[發明專利]用于基于離子的放射療法治療計劃的系統

有效

• 申請號: 201780090169.2
• 申請日: 2017-05-03
• 公開（公告）號: CN110582325B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 埃里克·特拉內烏斯
• 申請（專利權）人: 光線搜索實驗室公司
• 主分類號: A61N5/10
• 分類號: A61N5/10;G16H20/40
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 穆森;戚傳江

一種用于基于離子的放射療法治療計劃的方法，該方法用于避免將劑量遞送到遠端的有風險的器官，從第一射束角觀察，所述有風險的器官位于標靶的后面，該方法包括限定優化函數，該優化函數包括與治療計劃的至少一個期望特性相關的至少一個目標函數，其中，所述目標函數涉及對參數τ進行限制，所述參數τ限定到達有風險的器官的離子的總數τ_OAR相對于離子的總數τ_a的分數。此外，在計算τ時可以假定有不同的密度，這將使得該計劃在密度擾動方面更具有魯棒性。

技術領域

本發明涉及一種用于基于離子的放射療法治療計劃的系統和方法。

背景技術

在任何放射療法治療計劃中，主要目標是確保對標靶體積(例如腫瘤) 實現規定的劑量(例如，統一劑量)，同時將對患者其他部位——并且尤其是對處于風險中的器官(OAR)——的劑量最小化。通常，治療計劃涉及從不同的射束角傳遞輻射。在本文中，術語有風險的器官、處于風險中的器官和OAR被視為同義詞。

在質子治療中，劑量是通過質子行進透過患者的組織時沉積其能量的方式來遞送給患者的。每個質子將行進的距離取決于質子的能量。所述能量的大部分沉積在每個質子軌跡的末端附近，在沉積的能量中得到的峰被稱為布拉格峰，在該布拉格峰處，將遞送最高的劑量。因此，劑量計劃通常嘗試將入射質子的方向和動能進行分配，以便使布拉格峰存在于標靶的所有部分中。布拉格峰恰好出現在質子的跡線末端(track end)之前，質子在跡線末端停下來。由于能量損失過程的隨機性，因此具有相同入射方向和動能的質子在它們停止之前將經受不完全相同的能量損失和偏轉。因此，布拉格峰在其最大值附近擴大為小的3D體積。一些質子的跡線末端位于布拉格峰的上游，而某些質子的跡線末端位于布拉格峰的下游。

在遠端OAR，即在質子軌跡方向上位于標靶之后的有風險的器官的位置，會出現問題。風險是，朝著遠端OAR方向行進的且其布拉格峰位于OAR 附近的一些質子會到達OAR中并將其能量的一部分沉積在OAR中。此外，設定誤差和密度變化可能會影響治療，從而使布拉格峰移至OAR而不是標靶。在筆形射束掃描治療計劃的常規計劃中，通常，權重最高的能量層是每個射束的最遠端的能量層。因此，在遠端的有風險的器官靠近標靶的情況下，覆蓋整個標靶的愿望與保護所述有風險的器官的需求之間的沖突會加強。

同樣，RBE因子在跡線末端處增加，這意味著，與在較淺深度處沉積的相同量的能量相比，朝向跡線末端沉積的能量具有更大的生物學效應。這導致質子劑量場的有效范圍增加。RBE因子的大小是不確定的，并且通常是未知的，并因此很難包含在計算中。

已經嘗試解決這些問題。例如，可以使用魯棒性優化方法。還可以通過限定在臨床標靶體積CTV周圍的邊際來提高魯棒性。經擴展的體積被稱為 PTV，并且通常是在計劃期間所規定的劑量的體積。另一種方法是以避開遠端的有風險的器官的方式來選擇射束角。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于離子的放射療法治療計劃的方法和系統，所述方法和系統將避免向有風險的器官遞送劑量，同時保持對標靶器官的期望的劑量。

本發明提出了一種對放射療法治療計劃進行優化的方法，所述方法涉及使離子至少從第一射束角和第二射束角向患者的一部分遞送能量，所述方法包括將優化函數應用于一組患者數據的步驟。所述優化函數包括懲罰函數，所述懲罰函數諸如為目標函數或約束，所述懲罰函數涉及對參數τ進行限制，所述參數τ限定一個或多個射束中的到達有風險的器官的離子的總數τ_OAR相對于所述一個或多個射束中的離子的總數τ_a的分數。