用于輻射治療中的經(jīng)改進(jìn)的門控效率和動態(tài)裕度調(diào)節(jié)的基于彈性成像的方法
【專利摘要】一種治療規(guī)劃系統(tǒng)(10)包括至少一個處理器(74、72)，所述處理器被編程為接收在執(zhí)行針對靶的處置規(guī)劃的部分之前生成的所述靶的初始彈性圖像。所述靶在所述初始彈性圖像中被勾畫以分割所述初始彈性圖像。在執(zhí)行所述部分期間和/或之后生成的所述靶的一幅或多幅彈性圖像被接收并勾畫以分割所述彈性圖像。對所述初始彈性圖像的所述分割與對所述額外的彈性圖像的所述分割進(jìn)行比較以識別所述靶的運動和/或所述靶的變化?；谒霰容^來更新所述處置規(guī)劃和/或控制對所述部分的執(zhí)行。
【專利說明】用于輻射治療中的經(jīng)改進(jìn)的門控效率和動態(tài)裕度調(diào)節(jié)的基于彈性成像的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請總體上涉及輻射治療。其具體與輻射束門控和動態(tài)裕度調(diào)節(jié)相結(jié)合應(yīng)用，并且將特別參考輻射束門控和動態(tài)裕度調(diào)節(jié)來描述本申請。然而，應(yīng)當(dāng)理解，本申請也適用于其他使用場景，并且不必限于前述應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002]在輻射治療中，空間靶向劑量的輻射被施加到靶，例如含有患者的癌性或惡性組織的腫瘤。與正常細(xì)胞比較，生長和迅速地繁殖的癌細(xì)胞傾向于更易受來自輻射的損害，使得由適當(dāng)?shù)囊?guī)劃施予的劑量優(yōu)先殺死癌性或惡性組織。輻射治療中的當(dāng)前臨床工作流典型地包括使用三維圖像來制定處置規(guī)劃，所述處置規(guī)劃包括規(guī)劃靶體積(PTV)、靶周圍的裕度以及多個部分，每個部分指定用于處置靶的束方向和能量。
[0003]輻射治療的一個挑戰(zhàn)是部分間運動(即，部分之間的運動)和部分內(nèi)運動(即，部分期間的運動)，諸如呼吸運動和心臟運動。理想地，處置規(guī)劃的全部劑量被遞送到靶，而沒有劑量被遞送在周圍的正常組織和/或危及器官中。然而，由于部分間和部分內(nèi)運動，這典型地是不可能的，并且被遞送到患者的輻射劑量與規(guī)劃的輻射劑量之間的偏差是普遍的。
[0004]為了解決部分間運動和部分內(nèi)運動的影響，處置規(guī)劃典型地包括靶周圍的裕度以確保靶被完全輻照。然而，裕度的添加導(dǎo)致對接近靶的正常組織和/或危及器官(OAR)的輻照。而且，裕度對于患者群體典型地是通用的。亦即，裕度典型地不是患者特異的。這可以導(dǎo)致對接近靶的正常組織和/或OAR的進(jìn)一步的輻照。
[0005]此外，在輻射治療遞送協(xié)議中通常使用門控來解決部分間運動和部分內(nèi)運動的影響。當(dāng)靶移出與處置規(guī)劃的PTV的對齊時，門控停止到靶的輻射的遞送。典型地，采用靶的一個或多個外部替代物(例如，皮膚標(biāo)記、蜂鳴器等)以監(jiān)測靶的運動。然而，最近研究已經(jīng)證明使用遙控機器人超聲(us)成像來監(jiān)測靶的內(nèi)部替代物(例如，移植在患者內(nèi)靠近靶的標(biāo)記)的運動的可行性。
[0006]遙控機器人US成像使用機器人操縱器來控制腹部US換能器的節(jié)距和壓力并且避免US換能器阻擋輻射束。處置規(guī)劃也可以被設(shè)計為避免含有US換能器的束方向。由這樣的定制處置規(guī)劃產(chǎn)生的劑量體積直方圖(DVH)與由標(biāo)準(zhǔn)處置規(guī)劃(即，沒有對束方向的約束的處置規(guī)劃)產(chǎn)生的DVH實際上是同樣的。而且，即使采用標(biāo)準(zhǔn)處置規(guī)劃，已經(jīng)示出被遞送的劑量也不被US換能器顯著地影響。US系統(tǒng)的功能也不被束影響。
[0007]盡管用于門控的遠(yuǎn)程機器人US成像代表了向著實況體積靶成像的顯著進(jìn)步，但是由于US的固有問題，它仍需要使用內(nèi)部替代物(與使用靶自身相反)。即，US的鏡面特性和許多腫瘤的類似的回聲反射性水平和周圍的正常組織可能引起對常規(guī)亮度模式(B-模式)US圖像上的靶定界的困難。本申請?zhí)峁┝丝朔陨咸岬降膯栴}和其他問題的新的并且經(jīng)改進(jìn)的系統(tǒng)和方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]根據(jù)一個方面，提供了一種治療規(guī)劃系統(tǒng)。所述治療系統(tǒng)包括至少一個處理器，所述處理器被編程為接收在執(zhí)行針對靶的處置規(guī)劃的部分之前生成的指示所述靶的位置的初始彈性數(shù)據(jù)。而且，接收在執(zhí)行所述部分期間和/或之后生成的指示所述靶的位置的額外的彈性數(shù)據(jù)。將所述初始彈性數(shù)據(jù)與所述額外的彈性數(shù)據(jù)進(jìn)行比較來識別所述靶的運動和/或所述靶的變化?；谒霰容^來更新所述處置規(guī)劃和/或控制對所述部分的執(zhí)行。
[0009]根據(jù)另一方面，提供了一種治療規(guī)劃方法。所述治療方法包括接收在執(zhí)行針對靶的處置規(guī)劃的部分之前生成的指示所述靶的位置的初始彈性數(shù)據(jù)。而且，接收在執(zhí)行所述部分期間和/或之后生成的指示所述靶的位置的額外的彈性數(shù)據(jù)。將所述初始彈性數(shù)據(jù)與所述額外的彈性數(shù)據(jù)進(jìn)行比較以識別所述靶的運動和/或所述靶的變化。基于所述比較來更新所述處置規(guī)劃和/或控制對所述部分的執(zhí)行。
[0010]根據(jù)另一方面，提供了一種治療規(guī)劃系統(tǒng)。所述治療系統(tǒng)包括至少一個處理器，所述處理器被編程為在執(zhí)行針對靶的處置規(guī)劃的部分期間實時接收所述靶的彈性圖像。勾畫接收到的彈性圖像中的所述靶以分割所述彈性圖像。將基準(zhǔn)分割與對所述彈性圖像的所述分割進(jìn)行比較以識別所述靶的運動和/或所述靶的變化。所述基準(zhǔn)分割勾畫彈性圖像中的所述靶?；谒霰容^來更新所述處置規(guī)劃和/或控制對所述部分的執(zhí)行。
[0011]一個優(yōu)勢存在于利用超聲直接監(jiān)測所述靶的運動。
[0012]另一優(yōu)勢存在于基于從所述靶直接獲得的位置信息來進(jìn)行門控。
[0013]另一優(yōu)勢存在于對所述靶的輻射相關(guān)變化的直接可視化。
[0014]另一優(yōu)勢存在于對彈性(或應(yīng)變)圖像的使用。
[0015]本領(lǐng)域一般技術(shù)人員在閱讀和理解了以下詳細(xì)說明之后，將意識到本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)勢。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]本發(fā)明可以采取各種部件和各部件的布置以及各種步驟和各步驟的安排的形式。附圖僅出于圖示優(yōu)選實施例的目的并且不應(yīng)該被解釋為對本發(fā)明進(jìn)行限制。
[0017]圖1圖示了用于處置患者的靶的治療系統(tǒng)的方框圖。
[0018]圖2圖示了用于處置患者的靶的方法的方框圖。

【具體實施方式】
[0019]參考圖1，治療系統(tǒng)10包括生成患者14的靶和通常的一個或多個危及器官(OAR)的規(guī)劃圖像(例如三維圖像)的規(guī)劃成像模態(tài)12。靶是含有待處置的病變(諸如腫瘤)的器官或其他組織區(qū)域。規(guī)劃成像模態(tài)12適合地是以下中的一個或多個:計算機斷層攝影(CT)掃描器、正電子發(fā)射斷層攝影(PET)掃描器、磁共振(MR)掃描器、單光子發(fā)射計算機斷層攝影(SPECT)掃描器、錐形束計算機斷層攝影(CBCT)掃描器等。生成的規(guī)劃圖像典型地被存儲在治療系統(tǒng)10的規(guī)劃圖像存儲器16中。
[0020]治療系統(tǒng)10的規(guī)劃系統(tǒng)18典型地經(jīng)由規(guī)劃圖像存儲器16從規(guī)劃成像模態(tài)12接收規(guī)劃圖像。使用規(guī)劃圖像，規(guī)劃系統(tǒng)18生成和/或更新針對患者14的處置規(guī)劃。對于前者，在治療遞送之前生成規(guī)劃圖像。對于后者，典型地在部分之間，例如在已經(jīng)完成預(yù)定數(shù)量的部分之后，生成規(guī)劃圖像。為了方便規(guī)劃，規(guī)劃系統(tǒng)18包括以下中的一個或多個:分割模塊20、用戶接口模塊22和優(yōu)化模塊24。
[0021]分割模塊20接收圖像，例如規(guī)劃圖像，并且勾畫圖像的一個或多個區(qū)域，例如靶和/或0AR。典型地利用描畫圖像中的區(qū)域的邊界的(一個或多個)輪廓來勾畫區(qū)域。可以自動和/或人工地執(zhí)行勾畫。對于自動勾畫，可以采用任何數(shù)量的已知的分割算法。對于人工勾畫，分割模塊20與用戶接口模塊22協(xié)作以允許臨床醫(yī)生人工勾畫圖像中的區(qū)域和/或人工調(diào)節(jié)對圖像中的區(qū)域的自動勾畫。
[0022]用戶接口模塊22利用規(guī)劃系統(tǒng)18的顯示設(shè)備26將用戶接口呈現(xiàn)給相關(guān)聯(lián)的用戶。用戶接口可以允許用戶進(jìn)行以下中的至少一個:勾畫圖像的區(qū)域、修改對圖像的區(qū)域的勾畫、以及查看對圖像的區(qū)域的勾畫。典型地，用戶通過使用規(guī)劃系統(tǒng)18的用戶輸入設(shè)備28繪制沿圖像上的區(qū)域的邊界的輪廓來勾畫圖像的區(qū)域。而且，典型地通過將代表性的輪廓疊加在圖像上來查看對圖像中的區(qū)域的勾畫，并且通過使用用戶輸入設(shè)備28改變代表性的輪廓的大小和/或形狀來修改對圖像中的區(qū)域的勾畫。用戶接口也可以允許用戶使用用戶輸入設(shè)備28來輸入和/或定義用于生成和/或更新處置規(guī)劃的參數(shù)。
[0023]優(yōu)化模塊24典型地從用戶接口模塊22接收處置規(guī)劃的規(guī)劃參數(shù)，并且從分割模塊20接收勾畫規(guī)劃圖像中的靶和/或OAR的輪廓。優(yōu)化模塊24也可以接收其他相關(guān)輸入，例如指示被遞送到靶的劑量的被遞送劑量的分布。基于規(guī)劃參數(shù)、輪廓和任何其他相關(guān)輸入，優(yōu)化模塊24生成和/或更新處置規(guī)劃，使得它符合規(guī)劃參數(shù)。處置規(guī)劃適合地包括規(guī)劃靶體積(PTV)、靶周圍的裕度以及多個部分，每個部分指定用于處置靶的束方向和能量。由優(yōu)化模塊24生成的處置規(guī)劃被適合地存儲在處置規(guī)劃存儲器30中。
[0024]治療系統(tǒng)10還包括生成靶和/或OAR的一幅或多幅彈性(或應(yīng)變)圖像的彈性成像模態(tài)32。彈性圖像典型地是三維圖像，但是也預(yù)期二維圖像。彈性圖像提供關(guān)于靶和/或OAR的大小和邊界的信息，在其他類型的圖像中可能不能得到所述信息。即，取決于靶的潛在的機械屬性，可以利用較高的對比度從周圍正常組織中區(qū)分靶。例如，已知惡性肝腫瘤比正常肝組織(例如，近似2千帕斯卡)顯著地更硬(近似10千帕斯卡)。
[0025]彈性成像模態(tài)32典型地是超聲(US)成像模態(tài)(如所示)，但是預(yù)期能夠生成彈性圖像的其他類型的成像模態(tài)，例如MR成像模態(tài)。而且，應(yīng)當(dāng)意識到，彈性成像模塊32典型地也生成其他類型的圖像。例如，在彈性成像模態(tài)32是US成像模態(tài)的情況下，彈性成像模態(tài)32也可以生成亮度模式(B-模式)圖像。甚至彈性成像模態(tài)32和規(guī)劃成像模態(tài)12可以是同一個。然而，為了便于討論，分開描述彈性成像模態(tài)32和規(guī)劃成像模態(tài)12。
[0026]為了生成彈性圖像，彈性成像模態(tài)32的感測設(shè)備34(諸如US換能器)生成表示感測到的靶和/或OAR的彈性屬性的空間編碼數(shù)據(jù)。典型地在治療遞送(即，處置規(guī)劃的運行)期間生成空間編碼數(shù)據(jù)，但是也可以在治療遞送之前和/或治療遞送之后生成空間編碼數(shù)據(jù)。
[0027]彈性成像模態(tài)32的彈性成像系統(tǒng)36使用例如接收器38來從感測設(shè)備34采集空間編碼數(shù)據(jù)，并且將空間編碼數(shù)據(jù)處理為彈性圖像。所述處理包括使用例如彈性成像系統(tǒng)36的重建處理器40將空間編碼數(shù)據(jù)重建為彈性圖像，并且取決于感測設(shè)備34而變化。彈性成像系統(tǒng)36在空間編碼數(shù)據(jù)生成時實時處理空間編碼數(shù)據(jù)，但是可以稍后生成彈性圖像。典型地，空間編碼數(shù)據(jù)和/或彈性圖像分別被存儲在彈性成像系統(tǒng)36的數(shù)據(jù)緩存存儲器42和彈性圖像存儲器或緩存器44中。彈性成像系統(tǒng)36還將諸如射頻信號的激勵信號發(fā)送到靶和/或OAR中以促使空間編碼數(shù)據(jù)的生成?？梢岳缡褂冒l(fā)送器45和/或感測設(shè)備34來發(fā)送激勵信號。
[0028]當(dāng)感測設(shè)備34是US換能器時，感測設(shè)備34可以采取各種形式。根據(jù)一種形式，感測設(shè)備34由生成空間編碼回波數(shù)據(jù)的換能器元件的一維陣列形成。機械地移動這樣的感測設(shè)備以生成用于識別靶或OAR的當(dāng)前位置的空間編碼數(shù)據(jù)(例如，利用三維圖像)。而且，這樣的感測設(shè)備可以被定位在固定的位置處以生成針對二維圖像的空間編碼數(shù)據(jù)。根據(jù)另一形式，感測設(shè)備34由生成空間編碼數(shù)據(jù)的換能器元件的二維陣列形成。這樣的感測設(shè)備可以被定位在固定的位置處并且電子地掃描以生成針對二維或三維圖像或者位置或距離的其他指示符的空間編碼數(shù)據(jù)。
[0029]彈性成像模態(tài)32的傳感器定位設(shè)備46移動感測設(shè)備34。典型地，傳感器定位設(shè)備46是機器臂(如圖示)，但是預(yù)期用于定位和/或移動感測設(shè)備34的其他機械設(shè)備。傳感器定位設(shè)備46僅對于感測設(shè)備34需要被移動以生成彈性圖像的范圍而言是必要的。例如，如以上指出的，需要移動感測設(shè)備34來創(chuàng)建三維圖像，并且在一些實例中，當(dāng)感測設(shè)備34是由換能器元件的一維陣列形成的US換能器時，創(chuàng)建二維圖像。
[0030]彈性成像模態(tài)32的組織壓力設(shè)備34、46 (例如，US換能器陣列)向靶和/或OAR施加壓力。預(yù)期組織壓力設(shè)備34、46可以使用例如機器臂以機械的方式向靶和/或OAR施加壓力。當(dāng)彈性成像模態(tài)32包括傳感器定位設(shè)備46時，組織壓力設(shè)備34、46可以由傳感器定位設(shè)備46和感測設(shè)備34形成，并且經(jīng)由感測設(shè)備34向靶和/或OAR施加壓力。例如，傳感器定位設(shè)備46可以移動感測設(shè)備34以壓縮靶和/或0AR。還預(yù)期組織壓力設(shè)備34、46可以以聲學(xué)的方式向靶和/或OAR施加壓力。當(dāng)感測設(shè)備34是US換能器時，感測設(shè)備34可以被用來以聲學(xué)的方式向祀和/或OAR施加壓力。
[0031]在采集空間編碼數(shù)據(jù)期間，彈性成像系統(tǒng)36控制以下中的一個或多個:感測設(shè)備34、傳感器定位設(shè)備46和組織壓力設(shè)備34、46。在這方面，彈性成像系統(tǒng)36控制組織壓力設(shè)備34、46以在采集針對彈性圖像的空間編碼數(shù)據(jù)時適當(dāng)?shù)叵虬泻?或OAR施加壓力。例如，彈性成像系統(tǒng)36可以根據(jù)聲輻射力脈沖(ARFI)成像技術(shù)來控制組織壓力設(shè)備34、46。而且，在彈性成像模態(tài)32包括傳感器定位設(shè)備46的情況下，彈性成像系統(tǒng)36控制傳感器定位設(shè)備46以在生成針對彈性圖像的空間編碼數(shù)據(jù)時適當(dāng)?shù)匾苿痈袦y設(shè)備34。甚至彈性成像系統(tǒng)36可以控制傳感器定位設(shè)備46和/或組織壓力設(shè)備34、46以確保治療束不被例如感測設(shè)備34阻擋。類似地，優(yōu)化模塊24可以使用感測設(shè)備34的已知位置和/或運動模式來生成處置規(guī)劃，以確保治療束不被阻擋。
[0032]在彈性成像模態(tài)32包括傳感器定位設(shè)備46和/或以機械的方式向靶和/或OAR施加壓力的組織壓力設(shè)備34、46的情況下，彈性成像系統(tǒng)36可以跟蹤傳感器定位設(shè)備46的運動和/或組織壓力設(shè)備34、46的運動以確保感測設(shè)備34的正確的運動和/或正確的力的施加。而且，優(yōu)化模塊24可以確定傳感器定位設(shè)備46的位置以確保治療波束不被阻擋。典型地使用光學(xué)跟蹤器48來跟蹤運動，但是預(yù)期用于跟蹤的其他設(shè)備。
[0033]彈性成像系統(tǒng)36的控制器49控制彈性成像系統(tǒng)36的構(gòu)成部件(例如發(fā)送器45)以執(zhí)行以上描述的功能。例如，控制器49控制構(gòu)成部件以生成彈性圖像。為了這樣做，控制器包括至少一個存儲器和至少一個處理器。存儲器包括實施彈性成像系統(tǒng)36的以上描述的功能的處理器可執(zhí)行指令，并且處理器執(zhí)行所述處理器可執(zhí)行指令。
[0034]作為對接收規(guī)劃圖像并且基于規(guī)劃圖像來生成和/或更新處置規(guī)劃的補充或者替代，規(guī)劃系統(tǒng)18從彈性成像模態(tài)32接收一幅或多幅彈性圖像并且基于彈性圖像來更新處置規(guī)劃。典型地，更新需要更新處置規(guī)劃的裕度，但是預(yù)期其他更新。彈性圖像適合于更新處置規(guī)劃的裕度，這是因為彈性圖像可以在執(zhí)行處置規(guī)劃時圖示靶的輻射相關(guān)的變化，諸如大小的減小。彈性圖像可以捕獲輻射相關(guān)的變化，這是因為已知電離輻射改變輻照區(qū)域中的血紅蛋白和水成分的水平，由此改變輻照區(qū)域的機械屬性。
[0035]為了更新處置規(guī)劃，在開始治療遞送之前患者14被布置在治療遞送裝置52的處置床50上。規(guī)劃系統(tǒng)18的彈性模塊54接著從彈性成像模態(tài)32接收靶和/或OAR的彈性圖像(此后的“初始彈性圖像”)，例如三維彈性圖像。初始彈性圖像為靶和周圍正常組織提供基準(zhǔn)彈性模量變化。而且，使用規(guī)劃系統(tǒng)18的分割模塊20在初始彈性圖像中勾畫靶以創(chuàng)建初始分割。
[0036]此后，在治療遞送期間和/或在處置部分之間，彈性模塊54從彈性成像模態(tài)32接收彈性圖像。對于在治療遞送期間接收，可以以由規(guī)劃系統(tǒng)18的操作員確定的速率周期性地接收彈性圖像。彈性圖像適合地是與初始彈性圖像相同的類型。在接收到彈性圖像中的一幅之后，使用規(guī)劃系統(tǒng)18的分割模塊20在彈性圖像中勾畫靶以創(chuàng)建當(dāng)前分割。預(yù)期分割模塊20可以被用來通過基于靶位置的變化更新初始分割來創(chuàng)建當(dāng)前分割。
[0037]已經(jīng)確定了當(dāng)前分割，彈性模塊54將如由當(dāng)前分割識別出的靶與如由初始分割識別出的靶進(jìn)行比較?；谠摫容^，對靶是否收縮和/或以其他方式改變大小做出確定。典型地，部分內(nèi)彈性成像可以展現(xiàn)源于治療遞送的靶中發(fā)生的實時變化，并且部分內(nèi)彈性成像可以展現(xiàn)靶收縮(如果有的話)。如果靶被認(rèn)為已經(jīng)收縮或者以其他方式改變了大小，則因此可以調(diào)節(jié)處置規(guī)劃的裕度，并且可以使用規(guī)劃系統(tǒng)18的優(yōu)化模塊24來對處置規(guī)劃進(jìn)行重新優(yōu)化。
[0038]彈性模塊54也可以被用于確定針對靶的遞送劑量分布和基于遞送劑量分布來更新處置規(guī)劃。這包括針對處置規(guī)劃的已完成部分中的每個來確定靶的累積運動模式(諸如概率密度函數(shù))。通過累加如由當(dāng)前分割確定的在部分期間接收的彈性圖像中的靶的位置來確定部分的累積運動模式。在部分期間接收的彈性圖像越多，累積運動模式越準(zhǔn)確。
[0039]接著將經(jīng)確定的累積運動模式與相對應(yīng)的規(guī)劃劑量分布進(jìn)行卷積。例如，將部分的累積運動模式與部分的規(guī)劃劑量分布進(jìn)行卷積。接著累加運動補償劑量分布以得到遞送劑量分布。而且，遞送劑量分布被提供到規(guī)劃系統(tǒng)18的優(yōu)化模塊24，并且基于遞送劑量分布來重新優(yōu)化處置規(guī)劃。
[0040]在患者14的療程的排定的日期和時間時，治療系統(tǒng)10的治療遞送裝置52 (例如線性粒子加速器)向患者14遞送將治療(例如切除治療、外部束輻射治療和/或短距離輻射治療)。治療典型地包括諸如以下中的一個或多個的輻射:X射線、光子、高強度聚焦超聲(HIFU)等。治療遞送裝置52由治療系統(tǒng)10的遞送控制系統(tǒng)56根據(jù)任選地在部分之間和/或在部分期間更新的處置規(guī)劃來控制?？梢詮睦缣幹靡?guī)劃存儲器30接收處置規(guī)劃。
[0041]遞送控制系統(tǒng)56的分割模塊58 (或者彈性成像系統(tǒng)36)從彈性成像模態(tài)32接收靶和/或OAR的彈性圖像并且勾畫彈性圖像中的靶。典型地，利用描畫彈性圖像中的靶的邊界的(一個或多個)輪廓來勾畫靶?？梢宰詣雍?或人工地執(zhí)行勾畫。對于自動勾畫，可以采用任何數(shù)量的已知分割算法。或者，可以使用諸如可變形圖像配準(zhǔn)算法的任何數(shù)量的已知配準(zhǔn)算法來生成彈性圖像與規(guī)劃圖像之間的配準(zhǔn)映射。接著可以使用配準(zhǔn)映射來將對規(guī)劃圖像中的靶的勾畫映射到彈性圖像。對于人工勾畫，分割模塊58與遞送控制系統(tǒng)56的用戶接口模塊60協(xié)作以允許臨床醫(yī)生人工勾畫彈性圖像中的靶和/或人工調(diào)節(jié)對彈性圖像中的靶的自動勾畫。
[0042]用戶接口模塊60利用遞送控制系統(tǒng)56的顯示設(shè)備62來向相關(guān)聯(lián)的用戶呈現(xiàn)用戶接口。用戶接口允許用戶進(jìn)行以下中的至少一個:勾畫彈性圖像中的靶、修改對彈性圖像中的靶的勾畫以及查看對彈性圖像中的靶的勾畫。典型地，用戶通過使用遞送控制系統(tǒng)56的用戶輸入設(shè)備64繪制沿彈性圖像上的靶的邊界的輪廓來勾畫靶。而且，典型地通過將代表性輪廓疊加在彈性圖像上的來查看勾畫，并且通過使用用戶輸入設(shè)備64改變代表性輪廓的大小和/或形狀來修改勾畫。
[0043]在開始治療遞送之前，患者被布置在治療遞送裝置52的處置床50上。接著從彈性成像模態(tài)32接收靶和/或OAR的彈性圖像(此后的“初始彈性圖像”)(例如三維彈性圖像)或者其他指示位置的數(shù)據(jù)。而且，使用分割模塊58在初始彈性圖像中勾畫靶以創(chuàng)建初始分割，并且組合處置規(guī)劃的裕度和初始分割以識別初始彈性圖像中的規(guī)劃靶體積。
[0044]在治療遞送期間，遞送控制系統(tǒng)56的門控模塊66從彈性成像模態(tài)32或者靶位置的其他量度接收靶的一系列彈性圖像，例如三維彈性圖像。例如，可以以由遞送控制系統(tǒng)56的操作員確定的速率周期性地接收彈性圖像。周期性被選定為相對于預(yù)計的患者運動是短的(例如，與呼吸循環(huán)相比較是短的)。彈性圖像適合地是與初始彈性圖像相同類型的。在接收到彈性圖像之后，使用遞送控制系統(tǒng)56的分割模塊58在彈性圖像中勾畫靶以創(chuàng)建當(dāng)前分割。預(yù)期分割模塊58可以被用來通過基于靶位置的變化更新初始分割來創(chuàng)建當(dāng)前分害I]?；蛘?，彈性成像系統(tǒng)36可以被用來測量靶的距離或位置相對于例如ARFI模式中運行的感測設(shè)備34的變化。
[0045]已經(jīng)確定了當(dāng)前分割，門控模塊66將如由當(dāng)前分割識別出的靶的位置與如在初始彈性圖像中識別出的規(guī)劃靶體積的位置進(jìn)行比較?；谠摫容^來做出關(guān)于是否將治療束關(guān)閉(OFF)或?qū)⑺３珠_啟(ON)的決定。典型地，決定準(zhǔn)則基于臨床需要而不同。然而，一個范例是如果在規(guī)劃靶體積與靶之間存在小于90%的交疊，則將治療束關(guān)閉(OFF);否則，可以將束保持開啟(0N)。
[0046]規(guī)劃系統(tǒng)18和遞送控制系統(tǒng)56包括一個或多個存儲器68、70以及一個或多個處理器72、74。存儲器68、70存儲用于執(zhí)行與規(guī)劃系統(tǒng)18和遞送控制系統(tǒng)56相關(guān)聯(lián)的功能的處理器可執(zhí)行指令，所述功能包括與分割模塊20、58 ;用戶接口模塊22、60 ;優(yōu)化模塊24 ；彈性模塊54和門控模塊66相關(guān)聯(lián)的那些。處理器72、74執(zhí)行存儲在存儲器68、70上的處理器可執(zhí)行指令。規(guī)劃系統(tǒng)18和/或治療控制系統(tǒng)56還包括促進(jìn)處理器72、74 ;存儲器68,70 ;用戶輸入設(shè)備28、64與顯示設(shè)備26、62之間的通信的一條或多條系統(tǒng)總線76、78。
[0047]參考圖2，提供了用于處置靶的治療方法100的方框圖。規(guī)劃系統(tǒng)18的處理器72、74和遞送控制系統(tǒng)56適合地執(zhí)行方法100。方法100包括從彈性成像模態(tài)32接收102靶的初始彈性圖像。在執(zhí)行處置規(guī)劃的部分之前生成初始彈性圖像，典型地在患者14已經(jīng)在治療遞送裝置52的處置床50上被針對部分對齊之后生成初始彈性圖像。接著使用分割模塊20、58來在初始彈性圖像中勾畫104靶以分割初始彈性圖像。接著接收106靶的一幅或多幅彈性圖像。在執(zhí)行部分期間和/或之后生成彈性圖像，但是典型地在執(zhí)行下一部分之前生成彈性圖像。接著使用分割模塊20、58在彈性圖像中勾畫108靶以分割彈性圖像。將初始彈性圖像的分割與彈性圖像的分割進(jìn)行比較110以識別靶的運動和/或靶的變化?；谠摫容^來更新112處置規(guī)劃和/或控制114對部分的執(zhí)行。更新112包括例如更新處置規(guī)劃的裕度，并且控制114包括例如對治療束進(jìn)行門控。
[0048]應(yīng)當(dāng)意識到，如應(yīng)用到治療遞送的本公開的概念與如應(yīng)用到規(guī)劃的本公開的概念是可分的。例如，可以獨立于動態(tài)裕度調(diào)節(jié)來使用如本文中描述的動態(tài)門控。也可以將規(guī)劃系統(tǒng)18和遞送控制系統(tǒng)56組合為公共系統(tǒng)。
[0049]此外，應(yīng)當(dāng)意識到，本公開的概念可以改進(jìn)治療遞送門控的效率。這可以通過直接采用靶的位置信息而不是使用針對靶運動的外部或內(nèi)部替代物來實現(xiàn)?？梢愿鶕?jù)實時彈性圖像(獨立地或作為對其他類型的圖像的補充)來確定靶的位置信息，所述實時彈性圖像是已知用來對癌性腫瘤進(jìn)行高對比度成像的。
[0050]而且應(yīng)當(dāng)意識到，本公開的概念可以減少對靶周圍的正常組織的不必要的有害劑量。這是通過在部分之間和/或期間動態(tài)地調(diào)節(jié)裕度來實現(xiàn)的。如果響應(yīng)于治療遞送而觀察到靶收縮，則可以做出處置規(guī)劃以說明靶形狀和大小的這種變化。
[0051]如本文所使用的，存儲器包括以下中的一個或多個:非瞬態(tài)計算機可讀介質(zhì)；磁盤或其他磁性存儲介質(zhì)；光盤或其他光學(xué)存儲介質(zhì)；隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、或者其他電子存儲器設(shè)備或芯片或一組可操作的互連芯片；可以經(jīng)由因特網(wǎng)/內(nèi)聯(lián)網(wǎng)或者局域網(wǎng)從其中檢索存儲的指令的因特網(wǎng)/內(nèi)聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器等。而且，如本文中使用的，處理器包括以下中的一個或多個:微處理器、微控制器、圖形處理單元(GPU)、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)等；控制器包括至少一個存儲器和至少一個處理器，所述處理器執(zhí)行存儲器上的處理器可執(zhí)行指令；用戶輸入設(shè)備包括以下中的一個或多個:鼠標(biāo)、鍵盤、觸摸屏顯示器、一個或多個按鈕、一個或多個開關(guān)、一個或多個觸發(fā)器等；并且顯示設(shè)備包括以下中的一個或多個=LCD顯示器、LED顯示器、等離子顯示器、投影顯示器、觸摸屏顯示器等。
[0052]已經(jīng)參考優(yōu)選的實施例描述了本發(fā)明。他人在閱讀和理解前面的詳細(xì)說明之后可以想到修改和改變。本發(fā)明旨在被理解為包括所有這樣的修改和改變，只要它們處于權(quán)利要求書或其等價方案的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種治療規(guī)劃系統(tǒng)(10),包括: 至少一個處理器(74、72)，其被編程為: 接收在執(zhí)行針對靶的處置規(guī)劃的部分之前生成的指示所述靶的位置的初始彈性數(shù)據(jù)； 接收在執(zhí)行所述部分期間和/或之后生成的指示所述靶的位置的額外的彈性數(shù)據(jù)；將所述初始彈性數(shù)據(jù)與所述額外的彈性數(shù)據(jù)進(jìn)行比較來識別所述靶的運動和/或所述靶的變化；并且 基于所述比較來更新所述處置規(guī)劃和/或控制對所述部分的執(zhí)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的治療規(guī)劃系統(tǒng)(10)，其中，所述處理器(74、72)還被編程為: 勾畫所述初始彈性數(shù)據(jù)的初始彈性圖像中的所述靶以分割所述初始彈性圖像； 勾畫所述額外的彈性數(shù)據(jù)的一幅或多幅彈性圖像中的所述靶以分割所述彈性圖像；并且 將對所述初始彈性圖像的所述分割與對所述額外的彈性圖像的所述分割進(jìn)行比較。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2中的任一項所述的治療規(guī)劃系統(tǒng)(10)，其中，所述處理器(74、72)還被編程為: 基于所述比較來更新所述處置規(guī)劃的規(guī)劃靶體積(PTV)裕度，經(jīng)更新的PTV裕度被所述處置規(guī)劃的一個或多個后繼部分采用。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的治療規(guī)劃系統(tǒng)(10)，其中，所述更新包括以下中的至少一個: 響應(yīng)于識別所述靶的大小的減小來減小所述PTV裕度；并且 確定生成所述額外的彈性數(shù)據(jù)的感測設(shè)備(34)的位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的任一項所述的治療規(guī)劃系統(tǒng)(10)，其中，所述處理器(74、72)還被編程為: 基于所述比較來在執(zhí)行所述部分期間對處置所述靶的治療束進(jìn)行門控。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中的任一項所述的治療規(guī)劃系統(tǒng)(10)，其中，所述處置規(guī)劃是針對切除治療、外部束輻射治療和短距離輻射治療之一的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中的任一項所述的治療規(guī)劃系統(tǒng)(10)，還包括: 超聲(us)成像模態(tài)(32)，其中，所述初始彈性數(shù)據(jù)和所述額外的彈性數(shù)據(jù)是由所述US成像模態(tài)(32)生成的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中的任一項所述的治療規(guī)劃系統(tǒng)(10)，還包括: 感測設(shè)備(34)，其生成空間編碼數(shù)據(jù)，其中，所述初始彈性數(shù)據(jù)和所述額外的彈性數(shù)據(jù)是根據(jù)所述空間編碼數(shù)據(jù)生成；以及 傳感器定位設(shè)備(46)，其在采集所述空間編碼數(shù)據(jù)期間移動所述感測設(shè)備(34)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的治療規(guī)劃系統(tǒng)(10)，其中，所述傳感器定位設(shè)備(46)在采集所述空間編碼數(shù)據(jù)期間移動所述感測設(shè)備(34)以對所述靶和周圍正常組織施加不同程度的壓力。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-8中的任一項所述的治療規(guī)劃系統(tǒng)(10)，其中，所述初始彈性數(shù)據(jù)和所述額外的彈性數(shù)據(jù)包括所述靶的三維圖像。
11.一種治療規(guī)劃方法(100)，包括: 接收(102)在執(zhí)行針對所述靶的處置規(guī)劃的部分之前生成的指示所述靶的位置的初始彈性數(shù)據(jù)； 接收(106)在執(zhí)行所述部分期間和/或之后生成的指示所述靶的位置的額外的彈性數(shù)據(jù)； 將所述初始彈性數(shù)據(jù)與所述額外的彈性數(shù)據(jù)進(jìn)行比較(110)以識別所述靶的運動和/或所述靶的變化；以及 基于所述比較來更新(112)所述處置規(guī)劃和/或控制(114)對所述部分的執(zhí)行。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的治療規(guī)劃方法(100)，還包括: 勾畫(104)所述初始彈性圖像中的所述靶以分割所述初始彈性圖像； 勾畫(108)所述額外的彈性圖像中的所述靶以分割所述額外的彈性圖像； 將對所述初始彈性圖像的所述分割與對所述額外的彈性圖像的所述分割進(jìn)行比較(110)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11和12中的任一項所述的治療規(guī)劃方法(100)，還包括: 基于所述比較來更新所述處置規(guī)劃的規(guī)劃靶體積(PTV)裕度，經(jīng)更新的PTV裕度被所述處置規(guī)劃的一個或多個后繼部分采用。
14.根據(jù)權(quán)利要求11-13中的任一項所述的治療規(guī)劃方法(100)，還包括: 基于所述比較在執(zhí)行所述部分期間對處置所述靶的治療束進(jìn)行門控。
15.根據(jù)權(quán)利要求11-14中的任一項所述的治療規(guī)劃方法(100)，其中，所述初始彈性數(shù)據(jù)和所述額外的彈性數(shù)據(jù)是由超聲成像模態(tài)(32)生成的，并且其中，所述初始彈性數(shù)據(jù)和所述額外的彈性數(shù)據(jù)包括所述靶的三維圖像。
16.根據(jù)權(quán)利要求11-15中的任一項所述的治療規(guī)劃方法(100)，其中，所述初始彈性數(shù)據(jù)和所述額外的彈性數(shù)據(jù)是根據(jù)由感測設(shè)備(34)生成的空間編碼數(shù)據(jù)生成的，所述感測設(shè)備(34)在采集所述空間編碼數(shù)據(jù)期間由傳感器定位設(shè)備(46)移動。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的治療規(guī)劃方法(100)，其中，所述傳感器定位設(shè)備(46)在采集所述空間編碼數(shù)據(jù)期間移動所述感測設(shè)備(34)以對所述靶和周圍正常組織施加不同程度的壓力。
18.至少一個處理器(72、74)，其被編程為執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求11-17中的任一項所述的治療規(guī)劃方法(100)。
19.一種非瞬態(tài)計算機可讀介質(zhì)出8、70)，其承載有控制至少一個處理器(72、74)以執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求11-17中的任一項所述的治療規(guī)劃方法(100)的軟件。
20.一種治療規(guī)劃系統(tǒng)(10)，包括: 至少一個處理器(74、72)，其被編程為: 在執(zhí)行針對所述靶的處置規(guī)劃的部分期間實時接收所述靶的彈性圖像； 勾畫接收到的彈性圖像中的所述靶以分割所述彈性圖像； 將基準(zhǔn)分割與對所述彈性圖像的所述分割進(jìn)行比較以識別所述靶的運動和/或所述靶的變化，所述基準(zhǔn)分割勾畫彈性圖像中的所述靶；并且 基于所述比較來更新所述處置規(guī)劃和/或控制對所述部分的執(zhí)行。
【文檔編號】A61N5/10GK104349817SQ201380028286
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年5月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月29日
【發(fā)明者】S·巴拉特 申請人:皇家飛利浦有限公司