CN101678210B - 放射治疗装置 - Google Patents

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Abstract

描述了一种用于放射治疗的治疗计划装置，其被适配为接受治疗计划，该治疗计划包括(i)待治疗区域的先验图像和先验图像内的多个剂量位置，以及(ii)待治疗区域的当前图像，所述装置包括相关装置，其被设置为对于每个剂量位置，对先验图像中接近该剂量位置的解剖结构进行定位；比较器，其用于比较先验图像与当前图像，在当前图像中定位至少那些与剂量位置相关的解剖结构，并对每个解剖结构确定在先验图像与当前图像之间的转变；以及处理装置，其用于通过对每个剂量位置应用关于相关的解剖结构而确定的转变来确定当前剂量位置。这对于患者颈部区域特别有用，在该颈部区域中移动的可能性和幅度均较高，但有很多的具有椎骨形式的可辨识解剖特征。

Description

放射治疗装置
技术领域
本发明涉及用于放射治疗的装置与方法。
背景技术
LeksellTMGamma KnifeTM(伽马刀)(LGK)以及更多最近发布的PerfexionTM系统是运用大量单独辐射源的放射治疗系统，所述辐射源被排列在半球内，并且全部被校准以使放射束指向单个位置。因此，它们在围绕该位置的基本为球状的体积中产生高剂量的辐射，并且围绕该体积仅有小的背景剂量。该源的遮蔽物能使患者移动进入位置，并将指定剂量的辐射传送至患者内的所定义的体积。通过重复增加到指定剂量的剂量来处理非球状的或者大于所定义的体积的治疗体积。
直到最近，由于从承载所述源的半球状结构流出的体积限制，所以LGK已主要用于治疗患者的头部区域。但是，更最新版本的LGK(特别是PerfexionTM系统)被设计为用于更大的可治疗体积并能治疗例如颈部与上脊柱的区域。
现有系统已允许通过被称为“刚体”变形的方式更正剂量位置的分布，在该“刚体”变形中，考虑到在初始成像阶段与治疗之间的头骨的移动，所有剂量位置以同样的量进行移位。
发明内容
潜在治疗体积扩展至包括头部与颈部，这引入了一个潜在的问题，该问题在于，这些区域容易显示较大程度的由患者移动导致的随时间的变化。这导致治疗体积以及移位的变形。由于不会发生变形，所以这对于头骨内的区域不是一个问题。
基于“刚体”转变(transformation)的先前技术是没有用的，因为由于变形以及移位(translation)的潜在性(所谓的“非刚体”转变)导致用相等的量对所有剂量位置进行移位通常不适合于头部和颈部区域。然而，普通非刚体转变过于复杂以致不能足够迅速地进行放射治疗应用。
本发明因此提供一种用于放射治疗的治疗计划装置，其被适配为接受治疗计划，该治疗计划包括(i)待治疗区域的先验图像(prior image)和先验图像内的多个剂量位置，以及(ii)待治疗区域的当前图像，所述装置包括相关装置，其被设置为对于每个剂量位置，定位在先验图像中接近该剂量位置的解剖结构；比较器，其用于比较先验图像与当前图像，在当前图像中定位至少那些与剂量位置相关的解剖结构，并对每个解剖结构确定在先验图像与当前图像之间的转变；以及处理装置，其用于通过对每个剂量位置应用关于相关的解剖结构而确定的转变来确定当前剂量位置。
这根本不可能与其他类型的放射治疗相比，在其它类型的放射治疗中，当其源围绕等中心(isocentre)旋转时，成形的光束从不同方向的范围指向患者内部的等中心。根据该传送方法的辐射不会作为多个剂量位置而到达；它作为穿过患者的多个光束路径而到达。
先验图像和当前图像理想地是三维的，例如来自于计算断层扫描的锥形光束。
先验图像中的解剖结构可通过由用户手动识别而被定位，或者可以使用自动图像分析工具来识别它们。这种工具的一个示例是下述工具，该工具允许选择先验图像的多个预定体积，包括并且围绕每个剂量位置。
相关装置与比较器可以具有由相同处理装置执行的程序的形式。这允许将整个处理集成在单个计算装置中。备选地，可将任务散布在多个这种计算装置中以加速处理。
本发明进一步提供一种如上所定义的治疗计划装置，该装置与放射治疗装置相关联，该放射治疗装置包括多个排列于半球内的单独辐射源，每个源被校准以将辐射束对准半球内的单个位置。辐射源优选地为衰减同位素。Leksell伽马刀是这种装置的一个示例。
本发明对于患者的颈部区域特别有用，在该颈部区域中非刚性移动的可能性和幅度均较高，但有很多的具有椎骨和空气/组织界面的形式的可辨识的解剖特征。
附图说明
现在将参考附图，通过示例来描述本发明的实施例，在该附图中；
图1示出采用计划治疗的颈部区域的示意图；以及
图2示出移动之后的同一颈部区域。
具体实施方式
与治疗期间过程中成像相关的显影(其一般被称为图像引导放射治疗(IGRT))已经产生可用信息，该可用信息不仅关于患者的位移，而且还关于非刚性结构的局部变形。这种变形例如在颈部区域会是显著的。当使用成形域(field)(例如与多叶准直器相配的线性加速器)传送辐射剂量时，适应这些变形的治疗的必要修改是十分复杂的。但是，当使用一系列接近球形的“发射(shot)”(例如在LGK中)传送剂量时，所需的对剂量分布的修改则可以更直接。
采用LGK或Perfexion，剂量通过一系列发射进行传送。每个发射都在治疗计划图像内具有预定的位置。依据本发明，我们根据在图像中的那个位置处的解剖体的局部位移来位移每个单独的发射，而不是将整个计划或整套的发射位移相同量。
这特别可用于颈部，颈部为非刚性的并能在计划图像与治疗期间之间遭受显著的变形。幸运地是，颈部具有许多可视的解剖体，例如颈椎，这使得有可能确定局部位移。这可通过使用在发射的计划位置的局部内的解剖体执行刚体配准(registration)来完成，或通过执行整个图像集的一个可变形配准并且然后确定从结果的位移来完成。
这通过在治疗时使用3D成像(例如，锥束计算机断层扫描(CBCT))来实现。这是避免完全重新计划整个治疗的简单方法，还会使每个放射被传送至解剖体中的正确位置。
图1和图2示出了所述处理。图1为先验图像，为了清楚的原因，该先验图像被投影为二维的切片。头骨10的部分与相继的椎骨12，14，16，18和20一起清晰可见。一系列的3个剂量22，24和26已被规定并且其在椎骨线的前面被示出。第一步是定位靠近每个剂量位置的可视解剖特征；在图1中所示的简单实例中，显然最接近每个剂量位置的椎骨及其关联可按如下构成：
剂量位置                  特征
22                        14
24                        16
26                        18
然而，自动图像分析算法将从特定图像中选择图像特征以交付。其可由用户操作的手动关联功能进行补充或替代，允许每个剂量位置和与其相关联的图像特征一起被选择。
图2示出了同一患者的当前图像。在两图像之间，患者通过向前倾斜其头部而移动了其颈部。这导致每个椎骨被旋转了几度并稍微移动。
指引28，30，32和34相对于椎骨12，14，16和18定位于图1中，以指示有关的椎骨的位置和方向。可以看到图2中对应的指引28’，30’，32’和34’相对于彼此形成角度，显示了椎骨的移动。此移动能由图像分析算法加以检测，所述算法比较先验图像与当前图像以生成表示如两图像之间的图像特征移动的位移矢量和旋度。
因而，本发明的装置然后能够将与适用于相关联的图像特征的移动相同的移动应用到每个剂量位置。因此，关于图像体积的非一致的变化被自动地适应而不需要复杂的处理。
将存在次级效应，其中所应用的位移将改变发射的局部密度，其将改变所传送的剂量。例如，比较图1和2示出，在图2中邻近剂量之间的重叠大于图1。该效应的幅度将取决于位移的幅度，并可低于显著性阈值。如果不是，它可根据发射密度的变化或其简单函数、通过对每个发射处的所应用剂量进行调节而得到校正。
该技术理想地适合于LGK类型传送，其中每个发射将其剂量主要传送至单个解剖区域，但也可应用于将全部剂量作为一系列离散的局部子剂量进行传送的其他放射治疗装置。
当然，可以理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对上述实施例进行许多变形。

Claims (10)

1.一种用于放射治疗的治疗计划装置，其被适配为接受治疗计划，该治疗计划包括(i)待治疗区域的先验图像和该先验图像内的多个剂量位置，以及(ii)待治疗区域的当前图像，
所述装置包括：
相关装置，其被配置为：对于每个剂量位置，定位在先验图像中接近该剂量位置的解剖结构；
比较器，其用于比较所述先验图像与所述当前图像，在所述当前图像中定位与所述剂量位置相关的所述至少一个解剖结构，并对所述至少一个解剖结构确定在所述先验图像和所述当前图像之间的转变；
处理装置，其用于确定当前剂量位置，该处理装置通过下述处理来设置：
对于每个剂量位置，调用所述相关装置，规定该剂量位置，以及
对每个剂量位置应用针对所述相关的解剖结构确定的所述转变。
2.依据权利要求1所述的治疗计划装置，其中所述先验图像与所述当前图像是三维的。
3.依据权利要求2所述的治疗计划装置，其中所述先验图像与所述当前图像是锥束计算机断层扫描的结果。
4.依据前述权利要求中的任一项所述的治疗计划装置，其中所述先验图像中的所述解剖结构通过由用户手动识别而被定位。
5.依据权利要求1至3中任一项所述的治疗计划装置，其中所述先验图像中的所述解剖结构通过自动图像分析而被定位。
6.依据前述权利要求中的任一项所述的治疗计划装置，其中，所述相关装置与所述比较器是由所述处理装置执行的程序。
7.依据前述权利要求中的任一项所述的治疗计划装置，其与放射治疗装置相关联，该放射治疗装置包括排列于半球内的多个单独辐射源，每个源被校准以将辐射束对准所述半球内的单个位置。
8.依据权利要求7所述的治疗计划装置，其中所述辐射源为衰减同位素。
9.依据前述权利要求中的任一项所述的治疗计划装置，其中所述先验图像与所述当前图像为患者的颈部区域的图像。
10.依据权利要求9所述的治疗计划装置，其中所述解剖结构包括颈椎。
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