CN113164758A - 图像引导放射治疗设备中的集成螺旋扇束计算机断层摄影 - Google Patents

图像引导放射治疗设备中的集成螺旋扇束计算机断层摄影 Download PDF

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P·乔丹
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Abstract

提供了一种放射诊疗递送设备。该设备包括诊疗性放射源和被定位成接收来自诊疗性放射源的放射的第一探测器。该设备还包括成像放射源和第二探测器，该第二探测器被定位成接收来自成像放射源的放射。准直器组件相对于第二放射源被定位，以选择性地控制由第二放射源发射的放射束的形状，从而选择性地暴露第二放射探测器的部分或全部。重建处理器可以可操作地耦合到探测器，并被配置为基于由第二探测器从第二放射源接收的放射生成患者图像。该设备被配置成使用第二探测器的全部或部分从一个成像几何形状移动到另一个成像几何形状。

Description

图像引导放射治疗设备中的集成螺旋扇束计算机断层摄影
相关申请的交叉引用
本申请要求十一项美国临时专利申请的权益，包括：2018年11月30日提交的序列号62/773,712的申请(代理人案卷号38935/04001)；2018年11月30日提交的序列号62/773,700的申请(代理人案卷号38935/04002)；2019年1月25日提交的序列号62/796,831的申请(代理人案卷号38935/04004)；2019年2月1日提交的序列号62/800,287的申请(代理人案卷号38935/04003)；2019年2月5日提交的序列号62/801,260的申请(代理人案卷号38935/04006)；2019年3月4日提交的序列号62/813,335的申请(代理人案卷号38935/04007)；2019年3月20日提交的序列号62/821,116的申请(代理人案卷号38935/04009)；2019年4月19日提交的序列号62/836,357的申请(代理人案卷号38935/04016)；2019年4月19日提交的序列号62/836,352的申请(代理人案卷号38935/04017)；2019年5月6日提交的序列号62/843,796的申请(代理人案卷号38935/04005)；以及2019年7月25日提交的序列号62/878,364的申请(代理人案卷号38935/04008)。本申请还涉及在同一天提交的十个非临时美国专利申请，包括：代理人案卷号38935/04019，题为“MULTIMODAL RADIATION APPARATUS ANDMETHODS”的申请；代理人案卷号38935/04020，题为“APPARATUS AND METHODS FORSCALABLE FIELD OF VIEW IMAGING USING A MULTI-SOURCE SYSTEM”的申请；代理人案卷号38935/04010，题为“COMPUTED TOMOGRAPHY SYSTEM AND METHOD FOR IMAGEIMPROVEMENT USING PRIOR IMAGE”的申请；代理人案卷号38935/04013，题为“OPTIMIZEDSCANNING METHODS AND TOMOGRAPHY SYSTEM USING REGION OF INTEREST DATA”的申请；代理人案卷号38935/04015，题为“HELICAL CONE-BEAM COMPUTED TOMOGRAPHY IMAGINGWITH AN OFF-CENTERED DETECTOR”的申请；代理人案卷号38935/04021，题为“MULTI-PASSCOMPUTED TOMOGRAPHY SCANS FOR IMPROVED WORKFLOW AND PERFORMANCE”的申请；代理人案卷号38935/04012，题为“METHOD AND APPARATUS FOR SCATTER ESTIMATION IN CONE-BEAM COMPUTED TOMOGRAPHY”的申请；代理人案卷号38935/04014，题为“ASYMMETRICSCATTER FITTING FOR OPTIMAL PANEL READOUT IN CONE-BEAM COMPUTED TOMOGRAPHY”的申请；代理人案卷号38935/04018，题为“METHOD AND APPARATUS FOR IMPROVING SCATTERESTIMATION AND CORRECTION IN IMAGING”的申请；以及代理人案卷号38935/04022，题为“METHOD AND APPARATUS FOR IMAGE RECONSTRUCTION AND CORRECTION USING INTER-FRACTIONAL INFORMATION”的申请。所有上述(一个或多个)专利申请和(一个或多个)专利的内容通过引用全部并入本文。
技术领域
所公开的技术的方面涉及图像引导放射治疗(IGRT)，并且更具体地涉及使用低能量(例如，千伏x射线)放射源以进行高质量成像的系统和方法，所述高质量成像包括在IGRT中使用的螺旋扇束计算机断层摄影。
背景技术
放射诊疗(radiotherapy)通常通过将高能量x射线束(例如，在兆伏范围内的能级)指向肿瘤或患者体内的其他感兴趣区域来执行。治疗的目标是将高能量x射线束聚焦在感兴趣区域上，同时使周围组织的暴露最小化。医学成像技术可以与放射诊疗过程结合使用。所谓的IGRT利用医学成像技术，例如计算机断层摄影(CT)，来收集患者的图像，以用于基于图像的预递送步骤，其可以包括治疗规划。图像采集也可以用于确认诊疗性(therapeutic)放射束被正确地引导到感兴趣区域并对其进行治疗。
发明内容
在一个实施例中，放射诊疗递送设备包括：可旋转台架，其至少部分地围绕患者支撑件被定位；第一放射源，其被耦合到可旋转台架系统，第一放射源被配置用于诊疗性放射；第二放射源，其被耦合到可旋转台架系统，第二放射源被配置用于对放射进行成像，其中第二放射源包括小于第一放射源的能级；放射探测器，其被耦合到可旋转台架系统并且被定位成接收来自第二放射源的放射；以及准直器组件，其相对于第二放射源被定位，以选择性地控制由第二放射源发射的放射束的形状，以在螺旋扫描期间选择性地将放射探测器暴露于放射束。
关于一个实施例描述和/或示出的特征可以以相同的方式或类似的方式用于一个或多个其他实施例和/或与其他实施例的特征组合或代替其他实施例的特征。
本发明的描述不以任何方式限制权利要求中使用的词语或权利要求或发明的范围。权利要求中使用的词语具有其全部普通含义。
附图说明
在并入说明书并构成说明书的一部分的附图中，示出了本发明的实施例，其与上面给出的本发明的一般描述和下面给出的详细描述一起用于例证本发明的实施例。将理解的是，附图中所示的元素边界(例如，框、框组或其他形状)表示边界的一个实施例。在一些实施例中，一个元素可以被设计为多个元素，或者多个元素可以被设计为一个元素。在一些实施例中，被示为另一元素的内部部件的元素可以被实现为外部部件，反之亦然。此外，元素可以不按比例绘制。
图1是根据所公开技术的一个方面的示例性放射诊疗递送设备的透视图；
图2是示出根据所公开技术的一个方面的示例性放射诊疗递送设备的示意图；
图3是示出与所公开的技术的方面结合使用的示例性螺旋扇束放射源轨迹的示意图；
图4是示出结合所公开的技术的方面使用的示例性螺旋扇束放射源轨迹和准直的示意图；以及
图5是示出根据所公开的技术的示例性方面的示例性探测器的示意图，其中仅有一部分有效区(active area)暴露于来自第二放射源的放射。
图6是描绘使用放射诊疗设备的IGRT的示例性方法的流程图。
图7是描绘示例性的基于图像的预递送步骤的框图。
图8是描绘在成像或基于图像的预递送步骤期间可以利用的示例性数据源的框图。
应当注意，所有附图都是示意性的，并且未按比例绘制。为了附图的清楚和方便，这些图的各部分的相对尺寸和比例已经被放大或缩小地示出。相同的参考数字通常用于表示不同实施例中的相应或类似特征。因此，(一个或多个)附图和说明书本质上应被认为是说明性的而非限制性的。
具体实施方式
以下包括在整个公开中可以使用的示例性术语的定义。所有术语的单数和复数形式都落入每个含义内。
如本文所使用的“部件”可以被定义为硬件的一部分、软件的一部分或其组合。硬件的一部分可以至少包括处理器和存储器的一部分，其中存储器包括要执行的指令。部件可以与设备相关联。
如本文所使用的“逻辑”与“电路”同义，包括但不限于硬件、固件、软件和/或执行(一个或多个)功能或(一个或多个)动作的每个的组合。例如，基于期望的应用或需要，逻辑可以包括软件控制的微处理器、诸如专用集成电路(ASIC)的离散逻辑、或其他编程的逻辑设备和/或控制器。逻辑也可完全体现为软件。
如本文所使用的“处理器”包括但不限于实际上任何数量的处理器系统或独立处理器中的一个或多个，例如任何组合的微处理器、微控制器、中央处理单元(CPU)和数字信号处理器(DSP)。处理器可以与支持处理器的操作的各种其他电路相关联，例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、时钟、解码器、存储器控制器或中断控制器等。这些支持电路可以在处理器或其相关联的电子封装的内部或外部。支持电路与处理器操作地通信。支持电路不一定在框图或其他附图中与处理器分开示出。
如本文所使用的“信号”包括但不限于一个或多个电信号，包括模拟或数字信号、一个或多个计算机指令、比特或比特流等。
如本文所使用的“软件”包括但不限于一个或多个计算机可读和/或可执行指令，其使得计算机、处理器、逻辑和/或其他电子设备以期望的方式执行功能、动作和/或行为。指令可以以各种形式体现，诸如例程、算法、模块或包括来自动态链接源或库的单独应用或代码的程序。
虽然已经提供了上述示例性定义，但申请人的意图是，与本说明书一致的最宽的合理解释被用于这些和其他术语。
如下面更详细地讨论的，所公开的技术的实施例涉及一种放射诊疗递送设备和方法，其利用用于CT的集成低能量放射源，以与IGRT结合使用或作为IGRT的一部分。特别地，例如，放射诊疗递送设备和方法可以将用于使用旋转(例如，螺旋或步进拍摄(step-and-shoot))图像采集在台架中成像的低能量准直放射源与用于成像和/或诊疗性治疗的高能量放射源组合。在一个实施例中，低能量放射源是作为CT系统的一部分的千伏(kV)放射源，而用于诊疗性治疗的高能量放射源是兆伏(MV)放射源。以下提及kV放射源的实施例也可以利用其他低能量放射源。
与经由使用高能量(例如MV)进行成像相比，低能量放射源(例如kV)可以产生更高质量的图像。用kV能量生成的图像具有比用MV能量生成的图像更好的组织对比度。针对靶(target)和高危器官(OARS)的可视化、针对自适应诊疗监测以及对于治疗规划/重新规划，需要高质量容积成像。在一些实施例中，kV成像系统还可用于运动跟踪和/或校正能力。
图像采集方法可以包括或以其他方式利用多旋转扫描，其可以是例如连续扫描(例如，具有围绕中心轴的螺旋源轨迹以及患者支撑件通过台架孔的纵向移动)、具有患者支撑件的增量纵向移动的非连续圆形停止并反向(stop-and-reverse)扫描、步进拍摄的圆形扫描等。在一些实施例中，成像放射源利用来自kV放射源的准直扇束。
存在许多图像质量的决定因素(例如，X射线源焦斑尺寸、探测器动态范围等)。例如，kV锥束计算机断层摄影(CBCT)图像质量的限制可能是散射。可以使用各种方法来减少散射。一种方法是使用防散射格栅(其对散射进行准直)。然而，在kV成像系统上实现散射格栅可能是有问题的，包括用于运动跟踪和校正。另一种方法是试图校正重建过程中的散射，包括高级重建算法(例如，基于软件的散射校正)。
根据各种实施例，放射诊疗设备使用例如准直器(其可以包括波束成形器或作为波束成形器的一部分)将低能量放射源准直为包括例如锥束或扇束以限制束。在一个实施例中，准直束可以与在患者移动时连续旋转的台架组合，从而导致螺旋图像采集。
在一些实施例中，扇束是扇形束或“厚扇形”kV束准直。如下面更详细描述的，厚扇形束可以是这样的束：比扇束暴露多行放射探测器的更多行，但仍避免与锥束(CB)相关联的伪影。相对于常规的治疗中成像系统，例如CBCT，与为完成高质量容积图像而增加的扫描旋转相关联的时间可以通过高台架速率/速度(例如，使用快速滑环旋转，包括例如高达10转每分钟(rpm)、高达20rpm、高达60rpm或更高rpm)、高kV帧速率和/或稀疏数据重建技术来减轻，以在放射诊疗递送平台上提供kV CT成像。如以下详细讨论的，平板探测器(具有各种行/切片尺寸、配置、动态范围等)、扫描间距和/或动态准直是各种实施例中的附加特征，包括选择性地暴露探测器的部分。特别地，通过在低能量成像放射源上使用可调节准直器，可以减少散射来提高图像质量。另一个优点是减少了放射暴露。将理解的是，这样的实现可以提供减少的散射和改进的散射估计，以使得kV图像能够具有比诸如CBCT之类的常规系统更高的质量。
放射诊疗递送设备和方法可以提供kV放射源的选择性和可变准直，包括扇束几何形状，其暴露小于相关联的放射探测器(例如，定位成接收来自kV放射源的放射的放射探测器)的整个有效区。所公开的放射诊疗设备和方法可以允许选择性地控制来自放射源的束，包括调整束几何形状、选择性地暴露相关联的探测器的全部或部分的能力。仅将探测器的原发(primary)区域暴露于直接放射，允许探测器的阴影区域仅接收散射。在一些实施例中，探测器的阴影区域中的散射测量(以及在一些实施例中半影区域中的测量)可以用于估计接收投影数据的探测器的原发区域中的散射。
放射诊疗递送设备和方法可以提供选择性和可变探测器读出区和范围，包括调整所述探测器读出范围以限制所述探测器的有效区，从而提高读出速度。例如，可以读取少于可用的阴影区域数据的数据，并且将其用于散射估计。将选择性读出与波束成形(准直)组合允许散射拟合技术的各种优化。
参考图1和图2，提供了一种放射诊疗设备10。将理解的是，放射诊疗设备10可以用于各种应用，包括但不限于图像引导放射治疗或诊疗(IGRT)。放射诊疗设备10包括可旋转台架系统，称为台架12，由支撑单元或壳体14支撑或以其他方式容纳在其中。本文的台架指的是包括一个或多个台架(例如，环或C形臂)的台架系统，当一个或多个放射源和/或相关联的探测器围绕靶旋转时，台架能够支撑该一个或多个放射源和/或相关联的探测器。例如，在一个实施例中，第一放射源及其相关联的探测器可以安装到台架系统的第一台架，且第二放射源及其相关联的探测器可以安装到台架系统的第二台架。在另一个实施例中，多于一个的放射源和相关联的(一个或多个)探测器可以被安装到台架系统的同一台架，包括例如，其中台架系统仅包括一个台架。台架、放射源和放射探测器的各种组合可以被组合到各种台架系统配置中，以在相同的装置内对相同的容积进行成像和/或治疗。例如，kV和MV放射源可以安装在台架系统的相同或不同台架上，并且作为IGRT系统的一部分选择性地用于成像和/或治疗。如果安装到不同的台架，放射源能够独立地旋转，但是仍然能够同时对相同(或几乎相同)的容积成像。如上所述，可旋转环形台架12能够达到10rpm或更高。可旋转台架12限定台架孔16，患者可以移动进入并通过该台架孔，并且被定位用于成像和/或治疗。根据一个实施例，可旋转台架12被配置为滑环台架，以提供成像放射源和相关联的放射探测器的连续旋转，同时为探测器接收的高质量成像数据提供足够的带宽。滑环台架可以消除在交替方向上的台架旋转，以便卷绕和解开承载与设备相关联的电力和信号的线缆。如下面更全面地讨论的，即使当集成到IGRT系统中时，这样的配置也将允许连续的螺旋(例如，扇束、锥束等)计算机断层摄影。如上所述，单旋转CBCT的主要问题是在除了中心切片(包含旋转的切片)之外的所有切片上的采样不足。这可以通过螺旋轨迹锥束成像来克服。
患者支撑件18邻近于可旋转台架12被定位，并且被配置成通常在水平位置支撑患者，以便纵向移动到可旋转台架12中和内部。患者支撑件18可以例如在垂直于台架12的旋转平面的方向上(沿着或平行于台架12的旋转轴)移动患者。患者支撑件18可以可操作地耦合到患者支撑件控制器，该患者支撑件控制器用于控制患者和患者支撑件18的移动。患者支撑件控制器可以与可旋转台架12和安装到旋转台架的放射源同步，以用于根据命令的成像和/或治疗规划来围绕患者纵轴旋转。在一些实施例中，一旦患者支撑件处于孔16中，患者支撑件也可以在有限范围内上下、左右移动，以调整患者位置用于最佳治疗。
如图2所示，放射诊疗设备10包括与可旋转台架12耦合或以其他方式由其支撑的第一放射源20。根据一个实施例，第一放射源20被配置为诊疗性放射源，例如用于治疗患者体内感兴趣区域的肿瘤的高能量放射源。将理解的是，诊疗性放射源可以是高能量x射线束(例如兆伏(MV)x射线束)和/或高能量粒子束(例如电子束、质子束或较重离子的束，例如碳)或其他合适形式的高能量放射，而不脱离本公开技术的范围。在一个实施例中，第一放射源20包括1MeV或更大的兆电子伏峰值光子能量(MeV)。在一个实施例中，高能量x射线束具有大于0.8MeV的平均能量。在另一个实施例中，高能量x射线束具有大于0.2MeV的平均能量。在另一实施例中，高能量x射线束具有大于150keV的平均能量。通常，第一放射源20具有比第二放射源30更高的能级(峰值和/或平均值等)。
下面详细描述的成像系统包括第二放射源30，其可以是产生相对低强度和低能量成像放射的独立x射线成像源。在一个实施例中，第二放射源30是x射线源，其被配置为千伏(kV)源(例如，具有在大约20kV到大约150kV范围内的能级的临床x射线源)。在一个实施例中，kV放射源包括高达150keV的千电子伏峰值光子能量(keV)。成像放射源可以是适于成像的任何类型的传输源。例如，成像放射源可以是例如x射线生成源(包括用于CT)或产生具有足够能量和通量(flux)的光子的任何其他方式(例如，伽马源(例如，钴-57，122keV处的能量峰值)、x射线荧光源(例如通过Pb k线的荧光源，两个约70keV和约82keV的峰)等)。本文对x射线、x射线成像、x射线成像源等的引用针对特定实施例是示例性的。在各种其他实施例中，可以互换地使用其他成像传输源。
还将理解的是，第一放射源20可以向在患者支撑件18上的被支撑的患者体内的感兴趣区域(ROI)发射一个或多个放射束(通常由22表示)。第一放射源可以根据治疗规划发射一个或多个放射束。还将理解的是，治疗规划可以包括关于源的角度位置、束几何形状、束强度、调制、暴露等的详细参数。
在一个实施例中，第一放射源20是产生诊疗性放射(例如MV)的LINAC，并且成像系统包括产生相对低强度和低能量成像放射(例如kV)的独立的第二放射源30。在其他实施例中，第一放射源20可以是放射性同位素，例如钴-60，其通常具有＞1MeV的能量。第一放射源20可以根据治疗规划向在患者支撑件18上被支撑的患者体内的感兴趣区域(ROI)发射一个或多个放射束(通常由22表示)。
如下面详细讨论的，放射源20、30可以彼此结合使用，以提供更高质量和更好利用的图像。在其他实施例中，至少一个附加放射源可以耦合到可旋转台架12，并且被操作以在与放射源20、30的峰值光子能量不同的峰值光子能量处采集投影数据。
尽管图1和2描绘了具有安装到环形台架12上的放射源20的放射诊疗设备10，但是其他实施例可以包括其他类型的可旋转成像装置，例如包括C形臂台架和基于机器人臂的系统。在基于台架的系统中，台架使成像放射源30围绕穿过等中心点(isocenter)的轴旋转。基于台架的系统包括C形臂台架，其中成像放射源30以悬臂方式安装在穿过等中心点的轴上并绕该轴旋转。基于台架的系统还包括环形台架，例如具有大致圈(toroid)形状的可旋转台架12，其中患者的身体延伸穿过环/圈的孔，并且成像放射源30安装在环的周边上并围绕穿过等中心点的轴旋转。在一些实施例中，台架12连续旋转。在其他实施例中，台架12利用基于线缆的系统，该系统重复地旋转和反向。
第一探测器24可以耦合到可旋转台架12或以其他方式由其支撑，并且被定位成接收来自第一放射源20的放射22。第一探测器24可以探测或以其他方式测量未衰减的放射量，且因此推断实际上被患者或相关联的患者ROI衰减的放射(通过与最初生成的放射比较)。当第一放射源20围绕患者旋转并向患者发射放射时，第一探测器24可以探测或以其他方式收集来自不同角度的衰减数据。所收集的衰减数据可以被处理和重建为患者身体的一个或多个图像。
集成在放射诊疗设备10内的成像系统可以提供用于设置(例如，对准和/或配准)、规划和/或引导放射递送过程(治疗)的当前图像。典型的设置是通过将当前(治疗中)图像与治疗前图像信息进行比较来完成的。治疗前图像信息可以包括例如CT数据、CBCT数据、磁共振成像(MRI)数据、正电子发射断层摄影(PET)数据或3D旋转血管造影(3DRA)数据和/或从这些或其他成像模态获得的任何信息。在一些实施例中，成像系统可以跟踪治疗中的患者、靶或ROI运动。
常规的治疗中图像通常包括CBCT或二维图像(通常为x射线)。可以在一个或多个不同的观察点(例如，立体x射线图像)处采集X射线，可以将其与从三维治疗前图像信息中导出的二维数字重建射线照片(DRR)进行比较。CBCT可以直接从靶容积的2D投影中构建3D容积图像。如本领域所公知的，CBCT具有以更各向同性的空间分辨率从围绕靶容积的单次台架旋转形成3D图像容积的能力。然而，散射噪声和伪影对于CBCT系统是一个重要的问题，限制了图像质量。可以理解，这些和其他传统的放射诊疗治疗中成像系统缺乏产生高质量图像的能力，该高质量图像可以类似于治疗前图像的图像并且适合于基于图像的预递送步骤，包括实时治疗规划。
如图2所示，集成在放射诊疗设备10内的成像系统包括耦合到可旋转台架12或以其他方式由其支撑的第二放射源30。如上所述，第二放射源30可被配置为用于具有低于第一诊疗性放射源20的能级的高质量治疗中图像(通常表示为32)的成像放射源(例如kV)。
第二探测器34(例如二维平面探测器或曲面探测器)可以耦合到可旋转台架12或以其他方式由其支撑。第二探测器34被定位成接收来自第二放射源30的放射。探测器34可以探测或以其他方式测量未衰减的放射量，且因此推断实际上被患者或相关联的患者ROI衰减的放射(通过与最初生成的放射相比较)。当第二放射源30围绕患者旋转并向患者发射放射时，探测器34可以探测或以其他方式收集来自不同角度的衰减数据。
准直器或波束成形器组件(通常表示为36)相对于第二放射源30被定位，以选择性地控制和调整由第二放射源30发射的放射束32的形状，以选择性地暴露第二放射探测器34的有效区的一部分或区域。准直器36还可以控制放射束32如何被定位在探测器34上。在一个实施例中，准直器36可以具有一个度/维度的运动(例如，以形成更薄或更厚的狭缝(slit))。在另一个实施例中，准直器36可以具有两个度/维度的运动(例如，以形成各种尺寸的矩形)。在其他实施例中，准直器36可以具有各种其他动态控制的形状，包括例如平行四边形。所有这些形状都可以在扫描期间动态地调整。在一些实施例中，准直器的阻挡部分可以旋转和/或平移。
准直器/波束成形器36可以以多种方式配置，以允许其调整由第二放射源30发射的放射束32的形状。例如，准直器36可以配置成包括一组钳口(jaw)或其他合适的构件，其定义和选择性地调整来自第二放射源30的放射束可以以准直方式穿过的孔径的尺寸。根据一个示例性配置，准直器36可以包括上钳口和下钳口，其中上钳口和下钳口可在不同方向(例如，平行方向)上移动，以调整来自第二放射源30的放射束穿过的孔径的尺寸，并且还调整束32相对于患者的位置以仅照射待成像的患者部分，以用于优化成像和最小化患者剂量。例如，准直器可以被配置为多叶准直器(MLC)，其可以包括多个交错的叶片，所述多个交错的叶片可操作以移动到最小打开或关闭位置与最大打开位置之间的一个或多个位置。将理解的是，叶片可以移动到期望的位置以实现由放射源发射的放射束的期望形状。在一个实施例中，MLC能够具有亚毫米的靶定位精度。
根据一个实施例，来自第二放射源30的放射束32的形状可以在图像采集期间改变。换句话说，根据一个示例性实现方式，可以在扫描之前或期间调整准直器36的叶片位置和/或孔径宽度。例如，根据一个实施例，准直器36可以在第二放射源30的旋转期间被选择性地控制和动态地调整，使得放射束32具有带有足够的原发/阴影区域的形状，并且被调整为在成像期间仅包括感兴趣的对象(例如，前列腺)。取决于期望的图像采集，由第二放射源30发射的放射束32的形状可以在扫描期间或之后被选择性地控制，所述期望的图像采集可以基于成像和/或诊疗性反馈，如以下更详细地讨论的。
还将理解的是，第一放射源20可以包括波束成形器或准直器，或者以其他方式与波束成形器或准直器相关联。与第一放射源20相关联的准直器/波束成形器可以以多种方式配置，类似于与第二放射源30相关联的准直器36。
准直器组件36可以被控制以动态地以多种几何形状调整由第二放射源30发射的放射束32的形状，包括但不限于具有低至一个探测器行宽的束厚度(宽度)或包括多个探测器行的扇束、厚扇形束或锥束，其可以仅是探测器的有效区的一部分。在各种实施例中，扇束的厚度可以暴露几厘米的较大探测器有效区。例如，5-6厘米的探测器的3-4厘米(在探测器平面的纵向测量)可以选择性地暴露于成像放射32。在该实施例中，3-4厘米的投影图像数据可以在每次读出时被捕获，在一侧或每侧上具有大约1-2厘米的未暴露探测器区，其可以用于捕获散射数据，如下所述。
在其他实施例中，有效探测器34的部分的更多或更少可以选择性地暴露于成像放射。例如，在一些实施例中，束厚度可以被减小到大约两厘米、一厘米、小于一厘米、或类似尺寸的范围，包括使用更小的探测器。在其他实施例中，束厚度可以增加到大约4厘米、5厘米、大于5厘米或类似尺寸的范围，包括更大的探测器。在各种实施例中，暴露的探测器区与有效探测器区的比率可以是30-90％或50-75％。在其他实施例中，暴露的探测器区与有效探测器区的比率可以是60-70％。然而，在其他实施例中，各种其他的暴露的区的尺寸和有效区尺寸或暴露的探测器区与有效探测器区的比率可以是合适的。可以配置束和探测器，使得探测器的阴影区域(有效的但未暴露于直接放射)足以捕获半影区域之外的散射数据。
各种实施例可以包括对控制探测器的选择性暴露(例如，束尺寸、束/孔径中心、准直、间距(pitch)、探测器读出范围、探测器读出中心等)的特征的优化，使得所测量的数据对于原发(暴露)区域和阴影区域是足够的，并且对于速度和剂量控制也是优化的。可以控制准直器/波束成形器36的形状/位置和探测器34的读出范围，使得来自x射线源30的放射束32基于所执行的特定的成像任务和散射估计过程(包括例如窄和宽FOV扫描的组合)覆盖尽可能多或尽可能少的探测器34。设备10具有采集单旋转锥束和宽和窄束角锥束图像(螺旋或其他)的能力。
根据一个示例性实施例，上文已经将放射诊疗设备10描述为包括第一放射源20、第二放射源30、定位为接收来自第一放射源20的放射的第一放射探测器24和定位为接收来自第二放射源30的放射的第二放射探测器34。然而，将理解的是，在不脱离所公开技术的范围的情况下，放射诊疗设备10可以包括第一放射源20(例如，诊疗性放射源)、第二放射源30(例如，kV放射源)和仅定位为接收来自第二放射源30的放射探测器34。
放射源20可以被安装、配置和/或移动到与放射源30相同的平面或不同的平面(偏移)中。在一些实施例中，通过偏移放射平面可以逐渐地减少由放射源20、30的同时激活引起的散射。在其他实施例中，可以通过使激活交织来避免散射。例如，在同时进行多模式成像的情况下，可以同时进行采集，而不需要具有同时进行的单独脉冲。在另一个实施例中，基于阴影的散射校正的使用可用于例如解决kV探测器上的MV散射的问题。
作为放射诊疗设备被集成，设备10可以提供用于设置(例如，对准和/或配准)、规划和/或引导放射递送过程(治疗)的图像。典型的设置是通过将当前(治疗中)图像与治疗前图像信息进行比较来完成的。治疗前图像信息可以包括例如CT数据、CBCT数据、MRI数据、PET数据或3D旋转血管造影(3DRA)数据和/或从这些或其他成像模态获得的任何信息。在一些实施例中，设备10可以跟踪治疗中的患者、靶或ROI运动。
重建处理器40可以可操作地耦合到第一探测器24和/或第二探测器34。在一个实施例中，重建处理器40被配置为基于由探测器24、34从放射源20、30接收的放射生成患者图像。将理解的是，重建处理器40可以被配置为用于执行下面更全面描述的方法。装置10还可以包括存储器44，其适于存储信息，包括但不限于处理和重建算法和软件、成像参数、来自先前或以其他方式先前采集的图像(例如，规划图像)的图像数据、治疗规划等。
放射诊疗设备10可以包括操作者/用户界面48，其中放射诊疗设备10的操作者可以与放射诊疗设备10交互或以其他方式控制放射诊疗设备，以提供与扫描或成像参数等相关的输入。操作员界面48可以包括任何合适的输入设备，例如键盘、鼠标、语音激活的控制器等。放射诊疗设备10还可以包括显示器52或其他人类可读元件，以向放射诊疗设备10的操作者提供输出。例如，显示器52可以允许操作者观察重建的患者图像和与放射诊疗设备10的操作相关的其他信息，例如成像或扫描参数。
将理解的是，相对于第二放射源30定位的准直器组件36可以被配置成提供对由第二放射源30发射的放射束的动态准直。
可以控制准直器组件36，使得来自第二放射源30的束32基于正在执行的特定成像任务覆盖第二探测器34的尽可能多或尽可能少的部分。例如，准直器36可以被选择性地控制以提供扇束，该扇束具有来自单个探测器行的扇形厚度，该扇形厚度可以是亚毫米、高达几厘米，包括例如3-4厘米的扇束厚度(在探测器平面中的纵向方向上测量)。根据所公开的技术的方面，这种束配置可以用在连续的螺旋扇束成像模式中。根据另一示例性实施例，准直器36可以被选择性地控制以提供具有大约一厘米的扇形厚度的扇束。根据另一示例性实施例，准直器36可以被选择性地控制以提供扇束，该扇束具有大于一厘米或几厘米的扇形厚度，包括例如在大约两厘米和大约四厘米之间。根据另一示例性实施例，准直器36可以被选择性地控制以提供具有在大约十五厘米和大约三十厘米之间的厚度的束32。根据另一示例性实施例，准直器36可以被选择性地控制以提供具有在大约三十五厘米和大约四十厘米之间的厚度的束32。通常，扇束几何形状可以被控制以产生薄(例如，单行)、厚(例如，多行)或锥形的扇束。
除了上述扇束准直之外，将理解的是，在不脱离所公开的技术的范围的情况下，准直器36可以被选择性地控制以提供其他束32几何形状。例如，准直器36可以被选择性地控制以提供矩形或基本上矩形的束几何形状，其仅覆盖在患者支撑件上的被支撑的患者体内的感兴趣对象的全部或一部分。
根据一个实现，来自第二放射源30的束32的几何形状可以在图像采集期间改变。换句话说，根据一个示例性实现，可以在扫描之前或期间调整准直器36的叶片位置和/或孔径宽度。例如，根据一个实现，在第二放射源30的旋转期间准直器36可被选择性地控制和动态地调整，使得束32具有在成像期间仅包括感兴趣对象(例如前列腺)的矩形几何形状。
如图2所示，放射诊疗设备10包括可操作地耦合到放射诊疗系统10的一个或多个部件的控制器(通常表示为60)。控制器60控制放射诊疗设备10的整体功能和操作，包括向第一放射源20和/或第二放射源30提供功率和定时信号，以及控制可旋转台架12的旋转速度和位置的台架马达控制器。将理解的是，控制器60可以包括以下中的一个或多个：患者支撑件控制器、台架控制器、耦合到第一放射源20和/或第二放射源30的控制器、准直器组件控制器、耦合到第一探测器24和/或第二探测器34的控制器等。在一个实施例中，控制器60是可以控制其他部件、设备和/或控制器的系统控制器。
在各种实施例中，重建处理器40、操作员界面48、显示器52、控制器60和/或其他部件可以组合成一个或多个部件或设备。
放射诊疗系统10可以包括各种部件、逻辑和软件。在一个实施例中，控制器60包括处理器、存储器和软件。作为示例而非限制，放射诊疗系统(例如，图1和图2中所示的放射诊疗系统10)可以包括各种其他设备和部件(例如，台架、放射源、准直器、探测器、控制器、电源、患者支撑件等)，其可以实现与针对特定应用的成像和/或IGRT相关的一个或多个例程或步骤，其中例程可以包括成像、基于图像的预递送步骤和/或治疗递送，包括可以存储在存储器中的相应设备设置、配置和/或位置(例如，路径/轨迹)。其他例程包括与数据和图像处理相关联的过程和/或算法，包括例如以下描述的过程。此外，(一个或多个)控制器可以根据个存储在存储器中的一个或多个例程或过程来直接或间接地控制一或多个设备和/或部件。直接控制的示例是设置与成像或治疗相关的各种放射源或准直器参数(功率、速度、位置、定时、调制等)。间接控制的示例是将位置、路径、速度等传送到患者支撑件控制器或其他外围设备。可以以任何适当的方式布置可能与放射诊疗设备10相关联的各种控制器的层级，以将适当的命令和/或信息传送到期望的设备和部件。
此外，本领域技术人员将理解，可以利用其他计算机系统配置来实现该系统和方法。本发明的所示方面可以在分布式计算环境中实现，其中某些任务由通过通信网络链接的本地或远程处理设备来执行。例如，在一个实施例中，重建处理器40可以与单独的系统相关联。在分布式计算环境中，程序模块可以位于本地和远程存储器存储设备中。例如，可以与放射诊疗设备10一起利用远程数据库、本地数据库、云计算平台、云数据库或其组合。
放射诊疗设备10可以利用用于实现本发明的各个方面的示例性环境，包括计算机，其中，计算机包括控制器60(例如，包括处理器和存储器，其可以是存储器44)和系统总线。系统总线可以将包括但不限于存储器的系统部件耦合到处理器，并且可以与其他系统、控制器、部件、设备和处理器通信。存储器可以包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、硬盘驱动器、闪存驱动器和任何其他形式的计算机可读介质。存储器可以存储各种软件和数据，包括例程和参数，其可以包括例如治疗规划。
第一放射源20和/或第二放射源30可以可操作地耦合到控制器60，该控制器60被配置成控制第一放射源20和第二放射源30的相对操作。例如，第二放射源30可以与第一放射源20同时控制和操作。另外，或者可替换地，第二放射源30可以与第一放射源20顺序控制和操作，这取决于所实现的具体治疗和成像规划。
将理解的是，第二探测器34可以采用数种配置，而不脱离所公开的技术的范围。如图2所示，第二探测器34可被配置为平板探测器(例如，多行平板探测器)。根据另一示例性实施例，第二探测器34可被配置为曲面探测器。
无论第二探测器34的结构或几何形状如何，将理解的是，相对于第二放射源30被定位或以其他方式与第二放射源30相关联的准直器组件36可以被选择性地控制，以控制由第二放射源30发射的放射束32的形状，从而选择性地暴露第二放射探测器34的部分或全部。例如，根据一个示例性实施例，来自第二放射源的束可以被准直或以其他方式被控制，以提供对放射进行成像的扇束。将理解的是，扇束的尺寸和几何形状可以基于特定的期望成像应用来控制。根据所公开的技术的一个示例，准直器组件36可以被选择性地控制，使得由第二放射源发射的放射束32是扇束，其具有大于和小至大约一厘米的扇束厚度。如上所述，由第二放射源发射的放射束32的几何形状可以在扫描期间或之后取决于期望的图像采集而改变，所述期望的图像采集可以基于成像和/或诊疗性反馈，如以下更详细地讨论的。
将理解的是，第二放射源30和被定位成接收来自第二放射源30的放射的第二探测器34可以被配置成在成像扫描期间提供围绕患者的连续旋转。此外，使第二放射源30的运动和暴露与患者支撑件的纵向运动同步可以在操作期间提供患者图像的连续螺旋扇束采集。图3提供了示出螺旋扇束源轨迹300的示例性示意图。在该实施例中，为了实现螺旋轨迹，将放射源30的连续圆形旋转与患者的纵向移动相结合。
另外，图4提供了示出螺旋扇束图像采集400的示例性示例图。第二放射源30的运动通常以70表示，准直器36的叶片通过示出示例性扇束列/切片宽度而通常以74示意性地表示，并且患者支撑件的运动通常由图4中所示的箭头76表示。
将理解的是，放射源20、30和(一个或多个)探测器24、34可以被配置为在成像和/或治疗扫描期间以数种方式提供围绕患者的旋转。在一个实施例中，使源20、30的运动和暴露与患者支撑件18的纵向运动同步可以在操作期间提供患者图像的连续螺旋采集或扫描。除了放射源20、30和(一个或多个)探测器24、34的连续旋转(例如，具有恒定患者运动速度和恒定准直器孔径的台架的连续和恒定旋转)之外，将理解的是，可以采用其他变化而不脱离所公开技术的范围。例如，可旋转台架12和患者支撑件可被控制，使得当支撑件被控制为相对于可旋转台架12移动(以恒定或可变的速度)时，台架12以“前后”方式(例如，交替的顺时针旋转和逆时针旋转)(如上所述，与“连续地”相反)围绕在患者支撑件上被支撑的患者旋转。在另一实施例中，通过连续的步进拍摄的圆形扫描，患者支撑件18在纵向方向上的运动(步进)与可旋转机架12的扫描旋转交替(拍摄)，直到捕获期望的容积。设备10能够进行基于容积和基于平面的成像采集。例如，在各种实施例中，设备10可以用于采集容积图像和/或平面图像并且执行相关联的处理，包括下面描述的散射估计/校正方法。
可以利用各种其他类型的放射源和/或患者支撑件移动来实现放射源和患者的相对运动以便生成投影数据。可以使用放射源和/或患者支撑件的非连续运动、连续但可变/非恒定(包括线性和非线性)的移动、速度和/或轨迹等及其组合，包括与上述设备10的各种实施例的组合。
在一个实施例中，准直器36的孔径被设置为狭缝，以便它将成像放射准直为扇束，台架12在移动患者的同时连续旋转，以连续收集患者的准直图像数据，以便以螺旋方式采集图像，并且重建图像以生成容积kV图像。
在一个实施例中，台架12旋转速度、患者支撑件18速度、准直器形状和/或探测器读出在图像采集期间可以全部是恒定的。在其他实施例中，这些变量中的一个或多个可以在图像采集和/或治疗期间动态地改变。台架12旋转速度、患者支撑件18的速度、准直器形状和/或探测器读出可以被改变以平衡不同的因素，包括例如图像质量、图像采集时间、剂量、工作流程等。
动态准直(例如，相对于固定狭缝孔径)的优点在于，成像系统可以用于采集二维图像(例如，用于运动跟踪用途)和/或用于CBCT图像(例如，具有一次旋转、没有患者运动并且没有孔径准直)。
在另一实施例中，准直器36的孔径可以用于形成矩形束，其可以用于例如将束32准直为仅包括感兴趣的对象或区域。在该实施例中，准直器36将随着旋转动态地改变以保持束准直到靶或感兴趣区域(ROI)。
在其他实施例中，这些特征可以与一个或多个其他基于图像的活动或过程相结合，包括例如患者设置、自适应诊疗监测、治疗规划等。
图5是示出第二放射探测器34(例如平板探测器)的示例性实施例的示意图，该第二放射探测器34具有被定位成探测或以其他方式接收来自第二放射源30的放射的有效区域或有效区80。在所示的示例性实施例中，有效区80大于与来自第二放射源30的投影88对应的区。图5用于说明第二放射源30发射的放射的选择性控制或准直，使得发射的放射32的几何形状覆盖比相关联的探测器34的有效区80少(并且可能明显少)。一个示例性的束几何形状是扇束几何形状(例如，其中扇束被控制或以其他方式准直以覆盖纵向方向上低至第二放射探测器的大约一厘米的区)。所示实施例也可以被认为是代表多行探测器，其中来自第二放射源30的放射束32在纵向方向上准直以仅覆盖单个探测器行。
如图5所示，利用少于探测器34的整个有效区80，允许探测来自第二放射源30的准直束88区之外的放射。例如，探测器可以接收来自第二放射源30的半影(通常表示为84)和来自第二放射源30的投影信息的阴影区域边缘。
在这种配置中，也可以获得来自第二放射源30的散射放射(通常由半影区之外的箭头90表示)的散射估计。以这种方式，未被放射源30暴露的探测器部分可以用于通过在投影信息88(和半影84)的任一侧上的散射区域或散射区90中内插来自探测器响应的束(扇形)中的污染(contamination)来评估来自源30的由患者生成的散射放射。此外，将理解的是，在扇束几何形状中，未被第二放射源30(例如kV源)暴露的探测器34的部分也可用于评估当两个源20、30同时操作时来自第一放射源20(例如MV源)的散射的残余效应。如上所述，在一个实施例中，在5-6厘米的探测器80内，区88(具有半影84)可以是3-4厘米宽。在其他实施例中，可以使用各种其他暴露区尺寸和有效区尺寸或暴露的探测器区与有效探测器区的比率。
在所示的实施例中，第二放射源30和相关联的第二探测器34围绕旋转台架12彼此大约180度被定位。将理解的是，第二放射源30和相关联的第二探测器34可以以不同于180度偏移的不同取向定位。例如，第二放射源30和相关联的第二探测器34可以相对于彼此定位，以实现半扇形CT采集。
如上所述，所公开的技术的各方面可由放射诊疗设备和方法利用，所述放射诊疗设备和方法利用集成的低能量(例如kV)CT以与IGRT结合使用或作为IGRT的一部分使用。根据一个实施例，图像采集方法可以包括或以其他方式利用具有扇形或“厚扇形”束准直的螺旋源轨迹(例如，围绕中心轴的连续源旋转以及患者支撑件穿过台架孔的纵向移动)以及快速滑环旋转，例如，以在放射诊疗递送平台上提供kV CT成像。应当理解，这样的实现可以提供减少的散射和改进的散射估计，以使得kV图像具有比常规系统更高的质量。
在一些实施例中，将理解的是，与用于完成容积图像的多个扇束旋转相关联的任何潜在增加的扫描时间可被高kV帧速率、高台架速率和/或稀疏数据重建技术减轻或以其他方式抵消。还将理解的是，上述提供可选择性控制的准直器允许用户可以取决于具体应用和/或临床需要来权衡或以其他方式改变图像采集时间与图像质量的关系的系统。还将理解的是，可以控制放射诊疗递送设备以提供具有快速图像采集时间(例如，用于运动跟踪)的半旋转或单旋转锥束CT扫描(由于散射而具有潜在的降低的图像质量)，以及具有较长采集时间的具有窄/狭缝扇束的圆形或连续螺旋采集，但是由于降低的散射而提高了图像质量。
下面的流程图和框图示出了根据上述系统的与IGRT相关联的示例性配置和方法。示例性方法可以在逻辑、软件、硬件或其组合中执行。另外，尽管以一定次序呈现了过程和方法，但是可以以不同的次序执行方框，包括串行和/或并行。特别地，例如，第一放射源20和第二放射源30可以顺序地和/或同时地被激活。因此，包括成像、基于图像的预递送步骤和治疗递送的以下步骤，尽管顺序地示出，但是可以同时执行，包括实时执行。此外，可以使用附加步骤或更少步骤。
图6是描述使用放射诊疗设备(例如，放射诊疗设备10)的IGRT的示例性方法600的流程图。先前数据605可以包括患者的图像(例如，先前图像，其可以是先前采集的规划图像，包括先前CT图像)、治疗规划、体模(phantom)信息、模型、先验信息等。在一些实施例中，先前数据605由相同的放射诊疗设备生成，但是在较早的时间生成。在步骤610，使用低能量放射源(例如，来自第二放射源30的kV放射)对患者进行成像。在一个实施例中，成像包括具有扇束几何形状的螺旋扫描。步骤610可以使用上述技术产生高质量(HQ)(一个或多个)图像或成像/扫描数据615。在一些实施例中，可以调整图像质量以优化图像质量/分辨率与剂量之间的平衡。换句话说，不是所有的图像都需要具有最高的质量，或者可以调整图像质量以优化或权衡图像质量/分辨率和图像采集时间之间的平衡。成像步骤610还可以包括图像处理，以基于成像/扫描数据615生成患者图像(例如，根据上述方法)。在一些实施例中，图像处理是单独的步骤，包括由单独的设备执行图像处理。
接下来，在步骤620，至少部分地基于来自步骤610的成像数据615来执行下面讨论的一个或多个基于图像的预递送步骤。如下面更详细地讨论的，步骤620可以包括确定与诊疗性治疗和(后续)成像规划相关联的各种参数。在一些实施例中，基于图像的预递送步骤(620)可能在治疗递送(630)之前需要更多成像(610)。步骤620可以包括基于成像数据615调整治疗规划，作为自适应放射诊疗例程的一部分。在一些实施例中，基于图像的预递送步骤620可以包括实时治疗规划。实施例还可以包括同时、重叠和/或交替激活成像和诊疗性放射源。实时治疗规划可以涉及这些类型的成像和诊疗性放射激活技术(同时、重叠和/或交替)中的任何或全部。
接下来，在步骤630，使用高能量放射源(例如，来自第一放射源20的MV放射)执行诊疗性治疗递送。步骤630根据治疗规划向患者递送治疗剂量635。在一些实施例中，IGRT方法600可以包括返回到步骤610以便以各种间隔进行附加成像，之后是根据需要的基于图像的预递送步骤(620)和/或治疗递送(630)。以这种方式，可以使用能够进行自适应诊疗的一个放射诊疗设备10在IGRT期间产生和利用高质量的成像数据615。如上所述，步骤610、620和/或630可以同时、重叠和/或交替执行。
IGRT可以包括至少两个一般目标：(i)将高度适形的剂量分布递送至靶容积；以及(ii)在每个治疗分次中以高精度递送治疗束。第三个目标可以是在每分次尽可能少的时间内完成两个一般目标。精确地递送治疗束需要利用高质量图像来识别和/或跟踪靶容积分次内(intrafraction)的位置的能力。增加递送速度的能力需要根据治疗规划准确、精确和快速地移动放射源的能力。
图7是描述可以与上述步骤620相关联的示例性的基于图像的预递送步骤/选项的框图700。将理解的是，上述放射诊疗设备(例如，放射诊疗设备10)可以产生kV图像，其可以以多种方式使用，包括用于基于图像的预递送步骤(620)，而不脱离本发明的范围。例如，由放射诊疗设备生成的图像615可以用于在治疗之前对准患者(710)。患者对准可以包括将当前成像数据615与和包括治疗规划的较早的预治疗扫描和/或规划相关联的成像数据相关或配准。患者对准还可以包括关于患者相对于放射源的物理位置的反馈，以验证患者是否物理上在递送系统的范围内。如果需要，患者可以相应地调整。在一些实施例中，患者对准成像可以故意地具有较低的质量以最小化剂量，但是提供足够的对准信息。
由放射诊疗设备生成的图像还可以用于治疗规划或重新规划(720)。在各种实施例中，步骤720可以包括确认治疗规划、修改治疗规划、生成新的治疗规划和/或从治疗规划集合(有时被称为“当日规划”)中选择治疗规划。例如，如果成像数据615示出靶容积或ROI与当开发治疗规划时相同，则可以确认治疗规划。然而，如果靶容积或ROI不相同，则可能需要重新规划诊疗性治疗。在重新规划的情况下，由于成像数据615的高质量(由放射诊疗设备10在步骤610生成)，成像数据615可以用于治疗规划或重新规划(例如，生成新的或修改的治疗规划)。以这种方式，不需要经由不同设备的治疗前CT成像。在一些实施例中，确认和/或重新规划可以是在各种治疗之前和/或之后正在进行的流程。
根据另一示例性用例，由放射诊疗设备10生成的图像能够用于计算成像剂量(730)，其可以用于正在进行的对患者的总剂量的确定和/或用于随后的成像规划。随后成像的质量也可以作为治疗规划的一部分来确定，例如，以平衡质量和剂量。根据另一示例性用例，由放射诊疗设备10生成的图像可以用于计算治疗剂量(740)，其可以用于正在进行的对患者的总剂量的确定和/或可以被包括作为治疗规划或重新规划的一部分。
根据其他示例性用例，由放射诊疗设备10生成的图像可以与规划或调整其他成像(750)和/或其他治疗(760)参数或规划结合使用，包括例如作为自适应诊疗和/或治疗规划生成的部分。根据另一示例性用例，由放射诊疗设备10生成的图像能够与自适应诊疗监测(770)结合使用，所述自适应诊疗监测能够包括监测治疗递送并且根据需要进行适配。
应当理解，基于图像的预递送步骤(620)不是相互排斥的。例如，在各种实施例中，计算治疗剂量(740)可以是单独的步骤和/或可以是自适应诊疗监测(770)和/或治疗规划(720)的一部分。在各种实施例中，基于图像的预递送步骤(620)可以自动地和/或在人工参与的情况下手动地执行。
上述包括图像放射的准直和图像放射探测器方案的设备和方法可以提供减少的散射和改进的散射估计，这可以导致kV生成的图像具有比诸如CBCT的常规治疗中成像系统更高的质量。
如上所述并再次参考图5，第二放射源30可以被控制和/或准直(例如，通过准直器36)成扇束，使得成像束32不直接暴露探测器34的整个有效区80，并允许检测准直束88的区(投影数据)之外的放射，包括半影区域84和/或散射区域90。
图8是描述在成像(610)和/或随后的治疗规划(620)期间可以利用的示例性数据源的框图800。探测器数据810表示由图像放射探测器34接收的所有数据。继续另外参考图5，投影数据820是由入射到准直束区88(其可以被称为原发区域)中的放射生成的数据。半影数据830是由入射到半影区域或半影区84的放射生成的数据。散射数据840是由入射到(仅)散射区域或散射区90的放射生成的数据。
在一个实施例中，半影数据830可以用于分离或识别投影和/或散射数据。在另一个实施例中，在扇束几何形状中，散射数据840可以用于通过从散射数据840内插投影数据820中的污染来确定由患者从第二放射源30生成的散射放射(例如kV)。在另一个实施例中，同样在扇束几何形状中，当两个源20、30同时操作时，散射数据840可以用于确定来自第一放射源20的散射(例如MV)的残余效应。
以这种方式，半影数据830和/或散射数据840可以被利用以提高由成像步骤610生成的图像的质量。在一些实施例中，半影数据830和/或散射数据840可以与投影数据820组合和/或考虑到可应用的成像设置850、治疗设置860(例如，如果同时成像和治疗放射)和在成像探测器34处收集数据时与放射诊疗设备10相关联的任何其他数据870而进行分析。在其他实施例中，数据可用于治疗规划步骤620。
尽管已经关于特定方面、实施例或多个实施例示出和描述了所公开的技术，但是显然，本领域技术人员在阅读和理解本说明书和附图之后将想到等效的变更和修改。特别地，关于由上述元件(部件、组件、设备、构件、组成等)执行的各种功能，除非另外指出，否则用于描述这些元件的术语(包括对“装置(means)”的引用)旨在对应于执行所描述的元件的指定功能的任何元件(即，功能上等同)，即使结构上不等同于执行本文所公开的技术的本文所示的示例性方面、一个或多个实施例中的功能的所公开的结构。另外，虽然上文可能已相对于若干所说明方面或实施例中的仅一者或多者描述所揭示技术的特定特征，但此特征可与其他实施例的一个或多个其他特征组合，如对于任何给定或特定应用可能需要且有利。
虽然本文所讨论的实施例涉及上文所讨论的系统和方法，但是这些实施例旨在是示例性的，并且不旨在将这些实施例的适用性限制为仅本文所阐述的那些讨论。虽然已经通过对本发明的实施例的描述对本发明进行了说明，并且虽然已经相当详细地描述了实施例，但是申请人的意图不是将所附权利要求的范围限制或以任何方式限制到这样的细节。本领域技术人员将容易地想到附加的优点和修改。因此，本发明在其更广泛的方面不限于所示出和描述的具体细节、代表性装置和方法以及说明性示例。因此，在不脱离申请人的总体发明构思的精神或范围的情况下，可以偏离这些细节。

Claims (20)

1.一种放射诊疗递送设备，包括：
可旋转台架系统，其至少部分地围绕患者支撑件被定位；
第一放射源，其被耦合到所述可旋转台架系统，所述第一放射源被配置用于诊疗性放射；
第二放射源，其被耦合到所述可旋转台架系统，所述第二放射源被配置用于对放射进行成像，其中所述第二放射源包括小于所述第一放射源的能级；
放射探测器，其被耦合到所述可旋转台架系统并且被定位成接收来自所述第二放射源的放射；以及
准直器组件，其相对于所述第二放射源被定位，以选择性地控制由所述第二放射源发射的放射束的形状，以在螺旋扫描期间选择性地将所述放射探测器暴露于所述放射束。
2.根据权利要求1所述的放射诊疗递送设备，其中所述第二放射源包括千伏(kV)放射源。
3.根据权利要求1所述的放射诊疗递送设备，其中所述放射束的所述形状是扇束。
4.根据权利要求1所述的放射诊疗递送设备，其中所述准直器组件被选择性地控制以在所述螺旋扫描期间调整所述放射束。
5.根据权利要求1所述的放射诊疗递送设备，其中所述患者支撑件相对于所述可旋转台架系统以可变速度移动。
6.根据权利要求1所述的放射诊疗递送设备，其中所述可旋转台架系统以可变速率围绕所述患者支撑件旋转。
7.根据权利要求1所述的放射诊疗递送设备，其中所述第二放射源与所述第一放射源同时操作。
8.根据权利要求1所述的放射诊疗递送设备，其中所述第二放射源与所述第一放射源顺序地操作。
9.根据权利要求1所述的放射诊疗递送设备，其中所述放射探测器的有效区包括相对于所述第二放射源的半影区域和阴影区域。
10.根据权利要求1所述的放射诊疗递送设备，其中当所述第一放射源和所述第二放射源被同时操作时，所述放射探测器的有效区采集来自所述第二放射源的投影数据和来自所述第一放射源的散射数据。
11.根据权利要求1所述的放射诊疗递送设备，还包括重建处理器，其中所述重建处理器基于由所述放射探测器接收的放射而生成患者图像。
12.一种从放射诊疗设备采集投影数据的方法，所述放射诊疗设备包括被耦合到可旋转台架系统的第一放射源和第二放射源，所述第一放射源被配置用于诊疗性放射，所述第二放射源被配置用于对放射进行成像，所述方法包括：
控制所述第二放射源和相对于所述第二放射源被定位的准直器组件，以提供放射扇束，该放射扇束暴露小于放射探测器的有效区；
控制所述可旋转台架系统和患者支撑件以提供对所述患者支撑件上的患者的螺旋扫描；以及
提供来自所述放射探测器的所述有效区的成像数据。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括基于由所述放射探测器接收的所述成像数据来规划诊疗性治疗。
14.根据权利要求13所述的方法，其中规划所述诊疗性治疗包括以下中的至少一者：对准所述患者、计算成像剂量、计算治疗剂量、确认先前成像数据、确认先前治疗规划、生成修改的治疗规划或生成新的治疗规划。
15.根据权利要求12所述的方法，其中由所述放射探测器接收的放射包括投影数据和半影数据，并且所述方法还包括基于所述半影数据，确定散射区域。
16.根据权利要求12所述的方法，其中由所述放射探测器接收的放射包括投影数据和散射数据，并且所述方法还包括基于所述散射数据，确定由于所述第二放射源引起的患者散射估计。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括基于所述患者散射估计来内插所述投影数据中的污染。
18.根据权利要求12所述的方法，其中所述第一放射源和所述第二放射源同时发射放射，并且其中，由所述放射探测器接收的放射包括投影数据和散射数据，并且所述方法还包括基于所述散射数据，确定由于所述第一放射源引起的患者散射估计。
19.根据权利要求12所述的方法，还包括基于由所述放射探测器从所述第二放射源接收的放射来生成患者图像。
20.一种放射诊疗递送设备，包括：
可旋转台架系统，其至少部分地围绕患者支撑件被定位；
第一放射源，其被耦合到所述可旋转台架系统，所述第一放射源被配置用于诊疗性放射；
第二放射源，其被耦合到所述可旋转台架系统，所述第二放射源被配置用于对放射进行成像，其中所述第二放射源包括小于所述第一放射源的能级；
放射探测器，其被耦合到所述可旋转台架系统并且被定位成接收来自所述第二放射源的放射；
准直器组件，其相对于所述第二放射源被定位，以选择性地控制由所述第二放射源发射的放射束的形状，以在螺旋扫描期间选择性地将所述放射探测器暴露于所述放射束；
数据处理系统，被配置为：
从所述放射探测器的有效区接收成像数据；以及
在IGRT期间基于所述成像数据，重建患者的图像。
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