CN101484071A - 支撑装置以及用于补偿病人重量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种病人床面或装置，用于通过在床面或装置上的分立位置设置一系列的小基准标记在模拟和治疗过程中快速准确地定位病人。通过使用基准标记，本发明允许校正部分地由于病人体形和体重所致的病人定位设备的失准和形变。本发明还提供了一种用于定位病人并校正床面或装置的形变的方法。
Description
发明背景
[0001]本申请要求2006年4月27日提交的名称为“RadiationTherapy Patient Couch Top Compatible with Diagnostic Imaging”的美国临时申请60/795,836的优先权和权益。
[0002]癌症放射治疗的技术水平越来越基于高能量放射定点(pinpoint)应用，高能量放射被高精度地调节以适应癌症肿瘤的形状和位置。现代诸如IMRT之类的技术使用铅笔大小的束，该束的截面形状与肿瘤匹配。这允许医生不伤害周围的健康组织，而同时增加对癌症目标的治疗剂量。随着治疗束尺寸的减小，束的精确定位变得非常关键。如果高精度调节的束偏离目标几毫米，则其可能会完全偏离肿瘤。
[0003]由于这些新技术，人们越来越希望准确获知病人在处于治疗位置时肿瘤的位置和形状。此外，关键是要能够在多个治疗阶段中将病人放置在相同位置，并能够确认已经实现准确定位。因此，放射治疗机器的制造商纷纷将内置诊断成像能力组合在其机器中。诸如板上成像(OBI)和锥形束CT之类的发展，允许实时验证病人定位并能够通过x射线确认病人处于与模拟中相同的位置。
[0004]这种在治疗机器上潜在地通过成像进行位置比较的能力使得人们有可能开发出独立地将病人固定装置定位在治疗机器上并将其位置与模拟时的位置比较的技术。在治疗和模拟中的成像技术不必相同，多种成像技术可用于每一阶段，如x射线类、MRI或其他方式。新的定位技术，例如西雅图的Calypso Medical Systems开发的射频技术，展现出识别和确认病人重复定位精度的新的可能。可对病人支撑装置的位置和取向进行校正，使得肿瘤精确瞄准可以实现。此外，通过成像技术使床面和装置在治疗机器上对准的能力，允许所述过程程序化和自动化，因而所需时间更少，提高了效率。
[0005]传统上，病人治疗方案已经在不同的使用诊断成像的模拟机器上执行，并利用静态影像、CT成像、MRI、PET、SPECT或其他技术。病人被放置在台面或称为床面上。为放射治疗开发的床面的结构通常不同于那些为诊断成像开发的结构。
发明内容
[0006]本发明克服了现有技术的上述限制，并且提供了一种方法，在模拟(或称仿真)和治疗过程中快速准确定位病人，并校正由于病人体重所致的病人定位设备的失准和变形。
[0007]具体而言，本发明提供了一种病人床面或装置，其包括由两个或更多个分立影像对照标记构成的图案，使得标记位置可在希望的成像方式下被识别。
[0008]本发明还提供了一种在床面或装置上准确定位病人的方法，其中，解决了由于病人体重所致的床面或装置的变形。
[0009]本发明还提供了一种用于在放射治疗过程中通过影像引导准确瞄准患部的方法，其包括：使用从激光、可见光、红外线、MRI、RF和放射线构成的组中选出的至少一种来实时确定一个或多个影像标记的位置；和修正病人位置或放射治疗束路径中的至少一种以适应性地补偿位置变化。
附图说明
[0010]图1A和1B显示出本发明的模拟床面和治疗床面。
[0011]图2显示出用于定位本发明分立影像标记的具有开口的定位棒。
[0012]图3A和3B图示出了显示本发明分立影像标记的CT扫描影像。
[0013]图4A和4B图示出具有本发明分立影像标记的床面和床面的CT扫描影像。
[0014]图5图示出具有本发明分立影像标记的悬置板。
[0015]图6图示出具有本发明分立影像标记的床面。
[0016]图7显示出具有本发明分立影像标记的平面阵列的床面。
[0017]图8A显示出没有病人的床面。
[0018]图8B显示出在病人载荷下的床面。
[0019]图8C是由于病人载荷所致的床面形变的图示。
[0020]图9图示出具有壁激光扫描方向和内顶激光扫描方向的具有本发明分立影像标记的床面。
[0021]图10图示出具有本发明分立影像标记的头盖形对准管。
具体实施方式
[0022]在模拟和治疗中均希望获知床面、装置和病人正确就位。这始于进行模拟时，在模拟中，使用传统的x射线、计算机断层扫描(CT)、磁共振成像(MRI)、射频、PET、SPECT或其他方式对病人扫描以确定癌症患部位置。由于放射治疗经常在多个部分实施，因而重要的是，能够准确地且可重复地确认病人位置。
[0023]在放射治疗机器(其可为LINAC、质子疗法或其他变型)上直接包含诊断成像工具意味着，现在可以使用标记来识别病人定位装置和台面的位置。多年来是使用成对分支线形式的连续标记来提供CT扫描仪上的轴向位置。不过，此方式不允许用户准确定位特定的位置。采用分立索引特征形式的病人物理定位装置已用于定位病人(例如，Oliver等人的美国专利5,806,116)，不过，这些特征没有提供定位影像空间位置的方法。
[0024]通过在床面或装置上的分立位置处设置一系列的小的基准标记，已经开发出利用成像空间确定病人位置的方法。通过在模拟设备中包含标记，定位标记在用于病人治疗方案的DICOM数据集中是可用的。标记可用作坐标图以快速准确地定位进行治疗的病人。通过使用一系列标记，甚至可校正在模拟设备与治疗机器间出现的形变差值。通过选择易于通过常用医疗激光系统可见的标记，也可使用激光或其他视觉系统来对准这些装置。
[0025]本发明中采用的标记可通过适于将使用的一种或多种成像方式的多种材料制成。重要的是，选择标记材料以提供清楚精确的影像，而不形成伪影或模糊影像。可使用陶瓷、金属、塑料、凝胶、和各种材料的组合。已经发现，对于典型的基于千伏x射线的成像技术，例如，锥形束CT、CT扫描和荧光透视，氧化铝陶瓷工作良好，这是因为，其提供了良好的不透明混合，不会形成伪影，而且其能够为白色，从而在视觉上与黑色碳纤维形成对照，而且其可容易地通过激光瞄准。硅类陶瓷易于为黑色，其可用于与较浅颜色的装置以及床面对照。通过使用在1mm至4mm量级上的球形标记，可获得良好的定位精度，而且标记足够小而使其在被插入兆伏(MV)治疗放射束中时不会出现康普顿散射问题。已经发现，1.5mm直径的标记工作尤其好。对于MRI应用，标记(例如包含钆的化合物)可提供优良的对照和定位。也可使用射频(RF)调谐的无源天线标记，例如由Calypso Medical开发的标记。此外，可以采用射频集成电路(RFID)芯片而使得特定标记可提供关于位置和取向的信息。此外，可以使用有源RF。
[0026]特定标记的形状也可用于提供取向信息。可使用具有x、y和z方向轴线的三维“加号”。具有圆形、加号形或星形切口的平面标记也可用于给出标记中心的定点位置。
[0027]设置在床面或装置表面上的标记可以用于使所述装置与安装在内顶中的普通激光器对准。设置在装置边缘或侧部上的标记可容易地与壁装普通激光器对准。通过反馈环路，标记可用于有效对准治疗或成像机器中的床面或装置。标记的位置可通过激光、x射线、MRI、射频和可见光位置识别被找到。例如，标记的空间坐标可通过上述方法之一被识别。如果位置不合要求，则机器可被驱动至所希望的坐标，然后对位置进行重新评估。已发现，1.5mm的球工作良好。不过，可使用混合的标记尺寸和形状，以提供可识别的图案并提供标记的取向以及位置。例如，球形标记提供识别其空间位置所需的信息。棒形标记还提供关于空间取向的信息。以阵列(线性的或其他组合的阵列)设置的一系列标记还提供取向信息。实际上，可使用多种标记点图案。标记可被布置成直线、平面或三维阵列。
[0028]也可以使用标记在治疗过程中有效监控标记位置。以这种方式，可对任何病人移动进行实时处理和校正。这种使用构成影像引导放射治疗(IGRT)技术并允许进行适应性放射治疗方案。对病人位置和放射束路径的修正均可采用。监控标记位置可通过各种方式实现。激光、MRI和RF技术的益处在于，病人不需暴露于持续剂量的成像x放射。由Calypso Medical Systems制造的设备提供了通过RF实现上述目的的方法。由ViewRay Corporation开发的技术提供了在MRI环境中如何能够实现这种技术的示例。
[0029]圆柱形的标记图案对头颈部和整个身体的立体定向定位装置(x，r，θ)具有特别的应用。由于大多数治疗机器和CT的构台以柱坐标操作，因而易于使标记与构台位置匹配。图案，例如六角形图案，提供了有效识别标记x，r和θ位置的方式。当然，笛卡尔模式也是识别x、y、z坐标的容易方式。
[0030]在优选实施例中，一组标记被设置为沿着装置(在这种情况下为用于放射治疗或模拟的床面)的中心直接向下。第二组标记被设置为从第一组标记偏移，从而形成分立点的对角线。这允许对将被识别的标记进行独立轴向定位。然后，这些标记可利用通常沿放射治疗床面边缘向下设置的物理索引特征联接就位。通过将标记与物理索引特征布置成一直线，现在可将病人和定位装置的物理位置与在成像空间中展示的标记关联。对角标记与中心标记分开X厘米，其中X为索引位置数。例如，H1将具有在中心线处的标记和横向向左偏移1厘米的标记。H2将具有向左2cm的标记，等等。F1将向右1cm，而0将简单地具有一个标记。在这种常用的计数方案中，0提供了坐标系统的中心，H1、H2、H3等朝向机器的头部(构台)轴向移动，F1、F2、F3等朝向尾端移动。这提供了在成像空间中获知索引点的位置和ID的方法。也可使用中间点。可采用更小或更大的标记来表示相对于中间点的主索引点。由于三点限定一个平面，因此，这种形式可用于限定装置表面的平面。来自标记中心线的任意两点和来自对角线的一点、或者来自对角线的任意两点和来自中心线的一点提供足够信息以定位装置的平面。
[0031]定位棒常用于定位床面上的装置。为了能够使标记在定位棒就位时视觉可见，可在棒中钻通一系列小孔。通过标注这些孔(H1、0、F1，等)，甚至可以通过可见标记识别出棒的位置。
[0032]类似于前述实施例，另一实施例使用沿装置纵向向下(纵分地)设置并与物理索引特征成一直线的线列标记。设置从这些标记横向偏移的多个标记以指示轴向位置。各种尺寸的标记可用于指示主索引标记和位置ID标记。
[0033]通过在模拟和治疗床面上设置上述标记结构，可确保床面上的治疗位置与模拟中所用位置相同。通过使用在最近的治疗机器上设置的影像引导技术，可有效确定标记的位置并校正定位的不准确和变化。应注意的是，这不仅提供更准确的病人设定，而且可更可靠更快速地实现。由于现有放射治疗设备和治疗费用高昂，因而能够为每个病人节省甚至几分钟也是重要的。
[0034]本发明的另一优选实施例当应用于装置时可显示为具有头颈装置。通过在装置的纵向和横向上设置标记，纵向和横向激光器用于确保位置精度。将一系列标记安装在Accufix CantileverTM头颈装置上。横向标记设置在装置的拐角边缘处，使得可实现与内顶激光器的横向对准，并与壁装激光器竖直和水平对准。装置用于病人的CT模拟中。在治疗设定过程中同时采用激光器和射野影像(portal image)以确保正确的病人定位。虽然锥形束CT在特定使用的治疗机器上不可用，但这种技术也应用良好。
[0035]用于病人定位的装置和床面在处于病人载荷下时出现挠曲和变形(通常称为下陷)。挠曲的量取决于设备的构造和结构硬度。此外，挠曲由于病人体重随时间的自然变化而在相同设备上可随不同治疗阶段而变化。对于测量标记阵列的位置和挠曲，现在具有一种方法用于比较在模拟过程中和在每一治疗阶段过程中的挠曲。通过校正所述变化，可以更准确地瞄准病人的肿瘤。这可通过重新定位病人或通过修正治疗传输路径以对应于病人的新位置而实现。在现有放射治疗设备上，由此可有效校正病人定位误差。如果采用的一行标记沿床面或装置的中心轴向向下，则可根据轴向(纵向)位置确定位置差。如果使用平面阵列标记，则可确定平面差。当使用诸如格栅插件之类的病人支撑装置时，这特别有用，这是因为这类装置可在纵向和横向位置均出现显著的Z形变。
[0036]大多数治疗机器在床运动方面包括三个自由度x、y和z。为了校正病人位置，常常希望具有另外的自由度，例如滚动、倾斜和平摇。这可在诸如自动机械床之类的具有6个自由度的机器上容易地实现，而无论其是否是工业类自动机械，例如由Accuray使用的自动机械或诸如六足型Elekta之类的放射治疗专用型号。
[0037]图1A显示出安装有标记4的CT模拟床面2。标记被设定为与索引特征6成一行，使得索引位置可在成像空间中被识别。图1B显示出标记设置在典型的治疗床面8上。由于索引和标记基于CT模拟床面和治疗床面上的相同坐标系统，因此，病人可被准确定位，而且床面的位置可在成像空间中被确认。图1所示的标记结构使用沿床面中心直接向下设置的一组标记。偏移的一系列标记设置在对角线上，使得任何特定的中心标记的轴向位置可通过定位所述偏移标记而被识别。
[0038]图2图示出索引棒10，用于通过诸如图1中所示的索引特征将装置定位在床面上。盘12落入床面的切口6中。销16设计为定位那些具有匹配孔的装置。孔14设置在棒中，从而使标记通过棒而视觉可见。通过以床面索引计数方案标注所述孔，所述棒的定位变得明显。
[0039]图3A和3B显示出两种典型的CT影像18，其中存在标记4。由于在中心标记与偏移标记之间的距离在每一轴向位置均不同，因而可确定扫描位置H1、H2等等。
[0040]图4A和4B显现出可用于提供成像空间取向和一系列轴向标记的位置确定的各种标记4的结构。在这种情况下，可以使用对应于数字索引位置的多个另外的标记。CT影像18显示出在中心右方的两个标记4，从而识别出所述位置为F2。
[0041]图5显示出典型的具有标记的头颈装置，标记以一定图案安装以允许使用激光和x射线成像而纵向和横向对准。通过将头端的标记设置在最边缘处，安装在内顶和壁上的激光器可用于对准所述装置。图6显示出头颈装置22的床面集成形式。
[0042]在图7中，床面24具有平面阵列的标记4。这可用于定位和对准。这还提供关于床面形变和位置的x和z坐标信息。
[0043]图8A显现出无载荷的床面24。在图8B中，病人26已被放置在床面上，所述床挠曲。通过成像，此信息可转换为被设定用于处理的数字(通常为DICOM)数据。图8C显示出在具有载荷30和不具有载荷28时的形变示意图。变得明显的是，可进行数学校正以解决这种挠曲，而且，可移动病人或可修正治疗束以确保正确瞄准肿瘤。实际上，病人移动和治疗路径修正的组合可能最为有效。
[0044]图9显现出具有线性加速器34的治疗室32。床面24安装有阵列标记4。可使用室内激光器实现床面对准。壁装激光器36允许x和z位置对准38，而内顶激光器(未示出)允许x和y对准40。
[0045]图10示出安装有标记4的柱型的立体定向头框架42。标记的轴向图案允许激光器与螺旋形排布的标记对准，提供了位置识别方法。图10B和10C示出分别以切片D和B方式显示的标记。螺旋形标记在第三象限可见。但标记可用于任何象限以协助准确定位病人。
Claims (29)
1、一种病人床面或装置，包括：由两个或更多个分立的影像对照标记构成的图案，使得所述标记的位置能够在期望成像方式下被识别。
2、根据权利要求1所述的病人床面或装置，其中，所述成像方式是从以下方式构成的组中选出的至少一种：x射线，CT，锥形束CT，C-arm，MRI，射频，PET，SPECT，激光，红外线，和可见光。
3、根据权利要求1所述的病人床面或装置，其中，所述分立的影像标记包括从以下材料构成的组中选出的至少一种：金属，陶瓷，水，塑料，铝，氧化铝，铂，铼，金，钽，铋，锡，铟，铁，钨，银，不能透过放射线的聚合物，氢氧基磷灰石，二氧化硅，氧化锆，氮化硅，碳化硅，钆，石墨，凝胶，和玻璃。
4、根据权利要求1所述的病人床面或装置，其中，所述分立的影像标记能够使用射频探测器被探测。
5、根据权利要求1所述的病人床面或装置，其中，所述分立的影像标记包括RFID器件。
6、根据权利要求1所述的病人床面或装置，其中，所述标记中的至少一个是视觉可见的。
7、根据权利要求1所述的病人床面或装置，其中，所述标记中的至少一个能够与激光设备对准。
8、根据权利要求1所述的病人床面或装置，其中，所述标记被布置成一直线，并且与用于附接一个或多个病人定位装置的一个或多个索引特征对准。
9、根据权利要求1所述的病人床面或装置，其中，所述标记被设置成从一个装置到第二个装置处于次毫米精度范围内。
10、根据权利要求1所述的病人床面或装置，其中，所述标记的位置能够通过从由x射线、激光、红外线、射频、MRI和可见光仪器构成的组中选出的至少一种进行识别：。
11、根据权利要求1所述的病人床面或装置，进一步包括：沿所述床面的轴向被设置成一直线的一行标记，使得所述轴向位置能够被识别。
12、根据权利要求11所述的病人床面或装置，其中，至少一个所述标记的轴向位置与设置在所述床面或装置上的至少一个索引特征的轴向位置相符，使得所述标记的轴向索引位置能够通过标记定位被识别。
13、根据权利要求12所述的病人床面或装置，进一步包括：相对于第一行标记在对角线设置的第二行标记，使得所述标记的轴向位置能够被识别。
14、根据权利要求11所述的病人床面或装置，进一步包括：相对于所述第一行标记设置的另外的一系列标记，使得所述标记的轴向位置能够被识别。
15、根据权利要求1所述的病人床面或装置，进一步包括标记阵列。
16、根据权利要求15所述的病人床面或装置，其中，所述标记阵列能够用于确定所述床面或装置在病人重量下的位移和形变。
17、根据权利要求1所述的病人床面或装置，其中，所述标记具有在1mm至4mm之间的标称尺度。
18、一种根据对治疗的模拟精确定位床面或装置的方法。
19、一种校正床面或装置在治疗时的形变和位移的方法，包括：比较治疗时的位置标记与模拟时的位置；计算位移差并修正病人位置或治疗束传输路径中的至少一种以补偿形变。
20、根据权利要求19所述的方法，进一步包括：使用电脑软件通过以下方式至少之一校正病人位置的差值：基于一个或多个影像对照标记的位置变化修正病人位置和/或修正治疗束传输。
21、一种装置，包括：纵向和横向设置的标记，使得在内顶和壁上安装的激光器能够用于对准。
22、根据权利要求21所述的装置，其用于治疗从以下患部构成的组中选出的至少一种：头颈部、肺、盆腔、胸、和脊椎患部。
23、一种立体定向放射外科装置，包括：一个或多个分立影像对照标记。
24、根据权利要求23所述的定向放射外科装置，其中，一系列标记被设置为能够通过柱坐标系统进行描述的图案。
25、根据权利要求1所述的床面或装置，其能够用于在从由MRI、CT、超声波、传统模拟器、c-arm、PET、SPECT和放射疗法治疗机器构成的组中选出的至少一种上进行模拟。
26、根据权利要求1所述的床面或装置，其能够用于使用从由高能量放射疗法、千伏疗法、电子疗法、质子疗法、重粒子疗法、和线性减速器疗法的治疗机器构成的组中选出的至少一种进行治疗。
27、一种用于治疗病人的方法：包括：
a、在模拟过程中使用从激光、可见光、红外线、MRI、RF和放射线构成的组中选出的至少一种来确定床面或装置的位置；
b、在进行治疗之前确定所述床面或装置的位置；
c、计算模拟位置与治疗位置的差值；
d、改变所述床面或装置的位置以补偿所述差值；
e、治疗患部；和
f、任选地，使病人竖立以进行另外的治疗部分，并重复步骤b、c、d和e。
28、一种治疗病人的方法，包括：
a、对病人定位以进行模拟和成像；
b、基于模拟数据制定治疗方案；
c、任选地，使用从激光、可见光、红外线、MRI、RF和x射线构成的组中选出的至少一种来相对于所述治疗方案确认治疗位置；
d、对病人定位以进行治疗；
e、通过修正病人位置和治疗束传输路径中的至少一种而对病人的定位差值施加校正；和
f、治疗患部。
29、一种在放射治疗过程中通过影像引导而精确瞄准患部的方法，包括：
使用从激光、可见光、红外线、MRI、RF和放射线构成的组中选出的至少一种来实时确定一个或多个影像标记的位置；和
修正病人位置和/或放射治疗束路径，以适应性地补偿位置变化。
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