CN109806508A - 用于检查放射治疗系统部件的对准的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本公开涉及用于检查放射治疗系统部件的对准的方法和系统。该系统包括：放射治疗射束发生器，位于磁共振成像系统的一侧；及放射治疗成像系统，位于磁共振成像系统的相对侧；射束路径限定在放射治疗射束发生器和放射治疗成像系统之间，以穿过磁共振成像系统；台架布置成围绕磁共振成像系统旋转放射治疗射束发生器；方法包括：使用放射治疗成像系统获得参考图像，其包括位于放射治疗成像系统附近的磁共振成像系统的预定特征件；相对于磁共振成像系统旋转台架；使用放射治疗成像系统获得另一图像，其包括该预定特征件；以及由参考图像和另一图像中预定特征件的位置差异，确定放射治疗射束发生器、放射治疗成像系统和磁共振成像系统的相对位置变化。

Description

用于检查放射治疗系统部件的对准的方法和系统

技术领域

本发明涉及用于检查放射治疗设备中的放射治疗射束对准的技术。虽然本发明可以应用于各种类型的放射治疗系统，但是尤其用于包括线性加速器源和磁共振成像(MRI)系统的图像引导放射治疗系统中，但不独用于此。

背景技术

放射治疗设备是众所周知的，并且由发射放射束的放射源组成，放射束定向为朝着患者以便破坏或以其它方式伤害患者体内的癌细胞。通常，准直射束以便将其空间范围限制到患者体内的通常是肿瘤或肿瘤的子部分的期望区域，并且避免照射附近的健康和/或敏感组织。源可以是用于高能(MV)X-射线的线性加速器，或诸如Co-60的同位素源。源通常安装在可旋转的台架上，以便围绕患者旋转，以便从多个不同方向照射期望区域，从而减少施加到期望区域周围的健康组织的剂量。当源旋转时，准直器可以移动以改变射束的形状，以便为具有更具挑战性的形状和/或位于敏感区域附近的肿瘤建立复杂的剂量分布。电子射野成像装置(EPID)可以安装在台架上与源相对的一侧，以便一旦射束由于穿过患者而衰减就接收衰减后的射束；该装置产生可用于正确地对准或校准系统并用于估计患者的地点和放射治疗的放置的图像。

将实时图像引导结合到放射疗法中可以提高肿瘤靶向准确性，从而能够更好地避免关键结构并减少副作用。如果采用诸如MRI(磁共振成像)的非电离成像技术，则这种引导特别有益。目前正在开展将线性加速器与MR扫描仪集成的工作；在治疗期间，将高质量的MRI与线性加速器集成(创建“MR Linac”或MRL)允许在线追踪组织，并且治疗放射束可以被引导到其靶(其可能移动和变形，例如当患者呼吸时)且精确到亚毫米。

US2016/0114190提出了一种使用放置在治疗区的地点的系统中的体模来校准源和MR扫描仪的对准的方法，使得治疗射束的等中心与MR扫描仪图像正确对准。但是，由于放射治疗系统的部件安装在可移动的台架上，在校准之后由于移动台架可能会引入对准误差。由于进行射束对准所花费的时间，重复使用体模是不实际的。在正常使用期间，几乎没有关于是否发生了需要重新对准系统部件的对准变化的信息。

本发明的目的是使得能够进行系统的部件的相对移动的识别，以及可能已经移动的特定部件的潜在识别。

发明内容

本发明的一个方案提供了一种操作放射治疗系统的方法，所述放射治疗系统包括：台架，其能够围绕治疗地点旋转；放射治疗射束发生器，其位于所述台架上；放射治疗成像系统，其位于所述治疗地点的相对侧；和相对于所述治疗地点静止的至少一个部件；其中，射束路径限定在所述放射治疗射束发生器和所述放射治疗成像系统之间，以穿过所述静止的部件；所述方法包括：在所述台架处于预定位置从而将射束发生器、成像系统和所述静止的部件设置在参考位置的情况下，使用所述放射治疗成像系统获得参考图像，所述参考图像包括所述静止的部件；使所述台架相对于所述静止的部件旋转；使所述台架返回所述预定位置；在所述台架处于所述预定位置的情况下使用所述放射治疗成像系统获得另一图像，所述另一图像包括所述静止的部件；并且根据所述参考图像和所述另一图像中所述静止的部件的位置差异，确定所述放射治疗射束发生器、所述放射治疗成像系统和所述静止的部件的相对位置的变化。

在一些实施例中，所述台架围绕磁共振成像系统，其中，相对于所述治疗地点静止的所述至少一个部件是所述磁共振成像系统的预定特征件，使得：所述放射治疗射束发生器位于所述磁共振成像系统的一侧；所述放射治疗成像系统位于所述磁共振成像系统的相对侧；所述射束路径限定在所述放射治疗射束发生器和所述放射治疗成像系统之间，以穿过所述磁共振成像系统；并且所述台架布置成使所述放射治疗系统围绕所述磁共振成像系统旋转；所述方法包括：使用所述放射治疗成像系统获得参考图像，所述参考图像包括位于所述放射治疗成像系统附近的所述磁共振成像系统的所述预定特征件；使所述放射治疗系统相对于所述磁共振成像系统旋转；使用所述放射治疗成像系统获得另一图像，所述另一图像包括位于所述放射治疗成像系统附近的所述磁共振成像系统的所述预定特征件；以及根据所述参考图像和所述另一图像中所述预定特征件的位置差异，确定所述放射治疗射束发生器、所述放射治疗成像系统和所述磁共振成像系统的相对位置的变化。

因为MRI系统基本上是静止的，所以图像中MRI系统的特征件的位置变化将主要是由于放射治疗系统的部件的相对位置的变化，包括部件内的变化，例如在射束发生器内的变化。

所述方法还可以包括，在使所述放射治疗系统相对于磁共振成像系统旋转的步骤之后：

确定用于将台架旋转到获得参考图像的位置的旋转度；

为台架提供控制信号以旋转通过所述旋转度；

获得所述参考图像；以及

根据所述参考图像和所述另一图像中所述预定特征件的相对位置的变化确定所述台架的旋转位置的误差。

所述预定特征件可以包括所述磁共振成像系统的低温恒温器的一部分和/或线圈支架的一部分。

所述射束路径可以延伸通过设置在所述低温恒温器和所述线圈支架中的间隙，并且在这种情况下，所述参考图像中的所述预定特征件可以包括所述间隙的边缘。

所述参考图像可以包括位于所述射束发生器和放射治疗成像系统之间的准直系统的特征件，例如多叶准直器的至少一个叶片。

参考图像中的预定特征件可包括间隙的边缘和准直系统的特征件两者。

本发明的另一个方案提供了一种放射治疗系统，其包括：台架，其能够围绕治疗地点旋转；放射治疗射束发生器，其位于所述台架上；放射治疗成像系统，其位于所述治疗地点的相对侧；和相对于所述治疗地点静止的至少一个部件；其中，射束路径限定在所述放射治疗射束发生器和所述放射治疗成像系统之间，以穿过所述静止的部件；所述系统配置为执行根据本发明的第一方案的方法。

在一些实施例中，其中系统还包括磁共振成像系统，所述台架围绕所述磁共振成像系统，所述系统包括：放射治疗射束发生器，其位于所述磁共振成像系统的一侧；放射治疗成像系统，其位于所述磁共振成像系统的相对侧；其中所述射束路径限定在所述放射治疗射束发生器和所述放射治疗成像系统之间，以穿过所述磁共振成像系统；并且其中所述台架布置成使所述放射治疗射束发生器围绕所述磁共振成像系统旋转。

本发明的又一个方案提供了一种计算机可读非暂时性介质，其包含代码，所述代码将根据本发明的方案的方法进行编码。

附图说明

现在将通过示例并参考附图来描述本发明，其中：

图1是MRI引导的放射治疗系统的局部剖视示意图；

图2示出了放射治疗和MRI系统的示意性剖视图；

图3示出了通过放射治疗系统的多叶准直器朝向成像系统的视图；

图4示出了成像系统获得的图像；

图5示出了图4的图像从顶部到底部的图像信号；

图6示出平衡管在射束中的位置的示意图；和

图7示出了在成像系统中获得的对应图像。

具体实施方式

图1示出了系统2，其包括放射治疗设备6和磁共振成像(MRI)设备4。系统包括治疗台10，用于将患者支撑在设备中。治疗台10可沿着水平的平移轴线(标记为“Y”)移动，使得依靠在治疗台上的患者移动到MRI设备4的孔5中并进入放射治疗设备6的路径。在一个实施例中，治疗台10可围绕横向于平移轴线的、中央的竖直旋转轴线旋转，尽管未示出。治疗台10可以形成远离支撑结构(未示出)突出的悬臂部。在一个实施例中，治疗台10相对于支撑结构沿平移轴线移动以形成悬臂部，即，当治疗台移动并且升降机保持静止时，悬臂部的长度增加。在另一个实施例中，如我们的US2009/0013468所述的，支撑结构和治疗台10都沿平移轴线移动，使得悬臂部的长度基本保持不变。

如上所述，系统2还包括MRI设备4，用于产生定位在治疗台10上的患者的近实时成像。MRI设备包括用于产生所谓的用于磁共振成像的“主”磁场的主磁体8。即，由磁体8的操作产生的磁场线基本平行于中央平移轴线Y。主磁体8由至少一个线圈组成，其轴线平行于平移轴线Y；尽管未示出，但是线圈可以与平移轴线同轴。所述至少一个线圈可以是单个线圈或不同直径的多个同轴线圈。如图所示，主磁体8中的至少一个线圈间隔开，使得磁体8的中央窗口12没有线圈。在其它实施例中，磁体8中的线圈可以简单地足够薄使得其对于由放射治疗设备产生的波长的放射基本上是透明的。磁体8还可以包括至少一个有源屏蔽线圈，其在磁体8外部产生与外部主磁场大小近乎相等且极性相反的磁场。系统2的更敏感的部分，例如加速器14，定位在磁体8外部的该区中，在该区中磁场被消除，至少至一阶。磁体8被用于将磁体8的线圈保持在超导状态的、由液氦填充的低温恒温器9围绕。低温恒温器9的腔室间隔开，使得中央窗口12不被阻挡。

MRI设备4还包括产生所谓的叠加在主磁场上的“梯度”磁场的两个梯度线圈16、18。这些线圈16、18在合成磁场中产生梯度，其允许质子的空间编码，从而可以确定其位置，例如，可以控制梯度线圈16、18，使得获得的成像数据具有特定的取向。梯度线圈16、18定位围绕与主磁体16共同的中央轴线，并且沿着该中央轴线从彼此移位。该移位在两个线圈16、18之间产生间隙或窗口。在主磁体8还包括线圈之间的中央窗口的实施例中，两个窗口彼此对准。

RF系统引起质子改变其相对于磁场的排列。当RF电磁场关闭时，质子返回到原始磁化排列。这些排列变化产生可以通过扫描检测的信号。例如，RF系统可以包括既发送无线电信号又接收反射信号的单个线圈、专用发射和接收线圈、或多元件相控阵线圈。控制电路控制各种线圈8、16、18和RF系统的操作，并且信号处理电路接收RF系统的输出，由其产生由治疗台10支撑的患者的图像。

如上所述，系统2还包括放射治疗设备6，其向由治疗台10支撑的患者传送放射剂量。包括至少一个放射源14(例如，x射线源和线性加速器)和多叶准直器(MLC)22的大多数放射治疗设备6安装在底盘(也称为“台架”)24上。当台架24插入治疗区域时，由至少一个底盘电动机提供动力，台架24可连续地围绕治疗台10旋转。在所示的实施例中，诸如EPID的放射线检测和成像装置26也安装在台架24上且与放射源14相对，并且台架的旋转轴线位于放射线检测和成像装置26和放射源14之间。放射治疗设备6还包括控制电路，所述控制电路(与RF控制电路一起)可以集成在图1所示的系统2内或与其远离，并控制放射源14、MLC 22和台架电动机。

放射源14定位成发射放射束通过由两个梯度线圈16、18限定的窗口，并且还通过在主磁体8中限定的窗口12。例如，放射束可以是锥形束或扇形束。

在操作中，将患者放置在治疗台10上，并且将治疗台插入由磁线圈16、18和台架24限定的治疗区域中。控制电路控制放射源14、MLC 22和底盘电动机以产生放射治疗放射束并通过线圈16、18之间的窗口12将放射传送给患者。控制底盘电动机使得台架24围绕患者旋转，意味着可以从不同方向传送放射。MLC 22具有多个正交于射束轴线取向的细长叶片；在EP0314214中示出并描述了示例。控制MLC 22的叶片以(沿图1中的Y轴线)移动，以采取阻挡或允许通过一些或全部放射束的不同位置，从而改变射束将到达患者时的形状。在台架24围绕患者旋转的同时，治疗台10可以沿平移轴线移入或移出治疗区域(即平行于底盘的旋转轴线)。通过这种同时的运动，实现了螺旋放射传送模式。

MRI设备4，特别是信号处理电路，将患者的实时(或实际上接近实时)成像数据传送给控制电路。该信息允许控制电路适应性调整MLC 22的操作，例如，使得传送给患者的放射准确地追踪例如由于呼吸导致的靶区域的运动，因此，患者接收的放射符合治疗计划系统或TPS(未示出)中包含的预定治疗计划。所有控制电路和TPS可以集成在至少一个计算机处理器中，以便共同确保按照预定计划对患者进行治疗。

台架24的旋转可导致系统的部件的相对对准的变化。例如，控制台架旋转的小误差可能累积并导致台架的假设的旋转位置与实际旋转位置之间的失配。在另一个示例中，源14和成像装置26之间或源14和窗口12之间的对准可能由于部件的小的移动而变化。这些变化的最终结果可能是传送给患者的射束可能与TPS下假设的射束不同。

在已知的放射治疗系统中检查台架角度的一种已知方法是在台架上布置水平检查器，例如水平仪。然而，低温恒温器9的存在使得这在图1所示的实施例中不方便。

通过利用出现在由成像装置26获得的图像中的系统的静止的特征件，可以检查一些系统部件的相对对准的变化。例如，MRI系统4的特征件不移动，因此图像中这些特征件的存在可以充当空间参考点，基于这些空间参考点，可以检测放射治疗系统6的其它部件的相对移动。

图2示出了放射治疗系统6和MRI系统4的示意性剖视图，示出了放射治疗射束32与系统2的各种特征件相互作用的方式。

为了保持低温恒温器9的两个半部之间的流体连接，提供了横跨窗12延伸的平衡管。对TPS进行编程，以便在确定要提供给患者的剂量时考虑到射束中平衡管的存在。例如，TPS可以提供在向患者传送治疗剂量时避免照射平衡管的射束形状和/或源控制。如下所述的，当平衡管最靠近源14(位置34’)时平衡管可不与射束32相交，射束32的形状意味着在相对侧(位置34”)的平衡管可与射束32相交并出现在成像装置26上检测到的图像中。

MRI系统4还包括用于主磁体8的线圈的支架36。同样，最靠近源14(位置36’)的支架不与射束32相交，但确实出现在相对侧(位置36”)。

如已知的，射束32穿过MLC 22，MLC 22叶片定位成限定在等中心处射束的形状。

通过监测诸如平衡管34、线圈支架36和MLC 22的叶片之类的特征件的位置，可以监视系统的部件的相对对准。

图3示出了通过MLC 22朝向成像系统26的视图。所有叶片23完全缩回远离靠近叶片阵列一侧的端部的两个独立的叶片23’、23”。通过MLC 22的间隙可以看到支架的边缘36”。图4示出了当射束32通过如图3所示配置的MLC 22投影时由成像系统26获得的图像。叶片23’、23”和边缘36”在图像中完全可见。图5示出了图4的图像从顶部到底部的图像信号，即边缘36”到边缘36”(不包括叶片23’、23”)。图像38的中央示出峰值信号，并且边缘36”显示为较小的侧峰。

MLC 22牢固地固定到源14并且在使用中不会移动。因此，在图4的连续图像中叶片23’、23”在x轴线方向上的位置的任何移动都将归因于源14和成像系统26在x轴线方向上的相对移动(或者源14移动，或者成像系统26移动，或两者沿相反方向移动)。类似地，图5的连续图像中边缘36”的在y轴线方向上的任何移动将归因于源14和成像系统26的在y轴线方向上的相对移动(或者源14移动，或者成像系统26移动，或两者沿相反方向移动)。

在操作中，当已经确认系统的原始对准时，可以拍摄初始参考图像，然后可以在涉及台架旋转的操作的周期之后拍摄后续图像。可以监视图像中的叶片23和边缘36的位置，并且位置的任何变化都可以用于指示系统部件的对准的变化。

图6示出了示出平衡管34在射束32中的位置的示意图，并且图7示出了在成像系统26处获得的对应图像，其中，当平衡管34在与源相对的一侧时出现在射束中。在这种情况下，在台架处在参考旋转角度的情况下拍摄初始图像，平衡管在所述图像中可见。在包括台架旋转的系统操作之后，可以结合控制信号以将台架重新定位到参考旋转角度并拍摄另一图像。图像中平衡管34的位置的移动表明台架尚未返回到原始位置，指示台架校准已经漂移。

虽然在不牺牲系统操作的情况下可以接受一定程度的相对移动，但是可以建立预定限制以指示何时需要重新校准系统。

可以对上面公开的方法和系统进行各种改变。虽然上述系统包括一部分是图像中的静止部件的MRI系统，但是应当理解，放射治疗系统的其它部件也可以提供在图像中的静止特征件，其用于确定系统的其它部分的相对移动。其它变化的示例包括可以调整用于参考位置的MLC的叶片的数量和位置以满足要求。此外，图像中出现的MRI系统的任何其它特征件都可能用于参考。

Claims (12)

1.一种操作放射治疗系统的方法，所述放射治疗系统包括：

台架，其能够围绕治疗地点旋转；

放射治疗射束发生器，其位于所述台架上；

放射治疗成像系统，其位于所述治疗地点的相对侧；和

相对于所述治疗地点静止的至少一个部件；

其中，射束路径限定在所述放射治疗射束发生器和所述放射治疗成像系统之间，以穿过静止的部件；

所述方法包括：

在台架处于预定位置以将射束发生器、成像系统和所述静止的部件设置在参考位置的情况下，使用所述放射治疗成像系统获得参考图像，所述参考图像包括所述静止的部件；

使所述台架相对于所述静止的部件旋转；

使所述台架返回预定位置；

在所述台架处于所述预定位置的情况下使用所述放射治疗成像系统获得另一图像，所述另一图像包括所述静止的部件；并且

根据所述参考图像和所述另一图像中所述静止的部件的位置差异，确定所述放射治疗射束发生器、所述放射治疗成像系统和所述静止的部件的相对位置的变化。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述台架围绕磁共振成像系统，其中，相对于所述治疗地点静止的所述至少一个部件是所述磁共振成像系统的预定特征件，使得：

所述放射治疗射束发生器位于所述磁共振成像系统的一侧；

所述放射治疗成像系统位于所述磁共振成像系统的相对侧；

所述射束路径限定在所述放射治疗射束发生器和所述放射治疗成像系统之间，以穿过所述磁共振成像系统；并且

所述台架布置成使所述放射治疗射束发生器围绕所述磁共振成像系统旋转；

所述方法包括：

使用所述放射治疗成像系统获得参考图像，所述参考图像包括位于所述放射治疗成像系统附近的所述磁共振成像系统的所述预定特征件；

使所述放射治疗系统相对于所述磁共振成像系统旋转；

使用所述放射治疗成像系统获得另一图像，所述另一图像包括位于所述放射治疗成像系统附近的所述磁共振成像系统的所述预定特征件；以及

根据所述参考图像和所述另一图像中所述预定特征件的位置差异，确定所述放射治疗射束发生器、所述放射治疗成像系统和所述磁共振成像系统的相对位置的变化。

3.根据权利要求2所述的方法，还包括，在使台架相对于磁共振成像系统旋转的步骤之后：

确定用于将台架旋转到获得参考图像的位置的旋转度；

为台架提供控制信号以旋转通过所述旋转度；

获得所述参考图像；以及

根据所述参考图像和所述另一图像中所述预定特征件的相对位置的变化确定所述台架的旋转位置的误差。

4.根据权利要求2或权利要求3所述的方法，其中，所述预定特征件包括所述磁共振成像系统的低温恒温器的一部分和/或线圈支架的一部分。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述射束路径延伸通过在所述低温恒温器和所述线圈支架中设置的间隙。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述参考图像中的所述预定特征件包括所述间隙的边缘。

7.根据权利要求2至6中任一项所述的方法，其中，所述参考图像包括位于所述射束发生器和所述磁共振成像系统之间的准直系统的特征件。

8.根据权利要求5所述的方法，其中所述参考图像中的所述预定特征件包括所述间隙的所述边缘和位于所述射束发生器和所述放射治疗成像系统之间的准直系统的特征件。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其中所述准直系统的所述特征件包括多叶准直器的至少一个叶片。

10.一种放射治疗系统，包括：

台架，其能够围绕治疗地点旋转；

放射治疗射束发生器，其位于所述台架上；

放射治疗成像系统，其位于所述治疗地点的相对侧；和

相对于所述治疗地点静止的至少一个部件；

其中，射束路径限定在所述放射治疗射束发生器和所述放射治疗成像系统之间，以穿过静止的部件；

所述系统配置为：

在所述台架处于预定位置以将射束发生器、成像系统和所述静止的部件设置在参考位置的情况下，使用所述放射治疗成像系统获得参考图像，所述参考图像包括所述静止的部件；

使所述台架相对于所述静止的部件旋转；

使所述台架返回所述预定位置；

在所述台架处于所述预定位置的情况下使用所述放射治疗成像系统获得另一图像，所述另一图像包括所述静止的部件；并且

根据所述参考图像和所述另一图像中所述静止的部件的位置差异，确定所述放射治疗射束发生器、所述放射治疗成像系统和所述静止的部件的相对位置的变化。

11.根据权利要求10所述的系统，还包括磁共振成像系统，所述台架围绕所述磁共振成像系统，其中所述系统包括：

放射治疗射束发生器，其位于所述磁共振成像系统的一侧；

放射治疗成像系统，其位于所述磁共振成像系统的相对侧；

其中所述射束路径限定在所述放射治疗射束发生器和所述放射治疗成像系统之间，以穿过所述磁共振成像系统；并且

其中所述台架布置成使所述放射治疗射束发生器围绕所述磁共振成像系统旋转；

所述系统能够配置为：

使用所述放射治疗成像系统获得所述参考图像，所述参考图像包括位于所述放射治疗成像系统附近的所述磁共振成像系统的所述预定特征件作为所述静止的部件；

使所述台架相对于所述磁共振成像系统旋转；

使用所述放射治疗成像系统获得所述另一图像，所述另一图像包括位于所述放射治疗成像系统附近的所述磁共振成像系统的所述预定特征件；以及根据所述参考图像和所述另一图像中所述预定特征件的位置差异，确定所述放射治疗射束发生器、所述放射治疗成像系统和所述磁共振成像系统的相对位置的变化。

12.一种包含代码的计算机可读非暂时性介质，当在适当编程的装置上执行时，所述代码引起该装置执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法。