CN114980972A - 用于自适应放射治疗的系统和方法 - Google Patents

Abstract

间质近距离放射疗法是一种癌症治疗，其中使用后装机将放射性物质直接放置在受影响部位的靶组织中。在癌症治疗期间监测放射定位的准确性。在癌症治疗期间，可以基于对在受影响部位的靶组织中、在其处和周围测量的辐射的位置和剂量的实时分析来调整放射性物质的定位计划。

Description

用于自适应放射治疗的系统和方法

背景技术

通过将常规方法与参考附图在本公开的其余部分中阐述的本方法和系统的一些方面进行比较，用于数据存储的这些常规方法的限制和缺点对于本领域技术人员将变得显而易见。

发明内容

提供了用于自适应放射治疗(adaptive radiotherapy)的方法和系统，基本上如至少一个附图所示和/或结合至少一个附图所描述的，如在权利要求中更完整地阐述的。

附图说明

图1示出了根据本公开多个方面的使用针对患者前列腺中肿瘤的后装机(afterloader)的示例性间质近距离放射疗法治疗。

图2示出了根据本公开多个方面的用于自适应放射治疗的系统的示例性实施方式。

图3示出了根据本公开多个方面的用于自适应放射治疗的系统中的辐射传感器的示例性布置。

图4示出了根据本公开多个方面的用于自适应放射治疗的系统中的治疗控制器上的示例性视觉显示。

图5示出了根据本公开多个方面的用于自适应放射治疗的系统中的示例性手术机器人的第一放置选项。

图6示出了根据本公开多个方面的用于自适应放射治疗的系统中的示例性手术机器人的第二放置选项。

图7示出了根据本公开多个方面的用于自适应放射治疗的系统中的示例性手术机器人的第三放置选项。

图8示出了根据本公开多个方面的用于自适应放射治疗的系统中的示例性手术机器人的第四放置选项。

图9示出了根据本公开多个方面的用于自适应放射治疗的示例方法。

具体实施方式

近距离放射疗法(brachytherapy)通常用作宫颈癌、前列腺癌、乳腺癌、食道癌和皮肤癌的有效治疗，并且也可用于治疗许多其它身体部位的肿瘤。间质近距离放射疗法是一种癌症治疗，其中电离辐射源靠近受影响部位的肿瘤靶组织放置，例如前列腺或乳房。电离辐射可以通过多种方式递送，即从低活性同位素(LDR-近距离放射疗法)到高活性同位素(HDR-近距离放射疗法)或通过X射线发射器(电子近距离放射疗法)。

近距离放射疗法的剂量率是指将辐射递送到周围介质的水平或强度，并且表示为每小时格雷斯(Gy/h)。在高剂量率(HDR)近距离放射疗法中，剂量递送率通常超过12Gy/h。在HDR近距离放射疗法期间，放射源会被放置一段时间(通常为数分钟或数小时)，然后再撤出。具体的治疗持续时间将取决于许多不同的因素，包括所需的剂量递送速率以及癌症的类型、大小和位置。

一系列成像技术(例如X射线射线照相术、超声、计算机轴向断层(CT或CAT)扫描和磁共振成像(MRI))可用于可视化肿瘤的形状和大小及其与周围环境组织和器官的关系。来自许多这些来源的数据可用于创建肿瘤和周围组织的3D图。使用该信息，可以制定辐射源的最佳分布计划。这包括考虑应如何放置和定位辐射。错误或不良的治疗设置可能会给患者带来安全风险。治疗期间必须避免照射过少或过多，因为这会导致治疗失败和严重的副作用。

图1示出了根据本公开多个方面的患者前列腺103中的肿瘤101的示例间质近距离放射疗法100。示出的肿瘤101相对于患者尿道105、膀胱107和直肠109的大小和位置是用于说明目的。肿瘤101可以是任何大小并且位于前列腺103中的任何位置。

如图1所示，后装机111是用于辐射肿瘤101的放射治疗机。后装机111具有将电离辐射源119放置到患者治疗区域中的能力。电离辐射源可以是固定在钢缆113末端的同位素，后装机111控制并通过传输管115将其发送到放置在患者体内的塑料或金属导管117中。电离辐射源也可以是位于电缆114末端的小型化X射线发射器，其可以小到足以通过传输管115放置到塑料或金属导管117中。一旦定位，导管117接收放射源119，并且后装机111如医生的治疗计划所指定的控制放射源119在肿瘤101内的移动、定位和停留时间。

间质近距离放射疗法需要将短程辐射源119(例如放射性同位素钴-60、碘-125、绝-131、铱-192等或诸如小型化X射线源的电子源)直接精确放置在癌性肿瘤101的部位。放射治疗旨在杀死癌组织，同时减少对健康组织的暴露。辐射源119可以在整个导管117长度上行进，同时在特定位置停止预定时间段，从而以各向同性的方式提供对肿瘤101周围组织的照射。然而，如果后装机未正确校准，则可能会错误地照射健康(例如非癌性)组织。

本公开的多个方面提供了一种用于在近距离放射疗法期间实时调整后装式放射治疗机的工具，以提供和维持准确的放射放置和剂量。检测到的辐射的强度、位置和速度可以用作反馈来实时重新校准后装机。图2示出了根据本公开多个方面的用于自适应放射治疗的系统的示例性实施方式。

治疗控制器207可接收体内剂量测定(IVD)数据205并产生后装调整信号213。治疗控制器207可以以多种形式体现。例如，治疗控制器207可以是专用系统上的软件或诸如iPad或iPhone之类的移动设备。治疗控制器207可以用医生的治疗计划211和MRI数据209进行编程。在放射治疗期间，IVD数据205和后装机调整信号213可以无线地(或直接有线地)传送到后装机111和/或IVD检测器201。无线通信可以通过多种协议实现，例如WiFi、蜂窝、5G或蓝牙。例如，蜂窝连接将允许一名医生(或多名医生)从远程位置监控放射治疗。处理控制器207也可以是添加到后装机111的特征。

IVD数据205可以根据由多个光检测单元(例如光电检测器、光电二极管等)接收的光产生。光检测单元通常具有快速的信号响应时间以允许识别辐射源位置。光检测单元可以位于患者处的辐射源检测器203中。或者，光检测单元可以耦合到光纤并且位于IVD检测器201中。IVD检测器201可以是独立设备，或者可以将IVD检测器201添加到后装机111。

由多个光检测单元接收到的光由辐射源检测器203中的多个闪烁体产生。多个闪烁体中的每个闪烁体被配置为在存在来自辐射源119的电离辐射的情况下产生光。

可以根据来自多个光检测单元的电信号(例如电压或电流)来计算辐射源119的位置和速度。该计算可以在IVD检测器201或治疗控制器207中执行。

治疗控制器207可以映射放射治疗的进展并将这样的映射与MRI数据209和在放射治疗之前确定的医生治疗计划211进行比较。治疗控制器207可以根据IVD数据识别期望的辐射剂量和当前的辐射剂量之间的误差。同样，治疗控制器207可以识别期望的辐射位置和当前的辐射位置之间的误差。后载机调整信号213根据识别出的当前治疗与医生治疗计划211不匹配的位置来确定。

根据示例实施方式，辐射源检测器203可以包括多个辐射传感器/探测器。图3示出了根据本公开多个方面的用于自适应放射治疗的系统中的辐射传感器的示例性布置。图3中的示例性布置包括辐射探针#1 301、辐射探针#2 303和辐射探针#3 305。

更详细地说明了辐射探针#1 301。辐射探针#1 301包含闪烁体309并且可以包含光电探测器313(例如光电二极管)。另外，辐射探针#1 301还可以包含基准标志物307和/或光纤311。基准标志物307可以包含允许用MRI扫描仪定位辐射探针#1 301的金尖端。光纤311允许光电探测器313位于离闪烁体309一定距离处。光电探测器313还可以包含内置透镜和/或滤光器以选择从特定闪烁体309发射的波长。

当辐射源119在肿瘤101中时，辐射探针#1 301、辐射探针#2 303和辐射探针#3305各自产生电信号，其与辐射源119和每个相应辐射探针301、303、305的闪烁体之间的各自距离R1、R2、R3的函数成反比。例如，由此产生的电信号可以与辐射源119和辐射被转换成光的点309之间的距离的平方成反比。每个计算的距离R1、R2、R3产生辐射源119的可能位置的球体341、343、345。球体341、343、345的交集识别辐射源119的位置。因此，将电信号辐射探针#1 301、辐射探针#2 303和辐射探针#3 305用于对辐射源119的位置进行三角测量。

每个闪烁体309、319、329被配置成在存在来自辐射源辐射119的情况下产生光。每个闪烁体309、319、329产生的光的水平与入射到每个闪烁体309、319、329的辐射水平成比例。每个光检测单元313、323、333被配置为在存在来自多个闪烁体309、319、329中的一个闪烁体的光的情况下产生电信号。每个光检测单元313、323、333产生的电信号水平与入射到每个光检测单元313、323、333的光成比例。因此，每个光检测单元313、323、333产生的电信号水平与入射到每个闪烁体309、319、329的辐射的水平和性质(例如光谱特性)成比例。多个光检测单元313、323、333中的每个光检测单元可以经由光纤耦合到多个闪烁体309、319、329中的一个闪烁体。

例如，图4示出了用于如图2所示的自适应放射治疗系统中的治疗控制器207上的示例性视觉显示411。视觉显示411能够映射辐射剂量。例如，视觉显示411可以是3D的并且可以使用不同的颜色和纹理来识别不同辐射水平的梯度。

视觉显示411能够将靶肿瘤101的MRI图像与医生的治疗计划和来自辐射监测的实时反馈相结合。如图所示，例如，辐射源401的当前位置可以覆盖在靶肿瘤101的MRI图像上。医生的治疗计划可以通过当前后装机导管放置403的图像和计划后装机导管放置405的图像来说明。基于检测到的辐射405和计划的辐射407，治疗控制器207可以计算是否应该对医生的治疗计划进行矫正措施。例如，辐射可以靶向其它区域，而不是在放射治疗开始之前最初计划的区域。可以发送此类矫正措施以更改当前的后装机设置。在治疗控制器更改后装机设置之前，医生可以选择覆盖治疗控制器的自适应响应。

图5示出了根据本公开多个方面的用于自适应放射治疗的系统中的示例性手术机器人501的第一放置选项。手术机器人501可以被配置为根据治疗控制器调整指令控制一根或多根导管的放置。例如，手术机器人501可以包含指向患者体内不同位置的多个间质导管。或者，手术机器人501可以被配置为改变一个或多个间质导管的取向。根据从治疗控制器207到后装机111的实时调整的控制信号，手术机器人501可以被配置为控制放射源位于目标位置的时间段。该时间段可以在放射治疗期间根据治疗控制器207接收的IVD数据进行调整。同样，可以在放射治疗期间根据治疗控制器207接收的IVD数据调整目标位置。

图6示出了根据本公开多个方面的用于自适应放射治疗的系统中的示例性手术机器人501的第二放置选项。在图6中，放射探针#1 301、放射探针#2 303和放射探针#3 305被放置在靶肿瘤101中，同时手术机器人501施用放射治疗。

图7示出了根据本公开多个方面的用于自适应放射治疗的系统中的示例性手术机器人501的第三放置选项。在图7中，辐射探针#1 301、辐射探针#2 303和辐射探针#3 305放置在患者的尿道105中，而手术机器人501施用放射治疗。辐射探针301、303和305可以位于导尿管内或集成到导尿管内。

图8示出了根据本公开多个方面的用于自适应放射治疗的系统中的示例性手术机器人501的第四放置选项。在图8中，手术机器人501，在位于患者的直肠109中的同时对肿瘤101施用放射治疗。

图9示出了根据本公开多个方面的用于自适应放射治疗的示例方法。在901，通过多个闪烁体产生光。每个闪烁体产生的光的水平与入射到每个闪烁体的辐射水平和辐射源的性质成比例。在903，通过多个光检测单元产生多个电信号。每个光检测单元产生的电信号水平与来自每个相应闪烁体的光成比例。可以根据来自多个光检测单元的电信号通过三角测量确定辐射源的当前位置和当前速度。

在905，根据多个电信号产生IVD数据。IVD数据可以从IVD检测器无线传输到治疗控制器。可以从IVD数据计算辐射源的目标位置(即在放射治疗之前确定的位置)与辐射源的当前位置之间的误差。还可以根据来自多个光检测单元的电信号确定期望的辐射剂量与当前的辐射剂量之间的误差。

在907，根据IVD数据产生后装机调整信号。后装机调整信号可用于控制和调整辐射源位于目标位置的时间段。可以根据后装机调整信号控制手术机器人。因此，手术机器人可以基于关于当前放射治疗的有效性和准确性的实时反馈来控制一个或多个间质导管的放置，从而减少错误和再治疗的需要。

尽管已参照某些实施方式描述了本方法和/或系统，但本领域技术人员将理解，在不脱离本方法和/或系统的范围的情况下，可以进行各种改变并且可以替换等效物。此外，可以进行许多修改以使特定情况或材料适应本公开的教导而不背离其范围。因此，旨在本方法和/或系统不限于所公开的特定实施方式，而是本方法和/或系统将包括落入所附权利要求范围内的所有实施方式。

如本文所用，术语“电路(circuits)”和“电路(circuitry)”是指物理电子组件(即硬件)和任何可以配置硬件、由硬件执行和/或以其它方式关联硬件的软件和/或固件(“代码”)。如本文所使用的，例如，特定处理器和存储器在执行第一个一行或多行代码时可包含第一“电路”并且可在执行第二个一行或多行代码时包括第二“电路”。如本文所用，“和/或”表示列表中由“和/或”连接的项目的任何一项或多项。例如，“x和/或y”表示三元素集合{(x),(y),(x,y)}中的任何元素。换言之，“x和/或y”是指“x和y中的一个或两个”。作为另一示例，“x、y和/或z”表示七元素集合{(x)、(y)、(z)、(x,y)、(x,z)、(y,z)、(x,y,z)}中的任何元素。换言之，“x、y和/或z”是指“x、y和z中的一个或多个”。如本文所用，术语“示例性”是指充当非限制性示例、实例或说明。如本文所用，术语“例如(e.g.)”和“例如(for example)”列出一个或多个非限制性示例、实例或说明的列表。如本文所用，只要电路包含执行函数所需的硬件和代码(如果必要有的话)，无论该函数的执行是否被禁用或未启用(例如由用户可配置的设置、工厂微调等)，电路“可操作”以执行所述函数。

Claims (20)

1.一种用于自适应放射治疗的系统，包含：

治疗控制器，可操作以接收体内剂量测定(IVD)数据并产生后装机调整信号，其中：

根据由多个光检测单元接收到的光产生IVD数据，

由多个闪烁体产生由所述多个光检测单元接收到的光，

所述多个闪烁体中的每个闪烁体被配置为在存在来自辐射源的辐射的情况下产生光，

每个闪烁体产生的光的水平与入射到每个闪烁体的辐射的水平和性质成比例，

所述多个光检测单元中的每个光检测单元被配置为在存在来自所述多个闪烁体中的一个闪烁体的光的情况下产生电信号，和

由每个光检测单元产生的电信号的水平与入射到每个光检测单元的光成比例。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统包含IVD检测器，所述IVD检测器被配置为根据来自所述多个光检测单元的电信号计算所述辐射源的位置。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述IVD检测器被配置为根据来自所述多个光检测单元的电信号通过三角测量来计算所述辐射源的位置。

4.根据权利要求2所述的系统，其中，所述IVD检测器被配置为根据来自所述多个光检测单元的电信号计算所述辐射源的速度。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述治疗控制器可操作以计算期望的辐射剂量和当前的辐射剂量之间的误差，并且其中所述期望的辐射剂量是在放射治疗之前确定的，并且其中所述当前辐射剂量是根据所述IVD数据确定的。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统包含手术机器人，所述手术机器人被配置为根据所述治疗控制器调整信号控制一个或多个间质导管的放置。

7.根据权利要求6所述的系统，其中，根据所述治疗控制器调整信号，所述后装机被配置为控制所述放射源位于目标位置的时间段。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述时间段的长度被配置为在放射治疗期间根据由所述治疗控制器接收的IVD数据来调整。

9.根据权利要求7所述的系统，其中，所述目标位置被配置为在放射治疗期间由所述手术机器人和所述后装机根据由所述治疗控制器接收到的IVD数据来调整。

10.根据权利要求2所述的系统，其中，所述IVD检测器被配置为将所述IVD数据无线地传输到所述治疗控制器。

11.一种用于自适应放射治疗的方法，包含：

通过多个闪烁体产生光，其中每个闪烁体产生的光的水平与从辐射源入射到每个闪烁体的辐射水平和性质成比例；

通过多个光检测单元产生多个电信号，其中每个光检测单元产生的电信号的水平与从闪烁体入射到每个光检测单元的光成比例；

根据所述多个电信号产生体内剂量测定(IVD)数据；和

根据所述IVD数据产生后装机和间质导管调整信号。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述方法包括计算所述辐射源的目标位置和所述辐射源的当前位置之间的误差，并且其中所述辐射源的目标位置是在放射治疗之前确定的。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述方法包括根据来自所述多个光检测单元的电信号通过三角测量计算出所述辐射源的当前位置。

14.如权利要求11所述的方法，其中，所述方法包括根据来自所述多个光检测单元的电信号计算所述辐射源的速度。

15.根据权利要求11所述的方法，其中，所述方法包括计算期望的辐射剂量和当前的辐射剂量之间的误差，并且其中所述期望的辐射剂量在放射治疗之前确定，并且其中所述当前的辐射剂量根据来自所述多个光检测单元的电信号确定。

16.根据权利要求11所述的方法，其中，所述方法包括根据所述治疗控制器调整信号通过手术机器人控制一个或多个间质导管的放置。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述方法包括控制所述辐射源位于目标位置的时间段。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述方法包括在放射治疗期间根据由所述治疗控制器接收的IVD数据来调整所述时间段。

19.根据权利要求17所述的方法，其中，所述方法包括在放射治疗期间根据由所述治疗控制器接收的IVD数据来调整所述目标位置。

20.根据权利要求12所述的方法，其中，所述方法包括将所述IVD数据从所述IVD检测器无线传输到所述治疗控制器。

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