采用電子射野影像裝置用于實時治療驗證的系統(tǒng)、方法和設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開總體涉及遞送放射至患者，更特別地，涉及采用電子射野影像裝置（EPID) 用于放療治療的實時劑量驗證的系統(tǒng)、方法和設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 動態(tài)放射治療技術(shù)，例如強度調(diào)節(jié)放射治療（MRT)和容積調(diào)節(jié)弧形治療（VMT)， 典型地與放射療法系統(tǒng)（例如直線加速器（Iinac)) -同使用，放射療法系統(tǒng)裝備有多葉準 直器（MLC)以通過遞送指定劑量的放射（X射線、伽馬射線、電子、質(zhì)子、和/或離子）至病 理解剖，并同時使對周圍組織和關(guān)鍵解剖結(jié)構(gòu)的放射暴露最小化來治療病理解剖（腫瘤、 病變、血管畸形、神經(jīng)紊亂等）。MLC的使用允許放射治療醫(yī)師在改變放射束的形狀和劑量 的同時從多角度治療患者，從而提供大大增強在遞送放射至治療區(qū)內(nèi)目標的同時，避免過 度放射附近健康組織的能力。頂RT和VMT是涉及對臺架旋轉(zhuǎn)、MLC運動和放射劑量率調(diào)節(jié) 的同步發(fā)生的復雜技術(shù)，IMRT和VMT由于其快速遞送高適形度的劑量的能力而迅速成長 為放射治療技術(shù)。
[0003] 質(zhì)量保證是臨床放射療法工作流程中的一體部分。創(chuàng)建臨床治療計劃后，遞送預 期計劃的不同機器部件的性能在治療前驗證步驟中被檢查，治療前驗證步驟確認治療系統(tǒng) 采用安裝的準直器（例如狹口或MLC)能夠遞送預期劑量放射。不同測量方法可被采用，例 如離子室或二極管陣列可直接測量第一次治療前而且沒有患者在放射束時遞送的劑量。
[0004] 近來，盡管有治療前驗證，但是放射治療的遞送中的錯誤已經(jīng)導致對患者的損傷， 某些有致命后果。特別地，因為這種驗證是在沒有患者就位的情況下發(fā)生的，因此無法考 慮設(shè)置中的變化，諸如系統(tǒng)錯誤或未對準可能會不經(jīng)意地暴露患者至治療過程中的有害放 射。而且，患者的劑量會受患者解剖中重大改變的影響，例如體重減輕或者腫瘤顯著收縮。 因此存在監(jiān)測患者治療過程中遞送劑量的需要，以考慮潛在錯誤，諸如遺漏限制射束裝置， 患者定位誤差，治療計劃與患者的錯配等，以及考慮解剖變化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本文公開了采用電子射野影像裝置（EPID)用于放療治療的實時劑量驗證的系 統(tǒng)、方法和設(shè)備。放療系統(tǒng)的EPID可在患者后方延伸。離開患者的來自治療系統(tǒng)的放射 可被EPID檢測，以產(chǎn)生兆伏（MV)圖像幀的電壓流。基于這些圖像幀和結(jié)果圖像，可計算由 EPID接收的放射劑量（例如作為相對于水劑量值的絕對劑量測量結(jié)果）。這些劑量值可實 時與預定的劑量特征相比較。該比較可包括檢查治療開始時在所述場的邊界外的放射，和 /或不間斷檢查超過患者接收的用于整個治療場的總劑量的累積放射劑量。如果應(yīng)用的放 射場未能與預期劑量分布一致，則產(chǎn)生錯誤信號。因此治療期間的劑量遞送可被實時監(jiān)測 以防止傷害患者。
[0006] 在實施例中，一種驗證患者從放療系統(tǒng)中接收的放射劑量的方法，可包括采用放 射束從放療系統(tǒng)對場進行照射。在照射期間，圖像幀的連續(xù)流（例如電影流）可從EPID獲 取，EPID布置為監(jiān)測離開患者的放射，而且EPID圖像幀流可被實時處理（例如，通過累積 預定時段的圖像幀以形成各輸出圖像）以獲得場中EPID處的劑量測量結(jié)果（例如相對于 水劑量值）。此外，在照射期間，通過比較處理圖像與預定特征可針對所述場確定與預定特 征的一致性?；谠摫容^、響應(yīng)于確定不一致時可產(chǎn)生錯誤信號。
[0007] 在實施例中，預定特征可包括全部治療后場中預期總劑量，而比較可包括測量劑 量與預期總劑量之間的差異比較。在實施例中，預定特征可包括場中完整照射區(qū)域輪廓 (CIAO)，而比較可包括測量劑量結(jié)果與CIAO之間的幾何形狀比較。
[0008] 在實施例中，獲取的EPID圖形可通過執(zhí)行2D劑量差異分析和伽馬分析中至少一 個而被分析?；谶M一步分析，響應(yīng)于確定劑量不足、劑量過量或CIAO之外劑量中的至少 一個，可產(chǎn)生錯誤信號。
[0009] 在實施例中，系統(tǒng)可包括實時驗證裝置。實時驗證裝置可配置為接收輸出圖像幀 流并實時處理該圖像幀流（例如，通過累積預定時段的圖像幀以形成各輸出圖像）以獲得 放療場中成像裝置中作為相對水劑量值的劑量測量結(jié)果。驗證裝置可進一步配置來分析用 于所述場的預定特征的劑量測量結(jié)果，而且在如果劑量測量結(jié)果與一個或多個預定特征不 一致時產(chǎn)生錯誤信號。
[0010] 在實施例中，系統(tǒng)可包括驗證裝置，配置為產(chǎn)生圖像幀流的EPID，以及帶源的放療 系統(tǒng)，所述源產(chǎn)生用于執(zhí)行放療的照射患者的放射束，其中驗證裝置配置為實時分析患者 照射期間的劑量測量結(jié)果。
[0011] 在實施例中，非暫態(tài)計算機可讀存儲介質(zhì)可隨計算機處理系統(tǒng)一并提供，以執(zhí)行 上述公開方法的實施例。非暫態(tài)計算機可讀存儲介質(zhì)可呈現(xiàn)為編程指令的序列用于驗證來 自放療系統(tǒng)的EPID中接收的放射劑量。計算機處理系統(tǒng)可執(zhí)行呈現(xiàn)在計算機可讀存儲介 質(zhì)上的該編程指令的序列，以使計算機處理系統(tǒng)執(zhí)行方法步驟。
[0012] 本公開主題的實施例的目的和優(yōu)勢將從下面考慮到結(jié)合附圖的描述中變得明顯。
【附圖說明】
[0013] 以下將參考附圖描述實施例，附圖未必按比例繪制。這些附圖僅用于說明目的，無 論如何并非要限制本公開的范圍。在適用時，某些特征并未示出以幫助描述和說明下面的 特征。全部附圖中，相同附圖標記表示相同元件。如本文使用的一樣，各實施例可表示一個、 一些或全部實施例。
[0014] 圖1示出根據(jù)本公開主題的各實施例的用于照射患者的放療系統(tǒng)的特征。
[0015] 圖2示出根據(jù)本公開主題的各實施例的用于實時劑量驗證的控制系統(tǒng)的特征。
[0016] 圖3示出根據(jù)本公開主題的各實施例的在不同治療階段的劑量驗證的特征。
[0017] 圖4為根據(jù)本公開主題的各實施例的劑量驗證方法的過程流程圖。
[0018] 圖5示出根據(jù)本公開主題的各實施例的治療期間和治療后的質(zhì)量保證檢查的示 例定時。
[0019] 圖6示出根據(jù)本公開主題的各實施例的治療期間和治療后的與劑量驗證相關(guān)聯(lián) 的圖像處理的示例方面。
[0020] 圖7為根據(jù)本公開主題的各實施例的具有幾何檢查和劑量過量檢查的劑量驗證 方法的過程流程圖。
[0021] 圖8示出根據(jù)本公開主題的各實施例的治療期間和治療后的組合質(zhì)量保證檢查 的示例定時。
[0022] 圖9為根據(jù)本公開主題的各實施例的另一劑量驗證方法的過程流程圖。
【具體實施方式】
[0023] 電子射野影像裝置（EPID)可用于通過測量穿過患者因而入射在EPID上的放射 (例如輸出圖像）來驗證患者的正確治療?；颊咧委熎陂g獲取的輸出圖像幀的電影流可被 處理并用于實時或接近實時地（例如少于1秒）驗證遞送的劑量對患者無害。如本文使用 的一樣，電影流表示操作中連續(xù)獲取模式期間由EPID獲取的圖像幀的連續(xù)流。
[0024] 例如，EPID可運行于特定幀速率（例如但不限于15幀每秒），其速率為可配置設(shè) 置以優(yōu)化受制于EPID或其他硬件限制的成像能力以及其他方面。預定時段中獲取的用于 劑量檢查的圖像幀可組合在一起（例如，通過加總），以形成單個輸出圖像，單個輸出圖像 可表示該時段中到達EPID的劑量。例如，在實施例中，預定時段為1秒而加總在一起形成 單個輸出圖像的圖像幀的數(shù)量為15。在實施例中，預定時段為5秒而加總在一起形成單個 輸出圖的圖像幀的數(shù)量為75。當然，根據(jù)一個或多個可設(shè)想的實施例，其他幀速率和累積 時段也是可能的。例如時段可以少于1秒或大于5秒。而且，幀速率在治療期間可為常量 (例如大于15圖像幀每秒）或變量。
[0025] EPID圖像提供用于在EPID接收的放射的絕對劑量值（例如相對水劑量，cGy)，其 會消除與其他類型劑量計算相關(guān)聯(lián)的潛在誤差。如果放射劑量被確定為非一致的，并因此 會潛在地傷害患者，則可觸發(fā)錯誤信號。錯誤信號可提醒操作者和/或自動停止對患者的 照射。
[0026] 參見圖1，示出一種示例性放療治療系統(tǒng)100。治療系統(tǒng)100可提供放療至治療床 102上定位的患者110,并能允許實施各種實時放射劑量驗證計劃。放療治療可包括基于光 子的療法、粒子療法、電子束療法、或任何其他種類治療療法。
[0027] 在實施例中，放療治療系統(tǒng)100包括具有臺架112和直線加速器（Iinac) 104的放 療裝置116 (例如但不限于放射療法或放射手術(shù)裝置），臺架112支撐具有一個或多個放射 源106的放射模塊114,直線加速器104可操作以產(chǎn)生一束千伏（kV)或兆伏（MV)X射線放 射。臺架112可為環(huán)形臺架（例如沿著完整360°弧延伸以創(chuàng)建完整環(huán)形或圓形），但是也 可采用其他類型的安裝布置。例如，可采用靜態(tài)束或C型，部分環(huán)形臺架，或者機器臂。也 可采用任何其他能夠相對于患者110在各種轉(zhuǎn)動位置和/或軸向位置上定位放射模塊114 的構(gòu)架。
[0028] 放射模塊114也可包括調(diào)節(jié)裝置（未示出）操作來調(diào)節(jié)放射束，以及引導治療的 放射束朝向?qū)⒈徽丈涞幕颊?10和其部分。期望被照射的部分被表示為目標或目標區(qū)域或 感興趣區(qū)域?；颊逫io可具有一個或多個需要被照射的感興趣區(qū)域。準直裝置（未示出） 可被包括在調(diào)節(jié)裝置中以限定和調(diào)節(jié)孔徑的大小，放射束穿過所述孔徑從放射源106到達 患者110。準直裝置可由致動器（未示出）來控制，致動器可被控制器120控制。
[0029] 在實施例中，放療裝置為kV或MV能量強度調(diào)節(jié)放射治療（IMRT)裝置。這種系統(tǒng) 中的強度被裁剪以適應(yīng)個別患者的治療要求。頂RT場用多葉準直器（MLC)遞送，多葉準直 器可以是附接至直線加速器104的頭部的計算機控制的機械射束成形裝置，并且包括金屬 指或葉的組裝件。例如，MLC可由120個可移動葉（具有0.5cm和/或LOcm葉寬度）制成。 對每一束方向，優(yōu)化的強度可通過依序遞送各種具有優(yōu)化形狀和重量的子場來實現(xiàn)。從一 個子場到下一子場，葉可隨放射束開啟（即，動態(tài)多葉準直（DMLC))或隨放射束關(guān)閉（即， 分段多葉準直（SMLC))而移動。裝置116也可為螺旋斷層放療裝置，其強度調(diào)節(jié)可通過在 計算機控制下開啟和關(guān)閉的二進制準直器來實現(xiàn)。由于臺架連續(xù)繞患者旋轉(zhuǎn)，小寬度束的 曝光時間可通過開啟和關(guān)閉二進制準直器來調(diào)節(jié)，允許將被遞送至腫瘤的放射穿過患者最 期望的方向和位置。
[0030] 替代地，裝置116可為螺旋斷層放療裝置，其包括滑環(huán)式旋轉(zhuǎn)臺架或者強度調(diào)節(jié) 弧形治療裝置（IMT)，強度調(diào)節(jié)弧形治療裝置采用各種形狀的旋轉(zhuǎn)錐形束代替旋轉(zhuǎn)扇形 束來實現(xiàn)強度調(diào)節(jié)。在另一替代中，裝置116可為采用多個弧形的簡化強度調(diào)節(jié)弧形治療 (SIMT)裝置，或掃窗弧形治療裝置（SWAT);掃窗弧形治療裝置通過旋轉(zhuǎn)將MLC葉位置掃過 靶計劃體積（TPV)。在另一替換中，裝置116可為容積調(diào)節(jié)弧形治療（VMT)裝置，其中劑量 率、射束孔徑形狀和旋轉(zhuǎn)速度可被連續(xù)改變以遞送預期劑量至TPV。實際上，任何類型MRT 裝置可被用作治療裝置116。例如本公開主題的實施例可應(yīng)用于圖像-引導放療（IGRT)裝 置。每種類型裝置116可伴隨相應(yīng)放射計劃和放射遞送程序。
[0031] 裝置116可包括射野劑量成像裝置118用于獲取將被用于射野劑量學驗證的數(shù)字 圖像。射野劑量成像裝置118可包括EPID108。射野劑量成像裝置118可被放置在不同位 置，例如位于治療床102頂部，或例如附接至加速器頭部104。射野劑量成像裝置118可產(chǎn) 生即時2D數(shù)字信息。例如成像裝置118可包括基于照相機的裝置。EPID108也可為基于 CCD照相機的裝置，其實際上包括同時集成的具有例如獲取幀之間的大約0.Ims的時滯的