[发明专利]包括高效剂量计算的剂量计算任务的安排

说明书

以下涉及肿瘤学领域、医学治疗领域、逆向辐射治疗规划领域、剂量优化领域和相关领域。

辐射治疗工作流程通常需要对要经受辐射治疗的区域进行初始规划成像。计算机断层摄影（CT）是一种典型的规划成像模态，但是可以使用诸如磁共振（MR）的其他成像模态。有时使用单光子发射计算机断层摄影（SPECT）或正电子发射断层摄影（PET）提供关于恶性程度的功能信息。然后利用规划图像执行器官描绘任务，以描绘出目标器官和任何相邻的紧要器官。利用一个或多个规划图像执行剂量优化计算。剂量优化计算优化辐射治疗参数，例如多叶准直器（MLC）的设置、随角度变化的强度（对于采用旋转辐射源的断层摄影治疗会话（session）规划）等。针对目标优化这些参数，该目标例如为目标器官（亦即，包含恶性肿瘤的器官）中的期望辐射剂量、对邻近的紧要器官或解剖结构的最大辐射曝光的约束，等等。剂量优化相当于“逆向”辐射治疗计算，因为优化开始于期望的剂量和任何剂量约束，取决于受治疗者体内的位置，计算基于计算机模拟应当输送期望剂量的辐射治疗配置。剂量优化的最终输出是辐射治疗计划，其指定将根据模拟输送满足目标的剂量空间特征的辐射治疗配置（由优化的辐射治疗参数定义）。

有时利用在一段时间，例如几天或几周内，执行的若干相继的辐射治疗会话执行辐射治疗。这种方式的优点包括在时间上分布辐射剂量输送。在自适应辐射治疗中，基于治疗期间采集的成像或其他反馈更新相继的治疗会话（或相继治疗会话的一部分）。

优化是复杂的，例如涉及针对目标器官和其他紧要相邻器官或结构的一组剂量目标（例如，剂量约束或剂量目标），优化数千或数万MLC参数。在自适应辐射治疗中，可以通过适配来调节辐射治疗计划，以免从头开始执行完整的剂量优化。为了进行这样的适配，将接下来采集的图像与更早采集的图像配准，以评估变化，例如器官运动、肿瘤尺寸的减小等。为了提高执行这些复杂辐射治疗任务的计算能力，任选地，通过数字网络将多个计算机、服务器、数字处理器等互联在一起作为计算网格，以执行优化。即便如此，一些复杂的剂量优化规划会话能够花费几小时的计算时间。

典型地，一个计算机充当计算网格的用户接口，并允许用户在计划优化之前或期间调节参数、目标和优化设置。经由用户接口计算机，用户识别或选择相关信息作为输入，例如：规划图像；器官轮廓；网格或规划图像中目标器官和其他紧要结构的其他描绘；要规划的辐射治疗类型（典型地，指定目标器官和辐射治疗系统配置，包括可调节参数的识别）；以及剂量优化目标（典型地，要输送给目标器官的最小剂量或剂量范围，以及针对相邻紧要器官不能超过的最大剂量阈值）。用户接口计算机和/或另一计算任务协调计算机然后组织剂量计算和优化计算会话，包括必要数据在数字网络上的传输，中间结果在计算机之间的传输，剂量优化信息在用户接口计算机处的最终收集。迭代地执行剂量优化计算，在每次迭代结束时，确定（模拟的）剂量。在一些方法中，针对射束的注量图是迭代优化中的可调节参数，通过将优化输出的最终注量图转换成MLC设置或其他受控辐射治疗参数来计算直接控制的辐射治疗参数（MLC设置、射束角等）。这种方法的缺点是在将注量图转换成受控辐射治疗参数的最后一步期间可能会引入误差。在替代的直接机器参数优化（DMPO）方法中，受控辐射治疗参数（MLC设置、射束角等）是可调参数，其在迭代剂量优化期间被调节，因此不需要最终的转换步骤。在任一种情况下，迭代优化都持续到模拟剂量（或剂量图，亦即，对象中的剂量空间分布）满足所有辐射治疗目标为止，或直到满足另一停止标准，例如一次迭代到下一次迭代之间的增量改善低于停止阈值。在剂量优化会话完成后，用户利用用户接口计算机检查结果，并且如果符合要求，那么接受并存储该辐射治疗计划，用于辐射治疗会话。

现有的辐射治疗规划是计算密集型的，并且可能形成整个辐射治疗处理工作流程中的瓶颈。此外，在一些情况下，针对优化的辐射治疗参数的最终模拟剂量可能无法满足一个或多个目标。根据对未实现的一个或多个目标所感知的重要性以及模拟剂量偏离未实现的一个或多个目标的程度，用户可以选择继续进行优化的辐射治疗计划（这可能导致辐射治疗有效性减弱和/或对紧要器官或解剖结构造成辐射诱发的损害）或者可以选择重复辐射治疗规划会话（这给辐射治疗规划系统带来更多计算负荷）。

下文提供了克服上述问题和其他问题的新的改善的设备和方法。