專利名稱：不用基準(zhǔn)標(biāo)記而用超聲波圖像對(duì)軟組織目標(biāo)的動(dòng)態(tài)跟蹤的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施方式涉及放射治療領(lǐng)域，特別地，涉及在放射治療期間使 用超聲波圖像對(duì)目標(biāo)的跟蹤。
背景技術(shù)：
腫瘤是由細(xì)胞的不可控的進(jìn)行性繁殖而產(chǎn)生的組織的異常生長(zhǎng)，該細(xì)胞 的生長(zhǎng)不具備生理機(jī)能。腫瘤可以是惡性的(癌變的)或良性的。惡性腫瘤 通過(guò)血管和淋巴系統(tǒng)將癌細(xì)胞擴(kuò)散到身體的其他部分(轉(zhuǎn)移)。良性腫瘤不 會(huì)轉(zhuǎn)移，但如果該良性腫瘤侵犯到關(guān)鍵的身體結(jié)構(gòu)，例如神經(jīng)、血管和器官 (特別是大腦)，則仍然是致命的。用于腫瘤治療的非侵入性方法是外部波束放射治療。在一類外部波束放射治療中，使用外部放射源在腫瘤處以多角度施以一系列x射線束，調(diào)整患者位置以使腫瘤位于波束的旋轉(zhuǎn)中心(標(biāo)準(zhǔn)中心)。由于放射源的角度被改 變，每一波束均從腫瘤處經(jīng)過(guò)，但在到達(dá)腫瘤的途中經(jīng)過(guò)健康組織的不同區(qū) 域。結(jié)果，在腫瘤處累積的放射線劑量高，而健康組織的平均放射線劑量低。 術(shù)語(yǔ)放射線療法是指一種過(guò)程，在該過(guò)程中，出于進(jìn)行治療而非使使組織壞 死的目的，將放射線應(yīng)用于目標(biāo)區(qū)域。在放射線療法治療期間所使用的放射 線的數(shù)量與在放射外科手術(shù)期間使用的放射線的數(shù)量相比，通常小一個(gè)數(shù)量級(jí)。放射線療法典型地以每次治療的低劑量(例如，100-200厘戈瑞(cGy))、 治療時(shí)間短(例如，每次治療10至30分鐘)、以及超分割(hyperfmctionation) (例如，治療30至45天)為特征。為了方便，除非放射線的量級(jí)另有注釋， 否則在此使用的術(shù)語(yǔ)"放射治療"意為放射外科手術(shù)和/或放射線療法。外部波束放射治療遇到的一個(gè)問(wèn)題是病灶(pathological anatomy)(例如腫瘤)在治療期間可能會(huì)轉(zhuǎn)移，該轉(zhuǎn)移降低了目標(biāo)定位的準(zhǔn)確性(即，目標(biāo) 位置的準(zhǔn)確跟蹤)。尤其是，軟組織目標(biāo)在進(jìn)行放射治療期間會(huì)隨著患者的 呼吸一起轉(zhuǎn)移。呼吸運(yùn)動(dòng)能夠?qū)⑿厍换蚋骨恢械哪[瘤移位例如大于3厘米 (cm)。例如，在這樣的呼吸運(yùn)動(dòng)面前，在避開(kāi)周圍健康組織的情況下，很 難達(dá)到精確并正確地將放射劑量傳送至目標(biāo)的目的。在外部波束放射治療 中，為了達(dá)到在治療計(jì)劃階段中所運(yùn)算的放射波束的分配，將放射波束正確 地傳遞至被治療的病灶是非常關(guān)鍵的。一種解決由于呼吸導(dǎo)致腫瘤移動(dòng)的問(wèn)題的傳統(tǒng)方案是使用脈沖選通技 術(shù)。脈沖選通技術(shù)不直接補(bǔ)償呼吸運(yùn)動(dòng)，在放射波束直接作用于患者期間， 該放射波束不被移動(dòng)。當(dāng)然，當(dāng)認(rèn)為腫瘤已經(jīng)被從其基準(zhǔn)位置移開(kāi)時(shí)，放射 波束被關(guān)閉。然而，使用脈沖選通技術(shù)的一個(gè)缺點(diǎn)是該技術(shù)顯著地增加了傳 遞放射治療所需的時(shí)間。另一缺點(diǎn)是該方法可能由于在腫瘤位置所做出的假 設(shè)而導(dǎo)致對(duì)腫瘤的不準(zhǔn)確的治療。一種用于對(duì)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行跟蹤的傳統(tǒng)方案是采用被置于患者體外(例 如在皮膚上)的外部標(biāo)記(例如紅外線發(fā)射器)。使用光學(xué)(例如紅外線) 跟蹤系統(tǒng)對(duì)外部標(biāo)記進(jìn)行自動(dòng)跟蹤。然而，外部標(biāo)記不能充分地反映由呼吸 運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的內(nèi)部偏移。較大的外部患者運(yùn)動(dòng)會(huì)與非常小的內(nèi)部運(yùn)動(dòng)一起發(fā) 生。例如，內(nèi)部目標(biāo)可能比皮膚表面的移動(dòng)慢得多。另一種用于對(duì)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行跟蹤的傳統(tǒng)方案包括使用植入的基準(zhǔn)。典型地，在治療前，墊內(nèi)置基準(zhǔn)標(biāo)記(radiopaque fiducial marker)(例如金種 子或不銹鋼螺絲釘)被植入到目標(biāo)器官中或接近目標(biāo)器官的位置，并在治療 傳遞期間被用做參考點(diǎn)。在治療期間使用立體X射線成像來(lái)運(yùn)算這些基準(zhǔn)標(biāo) 記的準(zhǔn)確的空間位置(例如每10秒1次)。然而，單獨(dú)的內(nèi)部標(biāo)記對(duì)于準(zhǔn)確 跟蹤來(lái)說(shuō)是不夠的。目前另一傳統(tǒng)方案是將內(nèi)部基準(zhǔn)標(biāo)記的跟蹤與外部標(biāo)記 的跟蹤相結(jié)合，其中內(nèi)部基準(zhǔn)標(biāo)記的X射線成像與外部標(biāo)記的光學(xué)跟蹤同步。然而，這樣的結(jié)合的跟蹤方法仍然具有需要內(nèi)部基準(zhǔn)標(biāo)記的跟蹤的缺點(diǎn)。 對(duì)于患者來(lái)說(shuō)，內(nèi)部基準(zhǔn)標(biāo)記的跟蹤是難以忍受的，因?yàn)樾枰褂霉趋?植入基準(zhǔn)標(biāo)記來(lái)實(shí)現(xiàn)高準(zhǔn)確率。將基準(zhǔn)標(biāo)記植入骨骼需要一個(gè)難以忍受且痛 苦的侵入性的過(guò)程，特別是對(duì)于脊柱來(lái)說(shuō)可能頻繁地導(dǎo)致臨床并發(fā)癥。此外， 骨骼植入基準(zhǔn)標(biāo)記的跟蹤可能仍不能對(duì)軟組織目標(biāo)的移動(dòng)或變形提供準(zhǔn)確 的結(jié)果。此外，無(wú)論基準(zhǔn)標(biāo)記是被植入到骨骼中還是通過(guò)活檢針而被注入到 處于電子計(jì)算機(jī)X射線斷層掃描(CT)的監(jiān)視下的目標(biāo)區(qū)域附近的軟組織 中，患者在放射治療前仍必須經(jīng)歷所述的侵入性的過(guò)程。在A. Schweikard、 H Shiomi和J. Adler發(fā)表在2005年1月的內(nèi)部刊物 《醫(yī)用機(jī)器人技術(shù)和計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)》的第19至27頁(yè)上的《在放射外科手 術(shù)中不采用基準(zhǔn)進(jìn)行呼吸跟蹤》中描述了一種不使用植入的基準(zhǔn)標(biāo)記來(lái)跟蹤 腫瘤運(yùn)動(dòng)的傳統(tǒng)技術(shù)。所描述的無(wú)基準(zhǔn)跟蹤技術(shù)利用根據(jù)CT數(shù)據(jù)集的變形 算法，并結(jié)合數(shù)字重建放射圖像(DRR)的記錄和鄰近骨性標(biāo)志的內(nèi)部治療 X射線圖像(多數(shù)情況下腫瘤本身在X射線圖像中可能并不明顯)，以獲取 關(guān)于腫瘤位置的斷續(xù)的信息。之后將該目標(biāo)位置信息與傳統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)相結(jié) 合以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)跟蹤。上述所有傳統(tǒng)方法的一個(gè)缺點(diǎn)在于，除了外部標(biāo)記跟蹤，這些方法都需 要患者多次暴露于來(lái)自內(nèi)部治療X射線的非治療性的放射線下，這些X射 線用于獲得關(guān)于基準(zhǔn)或目標(biāo)位置的斷續(xù)的信息。


在所附的附圖中，本發(fā)明的實(shí)施方式以示例而非限定的形式進(jìn)行說(shuō)明， 其中圖1是示出了用于患者放射治療的工作流程的一種實(shí)施方式的流程圖， 該放射治療包括通過(guò)將實(shí)時(shí)超聲波(US)與參考核磁共振(MR)圖像(參考US)配準(zhǔn)來(lái)對(duì)軟組織目標(biāo)進(jìn)行近實(shí)時(shí)跟蹤；圖2是示出了用于患者放射治療的工作流程的另一種實(shí)施方式的流程 圖，該放射治療包括通過(guò)將近實(shí)時(shí)US-US配準(zhǔn)與皮膚表面附著的發(fā)光二極 管(LED)標(biāo)記的實(shí)時(shí)跟蹤相結(jié)合來(lái)對(duì)軟組織目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤；圖3是示出了將外部標(biāo)記的位置與來(lái)自超聲波圖像的配準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行關(guān)聯(lián) 以作為用于確定軟組織目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)的時(shí)間函數(shù)的一種實(shí)施方式的曲線圖；圖4顯示了治療傳遞系統(tǒng)的一種實(shí)施方式的示意性框圖，該治療傳遞系 統(tǒng)包括用于在放射治療期間對(duì)軟組織目標(biāo)的移動(dòng)進(jìn)行跟蹤的動(dòng)態(tài)跟蹤系統(tǒng)；圖5顯示了使用無(wú)框架、圖像引導(dǎo)的基于機(jī)器人技術(shù)的直線加速器 (LINAC)系統(tǒng)和基于機(jī)器人技術(shù)的患者支撐系統(tǒng)的放射治療系統(tǒng)的一種可 效仿的實(shí)施方式。圖6顯示了包括動(dòng)態(tài)跟蹤系統(tǒng)和超聲波成像器的治療傳遞系統(tǒng)的一種實(shí)施方式的功能性框圖。圖7顯示了用于確定軟組織目標(biāo)的偏移的方法的一種實(shí)施方式。 圖8顯示了在治療傳遞期間用于確定軟組織目標(biāo)的偏移的方法的另一種實(shí)施方式。圖9顯示了使用具有機(jī)械臂的超聲波傳感器對(duì)軟組織目標(biāo)進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤 的一種實(shí)施方式。
具體實(shí)施方式
在以下描述中，多個(gè)特定細(xì)節(jié)，例如特定組件、設(shè)備、方法等的實(shí)例被 提出以提供對(duì)本發(fā)明的全面理解。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn) 的是，不需要這些特定細(xì)節(jié)即可實(shí)施本發(fā)明。在其他情況下，公知的材料或 方法沒(méi)有進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明以避免不必要地模糊本發(fā)明。此處使用的術(shù)語(yǔ)"耦合"可意為直接耦合或通過(guò)一個(gè)或多個(gè)中間組件間接耦合。此處描述的提供于不同總線上的任何信號(hào)都可以與其他信號(hào)分時(shí)復(fù) 用并提供于一個(gè)或多個(gè)公共總線上。此外，電路組件或塊之間的互連可以以 總線或單一信號(hào)線顯示。每一總線可選擇地作為一個(gè)或多個(gè)單一信號(hào)線，并 且每一單一信號(hào)線可選擇地作為總線。此處使用的術(shù)語(yǔ)"第一"、"第二"、"第三"、"第四"等等意為區(qū)別不同像素的標(biāo)號(hào)，并非根據(jù)它們的數(shù)字而具有排 序的含義。超聲波成像中的術(shù)語(yǔ)"實(shí)時(shí)"指不具有可感知反應(yīng)時(shí)間或閃爍的圖像的 同步探測(cè)和顯示，例如，以大約大于l赫茲(Hz)的速度。術(shù)語(yǔ)"近實(shí)時(shí)" 指比實(shí)時(shí)慢的時(shí)間比例，例如，比實(shí)時(shí)的時(shí)間比例少大約一個(gè)或多個(gè)數(shù)量級(jí)。 舉例來(lái)說(shuō)，用于獲取X射線圖像的時(shí)間比例的范圍可以從大約不足一秒鐘到 大約數(shù)秒鐘，該范圍可被認(rèn)為是近實(shí)時(shí)。除非特別指出與下文討論的明顯不同，否則應(yīng)當(dāng)理解為貫穿說(shuō)明書(shū)，采 用如"處理"或"運(yùn)算"或"計(jì)算"或"確定"這樣的術(shù)語(yǔ)的討論涉及計(jì)算 機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和處理，或類似的電子運(yùn)算設(shè)備，該電子運(yùn)算設(shè)備對(duì)代表在計(jì) 算機(jī)系統(tǒng)中的寄存器和存儲(chǔ)器中的物理(電子)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作并變換為 同樣代表在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的存儲(chǔ)器或寄存器或其他這樣的信息存儲(chǔ)、傳輸或 顯示設(shè)備中的物理量的其他數(shù)據(jù)。此處描述的方法的實(shí)施方式可以使用計(jì)算 機(jī)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。被設(shè)計(jì)為實(shí)現(xiàn)所述方法的指令序列如果以符合認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的程 序語(yǔ)言寫出，則該指令序列可被編譯為在多種硬件平臺(tái)上執(zhí)行，并可用于多 種操作系統(tǒng)的界面。另外，本發(fā)明的實(shí)施方式不參考任何特定程序語(yǔ)言進(jìn)行 描述。應(yīng)當(dāng)理解的是，可使用多種程序語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)如此處所述的本發(fā)明的實(shí) 施方式。描述了一種動(dòng)態(tài)跟蹤方法和系統(tǒng)，該動(dòng)態(tài)跟蹤方法和系統(tǒng)用于對(duì)軟組織 目標(biāo)的移動(dòng)進(jìn)行跟蹤而不將基準(zhǔn)標(biāo)記植入到可能接受例如外部波束放射治療的患者體內(nèi)。該方法包括將在治療傳遞期間獲取的一個(gè)或多個(gè)超聲波(us)圖像與治療前的圖像(例如，核磁共振成像(MRI)， CT，或結(jié)合的MRI/CT) 進(jìn)行配準(zhǔn)，該治療前的圖像在治療計(jì)劃期間作為初始參考圖像獲取以在患者 設(shè)置期間對(duì)初始的患者的移動(dòng)進(jìn)行確定和校正。該方法還可以包括將在治療 傳遞期間獲取的US圖像中的一個(gè)(例如在治療傳遞期間最新拍攝的一個(gè)) 用做傳遞階段參考圖像，并執(zhí)行將一個(gè)或多個(gè)隨后獲取的US圖像實(shí)時(shí)或近 實(shí)時(shí)地與傳遞階段參考圖像配準(zhǔn)以在患者治療傳遞期間對(duì)患者的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行 確認(rèn)和校正。該方法可使用二維(2-D)或三維(3-D)超聲波成像技術(shù)來(lái)實(shí) 現(xiàn)。此處所描述的該方法的實(shí)施方式可促使采用實(shí)時(shí)超聲波成像的快速的軟 組織跟蹤的實(shí)現(xiàn)，在該實(shí)時(shí)超聲波成像之后是US圖像與參考US圖像的近 實(shí)時(shí)配準(zhǔn)。在另一種實(shí)施方式中，描述了一種用于實(shí)時(shí)軟組織跟蹤的動(dòng)態(tài)跟蹤方法 和系統(tǒng)，其中實(shí)時(shí)US圖像獲取和US-US配準(zhǔn)與被放置在患者上的一個(gè)或多 個(gè)外部標(biāo)記(例如LED)的實(shí)時(shí)監(jiān)視相結(jié)合。所述動(dòng)態(tài)跟蹤方法還可以包括 建立將外部標(biāo)記的被監(jiān)視的運(yùn)動(dòng)與軟組織的位置相聯(lián)系的數(shù)學(xué)模型(例如關(guān) 聯(lián)模型)，所述軟組織的位置獲取自實(shí)時(shí)超聲波圖像與治療傳遞參考US圖像的配準(zhǔn)。圖l顯示了患者放射療法的工作流程的一種實(shí)施方式。應(yīng)當(dāng)注意的是， 本發(fā)明的實(shí)施方式可能不需要在關(guān)于圖1和圖2的描述中的階段內(nèi)的一個(gè)或 多個(gè)階段和/或步驟，但進(jìn)行描述以便為本發(fā)明的某些實(shí)施方式的討論提供更 好的前后關(guān)系。此外，在特定階段內(nèi)進(jìn)行說(shuō)明和討論的一個(gè)或多個(gè)步驟可以 在該階段之外被執(zhí)行。還應(yīng)當(dāng)注意的是，盡管此處所描述的實(shí)施方式涉及與 放射治療一起使用，但是此處所描述的實(shí)施方式也可以用于需要對(duì)軟組織目 標(biāo)進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤的其他應(yīng)用。圖1的工作流程100也可以不時(shí)地參考圖4中 的治療計(jì)劃系統(tǒng)410和治療傳遞系統(tǒng)420進(jìn)行討論。圖1顯示的工作流程100中，患者放射療法包括治療計(jì)劃階段10、患者設(shè)置階段20以及治療傳遞階段30。所述治療計(jì)劃階段IO可以包括使用第一成像形式來(lái)獲取治療前圖像，所述第一成像形式例如，在包括軟組織目標(biāo)的患者身體中的感興趣體積(VOI)的核磁共振(MR)成像，即步驟IOI?？?替換地，所述治療前圖像可以使用其他類型的成像形式來(lái)獲取，例如，電子 計(jì)算機(jī)X射線斷層掃描(CT)、正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描(PET)、透視等 等。所述治療計(jì)劃階段10還可以包括定義在治療前圖像中的一個(gè)或多個(gè)參 考點(diǎn)，在動(dòng)態(tài)跟蹤處理期間將出于治療傳遞的目的根據(jù)所述參考點(diǎn)對(duì)軟組織 目標(biāo)的位置進(jìn)行跟蹤(如下文中進(jìn)一步所詳細(xì)討論的)，即步驟102。所述參 考跟蹤點(diǎn)可以為超聲波和所述第一形式中的一個(gè)或多個(gè)可成像標(biāo)志。在 MRI、 CT和US圖像中，所述一個(gè)或多個(gè)可成像標(biāo)志可以為輪廓、形狀或器 官的邊緣、或腫瘤的圖像內(nèi)容。在該階段10中，可獲得的其他圖像(例如CT)也可以用于執(zhí)行治療計(jì) 劃，即步驟103a。其中，例如，在步驟103a中獲取到CT圖像，在步驟103b 中，該CT圖像可以與治療前(例如MR)圖像結(jié)合以在逆向計(jì)劃期間推動(dòng) 劑量計(jì)算?？商鎿Q地，劑量計(jì)劃計(jì)算可僅使用在步驟101中獲取的治療前(例 如MR)圖像來(lái)執(zhí)行。應(yīng)當(dāng)注意的是所描述的用于治療計(jì)劃階段10的步驟 103a至103c并非必須實(shí)踐為本發(fā)明以下所描述的實(shí)施方式。應(yīng)當(dāng)注意的是 盡管所述工作流程在此處經(jīng)常關(guān)于逆向計(jì)劃來(lái)進(jìn)行討論，但是此處的方法也 可以與正向計(jì)劃或混合計(jì)劃一起使用，在所述混合計(jì)劃中，部分治療劑量由 使用正向計(jì)劃放置的標(biāo)準(zhǔn)中心來(lái)生成，而部分治療劑量由在逆向計(jì)劃期間的 單獨(dú)波束來(lái)生成。所述工作流程的下一個(gè)階段是患者設(shè)置階段20。在步驟104中，在患者 設(shè)置時(shí)期，可以獲取軟組織區(qū)域的超聲波圖像。在一種實(shí)施方式中，質(zhì)量度 量測(cè)量可被定義為測(cè)量所述配準(zhǔn)的質(zhì)量。對(duì)于US圖像的質(zhì)量度量，可以使 用視覺(jué)判斷。當(dāng)US轉(zhuǎn)換器以US圖像在視覺(jué)上按照諸如器官輪廓和邊緣的圖像特征與參考圖像(MR或CT)相似的方式被調(diào)整時(shí)，所述US圖像質(zhì)量 是滿足配準(zhǔn)要求的。超聲波圖像的質(zhì)量度量可基于多種圖像參數(shù)，例如，操 控轉(zhuǎn)換器(例如成像傳感器)的技術(shù)、軟組織和周圍區(qū)域的性質(zhì)、成像傳感 器的位置和方向、使用成像傳感器所施加的壓力量、傳輸頻率、接收頻率、 增益、與深度相關(guān)的增益以及動(dòng)態(tài)范圍。超聲波圖像的質(zhì)量度量還可以取決于在需要成像的組織和超聲波成像器之間是否存在骨骼或空間干擾(air intervening)?？商鎿Q地，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的其他成像參數(shù)可用于確 定用于配準(zhǔn)目的的圖像的質(zhì)量度量。US圖像的質(zhì)量度量和質(zhì)量閾值可用作 對(duì)超聲波成像系統(tǒng)的反饋以調(diào)節(jié)成像參數(shù)，從而達(dá)到超聲波圖像所期望的質(zhì) 量。在一種實(shí)施方式中，超聲波成像器(例如圖6中的620)可以被重置以 達(dá)到最佳的圖像質(zhì)量。因此，在步驟105中，所述患者設(shè)置階段20可以包 括確定所獲取的US圖像的質(zhì)量度量是否與用于配準(zhǔn)的質(zhì)量閾值相符合。如 果US圖像的質(zhì)量度量不符合該質(zhì)量閾值，則在步驟106中，可調(diào)整或重置 超聲波成像器620，并返回步驟104以獲取具有更好質(zhì)量的US圖像。在步驟107中，將US圖像與治療前圖像(例如MR)相配準(zhǔn)以確定關(guān) 于在步驟102中確定的一個(gè)或多個(gè)參考點(diǎn)的軟組織目標(biāo)的位置或偏移?？梢?使用本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的技術(shù)來(lái)執(zhí)行配準(zhǔn)，例如，在1998年由牛津 大學(xué)出版社出版的由Maintz和Viergeverm合著的《A Survey of Medical Image Registration中所描述的。因此，這里不提供對(duì)于配準(zhǔn)的詳細(xì)描述。所述配 準(zhǔn)的精確度和成功率可取決于在步驟104中獲取的超聲波圖像的質(zhì)量度量。 應(yīng)當(dāng)注意的是，也可以使用一個(gè)或多個(gè)冗余的超聲波成像器來(lái)提高將來(lái)自至 少一個(gè)超聲波成像器的輸出與治療前圖像進(jìn)行配準(zhǔn)的機(jī)會(huì)。所述冗余的超聲 波成像器可以在同一轉(zhuǎn)換器中的冗余的超聲波成像陣列，或可替換地，可以 在與身體耦合的單獨(dú)的轉(zhuǎn)換器中。在一種實(shí)施方式中，為了有助于看清軟組織結(jié)構(gòu)和腫瘤邊界，可使用US造影劑來(lái)增強(qiáng)高血供或低血供腫瘤的清晰度。US造影劑施行于患者的血 流之中以循環(huán)至遍布血管系統(tǒng)。US造影劑增加了超聲波的反射率，因而增 強(qiáng)了來(lái)自造影劑泡沫相對(duì)于周圍組織的回波的信噪比。在另一種實(shí)施方式 中，通過(guò)使用以與目標(biāo)腫瘤相關(guān)聯(lián)的特定分子為目標(biāo)的具有唯一的分子鍵聯(lián) 特性的US造影劑，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)清晰度的進(jìn)一步改善。這樣的造影劑將與腫瘤中的目標(biāo)分子鍵聯(lián)以增加目標(biāo)分子的濃度并實(shí)現(xiàn)更佳的us清晰度。這些造影劑還可以結(jié)合X射線對(duì)比特性來(lái)提高腫瘤在X射線下的清晰度。在一種實(shí)施方式中，在步驟108中，由配準(zhǔn)(步驟107)所確定的軟組 織目標(biāo)的偏移可用于調(diào)整患者位置，從而使該偏移被最小化于治療傳遞系統(tǒng) 420的工作范圍之內(nèi)。這促使放射波束源被控制以傳遞由治療計(jì)劃所指定的 放射波束。在一種實(shí)施方式中，如果患者不在治療傳遞系統(tǒng)的工作范圍之內(nèi)， 所述方法可以包括對(duì)患者的位置進(jìn)行調(diào)整，即步驟109。應(yīng)當(dāng)注意的是如果 患者被調(diào)整，則所述工作流程可返回到步驟106，如果需要，則調(diào)整超聲波 成像器的位置?？商鎿Q地，患者步驟階段20可采用其他手段以利用治療傳遞系統(tǒng)420 的工作范圍來(lái)對(duì)患者進(jìn)行定位，例如，使用X射線/DRR配準(zhǔn)與在治療計(jì)劃 階段10期間獲得的CT數(shù)據(jù)組的結(jié)合。這些傳統(tǒng)方法的細(xì)節(jié)為本領(lǐng)域普通技 術(shù)人員所公知，因此不包括在此處。一旦完成了初始患者設(shè)置20，所述工作流程移至治療傳遞階段30。在 步驟110，在所述治療傳遞階段30中，最新的超聲波圖像可在治療傳遞期間 被記錄并作為用于稍后的US與US配準(zhǔn)的傳遞參考US圖像。在患者設(shè)置 階段20期間，如果患者被很好地對(duì)準(zhǔn)了，則可將在治療前圖像中定義的目 標(biāo)VOI的較小的感興趣體積用于US圖像以實(shí)現(xiàn)更快的配準(zhǔn)?？商鎿Q地，可 使用在治療前圖像中定義的相同的感興趣的目標(biāo)區(qū)域。在一種實(shí)施方式中， 所述工作流程進(jìn)行到自動(dòng)跟蹤模式中。在自動(dòng)跟蹤模式中，在步驟lll，在實(shí)時(shí)或近實(shí)時(shí)間成像速率下可以連 續(xù)地獲取US圖像，其中所述圖像在治療傳遞階段30期間被獲取(即當(dāng)在特定過(guò)程中對(duì)患者執(zhí)行治療計(jì)劃時(shí))。在一種實(shí)施方式中，例如，us成像速率可以近似地為少于60Hz。接著，在步驟112中， 一個(gè)或多個(gè)所獲取的US圖 像(例如最新或近期獲取的US圖像)可以與傳遞參考US圖像(步驟110 中的)或在治療計(jì)劃(步驟IOI中的)中獲取的治療前圖像相配準(zhǔn)。在該實(shí) 施方式中，關(guān)于參考圖像或參考US圖像的參考點(diǎn)的軟組織目標(biāo)的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng) 可以以時(shí)間函數(shù)來(lái)運(yùn)算。由于超聲波成像是以充足的運(yùn)算能力實(shí)時(shí)執(zhí)行的， 因此也可以近實(shí)時(shí)地運(yùn)算在該過(guò)程中隨后獲取的US圖像與傳遞參考US圖 像之間的配準(zhǔn)。也可以使用如上所述的一個(gè)或多個(gè)冗余的超聲波成像器。在一種實(shí)施方 式中，配準(zhǔn)結(jié)果可以從超聲波成像器中以最佳質(zhì)量度量進(jìn)行選擇?？商鎿Q地， 可以執(zhí)行決定使用哪個(gè)超聲波圖像的其他公知的方法，例如，使用多數(shù)投票 方法。在一種實(shí)施方式中，在步驟114中，如果未完成根據(jù)治療計(jì)劃的劑量傳 遞，則所述工作流程可返回至可以獲取附加US圖像的步驟111。在一種可替換的實(shí)施方式中，如圖2所述， 一旦完成初始患者設(shè)置，所 述工作流程可包括使用外部動(dòng)態(tài)跟蹤系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)比可能情況更快的對(duì)軟組 織目標(biāo)的跟蹤，該可能情況為僅基于在如上所述的實(shí)時(shí)US圖像和傳遞參考 US圖像之間的配準(zhǔn)而執(zhí)行跟蹤。使用如下所述的關(guān)聯(lián)模型將來(lái)自外部動(dòng)態(tài) 跟蹤系統(tǒng)的結(jié)果與US配準(zhǔn)結(jié)果相結(jié)合。在該實(shí)施方式中，在步驟210中， 一旦完成初始患者設(shè)置階段20，則最 新的超聲波圖像可被記錄并在患者治療期間被作為用于后續(xù)的US與US配 準(zhǔn)的傳遞參考US圖像。在圖2的工作流程200的自動(dòng)跟蹤模式中，如圖1 的步驟111所描述的，超聲波成像器可以以成像速率成像，然而，在步驟211 ，從超聲波成像系統(tǒng)獲取的超聲波圖像可及時(shí)地以與運(yùn)算能力成比例的速率 (例如采樣速率)被欠采樣，該運(yùn)算能力可用于執(zhí)行US與US的配準(zhǔn)。在步驟212中，被采樣的US圖像可與最新的參考US圖像或在治療計(jì)劃中獲取的治療前圖像相配準(zhǔn)。動(dòng)態(tài)跟蹤系統(tǒng)402可以包括一個(gè)或多個(gè)與患者耦合的外部標(biāo)記(例如可 視的紅色或紅外LED)以及安裝在治療室中的用于對(duì)所述一個(gè)或多個(gè)外部標(biāo) 記的位置進(jìn)行跟蹤的跟蹤器。這些外部標(biāo)記可被置于患者的外部，例如，被 置于患者的皮膚上或患者所穿的衣服上。在步驟213，動(dòng)態(tài)跟蹤器系統(tǒng)以固 定的任意坐標(biāo)框架來(lái)獲得外部標(biāo)記的位置。所述外部標(biāo)記的位置以大于US 成像器的速率的掃描速率來(lái)獲取。在一種實(shí)施方式中，實(shí)時(shí)地獲取所述外部 標(biāo)記的位置。在一種實(shí)施方式中，舉例來(lái)說(shuō)，所述掃描速率大約為大于lHz。 可替換地，可使用其他掃描速率。為了將來(lái)自外部動(dòng)態(tài)跟蹤系統(tǒng)402的結(jié)果與US配準(zhǔn)結(jié)果相結(jié)合，在步 驟214，建立了一種關(guān)聯(lián)模型。外部標(biāo)記的運(yùn)動(dòng)在固定的坐標(biāo)系中被確定， 該固定的坐標(biāo)系相對(duì)于用于US圖像的坐標(biāo)系來(lái)說(shuō)是任意的，且該固定的坐 標(biāo)系被提供以作為關(guān)聯(lián)引擎(由處理設(shè)備401實(shí)現(xiàn))的輸入。所述關(guān)聯(lián)引擎 還接收來(lái)自步驟212的US圖像的配準(zhǔn)結(jié)果作為輸入。來(lái)自超聲波圖像配準(zhǔn) 以及動(dòng)態(tài)跟蹤器的結(jié)果通過(guò)數(shù)學(xué)模型(例如關(guān)聯(lián)模型)被關(guān)聯(lián)，用于給出實(shí) 時(shí)測(cè)得的外部標(biāo)記的運(yùn)動(dòng)與通過(guò)超聲波成像系統(tǒng)620以采樣速率測(cè)得的軟組 織目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。在一種實(shí)施方式中，兩個(gè)US圖像可以被配 準(zhǔn)以利用一個(gè)或多個(gè)外部標(biāo)記的相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)來(lái)運(yùn)算關(guān)聯(lián)模型。因此，工作流 程200還可包括，在步驟214a，以成像速率對(duì)軟組織目標(biāo)進(jìn)行超聲波成像以 獲取額外的US圖像。在步驟214b，額外獲取的US圖像可與傳遞參考US 圖像或在治療計(jì)劃中獲取的治療前圖像相配準(zhǔn)。在步驟214c，所述關(guān)聯(lián)模型 可隨后基于來(lái)自步驟214a和214b的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行更新。一旦關(guān)聯(lián)模型被建立或被更新，則形成動(dòng)態(tài)跟蹤系統(tǒng)402的外部標(biāo)記的 位置測(cè)量可被用于使用關(guān)聯(lián)模型以所述掃描速率來(lái)運(yùn)算軟組織目標(biāo)的相應(yīng)位置，即步驟215。在步驟216， 一旦所述軟組織目標(biāo)的位置被運(yùn)算出，則所述方法可以包括對(duì)治療傳遞系統(tǒng)的放射波束源位置進(jìn)行調(diào)整以對(duì)軟組織的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償。所述治療傳遞系統(tǒng)620可接著將一劑放射線傳遞至被 跟蹤的軟組織目標(biāo)。在一種實(shí)施方式中，在步驟217，如果劑量的傳遞被確 定為未完成，則之后治療傳遞階段30可返回到步驟214a以用于更新關(guān)聯(lián)模 型。在步驟218，如果劑量的傳遞已完成，則該方法被完成。在另一種實(shí)施 方式中，基于獲取每一組新的US圖像并將該每一組新的US圖像與最新的 US圖像和/或治療前圖像(例如MR或CT圖像)相配準(zhǔn)，所述關(guān)聯(lián)模型的 精確度可被校驗(yàn)或調(diào)整。在一種實(shí)施方式中，如果關(guān)聯(lián)模型預(yù)測(cè)偏離了 US 圖像偏移值并超出了特定閾值，則偏離的源在進(jìn)行之前被確定。在這種實(shí)施 方式中，先前連續(xù)的US圖像被用于一致性的比較(例如，US成像器可能 在身體表面上滑動(dòng)從而得出錯(cuò)誤的組織偏移)，并且將標(biāo)記位置與關(guān)聯(lián)模型 預(yù)測(cè)位置相比較以確認(rèn)所述標(biāo)記的位置。應(yīng)當(dāng)注意的是，關(guān)于圖l和圖2的上述目標(biāo)的偏移可以在不同點(diǎn)被確定， 該不同點(diǎn)遍布被配準(zhǔn)的US圖像(2D或3D)或在感興趣區(qū)域(ROI)或感 興趣體積(VOI)內(nèi)。所述偏移值可在遍布被配準(zhǔn)的US圖像或ROI的范圍 內(nèi)從點(diǎn)到點(diǎn)被改變。偏移值可針對(duì)軟組織的特定區(qū)域(或體積)內(nèi)的平均偏 移在特定區(qū)域(或體積)內(nèi)求平均值，或用于在ROI (或VOI)內(nèi)確定平均 腫瘤偏移?？臻g改變偏移值可被用于模擬軟組織或腫瘤畸變以及局部化的偏 移。圖3是示出了將外部標(biāo)記的位置與來(lái)自超聲波圖像的配準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行關(guān)聯(lián) 以作為用于確定軟組織目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)的時(shí)間函數(shù)的一種實(shí)施方式的曲線圖。關(guān) 聯(lián)曲線圖300包括位置，該位置與外部標(biāo)記301的實(shí)際運(yùn)動(dòng)的時(shí)間以及軟組織目標(biāo)303的預(yù)測(cè)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間有關(guān)，該軟組織目標(biāo)303的預(yù)測(cè)運(yùn)動(dòng)基于軟組織目標(biāo)的采樣的US圖像(例如軟組織目標(biāo)302的配準(zhǔn)的、采樣的US圖像) 的配準(zhǔn)。所述配準(zhǔn)的、采樣的US圖像302可及時(shí)地指示由tl-t8示出的以采 樣速率304 (例如實(shí)時(shí))采樣的感興趣的目標(biāo)區(qū)域的一個(gè)或多個(gè)參考點(diǎn)的位 置。應(yīng)當(dāng)注意的是，外部標(biāo)記301的運(yùn)動(dòng)以及軟組織目標(biāo)303的預(yù)測(cè)運(yùn)動(dòng)以 周期或正弦曲線示出，由此說(shuō)明患者的呼吸運(yùn)動(dòng)。在另一實(shí)施方式中，所述 運(yùn)動(dòng)可以不是周期或正弦曲線，而可以是不規(guī)則形狀曲線。還應(yīng)當(dāng)注意的是， 軟組織目標(biāo)303的預(yù)測(cè)運(yùn)動(dòng)的精確度可取決于采樣速率304。所述采樣速率 304越快，越多軟組織目標(biāo)302的配準(zhǔn)的、采樣的US圖像可被連同外部標(biāo) 記301的實(shí)際運(yùn)動(dòng)一起用于計(jì)算軟組織目標(biāo)303的預(yù)測(cè)運(yùn)動(dòng)。然而，如上所 述，所述采樣速率304可由系統(tǒng)的運(yùn)算能力限制。外部標(biāo)記301的實(shí)際運(yùn)動(dòng) 被圖示為連續(xù)的曲線。在另一實(shí)施方式中，外部標(biāo)記301的被檢測(cè)到的運(yùn)動(dòng) 也可以為離散值，該離散值是以高于用于計(jì)算軟組織目標(biāo)303的預(yù)測(cè)運(yùn)動(dòng)的 US圖像的采樣速率的掃描速率來(lái)采樣得到的。在圖2所描述的方法的一種可效仿的實(shí)施方式中，在時(shí)間tl，可獲得通 過(guò)超聲波成像器獲取的US圖像的樣本。采樣的實(shí)時(shí)US圖像之后可與治療 前掃描(例如MR圖像)或最新傳遞參考US圖像相配準(zhǔn)。US圖像的配準(zhǔn) 結(jié)果可與被動(dòng)態(tài)跟蹤系統(tǒng)跟蹤的外部標(biāo)記的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)相結(jié)合，該實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)比 采樣速率快。使用軟組織目標(biāo)302的配準(zhǔn)的、采樣的US圖像和外部標(biāo)記301 的實(shí)際運(yùn)動(dòng)，所述系統(tǒng)可以計(jì)算軟組織目標(biāo)303的預(yù)測(cè)運(yùn)動(dòng)，以用于對(duì)軟組 織目標(biāo)進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤。圖4顯示了治療計(jì)劃系統(tǒng)和治療傳遞系統(tǒng)的一種實(shí)施方式的示意性框 圖。治療計(jì)劃系統(tǒng)410可用于實(shí)現(xiàn)上述關(guān)于治療計(jì)劃階段IO的步驟，例如， 用于獲取治療前圖像。所述治療計(jì)劃系統(tǒng)410可將其數(shù)據(jù)庫(kù)(例如所存儲(chǔ)的 治療前圖像)與治療傳遞系統(tǒng)420共享，從而不必在治療傳遞之前從治療計(jì)劃系統(tǒng)輸出。所述治療計(jì)劃系統(tǒng)410還可包括MIRIT (醫(yī)學(xué)圖像察看和輸入 系統(tǒng))以支持醫(yī)學(xué)數(shù)字成像和通信標(biāo)準(zhǔn)(DICOM)輸入(從而可在不同的 系統(tǒng)中結(jié)合圖像并進(jìn)行目標(biāo)描述，且之后被輸入到治療計(jì)劃系統(tǒng)中以用于進(jìn) 行計(jì)劃和劑量計(jì)算)，擴(kuò)展圖像結(jié)合性能，該性能允許用戶以各種成像形式 (例如MRI、 CT、 PET等)中的任何一種來(lái)制定治療計(jì)劃并察看等劑量分 配。治療計(jì)劃系統(tǒng)為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知；因此，不再提供更詳細(xì)的討論。治療計(jì)劃系統(tǒng)410提供治療前(例如MR， CT等)圖像到治療傳遞系 統(tǒng)420以作為隨后采用由超聲波成像器620獲取的超聲波圖像來(lái)進(jìn)行的配準(zhǔn) 的參考。如先前所討論的，治療前圖像可直接用于放射治療計(jì)劃?？商鎿Q地， 治療前圖像可與其他解剖學(xué)圖像(例如CT)相結(jié)合以實(shí)現(xiàn)治療計(jì)劃功能。 治療計(jì)劃系統(tǒng)410被用于選擇參考點(diǎn)，該參考點(diǎn)之后用于測(cè)量軟組織目標(biāo)的 動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)。所述參考點(diǎn)的位置與治療前圖像一同提供給治療傳遞系統(tǒng)420。治療傳遞系統(tǒng)420包括動(dòng)態(tài)跟蹤系統(tǒng)(DTS) 402和用于安置患者以進(jìn) 行治療傳遞的患者支撐系統(tǒng)403。所述治療傳遞系統(tǒng)420還包括放射源406， 該放射源406用于達(dá)到在治療計(jì)劃中指定的空間位置并動(dòng)態(tài)調(diào)整由動(dòng)態(tài)跟蹤 系統(tǒng)402運(yùn)算的軟組織目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)。所述動(dòng)態(tài)跟蹤系統(tǒng)402對(duì)安置在患者身 上的外部標(biāo)記的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤。處理設(shè)備401代表一個(gè)或多個(gè)通用處理 器(例如微處理器)、諸如數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)的專用處理器或諸如處 理設(shè)備或現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)的其他類型的設(shè)備、以及可位于系統(tǒng) 420的一個(gè)或多個(gè)其他塊的外部或內(nèi)部的相關(guān)組件(例如存儲(chǔ)器)。處理設(shè)備 401可被配置為執(zhí)行用于執(zhí)行此處所討論的操作和步驟的指令。特別地，處 理設(shè)備401可被用于執(zhí)行由超聲波成像器620獲取的超聲波圖像和治療前圖 像間的配準(zhǔn)，并運(yùn)算使外部標(biāo)記的運(yùn)動(dòng)與軟組織的運(yùn)動(dòng)相關(guān)聯(lián)的關(guān)聯(lián)模型。 所述治療傳遞系統(tǒng)420僅代表系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例，該系統(tǒng)可具有多種不同的 配置和架構(gòu)且可以與本發(fā)明一起應(yīng)用。在一種實(shí)施方式中，治療傳遞系統(tǒng)420可以是如下關(guān)于圖5所討論的基 于無(wú)框架機(jī)器人技術(shù)的直線加速器(LINAC)放射外科手術(shù)系統(tǒng)(例如，由 加利福尼亞的Accuray公司研發(fā)的射波刀(CyberKnife )系統(tǒng))。在該系統(tǒng) 中，LINAC被安裝在機(jī)械臂的端部，該機(jī)械臂具有多(例如5個(gè)或更多) 自由度以安置LINAC，以便采用從環(huán)繞患者的工作體積(例如球體)中的 多個(gè)角度傳遞出的波束來(lái)照射病灶。治療可以包括具有單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中心、具有 多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中心、或具有非標(biāo)準(zhǔn)中心路徑(即，所述波束僅需要與病理目標(biāo)體 積交叉而不必匯聚在該目標(biāo)之中的單一點(diǎn)或標(biāo)準(zhǔn)中心上)的波束通路。治療 可以以單療程(單劑量(mono-fraction))或以在治療計(jì)劃期間所確定的少量 療程(高劑量(hypo-fractionation))進(jìn)行傳遞?？商鎿Q地，可使用另一類型的治療傳遞系統(tǒng)420，例如基于支架(標(biāo)準(zhǔn) 中心)的強(qiáng)度調(diào)制放射療法(IMRT)系統(tǒng)。在基于支架的系統(tǒng)中，放射源 (例如LINAC)被以在相應(yīng)于患者的軸向切片的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)的方式而安裝 在所述支架上。放射線之后被從旋轉(zhuǎn)的圓形平面上的多個(gè)位置進(jìn)行傳遞。在 IMRT中，放射波束的形狀由多葉片準(zhǔn)直儀定義，該多葉片準(zhǔn)直儀允許波束 的一部分被鎖定，從而使患者身上所附的剩余波束具有預(yù)定義的形狀。在 IMRT計(jì)劃中，最優(yōu)算法選擇主波束的子集并確定波束的子集應(yīng)當(dāng)被暴露的 時(shí)間量，從而最好地滿足劑量限制。在另一實(shí)施方式中，還可使用其他類型的治療傳遞系統(tǒng)420，例如，定 向框架系統(tǒng)，諸如瑞典的Elekta公司的伽馬刀(GammaKnife )。采用該系 統(tǒng)，治療計(jì)劃的最優(yōu)算法(也被稱作球填充算法)確定選擇并且劑量重量被 分配給形成標(biāo)準(zhǔn)中心的一組波束以便最好地滿足所規(guī)定的劑量限制。圖5示出了治療傳遞系統(tǒng)的一種可效仿的實(shí)施方式。在該實(shí)施方式中， 治療傳遞系統(tǒng)420為包括基于機(jī)器人技術(shù)的LINAC系統(tǒng)500的基于無(wú)框架 機(jī)器人技術(shù)的LINAC放射外科手術(shù)系統(tǒng)。該基于機(jī)器人技術(shù)的LINAC系統(tǒng)500可包括具有鉸接的機(jī)械臂501的機(jī)器人；安裝在鉸接的機(jī)械臂501的遠(yuǎn)端的LINAC 506 (例如，放射源406)，該LINAC 506用于選擇性地發(fā)射治 療的放射線；X射線成像源507;探測(cè)器508;跟蹤設(shè)備509;以及處理設(shè)備 401 (未示出)。在該實(shí)施方式中，患者支撐系統(tǒng)403為基于機(jī)器人技術(shù)的患 者支撐系統(tǒng)503?；跈C(jī)器人技術(shù)的患者支撐系統(tǒng)503可具有耦合至患者治 療床504的機(jī)械臂502。該機(jī)械臂502可具有五個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度和一個(gè)基本垂 直的線性自由度。可替換地，機(jī)械臂502可具有六個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度和一個(gè)基本 垂直的線性自由度或至少四個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度。所述機(jī)械臂502可與軌道560耦 合，該軌道560與柱狀結(jié)構(gòu)570耦合?？商鎿Q地，所述機(jī)械臂可被垂直安裝 在壁上，水平安裝在基座或地面上。所述柱狀結(jié)構(gòu)570可被安裝在地面上或 可替換地被安裝在天花板上。還應(yīng)當(dāng)注意的是，雖然圖5明確地描述了基于 機(jī)器人技術(shù)的患者支撐系統(tǒng)403的一種可效仿的實(shí)施方式，但是所述患者支 撐系統(tǒng)403也可以是被安裝到其他機(jī)械機(jī)構(gòu)的治療臺(tái)，所述機(jī)械機(jī)構(gòu)諸如由 加利福尼亞的Accuray公司研發(fā)的Axum⑧治療床?？商鎿Q地，患者支撐系 統(tǒng)403可為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的其他傳統(tǒng)治療臺(tái)，該傳統(tǒng)治療臺(tái)例如 為安裝在架子或基座上的治療臺(tái)。在該實(shí)施方式中，治療傳遞系統(tǒng)420的成像系統(tǒng)407包括X射線成像源 507和成像探測(cè)器508。該X射線成像源507可生成軟組織目標(biāo)的圖像數(shù)據(jù)， 該圖像數(shù)據(jù)顯示了軟組織目標(biāo)在治療坐標(biāo)系或框架中的位置和方向。探測(cè)器 508可生成患者的圖像信息并將該圖像信息發(fā)送到處理設(shè)備401。處理設(shè)備 401執(zhí)行所有的成像計(jì)算以確定相對(duì)于參考治療位置的患者的位置并對(duì)不同 的自由度進(jìn)行校正。該校正可被自動(dòng)地應(yīng)用于基于機(jī)器人技術(shù)的患者支撐系 統(tǒng)503以自動(dòng)地對(duì)準(zhǔn)患者，并/或?qū)⒃撔Ｕl(fā)送到處理設(shè)備401以自動(dòng)地調(diào)整 患者相對(duì)于基于機(jī)器人技術(shù)的LINAC系統(tǒng)500的放射源506的位置。在一種實(shí)施方式中，處理設(shè)備401可被配置為使用機(jī)械臂將患者治療床沿著五個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度和一個(gè)基本垂直的線性自由度動(dòng)態(tài)移動(dòng)，并相結(jié)合地，使用基于機(jī)器人技術(shù)的LINAC系統(tǒng)的機(jī)械臂將基于機(jī)器人技術(shù)的LINAC系 統(tǒng)沿著至少五個(gè)自由度移動(dòng)，用以動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)患者治療床504以及基于機(jī)器人 技術(shù)的LINAC系統(tǒng)500的LINAC 506的方向和位置。在患者治療床和治療 的放射源之間的移動(dòng)的動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)可以將患者安置在基于機(jī)器人技術(shù)的 LINAC系統(tǒng)500的LINAC 506的工作范圍(例如，跟蹤范圍)內(nèi)。在另一實(shí)施方式中，處理設(shè)備401可被配置為將患者治療床504安置在 基于機(jī)器人技術(shù)的LINAC系統(tǒng)500的LINAC 506的工作范圍(例如，跟蹤 范圍)內(nèi)?？商鎿Q地，處理設(shè)備401可被配置為在基于機(jī)器人技術(shù)的LINAC 系統(tǒng)500的LINAC 506的工作范圍(例如，跟蹤范圍)內(nèi)相對(duì)于在患者治 療床504上的患者而安置LINAC 506。處理設(shè)備401可執(zhí)行治療計(jì)劃和治療傳遞軟件，所述治療計(jì)劃和治療傳 遞軟件可響應(yīng)于治療前掃描數(shù)據(jù)(例如，CTMRI數(shù)據(jù)、PET數(shù)據(jù)和用戶輸 入)以生成由一系列期望的波束通路組成的治療計(jì)劃，每一波束通路均具有 在每一固定的治療位置或節(jié)點(diǎn)組的相關(guān)聯(lián)的量率和持續(xù)時(shí)間。為了響應(yīng)處理 設(shè)備的指令，機(jī)器臂501移動(dòng)并定向LINAC 506逐次并順序地通過(guò)每個(gè)節(jié) 點(diǎn)，直到LINAC 506傳遞由處理設(shè)備401指示的需要的劑量。在傳遞治療計(jì)劃之前，在固定坐標(biāo)系或由成像系統(tǒng)407所建立的參考框 架中的患者的位置和方向必須通過(guò)患者治療床504進(jìn)行調(diào)整以使該患者的位 置和方向與在固定坐標(biāo)系或治療前(例如CT、 MRI、 PET等)成像器的參 考框架中的患者的位置和方向相匹配，所述治療前成像器提供用以對(duì)治療進(jìn) 行計(jì)劃的圖像。在一種可效仿的實(shí)施方式中，這種對(duì)準(zhǔn)可在位置范圍內(nèi)進(jìn)行， 該位置范圍可由機(jī)械臂501進(jìn)行校正。如上所述，諸如癌損傷的軟組織目標(biāo)相對(duì)于患者身體的骨骼結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)可 能是不固定的；因此，由于患者的運(yùn)動(dòng)，在治療期間軟組織目標(biāo)的位置可能會(huì)被移動(dòng)，所述運(yùn)動(dòng)如呼吸運(yùn)動(dòng)、器官運(yùn)動(dòng)以及其他身體已知的運(yùn)動(dòng)。這意 味著所述軟組織目標(biāo)可以是移動(dòng)的目標(biāo)。如上所述，此處所討論的方法，即 不采用植入的基準(zhǔn)標(biāo)記而對(duì)軟組織目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，該方法允許放射治療系統(tǒng) 400跟蹤內(nèi)部移動(dòng)并執(zhí)行放射外科手術(shù)而不需要患者如采用某些傳統(tǒng)的系統(tǒng)所需的那樣屏住他/她的呼吸或在呼吸周期期間對(duì)LINAC 506進(jìn)行開(kāi)關(guān)操 作。在一種實(shí)施方式中，具有用于跟蹤軟組織目標(biāo)的DTS402的治療的放射 治療系統(tǒng)400可以包括跟蹤設(shè)備509以及置于患者外部的一個(gè)或多個(gè)標(biāo)記。 如上所述，治療前掃描和其他診斷成像可在治療計(jì)劃期間執(zhí)行。如上所述， 當(dāng)患者呼吸時(shí)，所述診斷成像隨后可用于模擬患者的軟組織目標(biāo)的形狀和位 置的改變，并將這些改變與置于患者外部的一個(gè)或多個(gè)標(biāo)記的移動(dòng)相關(guān)聯(lián)。在一種實(shí)施方式中，所述一個(gè)或多個(gè)外部標(biāo)記可以是發(fā)光二極管 (LED)。 LED可以為可視的紅色或紅外線的。可替換地，所述外部標(biāo)記可 以為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的其他標(biāo)記，例如激光信標(biāo)。在一種實(shí)施方式 中，DTS402的跟蹤設(shè)備509可以被安裝在治療室的天花板上?？商鎿Q地， 跟蹤設(shè)備509可以被安裝在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的其他位置，例如治療 室的地板上或墻壁上。在一種實(shí)施方式中，在患者設(shè)置階段IO期間，患者可以穿著包括三個(gè) 激光信標(biāo)的適形彈性衣。所述激光信標(biāo)以及相應(yīng)的纖維光纜可以是射線可透 過(guò)的，并且因此不干擾成像或治療過(guò)程。這些激光信標(biāo)的位置可由跟蹤設(shè)備 509進(jìn)行跟蹤。跟蹤設(shè)備509可以是以例如32幀每秒的掃描速率對(duì)治療室進(jìn) 行掃描的線性的、三照像機(jī)陣列，并且可以對(duì)由此得到的圖像進(jìn)行處理以確 定在固定坐標(biāo)系中的激光信標(biāo)的空間坐標(biāo)。對(duì)一個(gè)或多個(gè)標(biāo)記的掃描可以在 治療計(jì)劃和/或治療傳遞期間執(zhí)行。如以上關(guān)于圖1-3的描述，由跟蹤設(shè)備 509跟蹤的一個(gè)或多個(gè)標(biāo)記的運(yùn)動(dòng)可以與US圖像的配準(zhǔn)結(jié)果相結(jié)合以預(yù)測(cè) 軟組織目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)?？商鎿Q地，跟蹤設(shè)備509可以為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的其他跟蹤設(shè)備。在一種實(shí)施方式中，DTS 402可以耦合至(或包括)處理設(shè)備401，這 在圖7中進(jìn)行了詳細(xì)描述。處理設(shè)備401可以計(jì)算所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)記的位 置和移動(dòng)并且執(zhí)行如以上圖1-3中所描述的配準(zhǔn)和關(guān)聯(lián)功能。所述處理設(shè)備 還可以將在配準(zhǔn)期間運(yùn)算出的軟組織的偏移轉(zhuǎn)化或變換為傳達(dá)給機(jī)械臂501 的位置信息，該位置信息利用基于機(jī)器人技術(shù)的LINAC系統(tǒng)500的LINAC 506的校正移動(dòng)來(lái)跟蹤軟組織目標(biāo)的內(nèi)部移動(dòng)。圖6顯示了包括動(dòng)態(tài)跟蹤系統(tǒng)和超聲波成像器的治療傳遞系統(tǒng)的一種實(shí) 施方式的功能性框圖。治療傳遞系統(tǒng)420可以包括用于跟蹤軟組織目標(biāo)的 DTS 402、用于獲取軟組織目標(biāo)的超聲波圖像的超聲波成像器620、用于安 置進(jìn)行治療的患者的患者支撐系統(tǒng)403以及用于將一劑放射線傳遞至患者身 上的治療目標(biāo)的放射源406。 DTS402可以包括處理設(shè)備401、跟蹤設(shè)備509 以及外部標(biāo)記720。跟蹤設(shè)備509可以動(dòng)態(tài)跟蹤外部標(biāo)記720的運(yùn)動(dòng)。外部 標(biāo)記720可以是一個(gè)或多個(gè)外置的可視的紅色或紅外線的LED?？商鎿Q地， 外部標(biāo)記720可以是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的其他外部標(biāo)記。處理設(shè)備401可以包括配準(zhǔn)塊630、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制塊640以及運(yùn)動(dòng)跟 蹤塊710。治療計(jì)劃系統(tǒng)610的配準(zhǔn)塊630可以從成像器610接收所述第一 形態(tài)的治療前掃描，該第一形態(tài)的治療前掃描在治療計(jì)劃期間獲取。同樣地， 配準(zhǔn)塊630可以從超聲波成像器620接收超聲波圖像，該超聲波圖像在治療 傳遞期間獲取。超聲波成像器620代表一個(gè)或多個(gè)可用于上述過(guò)程的超聲波 成像器。當(dāng)使用一個(gè)或多個(gè)超聲波成像器時(shí)，可以對(duì)從相應(yīng)的成像器接收到 的每一圖像執(zhí)行配準(zhǔn)，并且可以從上述的超聲波成像器中的一者中選擇配準(zhǔn) 結(jié)果。所述一個(gè)或多個(gè)超聲波成像器620可以被以在初始患者設(shè)置之后不需要 手動(dòng)調(diào)整的方式來(lái)進(jìn)行安裝，從而可以不需要人的干涉而執(zhí)行治療傳遞。在一種實(shí)施方式中，所述一個(gè)或多個(gè)超聲波成像器可以使用捆扎在患者身上的 可調(diào)節(jié)支撐物來(lái)進(jìn)行安裝?？商鎿Q地，所述一個(gè)或多個(gè)超聲波成像器可以與 固定于患者身上的系帶或綁帶合為一體?？梢允謩?dòng)完成傳感器的這種形式的 初始調(diào)整?？商鎿Q地，可以手動(dòng)完成該初始調(diào)整，但需要來(lái)自動(dòng)態(tài)跟蹤系統(tǒng)402的協(xié)助。在另一實(shí)施方式中，如關(guān)于圖1和圖2所述，DTS 402的處理 設(shè)備401可以連續(xù)地執(zhí)行在所獲取的超聲波圖像和治療前圖像之間的配準(zhǔn)， 并為該配準(zhǔn)反饋質(zhì)量度量。結(jié)果可以表示為正確/不正確并反饋給操作人員。 操作人員可以對(duì)所述一個(gè)或多個(gè)超聲波成像器進(jìn)行調(diào)整，直至該操作人員從 DTS402的處理設(shè)備401得到結(jié)果為"正確"的反饋。處理設(shè)備401的配準(zhǔn)塊630可以執(zhí)行治療前掃描和超聲波圖像的配準(zhǔn)。 可替換地，配準(zhǔn)塊630可以執(zhí)行在治療傳遞期間從超聲波成像器620接收的 兩個(gè)超聲波圖像的配準(zhǔn)。運(yùn)動(dòng)跟蹤塊710從跟蹤設(shè)備509接收外部標(biāo)記720 的位置信息，并且可使用該位置信息來(lái)運(yùn)算數(shù)學(xué)模型(例如，關(guān)聯(lián)模型)， 該數(shù)學(xué)模型將外部標(biāo)記720 (例如， 一個(gè)或多個(gè)LED標(biāo)記)的運(yùn)動(dòng)和在由配 準(zhǔn)塊630執(zhí)行的配準(zhǔn)期間所確定的軟組織目標(biāo)的配準(zhǔn)結(jié)果的運(yùn)動(dòng)相聯(lián)系。如先前所述，處理設(shè)備401還可以將在配準(zhǔn)期間所計(jì)算出的軟組織的偏 移轉(zhuǎn)化或變換為傳送給機(jī)器臂501的位置信息，該位置信息利用基于機(jī)器人 技術(shù)的LINAC系統(tǒng)500的LINAC 506的校正移動(dòng)來(lái)跟蹤軟組織目標(biāo)(例如， 腫瘤或損傷)的內(nèi)部移動(dòng)。這些轉(zhuǎn)化或變換可在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制塊640中執(zhí) 行。在一種實(shí)施方式中，處理設(shè)備401的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制塊640可以從配準(zhǔn) 塊630接收配準(zhǔn)結(jié)果并將這些信息變換為放射源406的校正運(yùn)動(dòng)。在一種實(shí) 施方式中，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制塊640可以將校正運(yùn)動(dòng)信息發(fā)送至基于機(jī)器人技 術(shù)的LINAC系統(tǒng)500的機(jī)械臂501以利用LINAC 506的位置和方向來(lái)跟蹤 軟組織目標(biāo)的移動(dòng)，以用于傳遞放射線劑量或用于利用LINAC 506的工作范圍來(lái)安置患者。所述LINAC 506可被安裝到機(jī)器臂501以到達(dá)在治療計(jì) 劃期間規(guī)定的空間位置，且該LINAC 506對(duì)在治療傳遞期間由DTS 402運(yùn) 算出的軟組織目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。在另一實(shí)施方式中，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控 制塊640可將校正運(yùn)動(dòng)信息發(fā)送到基于機(jī)器人技術(shù)的患者支撐系統(tǒng)403的機(jī) 械臂502以利用患者治療床504的位置和方向來(lái)跟蹤軟組織的移動(dòng)，從而以 放射源406的工作范圍來(lái)安置患者。患者治療床504可以安裝到機(jī)械臂502 以到達(dá)在治療計(jì)劃期間規(guī)定的空間位置，且患者治療床504對(duì)在治療傳遞期 間由DTS 402運(yùn)算出的軟組織目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。如先前提及的， DTS 402的處理設(shè)備401可在處理設(shè)備401中實(shí)現(xiàn)。圖7顯示了一種用于確定軟組織目標(biāo)的偏移的方法的實(shí)施方式。在一種 實(shí)施方式中，方法800的步驟可代表在以下使用附加的實(shí)施例加以描述的患 者提升階段20中執(zhí)行的步驟。在該實(shí)施方式中，方法800包括接收具有患 者的軟組織目標(biāo)的第一形態(tài)的第一圖像(例如，來(lái)自治療計(jì)劃階段10的步 驟IOI的治療前圖像)，即步驟801;以及接收具有患者的軟組織目標(biāo)的第一 超聲波(US)圖像(例如，來(lái)自步驟104、 110或210的超聲波成像器620 的傳遞參考US圖像)，即步驟802。在該實(shí)施方式中，所述方法800還包括 將具有患者的軟組織目標(biāo)的第一超聲波圖像(例如，來(lái)自步驟104、 110或 210的超聲波成像器620的傳遞參考US圖像)與具有患者的軟組織目標(biāo)的 第一形態(tài)的第一參考圖像(例如，來(lái)自治療計(jì)劃階段10的步驟101的治療 前圖像)相配準(zhǔn)，即步驟803。在該實(shí)施方式中，所述方法還包括基于對(duì)第 一US圖像(例如，來(lái)自步驟104、 U0或210的超聲波成像器620的傳遞參 考US圖像)與第一參考圖像的配準(zhǔn)來(lái)確定軟組織目標(biāo)的第一偏移，即步驟 804。在該實(shí)施方式中，可以執(zhí)行確定偏移的步驟804以確定患者是否位于 治療傳遞系統(tǒng)的工作范圍內(nèi)(例如，步驟108)。對(duì)于該實(shí)施方式，當(dāng)步驟803的偏移被確定以調(diào)整患者的位置以使該患者位于治療傳遞系統(tǒng)的工作范圍內(nèi)時(shí)，所述方法可如圖8中所示的繼續(xù)動(dòng)態(tài)跟蹤外部標(biāo)記并在治療傳遞階段30期間將所述結(jié)果與后續(xù)的實(shí)時(shí)US圖像相 結(jié)合。為了實(shí)現(xiàn)上述過(guò)程，方法800還包括獲取傳遞參考超聲波圖像(例如， 步驟104、 110或210的圖像中的一者)，即步驟805。接著，在步驟806， 軟組織目標(biāo)的第一 US圖像被與參考US圖像相配準(zhǔn)。在步驟807，基于第 一US圖像與參考US圖像的配準(zhǔn)的軟組織目標(biāo)的第二偏移被確定。步驟807 還可以包括步驟213-215中的一個(gè)或多個(gè)以用于將對(duì)外部標(biāo)記的動(dòng)態(tài)跟蹤的 結(jié)果與超聲波配準(zhǔn)的結(jié)果相結(jié)合，用以運(yùn)算軟組織目標(biāo)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)位置。接 著，在步驟808，可使用所述第二偏移調(diào)整患者的位置以使該患者位于治療 傳遞系統(tǒng)420的工作范圍內(nèi)。再次參考圖7，在另一實(shí)施方式中，方法800的步驟可代表在以下使用 附加的實(shí)施例加以描述的治療傳遞階段30中執(zhí)行的步驟。在該實(shí)施方式中， 步驟801的第一形態(tài)的第一圖像可以為在治療計(jì)劃階段10中獲取的治療前 圖像或來(lái)自步驟104、 110或210的超聲波成像器620的傳遞參考US圖像。 步驟802的第一超聲波圖像是在患者傳遞階段30期間在步驟111/211中獲得 的后續(xù)的超聲波圖像。因此，在該實(shí)施方式中，步驟803的配準(zhǔn)是軟組織目 標(biāo)的后續(xù)的(例如，第二) US圖像與軟組織目標(biāo)的參考US圖像的配準(zhǔn)。 也可以執(zhí)行圖2的用于將外部標(biāo)記的動(dòng)態(tài)跟蹤結(jié)果與步驟803的超聲波配準(zhǔn) 結(jié)果(未在圖7中示出)相結(jié)合以運(yùn)算軟組織目標(biāo)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)位置的一個(gè)或 多個(gè)步驟213-215。確定步驟803的偏移以調(diào)整波束位置(步驟113/216)以 在治療傳遞期間對(duì)軟組織目標(biāo)的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償。圖9顯示了使用具有機(jī)械臂的超聲波傳感器對(duì)軟組織目標(biāo)進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤 的一種實(shí)施方式。在該實(shí)施方式中，超聲波成像器或傳感器可耦合到機(jī)械臂 910。該機(jī)械臂910可以具有多個(gè)(例如，5個(gè)或更多)自由度。該機(jī)械臂 910可以在較少的遞增的步驟中操作超聲波傳感器620。在每一步驟中，所獲得的超聲波圖像與治療前圖像(例如，MR圖像)相配準(zhǔn)，即步驟107，且如上文關(guān)于圖1和圖2所述來(lái)運(yùn)算質(zhì)量度量。在塊950，可以使用公知的 最優(yōu)化技術(shù)來(lái)運(yùn)算由機(jī)械臂910所作出的調(diào)整(傳感器重置)，從而使質(zhì)量 度量關(guān)于超聲波傳感器位置而被最優(yōu)化。舉例來(lái)說(shuō)，使用最陡梯度搜索方法， 改善了質(zhì)量度量的超聲波傳感器620調(diào)整的方向由在來(lái)自兩個(gè)連續(xù)測(cè)量的度 量之間的梯度差來(lái)確定，并且所述調(diào)整是在改善質(zhì)量度量的方向上作出的。 可以重復(fù)所述過(guò)程直至獲得可接受的圖像配準(zhǔn)質(zhì)量?？商鎿Q地，超聲波傳感器620可被手動(dòng)安置或與本領(lǐng)域公知的機(jī)械安置 機(jī)構(gòu)耦合。在一種實(shí)施方式中，可以使用超聲波傳感器620的手動(dòng)與超聲波 傳感器620的自動(dòng)化安置的結(jié)合。利用操作員的協(xié)助來(lái)完成對(duì)超聲波傳感器 620的初始過(guò)程調(diào)整，接著是使用機(jī)器人技術(shù)和最優(yōu)化計(jì)算進(jìn)行的改進(jìn)。雖然圖9的機(jī)械臂910和超聲波傳感器620是以基于機(jī)器人技術(shù)的直線 加速器(LINAC)放射外科手術(shù)系統(tǒng)進(jìn)行說(shuō)明的，但應(yīng)當(dāng)注意的是，超聲波 傳感器620的自動(dòng)定位也可以與如上所述的另一類型的治療傳遞系統(tǒng)420 — 并使用。在以上描述中，本發(fā)明的實(shí)施方式的描述是參考特定的可效仿的實(shí)施方 式進(jìn)行的。然而，顯而易見(jiàn)的是在不偏離如在權(quán)利要求中提出的本發(fā)明更廣 泛的精神和范圍的情況下，可以對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式做出各種修改和變化。 因此，說(shuō)明書(shū)和附圖均被視為用于說(shuō)明而非限制目的。
權(quán)利要求
1.一種方法，該方法包括將具有患者軟組織目標(biāo)的第一超聲波圖像與具有該患者軟組織目標(biāo)的第一形態(tài)的第一參考圖像相配準(zhǔn)；以及基于所述第一超聲波圖像與所述第一參考圖像的配準(zhǔn)來(lái)確定所述軟組織目標(biāo)的第一偏移。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一參考圖像是核磁共振圖 像、電子計(jì)算機(jī)X射線斷層掃描圖像或正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描圖像中的一者。
3.據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述第一參考圖像是在治療計(jì)劃 時(shí)期獲取的，并且其中所述第一超聲波圖像是在治療傳遞時(shí)期獲取的。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，該方法還包括使用所述第一偏移在放射治療系統(tǒng)中調(diào)整所述患者的位置以使該患者 位于放射源的工作范圍之內(nèi)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，該方法還包括將所述軟組織目標(biāo)的第二超聲波圖像與所述軟組織目標(biāo)的第一超聲波 圖像相配準(zhǔn)，其中所述第二超聲波圖像在所述第一超聲波圖像之后被獲??； 以及基于所述第二超聲波圖像與所述第一超聲波圖像的配準(zhǔn)來(lái)確定所述軟 組織目標(biāo)的第二偏移。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，該方法還包括使用所述第二偏移來(lái)對(duì)放射治療傳遞系統(tǒng)的放射源的位置進(jìn)行調(diào)整。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述第二超聲波圖像與所述第一 超聲波圖像的配準(zhǔn)以及所述調(diào)整是在治療傳遞期間執(zhí)行的。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，該方法還包括存儲(chǔ)所述第二超聲波圖像以建立用于與一個(gè)或多個(gè)后續(xù)的超聲波圖像相配準(zhǔn)的所述軟組織目標(biāo)的治療傳遞參考位置；以及將所述一個(gè)或多個(gè)后續(xù)的超聲波圖像與所述治療傳遞參考位置相配準(zhǔn) 以確定相對(duì)于所述軟組織目標(biāo)的治療傳遞參考位置的所述軟組織目標(biāo)的第
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，該方法還包括使用所述第三偏移來(lái)調(diào) 整所述放射源的位置。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，該方法還包括使用超聲波成像器來(lái)獲 取所述第一超聲波圖像。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，該方法還包括使用超聲波成像器來(lái)獲 取所述一個(gè)或多個(gè)后續(xù)的超聲波圖像。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，該方法還包括使用一個(gè)或多個(gè)冗余的 超聲波成像器來(lái)獲取所述一個(gè)或多個(gè)后續(xù)的超聲波圖像。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述第一超聲波圖像和所述一 個(gè)或多個(gè)后續(xù)的圖像為三維圖像。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，該方法還包括-使用所述一個(gè)或多個(gè)后續(xù)的超聲波圖像到所述治療傳遞參考位置的配 準(zhǔn)來(lái)運(yùn)算作為時(shí)間函數(shù)的所述軟組織目標(biāo)的位置；以及基于運(yùn)算出的所述軟組織目標(biāo)的位置來(lái)自動(dòng)地調(diào)整放射治療傳遞系統(tǒng) 的放射源。
15. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述一個(gè)或多個(gè)后續(xù)的超聲波圖 像是以第一速率獲取的，并且其中確定所述第三偏移還包括通過(guò)以相對(duì)于固定坐標(biāo)系的第二速率對(duì)一個(gè)或多個(gè)標(biāo)記的感測(cè)來(lái)對(duì)被置于患者體外的所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)記的第二運(yùn)動(dòng)進(jìn)行跟蹤；以及基于對(duì)所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)記的第二運(yùn)動(dòng)的跟蹤使用關(guān)聯(lián)模型來(lái)計(jì)算作 為時(shí)間函數(shù)的所述軟組織目標(biāo)的預(yù)測(cè)位置。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述第一速率約小于60Hz，并 且其中所述第二速率約大于lHz。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中預(yù)測(cè)所述軟組織目標(biāo)的位置包括基于在所述固定坐標(biāo)系中對(duì)所述第二運(yùn)動(dòng)的跟蹤來(lái)確定作為時(shí)間函數(shù)的所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)記的第二位置；以及對(duì)所述一個(gè)或多個(gè)后續(xù)的超聲波圖像進(jìn)行配準(zhǔn)；以及 將該配準(zhǔn)結(jié)果與所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)記的位置相結(jié)合以實(shí)時(shí)運(yùn)算所述軟組織目標(biāo)的位置。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中一個(gè)或多個(gè)外部標(biāo)記的位置被及時(shí)地插入到與超聲波圖像相應(yīng)的點(diǎn)或用于在多個(gè)超聲波圖像之間進(jìn)行插 入以產(chǎn)生與所述一個(gè)或多個(gè)外部標(biāo)記位置相應(yīng)的新圖像。
19. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，該方法還包括確定在關(guān)聯(lián)模型中的 所述軟組織目標(biāo)的預(yù)測(cè)位置與所述第三偏移的偏離是否超過(guò)了特定的閾值， 并且如果該軟組織目標(biāo)的預(yù)測(cè)位置與所述第三偏移的偏離超過(guò)了特定的閾 值，貝U比較先前連續(xù)的超聲波圖像的一致性；以及將所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)記的位置與關(guān)聯(lián)模型預(yù)測(cè)位置相比較以證實(shí)所述 一個(gè)或多個(gè)標(biāo)記的位置。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一形態(tài)為超聲波且所述第一參考圖像為傳遞參考超聲波圖像，并且其中所述方法還包括對(duì)被置于患者體外的一個(gè)或多個(gè)標(biāo)記進(jìn)行跟蹤；在所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)記的運(yùn)動(dòng)和所述軟組織目標(biāo)的第一偏移之間建立 關(guān)聯(lián)模型；使用所述關(guān)聯(lián)模型來(lái)計(jì)算所述軟組織目標(biāo)的位置；以及 基于所述軟組織目標(biāo)的位置的計(jì)算來(lái)調(diào)整放射治療傳遞系統(tǒng)中的放射源。
21. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，該方法還包括 定義質(zhì)量閾值；確定所述第一超聲波圖像的質(zhì)量度量；將所述第一超聲波圖像的質(zhì)量度量與所述質(zhì)量閾值相比較；以及 如果所述被獲取的超聲波圖像的質(zhì)量度量小于所述質(zhì)量閾值，則調(diào)整超聲波成像器的成像參數(shù)。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中調(diào)整成像參數(shù)包括使用與所述超聲波成像器耦合的機(jī)械臂對(duì)所述超聲波成像器進(jìn)行重置。
23. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中調(diào)整成像參數(shù)還包括調(diào)整所述 超聲波成像器的位置、所述超聲波成像器的方向、由所述超聲波成像器施加 到患者身上的壓力、發(fā)射頻率、接收頻率、增益、與深度相關(guān)的增益以及動(dòng) 態(tài)范圍中的至少一者。
24. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述放射源為安裝在機(jī)械臂上的 直線加速器。
25. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一參考圖像為參考超聲波 圖像，并且所述第一超聲波圖像在所述參考超聲波圖像之后被獲取，并且其 中所述方法還包括使用所述參考超聲波圖像和所述第一超聲波圖像來(lái)自動(dòng) 跟蹤所述軟組織目標(biāo)的移動(dòng)。
26. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中對(duì)所述軟組織目標(biāo)的移動(dòng)的自 動(dòng)跟蹤包括將所述軟組織目標(biāo)的第一超聲波圖像與所述參考超聲波圖像相配準(zhǔn)； 基于所述第一超聲波圖像與所述參考超聲波圖像的配準(zhǔn)來(lái)確定所述軟 組織目標(biāo)的第二偏移；以及使用所述第二偏移在放射治療傳遞系統(tǒng)中調(diào)整所述放射源。
27. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，該方法還包括將所述軟組織目標(biāo)的參考超聲波圖像與所述軟組織目標(biāo)的治療前掃描 相配準(zhǔn)；基于所述參考超聲波圖像與所述治療前掃描的配準(zhǔn)來(lái)確定所述軟組織目標(biāo)的第二偏移；以及使用所述第二偏移在放射治療系統(tǒng)中調(diào)整患者的位置以使該患者位于 放射源的工作范圍之內(nèi)。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述治療前圖像是核磁共振圖 像、電子計(jì)算機(jī)X射線斷層掃描圖像或正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描圖像中的一者。
29. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，該方法還包括使用超聲波成像器來(lái) 獲取所述參考超聲波圖像和所述第一超聲波圖像。
30. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一偏移是在遍布被配準(zhǔn)的 第一超聲波圖像的不同點(diǎn)處被確定的。
31. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述放射源為安裝在機(jī)械臂上 的直線加速器。
32. —種設(shè)備，該設(shè)備包括 超聲波成像器；以及使用所述超聲波成像器而不使用被植入的基準(zhǔn)標(biāo)記來(lái)確定軟組織目標(biāo) 的偏移的裝置。
33. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的設(shè)備，該設(shè)備還包括用于調(diào)整放射源的位置以將一劑放射線傳遞到所述軟組織目標(biāo)的裝置。
34. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的設(shè)備，該設(shè)備還包括用于使用所述偏移在放射治療系統(tǒng)中調(diào)整所述患者的位置以使該患者位于放射源的工作范圍之 內(nèi)的裝置。
35. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的設(shè)備，該設(shè)備還包括用于自動(dòng)跟蹤所述軟 組織目標(biāo)的移動(dòng)的裝置。
36. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的設(shè)備，其中用于自動(dòng)跟蹤的裝置包括用于 將所述軟組織目標(biāo)的第一超聲波圖像與所述軟組織目標(biāo)的治療前圖像相配 準(zhǔn)的裝置。
37. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的設(shè)備，其中用于自動(dòng)跟蹤的裝置還包括用 于將所述軟組織目標(biāo)的后續(xù)的超聲波圖像與所述第一超聲波圖像相配準(zhǔn)以 確定該軟組織目標(biāo)的位置的裝置。
38. 根據(jù)權(quán)利要求37所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備還包括放射源，并且 其中用于自動(dòng)跟蹤的裝置還包括用于對(duì)被置于患者體外的一個(gè)或多個(gè)標(biāo)記的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行跟蹤的裝置； 用于在所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)記的運(yùn)動(dòng)和所述軟組織目標(biāo)的位置之間建立 關(guān)聯(lián)模型的裝置；用于使用所述關(guān)聯(lián)模型來(lái)計(jì)算所述軟組織目標(biāo)的預(yù)測(cè)位置的裝置；以及 用于基于所述計(jì)算來(lái)調(diào)整所述放射源的位置以將放射線波束傳遞到所 述軟組織目標(biāo)的裝置。
39. —種治療傳遞設(shè)備，該設(shè)備包括超聲波成像器，該超聲波成像器用于生成具有軟組織目標(biāo)的第一超聲波 圖像；以及處理設(shè)備，該處理設(shè)備與所述超聲波成像器耦合以接收第一超聲波圖 像，該處理設(shè)備用于將所述第一超聲波圖像與第一參考圖像相配準(zhǔn)并基于該 第一超聲波圖像與該第一參考圖像的配準(zhǔn)來(lái)確定所述軟組織目標(biāo)的偏移。
40. 根據(jù)權(quán)利要求39所述的設(shè)備，其中所述處理設(shè)備與放射源耦合以 基于所述偏移來(lái)調(diào)整該放射源的位置。
41. 根據(jù)權(quán)利要求39所述的設(shè)備，其中所述第一參考圖像為治療前圖 像，并且其中所述設(shè)備還包括患者支撐系統(tǒng)，其中處理設(shè)備與該患者支撐系統(tǒng)耦合以調(diào)整所述患者以 使該患者位于治療傳遞設(shè)備的工作范圍內(nèi)。
42. 根據(jù)權(quán)利要求39所述的設(shè)備，該設(shè)備還包括動(dòng)態(tài)跟蹤設(shè)備，該動(dòng) 態(tài)跟蹤設(shè)備與所述處理設(shè)備耦合以用于跟蹤被置于患者系統(tǒng)外部的一個(gè)或 多個(gè)標(biāo)記的運(yùn)動(dòng)。
43. 根據(jù)權(quán)利要求42所述的設(shè)備，其中所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)記為發(fā)光二 極管。
44. 根據(jù)權(quán)利要求43所述的設(shè)備，其中所述發(fā)光二極管為可視的紅色。
45. 根據(jù)權(quán)利要求43所述的設(shè)備，其中所述發(fā)光二極管為紅外線的。
46. 根據(jù)權(quán)利要求39所述的設(shè)備，該設(shè)備還包括放射源，該放射源與處理設(shè)備耦合，該處理設(shè)備用于使用所述軟組織目 標(biāo)的偏移在所述設(shè)備的工作范圍內(nèi)調(diào)整所述放射源的位置。
47. 根據(jù)權(quán)利要求46所述的設(shè)備，其中所述放射源被安裝在機(jī)械臂上， 并且其中所述處理設(shè)備被配置為使用所述機(jī)械臂來(lái)調(diào)整所述放射源的位置。
48. 根據(jù)權(quán)利要求39所述的設(shè)備，該設(shè)備還包括與所述處理設(shè)備耦合 的一個(gè)或多個(gè)額外的超聲波圖像。
49. 根據(jù)權(quán)利要求39所述的設(shè)備，該設(shè)備還包括與所述超聲波成像器 相耦合的機(jī)械機(jī)構(gòu)，其中所述處理設(shè)備被配置為使用所述機(jī)械機(jī)構(gòu)來(lái)調(diào)整所 述超聲波圖像。
50. 根據(jù)權(quán)利要求42所述的設(shè)備，該設(shè)備還包括放射源，并且其中所 述處理設(shè)備被配置為在所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)記的運(yùn)動(dòng)和所述軟組織目標(biāo)的第 一偏移之間建立關(guān)聯(lián)模型并使用該關(guān)聯(lián)模型來(lái)計(jì)算所述軟組織目標(biāo)的位置， 所述處理設(shè)備被配置為基于所述軟組織目標(biāo)的位置的計(jì)算來(lái)調(diào)整所述放射 源的位置。
51. 根據(jù)權(quán)利要求39所述的設(shè)備，該設(shè)備還包括與所述超聲波成像器 相耦合的機(jī)械臂。
52. 根據(jù)權(quán)利要求51所述的設(shè)備，其中所述處理器與所述機(jī)械臂相耦 合以基于所述第一超聲波圖像的質(zhì)量度量來(lái)調(diào)整所述超聲波成像器的位置。
53. —種方法，該方法包括接收治療傳遞參考超聲波圖像，該治療傳遞參考超聲波圖像包括患者體 內(nèi)的軟組織目標(biāo)；獲取一個(gè)或多個(gè)后續(xù)的超聲波圖像，該后續(xù)的超聲波圖像包括所述軟組 織目標(biāo)；將所述一個(gè)或多個(gè)后續(xù)的超聲波圖像中的至少一個(gè)與所述治療傳遞參 考超聲波圖像相配準(zhǔn)以確定所述軟組織目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)；以及 調(diào)整放射源的位置以對(duì)所述軟組織目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償。
54. 根據(jù)權(quán)利要求53所述的方法，該方法還包括 接收包括所述軟組織目標(biāo)的治療前圖像； 在患者設(shè)置階段獲取包括所述軟組織目標(biāo)的第一超聲波圖像； 將所述第一超聲波圖像與所述治療前圖像相配準(zhǔn)以確定所述軟組織目標(biāo)的位置；基于所述軟組織的第一位置的確定來(lái)調(diào)整患者的位置以使該患者位于 治療傳遞系統(tǒng)的工作范圍內(nèi)。
55. 根據(jù)權(quán)利要求54所述的方法，其中所述治療傳遞參考超聲波圖像 為所述第一超聲波圖像。
56. 根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，該方法還包括在患者的位置被調(diào)整 之后，獲取包括所述軟組織目標(biāo)的第二超聲波圖像，并且其中所述治療傳遞 參考超聲波圖像為患者設(shè)置徹底完成之后的最新的超聲波圖像。
57. 根據(jù)權(quán)利要求53所述的方法，該方法還包括跟蹤被置于所述患者體外的一個(gè)或多個(gè)標(biāo)記的運(yùn)動(dòng)；建立所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)記的運(yùn)動(dòng)和所述軟組織目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)聯(lián)模型；使用所述關(guān)聯(lián)模型來(lái)計(jì)算所述軟組織目標(biāo)的位置；以及 其中所述放射源的位置是基于所述軟組織目標(biāo)的位置的計(jì)算而被調(diào)整的。
58. 根據(jù)權(quán)利要求54所述的方法，該方法還包括 在所述患者的位置被調(diào)整之后，獲取包括所述軟組織目標(biāo)的第二超聲波圖像，其中所述治療傳遞參考超聲波圖像為所述第二超聲波圖像； 跟蹤被置于患者體外的一個(gè)或多個(gè)標(biāo)記的運(yùn)動(dòng)；建立所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)記的運(yùn)動(dòng)和所述軟組織目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)聯(lián) 模型；使用所述關(guān)聯(lián)模型來(lái)計(jì)算所述軟組織目標(biāo)的位置；以及 其中所述放射源的位置是基于所述軟組織目標(biāo)的位置的計(jì)算而被調(diào)整的。
59. 根據(jù)權(quán)利要求54所述的方法，其中所述第一超聲波圖像是利用超 聲波成像器獲取的，并且其中所述方法還包括基于所述第一超聲波圖像與所述治療前圖像的配準(zhǔn)的質(zhì)量來(lái)調(diào)整所述 超聲波成像器的位置。
全文摘要
一種采用超聲波圖像而不用基準(zhǔn)標(biāo)記對(duì)軟組織目標(biāo)進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤的設(shè)備和方法。
文檔編號(hào)A61B8/08GK101252886SQ200680031274
公開(kāi)日2008年8月27日 申請(qǐng)日期2006年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月29日
發(fā)明者G·庫(kù)杜瓦利, J·阿利森, 付東山 申請(qǐng)人:艾可瑞公司