CN108348770B - 用于热疗增强的辐射治疗的自适应处置规划 - Google Patents

用于热疗增强的辐射治疗的自适应处置规划 Download PDF

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Abstract

一种方法包括生成针对感兴趣组织的热疗热计划，生成针对所述感兴趣组织的经热疗调整的辐射治疗计划，控制热源(126)根据所述热疗热计划向所述感兴趣组织递送热，并且控制辐射治疗系统(100)的辐射源根据所述经热疗调整的辐射治疗计划向所述感兴趣组织递送辐射。一种系统包括：辐射处置规划器(124)，其被配置为生成针对感兴趣组织的经热疗调整的辐射治疗计划；辐射治疗系统(100)，其被配置为根据所述经热疗调整的辐射治疗计划递送辐射；以及热疗热递送系统(126)，其被配置为根据热疗计划递送热。

Description

用于热疗增强的辐射治疗的自适应处置规划
技术领域
下文总体上涉及放射治疗，并且更具体地涉及用于热疗增强的辐射治疗(HT RT)的自适应处置规划。
背景技术
辐射治疗(RT)是将电离辐射施加于组织以控制或杀死例如恶性癌细胞的处置。处置计划中规定的辐射的量(剂量)取决于细胞被处置的类型和阶段。辐射治疗计划通常已经随时间被分次或者分散。例如，RT处置计划的总剂量能够在六(6)周内在30-35个分段上递送，其中，每天一(1)个分段，每周五(5)天。
热疗(HT)指为了治疗的目的对高温的使用。已知在RT的递送之前或期间应用HT以增加目标组织温度能够用于使靶向组织放射增敏。用于RT的HT温度范围包括42.5摄氏度(42.5℃)的温度。使用热增强比(TER)以数学方式捕获放射增敏效应，热增强比被定义如下：
Figure BDA0001644086670000011
通过增加每分段递送的辐射的量，低分次放射治疗方案将常规分次RT处置压缩到更短的处置跨度内，例如1至2(1-2)周和5至10(5-10)分段。遗憾的是，每分段的较高的剂量增加正常组织损伤的风险。因此，需要一种用于更适形的低分次RT处置方法的方法。
发明内容
本文描述的各方面解决了上述问题和/或其他问题。
在一个方面中，一种方法包括生成用于感兴趣组织的热疗(hyperthermia)加热计划，生成针对感兴趣组织的经热疗调整的辐射治疗计划，控制热源根据热疗热计划向感兴趣组织递送热，并且控制辐射治疗系统的辐射源根据经热疗调整的辐射治疗计划向感兴趣组织递送辐射。
在另一方面中，一种系统包括：辐射处置规划器，其被配置为生成针对感兴趣组织的经热疗调整的辐射治疗计划；辐射治疗系统，其被配置为根据经热疗调整的辐射治疗计划递送辐射；以及热疗热递送系统，其被配置为根据热疗计划递送热。
在另一方面中，一种非暂态计算机可读介质编码有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在由处理器运行时使所述处理器：生成针对感兴趣组织的热疗热计划，生成针对感兴趣组织的经热疗调整的辐射治疗计划，控制热源根据热疗热计划向感兴趣组织递送热，并且控制辐射治疗系统的辐射源根据经热疗调整的辐射治疗计划向感兴趣组织递送辐射。
附图说明
本发明可以采取各种部件和各部件布置的形式，并且可以采取各种步骤和各步骤安排的形式。附图仅是为了图示优选实施例的目的，而不应被解释为对本发明的限制。
图1示意性地图示了包括辐射治疗系统、辐射处置规划器、热递送系统以及温度和持续时间监测系统的范例系统。
图2示意性地图示了采用TER校准表将RT计划转换为经HT调整的RT计划的辐射处置规划器的范例。
图3示意性地图示了计算TER值并基于计算的TER将RT计划转换为经HT调整的RT计划的辐射处置规划器的范例。
图4示意性地图示了采用TER校准表来创建经HT调整的RT计划的辐射处置规划器的范例。
图5示意性地图示了计算TER值并基于计算的TER创建经HT调整的RT计划的辐射处置规划器的范例。
图6示意性地图示了用于通过调整先前生成的RT计划来创建用于顺序HT和RT递送的经HT调整的RT计划的方法。
图7示意性地图示了用于在不调整先前生成的RT计划的方法的情况下创建用于顺序HT和RT递送的经HT调整的RT计划。
图8示意性地图示了用于创建用于同时HT和RT递送的经HT调整的RT计划并基于HT递送调节经HT调整的RT计划的方法。
图9图示了用于选择性地创建与顺序RT和HT递送结合的HT计划的方法。
具体实施方式
图1示意性地图示了诸如线性加速器或直线加速器的辐射治疗系统100。辐射治疗系统100包括固定机架102和可旋转地附接至固定机架102的旋转机架104。旋转机架104相对于旋转轴106关于处置区域108旋转(例如，180°等)。
固定机架102包括具有递送处置辐射的治疗(例如，兆伏(MV))辐射源112的处置头部110和能够将离开处置头部110的辐射场整形为任意形状的准直器114(例如，多叶准直器)。辐射源112关于处置区域108与旋转机架104协调旋转。准直器114包括能够独立移动以对场整形的一组钳口。
对象支撑体116支撑在处置区域108中的对象的部分。对象支撑体116包括被配置为平移进出治疗区域108的桌台118和底座120。计算系统用作RT控制台122，其被配置为控制旋转机架104的旋转和在处置期间通过兆伏辐射源112对处置辐射的递送。驻留在控制台122上的软件允许操作人员控制系统100的操作。
HT热递送系统126被配置为在RT处置辐射递送之前和/或同时施加热。在该范例中，HT热递送系统126包括高强度聚焦超声(HIFU)设备。HIFU设备产生聚焦在目标组织处并加热目标组织的高强度超声波。利用该设备，加热能够被定位在HIFU设备的焦点区域处，而不加热其他组织区域。定位能够是期望的，从而不会使目标组织外部的组织放射增敏，这将由于热产生感兴趣组织的组织外部的毒性效应，而对RT没有影响。本文还设想了其他热源。
HT热递送系统126和/或其他计算设备生成HT计划。在一个实例中，HT计划基于诸如MR、CT、US和/或其它成像数据的成像数据来生成，并且包括诸如HIFU换能器的放置、换能器元件的控制(例如，控制加热深度和加热区的尺寸)、加热持续时间、使用的温度、目标区等的信息。创建HIFU计划的范例在2013年2月21日递交的题为“CT-HIFU system and/ormethod”的美国专利申请公开US2015/0011875A1中进行了描述，通过引用将其整体并入本文。
HT温度和持续时间监测系统128被配置为监测HT期间和/或之后的目标组织的温度、热递送的持续时间等。在一个实例中，HT温度和持续时间监测系统128基于诸如MR、US、CT和/或其他成像数据的成像数据来监测温度。在一个实例中，HT温度和持续时间监测系统128在体素基础上监测温度。在其他实例中，HT温度和持续时间监测系统128在体素的组基础上监测温度，诸如感兴趣区域(ROI)和/或轮廓的温度。
在Wyatt的“Hyperthermia MRI Temperature Measurement：Evaluation ofMeasurement Stabilization Strategies for Extremity and Breast Tumors”(Int JHyperthermia，25(6)、第422-433页(2009年))中讨论了一种范例基于MR温度测定的方法。在2006年7月12日递交的题为“Ultrasound monitoring and feedback for magnetichyperthermia”的美国专利申请公开US 20090312637 A1中描述了一种范例基于US温度测定的方法，通过引用将其整体并入本文。2013年4月26日递交的题为“ImagingThermometry”的国际专利申请公开WO2013164746 A1中描述了一种范例基于CT温度测定的方法，通过引用将其整体并入本文。
辐射处置规划器124创建辐射处置计划，包括质子治疗计划、低分次RT计划和/或其他计划。为了简洁起见，以下将结合RT计划进行讨论。如下面更详细描述的，在一个实例中，这包括基于TER值和对应的ROI或轮廓来调整非HT RT计划(在不存在HT的情况下的RT计划)，以构建经HT调整的RT计划和/或基于TER值和相应的ROI或轮廓初始构建HT RT计划。辐射处置规划器124被配置为对于顺序HT和RT递送和同时HT和RT递送两者都这样做。对于顺序HT和RT递送，HT RT计划能够考虑热递送之后的已加热的组织的冷却。相对于没有HT的分次RT计划，得到的HT RT计划允许较低剂量处的低分次RT，同时提供与没有HT的分次RT计划相同的生物效应。例如，本文描述的方法可以将常规分次RT处置压缩至更短的处置跨度而不增加正常组织损伤的风险。
辐射处置规划器124能够经由执行计算机可读指令的处理器(例如，微处理器、中央处理单元、控制器等)来实施，所述计算机可读指令被编码在诸如物理存储器设备的非暂态计算机可读存储介质上。计算机可读指令还可以由载波器、信号和/或其他暂态介质承载。辐射处置规划器124示出为与图1中的RT控制台122分离。在另一实施例中，辐射处置规划器124是RT控制台122的部分。在又一实施例中，辐射处置规划器124跨RT控制台122和不是RT控制台122的部分的至少一个其他计算设备分布。
图2-5图示了辐射处置规划器124的非限制性范例。
在图2中，辐射处置规划器124包括生成非HT RT计划的RT计划生成器202。在2001年12月13日申请的题为“Radiation therapy planning and follow-up system withlarge bore nuclear and magnetic resonance imaging or large bore ct andmagnetic resonance imaging”的美国专利申请20130267830A1中描述了一种用于生成非HT RT的范例系统，通过引用将其整体并入本文。
TER确定器204基于监测的温度和加热持续时间、组织类型等确定针对每个感兴趣体素和/或每组感兴趣体素(例如，ROI或轮廓)的TER。在该范例中，TER校准表206被预定并将温度和持续时间映射为TER值。通常，较高的TER意味着在HT存在下需要较低的RT剂量以实现相同的生物效应。
RT计划适配器208基于TER和加热的组织调整非HT RT计划，以生成经HT调整的RT计划。通常，RT计划在发生主动加热的定位的区域中被调整，并且包括通过TER值缩放非HTRT计划的剂量以生成针对经HT调整的RT计划的HT RT剂量。在变型中，RT计划也可以被调整为降低风险器官的生物效应。在一个实例中，得到的经HT调整的RT计划包括用于目标和紧邻的周围区的较低的剂量，同时在更远离尚未加热的目标的区域中保持原始剂量。
图3图示了图2的辐射处置规划器124的变型。在该变型中，TER确定器204基于TER算法来计算TER值。在Overgaard的“Formula to Estimate the Thermal EnhancementRatio of a Single Simultaneous Hyperthermia and Radiation Treatment”(AcruRadiologica Oncology 23(1984)Fusc.2-3)中讨论了范例算法。
图4图示了图2的辐射处置规划器124的变型，其中，非HT RT计划不是首先生成然后被调整，而是相反，由RT计划生成器202使用来自TER校准表206的TER值直接生成经HT调整的RT计划。
图5图示了图3的辐射处置规划器124的变型，其中，非HT RT计划不是首先生成然后被调整，而是相反，由RT计划生成器202使用计算的TER值直接生成经HT调整的RT计划。
图6-8图示了用于基于TER值生成经HT调整的RT计划的非限制性方法。
在图6中，通过调整先前生成的非HT RT计划，来创建用于顺序HT和RT递送的经HT调整的RT计划。
在602处，生成非HT RT计划。
在604处，生成HT计划。
在606处，HT热递送系统126基于HT计划向目标区域递送热。
在608处，与动作606同时，温度和持续时间监测系统128监测HT递送温度和加热持续时间。
在610处，基于温度和加热持续时间计算TER。
在612处，如本文所述的、和/或以其他方式基于TER和加热的区域调整非HT RT计划，以生成经HT调整的RT计划。
在614处，由RT控制台122采用经HT调整的RT计划来控制辐射递送。
在图7中，通过直接创建经HT调整的RT计划创建用于顺序HT和RT递送的经HT调整的RT计划，而不需要先前生成的RT计划。
在702处，生成HT计划。
在704处，HT热递送系统126基于HT计划向目标区域递送热。
在706处，与动作606同时，温度和持续时间监测系统128监测HT递送温度和加热持续时间。
在708处，基于温度和加热持续时间计算TER。
在710处，如本文所述的和/或以其他方式基于TER和加热的区域生成经HT调整的RT计划，以生成经HT调整的RT计划。
在712处，由RT控制台122采用HT RT计划来控制辐射递送。
在图8中，创建用于同时HT和RT递送的经HT调整的RT计划，并且如果需要，之后基于HT递送进行调节。
在802处，生成非HT RT计划。
在804处，生成HT计划。
在806处，基于规划温度和热递送持续时间来计算TER。
在808处，基于TER和感兴趣组织调整非HT RT计划，以生成经HT调整的RT计划。
在810处，根据经HT调整的RT计划的辐射和热递送和HT计划同时发生。
在812处，与动作810同时，温度和持续时间监测系统128监测HT递送温度和加热持续时间。
在814处，将监测的温度与规划温度进行比较。应该认识到，热递送可以偏离计划，例如由于组织运动等的需要。
如果监测的温度偏离规划温度多于预定容限，则温度和持续时间监测系统128向RT控制台122传达信号，所述信号使控制台122终止或暂停辐射递送，并且重复动作804至814，其中，计算新的TER。备选地，经HT调整的RT计划被动态调节，例如，基于热递送的预测性变化。如果监测的温度在容限内，则重复动作810至814。
图9图示了用于选择性地创建结合顺序RT和HT递送的HT计划的方法。
在902处，生成非HT RT计划。
在904处，根据非HT RT计划递送辐射。
在906处，与动作904同时，跟踪组织运动。这能够经由实时超声和/或以其他方式实现。在于2013年9月17日递交的、申请序列号为PCT/IB2013/058588、公开号为WO2014096993 A1、题为“Real-time adaptive dose computation radiation therapy”的申请中描述了一种非限制性范例，通过引用将其整体并入本文。
在908处，与动作904和906同时，测量被递送到所述区域的剂量。在于2013年9月17日递交的、申请号为PCT/IB2013/058588、公开号为WO2014096993 A1、题为“Real-timeadaptive dose computation radiation therapy”的申请中描述了一种非限制性范例。
在910处，基于非HT RT计划和测量的剂量来确定ROI是否剂量不足(underdosed)。
如果确定了ROI为剂量不足，则在912处创建HT计划，在914处根据HT计划递送热，并且重复动作904-910。
如果确定ROI并非剂量不足，则重复步骤904-910。
本文的方法可以通过编码或嵌入在计算机可读存储介质上的计算机可读指令来实施，所述计算机可读指令在由(一个或多个)计算机处理器执行时使所述(一个或多个)处理器执行所描述的动作。额外地或备选地，计算机可读指令中的至少一个由信号、载波或其他暂态介质承载。
已经参考优选实施例描述了本发明。在阅读和理解前面的详细描述时，其他人可能会想到修改和变化。本发明旨在被构造为包括所有这样的修改和变化，只要其落入权利要求或其等价方案的范围内。

Claims (10)

1.一种放射治疗系统，包括：
辐射处置规划器(124)，其被配置为基于热增强比来生成针对感兴趣组织的经热疗调整的辐射治疗计划；
辐射治疗系统(100)，其被配置为根据所述经热疗调整的辐射治疗计划来递送辐射；
热疗热递送系统(126)，其被配置为根据热疗计划来递送热；以及
热疗温度和持续时间监测系统(128)，其被配置为监测所述感兴趣组织的温度和热递送的持续时间，
其中，所述辐射治疗系统被配置为在所述热疗热递送系统递送所述热之后和/或与所述热疗热递送系统递送所述热同时地递送所述辐射，
其中，所述辐射处置规划器被配置为基于所述感兴趣组织的所述温度和所述热递送的所述持续时间来确定所述热增强比，并且基于所述热增强比和所述感兴趣组织来生成所述经热疗调整的辐射治疗计划。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述辐射治疗系统被配置为在所述热疗热递送系统递送所述热之后递送所述辐射，并且
其中，所述辐射处置规划器在所述热被递送至所述感兴趣组织之前生成非热疗辐射治疗计划，监测所述感兴趣组织的温度和所述热递送的持续时间，基于所述感兴趣组织的所述温度和所述热递送的所述持续时间来确定所述热增强比，并且通过基于所述热增强比和所述感兴趣组织调整所述非热疗辐射治疗计划来生成所述经热疗调整的辐射治疗计划。
3.根据权利要求1所述的系统，
其中，所述辐射治疗系统被配置为与所述热疗热递送系统递送所述热同时地递送所述辐射，
其中，所述辐射处置规划器被配置为：
生成非热疗辐射治疗计划，
基于所述感兴趣组织的规划温度和所述热递送的规划持续时间来生成所述热增强比，
通过基于所述热增强比和所述感兴趣组织调整所述非热疗辐射治疗计划来生成所述经热疗调整的辐射治疗计划。
4.根据权利要求3所述的系统，
其中，所述辐射处置规划器被配置为：
将所监测的温度与所述规划温度进行比较，
基于所监测的温度与所述规划温度之间的偏差来确定递送的HT模式，
基于所述递送的HT模式来确定第二热增强比，并且
基于所述第二热增强比和所述感兴趣组织来生成第二经热疗调整的辐射治疗计划，并且
其中，所述辐射治疗系统被配置为根据所述第二经热疗调整的辐射治疗计划来递送辐射，并且
所述热疗热递送系统被配置为根据所述第二经热疗调整的辐射治疗计划来递送热。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，
所述辐射处置规划器被配置为生成针对所述感兴趣组织的非热疗辐射治疗计划，并且
所述辐射治疗系统被配置为根据所述非热疗辐射治疗计划来递送辐射，并且
所述放射治疗系统还包括：
运动监测器，其被配置为监测所述感兴趣组织的运动；
辐射剂量确定器，其被配置为确定被施加到所述感兴趣组织的施加的辐射剂量，
其中，所述辐射治疗系统被配置为响应于所述施加的辐射剂量偏离在所述非热疗辐射治疗计划中规划的剂量而生成针对所述感兴趣组织的所述热疗热计划，并且
所述热疗热递送系统被配置为在另外的辐射的递送之前根据所述热疗计划来递送热。
6.一种被编码有计算机可执行指令的非暂态计算机可读介质，所述计算机可执行指令在由处理器运行时使所述处理器：
生成针对感兴趣组织的热疗热计划；
监测所述感兴趣组织的温度和热递送的持续时间；
基于所述感兴趣组织的所述温度和所述热递送的所述持续时间来确定热增强比；
基于所述热增强比和所述感兴趣组织来生成针对所述感兴趣组织的经热疗调整的辐射治疗计划；
控制热源根据所述热疗热计划向所述感兴趣组织递送热；并且
控制辐射治疗系统的辐射源根据所述经热疗调整的辐射治疗计划向所述感兴趣组织递送辐射。
7.根据权利要求6所述的非暂态计算机可读介质，其中，所述计算机可执行指令在由所述处理器运行时还使所述处理器：
生成非热疗辐射治疗计划；并且
通过基于所述热增强比和所述感兴趣组织调整所述非热疗辐射治疗计划来生成所述经热疗调整的辐射治疗计划。
8.根据权利要求6所述的非暂态计算机可读介质，其中，所述计算机可执行指令在由所述处理器运行时还使所述处理器：
生成非热疗辐射治疗计划；
基于所述热疗热计划中的规划温度和热递送的规划持续时间来确定所述热增强比；并且
通过基于所述热增强比和所述感兴趣组织调整所述非热疗辐射治疗计划来生成所述经热疗调整的辐射治疗计划。
9.根据权利要求8所述的非暂态计算机可读介质，其中，所述计算机可执行指令在由所述处理器运行时还使所述处理器：
监测热递送期间所述感兴趣组织的温度和所述热递送的持续时间；
将所监测的温度与所述规划温度进行比较；并且
基于所监测的温度与所述规划温度之间的偏差来确定递送的HT模式；
基于所述递送的HT模式来确定第二热增强比；
基于所述第二热增强比和所述感兴趣组织来生成第二经热疗调整的辐射治疗计划；
控制所述热源根据所述第二热疗热计划向所述感兴趣组织递送热；并且
控制辐射治疗系统的所述辐射源根据所述第二经热疗调整的辐射治疗计划向所述感兴趣组织递送辐射。
10.根据权利要求6所述的非暂态计算机可读介质，其中，所述计算机可执行指令在由所述处理器运行时还使所述处理器：
生成非热疗辐射治疗计划；
控制所述辐射治疗系统的所述辐射源根据非热疗辐射治疗计划向所述感兴趣组织递送辐射；
监测所述感兴趣组织的运动；
监测被施加到所述感兴趣组织的辐射剂量；
响应于所施加的辐射剂量偏离在所述非热疗辐射治疗计划中规划的剂量而生成针对所述感兴趣组织的所述热疗热计划；并且
控制所述热源根据所述热疗热计划向所述感兴趣组织递送热。
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