[发明专利]用于基于离子的放射疗法治疗计划的系统

说明书

一种用于基于离子的放射疗法治疗计划的方法，该方法用于避免将剂量递送到远端的有风险的器官，从第一射束角观察，所述有风险的器官位于标靶的后面，该方法包括限定优化函数，该优化函数包括与治疗计划的至少一个期望特性相关的至少一个目标函数，其中，所述目标函数涉及对参数τ进行限制，所述参数τ限定到达有风险的器官的离子的总数τ_OAR相对于离子的总数τ_a的分数。此外，在计算τ时可以假定有不同的密度，这将使得该计划在密度扰动方面更具有鲁棒性。

技术领域

本发明涉及一种用于基于离子的放射疗法治疗计划的系统和方法。

背景技术

在任何放射疗法治疗计划中，主要目标是确保对标靶体积(例如肿瘤) 实现规定的剂量(例如，统一剂量)，同时将对患者其他部位——并且尤其是对处于风险中的器官(OAR)——的剂量最小化。通常，治疗计划涉及从不同的射束角传递辐射。在本文中，术语有风险的器官、处于风险中的器官和OAR被视为同义词。

在质子治疗中，剂量是通过质子行进透过患者的组织时沉积其能量的方式来递送给患者的。每个质子将行进的距离取决于质子的能量。所述能量的大部分沉积在每个质子轨迹的末端附近，在沉积的能量中得到的峰被称为布拉格峰，在该布拉格峰处，将递送最高的剂量。因此，剂量计划通常尝试将入射质子的方向和动能进行分配，以便使布拉格峰存在于标靶的所有部分中。布拉格峰恰好出现在质子的迹线末端(track end)之前，质子在迹线末端停下来。由于能量损失过程的随机性，因此具有相同入射方向和动能的质子在它们停止之前将经受不完全相同的能量损失和偏转。因此，布拉格峰在其最大值附近扩大为小的3D体积。一些质子的迹线末端位于布拉格峰的上游，而某些质子的迹线末端位于布拉格峰的下游。

在远端OAR，即在质子轨迹方向上位于标靶之后的有风险的器官的位置，会出现问题。风险是，朝着远端OAR方向行进的且其布拉格峰位于OAR 附近的一些质子会到达OAR中并将其能量的一部分沉积在OAR中。此外，设定误差和密度变化可能会影响治疗，从而使布拉格峰移至OAR而不是标靶。在笔形射束扫描治疗计划的常规计划中，通常，权重最高的能量层是每个射束的最远端的能量层。因此，在远端的有风险的器官靠近标靶的情况下，覆盖整个标靶的愿望与保护所述有风险的器官的需求之间的冲突会加强。

同样，RBE因子在迹线末端处增加，这意味着，与在较浅深度处沉积的相同量的能量相比，朝向迹线末端沉积的能量具有更大的生物学效应。这导致质子剂量场的有效范围增加。RBE因子的大小是不确定的，并且通常是未知的，并因此很难包含在计算中。

已经尝试解决这些问题。例如，可以使用鲁棒性优化方法。还可以通过限定在临床标靶体积CTV周围的边际来提高鲁棒性。经扩展的体积被称为 PTV，并且通常是在计划期间所规定的剂量的体积。另一种方法是以避开远端的有风险的器官的方式来选择射束角。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于离子的放射疗法治疗计划的方法和系统，所述方法和系统将避免向有风险的器官递送剂量，同时保持对标靶器官的期望的剂量。

本发明提出了一种对放射疗法治疗计划进行优化的方法，所述方法涉及使离子至少从第一射束角和第二射束角向患者的一部分递送能量，所述方法包括将优化函数应用于一组患者数据的步骤。所述优化函数包括惩罚函数，所述惩罚函数诸如为目标函数或约束，所述惩罚函数涉及对参数τ进行限制，所述参数τ限定一个或多个射束中的到达有风险的器官的离子的总数τ_OAR相对于所述一个或多个射束中的离子的总数τ_a的分数。