[发明专利]辐射治疗交互式规划

说明书

一种辐射治疗系统(100)包括辐射治疗(RT)优化器单元(102)和交互式规划界面单元(120)。RT优化器单元(102)接收从体积图像(108)分割的至少一个靶结构和至少一个风险器官(OAR)结构，并且基于剂量目标(200‑204、210‑222、320)生成优化RT计划(140)，剂量目标的至少一个剂量目标对应于至少一个靶结构(210‑222)和至少一个OAR结构(200‑204)中的每个。优化RT计划包括使用外部射束辐射治疗的针对体积图像的每个体素的规划放射剂量，其中，RT优化器单元迭代地操作。交互式规划界面单元(120)通过被显示在显示设备(124)的单个显示(126)上的控制(300)交互地控制剂量目标中的每个，操作RT优化器单元以根据控制来迭代地计算规划辐射剂量，并且在每个试验后根据RT优化器单元的进展在单个显示上提供视觉反馈(310、134)。

技术领域

下文总体上涉及外部射束辐射治疗，并且具体应用于逆向规划优化技术进行描述，例如强度调制辐射治疗(IMRT)、强度调制质子治疗(IMPT)和/或体积调制弧形治疗(VMAT)辐射治疗规划。

背景技术

IMRT、IMPT和/或VMAT辐射治疗技术向靶区(例如癌性生长)递送高剂量以破坏或控制靶区中的患病组织。剂量目标由医疗保健从业者基于一幅或多幅体积规划图像(例如，X射线计算机断层摄影(CT)图像)来识别。基于剂量目标，优化器用于规划到靶区的外部辐射的射束的取向、持续时间、形状和/或强度。根据剂量目标的逆向规划外部射束不同于其他辐射治疗直接规划方法，诸如近距离辐射治疗，其中，指定点源和位置并且根据点源和位置来计算剂量。在逆向规划方法中，靶体积和邻近器官或风险器官(OAR)在规划图像中被识别，并且通常被分割为结构，例如，来自规划图像的子体积。

在递送从辐射源穿过身体的外部辐射的射束时，辐射射束的路径中的器官也经历递送的辐射。器官可以被分类为串行器官或并行器官。接受到串行器官的任何一部分的辐射的致命剂量的串行器官(例如脑干、脊髓等)导致整个器官衰竭。并行器官(例如腮腺、喉、嘴唇等)可以接收到并行器官的部分的致命剂量，并且仍然保持来自其余部分的至少一些功能。

用于外部辐射的射束的规划方法通常包括竞争目标。一些目标要求将辐射递送到靶体积。其他目标要求不递送辐射或仅允许向OAR递送特定量。OAR目标通常包括最大剂量目标或最大剂量体积直方图(DVH)，以及目标相对于其他OAR目标的权重或优先级。靶目标通常包括最小辐射剂量目标或均匀剂量目标。优化器程序输入具有剂量目标的靶和OAR目标和体积，并且识别一组射束，每个具有强度、持续时间、形状和方向中，其最优地满足竞争目标以形成计划。权重对应于分割体积，例如OAR和目标体积，针对其，基于加权目标使用被应用于整个分割体积的权重来计算规划剂量。

医疗保健从业者查看来自优化器的输出，其通常被视为按体积计量的规划或预期剂量，例如施加在规划图像上的等值线、剂量体积直方图等。在检查过程中，可以改变目标，例如改变权重或剂量目标，或者可以添加目标。添加的目标可以将剂量，例如更多剂量引导到特定靶区或将更少的剂量引导到特定OAR。添加的目标可以包括分割结构的子集或具有对应的剂量目标的额外的结构，以更改或改变规划剂量。优化器程序将利用改变的/额外的目标重新运行，并重复该过程，直到达到可接受的优化计划。

然而，规划是一项复杂且耗时的任务，尤其对于IMRT同步集成提升情况。在逆向规划优化中添加目标可以增加与其他目标的交互，这可能导致优化过程中的矛盾。逆向规划中的优化器可能不收敛，并且哪些目标为矛盾的性质可能不容易显而易见。例如，具有外部辐射射束的一个分割结构的空间位置和剂量目标可以与另一个分割结构的剂量目标相对。此外，优化器朝着可接受的解决方案的进展能够难以确定。医疗保健从业者能够花费大量时间尝试针对规划图像的目标和权重的不同组合以便发现目标之间的任何矛盾，以及尝试识别优化过程是否正在改善或循环，例如没有收敛。

利用根据靶和OAR结构的不同剂量目标以及针对每个的参数，单独设置和控制优化器变为复杂的任务。保持跟踪不同的剂量目标和参数通常涉及命令行输入或通常与优化器的输出分开的一系列屏幕。