用于向在靶中的斑点递送高剂量率的辐射治疗计划的制作方法

用于向在靶中的斑点递送高剂量率的辐射治疗计划


背景技术：

1.使用辐射疗法治疗癌症是众所周知的。通常，辐射治疗涉及将高能量质子、光子、离子或电子辐射(“治疗辐射”)的射束引导到靶或靶体积(例如，包括肿瘤或病变的体积)中。
2.在患者接受辐射治疗之前，制定针对该患者的治疗计划。该计划使用模拟和基于过去经验的优化来定义治疗的各个方面。一般来说，治疗计划的目的是向不健康的组织提供足够的辐射，同时将周围健康组织对辐射的暴露降至最低。
3.计划者的目标是找到相对于多个临床目标而言最优的解决方案，这些临床目标在朝着一个目标的改进可能会对达到另一目标产生不利影响的意义上可能是矛盾的。例如，一项不让肝脏接受一定剂量辐射的治疗计划可能会导致胃部接受过多的辐射。这些类型的权衡导致了一个迭代过程，在这个过程中，计划者创建不同的计划，以找到最适合实现所需结果的一个计划。
4.最近的一项放射生物学研究证明了在单个、短时间内将整个、相对较高的治疗辐射剂量递送到靶的有效性。例如，每个射束可以在不到一秒的时间内递送至少4个戈瑞(gy)，并且在不到一秒的时间内可以递送多达20gy到50gy或多达100gy或更多。这种类型的治疗在本文通常被称为flash辐射治疗(flash rt)。
5.迄今为止的证据表明，当正常健康组织仅在非常短的时间内暴露在高辐射剂量下时，flash rt有利地使该组织免受损害。因此，flash rt引入了常规辐射治疗计划中未考虑或未实现的重要限制。


技术实现要素：

6.本发明提供了如权利要求1所定义的计算机系统。可选特征在从属权利要求中指定。
7.可以针对多个射束中的每个射束和/或患者的靶中的相应斑点接收相应的剂量率或相应的最小处方剂量率。一些或所有相应的剂量率或相应的最低处方剂量率可以彼此不同。
8.除了剂量率或最小处方剂量率之外或作为备选，最大处方剂量率可以由计算机系统接收和使用。
9.根据一个实施例，提供了一种计算机系统，包括：
10.处理器；以及
11.存储器，该存储器耦合到所述处理器并且包括指令，所述指令在被执行时，使所述处理器执行用于辐射治疗计划的方法的操作，所述操作包括：
12.从存储器访问包括要被辐射治疗的患者内部的靶体积的轮廓的信息；
13.确定所述轮廓内部的斑点的排列，其中斑点中的每个斑点对应于所述靶体积内的、辐射的射束中的相应一个射束在所述患者的辐射治疗期间被引导的位置；
14.确定多个射束中的每个射束的剂量率，其中针对所述每个射束的剂量率是在不到
一秒内递送到对应于所述每个射束的相应斑点的剂量；以及
15.将包括针对射束中的每个射束的斑点排列和剂量率的辐射治疗计划存储到存储器。
16.根据另一实施例，提供了一种计算机系统，包括：
17.处理器；以及
18.存储器，该存储器耦合到所述处理器并且包括指令，所述指令在被执行时，使所述处理器执行用于生成辐射治疗计划的操作，所述操作包括：
19.从所述存储器访问要由射束递送到患者靶中的斑点的最小处方剂量率；
20.确定靶中的斑点的排列和斑点的数目；以及
21.确定针对射束中的每个射束的射束能量，其中针对射束中的每个射束的射束能量被确定为使得每个斑点接收所述最小处方剂量率。
22.根据另一实施例，提供了一种计算机系统，包括：
23.处理器；以及
24.存储器，该存储器耦合到所述处理器并且包括指令，所述指令在被执行时，使所述处理器执行用于生成辐射治疗计划的操作，所述操作包括：
25.从所述存储器访问参数的值，其中所述参数包括针对被引导到患者靶中的斑点的排列内的射束的射束能量；
26.访问指定针对辐射治疗计划的限制的信息，其中所述限制包括对针对斑点中的每个斑点的剂量率的最小限制；以及
27.调节参数的值，直到针对所述每个斑点的剂量率满足对剂量率的最小限值。
28.根据本发明的实施例提供了一种用于flash辐射治疗(flash rt)的改进的辐射治疗计划方法以及基于该计划的改进的放射治疗。
29.在实施例中，从计算机系统存储器访问描述要被辐射治疗的患者内部的靶的信息。确定靶内部的斑点的排列。斑点中的每个斑点对应于靶内部相应放射束在患者的放射治疗期间被引导的位置。确定针对射束中的每个射束的剂量率。每个射束的剂量率是在不到一秒内递送到与该射束对应的斑点的剂量。例如，每个射束可以在不到一秒的时间内递送至少四戈瑞(gy)，并且可以在不到一秒的时间内递送多达20到50或100或更多。辐射治疗计划被存储在计算机系统存储器中，该计划包括斑点的排列和针对射束中的每个射束的剂量率。
30.根据本发明的实施例通过将flash rt扩展到更广泛的治疗模态和治疗模态的组合(例如，除了诸如强度调制粒子疗法的强度调制辐射疗法之外的空间分割栅格辐射疗法)来改进辐射治疗计划和治疗本身。与传统技术相比，通过设计减少(如果不是最小化的话)对正常组织(靶外)的剂量的大小(以及在某些情况下的积分)，如这里描述所生成的治疗计划对于避免正常组织免受辐射是更好的。结合flash辐射治疗的正常组织保留和空间分割栅格辐射治疗的肿瘤杀伤力，可以在大多数肿瘤中增加辐射剂量，而不会出现常规放射治疗的相关毒性，并增加了flash剂量率可治疗的适应症的数目。虽然在竞争和相关参数之间寻找平衡仍然是一项复杂的任务，但与传统计划相比，治疗计划已经被简化。
31.总之，根据本公开的实施例涉及生成和实现最有效(相对于其他计划)并且具有最少(或最可接受)副作用(例如，在被治疗区域之外的较低剂量率)的治疗计划。因此，根据本
发明的实施例具体地改进了辐射治疗计划领域，并且总体上改进了辐射治疗领域。根据本发明的实施例允许快速生成更有效的治疗计划。此外，根据本发明的实施例有助于改进计算机的功能，因为例如，通过降低生成治疗计划的复杂性，需要和消耗的计算资源更少，这也意味着计算机资源被释放来执行其他任务。
32.本领域技术人员在阅读了在各种附图中说明的以下详细描述之后，将认识到根据本发明的实施例的这些和其他目的和优点。
33.提供本发明内容是为了介绍在下面的详细描述中进一步描述的一组概念。本摘要不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。
附图说明
34.附图说明了本公开的实施例，并与详细描述一起用于解释本公开的原理，附图并入并形成本说明书的一部分并且其中相同标号描绘相同元件。
35.图1是可以在其上实现在本文描述的实施例的计算机系统的示例的框图。
36.图2是示出根据本发明的实施例中的自动辐射疗法治疗计划系统的示例的框图。
37.图3示出了根据本发明的实施例中的基于知识的计划系统。
38.图4a是示出可在其上实现根据本发明的实施例的辐射治疗系统的选定组件的框图。
39.图4b是示出可以在其上实现根据本发明的实施例的辐射治疗系统的选定组件的框图。
40.图4c示出了可以被用以根据本发明的实施例的空间分割放射疗法框。
41.图5示出了根据本发明的实施例中的靶体积的射束眼视图的示例。
42.图6示出了根据本发明的实施例中的靶体积的横截面图。
43.图7、图8和图9是根据本发明的实施例中用于辐射治疗计划的计算机实现的操作的示例的流程图。
44.图10是根据本发明的实施例中的计算机实现的辐射治疗方法的示例的流程图。
具体实施方式
45.现在将详细参考本公开的各种实施例，其示例在附图中说明。虽然结合这些实施例进行了描述，但是可以理解，它们并不旨在将公开限于这些实施例。相反，本公开旨在涵盖可以包括在所附权利要求所定义的本公开的精神和范围内的备选、修改和等同形式。此外，在本公开的以下详细描述中，为了提供对本公开的透彻理解，提出了许多具体细节。然而，应当理解，本公开可以在没有这些具体细节的情况下实施。在其他情况下，未详细描述公知的方法、程序、组件和电路，以避免不必要地模糊本公开的各方面。
46.下面的详细描述的一些部分是根据对计算机存储器内的数据比特的操作的程序、逻辑框、处理和其他符号表示来呈现的。这些描述和表示是数据处理领域的技术人员用来最有效地将其工作的实质传达给本领域技术人员的手段。在本技术中，程序、逻辑块、过程等被认为是导致期望结果的步骤或指令的自洽序列。这些步骤是那些利用物理量的物理操作的步骤。通常，尽管不是必须的，这些量采取能够在计算机系统中存储、传送、组合、比较
和以其他方式操纵的电或磁信号的形式。主要出于一般使用的原因，已证明有时将这些信号称为事务、位、值、元素、符号、字符、样本、像素等是方便的。
47.然而，应当记住，所有这些和类似的术语将与适当的物理量相关联，并且仅仅是应用于这些量的方便的标签。除非从下面的讨论中明显地另外特别说明，否则可以理解，贯穿本公开，利用诸如“确定”、“访问”、“生成”、“表示”、“应用”、“指示”、“存储”、“使用”、“调节”、“包括”、“计算”等的术语的讨论，指的是计算机系统或类似的电子计算设备或处理器(例如，图1的计算机系统100)的动作或过程(例如，图7-图10的流程图)。计算机系统或类似的电子计算设备操纵和转换计算机系统存储器、寄存器或其他这样的信息存储、传输或显示设备内表示为物理(电子)量的数据。诸如“剂量”、“剂量率”或一些其他参数或属性的术语通常分别指剂量值、剂量率值、属性值或参数值；这些术语的使用将从周围讨论的上下文中清楚地看出。
48.下面的详细描述的部分以方法的形式呈现和讨论。尽管在描述这些方法的操作的图(例如，图7-图10)中公开了步骤及其排序，但这些步骤和排序仅是示例。实施例很适合于执行在此附图的流程图中所述的各种其他步骤或步骤的变体，并且以不同于在此描绘和描述的顺序。
49.这里描述的实施例可以在驻留在由一个或多个计算机或其他设备执行的诸如程序模块的某种形式的计算机可读存储介质上的计算机可执行指令的一般上下文中讨论。作为示例而非限制，计算机可读存储介质可以包括非瞬态计算机存储介质和通信介质。通常，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等。在各种实施例中，可以根据需要组合或分布程序模块的功能。
50.计算机存储介质包括以用于存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据的信息的任何方法或技术实现的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于，随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程rom(eeprom)、闪存或其他存储器技术、光盘rom(cd-rom)、数字多功能盘(dvd)或其他光存储、盒式磁带、磁带、磁盘存储或其他磁存储设备，或可用于存储所需信息并可访问以取回该信息的任何其他介质。
51.通信介质可以包含计算机可执行指令、数据结构和程序模块，并且包括任何信息递送介质。作为示例而非限制，通信介质包括诸如有线网络或直接有线连接的有线介质，以及诸如声学、射频(rf)、红外和其他无线介质的无线介质。上述的任何组合也可以包括在计算机可读介质的范围内。
52.图1示出了可以在其上实现在本文描述的实施例的计算机系统100的示例的框图。在其最基本的配置中，系统100包括至少一个处理单元102和存储器104。该最基本的配置在图1中由虚线106示出。系统100还可以具有附加特征和/或功能。例如，系统100还可以包括附加存储装置(可移除和/或不可移除)，包括但不限于磁盘或光盘或磁带。这样的附加存储在图1中由可移除存储装置108和不可移除存储装置120示出。系统100还可以包含(多个)通信连接122，其允许设备例如在使用到一个或多个远程计算机的逻辑连接的联网环境中与其他设备通信。
53.系统100还包括(多个)输入设备124，诸如键盘、鼠标、笔、语音输入设备、触摸输入设备等。还包括(多个)输出设备126，诸如显示设备、扬声器、打印机等。
54.在图1的示例中，存储器104包括与“优化器模型”150相关联的计算机可读指令、数据结构、程序模块等。然而，优化器模型150可以改为驻留在系统100使用的任何一个计算机存储介质中，或者可以分布在计算机存储介质的某个组合上，或者可以分布在联网的计算机的某个组合上。优化器模型150的功能如下所述。
55.图2是示出根据本发明的实施例中的自动辐射疗法治疗计划系统200的示例的框图。系统200包括用于接收特定于患者的信息(数据)201的输入接口210、实现优化器模型150的数据处理组件220、以及输出接口230。系统200可以全部或部分地实现为计算机系统100上/使用计算机系统100(图1)上的软件程序、硬件逻辑或其组合。
56.在图2的示例中，特定于患者的信息被提供给优化器模型150并由其处理。优化器模型150产生预测结果。然后，可以基于预测结果生成治疗计划。
57.图3示出了根据本发明的实施例中的基于知识的计划系统300。在图3的示例中，系统300包括知识库302和治疗计划工具集310。知识库302包括患者记录304(例如，辅射治疗计划)、治疗类型306和统计模型308。图3的示例中的治疗计划工具集310包括当前患者记录312、治疗类型314、医学图像处理模块316、优化器模型(模块)150、剂量分布模块320和最终辐射治疗计划322。
58.治疗计划工具集310在知识库302(通过患者记录304)中搜索与当前患者记录312相似的先前患者记录。统计模型308可以被用以将当前患者记录312的预测结果与统计患者进行比较。使用当前患者记录312、所选治疗类型306和所选统计模型308，工具集310生成辐射治疗计划322。
59.更具体地，基于过去的临床经验，当患者出现特定的诊断、阶段、年龄、体重、性别、合并症等时，可能存在最常用的治疗类型。通过选择计划者过去对类似患者使用的治疗类型，可以选择第一步治疗类型314。患者结果可以被包括在治疗计划过程中，患者结果可以包括作为剂量率函数的正常组织并发症概率和特定于患者的治疗类型结果。医学图像处理模块316提供二维横截面幻灯片的自动轮廓绘制和自动分割(例如，来自任何成像方式，诸如但不限于，计算机断层扫描(ct)、正电子发射断层扫描-ct、磁共振成像和超声波)，以使用当前患者记录312中的医学图像来形成三维(3d)图像。剂量和剂量率分布模块320可以利用优化器模型150来计算剂量分布图和剂量率分布图。
60.在根据本发明的实施例中，优化器模型150使用剂量预测模型来提供例如3d剂量分布、通量和剂量率，以及相关联的剂量-体积直方图、剂量率-体积直方图和放射时间-体积直方图。
61.图4a是示出可以在其上实现根据本发明的实施例的辐射治疗系统400的选定组件的框图。在图4a的示例中，辐射治疗系统400包括射束系统404和喷嘴406。
62.射束系统404生成并输送射束。该束可以是质子束、电子束、光子束、离子束或原子核束(例如，碳、氦和锂)。在实施例中，根据射束的类型，射束系统404包括在朝向喷嘴406的方向上引导(例如，弯曲、转向或引导)射束并进入喷嘴406的组件。
63.在诸如强度调制粒子疗法(impt)的强度调制辐射疗法(imrt)中，射束的强度在患者的每个治疗区域(靶)上是不同的。在实施例中，辐射治疗系统400还包括射束能量调节器405，其可以被用以调节(例如，减少或调制)进入喷嘴406的射束的能量。在实施例中，射束能量调节器405是喷嘴406的一部分。在此，术语“射束能量调节器”被用作影响射束能量，以
便控制射束的范围(例如，射束穿透到靶的范围)，控制射束递送的剂量，和/或控制射束的深度剂量曲线(取决于射束的类型)的一个或多个组件的通用术语。例如，对于具有布拉格峰的质子束或离子束，射束能量调节器405可以控制布拉格峰在治疗室中由患者支撑设备(例如，椅子或桌子)支撑的患者410内的靶体积408中的布拉格峰值的位置(参见下面图6的讨论)。在各种实施例中，射束能量调节器405包括范围调制器、范围移位器或范围调制器和范围移位器两者。
64.靶体积408可以是器官、器官的一部分(例如，器官内的体积或区域)、肿瘤、病变组织或患者轮廓。靶体积可以包括不健康组织(例如，肿瘤)和健康组织两者。
65.图4a的控制系统410接收并实现处方辐射治疗计划。在实施例中，控制系统410包括计算机系统，该计算机系统以公知的方式具有处理器、存储器、输入设备(例如，键盘)以及可能的显示设备。控制系统410可以接收关于辐射治疗系统400的操作的数据。控制系统410可以根据其接收的数据并根据处方辐射治疗计划来控制射束系统404、喷嘴406和患者支撑设备(未示出)的参数，包括诸如射束的能量、强度、方向、大小和/或形状的参数。
66.在图4a的实施例中，喷嘴406用于根据处方辐射治疗计划并在控制系统410的控制下将射束412对准靶体积408中的不同位置(例如，斑点504和506)。在实施例中，喷嘴406包括可以用于控制射束412的方向的扫描磁铁(未示出)。如将描述的，射束412可以被顺序地引导到斑点中(例如，一射束被引导到斑点504中，然后另一射束被引导到斑点506中，依此类推)。
67.图4b是示出可以在其上实现根据本发明的实施例的辐射治疗系统450的选定组件的框图。与图4a的示例相反，辐射治疗系统450在系统450和靶体积408之间包括空间分割放射治疗块455。空间分割放射治疗块455可以是例如栅格框或多叶准直器(mlc)，并且可以是喷嘴406的一部分或位于喷嘴和靶体积408之间的分开的组件。
68.图4c中示出了栅格块460的示例的射束眼视图。一般而言，射束422的部分(图4b的射束423)通过栅格块460中的开口462，而射束422的其余部分被栅格块阻挡或衰减。栅格块460中的开口462被定位为使得它们可以与靶体积408中的斑点(例如，斑点504和506)对准，或者可以将射束423与靶体积408中的斑点(例如，斑点504和506)对准。以类似的方式，mlc的叶子(未示出)可以被定位为使得它们遮挡射束的部分并且使射束422的未遮挡部分与靶体积408中的斑点的位置对准。
69.图5示出了根据本发明的实施例中的靶体积408的射束眼视图的示例。靶体积408可以与正在治疗的对象的形状一致(例如，靶体积的轮廓可以与肿瘤的轮廓一致)，靶体积可以大于正在治疗的对象，或者靶体积可以对应于正在治疗的对象的一部分(子体积)。
70.在根据本发明的实施例中，靶体积408包括斑点(例如，斑点504和506)的排列。参考图4a，喷嘴406被配置为发射作为笔形射束的射束412n(射束412中的一个射束)，也称为斑点扫描束。可以用笔形射束的光栅扫描(二维发射)放射靶体积408。一般而言，第一笔形射束对准靶体积408中的第一斑点504，剂量率被递送到该斑点，然后第二笔形射束对准靶体积中的第二斑点506，剂量率被递送到第二斑点，依此类推。因此，在使用辐射治疗系统400实现的实施例中，射束412被顺序递送。更具体地，将射束递送到靶体积中的第一斑点(打开)，然后关闭，然后将射束递送到靶体积中的第二斑点(打开)，然后关闭，依此类推。因为射束412是按顺序递送的，所以如果需要的话，可以将不同的剂量和剂量率递送到每个斑
点。这种类型的递送和治疗可以被称为空间分割栅格辐射疗法(sfgrt)。
71.每个射束412n可以仅打开几分之一秒。在根据本发明的实施例中，每个射束412n在该几分之一秒内将相对较高的剂量率(在相对较短的时间段内的相对较高的剂量)递送到靶。例如，每个射束412n可以在不到一秒的时间内递送至少四(4)戈瑞(gy)，并且可以在不到一秒的时间内递送多达20gy到50gy或100gy或更多。
72.参考图4b，喷嘴406被配置为朝向空间分割放射治疗块455发射射束422，并将其射入空间分割放射治疗块455。通过射束422的未被空间分割放射治疗块450阻挡的部分(射束423)，将剂量率递送到靶体积408中的斑点(例如，斑点504和506)。因此，在使用放射治疗系统450实现的实施例中，可以同时递送射束423。尽管同时递送射束423，但空间分割放射治疗块455可以被配置为使得如果需要的话，可以将不同的剂量和剂量率递送到每个斑点。如在上述实施例中一样，射束423的每个射束423n以几分之一秒的速度将相对较高的剂量率(在相对较短的时间段内的相对较高的剂量)递送到靶。例如，每个射束423n可以在不到一秒的时间内递送至少4gy，并且可以在不到一秒的时间内递送高达20gy到50gy或100gy或更多。这种类型的递送和治疗也可以称为sfgrt。
73.图6示出了根据本发明的实施例中的靶体积408的横截面图。在图6的示例中，射束412n/423n指向并穿过斑点504并进入靶体积408。可以使用射束能量调节器405来改变射束412n/423n的强度，以控制射束的范围(例如，射束穿透靶的范围)，控制射束递送的剂量，和/或控制射束的深度剂量曲线(取决于射束的类型)。例如，对于具有布拉格峰的质子束或离子束，射束能量调节器405可以控制布拉格峰的位置，使得布拉格峰位于点603，然后位于点602，然后位于点601(反之亦然)。
74.图7、图8和图9是根据本发明的实施例中用于辐射治疗计划的计算机实现操作的示例的流程图700、800和900。流程图700、800和900可以实现为驻留在某种形式的计算机可读存储介质(例如，在图1的计算机系统100的存储器中)上的计算机可执行指令(例如，图1的优化器模型150)。
75.如上所述，在imrt(例如，impt)中，射束强度在患者的每个治疗区域(靶)上变化，并且在sfgrt中，射束可以在空间和时间上分割。根据治疗形态的不同，可用的自由度包括射束成形(准直)、射束加权(斑点扫描)、射束强度或能量、射束方向、剂量率以及斑点的数目和排列。还考虑了可以影响剂量率的参数。这些参数包括但不限于，靶体积的放射次数、每次放射的持续时间(放射时间)、以及在放射中的每次放射中沉积的剂量。参数还可以包括施加放射的时间段(例如，在诸如一小时的时间段上施加多次放射，其中该时间段中的每次放射与下一次放射相隔另一时间段)和每次放射时间段之间的时间间隔(例如，每一小时长的时间段与下一小时长的时间段间隔一天)。如果靶体积被分成子体积或体素，则参数的值可以基于每个子体积或每个体素(例如，每个子体积或体素的值)。这些自由度导致实际上无限数目的潜在治疗计划，因此一致和有效地生成和评估高质量的治疗计划超出了人类的能力，并且依赖于计算机系统的使用，特别是考虑到与使用辐射治疗来治疗癌症等疾病相关的时间限制，以及在任何给定时间段内正在接受或需要接受辐射治疗的大量患者。
76.下面的讨论涉及射束、靶体积、剂量、剂量率和其他元素或值。下面的讨论是在治疗计划工具集310和优化器模型150中的模型化元素和计算值的上下文中进行的，除非在讨论中另有说明或明确说明。
77.参考图7以及图1、图4a、图4b和图5，在框702中，从计算机系统100的存储器访问包括对要被辐射治疗的患者410内部的靶体积408的轮廓的描述的信息(例如，数据或图像)。
78.在框704中，确定靶体积408的轮廓内的斑点的排列。每个斑点对应于靶体积408内部的在患者的辐射治疗期间将引导相应的射束412n或423n的位置。
79.在框706中，确定射束412/423的每个射束412n/423n的剂量率。对于所有的射束412/423，每个射束的剂量率可以是相同的，或者在一些或所有射束上可以是不同的。也就是说，一般来说，靶中的每个斑点不一定要接收相同的剂量和剂量率。每个射束的剂量率是在不到一秒内递送到与该射束对应的斑点的剂量。例如，每个射束在不到一秒的时间内可以递送至少4gy，在不到一秒的时间内可以递送高达20gy到50gy或100gy或更多。在实施例中，每个斑点内部的最大剂量率或最大剂量与斑点外区域中的最大剂量率或最大剂量之比至少为1.5。斑点外区域包括图5的区域510，但可以包括该区域外的区域；即，靶体积中的斑点外区域可以在靶408的内部或外部。
80.在框708中，在计算机系统存储器中存储包括每个射束的斑点排列和剂量率的辐射治疗计划。除了确定和使用每个射束412n/423n的剂量率之外或者作为备选，可以确定和使用每个射束412n/423n的最小(或最大)剂量率。
81.现在参考图8，并继续参考图1、图4a、图4b和图5，在框802中，从计算机系统100的存储器中访问要由射束412的序列或射束423递送到靶(例如，靶体积408)中的斑点(例如，斑点504和506)的最小处方剂量率。
82.在框804中，确定靶体积408中的斑点的数目和斑点的排列。
83.在框806中，确定射束412或射束423中的每个射束的射束能量。确定射束中的每个射束的射束能量，使得每个斑点接收该射束的最小处方剂量率。除了确定和使用每个射束412/423的最小处方剂量率之外或者作为备选，可以确定和使用每个射束412/423的最大剂量率。
84.在框808中，在计算机系统存储器中存储辐射治疗计划，该辐射治疗计划包括斑点的数目和排列以及射束中的每个射束的射束能量。
85.现在参考图9，并继续参考图1、图4a、图4b和图5，在框902中，从计算机系统100的存储器访问参数值。这些参数包括将射束412/423引导到患者靶中的斑点(例如，斑点504和506)的排列中的射束能量。
86.在框904中，访问指定辐射治疗计划的限制的信息。这些限制包括针对每个斑点的最低剂量率限制。
87.在框906中，调节参数的值，直到每个斑点的剂量率满足该斑点的剂量率的最小限制。除了获取和使用斑点剂量率的最小限值之外或者作为备选，可以确定和使用每个斑点的最大剂量率。
88.在框908中，将辐射治疗计划存储在计算机系统存储器中，该辐射治疗计划包括斑点的排列、射束的射束能量以及参数的值(来自框906)。
89.图10是根据本发明的实施例中的计算机实现的辐射治疗方法的示例的流程图1000。流程图1000可以被实现为驻留在某种形式的计算机可读存储介质上的计算机可执行指令(例如，使用图4a或图4b的控制系统410)。
90.在图10的框1002中，还参考图1，从计算机系统100的存储器访问辐射治疗计划。在
根据本发明的实施例中，辐射治疗计划是根据上面讨论的方法(特别是图7、8和9的方法)生成，并且包括根据上面讨论的方法确定的信息的计划。
91.在框1004中，根据如上结合图4a、图4b、图5和图6所述的治疗计划，将射束引导到靶体积中的斑点。在实施例中，在如上所述地对靶体积中的每个斑点进行辐射治疗之后，在整个靶体积(包括斑点之间的区域)上施加均匀剂量率。均匀剂量率可以是flash水平(例如，在不到一秒内至少4gy，并且在不到一秒内高达20gy到50gy或100gy或更高)。
92.虽然图7-图10中的操作被呈现为以系列和特定顺序发生，但本发明不限于此。这些操作可以不同的顺序和/或并行地执行，并且它们也可以以迭代的方式执行。如上所述，由于需要考虑的不同参数、这些参数的取值范围、这些参数的相互关系、治疗计划对患者有效但风险最小化的需要以及快速生成高质量治疗计划的需要，使用在计算机系统100(图1)上一致执行的优化器模型150来进行本文公开的放射治疗计划是重要的。
93.总之，根据本发明的实施例通过将flash rt扩展到更广泛的治疗模态和治疗模态的组合(例如，除了imrt和impt之外，还有sfgrt)来改进辐射治疗计划和治疗本身。与传统技术相比，通过设计减少(如果不是最小化的话)对正常组织(靶外)的剂量的大小(以及在某些情况下的积分)，如这里描述所产生的治疗计划对于避免正常组织免受辅射是更好的。结合flash rt的正常组织保留和sfgrt的肿瘤杀伤力，可以在大多数肿瘤中增加辐射剂量，而不会出现常规rt的相关毒性，并增加了flash剂量率可治疗的适应症的数目。虽然在竞争和相关参数之间寻找平衡仍然是一项复杂的任务，但与传统计划相比，治疗计划已经被简化。
94.当与flash剂量率一起使用时，由于在短时间内(例如，少于一秒)施加剂量，因此简化了对患者运动的管理。
95.这里描述的技术可以被用以立体定向放射外科以及具有单个或多个转移的立体定向身体辅射治疗。
96.尽管已经用结构特征和/或方法动作特有的语言描述了该主题，但是应当理解，在所附权利要求中定义的主题不一定限于上述特定特征或动作。相反，上面描述的特定特征和动作被公开作为实现权利要求的示例形式。