下文總體涉及外部輻射治療規(guī)劃。其具體與輻射治療計(jì)劃構(gòu)建、優(yōu)化和可視化結(jié)合應(yīng)用，并且將具體參考其加以描述。然而，應(yīng)當(dāng)理解，其還應(yīng)用于其他使用場(chǎng)景，而不必限于前述應(yīng)用。例如，下文能夠被用于在各種工業(yè)應(yīng)用中(例如消毒、聚合物燃燒、改變電、機(jī)械或化學(xué)性質(zhì)等)將選定的輻射劑量遞送至靶標(biāo)區(qū)域，甚至在無(wú)物理訪問(wèn)的情況下遞送至包括內(nèi)部區(qū)域的工業(yè)產(chǎn)品的選定區(qū)域。

背景技術(shù)：

外部射束輻射治療(ebrt)計(jì)劃是基于線性粒子加速器(linac)的機(jī)器特性以及每位個(gè)體患者的信息來(lái)構(gòu)建的。針對(duì)每位患者的情況創(chuàng)建計(jì)劃，所述計(jì)劃包含在具體機(jī)器的可能性之內(nèi)遞送治療輻射所需要的機(jī)器配置。輻射的目標(biāo)是破壞腫瘤細(xì)胞，同時(shí)使對(duì)風(fēng)險(xiǎn)器官(oar)的輻射劑量最小化。

諸如linac的外部射束輻射遞送(ebrt)設(shè)備通常從不同方向進(jìn)行輻照以使對(duì)危險(xiǎn)器官的劑量最小化。使用不同的輻照類型。例如，最常使用的光子，并且備選的是電子、質(zhì)子、重離子。輻射射束的形狀能夠利用多葉準(zhǔn)直器(mlc)來(lái)控制。mlc包括輻射阻擋材料的葉片對(duì)，其能在機(jī)器約束內(nèi)被定位并且由控制器進(jìn)行控制。針對(duì)射束的左葉和右葉兩者的葉片位置的一個(gè)集合通常被稱為控制點(diǎn)(cp)。由在具體射束位置處的所有控制點(diǎn)形成的開(kāi)口在輻射治療規(guī)劃系統(tǒng)中常常由與輻射射束正交的通量平面來(lái)表示。處置規(guī)劃系統(tǒng)包含算法，所述算法計(jì)算由特定機(jī)器配置造成的三維劑量分布。這些劑量引擎需要患者的密度信息，并且所述密度信息通常是從ct圖像導(dǎo)出的。

在強(qiáng)度調(diào)制輻射治療(imrt)中，輻射是以分步激發(fā)(stepandshoot)或連續(xù)模式來(lái)遞送的。在分步激發(fā)模式中，linac僅在根據(jù)特定控制點(diǎn)配置所述機(jī)器時(shí)遞送劑量。當(dāng)在兩個(gè)控制點(diǎn)之間過(guò)渡時(shí)，不遞送劑量。在連續(xù)劑量遞送模式中，所述機(jī)器在cp之間連續(xù)地過(guò)渡的同時(shí)連續(xù)地遞送劑量。

發(fā)現(xiàn)滿足特定劑量分布準(zhǔn)則的機(jī)器配置的用于imrt的逆向規(guī)劃技術(shù)具有的共同點(diǎn)在于，最優(yōu)輻射劑量解決方案是由一組目標(biāo)來(lái)定義的。一種類型的逆向規(guī)劃技術(shù)使用利用啟發(fā)式算法的列生成(cg)方法，其順序地創(chuàng)建cp，但不執(zhí)行對(duì)現(xiàn)有控制點(diǎn)的細(xì)化。由于目標(biāo)函數(shù)的非凸性，cp會(huì)有強(qiáng)烈次優(yōu)化的可能性。cg方法具有的優(yōu)點(diǎn)在于機(jī)器約束的直接實(shí)現(xiàn)，以及每個(gè)cp是關(guān)于使參考劑量與規(guī)劃的遞送劑量之間的差最小化的全局優(yōu)化。

備選技術(shù)是孔徑形狀優(yōu)化(aso)方法，其使用cp的完整集合，并且通過(guò)關(guān)于目標(biāo)函數(shù)的每個(gè)葉片位置的位移的導(dǎo)數(shù)來(lái)改善目標(biāo)函數(shù)。然而，aso方法是局部細(xì)化方法，并且因此取決于對(duì)開(kāi)始點(diǎn)的選擇。aso方法還緩慢收斂，能夠收斂到局部最優(yōu)，并且通常難以滿足所述機(jī)器約束。

針對(duì)逆向規(guī)劃算法的理想劑量分布和輸入最常由目標(biāo)的集合來(lái)定義。目標(biāo)通常是感興趣區(qū)域中的劑量以及加權(quán)因子的函數(shù)。由目標(biāo)所使用的感興趣區(qū)域包括靶標(biāo)和風(fēng)險(xiǎn)器官。規(guī)劃包括在競(jìng)爭(zhēng)目標(biāo)之間做出折衷。例如，向腫瘤遞送劑量可以包括向健康oar遞送一些輻射。目標(biāo)的集合能夠包括多個(gè)靶標(biāo)和/或多個(gè)oar。

在輻射治療(rt)計(jì)劃中在遞送到oar與靶標(biāo)體積的劑量之間的折衷通常是通過(guò)試錯(cuò)過(guò)程來(lái)完成的。在黑箱類型的操作(其對(duì)于每次處理會(huì)花費(fèi)數(shù)分鐘)中，rt規(guī)劃設(shè)備使目標(biāo)作為輸入，并且輸出導(dǎo)致規(guī)劃的劑量的機(jī)器設(shè)置。健康護(hù)理專業(yè)人員回顧所輸出的劑量分布，并且通過(guò)添加或移除目標(biāo)、調(diào)節(jié)所述目標(biāo)的權(quán)重或參數(shù)來(lái)改變所述目標(biāo)函數(shù)，并且重新運(yùn)行imrt逆向規(guī)劃算法。所規(guī)劃的遞送的劑量常常通過(guò)被疊加在規(guī)劃圖像上的等劑量曲線來(lái)可視化。規(guī)劃者通常比較不同的輸出以獲得對(duì)折衷以及對(duì)輸入的改變?nèi)绾斡绊戄敵龅囊恍├斫?，其為時(shí)間消耗的實(shí)踐。

所述rt規(guī)劃設(shè)備通常不提供關(guān)于目標(biāo)的關(guān)系或者不同目標(biāo)之間的相互影響的信息。此外，逆向規(guī)劃算法是復(fù)雜的，并且對(duì)于局部極小值具有困難。例如，規(guī)劃者能夠以看起來(lái)對(duì)計(jì)劃具有最小影響而改變目標(biāo)的集合。換言之，對(duì)于規(guī)劃者常常不清楚的是，在輸入中的什么改變能夠產(chǎn)生有意義的差。

這種試錯(cuò)方法能夠在通量圖優(yōu)化(fmo)中的強(qiáng)度調(diào)制輻射治療(imrt)、直接機(jī)器參數(shù)優(yōu)化(dmpo)、以及體積調(diào)制的弧形治療(vmat)逆向規(guī)劃方法中找到。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

下文公開(kāi)了新的、經(jīng)改進(jìn)的輻射遞送規(guī)劃優(yōu)化和可視化方法，其解決了上述問(wèn)題和其他問(wèn)題。

根據(jù)一個(gè)方面，一種輻射遞送規(guī)劃的方法，包括：接收輻射治療計(jì)劃，所述輻射治療計(jì)劃包括源自控制點(diǎn)的匯集的當(dāng)前劑量dcurr，每個(gè)控制點(diǎn)具有針對(duì)多葉準(zhǔn)直器的葉片位置的對(duì)應(yīng)集合。所述控制點(diǎn)能夠被組合為具有離散值xcurr的通量平面的集合。需要通量平面值x與三維劑量體積d之間的關(guān)系以計(jì)算目標(biāo)函數(shù)o相對(duì)于通量平面中的改變的導(dǎo)數(shù)：經(jīng)由通過(guò)在針對(duì)每個(gè)葉片對(duì)的成對(duì)葉片位置的層狀圖形結(jié)構(gòu)中的最低成本或最短路徑的對(duì)當(dāng)前逼近通量平面值xcurr與預(yù)測(cè)通量平面值x*的差的校正映射來(lái)確定具有葉片位置的對(duì)應(yīng)集合的額外控制點(diǎn)。所得到的具有葉片位置的對(duì)應(yīng)集合的控制點(diǎn)被添加到控制點(diǎn)的匯集，常常跟隨有分段權(quán)重優(yōu)化以調(diào)節(jié)個(gè)體控制點(diǎn)的權(quán)重。

根據(jù)另一方面，一種用于輻射遞送規(guī)劃的方法，包括：控制點(diǎn)管理單元、預(yù)測(cè)單元、以及校正單元。所述控制點(diǎn)管理單元被配置為接收輻射治療計(jì)劃，所述輻射治療計(jì)劃包括控制點(diǎn)的匯集，每個(gè)控制點(diǎn)具有針對(duì)多葉準(zhǔn)直器的葉片位置的對(duì)應(yīng)集合，并且xcurr是從這些控制點(diǎn)導(dǎo)出的。所述預(yù)測(cè)單元被配置為計(jì)算通量平面值x*的預(yù)測(cè)集合。所述控制單元被配置為選擇控制點(diǎn)并且經(jīng)由通過(guò)在針對(duì)所述控制點(diǎn)的葉片位置的層狀圖形結(jié)構(gòu)中的最低成本或最短路徑的對(duì)當(dāng)前逼近通量平面值與預(yù)測(cè)通量平面值的差x*-xcurr的校正映射來(lái)確定葉片位置的備選集合。任選地，所述最短路徑能夠被限制到處在原始控制點(diǎn)中的位置的給定范圍之內(nèi)的那些葉片位置。所述控制點(diǎn)管理單元還被配置為將所確定的葉片位置的備選集合添加到控制點(diǎn)。在具有或沒(méi)有中間分段權(quán)重優(yōu)化的情況下，情況能夠被限定為根據(jù)對(duì)目標(biāo)函數(shù)的相對(duì)改善來(lái)接受葉片位置的新的集合或者保持舊的位置。

根據(jù)另一方面，一種輻射遞送規(guī)劃的方法，包括：接收由輻射計(jì)劃參數(shù)θ的改變所引起的目標(biāo)函數(shù)o(d；θ0)中的改變。其中，θ0是輻射計(jì)劃參數(shù)θ的當(dāng)前值。在劑量空間中的影響的區(qū)域是基于函數(shù)而根據(jù)參數(shù)中的改變來(lái)識(shí)別。

根據(jù)另一方面，一種輻射遞送規(guī)劃的方法，包括：接收輻射治療計(jì)劃，所述輻射治療計(jì)劃包括劑量體素d以及計(jì)劃目標(biāo)o。所述計(jì)劃目標(biāo)是相關(guān)的。構(gòu)建圖表，諸如對(duì)計(jì)劃目標(biāo)之間的相關(guān)性進(jìn)行可視化的圖形或樞紐表。所構(gòu)建的圖像被顯示在顯示設(shè)備上。

所描述的各方面的優(yōu)點(diǎn)在于：

一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是直接考慮所有機(jī)器要求來(lái)確定在控制點(diǎn)中的葉片位置。

另一優(yōu)點(diǎn)是對(duì)包括rt計(jì)劃的輻射遞送計(jì)劃的不同目標(biāo)之間的優(yōu)選折衷的更好并且更快的確定。

另一優(yōu)點(diǎn)在于將對(duì)個(gè)體rt計(jì)劃的更好理解提供給輻射治療規(guī)劃者的工具。

另一優(yōu)點(diǎn)在針對(duì)rt規(guī)劃的列生成(cg)方法，其迭代地細(xì)化cp。

另一優(yōu)點(diǎn)在于針對(duì)規(guī)劃者對(duì)所提出的rt計(jì)劃參數(shù)改變的潛在影響的可視化。

另一優(yōu)點(diǎn)在于針對(duì)規(guī)劃者對(duì)在rt計(jì)劃目標(biāo)之間的相互影響的可視化。

本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀并理解詳細(xì)描述之后將意識(shí)到更進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明可以采取各種部件和部件布置以及各個(gè)步驟和步驟安排的形式。附圖僅是出于圖示優(yōu)選實(shí)施例的目的，而不應(yīng)當(dāng)被解讀為對(duì)本發(fā)明的限制。

圖1示意性圖示了輻射遞送規(guī)劃優(yōu)化和可視化系統(tǒng)的實(shí)施例。

圖2示意性示出了預(yù)測(cè)器-校正器優(yōu)化器單元的一個(gè)實(shí)施例。

圖3圖示了可視化的影響區(qū)域的范例。

圖4圖示了可視化的目標(biāo)相關(guān)性圖表的范例。

圖5以流程圖示出了在rt規(guī)劃中對(duì)cp的迭代細(xì)化的方法的一個(gè)實(shí)施例。

圖6以流程圖示出了對(duì)影響區(qū)域進(jìn)行可視化的方法的一個(gè)實(shí)施例。

圖7以流程圖示出了對(duì)rt計(jì)劃目標(biāo)關(guān)系進(jìn)行可視化的方法的一個(gè)實(shí)施例。

具體實(shí)施方式

參考圖1，利用對(duì)輻射遞送的分解視圖示意性圖示了輻射遞送規(guī)劃優(yōu)化和可視化系統(tǒng)10的實(shí)施例。基于從諸如ct成像設(shè)備、mri成像設(shè)備等的成像設(shè)備18采集的對(duì)象16的解剖學(xué)圖像或內(nèi)部規(guī)劃圖像14來(lái)構(gòu)建輻射治療(rt)或輻射遞送計(jì)劃12。規(guī)劃圖像14識(shí)別感興趣區(qū)域(roi)(其包括一個(gè)或多個(gè)靶標(biāo)和oar的邊界)，并且被用于確定允許計(jì)算劑量的三維密度分布。rt計(jì)劃目標(biāo)20能夠?qū)oi、權(quán)重、以及如參考劑量的其他目標(biāo)類型特異性參數(shù)作為輸入?yún)?shù)參考或存儲(chǔ)到創(chuàng)建rt計(jì)劃的逆向規(guī)劃單元或器件22。

在rt規(guī)劃單元22之內(nèi)，預(yù)測(cè)器-校正器優(yōu)化器單元或器件24接收計(jì)劃目標(biāo)、控制點(diǎn)26的集合以及由劑量引擎計(jì)算的當(dāng)前劑量dcurr?；赾p的集合在形式參考空間中確定通量平面值x*的預(yù)測(cè)集合。優(yōu)化器單元使用如下形式的增益函數(shù)‖x^*-xcurr-γs‖²-‖x^*-xcurr‖²，以使用具有最短路徑求解器的層狀圖形結(jié)構(gòu)來(lái)識(shí)別具有權(quán)重γ27的葉片位置s的新的集合。所述預(yù)測(cè)器-校正器優(yōu)化器單元利用葉片位置迭代創(chuàng)建新的或經(jīng)細(xì)化的控制點(diǎn)，直到達(dá)到用戶停止準(zhǔn)則，諸如迭代的最大次數(shù)、目標(biāo)函數(shù)中的最小差別改善、最大計(jì)算時(shí)間、或者控制點(diǎn)的最大數(shù)量。所述預(yù)測(cè)器-校正器優(yōu)化器單元將具有cp的集合的rt計(jì)劃輸出到rt計(jì)劃數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器12，諸如計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器、文件系統(tǒng)中的文件、數(shù)據(jù)庫(kù)中的對(duì)象等。所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器能夠利用諸如固態(tài)硬盤、光學(xué)媒介等的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器來(lái)實(shí)施。

所述控制點(diǎn)是輻射遞送設(shè)備或器件28(例如利用輻射源30相對(duì)于對(duì)象解剖結(jié)構(gòu)14的部分的分解視圖所示出的線性加速器(linac))的控制點(diǎn)。所述輻射遞送設(shè)備包括鉗口(jaw)和具有能定位的葉片對(duì)的多葉準(zhǔn)直器32。開(kāi)口(輻射穿過(guò)所述開(kāi)口)在分立通量平面36中形成照射樣式34。所述控制點(diǎn)共同地(其每個(gè)具有葉片位置的集合)形成控制指令，所述控制指令操作控制單元或器件28，以將由rt計(jì)劃定義的形狀和位置的輻射的外部射束遞送到對(duì)象16的組織或內(nèi)部區(qū)域14。

諸如更為矩形的較平滑的分段形狀導(dǎo)致劑量計(jì)算中的較少的不確定性。較大的分段開(kāi)口導(dǎo)致具有由機(jī)器(監(jiān)測(cè)器單元)發(fā)射的較少總能量的計(jì)劃。能量的效力越高，總監(jiān)測(cè)器單元越小，通常具有對(duì)風(fēng)險(xiǎn)器官的更少(泄露)劑量、更快的遞送、并且能夠以更高的準(zhǔn)確度來(lái)計(jì)算劑量。在控制點(diǎn)之間的權(quán)重的變異能夠?yàn)関mat計(jì)劃所考慮。在vmat中，所述機(jī)器進(jìn)行輻照，同時(shí)所述機(jī)器在控制點(diǎn)之間連續(xù)地變化。在控制點(diǎn)權(quán)重點(diǎn)的較少變化使得更容易逼近劑量。在一個(gè)實(shí)施例中，針對(duì)所述控制點(diǎn)中的一些，對(duì)葉片位置的連續(xù)重新確定能夠是優(yōu)化進(jìn)程的部分，例如dmpo或vmat。其還能夠是計(jì)劃調(diào)整策略的部分，其中，所述計(jì)劃開(kāi)始是使用感興趣區(qū)域的不同形狀以及患者的密度信息來(lái)創(chuàng)建的，與在對(duì)分段形狀的重新確定期間所使用的不同。在該背景下，將所述分段形狀限制到類似于原始形狀的形狀能夠除了計(jì)算效率之外還有以下優(yōu)點(diǎn)，所述計(jì)劃在調(diào)整之后需要通常由醫(yī)師進(jìn)行的較少的回顧。

目標(biāo)可視化單元或器件40接收具有目標(biāo)的rt計(jì)劃，計(jì)算對(duì)象的梯度或計(jì)劃參數(shù)的相關(guān)性，并且構(gòu)建諸如圖形或樞紐表的圖表42，其對(duì)目標(biāo)之間的相關(guān)性進(jìn)行可視化。例如，能夠通過(guò)樞紐表來(lái)表示所述相關(guān)性的概覽視圖。所構(gòu)建的圖表被顯示在顯示設(shè)備42上，所述顯示設(shè)備諸如是如下中的一個(gè)或多個(gè)：lcd顯示器、led顯示器、等離子顯示器、投影顯示器、觸摸屏顯示器等。所顯示的圖表為規(guī)劃者提供了在各種目標(biāo)之間的相互作用的視覺(jué)表示。所顯示的圖表包括目標(biāo)或選定目標(biāo)的指示器，以及指示相關(guān)性的類型和大小的連接器。所述連接器包括符號(hào)，例如，正相關(guān)性或負(fù)相關(guān)性，以及相關(guān)性的幅度或大小。

目標(biāo)可視化單元40通過(guò)計(jì)劃的梯度將目標(biāo)相對(duì)于由相關(guān)性函數(shù)所描述的劑量相關(guān)聯(lián)，其中，θ0是當(dāng)前參數(shù)值，oi和oj分別是第i目標(biāo)和第j目標(biāo)的參數(shù)，并且d是劑量體積值。

在另一實(shí)施例中，目標(biāo)可視化單元40通過(guò)計(jì)劃目標(biāo)關(guān)于優(yōu)化問(wèn)題的參數(shù)(諸如通量平面中的像素的強(qiáng)度值或直接機(jī)器參數(shù)中的葉片位置)的梯度進(jìn)行相關(guān)，其由相關(guān)性函數(shù)所描述，其中，θ是rt計(jì)劃的參數(shù)。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述圖表包括ct圖像或劑量體積表示。在另一實(shí)施例中，所述圖表包括由規(guī)劃者使用輸入設(shè)備選擇的交互式特征。根據(jù)相關(guān)的值利用顏色和/或紋理陰影來(lái)指示所述相關(guān)性。例如，在參數(shù)θ0的當(dāng)前值處的選定目標(biāo)的加和∑ioi，其中，o是貢獻(xiàn)于每劑量體素的目標(biāo)值的矢量，將對(duì)選定目標(biāo)的每體素貢獻(xiàn)可視化，所述選定目標(biāo)能夠被指示在ct圖像和/或劑量體積表示上。規(guī)劃者選擇目標(biāo)和選項(xiàng)以對(duì)每體素貢獻(xiàn)可視化。在另一范例中，在參數(shù)的當(dāng)前值θ0處的選定目標(biāo)的導(dǎo)數(shù)的加和對(duì)貢獻(xiàn)于目標(biāo)值的劑量體積的體素以及關(guān)于在每個(gè)體素中的劑量的目標(biāo)的靈敏度進(jìn)行可視化。規(guī)劃者選擇目標(biāo)和選項(xiàng)以對(duì)劑量體積的貢獻(xiàn)體素進(jìn)行可視化。在第三范例中，選定參數(shù)的導(dǎo)數(shù)的加和將期望劑量改變可視化為選定參數(shù)的值被改變。規(guī)劃者選擇參數(shù)，諸如通量像素或葉片位置，以及對(duì)期望劑量改變進(jìn)行可視化的選項(xiàng)。在第四范例中，選定目標(biāo)的導(dǎo)數(shù)的加和被乘以選定參數(shù)的每劑量參數(shù)其中，t表示矩陣轉(zhuǎn)置，以分析選定參數(shù)與選定目標(biāo)之間的關(guān)系。在第五范例中，目標(biāo)的兩個(gè)選定集合i和j在劑量空間中被相關(guān)聯(lián)在第六范例中，目標(biāo)的兩個(gè)選定集合i和j的導(dǎo)數(shù)的相關(guān)性對(duì)利用劑量標(biāo)度的參數(shù)的集合的改變進(jìn)行可視化。在第七范例，選定目標(biāo)的集合的導(dǎo)數(shù)的相關(guān)性對(duì)由于目標(biāo)和/或患者運(yùn)動(dòng)造成的劑量改變?chǔ)膁進(jìn)行可視化。

等劑量可視化單元或器件46對(duì)疊加在規(guī)劃圖像14上的當(dāng)前rt計(jì)劃的規(guī)劃劑量進(jìn)行可視化。例如，解剖學(xué)圖像在顯示設(shè)備44被顯示給規(guī)劃者，其中，指示來(lái)自當(dāng)前rt計(jì)劃的規(guī)劃劑量水平的等劑量曲線48被疊加在解剖學(xué)圖像上。roi邊界能夠進(jìn)一步在規(guī)劃圖像上指示。

影響區(qū)域單元或器件50使用輸入設(shè)備54從規(guī)劃者接收對(duì)當(dāng)前rt計(jì)劃的目標(biāo)的所提出的參數(shù)改變，所述輸入設(shè)備例如是以下中的一個(gè)或多個(gè)：鼠標(biāo)、鍵盤、觸摸屏顯示器、一個(gè)或多個(gè)按鈕、一個(gè)或多個(gè)開(kāi)關(guān)、一個(gè)或多個(gè)旋鈕等。當(dāng)前rt計(jì)劃具有目標(biāo)函數(shù)o(dcurr；θ)，其中，θ是具有當(dāng)前值θ0的rt計(jì)劃參數(shù)，并且所述目標(biāo)函數(shù)在當(dāng)前適當(dāng)劑量或通量之上被優(yōu)化。所述影響區(qū)域單元基于如下函數(shù)根據(jù)參數(shù)的改變來(lái)識(shí)別劑量空間中的影響區(qū)域：

其中，d是劑量體積中的體素的值，例如，在所有位置處的當(dāng)前逼近劑量。所述函數(shù)的評(píng)價(jià)提供了在劑量空間中對(duì)劑量的改變，所述劑量空間被映射到解剖學(xué)或規(guī)劃空間。例如，識(shí)別這樣的體素，針對(duì)所述體素的劑量基于函數(shù)的評(píng)價(jià)而改變。影響區(qū)域單元構(gòu)建被疊加在規(guī)劃圖像14上的影響區(qū)域的視覺(jué)表示。在顯示設(shè)備44上顯示被疊加在規(guī)劃圖像上的經(jīng)可視化的影響區(qū)域。在一個(gè)實(shí)施例中，所述顯示包括具有由等劑量可視化單元46構(gòu)建的等劑量曲線的圖像。在另一實(shí)施例中，可視地指示在劑量改變的幅度。

影響區(qū)域單元50交互地接收對(duì)個(gè)體參數(shù)的改變，并且向規(guī)劃者可視化所述改變，其允許規(guī)劃者理解參數(shù)改變的潛在影響，并且選擇提供最有益或最佳rt計(jì)劃的參數(shù)改變。所述選定參數(shù)然后被重新輸入到rt計(jì)劃單元22和修改rt計(jì)劃的預(yù)測(cè)器-校正器優(yōu)化器單元24。利用對(duì)rt計(jì)劃的每次修改，規(guī)劃者能夠利用影響區(qū)域單元50將潛在參數(shù)改變可視化作為下一步驟，并且利用目標(biāo)可視化單元40檢查目標(biāo)之間的關(guān)系。參數(shù)改變能夠包括對(duì)如權(quán)重和參考劑量的目標(biāo)參數(shù)的改變。

各種單元22、24、38、40、46、50適合由計(jì)算機(jī)或數(shù)據(jù)處理設(shè)備(例如工作站58的電子處理器或者電子或光學(xué)處理設(shè)備56)、或者由通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與工作站58操作性連接的基于-網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)器計(jì)算機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(fpga)、專用集成芯片(asic)、機(jī)械或流體計(jì)算或運(yùn)算機(jī)器、圖靈機(jī)的物理模擬等來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外，所公開(kāi)的rt規(guī)劃、優(yōu)化和可視化技術(shù)適于使用存儲(chǔ)能由電子數(shù)據(jù)處理設(shè)備讀取并且能由電子數(shù)據(jù)處理設(shè)備執(zhí)行的指令的非瞬態(tài)存儲(chǔ)介質(zhì)來(lái)實(shí)施以執(zhí)行所公開(kāi)的技術(shù)。

參考圖2，示意性圖示了預(yù)測(cè)器-校正器優(yōu)化器單元24的一個(gè)實(shí)施例。預(yù)測(cè)器-校正器優(yōu)化器單元24包括：預(yù)測(cè)單元60，其被配置為接收輻射治療計(jì)劃，所述輻射治療計(jì)劃包括當(dāng)前劑量，以及cp26的集合，每個(gè)cp具有針對(duì)mlc的葉片位置27的對(duì)應(yīng)集合，其形成離散通量平面值xcurr36的近似集合，并且計(jì)算在形式參數(shù)空間62中的劑量dcurr。一種將近似離散通量圖xcurr映射到劑量的方法是利用通量劑量分布矩陣p。針對(duì)每個(gè)cp，存在從mlc葉片位置27的集合到劑量體積d的非負(fù)映射。每個(gè)cp包括正權(quán)重γ以及葉片位置s的集合的屬性。葉片位置的集合定義利用函數(shù)xi表示的射線阻擋和通過(guò)區(qū)域，其中，所述函數(shù)在通過(guò)區(qū)域中為1，并且在阻擋區(qū)域中為0。因此，針對(duì)每個(gè)射束位置，由下式定義當(dāng)前逼近通量平面：

其中，γi是控制點(diǎn)i的正權(quán)重，并且χ,j是針對(duì)如被用在通量圖優(yōu)化(fmo)中的通量平面的每個(gè)第j位置或像素的通過(guò)函數(shù)。預(yù)測(cè)單元60計(jì)算所預(yù)測(cè)的通量平面值x^*，并且使用的目標(biāo)函數(shù)利用對(duì)應(yīng)的劑量d來(lái)計(jì)算值。在fmo中，非線性優(yōu)化算法，諸如broyden-fletcher-goldfarb-shannon算法，優(yōu)化參數(shù)x以使目標(biāo)函數(shù)值o最小化。

校正單元或計(jì)算設(shè)備64被配置為通過(guò)通過(guò)針對(duì)每個(gè)潛在cp的葉片位置的層狀圖形結(jié)構(gòu)中最低成本或最短路徑的對(duì)由所述射束位置處的控制點(diǎn)的當(dāng)前集合得到的當(dāng)前逼近通量平面值與例如使用fmo例程獲得的理想通量平面值的差x*-xcurr的校正映射來(lái)確定具有葉片位置的對(duì)應(yīng)集合的額外控制點(diǎn)。所述層狀圖使用由‖x^*-xcurr-γs‖²-‖x^*-xcurr‖²定義的成本函數(shù)，其中，γ表示未知權(quán)重，并且s表示葉片位置的未知集合。所述成本函數(shù)能夠被擴(kuò)展為包括其他參數(shù)，如分段形狀、分段開(kāi)口、以及在控制點(diǎn)之間的權(quán)重的變化。

層狀圖形單元或計(jì)算設(shè)備66構(gòu)建針對(duì)每個(gè)潛在cp的mlc中的葉片的所有可能位置的層狀圖形結(jié)構(gòu)68。在于2013年5月29日提交的序列號(hào)為ep13169709.6的歐洲臨時(shí)專利申請(qǐng)“devicefordeterminingilluminationdistributionsforimrt”更為完整地解釋了利用可能mlc葉片位置的層狀圖形結(jié)構(gòu)。所述層狀圖形能夠被應(yīng)用到靜態(tài)和動(dòng)態(tài)射束設(shè)置，例如，dmpo和vmat。所述層狀圖形結(jié)構(gòu)包括具有針對(duì)葉片對(duì)的每對(duì)位置的節(jié)點(diǎn)的層。所述層表示所有葉片對(duì)，例如針對(duì)每個(gè)葉片對(duì)的層。每個(gè)第i層表示多葉準(zhǔn)直器(mlc)的第i行中的葉片對(duì)。每個(gè)層的節(jié)點(diǎn)表示能實(shí)現(xiàn)的葉片對(duì)位置。每個(gè)節(jié)點(diǎn)由矢量br表示，其包括二元序列，其中，每個(gè)位表示具有針對(duì)通過(guò)為1并且針對(duì)被阻擋為0的值的像素或開(kāi)口。鄰近層的節(jié)點(diǎn)通過(guò)圖形邊緣來(lái)連接，向所述圖像邊緣分配第一權(quán)重er和正則化值?；谕繄D梯度的目標(biāo)函數(shù)被用于計(jì)算邊緣權(quán)重。在一個(gè)實(shí)施例中，利用層狀圖形結(jié)構(gòu)來(lái)確定多個(gè)映射或最短路徑，每個(gè)確定一cp，并且最佳cp是根據(jù)預(yù)定度量從cp中選擇。

cp管理器單元或計(jì)算設(shè)備70將具有葉片位置的對(duì)應(yīng)集合的額外或選定cp添加到cp26的集合。預(yù)測(cè)器-校正器優(yōu)化器單元24迭代地調(diào)用預(yù)測(cè)單元60和校正單元64，直到滿足用戶停止準(zhǔn)則。具有葉片位置的對(duì)應(yīng)集合的cp的集合形成經(jīng)修改的rt計(jì)劃12。在一個(gè)實(shí)施例中，cp中的一個(gè)在計(jì)算逼近通量平面值之前被從所述集合移除。在另一實(shí)施例中，確定新控制點(diǎn)的葉片位置。

參考圖3，被可視化的影響區(qū)域80的范例被圖示為疊加在等劑量曲線或示范性解剖學(xué)圖像84的顯示上。所述解剖學(xué)圖像是2dct圖像切片。等劑量曲線是其勾勒規(guī)劃的劑量的線。所述線能夠以顏色指示或者以其他方式與解剖學(xué)圖像進(jìn)行對(duì)比。影響區(qū)域利用圖案、紋理和/或顏色相比于解剖學(xué)圖像和等劑量曲線來(lái)空間地指示?；诳梢暤挠绊憛^(qū)域和選定的參數(shù)，規(guī)劃者能夠決定接受參數(shù)改變并且基于所述參數(shù)改變來(lái)修改rt計(jì)劃還是選擇另一參數(shù)。所述影響區(qū)域能夠包括空間地分離的區(qū)域。在一個(gè)實(shí)施例中，影響區(qū)域能夠從一個(gè)參數(shù)改變到另一個(gè)而被保留，并且對(duì)保留的每個(gè)影響區(qū)域進(jìn)行視覺(jué)比較。顏色標(biāo)記或其他標(biāo)識(shí)被用于識(shí)別每個(gè)影響區(qū)域。所述可視化是在規(guī)劃者與系統(tǒng)之間交互的。規(guī)劃者選擇參數(shù)值的改變，其確定影響區(qū)域，并且還選擇哪些參數(shù)改變被可視化。

參考圖4，圖示了可視化的目標(biāo)相關(guān)性圖表的范例。所述圖表包括目標(biāo)roi90的指示器，其被表示為矩形。目標(biāo)roi包括靶標(biāo)和/或oar。所述目標(biāo)矩形根據(jù)每個(gè)目標(biāo)對(duì)目標(biāo)值的加和的影響來(lái)設(shè)定大小。例如，“靶標(biāo)1”92是最大矩形，其比其他指示的目標(biāo)成比例地更多貢獻(xiàn)于目標(biāo)值的加和，并且“靶標(biāo)3”94是最小矩形，其比其他指示的目標(biāo)成比例地更少貢獻(xiàn)于目標(biāo)值的加和。針對(duì)目標(biāo)的指示能夠備選地包括其他形狀、顏色、紋理等。例如，靶標(biāo)利用第一顏色來(lái)指示并且根據(jù)針對(duì)靶標(biāo)目標(biāo)的目標(biāo)值的加和來(lái)設(shè)定大小，并且oar利用第二顏色來(lái)指示并且根據(jù)針對(duì)oar對(duì)象的目標(biāo)值的加和來(lái)設(shè)定大小。

連接器96連接所述目標(biāo)并且指示目標(biāo)之間的相關(guān)性。目標(biāo)之間的所述相關(guān)性被表示為可變長(zhǎng)度和寬度的連接線。線的連接寬度98指示所述相關(guān)性的幅度。點(diǎn)線100指示負(fù)符號(hào)的相關(guān)性。在目標(biāo)可視化單元的其他實(shí)施例中，所述連接器包括指示器，諸如不同長(zhǎng)度、面積、寬度、形狀、顏色、紋理等。備選圖表包括不同的選定目標(biāo)參數(shù)，諸如roi、權(quán)重和劑量。所述備選圖表能夠包括目標(biāo)參數(shù)的不同的相關(guān)的方面，如在參考圖1和目標(biāo)可視化單元40所討論的范例中。能夠交互地選擇目標(biāo)或目標(biāo)的子集。所述圖表能夠通過(guò)相關(guān)性的幅度、連接器的數(shù)量、和/或目標(biāo)、諸如目標(biāo)參數(shù)值和/或roi(例如靶標(biāo)或oar)的類型來(lái)過(guò)濾。

參考圖5，以流程圖示出了在rt規(guī)劃過(guò)程中對(duì)cp的迭代細(xì)化的方法的一個(gè)實(shí)施例。在步驟中或者通過(guò)模塊110，接收近似輻射治療(rt)計(jì)劃。所述rt計(jì)劃包括當(dāng)前逼近劑量dcurr以及控制點(diǎn)的匯集。每個(gè)控制點(diǎn)包括多葉準(zhǔn)直器的葉片位置的對(duì)應(yīng)集合。葉片位置的集合逼近離散通量平面值xcurr。

在步驟中或者由模塊112來(lái)計(jì)算通量平面值x*的預(yù)測(cè)集合。離散通量圖是基于在所述集合中的每個(gè)cp的。在一個(gè)實(shí)施例中，在計(jì)算所述逼近通量平面值之前，在所述集合中的cp中的一個(gè)被選擇并且被移除。所述選擇能夠包括在每次迭代中的有序的選擇，使得cp中的每個(gè)在迭代中被從cp的集合上移除，例如，針對(duì)每次迭代和多個(gè)迭代移除一個(gè)cp。

在步驟中或者通過(guò)模塊114來(lái)確定具有葉片位置的對(duì)應(yīng)集合的額外控制點(diǎn)。通過(guò)對(duì)當(dāng)前逼近通量與預(yù)測(cè)通量的差x*-xcurr的校正映射來(lái)確定額外的cp。所述映射是通過(guò)在針對(duì)每個(gè)潛在cp的葉片位置的層狀圖形結(jié)構(gòu)中的最低成本或最短路徑的。具有葉片位置的對(duì)應(yīng)集合的額外cp被添加到cp的集合，其形成針對(duì)下一次迭代的cp的集合。

在步驟中或者通過(guò)模塊116，重復(fù)步驟，直到滿足預(yù)定的停止準(zhǔn)則。例如，所述停止準(zhǔn)則能夠包括若干次迭代，和/或當(dāng)前目標(biāo)函數(shù)值的差的閾值改變。應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，盡管關(guān)于輻射治療進(jìn)行了描述，但是所述方法還能夠應(yīng)用于針對(duì)各種工業(yè)、制造或其中利用選定輻射射束來(lái)輻照無(wú)生命對(duì)象的其他用途的規(guī)劃輻照。

參考圖6，以流程圖示出了對(duì)影響區(qū)域進(jìn)行可視化的方法的一個(gè)實(shí)施例。在步驟中或者通過(guò)模塊120，接收在目標(biāo)函數(shù)o(d；θ)中具有當(dāng)前參數(shù)值θ0的輻射計(jì)劃參數(shù)θ的改變。所述值是從輸入設(shè)備接收的。所述參數(shù)值是輻射治療計(jì)劃的值，其包括劑量空間以及多個(gè)計(jì)劃目標(biāo)參數(shù)，諸如感興趣區(qū)域、劑量水平、以及目標(biāo)的相對(duì)權(quán)重。所述目標(biāo)函數(shù)o是在通量或劑量上優(yōu)化的。

在劑量空間中的影響區(qū)域是在步驟中或者通過(guò)模塊122基于如下函數(shù)根據(jù)參數(shù)的改變來(lái)識(shí)別的：其中，d是劑量體積。對(duì)在所述感興趣區(qū)域的至少一個(gè)上的影響區(qū)域效果進(jìn)行可視化。例如，在一個(gè)或多個(gè)roi上指示影響區(qū)域效果的數(shù)值表示和/或突出顯示的空間位置。在另一實(shí)施例中，所述可視化包括影響區(qū)域效果的劑量測(cè)定量度的表格顯示。

在步驟中或者通過(guò)模塊124，顯示對(duì)影響區(qū)域的視覺(jué)表示。所述顯示能夠包括被疊加在等劑量曲線和規(guī)劃圖像和/或roi的顯示上的可視化的表示。所述顯示能夠包括表格顯示。所述顯示能夠被限于roi中的一個(gè)或多個(gè)。

參考圖7，以流程圖示出了對(duì)rt計(jì)劃目標(biāo)關(guān)系進(jìn)行可視化的方法的一個(gè)實(shí)施例。在步驟中或者通過(guò)模塊130，接收輻射治療計(jì)劃，其包括當(dāng)前劑量或劑量體素d、以及計(jì)劃目標(biāo)。

在步驟中或者通過(guò)模塊132，選擇計(jì)劃目標(biāo)或計(jì)劃參數(shù)的一個(gè)或多個(gè)集合。例如，所有計(jì)劃目標(biāo)能夠被選擇作為默認(rèn)設(shè)置。在另一范例中，所述計(jì)劃目標(biāo)的一個(gè)或多個(gè)子集由規(guī)劃者交互地選擇，如參考圖1和目標(biāo)可視化單元40所討論的。

相關(guān)性的類型是在步驟中或者通過(guò)模塊134來(lái)選擇的。相關(guān)性類型能夠包括要如何將選定的目標(biāo)或參數(shù)相關(guān)。例如，在目標(biāo)之間的一種相關(guān)性能夠包括計(jì)劃目標(biāo)關(guān)于劑量的梯度以及函數(shù)其中，θ0是當(dāng)前參數(shù)值，oi和oj分別是目標(biāo)，并且d是劑量體積。在另一范例中，所述相關(guān)性包括所述計(jì)劃目標(biāo)關(guān)于優(yōu)化問(wèn)題的參數(shù)(諸如通量平面中的像素的強(qiáng)度值或者在直接機(jī)器參數(shù)的葉片位置)的梯度以及函數(shù)其中，θ是優(yōu)化問(wèn)題的參數(shù)。參考圖1和目標(biāo)可視化單元40論述了其他范例。所述相關(guān)性是在步驟中或者通過(guò)模塊136利用選定相關(guān)性類型和選定目標(biāo)和/或參數(shù)來(lái)計(jì)算的。

在步驟中或者由模塊138構(gòu)建的圖表中可視化所計(jì)算的相關(guān)性和選定的目標(biāo)。所述圖表能夠包括圖形或樞紐表，其空間地和/或數(shù)字地對(duì)所述相關(guān)性進(jìn)行可視化。例如，所述圖表包括針對(duì)每個(gè)計(jì)劃目標(biāo)的第一指示器類型，諸如相對(duì)于每個(gè)目標(biāo)對(duì)目標(biāo)值的加和的影響設(shè)定大小的矩形，以及針對(duì)每個(gè)相關(guān)性的第二指示器類型，諸如在相關(guān)聯(lián)的目標(biāo)之間連接的線，其相對(duì)于相關(guān)性的符號(hào)和幅度設(shè)定大小和形狀。經(jīng)可視化的圖表在步驟中或者由模塊140被顯示在顯示設(shè)備上。

所述方法的步驟被設(shè)想用于向?qū)ο蟮倪x定區(qū)域應(yīng)用輻射的外部射束，其包括限定的部分以接收輻射暴露的至少期望水平，而其他限定部分接收最小化的劑量。例如，食物和/或食物包裝的表面被輻照，同時(shí)使對(duì)食物的輻照最小化。在另一范例中，能夠精確的形狀來(lái)形成由輻照形成的交叉鏈接的聚合物，其中將輻射射束選擇性應(yīng)用到預(yù)交叉鏈接的聚合物解，例如，管道形成。

應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，結(jié)合在本文中所提出的具體例示性實(shí)施例描述了特定的結(jié)構(gòu)和/或函數(shù)特征，如被并入在限定的元件和/或部件中。然而，應(yīng)當(dāng)設(shè)想到，這些特征出于相同或相似的益處還可以類似地在合適時(shí)被并入到其他元件和/或部件中。應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，可以選擇性地采用示例性實(shí)施例的不同方面，作為適于實(shí)現(xiàn)適于期望的應(yīng)用的其他備選實(shí)施例，所述其他備選實(shí)施例因此實(shí)現(xiàn)在本文中并入的各方面的各自優(yōu)點(diǎn)。

還應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，在本文中所描述具體的單元、器件、元件或部件可以使其功能適于經(jīng)由硬件、軟件、固件或者其組合來(lái)實(shí)施。另外，應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，在本文中所描述的特定元件(如被合并在一起的)可以在合適的環(huán)境下是分立元件或以其他方式分離的。類似地，多個(gè)具體功能被描述為由一個(gè)具體元件執(zhí)行，可以由多個(gè)分立元件執(zhí)行，其獨(dú)立地動(dòng)作，以執(zhí)行個(gè)體功能，或者特定的個(gè)體功能可以被分開(kāi)并且由一致動(dòng)作的多個(gè)分立的元件來(lái)執(zhí)行。備選地，在本文中以其他方式所描述的和/或所示的與彼此相區(qū)別的一些元件或部件可以在合適的情況下被物理地或者功能地組合。

簡(jiǎn)言之，已經(jīng)參考優(yōu)選實(shí)施例闡述了本說(shuō)明書。很明顯，他人在閱讀了理解了前文的詳細(xì)描述后將想到多種修改和變動(dòng)。目的是，本發(fā)明被解讀為包括全部這樣的修改和變動(dòng)，只要它們落入所附權(quán)利要求或其等價(jià)方案的范圍內(nèi)。換言之，應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，各種上文所公開(kāi)的和其他特征與功能，或者其備選，可以被期望地組合到許多其他不同的系統(tǒng)或應(yīng)用中，并且同樣地，在本文中的各種當(dāng)前未預(yù)見(jiàn)或者未預(yù)料的備選、修改、變形或改善可以隨后由本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)完成，類似地，其旨在由隨附權(quán)利要求來(lái)涵蓋。