CN110740784A - 具有校准的放射治疗装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种放射治疗装置，其具有成像系统和治疗辐射源、可向其中提供治疗辐射的可成像容积、用于提供由成像系统引起的图像的第一成像工具和用于提供由治疗辐射引起的图像的第二成像工具，以及相对于容积可移动的患者支撑物，其中该患者支撑物装备有校准部分，其包括能够出现在由第一成像工具产生的图像中的材料的至少一个对象和能够出现在由第二成像工具产生的图像中的材料的至少一个对象，该至少一个对象相对于校准部分被固定在预定方位中并且校准部分相对于患者支撑物被固定在预定方位中，该患者支撑物可移动使得该至少一个对象部分可以可选地定位在容积之内或之外。

Description

具有校准的放射治疗装置

技术领域

本申请涉及放射治疗装置，并且尤其涉及患者的成像和治疗可以在单个会话期间——例如在治疗片段期间发生在其中的这样的装置。

背景技术

在放射治疗领域中众所周知的挑战是患者和他们的身体的部分可以随时间移动。由于正常的心血管循环和相关的内部运动，这通常是无意识的。在放射治疗中，非常期望确保辐射剂量被传送到正确的治疗位置，并且确保尽可能最小化到其他位置的辐射传送以避免不想要的影响。

为了那个目的，放射治疗装置可以具有成像系统以及治疗系统两者。因此，可以在辐射治疗开始时或者之前不久或者甚至在治疗片段本身期间确定——例如——器官的精确位置，使得可以相应地更新预定治疗计划。

然而，装置的校准是重要的，因为成像和治疗传送系统可以根据不同的原理进行操作或可以是不精确地共处在一地的。例如，X-射线成像系统（诸如射野影像系统）通常具有由辐射源和检测器的位置产生的空间固定的参考系。当使用装置时参考系可以随时间漂移，但是这通常是缓慢的过程。然而，MRI成像系统具有不太严格地固定到物理装置的参考系，并且可以随着局部铁磁和其他对象的空间配置的变化而变化。因此，在X-射线和MRI系统被组合并且需要被交叉参考的情况下，常规校准尤其有用。

Volz的US 4233507公开了一种用于计算机断层摄影（CT）成像设备的台面。所公开的台面包括在每一个CT图像中可见并且因此可以用于校准系统的参考材料的样本。然而，Volz公开主要目的在于克服CT成像的已知挑战，其与校准具有不同的X-射线衰减特性的不同的材料的各种对比度水平有关，而不是本发明的主题的空间校准。

Arnold的US 8186880是Volz构思的发展，其目的在于确定受治疗者体内的组织特性。Arnold公开了一种床垫、患者支撑物或者具有永久地封入在里面的多种参考材料的样品和目标的台面。参考材料是同质的并且具有足够的长度以总是存在于针对所有躯干检查的图像中。因此，任何身体部位可以通过组织的图像密度和已知参考材料之间的比较进行后分析。此外，Arnold不针对位置校准，从而将其与本发明区分开。

Elekta AB的EP 2865418公开了一种系统，在其中在成像容积内提供一个或多个标记，该标记对磁共振（MR）扫描仪或计算机断层摄影（CT）扫描仪取决于使用哪种成像技术而可见。本发明的目的是通过向治疗计划系统提供关于放射治疗装置的敏感部分的位置的信息来避免治疗辐射与这样的敏感部分相互作用。

上述文档中没有一个与成像和治疗传送系统之间的期望的位置校准有关。此外，一些公开要求在成像容积内放置很可能干扰治疗辐射的材料。期望的是使可能与治疗辐射相互作用的材料的存在最小化，因为射到那些材料上的辐射可能被散射到不旨在被照射的患者组织；或者这样的干扰可以例如通过散射降低辐射剂量测量的准确度，从而导致射野影像中的错误。

一种用于位置校准的技术是提供具有适合于帮助校准的特性的“体模”，诸如通过在相对于体模的已知位置中提供已知材料；这些特性有时类似于患者的部分。这样的体模可以放置在放射治疗装置的患者支撑物上，所述放射治疗装置的患者支撑物在类似于会由患者使用的位置的位置中。体模然后可以经受成像和治疗辐射并且来自成像系统的结果和——例如——其余治疗辐射的射野影像然后可以连同体模的已知特征一起使用以提供校准数据。校准数据随后可以用于对成像和治疗系统做出任何必需的调整。体模通常会随后被移除，使得装置可以用于患者治疗。

然而，虽然这样的技术可以提供有用的校准，但是它是耗时且资源密集的。在典型的医院或者诊所中，这样的校准可以每天都在发生。因此，如果在工作日开始时开始校准，到已经完成校准步骤——包括用于成像和治疗数据的结果的计算的任何必需的时间——以及已经做出的任何必需的调整的时间为止，则在工作日结束之前可用来针对患者治疗使用装置的时间将已经减少。

可用治疗时间中的这样的减少可以由于需要熟练的技术人员在场来设置装置——包括体模——处理结果，以及然后在任何治疗可以开始之前将装置从机器中移除而加剧。在任何校准和计算时间期间装置不应该用于治疗，并且潜在地技术人员可以是空闲的。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种包括成像和放射治疗系统的放射治疗装置，在其中规则的空间校准更有效地发生。

相应地，本发明针对一种放射治疗装置，其包括治疗辐射源和诊断成像系统（两者都指向公共容积）、用于治疗辐射的射野影像系统、包含校准部分的患者台以及控制单元，其中校准部分在诊断成像系统和射野影像系统两者中是可分辨的并且相对于患者支撑物被固定在预定方位中，患者台相对于公共容积可移动到足以使校准部分选择性地进入和离开公共容积的程度，并且控制单元被布置成周期性地启动校准过程，该校准过程至少包括将患者台移动到某一方位的步骤，在所述访问中校准部分是在公共容积内，以及从诊断成像系统和射野影像系统两者获得图像的步骤。

因此，在校准阶段期间可以定位校准部分使得其在容积内并且将因此出现在由第一和第二成像工具产生的图像上。这样的方位以及这样的成像能够实现成像系统和治疗辐射源的相对参考系的计算，其可以用于在空间上校准它们使得它们可以根据公共的空间参考来操作。

在随后的治疗过程期间可以定位校准部分使得其位于容积之外，并且因此不干扰成像过程或治疗辐射。

校准部分与患者台理想地集成，并且可以包括至少一个可分辨的对象，其可以是单个对象或者多于一个对象。可以根据正在使用的成像系统和治疗辐射的类型来选择用于对象的合适的材料。在存在多于一个对象的情况下，这可以包括能够出现在由诊断成像系统产生的图像中的材料的至少一个对象，以及能够出现在由射野影像系统产生的图像中的材料的至少一个对象，该至少一个对象相对于校准部分被固定在预定方位中。

优选地，在校准阶段期间患者支撑物（以及因此校准部分）布置在预定方位中。这使计算能够考虑校准部分的已知方位，并且因此提供成像和治疗辐射源的相对方位的更精确的计算。

校准部分可以位于患者支撑物的一端处或者朝着患者支撑物的一端。在其它时间患者支撑物的大量剩余部分可以因此在容积内。在校准部分定位朝着一端的情况下，可以移动患者支撑物使得在校准期间该一端在成像容积内，然而在治疗期间，放射治疗目标基本上在成像容积的中心并且校准部分远离成像/治疗区域。

控制单元可以进一步包括用于连接到外部通信网络的模块。超驰模块（overridemodule）也可连接到控制单元，如一个或多个监控设备可以连接到控制单元那样。

放射治疗装置优选地安装在房间内，其具有包括连接到锁紧装置的至少一个门的安全系统，其中安全系统适配成设置锁紧装置以允许或者拒绝进入房间。安全系统可以连接到放射治疗装置的控制器。监控设备可以提供关于放射治疗装置和/或房间的一个或多个状况的信息。

诊断成像系统合适地是磁共振成像（“MRI”）系统。

本发明还提供了一种校准放射治疗装置的方法，该放射治疗装置包括指向公共容积的治疗辐射源和诊断成像系统、用于治疗辐射的射野影像系统，以及包括校准部分的患者台，该校准部分在诊断成像系统和射野影像系统两者中是可分辨的并且相对于患者支撑物被固定在预定方位中，校准方法包括以下步骤：（i）相对于公共容积将患者台移动到足以将校准部分放置在公共容积内的程度，（ii）从诊断成像系统和射野影像系统两者获得图像，（iii）以各自的图像为基础在空间上关联诊断成像系统和射野影像系统，以及（iv）相对于公共容积将患者台移动到足以将校准部分放置在公共容积之外的程度。

控制单元可以适配成执行使用来自诊断成像系统和射野影像系统的信息来计算校准部分相对于成像系统和治疗辐射源的方位的步骤。计算步骤的结果可以提供给治疗计划系统。可替换地，校准步骤的结果可以提供给技术人员，该技术人员随后可以对可能必需的装置做出任何调整。

相对于公共容积将患者台移动到足以将校准部分放置在公共容积内的程度的步骤可以包括将患者台移动到预定方位。

如上所述，放射治疗装置的校准可能在技术人员或者临床医生的工作日期间占用宝贵的时间。为此，理想地提供控制单元，其可以进一步包括用于连接到外部通信网络的模块，所述外部通信网络诸如计算机网络或者电话网络等。这可以适配成执行一种方法，该方法包括以下步骤：（a）从远程通信设备接收激活信号，（b）执行安全检查，（c）执行以上步骤（i）到（iv）；以及（d）向远程通信设备提供确认信号。因此，例如，可以在工作日的通常开始之前校准放射治疗装置，从而最小化相关工作人员的空闲时间。

可以允许有超驰步骤，以使校准步骤停止并且停用成像和/或治疗辐射源。

例如，如果技术人员意识到当天的第一患者预约是在特定时间，则技术人员可以在到达医院或者诊所之前经由移动设备触发校准过程。如果校准过程在适当的时间被触发，则计算步骤的结果可以在工作日的开始时可用以使得能够迅速地做出任何调整。这应该提高放射治疗装置的生产率。

可替换地，步骤（b）和（c）可以是按计划的，例如在一天中的预定时间发生。

如果在没有合适的合格人员存在的情况下要实施校准，则重要的是在校准步骤开始之前容纳放射治疗装置的房间处于合适的状态中。例如，MR设备利用强大的电磁体并且因此在操作期间重要的是确保在MR设备的附近没有铁磁对象。类似地，放射治疗装置常常利用电离辐射。虽然这样的电离辐射通常被准直并且限制在容积内，但是明智的预防措施包括避免在操作期间人员不必要的出现在装置附近。

为了那个目的，本发明因此还针对一种房间，该房间包括如在上文中描述的放射治疗装置、包括连接到锁紧装置的至少一个门的安全系统，其中该安全系统适配成设置锁紧装置以允许或者拒绝进入房间。

房间安全系统可以连接到控制器。安全系统可以包括锁紧装置以选择性地允许或者拒绝进入放射治疗装置位于其中的房间。因此，在工作日结束时——例如——工作人员可以确保房间没有人员和铁磁物品以及在放射治疗装置的操作期间不应该存在的任何其它对象，离开房间并且随后将锁紧装置置于在其中（随后）拒绝进入的状态中。如果锁紧装置在稍后的校准过程开始之前不允许进入房间，则房间的状态已知是安全的，以及因此可以执行步骤（i）到（iv）。仅当校准方法已经完成时锁紧装置才会置于在其中允许进入房间的状态中。可替换地，或者另外，进入房间的该门或者每一个门的状态可以由安全系统监控；如果自收到房间是空的确认以来该门或者每一个门还没有被打开，则可以推断房间仍然是空的。

在以上方法中执行安全检查的步骤（b）可以包括确认用户是否确保房间在特定时间点没有人员和铁磁物品，以及确认以后是否已经拒绝进入房间的步骤。

放射治疗装置或者房间可以进一步包括连接到控制器的超驰系统。在紧急的情况下，诸如门被强制打开或者发现房间不是没有人员或者铁磁物品，超驰系统可以使校准步骤停止并且停用成像和/或治疗辐射源。

放射治疗装置或者房间可以进一步包括连接到控制器的监控设备，该监控设备提供关于放射治疗装置的一个或多个状况的信息。因此，如果放射治疗装置的任何状况在预定范围之外变化，则超驰系统可以被自动激活。

附图说明

现在将参考附图通过示例的方式描述本发明的实施例，在附图中；

图1示出了根据一般设置的具有检查室屏蔽和附加的直线加速器设备的磁共振成像系统的检查室的透视图，

图2示意性地示出了在治疗期间图1的一般检查室的详细顶视图，

图3示意性地示出了在校准步骤期间图2的顶视图，以及

图4和图5示出了用于校准过程的阶段的流程图。

具体实施方式

图1和图2示出了组合的磁共振（MR）成像系统2和治疗系统6的检查室1的一般设置。MR成像系统2的一般设置包括检查管3、主磁铁4以及梯度线圈组件5，由此主磁铁4以及梯度线圈组件5定位成围绕检查管3，如在图2和图3中可以最佳地看到的那样。治疗系统6包括在旋转机架7a上的直线加速器设备7，其与MR成像系统2一起操作。直线加速器设备7位于主磁铁4的外周。射野影像设备7b位于机架7a上，与直线加速器7相对。射野影像设备7b捕获由直线加速器7发射的治疗辐射在由直线加速器7和射野成像器7b之间的患者或其它材料的衰减之后的图像。

检查室1具有用于电磁屏蔽MR成像系统2的检查室屏蔽10。相应地，检查室屏蔽10由导电材料制成。检查室屏蔽10包括天花板（其在图中未示出）、检查室1的地板9以及将天花板和地板9互连的侧壁11。检查室屏蔽10的侧壁11形成U-形室15的轮廓，其中磁共振成像系统2的检查管3的纵向端13将U-形室15的横向侧面16互连。

U-形室15装备有操作空间17，其位于检查管3的纵向端13的前面。U-形室15装备有在操作空间17之间的通道18，其在本实施例中是U-形室15的基部。检查台19位于检查室屏蔽10内部，使得躺在该检查台19上的患者可以从一个操作空间17移动到检查管3中并且反之亦然。

检查室屏蔽10进一步包括用于电缆21的直通连接的过滤盒20。如图2和图3中示意性示出的那样，除了其它之外电缆21在检查管3的两个纵向端13处连接到梯度线圈组件5。如图1中可以看到，检查室屏蔽10包括线缆管道22，其沿着检查室屏蔽10的侧壁11布置在其内部空间内。线缆管道22将检查管3的纵向端13互连。

通道门25允许患者和工作人员的入和出，并且还包括屏蔽材料以便完成围绕装置的法拉第笼（Faraday cage）。正常地在使用中是关闭的，为了说明它在图2中示出为打开。

检查室屏蔽10进一步包括管状屏蔽设备12，其布置成围绕检查管3和梯度线圈组件5。管状屏蔽设备12由导电材料制成作为RF屏蔽。主磁铁4和直线加速器设备7位于管状屏蔽设备12的外周处。管状屏蔽设备12的两个纵向端13环绕地连接到侧壁11的开口14以提供其间的导电连接。相应地，在检查室1内形成完全屏蔽的隔室，其中检查管3和梯度线圈组件5以及电缆21被屏蔽免受主磁铁4和直线加速器设备7。

图2示出了处于治疗方位中的装置。检查台19包括一组可以是任何已知设计的校准标记23（示意性地示出），其适合于在MRI和x-射线图像中分辨。这样的标记常常集成到“体模”中，该“体模”是可以放置在检查台19上用于测试目的的分立设备。然而，在这个实施例中，校准标记23集成到检查台19的端部中。台19足够长以至在图2中图示的治疗过程期间，校准标记23穿过检查管3并且伸出其末端。患者24能够躺在朝向检查台19的中心的一部分床上，其不与校准标记23重叠。可以在检查台19上提供可视记号以帮助以这种方式定位患者。

这将校准标记23放置在直线加速器7的治疗领域之外以及MRI成像系统2的成像领域之外。结果，校准标记23的材料将不会散射由直线加速器7产生的x-辐射并且将不会影响由MRI系统2的成像。因此对于校准标记而言完全延伸到检查管3的外部是不必要的，其简单地定位在直线加速器7的可治疗容积的外部，并且优选地也定位在MRI系统2的可成像容积的外部。

图3示出了校准阶段。在门25关闭的情况下，检查台19移动到完全缩回的方位中使得校准标记23基本上放置在等中心处，即在直线加速器7的可治疗容积和MRI系统2的成像容积的中心点处。如果校准标记嵌入在检查台19中的不同位置处，则台19应该被相应地定位。然后操作MRI成像系统2和直线加速器7以及射野成像器7b以便从两个系统获得图像。这两者都将图示校准标记23，其将允许两个系统的空间配准。射野图像常常具有相对差的质量，其在组织类型之间具有小对比度，但是对于包含适当选择的材料的校准标记的精确方位成像而言，其将是超过足够的。可以在来自MRI系统的2D切片和来自射野影像系统的对应的2D投影图像之间进行比较，或者在来自MRI系统的3D数据集和3D射野-CT数据集之间进行比较，或者根据需要以其他方式进行比较。

如果在两个系统之间的配准矢量超过预设的限度，或者自从先前的校准检查以来已经显著地改变，则可以向操作员传递警报信号。

因此，图4和图5示出了用于校准过程的流程图。图4示出了用于操作日结束的流程图，在步骤30处要求操作员来检查房间1以确保没有患者、工作人员和铁磁对象，以及因此安全运行自动校准检查。然后，操作员使门25处于关闭状态中(步骤32)并且向装置控制单元(未示出)确认房间是空的以及关闭的(步骤34)。然后控制单元可以经由安全系统锁上门25(步骤36)。可替换地，操作员可以手动地锁上门。可选地，安全系统可以开始监控门状态以检查其被打开(步骤38)；如果锁是手动锁的话，这将是特别有用的。

图5示出了当在随后的操作日（诸如第二天早晨）之前重新开始时的过程。操作员可以经由直接点对点连接、或网络射野、或移动应用等远程登录到控制单元并且启动校准过程(步骤40)。控制单元将检查房间仍然是锁上的(步骤42)以及自从操作员确认房间是空的(步骤34)以来门还没有被打开(步骤44)。如果这些是真的，则控制单元可以安全地假定房间仍然是空的并且移动对象和激活各种系统是安全的。因此，控制单元命令检查台移动到在图3中所示的校准方位(步骤46)并且激活MRI扫描系统(步骤48)和射野影像系统(步骤50)。这些可以同时或顺序地激活。一旦从两个系统都可以获得图像，就对这些图像进行比较(步骤52)并且确定配准矢量。这示出了在两个系统之间的空间校准中的差异并且可以包括平移和/或旋转元件。如果这在公差之外，或者自从上次校准以来已经改变了过多的量，则可以发出警告和/或寻求服务注意。假设所有都是好的，则将存储矢量以供在一天的操作活动中使用(步骤54)，并且通过(例如)解锁门25来释放装置以供使用(步骤56)。

如果控制单元经由应用或网络射野可访问，则这允许有广泛的有用功能范围。例如，如果控制单元知道房间处于关闭并且安全的状态中，则可以将其设置为在方便的时间(诸如在第一治疗会话由于开始之前的一小时)经由远程连接工具向操作员发出通信，以询问操作员是否想要系统开始校准过程。如果房间没有处于安全并且关闭的状态中，它还可以发送消息，以让操作员知道他们将不能够启动校准。界面可以显示装置或一组装置的实时状态更新，从而显示它们的诸如安全/不安全、打开/关闭、运行校准、治疗患者等的当前状态，使得操作员可以意识到正在使用装置以及装置可用于什么。

当然应该理解的是在不脱离本发明的范围的情况下可以对上述实施例进行许多变化。

Claims (17)

1.一种放射治疗装置，包括：

治疗辐射源和诊断成像系统，两者都指向公共容积；

射野影像系统，其用于所述治疗辐射；

患者台，其包含校准部分；以及

控制单元；

其中所述校准部分在所述诊断成像系统和所述射野影像系统两者中是可分辨的，并且其相对于所述患者台被固定在预定方位中；

所述患者台相对于所述公共容积可移动到足以使所述校准部分选择性地进入和离开所述公共容积的程度；以及

所述控制单元被布置成周期性地启动校准过程，所述校准过程至少包括将所述患者台移动到某一方位的步骤，在所述方位中所述校准部分是在所述公共容积内，以及从所述诊断成像系统和所述射野影像系统两者获得图像的步骤。

2.根据权利要求1所述的放射治疗装置，其中所述校准部分包括能够出现在由所述诊断成像系统产生的所述图像中的材料的至少一个对象，以及能够出现在由所述射野影像系统产生的所述图像中的材料的至少一个对象，所述至少一个对象相对于所述校准部分被固定在预定方位中。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的放射治疗装置，其中所述控制单元被布置成在治疗阶段之前将患者支撑物移动到某一方位，在所述方位中所述校准部分在所述公共容积之外。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的放射治疗装置，其中所述校准部分位于所述患者台的一端或者朝着所述患者台的一端。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的放射治疗装置，其中所述患者支撑物包括所述校准部分不延伸到其中的中心部分。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的放射治疗装置，其中所述控制单元进一步包括用于连接到外部通信网络的模块。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的放射治疗装置，其进一步包括连接到所述控制单元的超驰模块。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的放射治疗装置，其进一步包括连接到所述控制单元的一个或多个监控设备。

9.一种房间，其包括根据任何前述权利要求所述的放射治疗装置，以及包括连接到锁紧装置的至少一个门的安全系统，其中所述安全系统适配成设置所述锁紧装置以允许或者拒绝进入所述房间。

10.根据权利要求9所述的房间，其中所述安全系统连接到所述放射治疗装置的所述控制单元。

11.根据权利要求9或权利要求10所述的房间，其进一步包括连接到所述控制单元的监控设备，所述监控设备提供关于所述放射治疗装置的一个或多个状况的信息。

12.一种校准放射治疗装置的方法，

所述放射治疗装置包括：

治疗辐射源和诊断成像系统，两者都指向公共容积；

射野影像系统，其用于所述治疗辐射；以及

患者台，其包括校准部分；

其中所述校准部分在所述诊断成像系统和所述射野影像系统两者中是可分辨的，并且其相对于患者支撑物被固定在预定方位中，

所述校准方法包括以下步骤：

i. 相对于所述公共容积将所述患者台移动到足以将所述校准部分放置在所述公共容积内的程度；

ii. 从所述诊断成像系统和所述射野影像系统两者获得图像；

iii. 以所述各自的图像为基础在空间上关联所述诊断成像系统和所述射野影像系统；以及

iv. 相对于所述公共容积将所述患者台移动到足以将所述校准部分放置在所述公共容积之外的程度。

13.根据权利要求12所述的方法，其中相对于所述公共容积将所述患者台移动到足以将所述校准部分放置在所述公共容积内的程度的所述步骤包括将所述患者台移动到预定方位。

14.根据权利要求12或权利要求13所述的方法，其中提供控制单元，所述控制单元适配成执行包括以下步骤的方法：

a）从远程通信设备接收激活信号；

b）执行安全检查；

c）执行步骤（i）到（iv）；以及

d）向远程通信设备提供确认信号。

15.根据权利要求14所述的方法，其中步骤（b）的所述安全检查包括确认用户是否已经确保包含所述放射治疗装置的房间在特定时间点没有人员和/或铁磁物品的步骤。

16.根据权利要求15所述的方法，其中步骤（b）的所述安全检查进一步包括自从接收用户确认以来确认以下中的至少一个的步骤：

i. 进入所述房间已经被拒绝或者

ii. 还没有进入所述房间。

17.根据权利要求12到16中任一项所述的方法，其中超驰步骤可以使所述校准步骤停止并且停用所述成像和/或治疗辐射源。

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