生物學(xué)指導(dǎo)的適應(yīng)性治療方案制定的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種治療系統(tǒng)（100），包括成像儀（102）、治療方案制定器（104）和治療裝置（106）。所述治療方案制定器（104）包括治療處方設(shè)備（118），其計(jì)算將施用給人患者或其他對(duì)象的期望的治療（D）。治療處方系統(tǒng)（118）使用病理模型（122）和患者特異性生物學(xué)參數(shù)歷史（124）以?xún)?yōu)化所施用的治療。
【專(zhuān)利說(shuō)明】生物學(xué)指導(dǎo)的適應(yīng)性治療方案制定
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?00780028589.4，申請(qǐng)日為2007年7/23日，發(fā)明名稱(chēng)為“生物學(xué)指導(dǎo)的適應(yīng)性治療方案制定”的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
[0002]本申請(qǐng)涉及醫(yī)學(xué)中的治療方案制定。盡管本發(fā)明特別適用于外部放療和分子治療，但其也涉及將治療施用于患者或其他對(duì)象的其他情況。
[0003]計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)圖連同放療治療方案制定(RTP)被廣泛用于腫瘤學(xué)中。為了開(kāi)發(fā)治療方案，在CT圖中對(duì)腫瘤和風(fēng)險(xiǎn)器官進(jìn)行定位和確定界線，并且處方適當(dāng)?shù)膭┝克?。通常，所處方的治療方案被設(shè)計(jì)成使得施用到目標(biāo)組織的放射劑量最大化，而對(duì)周?chē)M織和風(fēng)險(xiǎn)組織的損傷最小化。
[0004]在分次放療中，在一段期望的時(shí)間內(nèi)，例如在幾星期內(nèi)，處方劑量被分次施用。分次能夠使得健康組織至少部分從不期望的放射影響恢復(fù)。從而，與通常能夠在單次應(yīng)用中施用的相劑量比，可以為目標(biāo)組織施用更高的總劑量。
[0005]通常，分次治療方案被應(yīng)用于患者，其通過(guò)將放射束對(duì)準(zhǔn)與目標(biāo)區(qū)域具有已知關(guān)系的人工或天然基準(zhǔn)標(biāo)記物(例如紋身或其他所施加的標(biāo)記物，骨和其他解剖學(xué)結(jié)構(gòu)等)。然而，諸如治療批次之間解剖學(xué)的變化和標(biāo)記物的變化以及給定治療批次過(guò)程中患者的動(dòng)作的因素會(huì)造成重合不良和其他定位誤差。結(jié)果，所實(shí)現(xiàn)的暴露可能與治療方案會(huì)有區(qū)別。
[0006]圖像指導(dǎo)或適應(yīng)性放療(ART)技術(shù)降低了這些差異，其通過(guò)向分次治療應(yīng)用基于圖像的校正。結(jié)果，可以對(duì)所施用的劑量進(jìn)行調(diào)整以更匹配一開(kāi)始所計(jì)算的方案。參見(jiàn)Erbel 等人，Method for creating or updating a radiation treatment plan, Europeanpatent application EP1238684(2005);Ruchala 等人，Method for modification ofradiotherapy treatment delivery, United States patent publication20050201516 (2005) ;Amies等人，Active therapy redefinition, United States patent publication20040254448 (2004) ; Rehbinder,等人，Adaptive radiation therapy for compensation oferrors in patient setup and treatment delivery, Med Phys.vol.31, n0.12, pp.3363 -3371 (2004) ;Lam,等人，An application of bayesian statistical methods to adaptiveradiotherapy, Phys Med Biol.vol.50, n0.16, pp.3849 - 3858(August2005);Schaly,等人,Image-guided adaptive radiation therapy (igart): Radiobiological and doseescalation considerations for localized carcinoma of the prostate, Med Phys.vol.32, n0.7, pp.2193 - 2203(July2005);Yan,等人，Computed tomography guidedmanagement of interfractional patient variation, Seminars in RadiationOncology, vol.15, n0.3, pp.168 - 179(July2005)。
[0007]與ART不同，生物學(xué)指導(dǎo)的放療(BGRT)利用功能成像技術(shù)，所述功能成像技術(shù)提供了關(guān)于代謝參數(shù)的信息。通過(guò)使用適當(dāng)功能參數(shù)的現(xiàn)有知識(shí)，計(jì)算治療方案，其能夠優(yōu)化所期待的對(duì)目標(biāo)組織的治療影響。參見(jiàn)Xing等人，Inverse planning forfunctional image-guided intensity-modulated radiation therapy, Phys Med Biol,vol.47，pp.3567 - 3578(2002)。接著以分次及其他方式為基礎(chǔ)施用計(jì)算的治療方案。
[0008]盡管ART和BGRT技術(shù)已經(jīng)成功地用于治療疾病，但仍存在改進(jìn)空間。更具體地，期望調(diào)整治療方案以解決特定病理或患者中的生物學(xué)變化。
[0009]本發(fā)明的一些方面解決了這些問(wèn)題等。
[0010]根據(jù)一個(gè)方面，一種治療處方設(shè)備使用數(shù)學(xué)病理模型和對(duì)象特異性生物學(xué)參數(shù)歷史用于建立將施用給對(duì)象的期望的治療。病理模型模擬病理對(duì)治療的應(yīng)答，并且生物學(xué)參數(shù)歷史包括從對(duì)象的功能成像檢查獲得的生物學(xué)參數(shù)值。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，一種治療處方方法包括使用數(shù)學(xué)病理模型和對(duì)象特異性生物學(xué)參數(shù)歷史建立將施用給對(duì)象的期望的治療。病理模型模擬病理對(duì)治療的應(yīng)答，并且生物學(xué)參數(shù)歷史包括從對(duì)象的功能成像檢查獲得的空間變化的生物學(xué)參數(shù)值。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，一種治療處方設(shè)備計(jì)算將施用給對(duì)象的治療(D)，其基于期望的生物學(xué)參數(shù)值、測(cè)量的生物學(xué)參數(shù)值}Λβ)以及模擬病理對(duì)治療的應(yīng)答的數(shù)學(xué)病理模型(122)。在給病理施用治療之后測(cè)量生物學(xué)參數(shù)，并且所測(cè)量的值包括空間變化的生物學(xué)參數(shù)值。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)含有指令，當(dāng)計(jì)算機(jī)運(yùn)行所述指令時(shí)，所述指令會(huì)使得計(jì)算機(jī)運(yùn)行一種方法，該方法包括使用期望的生物學(xué)參數(shù)值、對(duì)象特異性的測(cè)量的生物學(xué)參數(shù)歷史和數(shù)學(xué)病理模型來(lái)建立將施用到對(duì)象的病理的期望的治療。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，一種設(shè)備包括治療方案制定系統(tǒng)和治療裝置。治療系統(tǒng)建立作為對(duì)象的期望的生物學(xué)參數(shù)值、代表對(duì)象病理的對(duì)象特異性生物學(xué)參數(shù)歷史和模擬病理對(duì)治療的應(yīng)答的病理模型的函數(shù)的施用給對(duì)象的連續(xù)治療特性曲線。治療裝置有效地電連接到所述治療方案制定系統(tǒng)，以便接收所建立的特性曲線并根據(jù)所建立的特性曲線施用治療。
[0015]根據(jù)另一個(gè)方面，一種方法包括獲得代表測(cè)量的患者群對(duì)所施用的治療的應(yīng)答的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中，以及使所述數(shù)據(jù)可以被治療方案制定系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)獲得。數(shù)據(jù)包括測(cè)量的生物學(xué)參數(shù)值、所施用的治療和代表對(duì)所施用治療的應(yīng)答的第二測(cè)量的生物學(xué)參數(shù)值。第一和第二測(cè)量的生物學(xué)參數(shù)值是從對(duì)象群的一些成員的功能成像檢查中獲得的。
[0016]通過(guò)閱讀和理解下面的詳細(xì)描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠認(rèn)識(shí)到本發(fā)明其他的方面。
[0017]可以以各種組件和組件的排列，以及以各種不同步驟和步驟的排列進(jìn)行本發(fā)明。附圖只是為了說(shuō)明優(yōu)選實(shí)施方式的目的，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制。
[0018]圖1描述治療方案制定系統(tǒng)。
[0019]圖2描述生物學(xué)參數(shù)歷史。
[0020]圖3描述病理模型。
[0021]圖4描述對(duì)治療的預(yù)測(cè)的應(yīng)答。
[0022]圖5描述治療方法。
[0023]圖6描述治療方法。
[0024]參考圖1，生物學(xué)指導(dǎo)的適應(yīng)性放療(BGART)系統(tǒng)100包括成像儀102，適應(yīng)性治療方案制定系統(tǒng)104，和治療裝置106。
[0025]成像儀102包括解剖學(xué)成像儀108和功能成像儀110。解剖學(xué)成像儀108是解剖學(xué)成像形式的例如計(jì)算機(jī)斷層掃描(CO、磁共振(MR)、X-射線、熒光鏡或提供代表患者或者對(duì)象101的解剖學(xué)信息的其他掃描裝置。功能成像儀110是功能成像形式的例如正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層成像(PET)、單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像(SPECT)、功能性MR (fMR)或其他提供功能信息的掃描裝置。成像儀102還包括對(duì)準(zhǔn)單元112，以將解剖學(xué)成像儀108和功能成像儀110所產(chǎn)生的體積數(shù)據(jù)對(duì)準(zhǔn)或者關(guān)聯(lián)，例如用于解釋全部和定期的患者動(dòng)作。
[0026]在一種實(shí)施中，成像儀102是混合掃描裝置例如混合的PET/CT、SPECT/CT、PET/MR或SPECT/MR系統(tǒng)。在這些混合系統(tǒng)中，兩種或者更多種形式通常共有共同的托臺(tái)結(jié)構(gòu)或者以其他方式相互鄰近定位，例如它們各自的檢查區(qū)至少部分重疊或者沿著共同的縱向軸設(shè)置。為了減少對(duì)在掃描裝置之間將患者重新定位的需要，通常混合系統(tǒng)共用患者支架，所述支架可以用于將患者可轉(zhuǎn)變地定位在所需要的各自檢查區(qū)中。
[0027]繼續(xù)參考圖1，有效電連接到成像儀102的適應(yīng)性治療方案制定系統(tǒng)104，包括生物學(xué)參數(shù)計(jì)算子系統(tǒng)114、輪廓描繪(contouring)子系統(tǒng)116、治療處方子系統(tǒng)118和劑量計(jì)算子系統(tǒng)120。
[0028]生物學(xué)參數(shù)計(jì)算子系統(tǒng)114使用來(lái)自功能成像儀110的信息產(chǎn)生一個(gè)或者多個(gè)生物學(xué)參數(shù)圖，代表對(duì)象中感興趣區(qū)域的一或多種生物學(xué)參數(shù)。對(duì)于腫瘤學(xué)，例如典型的生物學(xué)參數(shù)可以包括腫瘤的放射敏感性(例如使用示蹤物例如FMISO從PET掃描獲得的)或者增殖(例如使用示蹤物例如FLT從PET掃描獲得的)。也預(yù)期了其他的生物學(xué)參數(shù)，這依賴(lài)于特定功能成像儀110和示蹤物的特 征以及其他應(yīng)用的特定需求。
[0029]為了進(jìn)行下面的討論，各種生物學(xué)參數(shù)將被命名為匕，其中i=l，2，3…N。盡管提高的空間精確性通常是在體素(voxel)水平上對(duì)生物學(xué)和其他參數(shù)進(jìn)行建模所獲得的，但也可以在期望的間隔尺寸(granularity)水平上進(jìn)行建模，這依賴(lài)于所需要的精確度、成像儀102的特征以及其他應(yīng)用的具體因素。
[0030]輪廓描繪子系統(tǒng)106使用來(lái)自解剖學(xué)成像儀108和/或生物學(xué)參數(shù)計(jì)算子系統(tǒng)120的信息描繪圖像數(shù)據(jù)中感興趣的一個(gè)或者多個(gè)區(qū)域的輪廓。因此，例如，輪廓描繪系統(tǒng)可以描繪一個(gè)或者多個(gè)病理區(qū)域例如腫瘤或者其他需要治療的病變的輪廓。輪廓描繪子系統(tǒng)116也可以描繪一個(gè)或者多個(gè)需要避免治療的健康組織區(qū)域的輪廓。
[0031 ] 生物學(xué)適應(yīng)性治療處方子系統(tǒng)118使用來(lái)自生物學(xué)參數(shù)計(jì)算子系統(tǒng)114和輪廓描繪子系統(tǒng)116計(jì)算期望的治療D。在示范性的放射腫瘤學(xué)情況中，期望的治療D可以包括目標(biāo)劑量圖，其指明在治療批次之間，為一個(gè)或者多個(gè)腫瘤區(qū)域所施用的期望輻射劑量，以及期望的時(shí)間。期望的治療D也可以為需要避免被治療的健康區(qū)域提供最大劑量信息或者以其他方式描繪需要避免被治療的健康區(qū)域的輪廓。
[0032]正如下面將更詳細(xì)描述的，治療處方系統(tǒng)118也采用病理模型122和生物學(xué)參數(shù)歷史信息124以基于所觀察的特定患者或者病理的特征，例如病理或鄰近的健康組織對(duì)之前所施用治療的應(yīng)答，來(lái)改變或者以其他方式調(diào)整治療。
[0033]治療計(jì)算子系統(tǒng)120使用來(lái)自處方子系統(tǒng)118的期望的治療D聯(lián)合解剖學(xué)、生物學(xué)、輪廓描繪和/或其他數(shù)據(jù)以計(jì)算接近目標(biāo)的治療方案。在使用外部放療裝置進(jìn)行治療的輻射腫瘤學(xué)應(yīng)用的情況中，治療計(jì)算子系統(tǒng)120使用已知的強(qiáng)度調(diào)控式放療(MRT)或其他技術(shù)計(jì)算一種或者多種期望的光路、暴露時(shí)間和類(lèi)似的信息以便所施用的輻射劑量的空間分布接近目標(biāo)劑量圖。[0034]通過(guò)電通信界面或其他網(wǎng)絡(luò)通信界面與治療方案制定系統(tǒng)104通信的治療裝置106將期望的治療D施用到患者或者對(duì)象。盡管上述討論集中在放射腫瘤學(xué)和使用外部放療裝置，但應(yīng)該理解也預(yù)期其他的外部和非外部治療裝置106，并且可以根據(jù)一些因素諸如相關(guān)病理和期望的治療形式進(jìn)行選擇。這些治療裝置的非限制性例子包括近距離放射療法(brachytherapy)、高強(qiáng)度聚焦超聲(HIFU)和熱和/或射頻消融術(shù)、冷凍療法和外科手術(shù)裝置以及分子或化學(xué)(例如化療)療法。
[0035]現(xiàn)在將更詳細(xì)描述生物學(xué)適應(yīng)性治療處方子系統(tǒng)118。正如上面所提到的，處方子系統(tǒng)118采用病理模型122和生物學(xué)參數(shù)歷史信息124來(lái)根據(jù)特定患者或病理的特征調(diào)整治療。盡管通常期望病理模型122盡可能精確地模擬生物學(xué)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)移功能，但本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解模型122可以是有缺陷的。這些缺陷可能來(lái)自許多因素，例如(可測(cè)量的)參數(shù)的數(shù)目和選擇、患者和病理特異性變化等。
[0036]接著從一種角度看，治療處方子系統(tǒng)118可以被看作是反復(fù)或閉環(huán)系統(tǒng)的執(zhí)行部分，其接收相關(guān)生物學(xué)參數(shù)h的實(shí)際\ 值和期望\ 值作為輸入。治療處方系統(tǒng)118使用病理模型122和生物學(xué)參數(shù)歷史信息124以調(diào)節(jié)治療，以便實(shí)際的生物學(xué)參數(shù)值\實(shí)_接近期望\ _值。同樣，實(shí)際的\ @和期望\ _值可以在體素水平上或者其他期望的間隔尺寸水平上進(jìn)行建模。
[0037]現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖2，生物學(xué)參數(shù)歷史124可以被可視化為多維矩陣，其含有在一次或者多次tm測(cè)量的一種或者多種生物學(xué)參數(shù)h的值，例如在施用于給定患者的分次治療的過(guò)程中的多個(gè)時(shí)間。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠認(rèn)識(shí)到，盡管圖2以便于描述的方式提供了生物學(xué)信息歷史124，但是該歷史124可以以任何適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)被組織，例如計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器。
[0038]現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖3，病理模型122接收一種或者多種測(cè)量的bi;實(shí)際和期望的bi;目標(biāo)生物學(xué)參數(shù)值作為輸入，并產(chǎn)生包括期望的治療D的輸出。正如在圖3中更詳細(xì)顯示的，示范性的經(jīng)驗(yàn)病理模型122包括數(shù)據(jù)庫(kù)302、柱狀圖304和治療評(píng)估器306。
[0039]數(shù)據(jù)庫(kù)302可以被看作是為給定對(duì)象群的成員提供關(guān)于對(duì)所施用治療的預(yù)期應(yīng)答和/或所施用治療的效率的信息，包括測(cè)量的生物學(xué)參數(shù)\ 和從多個(gè)案例獲得的處方的治療D。正如所描述的，數(shù)據(jù)庫(kù)302包括一系列下列形式的條目:
[0040]方程I
[0041]dt, IDiU1) ,IDiU2) ,D 施用
[0042]其中bdh)是在時(shí)間L測(cè)量的生物學(xué)參數(shù)IvbiU2)是在時(shí)間&測(cè)量的生物學(xué)參數(shù)bit)在分次治療的情況中，Dot能夠代表所施用劑量批次和時(shí)間的列表。這些數(shù)據(jù)庫(kù)條目也可以含有額外的或者不同的信息，例如年齡和其他患者種群統(tǒng)計(jì)學(xué)數(shù)據(jù)、病理位置、成像劑和其他被認(rèn)為影響對(duì)特定治療的應(yīng)答的信息。
[0043]可以從數(shù)據(jù)庫(kù)302提取信息以提供關(guān)于對(duì)所施用的治療D的預(yù)期的應(yīng)答的更普遍信息。作為例子，信息可以被用于產(chǎn)生條件性二維柱狀圖，其形式為(dt，D) ，其中\(zhòng) 代表在施用治療D之后的時(shí)間dt時(shí)的生物學(xué)參數(shù)匕的預(yù)測(cè)值，假定起始生物學(xué)參
數(shù)值為\起始。
[0044]圖4中表示了隨意二維柱狀圖的說(shuō)明性例子。對(duì)于起始生物學(xué)參數(shù)，柱狀圖可以用于測(cè)定劑量d和時(shí)段dt的這些組合(如果有的話)，其可以被認(rèn)為產(chǎn)生目標(biāo)狀態(tài)\ @標(biāo)。正如圖4所描述的，可能的組合被設(shè)置在位于期望的生物學(xué)參數(shù)值\ 的平面上。類(lèi)似地，柱狀圖峰(或者谷，這依賴(lài)于數(shù)據(jù)的顯示方式)能夠被用于鑒定預(yù)期具有最大效果的治療D。盡管描述了二維柱狀圖，但也可以產(chǎn)生具有三(3)維或更多維的柱狀圖。
[0045]生物學(xué)參數(shù)歷史124也可以用于進(jìn)一步改進(jìn)所選擇的治療D。因此，例如，可以將特定患者對(duì)之前所施用治療的測(cè)量應(yīng)答與病理模型122所預(yù)測(cè)的應(yīng)答進(jìn)行比較，從而調(diào)節(jié)所選擇的治療。例如，如果特定患者的應(yīng)答不如模型122所預(yù)測(cè)的有利，則可以上調(diào)所施用的劑量。
[0046]治療評(píng)估器306從柱狀圖304接收信息和期望的目標(biāo)狀態(tài)\ @標(biāo)以選擇被估計(jì)可提供期望目標(biāo)狀態(tài)的治療D。注意，可以根據(jù)文獻(xiàn)、病理模型122、操作者經(jīng)驗(yàn)或其他因素建立目標(biāo)狀態(tài)\ @標(biāo)。如果治療評(píng)估器306鑒定了一種以上的可能治療D，則治療評(píng)估器306可以根據(jù)期望的規(guī)則(例如達(dá)到目標(biāo)狀態(tài)的最低施用劑量d、最短的預(yù)期時(shí)間dt)給出適當(dāng)?shù)闹委熃ㄗh，或者要求用戶從可能的治療中進(jìn)行選擇。
[0047]盡管上面已經(jīng)描述了系統(tǒng)100的一種執(zhí)行方式，當(dāng)仍預(yù)期會(huì)有變化。例如，成像儀102可以不作為混合成像系統(tǒng)進(jìn)行執(zhí)行。因此，解剖學(xué)成像儀108和功能成像儀110也可以作為分離的系統(tǒng)被執(zhí)行，或者作為被用于獲得解剖學(xué)和功能信息的單一系統(tǒng)被執(zhí)行，例如在fMR掃描裝置的情況中。也可以省略解剖學(xué)成像儀108。
[0048]治療方案制定系統(tǒng)104被有利地在計(jì)算機(jī)工作站上執(zhí)行，例如用于與用戶交流的通用或其他具有圖形用戶界面(GUI)的計(jì)算機(jī)。治療方案制定系統(tǒng)104也可以聯(lián)合成像儀102被加入到工作站中，使用多個(gè)計(jì)算機(jī)或者其他方式。類(lèi)似地，對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)可以被從成像儀102分別執(zhí)行，作為治療方案制定系統(tǒng)104的一部分，或者以其他方式。需要理解，各種計(jì)算機(jī)含有或者以其他方式讀取含有指令的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，該指令在被計(jì)算機(jī)處理器運(yùn)行時(shí)會(huì)使計(jì)算機(jī)運(yùn)行所描述的技術(shù)。
[0049]盡管以上關(guān)于基于經(jīng)驗(yàn)的病理模型122的討論是就條形圖304進(jìn)行的，但也可以采用其他合適的數(shù)學(xué)模型。此外，病理模型122也可以是基于放射生物學(xué)的或基于分析的。在這樣的情況中，可以使用合適的數(shù)學(xué)模型計(jì)算期望的治療D。病理模型122也可以是基于規(guī)則的執(zhí)行，例如連接基于專(zhuān)家系統(tǒng)的執(zhí)行。
[0050]數(shù)據(jù)庫(kù)302也可以含有關(guān)于各種可替代治療的信息，例如對(duì)于一種以上分子藥劑的應(yīng)答信息。數(shù)據(jù)庫(kù)302還可以含有關(guān)于各種治療形式的信息，例如關(guān)于對(duì)放射、分子、熱或其他治療的應(yīng)答，無(wú)論分別施用還是作為輔助施用或者其他方式的補(bǔ)充治療。因此，病理模型122也可以模擬病理對(duì)于一種以上治療類(lèi)型的應(yīng)答，并且用于提示不僅優(yōu)化目前的治療，而且提示可替代或補(bǔ)充治療。關(guān)于這一點(diǎn)，也可以采用期望的分子藥劑或其他治療形式、劑量水平或治療間隔作為輸入進(jìn)行治療測(cè)定。來(lái)自數(shù)據(jù)庫(kù)302的信息和/或生物學(xué)參數(shù)歷史124可以用于顯示治療方案的傾向。
[0051]數(shù)據(jù)庫(kù)302不需要被存儲(chǔ)在治療方案制定系統(tǒng)104上。實(shí)際上，數(shù)據(jù)庫(kù)本身302不需要被治療處方子系統(tǒng)118讀取。在后一情況中，數(shù)據(jù)庫(kù)302可以被用于開(kāi)發(fā)適當(dāng)?shù)牟±砟Ｐ?22，接著病理模型122可被方案制定系統(tǒng)104讀取。在每種情況中，數(shù)據(jù)庫(kù)302或者從該數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)生的信息可以被存儲(chǔ)在可以被治療方案制定系統(tǒng)104讀取或者可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)例如醫(yī)院HIS/RIS系統(tǒng)、DICOM界面、因特網(wǎng)等讀取的計(jì)算機(jī)刻度存儲(chǔ)器內(nèi)?？梢越?jīng)常對(duì)病理模型122經(jīng)常更新，以反映數(shù)據(jù)庫(kù)302的變化。類(lèi)似地，數(shù)據(jù)庫(kù)302可以經(jīng)常更新以反映其他的或者不同的數(shù)據(jù)。[0052]類(lèi)似地，生物學(xué)參數(shù)歷史124不需要被存儲(chǔ)在治療方案制定工作站上。期望的信息可以被存儲(chǔ)在遠(yuǎn)程位置，并且根據(jù)需要例如通過(guò)HIS/RIS系統(tǒng)、DICOM界面、因特網(wǎng)等適當(dāng)?shù)耐ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)被讀取。
[0053]也可以預(yù)期放射腫瘤學(xué)以外的應(yīng)用。例如，所描述的技術(shù)可以用于分子治療和化療。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解仍有其他的應(yīng)用。
[0054]下面參考圖5描述系統(tǒng)100的運(yùn)行。
[0055]在步驟502獲取功能信息，例如使用功能成像儀110。類(lèi)似地，獲得期望的解剖學(xué)信息，并且進(jìn)行所需的對(duì)準(zhǔn)、輪廓描繪和類(lèi)似的步驟。所得到的圖像數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在生物學(xué)參數(shù)歷史124中。注意有利地，在起始治療之前獲取起始圖像組。
[0056]來(lái)自功能成像儀110的信息被用于在步驟504計(jì)算期望的功能參數(shù)匕。
[0057]在步驟506，期望的狀態(tài)\目#、實(shí)際狀態(tài)\ 和病理模型122被用于計(jì)算期望的治療D。注意，除了之前所施用的治療的變化之外，期望的治療D還提示治療方案中的變化，例如通過(guò)提示從分子治療變成放療或者施用輔助或者其他補(bǔ)充治療。用戶可以被促進(jìn)輸入或者以其他方式確認(rèn)目標(biāo)信息\ 注意目標(biāo)狀態(tài)不需要是最后的期望目標(biāo)狀態(tài)(例如在腫瘤學(xué)應(yīng)用的情況中是基本上無(wú)活性腫瘤的生物學(xué)參數(shù)值)，但可以替代為中間目標(biāo)狀態(tài)。在分次治療中，例如，中間目標(biāo)狀態(tài)可以依賴(lài)目前的治療批次，進(jìn)而施用依賴(lài)治療批次的移動(dòng)目標(biāo)。注意，有利的是在預(yù)期使用其他合理或適當(dāng)?shù)膭┝拷M、治療間隔或其他治療參數(shù)而可以達(dá)到的條件下選擇目標(biāo)。實(shí)際狀態(tài)信息被有利地從生物學(xué)參數(shù)歷史124獲得。也可以促進(jìn)用戶確認(rèn)或者以其他方式接受所提議的治療D。
[0058]在步驟508施用治療D。在這一點(diǎn)上，需要指出該治療可以包括施用一種或者多種劑量批次。
[0059]根據(jù)需要，在步驟510重復(fù)該過(guò)程，例如，直到病理達(dá)到期望的目標(biāo)狀態(tài)\ @e。正如能夠被理解的，這種反復(fù)策略有助于降低病理模型122中缺陷的影響。而且，來(lái)自后續(xù)測(cè)量的信息能夠被用于改造治療以更近似地反映特定患者對(duì)所施用治療的真實(shí)應(yīng)答。
[0060]參考圖6對(duì)適當(dāng)?shù)闹委熂夹g(shù)進(jìn)行進(jìn)一步描述。
[0061]在602，在時(shí)間L獲得起始生物學(xué)參數(shù)測(cè)量\|?(χ，y, z, &)。盡管在體素水平上進(jìn)行了描述，但能夠理解，可以在圖像空間中獲得一些體素的類(lèi)似測(cè)量。然而，同樣也可以在其他間隔尺寸水平上獲得測(cè)量。
[0062]在604計(jì)算和 施用第一空間變化治療DU’y’z’ty)。在所描述的實(shí)例中，在第一空間區(qū)606上施用第一劑量，而在第二空間區(qū)608上施用第二劑量。然而，同樣，期望的劑量可以在體素或其他期望水平上被計(jì)算和/或變化。
[0063]在610，在期望時(shí)間t2獲得第二生物學(xué)參數(shù)測(cè)量\ ?(x, y, z, t2),并與目標(biāo)狀態(tài)bi；目標(biāo)(X，y, z)進(jìn)行比較。
[0064]如果需要，則在606計(jì)算和應(yīng)用第二空間變化的治療DU’y’z’tu)。正如所描述的，治療處方子系統(tǒng)118會(huì)根據(jù)治療模型122和/或生物學(xué)參數(shù)歷史124而改變所施用治療的空間范圍和劑量水平612、614。
[0065]在616，在期望時(shí)間t2獲得第三生物學(xué)參數(shù)測(cè)量\ ?(x, y, z, t2),并與目標(biāo)狀態(tài)b, s標(biāo)(x，y，z)進(jìn)行比較。根據(jù)需要繼續(xù)該程序，直到病理達(dá)到目標(biāo)狀態(tài)\ @#(x，y，z)。
[0066]已經(jīng)參考優(yōu)選的實(shí)施方式描述了本發(fā)明。通過(guò)閱讀和理解前面的詳細(xì)描述可以進(jìn)行修飾和改變。本發(fā)明應(yīng)該被理解為旨在包括所有這些修飾和改變，只要它們落入所附權(quán)利要求或其等同的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種治療處方設(shè)備(118)，其使用病理模型(122)和對(duì)象特異性生物學(xué)參數(shù)歷史(124)來(lái)建立將施用給對(duì)象(101)的期望的治療(D)，其中所述病理模型模擬病理對(duì)治療的應(yīng)答，并且所述生物學(xué)參數(shù)歷史包括從對(duì)象的功能成像檢查所獲得的生物學(xué)參數(shù)值。
2.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述設(shè)備基于所觀察的對(duì)所施用治療的應(yīng)答，反復(fù)地調(diào)節(jié)所述期望的治療。
3.權(quán)利要求2的設(shè)備，其中所述設(shè)備反復(fù)地調(diào)節(jié)所述期望的治療，直到所測(cè)量的生物學(xué)參數(shù)值達(dá)到期望的數(shù)值(\ _)。
4.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述病理模型是經(jīng)驗(yàn)產(chǎn)生的模型，其代表對(duì)象群對(duì)將施用類(lèi)型的治療的應(yīng)答。
5.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述病理模型模擬生物學(xué)參數(shù)作為時(shí)間函數(shù)的變化。
6.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述對(duì)象特異性生物學(xué)參數(shù)歷史包括多個(gè)空間變化的生物學(xué)參數(shù)值。
7.權(quán)利要求1的設(shè)備，其包括功能成像儀(102)。
8.權(quán)利要求1的設(shè)備，其包括治療計(jì)算設(shè)備(120)，所述治療計(jì)算設(shè)備計(jì)算將通過(guò)治療裝置(106)施用的治療。
9.權(quán)利要求8的設(shè)備，其包括以與治療計(jì)算設(shè)備有效電通信的治療裝置(106)。
10.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述治療包括強(qiáng)度調(diào)控式放療。
11.權(quán)利要求1的設(shè)備，其包括圖形用戶界面，所述圖形用戶界面將代表期望的治療的信息呈現(xiàn)給人類(lèi)用戶。
12.—種治療處方方法，其包括使用病理模型(202)和對(duì)象特異性生物學(xué)參數(shù)歷史(124)來(lái)建立將施用給對(duì)象(101)的期望的治療(D)，其中所述病理模型模擬病理對(duì)治療的應(yīng)答，并且所述生物學(xué)參數(shù)歷史包括從對(duì)象的功能成像檢查所獲得的空間變化的生物學(xué)參數(shù)值。
13.權(quán)利要求12的方法，其包括: 從施用所述期望的治療之后進(jìn)行的對(duì)象的功能成像檢查獲得生物學(xué)參數(shù)值(bUJ?);和 重復(fù)使用病理模型的步驟。
14.權(quán)利要求12的方法，其包括將所得到的生物學(xué)參數(shù)值與期望值(\@#)進(jìn)行比較。
15.權(quán)利要求12的方法，其中所述期望的治療包括劑量(d)和治療間隔(dt)。
16.權(quán)利要求12的方法，其中所述期望的治療包括分次治療。
17.權(quán)利要求12的方法，其中所述期望的治療包括施用熱、射頻或聲能。
18.權(quán)利要求12的方法，其中所述期望的治療包括分子治療或化療。
19.權(quán)利要求12的方法，其中所述病理模型包括分析模型。
20.權(quán)利要求12的方法，其中所述病理模型包括多維柱狀圖。
21.權(quán)利要求12的方法，其包括通過(guò)電通信界面將代表所述期望的治療的信息傳遞到治療裝置(106)。
22.—種治療處方設(shè)備，其包括 用于使用病理模型(202)和對(duì)象特異性生物學(xué)參數(shù)歷史(124)來(lái)建立將施用給對(duì)象(101)的期望的治療(D)的裝置，其中所述病理模型模擬病理對(duì)治療的應(yīng)答，并且所述生物學(xué)參數(shù)歷史包括從對(duì)象的功能成像檢查所獲得的空間變化的生物學(xué)參數(shù)值。
23.權(quán)利要求22的設(shè)備，其包括: 用于從施用所述期望的治療之后進(jìn)行的對(duì)象的功能成像檢查獲得生物學(xué)參數(shù)值量)的裝置；和 用于重復(fù)所述使用病理模型的裝置的裝置。
24.權(quán)利要求22的設(shè)備，其包括 用于將所得到的生物學(xué)參數(shù)值與期望值@#)進(jìn)行比較的裝置。
25.權(quán)利要求22的設(shè)備，其中所述期望的治療包括劑量(d)和治療間隔(dt)。
26.權(quán)利要求22的設(shè)備，其中所述期望的治療包括分次治療。
27.權(quán)利要求22的設(shè)備，其中所述期望的治療包括施用熱、射頻或聲能。
28.權(quán)利要求22的設(shè)備，其中所述期望的治療包括分子治療或化療。
29.權(quán)利要求22的設(shè)備，其中所述病理模型包括分析模型。
30.權(quán)利要求22的設(shè)備，其中所述病理模型包括多維柱狀圖。
31.權(quán)利要求22的設(shè)備，其包括 用于通過(guò)電通信界面將代表所述期望的治療的信息傳遞到治療裝置(106)的裝置。
32.—種治療處方設(shè)備(118)，其根據(jù)下列各項(xiàng)計(jì)算將施用給病理的治療(D): 期望的生物學(xué)參數(shù)值(\` 所述生物學(xué)參數(shù)的測(cè)量值}Λβ);和 病理模型(122)，其模擬病理對(duì)治療的應(yīng)答， 其中在將治療施用給病理后測(cè)量所述生物學(xué)參數(shù)，并且所述測(cè)量值包括空間變化的生物學(xué)參數(shù)值。
33.權(quán)利要求32的設(shè)備，其中所述治療包括外部放療。
34.權(quán)利要求32的設(shè)備，其中所計(jì)算的治療包括空間變化的劑量(d)。
35.權(quán)利要求32的設(shè)備，其中所述設(shè)備根據(jù)患者特異性生物學(xué)參數(shù)歷史(124)計(jì)算所述治療。
36.權(quán)利要求32的設(shè)備，其包括用于獲得代表所述病理的功能圖像數(shù)據(jù)的功能成像儀(110)。
37.權(quán)利要求32的設(shè)備，其包括用于將所計(jì)算的治療施用給所述病理的治療設(shè)備(106)。
38.權(quán)利要求32的設(shè)備，其包括計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器，所述存儲(chǔ)器含有代表患者群對(duì)所施用類(lèi)型的治療的應(yīng)答的數(shù)據(jù)。
39.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其含有指令，當(dāng)計(jì)算機(jī)運(yùn)行所述指令時(shí)，所述指令會(huì)使得計(jì)算機(jī)運(yùn)行一種方法，該方法包括使用期望的生物學(xué)參數(shù)值@#)、對(duì)象特異性的測(cè)量的生物學(xué)參數(shù)歷史(124)和病理模型(122)來(lái)建立將施用到對(duì)象的病理的期望的治療(D)。
40.權(quán)利要求39的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其中所述生物學(xué)參數(shù)值代表所述病理的放射敏感性或增殖。
41.權(quán)利要求39設(shè)備，其中所述病理模型包括基于規(guī)則的模型。
42.—種設(shè)備,其包括: 治療方案制定系統(tǒng)(104)，其建立作為對(duì)象的期望的生物學(xué)參數(shù)值(\ @#)、代表所述對(duì)象的病理的對(duì)象特異性生物學(xué)參數(shù)歷史(124)和模擬所述病理對(duì)治療的應(yīng)答的病理模型(122)的函數(shù)的施用給對(duì)象的連續(xù)治療的特性曲線； 治療裝置(106)，其有效地電連接于所述治療方案制定系統(tǒng)，以便接收所建立的特性曲線，并且其中所述治療裝置根據(jù)所建立的特性曲線施用治療。
43.權(quán)利要求42的設(shè)備，其中所述治療裝置包括放療裝置。
44.權(quán)利要求42的設(shè)備，其中所述特性曲線包括劑量。
45.權(quán)利要求44的設(shè)備，其中所述特性曲線包括治療類(lèi)型。
46.權(quán)利要求45的設(shè)備，其中所述治療類(lèi)型包括放療和化療的至少一種。
47.權(quán)利要求42的設(shè)備，其中所述對(duì)象特異性生物學(xué)參數(shù)歷史包括來(lái)自所述對(duì)象的功能成像檢查的信息。
48.權(quán)利要求42的設(shè)備，其包括用于以人可感知的形式呈現(xiàn)代表連續(xù)施用的治療的特性曲線的信息的工具。
49.一種方法,其包括: 獲得代表所測(cè)量的患者群對(duì)所施用的治療的應(yīng)答的數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)包括第一測(cè)量的生物學(xué)參數(shù)值(I^ai))、所施用的治療(Dttffi)和代表對(duì)所施用的治療的應(yīng)答的第二測(cè)量的生物學(xué)參數(shù)值(bi(t2))， 其中所述第一和第二測(cè)量的生物學(xué)參數(shù)值是從對(duì)象群成員的功能成像檢查獲得的； 將所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀的存儲(chǔ)介質(zhì)中； 使所述數(shù)據(jù)可以被治療方案制定系統(tǒng)(104)通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)獲得。
50.權(quán)利要求49的方法，其中所述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)包括因特網(wǎng)。
51.權(quán)利要求49的方法，其包括更新所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。
52.權(quán)利要求49的方法，其中所述數(shù)據(jù)包括所測(cè)量的患者群中多個(gè)成員的每一個(gè)對(duì)所施用治療的應(yīng)答。
53.權(quán)利要求49的方法，其中所述數(shù)據(jù)包括柱狀圖。
54.一種設(shè)備，其包括: 用于獲得代表所測(cè)量的患者群對(duì)所施用的治療的應(yīng)答的數(shù)據(jù)的裝置，所述數(shù)據(jù)包括第一測(cè)量的生物學(xué)參數(shù)值(I^ai))、所施用的治療(Dttffi)和代表對(duì)所施用的治療的應(yīng)答的第二測(cè)量的生物學(xué)參數(shù)值(bi(t2))，其中所述第一和第二測(cè)量的生物學(xué)參數(shù)值是從對(duì)象群成員的功能成像檢查獲得的； 用于將所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀的存儲(chǔ)介質(zhì)中的裝置； 用于使所述數(shù)據(jù)可以被治療方案制定系統(tǒng)(104)通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)獲得的裝置。
55.權(quán)利要求54的設(shè)備，其中所述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)包括因特網(wǎng)。
56.權(quán)利要求54的設(shè)備，其包括用于更新所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)的裝置。
57.權(quán)利要求54的設(shè)備，其中所述數(shù)據(jù)包括所測(cè)量的患者群中多個(gè)成員的每一個(gè)對(duì)所施用治療的應(yīng)答。
58.權(quán)利要求54的設(shè)備，其中所述數(shù)據(jù)包括柱狀圖。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK103823995SQ201410095448
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2007年7月23日 優(yōu)先權(quán)日:2006年8月1日
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