专利名称：针对辐射疗法处置规划中使用的补偿器的交互式计算机辅助编辑器的制作方法针对辐射疗法处置规划中使用的补偿器的交互式计算机辅助编辑器本申请具体应用于辐射疗法处置规划(RTP)系统中。然而，应当认识到，所描述的 (一种或多种)技术还可以应用于其他类型的治疗规划系统、其他计算机辅助编辑系统和/ 或其他治疗应用中。在质子和重离子治疗中，粒子具有在介质、粒子和递送机器的能量和属性的基础上经过特定深度之后在介质中“停止”的特性。在粒子射程的末端处，以所谓的“布喇格峰 (Bragg Peak)”递送向介质递送的最大剂量。在质子和离子射束辐射疗法中，通常在辐射源和对象之间设置补偿器 (compensator)。补偿器是针对每位患者定制制造的。补偿器通常采用树脂玻璃层的形式， 该树脂玻璃层在不同的区域具有不同的厚度，以便在不同的射束角度处对射束和靶标之间的不同组织进行补偿，从而向靶标递送均勻剂量，即，将布喇格峰定位在靶标上。在外部射束辐射疗法处置规划中，针对每位患者对补偿器进行定制设计，以调整递送给该患者的辐射剂量。初始设计通常是在处置规划系统之内计算和优化的，并通过补偿器的厚度值的矩阵式样表示来显示。这种矩阵几乎不能就补偿器的设计向用户提供有用的反馈。通常，允许用户以电子表格输入的方式改变各像素中的任何一个的值。然而，这些改变难以评价和量化。用户可能出于某些原因想要编辑补偿器，这样的原因诸如是要消除患者体内辐射剂量的热点或冷点；使相邻像素之间的梯度柔和，如果梯度过于陡峭，那么在发生轻微患者放置错误的情况，就可能导致递送给靶标或危险器官的剂量出现巨大变化； 使补偿器形状加宽或变窄，以覆盖更多或更少的靶标器官；或者由于初始计算机算法提供的剂量分布是不可接受的。例如与伽马辐射光子相比，质子和离子治疗具有许多临床优点。可以使质子和离子射束按照形形色色的方式组合，从而向介质中的复杂靶标递送均勻的剂量分布。这些技术中的一种是所谓的“修补场(Patch Field)”技术，在这种技术中，两条或更多射束实质上是彼此垂直的。例如，“贯穿”射束纵向照射，而“修补”射束横向照射。对修补和贯穿射束的机械特性进行调整，以在重叠区域中，即向靶标，提供均勻剂量。该修补系统是一种在辐射疗法中使用的已知技术。然而，用于实施和优化这一技术的工具并未得到改进。尤其是在基于离子或质子的治疗(下文统称为“离子治疗”)中，初始设计通常是出于单个目标-即，使剂量顺应靶标组织的远缘，而在处置规划系统之内计算和优化的。这限制了用户对从离子治疗源提供给患者的剂量分布进行形状设定的能力。尽管可以对补偿器像素进行手动编辑，然而这样的编辑是以反复试验为基础的，并且将被认为是补偿器设计的先期规划方案。在考虑诸多因素时，离子治疗中的初始补偿器设计可能是不理想的。例如，如果靶标组织紧密接近危险器官(OAR)，那么对靶标的均勻覆盖可能会迫使过多的剂量溢出到OAR中。此外，加到靶标形状上的任何裕量都可能引起OAR之内剂量的进一步提高。 理想地，用户可能想要检验对靶标的剂量分布相对于对周围组织的剂量的某些折衷。复杂的靶标覆盖是辐射疗法处置规划的另一个主要关注项。递送给靶标解剖结构的辐射剂量必须足够，同时使对相邻危险器官的剂量最低。当靶标的形状复杂时，可以使用多条射束覆盖靶标的分离部分。在这种情况下，来自各射束的重叠剂量可能造成不希望的热点，并使靶标组织之内的均勻性降低。本领域需要这样的系统和方法，其将便于补偿器的3维交互显示，包括患者解剖结构和剂量分布，以辅助用户手动调整补偿器像素等，从而克服上述缺陷。根据一个方面，一种便于优化在辐射疗法处置规划中所使用的计算机生成的3D 补偿器模型的系统，所述系统包括，包括显示器和用户输入装置的图形用户接口(GUI)，以及执行存储在存储器中的计算机可执行指令的处理器。所述指令包括在显示器上向用户显示补偿器模型；接收来自用户输入装置的包括对补偿器模型的编辑的用户输入；基于所述用户输入优化补偿器模型；以及将经优化的补偿器模型存储到存储器或计算机可读存储介质。根据另一方面，一种对在辐射疗法处置中所使用的补偿器进行计算机辅助补偿器模型优化的方法，所述方法包括在患者的解剖区域的患者图像上显示补偿器模型；接收对补偿器模型的用户输入编辑；并基于用户输入更新补偿器模型。所述指令还包括将经更新的补偿器模型存储到存储器或计算机可读存储介质。根据另一方面，一种用于在减少对邻近器官的辐射剂量的同时优化对患者体内不规则形状的靶标团块的辐射剂量分布的方法，所述方法包括识别靶标团块的计算机化模型的横向部分和远端部分以及所述横向部分和远端部分之间的交接处；以及在所述模型中沿着所述交接处进行虚拟切割。所述方法还包括迭代地调整所述横向部分和远端部分的轮廓，以便优化辐射剂量分布；以及显示叠加在包括靶标团块的患者图像上的剂量分布，以供用户在剂量分布优化过程中进行评估。一个优点在于改进了补偿器制造。另一优点在于使患者(遭受)的不必要的辐射剂量降至最低。另一优点在于简化了补偿器设计，其提高了设计精确度。在阅读并理解了下文详细说明的情况下，本领域技术人员将认识到本创新的更多优点。附图仅用于图示说明各个方面，而不应认为其构成限制。图1图示了一种用于对在辐射疗法规划和向患者施予辐射剂量期间所使用的补偿器进行编辑的系统。图2是补偿器编辑图形用户接口(⑶I)的范例，其例如可以在图1的显示器上显7J ο图3是补偿器编辑⑶I的范例，其包括患者颅中的大致为L形的靶标团块，其中， 将该团块划分成要在辐射疗法处置过程中单独照射的贯穿(远端)区域和修补(横向)区域。图4是示出了包括多个像素的虚拟补偿器模型的由上到下的视图的GUI的屏幕快照。图5是GUI的屏幕快照，其中，基本为L形的靶标团块处于紧密靠近危险器官的位置。图6是⑶I的屏幕快照，其包括“修补”工具，用户可以选择该工具令图1的处理器执行射束配置算法，并调整射束配置数据，以生成分别用于照射靶标团块的修补部分和靶标团块的贯穿部分的修补射束数据和贯穿射束数据。图7是GUI的屏幕快照，其在保留器官的同时示出了在系统执行修补算法之前的修补部分和贯穿部分中的辐射的剂量分布。图8是GUI的屏幕快照，其在保留器官的同时示出了在系统执行修补算法之后的修补部分和贯穿部分中的辐射的经优化的剂量分布。图9图示了根据本文所阐述的各方面的用于3D补偿器模型的计算机辅助编辑的方法。图10图示了根据本文所阐述的各方面的用于在减少对邻近器官等的不必要的辐射的同时优化不规则外形的靶标团块的辐射剂量的方法。图11图示了根据本文所阐述的各方面的用于执行对在辐射疗法处置中所使用的补偿器的逆优化和设计的方法。本文所描述的系统和方法，在一个实施例中，涉及一种计算机化系统，其显示叠加到补偿器像素的投影上的辐射疗法射束的剂量分布和患者解剖结构，使其得到详细的可视化。另外，还提供了编辑工具，从而基于用户的意图对补偿器进行调整和编辑，同时交互地显示对剂量分布的改变。在另一实施例中，一种计算机化算法考虑了靶标形状、射束剂量和所递送粒子的属性，以提供均勻剂量分布。图形用户接口和编辑工具便于操纵射束参数，以确保得到可接受的靶标照射。在另一实施例中，提供了用于补偿器设计和优化的计算机化编辑工具和算法。所述算法所包含的因子包括在基于质子和离子的治疗中针对提供给患者、靶标和周围组织的预期剂量的用户指定目的和/或目标。图1图示了用于对在辐射疗法规划和向患者施予辐射剂量期间所使用的补偿器进行编辑的系统10。该系统包括处理器12以及存储器14或其他计算机可读介质，处理器 12执行并且存储器14或其他计算机可读介质存储用于执行本文所描述的各种方法和/或技术的计算机可执行指令。所述处理器和存储器经由总线15彼此耦合，总线15还耦合至成像装置16 (例如，计算机断层摄影装置、磁共振成像装置、核扫描装置等)和显示器18。 所述成像装置生成对象或患者的扫描数据，由重建处理器重建所述数据，以生成患者图像数据20，患者图像数据20存储在存储器14中在并在显示器18上显示。在一个实施例中， (一个或多个)处理器12包括执行重建算法等的重建处理器。存储器14还存储一个或多个3D补偿器模型22。用户使用编辑工具24选择补偿器模型22，所述编辑工具24可以包括鼠标、指示笔、键盘或其他输入装置。所述存储器另外还存储补偿器像素数据26、对应于补偿器模型22的切片的2D横截平面数据28和补偿器梯度厚度数据30。另外，射束配置数据32被存储在所述存储器中，并且包括要施予到患者体内的靶标团块上的辐射射束的修补参数34和/或算法以及贯穿参数36和/或算法。将所述射束配置数据提供给治疗装置40，所述治疗装置在照射患者体内的靶标组织时生成辐射射束。所述存储器还存储用于补偿器设计和优化的一个或多个算法(例如，计算机可执行指令)。例如，3D补偿器模型可以是预先生成的，或者可以是具体针对每位患者治疗处置而生成的。利用所述编辑工具，用户对显示器上的选定模型进行调整，并将修正版本存储22为所述补偿器模型的不同版本。用户的每一编辑输入都将令处理器执行(一个或多个)优化算法，并对模型进行相应的调整。然后，用户可以查看经编辑的模型，并接受或拒绝该改变。如果用户接受所述改变，那么将经修正的模型存储到存储器，以供辐射处置事件期间使用。根据一个实施例，将用户选择的补偿器22，连同射束的目视视图显示中的剂量分布图42，一起投影到显示器18上显示的患者解剖图像上。利用编辑工具24，用户步进贯穿 (through)患者解剖图像20的解剖切片，并由处理器12对补偿器22的投影进行相应地调整。通过这种方式，能够将个体补偿器像素追溯至剂量分布和解剖特征。编辑工具24允许用户在射束的目视视图表示中编辑补偿器像素26。用户可以通过对值进行加、减、求平均等来改变补偿器像素。此外，用户输入的改变将在补偿器的3维模型中得到更新。除了射束的目视视图和3维模型之外，补偿器的2维横截平面28也辅助用户实施补偿器22的厚度梯度30的可视化。在用户对补偿器进行编辑之后，处理器12利用经修正的补偿器重新计算射束的剂量分布42，并且用户将该结果与原始结果进行比较。 然后，用户可以“取消”改变或者继续进一步编辑。当完成时，就可以保存编辑，并将其复制到想要递送的原始射束上。根据另一实施例，由处理器12执行一个或多个射束控制算法44，从而自动调整射束配置32和对应的治疗装置38 (例如，离子束发生器、质子束发生器等)参数，以考虑靶标形状、射束剂量以及所递送粒子的属性，从而向靶标提供均勻剂量分布。确定靶标组织中的 “修补”交接处，并通过射束控制算法44实施对靶标的3维“切割”。修补射束和贯穿射束的靶标的轮廓被分离地处置，并且可以通过射束控制算法基于剂量分布和修补射束或者贯穿射束之一的特性进行手动或自动调整。用户与勾勒出靶标的感兴趣区域(ROI)轮廓以及与射束参数进行交互，从而调节剂量，直到用户满意为止。用户能够显示经更新的剂量分布图42，其示出了利用每一补偿器编辑递送至靶标的辐射剂量，以供评估和重新优化。在另一实施例中，为用户提供显示器18和编辑工具24(例如，图形用户接口 (GUI))，利用其针对患者的某些点、器官、区域的剂量分布设定目的或目标。用户可以将剂量强度指定为一定范围、均勻性，或者指定为特定区域应当接收到的生物学等价效应，还可以为这些目标中的每个指定等级(rank)，其传达满足该目标的相对重要性。然后，处理器 12执行补偿器设计和优化算法40，以设计补偿器，和/或调整射束配置参数，所述射束配置参数包括，但不限于，试图满足目标的射束的范围和调制、裕量和能量。此外，用户可以包括某些不确定性，诸如患者运动和密度变换。在处理器完成计算之后，为用户给出查看结果和进一步调整参数的机会，其可能提出有必要重新优化。所述GUI允许与优化治疗处置所使用的软件代码和算法的用户交互。可以对所述算法进行编码，以通过计算剂量分布和调整补偿器像素和治疗装置参数来确定实现用户定义的目标的解决方案。查看界面允许用户查看优化的结果。在另一实施例中，用户不采用“基于文本的”方式输入目标，而是在显示屏幕上“绘制”预期的剂量分布(例如，使用诸如鼠标或指示笔的输入装置)，并且所述算法通过调整和优化与剂量递送相关的上述参数，诸如补偿器、调制等，来匹配剂量的图形表示。系统10还包括补偿器机器46，其接收已经由用户认可的最终确定的补偿器模型， 并根据该模型的设计参数构建实际补偿器。在一个实施例中，所述补偿器机器与系统10处于同一场所，并就地生成补偿器。在另一实施例中，补偿器位于距离系统10的远处(例如， 处于不同的房间、建筑物、城市、州、国家等)，将经认可的补偿器模型数据存储到系统场所处的计算机可读存储介质(例如，磁盘、存储棒或其他适当的存储介质)，并将其传送至补偿器机器场所，在该补偿器机器场所处将所述模型数据上载到补偿器机器中。或者，可以将3D补偿器模型数据以电子方式传递至补偿器机器，诸如通过email、无线通信链路、红外线、射频等。如上所述，所述系统包括(一个或多个)处理器12和存储器14，处理器12执行并且存储器14存储用于执行本文所描述的各种功能和/或方法的计算机可执行指令。存储器 14可以是在其上存储了控制程序的计算机可读介质，诸如磁盘、硬盘驱动器等。通常形式的计算机可读介质包括，例如，软盘、柔性盘、硬盘、磁带或者任何其他磁存储介质，CD-ROM、 DVD或者任何其他光学介质，RAM、ROM、PROM、EPROM、FLASH-EPROM及其变体，其他存储芯片或盒式磁带，或者处理器12能够从其读取内容并执行的任何其他实体介质。在这一背景下，可以在一个或多个通用计算机、(一个或多个)专用计算机、编程的微处理器或微控制器和外围集成电路元件、ASIC或其他集成电路、数字信号处理器、诸如分立元件电路的硬布线电子或逻辑电路、诸如PLD、PLA、FPGA、图形卡CPU(GPU)或PAL的可编程逻辑器件等上实施系统10，或者将系统10实现为上述列举内容。图2是补偿器编辑⑶I 60的范例，其诸如可以在图1的显示器18上显示。所述 ⑶I包括一个或多个患者图像20a、20b。患者图像20a示出了叠加在患者图像20a上的虚拟补偿器62。患者图像20b示出了贯穿补偿器62投射到患者体内以对靶标团块进行照射的辐射射束64的射束目视视图。还示出了贯穿补偿器的2D垂直切片66和贯穿补偿器的 2D水平切片68。所述GUI允许用户对虚拟补偿器进行调整，以实现针对靶标团块的预期的辐射剂量。一旦用户满意，即，对补偿器细化改进以向靶标团块成功地施予了适当剂量的辐射，同时减弱了抵达危险器官或者不希望出现辐射剂量的其他组织的辐射剂量，就将虚拟补偿器模型62配置保存至存储器，并将其用于患者的辐射疗法处置过程中所使用的实际补偿器的构建。图3是补偿器编辑⑶I 80的范例，其包括患者颅骨83中的大体为L形的靶标团块 82，其中，将所述团块划分为将在辐射疗法处置过程中单独照射的贯穿区域84和修补(横向)区域86。图4是⑶I 100的屏幕快照，其示出了包括多个像素102的虚拟补偿器模型62的由上到下的视图。每一像素对应于将使用所述模型(例如，由图1的补偿器机器46)生成的实际补偿器上的点。一旦模型62得到了用户认可，那么将其存储至存储器，并输出至补偿器机器。图5是⑶I 120的屏幕快照，其中，基本为L形的靶标团块122处于紧密靠近危险器官124(例如，在靶标团块的照射过程中不应受照射的器官)的位置。离子束126被示为覆盖整个靶标团块，在这种情况下，危险器官将受到不必要的照射。然而，借助适当设计的补偿器，将使布喇格峰位于靶标区域的范围内，仅有少量离子将抵达危险器官。图6是包括“修补”工具142的⑶I 140的屏幕快照，用户选择(例如，点击等)所述工具，令图1的处理器12执行射束配置算法，并调整射束配置数据32，以生成修补射束数据34和贯穿射束数据36 (见图1)，所述数据一起向修补区域84和贯穿区域86递送基本均9勻的剂量。所述修补和贯穿技术在使危险器官124免除影响的同时对靶标团块122进行更加精确的照射。使用所述修补和贯穿技术，采用多条射束以良好的符合度和对危险器官的最小剂量来覆盖复杂靶标团块。所述算法包括描绘靶标团块，用户可以通过在患者图像上对所述团块进行标记或勾勒(例如，使用指示笔、鼠标或其他某种输入工具)执行所述描绘。启动修补工具142，并且所述修补工具142将靶标团块自动分解成修补部分和贯穿部分。或者， 用户可以手动执行这一步骤。在一个实施例中，提供总辐射射束的50%，使之横向贯穿所述贯穿部分86，并提供剩余的50%，使之在远端贯穿所述修补部分84。然而，允许用户根据需要调整这些比例，以实现预期的剂量密度或模式。在另一实施例中，系统自动调整修补射束和贯穿射束，以优化贯穿靶标团块的剂量均勻性。允许用户调整靶标团块的修补部分和贯穿部分的边界，这将令所述系统重新优化射束参数，并由此改变针对靶标团块生成的补偿器模型的形状和/或厚度。图7是⑶I 160的屏幕快照，其在保留器官124的同时，示出了在系统执行修补算法(例如，图6的修补工具142的选择)之前修补部分84和贯穿部分86中的辐射的剂量分布162。图8是⑶I 180的屏幕快照，其在保留器官124的同时，示出了在系统执行修补算法(例如，图6的修补工具142的选择)之后修补部分84和贯穿部分86中的辐射的经优化的剂量分布162。图9图示了根据本文所阐述的各方面的用于3D补偿器模型的计算机辅助编辑的方法。在200，将补偿器连同射束的目视视图64显示(如图2中所示)中的剂量分布一起投影到患者图像上。在202，用户可以步进贯穿患者图像的解剖切片，并相应地调整补偿器的投影。通过这种方式，在204，能够将各个补偿器像素追溯至剂量分布和解剖特征。在 206，用户采用编辑工具在射束的目视视图表示中对补偿器像素进行编辑。用户通过对值进行加、减、求平均等来改变补偿器像素。在208，用户输入的变化引起补偿器的3维模型的更新。在210，将补偿器的2维横截平面呈现给用户，从而帮助用户实现厚度梯度的可视化。 在用户对补偿器进行编辑之后，在212，重新计算利用新的补偿器得到的射束剂量分布。在 214，将经重新计算的剂量分布与原始剂量分布进行比较。在216，用户能够“取消”改变、接受改变和/或继续进一步编辑。在218，当完成时，能够将所述编辑存储为补偿器模型的最终版本，能够使用所述最终版本构建补偿器。图10图示了根据本文所阐述的各方面的用于在减弱邻近器官等的不必要的辐射的同时优化不规则外形的靶标团块的辐射剂量的方法。在230，将靶标团块分割成“修补”(例如，远端)区域和贯穿(例如，横向)区域，并确定其间的交接处。在232，通过算法实施对靶标的三维“切割”。分离地处理修补射束和贯穿射束的靶标(例如，分别为靶标团块的修补部分和贯穿部分)的轮廓，可以通过所述算法在剂量分布以及修补射束或者贯穿射束之一的特性的基础上对所述轮廓进行手动或自动调整。在234，用户能够与勾勒出靶标的感兴趣区域轮廓以及射束参数进行交互，从而调节剂量，直到满意为止。在236，用户还能够显示递送至靶标的剂量，以供评估和重新优化。图11图示了根据本文所阐述的各方面的用于执行对辐射疗法治疗中所使用的补偿器的逆优化和设计的方法。在250，用户针对患者的某些点、器官或区域(例如，靶标团块和/或周围区域)的剂量分布设定目的或目标。用户能够将剂量的多少指定为一定范围、均勻性，或者特定区域应当接收到的生物学等价效应。在252，用户为所述目标中的每个指定等级，该等级传达着满足该目标的相对重要性。在254，计算机系统设计补偿器模型和/或对射束参数进行调整以满足所述目标，所述射束参数包括，但不限于，射束的范围和调制、裕量和能量。在256，用户任选地包括在补偿器设计过程中考虑的不确定性，诸如患者运动以及图像像素到停止功率或者密度变换。在计算机系统完成补偿器模型的计算之后， 在258，为用户提供检查结果和进一步调整参数的机会，这样的检查和调整可能要求必须进行重新优化。迭代地执行所述方法直到用户对优化的补偿器模型满意为止，在这一点，存储所述模型和/或将其输出到构建补偿器的补偿器机器。 已经参考若干实施例描述了本创新。在阅读并理解了前述说明后，他人可以想到修改和变化。这意味着，应当将本创新推断为包括所有此类落在权利要求及其等同要件的范围内的修改和变化。当构建用于利用离子或质子辐射射束的辐射治疗的补偿器时，一种计算机辅助补偿器编辑方法包括将初始3D补偿器模型连同辐射剂量分布信息一起叠加到患者体内的靶标团块(例如，肿瘤)的解剖图像上。用户在显示器上操纵补偿器模型中的像素或体素，并且处理器根据用户编辑自动调整剂量分布。用户迭代地调整补偿器模型，直到剂量分布得到优化为止，这时将经优化的补偿器模型存储到存储器和/或将其输出到由所述优化模型构建补偿器的机械加工装置。