圖像引導放射療法的制作方法

文檔序號：11933331閱讀：313來源：國知局

本發(fā)明涉及用于圖像引導放射療法（IGRT）的系統(tǒng)和方法，尤其是但不排他地在與磁共振成像（MRI）系統(tǒng)（諸如MRI/線性加速器或“MRL”）一起實踐時的用于圖像引導放射療法的系統(tǒng)和方法。

背景技術：

IGRT是在放射治療期間用于引導治療性放射的輸送的頻繁的二維和/或三維成像的過程。

已知的是，人或動物組織對于電離放射的暴露將損壞這樣暴露的細胞。這例如在對病態(tài)細胞的治療中發(fā)現(xiàn)了應用。為了治療深入患者體內(nèi)的腫瘤，放射無論如何都必須穿透健康組織以便輻射并摧毀病態(tài)細胞。在常規(guī)放射療法中，大體積的健康組織可能因此被暴露于有害劑量的放射，潛在導致不可接受的副作用。因此期望設計一種系統(tǒng)，其用于利用電離放射和治療方案治療患者以便將病態(tài)組織暴露于一定劑量的放射，該放射將導致那些細胞的死亡，同時將健康組織的暴露保持為最低限度。

先前已經(jīng)采用若干方法來實現(xiàn)期望的病態(tài)細胞摧毀暴露同時將健康細胞的暴露保持為最低限度。許多方法通過在腫瘤處從多個方向引導放射（從多個源同時地或者隨著時間從單個可移動源多次暴露）來起作用。從每個方向沉積的劑量因此小于對于摧毀腫瘤將需要的劑量，但是在來自多個方向會聚的放射射束之處，放射的總劑量足以是治療性的。通過從多個方向提供放射，可以降低對周圍健康細胞所引起的損壞。

強度調(diào)制弧形療法（IMAT）是實現(xiàn)這一點的一種方法，并且在US5,818,902中被描述。在此過程中，放射源在患者周圍被旋轉(zhuǎn)，并且通常利用多葉片準直器（MLC）來將放射射束進行準直以根據(jù)所述源的旋轉(zhuǎn)角度取得期望形狀。特定形式的IMAT，即體積調(diào)制弧形療法（VMAT）的潛在優(yōu)點近來已經(jīng)引起多種商業(yè)實現(xiàn)和研究學習。在這些系統(tǒng)中，劑量率、旋轉(zhuǎn)速度和MLC葉片位置可能都在輸送期間變化。一般而言，通常利用減少的輸送次數(shù)可以獲得在質(zhì)量和準確度上與靜態(tài)吊架強度調(diào)制放射療法（IMRT）可比擬的計劃。

在典型的IMRT方法中，線性加速器在圍繞患者的吊架上旋轉(zhuǎn)，從多個預先固定的角度發(fā)射X射線的“調(diào)制”射束，其中使用附著于線性加速器頭部的多葉片準直器（MLC）來實施調(diào)制。MLC通過其金屬葉片的移動序列來對出射的放射射束的模式進行成形，以便精確地將腫瘤定為目標，同時最小化鄰近健康結構的暴露。

為了確保放射射束被正確引導，可以通過在放射治療過程之前或甚至在其期間——盡管后者通常以將治療過程被劃分成各個治療（稱為“分部（fraction）”，其中例如在單日施加治療）并且在分部之間實施成像的系統(tǒng)為基礎——對目標區(qū)域進行成像來對治療進行導向。這被稱為IGRT；典型的IGRT方法可以包括根據(jù)計劃將錐形射束計算層析照相術（CBCT）數(shù)據(jù)集與計劃的計算層析照相術（CT）數(shù)據(jù)集進行本地化。IGRT還可以包括根據(jù)計劃的CT將平面千伏（kV）放射照片或兆伏（MV）圖像與數(shù)字重構放射照片（DRR）進行匹配。

通過提供安裝在可旋轉(zhuǎn)吊架上、以相對于主放射頭的一定角度放置的單獨的成像放射源來在治療期間實施千伏計算層析照相術。檢測器被放置為與成像放射源在徑向上相對，并且針對吊架的多個旋轉(zhuǎn)角度收集成像數(shù)據(jù)。此數(shù)據(jù)可以然后通過使用已知的CT技術來被重構以形成三維圖像。對于此方法的示例，參見PCT申請 WO 2006/030181。由于患者體內(nèi)不同結構之間的高對比度，千伏放射通常優(yōu)選用于成像。

在兆伏計算層析照相術（CT）中，放射檢測器被放置在可旋轉(zhuǎn)吊架上，與主治療頭在徑向上相對，并且被設計為在兆伏放射已經(jīng)穿過患者（并且已經(jīng)被患者衰減）之后檢測兆伏放射。所生成的圖像因此是來自射束的眼視（BEV）的各個傳輸圖像。兆伏成像可以被用于檢驗MLC葉片相對于患者體內(nèi)目標的位置。檢測器通常被稱為“電子射野成像設備”或EPID。然而，與治療性放射相關聯(lián)的高能量對于成像過程而言并不是理想的，因為患者體內(nèi)的各種組織類型的衰減系數(shù)在此能量水平下是類似的，從而導致不良的圖像對比度。此外，此方法固有地是二維的，因為在常規(guī)放射療法中，兆伏射束在患者處從典型地至少三個角度被引導，這可能不足以提供三維成像。

以上兩種方法包括當前所采用的大多數(shù)IGRT策略。然而，結合了對腫瘤或其他放射目標的實時MRI追蹤的放射療法系統(tǒng)當前正在被開發(fā)。現(xiàn)有的且已計劃的放射療法系統(tǒng)所具有的一個問題是：確保按照放射被輸送到的位置和輸送到任何特定位置的放射量（“劑量”）這兩者，根據(jù)治療計劃準確地施加放射配給。第二個問題在于射束角度優(yōu)化，其是為了確定吊架角度的“最優(yōu)”數(shù)量和值，這通常被制定為組合優(yōu)化問題。另一個相互有關的問題在于降低施加到與目標組織相鄰和/或在施加到目標組織的放射射束的路徑中的非目標組織的放射量或劑量。另外，每次治療應當在短時間內(nèi)被輸送，以最小化患者或目標移動的影響并且還最大化放射療法系統(tǒng)的使用。這些至關重要的問題被實際問題變得甚至更加復雜，實際問題諸如是放射療法和成像系統(tǒng)的特性和/或限制、患者和目標組織在治療之前的準確定位、以及患者和目標組織這兩者在治療間和治療內(nèi)以及在分部間和分部內(nèi)這兩方面存在移動的可能性。計算機化的治療計劃系統(tǒng)試圖解決這些問題，然而，所使用的計算方法和算法是極其復雜的并且涉及到將被操縱的巨大數(shù)據(jù)量，這要求大量的處理并且花費顯著的時間量。研究繼續(xù)進行到以下述方式輸送放射的方法中，該方式使得劑量配給是準確的（即，確保放射被輸送到所預期的位置或（多個）目標區(qū)域，而不輸送到其他位置）同時確保對輸送到任何單個位置的絕對劑量的細致控制（即，確保輸送到目標區(qū)域的放射量與治療計劃相一致——在腫瘤的情況下處于或高達一定的水平，在非目標但非敏感組織的情況下低于預定的安全水平，以及在某種敏感、非目標組織的情況下處于可忽略的水平）。

在IMRT計劃過程中，存在也需要被考慮的進一步的問題，全都和優(yōu)化有關。一個問題被稱為能量密度（fluence）優(yōu)化問題，其是為了找到與射束角度的給定集合相對應的“最優(yōu)”強度分布的集合。另一個問題是葉片定序問題，其是為了確定針對每個射束角度輸送強度分布的MLC葉片移動的“最優(yōu)”序列。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明利用一種迭代方案，其基于分部間或分部內(nèi)圖像來調(diào)整治療計劃以顯著提高在總體治療期間所輸送的放射的準確度。通過使用將成為用于放射療法放射的目標的區(qū)域的所獲取的圖像來將要在分部期間被輸送的放射療法放射的規(guī)定劑量映射到患者的解剖結構上。遵循射束角度優(yōu)化、能量密度優(yōu)化和分段，使用目標函數(shù)來確定每個區(qū)段的輸送效率，并且根據(jù)區(qū)段的效率來對區(qū)段進行排列。該計劃以對將被首先輸送的最有效的區(qū)段（或多個區(qū)段）的選擇繼續(xù)進行。當該放射已經(jīng)被輸送，從而已經(jīng)被追蹤以便建立其劑量配給時，該所輸送的劑量配給可以從初始規(guī)定劑量減去并且重復該過程使得所輸送的放射劑量逐漸會聚于初始規(guī)定劑量。本發(fā)明的一個重要優(yōu)勢在于其使得放射能夠以很大的準確度來被輸送到確定的目標區(qū)域；盡管這可能以目標區(qū)域的略微欠輻射部分為代價來實現(xiàn)，但這可以被準確地確定并且規(guī)定劑量的在治療末尾剩余未被輸送的部分或者“缺失的”放射可以通過對規(guī)定用于過程中的下一治療的劑量的適當調(diào)整來計及。不是如在許多已知技術的情況下那樣了解所施加的放射療法放射的絕對水平以及接受該放射中的一些（通常少量）可能被配給于期望目標區(qū)域外面，而是本發(fā)明允許在每個分部期間的放射的配給是極其準確的，但接受通常將存在一定程度的欠輻射，這是可接受的，因為其能夠在后續(xù)分部中被補償。

本發(fā)明因此在一個方面中提供了一種用于將放射療法放射的規(guī)定劑量輸送到患者組織的目標區(qū)域的放射療法裝置，包括用于產(chǎn)生治療性放射的可引導射束的源，其中描繪至少所述目標區(qū)域的患者解剖結構數(shù)據(jù)的圖像已經(jīng)被獲取并且所述規(guī)定劑量已經(jīng)被映射到所述圖像上作為要在所述目標區(qū)域中實現(xiàn)的期望劑量配給，所述裝置被適配并且配置為：

a）確定與所述放射療法放射將從所述源輸送到所述目標區(qū)域的方向相對應的至少一個射束角度，以及針對每個射束角度創(chuàng)建限定射束輪廓的掩模，所述射束輪廓基本上匹配所述目標區(qū)域從每個射束角度看到的輪廓；

b)將所述射束或每個射束在其射束輪廓內(nèi)離散成多個筆形射束；

c）針對每個射束角度，通過使用來自步驟b）的筆形射束數(shù)據(jù)和來自圖像的患者解剖結構數(shù)據(jù)和目標區(qū)域數(shù)據(jù)來實施能量密度優(yōu)化過程，以生成用于要在該射束角度下輸送的子劑量的配給分布，來自所有角度的單獨的子劑量組合起來基本上等于規(guī)定劑量；

d）將每個子劑量配給分布分段成區(qū)段，每個區(qū)段包括匹配能量密度的多個筆形射束；

e)確定所有區(qū)段的效率；

f）依據(jù)治療性放射的最有效區(qū)段中的至少一個來輸送放射；

g）追蹤步驟f）中所輸送的放射以相對于來自所述圖像的患者解剖結構數(shù)據(jù)計算在所述區(qū)段或每個區(qū)段期間所輸送的放射的量和配給，并且將其從所映射的規(guī)定劑量減去以創(chuàng)建新的規(guī)定劑量，并且相應地調(diào)整剩余要被輸送的子劑量和/或部分子劑量，以及

h）從步驟c）到步驟g）重復以上步驟。

這樣的裝置允許準確的分部治療被快速且容易地計劃，使得所計劃的治療能夠隨后被快速且有效地實施，其在很大程度上處于自動控制下但被人類操作者所監(jiān)督，由此有效地利用系統(tǒng)（其通常處于大需求下并且是稀缺資源）。

該裝置可以在步驟g）中追蹤相對于患者解剖結構輸送的放射的步驟處被進一步被適配為映射針對來自另外的圖像的解剖結構數(shù)據(jù)所輸送的被追蹤的放射。該裝置可以包括用于射束的可變準直的準直器，所述裝置進一步被適配為確定對于給予所述射束匹配在步驟d）中所確定的區(qū)段的輪廓而言必要的射束的準直。

該裝置可以在輸送步驟、步驟f）處被進一步適配為調(diào)整射束強度和/或射束輸送的持續(xù)時間。另外的成像設備包括磁共振圖像（MRI）設備、超聲設備或電子射野成像設備（EPID）。

在另一方面，本發(fā)明提供了一種用于將放射療法放射的規(guī)定劑量輸送到患者組織的目標區(qū)域的放射療法裝置，包括用于產(chǎn)生治療性放射的可引導射束的源和用于提供描繪患者身體部分的相對位置和組織類型的圖像的設備，其中描繪至少所述目標區(qū)域的患者解剖結構數(shù)據(jù)的圖像已經(jīng)被獲取并且所述規(guī)定劑量已經(jīng)被映射到所述圖像上作為要在所述目標區(qū)域中實現(xiàn)的期望劑量配給，所述裝置被適配并且配置為：

a）確定與所述放射療法放射將在所述目標區(qū)域的輪廓內(nèi)從所述源輸送到所述目標區(qū)域的方向相對應的至少一個射束角度，以及針對每個射束角度創(chuàng)建限定射束輪廓的掩模，所述射束輪廓基本上匹配所述目標區(qū)域從每個射束角度看到的輪廓；

b)將所述射束或每個射束在其射束輪廓內(nèi)離散成多個筆形射束；

c）針對每個射束角度，通過使用來自步驟b）的筆形射束數(shù)據(jù)和來自圖像的患者解剖結構數(shù)據(jù)和目標區(qū)域數(shù)據(jù)來實施能量密度優(yōu)化過程，以生成用于在該射束角度下的子劑量的配給分布，來自所有角度的單獨的子劑量組合起來基本上等于規(guī)定劑量；

d)將每個子劑量配給分布分段成單獨的區(qū)段，每個區(qū)段包括匹配能量密度的多個筆形射束；

e）確定所有區(qū)段的效率；

f）依據(jù)治療性放射的最有效區(qū)段中的至少一個來輸送放射；

g）追蹤步驟f）中所輸送的放射以相對于所述患者解剖結構數(shù)據(jù)計算在所述區(qū)段或每個區(qū)段期間所輸送的放射的量和配給，將其從所映射的規(guī)定劑量減去以創(chuàng)建新的規(guī)定劑量，并且相應地調(diào)整剩余要被輸送的子劑量和/或部分子劑量，以及

h）從步驟a）至步驟g）或者從步驟b）至步驟g）重復以上步驟。

可以獲取一個或多個另外的圖像并將其用在迭代循環(huán)內(nèi)，每個另外的圖像描繪所述患者的至少一個目標區(qū)域的患者解剖結構數(shù)據(jù)。對另外的圖像的這種使用通過將每個區(qū)段輻射的效果考慮在內(nèi)，經(jīng)由涉及筆形射束的再生成和對新射束角度的選擇中的一個或兩者的迭代過程，提高了計劃和實現(xiàn)治療的準確度和效率。

本發(fā)明還提供了一種對利用放射療法系統(tǒng)將放射療法放射的規(guī)定劑量輸送到患者組織的目標區(qū)域進行計劃的方法，所述放射療法系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生治療性放射的可引導射束的源，所述方法包括：

a）獲取描繪所述患者的至少所述目標區(qū)域的患者解剖結構數(shù)據(jù)的圖像；

b）將所述規(guī)定劑量映射到所述圖像上，所述規(guī)定劑量是要在所述目標區(qū)域中實現(xiàn)的期望劑量配給；

c）確定與所述放射療法放射將從所述源輸送到所述目標區(qū)域的方向相對應的至少一個射束角度，以及針對每個射束角度創(chuàng)建限定射束輪廓的掩模，所述射束輪廓基本上匹配所述目標區(qū)域從每個射束角度看到的輪廓；

d)將所述射束或每個射束在其射束輪廓內(nèi)離散成多個筆形射束；

e）針對每個射束角度，通過使用來自步驟d）的筆形射束數(shù)據(jù)和來自步驟a）的患者解剖結構數(shù)據(jù)和目標區(qū)域數(shù)據(jù)來實施能量密度優(yōu)化過程，以生成用于要在該射束角度下輸送的子劑量的配給分布，來自所有角度的單獨的子劑量組合起來基本上等于規(guī)定劑量；

f)將每個子劑量配給分布分段成區(qū)段，每個區(qū)段包括匹配能量密度的多個筆形射束；

g）確定所有區(qū)段的效率；以及

h）選擇最有效的區(qū)段來首先輸送到所述患者。

這樣的方法使得能夠通過治療計劃計算機來實施對強度調(diào)制的放射療法治療的快速且準確的計劃，尤其是作為工作負荷的很大比例，從而對操作者減輕工作負荷。這允許對患者解剖結構改變的補償并且能夠?qū)崿F(xiàn)緊接第一計算區(qū)段之后的放射輸送，以及將導致完全自適應的分部內(nèi)計劃系統(tǒng)，其能夠?qū)⒅委熎陂g的患者解剖結構更新考慮在內(nèi)。

在不同的方面中，本發(fā)明還提供了一種利用放射療法系統(tǒng)將放射療法放射的規(guī)定劑量輸送到患者組織的目標區(qū)域的方法，所述放射療法系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生治療性放射的可引導射束的源，所述方法包括：

a）獲取描繪所述患者的至少所述目標區(qū)域的患者解剖結構數(shù)據(jù)的圖像；

b）將所述規(guī)定劑量映射到所述圖像上，所述規(guī)定劑量是要在所述目標區(qū)域中實現(xiàn)的期望劑量配給；

d)將所述射束或每個射束在其射束輪廓內(nèi)離散成多個筆形射束；

f)將每個子劑量配給分布分段成區(qū)段，每個區(qū)段包括匹配能量密度的多個筆形射束；

g）確定所有區(qū)段的效率；

h）依據(jù)治療性放射的最有效區(qū)段中的至少一個來輸送放射；

i）追蹤步驟h）中所輸送的放射以相對于來自步驟a）的患者解剖結構數(shù)據(jù)計算在所述區(qū)段或每個區(qū)段期間所輸送的放射的量和配給，并且將其從在步驟b）中所映射的規(guī)定劑量減去以創(chuàng)建新的規(guī)定劑量，并且相應地調(diào)整剩余要被輸送的子劑量和/或部分子劑量，以及

j）從步驟e）到步驟i）重復以上步驟。

本發(fā)明還在另一個方面中提供了一種利用放射療法系統(tǒng)將放射療法放射的規(guī)定劑量輸送到患者組織的目標區(qū)域的方法，所述放射療法系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生放射療法放射的可引導射束的源和用于提供描繪患者身體部分的相對位置和組織類型的圖像的設備，所述方法包括：

a) 獲取描繪所述患者的至少所述目標區(qū)域的患者解剖結構數(shù)據(jù)的圖像；

b) 將所述規(guī)定劑量映射到所述圖像上，所述規(guī)定劑量是要在所述目標區(qū)域中實現(xiàn)的期望劑量配給；

c) 確定與所述放射療法放射將在所述目標區(qū)域的輪廓內(nèi)從所述源輸送到所述目標區(qū)域的方向相對應的至少一個射束角度，以及針對每個射束角度創(chuàng)建限定射束輪廓的掩模，所述射束輪廓基本上匹配所述目標區(qū)域從每個射束角度看到的輪廓；

d) 將所述射束或每個射束在其射束輪廓內(nèi)離散成多個筆形射束；

e) 針對每個射束角度，通過使用來自步驟d）的筆形射束數(shù)據(jù)和來自步驟a）的患者解剖結構數(shù)據(jù)和目標區(qū)域數(shù)據(jù)來實施能量密度優(yōu)化過程，以生成用于在該射束角度下的子劑量的配給分布，來自所有角度的單獨的子劑量組合起來基本上等于規(guī)定劑量；

f) 將每個子劑量配給分布分段成單獨的區(qū)段，每個區(qū)段包括匹配能量密度的多個筆形射束；

g) 確定所有區(qū)段的效率；

h) 依據(jù)治療性放射的最有效區(qū)段中的至少一個來輸送放射；

i) 追蹤步驟h）中所輸送的放射以相對于患者解剖結構數(shù)據(jù)計算在所述區(qū)段或每個區(qū)段期間所輸送的放射的量和配給，并且將其從在步驟b）中所映射的規(guī)定劑量減去以創(chuàng)建新的規(guī)定劑量，并且相應地調(diào)整剩余要被輸送的子劑量和/或部分子劑量，以及

j) 從步驟c）至步驟i）或者從步驟d）至步驟i）重復以上步驟。

如以上，對另外的圖像的這種使用通過將每個區(qū)段輻射的效果考慮在內(nèi)，經(jīng)由涉及筆形射束的再生成和對新射束角度的選擇中的一個或兩者的迭代過程，提高了計劃和實現(xiàn)治療的準確度和效率。

在本發(fā)明的所有方面中，匹配能量密度的筆形射束可以意指具有基本上相同能量密度的鄰近或相鄰筆形射束被放置在相同的區(qū)段中；替代地，其可以是具有與預定值相同或者大于預定值的能量密度的鄰近或相鄰筆形射束被放置在相同的區(qū)段中。在本說明書和權利要求中所使用的術語“匹配”、“被匹配的”和“匹配的”應當被相應地解釋。

附圖說明

現(xiàn)在將參考附圖以示例的方式來描述本發(fā)明的實施例，其中：

圖1示出了常規(guī)放射療法裝置的示意性布局；

圖2示出了在實行本發(fā)明時所生成的筆形射束的網(wǎng)格的一部分；

圖3a和3b示出了在實行本發(fā)明時所生成的筆形射束的另一個網(wǎng)格的一部分，以圖示用于表征區(qū)段效率的替代方法，以及

圖4a和4b是形成本文所描述的過程的部分的迭代能量密度優(yōu)化過程的示意圖。

具體實施方式

圖1示出了典型的放射療法裝置。提供了患者臺10，在其上可以放置患者12。通常，患者臺是在其六個自由度（即，三個平移方向和三個旋轉(zhuǎn)方向）中的任意上可移動的（在限度內(nèi)），以便放置患者的相關部分，該相關部分要在相對于機器的治療室內(nèi)的指定位置14（稱為“等中心（isocentre）”）處被治療。這可以通過安裝在固定位置并且被引導朝向等中心14的多個低功率激光器而變得可見?；颊吲_被理想地放置，使得等中心14位于目標區(qū)域15（諸如癌性腫瘤）的輪廓內(nèi)。

放射源16被安裝在從可旋轉(zhuǎn)吊架18延伸的吊架（不可見）上。放射源可以發(fā)射高能量X射線、或者電子束、或者對兩者的可選的選擇，或者另一種形式的放射。在一個實施例中，源16是線性加速器。可旋轉(zhuǎn)吊架通常被設置到墻壁或其他結構中，使得操作中的機器可以被遮蔽。吊架18可以繞水平軸旋轉(zhuǎn)，該水平軸穿過等中心14，以及源16從支架18在從水平軸偏移的點處延伸，但被引導朝向該軸和等中心14。由此，在吊架18旋轉(zhuǎn)時，放射源16從所有可能的徑向方向照射圍繞等中心14的區(qū)域。這提供了一種方式，以該方式，裝置限制了施加到健康組織的放射劑量，同時維持了施加到腫瘤或被治療的其他病變的劑量；該病變（或其相關部分）可以在治療的整體期間被暴露，但周圍組織將僅在直接與射束成一直線時被暴露。

限制施加到健康組織的劑量的另一方式是使用用于放射射束的準直器。這些被收納為準直器組20，其與放射源16相集成并且作用于放射源16產(chǎn)生的射束22，以便限制射束22的橫向范圍。它們包括兩對準直器，每對在相互橫斷的方向上起作用，以便在所有方向上限制射束。通常存在一個塊準直器，包括可在x方向上前后移動并且具有基本上與y方向平行的平坦前表面的一對準直部。通過前后移動所述塊，射束可以如所期望那樣在x方向上被限制。

第二對準直器是多頁片準直器（MLC）。這些包括兩個相互對立的頁片庫，每個頁片是在y方向上可前后延伸的，并且在y方向上是相對長的以便允許其伸過射束寬度的大幅比例，在z方向上是相對深的以便允許其大幅衰減射束，以及在x方向上是相對窄的以便允許良好的分辨率。通過將各個葉片移動到期望位置，每個葉片庫作為整體可以呈現(xiàn)占據(jù)基本上任何形狀的前邊沿。

在兩個準直器之間，射束可以被劃界成基本上任何所需形狀，其中塊準直器在x方向上限定形狀的橫向范圍以及多葉片準直器限定形狀的其余部分。與放射源16的旋轉(zhuǎn)移動相結合，準直器允許與由患者的臨床醫(yī)師所開發(fā)的規(guī)定相符合地在患者體內(nèi)構建復雜三維劑量配給。在標準實踐中，腫瘤科醫(yī)師規(guī)定了允許健康組織中一定百分比的體積被犧牲的放射劑量，以便在治療相鄰目標區(qū)域（諸如癌性腫瘤）方面取得顯著進步。典型的劑量可以例如是：目標區(qū)域?qū)⒔邮?0 Gy（其中“Gy”是針對“Gray”（用于放射劑量吸收的國際單位）的縮寫）的放射劑量，而相鄰器官的不多于30%體積可以超過20 Gy的放射劑量。規(guī)定劑量配給產(chǎn)生于不同形狀的多個射束和到達的不同方向（其是通過變化源對患者進行輻射所處的角度而產(chǎn)生的）、從源發(fā)射的放射的劑量率、以及由準直器在治療期間（逐步地或連續(xù)地）勾勒出的形狀。以下說明書將按照逐步布置描述本發(fā)明，其中選擇了多個離散角度，從所述多個離散角度來輸送放射療法放射；本領域技術人員將理解以連續(xù)形式進行操作所需的改變，其中裝置隨著放射源16圍繞等中心14連續(xù)移動而進行調(diào)整。

為了計算必要的旋轉(zhuǎn)、劑量率以及將輸送期望劑量配給的準直器形狀，通常采用“治療計劃計算機”（TPC）26。這接收了以劑量配給形式的規(guī)定劑量，其通常將是三維圖，該三維圖示出了必須接收指定放射劑量的區(qū)域（諸如病變本身）、其中劑量應當被盡可能程度地最小化的區(qū)域、以及其中基本上沒有放射或小于指定劑量必須被輸送的區(qū)域（諸如包括內(nèi)臟、視神經(jīng)、脊髓等等的敏感區(qū)域）。它還接收“機器約束”的集合，其詳述了裝置的性質(zhì)，包括射束和準直器的幾何結構、最大劑量率和最大旋轉(zhuǎn)速度等等。然后應用算法以按照所需旋轉(zhuǎn)速度、劑量率、MLC形狀等等以及它們隨時間的變化來產(chǎn)生“治療計劃”，所述治療計劃包括用于放射療法裝置的詳細指令。此算法的細節(jié)與本發(fā)明并不相關并且本身是已知的；它們例如在WO2002/049044中被討論。

圖1中還示出的是成像放射的源24，其被如此安裝以便圍繞等中心14旋轉(zhuǎn)并且生成朝向等中心14的成像放射的射束28，使得射束28穿過患者12并且被成像設備30拾取，該成像設備30通常被布置為與成像源24一起旋轉(zhuǎn)并且以180度直接相對地固定間隔。成像源24位于相對于放射源16的已知位置中，使得由設備30獲取的患者解剖結構的圖像和目標區(qū)域15的圖像能夠與由源16發(fā)出的放射相關。放射源16和準直器組20、成像源24和成像設備30以及它們各自的控制和移動機構（未示出）全部被操作地連接到TPC 26，該TPC 26也（在26處）被連接到其他數(shù)據(jù)處理設備和/或存儲設備（未示出）（如果這些被需要來輔助TPC的話），以及被連接到諸如計算機和鏈接的顯示器（未示出）之類的用戶接口以用于操作者控制系統(tǒng)以便將規(guī)定劑量輸送到目標區(qū)域。

在本發(fā)明的實踐中，首先獲取目標區(qū)域15（盡管該區(qū)域周圍的患者組織通常也將被成像，使得該周圍的或相鄰的非目標組織上的放射的效應可以被控制并且向其輸送的放射可以被限制到適當?shù)臒o論任何水平（其可以在嚴重敏感的組織或器官的情況下是零，或者是在該水平以上但在要被輸送到針對其他較不敏感組織的目標區(qū)域的水平以下的某個水平））的圖像（其優(yōu)選是三維的，諸如通過從不同角度獲取目標區(qū)域的一連串不同圖像而獲得）。該圖像然后被饋送到TPC 26中。為了降低放射療法期間針對非目標器官的劑量，盡可能接近治療的時間來成像要被治療的身體的區(qū)域是有利的，然而在實踐中，圖像可以被預先獲取，并且可以使用除了成像源24外的一些其他成像系統(tǒng)。

在如圖1中所示那樣放置患者的情況下，從3D圖像導出的且在3D圖像中描繪的目標區(qū)域15的解剖結構數(shù)據(jù)（以及可選地是周圍/相鄰組織的解剖結構數(shù)據(jù)）被加載到TPC 26中。由操作者指揮的TPC將規(guī)定劑量映射到目標區(qū)域上，以便指定要在目標區(qū)域中實現(xiàn)的規(guī)定的或期望的劑量配給。TPC 26然后實行射束角度優(yōu)化，即，計算射束角度——等中心周圍的位置，放射療法射束22將從所述位置被引導于目標區(qū)域處；此計算將目標區(qū)域的性質(zhì)和位置、周圍的患者解剖結構的性質(zhì)和位置、以及由放射源16可達到的放射輸送特性考慮在內(nèi)。在已經(jīng)進行此計算的情況下，TPC然后限定了掩模，該掩模限定了要從每個射束角度輸送的射束的輪廓；在特定射束角度下的射束輪廓對應于從該射束角度看到的目標區(qū)域的輪廓（或者，在一些應用中，其可以對應于比目標區(qū)域的輪廓更小但是落入目標區(qū)域的輪廓內(nèi)的區(qū)域）。TPC還計算要在每個射束角度下輸送的放射的子劑量（其中來自每個射束角度的組合的子劑量合計達到規(guī)定劑量配給，或者接近但不超過規(guī)定劑量配給）。

下一步驟是對每個射束角度下的每個射束的離散化，以生成多個假想的筆形射束，有時被稱為細射束（beamlet）；這些是通常具有圓錐或圓柱形狀、具有非常小的橫截面積的直線通路，其被用于在不同情況下預測更大的放射射束的性能和/或特性。這種已知的離散過程是通過已知的蒙特卡洛（Monte Carlo）方法、已知的筒串（collapsed cone）方法或者任何其他合適的離散化引擎來實施。在已經(jīng)將射束離散化成筆形射束的情況下，使用來自離散化過程的筆形射束數(shù)據(jù)以及來自圖像的患者和目標區(qū)域的解剖結構數(shù)據(jù)來實行能量密度優(yōu)化（可以使用任何已知的能量密度優(yōu)化實現(xiàn)方式，但是如果本發(fā)明將是迭代的，更快的實現(xiàn)方式是優(yōu)選的）；這導致了第一能量密度優(yōu)化，或者在每個射束角度下針對子劑量的配給分布的生成。第一能量密度優(yōu)化被看作是針對算法的其余部分的最優(yōu)能量密度配給，根據(jù)該最優(yōu)能量密度配給，每個區(qū)段輸送的子劑量將被減去。在為算法提供輻射之間的解剖結構更新的實時成像模態(tài)的情況下，每當一些解剖結構變形發(fā)生時，這種最優(yōu)參考能量密度配給將被在更新的解剖結構上計算的新能量密度所代替，如將被描述的那樣。

下一步驟是對每個射束角度下的射束的分段；匹配能量密度的筆形射束按放射源16能夠輸送的形狀被分組（例如，如果匹配能量密度的筆形射束的分組形成MLC不能夠復制的形狀，該區(qū)段將是不可接受的，并且分段過程將必須被重新開始）。筆形射束的匹配可以要求它們具有相等的能量密度，替代地，容限程度可以在將單獨的筆形射束的能量密度視為“匹配的”時被運用。替代地，筆形射束的匹配可以意味著具有等于或大于預定能量密度的筆形射束是匹配的（即，放置在相同的區(qū)段中）。可以使用任何類型的快速分段。在一種實現(xiàn)方式中，如下來進行分段：射束的能量密度被分裂成1000個離散的強度水平，并且每個筆形射束被給予0-1000之間的強度值。筆形射束然后基于它們的位置和強度水平，并且無論它們是否將由放射療法裝置可物理輸送而被分組成區(qū)段。每個區(qū)段然后由其效率來表征，所述效率是區(qū)段的面積與其強度水平之間的乘法的結果——然而，不同的目標函數(shù)可以被用于描述每個區(qū)段的效率。這在圖2中被圖示，圖2示出了能量密度優(yōu)化圖的一部分的5×5網(wǎng)格35，其中每個單元對應于筆形射束并且指示要由此被輸送到目標區(qū)域的放射劑量。如可以看到的，存在朝向網(wǎng)格的中心的4個單元的分組，其中的每個單元具有10Gy的能量密度。存在沿著網(wǎng)格的頂部邊緣成一線的3個單元的第二分組，其中的每個單元具有7Gy的能量密度，以及在網(wǎng)格的右手側(cè)存在6個單元的第三分組，其中的每個單元具有4Gy的能量密度。使用以上計算，第一分組的效率是40，第二分組的效率是21，以及第三分組的效率是24；第一分組因此是最有效的，之后是第三分組以及然后是第二分組。TPC 26按效率次序?qū)⑦@些分組進行排列并且然后選擇最有效的作為要在該射束角度下輸送的第一區(qū)段。替代地，可以應用預定能量密度水平7，并且由具有等于或大于7的所有那些鄰近單元形成分組——如由所勾勒的十個單元的分組37所示。由于在形成此分組時已經(jīng)預先確定了能量密度水平，其效率將是預先確定的能量密度水平（或區(qū)段強度）乘以面積（即，分組中單元的數(shù)量）?！捌ヅ涞摹蹦芰棵芏鹊钠渌纸M然后將被形成（使用以上描述方法中的任意），并且然后按效率的次序?qū)⒎纸M進行排列，如所描述的那樣。

圖3a和3b圖示了用于計算區(qū)段效率的替代過程；盡管每個區(qū)段具有單個強度水平，但形成其的細射束或單元可能具有不同的強度水平，并且通過將這種變量考慮在內(nèi)，區(qū)段選擇過程具有關于其細射束對總強度配給的貢獻的更多信息。圖3a和3b示出了能量密度優(yōu)化圖的一部分的3×3網(wǎng)格39，其中每個單元對應于筆形細射束并且指示要由此被輸送到目標區(qū)域的放射劑量，如圖2中那樣。在圖3a中，6個單元的區(qū)段41被示為加陰影的；區(qū)段41已經(jīng)被選擇用于具有5或更大的強度水平的單元；圖3b示出了3個單元的區(qū)段43，其被選擇用于具有9或更大的能量水平的單元。使用結合圖2以上所描述的方法以便確定區(qū)段效率，其中區(qū)段效率等于強度水平乘以具有該強度水平的面積，區(qū)段41的效率將是5×6或者30。通過相同的方法，區(qū)段43的強度將是27；以上方法將因此將區(qū)段41排列為最有效的。如果由平均單元（或細射束）強度來使區(qū)段具有資格，那么區(qū)段41中的平均細射束強度是7（（3×9+3×5/6））并且區(qū)段43中的平均細射束強度是9。利用這種平均細射束強度使通過將強度水平乘以面積（即，將結合圖2以上所導出的效率乘以平均細射束強度）而獲得的區(qū)段效率具有資格，為區(qū)段41給予了有資格的效率210（5×6×7）并且為區(qū)段43給予了有資格的效率243（9×3×9）；使用這種有資格的效率，更小的區(qū)段43將被認為是比更大的區(qū)段41更有效的。使用這種有資格的效率相比圖2的方法提供了在中等強度的大區(qū)域和更小的高強度區(qū)域之間的更平衡的比較。圖2的方法使計算在一些情況下變得困難（例如，在目標的一些部分中具有引導劑量的情況下），因為其始終偏愛更大的區(qū)段，并且因此可能無法在目標的高劑量區(qū)域中輸送劑量的部分。

在這點上，一旦區(qū)段效率已經(jīng)被確定，將實際上在此區(qū)段中輸送的劑量就被計算（該劑量稍微不同于以上分段步驟中所假設的，因為在該點處機器參數(shù)沒有被遵守（除了無論區(qū)段形狀是否可以被準直裝置所創(chuàng)建以外），因此并沒有計及葉片傳輸和半影效應等等）。在一個實現(xiàn)方式中，MC驗證（商標）引擎被用于這種劑量計算，但是計及機器參數(shù)的任何“良好的”劑量引擎也將起作用）。

系統(tǒng)然后可以在該區(qū)段（按效率次序，或是僅最有效的分組，或是（為了加速總體過程）最有效的若干個分組）中輸送放射。在輸送期間或者緊接其后，可以獲取患者目標區(qū)域15的另外的圖像；該圖像由成像源24和設備30取得，并且被用于確定目標區(qū)域15的位置（其可能已經(jīng)移位和/或變形，因為獲取了第一圖像）和該子劑量輻射的末端。這允許所輸送的子劑量被準確地映射到患者解剖結構上。如果不獲取進一步的圖像，則將所輸送的子劑量映射到原始圖像上。

系統(tǒng)然后從第一能量密度優(yōu)化減去所輸送的子劑量，以生成新的能量密度優(yōu)化，并且可以重復該過程。如果已經(jīng)獲取了另外的圖像，并且這在所輸送的子劑量的映射中被考慮在內(nèi)，則系統(tǒng)可以返回到離散成筆形射束的步驟，或者返回到射束角度優(yōu)化的步驟，這累積地改善了放射輸送的準確度，但是以增加的數(shù)據(jù)處理為代價。

圖4示意性地圖示了這種減法過程。圖4a將單個射束角度下的規(guī)定子劑量配給示為曲線45（其中沿垂直軸圖示能量密度，以及沿水平軸圖示位置），該曲線45下方的面積表示還要被輸送來完成規(guī)定劑量或用于該射束角度的子劑量的放射。曲線45下方的面積被垂直線劃分成區(qū)段47、49和51，如以下所描述的。為了示例，區(qū)段51是最有效的區(qū)段，并且其可以如由加陰影區(qū)域51a所示出的那樣被輸送——每個區(qū)段中的射束的能量密度是相同的，加陰影區(qū)域如所示那樣是矩形的，并且優(yōu)選地，如由曲線45所示出的那樣，在任何點處都不超出規(guī)定劑量，以免輸送相比最初規(guī)定的放射更多的放射。將顯而易見的是，存在尚未被輸送的一定量的子劑量（由區(qū)段51中未加陰影區(qū)域51b來表示）。因為規(guī)定劑量在區(qū)段上變化而放射能量密度水平基本上不變，和/或因為放射的能量密度水平在被輻射區(qū)段的整個面積上并不是相等的，未輸送的子劑量可能升高。這種未輸送的放射（未加陰影區(qū)域51b）被帶入到新的能量密度優(yōu)化中，如圖4b中所示的。在該過程的下一步驟中，圖4b的能量密度優(yōu)化被用作啟動基礎，并且將理解的是，現(xiàn)在，在區(qū)段51b中剩余要被輸送的放射（如所示的）相比區(qū)段47和49中的任一個明顯是較低效率的，因此那些區(qū)段之一或者來自更高效率的另一射束角度的區(qū)段將是要被輸送的下一個。以這種方式，通過迭代過程接近或達到規(guī)定劑量，其中隨著輸送相繼的區(qū)段，剩余要被輸送的放射按階段減少。在說明條款中，針對每個射束角度的曲線45朝向水平軸逐漸降低，直到其超過放射源的能力，或者在為治療所花費的時間方面是低效的，以便使該過程繼續(xù)。在任何一個射束角度下停止治療所處于的實際點是在多個能量密度優(yōu)化之后何時有曲線45的特定或預定最大高度余留。如果該過程涉及到如以上所描述的進一步成像，則相比僅使用初始圖像的情況，在已經(jīng)輸送放射所依據(jù)的準確度方面能夠有更多的信心，因此用于停止操作的閾值（即，曲線45的最大高度）可以相比針對后者而言針對前者是較低的（權利要求中的“第一閾值”和“第二閾值”）。判定何時停止該過程的替代方式將是要被輸送的下一最有效區(qū)段的總子劑量何時小于預定子劑量（權利要求的“預定子劑量閾值”）。判定何時終止該過程的又一另外方式可以是何時已經(jīng)計算出一定數(shù)量的區(qū)段。

示例

方法：針對治療的每個射束角度和所實行的能量密度優(yōu)化生成筆形射束。筆形射束與患者解剖結構和以上的最優(yōu)能量密度一起形成算法的輸入。在多個迭代中的每個期間，實行以下步驟：實施能量密度優(yōu)化，并且然后將每個射束的能量密度分裂成離散的強度水平。針對這些中的每個計算可輸送區(qū)段。然后將每個區(qū)段的面積乘以其強度以確定其效率。所有射束當中最有效的區(qū)段然后被選擇來輸送所計算的能量密度的一部分，和將由所計算的這一區(qū)段來輸送的劑量。然后從剩余劑量減去這一被輸送的劑量。重復此循環(huán)，直到已經(jīng)輸送了劑量的90%并且實行了最終區(qū)段權重優(yōu)化來達到完全收斂。

結果：在若干前列腺實例中測試該算法。在這一工作中使用的所有前列腺實例在使用七條射束和引導劑量區(qū)域的具有3mm×3mm×3mm間隔的網(wǎng)格上被計劃。以下臨床約束將根據(jù)有序的計劃而被滿足：多余99%的PTV應當接收66.5Gy，多余99%的EBV應當接收73.15Gy，最多50%的直腸可以接收50Gy，最多5%的直腸可以接收72Gy，最多2cc的計劃器官危及體積（PRV）直腸可以接收77Gy，最多10%的膀胱可以接收72Gy，最多1cc的膀胱可以接收80Gy以及輸送到括約肌的平均劑量應當小于37Gy。測試產(chǎn)生滿足所有臨床約束的結果。還針對這些前列腺實例之一對Delta4和膠片體模實行質(zhì)量保證，并且質(zhì)量保證在通過3%/3mm標準內(nèi)的伽馬（gamma）分析之后接收臨床驗收。

在實踐中，很可能的是：分部治療將被停止，留下少量劑量未被輸送，這是因為要被輸送的下一最有效的區(qū)段小于預定劑量閾值，或者因為“未輸送劑量”被配給為使得其由于機器或時間約束或者因為輸送可能超過施加到非目標組織的劑量而不能被輸送。該未輸送劑量及其配給可以被記錄，和/或被輸入到治療計劃計算機，以便被添加到用于下一分部治療的規(guī)定劑量。在若干分部的治療的過程上，這種補償從分部到分部的未輸送劑量的方式可以更準確且快速地收斂于期望的總體或積累治療計劃。因為很可能在大多數(shù)情況下存在分部間移動（該移動將在下一分部治療之前在成像步驟中被配準），用于下一分部的治療計劃很可能在以下中的至少一個方面不同于先前的治療計劃：射束角度、射束角度優(yōu)化、能量密度優(yōu)化和分段；這些不同之處在若干分部治療上積累地能夠?qū)е乱粋€或多個在先分部中的未輸送劑量的那些因素考慮在內(nèi)。這提高了針對患者的治療效率，因為替代費力且耗時地嘗試在一個分部治療期間完成未輸送劑量的最后元素，來自該分部的未輸送劑量可以作為因素被納入下一分部治療中，和/或作為因素被納入后續(xù)的分部治療中。

當然將理解的是，可以在不背離本發(fā)明的范圍的情況下對以上描述的實施例做出許多變化。例如，系統(tǒng)可以輸送一個射束角度下的所有區(qū)段，之后繼續(xù)進行來輸送另一射束角度下的那些區(qū)段，然而，連貫地輸送的區(qū)段源自于不同的射束通常是更有效的。這利用了多個可用的角度，并且允許放射源以粗略線性的樣式進行操作，例如隨著區(qū)段被輸送而從高放射強度到低強度——盡管以在射束角度之間進行移動所需的時間為代價。

附圖中所圖示的系統(tǒng)具有兆伏系統(tǒng)或千伏成像系統(tǒng)，然而可以使用任何類型的成像系統(tǒng)，諸如超聲或MRI系統(tǒng)。本發(fā)明尤其有利于供MRI系統(tǒng)中的MRI掃描儀使用，這是由于其提供快速、準確且非常及時的圖像以及分部內(nèi)圖像而不對患者增加放射劑量的能力。

本發(fā)明已經(jīng)在上文被描述并且關于放射源而被限定于權利要求中，該放射源是圍繞患者在吊架或類似物上可旋轉(zhuǎn)的，然而，利用一種裝置是同樣可實踐的，在該裝置中，不是以這種方式移動，而是將放射療法放射源安裝到可移動機器人臂上，以便從幾乎任何位置和/或角度朝向患者目標區(qū)域引導放射（一種這樣的設備以商標Cyberknife來售賣）；所意圖的是，所附權利要求還涵蓋僅這樣的布置，并且因此術語“射束角度”應當遍及被相應解釋的本申請來被解釋。

以上對3D圖像的使用做出了參考；該圖像可以是4D的，如本領域中已知的，以便將分部內(nèi)移動（諸如由于呼吸、心跳、消化過程等等而引起的患者解剖結構的臨床移動）考慮在內(nèi)。

本發(fā)明的一些實施例可以被整體地或部分地實現(xiàn)為供計算機系統(tǒng)使用的計算機程序產(chǎn)品。這種實現(xiàn)方式可以包括一系列計算機指令，其被固定于諸如計算機可讀介質(zhì)（例如，磁碟、CD-ROM、ROM或固定磁盤）之類的有形介質(zhì)上或者經(jīng)由調(diào)制解調(diào)器或其他接口設備（諸如連接到網(wǎng)絡的通信適配器）可傳輸至計算機系統(tǒng)。該系列的計算機指令體現(xiàn)了本文先前關于該系統(tǒng)所描述的功能的全部或一部分。本領域技術人員應當領會的是，此類計算機指令可以按任何合適的編程語言來編寫，以供任何計算機架構或操作系統(tǒng)使用。此外，這樣的指令可以被存儲在任何存儲器設備（諸如半導體存儲器設備、磁存儲器設備、光學存儲器設備或其他存儲器設備）中，并且可以通過使用任何通信技術（諸如光學傳輸技術、紅外傳輸技術、微波傳輸技術或其他傳輸技術）來傳輸。這樣的計算機程序產(chǎn)品可以作為具有附帶的打印或電子文檔（例如，收縮打包軟件）的可移除介質(zhì)來分布、預加載有計算機系統(tǒng)（例如，在系統(tǒng)ROM或固定磁盤上）、或者通過網(wǎng)絡（例如，互聯(lián)網(wǎng)或萬維網(wǎng)）從服務器或電子公告牌來分布。當然還將理解的是，本發(fā)明的一些實施例將被實現(xiàn)為軟件（例如，計算機程序產(chǎn)品）和硬件的組合。一些實施例可以被容易地改造適應（retro-fit to）現(xiàn)有放射療法系統(tǒng)，或者作為單獨的軟件更新，或者作為新軟件和硬件（包括計算機硬件和其他非計算機裝置項目兩者）的組合。

此外，在以上描述不同變化或替代布置的情況下，應當理解的是，本發(fā)明的實施例可以以任何合適的組合來結合這樣的變化和/或替代。

權利要求書(按照條約第19條的修改)

1.一種用于將放射療法放射的規(guī)定劑量輸送到患者組織的目標區(qū)域的放射療法裝置，包括用于產(chǎn)生治療性放射的可引導射束的源，其中描繪至少所述目標區(qū)域的患者解剖結構數(shù)據(jù)的圖像已經(jīng)被獲取并且所述規(guī)定劑量已經(jīng)被映射到所述圖像上作為要在所述目標區(qū)域中實現(xiàn)的期望劑量配給，所述裝置被適配并且配置為：

a) 確定與所述放射療法放射將從所述源輸送到所述目標區(qū)域的方向相對應的至少一個射束角度，以及針對每個射束角度創(chuàng)建限定射束輪廓的掩模，所述射束輪廓基本上匹配所述目標區(qū)域從每個射束角度看到的輪廓；

b) 將所述射束或每個射束在其射束輪廓內(nèi)離散成多個筆形射束；

c) 針對每個射束角度，通過使用來自步驟b）的筆形射束數(shù)據(jù)和來自圖像的患者解剖結構數(shù)據(jù)和目標區(qū)域數(shù)據(jù)來實施能量密度優(yōu)化過程，以生成用于要在該射束角度下輸送的子劑量的配給分布，來自所有角度的單獨的子劑量組合起來基本上等于規(guī)定劑量；

d) 將每個子劑量配給分布分段成區(qū)段，每個區(qū)段包括匹配能量密度的多個筆形射束；

e) 通過將每個射束的能量密度分裂成多個離散強度水平以及將所述區(qū)段的橫截面積分裂成離散分區(qū)來確定所有所述區(qū)段的效率，以便作為所述離散強度水平和分區(qū)的面積的函數(shù)來導出效率；

f) 依據(jù)治療性放射的最有效區(qū)段中的至少一個來輸送放射；

g) 追蹤步驟f）中所輸送的放射以相對于來自所述圖像的患者解剖結構數(shù)據(jù)計算在所述區(qū)段或每個區(qū)段期間所輸送的放射的量和配給，并且將其從所映射的規(guī)定劑量減去以創(chuàng)建新的規(guī)定劑量，并且相應地調(diào)整剩余要被輸送的子劑量和/或部分子劑量，以及

h) 從步驟c）到步驟g）重復以上步驟。

2.一種用于將放射療法放射的規(guī)定劑量輸送到患者組織的目標區(qū)域的放射療法裝置，包括用于產(chǎn)生治療性放射的可引導射束的源和用于提供描繪患者身體部分的相對位置和組織類型的圖像的設備，其中描繪至少所述目標區(qū)域的患者解剖結構數(shù)據(jù)的圖像已經(jīng)被獲取并且所述規(guī)定劑量已經(jīng)被映射到所述圖像上作為要在所述目標區(qū)域中實現(xiàn)的期望劑量配給，所述裝置被適配并且配置為：

a) 確定與所述放射療法放射將在所述目標區(qū)域的輪廓內(nèi)從所述源輸送到所述目標區(qū)域的方向相對應的至少一個射束角度，以及針對每個射束角度創(chuàng)建限定射束輪廓的掩模，所述射束輪廓基本上匹配所述目標區(qū)域從每個射束角度看到的輪廓；

b) 將所述射束或每個射束在其射束輪廓內(nèi)離散成多個筆形射束；

c) 針對每個射束角度，通過使用來自步驟b）的筆形射束數(shù)據(jù)和來自圖像的患者解剖結構數(shù)據(jù)和目標區(qū)域數(shù)據(jù)來實施能量密度優(yōu)化過程，以生成用于在該射束角度下的子劑量的配給分布，來自所有角度的單獨的子劑量組合起來基本上等于規(guī)定劑量；

d) 將每個子劑量配給分布分段成單獨的區(qū)段，每個區(qū)段包括匹配能量密度的多個筆形射束；

f) 依據(jù)治療性放射的最有效區(qū)段中的至少一個來輸送放射；

g) 追蹤步驟f）中所輸送的放射以相對于所述患者解剖結構數(shù)據(jù)計算在所述區(qū)段或每個區(qū)段期間所輸送的放射的量和配給，將其從所映射的規(guī)定劑量減去以創(chuàng)建新的規(guī)定劑量，并且相應地調(diào)整剩余要被輸送的子劑量和/或部分子劑量，以及

h) 從步驟a）至步驟g）或者從步驟b）至步驟g）重復以上步驟。

3.根據(jù)權利要求2的裝置，進一步包括成像設備，所述裝置在步驟g）之后以及在從步驟a）至步驟g）或者從步驟b）至步驟g）重復之前被進一步適配為：獲取描繪所述患者的至少所述目標區(qū)域的患者解剖結構數(shù)據(jù)的另外的圖像。

4.根據(jù)權利要求1的裝置，在追蹤步驟、步驟g）處被進一步適配為：如果新的規(guī)定劑量小于第一閾值，則不進展到步驟h）。

5.根據(jù)權利要求2或權利要求3的裝置，在追蹤步驟、步驟g）處被進一步適配為：如果新的規(guī)定劑量小于第二閾值，則不進展到步驟h）。

6.根據(jù)權利要求1至3中任一項的裝置，在追蹤步驟、步驟g）處進一步被適配為：如果要被輸送的下一最有效區(qū)段的總子劑量小于預定劑量閾值，則不進展到步驟h）。

7.根據(jù)從屬于權利要求2時的權利要求3、5或6中的任一項所述的裝置，在步驟g）中追蹤相對于患者解剖結構輸送的放射的步驟處被進一步適配為：映射針對來自所述另外的圖像的解剖結構數(shù)據(jù)所輸送的追蹤放射。

8.根據(jù)任何一項前述權利要求的裝置，包括用于射束的可變準直的準直器，所述裝置進一步被適配為確定對于給予所述射束匹配在步驟d）中所確定的區(qū)段的輪廓而言必要的射束的準直。

9.根據(jù)權利要求8的裝置，在分段每個子劑量配給分布的步驟、步驟d）處進一步被適配為：根據(jù)具有所述準直器能夠產(chǎn)生的輪廓的射束來對匹配能量密度的筆形射束進行分組，以及丟棄具有所述準直器不能夠產(chǎn)生的輪廓的任何分組。

10.根據(jù)任意一項前述權利要求的裝置，被適配為按所述面積內(nèi)的平均強度來使所述效率具有資格。

11.根據(jù)權利要求9或10的裝置，在步驟e）之后并且在步驟f）之前進一步被適配為：選擇至少一個區(qū)段，將所述放射療法系統(tǒng)的特性考慮在內(nèi)以便計算實際將被所述放射療法系統(tǒng)在所述區(qū)段或每個區(qū)段中輸送的放射的水平和配給，以及將該計算的水平和配給用于步驟i）中的減法。

12.根據(jù)任意一項前述權利要求的裝置，在輸送步驟、步驟f）處進一步被適配為：調(diào)整射束強度和/或射束輸送的持續(xù)時間。

13.根據(jù)任意一項前述權利要求的裝置,在步驟b)中將射束離散成多個筆形射束的步驟處進一步被適配為:利用諸如蒙特卡洛算法或筒串算法之類的算法性方法。

14.根據(jù)權利要求3或從屬于權利要求3的任意一項權利要求的裝置,其中所述另外的成像設備包括磁共振圖像(MRI)設備、超聲設備或電子射野成像設備（EPID）。

15.根據(jù)權利要求4、5或6或根據(jù)從屬于權利要求4、5或6的任一項權利要求的裝置，被適配為：記錄剩余要在所述裝置不進展到步驟h）的點處輸送的規(guī)定劑量的部分及其配給，以用于下述目的：將所述部分及其配給結合到治療計劃中以便以后續(xù)的規(guī)定劑量進行輸送。

16.一種對利用放射療法系統(tǒng)將放射療法放射的規(guī)定劑量輸送到患者組織的目標區(qū)域進行計劃的方法，所述放射療法系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生治療性放射的可引導射束的源，所述方法包括：

a) 獲取描繪所述患者的至少所述目標區(qū)域的患者解剖結構數(shù)據(jù)的圖像；

b) 將所述規(guī)定劑量映射到所述圖像上，所述規(guī)定劑量是要在所述目標區(qū)域中實現(xiàn)的期望劑量配給；

c) 確定與所述放射療法放射將從所述源輸送到所述目標區(qū)域的方向相對應的至少一個射束角度，以及針對每個射束角度創(chuàng)建限定射束輪廓的掩模，所述射束輪廓基本上匹配所述目標區(qū)域從每個射束角度看到的輪廓；

d) 將所述射束或每個射束在其射束輪廓內(nèi)離散成多個筆形射束；

e) 針對每個射束角度，通過使用來自步驟d）的筆形射束數(shù)據(jù)和來自步驟a）的患者解剖結構數(shù)據(jù)和目標區(qū)域數(shù)據(jù)來實施能量密度優(yōu)化過程，以生成用于要在該射束角度下輸送的子劑量的配給分布，來自所有角度的單獨的子劑量組合起來基本上等于規(guī)定劑量；

f) 將每個子劑量配給分布分段成區(qū)段，每個區(qū)段包括匹配能量密度的多個筆形射束；

g) 通過將每個射束的能量密度分裂成多個離散強度水平以及將所述區(qū)段的橫截面積分裂成離散分區(qū)來確定所有區(qū)段的效率，以便作為所述離散強度水平和分區(qū)的面積的函數(shù)來導出效率；

h) 選擇最有效的區(qū)段來首先輸送到所述患者。

17.根據(jù)權利要求16的方法，其中所述放射療法系統(tǒng)具有用于射束的可變準直的準直器，所述方法進一步包括確定對于給予所述射束匹配在步驟f）中所確定的區(qū)段的輪廓而言必要的射束的準直。

18.根據(jù)權利要求16或權利要求17的方法，其中分段每個子劑量配給分布的步驟、步驟f）包括根據(jù)具有所述準直器能夠產(chǎn)生的輪廓的射束來對匹配能量密度的筆形射束進行分組，丟棄具有所述準直器不能夠產(chǎn)生的輪廓的任何分組。

19.根據(jù)權利要求16至18中任一項的方法，進一步包括按所述面積內(nèi)的平均強度來使所述效率具有資格。

20.根據(jù)權利要求16至19中任一項的方法,其中將射束離散成多個筆形射束的步驟包括利用諸如蒙特卡洛算法或筒串算法之類的算法性方法。

21.根據(jù)權利要求16至20中任一項的方法，其中所述圖像包括在所述目標區(qū)域外面的患者組織的解剖結構數(shù)據(jù)。

22.根據(jù)權利要求16至21中任一項的方法，進一步包括計劃所述規(guī)定劑量以便結合到用于來自先前規(guī)定劑量的劑量及其配給的分部治療部分的治療計劃中。

23.一種利用放射療法系統(tǒng)將放射療法放射的規(guī)定劑量輸送到患者組織的目標區(qū)域的方法，所述放射療法系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生治療性放射的可引導射束的源，所述方法包括：

a) 獲取描繪所述患者的至少所述目標區(qū)域的患者解剖結構數(shù)據(jù)的圖像；

b) 將所述規(guī)定劑量映射到所述圖像上，所述規(guī)定劑量是要在所述目標區(qū)域中實現(xiàn)的期望劑量配給；

d) 將所述射束或每個射束在其射束輪廓內(nèi)離散成多個筆形射束；

f) 將每個子劑量配給分布分段成區(qū)段，每個區(qū)段包括匹配能量密度的多個筆形射束；

g) 通過將每個射束的能量密度分裂成多個離散強度水平以及將所述區(qū)段的橫截面積分裂成離散分區(qū)來確定所有所述區(qū)段的效率，以便作為所述離散強度水平和分區(qū)的面積的函數(shù)來導出效率；

h) 依據(jù)治療性放射的最有效區(qū)段中的至少一個來輸送放射；

i) 追蹤步驟h）中所輸送的放射以相對于來自步驟a）的患者解剖結構數(shù)據(jù)計算在所述區(qū)段或每個區(qū)段期間所輸送的放射的量和配給，并且將其從在步驟b）中所映射的規(guī)定劑量減去以創(chuàng)建新的規(guī)定劑量，并且相應地調(diào)整剩余要被輸送的子劑量和/或部分子劑量，以及

j) 從步驟e）到步驟i）重復以上步驟。

24.一種利用放射療法系統(tǒng)將放射療法放射的規(guī)定劑量輸送到患者組織的目標區(qū)域的方法，所述放射療法系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生放射療法放射的可引導射束的源和用于提供描繪患者身體部分的相對位置和組織類型的圖像的設備，所述方法包括：

a) 獲取描繪所述患者的至少所述目標區(qū)域的患者解剖結構數(shù)據(jù)的圖像；

b) 將所述規(guī)定劑量映射到所述圖像上，所述規(guī)定劑量是要在所述目標區(qū)域中實現(xiàn)的期望劑量配給；

d) 將所述射束或每個射束在其射束輪廓內(nèi)離散成多個筆形射束；

f) 將每個子劑量配給分布分段成單獨的區(qū)段，每個區(qū)段包括匹配能量密度的多個筆形射束；

h) 依據(jù)治療性放射的最有效區(qū)段中的至少一個來輸送放射；

i) 追蹤步驟h）中所輸送的放射以相對于患者解剖結構數(shù)據(jù)計算在所述區(qū)段或每個區(qū)段期間所輸送的放射的量和配給，將其從在步驟b）中所映射的規(guī)定劑量減去以創(chuàng)建新的規(guī)定劑量，并且相應地調(diào)整剩余要被輸送的子劑量和/或部分子劑量，以及

j) 從步驟c）至步驟i）或者從步驟d）至步驟i）重復以上步驟。

25.根據(jù)權利要求24的方法，進一步包括：在步驟i）之后以及在從步驟c）至步驟i）或者從步驟d）至步驟i）重復之前，獲取描繪所述患者的至少所述目標區(qū)域的患者解剖結構數(shù)據(jù)的另外的圖像。

26.根據(jù)權利要求25的方法，其中追蹤步驟、步驟h）進一步包括：如果新的規(guī)定劑量小于第一閾值，則不進展到步驟i）并且停止治療。

27.根據(jù)權利要求26或權利要求28的方法，其中追蹤步驟、步驟h）進一步包括：如果新的規(guī)定劑量小于第二閾值，則不進展到步驟i）并且停止治療。

28.根據(jù)權利要求25、26或27的方法，進一步包括：如果要被輸送的下一最有效區(qū)段的總子劑量小于預定劑量閾值，則不進展到步驟h）。

29.根據(jù)權利要求16至28中任一項的方法，進一步包括：記錄剩余要在治療在步驟h）處被停止或者不進展到步驟h）的點處傳輸?shù)囊?guī)定劑量的部分及其配給，以用于下述目的：將所述部分以及配給結合到治療計劃中以便以后續(xù)的規(guī)定劑量進行輸送。

30.根據(jù)從屬于權利要求24時的權利要求25或27的方法，其中在步驟i）中追蹤相對于患者解剖結構輸送的放射的步驟包括映射針對來自所述另外的圖像的解剖結構數(shù)據(jù)所輸送的追蹤放射。

31.根據(jù)權利要求23至30中任一項的方法，其中所述放射療法系統(tǒng)具有用于射束的可變準直的準直器，所述方法進一步包括確定對于給予所述射束匹配在步驟f）中所確定的區(qū)段的輪廓而言必要的射束的準直。

32.根據(jù)權利要求30的方法，其中必要的射束的準直是在步驟c）之后并且在步驟d）之前被實施的。

33.根據(jù)權利要求31或權利要求32的方法，其中分段每個子劑量配給分布的步驟、步驟f）包括根據(jù)具有所述準直器能夠產(chǎn)生的輪廓的射束來對匹配能量密度的筆形射束進行分組，丟棄具有所述準直器不能夠產(chǎn)生的輪廓的任何分組。

34.根據(jù)權利要求29或權利要求30或者從屬于其的任一項權利要求的方法，進一步包括：在步驟g）之后并且在步驟h）之前，選擇至少一個區(qū)段，將所述放射療法系統(tǒng)的特性考慮在內(nèi)以便計算實際將被所述放射療法系統(tǒng)在所述區(qū)段或每個區(qū)段中輸送的放射的水平和配給，以及將該計算的水平和配給用于步驟i）中的減法。

35.根據(jù)權利要求23至34中任一項的方法，其中輸送步驟、步驟h)包括調(diào)整所述放射療法系統(tǒng)以便改變射束強度和/或射束輸送的持續(xù)時間。

36.根據(jù)權利要求23至35中任一項的方法,其中將射束離散成多個筆形射束的步驟包括諸如蒙特卡洛算法或筒串算法之類的算法性方法。

37.根據(jù)權利要求24或從屬于權利要求24的任意一項權利要求的方法,其中所述另外的圖像是磁共振圖像(MRI)、超聲圖像或來自電子射野成像設備（EPID）的圖像。

38.根據(jù)權利要求25至38中任一項的方法，其中所述圖像包括在所述目標區(qū)域外面的患者組織的解剖結構數(shù)據(jù)。

39.一種裝置，被適配和配置為實施根據(jù)權利要求25至438中任一項的方法。

說明或聲明(按照條約第19條的修改)

申請人根據(jù)“專利合作條約第19條”的有關規(guī)定，對本國際申請的原權利要求書作了如下修改:

原權利要求書：全文替換。

具體修改情況如下：

權利要求1已經(jīng)被修改以便結合先前包含在權利要求10中的特征，以及相同的修改已經(jīng)對其他獨立權利要求（新權利要求2、16、23和24）做出。

原權利要求10已經(jīng)被刪除，等同的從屬權利要求20和38也如此。

原權利要求25和26已經(jīng)被刪除。