[發(fā)明專利]用于計(jì)算輻射治療的注量圖的方法和系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201780022728.6
• 申請(qǐng)日: 2017-03-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109152928B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: D·奧康納;Y·沃羅年科
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 反射醫(yī)療公司
• 主分類號(hào): A61N5/10
• 分類號(hào): A61N5/10
• 代理公司: 北京市中咨律師事務(wù)所 11247
• 代理人: 楊曉光;于靜

本文描述了用于輻射治療的注量圖產(chǎn)生或注量圖優(yōu)化(FMO)的方法。用于產(chǎn)生注量圖的方法的一種變型包括平滑不可微分的懲罰函數(shù)并使用加速近端梯度法(例如，F(xiàn)ISTA)來(lái)計(jì)算注量圖，該注量圖可以由放射療法系統(tǒng)用于將選定劑量的輻射施加到一個(gè)或多個(gè)感興趣區(qū)域(ROI)或感興趣體積(VOI)。

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求2016年3月9日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)第62/305,974 號(hào)的優(yōu)先權(quán)，該臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)卮送ㄟ^(guò)引用整體并入。

背景技術(shù)

輻射治療計(jì)劃中的注量圖優(yōu)化(FMO)問(wèn)題最通常通過(guò)內(nèi)點(diǎn)法或基于梯度的方法(例如投影梯度法或擬牛頓法)來(lái)求解。在第一種方法中，通常將優(yōu)化問(wèn)題再形成為線性規(guī)劃或二次規(guī)劃，然后使用內(nèi)點(diǎn)法求解。雖然內(nèi)點(diǎn)法對(duì)于小和中尺寸問(wèn)題表現(xiàn)非常好，但它們的缺點(diǎn)是它們需要在每次迭代時(shí)求解大的線性方程組。對(duì)于大規(guī)模問(wèn)題，包括大的注量圖優(yōu)化問(wèn)題，這可能變得計(jì)算密集度過(guò)高。基于梯度的方法不受此限制；但是，它們無(wú)法處理不可微分的目標(biāo)函數(shù)和復(fù)雜約束。這對(duì)如何表示注量圖優(yōu)化問(wèn)題提出了重大限制，并限制了最終治療計(jì)劃的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容

本文描述了用于為輻射治療計(jì)劃產(chǎn)生注量圖和/或注量圖優(yōu)化(FMO) 的方法。用于FMO的方法的一種變型包括近端梯度法(例如，諸如FISTA 的加速近端梯度法)，其具有平滑的不可微分懲罰函數(shù)以計(jì)算可以由放射療法系統(tǒng)使用，將指定的輻射劑量施加到一個(gè)或多個(gè)感興趣區(qū)域(ROI)或感興趣體積(VOI)的注量圖。注量圖可包括從處方輻射劑量計(jì)劃(例如，治療計(jì)劃)導(dǎo)出的輻射細(xì)光束數(shù)據(jù)(例如，細(xì)光束強(qiáng)度數(shù)據(jù))集合。注量圖可用于相對(duì)于ROI以一個(gè)或多個(gè)選定角度定位輻射源，并調(diào)整輻射源的光束強(qiáng)度，使得將所需輻射劑量施加到ROI，同時(shí)減少危及器官(OAR) 的輻射暴露。本文描述的方法可計(jì)算注量圖，使得OAR的輻射暴露低于預(yù)選閾值，同時(shí)仍將選定的輻射劑量遞送至ROI。一些變型可以使用一個(gè)或多個(gè)L₁類型懲罰函數(shù)或成本函數(shù)，而其他變型可以使用一個(gè)或多個(gè)L₂類型懲罰函數(shù)或成本函數(shù)。

計(jì)算或產(chǎn)生用于輻射治療的注量圖可以包括選擇感興趣體積，選擇感興趣體積內(nèi)的多個(gè)體素，以及選擇候選細(xì)光束集合b＝{b_i}。細(xì)光束可以是全輻射光束的一部分，其由多葉準(zhǔn)直器葉片開(kāi)口限定(例如，如圖1B中所示)。多個(gè)體素中的每一個(gè)可具有可接受的劑量范圍(例如，最大輻射劑量水平和最小輻射劑量水平)，其可由治療計(jì)劃和/或臨床醫(yī)生限定。該候選細(xì)光束集合可具有初始細(xì)光束強(qiáng)度權(quán)重x⁰＝{x_i⁰}。該方法可以包括基于候選細(xì)光束集合b計(jì)算用于感興趣體積的劑量矩陣A劑量矩陣A表示由候選細(xì)光束集合b遞送到多個(gè)體素中的每個(gè)的每體素劑量。用于n個(gè)候選細(xì)光束{b_i}和具有k個(gè)預(yù)選體素的VOI的劑量計(jì)算矩陣A的一個(gè)實(shí)例是(k x n) 矩陣。劑量計(jì)算矩陣A的第i列(其具有k個(gè)元素)表示從單位加權(quán)細(xì)光束b_i到k個(gè)體素中的每一個(gè)的劑量貢獻(xiàn)。劑量矩陣A可以逐列計(jì)算，例如，通過(guò)沿著通過(guò)患者體積的路徑對(duì)每個(gè)細(xì)光束的孔徑進(jìn)行光線跟蹤并計(jì)算單位加權(quán)細(xì)光束對(duì)k個(gè)體素中的每一個(gè)的貢獻(xiàn)。對(duì)于該劑量計(jì)算過(guò)程存在幾種眾所周知的算法，它們的精度和速度不同。可以在本文描述的任何方法中使用的劑量計(jì)算算法的實(shí)例可以包括蒙特卡羅模擬、筒串卷積疊加、筆形束卷積等。