專利名稱：在形變圖上放置約束的方法及實現(xiàn)該方法的系統(tǒng)的制作方法
在形變圖上放置約束的方法及實現(xiàn)該方法的系統(tǒng)
相關(guān)申請
本申請要求2005年7月22日申請的美國臨時專利申請?zhí)?60/701,580 、名稱為SYSTEM AND METHOD FOR FEEDBACK GUIDED QUALITY ASSURANCE AND ADAPTATIONS TO RADIATION THERAPY TREATMENT的優(yōu)先權(quán)，在此將其全部內(nèi)容引 入供參考。
背景技術(shù)：
在過去的幾十年中，計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)、輻射療法治療計劃軟件和醫(yī) 學(xué)成像形態(tài)(CT、 MRI、 US和PET)的改進(jìn)已經(jīng)被引入輻射療法實踐。 這些改進(jìn)導(dǎo)致影像引導(dǎo)輻射治療("IGRT")的研制。IGRT是使用患者 的內(nèi)部解剖體的剖視圖的輻射療法，以更好的追蹤腫瘤的輻射劑量， 同時減小暴光給健康器官的輻射線。提供給腫瘤的輻射劑量用強(qiáng)度調(diào) 制的輻射療法來控制("IMRT") ， IMRT涉及按照患者腫瘤的尺寸、 形狀和位置，改變輻射電子束的尺寸、形狀和強(qiáng)度。IGRT和IMRT提 高腫瘤的控制，同時減小由于腫瘤周圍的健康組織的輻射引起的劇烈 副作用。
IMRT正在變?yōu)閹讉€國家中的護(hù)理標(biāo)準(zhǔn)。但是，在許多情況下，由 于時間、資源和帳單(billing)約束，IMRT不被用來治療患者?；颊?的日常影像可用于保證由IMRT設(shè)計圖產(chǎn)生的高梯度位于患者治療的 正確位置。此外，這些影像可以提供必需的信息，以根據(jù)需要采用設(shè) 計圖在線或離線。
輻射治療領(lǐng)域中公知是可能有許多不確定源以及在患者的治療過 程中可能發(fā)生的變化。 一些原因表示隨機(jī)誤差，如每天患者設(shè)置位置的小差異。其他原因歸因于可能發(fā)生的生理變化，如果在治療過程中 患者的腫瘤衰退或患者變瘦。第三種可能的類別與運動有關(guān)。運動可 能潛在地與其他類別的任何一種重疊，如某些運動可能是更隨機(jī)和不 可預(yù)知的，如患者咳嗽或放屁，而其他運動可能更規(guī)則，如有時的呼 吸運動。

發(fā)明內(nèi)容
在輻射療法中，不確定性可能影響患者治療的質(zhì)量。例如，當(dāng)向 目標(biāo)區(qū)提供治療劑量時，在該目標(biāo)周圍也治療高劑量"余量"區(qū)是標(biāo)準(zhǔn)慣 例。這幫助保證該目標(biāo)接收希望的劑量，即使在治療過程中其位置改 變，或即使在一個片段過程中。目標(biāo)的位置限定越少，典型地需要使 用更大的余量。
合適的輻射療法泛指在輻射療法治療過程中使用反饋來提高進(jìn)一 步治療的原理。反饋可被用于脫機(jī)自適應(yīng)治療處理和在線自適應(yīng)治療 處理。當(dāng)患者不被處理時，發(fā)生脫機(jī)自適應(yīng)治療處理發(fā)生，如在治療 片段之間。在這些方法的一種方案中，在每個片段過程中，在每個片 段之前或之后獲得患者的新CT影像。在從第一個少數(shù)治療片段獲得影 像之后，該影像被估計，以決定目標(biāo)結(jié)構(gòu)多天位置的有效包絡(luò)。然后 可以研制一個新設(shè)計方案，以更好的反映目標(biāo)結(jié)構(gòu)的運動范圍，而不 是使用規(guī)范的運動假定。脫機(jī)自適應(yīng)治療的更復(fù)雜方案是重新計算每 個片段之后提供的劑量并累加這些劑量，在該累加過程中，潛在地利 用形變技術(shù)，以計算內(nèi)部運動。然后該累加劑量可以與設(shè)計的劑量相 比較，以及如果注意到任何差異，可以改進(jìn)隨后的片段，以解釋該改 變。
當(dāng)患者處于治療室時，典型地發(fā)生在線自適應(yīng)治療處理，以及可 能地，但不是必定地，在治療實施過程中。例如，某些輻射療法處理
系統(tǒng)裝備有成像系統(tǒng)，如在線CT或X射線系統(tǒng)。在治療之前可以使 用這些系統(tǒng)，以驗證或調(diào)整用于治療實施的患者設(shè)置。該成像系統(tǒng)也可以用來在實際的治療實施過程中采用該療法。例如，在治療同時可以使用成像系統(tǒng)，以改迸該治療實施，以反映患者解剖體的變化。
本發(fā)明的一個方面公開了用于自適應(yīng)治療技術(shù)應(yīng)用的新機(jī)會，其他方面是提出用于自適應(yīng)治療的新穎性方法。具體，自適應(yīng)治療典型地集中于修改患者治療的反饋上，但是本發(fā)明集中于質(zhì)量保證環(huán)境中使用的自適應(yīng)治療處理。在整個系統(tǒng)驗證的環(huán)境中這些是特別正確的。
例如，探測器可用于收集表明多少治療電子束通過患者的信息，由該信息可以確定治療輸出的幅度值以及用于該實施的任意輻射圖形。該實施驗證處理的優(yōu)點是它允許操作員探測機(jī)器實施的誤差，如不正確葉圖或機(jī)器輸出。
但是，驗證機(jī)器功能完好本身并不能保證治療計劃的正確交付，這是由于還需要驗證用來對機(jī)器變成的外部輸入是有效而且一致的。因此，本發(fā)明的一個方面包括用于提高整個治療過程的質(zhì)量保證的自適應(yīng)型反饋回路的更廣的概念。在這方面，本發(fā)明包括定位待治療的患者和使用一種影像引導(dǎo)來確定患者位置的方法，基于影像引導(dǎo)，根據(jù)治療需要，再定位該患者，并開始治療等步驟。然后，在治療過程中或之后，重新計算該患者劑量并引入在治療之前或治療過程中收集的患者影像信息。在完成這些步驟之后，收集質(zhì)量保證數(shù)據(jù)，以分析不僅按設(shè)計圖執(zhí)行實施而且證實在最新可用數(shù)據(jù)的環(huán)境中設(shè)計圖實施是合理的程度。在這方面，反饋的原理不再用來表示基于患者或?qū)嵤┑淖兓淖冎委?，而是確認(rèn)初始實施本身。
作為一個例子，可以為患者開發(fā)一套治療計劃方案，但是用于方案制定的的影像壞了，如通過應(yīng)用不正確的密度校準(zhǔn)。在此情況下，該治療計劃方案將基于錯誤的信息，不能將該正確的劑量實施給患者。然而，許多質(zhì)量保證技術(shù)將不探測該錯誤，因為它們將確認(rèn)該機(jī)器按照指示操作，而不是檢查給該機(jī)器的指令是否基于正確的輸入信息。同樣， 一些自適應(yīng)的治療技術(shù)可以被應(yīng)用于該實施，但是如果這樣例子的校準(zhǔn)問題持續(xù)存在，那么該采用的處理將經(jīng)受類似缺點。
存在大量處理可用于擴(kuò)大用于質(zhì)量保證目的反饋使用的過程。例如，在一個實施例中，該處理將包括上述的實施驗證技術(shù)。這些方法提供的機(jī)器性能的驗證是保證工具箱的總系統(tǒng)質(zhì)量的有價值的組成部分。此外，實施驗證處理可以被擴(kuò)展為分析其他系統(tǒng)誤差，如基于具有截斷字段視圖的影像的實施。
這些質(zhì)量保證方法使用套準(zhǔn)也是有益的，具體，可形變套準(zhǔn)技術(shù)。套準(zhǔn)是用于決定交叉多個影像的患者解剖或生理位置之間的相關(guān)性，以及可形變套準(zhǔn)是執(zhí)行這些操作以計算影像、階段或時間之間的解剖的非剛性變化的方法。如之前提及，該質(zhì)量保證方法中的重要步驟是基于在線影像和來自機(jī)器的反饋再計算劑量。當(dāng)分析這些劑量時，累加交叉多個治療的劑量以決定是否任意誤差被加重或是否它們互相減輕是有用的。
應(yīng)當(dāng)注意盡管提出的本發(fā)明基本上不涉及自適應(yīng)的療法，由于這些質(zhì)量保證處理可以在沒有自適應(yīng)治療準(zhǔn)備時被應(yīng)用，或自適應(yīng)療法
可以不需要這些QA方法被執(zhí)行，除這些技術(shù)之外使用自適應(yīng)療法有附
加的優(yōu)點。因此，如果能夠通過使用實施反饋注釋差異，通過在線的或片段之間的許多機(jī)制，可以糾正這些差異。待挽救的偏差可以延伸超出與機(jī)器本身等同的問題，例如，與該過程的矛盾，或為某給定治療方案制定的用來編碼機(jī)器的的有瑕疵的輸入等。在一個實施例中，本發(fā)明提供一種在形變圖上放置約束的方法。該方法包括以下動作，產(chǎn)生兩個影像之間的形變圖，識別一個影像中的限定結(jié)構(gòu)，應(yīng)用該形變圖將限定結(jié)構(gòu)從一個影像結(jié)合到其他影像上，以產(chǎn)生基于形變的限定結(jié)構(gòu)，改進(jìn)該基于形變的限定結(jié)構(gòu)，以及響應(yīng)于改進(jìn)該基于形變的限定結(jié)構(gòu)的步驟，更新該形變圖。在另一實施例中，本發(fā)明提供一種在形變圖上放置約束的方法。該方法包括以下動作，產(chǎn)生兩個影像之間的形變圖，識別一個影像中的限定結(jié)構(gòu)，應(yīng)用該形變圖將該限定結(jié)構(gòu)從一個影像結(jié)合到其他影像上，以產(chǎn)生基于形變的限定結(jié)構(gòu)，改進(jìn)該基于形變的限定結(jié)構(gòu)，響應(yīng)于改進(jìn)該基于形變的限定結(jié)構(gòu)的步驟，更新該形變圖，以及基于更新的形變圖，產(chǎn)生輪廓。
在另一實施例中，本發(fā)明提供一種在形變圖上放置約束的方法。該方法包括在形變圖上放置約束的方法的動作。該方法包括以下動作，產(chǎn)生第一輪廓組，產(chǎn)生第二輪廓組，以及產(chǎn)生第一輪廓組和第二輪廓組之間的形變圖。
通過考慮具體實施方式
和附圖將明白本發(fā)明的其他方面。


圖l是體現(xiàn)本發(fā)明的輻射療法處理系統(tǒng)的透視圖。
圖2是可被用于圖1所示的輻射療法處理系統(tǒng)的多葉準(zhǔn)直儀的透視圖。
圖3是圖1的輻射療法治療系統(tǒng)的示意圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例在形變圖上放置約束的方法的輻
射療法處理系統(tǒng)中使用的軟件程序的示意圖。
圖5是包括輪廓的患者的設(shè)計影像。
圖6包括人工繪制輪廓的患者的預(yù)處理影像。
圖7是圖5-6中的影像之間的形變圖。
圖8是應(yīng)用圖7所示的形變圖之后包括輪廓的患者的所得影像。圖9是使用圖6的人工繪制輪廓作為約束的形變圖。圖10是應(yīng)用圖9所示的形變圖之后包括輪廓的患者的所得影像。圖ll是根據(jù)本發(fā)明一個實施例在形變圖上放置約束的方法流程圖。
圖12是根據(jù)本發(fā)明一個實施例在形變圖上放置約束的方法流程圖。
圖13是根據(jù)本發(fā)明一個實施例在形變圖上放置約束的方法流程圖。
具體實施例方式
在詳細(xì)說明本發(fā)明的任意實施例之前，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的應(yīng)用不限于下列說明書中闡述的或下列附圖中所示元件的結(jié)構(gòu)和布置的細(xì)節(jié)。本發(fā)明可以是其他實施例和以多種方式實踐或執(zhí)行。此外，應(yīng)當(dāng)理解在此使用的措辭和專業(yè)詞匯是用于描述，不應(yīng)該被認(rèn)為是限制。
在此"including"、 "comprising"或"having"及其變化的使用，意味著包含此后列出的項目及其等效項以及附加項。除非另外規(guī)定或限制，措詞"安裝"、"連接"、"支撐"和"耦合"及其演變被廣泛地使用，并包含直接和間接安裝、連接、支撐和耦合。此外，"連接"和"耦合"不局限于物理或機(jī)械連接或耦合。
盡管在此可以用方向參考，如上、下、向下、向上、向后、底部、前面、后部等等描述附圖，但是為了方便起見，相對于繪圖(通常視察)進(jìn)行這些參考。這些方向不準(zhǔn)備以任何形式字面上使用或限制本發(fā)明。此外，為了描述在此使用措詞如"第一"、"第二"和"第三"，并不準(zhǔn)備表示或暗示相對重要性或顯著性。
此外，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的實施例包括硬件、軟件和電子元件或模塊，為了論述，可以被圖示和描述這些硬件、軟件和電子元件或模塊，好像僅僅用硬件執(zhí)行大多數(shù)元件一樣。但是，所屬領(lǐng)域的一項通常技能和基于該具體實施方式
的閱讀，將認(rèn)識到，在至少一個實施例中，本發(fā)明的基于電子設(shè)備的方面可以用軟件來實現(xiàn)。因而，應(yīng)當(dāng)注意，基于多個硬件和軟件的裝置，以及不同的結(jié)構(gòu)元件，可以用來實現(xiàn)本發(fā)明。此外，如隨后的段落所述，附圖中所示的特定的機(jī)械布局是用來例示本發(fā)明的實施例，以及其它可選擇性機(jī)械布局是可能的。圖1圖示了可以為患者14提供輻射療法的輻射療法處理系統(tǒng)10。 該輻射療法處理可以包括基于光子的輻射療法、近距療法、電子束療 法、質(zhì)子、中子或微粒療法或其他類型的治療療法。輻射療法處理系
統(tǒng)10包括機(jī)架18。機(jī)架18可以支撐輻射模塊22，可以包括可用來產(chǎn) 生輻射電子束30的輻射源24和線性加速器26。盡管附圖中所示的機(jī) 架18是環(huán)狀機(jī)架，即，它貫穿全部360?；?，以產(chǎn)生完全的環(huán)或圓圈， 但是也可以采用其他類型的安裝布置。例如，可以使用C型、部分環(huán) 狀機(jī)架或機(jī)器臂。相對于患者14，能將輻射線模塊22定位在各個旋轉(zhuǎn) 和/或軸向位置的任意其他構(gòu)架也可以被采用。此外，輻射源24可以在 不跟隨機(jī)架18的形狀的路徑中行進(jìn)。例如，輻射源24可以在非圓形 路徑中行進(jìn)，盡管所示的機(jī)架18通常是圓形的。
輻射模塊22也可以包括一個可操作來改進(jìn)或調(diào)制輻射束30的調(diào) 制裝置34。調(diào)制裝置34提供輻射束30的調(diào)制，并引導(dǎo)輻射束30朝著 患者14的方向。具體地說，輻射束34朝向患者部分引導(dǎo)。 一般說來， 該部分可以包括整個身體，但是通常小于整個身體體，可以通過二維 面積和/或三維體積限定。希望接收輻射的部分可以被稱為目標(biāo)38或目 標(biāo)區(qū)，是所關(guān)心區(qū)域的例子。所關(guān)心區(qū)域的另一類型是危險區(qū)。如果 一部分包括危險區(qū)，那么輻射束優(yōu)選從危險區(qū)轉(zhuǎn)移?；颊?4可以具有 不止一個需要接收輻射療法的目標(biāo)區(qū)。這種調(diào)制有時稱為強(qiáng)度調(diào)制的 輻射治療("IMRT，，)。
調(diào)制裝置34可以包括如圖2所示的校準(zhǔn)裝置42。校準(zhǔn)裝置42包 括限定并調(diào)整孔徑50的尺寸的一組鉗夾46，輻射束30可以通過該孔 徑50。鉗夾46包括上鉗夾54和下鉗夾58。上鉗夾54和下鉗夾58可 移動，以調(diào)整孔徑50的尺寸。
在一個實施例中，圖2所示，調(diào)制裝置34可以包括多葉準(zhǔn)直儀 62，包括可操作從一個位置移動到另一個位置的多個交錯葉片66,以 提供強(qiáng)度調(diào)制。注意，葉片66可以被移到最小和最大開啟位置之間的任意位置。在輻射束30到達(dá)患者14上的目標(biāo)38之前，多個交錯葉片 66調(diào)制輻射束30的強(qiáng)度、尺寸和形狀。每個葉片66被致動器70獨立 地控制，如電機(jī)或空氣閥，以便葉片66可以迅速地開啟和關(guān)閉，允許 或阻擋輻射線通過。致動器70可以被計算機(jī)74和/或控制器控制。
輻射療法處理系統(tǒng)10也可以包括探測器78，例如，千伏或兆伏 探測器，可用來接收輻射束30。線性加速器26和探測器78也可以被 操作為計算計算機(jī)體層成像(CT)系統(tǒng)，以產(chǎn)生患者14的CT影像。 線性加速器26朝著患者14中的目標(biāo)38的方向發(fā)射輻射束30。目標(biāo) 38吸收一些輻射線。探測器78探測或測量目標(biāo)38吸收的輻射量。當(dāng) 線性加速器26圍繞旋轉(zhuǎn)并朝著患者14的方向發(fā)射輻射線時，探測器 78從不同的角度收集該吸收數(shù)據(jù)。收集的吸收數(shù)據(jù)被傳輸?shù)接嬎銠C(jī)， 以處理該吸收數(shù)據(jù)和產(chǎn)生患者的身體組織和器官的影像。該影像也可 以圖示骨骼、軟組織和血管。
利用具有扇形幾何形狀、多切片幾何形狀或錐形-電子束幾何形狀 的輻射束30可以獲得CT影像。此外，可以利用線性加速器26獲得 CT影像，提供兆伏能量或千伏能量。注意，獲得的CT影像可以與先 前獲得的CT影像套準(zhǔn)(從輻射療法處理系統(tǒng)10或其他影像獲取裝置， 如其他CT掃描器、MRI系統(tǒng)和PET系統(tǒng))套準(zhǔn)。例如，先前獲得的 用于患者M(jìn)的CT影像可以包括通過造型處理產(chǎn)生的識別目標(biāo)38。最 新獲得的用于患者14的CT影像可以與先前獲得的CT影像套準(zhǔn)，以 幫助識別新CT影像中的目標(biāo)38。該套準(zhǔn)處理可以使用剛性的或可形 變的套準(zhǔn)工具。
在某些實施例中，輻射療法處理系統(tǒng)IO可以包括X射線源和CT 影像探測器。X射線源和CT影像探測器以類似于如上所述的線性加速 器26和探測器78的方式工作，以獲得影像數(shù)據(jù)。影像數(shù)據(jù)被傳輸?shù)?它被處理的計算機(jī)74，以產(chǎn)生患者的身體組織和器官的影像。輻射療法處理系統(tǒng)10也可以包括患者支撐件，如床82 (圖1所
示)，支撐患者14。床82在x、 y或z方向上沿至少一個軸84移動。 在本發(fā)明的其他實施例中，患者支撐件可以是用于支撐患者身體的任 意部分的裝置?；颊咧渭?2不局限于必須支撐整個患者的身體。系 統(tǒng)10也可以包括可操作來操縱床82的位置的驅(qū)動系統(tǒng)86。驅(qū)動系統(tǒng) 86可以被計算機(jī)74控制。
計算機(jī)74，圖2和3所示，包括用于執(zhí)行各種軟件程序和/或通信 應(yīng)用程序的操作系統(tǒng)。具體，計算機(jī)74可以包括操作來與輻射療法處 理系統(tǒng)10通信的軟件程序卯。軟件程序90可被操作來從外部軟件程 序和硬件接收數(shù)據(jù)，以及注意到那些數(shù)據(jù)可以被輸入到軟件程序90。
計算機(jī)74可以包括用于由醫(yī)務(wù)人員訪問的任意適合的輸入/輸出 裝置。計算機(jī)74可以包括典型的硬件如處理器、1/0接口和存儲裝置 或存儲器。計算機(jī)74也可以包括輸入裝置如鍵盤和鼠標(biāo)。計算機(jī)74 還可以包括標(biāo)準(zhǔn)輸出裝置如監(jiān)視器。此外，計算機(jī)74可以包括外設(shè)， 如打印機(jī)和掃描器。
計算機(jī)74可以與其他計算機(jī)74和輻射療法處理系統(tǒng)10組成網(wǎng) 絡(luò)。其他計算機(jī)74可以包括附加和/或不同的計算機(jī)程序和軟件，以及 不需要與在此描述的計算機(jī)74相同。計算機(jī)74和輻射療法處理系統(tǒng) 10可以與網(wǎng)絡(luò)94通信。計算機(jī)74和輻射療法處理系統(tǒng)10也可以與數(shù) 據(jù)庫98和服務(wù)器102通信。注意到，軟件程序卯也可以駐留在服務(wù) 器102上。
網(wǎng)絡(luò)94可以根據(jù)任意網(wǎng)絡(luò)技術(shù)或拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或這些技術(shù)和拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)的組合來建立，以及可以包括多個子網(wǎng)絡(luò)。圖3所示的計算機(jī)和系 統(tǒng)之間的連接可以通過局域網(wǎng)("LAN")、廣域網(wǎng)("WAN")、公用 交換電話網(wǎng)("PSTN")、無線網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)部網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)或任意其他適合 的網(wǎng)絡(luò)制成。在醫(yī)院或醫(yī)療護(hù)理機(jī)構(gòu)中，圖3所示的計算機(jī)和系統(tǒng)之間的通信可以通過健康第七層("HL7")協(xié)議或具有任意方案的其他協(xié)
議和/或其他需要的協(xié)議進(jìn)行。HL7是規(guī)定來自不同供應(yīng)商的計算機(jī)應(yīng) 用之間的接口實施(發(fā)送器和接收器)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，用于保健環(huán)境中 的電子數(shù)據(jù)交換。HL7可以允許保健機(jī)構(gòu)從不同的應(yīng)用系統(tǒng)交換數(shù)據(jù) 的關(guān)鍵設(shè)置。具體地說，HL7可以定義被交換的數(shù)據(jù)、交換的時間以 及與應(yīng)用程序的通信誤差。該格式通常本質(zhì)上是普通的，以及可以被 配置滿足涉及的應(yīng)用程序的需要。
圖3所示的計算機(jī)和系統(tǒng)之間的通信也可以通過具有任意方案和/ 或其他需要的協(xié)議的醫(yī)學(xué)中的數(shù)字影像和通信("DICOM")協(xié)議發(fā)生。 DICOM是由NEMA開發(fā)的國際通信標(biāo)準(zhǔn)，定義用來傳送不同的醫(yī)療設(shè) 備塊之間的醫(yī)學(xué)影像相關(guān)數(shù)據(jù)的格式。DICOMRT指規(guī)定輻射療法數(shù)據(jù) 的標(biāo)準(zhǔn)。
圖3中的雙向箭頭通常表示圖3所示的網(wǎng)絡(luò)94和計算機(jī)74和系 統(tǒng)IO的任意一個之間的雙向通信和信息傳輸，但是，對于某些醫(yī)學(xué)和 計算機(jī)化的設(shè)備，僅僅單向通信和信息傳輸可能是必需的。
軟件程序卯包括圖4所示的互相通信的多個模塊，以執(zhí)行輻射療法 治療處理的功能。各個模塊互相通信，以產(chǎn)生兩個影像的形變圖和響 應(yīng)于一個影像的各種改進(jìn)，改進(jìn)該形變圖。通常，在開始治療實施之 前發(fā)生形變處理。注意到，并不是下面論述的所有模塊都需要通信和 進(jìn)行上述的各種功能。
軟件程序90包括基于醫(yī)務(wù)人員輸入到系統(tǒng)10的數(shù)據(jù)而生成患者 14的治療計劃方案的治療計劃方案模塊106。該數(shù)據(jù)包括患者14的至 少一部分的一個或多個影像(例如，規(guī)劃影像和/或預(yù)處理影像)。治 療計劃方案模塊106將該治療分為多個片段并決定每個片段的輻射劑 量，或基于醫(yī)務(wù)人員輸入的處方的治療。治療計劃方案模塊106也基 于目標(biāo)38周圍繪制的各個輪廓，決定用于目標(biāo)38的輻射劑量。在相同的治療計劃方案中，可以存在和包括多個目標(biāo)38。
軟件程序90也包括可操作來獲取患者至少一部分圖像的圖像模塊 110。。在治療計劃的實施之前，影像模塊110可以指示板上成像裝置 如CT成像裝置獲得治療開始之前患者14的一個或多個預(yù)處理影像。其 他離線成像裝置或系統(tǒng)可以用來獲得患者14的預(yù)處理影像，如非定量 的CT、 MRI、 PET、 SPECT、超聲波、透射成像、熒光透視法、基于 RF-的局部化等。獲得的預(yù)處理影像可以用于患者14的套準(zhǔn)和/或產(chǎn)生形 變圖，以識別一個或多個設(shè)計影像和一個或多個預(yù)處理影像之間的差 異。
軟件程序90還可以包括可操作來接收數(shù)據(jù)，如來自影像模塊IIO 和治療計劃模塊106和來自治療計劃模塊106的其他病人和系統(tǒng)數(shù)據(jù)， 以產(chǎn)生該影像的形變圖。形變模塊114可以使用形變技術(shù)，決定所有已 的治療的輻射劑量的累積。
形變圖可以用來結(jié)合多個影像，用于劑量計算。例如，形變圖可 以結(jié)合用于劑量計算的設(shè)計影像，和具有定性值但是較少直接用于劑 量計算的在線影像。然后這些關(guān)系可以用來"重繪制"更多定量影像到在 線的定性形狀或較少的定量影像。對于劑量計算，所得的重繪制影像 將比設(shè)計影像或在線影像更合適，或定量應(yīng)用，因為它將具有第一影 像的定量優(yōu)點，但是具有包含在第二影像中的更新解剖信息。這些方 法在各種情況中是有用的，如第一影像(例如，設(shè)計影像)是CT影像 的情況和第二影像缺乏定量影像值(例如，MRI、 PET、 SPECT、超聲 波或非定量CT等影像)的情況。形變圖也可以結(jié)合參考影像如3D影像 (例如，設(shè)計影像或預(yù)處理影像)和基于時間序列的影像如4DCT影像， 以決定實施給患者14的輻射劑量。
形變模塊114可以糾正幾何失真、瑕疵和/或不完全代替或除定量 限制之外。例如，當(dāng)前MRI影像很好的表示解剖，但是包括可能被重繪制不被扭曲的CT影像的幾何畸變?；?，可以使用多個影像同時糾正形 變，同時表示解剖變化。
該形變圖可用于計算設(shè)計影像之后獲得的患者影像的輻射劑量。 累加用于多個實施片段的劑量也是有用的?；谖锢砜臻g中的劑量位 置，可以增加該劑量，但是另一方法是將形變方法引入該處理中，以 便基于接收劑量的結(jié)構(gòu)增加該劑量，即使該結(jié)構(gòu)具有變化的位置。形 變模塊114可以計算患者14從先前實施的片段接收的劑量。
為了限定圍繞目標(biāo)38的輪廓，可以產(chǎn)生形變圖。軟件程序90可以 包括可操作來在影像上產(chǎn)生一個或多個輪廓的輪廓模塊118。通常，醫(yī) 務(wù)人員在設(shè)計影像上人工地限定圍繞目標(biāo)38的輪廓。該處理是費時的。 最新獲得的影像(例如，預(yù)處理影像)不具有該限定輪廓?；诎?該輪廓的老影像，在新影像上產(chǎn)生輪廓是合符需要的。通過將該輪廓 從老影像轉(zhuǎn)移到新影像上，形變圖可用于幫助繪制輪廓處理，以及可 以節(jié)約醫(yī)務(wù)人員的時間，同時提供質(zhì)量保證的測量。
對于新影像(例如，預(yù)處理影像)，該輪廓可以自動地或半自動 地產(chǎn)生。圖5-10圖示了使用形變圖從設(shè)計影像到新獲得影像上應(yīng)用輪 廓。該處理從具有初始輪廓組的設(shè)計或其他基本患者影像開始。圖5圖 示了具有圍繞前列腺的輪廓122和圍繞患者直腸的輪廓126的設(shè)計 KVCT。當(dāng)執(zhí)行質(zhì)量保證或自適應(yīng)療法時，共同具有新影像，然而該新 影像的輪廓不可用。與其需要操作員人工地繪制該影像輪廓，執(zhí)行可 形變影像套準(zhǔn)可能是更快和更一致的，然后使用該形變結(jié)果，作為用 于改進(jìn)該初始輪廓組的基礎(chǔ)，以反映新患者解剖。圖6圖示了圖5所示 的相同患者的預(yù)處理影像。為了使用可形變套準(zhǔn)自動地估計產(chǎn)生的輪 廓，該影像包括圍繞患者的前列腺人工地繪制的輪廓130和圍繞患者的 直腸人工地繪制的輪廓134。圖7圖示了源于圖5中的影像和圖6中的影 像之間的可形變套準(zhǔn)的位移矢量。圖8圖示了圍繞前列腺自動地產(chǎn)生的 輪廓13S和圍繞直腸自動地產(chǎn)生的輪廓142，為了比較，還示出了人工地繪制的輪廓130和134。關(guān)注影像的直腸部分，如果人工地繪制的輪 廓134被用作可形變套準(zhǔn)的約束，那么在圖9和10中圖示了圖5中的影像 和圖6中的影像之間的所得的可形變套準(zhǔn)。圍繞前列腺最新增加的輪廓 146 (虛線)緊密地類似于人工繪制的輪廓130。類似地，圍繞直腸的 新增加輪廓150 (虛線)更緊密地類似于人工繪制的輪廓134。眾所周 知，在將初始輪廓的原理應(yīng)用到后續(xù)輪廓的產(chǎn)生中，人工輪廓可能不 能被復(fù)制，而自動地產(chǎn)生的輪廓更可能一致。
基于模板繪制輪廓算法的類似族已被研制，以產(chǎn)生最新可用影像 的輪廓，基于先前可用的影像和輪廓組。這些基于模板的算法可以基 于先前的患者影像和輪廓繪制新患者影像輪廓，或很可能基于規(guī)范的 或圖集患者影像和輪廓。自適應(yīng)療法可以執(zhí)行這些操作作為在日常影 像中累加劑量的方法，每個影像具有自動的日常輪廓。本發(fā)明的一個 方面應(yīng)用將基于形變的輪廓繪制或基于模板的輪廓繪制應(yīng)用于輻射療 法質(zhì)量保證和自適應(yīng)療法。在這方面，本發(fā)明將這些技術(shù)應(yīng)用于影像 引導(dǎo)輻射療法過程中產(chǎn)生的特別健康影像數(shù)據(jù)和影像類型。具體地說， 這包括其中可能僅僅一個影像存在輪廓組的相同患者的多個影像形變 和基于模板的繪制輪廓。患者的這些多個影像可能起因于在線或室內(nèi) 患者成像系統(tǒng)的使用，具有很可能在不同的時間拍攝的影像，或這些 影像可以從"4D"成像系統(tǒng)如CT掃描器取得，其中每個影像表示運動的 階段，如呼吸階段。還應(yīng)當(dāng)注意，在線或室內(nèi)成像系統(tǒng)可能是與參考 影像相同、類似或不同的形態(tài)。例如，該參考影像可能是CT影像，而 在線影像可能是CT影像、圓錐形電子束CT影像、兆伏CT影像、MRI 影像、超聲波影像或由不同的系統(tǒng)或裝置產(chǎn)生的影像。通過將這些輪 廓繪制技術(shù)應(yīng)用于質(zhì)量保證和自適應(yīng)療法，可以從影像的輪廓繪制節(jié) 省大量時間，以及該方法也可以提高交叉相同患者的多個影像(在不 同時間拍攝或表示不同的階段)的輪廓一致性。
該處理的另一益處是產(chǎn)生的輪廓提供形變處理的驗證。如果產(chǎn)生 的輪廓近似反映將人工地繪制的輪廓，那么它很好的表示該形變處理變不適當(dāng)，但它還提供醫(yī)務(wù)人員驗證人工輪廓的機(jī)會，以檢查錯誤或 不一致性。本發(fā)明的另一方面是基于形變的輪廓可以被用作用于自適 應(yīng)處理的輪廓草圖，并被人工編輯來反映在線影像的希望輪廓。當(dāng)執(zhí) 行這些操作時，那么該形變處理可以重新運行，約束形變圖匹配初始 輪廓到人工編輯的自動輪廓，這些通過影像的余量幫助直接一致的結(jié) 果。
盡管在將一個影像套準(zhǔn)到另一影像的環(huán)境中描述了上面的形變處 理，但是也可以可形變地將一組兩個或更多影像與另一組一個或多個
影像套準(zhǔn)。例如，如果有兩對影像，每一對包括MRI和CT影像，那么 在MRI具有更多信息的區(qū)域中該形變圖可以將兩個MRI影像套準(zhǔn)在一 起，以及將CT影像套準(zhǔn)在一起，該CT具有更多信息。然后這些形變可 以被結(jié)合?；蛴跋裰g的形變圖可以結(jié)合使用，例如使用CT形變圖校 正MR影像中的幾何形變、瑕疵和/或不足和形變，然后使用MRI形變圖 糾正形變、瑕疵和/或不足，用于軟組織運動的更好分析， 一般來說， 該處理允許通過形變來改進(jìn)影像，由于可以更好理解差影像，因此被 提高，通過應(yīng)用形變技術(shù)，表示如解剖尺寸、形狀和內(nèi)容的信息。該 信息可以被引入影像重構(gòu)、改進(jìn)或增強(qiáng)處理。
軟件程序90也包括可操作以指示輻射療法處理系統(tǒng)10根據(jù)治療計 劃實施輻射療法到患者14的治療實施模塊154。治療實施模塊154可以 產(chǎn)生并發(fā)送指令到機(jī)架、線性加速器26、調(diào)制裝置34和床驅(qū)動系統(tǒng)86， 以實施輻射線到患者14。該調(diào)整機(jī)架18、調(diào)制裝置34和床驅(qū)動系統(tǒng)86 的必要移動，以按照治療計劃中的規(guī)定實施正確數(shù)量的輻射束30到正 確目標(biāo)。
治療實施模塊154也計算將被實施的輻射束30的合適圖形、位置和 強(qiáng)度，以按治療計劃的規(guī)定匹配處方，。輻射束30的圖形由調(diào)制裝置 34產(chǎn)生，更具體地說通過多葉準(zhǔn)直儀中的多個葉的移動。治療實施模塊154可以利用規(guī)范的、預(yù)定的或模板葉圖形，以基于治療參數(shù)，產(chǎn)生
用于輻射束30合適圖形。治療實施模塊154也可以包括用于典型情況的 圖形程序庫，該程序庫可以被訪問，其中比較患者當(dāng)前的數(shù)據(jù)，以決 定用于輻射束30的圖形。
圖ll圖示了在形變圖上放置約束的方法流程圖。醫(yī)務(wù)人員開始采 集(在200)患者14的至少一部分的一個或多個影像(例如，設(shè)計影像)。 接下來，醫(yī)務(wù)人員使用一個或多個輪廓或其他識別工具，識別或限定 (在204)患者14的一個或多個影像中的一個或多個結(jié)構(gòu)。該限定結(jié)構(gòu) 典型地是一個或多個影像中的目標(biāo)38。醫(yī)務(wù)人員開始利用形變模塊U4 產(chǎn)生(在20S)兩個或更多先前獲得的影像之間的形變圖，以將該限定 結(jié)構(gòu)一個影像結(jié)合到其他影像上，以產(chǎn)生基于形變的限定結(jié)構(gòu)。醫(yī)務(wù) 人員可以改進(jìn)(在212)該基于形變的限定結(jié)構(gòu)并使形變模塊114在該 改進(jìn)形變限定結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上開始(在216)更新該形變圖。圖12圖示了在 形變圖上放置約束的方法流程圖。醫(yī)務(wù)人員開始采集(在250)患者14 的至少一部分的一個或多個影像(例如，設(shè)計影像)。接下來，醫(yī)務(wù) 人員使用一個或多個輪廓或其他識別工具，識別或限定(在254)患者 14的一個或多個影像中的一個或多個結(jié)構(gòu)。該限定結(jié)構(gòu)典型地是一個 或多個影像中的目標(biāo)38。醫(yī)務(wù)人員開始利用形變模塊114產(chǎn)生(在25S) 兩個或更多先前獲得的影像之間的形變圖，以將該限定結(jié)構(gòu)從一個影 像結(jié)合到其他影像上，以產(chǎn)生基于形變的限定結(jié)構(gòu)。醫(yī)務(wù)人員可以改 進(jìn)(在262)該基于形變的限定結(jié)構(gòu)，并基于該改進(jìn)的形變限定結(jié)構(gòu)， 使形變模塊114開始在該更新的形變圖的基礎(chǔ)上(在266)更新該形變 圖。，輪廓模塊118在一個影像上產(chǎn)生輪廓(在270)。
圖13圖示了在形變圖上放置約束的方法流程圖。醫(yī)務(wù)人員開始采 集(在300)患者14的至少一部分的一個或多個影像(例如，設(shè)計影像)。 接下來，醫(yī)務(wù)人員使用第一輪廓組或其他識別工具，識別或限定(在 304)患者14的一個或多個影像中的一個或多個結(jié)構(gòu)。該限定結(jié)構(gòu)典型 地是一個或多個影像中的目標(biāo)38。接下來，醫(yī)務(wù)人員使用第二輪廓組或其他識別工具，識別或限定(在30S)或進(jìn)一步限定患者14的一個或 多個影像中的一個或多個結(jié)構(gòu)。醫(yī)務(wù)人員開始(在312)產(chǎn)生第一輪廓 組和第二輪廓組之間的形變圖，以識別輪廓組之間的差異。
在以下的權(quán)利要求中闡述了本發(fā)明的各種特點和優(yōu)點。
權(quán)利要求
1.一種在形變圖上放置約束的方法，該方法包括產(chǎn)生兩個影像之間的形變圖；識別所述影像的一個中的限定結(jié)構(gòu)；應(yīng)用該形變圖以將該限定結(jié)構(gòu)從所述一個影像結(jié)合到其他影像上，從而產(chǎn)生基于形變的限定結(jié)構(gòu)；改進(jìn)該基于形變的限定結(jié)構(gòu)；以及響應(yīng)于改進(jìn)該基于形變的限定結(jié)構(gòu)的步驟，更新該形變圖。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中人工地執(zhí)行改進(jìn)該基于形變的 限定結(jié)構(gòu)。
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中在輻射療法治療計劃的計劃和 實施期間，執(zhí)行在形變圖上放置約束的方法。
4. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中該影像是患者的至少一部分的 計算機(jī)產(chǎn)生的影像，該計算機(jī)產(chǎn)生的影像使用醫(yī)學(xué)成像裝置獲得。
5. 如權(quán)利要求l所述的方法，廓。
6. 如權(quán)利要求l所述的方法， 量累積。
7. 如權(quán)利要求l所述的方法， 像中的一個影像的動作。
8. 如權(quán)利要求l所述的方法， 影像中的一個，產(chǎn)生新影像。還包括基于該更新的形變圖產(chǎn)生輪還包括基于該形變圖決定患者的劑還包括基于該形變圖重構(gòu)圖所述影還包括通過將該形變圖應(yīng)用于所述
9. 如權(quán)利要求l所述的方法，還包括，結(jié)合兩個影像和該形變圖， 以產(chǎn)生新影像。
10. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中該影像由不同的影像形態(tài)產(chǎn)生。
11. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中該影像基于時間序列組量。
12. —種在形變圖上放置約束的方法，該方法包括 產(chǎn)生兩個影像之間的形變圖； 識別所述影像的一個中的限定結(jié)構(gòu)；應(yīng)用該形變圖以將限定結(jié)構(gòu)從所述一個影像結(jié)合到其他影像上， 以產(chǎn)生基于形變的限定結(jié)構(gòu)；改進(jìn)該基于形變的限定結(jié)構(gòu)；響應(yīng)于改進(jìn)該基于形變的限定結(jié)構(gòu)的步驟，更新該形變圖；以及 基于該更新的形變圖，產(chǎn)生輪廓。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中人工地執(zhí)行改進(jìn)該基于形變 的限定結(jié)構(gòu)。
14. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中在輻射療法治療計劃的計劃 和實施期間，執(zhí)行在形變圖上放置約束的方法。
15. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中該影像是患者的至少一部分 的計算機(jī)產(chǎn)生的影像，該計算機(jī)產(chǎn)生的影像使用醫(yī)學(xué)成像裝置獲得。
16. 如權(quán)利要求12所述的方法，還包括基于該形變圖決定患者的
17. 如權(quán)利要求12所述的方法，還包括基于該形變圖重構(gòu)圖所述 影像中的一個。
18. 如權(quán)利要求12所述的方法，還包括通過將該形變圖應(yīng)用于所 述影像的一個，產(chǎn)生新影像。
19. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中該影像由不同的影像形態(tài)產(chǎn)生。
20. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中該影像基于時間序列組量。
21. —種在形變圖上放置約束的方法，該方法包括-產(chǎn)生第一輪廓組；產(chǎn)生第二輪廓組；以及產(chǎn)生所述第一輪廓組和所述第二輪廓組之間的形變圖。
22. 如權(quán)利要求21所述的方法，其中該第一輪廓組和第二輪廓組 兩者之一包括影像。
23. 如權(quán)利要求22所述的方法，其中該影像是患者的至少一部分 的計算機(jī)產(chǎn)生的影像，該計算機(jī)產(chǎn)生的影像使用醫(yī)學(xué)成像裝置獲得。
24. 如權(quán)利要求22所述的方法，還包括通過將該形變圖應(yīng)用于所 述影像中的一個，產(chǎn)生新影像。
25. 如權(quán)利要求22所述的方法，其中該影像由不同的成像系統(tǒng)產(chǎn)生。
26. 如權(quán)利要求22所述的方法，其中該影像基于時間序列組量。
27. 如權(quán)利要求21所述的方法，其中在輻射療法治療計劃的計劃 和實施期間，執(zhí)行在形變圖上放置約束的方法。
28. 如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述第一輪廓組限定所關(guān)心 的第一區(qū)域以及其中所述第二輪廓組限定所關(guān)心的第二區(qū)域，以及還 包括應(yīng)用該形變圖以將所關(guān)心的第一區(qū)域結(jié)合到所關(guān)心的第二區(qū)域 上，從而產(chǎn)生基于形變的限定的所關(guān)心區(qū)域。
29. 如權(quán)利要求28所述的方法，還包括改進(jìn)該基于形變的限定的 所關(guān)心區(qū)域。
30. —種在形變圖上放置約束的方法，該方法包括 使用第一成像系統(tǒng)獲得第一影像；使用不同于第一成像系統(tǒng)的第二成像系統(tǒng)獲得第二影像；以及 產(chǎn)生第一影像和第二影像之間的形變圖，以糾正第二影像中的扭 曲、殘缺和不足其中之一。
31. 如權(quán)利要求30所述的方法，還包括 識別第 一 影像中的限定結(jié)構(gòu)；應(yīng)用該形變圖以將限定結(jié)構(gòu)從第一影像結(jié)合到第二影像上，從而 產(chǎn)生基于形變的限定結(jié)構(gòu)；改進(jìn)該基于形變的限定結(jié)構(gòu)；以及響應(yīng)于改進(jìn)該基于形變的限定結(jié)構(gòu)的步驟，更新該形變圖。
全文摘要
一種在形變圖上放置約束的系統(tǒng)和方法(圖12)，該方法包括以下動作，產(chǎn)生兩個影像之間的形變圖(258)，識別一個影像中的限定結(jié)構(gòu)(254)，應(yīng)用該形變圖將限定結(jié)構(gòu)從一個影像結(jié)合到其他影像上，以產(chǎn)生一個基于形變的限定結(jié)構(gòu)，改進(jìn)該基于形變的限定結(jié)構(gòu)(262)，以及響應(yīng)于改進(jìn)該基于形變的限定結(jié)構(gòu)的步驟，更新該形變圖(266)。
文檔編號G06K9/00GK101529442SQ200680035012
公開日2009年9月9日 申請日期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, 古斯塔沃·H·奧利弗拉, 肯尼斯·J·盧卡拉, 艾里克·斯楚納爾 申請人:斷層放療公司