專利名稱：用于估算實施劑量的方法和系統的制作方法
用于估算實施劑量的方法和系統技術領域本申請要求2005年7月22日提交的、名稱為"SYSTEM AND METHOD FOR FEEDBACK GUIDED QUALITY ASSURANCE AND ADAPTATIONS TO RADIATION THERAPY TREATMENT"的美國臨 時專利申請No. 60/701,580的優先權，其全部內容通過引用而包含于 此。
背景技術：
在過去的幾十年里，已經把計算機和聯網技術、放射療法治療計 劃軟件以及醫學成像器械(CT、 MRI、 US和PET)的改進結合進了放 射療法實踐中。這些改進促進了圖像導引放射療法("IGRT")的發展。 IGRT是利用患者內部解剖結構的剖面圖像以更好地把放射劑量對準腫 瘤同時減少對健康器官的輻射的放射療法。用調強放射療法(IMRT) 控制實施到腫瘤的放射劑量，包括改變放射束的尺寸、形狀、以及強 度以便符合患者腫瘤的尺寸、形狀和位置。IGRT和IMRT導致腫瘤的 改進控制，同時還降低了由輻射腫瘤周圍健康組織所可能導致的急劇 副作用。IMRT正在成為多個國家的護理標準。然而，在很多情況下，由于 時間、資源和付款的限制，并不用IMRT來治療患者。可以使用患者 的每日圖像來確保IMRT計劃生成的高梯度位于用于患者治療的正確 位置上。而且，這些圖像可以根據需要提供在線或離線調整計劃所需 的信息。在放射療法領域中，公知地，存在可能在患者治療的療程中出現 的不確定性和變化的來源。這些來源中的一些表示隨機誤差，諸如每天患者擺位位置的小差異。其它來源歸因于生理改變，如果在治療期 間患者的腫瘤退化或患者體重下降則可能發生該生理變化。第三種可 能的類型與運動有關。運動可能與其它類型疊加，因為有些運動可能 更加隨機并且不可預測，諸如患者咳嗽或放屁，而有時其它運動可以 是比較有規律的，諸如呼吸運動。發明內容在放射療法中，不確定性能夠影響患者的治療質量。例如，當向 耙區實施治療劑量時，標準慣例是也處理靶周圍的高劑量"邊緣(margin)"區域。這有助于確保耙即使在治療療程期間或者甚至在單 次放射治療期間位置改變也能接收到預期劑量。靶位置限定越不明確， 通常就越需要使用較大的邊緣區。適應性放射療法通常指的是在放射療法治療的療程期間使用反饋 來改善將來治療的原理。在離線適應性療法過程和在線適應性療法過 程中，可以使用反饋。在沒有正在治療患者的同時，諸如在治療次期 間，離線適應性療法過程發生。在離線適應性療法的一個版本中，在 每次放射治療期間，在每次前后獲取患者的新CT圖像。在從前幾次治 療獲取圖像之后，對圖像進行評估從而確定靶結構的多日位置的有效 包絡。接著，可以制訂(develop)新的計劃以便更好地反映靶結構的 運動范圍，而不是利用運動的規范假設。離線適應性療法的更復雜版 本，是在每次之后重新計算實施的劑量，并累積這些劑量，在累積期 間可以利用變形技術以便解決內部運動。之后可以比較累積劑量和計 劃劑量，如果發現任何差異，則可以修改后續次治療以便解決這些變 化。通常在患者處于治療室內的同時發生在線適應性療法過程，可能 而不是必須在治療實施期間發生。例如，有些放射療法治療系統帶有 成像系統，諸如在線CT或X射線系統。可以在治療前使用這些系統 來驗證或調節患者擺位以實施治療。成像系統還可以用來在實際的治療實施期間對治療進行調整。例如，成像系統可以與治療系統協同使 用，以便修改治療實施從而反映患者解剖結構的變化。本發明的一個方面，是公開適應性療法技術應用的新時機，另一 個方面是提供適應性療法的新方法。具體而言，通常適應性療法集中 在用來修改患者治療的反饋上，但是本發明集中在用于質量保證環境 中的適應性療法過程。在全系統檢査的情況下，這尤為正確。例如，可以用檢測器來收集表示多少治療束穿過患者的信息，據 此可以確定治療輸出的大小以及用于實施的任何放射樣式。該實施驗 證過程的好處是，使操作者能夠檢測機器實施中的錯誤，諸如不正確 的葉片樣式或機器輸出。然而，驗證機器是否運行正常本身并不能保證治療計劃的正確實 施，因為還需要驗證用來對機器進行編程的外部輸入是有效并且一致 的。因此，本發明的一個方面包括用于整個治療過程的改進的質量保 證的適應性類型反饋環的更廣義概念。在這方面，本發明包括下列步 驟定位治療的患者，使用用于圖像導引的方法來確定患者的位置， 根據圖像導引按照治療的需要重定位患者，以及開始治療。隨后，在 治療期間或之后，重新計算患者的劑量并結合治療之前或期間已經收 集到的患者圖像信息。這些步驟都完成之后，收集質量保證數據以便 分析沒有按計劃執行實施的程度，檢驗證在新的可用數據的情況下計 劃的實施是否合理。在這點上，反饋的概念不再用來根據患者或實施 的變化表示治療的變化，而是用來驗證原始實施本身。作為例子，可以為患者制訂治療計劃，除非用來計劃的圖像變壞， 諸如采用了不正確的密度校準。在這種情況下，治療計劃將基于不正 確的信息，可能向患者實施不正確的劑量。然而，很多質量保證技術 不會檢測到該錯誤，因為它們驗證機器是否按指令運行，而不檢查給 機器的指令是否基于正確的輸入信息。同樣地，有些適應性療法技術可以應用到這種實施中，但是如果該例子的校準問題仍存在，則適應 性治療仍面臨同樣的缺陷。為了質量保證，可以使用多個過程來擴展反饋的使用。例如，在 一個實施例中，該過程將包括上面描述的實施驗證技術。這些方法所 提供的機器性能的檢査，是整個系統質量保證工具箱中的一個有價值 的部分。而且，實施驗證過程可以被擴展到分析其它系統錯誤，諸如 基于具有殘缺視野的圖像的實施。在一個實施例中，本發明提供了一種估算實施到接收放射療法的 患者的放射劑量的方法。該方法包括下列行為生成一系列基于時間 的患者圖像，收集一系列基于時間的表示患者運動的數據，以及根據 所述一系列基于時間的患者圖像和所述一系列基于時間的數據估算實 施給患者的放射劑量。在另一個實施例中，本發明提供了一種用于確定實施到患者的放 射劑量的系統。該系統包括包括計算機處理器的放射療法治療裝置， 該放射療法治療裝置可操作來向患者實施治療計劃，以及保存在可由 計算機處理器訪問的計算機可讀介質中的軟件程序。該軟件程序可操 作用來接收一系列基于時間的患者圖像，輸入一系列基于時間的表示 患者運動的數據，以及根據所述一系列基于時間的患者圖像和所述一 系列基于時間的數據估算實施到患者的放射劑量。在又一個實施例中，本發明提供了一種估算實施到接收放射療法 的患者的放射劑量的方法。該方法包括下列行為為患者生成治療計 劃，根據治療計劃開始放射療法治療，在放射療法治療的實施期間生 成患者的4DCT圖像，計算每個4DCT圖像上的放射劑量。在另一個實施例中，本發明提供了一種估算實施到接收放射療法的患者的放射劑量的方法。該方法包括下列行為為患者生成治療計劃，治療計劃包括參考圖像；從位于放射療法治療系統上的成像裝置獲取4DCT圖像；利用變形把參考圖像和4DCT圖像相關聯；以及計 算在得到的4DCT圖像上的放射劑量。在另一個實施例中，本發明提供了一種估算將要實施到患者的放 射劑量的方法。該方法包括下列行為生成一系列基于時間的患者圖像，檢索(retrieve) —系列模擬的基于時間的表示患者運動的數據， 以及根據所述一系列基于時間的患者圖像和所述一系列模擬的基于時 間的數據，估算將要實施到患者的放射劑量。結合下面的詳細描述以及所附附圖，將會明白本發明的其它方面。
圖1是放射療法治療系統的透視圖。圖2是圖1中所示的放射療法治療系統中可以使用的多葉片準直儀的透視圖。圖3是圖1的放射療法治療系統的示意性說明。圖4是放射療法治療系統中所用的軟件程序的示意圖。圖5是根據本發明的一個實施例估算實施到患者的放射劑量的方法的流程圖。圖6是根據本發明的一個實施例估算實施到患者的放射劑量的方 法的流程圖。圖7是根據本發明的一個實施例估算實施到患者的放射劑量的方 法的流程圖。圖8是根據本發明的一個實施例估算將要實施到患者的放射劑量 的方法的流程圖。
具體實施方式
在詳細解釋本發明的實施例之前，應該明白本發明的應用并不局 限于下列描述中提出的或在下列附圖中給出的結構和部件配置的細節。本發明可以是其它實施例并以其它方式實施或執行。還應該明白 此處所用的措詞或術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 目和其等價物以及其它項目。除非特別指定或另外限制，術語"安裝"、 "連接"、"支持"和"耦合"及其變形被寬泛地使用并包含直接和 間接的安裝、連接、支持和耦合。此外，"連接"和"耦合"并不局 限于物理或機械連接或耦合。雖然本文在描述附圖時使用了方向性參考，諸如上、下、向下、 向上、向后、底、前、后等，然而這些標記只是為了方便相對于附圖 進行的(如正常看來)。這些方向不意圖字面上或以任何形式限制本 發明。此外，這里使用的諸如"第一"、"第二"和"第三"這樣的 術語，是用來描述的，而不用來指示或暗示其相對重要性或顯著性。此外，應該明白，本發明的實施例包括硬件、軟件和電子部件或 模塊，為了討論，這些可以被說明或描述成大部分部件單獨用硬件實 施。然而，本領域中的普通技術人員，在閱讀完這里的詳細描述的基 礎上，將意識到在至少一個實施例中，可以用軟件來實施基于本發明 的各個方面的電子器件。同樣地，應該注意到，可以用基于硬件和軟 件的多個裝置以及多種不同結構的部件來實施本發明。此外，如在后 面段落中描述的，附圖中示出的具體機械構造是用來舉例說明本發明 的實施例的，還可以使用其它備選的機械構造。圖1示出了能夠為患者提供放射治療的放射療法治療系統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、或其它類型的療法。放射療法治療系統10包 括機架18。機架18可以支持放射模塊22，放射模塊22可以包括放射 源24和線性加速器26，其可操作用來生成放射束30。雖然附圖中示 出的機架18是環形機架，即其延伸通過整個36(T弧從而生成一個封 閉的環或圓，但是還可以采用其它類型的安裝布置。例如，可以使用C型、部分環形機架或機器人臂。可以使用能夠在相對于患者14的各種 旋轉和/或軸向位置處定位放射模塊22的任何其他框架。此外，放射源 24可以在不遵循機架18的形狀的路線上行進。例如，放射源24可以 在非圓形路線上移動，即使示出的機架18通常是圓形的。放射模塊22還可以包括可操作用來修改或調制放射束30的調制 裝置34。調制裝置34提供放射束30的調制并引導放射束30朝著患者 14。具體而言，引導放射束30朝向患者的一部分。廣泛來說，該部分 包括整個身體，但是通常比整個身體小并可由二維面積或三維體積來 定義。期望接收輻射的部分，其可以被稱為靶38或靶區38，是關注區 域的一個例子。另一類型的關注區域是危險區域。如果某部分包括危 險區域，則放射束最好從危險區域轉移。患者14可以具有不止一處需 要接收放射療法的靶區。這種調制有時被叫做調強放射療法 ("MRT")。如圖2所示，調制裝置34可以包括準直裝置42。準直裝置42包 括一組顎件46，其定義并調節放射束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 調節孔50的尺寸。在圖2示出的一個實施例中，調制裝置34可以包括多葉片準直儀 62，其包括多個交錯葉片66，其可操作以從一個位置移動到另一個位 置以便提供強度調整。還應該注意，葉片66可以被移動到最小和最大 打開位置之間的任意位置。多個交錯葉片66在放射束30到達患者14 身上的耙38之前調制放射束30的強度、尺寸和形狀。每個葉片66都 由諸如馬達或空氣閥的致動器70獨立控制，以便葉片66可以快速打 開或關閉從而允許或阻止射線通過。致動器70可以由計算機74和/或 控制器控制。放射療法治療系統10還可以包括檢測器78，例如千伏或兆伏電壓檢測器，可操作用于接收放射束30。線性加速器26和檢測器78還 可以用作X射線計算機斷層攝影(CT)系統，以便生成患者14的CT 圖像。線性加速器26向患者14的靶38發射放射束30。靶38吸收一 些輻射。檢測器78檢測或測量靶38所吸收的輻射量。隨著線性加速 器26繞著患者14旋轉并發出輻射，檢測器78從不同角度收集吸收數 據。收集的吸收數據被發送給計算機74，以便處理吸收數據并生成患 者身體組織和器官的圖像。圖像還還可以示出骨骼、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，還可以利用傳遞兆伏電壓能量或千伏 電壓能量的線性加速器26獲得CT圖像。還應該注意，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10或其它 圖像獲得裝置，諸如其他CT掃描儀、MRI系統以及PET系統)配準。 例如，用于患者14的先前獲得的CT圖像可以包括勾畫輪廓過程完成 的識別出的耙38。可以將用于患者14的新獲得的CT圖像與先前獲得 的CT圖像配準，以便幫助識別新CT圖像中的耙38。該配準過程可以 使用剛性的或可變形的配準工具。在有些實施例中，放射療法治療系統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相似的方式工作，以便獲得圖像數據。圖像數據被發送給計算 機74,在此對其進行處理以便生成患者身體組織和器官的圖像。放射療法治療系統10還可以包括支持患者14的患者支持件，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84移動。在本發明的其它實施例中，患者支持件可以是適 于支持患者身體任一部分的裝置。患者支持件不限于必須支持起整個 患者身體。系統10還可以包括可操作來操縱治療床82的位置的驅動 系統86。驅動系統86可以由計算機74控制。在圖2和3中示出的計算機74，包括用于運行各種軟件程序和/ 或通信應用程序的操作系統。尤其是，計算機74可以包括操作以與放 射療法治療系統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據，并且應該注意的是，還可以 把數據輸入給(多個)軟件程序90。計算機74可以包括適于由醫務人員訪問的任何適合的輸入/輸出 裝置。計算機74可以包括諸如處理器、I/O接口以及存儲裝置或存儲 器的典型硬件。計算機74還可以包括諸如鍵盤和鼠標的輸入裝置。計 算機74還可以包括諸如監視器的標準輸出裝置。此外，計算機74可 以包括諸如打印機和掃描儀的外圍設備。計算機74可以與其它計算機74以及放射療法治療系統IO聯網。 其它計算機74可以包括其它和/或不同計算機程序以及軟件，并且不必 與此處描述的計算機74相同。計算機74和放射療法治療系統10可以 與網絡94通信。計算機74和放射療法治療系統IO還可以與(多個) 數據庫98和(多個)服務器102通信。應該注意，(多個)軟件程序 90還可以駐留在(多個)服務器102上。可以根據任意網絡技術或網絡布局或技術和布局的組合來構建網 絡94，網絡94可以包括多個子網絡。圖3中示出的計算機和系統之間 的連接可以通過局域網("LAN")、廣域網("WAN")、公共交 換電話網絡("PSTN")、無線網絡、內聯絡、因特網、或任意其它 合適的網絡來完成。在醫院或醫療設施中，圖3中所示的計算機和系 統之間的通信，可以通過健康信息交換第七層協議("HL7")或具有 任何版本的其它協議和/或其它要求的協議來完成。HL7是規定兩個來 自不同賣方的計算機應用程序(發送方和接收程方)之間的接口的實 施的標準協議，用于醫療環境中的電子數據交換。HL7可以允許醫療 機構交換來自不同應用程序系統的關鍵數據集。尤其是，HL7可以定 義將要交換的數據、交換的計時以及與應用程序的出錯通信。格式通常實質上是通用的，并可配置為滿足所涉及應用程序的需要。圖3中所示出的計算機和系統之間的通信還可以通過具有任意版本的醫學數字成像和通信("DICOM")協議和/或其它需要的協議進 行。DICOM是NEMA制定的國際通信標準，其定義了用來在醫學設備 的不同件之間傳輸關于醫學圖像的數據的格式。DICOM RT指的是放 射治療數據專用的標準。圖3中的雙向箭頭通常表示圖3中所示出的網絡94與計算機74 和系統10中的任一個之間的雙向通信和信息傳輸。然而，對于某些醫 學和計算機化設備來說，可能只需單向通信和信息傳輸。圖4是軟件程序90的示意圖。軟件程序90包括多個互相通信以 便執行放射療法治療過程的功能的模塊。軟件程序90包括治療計劃模塊106，其可操作用于根據由醫務人 員輸入到系統10的數據為患者14生成治療計劃。數據包括患者14的 至少一部分的一個或多個圖像(例如計劃圖像和/或治療前圖像)。治 療計劃模塊106把治療分成多次，并根據醫務人員輸入的處方為每次 或每個治療確定放射劑量。治療計劃模塊106還根據圍繞靶38畫出的 各種輪廓為靶38確定放射劑量。在同一治療計劃中可以出現并包括多 個耙38。軟件程序90還包括患者定位模塊110，其可操作用來為特定次的 治療相對于機架18的等中心定位并對準患者14。當患者在患者支持件 82上的同時，患者定位模塊110獲取患者14的圖像并對患者14的當 前位置和在參考圖像中的患者位置進行比較。參考圖像可以是計劃圖 像、任何治療前圖像、或者計劃圖像和治療前圖像的組合。如果需要 調節患者的位置，患者定位模塊110就提供指令給驅動系統86以便移 動患者支持件82，或者把患者14手動移動到新位置處。在一種結構中，患者定位模塊110可以從位于醫療室內的激光器接收數據，以便提供 患者相對于機架18的等中心的位置數據。根據來自激光器的數據，患者定位模塊110向驅動系統86提供指令，驅動系統86移動治療床82 以獲得患者14相對于機架18的正確對準。應該注意到，除了激光器 之外的裝置和系統也可用于向患者定位模塊110提供數據以協助對準 過程。患者定位模塊110還可操作用來在治療期間檢測和/或監視患者運 動。患者定位模塊IIO可以與運動檢測系統U4通信和/或包括運動檢 測系統114，諸如X射線、室內CT、激光定位裝置、照相機系統、肺 活量計、超聲、張力測量、胸帶等等。患者運動可以是無規律的或者 不能預期的，并且不需遵循平滑的或者可再現的路徑。軟件程序90可以包括圖像模塊118，其可操作用來獲取患者14 的至少一部分的圖像。圖像模塊118可以根據期望協議，在治療開始 之前、治療期間、和治療之后，指示諸如CT成像裝置的機載圖像裝置 獲取患者M的圖像。還可以使用其它離線成像裝置或者系統來獲取患 者14的治療前圖像，這些離線成像裝置或者系統諸如非定量CT、MRI、 PET、 SPECT、超聲、透射成像、熒光檢査、基于RF的定位等等。所 獲取的(多個)治療前圖像可以用于患者14的配準和/或生成變形映射 (deformation map)，以便識別在一個或多個計劃圖像和一個或多個治 療前圖像之間的差異。獲取的圖像還可以用于患者14的配準和/或確定或者預測將要實 施到患者14的放射劑量。獲取的圖像還可用于確定患者在先前的治療 期間接收的放射劑量。圖像模塊118還可操作用來在患者正在接收治 療的同時獲取患者14的至少一部分的圖像，以便實時確定患者14正 在接收的放射劑量。軟件程序90還包括放射劑量計算模塊122，其可操作用來計算實施到患者14的放射劑量。劑量計算模塊122可以確定患者的位置和/或運動對規定放射劑量的實施的影響。劑量計算模塊122可以根據各 種類型的計劃，計算實施到患者14的放射劑量的量或將要實施到患者 14的輻射量。劑量計算模塊122可以根據任何計劃在計劃的任何時刻 計算放射劑量的量。例如，該計劃可以是預期計劃，其中醫務人員 檢查劑量選項以便確定哪個計劃用于治療的實施；或者回溯計劃，其 中醫務人員檢査實施到患者14的劑量量及其效果，以便確定是否需要 改變計劃或者為將來的治療實施考慮不同的(多個)計劃。計劃的類 型可以包括但不局限于4D、自由呼吸、跟蹤、3D、 IMRT、選通、呼 吸暫停(breathhold)以及呼吸同步實施。"4DCT"圖像是3D圖像容 積的集，其每個表示運動模式的一個"相"，諸如呼吸運動。劑量計 算模塊122可以在這些容積的一個上更準確地重新計算劑量。劑量計算模塊122可操作用來接收患者數據(實時以及歷史性 的)、患者圖像(例如計劃圖像和/或治療錢圖像)、患者位置數據、 解剖位置數據、以及系統或者機器數據。劑量計算模塊122可以通過 下述方法來確定實施到患者14的放射劑量的量，即，利用來自運動檢 測系統114的數據以識別患者在任一給定時間所處的相，以及對于每 次處于與患者的瞬時位置最佳匹配的4D CT圖像的相中則重新計算放 射劑量。換句話說，劑量計算模塊122把患者運動數據與圖像數據相 關聯起來，并計算實施的劑量。可以逐相計算實施的劑量，或者可以 作為在所有相中實施的累積劑量來計算實施的劑量。根據對患者實際 正在接收的放射劑量的量的更好的理解，醫務人員可以調整治療計劃、 治療期間患者的位置/配準、劑量量、劑量分布、以及其它參數和系統 設置。還可以在更新后的4D CT圖像以及其它類型的4D圖像上執行劑 量計算，該其他類型的4D圖像諸如治療之前或者治療期間獲得的4D PET或者4D MRI。劑量計算模塊122可以向醫務人員提供關于放射劑量對患者14的 生物效應的信息。劑量計算模塊122可以根據患者14已經接收的放射劑量的量和/或患者配準來確定輻射對于組織、腫瘤和器官產生的生 物效應。根據該生物效應，醫務人員可以調整患者14、系統設置，或 者對治療計劃進行其它調整。可以在患者配準過程中結合生物信息， 以便識別得到具有優選生物效應的實施劑量的患者14的優選位置。劑量計算模塊122可以利用關于實際實施的放射劑量以及所實施 放射劑量的生物效應的數據，并應用把臨床放射劑量與患者效應相關 聯的生物模型。實施的凈放射劑量(利用變形技術累積的放射劑量) 可用于估算繼續該治療會產生的生物效應，以及同樣地，可以為優選的生物效應評估用于修改治療的可能備選。可以修改和/或更新得到的分次進度表、劑量分布、以及計劃，以便反映信息的極點(culmination)。軟件程序90還可以包括可操作用來接收數據的變形模塊126，該 數據諸如來自圖像模塊118以及治療計劃模塊106的圖像數據，及來 自治療計劃模塊106的患者和系統數據，以便生成圖像的變形映射。 變形模塊126可以使用變形技術來確定所有實施的治療的放射劑量的 累積。可以用變形映射把大量圖像關聯起來以供計算劑量之用。例如， 變形映射可以把對劑量計算有用的計劃圖像和在線圖像關聯起來，其 中在線圖像具有定性值但較少直接用于劑量計算。隨后，這種關系可 以用來將更定量的圖像"再映射"到在線或者更少定量的圖像的定性 形狀。所生成的再映射圖像將比計劃圖像或者在線圖像更適合劑量計 算或者定量性的應用，因為它將具有第一圖像的定量性益處，但還具 有如包含于第二圖像中的更新的解剖信息。這在很多情況下都很有用， 諸如第一圖像(例如計劃圖像)是CT圖像并且第二圖像缺乏定量性圖 像值時(例如MRI、 PET、 SPECT、超聲、或者非定量性CT等圖像)。 變形映射還可以關聯諸如3D圖像(例如計劃圖像或者治療前圖像)的 參考圖像和諸如4D CT圖像這樣的基于時間的一系列圖像，以便確定 實施到患者14的放射劑量的量。代替或者除定量性限制之外，變形模塊126也可以校正幾何失真、 不完美、和/或不完全，例如，較好地表示解剖結構但包括幾何失真的當前的MRI圖像，可以被再映射到不失真的CT圖像。或者，可使用多個圖像來在表示解剖變化的同時校正失真。變形映射可用于計算在計劃圖像之后獲取的患者圖像上的放射劑量。其還可用于累積多次實施的劑量。可以根據物理空間(physical space)中的劑量位置來增加劑量，但另一種方法將把變形方法結合到 該過程中，以便根據接收劑量的結構來增加劑量，即使結構已經改變 了位置。變形模塊126可以計算患者14已經從前幾次實施中接收的 輻射的劑量。在把一個圖像配準另一個圖像的情況下描述上述變形過程的同 時，其還可以通過可變形地把一組兩個或多個圖像與另一組一個或多 個圖像配準來操作。例如，如果有兩對圖像，每對都包括MRI和CT 圖像，則變形映射能夠在MRI具有更多信息的區域中把兩個MRI圖像 配準到一起，而在CT具有更多信息的區域中把CT圖像配準到一起。 由此能把這些變形結合起來。或者圖像之間的變形映射可以一起使用， 例如用于使用CT變形映射來校正MRI圖像中的幾何失真和變形，在 已經校正該失真之后，使用MRI變形映射以更好地分析軟組織的運動。 從一般意義來講，因為通過應用指示諸如解剖尺寸、形狀和內容的信 息的變形技術，可以更好理解并由此改善不良圖像，所以該過程使得 能夠經由變形改善成像。應該注意，變形映射還可以關聯諸如3D圖像 (例如計劃圖像或者治療前圖像)的參考圖像和諸如4D CT圖像的基 于時間的一系列圖像，以便確定實施到患者14的放射劑量的量。該 信息可以被結合到圖像重建、修改、或者增強過程中。軟件程序90還包括治療實施模塊130，其可操作用來指示放射療 法治療系統10根據治療計劃向患者14實施治療計劃。治療實施模塊126可以生成并傳送指令給機架18、線性加速器26、調制裝置34以及 驅動系統86，以便向患者14實施輻射。指令協調機架18、調制裝置 34以及驅動系統86的必要運動，以便按照治療計劃中規定的向正確的 耙實施正確量的放射束30。治療實施模塊130還計算將要實施的放射束30的合適樣式、位置 以及強度，以便與治療計劃規定的處方匹配。放射束30的樣式由調制 裝置34生成，具體而言是通過多葉片準直儀中的多個葉片的運動生成。 治療實施模塊130可以根據治療參數使用規范的、預定的或者模板葉 片樣式來生成放射束30的合適的樣式。圖5是估算實施到患者14的放射劑量的方法的流程圖。醫務人員 根據患者數據、圖像或者其它信息為患者14生成(在200)治療計劃。 當患者14準備好治療時，醫務人員在實施治療之前利用患者定位模塊 IIO的協助，把患者14定位(在204)在治療床82上。可以獲取患者 14的圖像以便幫助定位。可以根據需要進行另外的位置調整。正確地 定位患者14之后，圖像模塊118獲取(在208)患者的一個或多個圖 像。圖像可以是基于時間的一系列圖像，諸如4D CT圖像。醫務人員 啟動(在212)治療計劃的實施。在治療計劃實施期間，運動檢測系統 114監視并收集(在216)關于患者運動的數據。劑量計算模塊126根 據放射療法治療實施之前獲取的圖像以及運動數據，估算(在220)實 施到患者14的放射劑量。圖6是估算實施到患者14的放射劑量的另一種方法的流程圖。醫 務人員根據患者數據、圖像或者其它信息為患者14生成(在250)治 療計劃。當患者14準備好治療時，醫務人員在實施治療之前利用患者 定位模塊110的協助，把患者14定位(在254)在患者支持件82上。 可以獲取患者14的圖像以便幫助定位。可以根據需要進行另外的位置 調整。醫務人員啟動(在25S)治療計劃的實施。在治療實施期間，圖 像模塊118獲取(在262)患者的一個或多個圖像。圖像可以是基于時間的一系列圖像，諸如4D CT圖像。劑量計算模塊126根據圖像計算 (在266)實施到患者14的放射劑量。圖7是估算實施到患者14的放射劑量的方法的流程圖。醫務人員 根據患者數據、圖像或者其它信息為患者14生成(在300)治療計劃。 治療計劃包括參考圖像，諸如計劃圖像或者治療前圖像。當患者14準 備好治療時，醫務人員在實施治療之前利用患者定位模塊110的協助， 把患者14定位(在304)在患者支持件82上。可以獲取患者14的圖 像以便幫助定位。可以根據需要進行另外的位置調整。正確地定位患 者14之后，醫務人員啟動(在308)治療計劃的實施。圖像模塊118 獲取(在312)患者的一個或多個圖像。圖像可以是基于時間的一系列 圖像，諸如4D CT圖像。變形模塊126利用變形把參考圖像和新獲取 的圖像關聯起來(在316)。劑量計算模塊122根據由變形過程得到的 圖像來計算(在320)實施到患者14的放射劑量。圖8是估算實施到患者14的放射劑量的方法的流程圖。醫務人員 根據患者數據、圖像或者其它信息為患者14生成(在350)治療計劃。 治療計劃可以包括圖像，諸如基于時間的一系列圖像或者4D CT圖像。 醫務人員取得(在354)模擬或者預先存在的運動數據。劑量計算模塊 126根據基于時間的圖像序列以及運動數據，估算(在35S)將要實施 到患者M的放射劑量。當患者14準備好治療時，醫務人員在實施治 療之前利用患者定位模塊110的協助，把患者14定位(在362)在治 療床82上。可以獲取患者14的圖像以便幫助定位。可以根據需要進 行另外的位置調整。正確地定位患者14之后，醫務人員啟動(在366) 治療計劃的實施。本發明的一個應用是校正可能由不良計劃或者治療計劃的不良實 施導致的不良治療。軟件程序90可以分析凈實施劑量，并生成校正的 計劃以便實施凈期望放射劑量或者選擇以與想要的生物效應匹配的劑 量。初始治療不必局限于基于光子的放射療法，而是可以是包括短程療法、電子束療法、質子、中子或者粒子療法的任何形式的治療，或 者其它類型的治療。
在下列權利要求中陳述了本發明的各種特征和優點。
權利要求
1.一種估算實施到接受放射療法的患者的放射劑量的方法，該方法包括生成基于時間的一系列患者圖像；收集表示患者運動的基于時間的一系列數據；以及根據所述基于時間的一系列患者圖像和所述基于時間的一系列數據，估算實施到所述患者的放射劑量。
2. 根據權利要求l所述的方法，還包括把所述患者運動數據與所 述圖像數據相關聯。
3. 根據權利要求l所述的方法，其中，所述一系列患者圖像包括 相，并且其中所述方法還包括計算在每個相中實施的所述劑量的步驟。
4. 根據權利要求l所述的方法，還包括根據所述一系列圖像來計 算實施到所述患者的累積劑量。
5. 根據權利要求4所述的方法，還包括利用可變形配準來關聯所 述圖像。
6. 根據權利要求l所述的方法，還包括獲取關于實施的臨床劑量 和患者效應的數據，并應用把所述臨床劑量與所述患者效應相關聯的 生物學模型。
7. 根據權利要求l所述的方法，其中，所述基于時間的一系列患 者圖像由4DCT、 4DMRI和4DPET中的一個生成。
8. 根據權利要求l所述的方法，其中，所述基于時間的一系列患 者運動數據源自機載檢測器和外部裝置中的一個。
9. 根據權利要求8所述的方法，其中，所述外部裝置是照相機、 肺活量計和胸帶中的一個。
10. —種確定實施到患者的放射劑量的系統，該系統包括 包括計算機處理器的放射療法治療裝置，該放射療法治療裝置可操作用來向患者實施治療計劃；以及 ——______存儲在所述計算機處理器可訪問的計算機可讀介質中的軟件程 序，所述軟件可操作用來接收基于時間的一系列患者圖像，輸入表示 患者運動的基于時間的一系列數據，并根據所述基于時間的一系列患 者圖像和所述基于時間的一系列數據來估算實施到所述患者的放射劑且里。
11. 根據權利要求IO所述的系統，還包括運動檢測系統，以及其中所述運動檢測系統可操作用來檢測所述患者的運動并與所述計算機 處理器通信。
12. 根據權利要求IO所述的系統，其中，所述基于時間的一系列 圖像包括相，以及其中，所述軟件程序還可操作用來估算每次在最佳 表示所述患者位置的所述圖像的一個或多個相中實施到所述患者的所 述放射劑量。
13. 根據權利要求IO所述的系統，其中，所述軟件程序可操作用 來根據所述一系列圖像來計算實施到所述患者的累積放射劑量。
14. 根據權利要求13所述的系統，其中，所述軟件程序還可操作 用來使用可變形配準來關聯所述一系列圖像。
15. —種估算實施到接受放射療法的患者的放射劑量的方法，該方法包括為所述患者生成治療計劃；根據所述治療計劃開始放射療法治療；在實施所述放射療法治療期間生成所述患者的4DCT圖像；以及 計算在每個所述4D CT圖像上的放射劑量。
16. 根據權利要求15所述的方法，其中，所述4DCT圖像包括相， 并且其中，計算所述4D CT圖像的所述放射劑量包括計算在每個相中 實施的所述放射劑量。
17. 根據權利要求15所述的方法，還包括根據所述4D CT圖像來 計算實施到所述患者的累積劑量。
18. 根據權利要求17所述的方法，還包括利用可變形配準來關聯 所述4D CT圖像。
19. 一種估算實施到接受放射療法的患者的放射劑量的方法，該 方法包括為所述患者生成治療計劃，該治療計劃包括參考圖像； 從布置在放射療法治療系統上的成像裝置獲取4D CT圖像； 使用變形把所述參考圖像和所述4DCT圖像相關聯；以及 計算在所述得到的4D CT圖像上的放射劑量。
20. 根據權利要求19所述的方法，其中，所述參考圖像是計劃圖 像和治療前圖像中的一個。
21. 根據權利要求19所述的方法，還包括獲取患者運動數據并把 所述患者運動數據與所述4D CT圖像數據相關聯。
22. 根據權利要求19所述的方法，其中，所述4DCT圖像包括相， 以及其中，計算所述4D CT圖像的所述放射劑量包括計算在每個相中實施的所述放射劑量。
23. 根據權利要求19的方法，還包括根據所述4D CT圖像來計算 實施到所述患者的累積劑量。
24. 根據權利要求23所述的方法，還包括使用可變形配準來關聯 所述圖像。
25. 根據權利要求19所述的方法，其中，所述治療計劃可以包括 多個子計劃。
26. 根據權利要求25所述的方法，其中，所述子計劃是預期計劃 和回顧計劃中的一個。
27. 根據權利要求25所述的方法，其中，所述子計劃是選通計劃、 呼吸暫停計劃、自由呼吸計劃、三維計劃、和呼吸同步實施計劃中的 一個。
28. 根據權利要求19所述的方法，還包括至少部分地根據所述變 形和所述參考圖像的組合來修改所述4D CT圖像。
29. 根據權利要求19所述的方法，還包括根據所述4D CT圖像和 所述變形的組合來修改所述參考圖像。
30. —種估算實施到患者的放射劑量的方法，該方法包括 生成基于時間的一系列患者圖像；檢索表示患者運動的模擬的基于時間的一系列數據；以及 根據所述基于時間的一系列患者圖像和所述模擬的基于時間的一 系列數據，估算將要實施到所述患者的放射劑量。
全文摘要
一種估算實施給接受放射療法的患者的放射劑量的系統和方法(圖S)。該方法包括下列步驟生成一系列基于時間的患者圖像(208)，收集一系列基于時間的表示患者運動的數據(216)，以及根據所述一系列基于時間的患者圖像和所述一系列基于時間的數據估算實施給患者的放射劑量(220)。
文檔編號H05G1/28GK101268474SQ200680034734
公開日2008年9月17日 申請日期2006年7月21日 優先權日2005年7月22日
發明者盧衛國, 古斯塔沃·H·奧利弗拉, 托馬斯·R·麥克基, 杰弗里·M·卡帕拓斯, 肯尼斯·J·盧卡拉, 艾里克·斯楚納爾, 詹森·海枚爾 申請人:斷層放療公司