[发明专利]确定纹波滤波器设定的方法、治疗计划系统和计算机可读装置

说明书

提供了一种用于为离子疗法的射束确定纹波滤波器设定的方法，该离子疗法的射束能够向目标体积提供具有不同能量等级的离子。该方法是在治疗计划系统中执行的并且包括以下步骤：确定要用于覆盖目标体积的至少一个射束方向；以及向具有至少一个射束方向中的每个射束方向的多个子射束中的每个子射束分配纹波滤波器设定，使得每个子射束被分配不同的纹波滤波器设定，其中每个纹波滤波器设定对沿着射束的方向上的布拉格峰宽度产生不同的影响，并且各能量等级被分别分配给多个子射束中的一个子射束。分配纹波滤波器设定的步骤包括基于每个射束方向上的不同的子射束的不同的滤波器设定进行优化。

技术领域

本发明涉及用于为离子疗法的射束确定和分配纹波滤波器设定的方法、治疗计划系统、计算机程序和计算机程序产品，所述离子疗法的射束能够向目标体积提供具有不同能量等级的离子。

背景技术

在离子束疗法中，使离子(例如质子或更重的离子，例如碳离子)的射束射向目标体积。目标体积可以例如代表癌症肿瘤。离子穿透组织并递送一定剂量的能量以摧毁癌症细胞。离子束疗法的优点是剂量分布中存在明显的峰，称为布拉格峰。布拉格峰是在某一定深度处发生的剂量递送的峰，在该峰之后，剂量递送迅速下降。可以将其与电子束疗法或X射线疗法进行比较，在电子束疗法或X射线疗法中，峰出现在非常靠近进入组织的位置，且剂量的下降不能通过与离子疗法相同的急剧下降来控制。

可以通过调节离子的能量的量来控制布拉格峰在患者体内的深度。可以使用电磁体使射束偏转来控制侧向位置。离子束疗法中的射束点是指在特定的侧向位置处的特定能量等级的离子的集合。递送到射束点的粒子的数量通常称为射束点权重。通过在三维空间中的许多不同位置以射束点提供剂量，可以以所需的剂量分布覆盖目标体积。此过程称为主动扫描离子束疗法，也称为笔形射束扫描。

在治疗计划系统中执行应如何递送射束点的计划。治疗计划系统确定一组能量层，每个能量层包含射束点的分布。然后将能量层传达到离子束系统，该离子束系统递送离子束。治疗计划系统和离子束系统以本领域本身已知的方式来连接。

为了确保在深度方向上有平滑的剂量分布，相继的能量层之间的距离必须相对于布拉格峰的宽度足够小。如果布拉格峰较窄，则需要许多能量层，这意味着治疗时间延长。为了克服该问题，在这种情况下通常使用一种使布拉格峰变宽的装置，称为纹波滤波器。对于大多数离子递送系统，递送时间的很大一部分都花费在切换能量上，并因此能量层的数量的减少将对总的递送时间产生重大影响。

发明内容

本发明的目的是确定用于离子疗法的射束的纹波滤波器设定的有效组合。

根据第一方面，提供了一种用于为离子疗法的射束确定纹波滤波器设定的方法，所述离子疗法的射束能够向目标体积提供具有不同能量等级的离子。所述方法是在治疗计划系统中执行的并且包括以下步骤：确定要用于覆盖目标体积的至少一个射束方向；以及向具有所述至少一个射束方向中的每个射束方向的多个子射束中的每个子射束分配纹波滤波器设定，使得每个子射束被分配不同的纹波滤波器设定，其中，每个纹波滤波器设定对沿着射束的方向上的布拉格峰宽度产生不同的影响，并且各能量等级被分别分配给所述多个子射束中的一个子射束。分配纹波滤波器设定的步骤包括以下子步骤：确定多个不同的纹波滤波器设定；对于每个射束方向，为每个纹波滤波器设定生成一个子射束，从而就每个纹波滤波器设定及射束方向而言得到一个子射束，并且为每个子射束提供能量层，每个能量层包括多个射束点，其中每个射束点代表在特定侧向位置处的具有特定能量等级的离子的集合；以及通过如下方式来对所有射束方向的所有副本的所有能量等级的射束点进行优化：反复改变至少所述射束点的子集的权重，并且计算对性能量度的影响，直到所述权重的变化无法使所述性能量度提高到超过阈值量为止；其中，所述性能量度是通过组合多个评估标准来计算的，其中，所述多个评估标准包括：当减少总治疗时间时提高所述性能量度的第一标准、以及当在所述治疗体积中实现所需剂量分布时提高所述性能量度的第二标准。

每个子射束在包含多于一个的能量等级时，每个子射束包含相邻的能量等级。