CN103221976A - 远程治疗的控制系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种远程治疗控制系统包括：远程治疗管理服务器；与该远程治疗管理服务器进行通信的计算机断层摄影单元，该远程治疗管理服务器被配置为：获取目标区域的至少一个基准像；从计算机断层摄影单元中获取目标区域的至少一个定位像；比较所获取的目标区域的至少一个定位像与所获取的目标区域的至少一个基准像；响应于所获取的定位像与所获取的至少一个基准像的比较来识别目标区域的位置坐标；并且响应于所识别的目标区域的位置坐标，向定位输出控制信号。

Description

远程治疗的控制系统和方法
发明背景
本发明一般涉及远程治疗领域，尤其涉及一种用于利用计算机断层摄影扫描仪的定位像来识别治疗室内的患者位置的系统和方法。
远程治疗被定义为照射源离待治疗的人体有一定距离的一种治疗方法。X射线和电子束长期地被用于远程治疗来治疗各种癌症。遗憾的是，X射线和电子束呈现近似指数衰减函数的一种线性的能量转移，并且因此它们对于深层植入生长来说作用不大。近来，由于重粒子能够渗透到指定深度而不会明显地损害居间组织，在远程治疗中发现使用重粒子、特别是强子(hadron)，已经被越来越多的人所认可。尤其是，强子的线性能量转移在路径末端发生，并呈现一个逆向深度剖面，该剖面具有被定义为强子在此沉积了绝大部分能量的一个标记Bragg顶点。由于上述作用，相对于尤其是损害居间组织的X射线和电子束，所增加的能量能够直指植入生长。虽然术语“强子”包含范围较宽的粒子，但具体地，质子和各种离子的使用最为广泛。
治疗前成像是远程治疗的一个重要组成部分，并且在获取患者精确位置信息方面以及在有关被照射病变组织的更新信息方面尤为重要。对涉及照射光束的患者进行精确定位需要患者的位置信息。
治疗前成像的现有技术方法是基于x射线技术的，其中对在照射位置固定的患者采取x射线图像或一对正交的x射线图像。x射线图像或一对正交图像与合成x射线图像进行比较，该x射线图像源自初期治疗计划中所使用的基准计算机断层摄影(CT)扫描，并且进行任何位置调整。合成x射线图像通常被称为数字重构放射影像(DRR)。
市售CT单元通常配置为显示定位像，或者以其它方式输出定位像，其中该CT单元提供了一个快速获取的X射线投影，这在现有技术中用于规定所需的CT片、和/或提供所选区域的一个完整的三维图像，该区域通常是根据定位像而精心选择的。因此，定位像是由CT单元生成的患者的平面图像或曲面图像。CT单元基于多种定位生成技术提供定位像，这些技术包括但不限于：移动扇束成形的单检测器行几何学；单静态扇束成形的多检测器行几何学；以及移动扇束成形的多检测器行几何学。
其中CT单元设置在与远程治疗装备相同的位置的远程治疗室中的室内CT作为提供非常精确定位和持续解剖容积成像而提出的，从而允许治疗计划频繁更新。遗憾的是，CT扫描使患者暴露于非常大的辐射剂量，这在定期的基础上是所不希望的。此外，CT扫描耗时，并且从而会降低远程治疗室的吞吐量。
远程治疗室的布置是主要支出，并且为了正确操作，必须选择所需装备，并且将其精心放置以使吞吐量最大化。特别是，用于识别患者精确位置的任何设备都必须安排在已知坐标系处，或者安排在相对于照射源的坐标系的可控范围。
发明内容
因此，本发明的主要目的是克服当前的和现有技术的远程治疗控制方法的至少一些缺点。在一个实施例中，提供了一种远程治疗控制系统，其包括：远程治疗管理服务器；与该远程治疗管理服务器进行通信的计算机断层摄影单元。该远程治疗管理服务器被配置为：获取目标区域的至少一个基准像(referenceimage)；从计算机断层摄影单元中获取目标区域的至少一个定位像(scout image)；比较所获取的目标区域的至少一个定位像与所获取的目标区域的至少一个基准像；响应于所获取的基准像与所获取的至少一个基准像的比较，识别目标区域的位置坐标；并且响应于所识别的目标区域的位置坐标，向定位设备输出控制信号。
在另一个实施例中，远程治疗控制系统还包括定位设备。该定位设备与远程治疗管理服务器进行通信。
在另一个实施例中，所获取的至少一个基准像是源于一个完整计算机断层摄影扫描的合成图像。在另一个实施例中，远程治疗管理服务器从完整计算机断层摄影扫描生成所获取的至少一个基准像。
在另一个实施例中，所获取的至少一个基准像是优选获取作为治疗计划过程的一部分的数字重构X光片(radiograph)。在又一个实施例中，所获取的至少一个基准像是在存储器上存储的基准定位像，该存储器与远程治疗管理服务器进行通信。
在又一个实施例中，所获取的至少一个基准像包括存储于存储器上的具有不同视角的多个基准定位像，该存储器与远程治疗管理服务器进行通信，多个定位像代表第一组视图。远程治疗管理服务器被配置为操作计算机断层摄影单元，以获取具有不同视角的目标区域的多个定位像，目标区域的多个定位像代表第二组视图。比较第一组视图与第二组视图。
在另一个实施例中，所获取的至少一个基准像包括在存储器上存储的多个正交基准定位像，该存储器与远程治疗管理服务器进行通信。远程治疗管理服务器被配置为操作计算机断层摄影单元，以获得目标区域的多个正交定位像，这些正交定位像与多个正交基准定位像相比较。
某些实施例单独提供了一种控制远程治疗系统的方法，该方法包括：获取目标区域的至少一个基准像；由CT单元获取目标区域的至少一个定位像；将所获取的目标区域的至少一个定位像与所获取的至少一个基准像进行比较；响应与所获取的至少一个定位像与所获取的至少一个基准像的比较，识别目标区域的位置坐标；以及响应于所识别的位置坐标，控制定位设备。
在另一个实施例中，所获取的至少一个基准像是优选获取作为治疗计划过程的一部分的数字重构X光片。在另一个实施例中，所获取的至少一个基准像是来自于完整计算机断层摄影扫描的合成图像。
在另一个实施例中，获取至少一个基准像包括：检索完整计算机断层摄影扫描；并且根据检索到的完整计算机断层摄影扫描来生成合成图像。在另一个实施例中，基准像是基准定位像。
在另一个实施例中，所获取的至少一个基准像包括具有不同视角的多个基准定位像，多个定位像代表第一组视图。获取至少一个定位像包括获取具有不同视角的目标区域的多个定位像，目标区域的多个定位像代表第二组视图。该比较包括比较第一组视图与第二组视图。
在另一个实施例中，所获取的至少一个基准像包括多个正交基准定位像。获取至少一个定位像包括获取目标区域的多个正交定位像，并且该比较包括将目标区域的多个正交基准定位像与其多个正交定位像进行比较。
在某些实施例中单独地提供一种包含指令的计算机可读介质，该指令用于控制电子设备以执行一种控制远程治疗系统的方法，该方法包括：获取至少一个基准像；由计算机断层摄影单元获取目标区域的至少一个定位像；比较所获取的目标区域的至少一个定位像与所获取的至少一个基准像；以及响应于所获取的定位像与所获取的至少一个基准像之间的比较，来控制定位设备。
在另一个实施例中，所获取的至少一个基准像是源于完整计算机断层摄影扫描的合成图像。在又一个实施例中，获取至少一个基准像包括：检索完整计算机断层摄影扫描；以及从检索到的完整计算机断层摄影扫描中生成合成图像。
在另一个实施例中，所获取的至少一个基准像是基准定位像。在又一个实施例中，所获取的至少一个基准像包括具有不同视角的多个基准定位像，所述多个基准定位像代表第一组视图；所述获取目标区域的至少一个定位像包括获取具有不同视角的目标区域的多个定位像，所述目标区域的多个定位像代表第二组视图；其中，所述比较包括比较第一组视图与第二组视图。
在另一个实施例中，所获取的至少一个基准像包括多个正交基准定位像；所述获取目标区域的至少一个定位像包括获取目标区域的多个正交定位像；其中，所述比较包括将目标区域的多个正交基准定位像与其多个正交定位像进行比较。
根据下列附图和说明，本发明的附加特征和优点述将变得显而易见。
附图说明
现在，为了更好地理解本发明，并显示可如何实现本发明，将纯粹通过示例的方式来参考附图，在所有附图中，相同的标号表示相应的元件或部件。
现在在细节方面具体地参考附图，强调的是所展示的细节作为实例，并且只是为了本发明优选实施例的说明性讨论的目的，并且其显示为最能为本发明原理和概念方面提供认为最有用和最容易地理解的描述。在这一方面，并未显示比基本理解本发明所需更多的本发明的结构细节、本发明几种形式如何在实践中体现的对本领域技术人员来说显而易见的附图说明。在附图中：
图1显示了照射治疗室的示例性实施例的高级框图，该治疗室包括远程治疗管理服务器、CT单元和定位装置。
图2显示了一个图1中远程治疗管理服务器的操作方法的流程图。
图3显示了一个定位像的示意图。
优选实施例的详细说明
在详细地解释本发明的至少一个实施例之前，应当理解，本发明并非将其申请限定在以下说明书所陈述的或者附图所显示的组件的结构细节和布置。本发明可应用于其它实施例，或者可按照各种方式被实践或实施。同样，应当理解，本文所采取的措辞和术语用于描述的目的，而不应该被认为是限制性的。如本文所用的术语“目标区域”是指任何目标区域，包括但不限于总的患者视图。
图1显示了照射治疗室10的示例性实施例的高级框图，该照射治疗室10包括：治疗剂源20；包含处理器40的远程治疗管理服务器30；存储器50；显示器60；CT单元70；以及定位装置80，该定位装置80响应于控制信号85且与其上有患者100的患者平台90进行通信。治疗剂源20显示为固定的光束照射源，但不限于此，并且它还可用台架(gantry)或者其它治疗剂源替换而不超出范围。处理器40与存储器50和显示器60中的每一个进行电通信，并且特别配置为读取存储在存储器50的第一部分52上的计算机可读指令，并读取在治疗计划阶段从存储器50的第二部分54接收到的图像数据。远程治疗管理服务器30与CT单元70进行电通信，并且还与定位装置80进行电通信。定位装置80被布置成将固定于患者平台90的患者100定位在与治疗剂源20相关的特定位置，该特定位置是响应于远程治疗管理服务器30而得到的。远程治疗管理服务器30被示为单个单元，并且在不超范围的情况下，它可以根据需要由相互通信的多个处理单元所构成。
在操作中，通常在一个规划站对患者100执行CT扫描，以生成目标区域的基准像。该基准像可包括下列中的任一个：完整CT扫描，源于完整CT扫描的DRR，定位像，多个定位像，以及多个正交定位像。对基准像源没有限制，并且可以使用但不限于CT单元70。特别是，可能定期使用CT单元70对患者100执行用于跟进的完整CT扫描以及治疗计划调整，其中完整CT扫描的周期短于治疗的周期。来自无论那种源的基准像都存储在存储器50的第二部分54上。此外，如下所述的从CT单元70获取的定位像被进一步优选存储在存储器50的第二部分54上，并且在一个实施例中这些定位像相互对比，以识别目标组织的变化。在另一个实施例中，CT扫描被存储在存储器50的第二部分54上，并且处理器40被布置成从所存储的CT扫描来生成DRR。
远程治疗管理服务器30进一步被设置在其中不执行完整CT扫描的疗程，以通过CT单元70获得患者100(尤其是目标区域)的定位像。如上所述，目标区域可包括但不限于完整的患者视图。有利的是，相比于完整CT扫描，获取定位像使得患者100暴露于显著降低的辐射。优选地，首先在治疗的期望位置处将患者100固定于患者平台90，并且在这样固定时获取患者100的定位像。在一个非限制性实施例中，优选响应于远程治疗管理服务器30，将定位装置80进一步布置为将患者平台90朝CT单元70的成像区域传送，以能够获取定位像。在一个非限制性实施例中，响应于远程治疗管理服务器30(尤其是响应于控制信号85)而操作定位装置80。远程治疗管理服务器30和定位装置80之间的通信不需要是单向的，并且尤其可构想双向通信。有利的是，患者100位置相对于患者平台90良好地定义，并且患者平台90位置被精确地定义到远程治疗管理服务器30。
远程治疗管理服务器30从CT单元70获取至少一个定位像。在一个非限制性实施例中，获取两个或两个以上的正交定位像。在另一个非限制性实施例中，获取两个或两个以上定位像。优选地，响应于从远程治疗管理服务器30接收到的命令，CT单元70被设置为提供一个或多个定位像。
远程治疗管理服务器30的处理器40进一步被设置为从存储器50的第二部分54中检索基准像或以上所述的图像，并且将所获取的一个或多个定位像与所检索到的基准像进行对比。在一个示例性实施例中，从CT单元70所获得的一个或多个定位像与在治疗计划阶段源自治疗计划期间CT扫描的DRR进行对比、或者与源自如上所述的周期性的完整CT扫描的DRR进行对比，并且定位像存储在存储器50的第二部分54上。
响应于一个或多个定位像与基准像或多个图像之间的对比，识别照射治疗室10内的目标区域的位置坐标。在一个实施例中，识别定位误差。优选地，响应于所识别的位置坐标，向定位装置80发送定位校正指令。响应于所发送的指令，定位装置80被设置为相应地调整患者定位。在一个实施例中，响应于所识别的定位误差，对定位设备进行定位。
在一个非限制性实施例中，在完整CT扫描由CT单元70定期执行的情况下，在与存储在存储器50的第二部分54上的治疗计划阶段的完整CT扫描对比之后，完整CT扫描以及在完整CT扫描时所获取的基准像进一步被用于执行基于体积的准直。
进一步将远程治疗管理服务器30设置为在提供治疗剂之前命令定位装置80将患者平台90定位在相对于治疗剂源20的精确位置处。响应于治疗剂源20和远程治疗管理服务器30之间的通信路径(未示出)，远程治疗管理服务器30任选地进一步从治疗剂源20提供治疗剂。
图2显示了遵照存储在存储器50的第一部分52上的计算机可读指令而操作图1的远程治疗管理服务器30的方法的高级流程图。在阶段1000中，获取至少一个基准像，优选为目标区域的至少一个基准像。在一个实施例中，基准是存储在存储器50的第二部分54上的至少一个检索到的合成图像。在另一个实施例中，基准像是基准CT扫描，并且处理器40进一步被设置成从检索到的CT扫描中渲染(render)至少一个合成图像。在另一个实施例中，所获取的至少一个基准像包括一个定位像。在另一个实施例中，所获取的至少一个基准像包括多个定位像。在另一个实施例中，所获取的至少一个基准像包括多个正交定位像。
在阶段1010中，获取CT定位像，优选从CT单元70获取CT定位像，并且优选获取目标区域的CT定位像，在一个示例性实施例中该CT定位像包括整个患者视图。可获取具有不同视角的多个定位像——优选为正交定位像。优选地，这些图像具有与阶段1000的基准像的图像平面相一致的平面。
在阶段1020中，将阶段1000所得到的基准像或多个图像与阶段1010所得到的定位像或多个图像进行比对。在一个特定的实施例中，阶段1000的至少一个基准像包括具有不同视角的多个基准定位像，以此代表第一组视图，并且阶段1010的定位像包括具有不同视角的多个定位像，以此代表第二组不同的视图。优选地，这些不同的视角具有一致的平面。在一个特定的实施例中，阶段1000的至少一个基准像包括多个正交基准定位像，以此代表第一组视图，并且阶段1010的定位像包括多个正交定位像，以此代表第二组不同的视图。优选地，这些不同的正交图像都具有一致的平面。在阶段1030中，响应于阶段1020的对比，识别治疗室内的目标区域的位置坐标。在一个实施例中，识别定位误差。在阶段1040中，响应于阶段1030所识别的位置坐标，控制诸如诸如定位设备80之类的定位设备。在一个实施例中，响应于所识别的定位误差，对定位设备进行定位。
图3示出了定位像的高级示图。定位像的几何形状取决于CT单元70的检测仪阵列的形状、以及检测仪的行数。图3示出了单行扇形束投影的定位像的几何形状。该曲面是由单行检测仪沿患者连续移动所形成的。患者100固定于其上的患者平台90的恒定移动相当于X射线源和检测仪沿患者100进行相反但类似的移动。因此，粗线代表实际移动的X射线源，而曲面代表实际移动的检测仪行。
应当意识到，为了清楚起见，在独立实施例的上下文中所描述的本发明的某些特征也可能在单个实施例中组合地提供。相反，为了简便起见，在单个实施例的上下文中所描述的本发明的各种特征还可以单独地提供，或者任一适当的子组合提供。
除非另有定义，否则本文使用的所有技术和科学术语都具有本发明所属技术领域的普通技术人员所常规理解的相同含义。虽然本文所述的那些类似或等同方法能用于本发明的实施或测试中，但在本文中描述了适当的方法。
本文所提及的所有出版物、专利申请、专利和其它参考文献都通过引用的方式全文并入。在冲突的情况下，将以本专利说明书(包括定义)为准。此外，这些材料、方法和示例都只是说明性的，而并非旨在限制。
如本文所使用的术语“包括”、“包含”和“具有”以及其变体表示“包括但不必限于”。
本领域技术人员应当理解，本发明并不限于上文中具体示出和描述的内容。相反，通常本领域技术人员在阅读上述说明书时会意识到，本发明的范围由所附权利要求书来限定，并且包括上述各种特征及其变型和修改的组合和子组合。

Claims (19)

1.一种远程治疗控制系统，包括：
远程治疗管理服务器；以及
计算机断层摄影单元，所述计算机断层摄影单元与所述远程治疗管理服务器进行通信，
所述远程治疗管理服务器被配置为：
获取目标区域的至少一个基准像；
从所述计算机断层摄影单元中获取目标区域的至少一个定位像；
比较所获取的目标区域的至少一个定位像与所获取的目标区域的至少一个基准像；
响应于所获取的定位像与所获取的至少一个基准像的比较，识别所述目标区域的位置坐标；以及
响应于目标区域所识别的位置坐标，向定位设备输出制信号。
2.根据权利要求1所述的远程治疗控制系统，还包括所述定位设备，所述定位设备与所述远程治疗管理服务器进行通信。
3.根据权利要求1或2所述的远程治疗控制系统，其中所获取的至少一个基准像是源自完整计算机断层摄影扫描的合成图像。
4.根据权利要求3所述的远程治疗控制系统，其中所述远程治疗管理服务器从所述完整计算机断层摄影扫描生成所获取的至少一个基准像。
5.根据权利要求1或2所述的远程治疗控制系统，其中所获取的基准像是在存储器中存储的基准定位像，所述存储器与所述远程治疗管理服务器进行通信。
6.根据权利要求1或2所述的远程治疗控制系统，其中：
所获取的至少一个基准像包括在存储器上存储的具有不同视角的多个基准定位像，所述存储器与所述远程治疗管理服务器进行通信，所述多个基准定位像代表第一组视图；
所述远程治疗管理服务器被配置为操作所述计算机断层摄影单元，以获得具有不同视角的目标区域的多个定位像，所述目标区域的多个定位像表示第二组视图；以及
比较所述第一组视图与第二组视图。
7.根据权利要求1或2所述的远程治疗控制系统，其中：
所获取的至少一个基准像包括在存储器上存储的多个正交基准像，所述存储器与所述远程治疗管理服务器进行通信；
所述远程治疗管理服务器被配置为操作计算机断层摄影单元，以获得所述目标区域的多个正交定位像；以及
所述目标区域的多个正交基准定位像与所述多个正交定位像进行比较。
8.一种控制远程治疗系统的方法，所述方法包括：
获取目标区域的至少一个基准像；
通过计算机断层摄影单元获取所述目标区域的至少一个定位像；
比较所获取的目标区域的至少一个定位像与所获取的至少一个基准像；
响应于所获取的基准像与所获取的至少一个基准像的比较，识别所述目标区域的位置坐标；
响应于所识别的位置坐标来控制定位设备。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所获取的至少一个基准像是源自完整计算机断层摄影扫描的合成图像。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述获取至少一个基准像包括：
检索完整计算机断层摄影扫描；以及
根据检索到的完整计算机断层摄影扫描来生成合成图像。
11.根据权利要求8所述的方法，所获取的至少一个基准像是基准定位像。
12.根据权利要求8所述的方法，其中：
所获取的至少一个基准像包括具有不同视角的多个基准定位像，所述多个基准定位像代表第一组视图；
所述获取至少一个定位像包括获取具有不同视角的目标区域的多个定位像，所述目标区域的多个定位像代表第二组视图；以及
其中所述比较包括比较所述第一组视图与第二组视图。
13.根据权利要求8所述的方法，其中：
所获取的至少一个基准像包括多个正交基准定位像；
所述获取至少一个定位像包括获取所述目标区域的多个正交定位像；
其中所述比较包括比较所述目标区域的多个正交基准定位像与多个正交定位像。
14.一种包含指令的计算机可读介质，所述指令用于控制电子设备来执行一种控制远程治疗系统的方法，所述方法包括：
获取至少一个基准像；
通过计算机断层摄影单元获取目标区域的至少一个定位像；
比较所获取的目标区域的至少一个定位像与所获取的至少一个基准像；以及
响应于所获取的定位像与所获取的至少一个基准像之间的比较，控制定位设备。
15.根据权利要求14所述的计算机可读介质，其中所获取的至少一个基准像是源自完整计算机断层摄影扫描的合成图像。
16.根据权利要求14所述的计算机可读介质，其中，所述获取至少一个基准像包括：
检索完整计算机断层摄影扫描；以及
根据检索到的完整计算机断层摄影扫描来生成合成图像。
17.根据权利要求14所述的计算机可读介质，其中所获取的至少一个基准像是基准定位像。
18.根据权利要求14所述的计算机可读介质，其中：
所获取的至少一个基准像包括具有不同视角的多个基准定位像，所述多个基准定位像代表第一组视图；
所述获取目标区域的至少一个定位像包括获取具有不同视角的目标区域的多个定位像，所述目标区域的多个定位像代表第二组视图；以及
所述比较包括比较所述第一组视图与所述第二组视图。
19.根据权利要求14所述的计算机可读介质，其中：
所获取的至少一个基准像包括多个正交基准定位像；
所述获取目标区域的至少一个定位像包括获取目所述标区域的多个正交定位像；以及
其中所述比较包括比较所述目标区域的多个正交基准定位像与多个正交定位像。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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