CN105102062A - 自适应体外射束辐射治疗中改进的基于表面跟踪的运动管理与动态规划方法 - Google Patents
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Abstract
一种处置患者(16)的内部靶的治疗系统和方法。接收要处置所述内部靶的处置计划(36)。所述处置计划(36)包括多个处置部分，所述处置部分包括基于流程前规划图像(14)和流程前跟踪数据(20)的所述内部靶与外部身体表面之间的对应关系(38)。在所述多个处置部分中的选定的处置部分之前，接收所述靶的部分前规划图像(50)，接收所述患者(16)的所述外部身体表面的跟踪数据(20、52)，并且基于接收到的部分前规划图像(50)和接收到的跟踪数据(20、52)来更新所述内部靶与所述外部身体表面之间的所述对应关系(38)。根据所述处置计划(36)并使用所述经更新的对应关系(38)来向所述患者(16)递送治疗。
Description
技术领域
本申请总体涉及体外射束辐射治疗(EBRT)。本申请尤其结合基于表面跟踪的运动管理与动态规划应用，并且将尤其参考其进行描述。然而，要理解，本申请也适用于其他应用情境，并且不必然限于前述应用。
背景技术
EBRT是在跨许多星期的多个部分递送的，但通常是基于单个静态处置计划来设计的。未能将部分中运动(例如呼吸运动、心脏运动等)和部分间运动(例如因累进的辐射损伤造成的肿瘤收缩)考虑在内可能导致对靶(例如肿瘤)的不完全剂量覆盖和对周围正常组织的损伤，周围正常组织可能包括危及器官(OAR)。为了确保对靶的完全覆盖，常常在靶周围增加裕量。这些裕量常常是静态的并且足够大以覆盖靶的整个运动范围。然而，裕量可能增加对周围正常组织的损伤，尤其是在呼吸周期的某些相位期间。肿瘤可能在部分的过程期间收缩，因此，如果处置射束未得到适当调节的话，会加重对周围正常组织的损伤并使其变成处置射束的“热点”。
为了解决部分中和部分间运动的问题，已提出了动态规划靶体积(PTV)裕量和递送门控。基于收集到的实时运动数据和靶运动预测模型，通过改变PTV轮廓来动态地调节PTV裕量。例如，通过改变多叶准直器(MLC)叶片在线性粒子加速器(LINAC)上的位置，来跟随靶的路径。递送门控使用对在处置递送期间捕获的靶收集到的实时运动数据，以确定处置射束是否需要被开启或关闭。用于量化实时运动的途径包括无线电磁(EM)转发器、板上成像(例如磁共振成像(MRI)和超声(US))、身体表面跟踪等等。身体表面跟踪(例如，使用高速相机)便宜并且针对实时运动量化易于实施。然而，为了利用表面运动数据，需要准确了解身体表面运动与内部靶运动之间的对应关系。
先前已与来自流程前四维(4D)计算机断层摄影(CT)图像的解剖数据相结合提出了身体表面跟踪，以预测靶运动模式。以此方式使用身体表面跟踪，针对呼吸周期中的每个时相定义了外部身体形状与内部靶形状之间的对应关系。因此，给出在处置递送期间的任意时刻检测到的特定身体表面形状，就能够预测内部靶形状和位置。预测的准确性依赖于呼吸在内部器官运动上的表现的再现性。预测能够被用于实施递送门控方案，或实时动态PTV裕量，由此周围正常组织和OAR处于较少的辐射暴露的风险。
利用前述途径预测靶运动模式的挑战包括前述途径不能量化在辐射过程期间发生的患者特异性的肿瘤形状和大小改变。肿瘤收缩是辐射治疗期间经常发生的，尤其是在中后部分期间。事实上，辐射治疗常常被用于在外科手术去除之前使肿瘤收缩。此外，在处置期间，可能存在呼吸模式上的轻微改变，该轻微改变使外部身体形状与内部靶形状之间的相关性随时间变化。配准误差则会在处置期间累积，导致对用于处置递送的靶运动不正确的预测。因此，基于肿瘤的原始大小和形状设计递送门控方案和动态处置计划不仅效率低，而且还会导致对周围正常组织有害的定量给药。
本申请提供一种克服了上述问题以及其他问题的新的且改进的系统和方法。
发明内容
根据一个方面，提供了一种用于处置患者的内部靶的治疗系统。所述治疗系统包括至少一个处理器，所述至少一个处理器被编程为接收用于处置所述内部靶的处置计划。所述处置计划包括多个处置部分，所述处置部分包括基于流程前规划图像和流程前跟踪数据的所述内部靶与外部身体表面之间的对应关系。所述至少一个处理器还被配置为，在所述多个处置部分中的选定的处置部分之前，接收所述靶的部分前规划图像，接收所述患者的所述外部身体表面的跟踪数据，并且基于接收到的部分前规划图像和接收到的跟踪数据来更新所述内部靶与所述外部身体表面之间的所述对应关系。所述至少一个处理器还被编程为将所述处置计划和所述经更新的对应关系提供到治疗递送系统，所述治疗递送系统被配置为根据所述处置计划并且使用所述经更新的对应关系向所述患者递送治疗。
根据另一方面，提供了一种用于处置患者的内部靶的治疗方法。接收用于处置所述内部靶的处置计划。所述处置计划包括多个处置部分，所述处置部分包括基于流程前规划图像和流程前跟踪数据的所述内部靶与外部身体表面之间的对应关系。在所述多个处置部分中的选定的处置部分之前，接收所述靶的部分前规划图像，接收所述患者的所述外部身体表面的跟踪数据，并且基于接收到的部分前规划图像和接收到的跟踪数据来更新所述内部靶与所述外部身体表面之间的所述对应关系。将所述处置计划和所述经更新的对应关系提供到治疗递送系统，所述治疗递送系统被配置为根据所述处置计划并且使用所述经更新的对应关系来向所述患者递送治疗。
根据另一方面，提供了一种用于处置患者的内部靶的治疗递送系统。所述治疗系统包括被配置为生成用于处置所述内部靶的处置计划的规划系统。所述处置计划包括多个处置部分。所述治疗系统还包括同步模块，所述同步模块被配置为，在选自所述多个处置部分的一个或多个处置部分中的每个之前，更新所述内部靶的大小和形状并针对经更新的靶大小和形状更新所述处置计划。所述规划系统被配置为将经更新的处置计划提供到递送控制系统，所述递送控制系统被配置为根据所述经更新的处置计划向所述患者递送治疗。
一个优点在于在预测靶运动模式时将肿瘤收缩考虑在内。
另一优点在于对正常组织的减少的剂量，正常组织可能包括围绕靶的危及器官(OAR)。
另一优点在于对靶的更为完全的剂量。
另一优点在于对靶和OAR运动的改进的跟踪。
另一优点在于减小的规划靶体积(PTV)裕量。
另一优点在于改进的递送门控。
本领域普通技术人员在阅读并理解了下文的详细描述后，将认识到本发明再另外的优点。
附图说明
本发明可以采取各种部件和部件的布置，及各个步骤和步骤的安排的形式。附图仅出于图示优选的实施例的目的并且不应被解读为限制本发明。
图1图示了将身体表面跟踪来改进治疗递送的治疗系统。
图2图示了图1的治疗系统的工作流的范例。
图3图示了图1的治疗系统的工作流的另一更详细的范例。
具体实施方式
参考图1，治疗系统10(例如，体外射束辐射治疗(EBRT)系统)包括流程前成像系统12，流程前成像系统12生成患者16的靶以及患者16的围绕靶的正常组织的流程前规划图像14。周围正常组织通常包括一个或多个危及器官(OAR)，并且靶通常是待处置的病变，例如肿瘤。另外，流程前规划图像14能够包括患者16的邻近靶的外部身体表面。例如，在靶为患者16的肺部中的肿瘤时，外部身体表面是患者16的外部胸表面。
流程前规划图像14通常是四维(4D)的，其中，其通常包括针对多个时间点中的每个的三维(3D)图像。这与仅包括单个时间点的3D图像形成对比。所述多个时间点能够，例如，对应于患者16的运动周期(例如患者的呼吸周期)的时相并且适当地跨越多个运动周期。流程前规划图像14能够使用任意成像模态来生成，但适当地是使用计算机断层摄影(CT)、正电子发射断层摄影(PET)、磁共振(MR)、单光子发射计算机断层摄影(SPECT)、超声(US)、锥形束计算机断层摄影(CBCT)等等中的一种生成的。
治疗系统10的流程前跟踪系统18在流程前规划图像14的生成期间测量患者16的外部身体表面——其能够被包括在流程前规划图像14中——以生成流程前跟踪数据20。流程前跟踪数据20包括在流程前规划图像14的时间点对患者16的外部身体表面的样本测量(例如大小、形状、轮廓等等)。通常，流程前跟踪系统18使用一个或多个高速相机以生成流程前跟踪数据20。然而，也预期用于生成流程前跟踪数据20的其他途径。
治疗系统10的规划系统22从流程前成像系统12接收流程前规划图像14(例如4DCT图像)，并从流程前跟踪系统18接收流程前跟踪数据20(例如患者16的外部身体表面的4D图像)。流程前规划图像14和流程前跟踪数据18被应用到规划系统22的多个模块，包括分割模块24、用户接口模块26、同步模块28、配准模块30、身体表面跟踪模块32以及优化模块34，以生成针对患者16的处置计划36，以及外部身体表面与靶之间的对应关系38。
分割模块24接收图像(例如流程前规划图像14)并在图像中描绘一个或多个感兴趣区域(ROI)，例如靶和/或OAR。ROI通常是利用沿图像中ROI的边界的轮廓来描绘的。描绘能够是自动和/或手动执行的。对于自动描绘，能够采用任意数目的已知分割算法。对于手动描绘，分割模块24与用户接口模块26合作，以允许临床医师手动描绘图像中的区域和/或手动调节对图像中的区域的自动描绘。
用户接口模块26为与规划系统22的用户输出设备40(例如显示器)相关联的用户提供了用户接口。用户接口能够允许用户进行以下中的至少一种：描绘图像中的ROI，修改对图像中的ROI的描绘，以及观看对图像中的ROI的描绘。通常，用户通过使用规划系统22的用户输入设备42(例如计算机鼠标)在图像上沿ROI的边界绘制轮廓，来描绘图像的ROI。另外，对图像中的ROI的描绘通常是通过将代表性轮廓叠加在图像上来观看的，并且通过使用用户输入设备42重新调整代表性轮廓的大小和/或形状来修改的。用户接口也能够允许用户使用用户输入设备42输入和/或定义用于生成和/或更新处置计划的参数。
同步模块28接收患者的第一解剖数据集(例如流程前规划图像14)和患者的第二解剖数据集(例如流程前跟踪数据20)，每个数据集均包括一个或多个时间点。基于第一数据集和第二数据集，同步模块基于患者的运动周期(例如呼吸周期)的时相，将第一数据集的时间点与第二数据集的时间点对齐。
能够通过对第一数据集和第二数据集的直接分析来执行同步。例如，能够根据对第一数据集和第二数据集的特征的分析(例如图像分析)，针对第一数据集和第二数据集中的每个提取运动周期。所提取的运动周期然后能够被对齐，并被用于对齐第一数据集和第二数据集的时间点。作为另一范例，能够匹配第一数据集和第二数据集(例如使用图像匹配)，以确定第一数据集和第二数据集的时间点的最佳对齐。也能够通过对第一数据集和第二数据集的元数据的分析来执行同步。例如，能够利用心脏或呼吸时相来注释第一数据集和第二数据集中的每个时间点，其中，元数据中的心脏或呼吸时相被用于第一数据集和第二数据集的时间点的对齐。作为另一范例，能够利用时间戳来注释第一数据集和第二数据集中的时间点，其中，元数据中的时间被用于执行第一数据集和第二数据集的时间点的对齐。也能够通过前述途径的组合或用于同步的任意其他途径来执行同步。
配准模块30将第一坐标系内的第一解剖数据集(例如流程前跟踪数据20)转变到第二解剖数据集(例如流程前规划图像14)的第二坐标系。能够利用第一数据集和第二数据集共有的解剖特征或人造特征，采用任意数目的公知的配准算法。例如，能够利用第一数据集和第二数据集共有的解剖特征，使用可变形图像配准(DIR)算法将第一数据集可变形地配准到第二数据集。作为另一范例，能够使用被植入患者16的并且对第一数据集和第二数据集两者共同的基准标记物，将第一数据集配准到第二数据集。基准标记物是理想的，在于解剖特征由于例如因EBRT或疾病进展造成的解剖结构上的改变而难以在两个数据集上都找到。作为另一范例，能够使用第一数据集和第二数据集中的被分割结构将第一数据集配准到第二数据集。
当第一数据集和第二数据集为4D时，配准包括同步第一数据集和第二数据集。在一些实例中，这包括使用同步模块28同步第一数据集和第二数据集。4D配准算法然后能够被用于使第一同步数据集与第二同步数据集配准，或者3D配准算法然后能够被用于，针对每对配准的时间点，将第一同步数据集中对应于该对的第一时间点的数据配准到第二同步数据集中对应于该对的第二时间点的数据。备选地，4D配准算法能够被用于在没有首先使用同步模块28同步第一数据集和第二数据集的情况下使第一数据集与第二数据集配准，由此同步第一数据集和第二数据集。例如，4D配准算法能够找到第一数据集和第二数据集的时间点之间的最佳空间匹配。
身体表面跟踪模块32接收解剖图像(例如流程前规划图像14)，包括靶、围绕靶的正常组织，以及通常邻近靶的外部身体表面。另外，身体表面跟踪模块32接收在解剖图像中对靶的描绘。备选地，在解剖图像中对靶的描绘是使用分割模块24来确定的。甚至，身体表面模块32接收描述外部身体表面的跟踪数据(例如流程前跟踪数据20)。跟踪数据能够是：1)描述在解剖图像的生成期间的外部身体表面的跟踪数据；2)描述在与解剖图像共有共同的ROI(例如靶)的另一解剖图像的生成期间的外部身体表面的并且与其他解剖图像同步的跟踪数据；或者3)描述外部身体表面的其他跟踪数据。
解剖图像通常是在一段时间，例如多个呼吸周期上，收集的3D图像的集合(即4D图像)。当解剖图像为4D时，跟踪数据是在该段时间或与该段时间长度相似的另一段时间上收集的样本测量的集合。例如，在解剖图像是在多个呼吸周期上收集的时，跟踪数据是在不需要与解剖图像的所述多个呼吸周期相同的多个呼吸周期上收集的。
另外，当解剖图像为4D时，身体表面跟踪模块32使用配置模块30使解剖图像与跟踪数据同步并配准。通常，这是通过将跟踪数据配准到解剖图像，或者反之，来执行的，以使解剖图像与跟踪数据处于共同的坐标系中。然而，预期其他途径。例如，这能够备选地通过使用配置模块30将解剖图像和跟踪数据配准到另一解剖图像或其他跟踪数据来执行。
当跟踪数据对应于解剖图像时，配准模块30能够被用于使用，例如时间戳，来同步解剖图像与跟踪数据。当跟踪数据描述在与解剖图像共有共同的ROI的另一解剖图像的生成期间的外部身体表面并且被与其他解剖图像同步时，配准模块30能够通过将解剖图像配准或同步到其他解剖图像来将解剖图像与跟踪数据同步。当除了其描述外部身体表面对跟踪数据一无所知时，配准模块30能够使用任意合适的途径同步解剖图像。
在配准和同步之后，能够由身体表面跟踪模块32确定在跟踪数据中的外部身体表面与解剖图像中的靶描绘之间的对应关系。针对解剖图像与跟踪数据的每对对齐的时间点，确定外部身体表面与靶描绘之间的对应关系，以创建，例如，距离向量，距离向量的每个元素均对应于一对点之间的距离，该对点中的一个针对所描绘的靶并且一个针对外部身体表面。在一些实例中，对应关系(例如距离向量)都是组合的。备选地，对应关系(例如距离向量)能够基于运动时相(例如呼吸时相)被分组并在组内被组合。对应关系能够例如通过平均化被组合。
除了确定对应关系以外，当在一段时间上收集跟踪数据时，身体表面跟踪模块32还能够从跟踪数据提取运动模式(即一个或多个运动周期)。例如，当跟踪数据描述患者的外胸表面并且在一段时间上收集跟踪数据时，能够提取呼吸模式。适当地，在提取呼吸模式之前首先配准并同步跟踪数据。
优化模块34接收输入数据，包括：1)从例如用户接口模块26接收用于生成针对患者的处置计划的规划参数；2)从例如分割模块24接收在患者的规划图像中对靶(并且在一些实例中是围绕OAR)的描绘；3)通常为患者的运动模式(例如当靶位于患者的胸中时为描述一个或多个呼吸周期的呼吸模式)；以及4)其他相关输入，例如指示被递送到靶的剂量的递送剂量分布。当规划图像为4D时，对靶和/或OAR的描绘限定针对靶和/或OAR的运动模式。
基于接收到的输入数据，优化模块34生成和/或更新处置计划，以复核规划参数。处置计划能够包括规划靶体积(PTV)，包括靶周围的裕量，以及多个部分，每个部分均指定射束方向和射束能量。备选地，处置计划能够包括多个PTV以及多个部分，每个PTV均包括靶周围的不同裕量，每个部分指定用于辐照PTV的射束方向和能量。所述多个PTV适当地对应于不同的运动时相(例如当靶位于患者的胸中时为呼吸时相)。在一些实例中，PTV位置是固定的；而在其他实例中，PTV位置基于靶的位置和/或运动周期而是动态的。
为了将流程前规划图像14和流程前跟踪数据20应用到规划系统22的模块，并生成处置计划36和对应关系38，使用分割模块24分割流程前规划图像14，以在流程前规划图像14中描绘靶，以及在适用时，OAR。然后优化模块34提供被提供以：1)对靶，以及在适用时对OAR的描绘；2)规划参数(例如来自用户接口模块26)；以及3)通常为患者14的运动模式(例如患者呼吸模式)。能够使用例如，身体表面跟踪模块32来根据流程前跟踪数据20确定运动模式。基于这些输入，优化模块34生成处置计划36。
除了生成处置计划36以外，还使用身体表面跟踪模块32来确定外部身体表面与靶之间的对应关系。当流程前规划图像14包括流程前跟踪数据20的外部身体表面时，流程前规划图像14与流程前跟踪图像20之间的配准能够容易地执行为外部身体表面的解剖特征。
在针对处置计划36中的每个处置部分的排程日和时间，将患者16设置在治疗系统10的治疗递送装置46的处置躺椅44上。针对处置计划36中的选定的处置部分，在患者16在处置躺椅44上的同时，在执行处置部分之前更新处置计划36和对应关系38。例如，能够针对每个处置部分执行更新。作为另一范例，能够在每预定数目的处置部分时执行更新(例如每隔一个处置部分)，或者每预定时间段(例如每周一次)。在一些实例中，总是针对第一个处置部分执行更新。
为了针对处置部分执行更新，部分前成像系统48生成患者16的靶以及患者16的围绕靶的正常组织的部分前规划图像50。部分前规划图像50还能够包括流程前规划图像14中包括的患者16的外部身体表面。部分前规划图像50的维度等于流程前规划图像14的维度。例如，如果流程前规划图像14为4D，则部分前规划图像50为4D。另外，适当地捕获部分前规划图像50的时间点，以与流程前图像14的时间点对齐。例如，当流程前图像14的时间点对应于患者16的呼吸周期的时相时，部分前图像50的时间点对应于患者16的呼吸周期的时相。部分前规划图像50能够使用任意成像模态来生成，但适当地使用CT、PET、US、MR、SPECT、CBCT等等中的一种来生成。由于其小的尺寸以及容易与被置于线性粒子加速器(LINAC)或其他EBRT系统中的患者联合部署，因此US是尤其有利的。
在一些实例中，部分前跟踪数据52是在部分前规划图像50的生成期间由治疗系统10的递送跟踪系统54生成的。部分前跟踪数据52包括在部分前规划图像50的时间点对外部身体表面的样本测量。递送跟踪系统54通常使用一个或多个高速相机来测量患者16的外部身体表面。然而，也预期用于生成跟踪数据的其他途径。
规划系统22从部分前成像系统48接收部分前规划图像50(例如4DUS图像)，并且在一些实例中，从递送跟踪系统54接收部分前跟踪数据52(例如患者16的身体表面的4D图像)。使用分割模块24在部分前规划图像50中描绘靶，以及在适用时描绘OAR。
为了加速分割，对部分前规划图像50的分割能够基于对流程前规划图像14的分割。例如，使用配准模块30将部分前规划图像50配准到流程前规划图像14，或者反之。这允许对流程前规划图像14的描绘被转变到部分前规划图像50的坐标系，或者反之。作为另一范例，在流程前规划图像14中的描绘被转变到处置计划36的第一个处置部分的部分前规划图像的坐标系。其后，处置计划36的后续处置部分的部分前规划图像被转变到第一个处置部分的部分前规划图像的坐标系，以使用所转变的描绘。
在分割部分前规划图像50之后，为优化模块34提供以：1)在部分前规划图像50中对靶以及适用时对OAR的描绘；2)规划参数；以及3)通常为患者14的运动模式。运动模式能够基于部分前跟踪数据52或某些其他外部数据。基于这些输入，优化模块34通过重新优化处置射束方向、一个或多个PTV、以及处置计划36的其他参数来更新处置计划36。
除了更新处置计划36以外，还使用身体表面跟踪模块32来更新外部身体表面与靶之间的对应关系。更新使用部分前规划图像50，并且通常为部分前跟踪数据52或流程前跟踪数据20。其包括配准并同步部分前规划图像50与流程前跟踪数据20。在使用流程前跟踪数据20时，对部分前规划图像50与流程前跟踪数据20的配准和同步能够使用流程前规划数据14与流程前跟踪数据20之间的已知同步性。
例如，使用配准模块30将部分前规划图像50配准到流程前规划图像14，反之亦然。这使部分前规划图像50与流程前规划图像14同步，其中，也能够确定流程前跟踪数据20与部分前跟踪数据50之间的同步。在一些实施例中，在部分前和流程前图像14、50中的分割能够被用于执行配准。作为另一范例，如上所述地确定流程前跟踪数据20与第一个处置部分的部分前规划图像之间的同步。其后，使处置计划36的后续处置部分的部分前规划图像与第一个处置部分的部分前规划图像同步，其中，也能够确定流程前跟踪数据20与后续处置部分的部分前跟踪数据之间的同步。
治疗递送装置46，例如LINAC，向患者14递送治疗，例如消融治疗。治疗通常包括辐射，例如X-射线、正电子、高强度聚焦超声(HIFU)等等中的一种或更多种。治疗递送装置46由治疗系统10的递送控制系统56根据处置计划36和对应关系38来控制。
在治疗递送期间，递送控制系统56从递送跟踪系统54接收实时跟踪数据58。实时跟踪数据58包括部分前规划50的外部身体表面和流程前规划图像14。当处置计划36包括对应于不同运动时相(例如呼吸时相)的多个PTV时，递送控制系统56使用实时跟踪数据58或某些其他外部数据来确定当前运动时相。然后基于当前运动时相来动态地调节处置计划的参数(例如PTV)。
除了使用实时跟踪数据58确定当前运动时相以外，递送控制系统56还通过身体表面跟踪模块60，基于实时跟踪数据58来确定靶的位置。如应认识到的，在治疗递送之前将治疗递送装置46的坐标系对齐到处置计划36的坐标系是周知的。这能够被扩展到将递送跟踪系统54的坐标系对齐到处置计划36和对应关系38共有的坐标系。
治疗递送装置46、处置计划36、对应关系38和实时跟踪数据的坐标系的对齐能够基于部分前成像系统48与治疗递送装置46的坐标系之间的已知关系(例如通过校准流程确定的)。使用部分前规划图像50或由部分前成像系统48生成的某种其他图像，能够通过例如，将实时跟踪数据58配准到部分前规划图像48并使用已知关系，将实时跟踪数据58的坐标系转变到治疗递送装置46的坐标系。也能够通过使用已知关系将用于生成或更新处置计划的规划图像配准到部分前规划图像48或由部分前成像系统48生成的某种其他图像，来执行由处置计划36和对应关系38共有的坐标系与治疗递送装置46的坐标系之间的转变。
假设实时跟踪数据58和治疗递送装置46的坐标系之间的关系是已知的，则能够通过将实时跟踪数据58转变到治疗递送装置46的坐标系，或者相反，并将对应关系38应用到实时跟踪数据58，来确定靶的位置。例如，在对应关系38为距离向量时，能够根据需要从外部身体表面加上或减去距离。在一些实例中，对应关系38对应于特定的运动时相。因此，合适的对应关系被用于如上确定的当前运动时相。
基于所确定的靶的位置，递送控制系统56能够由门控模块62执行递送门控。处置计划36包括对应于运动时相的多个PTV，门控模块62能够基于当前运动时相是否对应于PTV中的一个来对处置射束进行门控。额外地，能够在处置计划36中限定处置计划36的一个或多个PTV的位置。如果所确定的靶的位置落在当前PTV之外，则能够门控关闭处置射束，直到靶回到PTV。
备选地，基于所确定的靶的位置，递送控制系统56能够由动态PTV模块64执行动态PTV。动态PTV是指基于所确定的靶的位置来改变当前PTV的位置。例如，通过改变多叶准直器(MLC)叶片在线性加速器(linac)上的位置来沿循靶的路径。
规划系统22和递送控制系统56包括一个或多个程序存储器66、68以及一个或多个处理器70、72。程序存储器66、68存储用于执行与规划系统22和递送控制系统56相关联的功能的处理器可执行指令，所述功能包括与用户接口模块26、分割模块24、身体表面跟踪模块32、60、优化模块34、配准模块30、同步模块28、门控模块62以及动态PTV模块64相关联的那些。处理器70、72运行被存储在存储66、68上的处理器可执行指令。规划系统22和/或递送控制系统56还包括一个或多个系统总线74、76，其方便在处理器70、72、程序存储器66、68、用户输入设备42以及用户输出设备40之间的通信。
参考图2，图示了图1的治疗系统的工作流的范例100。流程前规划4DCT像102是使用，例如流程前成像系统12生成的。另外，针对流程前规划4DCT图像的身体表面跟踪数据104是使用例如流程前身体表面跟踪系统18生成的。流程前规划4DCT图像102然后被用于处置规划106，由此生成处置计划。另外，流程前规划4DCT图像102结合身体表面跟踪数据104而被使用，以生成108从患者16的外部身体表面跨越到患者16的靶的内表面的距离向量。外部身体表面是根据身体表面跟踪数据104确定的，并且内部靶表面是根据流程前4DCT图像102确定的。
在选择处置部分之前，使用例如部分前成像系统48生成部分前规划图像110，例如4DUS图像。另外，使用，例如部分前身体表面跟踪系统54生成针对部分前规划图像110的身体表面跟踪数据104。部分前规划图像110然后被用于在对应的处置部分之前更新处置计划(例如，以考虑到因从较早部分的收缩产生的较小的靶和PTV)。例如，更新包括流程前规划4DCT图像14到部分前4DUS图像50的配准和变换，以针对因在进行中的部分中的处置引起的大小、形状和关系的改变，来调节靶、OAR和其他解剖结构。另外，部分前规划图像110结合身体表面跟踪数据104而被使用以更新108从患者16的外部身体表面跨越到患者16的靶的内部表面的距离向量。如应认识到的，基于运动时相，例如呼吸时相，流程前规划4DCT102、身体表面跟踪数据104和部分前规划图像110被时间同步。
在针对处置部分的排程时间，并且在更新了针对处置部分的处置计划和/或距离向量之后，如果经更新的规划和对应关系可用，则使用例如治疗递送装置46使患者经历治疗递送112。治疗是基于处置计划、距离向量和实时身体表面跟踪数据104，使用自适应模式，例如门控和动态PTV，来递送的。
参考图3，图示了图1的治疗系统10的工作流的另一更详细范例150。生成流程前规划4DCT图像152，其包括患者的肺部内的靶T、周围正常组织以及外胸表面。另外，生成对外胸表面的跟踪数据154。跟踪数据154然后被配准156到流程前规划4DCT图像152的外胸表面158，并被用于识别患者的呼吸模式160。另外，生成流程前规划4DCT图像152以描绘ROI，例如靶。
基于描绘，确定肺部和靶运动模型164，其由向量q表示。另外，基于所配准的表面跟踪数据，确定外胸表面的表面运动模型166，其由向量S标识。基于运动模型164、166以及呼吸时相，例如通过取q与S的差，来确定168外胸表面与靶之间的距离向量。另外，基于运动模型164、166和呼吸时相，确定168具有动态PTV170的处置计划。PTV由围绕并略间隔开靶T的大体为卵形的线来指代。
在选择处置部分之前，生成部分前4D图像172，例如4DMR图像。部分前4D图像172包括靶、靶的周围正常组织，以及通常患者的外胸表面。另外，生成外胸表面的额外的跟踪数据154。部分前4D图像172和额外的跟踪数据154然后被用于更新174肺部和靶运动模型164，其由向量q’表示，以及表面运动模型166，其由向量S’表示。这些更新的模型继而被用于调节176动态PTV170。注意，靶和PTV从原始或较早PTV170中的几乎为圆形的形状收缩到在所调节的PTV176中较小的更为肾形的形状。
在针对处置部分的排程时间，并且在更新了针对处置部分的处置计划和/或距离向量之后，如果经更新的规划和对应关系可用，则患者经历治疗递送178。治疗是使用自适应模式，例如门控和动态PTV，基于处置计划、距离向量和实时跟踪数据154来递送的。
本文中使用的存储器包括非瞬时性计算机可读介质；磁盘或其他磁性存储介质；光盘或其他光学存储介质；随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)或其他电子存储设备或芯片或操作性互联芯片组；可经由互联网/内联网或局域网从其检索所存储的指令的互联网/内联网服务器；等等中的一种或更多种。另外，本文中使用的处理器包括微处理器、微控制器、图形处理单元(GPU)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)等等中的一种或多种；控制器包括至少一个存储器和至少一个处理器，处理器运行存储器上的处理器可执行指令；用户输入设备包括鼠标、键盘、触摸屏显示器、一个或多个按钮、一个或多个开关、一个或多个触发器等等中的一种或多种；并且显示设备包括LCD显示器、LED显示器、等离子显示器、投影显示器、触摸屏显示器等等中的一种或更多种。
已参考优选的实施例描述了本发明。他人在阅读并理解了前面的详细描述后可以想到多种修改和改动。目的是，本发明被解释为包括所有这样的修改和该表，只要它们落入权利要求或其等价方案的范围内。
Claims (20)
1.一种用于处置患者(16)的内部靶的治疗规划系统(10)，所述治疗系统(10)包括：
至少一个处理器(70、72)，其被编程为：
接收用于处置所述内部靶的处置计划(36)，所述处置计划包括多个处置部分，所述多个处置部分包括基于流程前规划图像(14)和流程前跟踪数据(20)的所述内部靶与外部身体表面之间的对应关系(38)；
在所述多个处置部分中的一个或多个选定的处置部分之前：
接收所述靶的部分前规划图像(50)；
接收所述患者(16)的所述外部身体表面的跟踪数据(20、52)；并且
基于接收到的部分前规划图像(50)和接收到的跟踪数据(20、52)来更新所述内部靶与所述外部身体表面之间的所述对应关系(38)；并且
将所述处置计划(36)和经更新的对应关系(38)提供到治疗递送系统(56)，所述治疗递送系统被配置为根据所述处置计划(36)并且使用所述经更新的对应关系(38)来向所述患者(16)递送治疗。
2.根据权利要求1所述的治疗系统(10)，其中，所述至少一个处理器(70、72)还被编程为：
基于接收到的部分前规划图像(50)和接收到的跟踪数据(20、52)，来更新所述处置计划(36)。
3.根据权利要求1和2中的任一项所述的治疗系统(10)，其中，所述处置计划(36)是使用包括所述靶的流程前规划图像(14)来生成的，并且其中，接收到的跟踪数据(20)对应于对所述流程前规划图像(14)的所述生成。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的治疗系统(10)，其中，所述部分前规划图像(50)是四维(4D)的。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的治疗系统(10)，其中，所述治疗递送系统(56)还被配置为：
在所述治疗的递送期间使用所述经更新的对应关系(38)来动态地调节所述处置计划(36)的PTV。
6.根据权利要求1-5中的任一项所述的治疗系统(10)，其中，所述治疗递送系统(56)还被配置为：
在所述治疗的递送期间使用所述经更新的对应关系(38)来对治疗射束进行门控。
7.根据权利要求1-6中的任一项所述的治疗系统(10)，其中，所述至少一个处理器(70、72)还被编程为：
将接收到的部分前规划图像(50)与接收到的跟踪数据(20、52)进行时间同步。
8.根据权利要求7所述的治疗系统(10)，其中，所述时间同步是基于所述患者(16)的呼吸时相的。
9.根据权利要求1-8中的任一项所述的治疗系统(10)，其中，所述处置计划(36)是使用包括所述靶的流程前规划图像(14)来生成的，并且其中，所述至少一个处理器(70、72)还被编程为：
将所述流程前规划图像(14)与接收到的部分前规划图像(50)进行时间同步。
10.一种用于处置患者(16)的内部靶的治疗递送方法，所述治疗方法包括：
接收用于处置所述内部靶的处置计划(36)，所述处置计划(36)包括多个处置部分，所述多个处置部分包括基于流程前规划图像(14)和流程前跟踪数据(20)的所述内部靶与外部身体表面之间的对应关系(38)；
在所述多个处置部分中的一个或多个选定的处置部分之前：
接收所述靶的部分前规划图像(50)；
接收所述患者的所述外部身体表面的跟踪数据(20、52)；并且
基于接收到的部分前规划图像(50)和接收到的跟踪数据(20、52)来更新所述内部靶与所述外部身体表面之间的所述对应关系(38)；并且
将所述处置计划(36)和所述经更新的对应关系(38)提供到治疗递送系统(56)，所述治疗递送系统被配置为根据所述处置计划(36)并且使用所述经更新的对应关系(38)来向所述患者(16)递送治疗。
11.根据权利要求10所述的治疗方法，还包括：
基于接收到的部分前规划图像(50)和接收到的跟踪数据(20、52)来更新所述处置计划(36)。
12.根据权利要求10和11中的任一项所述的治疗方法，其中，所述处置计划(36)是使用所述靶的流程前规划图像(14)来生成的，并且其中，接收到的跟踪数据(20)对应于对所述流程前规划图像(14)的所述生成。
13.根据权利要求10-12中的任一项所述的治疗方法，其中，所述部分前规划图像(50)是四维(4D)的。
14.根据权利要求10-13中的任一项所述的治疗方法，还包括：
在所述治疗的递送期间使用所述经更新的对应关系(38)来动态地调节所述处置计划(36)的PTV。
15.根据权利要求10-14中的任一项所述的治疗方法，还包括：
在所述治疗的递送期间使用所述经更新的对应关系(38)来对治疗射束进行门控。
16.根据权利要求10-15中的任一项所述的治疗方法，还包括：
将接收到的部分前规划图像(50)与接收到的跟踪数据(20、52)进行时间同步。
17.根据权利要求16所述的治疗方法，其中，所述时间同步是基于所述患者(16)的呼吸时相的。
18.一个或多个处理器(70、72)，其被编程为执行根据权利要求10-17中的任一项所述的治疗方法。
19.一种承载有软件的非暂态计算机可读介质(66、68)，所述软件控制一个或多个处理器(70、72)以执行根据权利要求10-17中的任一项所述的治疗方法。
20.一种用于处置患者(16)的内部靶的治疗递送系统(10)，所述治疗系统(10)包括：
规划系统(22)，其被配置为生成用于处置所述内部靶的处置计划(36)，所述处置计划(36)包括多个处置部分；以及
同步模块(28)，其被配置为，在所述多个处置部分中的选定的处置部分之前，更新所述内部靶的大小和形状并针对经更新的靶大小和形状更新所述处置计划；
其中，所述规划系统(22)被配置为将经更新的处置提供到递送控制系统(56)，所述递送控制系统被配置为根据所述经更新的处置计划(36)来向所述患者(16)递送治疗。
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