ИНТЕРАКТИВНЫЙ КОМПЬЮТЕРИЗОВАННЫЙ РЕДАКТОР ДЛЯ КОМПЕНСАТОРОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В ПЛАНИРОВАНИИ ЛУЧЕВОЙ ТЕРАПИИ Российский патент 2015 года по МПК G06T17/00 A61N5/10 

Настоящая заявка находит практическое применение в системах планирования лучевой терапии (RTP). Однако будет понятно, что описываемая(-ые) методика(-и) также может(-гут) найти применение в системах планирования терапии других типов, других системах компьютеризированного редактирования и/или в других терапевтических приложениях.

В терапии протонами и тяжелыми ионами частицы обладают свойством «остановки» в среде на определенной глубине в зависимости от энергии и свойств среды, частицы и механизма доставки. Максимальная доза, доставляемая в среду, доставляется на так называемом «брэгговском максимуме» в конце диапазона частиц.

В терапии протонами и пучками ионов компенсатор обычно размещается между источником излучения и субъектом. Компенсатор производится специально для каждого пациента. Обычно он имеет форму слоя плексигласа с различной толщиной в различных областях с целью осуществления компенсации в различных тканях между пучком и целью при различных углах пучка таким образом, чтобы единообразная доля излучения доставлялась в цель, то есть в положение брэгговского максимума на цели.

При расширенном планировании лучевой терапии пучками излучения компенсатор проектируется индивидуально для каждого пациента с целью настройки дозы излучения, доставляемой пациенту. Первоначальная конструкция обычно рассчитывается и оптимизируется в системе планирования лечения и отображается с матричной формой представления значений толщины для компенсатора. Матрица обеспечивает небольшую полезную обратную связь для пользователя в отношении конструкции компенсатора. Обычно пользователь может изменять значения любого отдельного пикселя путем ввода в табличном формате. Однако данные изменения сложно регламентировать и выразить количественно. Пользователю может быть желательно редактировать компенсатор по таким причинам, как: устранение холодных или горячих точек доз излучения у пациента; ослабление градиента между соседними пикселями, который, в случае если он является слишком резким, может вызвать обширные изменения в дозе, доставляемой в целевые или подверженные риску органы в случае небольших ошибок в положении пациента; расширение или сужение формы компенсатора для большего или меньшего покрытия целевого органа; или поскольку распределение доз, обеспечиваемое первоначальным компьютерным алгоритмом, является неприемлемым.

Протонная и ионная терапия имеет множество клинических преимуществ по сравнению, например, с фотонами гамма-излучения. Протонные и ионные пучки могут быть объединены новыми способами с целью доставки единообразного распределения доз в сложную цель в среде. Одной из таких методик является так называемая методика "корректирующего поля", в которой два или более пучков являются, по существу, перпендикулярными друг другу. Например, "сквозной" пучок излучается в продольном направлении, и "корректирующий" пучок излучается в поперечном направлении. Механические свойства корректирующего и сквозного пучков настраиваются для обеспечения единообразия дозы в области перекрытия, то есть в цели. Корректирующая система является известной методикой в лучевой терапии. Однако инструменты реализации и оптимизации данной методики не находятся на высоком уровне.

В частности, в основанной на ионах или протонах терапии (в дальнейшем обобщенно называемой «ионной терапией») первоначальная конструкция обычно рассчитывается и оптимизируется в системе планирования лечения с единственной целью - согласования дозы с наружной границей целевой ткани. Это ограничивает возможности пользователя по формированию распределения дозы от источника ионной терапии для пациента. Несмотря на то что пиксели компенсатора могут быть отредактированы вручную, такое редактирование основано на методе проб и ошибок и могло бы считаться подходом перспективного планирования в проектировании компенсатора. Первоначальная конструкция компенсатора в ионной терапии может не быть идеальной при рассмотрении множества факторов. Например, если целевая ткань находится в непосредственной близости к подверженному риску органу (OAR), то единообразное покрытие цели может привести к проникновению слишком большой дозы в OAR. Кроме того, любые границы, которые добавляются к форме цели, могут также вызывать возрастание дозы в пределах OAR. В идеальном случае пользователь может захотеть исследовать определенные компромиссные соотношения распределения доз для цели относительно доз для окружающих тканей.

Покрытие сложной цели является еще одной основной проблемой планирования лечения лучевой терапией. Доза радиации, доставляемая к целевой структуре, должна быть адекватной, при этом доза для соседних подверженных риску органов должна быть минимизирована. В случае, когда цель имеет сложную форму, для покрытия отдельных частей цели может быть использовано множество пучков. В этом случае перекрытие доз от пучков может создать нежелательные горячие точки и уменьшить единообразие в пределах целевой ткани.

В технике имеется неудовлетворенная потребность в системах и способах, способствующих интерактивному отображению компенсатора в 3 измерениях, включая анатомию пациента и распределение доз, для помощи пользователю в ручной настройке пикселей компенсатора и т.п., посредством чего устраняются отмеченные выше недостатки.

В соответствии с одним из аспектов, система, способствующая оптимизации сгенерированной компьютером 3D-модели компенсатора для использования в планировании лечения лучевой терапией, включает в себя графический интерфейс пользователя (GUI), включающий в себя дисплей и устройство пользовательского ввода, и процессор, который выполняет исполнимые компьютером команды, хранящиеся в запоминающем устройстве. Команды включают в себя отображение на дисплее для пользователя модели компенсатора, прием пользовательского ввода с устройства пользовательского ввода, содержащего редактирование модели компенсатора, оптимизацию модели компенсатора на основании пользовательского ввода и сохранение оптимизированной модели компенсатора в запоминающем устройстве или на машиночитаемом носителе информации.

В соответствии с другим аспектом, способ компьютеризированной оптимизации модели для компенсаторов, используемых в лечении лучевой терапией, включает в себя отображение модели компенсатора на изображении анатомической области пациента, прием пользовательского ввода с редактированием модели компенсатора и обновление модели компенсатора на основании пользовательского ввода. Команды также включают в себя сохранение обновленной модели компенсатора в запоминающем устройстве или на машиночитаемом носителе информации.

В соответствии с другим аспектом, способ оптимизации распределения доз облучения для имеющего неправильную форму образования у пациента в условиях уменьшения дозы облучения для близлежащего органа включает в себя идентификацию поперечного и продольного сечений компьютеризированной модели целевого образования и соединения между поперечным и продольным сечениями, и создание виртуального разреза модели вдоль соединения. Способ также включает в себя итерационную настройку контуров поперечного и продольного сечений с целью оптимизации распределения доз облучения и отображение распределения доз, наложенного на изображение пациента, которое содержит целевое образование, для оценки пользователем во время оптимизации распределения доз.

Одним из преимуществ является улучшение производства компенсаторов.

Еще одно преимущество заключается в минимизации не являющейся необходимой дозы облучения для пациента.

Еще одно преимущество заключается в упрощении конструкции компенсатора, что повышает точность конструкции.

Другие преимущества предмета изобретения будут ясны специалистам в данной области техники после прочтения и понимания приведенного ниже подробного описания.

Чертежи приведены только в целях иллюстрации различных аспектов и не являются ограничением.

Фиг.1 иллюстрирует систему для редактирования компенсатора, используемого во время планирования лучевой терапии и выдачи дозы облучения к пациенту.

Фиг.2 представляет собой пример графического интерфейса пользователя (GUI) для редактирования компенсатора, например такого, как показан на изображении на фигуре 1.

Фиг.3 представляет собой пример GUI для редактирования компенсатора, который включает в себя имеющее, по существу, L-образную форму целевое образование в черепе пациента, при этом образование разделено на сквозную (продольную) область и корректирующую (поперечную) область, которые будут отдельно облучаться во время лечения лучевой терапией.

Фиг.4 представляет собой снимок экрана с GUI, демонстрирующий иерархически организованную модель виртуального компенсатора, которая содержит множество пикселей.

Фиг.5 представляет собой снимок экрана с GUI, на котором имеющее, по существу, L-образную форму целевое образование размещено в непосредственной близости от подверженного риску органа.

Фиг.6 представляет собой снимок экрана с GUI, содержащий инструмент «корректирования», который пользователь выбирает для того, чтобы процессор по фиг.1 выполнял алгоритмы конфигурации пучков и настраивал данные конфигурации пучков с целью генерации данных корректирующего пучка и данных сквозного пучка, которые используются для облучения корректируемой части целевого образования и сквозной части образования соответственно.

Фиг.7 представляет собой снимок экрана с GUI, показывающий распределение доз облучения в корректируемой части и сквозной части, в условиях предохранения органа, до выполнения системой алгоритма корректирования.

Фиг.8 представляет собой снимок экрана с GUI, показывающий оптимизированное распределение доз облучения в корректируемой части и сквозной части, в условиях предохранения органа, после выполнения системой алгоритма корректирования.

Фиг.9 иллюстрирует способ компьютеризированного редактирования 3D-модели компенсатора, в соответствии с различными аспектами, изложенными в настоящем документе.

Фиг.10 иллюстрирует способ оптимизации распределения дозы облучения для имеющего неправильную форму образования в условиях уменьшения нежелательного облучения для близлежащего органа и т.п., в соответствии с различными аспектами, изложенными в настоящем документе.

Фиг.11 иллюстрирует способ выполнения обратной оптимизации и проектирования компенсаторов, используемых в лечении лучевой терапией, в соответствии с различными аспектами, изложенными в настоящем документе.

Системы и способы, описанные в настоящем документе, в одном из вариантов осуществления относятся к компьютеризированной системе, которая отображает распределение доз пучка лучевой терапии, наложенное на проекцию пикселей компенсатора и анатомическое строение пациента для получения подробной визуализации. Кроме того, представлены инструменты редактирования для настройки и редактирования компенсатора на основании намерений пользователя, при этом изменения в распределении доз отображаются интерактивно.

В другом варианте осуществления, компьютеризированный алгоритм принимает в расчет форму цели, дозу пучка и свойства доставляемых частиц с целью обеспечения единообразного распределения доз. Графический интерфейс пользователя и инструменты редактирования способствуют манипуляциям с параметрами пучка для обеспечения приемлемого облучения цели.

В другом варианте осуществления представлены компьютеризированные инструменты редактирования и алгоритмы для проектирования и оптимизации компенсатора. Алгоритмы принимают в расчет заданные пользователем цели и/или задачи относительно желаемой дозы для пациента, цели и окружающих тканей в основанной на протонах и ионах терапии.

Фиг.1 иллюстрирует систему 10 для редактирования компенсатора, используемого во время планирования лучевой терапии и выдачи дозы облучения пациенту. Система включает в себя процессор 12, который выполняет, и запоминающее устройство 14 или другой машиночитаемый носитель информации, на котором хранятся выполнимые компьютером команды для исполнения различных способов и/или методик, описанных в настоящем документе. Процессор и запоминающее устройство соединены друг с другом через шину 15, которая также соединена с устройством отображения 16 (например, устройством компьютерной томографии, устройством магнитно-резонансной визуализации, устройством ядерного сканирования и т.д.) и дисплеем 18. Устройство отображения генерирует данные сканирования для субъекта или пациента, которые восстанавливаются процессором восстановления с целью генерации данных 20 изображения пациента, которые хранятся в запоминающем устройстве 14 и отображаются на дисплее 18. В одном из вариантов осуществления процессор(-ы) включает(-ют) в себя процессор восстановления, который выполняет алгоритмы восстановления и т.п.

В запоминающем устройстве 14 также хранятся одна или более моделей 22 компенсатора. Пользователь выбирает модель 22 компенсатора с использованием инструмента редактирования 24, который может включать в себя мышь, сенсорное перо, клавиатуру или другое устройство ввода. В запоминающем устройстве также хранятся данные 26 пикселей, 2D-данные 28 плоскостей поперечного сечения для сечений модели 22 компенсатора, и данные 30 градиента толщины компенсатора. Кроме того, в запоминающем устройстве хранятся данные 32 конфигурации пучка, которые включают в себя параметры 34 корректирующего пучка и/или алгоритмы и параметры 36 сквозного пучка для пучка облучения, предназначенного к подаче в целевое образование у пациента. Данные конфигурации пучка выдаются устройству 40 терапии, которое генерирует пучок излучения при облучении целевой ткани пациента.

В запоминающем устройстве также хранятся один или более алгоритмов (например, исполнимых компьютером команд) для проектирования и оптимизации компенсатора. Например, 3D-модели компенсатора могут быть сгенерированы предварительно или могут генерироваться конкретно для каждого сеанса лечения пациента. С помощью использования инструментов редактирования пользователь настраивает выбранную модель на дисплее, и изменения сохраняются 22 как различные версии модели компенсатора. Каждое действие редактирования, осуществляемое пользователем, вызывает выполнение процессором алгоритма(-ов) оптимизации и соответствующей настройки модели. Пользователь может просматривать отредактированную(-ые) модель(-и) и принимать или отклонять изменения. Если пользователь принимает изменения, то в запоминающем устройстве сохраняется измененная модель для использования во время сеанса лечения облучением.

В соответствии с одним из вариантов осуществления, выбранный пользователем компенсатор 22 проецируется на анатомическое изображение пациента, отображенное на дисплее 18, вместе с картой 42 распределения доз в отображении с точки зрения пучка. Используя инструменты редактирования 24, пользователь просматривает анатомические сечения анатомического изображения 20 пациента, и проекция на компенсатор 22 соответственно настраивается процессором 12. Таким образом отдельный пиксель компенсатора можно отследить до распределения доз и анатомических характеристик.

Инструменты редактирования 24 позволяют пользователю редактировать пиксели 26 компенсатора в представлении с точки зрения пучка. Пользователь может изменять пиксели компенсатора путем добавления, вычитания, усреднения значения и т.д. Кроме того, введенные пользователем изменения будут обновляться в 3-мерной модели компенсатора. В дополнение к виду с точки зрения пучка и 3-мерной модели, 2-мерная модель плоскостей поперечного сечения 28 компенсатора помогает пользователю в визуализации градиентов толщины 30 компенсатора 22. После редактирования пользователем компенсатора процессор 12 пересчитывает распределение доз 42 пучка для измененного компенсатора, и пользователь сравнивает результаты с исходными. Пользователь может отменить изменения или продолжить дальнейшее редактирование. После завершения редактирования изменения могут быть сохранены и скопированы в исходный пучок, предназначающийся для доставки.

В соответствии с другим вариантом осуществления, один или более алгоритмов 44 управления пучком выполняются процессором 12 для автоматической настройки конфигурации пучка 32 и соответствующих параметров устройства терапии 38 (например, генератора пучка ионов, генератора пучка протонов и т.п.) для принятия в расчет формы цели, дозы пучка и свойств доставляемых частиц с целью обеспечения единообразия распределения доз для цели. Определяется соединение с "корректируемой" частью в целевой ткани, и выполняется 3-мерный «разрез» цели посредством алгоритма 44 управления пучком. Контуры для целей корректирующего и сквозного пучков обрабатываются отдельно и могут быть вручную или автоматически настроены посредством алгоритма управления пучком на основании распределения доз и свойств корректирующих или сквозных пучков. Пользователь взаимодействует с контурами представляющей интерес области (ROI), которые очерчивают цель, а также с параметрами пучка, с целью задания дозы до тех пор, пока пользователь не будет удовлетворен результатом. Пользователь может отобразить обновленную карту 42 распределения доз, на которой показано распределение доз, доставляемых в цель, для каждого редактирования компенсатора, с целью оценки и повторной оптимизации.

В другом варианте осуществления пользователю предоставляется дисплей 18 и инструменты редактирования 24 (например, графический интерфейс пользователя (GUI)), с помощью которых можно задать цели или задачи для распределения доз в определенных точках, органах или областях пациента. Пользователь может задать интенсивность дозы как диапазон, равномерно или как биологически эквивалентный эффект, который конкретная область должна получить, а также может задать ранг для каждой из задач, который отражает сравнительную важность выполнения этой задачи. Затем процессор 12 выполняет алгоритмы 40 конструирования и оптимизации компенсатора и/или настраивает параметры конфигурации пучка, включая, но не ограничиваясь перечисленным, диапазон и модуляцию, границы и энергию пучка, с целью решения поставленных задач. Кроме того, пользователь может включить определенные факторы неопределенности, такие как движение пациента и перераспределение плотности. После завершения расчетов процессором пользователю дается возможность просмотра результатов и дальнейшей настройки параметров, что может повлечь за собой необходимость повторной оптимизации.

GUI дает возможность пользователю взаимодействовать с кодом и алгоритмами программного обеспечения с целью оптимизации терапевтического лечения. Алгоритмы могут быть закодированы для определения решения задаваемых пользователем задач посредством вычисления распределения доз и настройки пикселей компенсатора и параметров устройства терапии. Интерфейс просмотра позволяет пользователю просматривать результаты оптимизации.

В другом варианте осуществления, вместо ввода задач основанном на тексте способом, пользователь может нарисовать желаемое распределение доз на экране дисплея (например, с использованием такого устройства ввода, как мышь или сенсорное перо), и алгоритм приводит в соответствие графическое представление дозы посредством настройки и оптимизации ранее упомянутых параметров, относящихся к доставке дозы, таких как компенсатор, модуляция и т.д.

Система 10 также включает в себя механизм 46 создания компенсатора, который получает окончательные модели компенсатора, которые были утверждены пользователем, и который создает реальные компенсаторы в соответствии с параметрами конструкции моделей. В одном из вариантов осуществления, механизм создания компенсатора расположен в том же месте, что и система 10, и компенсаторы создаются локально. В другом варианте осуществления, механизм компенсатора располагается удаленно относительно системы 10 (например, в другой комнате, здании, городе, штате, стране и т.д.), и данные утвержденной модели компенсатора сохраняются на читаемом компьютере носителе информации (например, на диске, карте памяти или другом подходящем носителе информации) в месте расположения системы и транспортируются к месту расположения механизма создания компенсатора, где данные модели загружаются в механизм создания компенсатора. В качестве альтернативы, данные 3D-модели компенсатора могут быть переданы в механизм создания компенсатора электронным образом, таким как электронная почта, канал беспроводной связи, инфракрасный канал, радиочастотный канал и т.п.

Как упоминалось выше, система включает в себя процессор(-ы) 12, который(-е) выполняет(-ют), и запоминающее устройство 14, в котором хранятся исполнимые компьютером команды для осуществления различных функций и/или способов, описанных в настоящем документе. Запоминающее устройство 14 может представлять собой машиночитаемый носитель информации, на котором хранится управляющая программа, такой как диск, жесткий диск и т.п. Типичные формы машиночитаемых носителей информации включают в себя, например, флоппи-диски, гибкие диски, жесткие диски, магнитную ленту или любой другой магнитный носитель информации, CD-ROM, DVD или любой другой оптический носитель информации, RAM, ROM, PROM, EPROM, FLASH-EPROM, их варианты, другие схемы или платы памяти, или любой другой вещественный носитель информации, с которого процессор 12 может осуществлять считывание и выполнение. В данном контексте система 10 может быть реализована на следующих элементах или может представлять собой один или более таких элементов, как компьютеры общего назначения, компьютер(-ы) специального назначения, запрограммированный процессор или микроконтроллер и элементы периферийной интегральной схемы, ASIC или другую интегральную схему, процессор цифровых сигналов, неперенастраиваемую электронную или логическую схему, такую как схему дискретного элемента, программируемое логическое устройство, такое как PLD, PLA, FPGA, CPU графической карты (GPU), или PAL, и т.п.

Фиг.2 представляет собой пример GUI 60 редактирования компенсатора, который может отображаться на дисплее 18 с фигуры 1. GUI содержит одно или более изображений пациента 20a, 20b. Изображение пациента 20a демонстрирует виртуальный компенсатор 62, наложенный на изображение пациента 20a. Изображение пациента 20b демонстрирует вид с точки зрения пучка для пучка излучения 64, спроецированного на пациента для облучения целевого образования через компенсатор 62. Также показано 2D-вертикальное сечение 66 через компенсатор и 2D-горизонтальное сечение 68 через компенсатор. GUI позволяет пользователю настраивать виртуальный компенсатор для достижения желаемой дозы облучения целевого образования. После того как пользователь удовлетворяется тем, как компенсатор был доработан для успешной выдачи соответствующей дозы облучения целевому образованию, в условиях минимизации дозы облучения для подверженного риска органа или другой ткани, для которой доза облучения является нежелательной, конфигурация виртуальной модели компенсатора 62 сохраняется в запоминающем устройстве с целью создания физического компенсатора для применения во время лечения пациента лучевой терапией.

Фиг.3 представляет собой пример GUI 80 редактирования компенсатора, который включает в себя имеющее, по существу, L-форму целевое образование 82 в черепе 83 пациента, при этом образование разделено на сквозную область 84 и корректируемую (боковую) область 86, которые будут облучаться по отдельности во время лечения лучевой терапией.

Фиг.4 представляет собой снимок экрана с GUI 100, показывающий иерархически организованное представление виртуальной модели компенсатора 62, которая содержит множество пикселей 102. Каждый пиксель соответствует точке на реальном компенсаторе, который должен быть сгенерирован с использованием модели (например, механизмом 46 создания компенсатора с фигуры 1). После утверждения пользователем модели 62 она сохраняется в запоминающем устройстве и выдается механизму создания компенсатора.

Фиг.5 представляет собой снимок экрана с GUI 120, на котором имеющее, по существу, L-форму целевое образование 122 расположено в непосредственной близости от подверженного риску органа 124 (например, органа, который не должен подвергаться облучению во время облучения целевого образования). Ионный пучок 126 показан как покрывающий все целевое образование, и в этом случае подверженный риску орган будет подвергаться ненужному облучению. Однако, при наличии должным образом спроектированного компенсатора, брэгговский максимум будет расположен в плече целевой области, и только небольшое количество ионов достигнет подверженного риску органа.

Фиг.6 представляет собой снимок экрана с GUI 140, содержащий инструмент 142 «корректирования», который пользователь выбирает (например, посредством нажатия мыши на нем и т.д.) для вызывания выполнения процессором 12 с фигуры 1 алгоритмов конфигурирования пучка и настройки данных 32 конфигурации пучка с целью генерации данных 34 корректирующего пучка и данных 36 сквозного пучка (см фиг. 1), которые вместе доставляют, по существу, единообразную дозу в область корректирования 84 и сквозную область 86. Методика корректирующего и сквозного пучков позволяет точнее облучить целевое образование 122 и избежать облучения подверженного риску органа 124.

При использовании метода корректирующего и сквозного пучков применяется множество пучков для покрытия сложного целевого образования с хорошей согласованностью и минимальной дозой для подверженных риску органов. Алгоритмы включают в себя установление очертаний целевого образования, которое может быть выполнено пользователем посредством маркировки или нанесения контура образования на изображение пациента (например, с использованием сенсорного пера, мыши или другого инструмента ввода). Инструмент корректирования 142 инициируется и автоматически разделяет целевое образование на область корректирования и сквозную область. В качестве альтернативы, данный этап может быть выполнен пользователем вручную. В одном из вариантов осуществления, 50% суммарного пучка облучения выдается продольно через сквозную область 86, и оставшиеся 50% выдаются поперечно через область корректирования 84. Однако пользователь имеет возможность настройки данных пропорций по мере необходимости для достижения желаемой плотности или схемы дозы.

В другом варианте осуществления система автоматически настраивает корректирующий и сквозной пучки для оптимизации равномерности дозы через целевое образование. Пользователь имеет возможность настройки границ области корректирования и сквозной области целевого образования, что приводит к повторной оптимизации системой параметров пучка и, посредством этого, к изменению формы и/или толщины модели компенсатора, генерируемой для целевого образования.

Фиг.7 представляет собой снимок экрана с GUI 160, показывающий распределение доз 162 облучения в области корректирования 84 и сквозной области 86, при защите органа 124, до выполнения алгоритма корректирования (например, выбора инструмента корректирования 142 на фигуре 6) системой.

Фиг.8 представляет собой снимок экрана с GUI 180, показывающий оптимизированное распределение доз 162 облучения в области корректирования 84 и сквозной области 86, при защите органа 124, после выполнения алгоритма корректирования (например, выбора инструмента корректирования 142 на фигуре 6) системой.

Фиг.9 иллюстрирует способ компьютеризированного редактирования 3D-модели компенсатора, в соответствии с различными аспектами, изложенными в настоящем документе. На этапе 200 компенсатор проецируется на изображение пациента вместе с изображением распределения доз с точки зрения пучка 64 (как можно видеть на фиг. 2). На этапе 202 пользователь может переходить от одного анатомического сечения изображения пациента к другому, и проекция компенсатора будет настраиваться соответствующим образом. Таким образом отдельный пиксель компенсатора прослеживается до распределения доз и анатомических характеристик на этапе 204. На этапе 206 пользователь использует инструменты редактирования для редактирования пикселей компенсатора в представлении с точки зрения пучка. Пользователь изменяет пиксели компенсатора путем добавления, вычитания, усреднения значений и т.д. На этапе 208 введенные пользователем значения приводят к обновлению 3-мерной модели компенсатора. 2-мерные плоскости поперечных сечений компенсатора предоставляются пользователю для помощи в визуализации градиентов толщины на этапе 210. После редактирования пользователем компенсатора выполняется повторный расчет распределения доз с новым компенсатором на этапе 212. На этапе 214 повторное рассчитанное распределение доз сравнивается с исходным распределением доз. На этапе 216 пользователь может отменить изменения, принять изменения и/или продолжить дальнейшее редактирование. На этапе 218, после его завершения, редактирование может быть сохранено как окончательная версия модели компенсатора, которая может быть использована для создания компенсатора.

Фиг.10 иллюстрирует способ оптимизации дозы облучения для имеющего неправильную форму целевого образования в условиях минимизации нежелательного облучения близлежащего органа и т.п., в соответствии с различными аспектами, описанными в настоящем документе. На этапе 230 целевое образование сегментируется на область корректирования (например, поперечную) и сквозную область (например, продольную), и определяется их соединение. На этапе 232 трехмерный «разрез» цели выполняется посредством алгоритма. Контуры для целей корректирующего и сквозного пучков (например, сечение области корректирования и сечение пучка целевого образования соответственно) обрабатываются отдельно и могут быть вручную или автоматически настроены посредством алгоритма на основании распределения доз и свойств пучка корректирования или сквозного пучка. Пользователь может взаимодействовать с контурами представляющих интерес областей, которые очерчивают цель, а также с параметрами пучка с целью настройки дозы до тех пор, пока он не будет удовлетворен, на этапе 234. Кроме того, пользователь может отобразить дозу, доставляемую в цель, для оценки и повторной оптимизации, на этапе 236.

Фиг.11 иллюстрирует способ для выполнения обратной оптимизации и проектирования компенсаторов, используемых в лечении лучевой терапией, в соответствии с различными аспектами, изложенными в настоящем документе. На этапе 250 пользователь может задать цели или задачи для распределения доз в определенных точках, органах или областях пациента (например, в целевом образовании и/или окружающей области). Пользователь может задать интенсивность дозы как диапазон, равномерно или как биологически эквивалентный эффект, который конкретная область должна получить. На этапе 252 пользователь задает ранг для каждой из задач, который отражает сравнительную важность выполнения этой задачи. Компьютерная система проектирует модель компенсатора и/или настраивает параметры конфигурации пучка, включая, но не ограничиваясь перечисленным, диапазон и модуляцию, границы и энергию пучка, с целью решения поставленных задач, на этапе 254. На этапе 256 пользователь может, необязательно, включить определенные факторы неопределенности, такие как движение пациента и мощность пикселя до остановки для изображения или перераспределение плотности, в рассмотрение при проектировании компенсатора. После завершения расчета модели компенсатора компьютерной системой пользователю дается возможность просмотра результатов и дальнейшей настройки параметров, что может повлечь за собой необходимость повторной оптимизации, на этапе 258. Способ выполняется итерационно до тех пор, пока пользователь не будет удовлетворен оптимизацией модели компенсатора, после чего модель сохраняется и/или выдается в механизм создания компенсатора, который конструирует компенсатор.

Изобретение было описано со ссылкой на несколько вариантов осуществления. Модификации и изменения могут быть выполнены специалистами после прочтения и понимания предшествующего подробного описания. Предполагается, что изобретение интерпретируется как включающее в себя все такие модификации и изменения до той степени, в которой они будут находиться в пределах объема пунктов прилагаемой формулы изобретения и их эквивалентов.

Изобретение относится к области планирования лучевой терапии. Технический результат заключается в минимизации не являющейся необходимой дозы облучения для пациента. Технический результат достигается за счет компьютеризированного редактирования компенсатора, которое включает в себя наложение исходной 3D-модели компенсатора на анатомическое изображение целевого образования у пациента, вместе с информацией распределения доз облучения. Пользователь осуществляет манипуляции с пикселями или вокселями модели на дисплее, и процессор автоматически настраивает распределение доз в соответствии с редактированием пользователя. Пользователь итерационно настраивает модель компенсатора до тех пор, пока распределение доз не будет оптимизировано, после чего оптимизированная модель компенсатора сохраняется в запоминающем устройстве и/или выдается механическому устройству, которое создает компенсатор на основании оптимизированной модели. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Система (10) планирования доз ионной терапии, содержащая:
запоминающее устройство (14), содержащее:
анатомическое изображение (20) пациента,
данные (32) конфигурации пучка,
по меньшей мере одну 3D-модель компенсатора (22, 62), содержащую множество пикселей (102), имеющее данные (26) пикселей компенсатора, причем значение каждого пикселя представляет собой толщину компенсатора в каждом пикселе;
процессор (12), осуществляющий связь с запоминающим устройством (14) через шину (15);
графический интерфейс пользователя (GUI), включающий в себя дисплей (18) и устройство (24) пользовательского ввода;
причем процессор (12) выполняет исполняемые компьютером команды, хранящиеся в запоминающем устройстве (14), при этом команды включают в себя:
вычисление карты (42) распределения доз облучения для облучения ионными пучками, проходящими через по меньшей мере одну модель компенсатора (22, 62), с использованием данных (32) конфигурации пучка;
отображение на дисплее (18), для пользователя, проекции 3D-модели компенсатора (22, 62) на анатомическом изображении (20) пациента и карты (42) распределения доз облучения в представлении с точки зрения пучка;
прием с устройства (24) пользовательского ввода пользовательского ввода, содержащего по меньшей мере одну задачу распределения доз, выбранную из группы: i) диапазон интенсивности, ii) равномерность интенсивности и iii) интенсивность как биологически эквивалентный эффект для, по меньшей мере, области пациента;
прием с устройства (24) пользовательского ввода пользовательского ввода, содержащего редактирование значения по меньшей мере одного пикселя в представлении с точки зрения пучка;
генерацию оптимизированной 3D-модели компенсатора (22, 62) посредством настройки по меньшей мере одного параметра конфигурации пучка, выбранного из группы: i) диапазон, ii) модуляция, iii) границы, iv) энергия пучка, до тех пор, пока задача распределения доз не будет решена; и
сохранение оптимизированной 3D-модели компенсатора в запоминающем устройстве (14) или на машиночитаемом носителе информации.

2. Система по п. 1, в которой команды дополнительно включают в себя:
отображение множества инструментов редактирования пользователю;
повторное вычисление карты (42) распределения доз облучения на основе оптимизированной 3D-модели компенсатора (22, 62); и
отображение повторно вычисленной карты (42) распределения доз облучения на дисплее;
при этом 3D-модель компенсатора (22, 62) проецируется на анатомическое изображение (20) пациента с картой (42) распределения доз облучения, наложенной на изображение (20) пациента;
при этом оптимизированная 3D-модель компенсатора (22, 62) сохраняется в запоминающем устройстве (14) или на машиночитаемом носителе информации после утверждения пользователем оптимизированной 3D-модели компенсатора (22, 62).

3. Система по п. 1 или 2, в которой команды дополнительно включают в себя:
переход от одного анатомического сечения изображения (20) пациента к другому и отображение множества анатомических сечений изображения (20) пациента; и
в ответ на прием пользовательского ввода с редактированием редактирование пикселей (102) в 3D-модели компенсатора (22, 62) для каждого сечения изображения (20) пациента.

4. Система по п. 1 или 2, в которой команды дополнительно включают в себя:
отображение пользователю, на дисплее, множества 2D-плоскостей (66, 68) поперечного сечения 3D-модели компенсатора (22, 62), показывающих градиенты толщины 3D-модели компенсатора (22, 62) во время оптимизации.

5. Система по п. 1 или 2, в которой команды дополнительно включают в себя:
отображение, на дисплее, оптимизированной 3D-модели компенсатора (22, 62) и исходной 3D-модели компенсатора (22, 62) для выполнения сравнения пользователем;
разрешение пользователю принятия или отклонения изменений в исходной 3D-модели компенсатора (22, 62); и
в ответ на ввод пользователя через устройство пользовательского ввода итерационное редактирование 3D-модели компенсатора (22, 62).

6. Система по п. 1 или 2, в которой команды дополнительно включают в себя вывод оптимизированной 3D-модели компенсатора (22, 62) в механизм (46), который конструирует компенсатор в соответствии с оптимизированной 3D-моделью компенсатора (22, 62).

7. Система по п. 1 или 2, в которой команды дополнительно включают в себя:
ввод ранжированных задач распределения доз облучения через устройство пользовательского ввода;
оптимизацию 3D-модели компенсатора (22, 62) для решения задач распределения доз в порядке ранжирования; и
отображение оптимизированной 3D-модели компенсатора (22, 62) и распределения доз пользователю на дисплее.

8. Система по п. 1 или 2, дополнительно включающая в себя компенсатор, сконструированный с использованием оптимизированной 3D-модели компенсатора (22, 62).

9. Система по п. 1 или 2, дополнительно включающая в себя генератор пучков излучения, который генерирует пучок излучения, проходящий через компенсатор при лечении пациента, для которого сконструирован компенсатор, при этом генератор пучков излучения генерирует ионный пучок или протонный пучок.

10. Способ оптимизации 3D-модели компенсатора (22, 62) для использования в лечении лучевой терапией, причем способ включает в себя этапы, на которых:
проектируют 3D-модель компенсатора (22, 62) на изображение (20) анатомической области пациента;
принимают пользовательский ввод с редактированием 3D-модели компенсатора (22, 62), содержащий редактирование значения по меньшей мере одного пикселя в представлении с точки зрения пучка;
принимают с устройства (24) пользовательского ввода пользовательский ввод, содержащий по меньшей мере одну задачу распределения доз, выбранную из группы: i) диапазон интенсивности, ii) равномерность интенсивности и iii) интенсивность как биологически эквивалентный эффект для, по меньшей мере, области пациента;
обновляют 3D-модель компенсатора (22, 62) на основе пользовательского ввода; и
генерируют оптимизированную 3D-модель компенсатора (22, 62) посредством настройки по меньшей мере одного параметра конфигурации пучка, выбранного из группы: i) диапазон, ii) модуляция, iii) границы, iv) энергия пучка, до тех пор, пока задача распределения доз не будет решена; и
сохраняют обновленную 3D-модель компенсатора (22, 62) в запоминающем устройстве (14) или на машиночитаемом носителе информации.

11. Способ по п. 10, дополнительно включающий в себя этапы, на которых:
вычисляют распределение доз облучения для облучения ионными или протонными пучками, проходящими через 3D-модель компенсатора (22, 62) в анатомической области;
отображают пользователю 3D-модель компенсатора (22, 62), спроецированную на анатомическое изображение (20) пациента, с распределением доз облучения, наложенным на изображение (20) пациента;
повторно вычисляют распределение доз облучения на основе обновленной 3D-модели компенсатора (22, 62);
отображают повторно вычисленное распределение доз облучения, наложенное на изображение пациента; и
сохраняют обновленную 3D-модель компенсатора (22, 62) в запоминающем устройстве (14) или на машиночитаемом носителе информации после утверждения пользователем обновленной 3D-модели компенсатора (22, 62).

12. Способ по п. 10 или 11, дополнительно включающий в себя:
переход от одного анатомического сечения изображения (20) пациента к другому и отображение множества анатомических сечений изображения (20) пациента;
прием пользовательского ввода, содержащего редактирование пикселей (102) в каждом сечении изображения (20) пациента.

13. Способ по п. 10 или 11, дополнительно включающий в себя отображение для пользователя множества 2D-плоскостей (66, 68) поперечного сечения 3D-модели компенсатора (22, 62), показывающих градиенты толщины 3D-модели компенсатора (22, 62).

14. Способ по п. 10 или 11, дополнительно включающий в себя:
отображение обновленной 3D-модели компенсатора (22, 62) и исходной 3D-модели компенсатора (22, 62) для выполнения сравнения пользователем;
разрешение пользователю принятия или отклонения изменений в исходной 3D-модели компенсатора (22, 62);
итерационное редактирование 3D-модели компенсатора (22, 62) до тех пор, пока 3D-модель компенсатора (22, 62) не будет оптимизирована.

15. Способ по п. 14, дополнительно включающий в себя: вывод оптимизированной 3D-модели компенсатора (22, 62) в механизм, который конструирует компенсатор в соответствии с оптимизированной 3D-моделью компенсатора (22, 62).