[發(fā)明專(zhuān)利]治療計(jì)劃模塊、療法系統(tǒng)、療法裝置及存儲(chǔ)介質(zhì)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201780018393.0
• 申請(qǐng)日: 2017-03-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108883298B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-03-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: J·武爾夫
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 瓦里安醫(yī)療系統(tǒng)粒子療法有限責(zé)任公司
• 主分類(lèi)號(hào): A61N5/10
• 分類(lèi)號(hào): A61N5/10;G16H50/20
• 代理公司: 北京市金杜律師事務(wù)所 11256
• 代理人: 王茂華

用于粒子輻射治療中所使用的治療計(jì)劃算法的非高斯能量分布建模的系統(tǒng)、設(shè)備和方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)一般涉及粒子治療，并且更具體地，涉及用于質(zhì)子和其他帶電粒子（例如，中子、電子、重離子等）治療加速器的治療計(jì)劃算法的頻譜建模。

背景技術(shù)

放射外科和放射療法系統(tǒng)是放射療法治療系統(tǒng)，其通過(guò)向病理解剖結(jié)構(gòu)（即，目標(biāo)）遞送規(guī)定劑量的輻射（X射線、伽馬射線、電子、質(zhì)子和/或離子），同時(shí)最小化對(duì)周?chē)M織和關(guān)鍵解剖結(jié)構(gòu)的輻射暴露，來(lái)使用外部輻射束來(lái)治療病理解剖結(jié)構(gòu)（腫瘤、病變、血管畸形、神經(jīng)障礙等）。由于在治療期間被遞送給患者的高輻射劑量，放射療法要求高空間精確度以確保腫瘤或異常（即，目標(biāo)）在周?chē)＝M織被保留的同時(shí)接收規(guī)定劑量。

通常，放射療法治療包括幾個(gè)階段。第一階段，通過(guò)使用計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）、錐形束CBCT、磁共振成像（MRI）、正電子發(fā)射斷層掃描（PET）、3D旋轉(zhuǎn)血管造影（3DRA）或超聲技術(shù)中的任何一個(gè)（或其組合）來(lái)構(gòu)建感興趣區(qū)域（頭部、身體等）中的解剖結(jié)構(gòu)的精確三維（3D）圖。這確定了解剖結(jié)構(gòu)內(nèi)目標(biāo)的準(zhǔn)確坐標(biāo)，即，定位身體內(nèi)的腫瘤或異常并定義其準(zhǔn)確的形狀和大小。第二階段，同時(shí)考慮到各種醫(yī)學(xué)約束，用于輻射束的運(yùn)動(dòng)路徑被計(jì)算以遞送劑量分布，該劑量分布是外科醫(yī)生認(rèn)為可接受的。在該階段期間，專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)使用專(zhuān)用計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)治療計(jì)劃，以通過(guò)設(shè)計(jì)從不同角度和平面聚集在目標(biāo)區(qū)域的輻射束，最佳地照射腫瘤并最小化對(duì)周?chē)＝M織的劑量。第三階段，放射治療計(jì)劃被執(zhí)行。在該階段期間，輻射劑量根據(jù)規(guī)定的治療計(jì)劃被遞送給患者。

通常，放射療法治療計(jì)劃是將輻射束和患者解剖結(jié)構(gòu)兩者的模型作為輸入，并且產(chǎn)生用來(lái)遞送放射治療（即，射束能量、射束形狀和每個(gè)射束中要被遞送的光子數(shù)量等）的機(jī)器指令，以及患者中的預(yù)期輻射劑量分布作為輸出的程序。

盡管治療計(jì)劃程序?qū)τ诓煌妮椛漕?lèi)型具有一些共同的特性，但是與光子（即，X射線）相反，粒子的使用（質(zhì)子、中子、重離子等）在設(shè)計(jì)和優(yōu)化治療參數(shù)時(shí)具有許多特定的含義。差異主要來(lái)自于這一事實(shí)：諸如質(zhì)子的粒子將其大部分能量匯積在在它們的軌道端處的高劑量峰中（稱(chēng)為布拉格峰），確保質(zhì)子停留在布拉格峰，然而光子在患者表面或其下方達(dá)到最大劑量，并且它們匯積劑量超過(guò)目標(biāo)。

通常，在粒子療法中，患者體內(nèi)的預(yù)期劑量分布基于劑量計(jì)算模型來(lái)確定，該劑量計(jì)算模型考慮不同深度處的劑量（即，深度劑量）以及橫向方向上的劑量分布（即，橫向劑量分布）。由于帶電粒子束的一些特性取決于束的初始能量，因此針對(duì)帶電粒子的治療計(jì)劃還對(duì)被用于治療的處于不同能量的粒子的深度劑量分布進(jìn)行建模。因此，深度劑量分布通常包括粒子的能量分布。通常，粒子的能量分布由高斯分布近似。

然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于較低的能量，粒子的能量分布不一定是高斯分布。結(jié)果，使用高斯分布來(lái)對(duì)粒子的能量分布建模以生成深度劑量分布可能導(dǎo)致劑量分布的不太準(zhǔn)確的建模。不準(zhǔn)確的劑量分布模型導(dǎo)致治療計(jì)劃的不準(zhǔn)確性，這可以在計(jì)劃的和實(shí)際的遞送劑量之間引入顯著差異。

發(fā)明內(nèi)容

公開(kāi)了用于使用非高斯分布對(duì)對(duì)象/主體/材料中的一個(gè)或多個(gè)粒子束（例如帶電粒子束）的能量分布進(jìn)行建模的系統(tǒng)和方法。

在示例性實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)粒子束是質(zhì)子束、中子束和/或重離子束中的一個(gè)。

在示例性實(shí)施例中，對(duì)象/主體/材料是患者。

在示例性實(shí)施例中，非高斯模型包括誤差函數(shù)的組合。

在示例性實(shí)施例中，非高斯模型由下式給出：

其中p是能量E的分布，a是歸一化常數(shù)，b是輪廓半部的寬度，c是平均能量，以及d是定義頻譜邊界的斜率的參數(shù)。

在示例性實(shí)施例中，非高斯模型由下式給出：