关于使用历史信息优化辐射治疗方案的设备和方法

摘要

一种控制电路，可操作地耦合到其中存储历史信息的存储器。这个历史信息包括关于针对多个不同体积呈现对非目标患者体积的给药辐射剂量的信息。控制电路使用该历史信息为具体方案迭代地优化辐射治疗方案。上述历史信息能够包括对应于给定患者内的不同相对距离的给药剂量量度。控制电路能够利用这种信息为离具体参考点指定距离的具体患者内的至少一个体积确定例如估算剂量(如果需要，包括估算剂量的相应范围)。控制电路能够比较这种历史信息和辐射治疗方案优化结果，以定性地评定辐射治疗方案优化结果。

说明书

技术领域

本发明主要涉及辐射治疗方案的优化。

背景技术

治疗医学情况的辐射的使用包括现有技术努力的已知领域。例 如，放射疗法包括用于减少或消除不想要的肿瘤的许多治疗方案的重 要组成。不幸地是，应用的辐射不能固有地辨别不想要的物质和相邻 组织、器官或患者继续存活所需或关键的那些物质。结果，通常以小 心给予(administer)的方式施加辐射，以至少试图限制对给定目标体 积的辐射。

治疗方案一般用来指定关于相对于给定患者的这种治疗的给予 的任何数目的工作参数。例如，许多治疗方案考虑到使目标体积暴露 到从许多不同方向的辐射的可能变化的剂量。例如，弧形疗法包括一 种这样的方法。

这种治疗方案通常在使用之前优化。(如本文中所使用的，“优 化”将被理解为指改进候选治疗方案，但不必保证优化的结果实际上 是单一最佳解决方法。)许多优化方法使用自动递增方法，其中依次 使用各种自动改变(即，“递增”)的治疗方案优化参数来计算并测试 各种优化结果。

尽管是有用的技术，典型的自动优化方法要大量计算。即使用强 大的计算资源，优化过程可能是相当长的。使这种情况恶化的是，通 常不存在真实可实现的客观清楚的正确答案。结果，构成挑战的是理 解什么时候当前优化结果实际上是好的答案和/或以其他方式确定优 化过程可以停止。

附图说明

通过提供关于使用下列详细说明中描述的历史信息而优化辐射 治疗方案的设备和方法，而至少部分地满足上述需要，尤其是当结合 附图研究时，其中：

图1包括如按照本发明的各种实施例配置的流程图；

图2包括如按照本发明的各种实施例配置的方框图；

图3包括如按照本发明的各种实施例配置的示意图；

图4包括如按照本发明的各种实施例配置的示意图；

图5包括如按照本发明的各种实施例配置的图；

图6包括如按照本发明的各种实施例配置的图；

图7包括如按照本发明的各种实施例配置的示意图；和

图8包括如按照本发明的各种实施例配置的示意图。

为了简单和清楚起见，示出了图中的元件，图中元件不必按比例 绘制。例如，图中的一些元件的尺寸和相对位置可以相对于其他元件 夸大，以帮助提高理解本发明的各种实施例。同时，通常未示出在大 批可行的实施例中有用或必需的普通但很好理解的元件，以便便于本 发明的这些各种实施例的视图少受些妨碍。某些动作和/或步骤可以以 特定发生顺序描述或示出，然而本领域技术人员将理解实际上不需要 关于顺序做出指定。除非本文中已经阐明具有不同的具体意义，不然 如上述阐述的，本文中使用的术语和表达具有如本领域技术人员给予 的这些术语和表达方式。

具体实施方式

一般来说，按照这些各种实施例，控制电路可操作耦合到其中存 储历史信息的存储器。这个历史信息包括关于为多个不同体积呈现的 对非目标患者体积的给药(deliver)辐射剂量的信息。控制电路使用 历史信息为具体方案迭代地优化辐射治疗方案。

上述非目标患者体积可以包括例如完整器官。然而，这些教导也 将适应非目标患者体积，其包括诸如完整器官和/或更大更多非组织生 物物质的体积的子体积。

在一种方法中，上述历史信息在一种方式中能够包括如对应于给 定患者内的不同相对距离的给药剂量量度。在这一点上，作为一个例 子，这个信息能够包括如在从对应患者内的目标体积不同距离处以灰 度测量的剂量值。

控制电路能够采用这种信息为离具体参考点指定距离的具体患 者内的至少一个体积确定例如估算剂量(如果需要，包括估算剂量的 相应范围)。被这样配置，控制电路能够比较这种历史信息和辐射治 疗方案优化结果，以定性地评定辐射治疗方案优化结果。这种比较进 而能够提供关于确定本优化结果是否表示满意的性能水平的有用信 息。

这些教导实际上非常可行。在这一点上，例如，结合上文(或代 替上文)，控制电路能够被配置为通过确定总的给药目标剂量的一部 分，该部分基于逐个射线包括至少一个非目标患者体积，为至少一个 非目标患者体积计算比较辐射剂量。

当对下列详细说明进行彻底回顾和研究时，这些及其他有点可以 变得更加清楚。现在参考附图，并且尤其参考图1，现在将示出说明 性的过程100，其与这些教导中的许多教导相容。为了说明性实例， 而不是意图表达在这些方面上有任何特定限制，本描述假定这个过程 100将通过相应控制电路实施。

参考图2，这个控制电路201可以包括一部分相应设备200。这 些控制电路201又可操作地耦合到其中存储历史信息203的存储器 202，历史信息203关于对于多个不同的体积呈现呈现的对非目标患 者体积的给药辐射剂量。存储器202可以根据需要集成到控制电路 201，或者能够与控制电路201实体上分立(整体或部分地)。这个 存储器202也能够相对于控制电路201为本地的(例如，其中，都共 享公用电路板、框架、电源、和/或外壳)，或能够相对于控制电路 201部分或整体地为远程的(例如，其中存储器202实体上位于另一 个设施、城市地区、乃至与控制电路201相比为乡村)。

例如，这个存储器202可以用来非瞬态地存储计算机指令，该指 令当由控制电路201运行时，使得控制电路201起到如本文所述的作 用。(如本文中所使用的，对“非瞬态”的提及将被理解为指对于所存 储内容的非短暂状态(由此排除当存储的呢荣仅仅组成信号或波的情 况)，而不是存储媒体本身的易失性，并由此包括非易失性存储器(诸 如只读存储器(ROM))以及易失性存储器(诸如可擦除可编程序只 读存储器(EPROM))。)

控制电路201能够包括固定目的硬接线平台，或能够包括部分地 或整体可编程平台。这些架构选项在本领域中众所周知且被理解，并 且在这里不需要进一步描述。这个控制电路201被配置(例如，通过 使用如本领域技术人员将很好理解的相应编程)为实施本文中所述的 步骤、动作、和/或功能的一个或多个。特别是，并如将更详细描述的， 这个控制电路201使用上述历史信息203为具体患者迭代地优化辐射 治疗方案。

这种设备200也能够按照需要包括其他部件。在这一点上例如， 设备200能够包括一个或多个用户接口204，其可操作地耦合到控制 电路201。在这一点上，实例包括任何各种用户输入机构(诸如，键 盘和小键盘、光标控制器件、触控敏感显示器、语音识别接口、手势 识别接口等，但不限制于此)和/或用户输出机构(诸如，可视显示器、 声音换能器、打印机等，但不限制于此)，以便于从用户接收信息和 /或指令和/或提供信息给用户。

在这一点上，例如，设备200能够可选地包括一个或多个网络连 接，以便通信耦合到一个或多个网络205，诸如因特网、各种无线和 非无线本地数据网络等等，但当然不限制于此。

再次参考图1，在步骤101，这个过程100让控制电路201存取 存储器202，并因此存取关于对于多个不同的体积呈现(volume  presentation)的非目标患者体积的给药辐射剂量的上述历史信息203。 如本文中所使用的，应当理解，表达方式“体积”指患者内(通常连续) 三维空间，其将在辐射治疗期间受到辐射。因此，“体积”可以指定自 身为整体的对象(诸如器官)，但是也能够指定多个和各种组织、器 官、及其他生物材料的全部或部分。“非目标患者体积”将被理解为 指在辐射治疗期间可能需要受到辐射的生物物质，其不是具体的治疗 目标。一般而言，通常寻求尽可能最小化照射非目标患者体积。

对于许多应用设定，这个历史信息203203足以包括关于多个不 同呈现的相关位置的距离信息。在这一点上，实例能够包括从患者内 的目标体积(或其他的指定位置)的具体距离(诸如3cm远、10cm 远等)。一般而言，如果这个历史信息203至少部分地包括如对应于 与从其中导出数据的给定患者的不同相对距离的给药剂量量度(诸如 给药多少辐射的灰度)，经常是足够用的。

在一种方式中，这个历史信息203涉及多个不同患者，并且在某 种程度上，越多越好。在一种方式中，这个历史信息203可以仅仅限 制到治疗实例，其利用单种治疗方式(或甚至及其)，或如果需要， 这个历史信息203能够包括涉及各种治疗方法和/或具体机器的配剂 量结果。

这些教导在这一点上将适合于各种方式。例如，如果需要，这个 历史信息203可以包括独立的原始数据。然而，通过另一种方法，代 替上述或与上述结合，这个历史信息203能够包括原始数据的经处理 的加总的呈现。

在这点上一些实例可以是有帮助的。图3和4提供了针对类似体 积呈现的两个不同患者的剂量/距离的实例，所述类似体积呈现包括置 于接近患者脊柱302的目标体积301，并且在这里受影响体积包括具 体的包括特定关键器官303的非目标体积。作为不同的患者，这些各 种身体的相对大小、定向、和位置可能彼此不同。在图4中示出的实 例中，例如，关键器官303比图3的实例中位置远离目标体积301。

这些示例性实例包括弧形304，其划出离目标体积301的特定距 离(根据需要，目标体积301内的具体点或离目标体积301的周界上 最近的点)。例如，在图3中，这些弧形304表示距离目标体积301 为6cm、距离目标体积301为14cm、和距离目标体积301为25cm的 位置。作为对照，图4描绘了用于距离目标体积301为3cm、10cm、 和20cm的位置的弧形304。在这个实例中，历史信息203包括关于 在这些相对距离的每个距离处的剂量强度(例如，以灰度(Gy)测量 的)的信息。

如上所述，该历史信息203可以包括如图3和4中所示的数据种 类代表的源数据，但是历史信息203也能够根据需要包括更多处理的 和/或更多加总的视图。图5提供了在这一点上的一个实例。这里，经 由附图标记501表示的曲线示出对于患者1的作为距离的函数的剂量 (对应于图4中所示的信息)，并且经由附图标记502表示的曲线示 出对于患者2的作为距离的函数的剂量(对应于图3中所示的信息)。 第三曲线503又表示对于患者1和患者2的信息的平均值。(在这里 为了简单且清楚，仅仅示出两个患者；应当理解，对于许多应用设定， 可能存在几十、几百乃至几千个以这个方式表示的患者。)

在这一点上，例如，并且现在参考图6，一系列曲线600可以用 来以更大的粒度指示针对多个这些使用情形作为距离的函数的剂量 的分布。每个曲线表示(以百分数)剂量低于曲线本身的单个情形的 数目。因此，顶部和底部曲线表示100％和0％限制，而在其间的曲线 指示在25％、50％、和75％点的相应分布。

当然，存在其他方式，通过这些方式关于针对各种患者在各种距 离处的剂量水平的历史信息能够被度量、表示、加总和/或处理。因此， 应当理解，本教导不被视为由上述提供的具体实施例限制。

在步骤102，然后这个过程100规定使用历史信息203为具体的 患者迭代地优化辐射治疗方案。在一种方式中，这个步骤102能够包 括通过使用与至少一个体积相比具有类似具体距离的体积呈现的多 个给药辐射剂量，并且使用估算的剂量作为为优化过程的当前结果的 对象比较的点，为离参考点一定距离的具体患者内的至少一个体积算 出(develop)估算剂量。

特别是，这个估算剂量能够涉及具体患者内的特定整体结构(诸 如关键器官)。在这个情形中，具体患者距离内的上述体积能够包括 在患者数据中的非目标患者体积以及对应于特定整体结构。因此，加 总这个历史信息的被选择的部分能够得到估算剂量，其很好地对应于 具体患者的非目标关键器官。

这个估算的剂量的粒度能够如期望那样为大体或精确。图7示出 了一种方式，例如，其中包括特定关键器官700的给定的非目标患者 体积被再分为多个子体积(其中一些通过附图标记701表示)。使用 关于在给定相对距离的估算剂量的历史信息203，并在这里基于逐个 子体积的方式来应用信息，然后对这些基于子体积信息的剂量求和， 可以容易地计算出对于整个器官700的加总估算剂量。假定关于原始 历史信息203的相应的分辨度，如果需要，这个估算的剂量方式能够 在独立体素的水平上实施。

这个估算剂量又可以提供有用且可靠的基础，以定性地评定辐射 治疗方案优化过程的结果。在这一点上，例如，本优化过程可以得到 针对当前患者的特定关键器官的一部分中以至少14Gy的剂量的结 果。然而，如果估算剂量示出低于这个(例如，10Gy)的值，自动优 化过程可以将其视为暗示，以继续进行进一步迭代并继续优化过程以 寻找比这个特定器官的14Gy剂量更好的结果。

如上所述，如果期望，该历史信息203可以包括对于给定距离的 剂量值的范围(如图6中示例说明的)。这种分布信息能够被用于进 一步通知这种判定。例如，分布模式可以用作一种可能性预示，其关 于匹配或打败(beat)某些剂量值的能力，这进而帮助影响(例如， 经由加权值)优化过程怎样积极地设法为特定距离/体积压低特定剂量 结果。

这样配置，这些信息能够用来帮助优化处理器确定什么时候继续 优化过程以寻找更好的结果，并且什么时候鉴于全面考虑的结果以及 鉴于历史先例可接受的结果而结束优化过程。实际上，这些教导准许 以定性和自动方式进行判断要求，并且较少(或者不)依赖于实时技 术人员的经验，以及关于对给定辐射治疗方案而言固有的折中是好还 是坏的判断。

如上所述，本教导实际上高度灵活。在这一点上，例如，结合上 文(或代替上文)，可选步骤103通过确定总给药目标剂量的一部分 (该部分基于逐个射线包括至少一个非患者体积)为至少一个非目标 患者体积计算比较辐射剂量。(如本文中所使用的，表达“射线”将被 理解为指辐射束本身，并尤其指所述束通过患者的角度。)

图8提供了在这一点上的说明性的(并大大简化了)实例。如这 里所表示的，如包括指向在目标体积301处的辐射剂量的总量的一些 射线也与一个或多个关键器官交叉，而一些射线不交叉。作为图示， 射线1和射线2与关键器官不交叉，然而射线3和射线4则交叉。如 果对于目标体积的总剂量是比如说100Gy，并且如果总共100个射线 中的五个射线与器官2交叉，那么总射线的5％交叉器官2，并且可 以类似地计算出该器官2在这个期间接收总剂量的5％(即，5Gy)。

这种方法能够提供相对容易且计算直接的方法，以估算所关心的 给定的非目标体积的剂量。再次，如上所述，这个估算的粒度能够按 照要求变化。这些教导也将适合于归一化/平滑所关心的体积的周面， 以简化这些计算。

再次参考图1，如果需要，过程100本身能够进行知青判定104， 其关于是否中止中止优化过程或是否继续并寻找更好的总体结果。在 决定中止时，则该过程能够自动停止105，并提供供具体患者使用的 相应优化的辐射治疗方案。

本文中呈现的教导不仅为以相对直接的方式提供用于计算能够 定性测量给定优化辐射治疗方案的量度的有用机制，而且提供获取专 业和作出知情判定的有用方法。通过例如不仅注意作为距离的函数的 剂量结果，而且将这些结果关联至涉及具体器官的具体使用情形，历 史信息203将固有地获取通过专家进行细微和知情判定实现的剂量结 果。

例如，特定器官通常可以被看作对辐射特别关键和/或特别敏感， 并且包括处理领域内的器官的辐射治疗方案将可能反映该顾虑。因 此，对于属于给定距离的该器官的子体积可以证明比其他属于同一给 定距离的器官体积要遭受较少剂量。因此，当同一关键器官包括针对 当前被优化的辐射治疗方案的一部分治疗领域时，这些减少的剂量水 平将经由这些教导而固有地开始起作用，并自动促进优化过程，以在 这个特定方面上特别小心。

这样配置，这些教导准许相当大部分现有信息在本优化决定的使 用中适用和应用。当然，这些教导非常可称量，并且将容易适应大量 不同的辐射治疗场景和环境。

本领域技术人员将认识到，能够相对于上述实施例进行各种修 改、变更和组合，而不偏离本发明的精神和保护范围，并且这些修改、 变更和组合将被视为在本发明构思的范围内。但是，在这一点上仅作 为例子，通过一种方法(代替上文或与此结合)，这种控制电路能够 比较这种历史信息与辐射治疗方案优化结果，以定性地评定辐射治疗 方案优化结果。