CN109219469B - 放射治疗系统以及用于放射治疗的控制台 - Google Patents

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Abstract

公开了用于在图像引导放射治疗期间管理患者的感兴趣解剖区域的运动的系统和方法。示例性系统可以包括图像获取装置、放射治疗装置和处理器装置。处理器装置可以被配置成确定感兴趣解剖区域的运动主平面并且确定平行于该主平面的多个2D切片。所述多个2D切片可以限定基本上包围感兴趣解剖区域的3D体积。处理器装置还可以被配置成控制图像获取装置以基于所述多个2D切片获取多个2D图像以及基于至少所获取的多个2D图像的子集来确定感兴趣解剖区域的运动。处理器装置还可以被配置成基于所确定的运动来控制辐射递送。

Description

放射治疗系统以及用于放射治疗的控制台
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年2月8日提交的美国临时申请第62/292,726号的优先权权益，其全部内容通过引用并入本文中。
技术领域
本公开内容总体上涉及放射疗法或放射治疗。更具体地，本公开内容涉及用于在图像引导放射治疗中管理患者运动的系统和方法。
背景技术
放射治疗用于治疗哺乳动物(例如人和动物)组织中的癌症和其他疾病。提供了一种示例性放射治疗，其使用线性加速器(LINAC)，由此通过高能粒子(例如，电子、质子、离子等)照射肿瘤。在放射治疗的过程中，可以使用图像获取装置获取肿瘤和周围组织的图像以提高放射场放置的准确度。例如，图像揭示出的信息可用于补偿由于治疗或者由于患者的移动引起的肿瘤的变化。
可以在治疗环节之前获取图像以确定多个环节之间的肿瘤变化，或者可以在治疗环节期间获取图像以确定例如由于患者的移动而引起的肿瘤变化。磁共振成像(MRI)技术由于其极好的软组织对比度和高分辨率因而可以用于产生这样的图像。然而，MRI图像尤其是三维(3D)MRI图像的获取时间相对较长。例如，可能要花费数分钟才能获得3D MRI图像。如此长的获取时间使得3D MRI不适合在治疗环节期间追踪与肿瘤变化有关的运动。
发明内容
本公开内容的某些实施方式涉及一种放射治疗系统。该放射治疗系统可以包括被配置成获取患者的感兴趣解剖区域的图像的图像获取装置。该放射治疗系统还可以包括被配置成基于感兴趣解剖区域的图像将一定剂量的辐射递送至感兴趣解剖区域的放射治疗装置。该放射治疗系统还可以包括处理器装置。该处理器装置可以被配置成确定感兴趣解剖区域的运动主平面。该处理器装置还可以被配置成确定平行于主平面的多个2D切片。所述多个2D切片可以限定基本上包围感兴趣解剖区域的3D体积。处理器装置还可以被配置成控制图像获取装置以基于所述多个2D切片获取多个2D图像。处理器装置还可以被配置成基于至少所获取的多个2D图像的子集来确定感兴趣解剖区域的运动。此外，处理器装置可以被配置成基于所确定的运动来控制辐射递送。
本公开内容的某些实施方式涉及一种用于在图像引导放射治疗环节期间管理患者的感兴趣解剖区域的运动的方法。该方法可以由放射治疗系统的处理器装置来实现。该方法可以包括确定感兴趣解剖区域的运动主平面。该方法还可以包括确定平行于主平面的多个2D切片。所述多个2D切片可以限定基本上包围感兴趣解剖区域的三维(3D)体积。该方法还可以包括控制图像获取装置以基于多个2D切片获取多个2D图像。该方法还可以包括基于至少所获取的多个2D图像的子集来确定感兴趣解剖区域的运动。此外，该方法可以包括基于所确定的运动来控制放射治疗装置递送辐射。
本公开内容的某些实施方式涉及一种放射治疗系统。该放射治疗系统可以包括被配置成获取患者的感兴趣解剖区域的MRI图像的图像获取装置。该放射治疗系统还可以包括放射治疗装置，该放射治疗装置具有线性加速器(LINAC)并且被配置成基于感兴趣解剖区域的图像将一定剂量的辐射递送至感兴趣解剖区域。该放射治疗系统还可以包括处理器装置。该处理器装置可以被配置成确定感兴趣解剖区域的运动主平面。运动主平面可以包括矢状面、冠状面或横切面。该处理器装置还可以被配置成确定平行于主平面的多个2D切片。所述多个2D切片可以限定基本上包围感兴趣解剖区域的3D体积。所述多个2D切片还可以限定相对于感兴趣解剖区域的多个空间位置。处理器装置还可以被配置成控制图像获取装置以通过重复的进行遍及所述多个2D切片的扫描来获取一系列2D图像。所述一系列2D图像内的每个2D图像可以与多个2D切片中的一个对应。处理器装置还可以被配置成基于至少所述一系列2D图像的子集来构建3D体积的四维(4D)图像。处理器装置可以被配置成接收所述一系列2D图像内对应于第一2D切片的第一2D图像；将第一2D图像插入4D图像中；接收所述一系列2D图像内同样对应于第一2D切片的第二2D图像；并且用第二2D图像替代4D图像中的第一2D图像。处理器装置还可以被配置成在放射治疗环节期间基于在不同时间处的4D图像的3D快照之间的比较来确定感兴趣解剖区域的运动。感兴趣解剖区域的运动可以包括位置变化或变形中的至少一种。此外，处理器装置可以被配置成基于所确定的运动来控制辐射递送，所述控制包括下述至少一个：控制辐射束的选通；控制多叶准直器(MLC)的修改；或者控制患者支承系统的移动。
本公开内容的另外的目的和优点将部分地在以下详细描述中阐述，并且部分地将根据描述而变得明显或者可以通过实践本公开内容而获知。借助于所附权利要求书中特别指出的元素和组合将会实现和达到本公开内容的目的和优点。
前面的总体描述和以下详细描述仅是示例性和说明性的，而并非是限制性的。
附图说明
构成本说明书的一部分的附图示出了若干实施方式，并且与描述一起用于说明所公开的原理。
图1示出了根据本公开内容的一些实施方式的示例性放射治疗系统。
图2示出了根据本公开内容的一些实施方式的示例性图像引导放射治疗装置。
图3是示出根据本公开内容的一些实施方式的示例性的感兴趣解剖区域的示例性图像。
图4示出了根据本公开内容的一些实施方式的示例性运动主平面和示例性2D切片。
图5示出了根据本公开内容的一些实施方式的另一组示例性2D切片。
图6A示出了根据本公开内容的一些实施方式的构建4D图像的示例性过程以及基于4D图像确定运动的示例性过程。
图6B示出了根据本公开内容的一些实施方式的用于减少“渗出”效果的示例性图像获取过程。
图7示出了根据本公开内容的一些实施方式的基于对2D图像的比较来确定运动的示例性过程。
图8是根据本公开内容的一些实施方式的在图像引导放射治疗环节期间管理患者的感兴趣解剖区域的运动的示例性方法的流程图。
具体实施方式
参照附图来描述示例性实施方式。在任何方便的情况下，在整个附图中使用相同的附图标记来指代相同或相似的部分。尽管在本文中描述了所公开的原理的示例和特征，但是在不脱离所公开的实施方式的精神和范围的情况下修改、调整和其他实现方式也是可能的。此外，词语“包括”、“具有”、“包含”和“含有”以及其他类似形式旨在含义等同并且被解释为开放式的，原因在于，在这些词语中的任何一个之后的一项或多项并不意味着是这样的一项或多项的穷举列表，也不意味着仅限于列出的一项或多项。而且，单数形式旨在包括复数含义，除非上下文另有明确指示。
与本公开内容一致的系统和方法涉及图像引导放射治疗或放射疗法(IGRT)。如本文所使用的，术语“放射疗法”、“放射治疗”和“放射肿瘤学”可互换使用。IGRT是指在放射治疗过程期间使用频繁的2D或3D成像来指导放射治疗的技术。IGRT技术可以用于提高辐射场放置的准确度并且减少放射治疗期间健康组织的暴露。
图1示出了根据本公开内容的一些实施方式的示例性放射治疗系统100。放射治疗系统100可以是IGRT系统。如图1所示，放射治疗系统100可以包括控制台110、数据库120、放射治疗装置130和图像获取装置140。在一些实施方式中，可以将放射治疗装置130以及图像获取装置140与单个图像引导放射治疗装置150集成在一起，如图1中的虚线框150所示。在一些实施方式中，放射治疗装置130和图像获取装置140可以是分离的装置。在一些实施方式中，可以将放射治疗装置130和图像获取装置140物理地或通信地彼此连接，如图1中的放射治疗装置130与图像获取装置140之间的点划线所示。
控制台110可以包括硬件和软件组件，所述硬件和软件组件用于控制放射治疗装置130和图像获取装置140并且/或者执行涉及放射治疗过程中的功能或操作例如治疗规划、治疗执行、图像获取、图像处理、运动追踪、运动管理或其他任务。硬件组件可以包括一个或更多个计算机(例如，通用计算机、工作站、服务器、终端、便携/移动装置等)；处理器装置(例如，中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、微处理器、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、专用或专门设计的处理器等)；存储器/存储装置(例如，只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、闪速存储器、硬盘驱动器、光盘、固态驱动器(SSD)等)；输入装置(例如，键盘、鼠标、触摸屏、麦克风、按钮、旋钮、跟踪球、控制杆、手柄、操纵杆等)；输出装置(例如，显示器、打印机、扬声器、振动装置等)；电路系统；印刷电路板(PCB)；或者其他合适的硬件。软件组件可以包括操作系统软件、应用软件等。例如，如图1所示，控制台110可以包括可以存储在控制台110的存储器/存储装置中的治疗规划/递送软件115。软件115可以包括计算机可读且可执行的代码或指令。控制台110的处理器装置可以通信地连接至存储有软件115的存储器/存储装置以访问并执行代码或指令。代码或指令的执行可能使处理器装置执行操作以实现与所公开的实施方式一致的一个或更多个功能。
控制台110可以通信地连接至数据库120以访问数据。在一些实施方式中，数据库120可以使用本地的硬件装置例如控制台110附近的一个或更多个硬盘驱动器、光盘和/或服务器来实现。在一些实施方式中，数据库120可以在相对于控制台110远程定位的数据中心或服务器中实现。控制台110可以通过有线或无线通信来访问存储在数据库120中的数据。
数据库120可以包括患者数据122。患者数据可以包括下述信息，如：与患者相关联的成像数据(例如，MRI、CT、X射线、PET、SPECT等)；感兴趣的解剖区域、器官或体积分割数据；功能性器官建模数据(例如，连续器官与平行器官，以及适当的剂量响应模型)；辐射剂量数据(例如，可以包括剂量-体积直方图(DVH)信息)；实验室数据(例如，血红蛋白、血小板、胆固醇、甘油三酯、肌酸酐、钠、葡萄糖、钙、重量)；生命体征(血压、体温、呼吸频率等)；基因组数据(例如遗传图谱)；人口统计学特征(年龄、性别、种族等)；影响患者的其他疾病(例如心血管疾病、呼吸系统疾病、糖尿病、辐射超敏反应综合症等)；药物和药物反应；饮食和生活方式(例如，吸烟还是不吸烟)；环境风险因素；肿瘤特征(组织学类型、肿瘤分级、激素和其他受体状态、肿瘤大小、血管细胞类型、癌症分期、Gleason评分等)；以前的治疗(例如，手术、放疗、化疗、激素治疗等)；淋巴结和远处转移状态；遗传/蛋白质生物标志物(例如，MYC、GADD45A、PPM1D、BBC3、CDKN1A、PLK3、XPC、AKT1、RELA、BCL2L1、PTEN、CDK1、XIAP等)；单核苷酸多态性(SNP)分析(例如，XRCC1、XRCC3、APEX1、MDM2、TNFR、MTHFR、MTRR、VEGF、TGFβ、TNFα等)等。
数据库120可以包括机器数据124。机器数据124可以包括与放射治疗装置130、图像获取装置140或与放射治疗相关的其他机器相关联的信息，例如辐射束大小、弧位置、开/关持续时间、坐标系、多叶准直器(MLC)配置、MRI脉冲序列等。
图像获取装置140可以提供患者的医学图像。例如，图像获取装置140可以提供一个或更多个MRI图像(例如，2D MRI、3D MRI、2D流式MRI、4D体积MRI、4D电影MRI)；计算机断层扫描(CT)图像；锥束CT图像；正电子发射断层扫描(PET)图像；功能性MRI图像(例如，fMRI、DCE-MRI、扩散MRI)；X射线图像；荧光镜像；超声图像；放射治疗射野图像；单光子发射计算机断层扫描(SPECT)图像；等。因此，图像获取装置140可以包括MRI成像装置、CT成像装置、PET成像装置、超声成像装置、荧光检查装置、SPECT成像装置或者用于获得患者的医学图像的其他医学成像装置。
放射治疗装置130可以包括Leksell伽玛刀、LINAC或者能够以可控方式将辐射递送至患者的感兴趣解剖区域的其他合适的装置。
图2示出了根据本公开内容的一些实施方式的示例性图像引导放射治疗装置150。装置150包括床210、与图像获取装置140对应的图像获取部以及与放射治疗装置130对应的辐射递送部。
床210可以用于在治疗环节期间支承患者(未示出)，并且也可以将其称为患者支承系统。床210可以沿着水平的平移轴(标记为“I”)移动，使得搁置在床210上的患者可以移入和/或移出装置150。在一些实施方式中，床210可以围绕横向于平移轴的中央竖直旋转轴旋转。床210可以被机动化以在多个方向上移动并且沿多个轴旋转从而根据治疗计划适当地定位患者。
图像获取装置140可以包括用于在治疗环节之前、期间和/或之后获取患者的2D或3D MRI图像的MRI机器。图像获取装置140可以包括磁体146，用于生成用于磁共振成像的主磁场。由磁体146的操作生成的磁场线可以基本上平行于中心平移轴I延伸。磁体146可以包括其轴线平行于平移轴I延伸的一个或更多个线圈。在一些实施方式中，磁体146中的一个或更多个线圈可以间隔开，使得磁体146的中心窗147处没有线圈。在其他实施方式中，磁体146中的线圈可以足够薄或具有降低的密度，使得它们对放射治疗装置130生成的波长的辐射基本上是透射的。图像获取装置140还可以包括一个或更多个有源屏蔽线圈，其可以在磁体146外部生成具有大致相等的幅度和相反的极性的磁场以消除磁体146外部的磁场。放射治疗装置130的辐射源134可以定位在磁场被消除的区域(至少是被消除至一阶磁场的区域)中。
图像获取装置140还可以包括两个梯度线圈148和149，其可以生成叠加在主磁场上的梯度磁场。线圈148和149可以在合成磁场中生成梯度，该梯度允许对质子进行空间编码以使得可以确定质子的位置。梯度线圈148和149可以被定位成与磁体146围绕公共中心轴，并且可以沿着该中心轴彼此移位。该移位可以在线圈148与149之间产生间隙或窗。在磁体146还包括在线圈之间的中心窗147的实施方式中，两个窗可以彼此对准。
放射治疗装置130可以包括辐射源134，例如X射线源或线性加速器，以及多叶准直器(MLC)132。放射治疗装置130可以安装在底架138上。当床210被插入治疗区域时，可以由一个或更多个底架马达提供电力以使底架138能够围绕床210连续旋转。如果期望，辐射检测器也可以安装在底架138上，优选地与辐射源134相对并且将底架138的旋转轴定位在辐射源134与检测器之间。放射治疗装置130的控制电路系统可以集成在装置150内或者远离装置150，并且在功能上由图1中的控制台110表示。
在放射治疗环节期间，患者可以被定位在床210上，床210可以被插入由磁线圈146、148、149和底架138限定的治疗区域中。控制台110可以控制辐射源134、MLC 132和底架马达以通过线圈148与149之间的窗向患者递送辐射。
图3是示出根据本公开内容的一些实施方式的示例性感兴趣解剖区域的示例性图像300。如本文所使用的，感兴趣解剖区域可包括器官、危及器官(OAR)、肿瘤、周围组织、放射治疗靶、等中心点或与放射疗法相关的任何其他解剖结构。图像300是平行于矢状面的、患者下腹部区域的2D MRI图像。如本文所使用的，矢状面是与矢状缝平行的平面，其将身体分为左侧部分和右侧部分；冠状面(也称为额状面)将身体分为背侧部分和腹侧部分(背部和前部，或者后部和前部)；横切面将身体分为颅侧部分和尾侧部分(上部和下部，或头部和尾部)。图像300包括由轮廓305指示的感兴趣解剖区域-患者的前列腺的图像。轮廓305可以使用图像配准和/或图像分割技术来获得。在放射治疗环节期间，前列腺的位置、大小和/或形状可能改变。例如，可能由于例如放松或膀胱充盈导致前列腺相对缓慢地移动。可能由于例如排气或咳嗽导致前列腺偶尔经历相对快速的移动。也可能由于癌细胞的变形或减少导致前列腺的形状/大小改变。如本文所使用的，感兴趣解剖区域的位置、形状或大小的变化通常被称为感兴趣解剖区域的运动。在另一示例中，子宫颈可以以类似于前列腺的方式移动。本文中公开的成像技术使得能够在辐射递送环节期间准确地捕获感兴趣解剖区域的一个或更多个运动。感兴趣解剖区域可以包括前列腺、子宫颈、子宫、直肠、膀胱、阴茎球、乳房肿瘤切除术腔、肿瘤、结节等。
在一些实施方式中，感兴趣解剖区域(例如前列腺)的运动可以主要沿后/前和上/下方向，而沿左/右方向的运动可能是无关紧要的。在这种情况下，可以将矢状面定义为运动主平面。在一些实施方式中，例如在治疗患有前列腺癌的患者时，对于不同患者可以将运动主平面确定为相同的，例如确定为矢状面。在一些实施方案中，例如在治疗患有肝癌的患者时，运动主平面可以取决于患者，并且可以基于个体患者的感兴趣解剖区域的图像来确定。
图4示出了根据本公开内容的一些实施方式的示例性运动主平面400和示例性2D切片。参照图4，运动主平面400可以由控制台110例如基于感兴趣解剖区域的类型、治疗计划、感兴趣解剖区域的医学图像等来确定。例如，对于治疗前列腺癌而言可以将矢状面确定为运动主平面400。然后，控制台110可以确定平行于运动主平面400的多个2D切片，例如，切片412、414、416和418。所述多个2D切片可以限定基本上包围感兴趣解剖区域420例如前列腺的3D体积410。每个2D切片可以具有有限的厚度T。两个相邻切片之间的距离可以是L。限定3D体积410的所述多个2D切片可以由它们在体积410的前表面(例如，垂直于平面400的表面)上的2D投影来表示。2D投影被表示为投影411。如图4所示，投影411可以表示厚度T、距离L以及任何特定切片(例如，可以用投影411中的阴影块来代表由四个小箭头表示的切片418)。
所述多个2D切片可以限定相对于感兴趣解剖区域420的多个空间位置。例如，2D切片可以指示在放射治疗环节期间由图像获取装置140获取的多个2D图像的空间位置。切片的厚度可以指示2D图像沿垂直于运动主平面的方向(例如，当运动主平面是矢状面时，垂直于矢状面的方向为左/右方向)的分辨率。在图像获取的过程期间，可以获取与2D切片对应的图像(例如，获取由切片限定的空间位置处的图像)。这些图像可以用于在放射治疗环节期间确定感兴趣解剖区域420的运动。
在图4中，两个相邻切片之间的距离L(例如，在两个切片的中心之间测量的距离)与厚度T相同，表明这两个切片(例如，412和416)彼此紧邻且彼此之间没有间隙。这种布置的优点在于，所述多个切片可以覆盖整个3D体积410。然而，当与顺序扫描结合时，在相邻切片之间不留间隙可能导致“渗出(bleeding)”效果，其中，在前一次切片中受激的组织在下一相邻切片的获取开始之前可能没有足够的时间来放松至平衡。因此，下一相邻切片可能会受到前一切片的未充分放松的影响。通过在两个相邻切片之间留间隙可以减轻渗出效果。此外，在两个相邻切片之间留间隙还可以提高获取速度。图5示出了五个切片的示例性布置。两个相邻切片之间的距离L大于每个切片的厚度T。因此，在相邻切片之间形成有小间隙。
图6A示出了根据本公开内容的一些实施方式的构建4D图像的示例性过程以及基于4D图像确定运动的示例性过程。在图6A中，左列指示由图像获取装置140随时间获取的图像，右列指示基于所获取的图像构建的4D图像(3D加时间，也称为3D电影图像)。图6A所示的示例使用与图4中相同的切片布置，但是为了简洁使用数字1、2、3、4来指示切片412、414、416和418。在图像获取期间，控制台110可以控制图像获取装置140顺序地(例如，一次一个图像地)获取一系列2D图像，每个2D图像对应于这些切片中的一个。在一些实施方式中，控制台110可以控制图像获取装置140以进行遍及这些切片的扫描(例如，逐个地或者一个接一个地)。例如，如图6A所示，在第一时间点A1处，图像获取装置140可以获取与切片1对应的2D图像，如左列的第一行中的阴影框所示。当2D图像示出了在与切片1限定的位置相同位置处的解剖结构时该2D图像与切片1对应。然后，可以将所获取的2D图像存储在4D图像的与切片1对应的空位(slot)1处。
在时间点A2处，控制台110可以控制图像获取装置140来获取本次与切片2对应的另一2D图像。然后可以将所获取的2D图像存储在4D图像的与切片2对应的空位2处。类似地，在时间点A3和A4处，可以获取分别与切片3和切片4对应的2D图像并将其分别存储在空位3和空位4中。
在填充了4D图像的所有4个空位之后，可以获得该4D图像的快照。如本文所使用的，4D图像的快照是指在特定时间点由多个2D图像组成的3D体积图像。另一方面，4D图像可以被视为包括一系列快照的时间演变3D体积图像。3D体积图像或快照可以由多个2D切片(例如图4所示的切片)来限定。换句话说，快照可以包括以与切片相同的方式布置的多个空位并且覆盖与体积410基本相同的3D空间。每个空位可以用由图像获取装置140在由对应切片限定的空间位置处获取的2D图像来填充。在一些实施方式中，对2D图像的获取可以是实时的或接近实时的。例如，2D图像的获取时间可以小于200毫秒。
在一些实施方式中，一旦获得初始快照(例如，在时间点A4处)，则可以随时间不断引入4D图像。这可以通过重复地进行遍及2D切片的扫描并且随着新数据到达而更新4D图像的对应空位来实现。例如参照图6A，在时间点B1处，图像获取装置140可以获取(例如，在新扫描中)与切片1对应的新2D图像(由交叉线阴影框指示)。该新2D图像可以被存储在或插入4D图像的空位1中以替代先前获取的2D图像。类似地，在时间点B2、B3和B4处，可以获取与切片2、3和4对应的新2D图像并将其分别插入空位2、3和4中以替代它们各自的旧数据。
当在任何空位中新数据替代了旧数据时，4D图像被刷新。当所有空位都已用新数据更新时，4D图像将被完全刷新。刷新时间是指刷新4D图像所需的持续时间。对于单个空位刷新而言，刷新时间可以接近于2D图像的获取时间。对于完全刷新而言，刷新时间可以取决于单个2D图像的获取时间和4D图像内包含的空位的数目。
在图6A中，B4处的快照完全刷新A4处的快照。如果在时间段B4-A4期间发生感兴趣解剖区域的运动，则可以通过在B4处的快照捕获该运动。控制台110可以通过将B4处的快照与A4处的快照进行比较来确定运动(由圆圈中的M指示)。如果比较获得了感兴趣解剖区域的位置、大小或形状的任何差异，则可以指示发生了运动。可以使用各种方法来比较3D快照，包括3D刚性或可变形配准、一个或更多个解剖结构的3D分割等。
对于一个快照完全刷新另一快照的两个快照的比较可以适合于捕获相对慢的运动，例如由于放松或膀胱充盈导致的前列腺运动。对于较快的运动，例如由于排气或咳嗽导致的前列腺运动，控制台110可以将其中一个快照仅部分地刷新另一快照的两个快照进行比较，(例如，将B2处的快照与A4处的快照进行比较)。
如上所述，顺序地获取2D图像(例如图6A所示的方法)可能导致渗出效果——前一相邻切片可能仍然被部分地激发并因此渗入下一切片。在一些实施方式中，渗出效果可能不显著因而可以使用顺序获取。在其他实施方式中，可以使用非顺序获取以减少或消除渗出效果。例如，图6B示出了用于减少渗出效果的示例性2D图像获取方法。在图6B中，使用包括8个切片的体积来说明获取序列。为了减少相邻切片之间的渗出效果，可以每隔一个切片获取2D图像。例如，图6B示出了逐个地获取切片1、3、5和7，然后逐个地获取切片2、4、6和8的示例。因为在连续获取的切片之间存在空间间隙(例如，一个切片)，因此可以减少或者甚至防止渗出效果。然而图6B仅示出了非顺序获取的一个示例，可以使用任何合适或类似的获取方法。例如，代替首先获取奇数编号的切片然后获取偶数编号的切片，可以在获取奇数编号的切片之前先获取偶数编号的切片。在另一示例中，连续获取的切片之间的间隙可以包括一个、两个或更多个切片。在一些实施方式中，可以以随机顺序获取切片。如本文所使用的，顺序地或非顺序地遍历体积中的所有2D切片被称为扫描(sweep)。因此，遍及2D切片的扫描包括顺序地扫描和非顺序地扫描两种。
一旦以非顺序方式获取了2D图像，则可以与以上结合图6A描述的方法类似地将它们插入4D图像内包含的对应空位中。
在一些应用中，也可以在并行流中单独处理2D图像以捕获快速运动。图7示出了这种处理的示例性实现方式。图7示出了图6A的一部分加上缓冲和比较并行流。例如，在时间点B2处，与图6A中相同，获取与切片2对应的图像并将其在空位2处插入4D图像中。此外，可以将该图像存储在缓冲器C中以指示出当前获取的图像。可以将当前获取的图像与对应于同一切片的较早的2D图像(例如，上一次获取的2D图像)进行比较。例如，可以在时间点B1处将缓冲器C中存储的图像与4D图像的空位2中存储的图像进行比较。比较结果可以指示在从B1至B2的时间段期间是否发生运动。类似地，在时间点B3处，可以获取当前获取的图像——与切片3对应的图像，将其存储在缓冲器C中并且与在时间点B2处存储在4D图像的空位3中的图像进行比较。图7所示的过程基于部分刷新的4D图像来追踪运动，并且可以用于捕获快速运动。在一些实施方式中，该方法可以与图6A所示的基于完全刷新的4D图像来跟踪运动的方法结合使用。
一旦检测到运动，控制台110可以执行各种操作以补偿该运动。例如，如果某个运动超过了阈值，则控制台110可以控制放射治疗装置130对辐射束进行选通。在另一示例中，控制台110可以修改多叶准直器(MLC)的配置以改变束的形状。在另一示例中，控制台110可以移动患者支承系统210以将感兴趣解剖区域与辐射束230的等中心重新对准。也可以改变其他操作或治疗参数。
图8是根据本公开内容的一些实施方式的在图像引导放射治疗环节期间管理患者的感兴趣解剖区域的运动的示例性方法800的流程图。方法800包括多个步骤，其中一些步骤可以是可选的。
在步骤810中，控制台110可以确定感兴趣解剖区域(例如，420)的运动主平面(例如，平面400)。在一些实施方式中，可以基于感兴趣解剖区域的类型来确定运动主平面。例如，对于前列腺治疗而言，可以将矢状面确定为针对不同患者的运动主平面。在一些实施方式中，运动主平面可以取决于患者。例如，对于肝脏治疗，可以基于对患者的医学图像的分析来确定运动主平面。
在步骤820处，控制台110可以确定平行于主平面的多个2D切片(例如，切片412、414、416和418)。2D切片可以限定基本上包围感兴趣解剖区域(例如，420)的3D体积(例如，410)。2D切片可以限定相对于感兴趣解剖区域的多个空间位置。例如，2D切片可以限定在放射治疗环节期间待由图像获取装置140获取的图像的位置。
在步骤830处，控制台110可以控制图像获取装置140以基于切片获取多个2D图像。例如，如图6A所示，可以从一个切片到另一切片顺序地获取图像。在另一示例中，如图6B所示，可以以非顺序方式获取图像。在扫描了(顺序地或非顺序地)所有切片之后，图像获取装置140可以重复扫描以逐片地连续地获取图像。在一些实施方式中，当使用顺序扫描时，扫描可以总是从切片1至切片N(在共有N个切片的情况下)。这种扫描方式可以称为正向顺序扫描。在一些实施方式中，顺序扫描可以始终从切片N至切片1——反向顺序扫描。在一些实施方式中，顺序扫描可以是来回的(例如，从1至N然后回到1等)。也可以使用其他扫描方式，例如非顺序扫描(例如，奇数然后偶数、偶数然后奇数、随机等)。
在步骤840处，控制台110可以基于至少所获取的2D图像的子集来构建4D图像。例如，如图6A所示，可以通过接收2D图像并将其插入对应的空位来构建4D图像。如果在特定空位处存在旧的图像数据，则可以用新数据替代旧数据。由于新2D图像被获取并被插入，所以3D图像可以随时间演变。
在步骤850处，控制台110可以基于在不同时间处的4D图像的3D快照之间的比较来确定感兴趣解剖区域的运动。例如，可以基于完全刷新的4D图像(例如，图6A)或部分刷新的4D图像(例如，图7)来执行比较。感兴趣解剖区域的运动可以包括位置、大小或形状的变化。
作为步骤860，控制台110可以基于所确定的运动来控制辐射递送。例如，可以改变各种操作和/或治疗参数以补偿运动，包括控制辐射束的选通、修改MLC、移动患者支承系统210等。
本文描述了各种操作或功能，其可以被实现或限定为软件代码或指令。这样的内容可以是能够直接执行的(“对象”或“可执行”形式)、源代码或差异代码(“增量”代码或“补丁”代码)。本文描述的实施方式的软件实现可以经由其上存储有代码或指令的制品或者经由操作通信接口以通过通信接口发送数据的方法来提供。机器或计算机可读存储介质可以使机器执行所描述的功能或操作，并且包括以机器(例如，计算装置、电子系统等)可访问的形式存储信息的任何机构，例如可记录/非可记录介质(例如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁盘存储介质、光存储介质、闪存装置等)。通信接口包括：以硬连线、无线、光学等中的任一个与介质接口以与另一装置通信的任何机构，例如存储器总线接口、处理器总线接口、因特网连接、磁盘控制器等。可以通过提供配置参数和/或发送信号来配置通信接口，以使通信接口准备提供描述软件内容的数据信号。可以经由发送至通信接口的一个或更多个命令或信号来访问通信接口。
本公开内容还涉及用于执行本文中的操作的系统。该系统可以是针对所需目的而专门构建的，或者其可以包括由计算机中存储的计算机程序选择性地启动或重新配置的通用计算机。这样的计算机程序可以被存储在计算机可读存储介质中，例如但不限于：包括软盘、光盘、CDROM和磁光盘的任何类型的盘；只读存储器(ROM)；随机存取存储器(RAM)；EPROM；EEPROM；磁卡或光卡；或适于存储电子指令的任何类型的均耦接至计算机系统总线的介质。
除非另外指明，否则本文中示出和描述的实施方式中的操作的执行或实现的顺序不是必需的。也就是说，除非另外指明，否则操作可以以任何顺序执行，并且实施方式可以包括比本文中公开的操作更多或更少的操作。例如，预期在另一操作之前、同时或之后执行或实现特定操作在本发明的各方面的范围内。
实施方式可以利用计算机可执行指令来实现。计算机可执行指令可以被组织成一个或更多个计算机可执行组件或模块。可以利用任何数目和组织的这样的组件或模块来实现这些实施方式。例如，本公开内容的各方面不限于在附图中示出并且在本文中描述的特定的计算机可执行指令或特定的组件或模块。其他实施方式可以包括具有比本文所示出和描述的功能更多或更少的功能的不同的计算机可执行指令或组件。
在介绍本公开内容的各方面或其实施方式的元素时，单数形式旨在表示存在一个或更多个这样的元素。术语“包括”、“包含”和“具有”旨在是包含性的并且表示可以存在除所列元素之外的附加元素。
已经详细描述了本公开内容的各方面，将明显的是，在不脱离如所附权利要求书中限定的本公开内容的各方面的范围的情况下，可以进行修改和变型。由于在不脱离本公开内容的各方面的范围的情况下可以对上述结构、产品和方法进行各种改变，所以意图在于上述描述中包含的和附图中所示的所有内容应被解释为说明性的而非限制性意义上的。

Claims (34)

1.一种放射治疗系统，包括：
图像获取装置，被配置成获取患者的感兴趣解剖区域的图像；
放射治疗装置，被配置成基于所述感兴趣解剖区域的所述图像将一定剂量的辐射递送至所述感兴趣解剖区域；
处理器装置，被配置成：
确定所述感兴趣解剖区域的运动主平面；
确定平行于所述主平面的多个二维(2D)切片，所述多个2D切片限定基本上包围所述感兴趣解剖区域的三维(3D)体积；
控制所述图像获取装置以基于所述多个2D切片获取多个2D图像；
基于至少所获取的多个2D图像的子集来确定所述感兴趣解剖区域的运动；以及
基于所确定的运动来控制辐射递送。
2.根据权利要求1所述的放射治疗系统，其中，所述图像获取装置被配置成获取所述患者的所述感兴趣解剖区域的2D磁共振成像(MRI)图像。
3.根据权利要求1所述的放射治疗系统，其中，所述放射治疗装置包括线性加速器(LINAC)。
4.根据权利要求1所述的放射治疗系统，其中，所述感兴趣解剖区域包括所述患者的前列腺、子宫颈、子宫、直肠、膀胱、阴茎球、乳房中的乳房肿瘤切除术腔、肿瘤或结节。
5.根据权利要求1所述的放射治疗系统，其中，所述运动主平面取决于所述患者。
6.根据权利要求1所述的放射治疗系统，其中，所述运动主平面包括矢状面、冠状面或横切面。
7.根据权利要求1所述的放射治疗系统，其中，所述多个2D切片限定相对于所述感兴趣解剖区域的多个空间位置。
8.根据权利要求1所述的放射治疗系统，其中，所述处理器装置被配置成控制所述图像获取装置以获取一系列2D图像，所述一系列2D图像中的每个2D图像与所述多个2D切片中的一个对应。
9.根据权利要求8所述的放射治疗系统，其中，所述处理器被配置成控制所述图像获取装置以通过进行遍及所述多个2D切片的扫描来获取所述一系列2D图像。
10.根据权利要求9所述的放射治疗系统，其中，所述处理器被配置成控制所述图像获取装置以通过重复地进行遍及所述多个2D切片的扫描来获取所述一系列2D图像。
11.根据权利要求10所述的放射治疗系统，其中，所述处理器装置被配置成通过将所述一系列2D图像内对应于第一2D切片的第一2D图像与所述一系列2D图像内同样对应于所述第一2D切片的第二2D图像进行比较来确定所述感兴趣解剖区域的运动，其中，所述第一2D图像和所述第二2D图像是在不同时间获取的。
12.根据权利要求10所述的放射治疗系统，其中，所述处理器装置被配置成基于至少所述一系列2D图像的子集来构建所述3D体积的四维(4D)图像。
13.根据权利要求12所述的放射治疗系统，其中，所述处理器装置被配置成：
接收所述一系列2D图像内对应于第一2D切片的第一2D图像；
将所述第一2D图像插入所述4D图像中；
接收所述一系列2D图像内同样对应于所述第一2D切片的第二2D图像；以及
用所述第二2D图像替代所述4D图像中的所述第一2D图像。
14.根据权利要求12所述的放射治疗系统，其中，所述处理器装置被配置成通过将在不同时间处的所述4D图像的3D快照进行比较来确定所述感兴趣解剖区域的运动。
15.根据权利要求1所述的放射治疗系统，其中，所述感兴趣解剖区域的所述运动包括位置变化或变形中的至少一种。
16.根据权利要求1所述的放射治疗系统，其中，所述处理器装置被配置成在放射治疗环节期间确定所述运动并控制所述辐射递送。
17.根据权利要求1所述的放射治疗系统，其中，所述处理器被配置成基于所确定的运动来控制下述中的至少一个：
辐射束的选通；
对多叶准直器(MLC)的修改；或者
患者支承系统的移动。
18.一种用于放射治疗的控制台，包括处理器装置和存储器，所述存储器存储有代码或指令，所述代码或指令在由所述处理器装置执行时使所述处理器装置进行下述操作：
确定感兴趣解剖区域的运动主平面；
确定平行于所述主平面的多个二维(2D)切片，所述多个2D切片限定基本上包围所述感兴趣解剖区域的三维(3D)体积；
控制图像获取装置以基于所述多个2D切片获取多个2D图像；
基于至少所获取的多个2D图像的子集来确定所述感兴趣解剖区域的运动；以及
基于所确定的运动来控制放射治疗装置递送辐射。
19.根据权利要求18所述的控制台，其中，所述图像获取装置包括磁共振成像(MRI)机器，所述磁共振成像(MRI)机器用于获取患者的所述感兴趣解剖区域的2D MRI图像。
20.根据权利要求18所述的控制台，其中，所述放射治疗装置包括线性加速器(LINAC)。
21.根据权利要求18所述的控制台，其中，所述感兴趣解剖区域包括患者的前列腺、子宫颈、子宫、直肠、膀胱、阴茎球、乳房中的乳房肿瘤切除术腔、肿瘤或结节。
22.根据权利要求18所述的控制台，其中，所述运动主平面取决于患者。
23.根据权利要求18所述的控制台，其中，所述运动主平面包括矢状面、冠状面或横切面。
24.根据权利要求18所述的控制台，其中，所述多个2D切片限定相对于所述感兴趣解剖区域的多个空间位置。
25.根据权利要求18所述的控制台，所述处理器装置还进行下述操作：
控制所述图像获取装置以获取一系列2D图像，所述一系列2D图像中的每个2D图像与所述多个2D切片中的一个对应。
26.根据权利要求25所述的控制台，所述处理器装置还进行下述操作：
控制所述图像获取装置以通过进行遍及所述多个2D切片的扫描来获取所述一系列2D图像。
27.根据权利要求26所述的控制台，所述处理器装置还进行下述操作：
控制所述图像获取装置以通过重复地进行遍及所述多个2D切片的扫描来获取所述一系列2D图像。
28.根据权利要求27所述的控制台，其中，确定所述感兴趣解剖区域的所述运动包括：
将所述一系列2D图像内对应于第一2D切片的第一2D图像与所述一系列2D图像内同样对应于所述第一2D切片的第二2D图像进行比较，其中，所述第一2D图像和所述第二2D图像是在不同时间获取的。
29.根据权利要求27所述的控制台，所述处理器装置还进行下述操作：
基于至少所述一系列2D图像的子集来构建所述3D体积的四维(4D)图像。
30.根据权利要求29所述的控制台，其中，构建所述4D图像包括：
接收所述一系列2D图像内对应于第一2D切片的第一2D图像；
将所述第一2D图像插入所述4D图像中；
接收所述一系列2D图像内同样对应于所述第一2D切片的第二2D图像；以及
用所述第二2D图像替代所述4D图像中的所述第一2D图像。
31.根据权利要求29所述的控制台，其中，确定所述感兴趣解剖区域的所述运动包括：
将在不同时间处的所述4D图像的3D快照进行比较。
32.根据权利要求18所述的控制台，其中，所述感兴趣解剖区域的所述运动包括位置变化或变形中的至少一种。
33.根据权利要求18所述的控制台，其中，控制所述放射治疗装置以基于所确定的运动来递送辐射包括下述控制中的至少一个：
控制辐射束的选通；
控制多叶准直器(MLC)的修改；或者
控制患者支承系统的移动。
34.一种放射治疗系统，包括：
图像获取装置，被配置成获取患者的感兴趣解剖区域的磁共振成像(MRI)图像；
放射治疗装置，其包括线性加速器(LINAC)，并且被配置成基于所述感兴趣解剖区域的所述图像将一定剂量的辐射递送至所述感兴趣解剖区域；
处理器装置，被配置成：
确定所述感兴趣解剖区域的运动主平面，所述运动主平面包括矢状面、冠状面或横切面；
确定平行于所述主平面的多个二维(2D)切片，所述多个2D切片限定：
基本上包围所述感兴趣解剖区域的三维(3D)体积；以及
相对于所述感兴趣解剖区域的多个空间位置；
控制所述图像获取装置以通过重复的进行遍及所述多个2D切片的扫描来获取一系列2D图像，其中，所述一系列2D图像内的每个2D图像与所述多个2D切片中的一个对应；
基于至少所述一系列2D图像的子集来构建所述3D体积的四维(4D)图像，包括：
接收所述一系列2D图像内对应于第一2D切片的第一2D图像；
将所述第一2D图像插入所述4D图像中；
接收所述一系列2D图像内同样对应于所述第一2D切片的第二2D图像；以及
用所述第二2D图像替代所述4D图像中的所述第一2D图像；
在放射治疗环节期间基于在不同时间处的所述4D图像的3D快照之间的比较来确定所述感兴趣解剖区域的运动，其中，所述感兴趣解剖区域的所述运动包括位置变化或变形中的至少一种；以及
基于所确定的运动来控制辐射递送，所述控制包括下述中的至少一个：
控制辐射束的选通；
控制多叶准直器(MLC)的修改；或者
控制患者支承系统的移动。
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