專利名稱：根據(jù)生物學(xué)模型修改放射療法治療計(jì)劃的方法和系統(tǒng)的制作方法
根據(jù)生物學(xué)模型修改放射療法治療計(jì)劃的方法和系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域本申請(qǐng)要求2005年7月22日提交的、名稱為"SYSTEM AND METHOD FOR FEEDBACK GUIDED QUALITY ASSURANCE AND ADAPTATIONS TO RADIATION THERAPY TREATMENT"的美國(guó)臨 時(shí)專利申請(qǐng)No. 60/701, 580的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用而包含于 此。
背景技術(shù)：
在過(guò)去的幾十年里，已經(jīng)把計(jì)算機(jī)和聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、放射療法治療計(jì) 劃軟件以及醫(yī)學(xué)成像器械(CT、 MRI、 US和PET)的改進(jìn)結(jié)合進(jìn)了放 射療法實(shí)踐中。這些改進(jìn)促進(jìn)了圖像導(dǎo)引放射療法("IGRT")的發(fā)展。 IGRT是利用患者內(nèi)部解剖結(jié)構(gòu)的截面圖像以更好地把放射劑量對(duì)準(zhǔn)腫 瘤同時(shí)減少對(duì)健康器官的輻射暴露的放射療法。用調(diào)強(qiáng)放射療法 (IMRT)控制實(shí)施到腫瘤的放射劑量，其包括改變放射束的尺寸、形 狀、以及強(qiáng)度以便符合患者腫瘤的尺寸、形狀和位置。IGRT和IMRT 使對(duì)腫瘤的控制得到了改善，同時(shí)還降低了由于腫瘤周圍健康組織的 輻射導(dǎo)致急劇副作用的可能性。IMRT正在成為多個(gè)國(guó)家的護(hù)理標(biāo)準(zhǔn)。然而，在很多情況下，由于 時(shí)間、資源和付款的限制，并不用IMRT來(lái)治療患者?？梢允褂没颊叩?每曰圖像來(lái)確保IMRT計(jì)劃生成的高梯度位于患者治療的正確位置處。 而且，這些圖像可以提供如果需要?jiǎng)t在線或離線調(diào)整計(jì)劃所需的信息。在放射療法領(lǐng)域中，公知地，具有可能在患者治療的療程中出現(xiàn) 的不確定性和變化的很多來(lái)源。有些來(lái)源表示隨機(jī)誤差，諸如每天患 者擺位位置的小差異。其它來(lái)源被歸結(jié)于生理變化，治療期間如果患者的腫瘤退化或患者體重下降則可能發(fā)生該生理變化。第三種可能的 類型與動(dòng)作有關(guān)。動(dòng)作可能與其它類型交疊，因?yàn)橛行﹦?dòng)作可能是更 加隨機(jī)并不可預(yù)測(cè)的，諸如患者咳嗽或放屁，而有時(shí)其它動(dòng)作可以是 更規(guī)律的，諸如呼吸動(dòng)作。發(fā)明內(nèi)容在放射療法中，不確定性能夠影響患者治療的質(zhì)量。例如，當(dāng)向 耙區(qū)實(shí)施治療劑量時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)慣例是也治療耙周圍的高劑量"邊緣 (margin)"區(qū)域。這有助于確保靶接即使在治療療程期間或者甚至在 單次放射治療期間位置改變也能接收期望劑量。靶的位置越不明確， 通常就越需要使用較大的邊緣。適應(yīng)性放射療法通常指的是下述原理，g卩，在放射療法治療的療 程期間使用反饋來(lái)改善將來(lái)的治療。可以在離線適應(yīng)性療法過(guò)程和在 線適應(yīng)性療法過(guò)程中使用反饋。在患者沒(méi)有正在接受治療時(shí)，諸如在 治療次之間，發(fā)生離線適應(yīng)性療法。在此的一個(gè)版本中，在每次放射 治療期間，在每次放射治療前或后獲取患者的新CT圖像。在從前幾次 治療獲取圖像之后，對(duì)圖像進(jìn)行評(píng)估從而確定靶結(jié)構(gòu)的多日位置的有 效包絡(luò)。接著，可以制訂新計(jì)劃以便更好地反映靶結(jié)構(gòu)的動(dòng)作范圍， 而不是利用動(dòng)作的規(guī)范假設(shè)。離線適應(yīng)性療法的更復(fù)雜版本，是在每 次之后重新計(jì)算實(shí)施的劑量，并累積這些劑量，在累積期間可以利用 變形技術(shù)以便解決內(nèi)部動(dòng)作。之后可以比較累積劑量和計(jì)劃劑量，以 及如果注意到存在差異，則可以修改后續(xù)治療以便解決這種變化。通常在患者處于治療室中的同時(shí)，可能而非必須在治療實(shí)施期間， 發(fā)生在線適應(yīng)性療法過(guò)程。例如，有些放射療法治療系統(tǒng)帶有成像系 統(tǒng)，諸如在線CT或X射線系統(tǒng)?？梢栽谥委熐笆褂眠@些系統(tǒng)來(lái)驗(yàn)證或 調(diào)節(jié)用于治療實(shí)施的患者擺位。成像系統(tǒng)還可以用來(lái)在實(shí)際的治療實(shí) 施期間對(duì)治療進(jìn)行修改。例如，成像系統(tǒng)可以與治療協(xié)同使用，以便 修改治療實(shí)施從而反映患者解剖結(jié)構(gòu)的變化。本發(fā)明的一個(gè)方面，是公開(kāi)適應(yīng)性療法技術(shù)應(yīng)用的新時(shí)機(jī)，另一 個(gè)方面是提供用于適應(yīng)性療法的新方法。具體而言，通常適應(yīng)性療法 集中在用于修改患者的治療的反饋上，但是本發(fā)明集中在質(zhì)量保證環(huán) 境中所用的適應(yīng)性療法過(guò)程上。在整個(gè)系統(tǒng)核査的情況下，這尤為正 確。例如，可以用檢測(cè)器來(lái)收集表示有多少治療束已經(jīng)穿過(guò)患者的信 息，由此可以確定治療輸出的大小以及實(shí)施所用過(guò)的任何放射樣式(pattern)。該實(shí)施核査過(guò)程的好處是可以使操作者檢測(cè)機(jī)器實(shí)施中的 錯(cuò)誤，諸如不正確的葉樣式或機(jī)器輸出。然而，驗(yàn)證機(jī)器正確運(yùn)行本身并不能保證治療計(jì)劃的正確實(shí)施， 因?yàn)檫€需要驗(yàn)證用來(lái)對(duì)機(jī)器進(jìn)行編程的外部輸入是有效并一致的。因 此，本發(fā)明的一個(gè)方面包括用于整個(gè)治療過(guò)程的改進(jìn)的質(zhì)量保證的適 應(yīng)性類型反饋循環(huán)的更廣義概念。在這方面，本發(fā)明包括下列步驟定位治療的患者，以及使用圖像導(dǎo)引的方法來(lái)確定患者的位置，根據(jù) 圖像導(dǎo)引按照治療的需要重定位患者，以及開(kāi)始治療。隨后，在治療 期間或之后，重新計(jì)算患者劑量并結(jié)合治療之前或期間收集到的患者 圖像信息。這些步驟都完成之后，收集質(zhì)量保證數(shù)據(jù)以便分析沒(méi)有按 計(jì)劃實(shí)施的程度，驗(yàn)證在新的可用數(shù)據(jù)的情況下計(jì)劃的實(shí)施是否合理。 在這點(diǎn)上，反饋的概念不再用來(lái)根據(jù)患者或?qū)嵤┑淖兓瘉?lái)表示治療的 變化，而是用來(lái)檢査原始實(shí)施本身。作為例子，可以為患者制訂治療計(jì)劃，除非用來(lái)計(jì)劃的圖像諸如 采用了不正確的密度校準(zhǔn)而變壞。在這種情況下，治療計(jì)劃將基于不 正確的信息，可能不向患者實(shí)施正確的劑量。然而，很多質(zhì)量保證技 術(shù)不會(huì)檢測(cè)到該錯(cuò)誤，因?yàn)樗鼈凃?yàn)證機(jī)器是否按指令操作，而不檢驗(yàn) 給機(jī)器的指令是否基于正確的輸入信息。同樣地，有些適應(yīng)性療法技 術(shù)可以應(yīng)用到該實(shí)施，但是如果該例子的校準(zhǔn)問(wèn)題仍存在，則適應(yīng)調(diào)整后的治療仍面臨類似的缺陷。為了質(zhì)量保證，可以使用多個(gè)過(guò)程來(lái)擴(kuò)展反饋的使用。例如，在 一個(gè)實(shí)施例中，該過(guò)程將包括上面描述的實(shí)施驗(yàn)證技術(shù)。這些方法所 提供的機(jī)器性能的檢査，是整個(gè)系統(tǒng)質(zhì)量保證工具箱中的有價(jià)值的部 分。而且，實(shí)施驗(yàn)證過(guò)程可以被擴(kuò)展到分析其它系統(tǒng)錯(cuò)誤，諸如基于 具有殘缺視野的圖像的實(shí)施。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種修改(adapting)治療計(jì)劃的方法。該方法包括下述步驟為患者準(zhǔn)備治療計(jì)劃，獲取患者的圖像，執(zhí)行圖像的可變形配準(zhǔn)，獲取關(guān)于實(shí)施到患者的放射劑量的數(shù)據(jù)，應(yīng) 用生物學(xué)模型以便把實(shí)施的放射劑量和患者效用相關(guān)聯(lián)，以及根據(jù)可 變形配準(zhǔn)和生物學(xué)模型來(lái)修改治療計(jì)劃。在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種向患者實(shí)施放射療法的方法。該方法包括下述步驟在患者處于第一位置的同時(shí)獲取患者的至少一部分的在線圖像，計(jì)算將要實(shí)施到患者的預(yù)測(cè)(predictive)放射 劑量，應(yīng)用生物學(xué)模型以便確定預(yù)測(cè)放射劑量對(duì)第一位置中的患者的 生物效應(yīng)。在又一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種計(jì)算機(jī)程序，其包含于計(jì)算 機(jī)可讀介質(zhì)中并可由計(jì)算機(jī)執(zhí)行，該計(jì)算機(jī)程序被用于治療系統(tǒng)中。 計(jì)算機(jī)程序包括治療計(jì)劃模塊，可操作用來(lái)為患者生成治療計(jì)劃； 圖像獲取模塊，可操作用來(lái)獲取患者的至少一部分的圖像；變形模塊， 可操作用來(lái)生成在至少兩個(gè)圖像之間的可變形配準(zhǔn)；建模模塊，可操 作用來(lái)把實(shí)施到患者的放射劑量和該放射劑量對(duì)患者的效用關(guān)聯(lián)起 來(lái)，以便根據(jù)可變形配準(zhǔn)和生物學(xué)模型來(lái)修改治療計(jì)劃。結(jié)合下面的詳細(xì)描述以及所附附圖，本發(fā)明的其它方面將變得明顯。


圖1是放射療法治療系統(tǒng)的透視圖。圖2是圖1中所示的放射療法治療系統(tǒng)中可以使用的多葉準(zhǔn)直器 的透視圖。圖3是圖1的放射療法治療系統(tǒng)的示意性圖。 圖4是放射療法治療系統(tǒng)中所用的軟件程序的示意圖。 圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例估算實(shí)施到患者的放射劑量的方 法的流程圖。
具體實(shí)施方式
在詳細(xì)解釋本發(fā)明的實(shí)施例之前，應(yīng)該明白本發(fā)明的應(yīng)用并不局 限于下列描述中提出的或在下列附圖中示出的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)和部件配置。 本發(fā)明可以是其它實(shí)施例并以其它方式實(shí)施或執(zhí)行。還應(yīng)該明白此處 所用的措詞或術(shù)語(yǔ)是用于描述而不是用于限制的。這里所用的"包括"、 "包含"或"具有"及其各種變形，意思是包含其后所列的項(xiàng)目和其等價(jià)物以及其它項(xiàng)目。除非具體說(shuō)明或另外限制，術(shù)語(yǔ)"安裝"、"連接"、"支 持"和"耦合"及其變形被寬泛使用并包含直接和間接安裝、連接、支持 和耦合。此外，"連接"和"耦合"并不局限于物理或機(jī)械連接或耦合。雖然這里在描述附圖時(shí)使用了方向性標(biāo)記，諸如上、下、向下、 向上、向后、底、前、后等，然而這些標(biāo)記只是為了方便相對(duì)于附圖 而言的(按通?？捶?。這些方向不意圖用字面意思或以任何方式限 制本發(fā)明。此外，這里使用的諸如"第一"、"第二"和"第三"這樣的術(shù)語(yǔ)， 是用來(lái)描述的，而不用來(lái)指示或暗示相對(duì)重要性或顯著性。此外，應(yīng)該明白，本發(fā)明的實(shí)施例既包括硬件、軟件也包括電子 部件或模塊，為了討論，這些可以被說(shuō)明或描述成大部分部件單獨(dú)用 硬件實(shí)現(xiàn)。然而，本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員，在閱讀完這里的詳細(xì)描 述的基礎(chǔ)上，將知道，在至少一個(gè)實(shí)施例中，可以用軟件來(lái)實(shí)施基于本發(fā)明的基于電子的方面。同樣地，應(yīng)該注意到，可以用多個(gè)基于硬 件和軟件的裝置以及多個(gè)不同結(jié)構(gòu)的部件來(lái)實(shí)施本發(fā)明。此外，如在 后面段落中描述的，附圖中示出的具體機(jī)械構(gòu)造用來(lái)舉例說(shuō)明本發(fā)明 的實(shí)施例，還可以使用其它備選的機(jī)械構(gòu)造。圖1示出了能夠?yàn)榛颊?4提供放射治療的放射療法治療系統(tǒng)10。放 射療法治療可以包括基于光子的放射療法、短程療法、電子束療法、 光子、中子或粒子療法，或其它類型的治療療法。放射療法治療系統(tǒng)10包括機(jī)架18。機(jī)架18可以支持放射模塊22，放射模塊22包括放射源 24和線性加速器26，其可操作用來(lái)生成放射束30。雖然附圖中示出的 機(jī)架18是環(huán)形機(jī)架，即其延伸通過(guò)整個(gè)360。的弧形從而生成完整的環(huán) 或圓，但是還可以采用其它類型的安裝布置。例如，可以使用C型、部 分環(huán)形機(jī)架或機(jī)器人臂?？梢允褂媚軌蛟谙鄬?duì)于患者14的各種旋轉(zhuǎn)和/ 或軸向位置處定位放射模塊22的框架。此外，放射源24可以在不遵循 機(jī)架18的形狀的路線上移動(dòng)。例如，即使示出機(jī)架18通常圓形，放射 源24可以在非圓形路線上移動(dòng)。放射模塊22還可以包括可操作用來(lái)修改或調(diào)制放射束30的調(diào)制裝 置34。調(diào)制裝置34提供放射束30的調(diào)制并把放射束30引導(dǎo)向著患者14。 具體而言，把放射束30引導(dǎo)向著患者的一部分。廣泛來(lái)說(shuō)，該部分可 以包括整個(gè)身體，但是通常比整個(gè)身體小并可由二維面積或三維體積 來(lái)勾畫(huà)輪廓。期望接收輻射的部分，可以被稱為靶38或靶區(qū)38，它是 關(guān)注區(qū)域的一個(gè)例子。靶38還可以包括圍繞或部分圍繞靶的邊緣。其 它類型的關(guān)注區(qū)域是危險(xiǎn)區(qū)域。如果某部分包括危險(xiǎn)區(qū)域，則放射束 最好從危險(xiǎn)區(qū)域轉(zhuǎn)移?；颊?4可以具有不止一個(gè)需要接受放射療法的 耙區(qū)。這種調(diào)制有時(shí)被叫做調(diào)強(qiáng)放射療法("IMRT")。如圖2所示，調(diào)制裝置34可以包括準(zhǔn)直裝置42。準(zhǔn)直裝置42包括一 組顎件46，其定義并調(diào)節(jié)放射束30可以通過(guò)的孔50的尺寸。顎件46包 括上顎件54和下顎件58。上顎件54和下顎件58可移動(dòng)以便調(diào)節(jié)孔50的尺寸。在一個(gè)實(shí)施例中，以及如圖2所示，調(diào)制裝置34可以包括多葉準(zhǔn)直 器62,其包括多個(gè)交錯(cuò)的葉66，其可操作以從一個(gè)位置移動(dòng)到另一個(gè) 位置以便提供強(qiáng)度葉調(diào)制。還應(yīng)該注意，葉66可以被移動(dòng)到最小和最 大打開(kāi)位置之間的任意位置。多個(gè)交錯(cuò)的葉66在放射束30到達(dá)患者14 上的靶38之前調(diào)制放射束30的強(qiáng)度、尺寸和形狀。每個(gè)葉66都由一個(gè) 諸如馬達(dá)或空氣閥的致動(dòng)器70獨(dú)立控制，以便葉66可以快速打開(kāi)或關(guān) 閉從而允許或阻止射線通過(guò)。致動(dòng)器70可以由計(jì)算機(jī)74和/或控制器控 制。放射療法治療系統(tǒng)10還可以包括檢測(cè)器78，例如千伏或兆伏電壓 檢測(cè)器，其可操作用于接收放射束30。線性加速器26和檢測(cè)器78還可 以操作作為X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)系統(tǒng)，以便生成患者14的CT 圖像。線性加速器26向患者14中的靶38發(fā)射放射束30。靶38吸收一些 福射。檢測(cè)器78檢測(cè)或測(cè)量被靶38所吸收的輻射量。隨著線性加速器 26繞著患者14旋轉(zhuǎn)并發(fā)射輻射，檢測(cè)器78從多個(gè)角度收集吸收數(shù)據(jù)。 收集的吸收數(shù)據(jù)被傳送給計(jì)算機(jī)74，以便處理吸收數(shù)據(jù)并生成患者身 體組織和器官的圖像。圖像還可以示出骨骼、軟組織和血管?？梢岳镁哂猩刃螏缀涡螤睢⒍嗥瑤缀涡螤罨蝈F形束幾何形狀的 放射束30獲得CT圖像。此外，還可以利用實(shí)施兆伏電壓能量或千伏電 壓能量的線性加速器26獲得CT圖像。還應(yīng)該注意，可以將所獲得的CT 圖像與先前獲得的CT圖像配準(zhǔn)(來(lái)自放射療法治療系統(tǒng)10或其它圖像 獲得裝置，諸如其他CT掃描儀、MRI系統(tǒng)以及PET系統(tǒng))。例如，患者 14的先前獲得的CT圖像可以包括通過(guò)勾畫(huà)輪廓過(guò)程完成的識(shí)別出的靶 38。可以將患者14的新獲得的CT圖像與先前獲得的CT圖像配準(zhǔn)，以便 幫助識(shí)別新CT圖像中的靶38。這種配準(zhǔn)過(guò)程可以使用剛性或可變形配 準(zhǔn)工具。在有些實(shí)施例中，放射療法治療系統(tǒng)10可以包括X射線源和CT圖像檢測(cè)器。X射線源和CT圖像檢測(cè)器以與上述線性加速器26和檢測(cè)器 78相似的方式工作，以便獲得圖像數(shù)據(jù)。圖像數(shù)據(jù)被傳送給計(jì)算機(jī)74， 在此對(duì)其進(jìn)行處理以便生成患者身體組織和器官的圖像。放射療法治療系統(tǒng)10還可以包括支持患者14的患者支持件，諸如 治療床82 (在圖l中示出)。治療床82沿著x、 y或者z方向上的至少一個(gè) 軸84移動(dòng)。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，患者支持件可以是適于支持患 者身體任一部分的裝置?；颊咧С旨幌抻诒仨氈С终麄€(gè)患者身體。 系統(tǒng)10還可以包括可操作以操縱治療床82的位置的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)86。驅(qū)動(dòng) 系統(tǒng)86可以由計(jì)算機(jī)74控制。在圖2和3中示出的計(jì)算機(jī)74，包括用于運(yùn)行各種軟件程序和/或通 信應(yīng)用程序的操作系統(tǒng)。尤其是，計(jì)算機(jī)74可以包括操作以與放射療 法治療系統(tǒng)10通信的(多個(gè))軟件程序90。(多個(gè))軟件程序90能夠 操作以從外部軟件程序和硬件接收數(shù)據(jù)，并且應(yīng)該注意的是，還可以 把數(shù)據(jù)輸入給(多個(gè))軟件程序卯。計(jì)算機(jī)74可以包括適于由醫(yī)務(wù)人員訪問(wèn)的任何適合輸入/輸出裝 置。計(jì)算機(jī)74可以包括諸如處理器、1/0接口以及存儲(chǔ)裝置或存儲(chǔ)器的 典型硬件。計(jì)算機(jī)74還可以包括諸如鍵盤和鼠標(biāo)的輸入裝置。計(jì)算機(jī) 74還可以包括諸如監(jiān)視器的標(biāo)準(zhǔn)輸出裝置。此外，計(jì)算機(jī)74可以包括 諸如打印機(jī)和掃描儀的外圍設(shè)備。計(jì)算機(jī)74可以與其它計(jì)算機(jī)74以及放射療法治療系統(tǒng)10聯(lián)網(wǎng)。其 它計(jì)算機(jī)74可以包括其它和/或不同的計(jì)算機(jī)程序以及軟件，而不必與 此處描述的計(jì)算機(jī)74相同。計(jì)算機(jī)74和放射療法治療系統(tǒng)10可以與網(wǎng) 絡(luò)94通信。計(jì)算機(jī)74和放射療法治療系統(tǒng)10還可以與(多個(gè))數(shù)據(jù)庫(kù) 98和(多個(gè))服務(wù)器102通信。應(yīng)該注意，(多個(gè))軟件程序90還可以 駐留在(多個(gè))服務(wù)器102上。可以根據(jù)任意網(wǎng)絡(luò)技術(shù)或網(wǎng)絡(luò)布局或技術(shù)和布局的組合來(lái)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)94，網(wǎng)絡(luò)94可以包括多個(gè)子網(wǎng)絡(luò)。圖3中示出的計(jì)算機(jī)和系統(tǒng)之間的 連接可以通過(guò)局域網(wǎng)("LAN")、廣域網(wǎng)("WAN")、公共交換電話 網(wǎng)絡(luò)("PSTN")、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)聯(lián)網(wǎng)、因特網(wǎng)或任意其它合適的網(wǎng)絡(luò) 來(lái)構(gòu)成。在醫(yī)院或醫(yī)療設(shè)施中，圖3中所示的計(jì)算機(jī)和系統(tǒng)之間的通信， 可以通過(guò)健康信息交換第七層協(xié)議("HL7")或任何版本的其它協(xié)議和 /或其它要求的協(xié)議來(lái)進(jìn)行。HL7是規(guī)定兩個(gè)來(lái)自不同賣方的計(jì)算機(jī)應(yīng) 用程序(發(fā)送器和接收器)之間的接口的實(shí)施的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，用于醫(yī)療 環(huán)境中的電子數(shù)據(jù)交換。HL7可以允許醫(yī)療機(jī)構(gòu)交換來(lái)自不同應(yīng)用程序 系統(tǒng)的重要數(shù)據(jù)集。尤其是，HL7可以定義將要交換的數(shù)據(jù)、交換的計(jì) 時(shí)以及與應(yīng)用程序的出錯(cuò)通信。格式通常實(shí)質(zhì)上是通用的并可配置為 滿足所涉及應(yīng)用程序的需要。圖3中所示出的計(jì)算機(jī)和系統(tǒng)之間的通信還可以通過(guò)具有任意版 本的醫(yī)學(xué)數(shù)字成像和通信("DICOM")協(xié)議和/或其它需要的協(xié)議來(lái)進(jìn) 行。DICOM是由NEMA開(kāi)發(fā)的國(guó)際通信標(biāo)準(zhǔn)，其定義了用來(lái)在醫(yī)學(xué)設(shè) 備的不同件之間傳輸關(guān)于醫(yī)學(xué)圖像的數(shù)據(jù)的格式。DICOM RT指的是放 射治療數(shù)據(jù)專用的標(biāo)準(zhǔn)。圖3中的雙向箭頭通常表示在圖3中所示出的網(wǎng)絡(luò)94和任一計(jì)算機(jī) 74以及系統(tǒng)10之間的雙向通信和信息傳輸。然而，對(duì)于某些醫(yī)學(xué)和計(jì) 算機(jī)化設(shè)備來(lái)說(shuō)，可能只需單向通信和信息傳輸。圖4是軟件程序90的示意圖示。軟件程序90包括多個(gè)互相通信以便 執(zhí)行放射療法治療過(guò)程的功能的模塊。軟件程序90包括治療計(jì)劃模塊106，其可操作用于根據(jù)醫(yī)務(wù)人員輸 入到系統(tǒng)10的數(shù)據(jù)為患者14生成治療計(jì)劃。數(shù)據(jù)包括患者14的至少一 部分的一個(gè)或多個(gè)圖像(例如計(jì)劃圖像和/或治療前圖像)。治療計(jì)劃模塊106把治療分成多次，并根據(jù)醫(yī)務(wù)人員輸入的處方為每次或每個(gè)治療確定放射劑量。治療計(jì)劃模塊106還根據(jù)圍繞靶38畫(huà)出的各種輪廓為 耙38確定放射劑量。在同一治療計(jì)劃中可以出現(xiàn)并包括多個(gè)靶38。軟件程序90還包括患者定位模塊110，其可操作用來(lái)為特定次的治 療相對(duì)于機(jī)架18的等中心定位并對(duì)準(zhǔn)患者14。當(dāng)患者在治療床82上 時(shí)，患者定位模塊110獲取患者14的圖像并對(duì)患者14的當(dāng)前位置和 患者在計(jì)劃或先前獲得的圖像中的位置進(jìn)行比較。如果需要調(diào)整患者 的位置，患者定位模塊IIO就提供指令給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)86以便移動(dòng)治療床 82，或者把患者14手動(dòng)地移動(dòng)到新位置。在一個(gè)方面中，患者定位模塊110可以從位于治療室內(nèi)的激光器 接收數(shù)據(jù)，以便提供相對(duì)于機(jī)架18的等中心的患者位置數(shù)據(jù)。根據(jù) 來(lái)自激光器的數(shù)據(jù)，患者定位模塊110向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)86提供指令，驅(qū)動(dòng) 系統(tǒng)86移動(dòng)治療床82以獲得患者14相對(duì)于機(jī)架18的正確對(duì)準(zhǔn)。應(yīng) 該注意到，除了激光器之外的裝置和系統(tǒng)也可用于向患者定位模塊110 提供數(shù)據(jù)以有助于對(duì)準(zhǔn)過(guò)程。患者定位模塊110還可操作用來(lái)檢測(cè)和/或監(jiān)視患者在治療期間的 動(dòng)作。患者定位模塊110可以與動(dòng)作檢測(cè)系統(tǒng)114通信和/或包括動(dòng)作 檢測(cè)系統(tǒng)114,諸如X射線、室內(nèi)CT、激光定位裝置、照相機(jī)系統(tǒng)、 肺活量計(jì)、超聲、張力測(cè)量、胸帶等等?；颊邉?dòng)作可以是無(wú)規(guī)律的或 者預(yù)料不到的，并且不需按照平滑的或者可再現(xiàn)的路徑。軟件程序卯還包括圖像模塊118，其可操作用來(lái)獲取患者14的至 少一部分的圖像。圖像模塊118可以根據(jù)期望協(xié)議在治療開(kāi)始之前、 治療期間、和治療之后，指示諸如CT成像裝置的機(jī)載圖像裝置以獲取 患者14的圖像。在一個(gè)方面中，圖像模塊118在患者14基本上處于 治療位置的同時(shí)獲取患者14的圖像。還可以使用其它離線成像裝置或 者系統(tǒng)來(lái)獲取患者14的治療前圖像，諸如非定量CT、 MRI、 PET、SPECT、超聲、透射成像、熒光檢査、基于RF的定位等等。所獲取的 (多個(gè))治療前圖像可以用于患者14的配準(zhǔn)和/或生成變形映射，以便識(shí)別在一個(gè)或多個(gè)計(jì)劃圖像與治療前、治療期間或者治療后圖像的一 個(gè)或多個(gè)之間的差異。獲取的圖像還可以被用于患者14的配準(zhǔn)和/或確定或者預(yù)測(cè)將要 實(shí)施到患者14的放射劑量。獲取的圖像還可用于確定患者在先前的治 療期間或者在先前次治療期間接收的放射劑量。圖像模塊118還可操 作用來(lái)在患者正在接收治療的同時(shí)獲取患者14的至少一部分的圖像， 以便確定患者14正在實(shí)時(shí)接收的放射劑量。軟件程序90還包括可操作用來(lái)接收數(shù)據(jù)的變形模塊122，該數(shù)據(jù) 諸如來(lái)自圖像模塊118以及治療計(jì)劃模塊106的圖像數(shù)據(jù)，及來(lái)自治 療計(jì)劃模塊106的其他患者和系統(tǒng)數(shù)據(jù)，以便生成圖像的變形映射。 變形模塊122可以使用變形技術(shù)確定所有實(shí)施的治療的放射劑量的累 積。變形模塊122可以生成變形映射，以便識(shí)別在一個(gè)或多個(gè)圖像之 間的差異，這些圖像例如計(jì)劃圖像、治療前圖像、治療期間圖像和治 療后圖像。例如，可以使用變形映射來(lái)把多個(gè)圖像關(guān)聯(lián)起來(lái)，其中一 個(gè)圖像是可用于劑量計(jì)算的計(jì)劃圖像，而諸如在線圖像的另一個(gè)圖像 具有定性值但很少直接用于劑量計(jì)算。隨后，這種關(guān)系可以用來(lái)把更 定量的圖像"再映射"到在線或者更少定量的圖像的定性形狀。所得 到的再映射的圖像將比另外兩個(gè)圖像中的任何一個(gè)都更適合劑量計(jì)算 或者定量性的應(yīng)用，因?yàn)樗鼘⒕哂械谝粓D像的定量性益處并且也具有 如包含在第二圖像中的更新后的解剖信息。這在很多情況下都很有用， 諸如第一圖像(例如計(jì)劃圖像)是CT圖像而第二圖像缺乏定量性圖像 值時(shí)(例如MRI、 PET、 SPECT、超聲、或者非定量性CT等圖像)。代替或者除定量性限制之外，變形模塊122也可以校正幾何失真、不完美、和/或不完備。例如，較好地表示解剖結(jié)構(gòu)但包括幾何失真的 當(dāng)前的MRI圖像可以被再映射到不失真的CT圖像?；蛘?，可使用多 個(gè)圖像來(lái)在表示解剖變化的同時(shí)校正失真。變形映射可用于計(jì)算在計(jì)劃圖像之后獲取的患者圖像上的放射劑 量。其還可用于累積多次實(shí)施的劑量?？梢愿鶕?jù)劑量在身體空間中的位置來(lái)對(duì)劑量進(jìn)行相加，但另一種方法將把變形方法結(jié)合到該過(guò)程中， 以便即使結(jié)構(gòu)已經(jīng)改變了位置也能根據(jù)接收劑量的結(jié)構(gòu)來(lái)對(duì)劑量進(jìn)行相加。變形模塊122可以計(jì)算患者14已經(jīng)從先前實(shí)施的放射次接收的輻射的劑量?？梢詾榱斯串?huà)耙38周圍的輪廓生成變形映射。軟件程序90可以 包括可用操作來(lái)在圖像上生成一個(gè)或多個(gè)輪廓的輪廓模塊126。通常， 醫(yī)務(wù)人員手動(dòng)地在計(jì)劃圖像上勾畫(huà)靶38周圍的輪廓。該過(guò)程費(fèi)時(shí)。新 獲取的圖像(例如治療前圖像)不具有勾畫(huà)的輪廓。希望能夠根據(jù)舊 圖像在新圖像上生成輪廓。變形映射可用于幫助勾畫(huà)輪廓過(guò)程，并能 夠在提供質(zhì)量保證措施的同時(shí)為醫(yī)務(wù)人員節(jié)約時(shí)間。還可以為新圖像(例如治療前圖像)自動(dòng)地或者半自動(dòng)地生成輪 廓。該過(guò)程始于計(jì)劃或者其它具有初始輪廓集的基準(zhǔn)患者圖像。當(dāng)執(zhí) 行質(zhì)量保證或者適應(yīng)性療法時(shí)，通常具有輪廓尚不可用的新圖像。不 是要求醫(yī)務(wù)人員手動(dòng)地勾畫(huà)新圖像的輪廓，而是可以更迅速更一致地 執(zhí)行可變形圖像配準(zhǔn)，然后使用該變形結(jié)果作為基礎(chǔ)來(lái)修改初始輪廓 集，以便反應(yīng)新的患者解剖結(jié)構(gòu)。通常，已知地，手動(dòng)輪廓會(huì)遭受不 可再現(xiàn)性，而自動(dòng)生成的輪廓可能在對(duì)后續(xù)輪廓的生成應(yīng)用初始輪廓 的原理時(shí)更一致。已經(jīng)開(kāi)發(fā)出類似的基于模版的勾畫(huà)輪廓算法的族，以便根據(jù)先前 可用的圖像和輪廓集為新的可用圖像生成輪廓。這些基于模板的算法 可以根據(jù)先前的患者圖像和輪廓，或者可以根據(jù)規(guī)范或者圖譜患者圖像和輪廓，來(lái)勾畫(huà)新患者圖像的輪廓。可以為適應(yīng)性療法執(zhí)行這些， 作為累積在每日?qǐng)D像中的劑量的方法，其中每日?qǐng)D像的每一個(gè)具有自 動(dòng)每日輪廓。本發(fā)明的一個(gè)方面是，對(duì)放射療法質(zhì)量保證和適應(yīng)性療 法應(yīng)用基于變形的輪廓勾畫(huà)或者基于模板的輪廓勾畫(huà)。在該方面，本 發(fā)明把這些技術(shù)應(yīng)用到在圖像引導(dǎo)放射療法期間出現(xiàn)的特定大量圖像 數(shù)據(jù)和圖像類型上。具體地說(shuō)，這包括相同患者的多個(gè)圖像的變形和 基于模板的輪廓勾畫(huà)，其中輪廓集可能只為一個(gè)圖像存在?；颊叩亩?個(gè)圖像可以通過(guò)使用在線或者室內(nèi)患者成像系統(tǒng)生成，圖像可能在不 同日期得到，或者這些圖像可以由諸如CT掃描儀的"4D"成像系統(tǒng) 得到，其中每個(gè)圖像都表示動(dòng)作的相，諸如呼吸相。還應(yīng)注意，在線 或者室內(nèi)成像系統(tǒng)可以是與參考圖像相同的、類似的或者不同的模態(tài) (modality)。例如，參考圖像可以是CT圖像，而在線圖像可以是CT 圖像、錐形束CT圖像、兆伏CT圖像、MRI圖像、超聲圖像、或者由 不同的系統(tǒng)或裝置生成的圖像。通過(guò)把這些輪廓勾畫(huà)的技術(shù)轉(zhuǎn)用到質(zhì) 量保證和適應(yīng)性療法的應(yīng)用，可以從圖像的輪廓勾畫(huà)節(jié)省相當(dāng)可觀的 時(shí)間，而該方法還可以提高同一患者的多個(gè)圖像(在不同時(shí)間獲得或 表示不同相)之間的輪廓的一致性。該過(guò)程的另一個(gè)好處是生成的輪廓提供了對(duì)變形過(guò)程的驗(yàn)證。如 果生成的輪廓緊密地反映了會(huì)手動(dòng)繪出的輪廓，則是變形過(guò)程合理的 良好指示；然而如果自動(dòng)輪廓較不相關(guān)，則向醫(yī)務(wù)人員指出該變形可 能不合適，并向醫(yī)務(wù)人員提供檢驗(yàn)手動(dòng)輪廓以便檢查錯(cuò)誤或者不一致 的機(jī)會(huì)。本發(fā)明的另一個(gè)方面是，基于變形的輪廓可以用作適應(yīng)性過(guò) 程的輪廓的草圖，并被手工編輯以便反映在線圖像的期望輪廓。當(dāng)執(zhí) 行這些時(shí)，可以由此重新運(yùn)行變形過(guò)程，限制變形映射以便使初始輪 廓與手動(dòng)編輯的自動(dòng)輪廓匹配，這有助于通過(guò)其余的圖像來(lái)導(dǎo)向(direct) —致的結(jié)果。在把一個(gè)圖像配準(zhǔn)到另一個(gè)圖像的情況下描述以上的變形過(guò)程 時(shí)，其還可通過(guò)可變形地把一組兩個(gè)或多個(gè)圖像與另一組一個(gè)或多個(gè)圖像配準(zhǔn)來(lái)作用。例如，如果有兩對(duì)圖像，每對(duì)包括MRI和CT圖像， 則變形映射能夠在MRI具有更多信息的區(qū)域把兩個(gè)MRI圖像配準(zhǔn)到一 起，并在CT具有更多信息的區(qū)域把兩個(gè)CT圖像配準(zhǔn)到一起。由此 能把這些變形組合起來(lái)?；蛘邎D像之間的變形映射可以一起使用，例 如用于使用CT變形映射來(lái)校正MRI圖像和變形中的幾何失真、不完 美、和/或不完備，在校正該失真、不完美、和/或不完備之后，使用 MRI變形映射以更好地分析軟組織的動(dòng)作。 一般來(lái)講，該過(guò)程通過(guò)變 形使成像得到了改善，因?yàn)橥ㄟ^(guò)應(yīng)用表示像解剖尺寸、形狀、和內(nèi)容 的信息的變形技術(shù)，可以更好地理解不良圖像，由此得到了改善。該 信息可以被結(jié)合到圖像重建、修改、或者增強(qiáng)過(guò)程中。軟件程序90還包括建模模塊130，其可操作用來(lái)為特定的治療生 成和應(yīng)用生物學(xué)模型以評(píng)估生物效用。生物學(xué)模型可以基于描述輻射 對(duì)組織、腫瘤以及器官的效用并利用對(duì)規(guī)定或者實(shí)施的劑量的認(rèn)識(shí)的 測(cè)量結(jié)果和模型。建模模塊130可以應(yīng)用生物學(xué)模型來(lái)確定患者效用， 以及患者的位置和/或運(yùn)動(dòng)對(duì)于規(guī)定放射劑量的實(shí)施的影響。根據(jù)生物 效應(yīng)，醫(yī)務(wù)人員可以調(diào)整患者14、系統(tǒng)設(shè)置、或者對(duì)治療計(jì)劃進(jìn)行其 它調(diào)整?？梢栽诨颊吲錅?zhǔn)過(guò)程中結(jié)合生物信息，以便識(shí)別使發(fā)射劑量 具有優(yōu)選生物效用的患者14的優(yōu)選位置。建模模塊130可以使用關(guān)于實(shí)際實(shí)施到患者的放射劑量以及所實(shí) 施的放射劑量的生物效用的數(shù)據(jù)，以便應(yīng)用生物學(xué)模型把實(shí)施到患者 的放射劑量和相應(yīng)的患者效用關(guān)聯(lián)起來(lái)。把放射劑量和患者效用關(guān)聯(lián) 起來(lái)，意味著簡(jiǎn)單的比較或者對(duì)生物學(xué)模型的主動(dòng)約束(active constraint)。實(shí)施的凈放射劑量(利用變形技術(shù)累積的)可用于評(píng)估 繼續(xù)該治療將得到的生物效用，而且，可以為優(yōu)選的生物效用來(lái)評(píng)估 用于修改治療的可能備選。所得到的分次放射治療進(jìn)度表、劑量分布 以及計(jì)劃，可以反映信息的該頂點(diǎn)(culmination)?？梢酝ㄟ^(guò)對(duì)患者的身體觀察和/或利用生物跟蹤器，來(lái)隨著時(shí)間流逝跟蹤患者或確定患者或生物效用。例如，生物跟蹤器可以包括患者 14能夠吞入和/或被注入到患者14中的患者標(biāo)記和放射性材料。本發(fā)明的一個(gè)方面是利用具有變形和適應(yīng)性療法的組合的生物學(xué) 模型。特別是，當(dāng)作為適應(yīng)性療法的一個(gè)方面累積輻射劑量時(shí)，最好 使用變形技術(shù)，因?yàn)檫@有助于把實(shí)際接受的劑量與特定的組織關(guān)聯(lián)起 來(lái)，而不是與身體空間關(guān)聯(lián)起來(lái)。假定這樣，希望根據(jù)劑量導(dǎo)致的生物效應(yīng)來(lái)分析接收的劑量，而不是完全根據(jù)物理(physical)劑量的量 來(lái)分析接收的劑量?；趧┝坷鄯e的生物學(xué)和變形的特定擴(kuò)充，適用于4D圖像和4D 劑量計(jì)算的情況。"4D"圖像是3D圖像容積的集，每個(gè)3D圖像容 積表示動(dòng)作樣式的"相"，諸如呼吸?？梢酝ㄟ^(guò)利用生物學(xué)評(píng)估器根 據(jù)依賴于動(dòng)作的劑量分布來(lái)評(píng)估依賴于動(dòng)作的生物效用，從而增強(qiáng)在 4DCT(或4DMRI等)圖像的合適部分上的患者動(dòng)作和劑量計(jì)算。建 模模塊130可以更準(zhǔn)確地在3D容積其中一個(gè)上面重新計(jì)算劑量。建模模塊130可操作用來(lái)接收患者數(shù)據(jù)(實(shí)時(shí)和歷史性的)、患 者圖像(例如計(jì)劃圖像和/或治療前圖像)、患者位置數(shù)據(jù)、解剖位置 數(shù)據(jù)、以及系統(tǒng)或者機(jī)器數(shù)據(jù)。建模模塊130可以通過(guò)下述方法來(lái)確 定實(shí)施到患者14的放射劑量的量利用來(lái)自動(dòng)作檢測(cè)系統(tǒng)114的數(shù)據(jù) 來(lái)識(shí)別患者在任一給定時(shí)間所處的相，以及每次在與患者的瞬時(shí)位置 最匹配的4D CT圖像的相中則重新計(jì)算放射劑量。根據(jù)對(duì)患者實(shí)際正 在接收的放射劑量的量的更好的理解，醫(yī)務(wù)人員可以調(diào)節(jié)治療計(jì)劃、 治療期間的患者位置/配準(zhǔn)、劑量量、劑量分布、以及其它參數(shù)和系統(tǒng) 設(shè)置。還可以在更新后的4D CT圖像以及諸如治療前或治療期間獲得 的4D PET或4D MRI的其它類型的4D圖像上執(zhí)行劑量計(jì)算?？梢栽谥委熃Y(jié)束和/或治療的療程期間執(zhí)行應(yīng)用生物學(xué)模型的過(guò) 程，以便可以檢測(cè)并校正任何差異。在一種實(shí)施中，實(shí)施的總凈放射劑量(利用變形技術(shù)累積的)被用于評(píng)估繼續(xù)該治療對(duì)患者14產(chǎn)生的 生物效用，也可以為優(yōu)選的生物效用評(píng)估用于修改治療的可能備選。 可以修改得到的分次放射治療進(jìn)度表、劑量分布以及計(jì)劃，以便反映 信息的該頂點(diǎn)(culmination)?？梢越Y(jié)合的附加信息是貫穿治療所看到 的或者來(lái)自規(guī)范的患者研究的動(dòng)作的范圍、大小以及分布?？梢詧?zhí)行 治療計(jì)劃的優(yōu)化或者適應(yīng)性修改，以便解決該動(dòng)作的生物效用，還可 以修改計(jì)劃以便最好地解決它。類似地，基于生物學(xué)的適應(yīng)性療法不 必依靠物理劑量信息，而是可以利用對(duì)化學(xué)療法劑(chemotherapy agent)實(shí)施的了解，尤其是利用可以用PET、 SPECT或者其它原子醫(yī) 學(xué)設(shè)備成像的標(biāo)記劑?？梢愿鶕?jù)實(shí)施的其他劑、它們的位置，或根據(jù) 放射免疫療法實(shí)施或者反饋，來(lái)定義或者修改劑量瞄準(zhǔn)。該過(guò)程可以被擴(kuò)展為不僅持續(xù)整個(gè)治療期間，還可以被擴(kuò)展為在 患者的壽命期間跟蹤患者劑量和生物效用的方法。建模模塊130可以 生成在患者的壽命期間接收的放射劑量的模型，并可以結(jié)合劑量歷史、 預(yù)期生物恢復(fù)、生物效用及其他參數(shù)。當(dāng)為患者14設(shè)計(jì)新放射療法治 療計(jì)劃及其他醫(yī)療計(jì)劃時(shí)，可以利用對(duì)該歷史的了解。還可以結(jié)合生物信息以供患者配準(zhǔn)之用。該方法改善了當(dāng)前的配 準(zhǔn)方法，其中在線圖像被用來(lái)根據(jù)圖像內(nèi)容、計(jì)劃的劑量分布、計(jì)劃 輪廓等來(lái)對(duì)準(zhǔn)患者。在一個(gè)實(shí)施例中，該方法將會(huì)收集在線圖像，自 動(dòng)勾畫(huà)它的輪廓(可以使用上面討論的基于變形的技術(shù))，執(zhí)行預(yù)測(cè) 劑量計(jì)算，以及然后為給定的患者位置評(píng)估生物效用。利用該模型， 能基于找到導(dǎo)致實(shí)施劑量產(chǎn)生最佳或者優(yōu)選的生物效用的圖像位置， 來(lái)執(zhí)行配準(zhǔn)。本發(fā)明的另一個(gè)方面是，為了生物學(xué)評(píng)估的目的，使用可用的先 驗(yàn)知識(shí)來(lái)更好或更容易地識(shí)別結(jié)構(gòu)。例如，生物學(xué)模型通常要求在圖 像中的組織類型或者結(jié)構(gòu)的定義，因?yàn)椴煌愋偷慕Y(jié)構(gòu)可以對(duì)放射劑 量產(chǎn)生不同的反應(yīng)。通過(guò)在患者質(zhì)量保證和適應(yīng)性療法的情況下執(zhí)行生物學(xué)分析，通常假定具有計(jì)劃圖像和初始輪廓。由此，當(dāng)收集新的 在線圖像時(shí)，在該圖像中的結(jié)構(gòu)可以不僅根據(jù)原始圖像信息還根據(jù)相 對(duì)于先驗(yàn)圖像的圖像處理被自動(dòng)識(shí)別為特定的生物結(jié)構(gòu)。通過(guò)監(jiān)視響應(yīng)于實(shí)施劑量和/或修復(fù)機(jī)制的劑的生物攝取的變化， 還可以更直接地把生物建模方法應(yīng)用到劑量重建。例如，F(xiàn)LT可以用 于生物劑量重建，其可以與利用生物學(xué)模型的物理劑量重建進(jìn)行比較。適應(yīng)性生物療法還可以與遺傳測(cè)試(genetic testing) —起使用， 因?yàn)檫z傳測(cè)試能夠識(shí)別其它成像模態(tài)還不能檢測(cè)到的細(xì)胞水平發(fā)生轉(zhuǎn) 移的患者。適應(yīng)性療法可以施加到這些患者以便基于病歷和劑量測(cè)定 估算來(lái)估算何處已經(jīng)接收了劑量、轉(zhuǎn)移的可能區(qū)域，由此確定將要向可能的轉(zhuǎn)移區(qū)域?qū)嵤﹦┝康闹委熡?jì)劃。本發(fā)明的另一個(gè)方面是,不僅可以單獨(dú)根據(jù)接收的輻射劑量來(lái)應(yīng) 用適應(yīng)性療法，還可以根據(jù)在患者治療中的預(yù)測(cè)趨勢(shì)、臨床結(jié)果、機(jī) 器變化、和/或生物標(biāo)記來(lái)應(yīng)用適應(yīng)性療法。例如，如果檢測(cè)到腫瘤正 在縮小或者正常的組織結(jié)構(gòu)正在逐漸轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)，則適應(yīng)性計(jì)劃過(guò)程 不僅能解決患者的當(dāng)前狀態(tài)和到目前為止實(shí)施的劑量，還可以生成反 映解剖結(jié)構(gòu)的預(yù)期進(jìn)一步變化的計(jì)劃。類似地，當(dāng)在治療的療程期間 分析累積劑量信息時(shí)，醫(yī)務(wù)人員還可以考慮患者正在遭受的臨床效用 和副作用的水平，或者根據(jù)臨床發(fā)現(xiàn)或者根據(jù)可用的生物標(biāo)記或者測(cè) 試。如果幾乎感覺(jué)不到副作用，就繼續(xù)進(jìn)行更積極的適應(yīng)性療法治療， 然而如果檢測(cè)到更多并發(fā)癥，就可以修該該療法以更好地避免影響區(qū) 域。此外，可以修改計(jì)劃來(lái)補(bǔ)償檢測(cè)到的機(jī)器變化，諸如輸出、能量 或者校準(zhǔn)的變化。該方面的變化是執(zhí)行放射活組織檢査(radiobiopsy)。在治療早期， 或者在輻射治療完全開(kāi)始之前，患者14可以接收一次對(duì)局部區(qū)域的大 劑量輻射治療，或者可以接收只對(duì)局部區(qū)域的劑量的輻射治療?？梢员O(jiān)視對(duì)于該區(qū)域的生物效用，以便確定該區(qū)域的性質(zhì)，諸如是否為腫 瘤性的以及是什么類型。可以根據(jù)這些結(jié)果，來(lái)確定治療的合適療程， 并把已經(jīng)實(shí)施的劑量結(jié)合到計(jì)劃過(guò)程中。軟件程序90還包括治療實(shí)施模塊134，其可操作用來(lái)指示放射療 法治療系統(tǒng)10根據(jù)治療計(jì)劃向患者14實(shí)施放射療法。治療實(shí)施模塊 134可以生成并傳送指令給機(jī)架18、線性加速器26、調(diào)制裝置34以及 治療床驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)86，以便向患者14實(shí)施輻射。該指令協(xié)調(diào)機(jī)架18、 調(diào)制裝置34以及治療床驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)86的需要運(yùn)動(dòng)，以便按照治療計(jì)劃 中規(guī)定向正確的靶以正確量實(shí)施輻射束30。治療實(shí)施模塊134還計(jì)算將要實(shí)施的放射束30的合適的樣式 (pattern)、位置以及強(qiáng)度，以便與治療計(jì)劃規(guī)定的處方匹配。放射束 30的樣式由調(diào)制裝置34生成，具體而言是通過(guò)多葉準(zhǔn)直器中的多個(gè)葉 的運(yùn)動(dòng)生成。治療實(shí)施模塊134可以根據(jù)治療參數(shù)使用規(guī)范的、預(yù)定 的或者模板葉樣式來(lái)生成放射束30的合適的樣式。治療實(shí)施模塊134 還可以包括可以被訪問(wèn)的典型情況的樣式庫(kù)，其中與當(dāng)前患者數(shù)據(jù)進(jìn) 行比較以便確定放射束30的樣式。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的修改放射療法治療計(jì)劃的方 法的流程圖。醫(yī)務(wù)人員根據(jù)患者數(shù)據(jù)、圖像或者其它信息為患者14生 成(在200)治療計(jì)劃。當(dāng)患者14準(zhǔn)備好治療時(shí)，醫(yī)務(wù)人員在實(shí)施治 療之前利用患者定位模塊110的協(xié)助，把患者14定位(在204)在治 療床82上。當(dāng)患者在治療床82上的同時(shí)，醫(yī)務(wù)人員開(kāi)始(在20S)獲 取患者14的一個(gè)或多個(gè)圖像。正確地定位患者14之后，醫(yī)務(wù)人員啟 動(dòng)(在212)治療計(jì)劃的實(shí)施。在治療計(jì)劃的實(shí)施之前、期間和/或之 后，變形模塊118執(zhí)行(在216)患者14的一個(gè)或多個(gè)圖像的可變形 配準(zhǔn)。建模模塊130獲取(在220)關(guān)于實(shí)施到患者的放射劑量的數(shù)據(jù)。 建模模塊130應(yīng)用(在224)將實(shí)施的放射劑量與患者效用相關(guān)聯(lián)的生 物學(xué)模型。建模模塊130還根據(jù)可變形配準(zhǔn)和生物學(xué)模型來(lái)修改/更改(在228)放射療法治療計(jì)劃。在下列權(quán)利要求中陳述了本發(fā)明的各種特征和優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種修改治療計(jì)劃的方法，該方法包括為患者準(zhǔn)備治療計(jì)劃；獲取所述患者的圖像；執(zhí)行所述圖像的可變形配準(zhǔn)；獲取關(guān)于實(shí)施到所述患者的放射劑量的數(shù)據(jù)；應(yīng)用生物學(xué)模型來(lái)將實(shí)施的所述放射劑量和患者效用相關(guān)聯(lián)；以及根據(jù)所述可變形配準(zhǔn)和所述生物學(xué)模型來(lái)修改所述治療計(jì)劃。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述治療計(jì)劃是放射療法 治療計(jì)劃。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，還包括根據(jù)所述放射劑量對(duì)于所 述患者的效用來(lái)調(diào)整所述生物學(xué)模型。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，能夠利用患者標(biāo)記和生物 跟蹤器中的一個(gè)來(lái)確定所述放射劑量對(duì)于所述患者的所述效用。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在一段時(shí)間期間跟蹤所 述患者效用如何與所述生物學(xué)模型相關(guān)聯(lián)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述一段時(shí)間是所述患者 的壽命。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，還包括根據(jù)所述關(guān)聯(lián)來(lái)調(diào)節(jié)生物 學(xué)模型參數(shù)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，還包括根據(jù)所述患者效用來(lái)修改所述治療計(jì)劃。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，還包括評(píng)估所述患者的關(guān)注區(qū)域 是否移動(dòng)，并且其中，修改所述治療計(jì)劃的行為結(jié)合與所述關(guān)注區(qū)域 的移動(dòng)有關(guān)的信息。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括根據(jù)先前治療中實(shí)施 到所述患者的所述放射劑量的所述患者效用，來(lái)定位所述患者以供治 療。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括監(jiān)視所述患者效用的趨 勢(shì)并根據(jù)所述趨勢(shì)來(lái)修改所述治療計(jì)劃。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述修改所述治療計(jì)劃的行為還包括自動(dòng)選擇用于評(píng)估的生物學(xué)模型，并自動(dòng)應(yīng)用所述生 物學(xué)模型來(lái)修改所述治療計(jì)劃。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述生物學(xué)模型是數(shù)學(xué) 模型。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述生物學(xué)模型是經(jīng)驗(yàn) 模型。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述生物學(xué)模型是基于 解剖影響的生物效用。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述生物學(xué)模型基于患 者度量。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括執(zhí)行遺傳測(cè)試，以便識(shí)別正在被治療的患者情況是否易于重新發(fā)生。
18. —種向患者實(shí)施放射療法的方法，該方法包括 當(dāng)患者在第一位置的同時(shí)，獲取所述患者的至少一部分的在線圖像；計(jì)算將要實(shí)施到所述患者的預(yù)測(cè)放射劑量；以及應(yīng)用生物學(xué)模型來(lái)確定所述預(yù)測(cè)放射劑量對(duì)所述第一位置中的所 述患者產(chǎn)生的生物效用。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括在所述圖像中圍繞關(guān) 注區(qū)域的至少一部分生成輪廓。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括確定向所述輪廓內(nèi)的 所述關(guān)注區(qū)域?qū)嵤┧鲱A(yù)測(cè)放射劑量對(duì)所述患者產(chǎn)生的所述生物效 用。
21. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，生成所述輪廓的行為包 括在兩個(gè)圖像之間生成變形映射，識(shí)別在所述圖像的一個(gè)圖像中的勾畫(huà)的結(jié)構(gòu)，以及 應(yīng)用所述變形映射來(lái)將來(lái)自所述一個(gè)圖像的所述勾畫(huà)的結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián) 到另一個(gè)圖像上，從而生成基于變形的勾畫(huà)的結(jié)構(gòu)。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，還包括修改所述基于變形的 勾畫(huà)的結(jié)構(gòu)，并響應(yīng)于修改所述基于變形的勾畫(huà)的結(jié)構(gòu)的行為，來(lái)更 新所述變形映射。
23. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，還包括根據(jù)先前獲取的輪廓 和結(jié)構(gòu)，來(lái)識(shí)別所述輪廓中的生物物質(zhì)。
24. —種能夠由計(jì)算機(jī)執(zhí)行的計(jì)算機(jī)程序，其包含于計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中，該計(jì)算機(jī)程序用于治療系統(tǒng)中，該計(jì)算機(jī)程序包括 治療計(jì)劃模塊，可操作用來(lái)為患者生成治療計(jì)劃； 圖像獲取模塊，可操作用來(lái)獲取所述患者的至少一部分的圖像； 變形模塊，可操作用來(lái)生成所述圖像的至少兩個(gè)圖像之間的可變形配準(zhǔn)；以及建模模塊，可操作用來(lái)將實(shí)施到所述患者的放射劑量和所述放射 劑量對(duì)所述患者產(chǎn)生的效用相關(guān)聯(lián)，并且根據(jù)所述可變形配準(zhǔn)和生物 學(xué)模型來(lái)修改所述治療計(jì)劃。
全文摘要
一種修改放射療法治療計(jì)劃的系統(tǒng)和方法。該方法包括下述步驟為患者準(zhǔn)備治療計(jì)劃，獲取患者的圖像，執(zhí)行圖像的可變形配準(zhǔn)，獲取關(guān)于實(shí)施到患者的放射劑量的數(shù)據(jù)，應(yīng)用把實(shí)施的放射劑量和患者效用關(guān)聯(lián)起來(lái)的生物學(xué)模型，根據(jù)可變形配準(zhǔn)和生物學(xué)模型來(lái)修改放射療法治療計(jì)劃。
文檔編號(hào)A61N5/10GK101267858SQ200680034655
公開(kāi)日2008年9月17日 申請(qǐng)日期2006年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月22日
發(fā)明者保羅·J·萊克韋德, 盧衛(wèi)國(guó), 古斯塔沃·H·奧利弗拉, 托馬斯·R·麥克基, 杰弗里·M·卡帕拓斯, 肯尼斯·J·盧卡拉, 艾里克·斯楚納爾 申請(qǐng)人:斷層放療公司