CN102781359B - 用于放射治疗的局部调整设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在治疗过程中定位患者解剖学部位的支架,所述支架包括多个可扩张的流体室以及压力调节器,所述压力调节器构造为向所述流体室中的每一个供给流体或从所述流体室中的每一个抽出流体。一种用于在治疗过程中定位患者解剖学部位的系统包括前述支架和控制单元,所述控制单元构造为控制所述流体室中的每一个的压力。一种用于在治疗过程中定位患者解剖学部位的方法包括以下步骤:将解剖学部位置于前述支架中并且调整所述流体室中的每一个的压力以将解剖学部位保持在所需的位置中。

Description

用于放射治疗的局部调整设备
技术领域
本发明涉及一种用于放射治疗的局部调整设备。目前用于头部和颈部放射治疗的程序需要模制支架以定位患者的头部。患者佩戴面具,所述面具将头部抵靠形成的支架夹紧就位。形成专用于每个具体患者的模型是昂贵的并且需要大量的时间。此外,在治疗进程中可能出现患者解剖结构的变化,从而需要重铸模型。
背景技术
发明内容
本发明提供一种用于在放射治疗过程中定位患者解剖学部位的装置。
在一个实施例中,本发明提供用于在放射疗法治疗过程中定位患者解剖学部位的支架。支架包括:多个可扩张的流体室,多个流体室中的每一个均构造为抵靠解剖学部位的多个表面之一施加力;以及压力调节器,所述压力调节器构造为通过向流体室中的每一个供给流体或从流体室中的每一个抽出流体而独立于每个其他流体室地调整流体室中的每一个的压力。
在另一个实施例中,本发明提供用于在放射疗法治疗过程中定位患者解剖学部位的系统。系统包括支架和控制单元。支架包括:多个可扩张的流体室,多个流体室中的每一个均构造为抵靠解剖学部位的多个表面之一施加力,多个流体室中的至少两个抵靠解剖学部位施加基本上相反的力,以使得解剖学部位被固定于支架中;以及压力调节器,所述压力调节器构造用于通过向流体室中的每一个供给流体或从流体室中的每一个抽出流体而独立于每个其他流体室地调整流体室中的每一个的压力。控制单元构造用于指示压力调节器调整流体室中的每一个的压力,以使得解剖学部位被保持在所需的位置中。
在进一步的实施例中,本发明提供在放射疗法治疗过程中定位患者解剖学部位的方法。方法包括以下步骤:将解剖学部位置于支架中,支架具有多个可扩张的流体室,多个流体室中的每一个构造为抵靠解剖学部位的多个表面之一施加力,多个流体室中的至少两个抵靠解剖学部位施加基本上相反的力,以使得解剖学部位被固定于支架中;并且通过向流体室中的每一个供给流体或从流体室中的每一个抽出流体而调整流体室中的每一个的压力,以使得解剖学部位被保持在所需的位置中。
附图说明
在附图中,组件未按比例画出,而把重点放在说明本发明的原理上。此外,在所有附图中类似的参考标记代表对应的部件。在下图中:
图1示意性示出根据本发明的放射治疗系统的实施例,所述实施例采用剂量跟踪及反馈过程以及用于自动建构、估计和评估累计治疗剂量的可能的工作流程、以及用于适应性计划优化的患者解剖结构和剂量反馈;
图2a-2e示出根据本发明的待与图1的放射治疗系统一同使用以用于执行剂量跟踪和反馈的机载成像系统的实施例;
图3为根据本发明的用于在治疗过程中定位患者头部的支架的立体图;
图4为根据本发明的用于在治疗过程中定位患者头部的系统的俯视图;
图5为图4的系统的侧视图;并且
图6为根据本发明的用于在治疗过程中定位患者头部的支架的另一个实施例的立体图。
具体实施方式
当前参考图1,其中概括说明诸如锥束计算机层析成像(CBCT)影像引导适应性放射治疗(IGART)系统100的体积影像引导适应性放射治疗系统、以及用于自动建构并评估每日累积治疗剂量的相应工作流程次序的示意图。如图1中所示,CBCT IGART系统100包括多个主要系统:1)三维体积成像系统,诸如X光锥束计算机层析成像系统200,2)兆伏(MeV)系统300,所述兆伏(MeV)系统300包括诸如线性加速器302的放射治疗源、以及成像器304,3)千伏(kV)入口式成像器处理器/软件系统400,以及4)治疗剂量跟踪及反馈系统500,在下文中讨论上述中的每一个。
完全的体积图像通过源和探测器的少于两次(优选地为一次)的旋转而获得,除此以外,锥束计算机层析成像系统200的机械操作类似于传统的计算机层析成像系统的机械操作。通过使用二维(2-D)探测器得以实现,而在传统的计算机层析成像中使用一维(1-D)探测器。
在美国专利No.6,842,502('502专利)中描述已知的锥束计算机层析成像系统的示例,所述专利的全部内容纳入本文加以参考。'502专利描述锥束计算机层析成像系统的实施例,所述实施例包括千伏X光管和具有非晶硅探测器阵列的平板成像器。当患者平躺于治疗台上时,X光管和平板成像器围绕患者一起旋转以形成多个影像。
在图2a中说明体积成像系统。具体地,图2a示出壁装的锥束计算机层析成像系统200和MeV入口式成像系统300的实施例,其由英国的Elekta of Crawley以商标名Synergy售出。在美国专利No.7,760,849中描述该系统200和300,所述专利的全部内容纳入本文加以参考。
锥束计算机层析成像系统200包括诸如X光管202的X光源、旋转的准直仪204以及安装于门架208上的平板成像器/探测器206。如图2a中所示,CBCT系统200能够安装于医学线性加速器302的门架208的平坦的、环形的、可旋转的筒210的面部,其中由X光管202产生的X光束大致垂直于由放射治疗源302产生的治疗束。
注意:探测器206能够包括半导体传感器的二维阵列,所述半导体传感器中的每一个可以由非晶硅(a-Si:H)和薄膜晶体管制成。来自每个传感器的模拟信号被集成并数字化。数字值被转移至数据存储服务器102。
在来自准直仪204的扇形束横穿患者P的宽度并且以上述方式撞击在整个探测器206上之后,计算机234(如图1中所示)指示筒210旋转,从而导致X光源202、准直仪204和探测器206围绕患者P旋转至另一个位置,以使得上述扫描过程能够重复并且产生另一个二维投影。持续X光源202、准直仪204和探测器206的上述旋转,直至获得足够数量的用于形成锥束计算机层析成像影像的二维影像。为达此目的,应当需要少于两次旋转(少于360°的旋转所形成的影像也能够形成)。来自每个位置的二维投影以类似于先前所述的锥束计算机层析成像系统的方式在计算机234中被合并,以产生待在显示器238上示出的三维影像。
如图2a中所示,MeV成像系统300包括分离的放射治疗源302以及分离地安装至旋转筒210的探测器/成像器304。源302在高于X光管202的功率级下运行,以便于容许对平躺于可移动台211(可通过计算机234在x、y和z方向上移动)上的患者中的靶体积进行治疗。源302产生诸如光子、质子或电子的X光或微粒束,所述X光或微粒束具有大约4MeV至大约25MeV的能量。来自源302的任何类型的束在本文中称为放射。
如上所述,来自源302的放射被用于治疗患者的特定关注区域,诸如肿瘤。在到达关注区域之前,通过经由多叶片准直仪308调整多个叶片307(图2b-e)以具有特殊的横截面区域309,设计出放射束的形状。横截面区域309选择为使得束与待治疗的关注区域相互作用而不与患者的健康区域相互作用。穿透关注区域的放射能够以熟知的方式经由成像器304成像。
如图1中所示,治疗剂量跟踪及反馈系统500包括工作站或数据服务器110,所述工作站或数据服务器110包括处理器,所述处理器用于对由锥束计算机层析成像系统200产生的接收于服务器102的患者的三维体积影像执行分割/注册(registration)过程。工作站110能够识别并注册在每个体积影像内的每个影像数据体积。这些识别和注册容许相同的影像数据体积从一个治疗阶段到另一个治疗阶段被跟踪到位。
治疗剂量跟踪及反馈系统500还包括工作站或数据服务器112,所述工作站或数据服务器112包括处理器,所述处理器用于基于以下来执行治疗剂量建构过程:1)由工作站110执行的分割/注册过程,以及2)测量并存储于服务器102中的从源302发射的放射束在撞击患者时的参数,诸如根据参考计划的角位置、束的束能量以及横截面形状。这些参数的形式能够为:门架208的角位置、准直仪308的角方位、多叶片准直仪308的叶片的位置、台211的位置以及放射束的能量。一旦已知影像数据的子体积的位置和形状,就能够基于从源302发射的放射束在撞击患者时的上述参数而确定/建构由所述相同的子体积所接收的治疗剂量。为影像数据的子体积中的每一个进行这样的确定,所述影像数据的子体积中的每一个用于由系统200产生的体积影像中的每一个。
治疗剂量跟踪及反馈系统500还包括工作站或数据服务器114,所述工作站或数据服务器114包括处理器,所述处理器用于执行适应性计划过程,所述适应性计划过程能够:1)基于离线或在线信息以实时方式调整用于特定日期的放射治疗,或者2)基于离线信息以非实时方式调整放射治疗计划。基于由工作站112计算的剂量与由治疗计划优选的剂量如何不同来进行调整。注意:术语“实时”是指放射治疗源被激活并且治疗患者时的时间段。术语“在线”是指患者在治疗台上时并且“离线”是指患者离开治疗台时。
总的来说,治疗剂量跟踪及反馈系统500能够基于在治疗阶段过程中以实时方式测量的治疗束参数和体积影像信息来执行实时治疗剂量建构和4D适应性计划。系统500也能够以非实时方式执行适应性计划。注意:在替代的实施例中,工作站110、112和114能够合并为单个的工作站,其中与工作站110、112和114相关的过程由一个或多个处理器执行。注意:由工作站112确定的实时治疗剂量建构以及由工作站114确定的4D适应性计划能够显示于质量保证(QA)评估站116的监视器117上。基于显示在监视器117上的信息,医疗人员如果需要的话能够更改计算出的4D适应性计划,以便落在可接受的参数内。因此,QA评估站116作为一种途径来确保将来对治疗阶段所作的实时改变的信心。在这个方案中,QA评估站116和治疗剂量跟踪及反馈系统500能够被共同认定为4D计划和控制系统。
通过机载锥束计算机层析成像系统200、兆伏成像和放射治疗系统300、QA评估站116和治疗剂量跟踪及反馈系统500的上述描述,能够理解图1的CBCT IGART系统100的操作。具体地,前述的在线体积成像信息和实时治疗束参数从系统200、300和400中获取并且存储于数据存储服务器108中。体积成像信息和治疗束参数随后被发送至数据监视器作业控制器104,所述数据监视器作业控制器104基于预先设计的治疗进度表和和草案自动指派任务至工作站110、112和114中的每一个并且控制这些任务的完成。任务存储于临时作业队列124中以用于基于临床优先级发送至工作站110、112和114中的每一个。能够基于对医师评估/决定制定站106的治疗审查和评估从临床使用者的要求122重新指派临床优先级。此外,站106还提供用于治疗/计划修改决定的命令。修改服务器120接收来自站106的命令并且基于从适应性计划工作站114创造的优化适应性计划来修改正在进行的治疗计划、系统300上的束或患者位置。
如图1中所示,来自服务器102的原始数据也被发送至工作站110。工作站110用于在由锥束计算机层析成像系统200产生的患者的三维体积影像上执行自动分割/注册过程。来自服务器102的原始数据也被发送至工作站112和工作站114。工作站112执行来自原始数据的日常和累积治疗剂量建构/评估。工作站114执行来自原始数据的适应性计划。这三个工作站110、112和114分别按照其作业队列126、128和130的次序自动执行任务。
如图1中所示,从工作站110、112和114产生的分割/注册、治疗剂量建构和适应性计划信息被发送至QA评估站116,所述QA评估站116与临床使用者互动以核对和修改来自上述工作站110、112和114的结果(如果有必要的话)。来自QA评估站116的输出随后存储于导出数据服务器108中。
QA站116将更新的实施状态提供至作业实施日志服务器118,所述作业实施日志服务器118供给信息处理是否正在进行、处理是否完成或是否已经发生错误的信息。无论何时当治疗剂量建构或适应性计划修改的任务分别由工作站112和114完成时,评估站116提供治疗评估信息,所述治疗评估信息包括基于患者和来自先前治疗的治疗数据所估计的已完成的结果参数和治疗剂量、以及当前治疗状态。在QA评估站116处的使用者随后能够将命令或新的临床进度表提供至高优先级业务需求服务器122以请求新的信息或修改临床治疗进度表。此外,使用者还能够做出决定通过服务器120实施新的适应性计划或执行治疗/患者位置校正。
CBCT IGART系统100执行多个过程,尤其包括经由kV入口式成像处理器/软件的kV入口式成像过程以及影像引导适应性放射治疗过程。能够在2009年9月9日提交的美国专利No.12/556,270中找到系统100的进一步的细节,所述专利的全部内容纳入本文加以参考。
当使用上述CBCT IGART系统100对患者解剖学部位成像并治疗时,关键是解剖学部位固定于恰当的位置中。当前参考图3,本发明的一个实施例提供用于在放射治疗过程中定位患者P的解剖学部位的支架1000。支架1000包括多个可扩张的流体室1008,以及一个或多个压力调节器1004和1006。在一个实施例中,如图3中所示,支架1000还包括盖1002,所述盖1002容置流体室1008a-j以及一个或多个压力调节器1004和1006。
多个流体室1008中的每一个构造为扩张以抵靠解剖学部位的多个表面之一施加力,从而将解剖学部位保持在固定位置中以用于治疗。优选地,流体室1008中的每一个抵靠解剖学部位的受限区域施加力。由流体室1008抵靠解剖学部位的表面施加的力由力矢量1009指示。优选地,流体室1008布置为使得力矢量1009中的至少两个基本彼此相反,以使得解剖学部位固定于支架1000中。
支架1000的各种部件(即流体室1008和盖1002(如果可应用的话))通常由不使X光或微粒放射衰减的材料制成。流体室1008可以由任何柔性的、弹性的、和液密的适合材料或膜构造,所述材料或膜将容许流体室在供给流体时扩张并且在抽出流体时收缩。流体室1008可以被构造为当供给或抽出流体时在所有方向上扩张和收缩,或者流体室1008可以具有类似手风琴的结构,所述结构容许流体室1008在供给或抽出流体时主要沿着单个轴线(未示出)扩张和收缩。优选地,流体室1008各沿着单个轴线扩张和收缩。更优选地,流体室1008中的每一个均沿着与其各自的力矢量1009平行的单个轴线扩张。
压力调节器1004和1006构造为通过向流体室中的每一个供给流体或从流体室中的每一个抽出流体而独立于每一个其他流体室1008地调节流体室1008中的每一个的压力。压力调节器1004和1006均可以包括用于向流体室1008供给流体的泵(未示出)以及用于从流体室1008中抽出流体的出口(未示出)。然而,也可以采用本领域的技术人员已知的其他适合的压力调节器而不落入本发明的范围和精神之外。压力调节器1004和1006可以通过管段1010连接至流体室1008。然而,也可以采用其他适合的布置和附接装置。最后,虽然图3中所示的实施例包括两个压力调节器1004和1006,但是可以采用任何其他适合数量的压力调节器。例如,可以采用单个压力调节器。替代地,可以采用分离的压力调节器以用于流体室1008中的每一个。
因为压力调节器1004和1006构造为独立于每一个其他流体室1008地调节流体室1008中的每一个的压力,所以支架1000使操作者能够在多达所有六个自由度方向上调整患者P的解剖学部位的位置。特别地,通过向流体室1008中的每一个供给恰当的流体量或从流体室1008中的每一个抽出恰当的流体量,解剖学部位能够沿纵向轴线x、横向轴线y、或竖直轴线z平移。此外,解剖学部位能够围绕纵向轴线x(如箭头α所示)、围绕横向轴线y(如箭头β所示)、或围绕竖直轴线z(如箭头γ所示)被旋转。
将被本领域的技术人员所理解的是,通过选择流体室1008的适合布置,支架1000可以构造用于定位患者的任何适合的解剖学部位,而不落入本发明的范围和精神之外。例如,支架1000可以构造用于定位患者的头、臂、手、骨盆、腿、或脚。在图3中所示的实施例中,支架构造用于定位患者的头部。此外,支架1000可以构造用于当患者处于站立、坐下、俯卧、或仰卧位置中时定位患者的解剖学部位。在图3中所示的实施例中,支架1000构造用于当患者在治疗过程中在诊察台上处于仰卧位置中时定位患者的头部。
在图3中所示的实施例中,支架1000包括十个流体室1008a-j。特别地,支架1000的这个实施例包括构造为抵靠患者颈部的后部施加第一力的两个第一流体室1008c和1008d、构造为抵靠患者头部的后部施加第二力的两个第二流体室1008e和1008f、构造为抵靠患者头部的左侧施加第三力的两个第三流体室1008i和1008j、构造为抵靠患者头部的右侧施加第四力的两个第四流体室1008g和1008h、以及构造为抵靠患者肩部的后部施加第五力的两个第五流体室1008a和1008b。
第一流体室1008c和1008d构造为当供给流体至第一流体室1008c和1008d时抵靠患者颈部的后部施加增大的第一力,并且当从第一流体室1008c和1008d中抽出流体时抵靠患者颈部的后部施加减小的第一力。第一流体室1008c和1008d可以包括右颈流体室1008c和左颈流体室1008d。右颈流体室1008c可以构造为当供给流体至右颈流体室1008c时抵靠患者颈部的右后侧施加增大的力(如力矢量1009c所示),并且当从右颈流体室1008c中抽出流体时抵靠患者颈部的右后侧施加减小的力。左颈流体室1008d可以构造为当供给流体至左颈流体室1008d时抵靠患者颈部的左后侧施加增加的力(如力矢量1009d所示),并且当从左颈流体室1008d中抽出流体时抵靠患者颈部的左后侧施加减小的力。
第二流体室1008e和1008f构造为当供给流体至第二流体室1008e和1008f时抵靠患者头部的后部施加增加的第二力,并且当从第二流体室1008e和1008f中抽出流体时抵靠患者头部的后部施加减小的第二力。第二流体室1008e和1008f可以包括右头部流体室1008e和左头部流体室1008f。右头部流体室1008e可以构造为当供给流体至右头部流体室1008e时抵靠患者头部的右后侧施加增加的力(如力矢量1009e所示),并且当从右头部流体室1008e中抽出流体时抵靠患者头部的右后侧施加减小的力。左头部流体室1008f可以构造为当供给流体至左头部流体室1008f时抵靠患者头部的左后侧施加增加的力(如力矢量1009f所示),并且当从左头部流体室1008f中抽出流体时抵靠患者头部的左后侧施加减小的力。
第三流体室1008i和1008j构造为当供给流体至第三流体室1008i和1008j时抵靠患者头部的左侧施加增加的第三力,并且当从第三流体室1008i和1008j中抽出流体时抵靠患者头部的左侧施加减小的第三力。第三流体室1008i和1008j可以包括左颞部流体室1008i和左顶头部流体室1008j。左颞部流体室1008i可以构造为当供给流体至左颞部流体室1008i时抵靠患者头部的左颞部施加增加的力(如力矢量1009i所示),并且当从左颞部流体室1008i中抽出流体时抵靠患者头部的左颞部施加减小的力。左顶头部流体室1008j可以构造为当供给流体至左顶头部流体室1008j时抵靠在患者左颞部上方的患者头部的左侧施加增加的力(如力矢量1009j所示),并且当从左顶头部流体室1008j中抽出流体时抵靠在患者左颞部上方的患者头部的左侧施加减小的力。
第四流体室1008g和1008h构造为当供给流体至第四流体室1008g和1008h时抵靠患者头部的右侧施加增加的第四力,并且当从第四流体室1008g和1008h中抽出流体时抵靠患者头部的右侧施加减小的第四力。第四流体室1008g和1008h可以包括右颞部流体室1008g和右顶头部流体室1008h。右颞部流体室1008g可以构造为当供给流体至右颞部流体室1008g时抵靠患者头部的右颞部施加增加的力(如力矢量1009g所示),并且当从右颞部流体室1008g中抽出流体时抵靠患者头部的右颞部施加减小的力。右顶头部流体室1008h可以构造为当供给流体至右顶头部流体室1008h时抵靠在患者右颞部上方的患者头部的右侧施加增加的力(如力矢量1009h所示),并且当从右顶头部流体室1008h中抽出流体时抵靠在患者右颞部上方的患者头部的右侧施加减小的力。
第五流体室1008a和1008b构造为当供给流体至第五流体室时抵靠患者肩部的后部施加增加的第五力,并且当从第五流体室中抽出流体时抵靠患者肩部的后部施加减小的第五力。第五流体室1008a和1008b可以包括右肩流体室1008a和左肩流体室1008b。右肩流体室1008a可以构造为当供给流体至右肩流体室1008a时抵靠患者右肩部的后部施加增加的力(如力矢量1009a所示),并且当从右肩流体室1008a中抽出流体时抵靠患者右肩部的后部施加减小的力。左肩流体室1008b可以构造为当供给流体至左肩流体室1008b时抵靠患者左肩部的后部施加增加的力(如力矢量1009b所示),并且当从左肩流体室1008b中抽出流体时抵靠患者左肩部的后部施加减小的力。
虽然在图3中所示的支架1000的实施例具有十个流体室1008a-j,但是本领域的技术人员将理解的是支架可以具有任何适合数量的流体室1008而不落入本发明的范围和精神之外。此外,流体室1008可以以任何适合的构造布置而不落入本发明的范围和精神之外。
当前参考图4和5,本发明还提供用于在放射治疗过程中定位患者的解剖学部位的系统。系统包括上述参考图3描述的支架1000和控制单元1056。控制单元构造为指示压力调节器1004和1006,以将流体室1008中的每一个的压力调整至所需的压力,从而将患者的解剖学部位保持在所需的位置中。系统还可以包括构造用于将流体经过导管1053供给至阀门1048的流体源1054,其中阀门1048通过导管1052连接至压力调节器1004和1006。
系统可以构造为将解剖学部位保持在任何所需的位置中。在某些实施例中,所需的位置为预定位置。例如,在第二治疗阶段中所需的位置可以基本上类似于在第一阶段过程中解剖学部位的第一位置。正如本文中所使用的,术语“第一阶段”可以指代任何治疗阶段,无论之前已经进行多少治疗阶段或者在该治疗阶段之后将有多少治疗阶段,并且也可以指代预治疗计划阶段。正如本文中所使用的,术语“第二阶段”可以指代在第一阶段之后的任何治疗阶段。
与上述独立的支架1000类似的,通过选择支架1000的流体室1008的适合布置,系统可以构造用于定位患者的任何适合的解剖学部位,而不落入本发明的范围和精神之外。例如,系统可以构造用于定位患者的头、臂、手、骨盆、腿、或脚。在图4和5中所示的实施例中,支架构造用于在放射治疗过程中当患者在诊察台上处于仰卧位置中时定位患者的头部。
控制单元1056可以通过本领域的技术人员已知的任何装置与压力调节器1004和1006以及可选地与阀门1048连通。例如,控制单元1056可以分别通过线1062、1060和1058与压力调节器1004和1006以及可选地与阀门1048连通。替代地,控制单元可以与压力调节器1004和1006以及可选地与阀门1048无线地连通。
在某些实施例中,控制单元1056可以构造用于接收来自操作者的手动输入以调整流体室1008中的一个或多个的压力,并且将这些指令转发至压力调节器1004和1006。在将被称为“自动化系统”的其他实施例中,控制单元1056可以构造为以自动化方式确定流体室1008中的每一个的所需的压力。自动化系统的控制单元1056可以构造为也接收手动输入。
在自动化系统中,控制单元包括存储器装置1064、微处理器1066、以及信号装置1068。存储器装置1064可以为本领域的技术人员已知用于数据存储的任何设备。因此,存储器装置可以为计算机服务器、计算机硬盘、计算机软盘、CD-ROM、闪存驱动器、或任何其他适合的数据存储装置。微处理器1066可以为本领域的技术人员已知用于数据处理的任何计算机处理器。微处理器1066可以通过本领域的技术人员已知的任何手段与存储器装置1064连通,包括有线的或无线的连通。信号装置1068可以为本领域的技术人员已知用于将来自于微处理器1066的指令发送至压力控制器1004和1006以及可选地发送至阀门1048的任何设备。如上所述,控制单元1056的信号装置1068可以分别通过线1062、1060和1058与压力调节器1004和1006以及可选地与阀门1048连通,或者通过无线连通。
在自动化系统的第一实施例中,系统构造用于通过将流体室中的每一个的压力调整至预定的压力而将解剖学部位定位于预定位置中。在第一阶段中,可以通过将患者的解剖学部位置于预定位置中所需的压力进行计算机建模而确定流体室中的每一个的预定压力。在第二治疗阶段中,可以参考在第一阶段中的解剖学部位的第一位置而确定预定位置。在这种情况下,在第二治疗阶段过程中流体室中的每一个的预定压力可以基本上类似于在第一阶段过程中流体室中的每一个的压力。
在自动化系统的第一实施例中,存储器装置1064构造为存储用于流体室1008中的每一个的预定膨胀数据。用于流体室1008中的每一个的预定膨胀数据代表着与解剖学部位的预定位置相对应的流体室1008中的每一个的预定压力。在第二治疗阶段中,流体室1008中的每一个的预定压力可以基本上类似于在第一阶段过程中流体室1008中的每一个的压力。
在自动化系统的第一实施例中,微处理器1066构造为接收来自于存储器装置1064的用于每个流体室的预定膨胀数据并且基于用于该流体室的预定膨胀数据确定流体室1008中的每一个的预定压力。
在自动化系统的第一实施例中,信号装置1068构造用于接收来自于微处理器1066的关于流体室1008中的每一个的预定压力的指令并且发送膨胀信号至压力调节器1004和1006以及可选地至阀门1048。膨胀信号指示压力调节器1004和1006将流体室1008中的每一个的压力调整至预定压力。
在自动化系统的第二实施例(大部分清楚地示出于图5中)中,系统构造为通过使用实时患者表面测量或其他机载成像而将解剖学部位定位于预定位置中。系统通过将由当前影像(可以为室内光、X光、或MRI影像)所表现的解剖学部位的当前位置与由解剖学部位的第一影像所表现的解剖学部位的预定位置作对比而将解剖学部位定位于预定位置中。第一影像可以在第一阶段过程中获得。
在自动化系统的第二实施例中,系统包括成像设备1070。成像设备1070可以为本领域的技术人员已知适合用于获取患者的解剖学部位的影像的任何设备。例如,成像设备1070可以为摄像机、计算机层析成像扫描仪、或者MRI成像器。优选地,成像设备1070为摄像机。更优选地,成像设备1070为适合用于获取移动影像的摄像机。成像设备1070构造用于获取代表解剖学部位的当前位置的当前影像。优选地,当前影像为解剖学部位的当前位置的移动影像。
在自动化系统的第二实施例中,存储器装置1064构造用于存储代表解剖学部位的预定位置的第一影像。如上所提到的,第一影像可以在第一阶段过程中获得,以使得在第一影像中所示的解剖学部位的预定位置为在第一阶段过程中解剖学部位的第一位置。第一影像可以通过本领域的技术人员已知的任何装置获得,包括但不限于摄像机或计算机层析成像。优选地,第一影像为解剖学部位的静止影像。
在自动化系统的第二实施例中,微处理器1066构造用于接收来自于存储器装置1064的第一影像和来自于成像设备1070的当前影像。微处理器1066还构造为通过将解剖学部位的当前位置(由当前影像表示)与解剖学部位的预定位置(由第一影像表示)作对比来确定流体室1008中的每一个的有效压力,以调整解剖学部位的当前位置,从而解剖学部位的当前位置基本上类似于解剖学部位的预定位置。
在将解剖学部位的当前位置与解剖学部位的预定位置作对比时,微处理器1066优选地对比解剖学部位的某些解剖标记的当前位置和预定位置。正如本文中所使用的,术语“解剖标记”指代位置不因解剖学部位整体形状中的可预见变化(例如由于患者体重增加或体重减小引起的变化、由于患者水合水平引起的变化、或由于患者着装或发型引起的变化)而改变的解剖学部位特征。例如,在解剖学部位为患者头部的情况下,适合的解剖标记可以包括患者的鼻尖或患者头盖骨的额骨。
在自动化系统的第二实施例中,信号装置1068构造用于接收来自于微处理器1066的关于流体室1008中的每一个的有效压力的指令。信号装置1068还构造用于发送调整信号至压力调节器1004和1006以及可选地发送至阀门1048。调整信号指示压力调节器1004和1006将流体室1008中的每一个的压力调整至有效压力。
当前转向图6,其说明体现本发明的原理的另一个支架2000。作为其主要部件,支架2000包括柔性盖2002以及一组10个流体室2008、2010、2012、2014、2016、2018、2020、2022、2024、和2026,所述一组10个流体室中的每一个均由适合的柔性材料或膜制成。
流体室2008和2010主要提供对患者肩部区域的支承;流体室2012和2014提供大部分对患者颈部区域的支承;流体室2016和2018提供对患者头部的后部的支承;并且流体室2020、2022、2024、和2026提供对患者头部的任一侧的侧向支承。
如公开的,一对微处理器2004和2006也位于盖2002中。微处理器2006通过电连接部2001连接至控制单元2056并且通过电连接部2009连接至另一个微处理器2004。在某些实施方式中,微处理器2004直接连接至控制单元2056。
流体室2008、2010、2012、2014、2016、2018、2020、2022、2024、和2026中的每一个作为单独的电控压力调节器或泵进行操作。因此,流体室分别通过一组电连接部2005和一组电连接部2007与微处理器2004和2006连通。具体地,流体室2008、2012、2016、2020、和2022中的每一个通过一组电连接部2005的各自电连接部接收来自微处理器2004的单独信号,并且流体室2010、2014、2018、2024、和2026中的每一个通过一组电连接部2007的各自电连接部接收来自于微处理器2006的单独信号。信号指示每个各自的空气室达到所需的压力。
微处理器2004和2006接收来自控制单元2056的信号并且向控制单元2056提供反馈。在某些实施方式中,控制单元2056与微处理器2004和2006之间的连通为无线的。在其他实施方式中,控制单元通过一组电连接部或通过无线系统与流体室2008、2010、2012、2014、2016、2018、2020、2022、2024、和2026直接连通。控制单元2056可以直接接收来自于操作者的指令并且/或者控制单元2056可以包括类似于上述控制单元1056的自动化系统。
当支架2000在使用中时,由于空气室中的每一个单独地膨胀,流体室2008、2010、2012、2014、2016、2018、2020、2022、2024、和2026支撑患者的头部。控制单元2056发送指令至微处理器2004和2006,以调整各种流体室2008、2010、2012、2014、2016、2018、2020、2022、2024、和2026中的压力,从而提供对患者头部的固定和/或定位。在患者治疗过程中同样能够采用支架2000以固定其他身体部分或解剖学部位。支架2000还容许治疗过程中患者的移动,例如当患者改变位置时。
虽然支架2000被示出具有十个流体室,但是支架2000的其他实施方式可以使用更少的室或多于十个室。能够通过使用摄像机对准患者,其因此不涉及任何剂量暴露。支架2000的各种部件通常由不使放射衰减的材料制成。能够在控制单元2056中执行软件以根据定位和重新定位患者的需要而调整各种流体室中的压力。
在质子治疗系统中,通常使用大的加速器形成固定的束,并且因此该束难以在治疗阶段之间或在特定的治疗阶段过程中重新定位。此外,难以在传统的治疗台或诊察台上使用质子束治疗患者的某些解剖特征。支架1000和2000的各种实施方式适合在这些质子治疗系统中使用,并且还能够适应于在椅子类型系统中的坐姿病人。
本发明还提供在治疗过程中定位患者解剖学部位的方法。方法一般包括以下步骤:1)将患者解剖学部位置于具有多个可扩张的流体室的支架中,诸如上述参考图3的支架;以及2)通过向流体室中的每一个供给流体或者从流体室中的每一个抽出流体而将流体室中的每一个的压力调整至所需的压力,以使得解剖学部位被保持在所需的位置中。本方法中采用的支架的可扩张流体室(与上述参考图3的支架的可扩张流体室类似)构造为抵靠解剖学部位的多个表面之一施加力。多个流体室中的至少两个可以抵靠解剖学部位施加基本上相反的力,以使得解剖学部位固定于支架中。
将被本领域的技术人员理解的是,可以采用本发明定位患者的各种解剖学部位,包括患者的头、臂、手、骨盆、腿、或脚。优选地,采用本方法以用于定位患者的头部。然而,将被理解的是,可以采用本方法用于定位患者的任何适合的解剖学部位而不落入本发明的范围和精神之外。
还将被理解的是,在本方法中可以采用任何适合的流体以用于膨胀流体室的目的。优选地,流体为放射线可穿透的流体,诸如空气、氮气、氩气、或任何其他适合的放射线可穿透的流体。更优选地,流体为空气、氮气、氩气。最优选地,流体为空气。然而,将被理解的是,可以采用任何流体而不落入本发明的范围和精神之外。
可以采用上述方法以在第一阶段或第二治疗阶段过程中定位患者的解剖学部位。如上所提到的,术语“第一阶段”可以指代任何治疗阶段,无论之前已经进行多少治疗阶段或该治疗阶段之后将进行多少治疗阶段,并且还可以指代预治疗计划阶段。正如本文中所使用的,术语“第二治疗阶段”可以指代在第一阶段之后的任何治疗阶段。
在方法的第一实施例中,本发明的方法用于在第一阶段过程中定位患者的解剖学部位。在这个实施例中,流体室中的每一个的压力均可以由医师或技师手动控制。可以通过向流体室中的每一个单独地供给流体或从流体室中的每一个单独地抽出流体而将流体室中的每一个的压力调整至所需的压力,直至达到所需的解剖学部位的位置为止。在这个实施例中,解剖学部位的所需位置可以为患者舒适并且适合用于实施相关治疗的任何位置。
在方法的第二实施例中,本发明的方法用于在第二治疗阶段过程中定位患者的解剖学部位。在第二治疗阶段过程中解剖学部位的所需的位置可以基本上类似于在之前的第一阶段过程中解剖学部位的第一位置。
在方法的第二实施例的第一变异例中,可以通过将流体室中的每一个的压力调整至基本上类似于在第一阶段过程中流体室的压力而达到在第二治疗阶段过程中的所需的位置。
在方法的第二实施例的第二变异例中,可以通过将在第二治疗阶段过程中解剖学部位的当前位置与在第一阶段过程中解剖学部位的第一位置作对比而达到所需的位置,所述第一位置体现在第一阶段过程中获得的解剖学部位的第一影像中。随后通过向流体室供给流体或从流体室抽出流体而将流体室中的每一个的压力调整至有效压力,从而调整解剖学部位的当前位置,以使得解剖学部位的当前位置与第一影像中所示的解剖学部位的第一位置相匹配。因此,方法的第二实施例的该变异例包括以下步骤:
在第一阶段过程中获取解剖学部位的第一影像,第一影像代表解剖学部位的第一位置;
在第二治疗阶段开始时,将患者的解剖学部位置于具有多个可扩张流体室的支架(诸如上述参考图3的支架)中;
将解剖学部位的当前位置与解剖学部位的第一位置作对比;以及
将流体室中的每一个的压力调整至有效的压力,从而调整解剖学部位的当前位置,以使得解剖学部位的当前位置基本上类似于解剖学部位的第一位置。
将解剖学部位的当前位置与解剖学部位的第一位置作对比的步骤、以及将流体室中的每一个的压力调整至有效压力的步骤可以手动执行、或通过自动化系统(诸如上述参考图4和5的系统)执行,而不落入本发明的范围和精神之外。
在手动执行步骤时,操作者可以视觉地将解剖学部位的当前位置与体现在第一影像中的解剖学部位的第一位置作对比。操作者随后可以通过将流体供给至流体室中的每一个或被从流体室中的每一个抽出而手动调整流体室中的每一个的压力,从而调整解剖学部位的当前位置,以使得解剖学部位的当前位置基本上类似于解剖学部位的第一位置。
为使用自动化系统执行步骤,操作者可以采用上述参考图4和5的系统。自动化系统的成像设备可以获取代表解剖学部位的当前位置的当前影像。自动化系统的微处理器随后可以将解剖学部位的当前位置(体现在当前影像中)与解剖学部位的第一位置(体现在第一影像中)作对比。自动化系统的信号装置随后可以指示压力调节器调整解剖学部位的当前位置,以使得解剖学部位的当前位置基本上类似于解剖学部位的第一位置。
虽然已经以某些优选的实施例的方式描述了本发明,但是将被理解的是,由于本领域的技术人员可以不脱离以下权利要求的范围做出各种修改,因此本发明不限于公开的实施例。

Claims (9)

1.一种用于将患者的解剖学部位定位在所需的位置中以用于放射疗法治疗的系统,所述系统包括:
支架,所述支架包括:
多个可扩张的流体室,所述多个流体室中的每一个均构造为抵靠解剖学部位的多个表面之一施加力,所述多个流体室中的至少两个抵靠解剖学部位施加基本上相反的力,以使得解剖学部位被固定于所述支架中;以及
压力调节器,所述压力调节器构造为通过向所述流体室供给流体或从所述流体室抽出流体而独立于其他流体室地调整一个或多个所述流体室的压力;
成像设备,所述成像设备构造为获取解剖学部位的当前影像,所述当前影像代表解剖学部位的当前位置;以及
控制单元,所述控制单元构造为指示所述压力调节器调整所述流体室的压力,所述控制单元包括:
存储器装置,所述存储器装置构造为存储解剖学部位的第一影像,所述第一影像代表解剖学部位的所述所需的位置;
处理装置,所述处理装置构造为接收来自于所述存储器装置的所述第一影像和来自于所述成像设备的所述当前影像,所述处理装置构造为通过对比解剖学部位的所述当前位置和解剖学部位的所述所需的位置来确定一个或多个所述流体室的有效压力,以将解剖学部位定位在所述所需的位置中;以及
信号装置,所述信号装置构造为接收来自于所述处理装置的关于所述流体室的所述有效压力的指令并且发送调整信号至所述压力调节器,所述调整信号指示所述压力调节器将所述流体室的压力调整至所述有效压力。
2.根据权利要求1所述的系统,其中所述成像设备为摄像机,并且所述当前影像为移动影像。
3.根据权利要求1所述的系统,其中解剖学部位为患者的头部。
4.根据权利要求3所述的系统,其中在第二治疗阶段中患者在诊察台上处于仰卧位置。
5.根据权利要求3所述的系统,其中所述多个可扩张的流体室包括:
构造为抵靠患者颈部的后部施加第一力的第一流体室;
构造为抵靠患者头部的后部施加第二力的第二流体室;
构造为抵靠患者头部的左侧施加第三力的第三流体室;以及
构造为抵靠患者头部的右侧施加第四力的第四流体室。
6.根据权利要求5所述的系统,其中当流体被供给至所述第一流体室时所述第一力在量上增加,并且当流体被从所述第一流体室中抽出时所述第一力在量上减小。
7.根据权利要求5所述的系统,其中当流体被供给至所述第二流体室时所述第二力在量上增加,并且当流体被从所述第二流体室中抽出时所述第二力在量上减小。
8.根据权利要求5所述的系统,其中当流体被供给至所述第三流体室时所述第三力在量上增加,并且当流体被从所述第三流体室中抽出时所述第三力在量上减小。
9.根据权利要求5所述的系统,其中当流体被供给至所述第四流体室时所述第四力在量上增加,并且当流体被从所述第四流体室中抽出时所述第四力在量上减小。
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