)學(xué)圖像的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令。醫(yī)學(xué)圖像可以包括靶和危及器官(OAR)的圖像。處理器裝置還可以被配置為執(zhí)行用于接收待由靶接收的靶劑量以及對于待由OAR接收的OAR劑量的約束的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令。另外，處理器裝置可以被配置為執(zhí)行用于基于靶劑量和對OAR劑量的約束生成劑量施加計(jì)劃的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令。生成劑量施加計(jì)劃可以包括基于靶劑量和靶的位置來確定要沿其施加放射的弧的布置，并且將弧劃分為多個(gè)段。生成劑量施加計(jì)劃還可以包括確定與各段相關(guān)聯(lián)的劑量率，并且基于確定的與各段相關(guān)聯(lián)的劑量率來計(jì)算預(yù)測的OAR劑量。另外，生成劑量施加計(jì)劃可以包括將預(yù)測的OAR劑量與對OAR劑量的約束進(jìn)行比較以確定預(yù)測的OAR劑量是否滿足對OAR劑量的約束。

本公開的某些實(shí)施例涉及由處理器裝置執(zhí)行的用于放射治療系統(tǒng)中的劑量計(jì)劃的方法。該方法可以包括接收患者的醫(yī)學(xué)圖像。醫(yī)學(xué)圖像可以包括靶和危及器官(OAR)的圖像。該方法還可以包括接收待由靶接收的靶劑量和對于待由OAR接收的OAR劑量的約束。此外，該方法可以包括基于靶劑量和對OAR劑量的約束來生成劑量施加計(jì)劃。生成劑量施加計(jì)劃可以包括基于靶劑量和靶的位置來確定要沿其施加放射的弧的布置，并將弧劃分為多個(gè)段。生成劑量施加計(jì)劃還可以包括確定與各段相關(guān)聯(lián)的劑量率，以及基于確定的與各段相關(guān)聯(lián)的劑量率來計(jì)算預(yù)測的OAR劑量。另外，生成劑量施加計(jì)劃可以包括將預(yù)測的OAR劑量與對OAR劑量的約束進(jìn)行比較，以確定預(yù)測的OAR劑量是否滿足對OAR劑量的約束。

本公開的其他的目的和優(yōu)點(diǎn)將在下面的詳細(xì)說明中在某種程度上闡述，并且從說明書中在某種程度上將是顯而易見的，或者本公開的其他的目的和優(yōu)點(diǎn)可以通過本公開的實(shí)踐而習(xí)得。本公開的目的和優(yōu)點(diǎn)將通過在所附權(quán)利要求中具體指出的元件和組合來實(shí)現(xiàn)和獲取。

應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會(huì)，前面的一般描述和以下詳細(xì)描述僅是示例性和說明性的，而不是對本發(fā)明所要求保護(hù)的限制。

附圖說明

構(gòu)成本說明書的一部分的附圖示出了幾個(gè)實(shí)施例，并且與說明書一起用于說明所公開的原理。

圖1A-1C示出組合等中心的概念；

圖2A示出了根據(jù)本公開的一些實(shí)施例的示例性放射治療系統(tǒng)；

圖2B示出了根據(jù)本公開的一些實(shí)施例的示例性放射治療裝置；

圖2C示出了根據(jù)本公開的一些實(shí)施例的在圖2A的放射治療系統(tǒng)中使用的示例性數(shù)據(jù)處理裝置；

圖3A示出了根據(jù)本公開的一些實(shí)施例的放射治療裝置的示例性放射束成形器；

圖3B示出了根據(jù)本公開的一些實(shí)施例的放射治療裝置的示例性準(zhǔn)直器；

圖4示出根據(jù)本公開的一些實(shí)施例的參照2D醫(yī)學(xué)圖像的示例性劑量計(jì)劃方法；

圖5示出根據(jù)本公開的一些實(shí)施例的參照3D醫(yī)學(xué)圖像的示例性劑量計(jì)劃方法；

圖6是根據(jù)本公開的一些實(shí)施例的示例性劑量計(jì)劃方法的流程圖；

圖7是根據(jù)本公開的一些實(shí)施例的圖6的劑量計(jì)劃方法的示例性子程序的流程圖。

具體實(shí)施方式

參照附圖對示例性實(shí)施例進(jìn)行描述。在方便的地方，在整個(gè)附圖中使用相同的附圖標(biāo)記來指代相同或相似的部分。雖然本文描述了所公開原理的示例和特征，但是在不背離所公開的實(shí)施例的精神和范圍的情況下，修改、改造和其他實(shí)現(xiàn)是可能的。此外，詞語“包括(comprising)”、“具有”、“包含”和“包括(including)”以及其它類似形式旨在意義上等同并且是開放的，其中在這些詞中的任何一個(gè)之后的一個(gè)或數(shù)個(gè)項(xiàng)并非旨在是對這樣的一個(gè)或數(shù)個(gè)項(xiàng)的窮舉，或旨在僅限于所列出的一個(gè)或數(shù)個(gè)項(xiàng)。并且除非上下文另有明確指示，單數(shù)形式“一”、“個(gè)”和“該”包括復(fù)數(shù)形式。

與本公開一致的系統(tǒng)和方法針對立體定向放射外科(SRS)，并且具體地，針對改善在放射治療中的SRS技術(shù)的靈活性和功能性。除了控制弧布置之外，本公開的實(shí)施例還可以將單個(gè)弧劃分成多個(gè)段或子弧，并且對于各個(gè)段應(yīng)用不同的劑量率。還可以控制放射束形狀，使得各個(gè)弧可以具有不同的射束形狀。與本公開一致的系統(tǒng)和方法還可以用于其他等中心放射治療。

圖2A示出了根據(jù)本公開的一些實(shí)施例的示例性放射治療系統(tǒng)100。放射治療系統(tǒng)100可以包括：用于生成劑量施加計(jì)劃的劑量計(jì)劃模塊112；用于細(xì)調(diào)劑量施加計(jì)劃的優(yōu)化引擎114；用于獲取患者的一個(gè)或多個(gè)醫(yī)學(xué)圖像的圖像獲取裝置122；用于存儲(chǔ)醫(yī)學(xué)圖像、劑量應(yīng)用信息等的數(shù)據(jù)庫124；以及用于根據(jù)劑量施加計(jì)劃進(jìn)行放射治療的放射治療裝置130。

如圖2A所示，劑量計(jì)劃模塊112可以與數(shù)據(jù)庫124進(jìn)行通信以接收其中存儲(chǔ)的計(jì)劃數(shù)據(jù)。計(jì)劃數(shù)據(jù)可以包括諸如年齡、性別、腫瘤大小等的患者特異性信息。計(jì)劃數(shù)據(jù)還可以包括諸如磁共振成像(MRI)圖像和計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)圖像等顯示治療中的解剖部分的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的患者的醫(yī)學(xué)圖像。

醫(yī)學(xué)圖像可以由包括相同或不同裝置的一個(gè)或多個(gè)圖像獲取裝置122提供。圖像獲取裝置122可以包括MRI成像裝置、CT成像裝置或用于獲取患者的一個(gè)或更多個(gè)醫(yī)學(xué)圖像的其他醫(yī)學(xué)成像裝置。圖像獲取裝置122可以向放射治療裝置130和/或數(shù)據(jù)庫124提供醫(yī)學(xué)圖像。在一些實(shí)施例中，醫(yī)學(xué)圖像可以由例如圖像獲取裝置122進(jìn)行預(yù)處理以分割出靶(例如，腫瘤)。一個(gè)或更多個(gè)OAR也可以由圖像獲取裝置122分割出來。在這些實(shí)施例中，圖像獲取裝置122可以向數(shù)據(jù)庫124提供醫(yī)學(xué)圖像以及分割信息，并且劑量計(jì)劃模塊112可以從數(shù)據(jù)庫124接收醫(yī)學(xué)圖像和分割信息。在其他實(shí)施例中，靶和/或OAR的分割可以由劑量計(jì)劃模塊112進(jìn)行。在這些實(shí)施例中，圖像獲取裝置122可以向數(shù)據(jù)庫124提供醫(yī)學(xué)圖像，并且劑量計(jì)劃模塊112可以對從數(shù)據(jù)庫124獲取的醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行分割。

存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫124中的計(jì)劃數(shù)據(jù)可以從放射治療裝置130獲取。在一些實(shí)施例中，計(jì)劃數(shù)據(jù)可以從多個(gè)放射治療裝置收集，或者從諸如放射治療數(shù)據(jù)存儲(chǔ)庫或數(shù)據(jù)中心的遠(yuǎn)程位置取得。劑量計(jì)劃模塊112可以使用計(jì)劃數(shù)據(jù)來生成將由放射治療裝置130實(shí)施的劑量施加計(jì)劃以向患者履行放射治療。

劑量計(jì)劃模塊112可以與優(yōu)化引擎114進(jìn)行通信以執(zhí)行劑量計(jì)劃優(yōu)化。例如，劑量計(jì)劃模塊可以向優(yōu)化引擎114發(fā)送初始劑量施加計(jì)劃。優(yōu)化引擎114可以對初始劑量施加計(jì)劃進(jìn)行細(xì)調(diào)，以使由靶接收的劑量最大化并且使由OAR接收的劑量最小化。在優(yōu)化之后，優(yōu)化后的劑量施加計(jì)劃可以被返回到劑量計(jì)劃模塊112，并且可以由放射治療裝置130取得以向患者履行治療。

在一些實(shí)施例中，劑量計(jì)劃模塊112和優(yōu)化引擎114可以在單個(gè)數(shù)據(jù)處理裝置110中實(shí)現(xiàn)。例如，如稍后將參照圖2C更詳細(xì)地描述的，劑量計(jì)劃模塊112和優(yōu)化引擎114可以被實(shí)現(xiàn)為在相同的硬件裝置上運(yùn)行的不同的軟件程序。在一些實(shí)施例中，優(yōu)化引擎可以嵌入到劑量計(jì)劃模塊112中。例如，優(yōu)化引擎114可以被實(shí)現(xiàn)為劑量計(jì)劃裝置的子裝置或劑量計(jì)劃軟件應(yīng)用的子程序。在一些實(shí)施例中，劑量計(jì)劃模塊112和優(yōu)化引擎114可以實(shí)現(xiàn)為分立的獨(dú)立模塊。

在一些實(shí)施例中，放射治療裝置130和劑量計(jì)劃模塊112可以位于相同的醫(yī)療設(shè)施中。在一些其它實(shí)施例中，放射治療裝置130可以相對于劑量計(jì)劃模塊112是遠(yuǎn)程的(例如，位于相同的或不同的醫(yī)療設(shè)施中的不同位置)，并且放射治療裝置130和劑量計(jì)劃模塊112之間的數(shù)據(jù)通信可以通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)行。網(wǎng)絡(luò)可以包括內(nèi)部或外部網(wǎng)絡(luò)(例如，因特網(wǎng))。類似地，劑量計(jì)劃模塊112和數(shù)據(jù)庫124、劑量計(jì)劃模塊112和優(yōu)化引擎114、數(shù)據(jù)庫124和放射治療裝置130、圖像獲取裝置122和放射治療裝置130、數(shù)據(jù)庫124和圖像獲取裝置122也可以相對于彼此位于本地或遠(yuǎn)程，并且可以通過內(nèi)部或外部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。

圖2B示出了根據(jù)本公開的一些實(shí)施例的放射治療裝置130(例如，直線加速器)的示例性配置。使用直線加速器130，患者42可以在患者臺43上被定位以根據(jù)(例如，由劑量計(jì)劃模塊112確定的或由優(yōu)化引擎114進(jìn)一步優(yōu)化的)劑量施加計(jì)劃來接收放射劑量。直線加速器130可以包括產(chǎn)生放射束46的放射頭45。整個(gè)放射頭45可以圍繞水平軸線47旋轉(zhuǎn)。另外，在患者臺43下方可以提供平板閃爍體探測器44，其可以圍繞等中心41與放射頭45同步旋轉(zhuǎn)。軸線47與放射頭45產(chǎn)生的射束46的中心的交點(diǎn)通常被稱為“等中心”?；颊吲_43可以被機(jī)動(dòng)化，使得患者42可以被定位為使得腫瘤部位在等中心41處或接近等中心41處。放射頭45可以圍繞臺架48旋轉(zhuǎn)，以根據(jù)劑量施加計(jì)劃向患者42提供多個(gè)不同劑量的放射。

圖2C示出了示例性的數(shù)據(jù)處理裝置110。如圖2C所示，數(shù)據(jù)處理裝置110可以包括處理器裝置250、存儲(chǔ)器或存儲(chǔ)裝置260、通信接口270、輸入裝置282和輸出裝置284。存儲(chǔ)器/存儲(chǔ)裝置260可以存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，諸如操作系統(tǒng)262和劑量計(jì)劃/優(yōu)化軟件264。處理器裝置250可以耦合到存儲(chǔ)器/存儲(chǔ)裝置280，并且被配置為執(zhí)行其上存儲(chǔ)的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令。例如，處理器裝置250可以執(zhí)行劑量計(jì)劃/優(yōu)化軟件264以實(shí)現(xiàn)劑量計(jì)劃模塊112和/或優(yōu)化引擎114的功能。處理器裝置250可以通過通信接口270與數(shù)據(jù)庫124進(jìn)行通信以從數(shù)據(jù)庫124接收數(shù)據(jù)/向數(shù)據(jù)庫124發(fā)送數(shù)據(jù)。盡管在圖2C中僅示出了一個(gè)數(shù)據(jù)庫124，本領(lǐng)域技術(shù)人員將領(lǐng)會(huì)數(shù)據(jù)庫124可以包括以中心或分布式方式布置的多個(gè)裝置。

處理器裝置250可以包括諸如微處理器或中央處理單元(CPU)等的一個(gè)或更多個(gè)通用處理裝置。更具體地，處理器裝置250可以是復(fù)雜指令集計(jì)算(CISC)微處理器、精簡指令集計(jì)算(RISC)微處理器、超長指令字(VLIW)微處理器、實(shí)現(xiàn)其他指令集的處理器、或?qū)崿F(xiàn)指令集的組合的處理器。處理器裝置250還可以是一個(gè)或多個(gè)專用處理裝置，諸如專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、數(shù)字信號處理器(DSP)、或片上系統(tǒng)(SoC)等。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將領(lǐng)會(huì)的，在一些實(shí)施例中，處理器裝置250可以是專用處理器，而不是通用處理器。

存儲(chǔ)器/存儲(chǔ)裝置260可以包括只讀存儲(chǔ)器(ROM)、閃存、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、靜態(tài)存儲(chǔ)器等。在一些實(shí)施例中，存儲(chǔ)器/存儲(chǔ)裝置260可以包括機(jī)器可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。雖然作為示例性實(shí)施例的機(jī)器可讀存儲(chǔ)介質(zhì)可以是單個(gè)介質(zhì)，但是術(shù)語“機(jī)器可讀存儲(chǔ)介質(zhì)”應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為包括單個(gè)介質(zhì)或多個(gè)介質(zhì)(例如，中心式或分布式數(shù)據(jù)庫，和/或相關(guān)聯(lián)的緩存和服務(wù)器)，其存儲(chǔ)一個(gè)或更多個(gè)指令/數(shù)據(jù)集。術(shù)語“機(jī)器可讀存儲(chǔ)介質(zhì)”還將被認(rèn)為包括能夠存儲(chǔ)或編碼用于由機(jī)器執(zhí)行的指令集并且使機(jī)器執(zhí)行本公開的任何一套或數(shù)套方法的任何介質(zhì)。因此，術(shù)語“機(jī)器可讀存儲(chǔ)介質(zhì)”應(yīng)被認(rèn)為包括但不限于固態(tài)存儲(chǔ)器，以及光學(xué)和磁性介質(zhì)。

通信接口270可以包括網(wǎng)絡(luò)適配器、電纜連接器、串行連接器、USB連接器、并行連接器、諸如光纖、USB 3.0、雷電等高速數(shù)據(jù)傳輸適配器、諸如WiFi適配器的無線網(wǎng)絡(luò)適配器、電信(3G、4G/LTE等)適配器等。通信接口270還可以包括與放射治療裝置130的通信接口。處理器裝置250可以經(jīng)由通信接口270與數(shù)據(jù)庫124、放射治療裝置130或其他裝置或系統(tǒng)進(jìn)行通信，輸入裝置282可以包括鍵盤、鼠標(biāo)、觸摸屏或用于接收由用戶輸入的信息的其他合適的裝置。輸出裝置284可以包括顯示器、打印機(jī)或用于輸出信息給用戶的其他合適的裝置。

數(shù)據(jù)處理裝置110可以與放射治療裝置130進(jìn)行通信。如上所述，放射治療裝置130可以是被配置為履行放射治療的裝置。放射治療裝置130可以包括放射源并且采用放射束成形器來控制由放射源發(fā)射的放射束的形狀和/或尺寸。

圖3A示出了根據(jù)本公開的一些實(shí)施例的示例性的放射束成形器302。放射束成形器302可以安裝在準(zhǔn)直器310(例如，圖3B中所示)上并且朝向患者42。放射束成形器302可以包括允許放射束通過的開口304。開口304可以是錐形開口，其可以被定尺寸和成形為產(chǎn)生具有錐形形狀的放射束。放射束成形器302可以用于控制穿過開口304的放射束的尺寸。例如，沿著各個(gè)弧施加的放射可以采用特定尺寸的放射束，并且沿不同弧施加的放射束的尺寸可以不同。可以通過切換具有不同開口尺寸的放射束成形器來控制放射束尺寸。在一些實(shí)施例中，開口304的直徑可以小于5cm，或者可以小于1cm。例如，開口304的直徑可以是1mm-5mm。也可以使用其它尺寸。

圖3B示出了示例性的準(zhǔn)直器310。準(zhǔn)直器310可以包括安裝開口312，放射束成形器(例如，302)可以通過安裝開口312而被安裝。例如，放射束成形器可以通過聯(lián)鎖、緊固、螺紋連接、扣合或其它合適的方法安裝到準(zhǔn)直器310上。

在放射療法治療中，劑量計(jì)劃階段可以分為兩個(gè)部分。第一部分可以包括諸如腫瘤的靶的分割，在一些實(shí)施例中，第一部分還可以包括OAR的分割。如上所述，分割可以由圖像獲取裝置122或由劑量計(jì)劃模塊112執(zhí)行。例如，圖像獲取裝置122或劑量計(jì)劃模塊112可以通過勾畫醫(yī)學(xué)圖像的各個(gè)2D層或切片中的靶的輪廓并且組合多個(gè)2D層或切片的輪廓來識別醫(yī)學(xué)圖像中的靶區(qū)。類似地，圖像獲取裝置122或劑量計(jì)劃模塊112可以通過勾畫醫(yī)學(xué)圖像的每個(gè)2D層或切片中的OAR的輪廓并且組合多個(gè)2D層或切片的輪廓來識別醫(yī)學(xué)圖像中的OAR區(qū)?？梢宰詣?dòng)或手動(dòng)執(zhí)行靶/OAR的分割。

在分割階段之后，劑量計(jì)劃的第二部分可以包括創(chuàng)建劑量施加計(jì)劃。劑量施加計(jì)劃可以指示通常從多個(gè)角度將放射束施加到受治療的靶的具體步驟。劑量施加計(jì)劃可以包括弧布置、劑量率和/或放射束形狀?；〔贾每梢灾甘緦⒈皇┘拥姆派渚€來自的位置或角度。劑量率可以指示通常通過出束時(shí)間(beam-on time)來測量的劑量的期望量。放射束形狀可以由放射束成形器(例如，302)控制。

圖4示出了參照2D醫(yī)學(xué)圖像的示例性劑量計(jì)劃方法。在圖4中，如上所述，靶410和OAR 420可以由圖像獲取裝置122或劑量計(jì)劃模塊112進(jìn)行分割。圖4A示出了多個(gè)弧，例如，430A、430B、430C和430D，可以從這些弧施加放射。例如，放射頭45可以沿著弧430A旋轉(zhuǎn)并且沿著弧430A在一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)處施加放射。劑量計(jì)劃模塊112可以基于靶和/或OAR的大小和位置、待由靶接收的期望劑量、關(guān)于OAR需要滿足的劑量約束、和/或一位本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的任何其它參數(shù)來確定弧的布置。在一些實(shí)施例中，劑量計(jì)劃模塊112可以確定弧的布置、待沿各個(gè)弧施加的劑量率、以及要在各個(gè)弧上使用的放射束形狀。在一些實(shí)施例中，劑量計(jì)劃模塊112還可以確定與各個(gè)弧相關(guān)聯(lián)的加權(quán)因子。例如，在圖4中，弧430A覆蓋OAR 420的一部分。劑量計(jì)劃模塊112可以向弧430A分配加權(quán)因子以在沿著弧430A施加放射時(shí)減小OAR 420接收的劑量。類似地，劑量計(jì)劃模塊112可以向弧430B分配加權(quán)因子以在沿著弧430B施加放射時(shí)增加由靶410接收的劑量。以這種方式，可以控制施加到靶410和OAR 420的劑量。

在一些情況下，弧布置、劑量率(如由加權(quán)因子修改的)和放射束形狀的組合可能不能夠滿足劑量約束。例如，在圖4中所示的情況下，如果加權(quán)因子被分配給弧430A以滿足由OAR 420施加的劑量約束，則靶410中的某個(gè)區(qū)域可能不能夠接收足夠的劑量。另一方面，如果增加加權(quán)因子以滿足靶410的劑量需求，則可能不滿足由OAR 420施加的劑量約束，在這種情況下，劑量計(jì)劃模塊112可以將弧430A劃分為多個(gè)段并且將不同的劑量率分配給不同的段。例如，劑量計(jì)劃模塊112可以將弧430A分成段432和段434。在段432中，劑量率可以降低到較低水平以減少由OAR 420接收的放射線。在段434中，劑量率可以增加到較高水平以滿足靶410的劑量需求。以這種方式，可以創(chuàng)建劑量施加計(jì)劃以一并滿足靶410的劑量需求和OAR 420的劑量約束。

一旦劑量計(jì)劃模塊112將一個(gè)或多個(gè)弧劃分成多個(gè)段并且向不同的段分配不同的劑量率(例如通過分配不同的加權(quán)因子)，則劑量計(jì)劃模塊112可以基于所分配的與各段相關(guān)聯(lián)的劑量率來計(jì)算預(yù)測的OAR劑量。例如，劑量計(jì)劃模塊112可以基于在劑量施加計(jì)劃中確定的弧布置、弧段、劑量率和放射束形狀來計(jì)算靶410和OAR 420的區(qū)內(nèi)的劑量分布。可以通過考慮與各個(gè)弧段相關(guān)聯(lián)的劑量率(例如，加權(quán)因子)和與各個(gè)弧段相關(guān)聯(lián)的放射束形狀來對由劑量施加計(jì)劃規(guī)定的從各個(gè)獨(dú)立放射束接收的劑量求和，來計(jì)算靶410或OAR 420的各個(gè)體素的劑量分布。接著，劑量計(jì)劃模塊112可以將預(yù)測的OAR劑量與對OAR劑量的約束進(jìn)行比較，以確定是否滿足約束。

如果不滿足約束，則劑量計(jì)劃模塊112可以修正劑量施加計(jì)劃中的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)。例如，劑量計(jì)劃模塊112可以通過例如添加新弧、移除現(xiàn)有弧、改變弧的位置、方向、長度和/或曲率等來修正弧布置。劑量計(jì)劃模塊12還可以修正弧的分割。例如，劑量計(jì)劃模塊112可以將弧分成不同數(shù)量的段、向段分配不同的長度等。另外，劑量計(jì)劃模塊112可以修改與各段相關(guān)聯(lián)的劑量率。例如，劑量計(jì)劃模塊112可以增加或減少分配給段的劑量率。此外，劑量計(jì)劃模塊112可以修正放射束形狀。例如，劑量計(jì)劃模塊112可以向弧或弧段分配不同的射束形狀?？梢酝ㄟ^采用具有不同形狀和/或尺寸的開口的放射束成形器，來實(shí)現(xiàn)包括放射束的形狀和放射束的尺寸的不同放射束形狀。修正可以是迭代的過程，其中可以由劑量計(jì)劃模塊112實(shí)行多輪修正，直到所得的劑量施加計(jì)劃滿足約束為止。

如果滿足約束，則劑量計(jì)劃模塊112可以向放射治療裝置130提供具有所確定的弧的布置、弧段以及與各段相關(guān)聯(lián)的劑量率的劑量施加計(jì)劃以用于進(jìn)行放射治療。在一些實(shí)施例中，劑量計(jì)劃模塊112可以向用戶(例如，內(nèi)科醫(yī)生、醫(yī)生等)提供劑量施加計(jì)劃以供進(jìn)一步考慮。

在一些實(shí)施例中，劑量計(jì)劃模塊112可以向優(yōu)化引擎114提供劑量施加計(jì)劃以進(jìn)行優(yōu)化。由劑量計(jì)劃模塊112所確定的劑量施加計(jì)劃可以是滿足靶劑量需求和OAR劑量約束兩者的初始計(jì)劃。優(yōu)化引擎114可以對初始計(jì)劃進(jìn)行細(xì)調(diào)并生成優(yōu)化的劑量施加計(jì)劃。例如，優(yōu)化引擎114可以使用不同的弧布置、弧分割和/或放射束形狀來計(jì)算預(yù)測的靶劑量和OAR劑量，并且對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較。在一些實(shí)施例中，可以選擇具有最低OAR劑量的計(jì)劃作為優(yōu)化計(jì)劃，在一些實(shí)施例中，可以選擇具有平衡的高靶劑量和低OAR劑量的計(jì)劃作為優(yōu)化計(jì)劃。在一些實(shí)施例中，可以選擇具有最高靶劑量以及滿足OAR劑量約束的計(jì)劃作為優(yōu)化計(jì)劃。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，在優(yōu)化計(jì)劃的選擇中也可以采用其他標(biāo)準(zhǔn)。一旦優(yōu)化計(jì)劃被定下，該計(jì)劃可以被取得或發(fā)送到放射治療裝置130用于實(shí)施。

圖5示出了參照3D醫(yī)學(xué)圖像的示例性劑量計(jì)劃方法。在圖5中，弧440A和450A可以沿不同的方向。這可以通過旋轉(zhuǎn)患者臺43來實(shí)現(xiàn)。例如，當(dāng)患者臺43處于第一位置時(shí)，放射頭45可以沿著弧440A和440B來施加放射，并且當(dāng)患者臺43旋轉(zhuǎn)到第二位置時(shí)，放射頭45可以沿著弧450A和450B施加放射?；颊吲_43的旋轉(zhuǎn)還可以被認(rèn)為是確定弧布置和/或弧分割的參數(shù)。例如，劑量計(jì)劃模塊112可以生成具有沿不同方向延伸的弧的劑量施加計(jì)劃，并且將一個(gè)或多個(gè)弧分成多個(gè)段并且將獨(dú)立劑量率分配給各個(gè)段。

圖6是根據(jù)本公開的一些實(shí)施例的示例性劑量計(jì)劃方法600的流程圖。在步驟602，劑量計(jì)劃模塊112可以從數(shù)據(jù)庫124接收患者的醫(yī)學(xué)圖像(例如，圖4中所示的醫(yī)學(xué)圖像)。醫(yī)學(xué)圖像可以由圖像獲取裝置122生成，并且可以包括靶(例如，靶410)和OAR(例如，OAR 420)的圖像。

在步驟604，劑量計(jì)劃模塊112可以接收待由靶410接收的靶劑量和對于待由OAR 420接收的OAR劑量的約束?？梢詮耐ㄟ^輸入裝置282的用戶輸入來接收靶劑量和對于OAR劑量的約束。

在步驟606，劑量計(jì)劃模塊112可以基于靶劑量和對OAR劑量的約束來確定劑量施加計(jì)劃。在圖7中更詳細(xì)地描述了步驟606。

如圖7所示，步驟606可以包括子步驟702，其中劑量計(jì)劃模塊112和/或用戶可以基于靶劑量和靶的位置確定待在弧上施加放射的該弧的布置。例如，在一些實(shí)施例中，用戶可以確定弧430A、430B、430C和430D的布置，使得放射頭45可以沿著這些弧旋轉(zhuǎn)以施加放射。在一些實(shí)施例中，劑量計(jì)劃模塊112可以確定這些弧的布置。在子步驟704，劑量計(jì)劃模塊112可以將一個(gè)或多個(gè)弧(例如弧430A)劃分為多個(gè)段(例如段432和434)。在子步驟706，劑量計(jì)劃模塊112可以確定與各個(gè)弧或弧段相關(guān)聯(lián)的劑量率。例如，各個(gè)弧段可以被分配獨(dú)立的劑量率，并且甚至在相同弧上的不同弧段可以被分配不同的劑量率。在子步驟708，劑量計(jì)劃模塊112可以基于所確定的與各個(gè)弧或弧段相關(guān)聯(lián)的劑量率來計(jì)算預(yù)測的OAR劑量。例如，劑量計(jì)劃模塊112可以計(jì)算從各個(gè)獨(dú)立的弧或弧段得到的獨(dú)立OAR劑量，并且將獨(dú)立OAR劑量求和以得到預(yù)測的OAR劑量。在子步驟710，劑量計(jì)劃模塊112可以將預(yù)測的OAR劑量和對OAR劑量的約束進(jìn)行比較，以檢查劑量施加計(jì)劃是否滿足該約束(在子步驟712)。如果滿足約束，則程序進(jìn)行到子步驟714，其中劑量計(jì)劃模塊112可以向用戶提供劑量施加計(jì)劃以供進(jìn)一步考慮。在一些實(shí)施例中，劑量計(jì)劃模塊112還可以向放射治療裝置130提供劑量施加計(jì)劃以進(jìn)行放射治療。如果不滿足約束，則程序進(jìn)行到子步驟716，其中劑量計(jì)劃模塊112可以修正諸如弧布置、弧的分割和/或與各個(gè)弧段相關(guān)聯(lián)的劑量率的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)。因此，程序可以進(jìn)行到子步驟702、704或706中的任一個(gè)。

本文描述了各種操作或功能，其可以被實(shí)現(xiàn)或定義為軟件代碼或指令。這樣的內(nèi)容可以是直接可執(zhí)行的(“對象”或“可執(zhí)行”形式)、源代碼或差分代碼(“增量(delta)”或“補(bǔ)丁(patch)”代碼)?？梢越?jīng)由具有存儲(chǔ)在其上的代碼或指令的制品或者經(jīng)由操作通信接口以經(jīng)由通信接口發(fā)送數(shù)據(jù)的方法來提供本文所述的實(shí)施例的軟件實(shí)現(xiàn)。機(jī)器或計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)可以使得機(jī)器執(zhí)行所描述的功能或操作，并且包括以機(jī)器(例如，計(jì)算裝置、電子系統(tǒng)等等)可訪問的形式存儲(chǔ)信息的任何機(jī)構(gòu)，諸如可記錄/不可記錄介質(zhì)(例如，只讀存儲(chǔ)器(ROM)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、磁盤存儲(chǔ)介質(zhì)、光存儲(chǔ)介質(zhì)、閃存裝置等)。通信接口包括與硬連線、無線、光學(xué)等介質(zhì)中的任何一個(gè)交互的任何機(jī)構(gòu)以與諸如存儲(chǔ)器總線接口、處理器總線接口、因特網(wǎng)連接、磁盤控制器等的另一裝置進(jìn)行通信。通信接口可以被配置為通過提供配置參數(shù)和/或發(fā)送信號來準(zhǔn)備通信接口以提供描述軟件內(nèi)容的數(shù)據(jù)信號?？梢越?jīng)由發(fā)送到通信接口的一個(gè)或多個(gè)命令或信號來訪問通信接口。

本發(fā)明還涉及用于執(zhí)行本文的操作的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以是為了所需目的而專門構(gòu)造的，或者其可以包括由存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中的計(jì)算機(jī)程序選擇性地激活或重新配置的通用計(jì)算機(jī)。這樣的計(jì)算機(jī)程序可以存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中，計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)例如是：包括軟盤、光盤、CDROM以及磁光盤的任何類型的盤、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、EPROM、EEPROM、磁卡或光卡、或適于存儲(chǔ)電子指令的任何類型的介質(zhì)，每個(gè)介質(zhì)耦合到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總線，但并不限于此。

除非另有說明，本文示出和描述的本發(fā)明的實(shí)施例的執(zhí)行順序或操作的執(zhí)行不是必要的。也就是說，除非另有說明，操作可以以任何順序執(zhí)行，并且本發(fā)明的實(shí)施例可以包括比本文公開的操作更多或更少的操作。例如，在另一操作之前、同時(shí)或之后執(zhí)行或?qū)嵤┨囟ú僮鞅活A(yù)期在本發(fā)明的方案的范圍內(nèi)。

本發(fā)明的實(shí)施例可以利用計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令來實(shí)現(xiàn)。計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令可以被組織成一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可執(zhí)行組件或模塊。本發(fā)明的各方案可以利用任何數(shù)量和組織的這種組件或模塊來實(shí)現(xiàn)。例如，本發(fā)明的各方案不限于圖中所示和本文所描述的特定計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令或特定組件或模塊。本發(fā)明的其它實(shí)施例可以包括具有比本文所示出和描述的更多或更少功能的不同的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令或組件。

已經(jīng)對本發(fā)明的各方案進(jìn)行了詳細(xì)描述，顯而易見的是，在不背離如所附權(quán)利要求中限定的本發(fā)明的方案的范圍的情況下，修改和變化是可能的。由于可以在不背離本發(fā)明的方案的范圍的情況下對上述結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品和方法進(jìn)行各種改變，因此意圖在于上述說明書中包含的和附圖中所示的所有內(nèi)容應(yīng)當(dāng)被解釋為示例性的，而不具有限制性意義。