專利名稱：對(duì)接受放射療法的患者的呼吸時(shí)相進(jìn)行檢測(cè)的系統(tǒng)和方法
對(duì)接受放射療法的患者的呼吸時(shí)相進(jìn)行檢測(cè)的系統(tǒng)和方法 相關(guān)申請(qǐng)本申請(qǐng)要求以下述申請(qǐng)為基礎(chǔ)的優(yōu)先權(quán)申請(qǐng)日為2005年7月22、 名稱為"SYSTEM AND METHOD OF DELIVERING RADIATION THERAPY TO A MOVING TARGET"的U. S.臨時(shí)專利申請(qǐng)No. 60/701,541，以及申請(qǐng)日為2005年7月22、名稱為"SYSTEM AND METHOD FOR FEEDBACK GUIDED QUALITY ASSURANCE AND ADAPTATIONS TO RADIATION THERAPY TREATMENT"的U. S.臨 時(shí)專利申請(qǐng)No. 60 / 701,580，這兩個(gè)申請(qǐng)的內(nèi)容通過引用并入此處供參 考。技術(shù)領(lǐng)域本申請(qǐng)涉及放射醫(yī)學(xué)，特別本發(fā)明涉及對(duì)接受放射療法的患者的 呼吸時(shí)相進(jìn)行檢測(cè)的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近來(lái)，放射療法實(shí)踐已經(jīng)吸收了下述技術(shù)的進(jìn)展計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)、 放射療法治療規(guī)劃軟件、以及醫(yī)學(xué)成像技術(shù)(諸如計(jì)算機(jī)斷層掃描("CT")、核磁共振成像("MRI")、超聲("US")、以及正電子發(fā)射 斷層掃描("PET"))。在有些情況下，使用某些技術(shù)用于放射療法的 計(jì)劃(planning)和實(shí)施(delivery)。例如，對(duì)諸如肺腫瘤這樣的移動(dòng) 靶進(jìn)行治療的方法，可包括，僅當(dāng)靶位于指定的跡線窗口之內(nèi)時(shí)才"選 通"或?qū)嵤┓派洹＿@樣的方法是低效的，因?yàn)閮H在周期性發(fā)生的時(shí)間 間隔內(nèi)照射革巴(target)。對(duì)移動(dòng)靶進(jìn)行治療的另一種方法稱為呼吸同步實(shí)施("BSD")。 這種技術(shù)對(duì)于治療期間要跟蹤的靶使用預(yù)期的軌跡或運(yùn)動(dòng)路徑。為此，制訂了這樣的計(jì)劃，假定靶將保持在預(yù)期的軌跡，在整個(gè)治療計(jì)劃中 所述軌跡具有預(yù)期的周期(period)和時(shí)相(phase)?？墒褂寐曇艉鸵?覺引導(dǎo)來(lái)提示患者遵循嚴(yán)格定義的軌跡。然而，對(duì)于大部分放射療法 的患者來(lái)說(shuō)，遵循嚴(yán)格定義的模式是很困難的。發(fā)明內(nèi)容可將放射實(shí)施到所關(guān)注的移動(dòng)區(qū)域而無(wú)需依賴該區(qū)域的位置、周 期以及時(shí)相的先驗(yàn)知識(shí)?？墒褂枚鄠€(gè)計(jì)劃之間的動(dòng)態(tài)切換或者制訂"即 時(shí)(on the fly)"計(jì)劃來(lái)反映患者解剖組織運(yùn)動(dòng)的變化并且更有效地應(yīng) 用放射治療。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種對(duì)接受放射療法的患者的呼 吸時(shí)相進(jìn)行檢測(cè)的方法。該方法包括動(dòng)作獲得表示呼吸循環(huán)各時(shí)相 的多個(gè)患者圖像、對(duì)患者實(shí)施放射、在實(shí)施放射期間收集該患者的透 射數(shù)據(jù)(transmission data)、并且對(duì)所述透射數(shù)據(jù)與所述多個(gè)患者圖 像做比較。在另一實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種用于對(duì)接受放射療法的患者 的呼吸時(shí)相進(jìn)行檢測(cè)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括包含有計(jì)算機(jī)處理器、可操 作用于將放射實(shí)施到患者的放射源、以及可操作用于收集透射放射的 放射檢測(cè)器的放射療法設(shè)備。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括存儲(chǔ)在所述計(jì)算機(jī)處 理器可存取的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中的軟件程序。該軟件程序可用于獲得 表示呼吸循環(huán)各時(shí)相的多個(gè)患者圖像、從所收集的透射放射中獲得該 患者的透射數(shù)據(jù)、并且對(duì)所述透射數(shù)據(jù)與所述多個(gè)患者圖像做比較。通過考察詳細(xì)說(shuō)明和附圖，本發(fā)明的其他各方面會(huì)變得顯而易見。


圖l是放射療法治療系統(tǒng)的部分透視圖和部分示意性說(shuō)明。 圖2是可在圖1中所說(shuō)明的放射療法治療系統(tǒng)中所使用的多葉準(zhǔn)直器的部分透視圖和部分示意性說(shuō)明。
圖3是圖1的放射療法治療系統(tǒng)的示意圖。
圖4是可在圖1的放射療法治療系統(tǒng)中使用的軟件程序的方框圖。 圖5是運(yùn)動(dòng)軌跡的圖示。
圖6是多個(gè)運(yùn)動(dòng)軌跡的圖示。
圖7是多個(gè)運(yùn)動(dòng)軌跡的圖示以及患者運(yùn)動(dòng)軌跡的圖示。 圖8是運(yùn)動(dòng)軌跡的圖示。
圖9是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于將放射療法治療實(shí)施到所關(guān) 注移動(dòng)區(qū)的方法的流程圖。
圖10是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于將放射療法治療實(shí)施到所關(guān) 注移動(dòng)區(qū)的方法的流程圖。
圖ll是橫向運(yùn)動(dòng)校正的圖示。
圖12是在所關(guān)注移動(dòng)區(qū)的情況下靜態(tài)計(jì)劃的圖示。
圖13是在所關(guān)注移動(dòng)區(qū)的情況下BSD計(jì)劃的圖示。
具體實(shí)施例方式
在對(duì)本發(fā)明的任何實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明之前，應(yīng)該明白，本發(fā)明 并不把它的應(yīng)用局限于下述的說(shuō)明或下面附圖中所說(shuō)明的詳細(xì)結(jié)構(gòu)及 部件布置。本發(fā)明可以有其他實(shí)施例并且可按各種方式來(lái)實(shí)施或執(zhí)行。 此外，還應(yīng)該理解，這里所使用的措辭和術(shù)語(yǔ)是為了描述的目的，而 不應(yīng)被看作是限制。"包括"、"包含"或者"具有"以及其變化的 使用在這里意味著包含后列的項(xiàng)和其等效體以及另外的項(xiàng)。除非以其 他方式明確指定或限制，否則術(shù)語(yǔ)"安裝"、"連接"、"支撐"、 "耦合"以及其變化在這里被廣義地使用并且包含直接和間接安裝、 連接、支撐、以及耦合。另外，"連接"和"耦合"并不限于物理的 或機(jī)械的連接或耦合。
雖然這里對(duì)附圖的描述中使用了諸如上、下、向下、向上、向后、 底、前、后等等這樣的方向參考，為了方便起見，是相對(duì)于附圖(如 通常觀察的)使用這些參考。這些方向不是按照字面上理解，也不以任何方式限制本發(fā)明。此外，為了描述的目的在這里使用諸如"第一"、 "第二"、以及"第三"這樣的術(shù)語(yǔ)，這不是表示或暗示相對(duì)重要性 或顯著性。此外，應(yīng)該明白，本發(fā)明的實(shí)施例包括硬件和軟件這兩者，并且 為了討論的目的將電子部件或模塊說(shuō)明和描述為好像大多數(shù)部件是以 單獨(dú)以硬件實(shí)現(xiàn)的。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)對(duì)詳細(xì)描述的閱 讀應(yīng)該了解，在至少一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的基于電子的各方面是可 用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。因而，應(yīng)該注意，可使用多個(gè)基于硬件和軟件的設(shè) 備以及多個(gè)不同的結(jié)構(gòu)部件來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。此外，并且如后續(xù)段落中 所描述的，在附圖中所說(shuō)明的特定機(jī)械結(jié)構(gòu)是本發(fā)明的示例性實(shí)施例 并且其他的替換機(jī)械結(jié)構(gòu)也是可能的。圖1圖示了可向患者14提供放射療法的放射療法治療系統(tǒng)10。放射 療法治療可包括基于光子的放射療法，短程放射療法，電子束療法， 質(zhì)子、中子或粒子療法，或者其他類型的治療療法。該放射療法治療系統(tǒng)10包括具有機(jī)架22的放射療法設(shè)備18。雖然附圖中所示的機(jī)架22 是環(huán)形機(jī)架，即它延展整個(gè)360度弧以形成完整的環(huán)或圓，但是也可采 用其他類型的裝配布置。例如，可使用C型部分環(huán)機(jī)架或者機(jī)器人臂。機(jī)架22可支撐放射模塊，該放射模塊具有放射源26以及可操作用 于產(chǎn)生光子放射束34的線性加速器30。該放射模塊還包括可操作用于 修正或調(diào)制放射束34的調(diào)制設(shè)備42。該調(diào)制設(shè)備42提供了對(duì)放射束34 的調(diào)制并且朝著患者14的方向引導(dǎo)放射束34。具體地說(shuō)，使放射束34 的方向朝著患者的一部分。廣義地說(shuō)，所述部分可包括整個(gè)身體，但 是通常小于整個(gè)身體并且可以通過二維面積和/或三維體積來(lái)定義。期 望接受放射的被稱為靶(target)或靶區(qū)(示為54)的部分是關(guān)注區(qū)的 例子。另一類型的關(guān)注區(qū)是危險(xiǎn)區(qū)域。如果某部分包括危險(xiǎn)區(qū)域，則 優(yōu)選將放射束從危險(xiǎn)區(qū)域處移開?；颊?4可具有多于一個(gè)的需要接受 放射療法的靶區(qū)54。有時(shí)將這種調(diào)制稱為強(qiáng)度調(diào)制放射療法("IMRT")。還可采用能夠相對(duì)于患者14按各種旋轉(zhuǎn)和/或軸向位置來(lái)定位放 射模塊的其他構(gòu)架。此外，放射模塊在不符合機(jī)架22形狀的路徑上移
動(dòng)。例如，該放射模塊可在非圓形路徑上移動(dòng)，盡管所示出的機(jī)架22
通常是圓形形狀的。
在一種結(jié)構(gòu)中，并且如圖2所示的，該調(diào)制設(shè)備42包括準(zhǔn)直設(shè)備。 該準(zhǔn)直設(shè)備包括具有一組顎板的主準(zhǔn)直器38。所述顎板用于限定和調(diào) 節(jié)放射束所穿過的孔的大小。該準(zhǔn)直設(shè)備進(jìn)一步包括多葉準(zhǔn)直器 (MLC)，該多葉準(zhǔn)直器包括可在位置之間移動(dòng)的多個(gè)交織葉50以提 供強(qiáng)度調(diào)制。還應(yīng)該注意，葉50可移動(dòng)到最小限度與最大限度打開位 置之間的任何地方的位置。在放射束34到達(dá)患者14上的靶54之前，所 述多個(gè)交織葉50對(duì)放射束34的強(qiáng)度、大小以及形狀進(jìn)行調(diào)制。通過諸 如馬達(dá)或空氣閥這樣的致動(dòng)器58來(lái)獨(dú)立地控制每個(gè)葉50，使得葉50可 很快地打開或關(guān)閉，從而使射線通過或阻滯射線的通過。致動(dòng)器58可 以是由計(jì)算機(jī)62和/或控制器來(lái)控制的。
放射療法治療系統(tǒng)10還可包括例如千伏或兆伏檢測(cè)器這樣的檢測(cè) 器66，該檢測(cè)器可操作用于接收來(lái)自放射模塊或者分離放射源的放射 束。放射模塊和檢測(cè)器66可作為計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)系統(tǒng)進(jìn)行操作 以產(chǎn)生患者14的CT圖像。該放射模塊朝著患者14中的靶54的方向發(fā)射 出放射束34?？衫镁哂猩刃螏缀涡螤睢⒍嗥瑤缀涡螤?、或者錐形束 幾何形狀這樣的放射束34而獲取CT圖像。此外，可利用發(fā)射兆伏能量 或千伏能量的線性加速器30而獲取CT圖像。靶54以及周圍組織吸收一 些放射。
放射療法治療系統(tǒng)10還可包括諸如床70 (如圖l中所說(shuō)明的)這樣 的用于支撐患者14的患者支架。床70沿著x、 y或者z方向中的至少一個(gè) 軸移動(dòng)。在其他結(jié)構(gòu)中，患者支架可以是用于支撐患者身體任何部分 的設(shè)備，并且并不局限于必須支撐整個(gè)患者身體。該系統(tǒng)10還可包括可對(duì)床70的位置進(jìn)行操縱的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)74。該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)74可以由計(jì)算機(jī) 62來(lái)控制。計(jì)算機(jī)62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)62包括可與放射療法設(shè)備18進(jìn)行通信的軟件程 序78。計(jì)算機(jī)62包括適于醫(yī)務(wù)人員訪問的任何適當(dāng)?shù)妮斎?輸出設(shè)備。 計(jì)算機(jī)62包括諸如處理器、1/0接口、以及存儲(chǔ)設(shè)備或存儲(chǔ)器這樣的硬 件。計(jì)算機(jī)62還包括諸如鍵盤和鼠標(biāo)這樣的輸入設(shè)備。計(jì)算機(jī)62進(jìn)一 步包括諸如監(jiān)視器這樣的輸出設(shè)備。此外，計(jì)算機(jī)62包括諸如打印機(jī) 和掃描器這樣的外圍設(shè)備。如圖3所示的，該放射療法設(shè)備18直接與計(jì)算機(jī)62進(jìn)行通信和/或 通過網(wǎng)絡(luò)82與計(jì)算機(jī)62進(jìn)行通信。該放射療法設(shè)備18還通過網(wǎng)絡(luò)82與 其他放射療法設(shè)備18進(jìn)行通信。同樣，每個(gè)放射療法設(shè)備18的計(jì)算機(jī) 62可與另一放射療法設(shè)備18的計(jì)算機(jī)62進(jìn)行通信。該計(jì)算機(jī)62和放射 療法設(shè)備18還可與數(shù)據(jù)庫(kù)86和服務(wù)器90進(jìn)行通信。多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)86和服 務(wù)器90還可與網(wǎng)絡(luò)82進(jìn)行通信。應(yīng)該注意的是軟件程序78還可駐留于 服務(wù)器90中。可根據(jù)任何網(wǎng)絡(luò)技術(shù)或拓?fù)浠蛘呒夹g(shù)與拓?fù)涞慕Y(jié)合來(lái)建造網(wǎng)絡(luò)82 并且該網(wǎng)絡(luò)82可包括多個(gè)子網(wǎng)路。可通過局域網(wǎng)("LAN")、廣域網(wǎng) ("WAN")、公共交換電話網(wǎng)("PSTN")、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)聯(lián)網(wǎng)、因特 網(wǎng)、或者任何其他適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)圖3所示的計(jì)算機(jī)62與設(shè)備18的連 接。在醫(yī)院或者醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)中，可通過醫(yī)療信息交換第七層(Health Level Seven, "HL7")協(xié)議或者具有任何版本和/或另外所需協(xié)議的其他 協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)圖3所示的計(jì)算機(jī)62與設(shè)備18之間的通信。HL7是一種標(biāo)準(zhǔn) 協(xié)議，用于規(guī)定來(lái)自不同廠商的兩個(gè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用(發(fā)送方和接收方) 之間的接口實(shí)現(xiàn)，從而在醫(yī)療衛(wèi)生環(huán)境中進(jìn)行電子數(shù)據(jù)交換。HL7使得 醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)可交換來(lái)自不同應(yīng)用系統(tǒng)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)集。具體地說(shuō)，HL7 可定義待交換的數(shù)據(jù)、互換的時(shí)序以及對(duì)應(yīng)用報(bào)錯(cuò)的通信。格式通常在實(shí)質(zhì)上是通用的并且可將其配置成滿足所涉及的應(yīng)用的需要。
還可通過具有任何版本的醫(yī)學(xué)數(shù)字成像與通信("DICOM")協(xié)議
和/或其他所需協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)圖3所示的計(jì)算機(jī)62與放射療法設(shè)備18之間 的通信。DICOM是美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì)("NEMA")所制訂的國(guó)際通 信標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)定義了在不同醫(yī)療設(shè)備之間傳遞與醫(yī)學(xué)圖像相關(guān)的數(shù) 據(jù)所使用的格式。DICOMRT是指專用于放射療法數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)。
圖3中的雙向箭頭通常表示在網(wǎng)絡(luò)82與計(jì)算機(jī)62、放射療法設(shè)備18 以及圖3中所示的其他部件中的任何一個(gè)之間進(jìn)行的雙向通信和信息 傳遞。然而，對(duì)于一些醫(yī)療設(shè)備而言，僅需單向的通信和信息傳遞。
如上所述，多葉準(zhǔn)直器可提供對(duì)放射束34的強(qiáng)度調(diào)制，從而適應(yīng) 變化的條件和關(guān)注的區(qū)。更具體地說(shuō)，可通過移動(dòng)多葉準(zhǔn)直器46的葉 50而使放射束34的強(qiáng)度增加或減少。然而，運(yùn)動(dòng)中的靶54 (例如肺腫 瘤、心臟、消化道等等)很難利用連續(xù)束34來(lái)治療，因?yàn)樗ǔ２话?照重復(fù)模式移動(dòng)。
如下所述，軟件程序78可根據(jù)關(guān)注區(qū)的實(shí)際移動(dòng)改變實(shí)施到患者 14的放射量，從而適應(yīng)所關(guān)注的移動(dòng)區(qū)。在圖4中對(duì)根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí) 施例的示例性軟件程序78進(jìn)行示意性說(shuō)明。該軟件程序提供了一類解 決方案，用于把放射實(shí)施到關(guān)注區(qū)而無(wú)需依賴關(guān)注區(qū)的位置、周期以 及時(shí)相的先驗(yàn)知識(shí)。 一種方法是利用預(yù)產(chǎn)生的實(shí)施計(jì)劃族以及計(jì)劃之 間的動(dòng)態(tài)切換來(lái)反映患者解剖運(yùn)動(dòng)的變化。
一種實(shí)現(xiàn)是從優(yōu)化BSD型治療開始，它假定了整個(gè)治療期間的靶 跡線、呼吸時(shí)相以及周期。然而，除了優(yōu)化這一個(gè)計(jì)劃之外，還可優(yōu) 化另外一組計(jì)劃，每個(gè)計(jì)劃潛在地具有不同周期、呼吸時(shí)相或者相對(duì) 于基本BSD計(jì)劃而變的其他參數(shù)。此后，在治療期間，患者首先試圖遵 循BSD計(jì)劃中所示的靶軌跡。然而，如果患者呼吸與該計(jì)劃的偏離超過了指定閾值，那么該計(jì)劃自動(dòng)切換到與當(dāng)前區(qū)域參數(shù)匹配更佳的替換 計(jì)劃。圖7中的粗線說(shuō)明了對(duì)任選患者的呼吸軌跡的實(shí)施。因此，該方 法的一個(gè)益處是可利用自動(dòng)錯(cuò)誤校正來(lái)進(jìn)行BSD質(zhì)量的實(shí)施，并且降低 了對(duì)患者的運(yùn)動(dòng)重現(xiàn)性的需要。在另一種實(shí)現(xiàn)中，并不是遵照基本的四維("4D")計(jì)劃，而是在整個(gè)實(shí)施當(dāng)中隨著患者的自由呼吸，自動(dòng)轉(zhuǎn)換計(jì)劃。如果希望，可識(shí) 別出諸如咳嗽這樣的特別不穩(wěn)定的呼吸，并且可暫時(shí)延遲治療直到呼 吸再次落入指定的容限范圍之內(nèi)。類似地，如果有這樣的呼吸時(shí)相或 運(yùn)動(dòng)區(qū)域，其中沒有很好限定關(guān)注區(qū)的位置，那么可在這些時(shí)相期間 有意地避開治療?？稍谟?jì)劃期間進(jìn)行這種決策，但是還可根據(jù)所察覺 到的患者的生理解剖學(xué)變化來(lái)動(dòng)態(tài)的進(jìn)行這種決策。可利用不同的可能判據(jù)產(chǎn)生一系列計(jì)劃。在系統(tǒng)10維持所有這些計(jì)劃或者它們的多種可能組合，從而在需要時(shí)進(jìn)行實(shí)施。通過合適的 評(píng)估設(shè)備并且根據(jù)實(shí)時(shí)決策，可能還結(jié)合先前的基于預(yù)期呼吸情形的評(píng)估，來(lái)對(duì)呼吸模式進(jìn)行評(píng)估。該系統(tǒng)10評(píng)估和選擇待實(shí)施的計(jì)劃或 計(jì)劃組合。所選出的計(jì)劃可與先前的各次照射(fraction)或者先前實(shí) 施的治療的部分積累。隨著計(jì)劃被實(shí)施，可記錄信息(或者例如用于 結(jié)合實(shí)時(shí)劑量重建)并且可能用來(lái)細(xì)化用于實(shí)施進(jìn)一步放射的任何計(jì) 劃(或者在當(dāng)前會(huì)話期間或者將來(lái)會(huì)話期間)。圖4公開了可利用軟件程序78使用的各模塊。這些模塊包括最優(yōu)化 模塊95、計(jì)劃選擇模塊142、獲取模塊94、實(shí)施模塊97、患者反饋模塊 100、以及質(zhì)量保證模塊146。下面對(duì)這些模塊的各種實(shí)現(xiàn)進(jìn)行描述。 然而，應(yīng)該明白的是，在系統(tǒng)10的所有構(gòu)造中并不是都需要所有模塊， 并且可利用軟件程序78來(lái)使用圖4中未示出的其他模塊。而且顯而易見 的是，可將這些模塊合并成所示的數(shù)目較少的模塊，所述每個(gè)模塊可 包括這里的描述中未公開的附加材料，并且模塊的名稱是為了便于進(jìn) 行描述。A.最優(yōu)化模塊
如上所述，用于最優(yōu)化的一個(gè)方法是最優(yōu)化4D計(jì)劃組，每個(gè)計(jì)劃 表示不同的運(yùn)動(dòng)時(shí)相(或周期等)。通過無(wú)限或有限傅里葉展開來(lái)描 述和/或近似呼吸循環(huán)。在最優(yōu)化模塊95的一種可能實(shí)現(xiàn)中，把特定呼
吸循環(huán)(breathing cycle)描述成具有不同頻率、振幅、相位等等的正 弦和余弦型函數(shù)的線性組合的時(shí)間函數(shù)(參見例如圖7)，該函數(shù)隨時(shí) 間變化。在這個(gè)條件下，最優(yōu)化模塊95產(chǎn)生了一組計(jì)劃，每一個(gè)計(jì)劃 表示在特定時(shí)間要實(shí)施的可接受計(jì)劃。通過使這些計(jì)劃或計(jì)劃組合變 得可用，可產(chǎn)生對(duì)更復(fù)雜的"規(guī)則"或"不規(guī)則"呼吸模式的實(shí)施。
在最優(yōu)化模塊95的另一實(shí)現(xiàn)中，這些計(jì)劃不需要每個(gè)都表示給定 參數(shù)的完整4D計(jì)劃(例如周期或跡線)，但是各表示靜態(tài)實(shí)施的計(jì)劃 組適于運(yùn)動(dòng)循環(huán)的單個(gè)時(shí)相。隨著關(guān)注區(qū)移動(dòng)，經(jīng)過其不同運(yùn)動(dòng)時(shí)相， 這些計(jì)劃會(huì)自動(dòng)切換。類似地可在時(shí)相之間內(nèi)插，從而產(chǎn)生更多圖像、 優(yōu)化更大數(shù)目的時(shí)相一計(jì)劃和/或選擇特定于時(shí)相的計(jì)劃。
此外，對(duì)于任何給定時(shí)相或者使用不同優(yōu)化判據(jù)的參數(shù)組，可使 多個(gè)計(jì)劃可用。例如，對(duì)每個(gè)呼吸時(shí)相，不是僅僅優(yōu)化一個(gè)計(jì)劃，而 是可以優(yōu)化多個(gè)計(jì)劃組。這可能要求用于每個(gè)呼吸時(shí)相的一個(gè)計(jì)劃具 有窄邊際(margin)，而用于每個(gè)呼吸時(shí)相的其他計(jì)劃具有較寬邊際(或 者有其他約束改變)。隨著治療進(jìn)行，不但可基于關(guān)注區(qū)的位置、周 期和/或時(shí)相并且還可基于它的速度、不確定性和/或畸變來(lái)動(dòng)態(tài)選擇計(jì) 劃。在明確限定了靶54的情況下，可從窄邊際組中動(dòng)態(tài)選擇計(jì)劃；然 而在較低確定性的情況下，可選擇較寬邊際的計(jì)劃。
跨多時(shí)相圖像優(yōu)化劑量的一種方法使最優(yōu)化模塊95計(jì)算用于每個(gè) 時(shí)相的劑量細(xì)射束(beamlet)，并且此后根據(jù)與該圖像有關(guān)的圖像畸 變映射來(lái)變形細(xì)射束。雖然可應(yīng)用該方法，但是這不是必需的，因?yàn)?可計(jì)算用于每個(gè)時(shí)相的劑量，并且然后利用畸變來(lái)添加，使得不需要這種畸變調(diào)節(jié)的細(xì)射束。 B.計(jì)劃選擇模塊用來(lái)選擇計(jì)劃的方法可以基于多個(gè)可能的判據(jù)。在計(jì)劃選擇模塊142的一種實(shí)現(xiàn)中，該計(jì)劃基于上述諸如關(guān)注區(qū)的位置、周期和/或時(shí)相 這樣的判據(jù)，這些判據(jù)的每一個(gè)可以通過運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備89和獲取模塊 94來(lái)獲取。同樣，還可包含不確定性和/或解剖信息。從諸如但并不限 于照相機(jī)系統(tǒng)、激光系統(tǒng)、X射線或氟系統(tǒng)、CT、 MRI、 PET、單光子 發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描("SPECT")、在線CT、錐形射束CT、植入標(biāo)記、 射頻("RF")定位器、超聲、呼吸帶或氣囊、植入X射線源、聲傳感器、 應(yīng)變儀、RF發(fā)射器、以及基于電極的阻抗測(cè)量這樣的適當(dāng)設(shè)備獲得這 些測(cè)量值。在另一實(shí)現(xiàn)中，計(jì)劃選擇模塊142基于劑量測(cè)定特征來(lái)選擇計(jì)劃。 更具體地說(shuō)，為每個(gè)優(yōu)化計(jì)劃部分定義期望的劑量分配。此后在治療 期間，計(jì)劃選擇模塊142確定哪個(gè)可用計(jì)劃與給出患者當(dāng)前解剖和靶信 息的計(jì)劃劑量最佳匹配。該計(jì)算涉及實(shí)時(shí)劑量計(jì)算，但是可通過簡(jiǎn)化 的或者預(yù)計(jì)算的運(yùn)算來(lái)近似。在又一種實(shí)現(xiàn)中，計(jì)劃選擇模塊利用預(yù)計(jì)算的運(yùn)算來(lái)結(jié)合畸變。 這種實(shí)現(xiàn)使物理空間中的劑量與特定組織/靶中的劑量相關(guān)。通過結(jié)合 畸變，很容易選擇與特定區(qū)域中期望劑量分配相匹配的計(jì)劃。在申請(qǐng) 日為2005年7月22、名稱為"SYSTEM AND METHOD FOR FEEDBACK GUIDED QUALITY ASSURANCE AND ADAPTATIONS TO RADIATION THERAPY TREATMENT"的U. S.臨時(shí)專利申請(qǐng)No. 60 / 701，580中描述了示例性畸變技術(shù)和運(yùn)算，該申請(qǐng)的內(nèi)容通過引用并入 這里供參考。在可能也要求畸變的另一實(shí)現(xiàn)中，期望劑量不僅僅試圖與計(jì)劃劑 量匹配，并且計(jì)劃選擇模塊142同時(shí)設(shè)法彌補(bǔ)與先前各次照射或者正實(shí)施的照射中較早部分的任何劑量差。在計(jì)劃選擇模塊142的另一實(shí)現(xiàn)中，動(dòng)態(tài)計(jì)劃選擇不僅僅基于匹配 劑量分配(或者累積劑量分配、畸變劑量分配、或者畸變累積劑量分 配)，而且還可使用諸如靶劑量、敏感結(jié)構(gòu)劑量、或者劑量容積直方 圖("DVHS")這樣的其他判據(jù)。類似地，計(jì)劃選擇還基于獲得給定生 物結(jié)果。并且在這種實(shí)現(xiàn)中，可將生物估計(jì)器結(jié)合到劑量累積和/或計(jì)劃選擇處理中。計(jì)劃選擇模塊142還可結(jié)合與患者有關(guān)的生物和臨床反饋，從而使得對(duì)可更好耐受這些計(jì)劃的區(qū)域、時(shí)間或者患者使用更侵 入型的計(jì)劃，并且對(duì)更敏感的位置、時(shí)間或者患者使用更保守型的計(jì) 劃。計(jì)劃選擇模塊的動(dòng)態(tài)計(jì)劃選擇還不必僅基于患者的當(dāng)前信息，還 可使用過去信息來(lái)計(jì)算測(cè)量滯后并且利用解剖學(xué)變化的適當(dāng)預(yù)期實(shí)施 計(jì)劃并對(duì)測(cè)量和處理的延遲進(jìn)行補(bǔ)償。在軟件程序78的另一實(shí)現(xiàn)中，不是事先優(yōu)化動(dòng)態(tài)可選計(jì)劃的一些 或全部。利用快速優(yōu)化器，在應(yīng)用放射療法期間產(chǎn)生這些計(jì)劃。類似 地，在應(yīng)用放射療法期間修改現(xiàn)有計(jì)劃以反映生理學(xué)變化或解剖學(xué)變 化。換句話說(shuō)，最優(yōu)化模塊95和計(jì)劃選擇模塊142密切地相互作用(或 者被集成)以提供快速最優(yōu)化器和選擇模塊。C.包括機(jī)械跟蹤子模塊的獲取模塊可利用多種多樣的用于跟蹤患者生理狀況的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備和相關(guān) 獲取軟件來(lái)執(zhí)行對(duì)患者呼吸時(shí)相或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的跟蹤。獲取模塊94包括 運(yùn)動(dòng)或機(jī)械跟蹤子模塊96。示例性運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備包括但不限于肺活量 計(jì)、攝相機(jī)系統(tǒng)、立體攝像機(jī)、激光系統(tǒng)、透視、X射線系統(tǒng)、CT、 植入標(biāo)記、RF標(biāo)記、MRI、應(yīng)變儀、以及電極阻抗測(cè)量。在獲取模塊94的一種實(shí)現(xiàn)中，代替或除了僅描述跟蹤方法，還利用諸如通過兆伏CT、千伏CT、或者錐形射束CT系統(tǒng)在實(shí)施期間所收集的數(shù)據(jù)來(lái)執(zhí)行跟蹤。機(jī)械跟蹤模塊96對(duì)來(lái)自這些系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以識(shí)別位置、時(shí)相以及關(guān)注區(qū)的位置，并且還識(shí)別患者的呼吸時(shí)相和 解剖學(xué)變化?；蛘邚闹貥?gòu)圖像、或者從投影數(shù)據(jù)、或者從重構(gòu)與投影 數(shù)據(jù)的混合來(lái)提取這種信息。這種實(shí)現(xiàn)還可結(jié)合來(lái)自先前或一般圖像 或投影數(shù)據(jù)組的先驗(yàn)信息。例如，根據(jù)計(jì)劃圖像建立腫瘤跡線的4D模型，并且利用投影數(shù)據(jù) 來(lái)驗(yàn)證該模型并且識(shí)別患者當(dāng)前呼吸時(shí)相。為關(guān)注的結(jié)構(gòu)或標(biāo)記的存 在性和位置檢査正弦圖(sinogram)。這種信息識(shí)別患者當(dāng)前或近來(lái)的 呼吸時(shí)相、腫瘤的位置、腫瘤是否離開任何預(yù)測(cè)的地理或時(shí)間軌跡、 以及哪個(gè)其他計(jì)劃對(duì)目前或?qū)?lái)的解剖結(jié)構(gòu)實(shí)施劑量有用。在單一或 正交入口/CT投影中，這種信息還可通過放大而用于檢測(cè)位置。在另一實(shí)現(xiàn)中，機(jī)械跟蹤子模塊96使用這種信息對(duì)計(jì)劃選擇中應(yīng) 考慮的各種延遲(測(cè)量位置、測(cè)量治療床等等)進(jìn)行分析。該信息還 可驗(yàn)證預(yù)期靶54 (或關(guān)注區(qū))跡線保持有效，并且可區(qū)分低頻(基本 運(yùn)動(dòng))與高頻(噪音、不規(guī)則性)以估計(jì)合適的補(bǔ)償額。在機(jī)械跟蹤 子模塊96的一些實(shí)現(xiàn)中，通過動(dòng)態(tài)床校正可部分實(shí)現(xiàn)這種補(bǔ)償。當(dāng)使用所傳輸?shù)姆派鋪?lái)檢測(cè)時(shí)相和/或位置時(shí)，優(yōu)選使不必要的放 射最小化。為此，獲取模塊94的一種實(shí)現(xiàn)使用作為治療的一部分而實(shí) 施的放射。該數(shù)據(jù)通常在范圍方面受到限制，因?yàn)橹委煹湫偷貎H用于 把放射實(shí)施到靶區(qū)54。然而，所獲得的數(shù)據(jù)量適用于識(shí)別關(guān)注區(qū)的必 要特征、位置或者時(shí)相。在另一實(shí)現(xiàn)中，獲取模塊94獲取下述附加信息，該附加信息是從 簡(jiǎn)短"閃動(dòng)"的附加MLC葉片打開所獲得的，用于建立患者的較大區(qū) 域的數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)需要更多數(shù)據(jù)時(shí)，可以更經(jīng)常地這樣做，或者利用 更多數(shù)量的葉片來(lái)做；或者可以不經(jīng)常這樣做，或者利用較少葉片來(lái)做，這提供了較少信息，但是節(jié)省了劑量并根據(jù)需要進(jìn)行驗(yàn)證。還可將降低劑量的原理應(yīng)用于成像系統(tǒng)而無(wú)需附裝MLC。例如， 如果附加源(諸如X射線源)和檢測(cè)器用于驗(yàn)證，那么在該領(lǐng)域中熟知 的是通過在熒光透視模式下運(yùn)行這樣的系統(tǒng)，用于在一些情況下跟蹤 運(yùn)動(dòng)和時(shí)相。然而，這可能向患者提供很高的劑量。因此，在另一實(shí) 現(xiàn)中，與連續(xù)使用相反，機(jī)械跟蹤子模塊96利用非常慢的或不連續(xù)的 透視用法來(lái)對(duì)時(shí)相和/或位置信息進(jìn)行檢測(cè)與驗(yàn)證。例如，不是使用連 續(xù)跟蹤，而是在特定一些時(shí)間選取透視框來(lái)確定或證實(shí)靶(或關(guān)注區(qū)) 位置或時(shí)相。這些時(shí)間可以是等間隔的，或者是基于其他的患者反饋 而間隔開的，或者是基于預(yù)期運(yùn)動(dòng)時(shí)相或位置而間隔開的。因而，這 種實(shí)現(xiàn)可用于單獨(dú)測(cè)量或者可用于利用低劑量?jī)?nèi)部圖像來(lái)證實(shí)外部或 基于代理(surrogate)的驗(yàn)證設(shè)備。l.通過強(qiáng)度調(diào)制放射療法("IMRT")進(jìn)行實(shí)時(shí)呼吸運(yùn)動(dòng)監(jiān)視 為使放射療法從三維("3D")擴(kuò)展到四維("4D")，對(duì)腫瘤位置 的實(shí)時(shí)跟蹤或?qū)?nèi)部器官的運(yùn)動(dòng)的監(jiān)視是很重要的。所有4D放射療法 技術(shù)，不論是基于選通、跟蹤、BSD、還是自由呼吸實(shí)施("FBD")技 術(shù)，都需要實(shí)時(shí)知曉呼吸狀態(tài)或者至少知曉腫瘤位置。 一些可用的呼 吸監(jiān)視技術(shù)包括標(biāo)記方法和氣流方法。這兩個(gè)方法通過某種代理 (surrogate)來(lái)對(duì)呼吸運(yùn)動(dòng)進(jìn)行間接監(jiān)視。標(biāo)記方法使用外部或內(nèi)部標(biāo) 記作為代理。照相機(jī)(用于外部標(biāo)記)或透視設(shè)備(用于內(nèi)部標(biāo)記) 用于對(duì)這些標(biāo)記進(jìn)行跟蹤。氣流方法使用高溫計(jì)對(duì)呼吸期間的氣流進(jìn) 行測(cè)量，并且所述氣流用作呼吸運(yùn)動(dòng)的代理。這些代理方法的缺點(diǎn)包 括1)代理與內(nèi)部呼吸運(yùn)動(dòng)相關(guān)到何種程度以及是哪類相關(guān)是有疑問 的；2)呼吸運(yùn)動(dòng)是復(fù)雜的4D畸變過程，因此具有一個(gè)或少量參數(shù)的代 理對(duì)于很大身體部分的呼吸運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)而言只具有非常有限的表示；以 及3)代理與呼吸運(yùn)動(dòng)之間存在(可能不穩(wěn)定)延遲。一個(gè)替換方法包括對(duì)呼吸運(yùn)動(dòng)進(jìn)行監(jiān)視的直接方法。該方法對(duì)相對(duì)于治療束的內(nèi)臟器官運(yùn)動(dòng)直接進(jìn)行監(jiān)視。該方法可以在具有檢測(cè)器系統(tǒng)的系統(tǒng)10中直接實(shí)現(xiàn)。檢測(cè)器系統(tǒng)的示例是TomoTherapy公司所提 供的HI — ART商標(biāo)放射療法系統(tǒng)，該公司的網(wǎng)址是 www.tomotherapy.com。不需要諸如照相機(jī)、肺活量計(jì)、或者透視設(shè)備 這樣的附加設(shè)備。不需要額外放射。例如，放射療法治療系統(tǒng)具有整套的3D圖像，每個(gè)3D圖像是患者在某個(gè)呼吸狀態(tài)(或時(shí)相)下的快照。計(jì)劃流量映射(或正弦圖)在治療之前通常是可用的。根據(jù)患者的3D表示，對(duì)于計(jì)劃正弦圖的每個(gè)投影(線)而言，計(jì)算機(jī)62通過直接射線跟蹤或蒙特卡洛模擬來(lái)計(jì)算檢測(cè)器響應(yīng)(輸出信號(hào))。因此，對(duì)于4D圖像的所有N個(gè)時(shí)相而言，該系統(tǒng)預(yù)計(jì)算每個(gè)投影的N個(gè)輸出信號(hào)。在進(jìn)行了預(yù)計(jì)算之后，對(duì)呼吸運(yùn)動(dòng)的監(jiān)視就很簡(jiǎn)單了。該系統(tǒng)僅需把實(shí)際檢測(cè)器信號(hào)與預(yù)計(jì)算的N個(gè)檢測(cè)器信號(hào)進(jìn)行比較，具有最大相似性度量的一個(gè)檢測(cè)器信號(hào)給出了此時(shí)的呼吸時(shí)相。簡(jiǎn)單相關(guān)性可用作相似性度量。可將該相關(guān)性定義為 ._ - "(s - 5")[el] lh_《+lk_《；其中Si是與第i時(shí)相相對(duì)應(yīng)的預(yù)計(jì)算的檢測(cè)信號(hào)，s是所測(cè)量的檢測(cè)信號(hào)，—1 wf = - 〉 S-并且^是N個(gè)時(shí)相監(jiān)測(cè)器信號(hào)的平均， W''，并且 其中檢測(cè)器信號(hào)說(shuō)明了來(lái)自所有檢測(cè)器的信號(hào)的矢量。D.包括機(jī)械控制子模塊的實(shí)施模塊在一些構(gòu)造中，機(jī)械方法可用于對(duì)上述自由呼吸技術(shù)進(jìn)行校正或 者利用傳統(tǒng)計(jì)劃(例如靜態(tài)計(jì)劃、屏氣計(jì)劃等等)來(lái)使用。例如，主 準(zhǔn)直器38可連同用于調(diào)制射束的調(diào)制設(shè)備42跟隨關(guān)注區(qū)的運(yùn)動(dòng)。作為 另一示例，使用床70以便于動(dòng)態(tài)重新定位。在一種構(gòu)造中，機(jī)械跟蹤模塊96連續(xù)地確定整個(gè)實(shí)施期間的患者 時(shí)相。通過實(shí)施模塊97的機(jī)械控制子模塊99來(lái)確定任何相關(guān)結(jié)構(gòu)與計(jì)劃位置的偏移。子模塊99將所述偏移分解成橫向分量和縱向分量。通 過移動(dòng)主準(zhǔn)直器38來(lái)計(jì)算治療期間(更通用的)受下一上方向運(yùn)動(dòng)影響的耙54。主準(zhǔn)直器38包括位于調(diào)制設(shè)備42之前的一組顎板。所述顎 板限定和調(diào)節(jié)放射束可通過的孔的大小。作為替換，分段的主準(zhǔn)直使 得可創(chuàng)建跟隨靶54的形狀并且通過調(diào)制設(shè)備42來(lái)對(duì)射束進(jìn)行調(diào)制。還可結(jié)合使用床運(yùn)動(dòng)以創(chuàng)建其他運(yùn)動(dòng)或者擴(kuò)大運(yùn)動(dòng)程度。與校正運(yùn)動(dòng)的其他機(jī)械技術(shù)的區(qū)別在于這里所介紹的技術(shù)不使用 調(diào)制設(shè)備42來(lái)計(jì)算下一上方向的運(yùn)動(dòng)。而使用主準(zhǔn)直器38單獨(dú)地或者 與床70相結(jié)合地跟隨此方向上的運(yùn)動(dòng)。理論上， 一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是不必改變 計(jì)劃來(lái)校正這種運(yùn)動(dòng)(除了對(duì)不同方向的輸出的少許調(diào)節(jié))。然而， 還可將這種技術(shù)結(jié)合到在這里所描述的動(dòng)態(tài)計(jì)劃修改或切換方法中。 此外，可對(duì)不同準(zhǔn)直器位置而優(yōu)化動(dòng)態(tài)計(jì)劃以結(jié)合與不同顎板位置有 關(guān)的任何射束變化。在另一實(shí)現(xiàn)中，機(jī)械控制子模塊99對(duì)變化建模而 無(wú)需單獨(dú)的計(jì)劃。還可計(jì)算對(duì)其他(非下一上)方向上的運(yùn)動(dòng)的校正。利用床70或 者通過計(jì)算倒逆平方校正(inverse square correction)的MLC調(diào)制時(shí)間 的簡(jiǎn)單變化來(lái)對(duì)射束方向的校正進(jìn)行校正。床運(yùn)動(dòng)還可單獨(dú)地或者與 MLC時(shí)間變化相結(jié)合地用于計(jì)算這種運(yùn)動(dòng)。通過改變?nèi)~片模式或者通過葉片模式與床運(yùn)動(dòng)的組合來(lái)計(jì)算與射 束相垂直的平面(即不是下一上方向)上的運(yùn)動(dòng)。應(yīng)該注意，既可將 諸如準(zhǔn)直器運(yùn)動(dòng)這樣的機(jī)械運(yùn)動(dòng)結(jié)合到計(jì)劃處理之中，或者響應(yīng)所檢 測(cè)的運(yùn)動(dòng)而執(zhí)行這樣的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。也就是說(shuō)，在有些情況下，準(zhǔn)直器 運(yùn)動(dòng)是基于預(yù)期的患者呼吸軌跡而預(yù)編程的。然而，如果患者的運(yùn)動(dòng) 沒有遵循該預(yù)期的軌跡，則動(dòng)態(tài)改變準(zhǔn)直器運(yùn)動(dòng)或者計(jì)劃。在其他情 況下，準(zhǔn)直器38的運(yùn)動(dòng)是對(duì)患者運(yùn)動(dòng)偏移的純補(bǔ)償方法。在這些情況 下，實(shí)時(shí)地計(jì)算靶54和敏感結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。可以設(shè)想，改變準(zhǔn)直器38的運(yùn) 動(dòng)或者改變?nèi)~片模式會(huì)導(dǎo)致治療計(jì)劃的重新安排或者改變治療計(jì)劃的比例。E. 患者反饋模塊雖然在這里所描述的各種技術(shù)旨在使患者擺脫所要求呼吸模式的 約束，但是不是要求患者呼吸無(wú)需來(lái)自導(dǎo)引系統(tǒng)的任何幫助，也不是 無(wú)需任何"耙"呼吸軌跡。而是，在系統(tǒng)100的一些構(gòu)造中，即使患者 偏離預(yù)想的呼吸軌跡，也可相應(yīng)地動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)治療。在這方面，患者反饋模塊100可向患者提供有關(guān)運(yùn)動(dòng)控制的反饋以及可能的引導(dǎo)信號(hào)。這可利用護(hù)目鏡系統(tǒng)、內(nèi)部的或者從機(jī)架可見的 視頻投影(可能通過鏡面玻璃或者輔助設(shè)備可見的)、聲頻反饋等等來(lái)執(zhí)行。患者反饋模塊100還可通過在呼吸器的幫助之下使患者故意地呼 吸來(lái)幫助患者運(yùn)動(dòng)。呼吸器有助于使患者按更可再現(xiàn)的呼吸模式來(lái)標(biāo) 準(zhǔn)化，但是理論上仍可通過使用多個(gè)計(jì)劃和動(dòng)態(tài)計(jì)劃切換來(lái)對(duì)偏移進(jìn) 行處理。在一些情況下，還可以是患者主動(dòng)呼吸結(jié)合通風(fēng)器適于實(shí)施 三維("3D")計(jì)劃。F. 質(zhì)量保證模塊系統(tǒng)10的一些構(gòu)造的另一方面提供了用于質(zhì)量保證和驗(yàn)證的各種 技術(shù)。例如，用于適用于驗(yàn)證幻像的質(zhì)量保證模塊的一個(gè)這種技術(shù)是 制訂有意區(qū)別的各計(jì)劃，使得可利用諸如離子室、閃爍液、薄膜、熱 發(fā)光劑量計(jì)("TLDs") 、 二極管檢測(cè)器、平板成像器、或者其他放射 性檢測(cè)器或監(jiān)視器這樣的外部測(cè)量設(shè)備很容易確定要實(shí)施的計(jì)劃。然 后通過改變運(yùn)動(dòng)響應(yīng)曲線，該系統(tǒng)驗(yàn)證該計(jì)劃是如何快速地且適當(dāng)?shù)?改變響應(yīng)。在另一實(shí)現(xiàn)中，質(zhì)量保證模塊146根據(jù)從治療中記錄的運(yùn)動(dòng)軌跡對(duì) 4D圖像組進(jìn)行劑量重算，從而執(zhí)行應(yīng)用于患者和幻像上的驗(yàn)證?？绺?D圖像所積聚的劑量提供了凈實(shí)施劑量，理論上可對(duì)畸變做調(diào)節(jié)。該 劑量與在患者上的或與患者相分離的內(nèi)部點(diǎn)所測(cè)量的劑量進(jìn)行比較， 以驗(yàn)證所述凈劑量測(cè)定效果以及移動(dòng)區(qū)域和非移動(dòng)區(qū)域被正確處理。 除了在這里所描述的自由呼吸調(diào)節(jié)實(shí)施之外，可將基于所測(cè)量的運(yùn)動(dòng) 模式的4D劑量計(jì)算的這個(gè)方面同樣應(yīng)用于其他的實(shí)施。詳細(xì)示例圖9示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于將放射療法實(shí)施到關(guān)注 的移動(dòng)區(qū)的方法的流程圖。軟件程序78產(chǎn)生(模塊174)多個(gè)用于表示 預(yù)期運(yùn)動(dòng)(例如患者呼吸模式)的軌跡102—130 (圖5和6)。通過最 優(yōu)化模塊95來(lái)優(yōu)化各治療計(jì)劃(模塊178)以對(duì)應(yīng)于各軌跡102—130。 例如，可優(yōu)化每個(gè)治療計(jì)劃以對(duì)應(yīng)于軌跡102—130中的一個(gè)。作為另 一示例，可優(yōu)化多個(gè)治療計(jì)劃并且然后進(jìn)行組合以對(duì)應(yīng)于軌跡102 — 130中的一個(gè)?；颊?4試圖(塊182)遵循軌跡102—130中的一個(gè)。當(dāng) 實(shí)施治療時(shí)，獲取模塊94獲取與關(guān)注區(qū)(例如靶54)的移動(dòng)相關(guān)的運(yùn) 動(dòng)數(shù)據(jù)。機(jī)械跟蹤模塊96接收(塊190)來(lái)自運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備89的運(yùn)動(dòng)數(shù) 據(jù)(示為運(yùn)動(dòng)軌跡138)。計(jì)劃選擇模塊142確定(塊194)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)是 否偏離患者14所遵循的所選軌跡。計(jì)劃選擇模塊142把偏移與某個(gè)范圍 進(jìn)行比較以確定該偏移是否大于指定的閾值。計(jì)劃選擇模塊142確定 (塊198)哪個(gè)軌跡102—130目前與運(yùn)動(dòng)最緊密對(duì)應(yīng)。計(jì)劃選擇模塊142 選擇(塊202)與所識(shí)別的軌跡102—130相對(duì)應(yīng)的治療計(jì)劃。患者的治 療可以包括多個(gè)治療計(jì)劃的一部分的實(shí)施，因?yàn)樗x計(jì)劃可自動(dòng)切換 以對(duì)應(yīng)患者的實(shí)際運(yùn)動(dòng)。這最佳地示為圖7的線134。當(dāng)線134改變到不 同的運(yùn)動(dòng)軌跡102—130時(shí)，選擇相應(yīng)的計(jì)劃?？上蚧颊咛峁﹣?lái)自患者 反饋模塊100的患者反饋以促進(jìn)更一致的軌跡134。圖10示出了包含在放射療法治療的管理之中的處理的流程圖。該 處理從計(jì)劃產(chǎn)生(塊300)開始。如上所述，利用數(shù)學(xué)模型、畸變模型、 以及生理模型來(lái)確定計(jì)劃和時(shí)相。在產(chǎn)生了多個(gè)計(jì)劃(塊304)之后， 將它們加載到放射療法設(shè)備18 (塊30S)。更具體地說(shuō)，可將這些計(jì)劃加載到計(jì)算機(jī)62，該計(jì)算機(jī)62具有可對(duì)放射療法設(shè)備18的各部件和操 作進(jìn)行控制的能力(例如通過實(shí)施模塊97)。在已將治療計(jì)劃存儲(chǔ)在放射療法設(shè)備18 (或計(jì)算機(jī)62)之后，開 始患者14的放射療法治療。在治療的第一階段，對(duì)移動(dòng)模式進(jìn)行監(jiān)視 和評(píng)估(塊312)。如上所述，可利用例如移動(dòng)檢測(cè)設(shè)備89和獲取模塊 94對(duì)移動(dòng)模式進(jìn)行測(cè)量。在對(duì)運(yùn)動(dòng)模式進(jìn)行監(jiān)視之后，可根據(jù)運(yùn)動(dòng)模 式產(chǎn)生可能的治療計(jì)劃列表(塊316)?？筛鶕?jù)計(jì)劃與患者14的運(yùn)動(dòng)模 式之間的時(shí)間和空間關(guān)系來(lái)評(píng)估該治療計(jì)劃。在確定了可能治療計(jì)劃 列表之后，可選擇治療計(jì)劃或者治療計(jì)劃的組合(塊320)?？筛鶕?jù)計(jì) 算機(jī)62自動(dòng)選擇治療計(jì)劃，或者通過醫(yī)生或其他專業(yè)人員手動(dòng)選擇治 療計(jì)劃。通常選擇與關(guān)注區(qū)的運(yùn)動(dòng)最緊密匹配的計(jì)劃或計(jì)劃的組合。 在選擇了治療計(jì)劃之后，對(duì)它進(jìn)行評(píng)估(塊324)。評(píng)估參數(shù)可以包括 與關(guān)注區(qū)的位置、關(guān)注區(qū)的畸變、所管理的劑量、或者上述的組合有 關(guān)的信息。在一些實(shí)施例中，如果對(duì)塊320中所選的計(jì)劃進(jìn)行了評(píng)估(例 如通過質(zhì)量保證模塊146)并且認(rèn)為它不是有效的治療，則該處理返回 到塊316以重新評(píng)估要實(shí)施的可能治療計(jì)劃。然而，如果對(duì)治療計(jì)劃進(jìn)行了評(píng)估并且推測(cè)它具有預(yù)期的結(jié)果， 則通過放射療法設(shè)備18來(lái)實(shí)施它(塊32S)。在實(shí)施該計(jì)劃期間，該處 理可返回，并且可重復(fù)后續(xù)的動(dòng)作。在其他實(shí)現(xiàn)中，在實(shí)施了計(jì)劃之 后，要對(duì)它進(jìn)行驗(yàn)證(塊332)。實(shí)施驗(yàn)證可用于確定實(shí)際上實(shí)施給患 者14的放射劑量以及所發(fā)生的畸變。如上所述，劑量和畸變信息對(duì)隨 后實(shí)現(xiàn)的計(jì)劃有影響。在驗(yàn)證了計(jì)劃的實(shí)施之后，該處理返回到塊300 的計(jì)劃產(chǎn)生階段，并且重復(fù)該處理。在其他實(shí)現(xiàn)中，該處理返回到運(yùn) 動(dòng)評(píng)估塊312，并且重復(fù)該處理的其余部分。1.詳細(xì)示例對(duì)用于使靶移動(dòng)的螺旋型共面IMRT射束的實(shí)施 如上所述，可結(jié)合本發(fā)明的示例性放射療法治療系統(tǒng)是 TomoTherapy公司所提供的HI —ART商標(biāo)的放射療法系統(tǒng)，該公司網(wǎng)址為www.tomotherapy.com。 TOMOTHERAPY HI — ART商標(biāo)系統(tǒng)是螺 旋型放射療法治療系統(tǒng)的示例，在許多方面它優(yōu)于傳統(tǒng)的IMRT。對(duì)螺 旋型共面強(qiáng)度調(diào)制射束的實(shí)施是一個(gè)示例性優(yōu)點(diǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中， 螺旋型實(shí)施系統(tǒng)典型地具有以下特征1、固定顎板寬度；2、固定顎 板位置和朝向；3、恒定的床速度；4、恒定的機(jī)架轉(zhuǎn)速；以及5、強(qiáng)度 調(diào)制的一維(ID)雙MLC。但是在另一方面，這種實(shí)施系統(tǒng)的簡(jiǎn)單性也揭示了在移動(dòng)關(guān)注區(qū) (例如由呼吸運(yùn)動(dòng)引起的靶移動(dòng))情況下的一些限制。在螺旋型系統(tǒng) 中不容易實(shí)現(xiàn)用于移動(dòng)關(guān)注區(qū)的傳統(tǒng)選通和跟蹤技術(shù)。例如，選通技 術(shù)需要停止機(jī)架的旋轉(zhuǎn)或床的移動(dòng)。跟蹤技術(shù)需要實(shí)時(shí)顎板傾斜。如 果患者始終遵循所計(jì)劃的呼吸模型，貝l」BSD是吸引人的。但是螺旋型系 統(tǒng)很難校正任何相外呼吸(out-of-phase-breathing)。對(duì)于改進(jìn)的螺旋型形系統(tǒng)的一種構(gòu)造，該系統(tǒng)假定以下內(nèi)容1、 可實(shí)時(shí)確定耙位置；2、靶移動(dòng)是剛體運(yùn)動(dòng)，即使有畸變，與剛體運(yùn)動(dòng)相比，該畸變也是可以忽略的；以及3、 一個(gè)投影之內(nèi)的靶移動(dòng)是可以 忽略的。通過預(yù)治療患者身體的4D表示(諸如4DCT)與實(shí)時(shí)時(shí)相確定 技術(shù)(諸如利用照相機(jī)、如上面所示的肺活量計(jì)或治療射束)的組合， 假定l是可行的。對(duì)于大多數(shù)情況而言假定2是合理的。對(duì)于傳統(tǒng)IMRT 中所使用的跟蹤技術(shù)，這還是基本假定。假定3實(shí)際上是諸如 TomoTherapy公司所提供的HI — ART系統(tǒng)這樣的 一 些實(shí)施系統(tǒng)的時(shí)間 分辨率。在一些構(gòu)造中，螺旋型實(shí)施是按投影方式的。每個(gè)投影由三個(gè)參數(shù)表示^是旋轉(zhuǎn)指數(shù)(&是整數(shù))； ^是機(jī)架角度(-"A2"]);以及P是MLC葉指數(shù)，^ 2'2對(duì)"，^由投影指數(shù)組成。時(shí)間Z與投影指數(shù)成線性正比""A，W。設(shè)AZ是每旋轉(zhuǎn)的床前進(jìn)量。那么床位置是:Z(A:;)-(A: +上)AZ [e2] 2;r設(shè)/ = /(^'/0是計(jì)劃正弦圖。函數(shù)值/(^'^)表示在投影(^)對(duì)葉^的按時(shí)間的射束。計(jì)劃本身可基于靜態(tài)患者模型(3D計(jì)劃)或BSD 模型(4D計(jì)劃)。設(shè)/^/'(A:，^，力是實(shí)施正弦圖。該節(jié)的一個(gè)目的是確定移動(dòng)靶情況 下的尸二尸(^，^,P)。設(shè)x=x(/t，^:位于投影(^^的計(jì)劃靶位置。計(jì)劃本身可基于靜態(tài)患 者模型(3D計(jì)劃)或BSD模型(4D計(jì)劃)。x二"，乂z)。X'=X'(^，W:位于投影仏^的實(shí)施靶位置。這是根據(jù)假定l來(lái)確定的。u=u(^^)= x'^，W— x(A，W:實(shí)施與計(jì)劃之間的靶位移；=(n OU 、 "" Z/ o可以進(jìn)一步將橫向靶位移分解成與射束方向相垂直(與MLC線平 行)的分量"i和與射束方向平行的分量""。結(jié)果是Le4j對(duì)平行于射束方向的運(yùn)動(dòng)分量"〃，需要倒平方校正和衰減校正。 設(shè)校正系數(shù)是"[e5] r = ri^)r2(W)其中"i"，^是倒平方校正。設(shè)s"，^是計(jì)劃源至靶的距離， [e6] 來(lái)-)并且設(shè)"2(A^)是衰減校正<formula>formula see original document page 26</formula>
僅當(dāng)該系統(tǒng)具有4DCT，公式[e7]是可行的，否則該系統(tǒng)使用某些 其他近似?？赏ㄟ^移動(dòng)MLC模式校正與射束方向相垂直的面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)分量進(jìn)行校正。艮P:<formula>formula see original document page 26</formula>為了對(duì)Z分量運(yùn)動(dòng)進(jìn)行校正，需要移動(dòng)投影。而且，必須保持與計(jì) 劃正弦圖相同的機(jī)架角度使得RAR具有如計(jì)劃的最佳間隔。因此，我 們僅需改變旋轉(zhuǎn)指數(shù)、<formula>formula see original document page 26</formula>還可能的是由于任選的運(yùn)動(dòng)模式而使若干投影映射到相同投影上 并且一些投影根本沒有映射。必須考慮使用于每個(gè)投影最大可獲得的 按時(shí)間的射束是7皿，從而使得對(duì)任意移動(dòng)靶54的實(shí)施策略如下述偽代 碼描述的那樣。設(shè)"/(M,W是計(jì)劃正弦圖當(dāng)3(W,; )使得/ => 0對(duì)每個(gè)旋轉(zhuǎn)指數(shù)A:循環(huán)對(duì)每個(gè)機(jī)架^循環(huán)獲得計(jì)劃靶位置x確定真實(shí)靶位置x' 計(jì)算位移u二x—x'用公式[e3]至[e4]計(jì)算""和"i 用公式[e5]至[e6]計(jì)算面內(nèi)平行運(yùn)動(dòng)校正系數(shù)r計(jì)算 <formula>formula see original document page 27</formula>對(duì)每個(gè)MLC指數(shù)^循環(huán) 計(jì)算<formula>formula see original document page 27</formula>計(jì)算<formula>formula see original document page 27</formula>施加校正<formula>formula see original document page 27</formula>對(duì)循環(huán)尾 對(duì)循環(huán)尾 對(duì)循環(huán)尾 當(dāng)循環(huán)尾圖ll是橫向運(yùn)動(dòng)校正的表示。虛線是計(jì)劃靶位置和射束強(qiáng)度，實(shí) 線是所實(shí)施的靶位置和射束強(qiáng)度。圖12是對(duì)移動(dòng)靶54實(shí)施靜態(tài)計(jì)劃的螺旋型系統(tǒng)的說(shuō)明。實(shí)線是每 個(gè)投影的計(jì)劃靶位置。虛線是實(shí)施期間的實(shí)際靶位置。方塊指出了所 計(jì)劃的投影，并且三角形指出了當(dāng)機(jī)架和床處于該位置時(shí)的實(shí)際靶。 圓圈指出了此時(shí)需要實(shí)施的投影。該圓圈通常位于兩個(gè)旋轉(zhuǎn)之間。通 常需要內(nèi)插法來(lái)確定射束強(qiáng)度。圖13與圖12相類似，除了計(jì)劃呼吸運(yùn)動(dòng)的特定模式(BSD計(jì)劃， 實(shí)線)，同時(shí)實(shí)際靶位置(虛線)也不同于BSD計(jì)劃。方塊指出了所計(jì) 劃的投影，并且三角形指出了當(dāng)機(jī)架和床處于該位置時(shí)的實(shí)際靶。圓 圈指出了此時(shí)需要實(shí)施的投影。該圓圈通常位于兩個(gè)旋轉(zhuǎn)之間。需要 使用內(nèi)插法來(lái)確定射束強(qiáng)度。因此，本發(fā)明尤其提供了用于將放射療法實(shí)施到關(guān)注的移動(dòng)區(qū)的新的且有用的系統(tǒng)和方法。在權(quán)利要求書中闡述了本發(fā)明的各種特征 和優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)接受放射療法的患者的呼吸時(shí)相進(jìn)行檢測(cè)的方法，該方法包括獲得用來(lái)表示呼吸循環(huán)的各時(shí)相的多個(gè)患者圖像；對(duì)所述患者實(shí)施放射；在所述實(shí)施放射期間收集該患者的透射數(shù)據(jù)；以及把所述透射數(shù)據(jù)與所述多個(gè)患者圖像做比較。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法， 相期間發(fā)生所述實(shí)施放射。
3. 如權(quán)利要求l所述的方法， 來(lái)跟蹤所述呼吸循環(huán)。
4. 如權(quán)利要求l所述的方法， 來(lái)確定所述患者的解剖學(xué)變化。其中在所述呼吸循環(huán)的至少一個(gè)時(shí)進(jìn)一步包括至少部分基于所述比較進(jìn)一步包括至少部分基于所述比較
5. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中對(duì)所述患者實(shí)施放射包括利用 兆伏CT、千伏CT、或者錐形射束CT系統(tǒng)來(lái)實(shí)施穿透所述患者的放射， 并且其中所述收集透射數(shù)據(jù)包括從穿透所述患者實(shí)施的所述放射收集 透射數(shù)據(jù)。
6. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中對(duì)所述患者實(shí)施放射包括實(shí)施 穿透所述患者的治療放射，并且其中所述收集透射數(shù)據(jù)包括從治療放 射收集透射數(shù)據(jù)。
7. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中對(duì)所述患者實(shí)施放射包括利用 透視設(shè)備實(shí)施放射穿透所述患者，并且其中所述收集透射數(shù)據(jù)包括從 所實(shí)施的穿透所述患者的放射收集透射數(shù)據(jù)。
8. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述獲得多個(gè)患者圖像包括獲 得多個(gè)三維患者圖像，并且其中所述比較動(dòng)作包括對(duì)所述透射數(shù)據(jù)和 所述多個(gè)三維圖像做比較。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述多個(gè)三維圖像包括所述患 者在第一確定呼吸狀態(tài)下的第一三維快照以及所述患者在第二確定呼 吸狀態(tài)下的第二三維快照。
10. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述獲得三維圖像包括在向所 述患者提供療法之前獲得所述多個(gè)三維圖像。
11. 如權(quán)利要求l所述的方法，進(jìn)一步包括根據(jù)所述多個(gè)圖像預(yù)計(jì) 算數(shù)據(jù)，并且其中所述比較動(dòng)作包括對(duì)所述透射數(shù)據(jù)和所述預(yù)計(jì)算的 數(shù)據(jù)做比較。
12. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中通過包括多葉準(zhǔn)直器(MLC) 的放射療法系統(tǒng)來(lái)實(shí)施所述放射療法，其中所述比較動(dòng)作包括計(jì)算 MLC模式。
13. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中根據(jù)治療計(jì)劃來(lái)實(shí)施所述放射 療法，并且其中所述比較動(dòng)作包括計(jì)算系統(tǒng)參數(shù)。
14. 如權(quán)利要求l所述的方法，進(jìn)一步包括利用所述比較來(lái)確定所 述呼吸循環(huán)的時(shí)相并且利用所確定的時(shí)相來(lái)改變治療。
15. 如權(quán)利要求l所述的方法，進(jìn)一步包括利用所述比較來(lái)確定所 述呼吸循環(huán)的時(shí)相，并且為劑量計(jì)算而使用所確定的時(shí)相。
16. 如權(quán)利要求l所述的方法，進(jìn)一步包括利用所述比較來(lái)確定所述呼吸循環(huán)的時(shí)相并且利用所確定的時(shí)相來(lái)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)模塊。
17. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述多個(gè)圖像來(lái)自計(jì)算機(jī)斷層 掃描系統(tǒng)。
18. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述多個(gè)圖像來(lái)自磁共振成像系統(tǒng)。
19. 一種對(duì)接受放射療法的患者的呼吸時(shí)相進(jìn)行檢測(cè)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括放射療法設(shè)備，該放射療法設(shè)備包括計(jì)算機(jī)處理器、可操作用于 對(duì)所述患者實(shí)施放射的放射模塊、以及可操作用于收集透射放射的檢 測(cè)器；以及存儲(chǔ)在可由所述計(jì)算機(jī)處理器訪問的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中的軟件程 序，該軟件程序可操作用于獲得用來(lái)表示呼吸循環(huán)各時(shí)相的多個(gè)患 者圖像、從所收集的透射放射中獲得所述患者的透射數(shù)據(jù)、以及把所 述透射數(shù)據(jù)與所述多個(gè)患者圖像做比較。
20. 如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述放射模塊在所述呼吸循 環(huán)的至少 一個(gè)時(shí)相期間實(shí)施放射。
21. 如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述軟件程序進(jìn)一步可操作 用于至少部分基于所述比較來(lái)跟蹤所述呼吸循環(huán)。
22. 如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述軟件程序進(jìn)一步可操作 用于至少部分地根據(jù)所述比較來(lái)確定所述患者的解剖組織變化。
23. 如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述軟件程序通過獲得多個(gè) 三維患者圖像來(lái)獲得多個(gè)患者圖像，并且其中所述比較包括對(duì)所述透 射數(shù)據(jù)和所述多個(gè)三維圖像做比較。
24. 如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述放射模塊包括多葉準(zhǔn)直 器(MLC)，并且其中所述比較包括計(jì)算MLC模式。
25. 如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述軟件程序進(jìn)一步可操作 用于利用所述比較來(lái)確定時(shí)相并且利用所確定時(shí)相來(lái)改變放射的實(shí) 施。
26. 如權(quán)利要求6所述的方法，進(jìn)一步包括修改所述患者的治療， 以對(duì)所述的收集透射數(shù)據(jù)更加可修正。
全文摘要
公開了一種對(duì)接受放射療法的患者的呼吸時(shí)相進(jìn)行檢測(cè)的系統(tǒng)和方法。在一種實(shí)現(xiàn)中，所述方法包括動(dòng)作獲得用來(lái)表示呼吸循環(huán)各時(shí)相的多個(gè)患者圖像；對(duì)所述患者實(shí)施放射；在實(shí)施放射期間收集該患者的透射數(shù)據(jù)；以及把所述透射數(shù)據(jù)與所述多個(gè)患者圖像做比較。
文檔編號(hào)A61B5/05GK101267768SQ200680034665
公開日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)明者盧衛(wèi)國(guó), 古斯塔沃·H·奧利弗拉, 肯尼斯·J·盧卡拉, 泉 陳, 陳明麗 申請(qǐng)人:斷層放療公司