專利名稱：用于放射療法中的3d劑量跟蹤的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及用來輸送放射劑量的放射療法。更具體而言，本發(fā)明涉及用于連 續(xù)治療分段期間的3D劑量跟蹤的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
在本發(fā)明的上下文中，放射療法意指通過X射線或電子束進(jìn)行的治療。本發(fā)明對 強(qiáng)度調(diào)制放射療法(IMRT)特別感興趣。IMRT是一種適形放射，其使放射劑量成形以密切地 匹配目標(biāo)區(qū)域的形狀。更具體而言，IMRT是利用計(jì)算機(jī)控制的X射線或電子束以便向惡性 腫瘤或腫瘤內(nèi)的特定區(qū)域輸送精確的放射劑量的先進(jìn)高精度放射療法。同時(shí)，其還可以用 來治愈非惡性腫瘤。通過調(diào)制或控制放射射束的強(qiáng)度來將放射劑量設(shè)計(jì)為符合腫瘤的三維 (3D)形狀，其方式為在使對健康周圍組織的放射性照射最小化的同時(shí)盡可能地將較高的放 射劑量聚焦到腫瘤。IMRT通常使用能夠跨越目標(biāo)改變組成病人治療的每個(gè)場(field)的放 射射束強(qiáng)度的多葉準(zhǔn)直器(MLC)。因此，健康的周圍組織比腫瘤接收少得多的放射劑量。另 外且對于特殊情況而言，甚至可能存在在腫瘤內(nèi)變化的劑量。通過使用病人的3D計(jì)算斷層 攝影(CT)圖像來謹(jǐn)慎地制定治療計(jì)劃。與計(jì)算機(jī)化劑量計(jì)算相結(jié)合地使用此類圖像以便 找到將最好地使劑量符合腫瘤形狀的射束橫截面強(qiáng)度圖。通常，來自不同射束方向的多個(gè) 強(qiáng)度調(diào)制場的組合產(chǎn)生在還保護(hù)相鄰正常組織的同時(shí)使腫瘤劑量最大化的定制放射劑量。 用IMRT方法，與常規(guī)放射療法技術(shù)相比，可以以較少的副作用安全地向腫瘤輸送更高且更 有效的輻射劑量。即使不增加劑量，IMRT也具有降低治療毒性的潛力。用于IMRT的治療計(jì)劃很明顯比對于常規(guī)放射療法而言更加復(fù)雜，延長了每個(gè)病 人所需的治療計(jì)劃時(shí)間。不同于常規(guī)輸送，IMR治療的復(fù)雜性使得操作者難以在輸送期間 檢測與計(jì)劃照射序列的可能偏差。在制定治療計(jì)劃之前，執(zhí)行身體檢查和病史回顧。這包括CT掃描，由此，放射腫瘤 學(xué)家指定腫瘤和正常組織的三維形狀。劑量師和醫(yī)學(xué)放射物理學(xué)家使用此信息來定義治療 計(jì)劃。IMRT計(jì)劃制定還可能需要多個(gè)附加掃描程序，包括電子發(fā)射斷層掃描(PET)、錐束 CT(CBCT)和磁共振成像(MRI)。這些診斷圖像幫助放射腫瘤學(xué)家來確定腫瘤靶的精確位 置。通常，IMRT療期在模擬之后約一個(gè)星期開始。通常，針對一個(gè)星期五天、達(dá)六至十個(gè)星 期的IMRT療期對病人制定計(jì)劃。放射療法的功效依賴于劑量輸送的精確度，結(jié)果，用來檢測劑量測定誤差的質(zhì)量 保證程序具有關(guān)鍵的重要性。此類程序的示例包括測量以便檢驗(yàn)由治療計(jì)劃系統(tǒng)計(jì)算的計(jì) 劃劑量的輸送精確度和獲取正交入口(portal)圖像以保證病人相對于治療機(jī)器等中心的 精確定位。IMRT對這些檢驗(yàn)程序有甚至更加迫切的需要，并且使得其設(shè)置更加必不可少。 IMRT場中的高劑量梯度使得單點(diǎn)劑量測量在檢驗(yàn)明顯不均勻的劑量分布時(shí)不充分。由治療 計(jì)劃制定系統(tǒng)計(jì)算的單獨(dú)IMRT射束劑量分布誤差可能由于例如未準(zhǔn)確地計(jì)入多葉準(zhǔn)直器 (MLC)的葉間泄露而發(fā)生。MLC葉序列文件從治療計(jì)劃制定計(jì)算機(jī)到記錄和檢驗(yàn)系統(tǒng)的傳輸中的系統(tǒng)誤差和射束輸送期間的MLC葉移動(dòng)的機(jī)械精確度的系統(tǒng)誤差的潛在可能還使 得需要使用精確的IMRT驗(yàn)證策略。放射療法的功效還依賴于對靶進(jìn)行定位的精確度。病人身體的器官可能在大小、 形狀和位置方面每天都在變化，或者病人可能在療程內(nèi)減輕了體重。為了在療程期間跟蹤 病人的解剖體內(nèi)的劑量，不能依賴于在治療之前幾個(gè)星期拍攝的CT圖像，并且需要在整個(gè) 治療期間重復(fù)地產(chǎn)生病人圖像。因此，需要與在連續(xù)的治療分段(treatment fractions)期間觀察的實(shí)際病人解 剖體相結(jié)合地檢驗(yàn)治療場的輸送劑量分布的精確度。美國專利No 6，853，702公開了一種用于放射療法中的治療驗(yàn)證的方法。在這種 方法中，測量與射束的中心射線垂直的平面中的射束區(qū)域上的治療射束的輸出。這通過使 用病人前面的檢測器來實(shí)現(xiàn)，并且使用所述測量的輸出來使用劑量算法計(jì)算對病人的劑 量。通過參考圖1，借助于執(zhí)行劑量計(jì)算15的劑量算法和計(jì)算機(jī)程序，直接使用測量的2D 檢測器輸出10 (其對應(yīng)于文獻(xiàn)美國專利No 6，853，702的捕捉圖像40)來獲得計(jì)算的3D劑 量20 (對應(yīng)于所述文獻(xiàn)的劑量分布58)。然而，未提供將在各分段之間發(fā)生的病人解剖體的 變化考慮在內(nèi)的手段。從文獻(xiàn)WO 30/092813還已知一種用于校準(zhǔn)在病人的治療期間使用的檢測器的方 法。這種方法意圖用于檢驗(yàn)向病人輸送由放射裝置產(chǎn)生的放射治療束的精確度。通過參考 圖1’，這種方法主要包括兩個(gè)照射步驟。在第一步驟期間，輸送對體模(phantom)的第一照 射(步驟A)，并且在每個(gè)時(shí)間間隔，使模型中的輸送劑量的測量結(jié)果(100)和關(guān)于借助于位 于所述放射射束的源與所述體模之間的信息手段收集的關(guān)于照射的信息O00)(通過例如 使用諸如膠片或EPID的成像系統(tǒng))相關(guān)聯(lián)(步驟B)。通過使用此關(guān)系，可以計(jì)算校準(zhǔn)因 數(shù)(300)。根據(jù)本文獻(xiàn)，所述信息手段可以是借助于檢測器的測量或多葉準(zhǔn)直器葉的位置。 在第二照射步驟(步驟C)期間，照射病人，并再次通過位于所述放射射束的源與所述體模 之間的信息手段來收集關(guān)于照射的信息G00)。然后，與先前的校準(zhǔn)因數(shù)(300) —起分析 ⑶所收集的此信息(400)以便獲得對病人的總劑量(500)。因此，這種方法需要兩次后續(xù) 照射，照射體模時(shí)的第一次和照射病人時(shí)的第二次。很明顯，此類方法是耗費(fèi)時(shí)間且不精確 的。此外，這種方法從未著手于病人的實(shí)際治療之前的放射裝置的驗(yàn)證。再次地，未提供將 在分段之間發(fā)生的病人解剖體的變化考慮在內(nèi)的手段。Kapatoes 等人在 Phys. Med. Biol.(物理醫(yī)學(xué)生物)第 44 卷 1999 年 1815 1841 J/XW "Delivery verification in sequential and helicaltomotherapy (在連續(xù)與lfe累旋 腫瘤療法中的輸送驗(yàn)證)”中已描述了用于腫瘤療法的輸送驗(yàn)證技術(shù)。該技術(shù)使用位于病 人后面的檢測器，其中，使用所謂的“離開檢測器信號”(參見段落2. 1)來計(jì)算入射注量分 布。如此文獻(xiàn)的圖2所示，此檢測器是所謂的“離開檢測器”而不是傳輸檢測器。這種技術(shù) 的優(yōu)點(diǎn)是由于檢測器位于病人后面，所以檢測器信號是初級光子和散射光子(參見圖2的 說明)的混合物。因此，在每個(gè)治療分段之前，必須在病人的定位之后測量伊矩陣。這是 非常耗費(fèi)時(shí)間的程序。因此，未提出實(shí)用的解決方案以提供克服上述缺點(diǎn)的精確的放射裝置和計(jì)量驗(yàn)證 方法以及執(zhí)行容易且快速的劑量計(jì)算。本發(fā)明的目的
本發(fā)明旨在提供一種未表現(xiàn)出現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)的驗(yàn)證設(shè)備和方法。特別低，本發(fā)明旨在既減少擴(kuò)展、耗時(shí)的機(jī)器AQ和IMRT所需的病人計(jì)劃驗(yàn)證。此外，本發(fā)明旨在通過允許病人的解剖結(jié)構(gòu)中的3D劑量驗(yàn)證來相當(dāng)程度地增強(qiáng) 病人特定的IMRT驗(yàn)證的現(xiàn)有技術(shù)方法。本發(fā)明旨在使用更新的病人圖像和使用2D測量結(jié)果在病人治療的整個(gè)過程期間 跟蹤病人的解剖體中的3D劑量以重構(gòu)光子注量(f luences)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，描述了一種用于用放射療法裝置來驗(yàn)證到病人的放射射 束輸送的設(shè)備。所述放射射束輸送包括在不同的治療日期輸送的一個(gè)或多個(gè)治療分段，所 述治療分段包括一個(gè)或多個(gè)放射射束，所述放射療法裝置可配置為針對給定的放射射束配 置，所述放射療法裝置包括在每個(gè)治療分段之前、期間或之后提供更新的病人圖像的成像 系統(tǒng)，所述設(shè)備包括·接收用于給定治療分段的放射射束配置的裝置；·傳輸電子2D檢測器設(shè)備，其能夠測量與所述放射射束的中心軸垂直的平面中的 所述放射射束的2D響應(yīng)；·實(shí)時(shí)地獲取因由以所述放射射束配置而配置的所述放射療法裝置輸送的放射射 束而引起的2D檢測器響應(yīng)的裝置；·從所述成像系統(tǒng)導(dǎo)入所述更新的病人圖像的裝置，所述病人圖像包括病人的解 剖體的描述或圖像，其包括有危險(xiǎn)的靶體積和/或器官的3D形狀、密度分布和位置；·注量重構(gòu)引擎，其能夠針對治療分段的每一輸送的放射射束基于所測量的2D檢 測器響應(yīng)計(jì)算與輸送的放射射束相對應(yīng)的輸送光子注量分布；·劑量計(jì)算引擎，其能夠基于用于治療分段的每個(gè)放射射束的所述輸送的光子注 量分布并基于導(dǎo)入的所述更新的病人圖像來計(jì)算病人體內(nèi)的輸送的3D劑量分布；·使病人解剖體內(nèi)的所述輸送的3D劑量分布可視化的裝置。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述設(shè)備還包括·用于存儲(chǔ)來自單個(gè)治療分段的所述輸送的3D劑量分布的裝置；·累計(jì)在連續(xù)治療分段期間輸送的所述輸送的3D劑量分布的裝置；·使病人的解剖體內(nèi)的累計(jì)的3D劑量分布可視化的裝置。有利地，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的設(shè)備包括分析累計(jì)的輸送3D劑量分布的工 具。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備還包括·基于預(yù)定義體積或感興趣區(qū)域來分析累計(jì)的3D劑量分布的劑量體積統(tǒng)計(jì)的裝置。更有利地，根據(jù)本發(fā)明的本優(yōu)選實(shí)施例，所述設(shè)備還包括·導(dǎo)入病人的解剖體內(nèi)的預(yù)測的3D劑量分布的裝置，用外部治療計(jì)劃制定系統(tǒng)來 計(jì)算所述預(yù)測3D劑量分布；·將輸送的3D劑量分布與預(yù)測的3D劑量分布相比較的裝置；·報(bào)告從比較得到的一組參數(shù)的裝置。有利地，根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例，可以用在病人治療之前用外部系統(tǒng)(例如治療計(jì)劃制定系統(tǒng))執(zhí)行的初始預(yù)測的3D劑量分布來進(jìn)行病人的解剖體內(nèi)的輸送的3D 劑量分布的比較，或者可以使用在病人治療的過程期間拍攝的更新的病人圖像用在病人治 療的過程期間用外部系統(tǒng)更新的更新3D劑量分布來進(jìn)行該比較。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述設(shè)備能夠獨(dú)立于所述放射療法裝置地進(jìn)行操作， 從外部設(shè)備僅接收預(yù)測的3D劑量分布和更新的病人圖像，可選地從放射裝置接收用于使 2D檢測器設(shè)備與放射射束輸送同步的同步信號。根據(jù)第二方面，本發(fā)明涉及一種用于驗(yàn)證用放射療法裝置向病人進(jìn)行的放射射 束輸送的方法，所述放射射束輸送包括在不同的治療日期輸送的一個(gè)或多個(gè)治療分段，所 述治療分段包括一個(gè)或多個(gè)放射射束，所述放射療法裝置可配置為針對給定的放射射束配 置，所述放射療法裝置包括在每個(gè)治療分段之前、期間或之后提供更新的病人圖像的成像 系統(tǒng)。所述方法包括步驟提供根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備；獲取指定的放射射束配置參數(shù)；施加治 療射束并獲取所述治療射束的相應(yīng)測量的2D檢測器響應(yīng)；基于所測量的2D檢測器響應(yīng)來 計(jì)算與輸送的放射射束相對應(yīng)的輸送的光子注量分布，所述輸送放射射束由所述放射射束 配置來規(guī)定；從所述成像系統(tǒng)導(dǎo)入更新的病人圖像，所述更新的病人圖像包括病人的解剖 體的描述或圖像，其包括有危險(xiǎn)的靶體積和/或器官的3D形狀、密度分布和位置；基于所述 輸送的光子注量分布和所述更新的病人圖像來計(jì)算病人體內(nèi)的輸送的3D劑量分布；以及 在顯示器上顯示并可視化病人的解剖體內(nèi)的所述輸送3D劑量分布。


圖1和1 ‘表示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于3D劑量計(jì)算兩種方法。圖2是數(shù)據(jù)流圖，其表示通過找到最擬合給定輸送機(jī)器的射束模型參數(shù)集來使射 束模型適應(yīng)給定輸送機(jī)器的現(xiàn)有技術(shù)方法。圖3是表示根據(jù)本發(fā)明的方法的數(shù)據(jù)流圖。圖4是表示根據(jù)本發(fā)明的另一方法的數(shù)據(jù)流圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明的與其環(huán)境有關(guān)的用于放射療法驗(yàn)證的設(shè)備的方框圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明意圖與放射療法裝置一起使用(放射療法裝置從等中心托臺直線加速器 輸送高能量X射線)，并且特別是與其中借助于多葉準(zhǔn)直器(MLC)或通過夾鉗來實(shí)現(xiàn)射束調(diào) 制的IMRT裝置一起使用。射束模型通常是射束療法裝置的數(shù)學(xué)描述，其包含許多參數(shù)。這些參數(shù)將例如 加速器的特性(能譜、橫向射束質(zhì)量變化)、有效放射源的形狀和位置、以及射束成形設(shè) 備的幾何結(jié)構(gòu)和材料考慮在內(nèi)。注量計(jì)算算法是根據(jù)射束模型和給定參數(shù)集來計(jì)算注 量的一組數(shù)學(xué)規(guī)則。計(jì)算的注量的表示(單位、坐標(biāo)系統(tǒng))使得其與用于計(jì)算組織中的 沉積劑量和/或檢測器響應(yīng)的附加計(jì)算程序兼容。例如由Wolfgang A. Tome在2002年 Medical Dosimetry (醫(yī)學(xué)劑量測定)第 27 卷 No. 1 第 11 19 頁的 “Beam Modelling for aConvoIution/Superposition-Based Treatment Planning System (對基于卷禾只 /疊加治療計(jì)劃系統(tǒng)的射束建模)”；或者由Nikos PapanikoIaou在1993年Med. Wiys. (醫(yī)學(xué)物理)20(5) StJ “ Investigation of theconvolution method for polyenergeticspectra(用于多能譜卷積方法的研究)，，中提供了基本射束建模技術(shù)的有用描述。對于各種深度的深度劑量曲線和射束剖面被測量以便確定治療機(jī)器能夠輸送的 射束的參數(shù)。然后，使射束模型參數(shù)最優(yōu)化以便給出模型預(yù)測與測量的劑量測定數(shù)據(jù)之間 的最佳匹配。然后，在IMRT治療計(jì)劃制定系統(tǒng)中使用此射束模型來計(jì)算由場調(diào)制圖(field modulationpattern)得到的三維劑量分布。在TPS中使用各種策略來使機(jī)器設(shè)置最優(yōu)化 (場的數(shù)目、每個(gè)場的劑量、場調(diào)制、托臺角等)以便盡可能近地達(dá)到治療目標(biāo)。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，要求二維傳輸檢測器提供與射束方向正交的平面上 的測量結(jié)果的二維映射。Bonin 等人在 NuclearInstruments and Methods in Physics research(物理研究的核儀器與方法)，519Q004)-674-686 的“A pixel chamber to monitor the beamperformances in hadron therapy (115 強(qiáng)子治？？中的身寸胃個(gè)生能的 象 素腔室)”中描述了用來實(shí)現(xiàn)用于強(qiáng)子射束的此類檢測器的技術(shù)。本文獻(xiàn)描述了由布置在 32X32像素的正則矩陣中的IOM個(gè)電離室的2D陣列構(gòu)成的設(shè)備。這種技術(shù)還在由本申請 人制造的商業(yè)產(chǎn)品MatriXX中使用，已通過為檢測器的每個(gè)室提供橫向電子均衡來對其進(jìn) 行修改以用于光子射束。2D檢測器被設(shè)置在病人與MLC之間。如果在沒有病人的情況下執(zhí) 行測量，則也可將2D檢測器設(shè)置在病人的位置處。圖2是數(shù)據(jù)流程圖，其表示通過找到最佳擬合給定輸送機(jī)器的射束模型參數(shù)集來 使射束模型適應(yīng)給定輸送機(jī)器的現(xiàn)有技術(shù)方法。如在步驟Sl中所示，操作員選擇某些預(yù)定 機(jī)器設(shè)置。接下來，如現(xiàn)在在步驟S2和S3中所示，將被建模的輸送機(jī)器被用來使用所述預(yù) 定機(jī)器設(shè)置來照射體模，并且通過使用檢測器裝置，測量劑量。在步驟S4中，選擇用于類似 輸送機(jī)器的射束模型參數(shù)集，并且使用所述射束模型參數(shù)集，在與測量相同的點(diǎn)上計(jì)算劑 量。然后在步驟S5中比較計(jì)算的和測量的劑量。如果用戶發(fā)現(xiàn)匹配足夠，則在測試S7中， 當(dāng)前射束模型參數(shù)集240被說成是表示輸送機(jī)器。否則，如在步驟S8中所示，手動(dòng)地或自 動(dòng)地修改射束模型參數(shù)集，并執(zhí)行劑量計(jì)算，返回步驟S5。圖3是表示根據(jù)本發(fā)明的方法的數(shù)據(jù)流圖。基于所述射束模型參數(shù)集Μ0、機(jī)器 設(shè)置250(其是根據(jù)機(jī)器試車和針對由治療計(jì)劃制定系統(tǒng)(TPQ提供的給定放射射束配 置的治療機(jī)器的設(shè)置(能量和劑量、劑量速率、MLC位置...)選擇的)、RT裝置的射束模 型210、注量算法300和測量的2D檢測器響應(yīng)310，如在步驟S311所示地獲得相應(yīng)的注量 320。Yong Yang 在 MecL Phys.(醫(yī)學(xué)物理)29 (9)，2002 的"A three-source model for the calculation of head scatter factors (用于頭部散射因子計(jì)算的三源模型)”中描述了 此類注量算法的示例。然后，如在步驟341中所示，相應(yīng)的注量320與表示靶幾何結(jié)構(gòu)和密度的描述的 3D圖像330和劑量算法340 —起使用，以便獲得計(jì)算的靶中的3D劑量350，。此類劑量算 法例如是由 Anders Ahnesj δ 在 Med. Phys.(醫(yī)學(xué)物理)I6 (14)，1989 的 “Collapsed Cone Convolutionof Radiant Energy for Photon Calculation in Heterogeneous Media(用 于異類介質(zhì)中的光子計(jì)算的輻射能塌陷錐卷積)”中描述的劑量算法。應(yīng)注意的是通過使用所述工作流程來計(jì)算靶的所述描述中的三維劑量分布，與現(xiàn) 有技術(shù)相比(例如，諸如文獻(xiàn)WO 03/0擬813)，為了提供體模中的測量劑量分布，不再需要 真實(shí)體模的照射。因此，所述方法的照射步驟僅執(zhí)行一次而不需要沿著射束的方向定位的 任何體?；虿∪?。
現(xiàn)在我們參考圖4。根據(jù)本發(fā)明，執(zhí)行最優(yōu)化周期以便提供指向靶的注量的令人 滿意的計(jì)算。一旦如上所述地確定了相應(yīng)的注量320，則基于注量320，計(jì)算相應(yīng)的2D檢測 器響應(yīng)420，如在步驟S411中所示。此響應(yīng)計(jì)算是基于檢測器裝置表面上的入射粒子的蒙 特卡羅模擬，其中，還將所有添加的累積材料考慮在內(nèi)。由描述設(shè)備的幾何結(jié)構(gòu)的檢測器 模型400和描述對照射的設(shè)備響應(yīng)的響應(yīng)計(jì)算算法410來促進(jìn)此計(jì)算。然后，由計(jì)分功能 S430將計(jì)算的2D檢測器響應(yīng)420與測量的2D檢測器響應(yīng)310相比較，將它們之間的差量 化。如在步驟S431中所示，為了使此計(jì)分功能S430(并因此使差)最小化，將某些輸送和 /或建模誤差直接結(jié)合到注量計(jì)算中(例如，通過調(diào)整有效葉位置、有效傳輸、有效榫槽效 應(yīng)、有效輸出和有效源位置)是可能的。如果注量的此迭代修改在計(jì)分功能S430中會(huì)聚到 足夠小的差，則認(rèn)為最后修改的注量320如實(shí)地表示指向靶的注量，這被表示為重構(gòu)的注 量450。再一次，重構(gòu)的注量450與表示靶幾何結(jié)構(gòu)和密度的描述的3D圖像330和計(jì)量算 法340 —起使用以便獲得計(jì)算的靶中的3D計(jì)量350。迭代方法還可以不會(huì)聚，在這種情況下沒有重構(gòu)的注量，而是有失敗的指示。這 通常將在如果測量的響應(yīng)與預(yù)期的響應(yīng)相差懸殊的情況下、即如果輸送了錯(cuò)誤計(jì)劃的情況 下、如果省略了片斷(segment)的情況下、如果顯著MLC失敗發(fā)生的情況下發(fā)生。3D計(jì)量分布構(gòu)成大型數(shù)據(jù)集，通常約為百萬數(shù)量級或更多數(shù)據(jù)點(diǎn)。因此，將兩個(gè)此 類分布相比較要求某些工具。一組此類工具包括不同類型的劑量體積統(tǒng)計(jì)，通?；诟信d 趣的預(yù)定義體積(區(qū)域)。最常見的劑量體積工具是劑量體積直方圖(DVH)。另一組工具 是基于從3D數(shù)據(jù)提取2D子集。2D子集通常構(gòu)成與主軸正交的平面。在此類平面上，可以 用彩色表格、等劑量線來表示劑量，或者將其表示為3D表面。可以在平面上定義線，并且沿 著這些線提取劑量，并在2D圖表中顯示。此外，可以通過選擇平面上或線上的點(diǎn)來獲得逐 點(diǎn)信息，諸如劑量值和坐標(biāo)。當(dāng)靶是均質(zhì)水體模時(shí)，3D輸送劑量分布與預(yù)測的3D劑量分布之間的比較一方面 允許提取用于評估RT裝置的輸送質(zhì)量的參數(shù)(平坦度、對稱性、半影(penumbra)、場成形、 葉位置...)的報(bào)告，另一方面允許識別由于所述比較中的不匹配引起的誤差或由于所述 參數(shù)的報(bào)告中的不期望的參數(shù)值引起的誤差的可能原因。然而，無論靶是什么，都能夠依據(jù)誤差來評估并執(zhí)行一組不同的變化以便修改RT 裝置配置，即機(jī)器設(shè)置。可能的動(dòng)作包括調(diào)整片斷重量以補(bǔ)償輸出建模誤差；調(diào)整MLC/夾 鉗位置以補(bǔ)償葉尖傳輸建模誤差和/或系統(tǒng)定位誤差等。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，3D圖像(330)是在治療分段輸送的過程期間獲得的更 新圖像。因此，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備基于最近可獲得的病人圖像并基于用2D檢測器響應(yīng)確定 的重構(gòu)的光子注量來計(jì)算病人體內(nèi)的3D劑量分布。圖5是根據(jù)本發(fā)明的用于放射療法驗(yàn)證的設(shè)備1。設(shè)備1(以虛線圍繞)包括主控 制器2和2D檢測器2DD 3。與放射療法裝置R_App、治療計(jì)劃制定系統(tǒng)TPS、成像系統(tǒng)IMG、 和嵌入對象OBJ中的靶體積TV相關(guān)地示出本發(fā)明的設(shè)備1。本發(fā)明的設(shè)備1的主控制器2 包括用于實(shí)時(shí)地獲取由2D檢測器2DD提供的信號的獲取模塊ACQ 4和用于從治療計(jì)劃制 定系統(tǒng)TPS接收放射射束配置RBC的接口 INT5?；讷@取的信號，注量重構(gòu)引擎FRE 6向 劑量計(jì)算引擎DCE 7提供注量數(shù)據(jù)。主控制器2還包括用于從外部成像系統(tǒng)IMG(諸如CT 掃描儀、PET掃描儀、MRI成像器或CBCT(錐束CT))接收圖像的圖像導(dǎo)入模塊IMIMP 8。劑量計(jì)算引擎DCE 7使用注量數(shù)據(jù)和接收到的圖像來計(jì)算3D劑量。顯示設(shè)備9示出重構(gòu)的 3D劑量的表示，包括與病人解剖體的圖像相關(guān)的所述重構(gòu)的3D劑量的3D表示。如在圖5 上可以看到的，本發(fā)明的設(shè)備1完全獨(dú)立于放射療法裝置R-App。在不妨礙任何現(xiàn)有放射療 法裝置R-App的工作的情況下，可以將其作為附件安裝到所述裝置。因此，其提供附加的獨(dú)
立安全性。因此，通過使用本發(fā)明，得到許多優(yōu)點(diǎn)。實(shí)際上，本發(fā)明的實(shí)施例允許·在QA和病人計(jì)劃驗(yàn)證期間快速地識別可能的誤差源； 通過使用病人的解剖體數(shù)據(jù)和獨(dú)立于TPS的劑量算法，執(zhí)行與原始TPS無關(guān)的病 人的解剖體的3D劑量驗(yàn)證；·向腫瘤學(xué)家提供數(shù)據(jù)分析工具以便對給定腫瘤實(shí)體執(zhí)行治療方案(protocol) 的研究并比較來自不同TPS和放射源的結(jié)果；·為MLC提供容易的校準(zhǔn)程序?！ぶ苯釉诓∪私馄鼠w上而不僅僅在均質(zhì)體模中檢驗(yàn)輸送劑量分布?！p少由于繁瑣且持久的現(xiàn)有技術(shù)測量和常規(guī)設(shè)備QA測試而引起的全局成本。
權(quán)利要求
1.一種用于驗(yàn)證用放射療法裝置向病人進(jìn)行的放射射束輸送的設(shè)備(1)，所述放射射 束輸送包括在不同的治療日期輸送的一個(gè)或更多個(gè)治療分段，所述治療分段包括一個(gè)或更 多個(gè)放射射束，所述放射療法裝置可針對給定的放射射束配置而配置，所述放射療法裝置 包括提供在每個(gè)治療分段之前、期間或之后獲得的更新的病人圖像的成像系統(tǒng)，所述設(shè)備 包括 接收用于給定的治療分段的放射射束配置的裝置(5)； 傳輸電子2D檢測器設(shè)備(3)，其能夠測量所述放射射束的在與所述放射射束的中心 軸垂直的平面中的2D響應(yīng)； 實(shí)時(shí)地獲取由以所述放射射束配置而配置的所述放射療法裝置輸送的放射射束而引 起的2D檢測器響應(yīng)的裝置(4)； 從所述成像系統(tǒng)導(dǎo)入所述更新的病人圖像的裝置(8)，所述更新的病人圖像包括含有 處于危險(xiǎn)的靶體積和/或器官的3D形狀、密度分布和位置的病人的解剖體的描述或圖像； 注量重構(gòu)引擎FRE (6)，其能夠針對治療分段的每一輸送的放射射束基于測量的2D檢 測器響應(yīng)計(jì)算與輸送的放射射束相對應(yīng)的輸送光子注量分布，所述輸送的放射射束由所述 放射射束配置來確定； 劑量計(jì)算引擎DCE (7)，其能夠計(jì)算病人內(nèi)的輸送的3D劑量分布，所述3D劑量分布包 括來自所述治療分段的每一放射射束的貢獻(xiàn)，所述計(jì)算輸送的3D劑量分布基于所述放射 射束配置、所述輸送的光子注量分布和所述導(dǎo)入的更新的病人圖像； 用于使病人解剖體內(nèi)的所述輸送的3D劑量分布可視化的顯示裝置(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備(1)，所述設(shè)備(1)還包括 用于存儲(chǔ)來自單個(gè)治療分段的所述輸送的3D劑量分布的裝置； 對在連續(xù)治療分段期間輸送的所述輸送的3D劑量分布進(jìn)行累計(jì)的裝置； 使病人的解剖體內(nèi)的累計(jì)的3D劑量分布可視化的裝置(8)。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的設(shè)備(1)，所述設(shè)備(1)還包括 基于預(yù)定義體積或感興趣區(qū)域來分析所述累計(jì)的3D劑量分布的劑量體積統(tǒng)計(jì)的裝置。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的設(shè)備(1)，所述設(shè)備(1)還包括 導(dǎo)入病人的解剖體中的預(yù)測的3D劑量分布的裝置，所述預(yù)測的3D劑量分布用外部治 療計(jì)劃制定系統(tǒng)來計(jì)算，所述3D劑量分布包括來自所述治療分段的每一放射射束的貢獻(xiàn)； 將輸送的3D劑量分布與預(yù)測的3D劑量分布相比較的裝置； 報(bào)告由比較得到的參數(shù)的集合的裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備(1)，其中，所述預(yù)測的3D劑量分布是基于在開始治療 分段輸送之前最初用病人成像系統(tǒng)獲得的病人圖像的、病人解剖體內(nèi)的最初計(jì)劃3D劑量 分布。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備(1)，其中，所述預(yù)測的3D劑量分布是基于在治療分段 輸送的過程期間用病人成像系統(tǒng)獲得的更新的病人圖像的、病人解剖體內(nèi)的更新的計(jì)劃3D 劑量分布。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的設(shè)備(1)，所述設(shè)備能夠獨(dú)立于所述放射療法 裝置進(jìn)行操作，從外部設(shè)備僅接收預(yù)測的3D劑量分布、射束配置和更新的病人圖像，可選地能夠從所述放射裝置接收用于使所述2D檢測器設(shè)備與所述放射射束輸送同步的同步信號。
8. 一種用于驗(yàn)證用放射療法裝置向病人進(jìn)行的放射射束輸送的方法，所述放射射束輸 送包括在不同的治療日期輸送的一個(gè)或更多個(gè)治療分段，所述治療分段包括一個(gè)或更多個(gè) 放射射束，所述放射療法裝置可針對給定的放射射束配置而配置，所述放射療法裝置包括 提供在每個(gè)治療分段之前、期間或之后獲得的更新的病人圖像的成像系統(tǒng)，所述方法包括 步驟 提供根據(jù)權(quán)利要求1至7中的任一項(xiàng)所述的設(shè)備(1)； 獲取指定的放射射束配置參數(shù)(250)； 施加治療射束并獲取所述治療射束的相應(yīng)測量的2D檢測器響應(yīng)(310)； 基于測量的2D檢測器響應(yīng)(310)來計(jì)算(S311)與輸送的放射射束對應(yīng)的輸送的光 子注量分布(328)，所述輸送放射射束由所述放射射束配置來確定； 從所述成像系統(tǒng)導(dǎo)入更新的病人圖像(330)，所述更新的病人圖像包括含有處于危險(xiǎn) 的靶體積和/或器官的3D形狀、密度分布和位置的病人的解剖體的描述或圖像； 基于所述輸送的光子注量分布(320)和所述更新的病人圖像(330)來計(jì)算(S341)病 人內(nèi)的輸送的3D劑量分布(350)； 在顯示器(9)上顯示和可視化病人的解剖體內(nèi)的所述輸送的3D劑量分布(350)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于驗(yàn)證適形放射治療中的放射射束的質(zhì)量、并且特別地用于IMRT(強(qiáng)度調(diào)制放射療法)應(yīng)用的設(shè)備和方法。通過結(jié)合更新病人圖像由照射期間的測量2D檢測器響應(yīng)來重構(gòu)光子注量，在整個(gè)治療過程期間跟蹤病人體內(nèi)的實(shí)際3D劑量分布。
文檔編號A61N5/10GK102083498SQ200980123809
公開日2011年6月1日 申請日期2009年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月6日
發(fā)明者A·穆爾曼, C·布魯薩斯考 申請人:離子束應(yīng)用股份有限公司