CN107847758B - 使用多个处置计划的辐射治疗系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于向身体内的结构(21)递送辐射处置的系统。在所述系统中，提供多个处置计划，每个处置计划与所述结构(21)的多个预定义可能位置(33a；33b)中的一个预定义可能位置相关联，所述多个预定义可能位置规则地分布在至少一个预定义表面(32a；32b)上。控制单元被配置为确定所述结构在所述处置期间的位置，并且被配置为响应于对所述位置的检测而选择与具有到所述预定位置的最小距离的预定义可能位置相关联的处置计划来控制所述辐射源，所述处置计划。此外，本发明涉及一种用于控制所述系统的计算机程序以及用于生成所述处置计划的规划单元。

Description

使用多个处置计划的辐射治疗系统

技术领域

本发明总体涉及被递送至患者特别是以便处置癌症的辐射治疗。更具体地，本发明涉及一种用于向人类或动物身体内的结构递送辐射处置的系统和方法。

背景技术

在外部射束辐射治疗中，电离辐射被施加到患者身体内的诸如肿瘤的靶结构，以便控制癌细胞的生长或者杀死癌细胞。通常在多个会话中递送辐射处置，所述会话在本领域中也被称为处置分次(fraction)。在更高级类型的辐射治疗中，诸如在所谓的强度调制辐射治疗中，精确剂量的辐射(通常为X射线辐射)在每个分次中被施加到肿瘤或肿瘤内的特定区域。在所谓的逆向规划流程中规划这些处置。在该流程中，识别患者身体内待处置的结构或区域，并且针对每个结构来指定靶辐射剂量。然后，执行优化过程以找到允许将靶辐射剂量递送至所识别的结构的处置计划。该处置计划特别指定处置分次的数目和持续时间以及每个分次中的辐射源的配置(例如包括待发射的辐射剂量、辐射束的形状以及患者身体内的靶位置)。通常，以所谓的控制点的形式来指定该配置，其中，每个控制点与针对辐射源的相关参数的值相关联。

限制辐射治疗的质量的一个因素(特别是在强度调制辐射治疗的情况下)是患者身体内待处置的结构的运动。因此，已经针对前列腺发现了超过1cm的分次间位移(即，在一个处置分次期间的位移)，前列腺常常由辐射治疗来处置以治愈前列腺癌。作为这样的运动的结果，待处置的结构的实际位置不对应于已经生成的处置计划以及所包括的控制点的位置。因此，处置计划变得不准确并且辐射被递送至患者身体内的不正确区域。因此，将期望补偿在处置期间待处置的结构的位移。

在该方面中，出版物D.W.Litzenberg等人在Prostate Cancer，2012卷，文章ID130579(能经由http://dx.doi.org/？10.1155/？2012-/130579在线访问)上的“ProstateIntrafraction Translation Margins for Real-Time Monitoring and CorrectionStrategies”一文公开了辐射治疗系统，所述辐射治疗系统包括用于使用被移植到前列腺中的应答器在辐射治疗处置期间跟踪前列腺的跟踪单元。当检测到前列腺的运动或位移时，所述系统允许移动前列腺以通过在处置期间移动支撑患者的患者桌台来补偿所述位移。

尽管该系统允许将前列腺重新定位在处置计划中所假定的位置处，其不能够补偿起因于前列腺运动的所有相关改变。因此，前列腺的位移也改变组织配置。更具体地，辐射射束可能必须横贯身体内或多或少的组织或者其他类型的组织以在位移之后到达前列腺。由于组织配置是在生成处置计划的控制点时考虑的一个因素，因而组织配置的前述改变也将必须被补偿以便实现处置计划。否则，特别存在健康组织接收较高辐射剂量的风险。然而，不能够通过移动患者桌台来补偿组织配置的这样的改变。

US 2013/021602涉及一种用于向移动目标提供强度调制辐射治疗的系统。针对靶沿着预测的呼吸路径的移动，所述系统生成处置计划，所述处置计划包括多个子计划，其中的每个子计划被优化以用于靶移动的不同阶段并且考虑移动的下一阶段。在辐射处置期间，跟踪靶的移动，并且基于靶的位置，所述系统选择用于执行处置的对应子计划。

发明内容

因此，本发明的目标是允许针对待处置的结构的运动、特别是针对在辐射处置期间发生的分次间运动而对辐射治疗处置的经改进的调整。

在本发明的第一方面中，提出了一种用于向身体内的结构递送辐射处置的系统。所述系统包括：辐射源，其用于提供被施加到所述结构的辐射；控制单元，其用于根据处置计划来控制所述辐射源；以及定位单元，其用于确定所述身体内的所述结构在所述辐射处置期间的位置。此外，提供了多个处置计划，每个处置计划与所述结构的多个预定义可能位置中的一个预定义可能位置相关联，并且所述预定义可能位置规则地分布在至少一个预定义表面上。所述控制单元被配置为确定所述结构在所述处置期间的所述位置，并且被配置为响应于对所述位置的检测而选择与具有到预定位置的最小距离的预定义可能位置相关联的处置计划来控制所述辐射源。

由于针对待处置的结构的若干可能位置提供了多个处置计划，并且由于所述辐射治疗系统能够选择属于具有到所述结构的所确定的位置的最小距离的可能位置的处置计划，因而所述辐射处置能够适于所述结构的不同位置。并且，在所述结构在所述辐射处置期间的运动的情况下，所述辐射治疗系统能够从一个处置计划改变到更好地适于所述结构的新位置的另一处置计划。此外，特别也能够补偿由于所述结构的运动造成的组织配置的改变，因为每个处置计划能够适于所述结构的相关联位置处的组织配置。因此，能够响应于所检测到的所述结构的位移而改变到新的处置计划，所述新的处置计划适于所述结构的新位置处的改变的组织配置。

可能移位位置规则地分布在至少一个预定义表面上。在该方面中，已经表明，鉴于在处置期间待处置的结构的可能位移，所述移位位置在一个或多个表面上的这样的规则分布允许所述移位位置的尤其适合的空间分布。

在一个实施例中，第一处置计划与所述结构的参考位置相关联，并且另外的处置计划与所述结构的预定义可能移位位置相关联，所述参考位置对应于使用测量结果数据所确定的位置。特别地，如在常规辐射治疗系统中，可以使用所述结构的三维图像来确定所述参考位置。例如可以使用计算机断层摄影(CT)或磁共振成像(MRI)设备来采集所述图像。在这种情况下，所述测量结果数据对应于所采集的图像数据。

待处置的结构的位置优选借助于所述结构的参考点的位置来参数化。在一个实施例中，所述结构的所述参考点可以对应于所述结构的估计的质心。特别地，如果所述结构的所述位置是基于图像来确定的，则所述估计的质心可以被用作所述结构的参考点。在这种情况下，所述结构的轮廓可以基于所述图像来确定，并且所述质心可以基于所述轮廓来计算。

在另外的实施例中，所述控制单元被配置为当所述辐射处置(即，在提供多个处置分次的情况下的一个处置分次)被发起时，使用与所述参考位置相关联的第一处置计划。该第一处置计划对应于以下处置计划，所述处置计划也将被用在使用用于控制所述辐射处置的仅单个处置计划的常规辐射治疗系统中。常常地，该处置计划是在所述辐射处置的开始处的最适当的处置计划并且因此在该实施例中被初始地选择。

相关实施例提供了所述控制单元被配置为仅在确定所确定的位置与所述参考位置之间的距离超过预定阈值的情况下选择另外的处置计划。该实施例特别简化了对所述控制单元从所述第一处置计划改变到另外的处置计划的情况的检测。

在另外的实施例中，所述控制单元被配置为在开始所述辐射处置之前确定待处置的结构的位置(即，在提供多个处置分次的情况下的一个处置分次)，并且被配置为选择在所述处置之前与具有到所确定的位置的最小距离的预定位置相关联的处置计划。然后，所述控制单元可以使用所选择的处置计划来发起所述辐射处置。

在一个实施例中，在所述结构的每个预定义可能移位位置处，所述结构的参考点被定位在至少一个表面上。

(一个或多个)所述预定义表面可以围绕所述参考位置处的所述结构的参考点。(一个或多个)所述表面可以特别被配置为包围所述参考位置的闭合表面。在相关实施例中，所述预定义表面对应于以所述参考位置处的所述结构的所述参考点为中心的同心球体或椭球体。关于这些实施例，已经发现，对适合的表面(诸如，例如球体或椭球体)上的可能移位位置的定位允许与其他空间图案相比较对所述移位位置的经改善的空间分布。

所述结构的运动可以包含或者可以不包含优先方向，与沿着其他方向的移动的概率相比较，所述结构具有更高的概率沿着所述优先方向移动。如果不存在优先方向，包括所述移位位置的所述表面可以特别地被配置为球体。在存在优先方向的情况下，其可以特别地被配置为椭球体。在该方面中，一个实施例提供了所述椭球体的主轴的方向对应于所述结构以相比于所述结构在其他方向上的移动的概率更高的概率而移动的方向。此外，另外的实施例提供了所述表面对应于在其中排除了特定区域的闭合表面。这些排除的区域可以对应于待处置的结构以低于阈值的概率移动到的区域。

在一个实施例中，所述控制单元被配置为基于由定位单元所生成的图像来确定所述结构的位置。特别地，所述控制单元包括：模式识别单元，所述模式识别单元被配置为定位由所述定位单元所生成的图像内的结构以确定所述结构的位置，或者所述控制单元可能能够通过将所述图像与在其中描绘所述结构的参考图像进行比较以识别所述结构。

在另外的相关实施例中，所述定位单元包括成像单元，所述成像单元用于生成包括待处置的结构的所述身体的区域的三维图像。在相关实施例中，所述成像单元包括以下组中的一个单元，所述组包括计算机断层摄影单元、磁共振成像单元和超声单元。

要借助于所述辐射治疗系统处置的所述结构可以包括前列腺。然而，所述系统也可以被用于向身体内的另一结构递送辐射处置。

在另外的方面中，本发明提出了在辐射治疗系统的处理单元中能运行的计算机程序。所述计算机程序包括程序代码模块，当所述计算机程在所述处理单元序被运行中时，所述程序代码模块用于使所述处理单元执行用于控制所述辐射治疗系统的方法，所述辐射治疗系统包括：辐射源，其用于提供被施加到所述结构的辐射；控制单元，其用于根据处置计划来控制所述辐射源；以及定位单元，其用于确定所述身体内的结构在所述辐射处置期间的位置。所述方法包括：

向所述控制单元提供多个处置计划，每个处置计划与所述结构的多个预定义可能位置中的一个预定义可能位置相关联，并且所述预定义可能位置规则地分布在至少一个预定义表面上，

所述控制单元确定所述结构在所述处置期间的位置，并且

所述控制单元响应于对所述位置的检测而选择与具有到所述结构的所确定的位置的最小距离的预定义可能位置相关联的处置计划来控制所述辐射源。

在本发明的另外的方面中，提出了一种用于生成如上文所描述的用于控制辐射治疗系统中对身体内的结构的辐射处置的处置计划的规划单元。所述规划单元被配置为基于所述结构的参考图像来生成第一处置计划，并且被配置为生成用于基于所述参考图像的变形版本来控制对所述结构的所述辐射处置的另外的处置计划，其中，所述结构被定位在所述参考图像中的参考位置处，并且其中，所述结构被定位在所述参考图像的所述变形版本的每个变形版本中的多个预定义可能移位位置中的一个预定义可能移位位置处，所述预定义可能移位位置对应于所述结构在所述处置期间的可能位置并且规则地分布在至少一个预定义表面上。

在一个实施例中，所述规划单元被包括在如上文所描述的所述辐射治疗系统中。此外，在一个实施例中，所述规划单元被配置为将所生成的处置计划提供到所述辐射治疗系统的所述控制单元。

应当理解，根据权利要求1所述的辐射治疗系统、根据权利要求14所述的计算机程序以及根据权利要求15所述的规划单元具有相似和/或相同的优选实施例，特别是如在从属权利要求中所定义的。

应当理解，本发明的优选实施例也能够是从属权利要求或以上实施例与相应的独立权利要求的任意组合。

根据在下文中所描述的实施例并参考所述实施例加以阐述，本发明的这些和其他方面将是显而易见的。

附图说明

在以下附图中：

图1示意性并且示范性示出了用于向身体内的结构递送辐射处置的辐射治疗系统的实施例的部件；

图2示意性并且示范性图示了包括被变形以便确定针对前列腺的移位位置的处置计划的图像体积的前列腺的图像的变形区域；并且

图3示意性并且示范性图示了在前列腺的运动期间的前列腺的参考点的轨迹以及处置计划与之相关联的参考点的预定义移位位置。

具体实施方式

图1示意性并且示范性图示了用于向人类或动物身体内递送辐射处置的结构的辐射治疗系统的实施例。特别地，所述系统可以被用于处置身体的特定结构内的肿瘤。这样的结构的一个范例是前列腺，因为已知辐射治疗尤其适合于处置前列腺癌。

在所图示的实施例中，所述辐射治疗系统包括辐射源1，辐射源1能够被操作用于发射电离辐射以递送至被定位在所述系统的处置区2中的人类或动物身体内的肿瘤或另一患病结构。为了在处置区内支撑身体，所述系统可以包括患者桌台。辐射源1相对于身体的相对位置和取向能够在位置和取向的特定范围上变化。出于该目的，辐射源1可以被安装在可旋转机架3上，使得辐射源1能够在特定角度范围内围绕处置区或身体旋转，所述特定角度范围可以是360°或更少。因此，辐射能够从不同的角度位置被递送至身体。此外，身体能够相对于机架3而移动，使得所述辐射能够被递送至关于身体的其纵向延伸的不同部分。为了实现那一点，机架3和/或患者桌台可以是在平行于机架3的旋转轴的方向上来回能移动的。

辐射源1可以包括用于产生一个电离辐射射束的X射线管或线性粒子加速器(在另外的实施例中，辐射系统可以以相似的方式产生若干辐射射束)。辐射源1是能控制的，以便改变辐射射束的强度和/或能量。此外，辐射源1可以被提供有用于对所述辐射射束进行成形的准直器4。准直器4可以同样是能控制的，以便改变辐射射束形状。

为了控制辐射源1、准直器4(如果是能控制的)和患者桌台(如果是能移动的)，所述系统包括控制单元5。在辐射治疗处置期间，控制单元5通过定位机架3和/或患者桌台来控制辐射源1和身体的相对位置和取向。此外，控制单元5控制辐射射束的强度和能量并且(如果可能的话)控制辐射射束形状。优选地，控制单元5被实施在处理器单元中，所述处理器单元包括用于运行包括由控制单元5执行的控制例程的控制程序的微处理器。

另外，所述辐射治疗系统包括定位单元6，定位单元6用于在辐射处置期间将待处置的结构定位在患者身体内。在一个实施例中，定位单元6包括成像单元，所述成像单元根据适合的成像模态来产生身体的图像。在该方面中，定位单元6例如可以包括超声设备、计算机断层摄影(CT)设备、磁共振成像(MRI)设备或者荧光透视检查成像单元。如此，这样的设备是本领域技术人员已知的，并且因此，其未在本文中更详细地描述。借助于这样的设备，定位单元6产生包括待处置的结构的身体区域的三维图像。在这些图像中，可以借助于在定位单元6中运行的适合的模式识别算法来识别所述结构。在另外的实施例中，也可以以不同的方式来配置定位单元6。例如，定位单元6可以被配置为使用如由上文所提到的D.W.Litzenberg等人的公开中所描述的被移植到结构中的应答器来定位待处置的结构。

对身体内的结构的辐射处置可以在多个分次期间执行，其中，所述分次可以在连续数天或者在另一周期内被递送至结构。为了将一个分次递送至身体内的结构，身体以以下方式被定位在辐射治疗系统的处置区2中：使得身体上的参考标记被定位在相对于辐射源1的定义的位置处。出于该目的，身体能够被定位在患者桌台上并且在辐射治疗系统的对齐单元的帮助下被对齐。如此，所述对齐单元可以包括为技术人员已知的激光器定位设备，并且因此，将不在本文中更详细地描述。在已经将身体定位在处置区中后，控制单元5控制向待处置的结构的辐射递送。在这样做时，控制单元5对齐辐射源1并且根据被存储在用于对特定身体结构的处置的控制单元5中的处置计划来控制辐射源1的另外的参数。

所述处置计划定义用于对结构的辐射处置的照射参数。这些参数包括辐射源1的对齐，其鉴于在处置期间在身体上的参考标记的定义位置而被定义。此外，所述参数可以包括另外的信息，诸如辐射射束的能量和强度以及(如果可变的话)针对辐射处置的每个分次的辐射射束的形状。在辐射处置期间，一个或多个参数通常改变。因此，辐射源1和身体的相对对齐例如可以通过使机架围绕身体旋转而改变，并且在该过程中，射束形状也可以适于辐射源1或机架3的每个位置。在所述处置计划中所指定的照射参数的改变常常也被称为控制点。因此，所述处置计划包括在辐射处置期间连续被递送的一系列控制点，其中，对控制点的递送根据处置计划在相应的控制点处改变的照射参数而对应于辐射的递送。针对每个控制点，所述处置计划也可以指定在其期间递送相应的控制点的时间间隔。在该时间间隔的期满时，控制单元5递送处置计划的相继控制点。

在本发明的范围内，多个处置计划被提供用于对特定身体结构的处置并且被存储在控制单元5中，并且控制单元5能够以下文在本文中更详细描述的方式从一个处置计划改变到另一处置计划。这些处置计划可以使用规划单元7以半自动化过程来生成，其以以下方式优选被实施在计算机设备中并且可以被耦合到辐射治疗系统中：使得所述处置计划能够被提供到待存储在其中的辐射治疗系统的控制单元5。优选地，所述处置计划特别是基于包括待处置的结构的身体区域的三维图像——其在本文中也被称为参考图像——而生成的。因此，规划单元7特别可以包括用于将图像显示给医师或另一操作者并且用于接收由操作者关于图像的输入的器件。此外，所述规划系统可以设置用于规划辐射处置的例程，其特别能够生成用于将指定的辐射剂量(其可以由操作者定义)递送至被定位在身体内的固定位置处的特定结构的处置计划。

所提供的处置计划中的一个计划——其在本文中也被称为第一处置计划——可以基于参考图像以本领域技术人员已知的常规方式生成。出于该目的，可以在规划单元7中识别待处置的结构。特别地，可以在该图像中标记该结构的轮廓。这可以基于由医师的对应的输入来完成，其可以使用适合的输入器件和/或通过在规划单元7中运行的自动化模式识别例程来标记图像中的轮廓。此外，指定待递送至结构的总体辐射剂量。出于该目的，所述辐射剂量例如可以由医师来设定。然后，规划系统7基于身体内待处置的结构的位置并且基于指定的总体辐射剂量来生成第一处置计划。在该过程中，规划系统7特别地定义辐射处置的分次以及针对所述分次中的每个分次的控制点。在一个实施例中，这是基于在规划单元7中实施的自动化例程而在自动化过程中完成的。如此，这样的例程是本领域技术人员已知的，并且因此，其未在本文中更详细地描述。这样的例程的一个范例被包括在由PhilipsHealthcare所提供的可商购的辐射治疗规划系统Pinnacle的自动规划选项中。

除了所述第一处置计划之外，借助于规划单元7来生成另外的处置计划。鉴于身体内待处置的结构的可能运动来提供这些另外的处置计划。特别地，鉴于结构的可能的分次间运动(即，在辐射处置的一个分次的递送期间发生的运动)来提供另外的处置计划。在该方面中，例如已经针对前列腺观测到具有超过1cm的位移的分次间运动。在不补偿这样的运动的情况下，将存在被递送至待处置的肿瘤的辐射剂量过低而同时被递送至肿瘤周围的健康组织的辐射剂量过高的高风险。此外，已经发现，这样的前列腺运动倾向于随时间增加。因此，所述处置计划中的额外的固定裕度不适合于补偿这样的运动，因为固定裕度在分次的开始将过补偿而在分次的结束将欠补偿。在该背景之前，针对结构的多个位置提供处置计划允许在处置分次期间的结构的所确定的位移时当控制单元从一个处置计划改变到另一处置计划时对身体内的结构的位移的适合的补偿。

优选地，针对身体内的结构的多个可能的移位位置(即，与参考图像中所示的结构的位置不同的位置)来生成另外的处置计划。在该方面中，结构的位置可以特别地由结构的参考点的位置来定义，其优选对应于结构的估计的质心。可以基于参考图像中所识别的结构的轮廓并且基于结构具有均匀质量密度的假定来计算该估计的质心。然而，同样可能基于不对应于结构的质心的另一参考点来定义结构的位置。

在一个实施例中，所考虑的移位位置的特征在于：在每个移位位置处，所述结构的参考点被定位在如在参考图像中所示的参考点的位置周围的一个或多个表面上——该位置在本文中也被称为参考位置。然后，针对所述结构的移位位置中的每个移位位置来产生一幅三维图像。在此，可以通过以以下方式使参考图像或者其区域变形而基于参考图像来生成针对移位位置的图像：所述结构被定位在移位位置处。随后，基于针对相应的移位位置产生的三维，针对移位位置中的每个移位位置来生成一个处置计划。所述处置计划的生成可以以与所述第一处置计划的生成相同的方式来完成。特别地，所述处置计划可以基于所生成的图像以及关于总体辐射剂量(其与生成所述第一处置计划所基于的总体辐射剂量相同)的信息由规划系统7的自动化例程来生成。

参考点的移位位置被定位在其上的(一个或多个)表面可以是围绕参考点的参考位置的闭合表面。此外，(一个或多个)表面优选基于结构的运动的优先方向(即，与沿着其他方向的移动的概率相比，所述结构以更高的概率沿着其移动的方向)来确定。基于临床经验，可以针对每个相关类型的结构经验地确定这样的优先方向。如果这样的优先方向存在，则一个或多个表面中的每个表面可以对应于具有大于短轴的主轴的椭球体，其中，主轴可以沿着身体内的结构的移动的优先方向延伸。任选地，如果结构的参考点朝向这样的区域移动的概率是零或者非常低，则也能够丢弃所述表面的特定区域，即，抑制将移位位置定位在这样的区域中。在针对结构的移动不存在优先方向的情况下，一个或多个表面中的每个表面可以对应于球体。在该方面中，更多新近的研究已经提出了，前列腺的运动遵循三维随机行走模型并且不具有优先方向。至此，在结构是前列腺的情况下，可以使用一个或多个球体，并且(一个或多个)球体的(一个或多个)中心可以对应于所述结构的参考点的参考位置。

当使用多个表面时，可能存在表面之间以及最内部表面与结构的参考点的参考位置之间的预定距离。在一个实施例中，所述距离可以在0.2cm与0.6cm之间，特别地，所述距离可以是0.4cm。基于该距离，可以鉴于所述结构的期望的最大位移来选择表面的数目。因此，在所述结构是向上移动超过1cm的前列腺的情况下，在一个实施例中，可以定义具有0.4cm和0.8cm的半径的两个球体。

在所述表面中的每个表面内，待处置的结构的参考点的预定移位位置优选规则地分布。这特别地意指在所述表面中的一个表面上的每个移位位置具有到所述表面上的相邻移位位置的特定预定距离，其中，所述预定距离对于相同表面上的所有移位位置是基本上相同的。在所述表面的特定区域不包括移位位置的情况下，归因于结构的参考点移动到所述表面的该区域的低概率，所述移位位置优选规则地分布在所述表面的其余区域上。为了生成规则地分布在所述表面上的移位位置，控制单元9可以使用所谓的递归多面再分机制，其例如在出版物C.Smith于Dissertation at the University of Calgary，Canada，2006上的“On Vertex-Vertex Systems and Their Use in Geometric and BiologicalModelling”一文中有所描述。根据这样的机制，每个表面可以在若干步骤中由多边形网格来近似，其中，所述网格的多边形在每个步骤中被再分为较小的多边形以便更好地近似所述表面。在此，多边形的角形成被布置在表面上的顶点，并且在一个实施例中，待处置的结构的参考点的移位位置可以对应于这些顶点。然而，同样可能的是，以另一种方式在所述表面上定义移位位置。

在另外的实施例中，所述结构的参考点的移位位置不是基于一个或多个预定表面而是基于其他空间样式来确定的。例如，可以使用矩形三维点网格来定义参考点的移位位置，其中，一个移位位置可以被定位在每个网格点处。然而，与使用矩形网格对移位位置的定义相比较，使用预定表面(特别是球体或椭球体)对移位位置的定义鉴于待处置的结构的可能运动而允许移位位置的经改善的空间分布。

为了从参考图像生成针对所述结构的移位位置的图像，规划单元7计算针对每个移位位置的完整参考图像的变形在原则上是可能的。然而，为了降低计算复杂度，变形可以仅针对参考图像的特定部分——其在本文中也被称为变形区域——针对移位位置中的每个移位位置来计算。在一个实施例中，所述变形区域可以对应于被包括在以所述结构的参考点为中心的球体中的图像体积。所述球体的半径优选基于待处置的结构的尺寸并且基于所述结构的参考位置与移位位置之间的距离的最大值来选择。特别地，所述半径可以被设定大于所述结构的最大半径(即，所述结构的参考点与其轮廓之间的最大距离)加上所述结构的参考位置与移位位置之间的距离的最大值。这确保了所述球体包括在所有移位位置处的完整结构。当所述结构是前列腺并且当所述移位位置是如上文所解释地被确定时(即，参考位置与移位位置之间的最大距离是0.8cm)，例如，所述球体可以具有对应于在参考图像中所确定的前列腺的最大半径的半径加上2cm。这在图2中被进一步图示，其示意性并且示范性示出了图像中的前列腺21的轮廓。此外，图2示出了前列腺21的估计的质心22并且其最大半径借助于箭头23来标记。另外，图2图示了以球体24为界限的变形区域。球体24的半径比前列腺的最大半径大为d的量，d例如可以是2cm。

如上所述，可以仅在变形区域内计算参考图像的变形。在这种情况下，未使变形区域外部的图像体积变形。在与一个移位位置有关的变形过程中，规划单元7计算变形或运动场，其可以指定针对参考图像的每个图像元素的位移的距离和方向(即，针对每个所谓的体素)。根据该变形场，包括待处置的结构的参考点的体素被移动(作为变形过程的一个约束)到移位位置。在一个实施例中，待处置的结构的其他体素可以使用与包括所述结构的参考点的体素相同的运动向量来移动。这意指结构的所有体素在相同方向上并且在相同距离上移动。在另外的实施例中，也额外地计算所述结构的旋转和/或变形。针对该计算，可以考虑围绕所述结构的身体区域的机械性质以及相同类型的结构的运动的经验观测。除了所述结构的运动之外，变形区域内的周围身体区域的体素是根据结构的运动来移动的。针对周围身体区域的这些体素，同样能够使用被用于移动包括所述结构的参考点的体素的相同运动向量。然而，为了实现更准确的变形，优选考虑周围的身体区域的变形，其可以基于这些身体区域的机械性质并且基于相关类型的结构的运动的经验观测来计算。

在已经确定了描述归因于所述结构的运动的变形区域的改变的变形场后，规划单元7优选调整变形区域的边界区域中的运动向量以便创建变形图像中的变形区域外部和内部的体素之间的平滑过渡。出于该目的，规划单元7可以应用适合的内插技术。特别地，可以应用内核内插，其可以使用三线或薄板样条核。

以这样的方式，所述规划单元生成针对待处置的结构的参考点的先前定义的移位位置中的每个移位位置的变形图像。如上文已经解释的，基于与相应的移位位置相关联的变形图像，然后针对参考点的每个移位位置来生成处置计划。在这样做时，规划单元7生成针对待处置的结构的移位位置的处置计划的集合。也包括基于参考图像所生成的处置计划的处置计划的该集合被转发到辐射治疗系统的控制单元5，以便被用于在对结构的辐射处置期间控制所述系统。

为了执行所述处置，优选根据第一处置计划和参考图像来设定待处置的身体或结构的相对对齐。然后，在一个实施例中，基于所述第一处置计划来发起辐射处置分次。

在辐射处置期间，控制单元5监测待处置的结构的位置以便检测所述结构相对于参考位置的任何位移。出于该目的，在用于规划处置的过程期间由规划系统7所确定的参考位置被指示给控制单元5。此外，定位单元6在处置期间操作以便采集指示所述结构在连续的时间点处的位置的数据。在位置单元6包括成像设备的情况下，这些数据对应于包括待处置的结构的身体区域的图像。在每幅图像中，控制单元5借助于模式识别例程来确定待处置的结构的轮廓。该例程可以使用可以在适合的训练过程中建立的对应的分类器特别地来识别所述结构以及其轮廓。在另外的实施例中，控制单元5使用所述结构的参考图像以用于确定所述结构在辐射处置期间的移位位置。特别地，控制单元5可以使所述参考图像变形，使得使待处置的结构的轮廓符合在辐射处置期间所采集的图像中的对应轮廓。作为该过程的结果，其包含比在辐射处置期间所采集的图形中对待处置的结构的自动识别更不复杂的计算，控制单元5能够识别所述结构的位置以及在辐射处置期间所采集的每幅图像中的其参考点。在已经识别待处置的对象的轮廓后，控制单元5以与规划单元7估计参考图像中的参考点相同的方式来估计所述结构的参考点。以这样的方式，控制单元5确定所述结构的参考点在连续的时间点处的位置。

基于所确定的位置，控制单元5通常可以选择与具有到所确定的位置的最短距离的参考点的位置相关联的处置计划。出于该目的，可以使用适合的距离量度来计算所确定的位置与处置计划相关联的位置之间的距离。在一个实施例中，使用欧几里德距离量度。然而，同样可能的是，使用本领域技术人员已知的另一种距离量度。

在一个实施例中，为了执行对处置计划的选择，控制单元5可以将所述结构的参考点的每个确定的位置与其先前确定的位置(或者，在处置的开始处，与参考位置)相比较。在其检测到所述结构的参考点的位移的情况下，控制单元5将所确定的位置与处置计划相关联的位置相比较并且从这些位置选择具有到所确定的位置的最短距离的一个位置。

在另外的实施例中，无需当前步骤中所确定的位置与先前确定的位置之间的前述比较。在该实施例中，控制单元5直接将参考点的所确定的位置与处置计划相关联的位置相比较，以便选择具有到所述参考点的所确定的位置的最小距离的这些位置中的一个位置。如果与根据前述选择流程之一的所选择的位置相关联的处置计划对应于当前所使用的处置计划，则控制单元5维持该处置计划并且基于该计划进一步控制辐射处置。如果与所选择的位置相关联的处置计划不对应于当前使用的处置计划，则控制单元5改变所述处置计划并且使用与所选择的位置相关联的处置计划进一步控制所述辐射处置。该流程可以在完整的处置分次期间重复，使得所述处置计划每次所述结构以以下方式改变其位置时改变：使得参考点接近于处置计划相关联的不同位置。

原则上，控制单元5能够在分次的开始时开始的完整处置分次期间运行前述流程。在所述结构的移位位置被定位在球体或椭球体的情况下特别适用的另外的实施例中，如果确定所述结构的参考点相对于其参考位置的位移大于阈值，则控制单元5仅从在处置的开始处所使用的第一处置计划改变到另外的处置计划。在一个实施例中，所述阈值可以对应于在其上定位移位位置最内部表面的半半径或半最小半径(例如，在表面对应于椭球体的情况下)。

因此，在处置分次的发起之后，控制单元5监测如上文所解释的待处置的结构的参考点的位置，并且针对每个确定的位置来检查该位置与参考位置之间的距离是否大于阈值。如果情况不是这样，则控制单元5维持在处置分次的开始加载的第一处置计划。仅在控制单元5确定在一个步骤中所确定的参考点的位置与参考位置之间的距离大于阈值的情况下，其搜索具有到所确定的位置的最小距离的预定义移位位置。然后，控制单元5选择属于所确定的移位位置的处置计划并且使用该处置计划来进一步控制结构的辐射处置。

在这样的处置计划的第一改变时，控制单元5然后可以继续进行，如上文所解释的。这意指控制单元5可以保持监测所述结构的参考点的位置可以选择具有到针对每个确定的位置的所确定的位置的最短距离的预定义移位位置相关联的处置计划(这可以包含或者可以不包含从先前使用的处置计划到新处置计划的改变)。

图3还图示了用于前列腺21的运动的前述流程。在假定前列腺运动遵循随机行走模型的情况下，图3示范性示出了在辐射处置期间前列腺的质心22的示范性轨迹31。此外，图1图示了包括所述处置计划相关联的参考点的预定义移位位置的两个表面32a、32b。表面32a、32b被配置为球体并且移位位置借助于图3中的叉号来标记。如在图3中能够看到的，轨迹31被定位在处置的开始处以最内部表面32a为边界的体积内，并且因此，参考点的位置与质心之间的距离(在此被用作前列腺21的参考点)小于对应于最内部表面32的半径的阈值。在这种情况下，控制单元5使用用于控制辐射处置的第一处置计划。然后，在特定时间点处，轨迹31穿过最内部表面32a。当确定参考点的位置与参考位置之间的差超过阈值时，这可以通过控制单元31来检测。响应于该确定，控制单元5从第一处置计划改变到针对移位位置33a的处置计划，其在该情况中具有到参考点的位置的最小距离的移位位置。因此，轨迹31朝向外表面32b运行并且在特定时间点处穿过该表面32b。在轨迹31的该过程期间，当确定参考点的所确定的位置比移位位置33a更接近移位位置33b时，控制单元5从与移位位置33a相关联的处置计划改变到与移位位置33b相关联的处置计划。当所述处置计划的一个控制点已经被完全递送时，所述处置计划的改变优选由控制单元5实现。然后，控制单元5根据基于待处置的结构的参考点的所确定的位置与参考点的预定移位位置之间的比较所选择的新处置计划来递送下一控制点。在该方面中，所有处置计划优选包括相对于所述控制点的相同计时，使得连续的控制点在所有处置计划中针对相同的时间间隔是有效的。这确保了在前者处置计划的先前控制点的完整递送后，控制单元5能够在新处置计划的改变之后完整地递送新控制点。

在相关实施例中，对所述结构的参考点的实际位置的确定(如上文所描述的)和用于选择处置计划的过程与处置计划中的控制点的计时序列同步。在该实施例中，控制单元5可以确定所述结构的参考点的位置并且在与所述处置计划的控制点相关联的时间间隔中的每个时间间隔中选择属于最近预定位置的处置计划一次。此外，确定参考点的位置并且选择属于最近位置的处置计划的过程可以由控制单元5来计时，使得其在下一控制点将被递送之前不久完成。

然而，对前述过程的另一计时也是可能的。因此，控制单元5可以例如以固定地预定义时间间隔来运行所述过程。此外，在已经完整地递送了一个控制点后，可能未实现对处置计划的改变。在备选实施例中，控制单元5可以相反在用于响应于所述结构的参考点最接近与该处置计划相关联的预定位置的确定递送特定控制点的时间间隔期间改变到新处置计划。

此外，在前述实施例中的处置分次的开始使用第一处置计划。在备选实施例中，控制单元5在实际辐射处置分次被发起之前(即在辐射被施加到结构之前)确定结构的参考点的位置。然后，控制单元5确定具有到参考点的所检测的位置的最小距离的预定位置。因此，控制单元5可以使用所选择的处置计划开始处置分次。在处置分次期间，控制单元5然后能够以上文所解释的方式改变到一个或多个另外的处置计划。

当然，在处置分次被递送之前，在规划单元7中执行新规划流程也是可能的。该规划流程可以基于待处置的结构的所确定的当前位置运行并且优选考虑在先前处置分次期间被递送至结构的辐射剂量。在该规划流程中，规划单元7优选生成处置计划的新集合并且另外的处置分次能够以上文所描述的方式基于处置计划的该新集合来递送。

因此，总之，提供辐射治疗系统，其使用处置计划的集合以便补偿待处置的结构在处置期间的运动。在该方面中，本发明不限于上文所描述的辐射治疗系统的实施例。因此，以另一种方式配置和/或安装的辐射源1是特别可能的。此外，使用另一定位单元6是特别可能的，只要该定位单元允许确定在待处置的结构的参考点在辐射处置期间的位置。

通过研究附图、说明书和随附的权利要求书，本领域技术人员在实践所主张的本发明时可以理解和实现所公开的实施例的其他变型。

在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或者步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。

单个单元或设备可以实现权利要求中所记载的若干项的功能。互不相同的从属权利要求中记载了特定措施的仅有事实并不指示不能有利地使用这些措施的组合。

计算机程序可以被存储/被分布在适合的介质，诸如连同其他硬件一起或作为其一部分供应的光学存储介质或固态介质，并且可以以其他形式分布，诸如经由因特网或者其他有线或无线电信系统。

权利要求中的任何附图标记都不应当被解释为对范围的限制。

Claims (14)

1.一种用于向身体内的结构(21)递送辐射处置的系统，所述系统包括：

辐射源(1)，其用于根据所述辐射处置向所述结构(21)提供辐射，

控制单元(5)，其用于根据处置计划来控制所述辐射源(1)，以及

定位单元(6)，其用于确定所述身体内的所述结构(21)的参考点(22)在所述辐射处置期间的位置，

其中，多个处置计划被提供，每个处置计划与所述结构(21)的所述参考点(22)的多个预定义可能位置(33a；33b)中的一个预定义可能位置相关联，并且所述多个预定义可能位置(33a；33b)规则地分布在至少一个预定义表面(32a；32b)上，并且每个处置计划是基于针对相关联的位置所产生的所述结构的图像通过将所述结构的参考图像进行变形使得所述结构的所述参考点位于所述相关联的位置处而生成的，并且

其中，所述控制单元(5)被配置为确定所述结构(21)的所述参考点(22)在所述处置期间的所述位置，并且被配置为响应于对所述位置的检测而选择与具有到所确定的位置的最小距离的所述参考点(22)的预定义可能位置(33a；33b)相关联的处置计划来控制所述辐射源(1)。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，第一处置计划与所述结构(21)的所述参考点(22)的参考位置相关联，并且另外的处置计划与所述结构(21)的所述参考点(22)的预定义可能移位位置(33a；33b)相关联，所述参考位置对应于使用测量结果数据而确定的位置。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述控制单元(5)被配置为当所述辐射处置被发起时使用与所述参考位置相关联的所述第一处置计划。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述控制单元(5)被配置为在确定所确定的位置与所述参考位置之间的距离超过预定阈值的情况下选择另外的处置计划。

5.根据权利要求3所述的系统，其中，所述至少一个预定义表面(32a；32b)围绕在所述参考位置处的所述结构(21)的所述参考点(22)。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述结构(21)的所述参考点(22)对应于所述结构的估计的质心。

7.根据权利要求2所述的系统，其中，所述预定义表面(32a；32b)对应于以所述参考位置处的所述结构(21)的所述参考点(22)为中心的同心球体或椭球体。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述椭球体的主轴的方向对应于以下方向，其中，与所述结构(21)在其他方向上的移动的概率相比，所述结构有更高的概率在所述方向上移动。

9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述定位单元(6)包括成像单元，所述成像单元用于生成所述身体的包括待处置的所述结构的区域的三维图像。

10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述控制单元(5)被配置为基于由所述定位单元(6)所生成的所述图像来确定所述结构(21)的所述参考点(22)的位置。

11.根据权利要求9所述的系统，其中，所述成像单元包括以下组中的一个单元，所述组包括计算机断层摄影单元、磁共振成像单元和超声单元。

12.根据权利要求1所述的系统，其中，所述身体内的所述结构(21)包括前列腺。

13.一种存储有计算机程序的计算机可读介质，所述计算机程序能在用于向身体内的结构(21)递送辐射处置的系统的处理单元中运行，所述计算机程序包括程序代码模块，当所述计算机程序在所述处理单元中被运行时，所述程序代码模块使所述处理单元执行用于控制所述系统的方法，

所述系统包括：辐射源(1)，其用于向所述结构(21)提供辐射；控制单元(5)，其用于根据处置计划来控制所述辐射源(1)；以及定位单元(6)，其用于确定所述身体内的所述结构(21)的参考点(22)在所述辐射处置期间的位置，

并且所述方法包括：

向所述控制单元(5)提供多个处置计划，每个处置计划与所述结构(21)的所述参考点(22)的多个预定义可能位置(33a；33b)中的一个预定义可能位置相关联，并且所述多个预定义可能位置(33a；33b)规则地分布在至少一个预定义表面(32a；32b)上，并且每个处置计划是基于针对相关联的位置所产生的所述结构的图像通过将所述结构的参考图像进行变形使得所述结构的所述参考点位于所述相关联的位置处而生成的，

所述控制单元(5)确定所述结构(21)的所述参考点(22)在所述处置期间的位置，并且

所述控制单元(5)响应于对所述位置的检测而选择与具有到所述结构的所述参考点(22)的所确定的位置的最小距离的预定义可能位置(33a；33b)相关联的处置计划来控制所述辐射源(1)。

14.一种用于生成处置计划的规划单元(7)，所述处置计划用于在根据权利要求1-12中的任一项所述的系统中控制对身体内的结构(21)的辐射处置，所述规划单元(7)被配置为基于所述结构(21)的参考图像来生成第一处置计划，其中，所述结构(21)的参考点(22)位于所述参考图像中的参考位置处，并且所述规划单元(7)被配置为生成另外的处置计划，每个另外的处置计划与所述结构(21)的所述参考点(22)的多个预定义可能位置(33a；33b)中的一个预定义可能位置相关联，并且所述多个预定义可能位置(33a；33b)规则地分布在至少一个预定义表面(32a；32b)上，每个处置计划是基于针对相关联的位置所产生的所述结构的图像通过将所述结构的参考图像进行变形使得所述结构的所述参考点位于所述相关联的位置处而生成的。

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