CN113891741A - 放射治疗的递送 - Google Patents
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Abstract
公开了一种控制放射治疗设备的方法、计算机可读介质以及放射治疗设备。该放射治疗设备包括耦合到旋转装置的辐射源。该方法包括：使用辐射源向对象施加辐射，根据第一固定旋转方案使用旋转装置使辐射源围绕对象旋转。该方法还包括：在第一固定旋转方案的执行期间，确定对象处于次优位置，暂停辐射源的辐射施加；以及记录暂停辐射施加的位置处的辐射源的第一旋转角度。
Description
技术领域
本发明一般涉及放射治疗的递送，特别涉及控制放射治疗的递送。
背景技术
放射治疗使用电离辐射来治疗人体或动物体。特别地，放射治疗通常用于治疗人体或动物体内的肿瘤。在这样的治疗中，通过电离辐射照射形成肿瘤部分的细胞，以摧毁或破坏这些细胞。但是，为了将规定剂量的电离辐射施加到诸如肿瘤的靶位置或靶区域，电离辐射典型地还将穿过人体或动物体的健康组织。因此，放射治疗具有照射和破坏靶区域的期望结果，但是也可能具有照射和破坏健康组织的不良结果。在放射治疗中，期望将健康组织所接收的剂量降至最低。
现代放射治疗使用技术来减少对健康组织的辐射剂量，从而提供安全的治疗。例如，使靶区域周围的健康组织所接收的辐射剂量降至最低的标准方法是从多个不同角度将辐射导向靶区域，例如通过使用旋转机架在患者周围旋转辐射源。在这种情况下，选择施加辐射的角度，以使每个辐射束都穿过靶区域。以这种方式，可以在辐射源旋转一定角度的治疗递送过程中在靶区域上积累累积的辐射剂量。但是，由于从多个不同角度施加辐射，因此不会在健康组织中积累相同的、高的、累积的辐射剂量，因为辐射穿过的特定健康组织会随角度变化。因此，相对于靶区域的单位体积，健康组织的单位体积接收减小的辐射剂量。
然而，患者的移动会影响施加于患者身体的不同区域的剂量。例如，患者的移动会导致肿瘤的移动，因此，施加到靶区域的剂量减少，而施加到健康组织的剂量增加。换言之，如果患者在放射治疗期间或之前移动，这会导致高累积剂量在健康组织区域而非靶区域中积累。这会降低用于治疗靶区域的放射治疗的有效性，可能对其他健康组织造成损害。
患者可能在放射治疗期间或之前移动的原因有多种。患者的较大或大范围移动可包括患者移位或坐起。患者的离散移动可包括患者咳嗽或打喷嚏。在某些情况下，大范围移动可对应于离散移动。患者也可能经历周期性生理移动。例如，患者的呼吸可能导致患者的准周期性移动，该移动可以相对于时间移动靶区域(例如肿瘤)的位置。
为了解决该问题，已知技术包括训练患者的呼吸或要求患者在放射治疗期间屏住呼吸。在这种技术中，患者的呼吸根据放射治疗的要求进行调整。然而，这对某些患者来说可能会不舒服或不可能，并且常常会限制可以施加辐射的时间。
在其他已知技术中，当患者的呼吸导致患者充分移动时，可停止治疗递送。例如，在一些现有系统中，患者吸气或呼气时的移动可由多种已知传感器中的任一种感测到，仅在患者的呼吸循环的某一部分期间施加辐射。例如，患者的呼吸循环可以分为两个区域：第一，应该施加辐射的最优区域，第二，出于安全原因不应施加辐射的次优区域。响应于感测到患者的呼吸循环已进入次优区域，中止机架的旋转和辐射的施加，从而停止治疗递送。
然而，旋转的中止可能会发生在感测到患者的呼吸循环已经进入次优区域之后的某个时间。这可能是由于，例如，旋转机架的惯性。换句话说，由于机架的质量相当大，可能无法立即停止旋转。这可能意味着在机架中止之前，旋转会继续超过某个非零角度。因此，在中止机架和辐射装置/辐射源的旋转之后，机架和辐射装置可能处于大于患者的呼吸循环进入次优区域的角度的角度。因此，典型地需要反转机架和辐射装置的旋转。这种旋转的中止和反转可能会导致治疗和患者处理量的延迟。
此外，开始进一步旋转机架以施加更多辐射涉及将机架加速返回至期望旋转速度。在这个加速过程中，在每个旋转角度施加的辐射量可能不是恒定和一致的，这会导致剂量测定误差。以此方式，施加到靶区域的剂量可能低于期望和/或施加到健康区域的剂量可能高于期望。换言之，已知技术导致放射治疗期间的剂量不准确。
在放射治疗期间将健康组织所接收的剂量降至最低将是有利的。更精确地使靶区域所接收的剂量调准至靶区域的预期(例如规定)剂量也将是有利的。增加放射治疗的速度和增加治疗期间患者的舒适度也将是有利的。
本发明试图通过提供改进的放射治疗的递送来解决现有技术中遇到的这些和其他缺点。
发明内容
在权利要求书中阐述了发明。
根据一个方面，提供了一种控制放射治疗设备的方法。放射治疗设备包括耦合到旋转装置的辐射源。该方法包括：使用辐射源向对象施加辐射，根据第一固定旋转方案使用旋转装置使辐射源围绕对象旋转。该方法还包括：在第一固定旋转方案的执行期间，确定对象处于次优位置，暂停辐射源的辐射施加；以及记录暂停辐射施加的位置处的辐射源的第一旋转角度。
该方法可以是计算机实施的方法。辐射施加的暂停可以响应于确定对象或患者处于次优位置。确定患者处于次优位置可以基于由患者移动传感器提供的患者位置和/或移动信息。
根据一个方面，提供一种计算机可读介质，其包括计算机可执行指令，该计算机可执行指令在由处理器执行时使所述处理器执行所公开的方法中的任一个方法。
根据一个方面，提供一种包括耦合到旋转装置的辐射源的放射治疗设备。该设备配置为执行所公开的方法中的任一个。特别地，该设备可以配置为通过计算机可读介质来执行所公开的方法，该方法在由处理器执行时使该设备使用辐射源向对象施加辐射，并根据第一固定旋转方案使用旋转装置使辐射源围绕该对象旋转。在第一固定旋转方案的执行期间，该设备确定对象处于次优位置，暂停辐射源的辐射施加，并记录暂停辐射施加的位置处的辐射源的第一旋转角度。
附图说明
现参照附图，仅通过举例的方式描述具体实施方式，其中：
图1a和图1b描述了根据本公开的放射治疗设备；
图2描述了根据本公开的放射治疗的参数；
图3描述了根据本公开的控制放射治疗设备的方法；
图4描述了根据本公开的控制放射治疗设备的另一种方法；
图5描述了根据本公开的控制放射治疗设备的另一种方法；
图6描述了根据本公开的控制放射治疗设备的另一种方法。
具体实施方式
与在现有技术的方法中响应于确定对象或患者处于次优位置而中止机架和辐射源的旋转不同，在当前公开的方法中，辐射施加中止，但辐射源的旋转继续按照固定旋转方案继续。记录辐射中止或暂停的位置处的角度。在固定旋转方案和/或治疗递送已结束后，可以根据治疗计划确定施加到靶区域的剂量是否足够。如果施加的剂量不够，则可以通过另一个固定旋转方案和/或治疗递送继续治疗以“填充间隙”，即以第一旋转方案和/或治疗递送期间未施加辐射的位置处的角度向对象施加辐射。因此，在靶区域积累规定剂量，而将对健康组织的辐射剂量降至最低。同时，提高了放射治疗的速度和治疗过程中患者的舒适度。
以下，提供了用于递送放射治疗的方法、设备和计算机可读介质。为了提供清晰的解释，以下将最详细地描述放射治疗对患者的应用。使用术语“患者”不应被解释为限制本公开的应用。本公开提供了可用于将放射治疗应用于任何对象的装置。术语“对象”和“患者”在本文可互换使用。
为了提供清晰的解释，以下将最详细地描述患者的呼吸。然而，本公开适用于对象的任何自主或非自主移动，包括由于对象的呼吸或呼吸循环、心动循环、咳嗽、打喷嚏和/或其他移动。
图1a和图1b描述了根据本公开的放射治疗设备。所描述的布置应当被视为提供了放射治疗设备120的一个或多个示例，应当理解，其他布置是可能的并且可以用于执行本文描述的方法。附图示出了放射治疗设备120的横截面，该放射治疗设备120包括辐射源100和附接到机架104的检测器102。机架可包括圆形支撑轨道106。辐射源100和检测器102可以彼此径向相对地布置。辐射源100和检测器102可以固定到机架104并且可以随着机架104旋转。图1a和图1b还示出了躺在支撑表面110上的患者108。当辐射被递送到患者时，例如根据治疗计划，辐射源100和检测器102可以与台架104一起旋转和/或围绕圆形支撑轨道106旋转，使得辐射源100和检测器102一直布置为彼此成180°。辐射源100从围绕患者108的各种角度向患者108发送辐射，以将健康组织所接收的辐射剂量散布到健康组织的更大区域，同时在靶区域积累规定剂量的辐射。在图1a中，辐射源100位于放射治疗设备120的顶部，检测器102位于放射治疗设备120的底部。图1b显示两个部件都旋转了180°。可以旋转任何角度。在某些情况下，部件可以再旋转180°，从而实现360°的总旋转，部件的方向再次对应于图1a中的方向。
如图1a和图1b所示，辐射可以在垂直于辐射源100的旋转轴的平面中发射。因此，无论辐射头围绕机架104旋转的角度如何，辐射都可以被递送到机架104的中心处的辐射等中心112。
例如，根据治疗计划，治疗递送可以包括辐射源100的旋转和由辐射源100进行的辐射施加。治疗递送可包括治疗弧。在治疗递送中，辐射源100的旋转可以通过预定角度。在一些例子中，治疗递送可以包括围绕患者108旋转多于一圈，例如包括总共旋转大于360°。辐射源100的旋转可以根据固定旋转方案进行。辐射源100的旋转可以包括固定旋转方案的执行、操作或实施。固定旋转方案可以包括在治疗递送期间不改变的辐射源100的预定旋转。例如，固定旋转方案可包括连续旋转、以恒定速率旋转、以递增速率旋转、以递减速率旋转和/或穿插有辐射源100静止时段的离散时段旋转(discrete periods of rotation)。离散时段旋转可以是相对于患者108的一系列离散方向。但是，固定旋转方案是固定的，因为它在治疗递送期间不进行调整。例如，根据治疗计划，固定旋转方案可以适用于向对象施加一定辐射剂量。
根据响应于确定特定患者已经移动到一定程度而中止施加辐射并中止旋转辐射源的现有技术，由于因患者移动而导致的中止或中断，针对特定患者的放疗疗程/治疗可能由若干次治疗递送组成。在这种情况下，每次治疗递送以辐射源开始旋转开始，并在辐射源的旋转中止时结束。
从图1a和图1b可以看出，如果患者108在治疗递送期间保持静止，则累积辐射剂量将在辐射等中心112处积累，因为辐射将在整个旋转过程中穿过该辐射等中心112。患者和放射治疗设备120布置为，使得辐射等中心112与靶区域或靶位置(例如肿瘤的位置)重合。然而，如果患者在治疗递送期间移动，则辐射等中心112和靶区域将不再重合。
对于离散的患者运动，例如可能由患者108的咳嗽或打喷嚏引起的，辐射等中心112相对于靶区域的位移可以离散量改变。对于准周期性患者运动，例如可能由患者108的呼吸引起的，辐射等中心112相对于靶区域的位移可以准周期性地变化。如本文所用，术语“准周期性”可用于指代具有周期性变化的分量和可具有不可预测的或不规则的分量的运动或循环。换言之，该术语可用于指代具有重复模式但可包括幅度和/或周期变化的循环。
对患者108应用放射治疗的不同方案是已知的。在调强放射治疗(IMRT)中，辐射束成形为与不健康组织的分布紧密对应。因此，IMRT可以描述为适形放射治疗。辐射束的成形可以使用准直器(例如多叶准直器)来进行，其叶片可以独立移动以提供各种不同的束形状。由于提供了额外的灵活性，多叶准直器的叶片的移动可能削弱靶区域与辐射等中心112重合的要求。在IMRT中，可以从多个离散的束角度施加辐射。根据应用放射治疗的另一种方案，在容积调制弧光治疗(VMAT)中，在辐射源100通过弧轨迹行进的同时连续施加辐射。辐射束可以在旋转过程中被重新成形和/或改变强度，从而在机架旋转过程中动态地施加剂量。因此，该方案可能比IMRT更省时。当前公开的方法适用于IMRT和VMAT。
图2描述了根据本公开的放射治疗的参数；这些参数是旨在阐明本公开的原理的示例，不是将本公开限制于所描述的示例性参数。
在图2的顶部，显示了作为时间的函数的间隔距离曲线。在此，间隔距离可以用来定义患者108内的靶位置与辐射等中心112之间的位移或绝对距离。时间轴定义了特定治疗递送期间经过的时间。从该曲线可以看出，间隔距离可以随时间准周期性变化。这可以对应于患者108的准周期性运动。特别地，这可以对应于患者108的准周期性呼吸循环。例如，曲线的峰可以对应于患者108吸气的时间，曲线的谷可以对应于患者108呼气的时间。在另一个例子中，曲线的峰可以对应于患者108呼气的时间，曲线的谷可以对应于患者108吸气的时间。这可以取决于在取得靶位置相对于辐射等中心点112的参考位置时患者108吸气的程度。患者108的移动和/或呼吸可以基于包括但不限于以下装置的合适装置的任一种或组合来确定：一个或多个照相机，移动传感器，加速度计，胸带以及由患者108按压的按钮。在一些例子中，放射治疗设备为MR-linac(Magnetic Resonance-linac)，进一步包括配置为跟踪或监测患者或患者解剖结构(即，患者的内部部分)的移动的MR成像设备。在该实施方式中，确定患者处于次优位置是基于由MR成像设备提供的MR数据。
图2的顶部的曲线上的水平虚线表示阈值间隔距离dth。阈值间隔距离dth可以表示可接受的最大间隔距离。换言之，阈值间隔距离dth可以表示在处于和低于该间隔距离时施加放射治疗，在高于该间隔距离时不施加放射治疗。再换言之，阈值间隔距离可以定义患者的最优位置与患者的次优位置之间的边界，在最优位置处，辐射的施加满足安全要求。阈值间隔距离dth可以基于治疗计划来确定。阈值间隔距离dth可以基于靶区域的空间分布和/或健康组织的空间分布和/或要施加的计划剂量来确定。垂直虚线将间隔距离高于阈值间隔距离dth的时间段与间隔距离等于或低于阈值间隔距离dth的时间段分开。
图2的中间曲线显示了作为时间的函数的旋转角度。在本文中，可以采用旋转角度来定义辐射源100已经使用旋转装置围绕患者108旋转的角度。旋转装置可描述为旋转器或旋转模块。时间轴对应于间隔距离曲线中的时间轴。辐射源100的旋转角度可以根据固定旋转方案而变化。从该曲线可以看出，在一些例子中，辐射源100的旋转角度可以随时间连续增加。在一些例子中，辐射源100的旋转角度可以随时间线性增加。辐射装置围绕患者108的移动可以是连续的或实质上连续的。提供图2中所示的例子是为了便于解释，不应理解为限制本公开。
从图2可以理解，根据本公开，辐射源100的旋转可以不基于对象的移动而中止，例如由于患者108的呼吸。换言之，根据本公开，当靶位置与辐射等中心112之间的间隔距离大于阈值间隔距离dth时，可以不中止辐射源100的旋转。相反，辐射源的旋转可以根据固定旋转方案继续。
图2的底部曲线显示了作为时间的函数的辐射的施加。在本文中，可以采用辐射的施加来定义通过辐射源100向对象(例如向患者108)施加辐射剂量。时间轴对应于间隔距离曲线中的时间轴和旋转角度曲线中的时间轴。从曲线可以看出，辐射源100可以在施加非零辐射剂量和不施加(即零)辐射剂量之间交替。虽然为了便于解释在曲线中示出了施加的单个非零水平的辐射，但在一些例子中，施加的辐射可以在不同时间不同和/或可以随着时间增加或减少。在一些例子中，零辐射剂量可以用低/降低的辐射剂量代替。使用垂直虚线可以看出，辐射源100施加非零辐射剂量的一个或多个时间段可以对应于间隔距离处于或低于阈值间隔距离dth的一个或多个时间段。辐射源100不施加辐射剂量的一个或多个时间段可以对应于间隔距离高于阈值间隔距离dth的一个或多个时间段。
可以通过对辐射源100发射的辐射束进行选通，来实现辐射源100在某些时间段内而不是在其他时间段内施加辐射。辐射源100可以包括电子源和射频(RF)场源。电子源可以提供电子来源，该电子来源例如通过撞击靶产生要递送给患者108的辐射剂量。RF场源可以将电子电磁加速到适合提供辐射剂量的期望速度。可以通过控制电子源开启或关闭和/或通过控制RF场源开启或关闭来选通辐射源100。以这种方式，可以根据期望参数，例如根据上述时间段和/或上述间隔距离，来控制辐射源100对辐射剂量的施加。
从上面的讨论可以看出，本公开组合了根据固定旋转方案的辐射源100的连续旋转、监测患者108的位置和/或移动、以及仅当患者108不在次优位置时才施加辐射。这提供了限制对健康组织的损害、在靶位置积累累积辐射剂量、以及提高放射治疗速度的组合优势。根据本公开，由于辐射源100在治疗递送期间可能不需要由于患者108的移动而中止，因此治疗递送可以花费更少的时间来完成。此外，可以避免由于反转旋转和重新加速辐射源100造成的剂量测定误差。
图3描述了根据本公开的控制放射治疗设备的方法200。放射治疗设备可包括与图1a和图1b中描述的和/或上文所述的放射治疗设备对应的特征。
在步骤202中，可以使用辐射源100向对象施加辐射。辐射源100可以配置为向患者108提供辐射剂量。辐射源100可以配置为在治疗递送期间向患者108提供计划剂量。可以基于治疗计划，由辐射源100向患者108施加辐射。
在步骤204中，可以根据第一固定旋转方案使用旋转装置使辐射源100围绕对象旋转。对象可以包括患者108。辐射源100可以固定到机架104。旋转装置对辐射源100的旋转可以通过机架104的旋转来实现。机架104的旋转可由耦合到机架104的一个或多个马达或齿轮来实现。旋转装置可以包括配置为引起机架104的旋转的一个或多个马达或齿轮。或者，机架104可以是固定的，辐射源100可以配置为沿着机架104移动以实现辐射源100围绕对象的旋转。在这种情况下，旋转装置可以包括配置为引起辐射源100的旋转的一个或多个马达或齿轮。辐射源100可以耦合或连接到旋转装置以使得能够通过旋转装置旋转辐射源100。可以基于治疗计划来确定和/或控制辐射源100的旋转速度和/或旋转速率。
在步骤206中，可以进行确定对象是否处于次优位置。次优位置可以是不适合辐射源100施加辐射的位置。次优位置可以是间隔距离大于阈值间隔距离dth的位置。可以使用各种手段来执行该确定206。可以监测对象的位置和/或移动，例如由对象的自主和/或非自主移动引起的或取决于对象的自主和/或非自主移动的。例如，可以使用观察患者108的一个或多个照相机来做出确定206。替代地或另外地，可以使用设置在患者108上的运动传感器或加速度计来做出确定206。替代地或另外地，可以使用围绕患者胸部的带子来做出确定206，该带子在吸气时扩张、在呼气时收缩。替代地或另外地，可以使用患者108佩戴的面罩来做出确定206。替代地或另外地，可以使用由患者108在其呼吸循环中的某个点按下的按钮来做出确定206。
替代地或另外地，可以使用由MR成像设备提供的MR数据来做出确定206。除了上述示例性技术之外或代替上述示例性技术，可以使用各种其他技术。
在一些例子中，可以基于包括患者108的移动数据或呼吸数据的信号做出关于患者108是否处于次优位置的确定206。呼吸数据可以包括患者108的吸气的指示、患者108的呼气的指示、患者108的吸气峰的指示、患者108的呼气峰的指示、患者108的呼吸速率或患者108的呼吸周期中的至少一个。
如果确定206的结果是患者108未处于次优位置，则该方法可以返回至步骤202。如果确定206的结果是患者108处于次优位置，则该方法可以继续至步骤208。
在步骤208中，可以暂停由辐射源100施加的辐射。如上所述，可以使用辐射源100的选通来执行辐射施加的暂停。
在步骤210中，可以记录暂停辐射施加的位置处的辐射源100的第一旋转角度。第一旋转角度可以记录在日志文件中。
在对象处于次优位置时，在暂停施加辐射时，和/或在记录第一旋转角度时，可以继续使用旋转装置旋转辐射源100。换言之，由于辐射源根据固定旋转方案旋转，因此不会响应于对象处于次优位置而中断或中止旋转。可以使用通信地耦合到旋转装置的控制器来控制使用旋转装置的辐射源100的旋转。控制器可以通信地耦合到用于感测患者108的位置和/或移动的装置。控制器可以包括或描述为计算设备或处理器。控制器可以是能够执行一组指令(顺序的或其他方式的)的任何机器，这些指令指定如本文所述的放射治疗设备及其部件要采取的动作。
辐射源100可以配置为在治疗递送期间连续地或实质上连续地旋转。如本文所用，术语“连续地”不应被解释为排除由于旋转装置围绕大量离散角度的增量旋转作为其正常旋转模式的一部分而导致的任何最小旋转中断。相反，术语“连续地”可以表示在治疗递送期间，通过计划旋转的中止、计划旋转的反转和/或计划外的辐射源100的重新加速，没有偏离辐射源100的固定旋转方案。
虽然图3中列出的方法是以一定顺序呈现的，但这不应被视为将方法限制为所呈现的顺序。可以以不同的顺序执行各个步骤。可以同时或实质上同时执行各个步骤。例如，可以同时或实质上同时执行使用辐射源100施加202辐射和旋转204辐射源100的步骤。替代地或另外地，暂停208由辐射源100施加辐射和记录210辐射源100的第一旋转角度的步骤可以同时或实质上同时执行。在本文中，对实质上同时发生的事件的提及可以指在时间上至少部分重叠的事件。
在图3所示的方法中，患者108在治疗或治疗递送开始时可以未处于次优位置。例如，可以确定患者108在开始治疗或治疗递送之前未处于次优位置。
图4描述了根据本公开的控制放射治疗设备的另一种方法300。图4中描述的方法可以在图3中描述的方法之后，例如紧接其后进行。图3中描述的方法和图4中描述的方法可以在治疗递送期间发生。在一些例子中，图3中描述的方法可以在没有图4中描述的方法的情况下在治疗递送中发生，和/或图4中描述的方法可以在没有图3中描述的方法的情况下出现。例如，患者108可以不在整个治疗递送过程中进入次优位置，或者可以在治疗递送期间移动到次优位置，并且在治疗递送的剩余阶段保持在次优位置。
在步骤302中，可以继续根据第一固定旋转方案使用旋转装置使辐射源围绕对象旋转。步骤302可以在如上所述的步骤210之后立即进行。在步骤302，辐射源100可以不施加辐射。换言之，在步骤302，对象(例如，患者108)可能处于次优位置。
在步骤304中，可以进行确定对象是否处于次优位置。可以使用上文关于步骤206描述的任何手段来执行该确定。如上所述，术语“次优”应被解释为指不适合使用辐射源100施加辐射的患者108的位置。换言之，次优位置应被解释为指不在理想位置的阈值内的位置。阈值可以至少部分地基于靶区域的空间分布、健康组织的空间分布和/或治疗计划来确定。
如果确定304的结果是对象处于次优位置，则该方法可以返回至步骤302。如果确定304的结果是对象未处于次优位置，则该方法可以继续至步骤306。
在步骤306中，可以恢复由辐射源100施加的辐射。在一些例子中，辐射源100的这种辐射施加可以是特定治疗递送中辐射源的第一辐射施加。在这样的例子中，应当理解，术语“恢复”可以被理解为指示术语“开始”。如上所述，可以使用辐射源100的选通来执行辐射施加的恢复。
在步骤308中，可以记录恢复施加辐射的位置处的辐射源100的第二旋转角度。第二旋转角度可以记录在日志文件中。第一旋转角度和/或第二旋转角度可以提供指示辐射施加到对象的一个或多个时间段和/或一个或多个角度范围的数据。替代地或另外地，第一旋转角度和/或第二旋转角度可以提供指示辐射未施加到对象的一个或多个时间段和/或一个或多个角度范围的数据。
虽然图4中列出的方法是以一定顺序呈现的，但这不应被视为将方法限制为所呈现的顺序。可以以不同的顺序执行各个步骤。可以同时或实质上同时执行各个步骤。例如，恢复306辐射源100施加辐射和记录308辐射源100的第二旋转角度的步骤可以同时或实质上同时执行。
图5描述了根据本公开的控制放射治疗设备的另一种方法400。图5中描述的方法可以发生在治疗递送结束时。例如，图5中描述的方法可以发生在图3中描述的方法和/或图4中描述的方法之后。
在步骤402中，可以为第一治疗递送确定第一剂量重建。第一剂量重建可以指示在第一治疗递送中施加到对象和/或靶区域的剂量。第一剂量重建可以至少部分地基于如上所述的第一旋转角度和/或第二旋转角度(例如，使用日志文件)来确定。换言之，第一剂量重建可基于由辐射源100施加辐射的治疗递送的角度范围和/或辐射源100未施加辐射的治疗递送的角度范围来确定。第一剂量重建可以至少部分地基于治疗计划。例如，第一剂量重建可以至少部分地基于所施加的辐射的强度和/或辐射源100的旋转速度或速率。
在步骤404中，可以确定第一剂量重建是否与计划剂量相差大于阈值量。计划剂量可由治疗计划确定或提供。阈值量可以由治疗计划确定或提供。在一些例子中，计划剂量可以对应于如果不发生患者108的运动或次优定位而在治疗递送期间患者108的靶区域将接收到的剂量。在这些例子中，如果发生患者108的运动或次优定位，将理解，靶区域处的第一剂量重建可以比计划剂量小一定量，该量可以大于或不大于阈值量。
可以使用针对治疗计划的剂量重建的(在线)伽马分析或伽马指数来进行重建和/或确定。伽马分析组合了质量评价的两个参数：距离一致性(DTA)；和剂量偏差(DD)。DTA可以定义为从治疗计划中的参考剂量的点到剂量重建中的相同剂量的点的最近距离。DD可以定义为根据治疗计划将施加的剂量与根据剂量重建已施加的剂量之间的百分比偏差。在伽马分析中，可以将DTA和DD的平方相加，并取这个和的平方根。
步骤404的确定可以针对单个空间点来做出，和/或可以针对对应于对象的靶区域和/或健康组织的空间点的一维、二维或三维网格来做出。这样，可以进行绝对比较和/或空间解析比较。在任一情况下，阈值量可以包括单个值或者可以包括一维、二维或三维序列或矩阵的值，用于与每个空间点处的剂量重建与计划剂量之差进行比较。例如，实现更接近肿瘤内的特定空间位置处的计划剂量的剂量可能更为重要，在该情况下，该特定空间位置处的阈值可以小于其他空间位置处的阈值。
如果确定404的结果是第一剂量重建与计划剂量相差不大于阈值量，则过程可以终止。例如，对象或患者108的治疗可在当天结束，而不应用进一步的治疗递送。如果确定406的结果是第一剂量重建与计划剂量确实相差大于阈值量，则过程可以继续至步骤406。
在步骤406中，可以进行第二治疗递送。第二治疗递送可以至少包括使用旋转装置使辐射源100围绕患者108旋转，以及使用辐射源100向患者108施加辐射。换言之，可以以与第一治疗递送类似的方式进行第二治疗递送。第二治疗递送可以包括根据第二固定旋转方案的旋转，该第二固定旋转方案可以与第一固定旋转方案相同或不同。可以以与应用于第一治疗递送类似的方式记录一个或多个角度。然而，在第二治疗递送期间，辐射源100可以在或基于在第一治疗递送期间未施加辐射的至少一个角度处施加辐射。在第二治疗递送期间，辐射源100可以在或基于在第一治疗递送期间已施加辐射的至少一个角度处不施加辐射。以此方式，第二治疗递送可用于补偿第一治疗递送期间辐射的不完全施加。可基于日志文件中的数据确定第二治疗递送的参数。在第二治疗递送中，可以对辐射源100进行选通，以不对已经向患者108施加足够辐射的角度施加辐射，如基于第一剂量重建与计划剂量之差以及与阈值的比较所确定的。
对于患者108的准周期性运动，例如，由于患者108的呼吸，如果第二治疗递送在准周期性循环中与第一治疗递送开始相同的点开始，并且如果在第二治疗递送中使用的旋转速度与在第一治疗递送中使用的相同，则对象内的靶位置与辐射等中心112的间隔距离可能在第二治疗递送中的与在第一治疗递送中发生的相同的一个或多个角度处超过阈值距离dth。在这种情况下，第一治疗递送中的计划剂量的不完全施加不会得到补偿。换言之，如果对象的准周期性运动与辐射源100的旋转同相，则可能无法实现计划剂量的完全施加，即使有许多进一步的治疗递送。但是，如果辐射源100的旋转配置为与对象的准周期性运动异相或反相，则在对于第一治疗递送，存在对象内的靶位置与辐射等中心112的间隔距离超过阈值距离dth的旋转角度的情况下，对于第二治疗递送，这些相同的旋转角度可以不对应于超过阈值距离的间隔距离。因此，在第二治疗递送中，辐射源100可以以第一治疗递送中辐射源100没有施加辐射的角度施加辐射。以这种方式，在第一治疗递送和第二治疗递送期间施加的累积剂量可以配置为对应于在阈值量内的计划剂量。
可以以各种方式实现将辐射源100的旋转配置为与对象的准周期性运动(例如由于患者108的呼吸)异相或反相。例如，可以基于患者108的准周期性运动(例如，呼吸频率)来设置第二治疗递送期间辐射源100的旋转速率。替代地或另外地，可以基于患者108的准周期性运动(例如，呼吸频率)来定义第一治疗递送的第一结束时间与第二治疗递送的第二开始时间之间的间隔。在一些例子中，指示患者108的准周期性运动循环的某个点的信号可以在第二开始时间触发第二治疗递送的开始。
在步骤408中，可以为第二治疗递送确定第二剂量重建。可以以类似于第一剂量重建的方式来确定第二剂量重建，除了第二剂量重建是基于对应于第二治疗递送的数据(例如，一个或多个角度)确定的之外。
在步骤410中，确定第一剂量重建和第二剂量重建的总和是否与计划剂量相差大于阈值量。换言之，确定第二治疗递送是否充分补偿了第一治疗递送期间计划剂量的不完全施加。如上所述，可以以绝对方式或以空间解析方式进行确定以及定义阈值量。
如果确定410的结果是第一剂量重建和第二剂量重建的总和与计划剂量相差不大于阈值量，则过程可以终止。例如，患者108的治疗可在当天结束，而不应用进一步的治疗递送。如果确定410的结果是第一剂量重建和第二剂量重建的总和与计划剂量确实相差大于阈值量，则过程可以继续至步骤412。
可以预计，由于考虑对象的准周期性运动和辐射源100的旋转的相位，上述步骤将足以实现接近计划剂量的总施加剂量，其中第一剂量重建与计划剂量的偏差是由于对象的准周期性运动导致的。然而，特别是在发生对象的进一步运动的情况下，例如，由于患者108的咳嗽或打喷嚏，可以执行一次或多次进一步的治疗递送。
在步骤412中，可以进行第三次治疗递送。可以以类似于第二治疗递送的方式进行第三次治疗递送。然而，在第三次治疗递送期间，辐射源100可以在或基于在第一治疗递送或第二治疗递送期间未施加辐射的至少一个角度处施加辐射。在第三次治疗递送期间，辐射源100可以在或基于在第一治疗递送或第二治疗递送期间已施加辐射的至少一个角度不施加辐射。以此方式，第三次治疗递送可用于补偿第一治疗递送和第二治疗递送期间辐射的不完全施加。
应当理解，进一步的剂量重建、确定和治疗递送可以以与上述类似的方式执行，例如，直到剂量重建的总和与计划剂量相差小于阈值量为止。在一些例子中，可以基于施加到健康组织例如以确保患者108的安全的累积剂量，或者基于时间限制，来限制执行的治疗递送的次数。
在一些例子中，适应性放射治疗(ART)可用于在各治疗递送期间或之间改变计划剂量和/或治疗计划。这种变化可以基于治疗递送期间患者解剖结构的实时测量(例如使用MR成像)和/或基于治疗后测量。这可以用于说明在制定初始治疗计划时，在针对患者/靶区域的放射治疗期间患者108(例如靶区域)发生的变化。还可以用于考虑患者108设置或放射治疗设备120设置中的不确定性。在这些例子中，在本文描述的方法的上下文中对计划剂量的引用可以被认为是对更新的计划剂量的引用。更新的计划剂量可以基于上述计划剂量和测量。可以连续或每隔一段时间或在预定义的点更新计划剂量。例如，可以确定第一剂量重建是否与更新的计划剂量相差大于阈值量，第一剂量重建和第二剂量重建的总和是否与更新的计划剂量相差大于阈值量，和/或进一步的剂量重建的总和是否与更新的计划剂量相差是否大于阈值量。
图6描述了根据本公开的控制放射治疗设备的另一种方法500。
在步骤502中，可以确定对象的运动速率。该运动可以是准周期性运动，例如由于患者108的呼吸导致的。该确定可以基于包括但不限于以下装置的合适装置的任一种或组合来做出：一个或多个照相机，移动传感器，加速度计，胸带，由患者108按压的按钮，以及MR成像设备。可以组合使用多于一种的这些装置。多个数据流的这种合并可以提高准确性和/或鲁棒性。例如，可以在日志文件中记录运动速率。
在步骤504中，放射治疗设备可以配置为基于对象的运动速率进行第一治疗递送和第二治疗递送。第一治疗递送可包括第一固定旋转方案。第二治疗递送可包括第二固定旋转方案。例如，放射治疗设备可以配置为，使得在第一治疗递送和第二治疗递送期间施加的累积剂量对应于阈值量内的计划剂量。例如，可以将第一治疗递送和/或第二治疗递送中的辐射源的旋转或旋转速率控制为与对象的运动异相，例如反相。替代地或另外地，第一治疗递送的第一结束时间与第二治疗递送的第二开始时间之间的时间间隔可以配置为，使得第二治疗递送的开始对应于对象的运动循环中的第二点，第二点与对应于第一治疗递送的开始的运动循环中的第一点不同。换言之，第二点可能与第一点不同，因为它发生在对象的运动循环中的不同阶段。例如，第一点和第二点可以被对象的运动循环的非整数个波长分开。以这种方式，第二治疗递送可以在某个时间开始，使得第二治疗递送可以补偿第一治疗递送期间计划剂量的不完全施加。
在步骤506中，如在步骤504中所配置的那样进行第一治疗递送。
在步骤508中，如在步骤504中配置的那样进行第二治疗递送。
本文描述的方法可以体现在计算机可读介质上，该计算机可读介质可以是非暂时性计算机可读介质。该计算机可读介质可以携带布置为在处理器上执行的计算机可读指令，以使处理器执行本文所述的任何或所有方法。
如本文所使用的术语“计算机可读介质”是指存储用于使处理器以特定方式运行的数据和/或指令的任何介质。这样的存储介质可以包括非易失性介质和/或易失性介质。非易失性介质可以包括，例如光盘或磁盘。易失性介质可以包括动态存储器。存储介质的示例性形式包括：软盘(floppy disk)、软磁盘(flexible disk)、硬盘、固态驱动器、磁带或任何其他磁数据存储介质、CD-ROM、任何其他光学数据存储介质、具有一种或多种孔图案的任何物理介质、RAM、PROM、EPROM、FLASH-EPROM、NVRAM和任何其他存储芯片或盒式磁带。
应当理解，以上描述旨在说明而不是限制。在阅读和理解以上描述之后，许多其他实施方式对于本领域技术人员将是显而易见的。尽管已经参考具体示例实施方式描述了本公开，但是，将认识到，本公开不限于所描述的实施方式，而是可以在所附权利要求书的范围内以修改和变更来实现。因此，说明书和附图应被认为是说明性而不是限制性的。因此，本公开的范围应参考所附权利要求书以及这些权利要求书所享有的等效物的全部范围来确定。
Claims (44)
1.一种控制放射治疗设备的方法，所述放射治疗设备包括耦合到旋转装置的辐射源，所述方法包括：
使用所述辐射源向对象施加辐射；
根据第一固定旋转方案，使用所述旋转装置使所述辐射源围绕所述对象旋转；以及
在执行所述第一固定旋转方案期间：
确定所述对象处于次优位置；
暂停所述辐射源的辐射施加；以及
记录暂停辐射施加的位置处的所述辐射源的第一旋转角度。
2.根据权利要求1所述的方法，所述方法包括：在执行所述第一固定旋转方案期间：
确定所述对象未处于次优位置；
恢复所述辐射源的辐射施加；以及
记录恢复辐射施加的位置处的所述辐射源的第二旋转角度。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，第一治疗递送包括：所述根据第一固定旋转方案，使用所述旋转装置使所述辐射源围绕所述对象旋转；以及使用所述辐射源向对象施加辐射，所述方法包括：在所述第一治疗递送已经完成的第一结束时间，至少部分地基于所述第一旋转角度，为所述第一治疗递送确定第一剂量重建。
4.根据权利要求3所述的方法，所述方法包括：确定所述第一剂量重建是否与计划剂量相差大于阈值量。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述计划剂量是基于在所述第一治疗递送期间和/或之后进行的一次或多次测量来更新的，其中，所述确定所述第一剂量重建是否与计划剂量相差大于阈值量包括：确定所述第一剂量重建是否与更新的所述计划剂量相差大于阈值量。
6.根据权利要求4或5所述的方法，所述方法包括：响应于确定所述第一剂量重建与所述计划剂量相差大于所述阈值量，执行第二治疗递送，所述第二治疗递送包括：
使用所述辐射源向所述对象施加辐射；以及
根据第二固定旋转方案，使用所述旋转装置使所述辐射源围绕所述对象旋转。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述第二治疗递送期间使用所述辐射源向患者施加辐射包括：在或基于所述第一旋转角度施加辐射。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，在所述第二治疗递送期间使用所述辐射源向患者施加辐射包括：在或基于所述第二旋转角度不施加辐射。
9.根据权利要求3-8中任一项所述的方法，所述方法包括：在所述第二治疗递送已经完成的第二结束时间，为所述第二治疗递送确定第二剂量重建。
10.根据权利要求9所述的方法，所述方法包括：确定所述第一剂量重建和所述第二剂量重建的总和是否与所述计划剂量相差大于所述阈值量。
11.根据权利要求1或2所述的方法，所述方法包括执行治疗计划，所述治疗计划包括：
第一治疗递送，其包括：根据所述第一固定旋转方案，使用所述旋转装置使所述辐射源围绕所述对象旋转，并使用所述辐射源向所述对象施加辐射；以及
第二治疗递送，其包括：根据第二固定旋转方案，使用所述旋转装置使所述辐射源围绕所述对象旋转，并使用所述辐射源向所述对象施加辐射。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述治疗计划包括：所述第一治疗递送期间的所述辐射源的第一旋转速率，所述第一旋转速率是基于包括所述对象的移动数据的信号而确定的；以及/或者，所述第二治疗递送期间的所述辐射源的第二旋转速率，所述第二旋转速率是基于包括所述对象的移动数据的信号而确定的。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述治疗计划包括所述第一治疗递送的第一结束时间与所述第二治疗递送的第二开始时间之间的时间间隔，所述时间间隔是基于包括所述对象的移动数据的信号而确定的。
14.根据权利要求11-13中任一项所述的方法，其特征在于，所述辐射源的旋转被控制为与所述对象的运动异相。
15.根据权利要求11-14中任一项所述的方法，其特征在于，所述辐射源的旋转被控制为与所述对象的运动反相。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，确定所述对象处于次优位置是基于包括所述对象的移动数据的信号。
17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，确定所述对象处于次优位置是基于包括所述对象的呼吸数据的信号。
18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述辐射源的旋转速度是基于包括所述对象的移动数据的信号和/或包括所述对象的呼吸数据的信号来设置的。
19.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述辐射源开始旋转的开始时间是基于包括所述对象的移动数据的信号和/或包括所述对象的呼吸数据的信号来设置的。
20.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述第一治疗递送期间和/或所述第二治疗递送期间，所述辐射源实质上连续地旋转。
21.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，记录所述辐射源的所述第一旋转角度包括在日志文件中记录所述辐射源的所述第一旋转角度；以及/或者，
记录所述辐射源的所述第二旋转角度包括在日志文件中记录所述辐射源的所述第二旋转角度。
22.一种计算机可读介质，其包括计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在由处理器执行时使所述处理器执行前述权利要求中任一项所述的方法。
23.一种放射治疗设备，其包括耦合到旋转装置的辐射源、处理器和计算机可读介质，所述计算机可读介质包括计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在由所述处理器执行时，使所述设备：
使用所述辐射源向对象施加辐射；
根据第一固定旋转方案，使用所述旋转装置使所述辐射源围绕所述对象旋转；以及
在执行所述第一固定旋转方案期间：
确定所述对象处于次优位置；
暂停所述辐射源的辐射施加；以及
记录暂停辐射施加的位置处的所述辐射源的第一旋转角度。
24.一种放射治疗设备，其包括耦合到旋转装置的辐射源，所述放射治疗设备配置为：
使用所述辐射源向对象施加辐射；
根据第一固定旋转方案，使用所述旋转装置使所述辐射源围绕所述对象旋转；以及
在执行所述第一固定旋转方案期间：
确定所述对象处于次优位置；
暂停所述辐射源的辐射施加；以及
记录暂停辐射施加的位置处的所述辐射源的第一旋转角度。
25.根据权利要求24所述的放射治疗设备，所述放射治疗设备配置为，在执行所述第一固定旋转方案期间：
确定所述对象未处于次优位置；
恢复所述辐射源的辐射施加；以及
记录恢复辐射施加的位置处的所述辐射源的第二旋转角度。
26.根据权利要求24或25所述的放射治疗设备，其特征在于，第一治疗递送包括：根据所述第一固定旋转方案，使用所述旋转装置使所述辐射源围绕所述对象旋转，并使用所述辐射源向所述对象施加辐射，其中，所述放射治疗设备配置为，在所述第一治疗递送已经完成的第一结束时间，至少部分地基于所述第一旋转角度，为所述第一治疗递送确定第一剂量重建。
27.根据权利要求26所述的放射治疗设备，所述放射治疗设备配置为，确定所述第一剂量重建是否与计划剂量相差大于阈值量。
28.根据权利要求27所述的放射治疗设备，其特征在于，所述放射治疗设备配置为，基于在所述第一治疗递送期间和/或之后进行的一次或多次测量来更新所述计划剂量，其中，所述放射治疗设备配置为确定所述第一剂量重建是否与所述计划剂量相差大于所述阈值量包括：配置为确定所述第一剂量重建是否与更新后的所述计划剂量相差大于所述阈值量。
29.根据权利要求27或28所述的放射治疗设备，所述放射治疗设备配置为：响应于确定所述第一剂量重建与所述计划剂量相差大于所述阈值量，执行第二治疗递送，所述第二治疗递送包括：
使用所述辐射源向所述对象施加辐射；以及
根据第二固定旋转方案，使用所述旋转装置使所述辐射源围绕所述对象旋转。
30.根据权利要求29所述的放射治疗设备，其特征在于，所述放射治疗设备配置为在所述第二治疗递送期间使用所述辐射源向患者施加辐射包括：
所述放射治疗设备配置为在或基于所述第一旋转角度施加辐射。
31.根据权利要求29或30所述的放射治疗设备，其特征在于，所述放射治疗设备配置为在所述第二治疗递送期间使用所述辐射源向患者施加辐射包括：
所述放射治疗设备配置为在或基于所述第二旋转角度不施加辐射。
32.根据权利要求26-31中任一项所述的放射治疗设备，所述放射治疗设备配置为：在所述第二治疗递送已经完成的第二结束时间，为所述第二治疗递送确定第二剂量重建。
33.根据权利要求32所述的放射治疗设备，所述放射治疗设备配置为：确定所述第一剂量重建和所述第二剂量重建的总和是否与所述计划剂量相差大于所述阈值量。
34.根据权利要求24或25所述的放射治疗设备，所述放射治疗设备配置为执行治疗计划，所述治疗计划包括：
第一治疗递送，其包括：根据所述第一固定旋转方案，使用所述旋转装置使所述辐射源围绕所述对象旋转，并使用所述辐射源向所述对象施加辐射；以及
第二治疗递送，其包括：根据第二固定旋转方案，使用所述旋转装置使所述辐射源围绕所述对象旋转，并使用所述辐射源向所述对象施加辐射。
35.根据权利要求34所述的放射治疗设备，其特征在于，所述治疗计划包括：所述第一治疗递送期间的所述辐射源的第一旋转速率，所述放射治疗设备配置为，基于包括所述对象的移动数据的信号来确定所述第一旋转速率；以及/或者，所述第二治疗递送期间的所述辐射源的第二旋转速率，所述放射治疗设备配置为，基于包括所述对象的移动数据的信号来确定所述第二旋转速率。
36.根据权利要求34或35所述的放射治疗设备，其特征在于，所述治疗计划包括所述第一治疗递送的第一结束时间与所述第二治疗递送的第二开始时间之间的时间间隔，所述放射治疗设备配置为，基于包括所述对象的移动数据的信号来确定所述时间间隔。
37.根据权利要求34-36中任一项所述的放射治疗设备，所述放射治疗设备配置为，控制所述辐射源的旋转以与所述对象的运动异相。
38.根据权利要求34-37中任一项所述的放射治疗设备，所述放射治疗设备配置为，控制所述辐射源的旋转以与所述对象的运动反相。
39.根据权利要求24-38中任一项所述的放射治疗设备，其特征在于，所述放射治疗设备配置为确定所述对象处于次优位置包括：所述放射治疗设备配置为，基于包括所述对象的移动数据的信号来确定所述对象处于次优位置。
40.根据权利要求24-39中任一项所述的放射治疗设备，其特征在于，所述放射治疗设备配置为确定所述对象处于次优位置包括：所述放射治疗设备配置为，基于包括所述对象的呼吸数据的信号来确定所述对象处于次优位置。
41.根据权利要求24-40中任一项所述的放射治疗设备，其特征在于，所述放射治疗设备配置为，基于包括所述对象的移动数据的信号和/或包括所述对象的呼吸数据的信号，来设置所述辐射源的旋转速度。
42.根据权利要求24-41中任一项所述的放射治疗设备，其特征在于，所述放射治疗设备配置为，基于包括所述对象的移动数据的信号和/或包括所述对象的呼吸数据的信号，来设置所述辐射源开始旋转的开始时间。
43.根据权利要求24-42中任一项所述的放射治疗设备，其特征在于，所述辐射源配置为，在所述第一治疗递送期间和/或所述第二治疗递送期间实质上连续地旋转。
44.根据权利要求24-43中任一项所述的放射治疗设备，其特征在于，所述放射治疗设备配置为记录所述辐射源的所述第一旋转角度包括：所述放射治疗设备配置为，在日志文件中记录所述辐射源的所述第一旋转角度；以及/或者，其中，所述放射治疗设备配置为记录所述辐射源的所述第二旋转角度包括：所述放射治疗设备配置为，在日志文件中记录所述辐射源的所述第二旋转角度。
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