利用生物機械模型估計器官的位置的制作方法
【專利摘要】提出了例如在治療遞送期間以及(如果必要的話)在成像時測量患者(胸腔區(qū)域和腹部區(qū)域)的表面的方法100和裝置200。與生物機械因素一起，從所測量的患者表面推斷所述患者的諸如器官以及任選地為器官中的腫瘤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的位置。在所述患者呼吸并且因此所述器官和/或所述腫瘤移動的情況下，可以確定所述位置，這在例如輻射治療期間可以是有利的，這是因為其使得能夠在所述腫瘤處于根據(jù)輻射治療計劃的正確位置處時，開啟所述輻射。在特定實施例中，采用有限元模型。
【專利說明】
利用生物機械模型估計器官的位置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及確定患者中的器官的位置的領(lǐng)域，更具體地，本發(fā)明涉及用于確定因呼吸而能夠移動和/或改變形狀的器官的方法、裝置以及計算機程序。
【背景技術(shù)】
[0002]對患者內(nèi)的器官的位置的確定可能與各種原因相關(guān)，例如，用于使得能夠?qū)椛溥M行靶向遞送，以處置諸如器官內(nèi)的腫瘤或病灶的病理解剖結(jié)構(gòu)。這可能尤其與因呼吸而能夠移動和/或改變形狀的器官相關(guān)。
[0003]在參考文獻US 2009/0175406 Al中，描述了一種用于跟蹤患者身體內(nèi)的病理解剖結(jié)構(gòu)的方法和裝置。可以使用從皮膚表面反射的光來采集患者身體的皮膚表面的數(shù)據(jù)模型。所述數(shù)據(jù)模型能夠與根據(jù)諸如四維(4D)CT數(shù)據(jù)的4D診斷成像數(shù)據(jù)重建和/或內(nèi)插的皮膚表面相匹配，以確定患者的呼吸運動的時間相位。所識別的時間相位然后可以與診斷成像數(shù)據(jù)聯(lián)合使用以識別在患者身體內(nèi)的病理解剖結(jié)構(gòu)的定位。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]提供一種用于估計指示因呼吸而能夠移動和/或改變形狀的器官的至少部分的位置和形狀的器官坐標的方法將是有利的，所述方法能夠更快速、更廉價、更精確地被執(zhí)行，和/或所述方法對于患者來說更為方便。
[0005]在第一方面中，本發(fā)明提供了一種用于估計的方法，所述估計例如為在第二時間點處估計器官坐標，所述器官坐標例如為指示因相關(guān)聯(lián)患者中的呼吸而能夠移動和/或改變形狀的器官的至少部分的位置和/或形狀的坐標，所述方法包括:
[0006]獲得所述相關(guān)聯(lián)患者的生物機械模型，所述生物機械模型基于指示在第一時間點處所述相關(guān)聯(lián)患者的胸腔的僅內(nèi)部結(jié)構(gòu)的三維數(shù)據(jù)，
[0007]或者指示在第二時間點處以下部分的位置和形狀的表面坐標以便使得能夠估計外部腹部體積:
[0008]所述相關(guān)聯(lián)患者的胸腔的表面的至少部分，以及
[0009]所述相關(guān)聯(lián)患者的腹腔的表面的至少部分。
[0010]通過以下操作獲得器官坐標，例如獲得在第二時間點處的器官坐標，例如獲得對應(yīng)于第二時間點的器官坐標:
[0011 ]將所述表面坐標輸入在所述生物機械模型中，并且
[0012]根據(jù)所述生物機械模型輸出所述器官坐標，
[0013]其中，所述生物機械模型將對以下建模為基本上不可壓縮的，例如建模為不可壓縮的:
[0014]內(nèi)部腹部體積的至少部分，例如內(nèi)部腹部體積的顯著部分，例如內(nèi)部腹部體積中對應(yīng)于腹部組織的部分，例如內(nèi)部腹部體積，以及
[0015]所述患者的胸壁的組織。
[0016]應(yīng)當指出，所述方法的步驟可以不必依次執(zhí)行。然而，在特定實施例中，所述方法的步驟是如所列舉的按次序執(zhí)行的。
[0017]“器官的至少部分的器官坐標”可以被理解為這樣的坐標:所述坐標可以使得能夠確定器官相對于患者的表面和/或固定坐標系(例如，實驗室坐標系)的位置，和/或所述坐標進一步提供關(guān)于器官的形狀的信息，例如使得能夠確定器官內(nèi)的結(jié)構(gòu)的位置的信息。因此，所述器官坐標可以被理解為指示器官的至少部分的位置和形狀的器官坐標。
[0018]“器官”可以被理解為本領(lǐng)域周知的器官，其可以例如是肺、肝臟或脊柱。
[0019]“相關(guān)聯(lián)患者”可以被理解為不是所要求保護的發(fā)明的部分的患者。應(yīng)當理解，“患者”和“相關(guān)聯(lián)患者”在整個說明書中是可替換地使用的。
[0020]“生物機械模型”可以被理解為一個或多個數(shù)學(xué)方程，其將在系統(tǒng)/患者中的一個點處的位移與在所述系統(tǒng)/所述患者中的另一點處的位置進行相關(guān)。在特定實施例中，所述生物機械模型是有限元模型。
[0021]“所述相關(guān)聯(lián)患者的生物機械模型”可以被理解為這樣的生物機械模型:所述生物機械模型使得能夠利用在一個點處的諸如體積或力或位移的變化的變化來估計在另一點處的變化。例如，如果從測量結(jié)果獲知外部腹部體積已經(jīng)增大或減小，例如相對于某個參考狀態(tài)增大或減小，則其能夠至少利用該信息來估計器官坐標?？梢员焕斫鉃?，“所述相關(guān)聯(lián)患者的生物機械模型”包括所述相關(guān)聯(lián)患者的相關(guān)結(jié)構(gòu)，例如涉及以下內(nèi)容的信息以便使得能夠估計外部腹部體積:
[0022]指示在第一時間點處所述相關(guān)聯(lián)患者的胸腔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的三維數(shù)據(jù)，以及
[0023]指示在第一時間點處以下部分的位置和形狀的表面坐標:
[0024]所述相關(guān)聯(lián)患者的胸腔的表面的至少部分，以及
[0025]所述相關(guān)聯(lián)患者的腹腔的表面的至少部分。
[0026]可以被理解為，在一實施例中，“所述相關(guān)聯(lián)患者的生物機械模型”可以基于以下內(nèi)容以便使得能夠估計外部腹部體積:
[0027]指示所述相關(guān)聯(lián)患者的器官(例如，在第一時間點處所述相關(guān)聯(lián)患者的諸如肺、膈膜和/或腫瘤的感興趣結(jié)構(gòu))的至少部分的位置和形狀的三維數(shù)據(jù)，以及
[0028]指示在第一時間點處以下部分的位置和形狀的表面坐標:
[0029]所述相關(guān)聯(lián)患者的胸腔的表面的至少部分，以及
[0030]所述相關(guān)聯(lián)患者的腹腔的表面的至少部分。
[0031]“所述相關(guān)聯(lián)患者的器官的至少部分的三維數(shù)據(jù)”可以被理解為指示內(nèi)部結(jié)構(gòu)的三維(3D)數(shù)據(jù)，例如指示例如一個或多個器官(例如，所述患者內(nèi)的器官)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的形狀和/或位置的數(shù)據(jù)?？梢员焕斫鉃?，這些數(shù)據(jù)也可以指示對應(yīng)于器官的至少部分的位置和形狀的表面坐標?？梢员焕斫鉃?，所述三維數(shù)據(jù)指示在至少一個時間點處的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，例如在一個時間點處的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，例如在一個先前的時間點處的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，例如在第一時間點處的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。可以被理解為，所述三維數(shù)據(jù)將一個或多個內(nèi)部結(jié)構(gòu)的位置和/或形狀，例如器官的至少部分的位置和形狀，與在至少一個時間點處的表面坐標，例如在第一時間點處的表面坐標，進行鏈接?？梢员焕斫鉃椋鋈S數(shù)據(jù)也可以指示表面坐標，例如與器官的至少部分的位置相對的表面坐標，例如指示在第一時間點處以下部分的位置和形狀的表面坐標:
[0032]所述相關(guān)聯(lián)患者的胸腔的表面的至少部分，和/或
[0033]所述相關(guān)聯(lián)患者的腹腔的表面的至少部分，例如使得能夠估計外部腹部體積的表面坐標。
[0034]可以被理解為，所述相關(guān)聯(lián)患者的空間配置，例如呼吸狀況，例如呼吸循環(huán)中的點，可以是在所述至少一個時間點處的特定配置。所述3D數(shù)據(jù)在示范性實施例中可能已經(jīng)通過CT掃描、超聲和/或NMR成像而獲得，和/或經(jīng)由表面確定單元而獲得，所述表面確定單元用于獲得指示所述相關(guān)聯(lián)患者的胸腔的表面的至少部分和/或所述相關(guān)聯(lián)患者的腹腔的表面的至少部分位置和形狀的表面坐標，例如使得能夠估計外部腹部體積。
[0035]“第一時間點”可以被理解為這樣的時間點:其可以是過去的時間點，例如在第一時間點處獲得的數(shù)據(jù)或者表示在所述第一時間點處的相關(guān)聯(lián)患者的數(shù)據(jù)可能在先前已經(jīng)獲得。也可以被理解為第一時間點可以對應(yīng)于某個呼吸狀況，例如對應(yīng)于呼吸循環(huán)中的某個點，并且對應(yīng)于第一時間點的數(shù)據(jù)可以針對跨第一時間段的多個第一時間點而被搜集，例如針對門控成像將是這種情況。
[0036]“第二時間點”可以被理解為這樣的時間點:其可以是過去的或是當前的，例如所述數(shù)據(jù)在先前已經(jīng)被獲得或者可以在當前被獲得?？梢员焕斫鉃?，第一時間點和第二時間點可以是不同的時間點，例如在第一時間點之后的有限時間發(fā)生第二時間點。此外，可以被理解為，呼吸狀況，例如肺和腹腔的配置，在第一時間點與在第二時間點相比可以是不同的。
[0037]“指示位置和形狀的表面坐標”可以被理解為在三維坐標系中提供的數(shù)據(jù)，但其表示表面的位置和形狀，例如患者的表面，例如患者的外表面，例如患者的皮膚表面。
[0038]“所述相關(guān)聯(lián)患者的胸腔的表面”可以被理解為胸腔的外表面，例如胸腔的皮膚表面，其中，胸腔被理解為本領(lǐng)域公知的。
[0039]“所述相關(guān)聯(lián)患者的腹腔的表面”可以被理解為腹腔的外表面，例如腹腔的皮膚表面，其中，腹腔被理解為本領(lǐng)域公知的。
[0040]“外部腹部體積”可以被理解為從外部測量的腹腔的體積，例如腹腔或腹部區(qū)域的外部體積，例如由皮膚表面朝向身體的外部界定的腹腔的體積。在特定實施例中，外部腹部體積可以被描述為由腹腔的皮膚的表面圍起的體積。可以被理解為，該體積不必涵蓋腹腔的所有內(nèi)部結(jié)構(gòu)?？梢员焕斫鉃?，不必要求測量外部腹部體積的絕對值，這是因為其可能足以獲知僅相對于某個參考狀態(tài)的變化。
[0041 ]在特定實施例中，“外部腹部值”被理解為要在相對于某個參考狀態(tài)的變化中進行測量的。其可能的優(yōu)點在于，其使得計算更簡單和/或其不必確切定義腹腔的邊界在何處。
[0042]“以便使得能夠估計外部腹部體積”可以被理解為腹腔的表面數(shù)據(jù)可以使得能夠估計外部腹部體積。
[0043]“從所述生物機械模型輸出器官坐標”可以被理解為生物機械模型輸出器官坐標，例如使得外部設(shè)備能夠進行訪問或接收，例如訪問或接收器官坐標?？梢员焕斫鉃?，從生物機械模型輸出的器官坐標可以指示在第二時間點處的器官坐標。這可以是因被輸入到生物機械模型的表面坐標對應(yīng)于第二時間點的事實而引起的。
[0044]“內(nèi)部腹部體積”可以被理解為對應(yīng)于腹腔的空氣、液體和組織的體積。正因如此，“內(nèi)部腹部體積”可以被視為”腹腔的真實體積”。應(yīng)當指出，本發(fā)明人的深刻見解可以被視為:“內(nèi)部腹部體積”可以被建模為基本上不可壓縮的，例如不可壓縮的。盡管可能存在氣相，這樣的相的體積和任何壓力差異足夠小，使得腹腔組織仍表現(xiàn)一一并且可以被建模一一為基本上不可壓縮的，例如不可壓縮的。在一實施例中，內(nèi)部腹部體積的至少部分被建模為不可壓縮的，例如包括例如根據(jù)3D CT圖像估計腹腔中諸如空氣的氣體的量并且考慮氣體的可壓縮性的實施例，例如將氣體建模為可壓縮的并且將腹腔的諸如腹腔組織的其余部分建模為不可壓縮的。在一實施例中，“內(nèi)部腹部體積”的顯著部分可以被建模為不可壓縮的，例如“內(nèi)部腹部體積”被建模為不可壓縮的。可以被理解為，不必要求測量內(nèi)部腹部體積的絕對值，這是因為其可以足以獲知僅相對于某個參考狀態(tài)的變化。
[0045]在特定實施例中，“內(nèi)部腹部值”被理解為是要在相對于某個參考狀態(tài)的變化中進行測量的。其可能的優(yōu)點在于，其使得計算更為簡單和/或其不必確切定義腹腔的邊界在何處。
[0046]“生物機械模型將所述患者的內(nèi)部腹部體積和胸壁的組織建模為基本上不可壓縮的”可以被理解為，內(nèi)部腹部體積和胸壁中的每個可以在生物機械模型被表示為基本上不可壓縮的材料，例如不可壓縮的材料。
[0047]“不可壓縮”可以被理解為體積不改變，即使可能被施加外力。應(yīng)當理解，本發(fā)明針對從完全不可壓縮的小的偏離來說仍可呈現(xiàn)技術(shù)效果，并且，從完全不可壓縮的這樣的小的偏離仍在權(quán)利要求的范圍內(nèi)，例如所述權(quán)利要求也覆蓋”基本上不可壓縮”，例如所述權(quán)利要求也覆蓋以下實施例:體積變化在10%內(nèi)，例如在9%內(nèi)，例如在8%內(nèi)，例如在7%內(nèi)，例如在6 %內(nèi)，例如在5 %內(nèi)，例如在4 %內(nèi)，例如在2 %內(nèi)，例如在I %內(nèi)，例如在0.5 %內(nèi)，例如在0.25%內(nèi)，例如在0.1 %內(nèi)。在特定實施例中，所述患者的內(nèi)部腹部體積和胸壁的組織中的每個被建模為不可壓縮的，例如完全不可壓縮的。
[0048]“基本上不可壓縮”可以被理解為體積基本上不變，即使可能被施加外力?？梢员焕斫鉃椋瑥摹安豢蓧嚎s”的微小偏離在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。在一實施例中，內(nèi)部腹部體積和胸壁中的任何一個或兩個可以在生物機械模型中被表示為基本上不可壓縮的，使得所估計的器官坐標相對于它們在生物機械模型中被表示為完全不可壓縮的情形不會顯著變化。
[0049]應(yīng)當理解，所述方法不要求與患者身體的物理接觸和/或醫(yī)務(wù)人員的參與。
[0050]本發(fā)明尤其地，但并非排他性地，有利于獲得和估計指示因在相關(guān)聯(lián)患者中的呼吸而能夠移動和/或改變形狀的器官的至少部分的位置和形狀的器官坐標，其例如可以在輻射治療期間是有益的。
[0051]本發(fā)明的可能優(yōu)點可以在于，其使得能夠重復(fù)地確定正在呼吸的患者的器官坐標。
[0052]本發(fā)明的可能優(yōu)點可以在于，其無需對呼吸循環(huán)的特性做出假設(shè)。其第一可能優(yōu)點可以在于，患者可以被允許自由呼吸。其第二可能優(yōu)點可以在于，所述方法可以更為精確，這是因為其因從假設(shè)的呼吸循環(huán)的偏離而引入誤差。該優(yōu)點可以通過獲得在任何給定時間處的三維數(shù)據(jù)來實現(xiàn)，例如第一時間點是任何時間，例如是過去的任何時間，針對任何給定呼吸狀態(tài)，并且隨后在第二時間點處獲得表面坐標，所述表面坐標可以一一經(jīng)由生物機械模型一一被用于計算在第二時間點處的配置，例如在任何其他給定時間(對應(yīng)于獲得表面坐標的時間)處的器官的形狀、位置。這使得能夠省掉對超過一次獲得3D數(shù)據(jù)的需要，并且尤其省掉了在諸如第二時間點的時間點處獲得3D數(shù)據(jù)的需要，其中，需要器官坐標。
[0053]該優(yōu)點可以被視為基于這樣的深刻見解:相關(guān)聯(lián)患者可能不被局限于以可預(yù)測的模式進行呼吸，即，即使針對表面上完整的呼吸循環(huán)獲得眾多3D數(shù)據(jù)，患者稍后可以以另一方式進行呼吸，因此，如果呼吸的該變化未被考慮在內(nèi)，則引入誤差。本發(fā)明因此可以被視為不必依賴關(guān)于呼吸模式的假設(shè)。
[0054]另一可能優(yōu)點可以在于，所述方法不必需要超過單個的指示所述相關(guān)聯(lián)患者的器官的至少部分的位置和形狀的三維數(shù)據(jù)集，即，不必提供對應(yīng)于在呼吸期間的不同時間點的多個這樣的3D數(shù)據(jù)集(例如，所謂的4D數(shù)據(jù))。本發(fā)明的優(yōu)點可以在于，所述方法可以是更簡單、更快速、更便宜和/或可以使患者暴露于更少的輻射。
[0055]另一可能優(yōu)點可以在于，所述方法不必需要超過單個的指示所述相關(guān)聯(lián)患者的器官的至少部分的位置和形狀的三維數(shù)據(jù)集，以及該3D數(shù)據(jù)集可以在確定器官坐標之前被獲得。換言之，一旦獲得了 3D掃描，之后就可以重復(fù)獲得器官坐標，其例如在輻射治療期間可以是有益的。
[0056]在另一實施例中，提供了一種方法，其中，所述生物機械模型采用以下約束:
[0057]內(nèi)部腹部體積，例如內(nèi)部腹部體積的顯著部分，例如內(nèi)部腹部體積中對應(yīng)于腹部組織的部分，例如內(nèi)部腹部體積，以及
[0058]指示所述相關(guān)聯(lián)患者的胸腔的表面的至少部分的位置和形狀的表面坐標。
[0059]“約束”可以被理解為固定值，根據(jù)所述固定值，生物機械模型可以計算其他值。
[0060]在另一實施例中，提供了一種方法，其中，所述生物機械模型僅僅基于單個的指示所述相關(guān)聯(lián)患者的器官的至少部分的位置和形狀的三維數(shù)據(jù)集。可以被視為可能的優(yōu)點是，所述生物機械模型僅僅基于單個的所述三維數(shù)據(jù)集，這是因為其可以使得方法能夠更簡單、更快速、更便宜和/或可以使患者暴露于更少的輻射。
[0061]在另一實施例中，提供了一種方法，其中，在獲得器官坐標的步驟中，僅表面坐標被輸入到生物機械模型。可以被視為可能的優(yōu)點是，在獲得器官坐標的步驟中，僅所述表面坐標被輸入到生物機械模型，這是因為其可以使得方法能夠更簡單、更快速、更便宜和/或可以使患者暴露于更少的福射。
[0062]在另一實施例中，提供了一種方法，所述器官是肺。在另一實施例中，所述器官可以是也可能經(jīng)受呼吸運動的任何器官，例如從包括肝和脊柱的器官的組中選取的任何一個器官。
[0063]在另一實施例中，提供了一種方法，所述方法還包括確定指示所述器官中的腫瘤的位置的腫瘤坐標，其中，所述確定基于所述器官坐標。其優(yōu)點可以在于，其使得能夠提供腫瘤坐標，這繼而可以與若干目的相關(guān)，包括輻射治療。
[0064]在另一實施例中，提供了一種方法，其中，所述方法還包括重復(fù)確定指示所述器官中的腫瘤的位置的腫瘤坐標，其中，所述確定基于所述器官坐標。其優(yōu)點可以在于，其使得能夠重復(fù)地提供腫瘤坐標，這繼而可以與若干目的相關(guān)，包括輻射治療?？梢员焕斫鉃?，該實施例可以通過重復(fù)以下步驟來實現(xiàn):獲得表面坐標，獲得器官坐標，并且確定指示器官中的腫瘤的位置的腫瘤坐標，其中，所述確定基于器官坐標。
[0065]在另一實施例中，提供了一種方法，其中，所述生物機械模型包括表示胸部、器官和腹腔的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。所述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在示范性實施例中可以是以下中的任一種:NURBS表面、細分表面、多邊形網(wǎng)格。其優(yōu)點可以在于，其提供了一種方法，所述方法便于確定器官中諸如腫瘤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的位置。
[0066]在另一實施例中，提供了一種方法，其中，所述生物機械模型包括表示胸部、器官和腹腔的患者特異性網(wǎng)格?！盎颊咛禺愋跃W(wǎng)格”可以被理解為多邊形網(wǎng)格，例如在多邊形建模中可應(yīng)用于對胸部、器官和腹腔進行建模的網(wǎng)格。
[0067]該實施例可以涉及僅位移的方法以估計器官的運動，例如根據(jù)代表位移信號來估計諸如膈膜/肺/腫瘤的器官的運動，例如估計腹腔、臍部等的運動。該實施例的可能優(yōu)點在于，如果由呼吸引起的腫瘤運動能夠被準確地估計，則在外部射束輻射治療期間，能夠增加對腫瘤的劑量，而不增加對健康組織的劑量。用于估計膈膜/肺運動的當前模型可以取決于難以測量的力或壓力值。能夠在目前實施例模型中使用預(yù)定義值;然而，這降低了輸出的準確度。
[0068]在特定實施例中，采用基于有限元的模型，所述模型僅僅依賴于位移，并且因此，避免了對力值和壓力值的需要。所述模型可以根據(jù)多個患者數(shù)據(jù)中的患者數(shù)據(jù)集來學(xué)習(xí)膈膜的運動模式并將其應(yīng)用于新的患者。
[0069]在特定實施例中，采用基于有限元(FE)的模型來估計器官的運動，例如估計肺的運動?；贔E的模型求解以下方程:
[0070]Ku = f, (I)
[0071]其中，u是肺組織的節(jié)點位移，f是被應(yīng)用到所述組織的節(jié)點外力，并且K是使用組織機械屬性計算的剛度矩陣。為了計算u，K和f應(yīng)當是已知的。然而，所測量的表面坐標(其在說明書中的任何位置都可以被可替換地稱為“代表信號”)始終是位移(例如，對胸部或腹腔的位移)。因此，不能夠直接測量在(I)中要求的節(jié)點力。在先前的工作中，使用預(yù)定義的壓力值來填充力矢量f，其并非患者特異性的。預(yù)定義的壓力值不能夠提供高的準確度，這是因為其不能夠考慮患者間的變異性。
[0072]在一實施例中，提供了基于模型的僅位移FE模型以根據(jù)位移代表信號模擬器官，例如肺運動，以及任選地腫瘤運動，所述位移代表信號例如為腹腔的運動/體積、胸部的運動。該方法的優(yōu)點在于，其避免了用于將難以測量的力值和壓力值并入到該方程中的需要。
[0073]在另一實施例中，提供了一種方法，其中，所述方法還包括以下中的任一項:
[0074]輸出腫瘤坐標，以便使得相關(guān)聯(lián)設(shè)備能夠接收所述腫瘤坐標。
[0075]輸出指示所述腫瘤坐標是否在預(yù)定體積內(nèi)的信號。
[0076]“相關(guān)聯(lián)設(shè)備”可以被理解為能夠執(zhí)行與人類身體的交互的設(shè)備，例如，手術(shù)機器人或致動器。在一實施例中，所述相關(guān)設(shè)備可以是輻射源，例如，適合于提供輻射治療的源?？梢员焕斫鉃?，所述相關(guān)聯(lián)設(shè)備也可以是適合于控制能夠執(zhí)行與人類身體的交互的設(shè)備的設(shè)備，例如，控制輻射源的設(shè)備。
[0077]“預(yù)定體積”可以被理解為先前已經(jīng)確定的體積，所述體積例如可以對應(yīng)于相對于諸如輻射源的外部設(shè)備固定的體積。在特定實施例中，所述預(yù)定體積對應(yīng)于由輻射源瞄準的體積。
[0078]輸出腫瘤坐標以便使得相關(guān)聯(lián)設(shè)備能夠接收腫瘤坐標的可能優(yōu)點可以在于，諸如輻射源的外部設(shè)備然后可以例如通過調(diào)節(jié)靶體積或者通過相應(yīng)地開啟和關(guān)閉輻射來相應(yīng)地進行操作。輸出指示腫瘤坐標是否在預(yù)定體積內(nèi)，例如是否在輻射源的靶體積內(nèi)的信號的可能優(yōu)點可以在于，其使得能夠相應(yīng)地開啟和關(guān)閉輻射。
[0079]在第二方面中，本發(fā)明提供了一種用于估計指示因相關(guān)聯(lián)患者中的呼吸而能夠移動的器官的至少部分的位置和/或形狀的坐標的裝置，所述裝置包括:
[0080]計算機可讀介質(zhì)，其適合于包括所述相關(guān)聯(lián)患者的生物機械模型，所述生物機械模型基于指示在第一時間點處所述相關(guān)聯(lián)患者的胸腔的僅內(nèi)部結(jié)構(gòu)的三維數(shù)據(jù)，
[0081]表面確定單元，其用于獲得指示在第二時間點處以下部分的位置和形狀的表面坐標以便使得能夠估計外部腹部體積:
[0082]所述相關(guān)聯(lián)患者的胸腔的表面的至少部分，以及
[0083]所述相關(guān)聯(lián)患者(330)的腹腔的表面的至少部分。
[0084]處理器，其被操作性地連接到所述計算機可讀介質(zhì)和所述表面確定單元，以獲得指示在所述第二時間點處所述相關(guān)聯(lián)患者的所述表面的位置和形狀的表面坐標，所述處理器被布置用于通過以下操作來獲得所述器官坐標:
[0085]接收所述表面坐標，
[0086]將所述表面坐標輸入在所述生物機械模型中，并且
[0087]從所述生物機械模型輸出所述器官坐標，
[0088]其中，所述生物機械模型將以下項目建模為基本上不可壓縮的:
[0089]內(nèi)部腹部體積的至少部分，例如內(nèi)部腹部體積的顯著部分，例如內(nèi)部腹部體積中對應(yīng)于腹部組織的部分，例如內(nèi)部腹部體積，以及
[0090]胸壁的組織。
[0091]“用于獲得表面坐標的表面確定單元”可以被理解為能夠提供關(guān)于患者的身體的表面的至少部分的位置和形狀的信息的設(shè)備。
[0092]在另一實施例中，提供了一種裝置，其中，用于獲得指示所述相關(guān)聯(lián)患者的所述表面的位置和形狀的表面坐標的所述表面確定單元包括以下中的任一項:
[0093]表面掃描器，
[0094]光纖形狀感測(OSS)衣物，和/或
[0095]使得能夠進行攝影測量的多個相機。
[0096 ] “表面掃描器”可以被理解為掃描(例如機械掃描或光學(xué)掃描)表面使得能夠提供關(guān)于表面的位置和形狀的信息的設(shè)備。所述表面掃描器可以是光學(xué)表面掃描器，例如，激光范圍掃描器。在一實施例中，通過將掃描器附接到可移動結(jié)構(gòu)或者使用超過一個的掃描器中的任一項操作，可以克服可能的視線問題。
[0097]“光纖形狀感測(OSS)衣物”可以被理解為用于進行光學(xué)形狀感測的纖維的集合，其可以被定位在患者的表面上，并提供關(guān)于患者的身體的表面的至少部分的位置和形狀的信息。OSS衣物的范例可以在Al I sop等人的參考文獻“Respiratory funct1n monitoringusing a real-time three-dimens1nal fiber-optic shaping sensing scheme basedupon fiber Bragg gratings”(J B1med Opt.，2012年 11 月；第17卷，第11 號)中找到，在此通過引用將其全文并入本文。OSS衣物的可能優(yōu)點可以在于，不存在視線問題。
[0098]在另一實施例中，提供一種裝置，所述裝置還包括用于外部射束治療的輻射的源，所述源被操作性地連接到處理器。
[0099]“用于外部射束治療的輻射的源”可以被理解為能夠提供用于外部射束治療的輻射的任何源。所述輻射可以是X射線和電子射束，但也可以涉及其他類型的輻射，例如采用更重的粒子射束的輻射，尤其是質(zhì)子源。在特定應(yīng)用中，所述源是線性加速器(LINAC)。
[0100]在另一實施例中，提供了一種裝置，其中，用于外部射束治療的輻射的源被布置用于根據(jù)腫瘤的位置起作用?！案鶕?jù)腫瘤的位置起作用”可以被理解為輻射的源的靶區(qū)，和/或所發(fā)出的輻射的功率可以根據(jù)所述腫瘤的位置而變化。這對于確保腫瘤一一而不是周圍健康組織接收福射可以是有利的。
[0101]在另一實施例中，提供了一種裝置，其中，所述計算機可讀介質(zhì)包括所述相關(guān)聯(lián)患者的生物機械模型。
[0102]在第三方面中，本發(fā)明提供了一種使得處理器能夠執(zhí)行根據(jù)第一方面的方法的計算機程序。
[0103]應(yīng)當認識到，第一方面的相同優(yōu)點和實施例也適用于第二方面?？傮w上，以在本發(fā)明的范圍內(nèi)的任何可能的方式來組合和耦合第一方面和第二方面。根據(jù)下文描述的實施例并且參考這些實施例，本發(fā)明的這些和其他方面、特征和/或優(yōu)點將變得明顯并且得到闡明。
【附圖說明】
[0104]將僅通過范例的方式并參考附圖來描述本發(fā)明的實施例，在附圖中:
[0105]圖1是圖示根據(jù)本發(fā)明的實施例的方法的流程圖，
[0106]圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的裝置，
[0107]圖3是圖示根據(jù)本發(fā)明的實施例的示意圖，
[0108]圖4-5示出了在呼吸期間的膈膜運動，
[0109]圖6是示出膈膜位置相對腹部體積的圖形，
[0110]圖7是圖示根據(jù)本發(fā)明的實施例的方法的流程圖，
[0111]圖8-9圖示了肺有限元網(wǎng)格以及所應(yīng)用的位移界限條件的范例。
【具體實施方式】
[0112]圖1是圖示根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于估計器官坐標的方法(100)的流程圖，所述器官坐標例如為指示因相關(guān)聯(lián)患者中的呼吸而能夠移動和/或改變形狀的器官的至少部分的位置和形狀的坐標，所述方法包括:
[0113]獲得sl02所述相關(guān)聯(lián)患者的生物機械模型，所述生物機械模型基于指示在第一時間點處所述相關(guān)聯(lián)患者的胸腔的僅內(nèi)部結(jié)構(gòu)的三維數(shù)據(jù)，
[0114]獲得sl04指示在第二時間點處以下部分的位置和形狀的表面坐標以便使得能夠估計外部腹部體積:
[0115]所述相關(guān)聯(lián)患者的胸腔的表面的至少部分，以及
[0116]所述相關(guān)聯(lián)患者的腹腔的表面的至少部分，
[0117]通過以下操作來獲得S106所述器官坐標:
[0118]將所述表面坐標輸入在所述生物機械模型中，并且
[0119]從所述生物機械模型輸出器官坐標，
[0120]其中，所述生物機械模型將以下項目建模為基本上不可壓縮的:
[0121]內(nèi)部腹部體積，以及
[0122]所述患者的胸壁的組織，
[0123]其中，所述方法還包括確定sl08指示所述器官中的腫瘤的位置的腫瘤坐標，其中，所述確定基于所述器官坐標。
[0124]其中，所述方法還包括:
[0125]輸出SllO所述腫瘤坐標，以便使得相關(guān)聯(lián)設(shè)備能夠接收所述腫瘤坐標。
[0126]圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于估計器官坐標的裝置(220)，所述坐標例如為因相關(guān)聯(lián)患者(330)中的呼吸而能夠移動的器官的至少部分的位置和形狀的坐標，所述裝置包括:
[0127]計算機可讀介質(zhì)(222)，其適合于包括所述相關(guān)聯(lián)患者的生物機械模型(352)，所述生物機械模型基于指示在第一時間點處所述相關(guān)聯(lián)患者的胸腔的僅內(nèi)部結(jié)構(gòu)的三維數(shù)據(jù)，
[0128]表面確定單元(224)，其用于獲得指示在第二時間點處以下部分的位置和形狀的表面坐標:
[0129]所述相關(guān)聯(lián)患者的胸腔(356)的表面的至少部分，以及
[0130]所述相關(guān)聯(lián)患者的腹腔(354)的表面的至少部分，
[0131]處理器(226)，其被操作性地連接到所述計算機可讀介質(zhì)和所述表面確定單元(224)，以獲得指示在所述第二時間點處所述相關(guān)聯(lián)患者的所述表面的位置和形狀的表面坐標，所述處理器被布置用于通過以下操作來獲得所述器官坐標:
[0132]接收所述表面坐標，
[0133]將所述表面坐標輸入在所述生物機械模型中，并且
[0134]從所述生物機械模型輸出所述器官坐標，
[0135]其中，所述生物機械模型將以下項目建模為不可壓縮的:
[0136]腹部體積，以及
[0137]胸壁的組織。
[0138]圖3圖示了本發(fā)明的一實施例的示意圖，其中，器官是肺，該圖示出了相關(guān)聯(lián)患者330，所述相關(guān)聯(lián)患者330可以在第一成像階段332(其可以對應(yīng)于第一時間點)中由表面確定單元224進行成像，以獲得對應(yīng)于在第一成像階段期間的肺和腹腔的配置的表面坐標336，例如指示所述相關(guān)聯(lián)患者的胸腔340的表面的至少部分的位置和形狀以及所述相關(guān)聯(lián)患者的腹腔338的表面的至少部分的位置和形狀的表面坐標。所述患者此外可以在第一成像階段332中由成像單元325進行成像，以獲得指示內(nèi)部結(jié)構(gòu)的位置的3D數(shù)據(jù)342，所述成像單元可以是CT掃描器或NMR掃描器。3D數(shù)據(jù)342可以由圖像分割單元344來接收，所述3D數(shù)據(jù)342可以提供關(guān)于在第一成像階段期間的肺表面346、膈膜表面348和腹腔表面350的信息。所述三維數(shù)據(jù)可以被輸入到生物機械模型，例如胸腔和腹腔的生物機械模型352。可以被理解為，所述三維數(shù)據(jù)可以包括來自圖像分割單元344的表面坐標336和數(shù)據(jù)。
[0139]所述患者可以在第二成像階段334(其可以對應(yīng)于第二時間點)中由表面確定單元224進行成像，以獲得對應(yīng)于在第二成像階段期間的肺和腹腔的配置的表面坐標，例如指示所述相關(guān)聯(lián)患者的胸腔356的表面的至少部分的位置和形狀以及所述相關(guān)聯(lián)患者的腹腔354的表面的至少部分的位置和形狀的表面坐標。在第二成像階段334中獲得的表面坐標可以被輸入到生物機械模型352。
[0140]盡管在第一成像階段和第二成像階段中的肺和腹腔的配置不必是相同的，例如是不同的，例如對應(yīng)于呼吸循環(huán)中的不同時間位置，所述生物機械模型352可以提供在第二成像階段334中對應(yīng)于肺表面的數(shù)據(jù)358以及對應(yīng)于膈膜表面的數(shù)據(jù)360。
[0141]在第二成像階段334中對應(yīng)于肺表面的數(shù)據(jù)358和對應(yīng)于膈膜表面的數(shù)據(jù)360可以被輸入到肺和腫瘤的生物機械模型362，其繼而可以在第二成像階段中輸出腫瘤位置364。
[0142]在特定實施例中，所述第二成像階段包括輻射治療。在該實施例中，3D數(shù)據(jù)342也可以被輸入到輻射治療規(guī)劃工作站366，所述輻射治療規(guī)劃工作站366可以輸出輻射治療計劃368。腫瘤位置364以及輻射治療計劃368可以被發(fā)送到在線控制計算機370，以控制輻射源374，例如線性加速器。在線控制計算機370然后可以根據(jù)所述輻射治療計劃368和腫瘤位置364來相應(yīng)地控制所述輻射源，例如控制所述輻射源是否應(yīng)當被“開啟”或“關(guān)閉” 372。
[0143]在下文中，描述了數(shù)據(jù)流和工作流、示范性特定實施例，其中，第二成像階段包括用于肺癌輻射治療的輻射治療(參見圖3)。
[0144]在治療之前(參見第一成像階段):
[0145]1.在屏住呼吸期間掃描患者的胸腔并且創(chuàng)建3D CT。覆蓋感興趣結(jié)構(gòu)，例如覆蓋所有感興趣結(jié)構(gòu);所述感興趣結(jié)構(gòu)例如為肺、膈膜和腫瘤。
[0146]2.針對膈膜位置的生物機械計算，可以利用腹腔的形狀的知識。歸因于與CT成像相關(guān)聯(lián)的X射線劑量，通常不益于對腹腔連同胸腔一起進行成像。因此，表面掃描器在3D CT成像期間測量患者的表面?；?D CT掃描完成處置規(guī)劃。在備選實施例中，可以有利的是，如果在CT成像期間沒有表面掃描器可用，則使用CT成像對腹腔連同胸部一起進行成像。
[0147]3.對肺、膈膜、腫瘤、皮膚以及其他相關(guān)結(jié)構(gòu)的分割在處置規(guī)劃之后是可用的。
[0148]4.基于該3D CT掃描對外部射束輻射治療進行規(guī)劃。
[0149]在治療期間(參見第二成像階段):
[0150]5.針對輻射治療，患者被定位在輻射治療室中并且LINAC根據(jù)處置計劃被對齊。
[0151]6.表面掃描器測量患者的表面(胸腔和腹部區(qū)域)。
[0152]7.基于表面測量(胸腔和腹腔)和分割結(jié)果(肺和膈膜)，考慮生物機械因素來計算胸壁的形狀，即，計算肺的外表面的形狀。
[0153]8.基于肺的外部形狀，例如借助生物機械模型來估計腫瘤的位置。
[0154]9.當腫瘤處于規(guī)劃的位置處(并且患者位置和形狀足夠接近所述規(guī)劃)時，觸發(fā)輻射遞送并且開啟射束。
[0155]圖4-5示出了在呼吸期間的膈膜運動。本發(fā)明人的基本深刻見解可以被視為:內(nèi)部腹部體積，包括腹部組織，以及胸壁的組織，是幾乎不可壓縮的。因此，腹部體積的任何變化與膈膜位置的對應(yīng)變化相關(guān)，胸部的外表面的任何變化與肺表面的對應(yīng)變化相關(guān)。
[0156]圖4示出了膈膜運動(由左側(cè)箭頭指示)是與從外部測量的外部腹部體積(由右側(cè)箭頭指不)尚度相關(guān)的。
[0157]圖5示出了胸部的外部的運動(由上側(cè)箭頭指示)是與內(nèi)部運動，即肺表面運動(由下側(cè)箭頭指示)高度相關(guān)的。
[0158]圖6是示出了針對來自研究的志愿者中的一位的膈膜位置和腹部體積的相關(guān)性的圖表。更為具體地，該圖表示出了在頭-足方向的膈膜位置相對外部腹部體積。水平軸以立方毫米為單位示出了外部腹部體積(EVA)。垂直軸以毫米為單位示出了膈膜位置(DP)。數(shù)據(jù)標記表示相悖的呼吸(676)、腹部呼吸(677)、胸部呼吸(678)以及正常呼吸(679)。原理上，包括在腹部中的氣體，例如包括在胃或腸中的氣體，是可壓縮的。然而，一方面，腹部氣體體積相對于腹腔組織是相對小的；另一方面，在呼吸期間的壓力變化在腹腔中是小的。因此，腹部氣體的體積變化也能夠被忽略。實時4D MRI數(shù)據(jù)已經(jīng)在漢堡的飛利浦研究中心(針對完整體積的測量時間為?0.8秒)的志愿者研究期間被采集。已經(jīng)檢測到了外部腹部體積與膈膜位置的高相關(guān)性。重要的是指出了該相關(guān)性獨立于呼吸模式或呼吸的深度。已經(jīng)觀察至IJ，針對具有深且平的幅度的正常、胸部、腹部以及相悖呼吸模式(參見圖6，針對來自上文提及的志愿者研究的范例)。
[0159]膈膜:
[0160]基于生物機械因素，能夠從對完整腹部體積的測量結(jié)果令人驚奇地良好預(yù)測膈膜位置。這已經(jīng)借助志愿者研究被示出，其中，胸腔和腹腔的4D實時MRI被用于評估呼吸運動。志愿者被要求以平且深的幅度以4種不同的呼吸模式進行呼吸:正常、腹部、胸部以及相悖呼吸。后者為利用不自然移動的瑜伽訓(xùn)練。取決于志愿者的高度，每0.7-0.8秒記錄3D體積。針對所有志愿者、所有幅度以及所有呼吸模式，在腹部體積與膈膜位置之間的以生物機械方式驅(qū)使的相關(guān)性是變化的。
[0161]胸腔:
[0162]在諸如在本文中其他地方描述的用于獲得表面坐標的表面確定單元的設(shè)備的幫助下，能夠測量胸部的皮膚表面的形狀。在第一階近似中，從肺表面到皮膚測量的胸腔的厚度是恒定的。因此，能夠從胸腔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的3D圖像連同患者的胸腔的外部形狀的測量結(jié)果來估計肺表面。
[0163]與生物機械因素一起，從所測量的患者表面推斷患者的器官內(nèi)部的腫瘤的位置。這例如在治療遞送期間可以是相關(guān)的，其中，所述患者呼吸并且因此腫瘤移動。一旦腫瘤處于根據(jù)治療計劃的正確位置處，則開啟輻射。肺表面估計:
[0164]諸如肺的器官的表面是基于諸如表面掃描器的測量結(jié)果的表面坐標來估計的。估計肺表面的第一階近似是，假設(shè)胸壁的厚度在呼吸期間不改變。因此，肺表面到外部身體表面的距離在胸部區(qū)中是恒定的。也能夠使用更為復(fù)雜的生物機械模型。為了估計肺、膈膜的下界限，可以執(zhí)行更為復(fù)雜的計算?？赡茉贑T圖像和MRI圖像中不能夠直接看到隔膜。隔膜包括肌肉部分和韌帶部分。膈膜的肌肉(彈性)部分被固定到解剖結(jié)構(gòu)，其能夠從CT圖像和MRI圖像中進行分割(肋骨、椎骨和心包膜)。能夠在形成在肺與腹部腔體之間的邊界的肺的底部找到韌帶(非彈性)部分。對較低的長表面的估計的第一階近似因此將考慮在呼吸期間的膈膜的彈性部分，并且將基于表面坐標來計算其形狀，例如所測量的外部形狀以及所估計的外部腹部體積。
[0165]腫瘤位置估計:
[0166]—旦基于患者的身體的外部形狀的測量結(jié)果估計了諸如肺的器官的表面，就獲知針對包括腫瘤的肺的生物機械模型的界限條件。在第一階近似中，所述肺組織能夠被建模為海綿組織，在所述海綿組織中嵌入不可壓縮的(或者甚至剛性的)腫瘤。FEM方法能夠被用于基于該模型來預(yù)測腫瘤位置。
[0167]在另一實施例中，提供了一種方法，其中，所述生物機械模型包括胸部、器官和腹腔的患者特異性網(wǎng)格。在特定實施例中，提供了:
[0168]1.胸部、肺和腹腔的患者特異性網(wǎng)格。該網(wǎng)格能夠從例行采集的術(shù)前CT掃描得到。
[0169]2.諸如位移代表信號的表面坐標(以下的組合):
[0170]a.胸部的運動
[0171]b.臍部的運動
[0172]c.在腹腔上的若干皮膚標記的運動
[0173]d.腹腔的體積
[0174]這些參數(shù)能夠使用諸如光學(xué)跟蹤器或電磁跟蹤器的光學(xué)形狀感測或其他跟蹤方法來測量。
[0175]3.基于模型的方法，以根據(jù)代表信號來計算膈膜的運動。
[0176]4.基于FE的算法，以根據(jù)膈膜運動來計算肺的運動。
[0177]所述模型可以被分為兩部分:
[0178]-第一部分根據(jù)在腹部區(qū)域中測量的代表信號來計算膈膜的運動。
[0179]-第二部分根據(jù)在部分I中的計算的膈膜運動以及胸部運動代表信號來計算肺運動。
[0180]為了根據(jù)所述代表信號計算膈膜運動，可以采用學(xué)習(xí)方法。在該方法中，根據(jù)臨床數(shù)據(jù)集來學(xué)習(xí)膈膜運動模式。存在可用于學(xué)習(xí)膈膜運動模式的若干方法。在一個實施例中，能夠使用主成分分析。在該方法中，一組患者的膈膜運動被轉(zhuǎn)換成其主成分。具有最高對應(yīng)信號值的數(shù)個成分能夠被選擇作為膈膜運動模式的代表。其他實施例能夠包括擬合方法或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。然后，以以下方式求解患者特異性模型:所計算的膈膜運動具有與所學(xué)習(xí)的模式相似的模式。
[0181]在一個實施例中，能夠使用基于FE的模型來根據(jù)代表信號計算膈膜運動。在這種情況下，位移矢量u被局限于具有與所學(xué)習(xí)的位移矢量(主成分的加權(quán)和)具有相同的模式。此外，來自代表信號的已知位移能夠以方程(I)中的未知的力來替換，使得方程被充分約束以被求解。應(yīng)當指出，對f的大多數(shù)輸入是零，這是因為不存在外力。在這種情況下，能夠計算膈膜運動，而無需測量力或壓力或者使用不準確的預(yù)定義值。
[0182]所述算法的第二部分使用來自第一部分的計算的膈膜運動。我們假設(shè)肺的下部被附接到膈膜并與其一起移動。因此，在方程(I)中，位移中的一些將是已知的，其能夠替換對應(yīng)的未知力。如果測量的話，關(guān)于胸壁運動同樣如此。因此，能夠計算肺運動，而不并入力值或壓力值。
[0183]圖8-9圖示了肺有限元網(wǎng)格和所應(yīng)用的位移界限條件的范例。更為具體地，圖8-9示出了肺有限元網(wǎng)格和所應(yīng)用的位移界限條件的兩個范例。
[0184]圖8示出了頂部節(jié)點890，其被固定到胸部骨骼，底部節(jié)點891與膈膜一起移動，并且側(cè)面節(jié)點是自由的。
[0185]圖9示出了頂部節(jié)點990，并且側(cè)面節(jié)點被固定到胸部骨骼，底部節(jié)點991與膈膜一起移動，并且側(cè)面節(jié)點是自由的。
[0186]圖7是圖示根據(jù)本發(fā)明的實施例的方法的流程圖，其中器官是肺，其中，
[0187]采集780三維數(shù)據(jù)，例如利用CT掃描(類似于由成像單元325成像的患者，用于獲得指示內(nèi)部結(jié)構(gòu)的位置的3D數(shù)據(jù)342，所述成像單元可以是圖3中的CT-掃描器或NMR掃描器)來采集三維數(shù)據(jù)，
[0188]所述三維數(shù)據(jù)被分割781成肺、胸部和腹腔(類似于由圖像分割單元344接收的3D數(shù)據(jù)342，其可以提供在圖3中的第一成像階段期間關(guān)于肺表面346、膈膜表面348和腹腔表面350的信息)，
[0189]生成782患者特異性網(wǎng)格，
[0190]生成腹腔的有限元模型783，
[0191]采用學(xué)習(xí)約束、腹腔的有限元模型783和表面坐標785來計算786膈膜運動，
[0192]生成胸部和肺的有限元模型787，
[0193]采用指示胸部和肺的有限元模型787、所述相關(guān)聯(lián)患者的胸腔(356)的表面的至少部分的位置和形狀的表面坐標788以及膈膜運動786來計算肺運動。
[0194]除了CT數(shù)據(jù)集以外或者作為CT數(shù)據(jù)集的備選，可以使用其他成像數(shù)據(jù)集，例如，MR1、超聲、X射線、PET-SPECT、流等。在治療期間，也能夠識別呼吸模式和循環(huán)。
[0195]為了從群體的一般性數(shù)據(jù)集取得患者特異性模型，能夠提取特異性特征。相同的一個范例將是膈膜的形狀，其中，具有平膈膜的人能夠更好地匹配數(shù)據(jù)庫中具有相似形狀的那些。另一范例是膈膜的尺寸，其也可以與患者的尺寸和重量進行關(guān)聯(lián)。
[0196]為了準確地預(yù)測肺運動和腫瘤運動，可以計算在如臍部或胸骨的某些點處的運動，并將其變換為腹部體積。為了考慮呼吸模式中的各種變化，每種模式都能夠被歸類到多維相空間中。
[0197]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解，任何患者或志愿者數(shù)據(jù)庫可以包括被歸一化的數(shù)據(jù)集，以便考慮試驗之間的變異性。
[0198]綜上，本發(fā)明提供了例如在治療遞送期間和(任選地，如果必要的話)在成像時測量患者(胸腔區(qū)域和腹部區(qū)域)的表面的方法和裝置。與生物機械因素一起，從所測量的患者表面推斷所述患者的諸如器官以及任選地為器官中的腫瘤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的位置。在所述患者呼吸并且因此所述器官和/或所述腫瘤移動的情況下，可以確定所述位置，這在例如輻射治療期間可以是有利的，這是因為其使得能夠在所述腫瘤處于根據(jù)輻射治療計劃的正確位置處時，開啟所述輻射。在特定實施例中，采樣有限元模型。
[0199]盡管已經(jīng)在附圖和前面的描述中詳細圖示和描述了本發(fā)明，但是這樣的圖示和描述應(yīng)當被認為是圖示性或示范性的，而非限制性的;本發(fā)明不限于所公開的實施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員通過研究附圖、公開內(nèi)容以及權(quán)利要求，在實踐請求保護的發(fā)明時能夠理解并實現(xiàn)對所公開的實施例的其他變型。在權(quán)利要求中，“包括”一詞不排除其他元件或步驟，并且詞語“一”或“一個”不排除多個。單個處理器或其他單元可以實現(xiàn)在權(quán)利要求中記載的若干項的功能。盡管某些措施被記載在互不相同的從屬權(quán)利要求中，但是這并不指示不能有利地使用這些措施的組合。計算機程序可以被存儲/分布在合適的介質(zhì)上，例如與其他硬件一起或作為其他硬件的部分供應(yīng)的光學(xué)存儲介質(zhì)或固態(tài)介質(zhì)，但是也可以被以其他形式分布，例如經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)或其他有線或無線的電信系統(tǒng)。權(quán)利要求中的任何附圖標記都不應(yīng)被解釋為對范圍的限制。
【主權(quán)項】
1.一種用于估計器官的至少部分的器官坐標的方法(100)，所述器官因相關(guān)聯(lián)患者(330)中的呼吸而能夠移動和/或改變形狀，所述方法包括: 獲得(sl02)所述相關(guān)聯(lián)患者的生物機械模型(352)，所述生物機械模型基于指示在第一時間點處所述相關(guān)聯(lián)患者的胸腔(356)的僅內(nèi)部結(jié)構(gòu)的三維數(shù)據(jù)， 獲得(sl04)指示在第二時間點處以下部分的位置和形狀的表面坐標以便使得能夠估計外部腹部體積: 所述相關(guān)聯(lián)患者的所述胸腔(356)的表面的至少部分，以及 所述相關(guān)聯(lián)患者(330)的腹腔(354)的表面的至少部分， 通過以下操作來獲得(S106)所述器官坐標: 將所述表面坐標輸入在所述生物機械模型中，并且 從所述生物機械模型輸出所述器官坐標， 其中，所述生物機械模型將以下項目建模為不可壓縮的: 內(nèi)部腹部體積的至少部分，以及 所述患者的胸壁的組織。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法(100)，其中，所述生物機械模型(352)采用以下項目作為約束: 所述內(nèi)部腹部體積的至少部分，以及 指示所述相關(guān)聯(lián)患者(330)的所述胸腔的所述表面的至少部分的位置和形狀的所述表面坐標。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法(100)，其中，所述生物機械模型(352)基于指示由單次3D掃描獲得的所述相關(guān)聯(lián)患者(330)的所述胸腔(356)的僅內(nèi)部結(jié)構(gòu)的三維數(shù)據(jù)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法(100)，其中，在獲得在第二時間點處的器官坐標的步驟中，所述表面坐標充當向所述生物機械模型(352)的獨有的輸入。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法(100)，其中，所述器官為肺。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法(100)，其中，所述方法還包括確定(S108)指示所述器官中的腫瘤的位置的腫瘤坐標，其中，所述確定基于所述器官坐標。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法(100)，其中，所述方法還包括重復(fù)地確定指示所述器官中的腫瘤的位置的腫瘤坐標，其中，所述確定基于所述器官坐標。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法(100)，其中，所述生物機械模型(352、362)包括胸部、所述器官和所述腹腔的患者特異性網(wǎng)格。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法(100)，其中，所述方法還包括以下中的任一項: 輸出(s 110)所述腫瘤坐標，以便使得相關(guān)聯(lián)設(shè)備能夠接收所述腫瘤坐標， 輸出(sll2)指示所述腫瘤坐標是否在預(yù)定體積內(nèi)的信號。10.—種用于估計器官的至少部分的坐標的裝置(220)，所述器官因相關(guān)聯(lián)患者(330)中的呼吸而能夠移動，所述裝置包括: 計算機可讀介質(zhì)(222)，其適合于包括所述相關(guān)聯(lián)患者的生物機械模型(352)，所述生物機械模型基于指示在第一時間點處所述相關(guān)聯(lián)患者的胸腔(356)的僅內(nèi)部結(jié)構(gòu)的三維數(shù)據(jù)； 表面確定單元(224)，其用于獲得指示在第二時間點處以下部分的位置和形狀的表面坐標以便使得能夠估計外部腹部體積: 所述相關(guān)聯(lián)患者的所述胸腔(356)的表面的至少部分，以及 所述相關(guān)聯(lián)患者(330)的腹腔(354)的表面的至少部分； 處理器(226)，其被操作性地連接到所述計算機可讀介質(zhì)和所述表面確定單元(224)，以獲得指示在所述第二時間點處所述相關(guān)聯(lián)患者的所述表面的位置和形狀的表面坐標，所述處理器被布置用于通過以下操作來獲得所述器官坐標: 接收所述表面坐標， 將所述表面坐標輸入在所述生物機械模型中，并且 從所述生物機械模型輸出所述器官坐標， 其中，所述生物機械模型將以下項目建模為不可壓縮的: 內(nèi)部腹部體積的至少部分，以及 胸壁的組織。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置(220)，其中，用于獲得指示所述相關(guān)聯(lián)患者(330)的所述表面的位置和形狀的表面坐標的所述表面確定單元(224)包括以下中的任一項: 表面掃描器， 光纖形狀感測(OSS)衣物，和/或 使得能夠進行攝影測量的多個相機。12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置(220)，還包括用于外部射束治療的輻射的源(228)，所述源被操作性地連接到所述處理器。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置(220)，其中，所述用于外部射束治療的輻射(374)的源被布置用于根據(jù)腫瘤的位置而起作用。14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置(220)，其中，所述計算機可讀介質(zhì)(222)包括所述相關(guān)聯(lián)患者(330)的所述生物機械模型(352)。15.—種使得處理器能夠執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法的計算機程序。
【文檔編號】A61B5/055GK105828875SQ201480068470
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2014年10月9日
【發(fā)明人】J·薩巴奇恩斯基, B·拉馬錢德蘭, E·德赫甘馬爾瓦斯特, W·周
【申請人】皇家飛利浦有限公司