支撐裝置以及用于補償病人重量的方法

專利名稱：支撐裝置以及用于補償病人重量的方法
支撐裝置以及用于補償病人重量的方法
背景技術：
本申請要求2006年4月27日提交的名稱為"Radiation Therapy Patient Couch Top Compatible with Diagnostic Imaging"的美國 臨時申請60/795,836的優(yōu)先權和權益。癌癥放射治療的技術水平越來越基于高能量放射定點(pin point)應用，高能量放射被高精度地調節(jié)以適應癌癥腫瘤的形狀和位 置?，F(xiàn)代諸如IMRT之類的技術使用鉛筆大小的束，該束的截面形狀 與腫瘤匹配。這允許醫(yī)生不傷害周圍的健康組織，而同時增加對癌癥 目標的治療劑量。隨著治療束尺寸的減小，束的精確定位變得非常關 鍵。如果高精度調節(jié)的束偏離目標幾毫米，則其可能會完全偏離腫瘤。由于這些新技術，人們越來越希望準確獲知病人在處于治 療位置時肺瘤的位置和形狀。此外，關鍵是要能夠在多個治療階段中 將病人放置在相同位置，并能夠確認已經(jīng)實現(xiàn)準確定位。因此，放射 治療機器的制造商紛紛將內置診斷成像能力組合在其機器中。諸如板 上成像(OBI)和錐形束CT之類的發(fā)展，允許實時驗證病人定位并 能夠通過x射線確認病人處于與模擬中相同的位置。這種在治療機器上潛在地通過成像進行位置比較的能力使 得人們有可能開發(fā)出獨立地將病人固定裝置定位在治療機器上并將 其位置與模擬時的位置比較的技術。在治療和模擬中的成像技術不必 相同，多種成像技術可用于每一階段，如x射線類、MRI或其他方式。 新的定位技術，例如西雅圖的Calypso Medical Systems開發(fā)的射頻技 術，展現(xiàn)出識別和確認病人重復定位精度的新的可能。可對病人支撐 裝置的位置和取向進行校正，使得腫瘤精確瞄準可以實現(xiàn)。此外，通 過成像技術使床面和裝置在治療機器上對準的能力，允許所述過程程 序化和自動化，因而所需時間更少，提高了效率。傳統(tǒng)上，病人治療方案已經(jīng)在不同的使用診斷成像的模擬 機器上執(zhí)行，并利用靜態(tài)影像、CT成像、MRI、 PET、 SPECT或其他 技術。病人被;改置在臺面或稱為床面上。為》文射治療開發(fā)的床面的結構通常不同于那些為診斷成像開發(fā)的結構。

發(fā)明內容
本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術的上述限制，并且提供了一種方法，在模擬(或稱仿真)和治療過程中快速準確定位病人，并校正由于病人體重所致的病人定位設備的失準和變形。具體而言，本發(fā)明提供了一種病人床面或裝置，其包括由兩個或更多個分立影像對照標記構成的圖案，使得標記位置可在希望的成像方式下纟皮識別。本發(fā)明還提供了 一種在床面或裝置上準確定位病人的方法，其中，解決了由于病人體重所致的床面或裝置的變形。本發(fā)明還提供了一種用于在放射治療過程中通過影像引導準確瞄準患部的方法，其包括使用從激光、可見光、紅外線、MRI、RF和放射線構成的組中選出的至少一種來實時確定一個或多個影像標記的位置；和修正病人位置或放射治療束路徑中的至少 一種以適應性地補償位置變化。


圖1A和1B顯示出本發(fā)明的模擬床面和治療床面。[OOll]圖2顯示出用于定位本發(fā)明分立影像標記的具有開口的定位棒。圖3A和3B圖示出了顯示本發(fā)明分立影像標記的CT掃描影像。圖4A和4B圖示出具有本發(fā)明分立影^象標記的床面和床面的CT掃描影像。圖5圖示出具有本發(fā)明分立影像標記的懸置板。圖6圖示出具有本發(fā)明分立影像標記的床面。圖7顯示出具有本發(fā)明分立影像標記的平面陣列的床面。圖8A顯示出沒有病人的床面。圖8B顯示出在病人載荷下的床面。圖8C是由于病人載荷所致的床面形變的圖示。圖9圖示出具有壁激光掃描方向和內頂激光掃描方向的具
6有本發(fā)明分立影像標記的床面。圖10圖示出具有本發(fā)明分立影像標記的頭蓋形對準管。
具體實施例方式在模擬和治療中均希望獲知床面、裝置和病人正確就位。這始于進行模擬時，在模擬中，使用傳統(tǒng)的x射線、計算機斷層掃描(CT)、磁共振成像(MRI)、射頻、PET、 SPECT或其他方式對病人掃描以確定癌癥患部位置。由于放射治療經(jīng)常在多個部分實施，因而重要的是，能夠準確地且可重復地確認病人位置。在放射治療機器(其可為LINAC、質子療法或其他變型)上直接包含診斷成像工具意味著，現(xiàn)在可以使用標記來識別病人定位裝置和臺面的位置。多年來是使用成對分支線形式的連續(xù)標記來提供CT掃描儀上的軸向位置。不過，此方式不允許用戶準確定位特定的位置。采用分立索引特征形式的病人物理定位裝置已用于定位病人(例如，Oliver等人的美國專利5,806,116 )，不過，這些特征沒有提供定位影像空間位置的方法。通過在床面或裝置上的分立位置處設置一系列的小的基準標記，已經(jīng)開發(fā)出利用成像空間確定病人位置的方法。通過在模擬設備中包含標記，定位標記在用于病人治療方案的DICOM數(shù)據(jù)集中是可用的。標記可用作坐標圖以快速準確地定位進行治療的病人。通過使用 一 系列標記，甚至可校正在模擬設備與治療機器間出現(xiàn)的形變差值。通過選擇易于通過常用醫(yī)療激光系統(tǒng)可見的標記，也可使用激光或其他視覺系統(tǒng)來對準這些裝置。本發(fā)明中采用的標記可通過適于將使用的一種或多種成像方式的多種材料制成。重要的是，選擇標記材料以提供清楚精確的影像，而不形成偽影或模糊影像?？墒褂锰沾?、金屬、塑料、凝膠、和各種材料的組合。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對于典型的基于千伏x射線的成像技術，例如，錐形束CT、 CT掃描和熒光透視，氧化鋁陶瓷工作良好，這是因為，其提供了良好的不透明混合，不會形成偽影，而且其能夠為白色，從而在視覺上與黑色碳纖維形成對照，而且其可容易地通過激光瞄準。硅類陶瓷易于為黑色，其可用于與較淺顏色的裝置以及床面對照。通過使用在lmm至4mm量級上的球形標記，可獲得良好的定位
7精度，而且標記足夠小而使其在被插入兆伏(MV)治療放射束中時不會出現(xiàn)康普頓散射問題。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，1.5mm直徑的標記工作尤其好。對于MRI應用，標記(例如包含釓的化合物)可提供優(yōu)良的對照和定位。也可使用射頻(RF)調諧的無源天線標記，例如由Calypso Medical開發(fā)的標記。此外，可以采用射頻集成電路(RFID)芯片而使得特定標記可提供關于位置和取向的信息。此外，可以使用有源RF。特定標記的形狀也可用于提供取向信息?？墒褂镁哂衳、 y和z方向軸線的三維"加號"。具有圓形、加號形或星形切口的平面標記也可用于給出標記中心的定點位置。設置在床面或裝置表面上的標記可以用于使所述裝置與安裝在內頂中的普通激光器對準。設置在裝置邊緣或側部上的標記可容易地與壁裝普通激光器對準。通過反饋環(huán)路，標記可用于有效對準治療或成像機器中的床面或裝置。標記的位置可通過激光、x射線、MRI、射頻和可見光位置識別被找到。例如，標記的空間坐標可通過上述方法之一被識別。如果位置不合要求，則機器可被驅動至所希望的坐標，然后對位置進行重新評估。已發(fā)現(xiàn)，1,5mm的球工作良好。不過，可使用混合的標記尺寸和形狀，以提供可識別的圖案并提供標記的取向以及位置。例如，球形標記提供識別其空間位置所需的信息。棒形標記還提供關于空間取向的信息。以陣列(線性的或其他組合的陣列)設置的一系列標記還提供取向信息。實際上，可使用多種標記點圖案。標記可被布置成直線、平面或三維陣列。也可以使用標記在治療過程中有效監(jiān)控標記位置。以這種方式，可對任何病人移動進行實時處理和校正。這種使用構成影像引導放射治療(IGRT)技術并允許進行適應性放射治療方案。對病人位置和放射束路徑的修正均可采用。監(jiān)控標記位置可通過各種方式實現(xiàn)。激光、MRI和RF技術的益處在于，病人不需暴露于持續(xù)劑量的成像x放射。由Calypso Medical Systems制造的設備提供了通過RF實現(xiàn)上述目的的方法。由ViewRay Corporation開發(fā)的技術提供了在MRI環(huán)境中如何能夠實現(xiàn)這種技術的示例。圓柱形的標記圖案對頭頸部和整個身體的立體定向定位裝置(x， r， 6 )具有特別的應用。由于大多數(shù)治療機器和CT的構臺以柱坐標操作，因而易于使標記與構臺位置匹配。圖案，例如六角形圖案，提供了有效識別標記x， r和6位置的方式。當然，笛卡爾模式也是識別x、 y、 z坐標的容易方式。在優(yōu)選實施例中， 一組標記被設置為沿著裝置(在這種情況下為用于放射治療或模擬的床面)的中心直接向下。第二組標記被設置為從第一組標記偏移，從而形成分立點的對角線。這允許對將被識別的標記進行獨立軸向定位。然后，這些標記可利用通常沿放射治療床面邊緣向下設置的物理索引特征聯(lián)接就位。通過將標記與物理索引特征布置成一直線，現(xiàn)在可將病人和定位裝置的物理位置與在成像空間中展示的標記關聯(lián)。對角標記與中心標記分開X厘米，其中X為索引位置數(shù)。例如，Hl將具有在中心線處的標記和橫向向左偏移1厘米的標記。H2將具有向左2cm的標記，等等。Fl將向右lcm，而0將簡單地具有一個標記。在這種常用的計數(shù)方案中，O提供了坐標系統(tǒng)的中心，Hl、 H2、 H3等朝向機器的頭部(構臺)軸向移動，F(xiàn)l、F2、 F3等朝向尾端移動。這提供了在成像空間中獲知索引點的位置和ID的方法。也可使用中間點?？刹捎酶』蚋蟮臉擞泚肀硎鞠鄬τ谥虚g點的主索引點。由于三點限定一個平面，因此，這種形式可用于限定裝置表面的平面。來自標記中心線的任意兩點和來自對角線的一點、或者來自對角線的任意兩點和來自中心線的 一 點提供足夠信息以定位裝置的平面。定位棒常用于定位床面上的裝置。為了能夠使標記在定位棒就位時視覺可見，可在棒中鉆通一系列小孔。通過標注這些孔(H1、0、 Fl，等)，甚至可以通過可見標記識別出棒的位置。類似于前述實施例，另一實施例使用沿裝置縱向向下(縱分地)設置并與物理索引特征成一直線的線列標記。設置從這些標記橫向偏移的多個標記以指示軸向位置。各種尺寸的標記可用于指示主
索引標記和位置ID標記。通過在模擬和治療床面上設置上述標記結構，可確保床面上的治療位置與模擬中所用位置相同。通過使用在最近的治療機器上設置的影像引導技術，可有效確定標記的位置并校正定位的不準確和變化。應注意的是，這不僅提供更準確的病人設定，而且可更可靠更快速地實現(xiàn)。由于現(xiàn)有放射治療設備和治療費用高昂，因而能夠為每個病人節(jié)省甚至幾分鐘也是重要的。
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本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例當應用于裝置時可顯示為具有頭 頸裝置。通過在裝置的縱向和橫向上設置標記，縱向和橫向激光器用 于確保位置精度。將一系列標記安裝在Accufix Cantilever TM頭頸裝置 上。橫向標記設置在裝置的拐角邊緣處，使得可實現(xiàn)與內頂激光器的 橫向對準，并與壁裝激光器豎直和水平對準。裝置用于病人的CT模 擬中。在治療設定過程中同時采用激光器和射野影像(portal image ) 以確保正確的病人定位。雖然錐形束CT在特定使用的治療機器上不 可用，但這種技術也應用良好。用于病人定位的裝置和床面在處于病人載荷下時出現(xiàn)撓曲 和變形(通常稱為下陷)。撓曲的量取決于設備的構造和結構硬度。 此外，撓曲由于病人體重隨時間的自然變化而在相同設備上可隨不同 治療階段而變化。對于測量標記陣列的位置和撓曲，現(xiàn)在具有一種方 法用于比較在模擬過程中和在每 一 治療階段過程中的撓曲。通過校正 所述變化，可以更準確地瞄準病人的腫瘤。這可通過重新定位病人或 通過修正治療傳輸路徑以對應于病人的新位置而實現(xiàn)。在現(xiàn)有放射治 療i殳備上，由此可有效校正病人定位誤差。如果采用的一^f亍標記沿床 面或裝置的中心軸向向下，則可根據(jù)軸向(縱向)位置確定位置差。 如果使用平面陣列標記，則可確定平面差。當使用諸如格柵插件之類 的病人支撐裝置時，這特別有用，這是因為這類裝置可在縱向和橫向 位置均出現(xiàn)顯著的Z形變。大多數(shù)治療機器在床運動方面包括三個自由度x、 y和z。 為了校正病人位置，常常希望具有另外的自由度，例如滾動、傾斜和 平搖。這可在諸如自動機械床之類的具有6個自由度的機器上容易地 實現(xiàn)，而無論其是否是工業(yè)類自動機械，例如由Accuray使用的自動 機械或諸如六足型Elekta之類的放射治療專用型號。圖1A顯示出安裝有標記4的CT模擬床面2。標記被設定 為與索引特征6成一行，使得索引位置可在成像空間中被識別。圖1B 顯示出標記設置在典型的治療床面8上。由于索引和標記基于CT模 擬床面和治療床面上的相同坐標系統(tǒng)，因此，病人可凈皮準確定位，而 且床面的位置可在成像空間中被確認。圖l所示的標記結構使用沿床 面中心直接向下設置的 一 組標記。偏移的 一 系列標記設置在對角線 上，使得任何特定的中心標記的軸向位置可通過定位所述偏移標記^皮識別。圖2圖示出索引棒10，用于通過諸如圖1中所示的索引特 征將裝置定位在床面上。盤12落入床面的切口 6中。銷16設計為定 位那些具有匹配孔的裝置?？?4設置在棒中，從而使標記通過棒而 視覺可見。通過以床面索引計數(shù)方案標注所述孔，所述棒的定位變得 明顯。圖3A和3B顯示出兩種典型的CT影像18，其中存在標記 4。由于在中心標記與偏移標記之間的距離在每一軸向位置均不同， 因而可確定掃描位置H1、 H2等等。圖4A和4B顯現(xiàn)出可用于提供成像空間取向和一系列軸向 標記的位置確定的各種標記4的結構。在這種情況下，可以使用對應 于數(shù)字索引位置的多個另外的標記。CT影像18顯示出在中心右方的 兩個標記4，從而識別出所述位置為F2。圖5顯示出典型的具有標記的頭頸裝置，標記以一定圖案 安裝以允許使用激光和x射線成像而縱向和橫向對準。通過將頭端的 標記設置在最邊緣處，安裝在內頂和壁上的激光器可用于對準所述裝 置。圖6顯示出頭頸裝置22的床面集成形式。在圖7中，床面24具有平面陣列的標記4。這可用于定位 和對準。這還提供關于床面形變和位置的x和z坐標信息。圖8A顯現(xiàn)出無栽荷的床面24。在圖8B中，病人26已被 放置在床面上，所述床撓曲。通過成像，此信息可轉換為被設定用于 處理的數(shù)字(通常為DICOM)數(shù)據(jù)。圖8C顯示出在具有載荷30和 不具有載荷28時的形變示意圖。變得明顯的是，可進行數(shù)學校正以 解決這種撓曲，而且，可移動病人或可修正治療束以確保正確瞄準腫 瘤。實際上，病人移動和治療路徑修正的組合可能最為有效。圖9顯現(xiàn)出具有線性加速器34的治療室32。床面24安裝 有陣列標記4。可使用室內激光器實現(xiàn)床面對準。壁裝激光器36允許 x和z位置對準38，而內頂激光器(未示出)允許x和y對準40。圖10示出安裝有標記4的柱型的立體定向頭框架42。標記 的軸向圖案允許激光器與螺旋形排布的標記對準，提供了位置識別方 法。圖10B和10C示出分別以切片D和B方式顯示的標記。螺旋形 標記在第三象限可見。但標記可用于任何象限以協(xié)助準確定位病人。
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權利要求
1、一種病人床面或裝置，包括由兩個或更多個分立的影像對照標記構成的圖案，使得所述標記的位置能夠在期望成像方式下被識別。
2、 根據(jù)權利要求1所述的病人床面或裝置，其中，所述成像方 式是從以下方式構成的組中選出的至少一種x射線，CT，錐形束 CT, C-arm， MRI，射頻，PET, SPECT,激光，紅外線，和可見光。
3、 根椐權利要求1所述的病人床面或裝置，其中，所述分立的 影像標記包括從以下材料構成的組中選出的至少一種金屬，陶f;, 水，塑料，鋁，氧化鋁，鉑，錸，金，鉭，鉍，錫，銦，鐵，鴒，銀， 不能透過放射線的聚合物，氫氧基磷灰石，二氧化硅，氧化鋯，氮化 硅，碳化硅，釓，石墨，凝膠，和玻璃。
4、 根據(jù)權利要求1所述的病人床面或裝置，其中，所述分立的 影像標記能夠使用射頻探測器被探測。
5、 根據(jù)權利要求1所述的病人床面或裝置，其中，所述分立的 影像標記包括RFID器件。
6、 根據(jù)權利要求1所述的病人床面或裝置，其中，所述標記中 的至少一個是視覺可見的。
7、 根據(jù)權利要求1所述的病人床面或裝置，其中，所述標記中 的至少一個能夠與激光設備對準。
8、 根據(jù)權利要求1所述的病人床面或裝置，其中，所述標記被 布置成一直線，并且與用于附接一個或多個病人定位裝置的一個或多 個索引特征對準。
9、 根據(jù)權利要求1所述的病人床面或裝置，其中，所述標記被 設置成從一個裝置到第二個裝置處于次毫米精度范圍內。
10、 根據(jù)權利要求1所述的病人床面或裝置，其中，所述標記的 位置能夠通過從由x射線、激光、紅外線、射頻、MRI和可見光儀器 構成的組中選出的至少 一種進行識別。
11、根據(jù)權利要求1所述的病人床面或裝置，進一步包括沿所 述床面的軸向被設置成一直線的一行標記，使得所述軸向位置能夠被 識別。
12、 根據(jù)權利要求11所述的病人床面或裝置，其中，至少一個 所述標記的軸向位置與設置在所述床面或裝置上的至少一個索引特 征的軸向位置相符，使得所述標記的軸向索引位置能夠通過標記定位 被識別。
13、 根據(jù)權利要求12所述的病人床面或裝置，進一步包括相 對于第 一行標記在對角線設置的第二行標記，使得所述標記的軸向位 置能夠被識別。
14、 根據(jù)權利要求11所述的病人床面或裝置，進一步包括相 對于所述第 一行標記設置的另外的 一 系列標記，使得所述標記的軸向 位置能夠被識別。
15、 根據(jù)權利要求1所述的病人床面或裝置，進一步包括標記陣列。
16、 根據(jù)權利要求15所述的病人床面或裝置，其中，所述標記 陣列能夠用于確定所述床面或裝置在病人重量下的位移和形變。
17、 根據(jù)權利要求1所述的病人床面或裝置，其中，所述標記具 有在lmm至4mm之間的標稱尺度。
18、 一種根據(jù)對治療的模擬精確定位床面或裝置的方法。
19、 一種校正床面或裝置在治療時的形變和位移的方法，包括 比較治療時的位置標記與模擬時的位置；計算位移差并修正病人位置 或治療束傳輸路徑中的至少 一種以補償形變。
20、 根據(jù)權利要求19所述的方法，進一步包括使用電腦軟件 通過以下方式至少之一校正病人位置的差值基于一個或多個影像對 照標記的位置變化修正病人位置和/或修正治療束傳輸。
21、 一種裝置，包括縱向和橫向設置的標記，使得在內頂和壁 上安裝的激光器能夠用于對準。
22、 根據(jù)權利要求21所述的裝置，其用于治療從以下患部構成 的組中選出的至少一種頭頸部、肺、盆腔、胸、和脊推患部。
23、 一種立體定向放射外科裝置，包括 一個或多個分立影像對 照標記。
24、 根據(jù)權利要求23所述的定向放射外科裝置，其中， 一系列 標記被設置為能夠通過柱坐標系統(tǒng)進行描述的圖案。
25、 根據(jù)權利要求1所述的床面或裝置，其能夠用于在從由MRI、CT、超聲波、傳統(tǒng)模擬器、c-arm、 PET、 SPECT和放射療法治療機 器構成的組中選出的至少一種上進行模擬。
26、 根據(jù)權利要求1所述的床面或裝置，其能夠用于使用從由高 能量放射療法、千伏療法、電子療法、質子療法、重粒子療法、和線 性減速器療法的治療機器構成的組中選出的至少 一 種進行治療。
27、 一種用于治療病人的方法包括a、 在模擬過程中使用從激光、可見光、紅外線、MRI、 RF和放 射線構成的組中選出的至少 一種來確定床面或裝置的位置；b、 在進行治療之前確定所述床面或裝置的位置；c、 計算模擬位置與治療位置的差值；d、 改變所述床面或裝置的位置以補償所述差值；e、 治療患部；和f、 任選地，使病人豎立以進行另外的治療部分，并重復步驟b、 c、 d和e。
28、 一種治療病人的方法，包^fe:a、 對病人定位以進行4莫擬和成4象；b、 基于模擬數(shù)據(jù)制定治療方案；c、 任選地，使用從激光、可見光、紅外線、MRI、 RF和x射線 構成的組中選出的至少一種來相對于所述治療方案確認治療位置；d、 對病人定位以進行治療；e、 通過修正病人位置和治療束傳輸路徑中的至少一種而對病人的 定位差值施力口校正；和f、 治療患部。
29、 一種在放射治療過程中通過影像引導而精確瞄準患部的方 法，包括使用從激光、可見光、紅外線、MRI、 RF和力丈射線構成的組中選 出的至少一種來實時確定一個或多個影像標記的位置；和修正病人位置和/或放射治療束路徑，以適應性地補償位置變化。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種病人床面或裝置，用于通過在床面或裝置上的分立位置設置一系列的小基準標記在模擬和治療過程中快速準確地定位病人。通過使用基準標記，本發(fā)明允許校正部分地由于病人體形和體重所致的病人定位設備的失準和形變。本發(fā)明還提供了一種用于定位病人并校正床面或裝置的形變的方法。
文檔編號A61B5/05GK101484071SQ200780022838
公開日2009年7月15日 申請日期2007年4月27日 優(yōu)先權日2006年4月27日
發(fā)明者D·D·科彭斯 申請人:Qfix系統(tǒng)有限責任公司