CN101657231A - 确定用于放射治疗输送系统的最优化路径行进 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种用于确定放射输送系统中的最优化路径行进的装置和方法。在一个实施方式中，确定放射输送系统中的最优化路径行进包括提供在治疗计划中使用的多个空间节点，其中每个所述空间节表示可用于治疗计划的放射源向目标输送放射的位置，从所述多个空间节点之中识别根据治疗计划不输送放射的若干未使用的空间节点，并在管理治疗计划时放射源跳过一个或多个未使用的节点。还描述了其它实施方式。

Description

确定用于放射治疗输送系统的最优化路径行进

技术领域

本发明大体上涉及放射治疗领域，以及具体但非排他性地，涉及确定用于放射输送系统的最优化路径行进。

背景技术

放射治疗是指其中向目标区域或感兴趣的体积(VOI)施加放射的操作，并且是包括低剂量治疗(例如，放射疗法)和高剂量治疗(例如，放射手术)的广泛术语。放射治疗可能需要高精确度，并因此需要具有能够满足此类要求的组件的系统。此类系统的一个示例是由加利福尼亚州桑尼维尔市的艾可瑞公司制造的

系统。

系统是图像引导的、基于机器人的放射治疗系统。这种系统具有耦合到具有多个自由度的机器人臂的放射源，所述机器人臂允许放射源在也被称为工作区的空间体积内移动和操作。所述多个自由度允许机器人可能在其操作范围内达到无穷个位置。使得这类移动提供灵活性，但其可能引起其它难题。首先，由于难以选择用于治疗的射束而对治疗计划产生难题。其次，这会允许机器人行进其工作区内的任何地方，但也必需识别要避开的障碍物。这些难题可以通过创建机器人在治疗输送期间必须遵循的特定路径来解决。

可以通过定义例如头和身体等某些特定工作区域来创建所述特定路径，所述工作区通常是以可以根据目标的位置来设计的几何形状的质心为中心的几何形状。例如，所述工作区可以采取球形或椭圆形的形状。通常由源轴距(SAD)、放射源中的准直器与目标之间的距离来定义所述工作区。例如，在医学应用中，可以由具有约650mm和约800mm的SAD的两个球形来定义用于解剖学的头部区域的工作区。在另一示例中，可以由约650mm至约750mm范围内的SAD来定义工作区。此工作区局限于由半径大约在约650mm至约750mm范围内的以颈部区域中的目标为中心的多个同心球定义体积。当在治疗身体其余部分中的肿瘤时，系统使用约900至约1000mm的SAD值。这种方法缩小(compress)了工作区，但仍有无穷个位置机器人可以在这些体积的表面上停止。因此，为了解决这个问题，沿着机器人可以停下来输送治疗的球形的表面创建任意位置。具体地说，由最小同心球(650mm)的表面面积与最大同心球(750mm)的表面面积之间的空间体积中的称为空间节点的有限个位置来表征工作区。工作区中的这些基本上均匀分布的空间节点统称为节点的超集。然而，该节点超集中只有一部分被用于利用安装在场所(例如，医院)中的特定

系统进行的放射治疗。安装

系统的每个场所(例如，医院)可以具有由治疗室的几何结构定义的唯一的一部分节点。

系统的典型安装可以具有例如约100至约130个此类节点。

节点超集内的用于特定安装场所的一部分节点为安装有放射源的机器人臂提供安全或无冲突的行进路径。该无冲突的行进路径通过在节点超集内安顺序安排一部分节点来获得，从而放射源在穿过节点序列时不会遇到任何障碍。节点超集内的这部分节点称为模板节点。该安全且无冲突的行进计划由没有障碍的模板节点之间的直接路径组成。安全且无冲突的行进路径由

系统治疗室中的计算密集离线模拟和现实(real-life)实验来确定。该安全且无冲突的行进路径由预定义顺序或顺次的模板节点形成，并为治疗安装场所或特定的治疗配置所独有。

由于给定节点超集内的安全或无冲突路径的极大可能性和路由选择过程的任意性，通过计算机密集离线模拟过程和利用实际系统的测试来确定安全且无冲突的行进计划是耗费时间的。算法模拟放射源从初始位置移动到第一空间节点、后面是第二空间节点、然后是第三、和第四等等，直至在空间节点之间遇到对象或障碍物。在遇到障碍物时，算法通过去除目的地空间节点并将连续数目的被去除的节点应用于下一个非映射空间节点来消除该路径。模拟继续重复并映射空间节点以便在消除引起与障碍物冲突的空间节点或冗余的空间节点的同时生成将放射源带回初始位置的无障碍行进路径。最终，由空间节点集建立并确定安全或无冲突的路径。这组空间节点是模板节点，其中每个模板节点被顺次编号，并且如果放射源按照序列的顺序遵循模板节点，则不会遇到障碍物。

每个模板节点顺次被分配号码，从而放射源根据序列的顺序沿路径行进。基于所述模板节点，由可用于系统的诸如射束位置和射束方位等输入参数生成治疗计划。该治疗计划指定诸如施加的放射射束的方向和强度及射束暴露的持续时间等参量。治疗计划通常不需要在所有可用模板节点处输送放射射束。然而，由于路径行进的现有配置，即使放射源只需在模板节点的部分集处输送放射，放射输送源仍必须按照安全或无冲突行进计划中的序列所定义的顺序访问所有模板节点以便保证安装有放射源的机器人臂不与病人或另外的对象冲突。必须沿着已知的安全或无冲突路径循环穿过整个模板节点集增加了提供治疗所需的时间量。

附图说明

参照附图来描述本发明的非限制性和非排他性的实施方式，在附图中，除非另外指明，相似的参考标记在各种图中自始至终指示相似的部分。

图1是示出了依照本发明的实施方式、包括放置放射源的多个空间节点的放射治疗输送系统的工作区的透视图。

图2A是示出了依照本发明的实施方式、包括来自空间节点超集的部分节点集(模板节点)的放射治疗输送系统的工作区的侧视图。

图2B是示出了依照本发明的实施方式、包括来自空间节点超集的部分节点集(模板节点)的放射治疗输送系统的工作区的端视图。

图3A是依照本发明的实施方式、被映射到包括来自空间节点超集的部分空间节点集(模板节点)的2维映射的3维工作区。

图3B是依照本发明的实施方式、具有关于用于放射源输送放射治疗的模板节点的安全或无冲突行进路径的轮廓的2维映射。

图4A是依照本发明的实施方式、具有用于放射输送源管理所有模板空间节点处的放射治疗的安全或无冲突路径的轮廓的2维映射。

图4B是依照本发明的实施方式、具有用于放射输送源管理模板空间节点的部分集处的放射治疗的安全或无冲突路径的轮廓的2维映射。

图5A～5D是示出了依照本发明的实施方式、确定用于最佳路径行进的查找表时的各种示例性空间节点的直接路径映射的不同2维映射。

图6是依照本发明的实施方式、包含在空间节点模板中的空间节点之间映射的直接路径的结果的查找表的图示。

图7是依照本发明的实施方式、具有用于放射输送源在模板空间节点的子集处输送治疗的最优化路径行进的轮廓的2维映射。

图8A是依照本发明的实施方式、放射输送源在由节点的模板形成的安全或无冲突路径上行进时遇到两个空间节点之间的错误的2维映射图示。

图8B是依照本发明的实施方式、遇到错误发生之后的用于放射输送源的经修改的新行进路径的2维映射图示。

图9A是依照本发明的实施方式、放射输送源在由模板节点的子集形成的最优化安全或无冲突路径上行进时遇到两个空间节点之间的错误的2维映射图示。

图9B是依照本发明的实施方式、遇到错误发生之后的用于放射输送源的新最优化安全或无冲突路径的2维映射图示。

图10是示出了依照本发明的实施方式、用于确定放射输送源的最优化安全或无冲突行进路径从而确定并实现用于模板空间节点的子集的最优化路径行进的过程的流程图。

图11是依照本发明的实施方式、在放射输送源行进于两个空间节点之间时遇到错误之后确定经修改的安全或无冲突行进路径的过程的流程图。

图12是示出了依照本发明的实施方式的用于生成诊断图像、生成治疗计划、并输送治疗计划的病人治疗系统的方框图。

具体实施方式

本文描述了用于最优化放射治疗输送系统的工作区诸如用于缩短治疗时间的系统和方法的实施方式。在以下说明中，阐述许多具体细节是为了提供对实施方式的透彻理解。然而，本领域的技术人员应认识到可以在没有所述一个或多个具体细节中的情况下或者在利用其它方法、组件、材料等的情况下来实施本文所述的技术。在其它实例中，未示出或详细描述众所周知的结构、材料、或操作以避免使某些方面模糊。

贯穿说明书“一个实施方式”或“实施方式”的参考标记表示结合该实施方式所描述的特定特征、结构、或特性被包括在本发明的至少一个实施方式中。因此，短语“在一个实施方式中”或“在实施方式中”在贯穿本说明书的各种位置上的出现不一定全部指示同一实施方式。此外，在一个或多个实施方式中，可以以任何适当的方式来组合所述特定特征、结构、或特性。

在一个实施方式中，术语“目标”在本文中被用来指示诸如病理或正常解剖体等病人的解剖特征，并且可以包括一个或多个非解剖参考结构，在所述非解剖参考结构处，放射源可以确定放射输送的目标。虽然在下文中为了便于解释而可以涉及诸如病理解剖体(诸如肿瘤、病灶、动静脉畸形等)等特定类型的目标，但本文所述的方法和装置可以应用于其它类型的目标。例如，术语“目标”可以用来定义非生物/非人的无生命对象或结构。

术语“安全”在本文中被定义为对遵循路径或计划的放射源的行进的说明。具体地说，“安全”是指“无冲突”，其还意指没有障碍物。例如，当用来描述放射源的行进路径或行进计划时，“安全”意指在行进路径或行进计划中没有障碍物且从而放射源将沿着行进路径或根据行进计划来无冲突地行进。在另一示例中，当用来描述在两个节点之间的行进时，“安全”意指放射源在两个节点之间的直接行进路径是无冲突的，因此，所述节点是安全节点或无冲突节点。

术语“放射源”被定义为用于向目标输送放射的线性加速器。在一个实施方式中，“放射源”是X波段紧凑线性加速器。“放射源”还可以被解释为可以用于向目标输送放射的源。这种“放射源”通常被附着于机器人臂，从而线性加速器可以行进到空间中的可以向目标输送放射治疗的不同位置。

用于确定这里所讨论的放射源的最优化行进路径的方法和装置可以使用硬件、软件、固件或其组合来实施。这里所讨论的软件模块可以以多种编程语言来编写，软件可以在来自华盛顿州的微软公司的Windows OS或来自加利福尼亚州的苹果计算机公司的Mac OS上运行。或者，OS可以是UNIX、Linux、或其它操作系统(例如，嵌入式或实时操作系统)等。所述软件或OS可以在任何类型的平台上运行，例如个人计算机(PC)平台、工作站等。

软件模块或计算机程序产品可以包括具有存储在其上的指令的机器可读介质，所述指令可以用来对计算机系统(或其它电子装置)变成以执行程序。计算机可读介质包括用于以机器可读的形式(例如，软件、处理应用程序)存储或传输信息的任何机构。计算机可读介质可包括但不限于磁存储介质(例如，软盘)；光存储介质(例如，CD-ROM)；磁光存储介质；只读存储器(ROM)；随机存取存储器(RAM)；可擦可编程存储器(例如，EPROM和EEPROM)；快闪存储器；电学、光学、声学、或其它形式的传播信号(例如，载波、红外信号、数字信号等)；或其它类型的适合存储电子指令的介质。

除非在以下讨论中另外明显指出，应认识到诸如“识别”、“选择”、“确定”、“生成”等术语可以指计算机系统或类似电子计算装置的行为和处理，所述类似电子计算装置操作被表示为计算机系统的寄存器和存储器内的物理(例如电子)量的数据并将该数据转换成以类似方式表示为在计算机系统存储器或寄存器或者其它此类信息存储、传输或显示装置内的物理量的其它数据。可以使用计算机软件来实施本文所述的方法的实施方式。如果以符合公认标准的编程语言来编写，被设计来执行所述方法的指令序列可以被编译以便在各种硬件平台上执行并与各种操作系统接口。另外，未参考任何特定编程语言来描述本发明的实施方式。应当理解，可以使用各种编程语言来实施本发明的实施方式。

图1是示出了依照本发明的实施方式、在工作区内包括将放置放射源的空间节点超集的放射治疗输送系统的工作区的透视图。所示的放射治疗输送系统100的实施方式包括放射源105，并且还可以包括但不限于治疗床110、检测器115A和115B(共同为115，也称为成像器)、成像源120A和120B(共同为120)、以及机器人臂125。

放射治疗输送系统100可以用来执行放射治疗(例如放射手术和/或放射疗法)以治疗或摧毁病人体内的病灶(例如，肿瘤组织)。此类输送系统已在发表于Int.J.Medical Robotics and Computer Assisted Surgery2005；1(2)：28-39的Coste-Maniere等人的“Robotic whole body stereotacticradiosurgery：Clinical advantages of the

integrated system”中有所描述。在放射治疗期间，在放射输送系统的一个实施方式中，病人躺在治疗床110上，该治疗床被操纵使包含目标的感兴趣体积(“VOI”)位于预置位置或放射源105可到达的工作范围内(例如视场(field ofview))。在一个实施方式中，放射治疗输送系统100是图像引导的放射治疗输送系统。同时，成像源120和检测器115用作成像引导系统以提供对治疗床110及其上面的病人的位置的可视控制和放射源105相对于病人体内的VOI的对准。成像等中心由放射成像射束的交点定义，所述放射成像射束从成像源向成像检测器发射。在替代实施方式中，成像检测器115可以以与所提出的形式不同的形式存在。例如，检测器115可以不由两个结构115A和115B组成，而是作为替代，被嵌入地面或地板(未示出)内部以减少可能妨碍机器人臂运动的对象的数目。在另一实施方式中，治疗床110可以被耦合到诸如机器人臂等定位系统(未示出)，该定位系统接收来自成像引导系统的反馈以提供对病人体内的VOI相对于放射源105的位移和方位的精确控制。

在一个实施方式中，诸如机器人臂125的被耦合到治疗床或放射源的定位系统可以具有五个或更多自由度(DOF)。例如，该机器人臂可以具有五个DOF，包括用于沿相互垂直的x和y水平坐标轴进行平移运动的两个旋转轴；和分别用于关于x、y、和z轴进行滚动(roll-)、前后(yaw-)、和左右(yaw-)旋转运动的三个旋转轴。一个(第六DOF)基本垂直的线性DOF包括用于沿着垂直于水平x和y坐标轴的z坐标轴上的基本垂直的线平移的基本为直线的轴。在另一实施方式中，耦合到治疗床或放射源的机器人臂125可以具有不同的六个DOF。这六个DOF包括用于沿着相互垂直的x、y、和z坐标轴进行平移运动的三个旋转轴；和分别用于关于x、y、和z轴进行滚动、前后、和左右旋转运动的三个旋转轴。所述一个基本垂直的线性DOF包括用于沿着垂直于水平x、和y坐标轴的z坐标轴上的基本垂直的线平移的基本为直线的轴。

在一个实施方式中，耦合到放射源105的机器人臂125具有能够在其工作范围(operating envelope)内以几乎无穷多种可能性放置放射源105的五个或更多自由度(DOF)。机器人臂125具有肩组件121、肘组件122、和腕组件123。在一个实施方式中，肩组件121具有两个旋转DOF，肘组件122具有一个旋转DOF，以及腕组件123具有三个旋转DOF。在本实施方式中，六个旋转自由度形成用于放射源运动的巨大工作区。具有包括但不限于旋转运动或平移运动或这两种运动类型的组合的五个或更多DOF的其它实施方式也是可能的。

图1示出了工作区的一个实施方式。工作区可以具有不同的几何形状。在一个示例性实施方式中，工作区具有球形几何形状130，其半径由与该形状的质心的源轴距(SAD)来定义。SAD是放射源中的准直器与目标之间的距离。单独的球形几何形状130表示一系列同心球之一，其中每个同心球具有由以球形的质心为中心的不同SAD指定的不同半径。在一个实施方式中，以质心为中心的一个或一系列同心球共同定义可供放射源操作的工作区。在另一实施方式中，工作区可以是以椭圆的质心为中心的一个或一系列椭圆。对于不同的病人工作区域，可以创建并定义多个工作区。例如，对于病人的不同解剖体，可以定义不同的工作区，每个工作区具有不同的SAD。

图1中的每个由“+”符号表示(其中只有几个加标签)的空间节点135共同形成空间节点的超集。空间节点的超集定义在不干扰可能也在工作区中的任何对象或病人的情况下放射源可以在物理上占用的工作区中的空间位置。空间节点135表示允许放射源105停止并向病人体内的VOI输送放射剂量的位置。空间节点135基本上均匀地分布在工作区130的表面上。在管理治疗计划的一个实施方式中，机器人臂125使放射源105遵循预定义路径运动到每个空间节点135。应认识到，治疗计划可能要求放射源访问多于、等于、或少于超集节点数目的多个空间节点135。在一个实施方式中，治疗计划可能要求放射源不止一次地访问节点超集内的一个或多个节点。在另一实施方式中，治疗计划可能要求放射源访问节点超集内的节点子集。最后，由于目标VOI、周围解剖结构和治疗计划的临床目的上的差异，不同的治疗计划通常但并不总是指定不同的节点。

在在安装或初始化放射治疗输送系统100时确定节点超集的同时，治疗计划所使用的模板节点通常但并不总是在制定治疗计划时确定。模板节点是节点超集的子集并按照有序序列定义。当放射源按照有序序列遵循模板节点在空间中行进以输送放射治疗时，放射源将遵循安全或无冲突的行进路径且不会遇到任何障碍物。在治疗计划的一个实施方式中，放射源将访问每个模板节点一次并在每个模板节点处输送放射治疗一次。在治疗计划的不同实施方式中，放射源将访问每个模板节点一次以保证安全或无冲突的行进路径，但将只在所选的一部分模板节点中的每一个模板节点处输送放射治疗一次。

图2A是侧视图以及图2B是端视图，其示出了依照本发明的实施方式、包括模板节点或空间节点135的超集的部分集的工作区130的横截面200A和200B。图2A和2B示出了躺在治疗床110上的具有目标或肿瘤170的病人160，所述目标或肿瘤170表示质心，在定义工作区时从该质心开始测量SAD。如所描述的，图1中的空间节点135共同表示工作区中放射源可以在物理上占用的空间位置。剖面200A和200B示出了一些所述空间节点135，其在具有从目标170测量的SAD的同心球之一上的两个不同圆弧周围均匀分布。所示的空间节点135是均匀分布的并包括具有被选作治疗计划的一部分的具有虚线“+”的所选模板节点235。因此，在一个实施方式中，模板节点235用来生成安全或无冲突的行进路径以及放射源根据治疗计划输送放射治疗的地方。

在更简单的图示中，为了更容易理解，可以以2维(2D)配置来表示模板节点和节点的超集。图3A示出了依照本发明的实施方式、被映射到包括节点超集和模板节点的2D映射中的3维(3D)工作区。图3A中的映射是可用的3D工作区的2D等价物的实施方式。为了允许更容易地理解，本实施方式中的空间节点的数目被简化并从某些实施方式中的空间节点的数目减少。对象320表示当3D中的工作区被展开到2D空间中时未被展开到2D中的3D中的对象。由圆圈380表示的空间节点和由带有”×”的圆圈390表示的那些空间节点共同表示工作区中的空间节点的子集。由带有”×”的圆圈390表示的空间节点是未被选作模板节点的空间节点。虽然存在许多此类未选择节点，但只有一个被标注。由圆圈380表示的空间节点是被选择用于特定治疗计划的模板节点。在图3A中，这些模板节点中的每一个同样地由圆圈380来表示，而未被选作模板节点的每个空间节点同样地由带有”×”的圆圈390来表示。初始位置300是放射源开始和终止的位置。初始位置300表示放射源根据放射治疗计划未移动从而管理放射治疗时的放射源的停留位置。

在另一实施方式中，图3A中的模板节点380被排成序列以形成用于放射源的安全或无冲突的行进路径。在安全或无冲突的行进路径中，放射源从初始位置移动到排序最低的节点并根据安全或无冲突的行进路径按顺序移动到排序最高的节点，并从排序最高的节点返回到初始位置。图3B示出了依照本发明的实施方式、被映射到显示了由模板节点勾勒的安全或无冲突行进路径的2D映射中的3维(3D)工作区。应当理解，在治疗计划的一个实施方式中，在被排成序列的一组模板节点提供了安全或无冲突的行进路径的情况下，不必在每个模板节点处都输送放射治疗。在一个实施方式中，放射源沿着安全或无冲突路径行进并访问所有模板节点，且在所有模板节点处输送放射治疗。在另一实施方式中，放射源沿着安全或无冲突的路径行进并访问所有模板节点，但只在一部分模板节点处输送放射治疗。

模板节点处的放射治疗的输送由治疗计划的管理来确定。治疗计划制定确定放射源在哪些模板节点处输送放射治疗。虽然治疗计划要求放射源访问所有模板节点以保证安全或无冲突的行进路径被保持，但特定的治疗计划可能使放射源只在模板节点的部分集处输送放射治疗，而并不向未使用的模板节点输送治疗。

图A不同于图3B之处在于前者中的模板节点被识别而后者中的模板节点也被识别且按照特定顺序被排序以定义安全或无冲突的行进路径。在另一实施方式中，完成治疗计划制定，使得来自节点超集的曾经被识别的模板节点被同时排序。换言之，在实际上同时执行的识别和排序时，不存在单独的识别和排序步骤。如背景技术部分中所述，当在由治疗室的几何结构所确定的场所中安装系统时，建立模板节点。

图4A是依照本发明的实施方式、用于放射源在所有模板节点处输送治疗的安全或无冲突路径的2D映射。应当理解的是，建立并已通过背景技术部分所述的过程来确定和设置模板节点。应将由此向前描述的过程与背景技术部分中所述的模板节点设置过程区别开。在一个实施方式中，放射源在静止时处于初始位置400。在收到输送放射治疗的命令时，放射源按照箭头的方向遵循路径440并行进到每个模板节点301～313从而在每个节点处输送放射治疗。在放射治疗的输送期间，在放射源在物理上占用由特定模板节点定义的空间位置的情况下，放射源的方位改变。在一个实施方式中，出于安全原因，放射源行进期间具有一个或多个方位，同时为了输送放射治疗放射源具有一个或多个不同方位。例如，在空间节点之间行进的期间，放射源中的准直器可以指向远离病人的方向，从而放射射束的任何意外发射不会伤害到病人，但在放射治疗的输送期间，放射源中的准直器可以朝着目标以特定的角度定向。在一个实施方式中，放射源可以具有在输送放射治疗时从中进行选择的多达十二(12)个不同方向。实心圆圈401～413表示与相应空间节点301～313中的每一个相同但处于一个或多个不同方位的空间位置。在一个实施方式中，放射源以一种方位达到特定的例如节点305的空间节点，但放射源改变方向至新的方位405以输送治疗，并随后在继续进行到下一个节点306之前当到达该节点时返回到相同或不同方位。在一个实施方式中，如图4A所示的原治疗计划，在模板节点301～313中的每一个处管理放射治疗，并按照序列的顺序访问模板节点301～313中的每一个以保证不与任何障碍物冲突的安全的行进路径。

图4B示出了依照本发明实施方式、具有用于放射源行进并管理在模板节点的部分集处的治疗的安全或无冲突路径的轮廓的2D映射。在一个实施方式中，与要求在每个模板节点处输送放射治疗的原治疗计划(参见图4A)相比，新的治疗计划指定将在部分模板节点处被选择性地输送的放射治疗。图4A示出了穿过所有模板节点301～313使用相同的安全或无冲突路径440但在包括401～402、405～409和411～412的模板节点的所选部分集或子集处输送治疗的新治疗计划。在执行此新的治疗计划时，放射源从初始位置400行进到每个模板节点以遵循安全或无冲突的行进路径。换言之，放射源行进并在每个模板节点处停止，但只在所选模板节点处输送放射治疗。与原治疗计划(图4A)相比，新的治疗计划(图4B)中的安全或无冲突路径440未改变且仍然相同。唯一不同之处在于在新的治疗计划中放射源只停在所选模板节点处以输送治疗而不停在未选择的模板节点处。虽然遵循无冲突路径440是安全的，但新治疗计划中的用于放射源的全部距离与在原治疗计划中相同，因为迫使放射源访问比所需更多的节点，并因此延长了总治疗时间。在一个实施方式中，开发了诸如直接路径映射的新方法以发现用于新的治疗计划的最优化路径行进，其中选择模板节点的部分集以用于放射治疗。

图5A～5D是示出依照本发明的实施方式、确定用于新治疗计划的最佳路径行进的参考表或数据库时的空间节点的各种示例的直接路径映射的不同2D映射。图5A～5D示出与在所有模板节点处输送放射治疗的原治疗计划相比，如何对于模板节点的部分集被选择以用于输送放射治疗的新治疗计划确定安全或无冲突路径。关于空间节点之间的路径的信息被以供检索和访问的形式存储且可以大约在执行治疗计划的时间之前或期间和/或大约在计划治疗的时间之前或期间实现。

在直接路径映射的一个实施方式中，每个模板节点被直接映射到整个模板节点集中的每个其它模板节点。目的是识别任何两个模板节点之间的直接路径是否包含障碍物。当两个节点被直接路径连接而没有障碍物时，这两个节点中的每一个被称为无冲突空间节点或无冲突节点。直接映射不像用于原治疗计划中的放射源的安全行进路径的模板节点的识别和排序，所述原始治疗计划中模板节点任意选自节点超集并且被布置成序列。相反，直接映射是映射已以系统的方式被识别和排序的每个模板节点。具体地说，一旦模板节点从超集节点中被识别并被排序，则离线模拟遵循这样的算法，即从空间位置到每个其它的剩余空间位置反复地执行直接映射，一次一个，直至完成初始位置所表示的所有空间位置与模板节点之间的每个相应直接路径。

在一个示例中，图5A是示出了从初始位置到空间中的所有模板节点的所有直接路径的2D映射。算法模拟放射源从初始位置直接到空间中的每个模板节点的运动。在该离线模拟中，关于放射源在从一个位置行进到另一位置时是否将与诸如病人或另一对象的障碍或障碍物320冲突来对每个路径进行识别。图5A示出了没有障碍或障碍物320的从初始位置到相应空间节点301、302、311～313的无冲突路径510(实线箭头)。因此，节点301、302、311～313是到初始位置的无冲突空间节点或无冲突节点。然而，图5A示出了从初始位置到每一个空间节点303～310的路径520(虚线箭头)中的障碍或障碍物320。虽然每个箭头仅仅是单向的，但应当理解，直接映射的目的是确定诸如初始位置与任何一个空间节点之间的任何两个点之间的直接行进路径是否具有障碍物。没有障碍物的无冲突路径表示放射源可以从初始位置移动到所述空间节点或者反之亦然，且在节点之间的行进方向上没有限制。同样地，包含障碍物的路径表示放射源不会以任一方向在两点之间无冲突地行进。对所有模板节点重复直接映射过程。

在另一示例中，图5B是示出从空间节点302到空间中的其它模板节点的直接路径的2D映射。图5B显示如果放射源位于空间节点302处，则放射源能够在没有障碍物的无冲突路径510(实线箭头)上到达空间节点303、305、311和312。因此，这些节点303、305、311和312是到302的无冲突空间节点或无冲突节点。然而，放射源不能到达空间节点304、307、308、309和313，因为到这些节点的直接路径520(虚线箭头)将包括与障碍或障碍物320的冲突。请注意，不存在模板节点302到初始位置或到模板节点301之间的路径。算法根据模板节点的相继顺序系统地执行直接路径。算法不会重新映射先前已被映射的模板节点以缩短用于映射所有空间位置的总时间。当映射图5B中的模板节点302时，算法知道从初始位置(如图5A所示)和从模板节点301、排序低于模板节点302的两个其它节点到其他模板节点的直接映射已被完成。由于从初始位置到模板节点302的路径被映射(如图5A所示)且从模板节点301到模板节点302的路径被假定映射(未示出)，所以不需要再访问那些模板节点。

图5C和5D进一步示出这一构思。图5C是示出了从空间节点307到空间中的其它剩余模板节点的直接路径的2D映射，以及图5D是示出从空间节点310到空间中的其它剩余模板节点的直接路径的2D映射。在图5C中，分别映射了从空间节点307到308～313的路径。在空间节点307到空间节点308之间的直接路径510(实线箭头)无冲突的情况下，从而节点307和308是无冲突空间节点或相互是无冲突节点。节点307与节点309～212之间的剩余路径520(虚线箭头)表示放射源将与障碍或障碍物320冲突。未映射从空间节点307到初始位置或到空间节点301～306的路径，因为已通过从这些模板节点中的每一个的直接映射(未示出)来假定先前执行了到这些模板节点的映射。同样地，在图5D中，未映射从空间节点310到节点311～313的路径。分别来自节点310～311和312的直接路径510(实线箭头)是无冲突的，其中311和312是是无冲突节点或到310的无冲突节点，同时来自310～313的直接路径520(虚线箭头)导致放射源与障碍或障碍物320的冲突。再次地，未示出或执行从节点310到初始位置或到节点301～309的直接映射，因为当较早地对初始位置和节点310～309执行直接映射时(未示出)已经预先获得信息。

在一个实施方式中，根据直接映射生成的信息被存储在查找表或数据库中或以能够大约在制定治疗计划时和/或大约在执行治疗计划时访问信息的任何格式被存储。然而，可以以不同的格式存储信息或者在不同的格式之间转换信息以便于访问和检索。例如，图6示出了根据在图5A～5D中部分地示出的出现在图4A和4B中的空间节点的直接映射和在图5A～5D中未示出的其它空间节点的映射而生成的信息。图6给出查找表格式的初始位置和十三个空间节点301～313的直接映射的结果。最左侧垂直栏表示直接路径起始的空间位置，而最上端水平栏表示直接路径终止的空间位置。

用“--”、“O”、或“X”标记查找表中的每个剩余条目。“--”表示路径不可用或未执行映射。例如，如果起始点是308且终止点是308，则路径不存在。而且，如之前图5A～5D所述，不重复先前映射的路径，因此，举例来说，如果映射了从起始模板节点302到终止模板节点304的直接路径，则不需要使用模板节点304作为起点重新映射回到模板节点302，因为结果是相同的且该过程是多余的。“O”表示沿两个指定空间节点之间在任一方向无障碍物的无冲突路径。因此，标记为“O”的每个无冲突路径还连接两个无冲突空间节点或无冲突节点。“X”表示包含障碍物且禁止放射源在指定节点之间沿任一方向行进的路径，因为采用该路径将引起与障碍物的冲突。请注意，出于图示的目的而减少了图6所示的空间节点的数目。在某些实施方式中，模板节点的数目取决于工作区的尺寸和工作区上的空间节点的空间分布的分辨率。例如，在一个实施方式中，模板节点的数目可以轻易地超过一百。

在一个实施方式中，用来存储信息的格式的对象将允许大约在计划新的治疗时和/或大约在执行新治疗计划时检索或访问信息。在不需要将数据转化成不同格式的情况下访问或检索信息允许更快地计算可替代的短安全路径用于与原治疗计划相比根据新治疗计划在部分集处传输放射治疗，在所述原治疗计划中安全或无冲突计划要求按定义的顺序行进到所有模板节点。在另一实施方式中，所述信息当放射源在行进于两个空间节点之间时遇到未预见的错误的情况下可能很有用。作为再次从初始位置开始并行进到先前在错误发生之前访问的所有空间位置的替代，所述信息有助于快速地确定可替代的安全且较短的行进路径，跳过一个或多个先前访问的模板节点，以按照最初的预期完成剩余的治疗计划。从在确定最优化路径行进时的直接映射获得的应用和优点在以下附图和表格中示出。

7示出依照本发明的实施方式、具有用于放射源在模板节点的部分集处输送治疗的最优化路径行进的轮廓的2D映射。图7示出了与图4A和4B类似的2D映射，其不同之处在于输送放射治疗的模板节点的部分集被更短的安全路径、最优化行进路径760连接。类似于图4B，图7示出了输送放射治疗的模板节点的所选部分集301～302、305～309和311、312。剩余模板节点303、304、310和313未被用于放射治疗。在没有直接映射提供的信息的情况下，放射源必须尊徐包含所有模板节点的与图4B中的路径440相同的路径740(虚线)，以保证到所有所选部分模板节点输送治疗的安全行进过程。类似于图4B中的路径440，路径740耗费较长时间，因为放射源必须访问所有未使用的模板节点，即使在那些位置处不输送放射治疗。利用根据直接映射生成的信息，一旦用户(例如医学物理师、医师等)识别到部分模板节点，则可以识别较短的路径760(实线)。较短的最佳行进路径760跳过一个或多个未使用节点并包括输送放射治疗的所有所选部分模板节点，同时保持无冲突且没有障碍物的路径。

图7示出了其中可以跳过所有未使用节点303、304、310、313且从而最佳行进路径760只包括实际上输送放射治疗的部分节点的一个实施方式。因此，最佳行进路径760本质上示出了用于新治疗计划的最短行进路径。在另一实施方式中(未示出)，可以访问一个或多个未使用模板节点以保证在放射源访问所有所选部分模板节点以输送放射治疗的同时获得无冲突路径。此外，可以一次或多次访问被访问的所述一个或多个未使用模板节点。从而本实施方式示出了比要求行进到所有模板节点的原计划中定义的安全或无冲突路径短、但比如图760所示的安全行进路径长的最佳行进路径(未示出)。在任一上述实施方式中，确定最佳行进路径以便将根据直接映射生成的信息应用于用户(例如医学物理师、医师等)所识别的部分模板节点的目的是使用模板节点的部分集来输送与原治疗计划同样有效的治疗，并在保持无冲突路径尽可能短的同时穿过模板节点的这些部分集。因此，虽然图7示出不访问未使用节点的最短最佳行进路径760的理想情况，但在某些实施方式中，可以访问一个或多个未使用节点且最优化行进路径可以不仅仅包括用于放射治疗的部分模板节点。

在另一实施方式中，可以通过对空间节点重新排序来实现缩短最佳行进路径的总治疗时间。重新排序可以在任何时间发生以找到时间最佳的序列。在一个实施方式中，可以在确定输送放射治疗的模板节点之后执行空间节点的重新排序。在另一实施方式中，可以在确定未使用空间节点并跳过未使用空间节点之前或之后应用重新排序以确定最佳行进路径。在又一实施方式中，还可以在使用最少数目的模板节点确定最佳行进路径之后对最佳行进路径应用重新排序。在另一实施方式中，可以在确定修改的最佳行进路径之前或之后放射源在两个空间节点之间行进时发生的错误之后应用重新排序。算法被用来评估空间节点的不同序列，包括但不限于输送放射治疗的模板节点和模板节点的部分集，从而确定模板节点的哪个序列可以产生最短的总治疗时间。一个示例是按照计划所指定的相反顺序来穿过的无冲突行进路径。空间节点的重新排序类似于确定可以跳过哪些未使用节点，考虑到目的是避免障碍。作为主要目标之一，空间节点的重新排确定重新组织穿过空间节点的顺序是否能够在保持无冲突行进路径的同时缩短总治疗时间。

当放射源在两个空间节点之间行进时遇到在治疗计划期间未预见的错误时，使用直接映射的最优化行进路径的好处特别有用。图8A示出依照本发明的实施方式、放射源在由原治疗计划中的模板节点形成的安全或无冲突路径上行进时遇到两个空间节点之间的错误的2D映射。图8B示出依照本发明的实施方法、由原治疗计划中的模板节点形成的、在遇到两个空间节点之间的错误时复位之后的放射源的行进路径的2D映射。

图8示出已实施直接映射或最佳路径行进之前的实施方式，其中模板节点的部分集被识别用于放射治疗，但放射源仍必须穿过所有模板节点以保证如原治疗计划中所定义的安全或无冲突行进路径。如所示，放射源沿着包括所有模板节点的安全或无冲突行进路径840行进以便在部分模板节点处输送放射治疗。当在节点311至312之间行进时，在以方位411输送放射治疗(如先前所解释的)之后，放射源在到模板节点312的途中遇到错误。此错误可能是软件错误或物理错误，例如，作为示例而不是限制，对象被意外放在路径中，或者，放射源未能回到适于在节点之间行进的特定方位。在遇到错误时，放射源本身复位到初始位置300。

图8B示出实施直接映射或最佳路径行进之前的实施方式，其中放射源在遇到误差时使其本身复位之后完成治疗计划。实际上，放射源沿着与先前在图8A中所示的完全相同的行进路径840行进，只是不在发生错误之前在输送放射治疗的所选部分模板节点处输送放射治疗。例如，由于在401～402、405、406～409和411(或相应的301～302、305、306～309和311，如先前所解释的)处输送放射治疗，所以将不会在这些节点处输送放射治疗。随着放射源行进到节点311，其继续沿着与之前相同的路径前进至节点312，从而在先前在发生错误之前未访问的指定的部分模板节点处输送放射治疗以完成治疗计划。因此，在没有直接映射以确定最佳路径遍历之前，即使当发生错误时，用于放射源的安全或无冲突行进路径也是刚性、固定且不可调节的。用户期望解决如果物理对象妨碍放射源无论是软件相关还是机械相关的问题或可能已引起错误的任何其它问题。

用直接映射或最佳路径行进，放射源行进路径变得灵活且可以被重新计算以便通过经由跳过先前在错误发生之前访问的一个或多个模板节点来发现安全且尽可能短的行进路径从而缩短总治疗时间。图9A示出了依照本发明的实施方式，发射源在根据直接映射确定的最优化行进路径上行进的同时遇到两个节点之间的错误的2D映射。图9B示出了依照本发明的实施方式、在遇到两个空间节点之间的错误而复位之后由直接映射确定的新最优化安全路径的2D映射。

图9A示出已实施直接映射或最佳路径行进之后的实施方式，其中放射源在最短却安全的路径960上行进从而只在已被识别的部分模板节点处输送放射治疗。出于图示的目的，虽然与图8A中的840相比放射源沿着短得多的路径960行进，但放射源在节点411(或311)处输送放射之后也遇到错误。放射源通过使其本身复位至初始位置300来进行响应。在一个实施方式中，基于从直接映射收集的信息来识别新的安全路径970，所述信息是关于放射源访问的所有模板节点(例如301～311)、输送放射治疗的最后一个节点(例如，311)、发生错误之前的下一个未访问节点(例如312)以及放射源必须输送放射治疗的下一个部分模板节点(例如，312)。基于上述信息，系统将识别从初始位置到放射源必须输送治疗的下一个未访问部分模板节点的安全且尽可能短的最佳行进路径。通过确定在到达要输送放射治疗的下一个未访问部分模板节点之前可以跳过哪些在先前的行进路径上错误发生之前先前已访问的节点来识别该最佳行进路径。常常可以跳过初始安全行进路径上的先前访问的模板节点中的至少一个或多个。在另一实施方式中，可以根据关于错误之前最后访问的模板节点(例如，311)和错误之前的下一个未访问节点(例如，312)的信息来识别新的安全路径。

图9B示出了实施了直接映射或最佳路径行进之后的实施方式，其中放射源从初始位置开始在重新计算的路径、最短却安全的路径970上行进以到达在发生错误之前根据治疗计划所预期的放射治疗的下一个未访问部分模板节点。在一个实施方式中，放射源能够沿着路径970直接从初始位置300移动到根据治疗计划要输送放射治疗的下一个未访问模板节点312(或412)。在本实施方案中，放射源可以从初始位置直接移动到被选择用于放射治疗的下一个未访问部分模板节点，然而，在其它实施方式中，可以在建立最短安全路径(未示出)时首先访问错误之前的一个或多个先前已访问的模板节点。在实施方式中，在错误之后，只重新计算放射源复位之后的从初始位置300到被选择用于放射治疗的下一个未访问部分模板节点的路径以最小化行进时间。由于已使用基于直接映射的信息来计划原始路径，所以原始路径被认为是最短且最安全的。因此，从在错误之前被选择用于放射治疗的下一个未访问部分模板节点行进到最后一个节点以便在返回初始位置300之前完成治疗计划的路径将保持相同。换言之，在遇到错误时，只重新定义或重新计算从复位初始位置300到被选择用于放射治疗的下一个未访问部分模板节点的所述部分路径，但从该点向前以完成治疗计划的剩余行进路径保持不变。

图10是示出了依照本发明的实施方式、用于确定用于放射源在所选部分模板节点处输送放射治疗而不用遵循包括所有模板节点的安全或无冲突行进路径的最优化安全行进路径的过程的流程图。在确定最优化行进路径之前，必须在步骤1010中识别由治疗计划中的所有模板节点定义的安全或无冲突路径。该步骤与本公开先前所描述的从节点超集中选择模板节点相同。在确定模板节点和包括所有模板节点的安全或无冲突路径之后，与步骤1025并行地执行步骤1015和1020。在步骤1015中，系统通过评估在由初始位置或任何模板节点所定义的空间位置与每个模板节点之间是否存在障碍物来执行每个空间位置的直接映射。这一步骤与图5A～5D中先前所示的信息生成一样。在步骤1020中，系统编译通过直接映射到允许方便访问以便在治疗计划制定之前或期间和/或治疗计划执行之前或期间实施的数据库或表格中而生成的信息。在执行步骤1015和1020的同时，在可替代的治疗计划中选择模板节点的部分集以输送放射治疗。该可替代的治疗计划与原治疗计划同样有效，是通过在数目比原始定义的数目少的模板节点处输送放射治疗而定义的。在步骤1020和1025完成后，步骤1030在使用从直接映射生成的结果来保持安全或无冲突行进路径的同时来识别可以跳过的未使用模板节点。一旦识别到可以跳过的未使用节点的数目，步骤1035识别包含放射源输送放射治疗的所选模板节点但跳过未使用模板节点的可替代的安全或无冲突行进路径。理想的是，确定最短却安全的行进路径，该行进路径使得放射源能够访问输送放射治疗的所有所选部分模板节点。最后一个步骤1040是沿着可替代的安全行进路径来移动放射源并根据可替代的治疗计划在所选模板节点处输送放射治疗。目的是在用更短时间完成治疗的同时实现等效于原治疗计划的水平的疗效。

图11是示出了依照本发明的实施方式、用于确定用于放射源在遇到错误之后行进到下一个未访问所选模板节点以输送放射治疗而不必重新访问在错误发生之前先前访问的所有模板节点的过程的流程图。步骤1110开始于放射源在两个模板节点之间的安全或无冲突路径上遇到错误。该安全或无冲突行进路径常常比由所有模板节点所定义的安全或无冲突行进路径短，但在某些情况下，如果未识别到更短且安全的路径，则可以由所有模板节点来定义安全或无冲突的行进路径。在遇到错误之后，步骤1115使放射源复位至初始位置，从而可以识别新的行进计划。步骤1120识别在错误发生之前被访问的所有模板节点和在错误之前未访问的要输送放射治疗的所有所选部分模型节点。一旦识别到已访问模板节点和未访问模板节点，系统能够回到根据直接映射生成的信息并在步骤1125识别在错误之前访问的能够在到达要输送放射治疗的下一个未访问模型节点之前跳过的模板节点。一旦识别到能够跳过的一个或多个先前访问的模型节点，在步骤1130，系统通过跳过错误发生之前的一个或多个已访问模板节点来识别到要输送治疗的下一个未访问部分模板节点的最短的安全或无冲突路径。在最后一个步骤1135，系统沿着到下一个未访问模板节点的最短的安全或无冲突路径移动放射源并向其余的未访问部分模板节点输送放射治疗以完成治疗计划。请注意，只有从初始位置到错误发生之前的下一个未访问部分模板节点的路径被修改，因为目标是在最短却安全或无冲突的路径中到达要输送放射治疗的下一个未访问的部分模板节点。从下一个未访问的部分模板节点直至最后一个未访问的部分模板节点的行进计划未改变且与错误发生之前保持相同。

应当理解，如在2005年9月23日提交的题为“Workspace Optimizationfor Radiation Treatment Delivery System”的共同待决美国专利申请中所描述的，与最优化治疗计划的确定相结合来使用直接映射处理和最佳路径行进的确定。例如，在一个实施方式中，用户(例如医学物理师、医师等)利用治疗计划制定软件，使用可用于系统的所有模板节点来生成治疗计划从而满足最小/最大剂量处方约束。因此，使用所有模板节点的治疗计划可以表示放射治疗输送系统可获得的最高质量治疗计划。用户还识别不同的治疗计划，其与在所有模板节点处输送放射治疗的第一治疗计划同样有效，以使用较少数目的模板节点或模板节点的子集来治疗目标。能够使用较少数目的节点来输送同样有效的治疗计划将由于系统在治疗输送期间必须穿过的节点数目较少而节省治疗输送时间。通常，搜索数据库以确定是否存在可以替代所使用的所有模板节点的任何模板节点子集。数据库可以存储被索引至解剖体特征(例如，脊柱病灶、前列腺病灶、乳房病灶、肺病灶等)的模板节点子集。还可以基于诸如成像中心的总数、床位置的总数、SAD的总数等其它治疗计划参数是否可以被最优化来搜索数据库。如果数据库的初步检索/分析表示模板节点子集中的一个或多个可以是完整模板节点集合的可能替代，则评估使用模板节点子集开发的治疗计划以查看其是否具有足够好的质量。可以由医学物理师或放射肿瘤学家、放射治疗输送系统的操作员、甚至由软件根据定义的规则来选择是使用模板节点子集治疗计划还是完整模板节点治疗计划。是使用模板节点子集治疗计划还是完整模板节点治疗计划的选择可能需要在预计的时间节省相对质量偏差之间进行权衡。如果治疗时间节省明显且质量偏差小，则可以选择模板节点子集治疗计划用于治疗输送。本文所述的方法和装置可以用来通过进一步减少在输送模板节点子集治疗计划时要穿过的节点的数目来进一步缩短治疗输送时间。

用于确定放射源的最优化行进路径的方法和装置可以与作为放射治疗系统的一部分的病人治疗系统或功能相结合。图12是示出用于生成诊断图像、生成治疗计划以及向病人输送该治疗计划的病人治疗系统1200的方框图，其中，可以实施本发明的特征。如下文所述和图12所示，系统1200可以包括诊断成像系统1220、治疗计划系统1240和放射治疗输送系统1260。应注意的是，图12仅仅示出病人治疗系统的示例，其它的可替代的实施方式也是可能的。

诊断成像系统1220可以是能够生成病人身体中的感兴趣体积(VOI)的医学诊断图像的任何系统，所述医学诊断图像可以用于随后的医学诊断、治疗计划制定和/或治疗输送。例如，诊断成像系统1220可以是计算机断层扫描(“CT”)系统、磁共振成像(“MRI”)系统、电子发射断层扫描(“PET”)系统、超声波系统等等。为了便于讨论，在下文中有时可以关于CT x射线成像模态来讨论诊断成像系统1000。然而，还可以使用诸如上述那些的其它成像模态。

诊断成像系统1220包括用于生成成像射束(例如，x射线、超声波、射频波等)的成像源1222和用于检测并接收由成像源1222生成的射束或由来自成像源(例如，在MRI或PET扫描中)的射束所激发的二次射束或发射的成像检测器1226。在一个实施方式中，诊断成像系统1000可以包括两个或更多诊断X射线源和两个或更多相应的成像检测器。例如，可以在要被成像的病人周围设置和以相互之间的角间距(例如，90度、45度等)来固定两个X射线源，并使两个X射线源通过病人对准可以在直径上与x射线源相对的成像检测器。还可以使用会被每个x射线成像源照亮的单个大型成像检测器或多个成像检测器。可替换的，可以使用其它数目和配置的成像源或成像检测器。

成像源1222和成像检测器1226被耦合到数字处理系统1224以控制成像操作和处理图像数据。诊断成像系统1220包括用于在数字处理系统1224、成像源1222和成像检测器1226之间传输数据和命令的总线和其它装置1228。数字处理系统1224可以包括一个或多个通用处理器(例如微处理器)、诸如数字信号处理器(“DSP”)的专用处理器、或诸如控制器或现场可编程门阵列(“FPGA”)的其它类型的装置。数字处理系统1224还可以包括诸如存储器、存储装置、网络适配器等等的其它组件(未示出)。例如，数字处理系统1224可以被配置为以诸如DICOM(医学数字成像和通信)格式的标准格式生成诊断图像。在其它实施方式中，数字处理系统1224可以生成其它标准或非标准数字图像格式。数字处理系统1224可以通过数据链路1230向治疗计划系统1240发送诊断图像文件(例如上述DICOM格式的文件)，所述数据链路1230例如可以是直接链路、局域网(“LAN”)链路或诸如因特网的广域网(“WAN”)链路。另外，可以跨域连接系统的通信介质对在系统之间传输的信息进行拉或推，诸如在远程诊断或治疗计划制定配置中。在远程诊断或治疗计划制定中，用户可以利用本发明的实施方式来进行诊断或制定治疗计划，虽然在系统用户与病人之间存在物理分离。

治疗计划系统1200包括用于接收和处理图像数据的处理装置1244。处理装置1244可以表示一个或多个通用处理器(例如微处理器)、诸如DSP的专用处理器或诸如控制器或FPGA的其它类型的装置。处理装置1244可以被配置为执行用于执行这里所讨论的治疗计划操作的指令。

治疗计划系统1240还可以包括系统存储器2020，其可以包括随机存取存储器(“RAM”)、或其它动态存储装置，该系统存储器2020通过总线1245耦合到处理装置1244，用于存储将由处理装置1244执行的信息和指令。系统存储器1242还可以用于存储在处理装置1244执行指令期间的临时变量或其它中间信息。系统存储器1242还可以包括用于存储处理装置1244的静态信息和指令的耦合到总线1245的只读存储器(“ROM”)和/或其它静态存储装置。

治疗计划系统1240还可以包括存储装置1246，其表示用于存储信息和指令的耦合到总线1245的一个或多个存储装置(例如磁盘驱动或光盘驱动)。存储装置1246可以用于存储用于执行本文所讨论的治疗计划制定步骤的指令。

处理装置1244还可以耦合到用于向用户显示信息(例如VOI的2D或3D表示)的显示装置1248，诸如阴极射线管(“CRT”)或液晶显示器(“LCD”)。诸如键盘的输入装置1249可以被耦合到用于向处理装置1244传送信息和/或命令选择的处理装置1244。还可以使用一个或多个其它用户输入装置(例如鼠标、跟踪球或光标方向键)发送方向信息，选择用于处理装置1244的命令并控制显示器1248上的光标移动。

应理解，治疗计划系统1240只表示治疗计划系统的一个示例，其可以具有许多不同的配置和构造，其可以包括比治疗计划系统1240更多的组件或更少的组件，并且其可以用于本发明。例如，某些系统常常具有多个总线，诸如外围总线、专用缓存总线等。治疗计划系统1240也可以包括MIRIT(医学图像查看和导入工具)以支持DICOM导入(从而图像可以被融合并且目标在不同的系统上被描绘以及然后被导入到治疗计划系统中以用于计划和剂量计算)、允许用户进行治疗计划的扩展的图像融合能力以及观察在各种成像模态(例如MRI、CT、PET等)中的任何一种上的剂量分配。治疗计划系统在本领域是公知的，因此不做详细讨论。

治疗计划系统1240可以与诸如放射治疗输送系统1260的治疗输送系统共享其数据库(例如存储在存储装置1246中的数据)，从而在治疗输送之前不需要从治疗计划系统中导出。治疗计划系统1240可以通过数据链路1250被链接到放射治疗输送系统1260，所述数据链路1250可以是上面关于数据链路1250所述的直接链路、LAN链路或者WAN链路。应该注意的是，当数据链路1250和1230被实施为LAN或WAN连接时，诊断成像系统1320、治疗计划系统1240和/或放射治疗输送系统1260中的任何一个可以位于分散的位置从而使得系统可以在物理上相互远离。可替换地，诊断成像系统1220、治疗计划系统1240和/或放射治疗输送系统1260中的任何一个可以在一个或者多个系统中相互集成。

治疗输送系统1260包括疗法和/或手术放射源1362，以根据治疗计划给予目标体积规定的放射剂量。治疗输送系统1260也可以包括成像系统1264(包括成像源1322和检测器1326)以捕获用于上述与诊断图像配准或关联的患者体积(包括目标体积)的治疗内图像从而关于放射源定位患者。放射治疗输送系统1260也可以包括用于控制治疗放射源1262、成像系统1264和诸如治疗床1268的病人支撑装置的数字处理系统1266。数字处理系统1266可以包括一个或者多个通用处理器(例如微处理器)、诸如数字信号处理器(DSP)的专用处理器、或诸如控制器或者FPGA的其它类型的装置。数字处理系统1266也可以包括诸如存储器、存储装置、网络适配器等等的其它组件(未示出)。数字处理系统1266可以通过总线1265或其它类型的控制和通信接口被耦合到治疗放射源1262、成像系统1264以及治疗床1268。

应当注意，这里描述的方法和设备不限于仅用于医学诊断成像和治疗。在可替代的实施例中，这里的方法和设备可用于医学技术领域之外的应用，诸如工业成像和材料的非破坏性试验(例如，汽车工业中的电机组、航空工业中的飞机机身、建筑业中的焊接和石油工业中的钻孔岩心)以及地震勘测。在这样的应用中，例如，“治疗”可广泛地指放射射束的应用。

本发明的所示实施方式的以上说明包括摘要中所描述的内容，其并不是排他性的或使本发明局限于所公开的精确形式。虽然这里出于说明的目的描述了本发明的具体实施方式和示例，但如本领域的技术人员应理解的那样，在本发明的范围内可以进行各种修改。

根据以上详细说明，可以对本发明进行这些修改。以下权利要求书所使用的术语不应被理解为使本发明局限于本说明书中所公开的特定实施方式。相反，本发明的范围完全由以下权利要求来确定，应依照所设定的权利要求解释规则来理解所述权利要求。

Claims (79)

1.一种方法，该方法包括：

对于多个空间节点中的空间节点确定所述空间节点与所述多个空间节点中的其它节点之间的直接路径，所述多个空间节点中的每一个空间节点表示工作区中的放射源的位置；

识别所述多个空间节点之中的无冲突空间节点，每个所述无冲突空间节点与所述放射源在直接路径中到与障碍物没有冲突的另一空间节点的行进相关联；以及

在没有障碍物的情况下利用所述无冲突空间节点和无冲突的直接路径来构建无冲突行进路径，其中从无冲突空间节点到下一个无冲突空间节点的行进没有任何障碍物。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述空间节点被安排成序列。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述无冲突行进路径被安排为使得所述放射源从初始位置移动到排序最低的空间节点，穿过所有所述无冲突空间节点，并在穿过每个所述无冲突空间节点一次的情况下在排序最高的空间节点之后在所述初始位置处终止。

4.根据权利要求1所述的方法，其中关于所述无冲突空间节点和所有所述直接路径的信息被离线模拟并被存储以供参考。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述信息被存储在数据库或查找表中的至少一者中。

6.根据权利要求4所述的方法，其中在从大约治疗计划制定时至大约治疗计划执行时的任何时间访问所述信息。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述放射源被耦合到机器人臂。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述机器人臂具有5个或更多个自由度。

9.一种方法，该方法包括：

在放射源沿着治疗计划中由多个空间节点定义的行进路径在两个空间节点之间行进期间遇到错误之后使所述放射源复位至初始位置；以及

通过跳过所述放射源在所述错误发生之前访问过的一个或多个空间节点来识别用于所述放射源的新行进路径。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述新路径是相对于由所述治疗计划所定义的行进路径而言从所述初始位置到所述错误发生之前的下一个未访问空间节点的较短行进路径。

11.根据权利要求9所述的方法，其中所述新路径是从所述初始位置到所述错误发生之前所述治疗计划中的下一个未访问空间节点的最短路径。

12.根据权利要求9所述的方法，其中所述跳过一个或多个空间节点得到相对于所述治疗计划所定义的行进路径而言从初始位置到所述错误发生之前的下一个未访问空间节点的较短无障碍路径。

13.根据权利要求9所述的方法，其中所述跳过一个或多个空间节点得到从所述初始位置到所述治疗计划中所述错误发生之前的下一个未访问空间节点的最短无障碍路径。

14.根据权利要求9所述的方法，其中所述新行进路径中的任何两个连续的空间节点之间的直接路径是无障碍的。

15.根据权利要求9所述的方法，该方法还包括所述射线源遵循所述新行进路径并从所述初始位置移动到所述错误发生之前未访问的下一个空间节点，并且从所述错误发生之前未访问的下一个空间节点继续进行以完成所述治疗计划。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述治疗计划中的所述多个空间节点之中的任何两个连续的空间节点之间的用于所述放射源行进的直接路径是无障碍的。

17.根据权利要求15所述的方法，其中所述空间节点被从排序最低的空间节点到排序最高的空间节点排列成序列。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述治疗计划开始从所述初始位置到排序最低的空间节点，并在排序最高的空间节点之后在所述初始位置处终止。

19.根据权利要求15所述的方法，其中所述继续进行以完成原始行进计划还包括访问所述错误发生之前的所有未访问空间节点，在所述错误发生之前未访问的下一个空间节点处开始从排序最低的未访问空间节点至排序最高的未访问空间节点，并随后返回到所述初始位置。

20.根据权利要求9所述的方法，其中所述放射源被耦合到机器人臂。

21.根据权利要求20所述的方法，其中所述机器人臂具有五个或更多自由度。

22.一种方法，该方法包括：

提供在治疗计划中使用的多个空间节点，每个所述多个空间节点表示能用于治疗计划的放射源向目标输送放射的位置；

从所述多个空间节点之中识别根据所述治疗计划不输送放射的若干未使用的空间节点；以及

在管理所述治疗计划时所述放射源跳过一个或多个未使用节点。

23.根据权利要求22所述的方法，该方法还包括根据所述治疗计划确定用于所述放射源的在任何两个连续空间节点之间不包含障碍物的无冲突行进路径。

24.根据权利要求22所述的方法，该方法还包括通过跳过所述未使用的空间节点中的一个或多个来确定用于所述放射源的不包含障碍物的无冲突行进路径。

25.根据权利要求24所述的方法，该方法还包括在所述放射源跳过未使用节点中的一个或多个之后在管理所述治疗计划时沿着在任何两个连续空间节点之间不包含障碍物的无冲突行进路径移动所述放射源。

26.根据权利要求24所述的方法，该方法还包括根据所述无冲突行进路径移动所述放射源，从而在若干所选空间节点处输送放射治疗。

27.根据权利要求24所述的方法，其中对用于所述放射源的无冲突行进路径的确定基于从离线模拟生成的查找表或参考数据库中的至少一者。

28.根据权利要求24所述的方法，该方法还包括根据治疗计划移动所述放射源，其中所述放射源跳过一个或多个未使用的空间节点并在相对于具有所述一个或多个未使用的空间节点的路径而言由没有所述一个或多个未使用空间节点的路径定义的较短路径中行进。

29.根据权利要求22所述的方法，其中所述多个空间节点被从排序最低的空间节点到排序最高的空间节点排列成序列。

30.根据权利要求29所述的方法，其中所述治疗计划开始从所述初始位置到排序最低的空间节点，并在排序最高的空间节点之后在所述初始位置处终止。

31.根据权利要求22所述的方法，其中如果所述一个或多个未使用节点之前的空间节点与之后的空间节点之间的行进路径没有障碍物，则跳过所述一个或多个未使用节点。

32.根据权利要求22所述的方法，其中所述放射源被耦合到具有5个或更多自由度的机器人臂。

33.一种设备，该设备包括：

用于提供在治疗计划中使用的多个空间节点的装置，每个所述多个空间节点中表示可用于治疗计划输送放射的放射源的位置；

用于跳过所述多个空间节点之中的若干未使用空间节点的装置，其中在保持用于放射源的没有障碍物的无冲突行进路径的情况下，在所述若干未使用空间节点处根据所述治疗计划不输送放射。

34.根据权利要求33所述的设备，其中原始行进路径还包括所述多个空间节点，其中按照所述治疗计划所定义的顺序来访问所述多个空间节点中的每个空间节点，从而沿着无障碍的路径行进。

35.根据权利要求33所述的设备，其中所述放射源在所述多个空间节点中的规定同样有效的剂量的一组可用空间节点处向目标输送放射治疗，如同所述放射源在所述治疗计划中的所述多个空间节点中的每个空间节点处输送治疗一样。

36.根据权利要求33所述的设备，其中所述多个空间节点被从排序最低的空间节点到排序最高的空间节点排列成序列。

37.根据权利要求38所述的设备，其中所述无冲突行进路径和所述原始行进路径遵循从排序最低的空间节点开始并在排序最高的空间节点之后终止的顺序。

38.根据权利要求33所述的设备，其中所述放射源被耦合到具有5个或更多自由度的机器人臂。

39.根据权利要求38所述的设备，其中所述机器人臂具有包括5个旋转自由度和1个基本垂直的线性自由度的6个自由度。

40.一种设备，该设备包括：

用于在放射源在原始行进计划中的任何两个空间节点之间遇到错误行进之后识别用于放射源的新的无冲突行进路径的装置；以及

用于通过使所述放射源跳过在所述错误发生之前访问的一个或多个空间节点来实现完成所述原始行进计划的最短时间的装置。

41.根据权利要求40所述的设备，其中所述放射源在遇到所述两个空间节点之间的错误之后复位至初始位置。

42.根据权利要求40所述的设备，其中所述放射源通过根据原始行进计划在错误发生在之前先前未访问的空间节点的预定义集处停止来向目标输送放射治疗。

43.根据权利要求40所述的设备，其中所述多个空间节点被定义为序列。

44.根据权利要求43所述的设备，其中所述原始行进计划和所述新的无冲突行进路径遵循由所述序列定义的顺序。

45.根据权利要求44所述的设备，其中所述新的无冲突行进路径开始于所述放射源从初始位置行进，跳过在所述错误发生之前访问的所述一个或多个空间节点，到达所述错误发生之前排序最低的未访问的下一个空间节点并在回到所述初始位置之前在排序最高的空间节点处终止。

46.根据权利要求40所述的设备，其中所述放射源被耦合到具有5个或更多自由度的机器人臂。

47.一种系统，该系统包括：

放射源；

处理器，该处理器被耦合到所述放射源，

所述处理器被配置为确定在多个空间节点中的每一个空间节点与所述多个空间节点中的其余空间节点之间的行进路径是否具有障碍物，所述多个空间节点中的每一个空间节点表示工作区中的放射源能够占用的空间中的位置；

所述处理器被进一步配置为确定所述多个空间节点中的能被跳过以缩短完成行进路径的时间的一个或多个未使用空间节点，其中所述放射源在所述多个空间节点中的若干未使用空间节点处输送治疗；和

所述处理器被进一步配置为通过跳过所述一个或多个未使用空间节点中来确定用于放射源的新行进计划；以及

被耦合到所述处理器的数据库，所述数据库被配置为存储关于所述行进路径、能够跳过的所述一个或多个未使用空间节点、以及用于所述放射源的所述新的行进计划的信息。

48.一种方法，该方法包括：

在治疗计划中以有序的序列提供多个空间节点，每个所述多个空间节点表示能用于治疗计划的放射源向目标输送放射的位置；以及

通过发现时间最佳的序列以减少所述治疗计划的治疗时间来对所述多个空间节点重新排序。

49.根据权利要求48所述的方法，其中所述放射源遵循对所述多个空间节点进行重新排序之前和之后的无冲突行进路径。

50.根据权利要求48所述的方法，其中在识别并跳过未使用的空间节点之后，在确定最佳行进路径之后执行对所述多个空间节点的重新排序。

51.根据权利要求48所述的方法，其中在当在两个空间节点之间行进时遇到错误发生之后，在确定最佳行进路径之后执行对所述多个空间节点的重新排序。

52.根据权利要求48所述的方法，其中所述重新排序造成以相反的顺序穿过所识别的最佳行进路径。

53.一种设备，该设备包括：

用于以有序序列提供在治疗计划中使用的多个空间节点的装置，每个所述多个空间节点表示能用于治疗计划的放射源输送放射的位置；以及

用于通过确定时间最佳的序列以减少所述治疗计划的治疗时间来对所述多个空间节点重新排序的装置。

54.根据权利要求53所述的设备，其中所述放射源遵循对所述多个空间节点进行重新排序之前和之后的无冲突行进路径。

55.根据权利要求53所述的设备，其中在识别并跳过未使用的空间节点之后，在确定最佳行进路径之后执行对所述多个空间节点的重新排序。

56.根据权利要求53所述的设备，其中在当在两个空间节点之间行进时遇到错误发生之后，在确定最佳行进路径之后执行对所述多个空间节点的重新排序。

57.根据权利要求53所述的设备，其中所述重新排序造成以相反的顺序穿过所识别的最佳行进路径。

58.一种提供指令的机器可访问介质，该指令如果被机器执行则将促使机器执行操作，该操作包括：

在放射源沿着治疗计划中由多个空间节点定义的行进路径在两个空间节点之间行进期间遇到错误之后使所述放射源复位至初始位置；以及

通过跳过在所述错误发生之前所述放射源访问的一个或多个空间节点来识别用于所述放射源的新行进路径。

59.根据权利要求58所述的机器可访问介质，其中所述新路径是相对于所述治疗计划所定义的行进路径而言从所述初始位置到所述错误发生之前的下一个未访问空间节点的较短行进路径。

60.根据权利要求58所述的机器可访问介质，其中所述跳过一个或多个空间节点得到相对于所述治疗计划所定义的行进路径而言从所述初始位置到所述错误发生之前的下一个未访问空间节点的较短无障碍路径。

61.根据权利要求58所述的机器可访问介质，其中所述新行进路径中的任何两个连续空间节点之间的直接路径是无障碍的。

62.根据权利要求58所述的机器可访问介质，该机器可访问介质还包括如果被机器执行则将使所述机器执行更多操作的指令，所述操作包括：

命令所述放射源遵循所述新行进路径并从所述初始位置移动到所述错误发生之前未访问的下一个空间节点，并且从所述错误发生之前未访问的下一个空间节点继续进行以完成治疗计划。

63.根据权利要求62所述的机器可访问介质，其中所述多个空间节点被从排序最低的空间节点到排序最高的空间节点排列成序列。

64.根据权利要求62所述的机器可访问介质，其中所述治疗计划中的所述多个空间节点之中的任何两个连续空间节点之间的用于所述放射源行进的直接路径是无障碍的。

65.根据权利要求62所述的机器可访问介质，其中所述继续进行以完成所述原始行进计划还包括所述访问错误发生之前的所有未访问空间节点，在所述错误发生之前未访问的下一个空间节点处开始从排序最低的未访问空间节点至排序最高的未访问空间节点，并随后返回到所述初始位置。

66.根据权利要求58所述的机器可访问介质，其中所述放射源被耦合到机器人臂。

67.一种提供指令的机器可访问介质，该指令如果被机器执行则将促使机器执行操作，该操作包括：

提供在治疗计划中使用的多个空间节点，每个所述多个空间节点表示能用于治疗计划的放射源向目标输送放射的位置；

从所述多个空间节点之中识别根据所述治疗计划不输送放射的若干未使用的空间节点；以及

在管理所述治疗计划时所述放射源跳过一个或多个未使用节点。

68.根据权利要求67所述的机器可访问介质，该机器可访问介质还提供如果被机器执行则将使所述机器执行更多操作的指令，所述操作包括：

根据所述治疗计划确定用于所述放射源的在任何两个连续空间节点之间不包含障碍物的无冲突行进路径。

69.根据权利要求67所述的机器可访问介质，该机器可访问介质还提供如果被机器执行则将使所述机器执行更多操作的指令，所述操作包括：

通过跳过所述未使用的空间节点中的一个或多个来确定用于所述放射源的不包含障碍物的无冲突行进路径。

70.根据权利要求69所述的机器可访问介质，其中对用于所述放射源的无冲突行进路径的确定基于从离线模拟生成的查找表或参考数据库中的至少一者。

71.根据权利要求69所述的机器可访问介质，该机器可访问介质还提供如果被机器执行则将使所述机器执行更多操作的指令，所述操作包括：

根据所述无冲突行进路径移动所述放射源，从而在若干所选空间节点处输送放射治疗。

72.根据权利要求67所述的机器可访问介质，其中所述多个空间节点被从排序最低的空间节点到排序最高的空间节点排列成序列。

73.根据权利要求67所述的机器可访问介质，其中如果所述一个或多个未使用节点之前的空间节点与之后的空间节点之间的行进路径没有障碍物，则跳过所述一个或多个未使用节点。

74.根据权利要求67所述的机器可访问介质，其中所述放射源被耦合到具有5个或更多自由度的机器人臂。

75.一种提供指令的机器可访问介质，该指令如果被机器执行则将使所述机器执行操作，该操作包括：

在治疗计划中以有序序列提供多个空间节点，每个所述多个空间节点中表示可用于治疗计划的放射源向目标输送放射的位置；以及

通过发现时间最佳的序列以减少所述治疗计划的治疗时间来对所述多个空间节点重新排序。

76.根据权利要求75所述的机器可访问介质，其中所述放射源遵循对所述多个空间节点进行重新排序之前和之后的无冲突行进路径。

77.根据权利要求75所述的机器可访问介质，其中在识别并跳过未使用的空间节点之后，在确定最佳行进路径之后执行对所述多个空间节点的重新排序。

78.根据权利要求75所述的机器可访问介质，其中在当在两个空间节点之间行进时遇到错误发生之后，在确定最佳行进路径之后执行对所述多个空间节点的重新排序。

79.根据权利要求75所述的机器可访问介质，其中所述重新排序造成以相反的顺序穿过所识别的最佳行进路径。

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