本發(fā)明涉及放射療法計(jì)劃，并且具體地涉及用于產(chǎn)生涉及在flash條件下放射的治療計(jì)劃的放射療法治療計(jì)劃的方法、用于執(zhí)行這種計(jì)劃的計(jì)算機(jī)程序和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以及用于將這種治療遞送給患者的放射療法遞送系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、放射療法治療總是涉及將劑量遞送到靶區(qū)之外的健康組織或遞送到危險(xiǎn)器官，因此總是存在健康器官或組織被放射傷害的風(fēng)險(xiǎn)。一種似乎涉及較少不良傷害的新興治療方法是flash療法，它涉及以比常規(guī)療法高得多的劑量率，例如70gy/s進(jìn)行治療。在與flash相關(guān)的文獻(xiàn)中，建議了劑量率的各種下限，諸如至少40gy/s或50gy/s。例如，如果要以70gy/s的劑量率遞送20gy的劑量，則整個(gè)劑量將在0.29s內(nèi)遞送。相比之下，常規(guī)放射療法治療以低得多的劑量率進(jìn)行遞送，常規(guī)放射療法治療的典型劑量率是每分鐘幾個(gè)gy。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，使用flash療法，特定劑量對(duì)健康組織造成的傷害低于常規(guī)療法，而對(duì)靶區(qū)的效應(yīng)，即腫瘤組織響應(yīng)，保持不變，盡管其背后的機(jī)制尚未完全得到理解。

2、vozenin等人：在小的豬和貓癌癥患者中證實(shí)了flash放射療法的優(yōu)勢，halid：hal-01812514，https://hal-univ-rennes1.archives-ouvertes.fr/hal-01812514v2證實(shí)了正常組織和接受flash療法的腫瘤之間的差異效應(yīng)，這種差異效應(yīng)之前已在小鼠身上得到證實(shí)，也可以在豬和貓身上看到。

3、在flash條件下向危險(xiǎn)器官遞送的劑量造成系數(shù)可能約為30%的較小的傷害。因此，對(duì)危險(xiǎn)器官的等效有害劑量高于物理劑量，在本例中為物理劑量的1/0.7倍。

4、已公布的美國專利申請(qǐng)no.?2019/0022411也涉及flash療法，據(jù)說該療法在相同劑量下可減少副作用。提到了40gy/s或更高的劑量率，最高超過500gy/s，允許在幾分之一秒內(nèi)遞送劑量分?jǐn)?shù)。放射可以通過多個(gè)來自不同角度的射束來遞送。討論了在靶區(qū)附近重疊射束的問題，導(dǎo)致存在重疊區(qū)域的劑量高于所需的劑量。計(jì)劃方法的重點(diǎn)是通過考慮患者和靶區(qū)的幾何形狀以及射束角度，使靶區(qū)外射束之間的重疊最小化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供通過減少對(duì)健康組織的傷害同時(shí)維持靶區(qū)中的反應(yīng)以最佳可能方式利用該療法形式的積極效果的flash療法。

2、本發(fā)明涉及一種為患者創(chuàng)建放射療法治療計(jì)劃的基于計(jì)算機(jī)的方法，所述計(jì)劃涉及作為至少第一射束被提供以使得放射中的一部分將作為flash放射被遞送的flash療法，所述方法包括定義期望的劑量分布，該期望的劑量分布包括靶區(qū)劑量處方，并且使用優(yōu)化問題來優(yōu)化計(jì)劃，該優(yōu)化問題被設(shè)計(jì)為使至至少一個(gè)危險(xiǎn)器官的劑量最小化，同時(shí)使到至少一個(gè)危險(xiǎn)器官的劑量的flash部分最大化，同時(shí)遵守靶區(qū)劑量處方。

3、如下文將解釋的，當(dāng)向患者遞送flash療法時(shí)，由于劑量遞送的性質(zhì)，放射劑量中的一部分將以較低的非flash劑量率被遞送至每個(gè)體素?？傆行┝浚╰ed）被定義為flash部分和非flash部分的等有效劑量之和。如上所述，flash劑量涉及比常規(guī)療法高得多的劑量率，例如，40gy/s或50gy/s甚至高達(dá)500gy/s以上。這意味著可以比常規(guī)療法快得多地為患者遞送典型劑量。由于對(duì)相同劑量而言在flash條件下遞送的放射對(duì)組織的傷害比常規(guī)的非flash放射對(duì)組織的傷害更低，因此本發(fā)明旨在使放射中的在flash條件下遞送到至少一個(gè)危險(xiǎn)器官的那部分最大化。假設(shè)劑量保持不變，這將最大限度地減輕對(duì)危險(xiǎn)器官的傷害。同時(shí)，優(yōu)化還必須確保靶區(qū)接受規(guī)定的劑量。

4、劑量計(jì)劃的一個(gè)關(guān)鍵因素是如何在患者體內(nèi)實(shí)現(xiàn)與所需劑量分布最匹配的期望的劑量分布。與僅考慮患者幾何形狀和射束幾何形狀以避免射束之間的重疊相比，基于劑量分布的優(yōu)化通常實(shí)現(xiàn)更優(yōu)化的劑量分布。因此，根據(jù)本發(fā)明的方法將產(chǎn)生比現(xiàn)有技術(shù)中已知的方法更好的治療計(jì)劃。

5、如下文將要討論的，劑量遞送的劑量率和時(shí)間結(jié)構(gòu)兩者對(duì)于實(shí)現(xiàn)flash療法的效果都很重要。

6、在采用質(zhì)子放射的優(yōu)選實(shí)施例中，優(yōu)化問題被定義為針對(duì)相對(duì)生物有效性rbe劑量進(jìn)行優(yōu)化。rbe是特定劑量相對(duì)于參考劑量所造成的傷害的量度，對(duì)于不同類型的放射，以及對(duì)于flash和非flash而言，rbe是不同的。對(duì)于非flash條件下的光子，rbe為1。對(duì)于非flash質(zhì)子療法，目前的臨床實(shí)踐對(duì)我們來說是因子1.1，這意味著作為非flash質(zhì)子放射遞送的70gy對(duì)應(yīng)于作為非flash光子放射遞送的77gy。

7、在一些實(shí)施例中，優(yōu)化問題包括被設(shè)計(jì)為最大化計(jì)劃的flash部分的目標(biāo)函數(shù)。或者，優(yōu)化問題包括旨在使計(jì)劃的非flash部分最小化的目標(biāo)函數(shù)。如將理解的，這只是表達(dá)相同目標(biāo)的兩種不同方式，因?yàn)榭倓┝繉⑹莊lash部分和非flash部分的總和。

8、優(yōu)化問題可以，視情況而定被設(shè)計(jì)為通過優(yōu)化或選擇以下一項(xiàng)或多項(xiàng)最大化flash部分或最小化非flash部分：

9、·斑點(diǎn)尺寸

10、·斑點(diǎn)形狀

11、·斑點(diǎn)布置

12、·斑點(diǎn)重量

13、·針對(duì)能量、射束的數(shù)量和/或射束的方向的射束布置

14、替代地或另外地，優(yōu)化問題可以被定義為通過優(yōu)化或選擇通過優(yōu)化或選擇掃描斑點(diǎn)的順序來最大化flash部分或最小化非flash部分。

15、可以優(yōu)化具有至少第一射束和第二射束的計(jì)劃，這兩個(gè)射束都包括flash部分。這些可以通過可旋轉(zhuǎn)機(jī)架或通過彼此以一定角度定位的兩個(gè)放射源來遞送。在后一種情況下，可以將兩個(gè)射束以非常短的間隔在它們之間加以遞送，以增強(qiáng)flash效果。

16、還可以優(yōu)化包括至少第一射束和第二射束的計(jì)劃，其中第一射束包括flash部分，而第二射束僅包括常規(guī)的非flash放射。在這種情況下，優(yōu)化問題優(yōu)選地被布置為最小化來自至少一個(gè)危險(xiǎn)器官中的第一射束和第二射束的flash療法部分和常規(guī)療法部分兩者的總有效劑量。

17、本發(fā)明還涉及一種包括計(jì)算機(jī)可讀代碼的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，當(dāng)該計(jì)算機(jī)可讀代碼在計(jì)算機(jī)的處理器中運(yùn)行時(shí)，該計(jì)算機(jī)可讀代碼將使處理器執(zhí)行根據(jù)上述任一實(shí)施例的方法。計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品可以包括具有存儲(chǔ)在其上的代碼的非暫時(shí)性存儲(chǔ)裝置。本發(fā)明還涉及一種包括處理器、至少一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中程序存儲(chǔ)器包括這種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。

18、本發(fā)明還涉及一種用于對(duì)患者遞送放射療法治療的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括放射源。放射源可以以任何合適的方式布置，例如在機(jī)架中或通過固定的射束線來實(shí)現(xiàn)，其中放射源被布置成以足夠高的劑量率提供放射以向患者提供flash治療，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括用于控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)包括處理器和存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器包括通過上述方法的實(shí)施例獲得的治療計(jì)劃。

技術(shù)特征：

1.一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（31），包括程序存儲(chǔ)器（36），其特征在于，所述程序存儲(chǔ)器包括計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，所述計(jì)算機(jī)產(chǎn)品被布置為執(zhí)行為患者（81）創(chuàng)建放射療法治療計(jì)劃的基于計(jì)算機(jī)的方法，所述計(jì)劃涉及作為至少第一射束被提供的flash療法，以使得放射中的一部分將作為具有比40gy/s更高劑量率的flash放射被遞送，所述方法包括定義包括靶區(qū)劑量處方的期望劑量分布，其特征在于使用優(yōu)化問題來優(yōu)化所述計(jì)劃的步驟，所述優(yōu)化問題被設(shè)計(jì)為在遵守所述靶區(qū)劑量處方的同時(shí)使到至少一個(gè)危險(xiǎn)器官的flash部分最大化，其中，所述優(yōu)化問題被設(shè)計(jì)為考慮作為放射的劑量率和時(shí)間結(jié)構(gòu)這兩者的函數(shù)的flash效應(yīng)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中，所述優(yōu)化問題包括被設(shè)計(jì)為使所述計(jì)劃的flash部分最大化的目標(biāo)函數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中，所述優(yōu)化問題包括被設(shè)計(jì)為使所述計(jì)劃的非flash部分最小化的目標(biāo)函數(shù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中，所述優(yōu)化問題被定義為通過優(yōu)化或選擇斑點(diǎn)尺寸、斑點(diǎn)形狀和/或斑點(diǎn)布置來使所述flash部分最大化或使所述非flash部分最小化。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中，所述優(yōu)化問題被定義為通過優(yōu)化或選擇以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng)來使所述flash部分最大化或使所述非flash部分最小化：

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中，所述優(yōu)化問題被定義為通過優(yōu)化或選擇通過優(yōu)化或選擇掃描斑點(diǎn)的順序來使flash分量最大化或使非flash分量最小化。

7.根據(jù)權(quán)利要求1或?2所述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中，所述計(jì)劃包括至少第一射束和第二射束，每個(gè)射束作為flash放射被遞送。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中，所述計(jì)劃涉及包含flash療法部分的第一射束和僅包含常規(guī)療法的第二射束，所述優(yōu)化問題被布置為使來自至少一個(gè)危險(xiǎn)器官中的第一射束和第二射束的flash療法部分和常規(guī)療法部分兩者的總有效劑量最小化。

9.一種其上存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)可讀代碼的非暫時(shí)性存儲(chǔ)裝置，當(dāng)在計(jì)算機(jī)（36）中的處理器（33）中運(yùn)行時(shí)，所述計(jì)算機(jī)可讀代碼將導(dǎo)致所述處理器執(zhí)行權(quán)利要求1-8中的任一項(xiàng)所述的基于計(jì)算機(jī)的方法步驟。

10.一種用于向患者遞送放射療法治療的系統(tǒng)（80），所述系統(tǒng)包括機(jī)架（87）中的放射源（85），其中所述放射源被布置成以足夠高的劑量率提供放射以向患者提供flash治療，所述系統(tǒng)還包括用于控制所述系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)（91），所述計(jì)算機(jī)包括處理器，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)包括存儲(chǔ)器，所述存儲(chǔ)器包括通過根據(jù)權(quán)利要求1-8中的任一項(xiàng)所述的基于計(jì)算機(jī)的方法獲得的治療計(jì)劃。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及用于放射療法計(jì)劃的方法、計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以及放射療法遞送系統(tǒng)。一種用于實(shí)現(xiàn)FLASH放射療法治療計(jì)劃的放射療法治療計(jì)劃方法，該方法涉及使用優(yōu)化問題來優(yōu)化計(jì)劃，所述優(yōu)化問題旨在使放射中的將在FLASH條件下特別是向危險(xiǎn)器官遞送的部分最大化，以最小化對(duì)所述危險(xiǎn)器官的傷害。

技術(shù)研發(fā)人員：埃里克·特拉內(nèi)烏斯,謝爾·埃里克松,比約恩·哈爾德馬克
受保護(hù)的技術(shù)使用者：光線搜索實(shí)驗(yàn)室公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19