專利名稱：利用劑量體積直方圖生成輪廓結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)和方法
利用劑量體積直方圖生成輪廓結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)和方法
相關(guān)申請
本申請要求2005年7月22日提交的、名為"SYSTEM ANDMETHOD FOR FEEDBACK GUIDED QUALITY ASSURANCE ANDADAPTATIONS TO RADIATION THERAPY TREATMENT"的美國臨時專利申請No. 60/701， 580的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過引用而包含于此。
背景技術(shù)：
在過去的幾十年里，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JPET)的改進(jìn)結(jié)合進(jìn)了放療實(shí)踐中。這些改進(jìn)導(dǎo)致了圖像引導(dǎo)放射療法("IGRT")的發(fā)展。IGRT是利用患者內(nèi)部解剖的剖面影像更好地把放射劑量對準(zhǔn)腫瘤同時減少對健康器官的放射暴露的放射療法。用調(diào)強(qiáng)放射療法(IMRT)來控制實(shí)施到腫瘤的放射劑量，該調(diào)強(qiáng)放射療法(IMRT)包括改變放射束的尺寸、形狀以及強(qiáng)度以便適應(yīng)患者腫瘤的尺寸、形狀和位置。IGRT和IMRT導(dǎo)致對腫瘤的控制得到了改善，同時還降低了放射腫瘤周圍的健康組織所導(dǎo)致的嚴(yán)重副作用的可能性。
IMRT正在成為多個國家的治療標(biāo)準(zhǔn)。然而，在很多情況下，由于時間、資源和帳單的限制，并不用IMRT來治療患者?？梢允褂没颊叩拿咳請D像來確保IMRT計(jì)劃生成的高梯度位于患者治療的正確位置上。而且，這些圖像可以根據(jù)需要提供在線或離線調(diào)整計(jì)劃所需的信息。
在放射療法領(lǐng)域中，公知地，在患者治療過程中可能出現(xiàn)很多不確定和變化的源。這些源的有些表示隨機(jī)誤差，諸如每天患者擺位位置的微小差異。其它源可歸結(jié)于如果在治療期間患者的腫瘤退化或患 者體重下降可能發(fā)生的生理變化。第三種可能的類型與動作有關(guān)。動 作可能與其它類型的任一種疊加，因?yàn)橛行﹦幼骺赡苁歉与S機(jī)并不
可預(yù)測的，諸如患者咳嗽或放屁，而有時其它動作可以是比較有規(guī)律 的，諸如呼吸動作。

發(fā)明內(nèi)容
在放射療法中，不確定的因素會影響患者的治療質(zhì)量。例如，當(dāng) 向耙區(qū)實(shí)施治療劑量時，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程是也治療靶周圍的高劑量"邊緣" 區(qū)域。這有助于確保靶即使在治療過程期間或單次照射治療期間改變 其位置也能收到所需劑量。靶的位置越不確切，則通常就需要使用越 大的邊緣。
自適應(yīng)放射療法通常指的是下述原理，S卩，在放射療法治療的過 程中使用反饋來改進(jìn)將來治療。在離線自適應(yīng)療法過程和在線自適應(yīng) 療法過程中，可以使用反饋。在患者沒有接受治療時，諸如在多次放 射治療之間，發(fā)生離線自適應(yīng)療法過程。在該療法的一個版本中，在 每次照射治療期間，在每次照射治療之前或之后獲取患者的新CT圖 像。在從前幾次放射治療獲取圖像之后，對這些圖像進(jìn)行評估從而確 定耙結(jié)構(gòu)的多日位置的有效包絡(luò)。接著，可以制訂新的計(jì)劃以便更好 地反映靶結(jié)構(gòu)的運(yùn)動范圍，而不是利用運(yùn)動的規(guī)范假設(shè)。離線自適應(yīng) 療法的更復(fù)雜版本是在每次照射治療之后重新計(jì)算實(shí)施劑量并累計(jì) 這些劑量，在該累計(jì)期間可以利用變形技術(shù)以便考慮到內(nèi)部運(yùn)動。之 后可以比較累計(jì)劑量和計(jì)劃劑量，以及如果發(fā)現(xiàn)差異，則可以修改后 續(xù)次的放射治療以便考慮到這些變化。
通?；颊咴谥委熓抑袝r發(fā)生在線自適應(yīng)療法處理，可能而不是必 須在治療實(shí)施期間發(fā)生。例如，有些放射療法治療系統(tǒng)設(shè)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)來驗(yàn)證或調(diào) 整患者的擺位以進(jìn)行治療實(shí)施。成像系統(tǒng)還可以用來在實(shí)際的治療實(shí)
9施期間對治療進(jìn)行調(diào)整。例如，成像系統(tǒng)可以與治療共同使用，以便 修改治療實(shí)施來反映患者解剖結(jié)構(gòu)的變化。
本發(fā)明的一個方面是公開自適應(yīng)療法技術(shù)應(yīng)用的新時機(jī)，另外方 面是提供用于自適應(yīng)療法的新方法。具體而言，通常自適應(yīng)療法集中 在用于修改患者治療的反饋上，但是本發(fā)明集中在質(zhì)量保證情況下所 用的自適應(yīng)療法處理上。在系統(tǒng)級驗(yàn)證的情況下，這尤為正確。
例如，可以用檢測器來收集表示有多少治療束穿過患者的信息，
據(jù)此可以確定治療輸出的大小以及用于實(shí)施的任何放射樣式(radiation pattern)。該實(shí)施驗(yàn)證過程的好處是使操作者能夠檢測機(jī)器實(shí)施中的錯 誤，諸如不正確的葉片樣式或機(jī)器輸出。
然而，檢査機(jī)器是否正確運(yùn)行本身并不能保證治療計(jì)劃的正確實(shí) 施，因?yàn)檫€需要檢查用來對機(jī)器進(jìn)行編程的外部輸入是否有效且一致。 因此，本發(fā)明的一個方面包括用于整個治療過程的改進(jìn)質(zhì)量保證的自 適應(yīng)類型反饋環(huán)的更廣義概念。在這方面，本發(fā)明包括下列步驟定 位要治療的患者，使用用于圖像引導(dǎo)的方法來確定患者的位置，基于 圖像引導(dǎo)按照治療需要重定位患者，以及開始治療。隨后，在治療期 間或之后，重新計(jì)算患者的劑量并結(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)以便分析實(shí)施沒 有按計(jì)劃執(zhí)行的程度，檢查在新可用數(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根據(jù)患者或?qū)嵤┑淖兓硎局委?的變化，而是用來檢査最初實(shí)施本身。
作為例子，除非諸如通過施加不正確的密度校準(zhǔn)而使得用戶計(jì)劃 的圖像變得被破壞，可以為患者制訂治療計(jì)劃。在這種情況下，治療 計(jì)劃將基于不正確的信息，可能向患者實(shí)施不正確的劑量。然而，很 多質(zhì)量保證技術(shù)不會檢測到該錯誤，因?yàn)樗鼈凃?yàn)證機(jī)器是否按指令運(yùn) 行，而不檢查給機(jī)器的指令是否基于正確的輸入信息。同樣地，有些自適應(yīng)療法技術(shù)可以應(yīng)用到該實(shí)施中，但是如果該例子的校準(zhǔn)問題仍 存在，則修正后的治療仍面臨同樣的缺陷。
為了質(zhì)量保證，可以使用多個過程來擴(kuò)展反饋的使用。例如，在 一個實(shí)施例中，這些過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)器性能的檢査是系統(tǒng)級質(zhì)量保證工具箱中的一個有價值的 部分。而且，實(shí)施驗(yàn)證過程可以被擴(kuò)展到分析其它系統(tǒng)錯誤，諸如基
于具有缺損(truncated)視野的圖像的實(shí)施。
在一個實(shí)施例中，本發(fā)明提供了利用劑量體積直方圖限定新的關(guān) 注區(qū)域的方法。該方法包括這些步驟為先前存在的關(guān)注區(qū)域生成放 射劑量的劑量體積直方圖，選擇該劑量體積直方圖的子集，以及限定 與所選的劑量體積直方圖的子集相對應(yīng)的新的關(guān)注區(qū)域。
在另一個實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種包括下述步驟的方法生
成表示用于患者的第一放射劑量的第一劑量體積，生成表示用于該患 者的第二放射劑量的第二劑量體積，比較第一劑量體積和第二劑量體 積，基于該比較生成劑量體積直方圖，在該劑量體積直方圖上選擇子 集，以及基于所述選擇的的子集生成關(guān)注區(qū)域。
在又一個實(shí)施例中，本發(fā)明提供了利用劑量體積直方圖生成輪廓 的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括放射療法治療裝置和軟件程序。放射療法治療裝 置可操作來向患者實(shí)施治療計(jì)劃并包括計(jì)算機(jī)處理器。軟件程序存儲 在計(jì)算機(jī)處理器可訪問的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中，并可操作來為先前存在
的關(guān)注區(qū)域生成放射劑量的劑量體積直方圖，選擇該劑量體積直方圖 的子集，以及限定與所選的劑量體積直方圖的子集相對應(yīng)的新的關(guān)注 區(qū)域。
在另一個實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種利用劑量體積直方圖限定
新的關(guān)注區(qū)域的方法。該方法包括下述行為生成第一劑量體積，生成第二劑量體積，比較第一劑量體積和第二劑量體積，基于該比較生 成直方圖，在該直方圖上選擇子集，并根據(jù)所述選擇的子集生成關(guān)注 區(qū)域。
在另一個實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種利用直方圖限定新的關(guān)注 區(qū)域的方法。該方法包括下述行為為先前存在的關(guān)注區(qū)域生成放射 劑量的直方圖，選擇該直方圖的子集，限定與所選直方圖的子集相對 應(yīng)的新的關(guān)注區(qū)域。
通過考慮下面的詳細(xì)描述以及所附附圖，本發(fā)明的其它方面將變 得顯而易見。


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)中可以使用的多葉片準(zhǔn)直 器的透視圖。
圖3是圖1中的放射療法治療系統(tǒng)的示意性圖示。
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示出了包括多個識別的靶的患者14的頭部和頸部區(qū)域的圖像
122。
圖6示出了利用圖1的放射療法治療系統(tǒng)生成的劑量體積直方圖。 圖7示出了基于圖6的劑量體積直方圖所生成的新輪廓。 圖8示出了圖6的劑量體積直方圖中的哪個部分對應(yīng)于圖7的新 生成的輪廓。
圖9是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的利用劑量體積直方圖生成輪廓的 方法的流程圖。
圖10是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的利用劑量體積直方圖生成輪廓 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給出的結(jié)構(gòu)和部件配置細(xì)節(jié)。 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)語是用于描述而不是用于限制的。本文所用的"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 等價物以及其它項(xiàng)目。除非具體說明或另外限制，術(shù)語"安裝"、"連 接"、"支持"和"耦合"及其變形用法寬泛并包含直接和間接的安 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。
雖然在描述附圖時使用了方向參考，諸如上、下、向下、向上、 向后、底部、前、后等，然而相對于附圖進(jìn)行這些參考(如通常看來) 只是為了方便。這些方向不是用來以字面意思或以任何形式限制本發(fā) 明的。此外，這里使用的諸如"第一"、"第二"和"第三"這樣的 術(shù)語，是用來描述的，而不用來指示或暗示相對重要性或顯著性。
此外，應(yīng)該明白，本發(fā)明的實(shí)施例包括硬件、軟件和電子部件或 模塊，為了討論，本發(fā)明可以被說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，在閱讀完該詳細(xì)描述的基礎(chǔ) 上，將意識到，在至少一個實(shí)施例中，可以用軟件來實(shí)施本發(fā)明的基 于電子學(xué)的方面。同樣地，應(yīng)該注意到，可以用多個基于硬件和軟件 的裝置以及多種不同結(jié)構(gòu)的部件來實(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)造是用來舉例說明本發(fā)明的實(shí)施 例的，還可以使用其它備選的機(jī)械構(gòu)造。
圖1示出了能夠?yàn)榛颊邔?shí)施放射療法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可以支撐放射模塊22，放射模塊22 可以包括放射源24和可操作來生成放射束30的線性加速器26。雖然附圖中示出的機(jī)架18是環(huán)形機(jī)架，即其延伸整個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。還可以使用能夠?qū)⒎派淠K22 定位在相對于患者14的各種旋轉(zhuǎn)和/或軸向位置處的框架。此外，放射 源24可以在不遵循機(jī)架18的形狀的路徑上行進(jìn)。例如，即使示出的 機(jī)架18通常是圓形的，放射源24可以在非圓形路徑上行進(jìn)。
放射模塊22還可以包括可操作來修改或調(diào)整^C射束30的調(diào)整裝 置34。調(diào)整裝置34提供放射束30的調(diào)整并引導(dǎo)放射束30朝向患者 14。具體而言，指引放射束30朝著患者的一部分。廣泛來說，該部分 可以包括整個身體，但是通常比整個身體小并可由二維區(qū)域或三維體 積來限定。期望接收放射的部分，可以被稱為靶38或靶區(qū)38，是關(guān)注 區(qū)域的一個例子。靶38還可以包括靶周圍或部分圍繞靶的邊緣。其它 類型的關(guān)注區(qū)域是危險區(qū)域。如果某部分包括危險區(qū)域，則放射束最 好從危險區(qū)域轉(zhuǎn)移?；颊?4可以具有不止一處需要接受放射療法的靶 區(qū)。這種調(diào)整有時被叫做調(diào)強(qiáng)放射療法("IMRT")。
如圖2所示，調(diào)整裝置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可移動以便 調(diào)節(jié)孔徑50的尺寸。
在一個實(shí)施例中，且如圖2所示，調(diào)整裝置34可以包括多葉片準(zhǔn) 直器62，其包括多個可操作從一個位置移動到另一個位置以便提供強(qiáng) 度調(diào)整的交錯葉片66。還應(yīng)該注意，葉片66可以被移動到在最小和最 大打開位置之間的任意位置。多個交錯的葉片66在放射束30到達(dá)患 者14上的耙38之前調(diào)整放射束30的強(qiáng)度、尺寸和形狀。每個葉片66 都由諸如馬達(dá)或氣閥這樣的致動器70獨(dú)立控制，以便葉片66可以打 開或關(guān)閉從而允許或阻擋放射線通過。致動器70可以由計(jì)算機(jī)74禾口/ 或控制器控制。
14放射療法治療系統(tǒng)10還可以包括檢測器78，例如千伏或兆伏電
壓檢測器，可操作來接收放射束30。線性加速器26和檢測器78還可 以操作作為計(jì)算機(jī)X射線斷層攝影(CT)系統(tǒng)，以生成患者14的CT 圖像。線性加速器26向患者14內(nèi)的靶38發(fā)射放射束30。靶38吸收 一些放射。檢測器78檢測或測量靶38所吸收的放射量。隨著線性加 速器26繞著患者14旋轉(zhuǎn)并向患者144發(fā)射放射，檢測器78從多個角 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。
可以利用具有扇形幾何形狀、多片幾何形狀或錐形束幾何形狀的 放射束30獲得CT圖像。此外，還可以利用傳送兆伏電壓能量或千伏 電壓能量的線性加速器26來獲得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(來自放射療法治療系統(tǒng)10或其 它圖像獲得裝置，諸如CT掃描儀、MRI系統(tǒng)以及PET系統(tǒng))配準(zhǔn)。 例如，患者14的先前獲得的CT圖像可以包括限定輪廓過程獲得的識 別的耙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)，以便幫助識別新CT圖像中的靶38。這種配準(zhǔn)過程可以使用剛 性或可變形的配準(zhǔn)工具。
在有些實(shí)施例中，放射療法治療系統(tǒng)IO可以包括X射線源和CT 圖像檢測器。X射線源和CT圖像檢測器以與上述線性加速器26和檢 測器78相似的方式操作，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，在此被處理以生成患者身體組織和器官的圖像。
放射療法治療系統(tǒng)10還可以包括支撐患者14的支持件，諸如治 療床82 (在圖1中示出)。治療床82沿著x， y或者z方向中的至少 一個軸移動。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，患者支持件可以是適于支撐 患者身體任一部分的裝置?；颊咧С旨幌抻诒仨氈握麄€患者身體。
15系統(tǒng)10還可以包括可操作來操縱治療床82的位置的驅(qū)動系統(tǒng)86。驅(qū) 動系統(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可以包括操作與放射 療法治療系統(tǒng)10通信的(多個)軟件程序90。(多個)軟件程序90 能夠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)軟件程序90。
計(jì)算機(jī)74可以包括適于由醫(yī)務(wù)人員訪問的任何適合的輸入/輸出 裝置。計(jì)算機(jī)74可以包括諸如處理器、I/O接口和存儲裝置或存儲器 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)和掃描儀的外圍裝置。
計(jì)算機(jī)74可以與其它計(jì)算機(jī)74或放射療法治療系統(tǒng)IO聯(lián)網(wǎng)。其 它計(jì)算機(jī)74可以包括另外和/或不同的計(jì)算機(jī)程序以及軟件，并且不必 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)IO還可以與(多個) 數(shù)據(jù)庫98和(多個)服務(wù)器102通信。應(yīng)該注意，(多個)軟件程序 90還可以駐留在(多個)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)和網(wǎng)絡(luò)布局的組合來構(gòu) 建網(wǎng)絡(luò)94，并且網(wǎng)絡(luò)94可以包括多個子網(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局域網(wǎng)("LAN")、廣域網(wǎng)("WAN")、 公共交換電話網(wǎng)絡(luò)("PSTN")、無線網(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)來完成。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Health Level Seven ( "HL7")或任何 版本的其它協(xié)議和/或其它需要的協(xié)議來迸行。HL7是規(guī)定兩個來自不 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)
16200680034839.0
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
換來自不同應(yīng)用系統(tǒng)的重要數(shù)據(jù)集。具體說來，HL7可以定義要交換 的數(shù)據(jù)、交換的計(jì)時以及與應(yīng)用程序的錯誤通信。通常，格式實(shí)質(zhì)上 是通用的并可配置為滿足所涉及應(yīng)用的需要。
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)議進(jìn)行。 DICOM是由NEMA制定的國際通信標(biāo)準(zhǔn)，其定義了用來在醫(yī)學(xué)設(shè)備的 不同部分之間傳輸關(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)IO之間的雙向通信和信息傳輸。然而，對于某些醫(yī)學(xué)和計(jì) 算機(jī)化設(shè)備來說，可能只需單向通信和信息傳輸。
圖4示意性地說明了軟件程序90。軟件程序90包括多個互相通 信以便執(zhí)行放射療法治療過程的功能的模塊。各個模塊互相通信以便 確定放射療法治療計(jì)劃的實(shí)施是否按預(yù)期發(fā)生。
軟件程序90包括治療計(jì)劃模塊106，可操作以根據(jù)由醫(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。該數(shù)據(jù)包括患者14的至 少一部分的一個或多個圖像(例如，計(jì)劃圖像和/或治療前圖像)。治 療計(jì)劃模塊106把治療分成多次照射治療，并根據(jù)醫(yī)務(wù)人員輸入的處 方為每次照射或每個治療確定放射劑量。治療計(jì)劃模塊106還根據(jù)圍 繞耙38畫出的各種輪廓為每個靶38確定放射劑量。在同一治療計(jì)劃 中可以存在并包括多個靶38。
軟件程序90還包括患者定位模塊110，可操作來為特定次的治療 相對于機(jī)架18的等中心定位并調(diào)整患者14。當(dāng)患者在治療床82上時， 患者定位模塊110獲取患者14的圖像并對患者14的當(dāng)前位置和患者在計(jì)劃圖像中的位置進(jìn)行比較。如果患者的位置需要調(diào)節(jié)，患者定位
模塊110就提供指令給驅(qū)動系統(tǒng)86以便移動治療床82，或者人工移動 患者14到新位置處。在一種結(jié)構(gòu)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)，從而提供相對于機(jī)架18的等中心的患者位 置數(shù)據(jù)。根據(jù)來自激光器的數(shù)據(jù)，患者定位模塊110向驅(qū)動系統(tǒng)86提 供指令，驅(qū)動系統(tǒng)86移動治療床82以獲得患者14相對于機(jī)架18的 正確排布。應(yīng)該注意，除了激光器之外的裝置和系統(tǒng)也可以用來向患 者定位模塊110提供數(shù)據(jù)以協(xié)助排布過程(alignment process)。
軟件程序90還包括圖像模塊114，可操作來獲取患者14的至少 一部分的圖像。圖像模塊114可以根據(jù)期望協(xié)議在治療開始之前、在 治療期間以及治療之后，指示諸如CT成像裝置這樣的機(jī)載圖像裝置來 獲取患者14的圖像。還可以使用其它離線成像裝置或系統(tǒng)來獲取患者 14的治療前的圖像，諸如非定量CT、 MRI、 PET、 SPECT、超聲、傳 輸成像、熒光檢查、基于RF的定位等。所獲取的圖像可以用于患者 14的配準(zhǔn)和/或確定或預(yù)測要實(shí)施給患者14的放射劑量。還可以用所 獲取的圖像來確定患者14在之前的治療期間所接受的放射劑量。
軟件程序90還包括分析模塊118，其可操作以在治療計(jì)劃過程和 /或治療后過程期間分析劑量分布。劑量分布通常是三維體積，以及可 以用叫做劑量體積直方圖("DVH")的二維圖進(jìn)行分析。DVH可以 包括多個子集，子集可以包括劑量體積曲線以及曲線之上和之下的區(qū) 域。分析模塊118可以生成DVH并在屏幕/監(jiān)視器上進(jìn)行顯示以供醫(yī)務(wù) 人員觀察。
圖5 — 8示出了患者14的頭部和頸部區(qū)域的DVH例子。圖5示出 了患者14的頭部和頸部區(qū)域的圖像122，其包括多個標(biāo)識的靶。圖5 還示出了對應(yīng)于接受了放射的頭部和頸部區(qū)域的某些標(biāo)識的靶的DVH 126。DVH 126包括曲線130，其表示實(shí)施給患者14的放射的劑量體積。 圖6示出了包括多個子集134、 138和142的DVH 126的放大版本。每個子集134、 138和142分別表示實(shí)施給頭部特定區(qū)域146、 150和154 的放射量。圖7示出了根據(jù)DVH 126基于特定靶146、 150和154的劑 量而生成的新輪廓。圖8示出了 DVH 126的子集134、 138和142中的
哪個對應(yīng)于新生成的輪廓。
DVH有助于理解提供給每個靶的劑量范圍。這種理解能夠有助于 在治療計(jì)劃過程期間確定哪個結(jié)構(gòu)正在接收過多或過少的放射劑量。 根據(jù)DVH，醫(yī)務(wù)人員可以修改治療計(jì)劃以便確保向靶進(jìn)行精確的放射 實(shí)施。
在患者14的計(jì)劃治療過程中，使用系統(tǒng)10的醫(yī)務(wù)人員可以在顯 示器/監(jiān)視器上查看DVH并選擇DVH曲線的一個區(qū)域或選擇DVH曲 線上的點(diǎn)，以便標(biāo)識接受指定范圍內(nèi)的劑量的3D圖像的部分或劑量體 積。這種方法能夠有助于治療計(jì)劃，因?yàn)樗軒椭脩舾玫乩斫饽?個區(qū)域最難正確接收劑量。
在本發(fā)明的一個方面中，分析模塊118能夠?yàn)橐呀?jīng)對患者14實(shí)施 的放射治療計(jì)劃回溯地分析劑量分布。在這方面，用戶能夠通過訪問 分析模塊118以在DVH圖上選擇區(qū)域來標(biāo)識劑量圖上的劑量偏差位 置，從而評估治療的成功度。此外，分析模塊118不僅可以利用單個 劑量分布和相應(yīng)的DVH圖，還可以有效地對多個劑量體積進(jìn)行了比較， 例如對計(jì)劃劑量體積和根據(jù)實(shí)際實(shí)施重新計(jì)算的劑量體積進(jìn)行比較。 通過結(jié)合該附加信息，DVH圖可以顯示劑量體積或劑量體積之間的比 較，同樣地，與DVH圖的交互作用還可以表示計(jì)劃接收指定范圍內(nèi)的 劑量的劑量分布區(qū)域，并顯示實(shí)施的放射劑量不同于計(jì)劃放射劑量的 區(qū)域。劑量體積的比較可以是一系列和、或差、或其它合適的數(shù)學(xué)函 數(shù)。
作為一個例子，可以使用伽馬指數(shù)(gamma index)來估算傳遞給 患者14的劑量。伽馬(Y)指數(shù)用來同時測試平坦區(qū)中百分劑量差
19(percent dose difference)和高梯度區(qū)域中的距離差異(distance to agreement)。百分劑量差在劑量均勻的區(qū)域一平坦區(qū)域一 中是有用的 量度，但是對于高劑量梯度區(qū)域不合適。Y指數(shù)是由Low等人提出的 (Daniel A. Low, William B. Harms, Sasa Mutic,， James A. Purdy， "A technique for the quantitative evaluation of dose distributions"， Medical Physics,第25巻，第5期，1998年5月，第656 —661頁)。 給出百分劑量/距離標(biāo)準(zhǔn)(例如5%-3 mm)，為劑量截面分布圖(1-D)、 圖像(2-D)或體積(3-D)中的每個取樣點(diǎn)計(jì)算Y。其中，Y<=1時 滿足該標(biāo)準(zhǔn)；Y〉l時不滿足該標(biāo)準(zhǔn)。
作為另一個例子，可以利用xi指數(shù)估算實(shí)施給患者14的劑量。 xi ( S )指數(shù)是Van Dyk等人(1993)概述的用于治療計(jì)劃試運(yùn)行
(commissioning)的過程的普遍化(generalization)。用該方法，首先 比較兩種分布的梯度分量，接著進(jìn)行劑量差(AD)和距離誤差
(distance-to-agreement， DTA)分析。由于有兩種齊!j量分布和兩種齊!j 量梯度等級(高劑量梯度或低劑量梯度)，具有四種可能的組合。假 設(shè)V^是參考分布中的體素，而Ve^是估算分布中的體素，這些組合 如下
'Vref是高劑量梯度，Ve^是高劑量梯度 .Vref是高劑量梯度，Ve^是低劑量梯度 'Vwf是低劑量梯度，Ve^是高劑量梯度 ，Vref是低劑量梯度，Ve^是低劑量梯度
在所建議的比較工具中，對于參考和比較分布都具有低劑量梯度
的區(qū)域來說，獲得AD值。對于其它的所有情況，執(zhí)行DTA分析。梯
度比較考慮到在重建和計(jì)劃的分布之間可能存在劑量梯度完全不匹配
的情況。 一旦獲得AD和DTA值，可以發(fā)現(xiàn)每個體素的數(shù)字指數(shù)近似 由Low等人(1998)提出的伽馬指數(shù)。根據(jù)下述等式得到數(shù)字指數(shù)《
《
高梯度體素
《
低梯度體素-
△D
AD公差
(1)小于等于1的〖值被認(rèn)為是可以接受的。雖然體積可以具有高梯 度體素和低梯度體素，但是由于〖值無量綱，所以該方法可迸行平均 或顯示。
識別存在劑量偏差的靶之后，可以在靶38周圍畫出新的輪廓。這 樣就可以在生成新的治療計(jì)劃或替換治療計(jì)劃時評估或使用這些識別 的靶38。
軟件程序90還可以包括輪廓模塊158，其可操作來在圖像上生成 一個或多個輪廓。醫(yī)務(wù)人員可以根據(jù)一個或多個DVH圖在一個患者圖 像上手動畫出靶38周圍的輪廓。在另一方面，分析模塊118還可以與 輪廓模塊158通信，以便根據(jù)一個或多個DVH圖來自動畫出靶38周 圍的輪廓。
軟件程序90還可以包括治療實(shí)施模塊162，其操作來指示放射療 法治療系統(tǒng)10根據(jù)治療計(jì)劃向患者14實(shí)施放射治療。治療實(shí)施模塊 162可以生成并發(fā)送指令給機(jī)架18、線性加速器26、調(diào)整裝置34、以 及驅(qū)動系統(tǒng)86，以便向患者14實(shí)施放射。指令協(xié)調(diào)機(jī)架18、調(diào)整裝 置34以及致動器86的需要運(yùn)動，以便按照治療計(jì)劃中規(guī)定的那樣向 正確的靶實(shí)施適當(dāng)劑量的放射束30。
治療實(shí)施模塊162還計(jì)算要實(shí)施的放射束30的合適樣式、位置以 及強(qiáng)度，以便與治療計(jì)劃中規(guī)定的處方匹配。利用調(diào)整裝置34生成放 射束30的樣式，具體而言，通過移動多葉片準(zhǔn)直器中的多個葉片生成 放射束30的樣式。治療實(shí)施模塊162可以根據(jù)治療參數(shù)使用規(guī)范的、 預(yù)定的或模板的葉片樣式來生成放射束30的合適的樣式。治療實(shí)施模 塊162還可以包括能夠被訪問的用于典型情況的樣式庫，以便與當(dāng)前 患者數(shù)據(jù)進(jìn)行比較從而確定放射束30的樣式。
圖9示出了利用劑量體積直方圖生成輪廓結(jié)構(gòu)的方法的流程圖。醫(yī)務(wù)人員與軟件程序90進(jìn)行交互，以生成(在200)患者14的靶38 的劑量體積直方圖。DVH通常作為圖像顯示在與系統(tǒng)IO相連的計(jì)算機(jī) 監(jiān)視器上。在一個方面中，生成劑量體積直方圖，以便評估治療計(jì)劃 的成功度。在該方面，醫(yī)務(wù)人員與軟件程序90進(jìn)行交互，以便在所顯 示的劑量體積直方圖的圖像上選擇(在204)子集，從而識別與所述選 擇的子集相應(yīng)的劑量映射圖上的劑量偏差的區(qū)域。醫(yī)務(wù)人員可以用鼠 標(biāo)、觸控鍵盤、或其它基于繪圖的識別系統(tǒng)在所顯示的圖像上選擇子 集。根據(jù)所選劑量體積直方圖的子集，軟件程序卯向醫(yī)務(wù)人員顯示(在 208)劑量映射圖的相應(yīng)子集。在有些方面，軟件程序90可以在劑量 映射圖上生成(在212)與靶38的劑量分布更好對應(yīng)的新輪廓。
圖IO示出了利用劑量體積直方圖生成輪廓結(jié)構(gòu)的方法的流程圖。 醫(yī)務(wù)人員生成(在250)治療計(jì)劃，該治療計(jì)劃包括用于患者14的計(jì) 劃放射劑量的第一劑量體積。實(shí)施治療計(jì)劃之后，分析模塊118確定 (在254)第二劑量體積，其表示治療期間實(shí)施給患者14的放射量。 醫(yī)務(wù)人員還與分析模塊118進(jìn)行交互，以對第一劑量體積和第二劑量 體積進(jìn)行比較(在25S)從而在系統(tǒng)顯示器/監(jiān)視器上生成(在262)比 較結(jié)果的劑量體積直方圖。醫(yī)務(wù)人員還與分析模塊118進(jìn)行交互，以 在所顯示的劑量體積直方圖的圖像上選擇(在266)子集，以識別與所 述選擇的子集對應(yīng)的劑量映射圖像上的劑量偏差區(qū)域。醫(yī)務(wù)人員可以 用鼠標(biāo)、觸控鍵盤、或其它基于繪圖的識別系統(tǒng)在所顯示的圖像上選 擇子集。根據(jù)在劑量體積直方圖上所述選擇的的子集，軟件程序90向 醫(yī)務(wù)人員顯示(在270)劑量映射圖像的相應(yīng)子集。在有些方面，軟件 程序90可以在劑量映射圖像上生成(在274)與靶38的劑量分布更好 對應(yīng)的新輪廓。
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)。
2權(quán)利要求
1. 一種利用劑量體積直方圖為存在的關(guān)注區(qū)域限定新關(guān)注區(qū)域的方法，該方法包括為先前存在的關(guān)注區(qū)域生成放射劑量的劑量體積直方圖；選擇所述劑量體積直方圖的子集；以及限定與所述劑量體積直方圖的所述選擇的子集相應(yīng)的新關(guān)注區(qū)域。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括顯示與所述劑量體積直方 圖的所述選擇的子集相應(yīng)的圖像上的區(qū)域。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述放射劑量是在一個或 多個先前的治療中實(shí)施的劑量。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述放射劑量是要實(shí)施給 所述患者的計(jì)劃劑量。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括為所述患者生成治療計(jì)劃， 其中用所述新關(guān)注區(qū)域來修改所述治療計(jì)劃。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述新關(guān)注區(qū)域是所述存 在的關(guān)注區(qū)域的更新版。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述放射劑量是要實(shí)施給 所述患者的計(jì)劃放射劑量與先前實(shí)施給所述患者的放射劑量的組合。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述劑量體積直方圖是在 至少兩個劑量體積之間的比較的劑量體積直方圖。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述劑量體積的一個是要 實(shí)施給所述患者的計(jì)劃放射劑量。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述劑量體積的一個是先前實(shí)施給所述患者的放射劑量。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其屮，所述劑量體積的一個是要實(shí)施給所述患者的計(jì)劃放射劑量與先前實(shí)施給所述患者的放射劑量 的組合。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述劑量體積的一個是 先前實(shí)施劑量的和或先前實(shí)施劑量之間的差中的一個。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述圖像是所述患者的 一部分的劑量映射圖。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括根據(jù)所述新關(guān)注區(qū)域 為所述患者調(diào)整治療計(jì)劃。
15. —種方法，包括為患者生成表示第一放射劑量的第一劑量體積；為所述患者生成表示第二放射劑量的第二劑量體積；對所述第一劑量體積和所述第二劑量體積進(jìn)行比較；根據(jù)所述比較生成劑量體積直方圖；在所述劑量體積直方圖上選擇子集；以及根據(jù)所述選擇的子集生成關(guān)注區(qū)域。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述比較是在所述第一 放射劑量和所述第二放射劑量之間的差。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述第一放射劑量是計(jì) 劃劑量，而所述第二放射劑量是實(shí)施劑量。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述關(guān)注區(qū)域是自動生成的。
19. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述實(shí)施放射劑量是多 個實(shí)施劑量的和。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，利用變形來對所述實(shí)施 劑量求和。
21. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括為所述患者生成治療計(jì) 劃并根據(jù)所述關(guān)注區(qū)域來調(diào)整所述治療計(jì)劃。
22. —種利用劑量體積直方圖生成輪廓的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括 包括計(jì)算機(jī)處理器的放射療法治療裝置，所述放射療法治療裝置可操作來向患者實(shí)施治療計(jì)劃；以及軟件程序，存儲在所述計(jì)算機(jī)處理器可訪問的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中， 所述軟件程序可操作來為先前存在的關(guān)注區(qū)域生成放射劑量的劑量體 積直方圖，選擇所述劑量體積直方圖的子集，并限定與所述劑量體積 直方圖的所述選擇的子集相應(yīng)的新關(guān)注區(qū)域。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中，所述軟件程序包括分析 模塊，所述分析模塊可操作來生成所述患者放射療法劑量的所述劑量 體積直方圖。
24. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中，所述軟件程序包括輪廓 模塊，所述輪廓模塊可操作來在所述圖像上生成與所述劑量體積直方 圖相應(yīng)的輪廓。
25. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中，所述軟件程序還可操作 以生成治療計(jì)劃并根據(jù)所述新關(guān)注區(qū)域來修改所述治療計(jì)劃。
26. —種利用劑量體積直方圖限定新關(guān)注區(qū)域的方法，該方法包括生成第一劑量體積；生成第二劑量體積；比較所述第一劑量體積和所述第二劑量體積； 根據(jù)所述比較生成直方圖； 在所述直方圖上選擇子集；以及 根據(jù)所述選擇的子集生成關(guān)注區(qū)域。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中，所述比較是在所述第一 劑量體積和所述第二劑量體積之間的差。
28. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中自動生成所述關(guān)注區(qū)域。
29. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，還包括為所述患者生成治療計(jì) 劃并根據(jù)所述關(guān)注區(qū)域來調(diào)整所述治療計(jì)劃。
30. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中，所述比較基于伽馬指數(shù)。
31. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中，所述比較基于xi函數(shù)。
32. —種利用直方圖限定新關(guān)注區(qū)域的方法，該方法包括 為先前存在的關(guān)注區(qū)域生成放射劑量的直方圖； 選擇所述直方圖的子集；以及限定與所述直方圖的所述選擇的子集相應(yīng)的新關(guān)注區(qū)域。
33. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中，所述直方圖是劑量體積直方圖。
34. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，還包括顯示與所述直方圖的所 述選擇的子集相應(yīng)的圖像上的區(qū)域。
35. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中，所述放射劑量是在一個 或多個先前的治療中實(shí)施的劑量。
36. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中，所述放射劑量是要實(shí)施 給所述患者的計(jì)劃劑量。
37. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，還包括為所述患者生成治療計(jì) 劃，以及其中使用所述新關(guān)注區(qū)域來修改所述治療計(jì)劃。
38. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中，所述新關(guān)注區(qū)域是所述 存在的關(guān)注區(qū)域的更新版。
39. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中，所述放射劑量是要實(shí)施 給所述患者的計(jì)劃放射劑量與先前實(shí)施給所述患者的放射劑量的組
40. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中，所述直方圖是在至少兩 個劑量體積之間的比較的劑量體積直方圖。
41. 根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，其中，所述劑量體積的一個是 要實(shí)施給所述患者的計(jì)劃放射劑量。
42. 根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，其中，所述劑量體積的一個是 先前實(shí)施給所述患者的放射劑量。
43. 根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，其中，所述劑量體積的一個是要實(shí)施給所述患者的計(jì)劃放射劑量與先前實(shí)施給所述患者的放射劑量 的組合。
44. 根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，其中，所述劑量體積的一個是 先前實(shí)施劑量的和或先前實(shí)施劑量之間的差中的一個。
45. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中，所述圖像是所述患者的 一部分的劑量映射圖。
46. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，還包括根據(jù)所述新關(guān)注區(qū)域?yàn)?所述患者調(diào)整治療計(jì)劃。
全文摘要
一種利用劑量體積直方圖為存在的關(guān)注區(qū)域限定新關(guān)注區(qū)域的系統(tǒng)和方法。該方法包括下列步驟為先前存在的關(guān)注區(qū)域生成放射劑量的劑量體積直方圖，選擇劑量體積直方圖的子集，限定與所選劑量體積直方圖的子集相對應(yīng)的新關(guān)注區(qū)域。
文檔編號H05G1/00GK101500648SQ200680034839
公開日2009年8月5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)明者保羅·J·萊克韋德, 盧衛(wèi)國, 古斯塔沃·H·奧利弗拉, 托馬斯·R·麥克基, 杰弗里·M·卡帕拓斯, 約翰·胡賀斯, 肯尼斯·J·盧卡拉, 艾里克·斯楚納爾 申請人:斷層放療公司