CN116234612A - 向患者递送治疗性辐射的方法和装置 - Google Patents

Abstract

这些教导有助于在辐射处理阶段期间利用具有移动辐射源(115)的辐射处理平台(114)并且使用经优化的辐射处理计划(113)以支持对患者(104)体内的处理靶标(105)进行辐射。这些教导特别规定将辐射处理平台(114)配置为半扇形轨迹布置。然后，这些教导规定以在第一定位的辐射源(115)和在第一位置的处理靶标(105)的等中心(301)开始辐射处理阶段。然后，在辐射处理阶段期间，这些教导规定与从前述第一位置移动等中心(301)同步地从该第一定位移动辐射源(115)。

Description

向患者递送治疗性辐射的方法和装置

技术领域

这些教导总体上涉及依照辐射处理计划利用辐射来处理患者的规划靶标体积。

背景技术

使用辐射处理医学疾病包括已知的现有技术领域。例如，辐射疗法包括许多处理计划中用于减少或消除不需要肿瘤的重要组成部分。不幸的是，所施加的辐射本身并不能区分不想要的物质与患者继续生存所需要的或者甚至是至关重要的邻近的组织、器官等。因此，通常以谨慎施用的方式施加辐射，以至少试图将辐射限制到给定的靶标体积。所谓的辐射处理计划通常在上述方面起作用。

辐射处理计划典型地包括在多个连续场的每个场期间，针对各种处理平台参数中的每个参数的指定值。用于辐射处理阶段的处理计划通常通过所谓的优化过程生成。如本文所使用的，“优化”将被理解为是指改进候选处理计划，而不必确保优化的结果实际上是单一的最佳解决方案。这类优化通常包括(通常在观察这些方面的一个或多个对应极限的同时)自动调整一个或多个处理参数，并且数学地计算可能的对应处理结果，以标识给定的一组处理参数，该组处理参数表示期望的治疗结果与避免不期望的副作用之间的良好折衷。

许多辐射处理平台包括一个或多个多叶准直器。多叶准直器由多个单独的部件(称为“叶片”)构成，这些部件由高原子序数的材料(诸如钨)形成，这些材料可独立地移入和移出辐射疗法射束的路径，以便选择性地阻挡(并因此成形)射束。典型地，多叶准直器的叶片被组织成对，这些对相对于彼此共线地对准，并且可选择性地朝向彼此和远离彼此移动。典型的多叶准直器具有许多这类叶片对，通常超过二十、五十或甚至一百个这类叶片对。

虽然多叶准直器在许多情况下是一种有效的装备，但有时也会产生对应的问题。多叶片准直器通常要么提供厚叶片(即厚度为0.5至1.0cm)，要么仅提供有限的场尺寸。然而，小的处理靶标通常对于厚叶片来说过小，因而不能支持高质量的处理计划，而较大的靶标可能过大，因而不能被多叶片准直器可用的最大尺寸的孔径覆盖。

发明内容

在第一方面，本发明提供了一种如权利要求1所定义的装置。

在第二方面，本发明提供了一种如权利要求11所定义的方法。

从属权利要求中定义了可选特征。

附图说明

上述需求至少部分地通过提供方法和装置来满足，以便于生成在以下详细说明中描述的可施用治疗性辐射处理计划，特别是在结合附图进行研究时，在附图中：

图1包括根据这些教导的各种实施例而配置的框图；

图2包括根据这些教导的各种实施例而配置的流程图；

图3包括根据这些教导的各种实施例而配置的示意图；

图4包括根据这些教导的各种实施例而配置的示意图；以及

图5包括根据这些教导的各种实施例而配置的示意图。

图中的元件为简单且明了起见而图示，并且不一定按比例绘制。例如，图中一些元件的尺寸和/或相对位置可相对于其他元件被夸大，以帮助提高对本教导的各种实施例的理解。此外，在商业上可行的实施例中有用或必要的常见但众所周知的元件经常没有被描述，以便于对本教导的这些不同实施例的较少遮挡的视图。某些动作和/或步骤可按特定的发生顺序来描述或描绘，而本领域的技术人员将会理解，实际上并不需要关于顺序的这类特异性。本文所使用的术语和表达具有与上述技术领域的技术人员所赋予的术语和表达一致的普通技术含义，除非本文中另有不同的具体含义。除非另有具体指示，否则本文所使用的词“或”应被解释为具有析取范式而不是合取范式。

具体实施方式

一般而言，这些不同的实施例有助于在辐射处理阶段期间利用具有移动辐射源的辐射处理平台并且使用经优化的辐射处理计划以支持对患者体内的处理靶标进行辐射。这些教导规定将辐射处理平台配置为半扇形轨迹布置。然后，这些教导规定以在第一定位的辐射源和在第一位置的处理靶标的等中心开始辐射处理阶段。然后，在辐射处理阶段期间，这些教导规定与从上述第一位置移动等中心同步地从该第一定位移动辐射源。

通过一种方法，这些教导规定通过移动包括辐射处理平台的一部分的患者支撑床来移动等中心。如有需要，辐射源经由包括辐射处理平台的一部分的台架而被移动。通过一种方法，辐射源沿着弓形台架路径移动，该路径可包括例如关于患者的内曲的超过180°的弧。这些教导在这些方面是高度灵活的，并且将适应例如包括关于患者的内曲的至少350°的弧的弓形路径。

通过一种方法，这些教导将进一步适应针对辐射处理平台指定上述半扇形轨迹布置，然后针对除半扇形轨迹布置之外的辐射处理平台参数来优化辐射处理计划，从而提供前述经优化的辐射处理计划。在这样配置的情况下，辐射处理计划的优化可包括不优化预定的半扇形轨迹图案。通过一种方法，指定该半扇形轨迹布置包括指定预定的轨迹图案。

这些教导在实践中是灵活的，并且将适应各种修改和/或补充活动。作为这些方面的一个示例，与从第一位置移动等中心同步地从第一定位移动辐射源可包括同时移动辐射源和等中心两者达辐射处理阶段的至少一部分。

在这样配置的情况下，在其他方案中由于(例如)所用多叶准直器的孔径尺寸限制而因过大而无法使用单个场完全照射的处理靶标仍可在整个处理过程中被完全地处理。通过一种方法，通过在优化过程期间将轨迹路径参数排除在自动变化和测试之外，在不增加辐射处理计划优化过程的复杂性的情况下能够获得前述益处。

在对以下详细说明进行全面审阅和研究后，这些和其他益处会变得更加清晰。现在参考附图，特别是图1，将呈现与这些教导中的许多教导兼容的说明性装置100。

在该特定示例中，使能装置100包括控制电路101。作为一个“电路”，控制电路101因此包括如下这样的结构：该结构包括至少一个(且典型地是许多个)以有序方式传送电的导电路径(诸如由诸如铜或银的导电金属构成的路径)，这些(多个)路径典型地还包括对应的电部件(视情况为无源的(诸如电阻器和电容器)和有源的(诸如各种基于半导体的设备中的任何一种)，以准许电路实现这些教导的控制方面。

这样的控制电路101可包括固定用途的硬连线硬件平台(包括但不限于专用集成电路(ASIC)(其为通过设计定制用于特定用途而非用于通用用途的集成电路)、现场可编程门阵列(FPGA)等)，或者可包括部分或全部可编程硬件平台(包括但不限于微控制器、微处理器等)。这类结构的这些架构选项在本领域中是众所周知和理解的，并且在此不需要进一步描述。该控制电路101被配置为(例如，通过使用本领域技术人员将很好理解的对应编程)执行本文所描述的步骤、动作和/或功能中的一个或多个。

控制电路101可操作地耦合至存储器102。该存储器102可集成到控制电路101中，或者可根据需要(全部或部分地)与控制电路101在物理上分离。该存储器102也可相对于控制电路101是本地的(其中例如，两者共享公共电路板、底盘、电源和/或外壳)，或者可相对于控制电路101部分或全部是远程的(其中例如，与控制电路101相比，存储器102在物理上位于另一个设施、大都市区域或甚至国家中)。

除了优化目标信息、患者几何信息、场几何信息、半扇形轨迹参数等以外，该存储器102还可用于例如非暂时性地存储计算机指令，该计算机指令当由控制电路101执行时，使控制电路101如本文所述地运行。(如本文所使用的，这种对“非暂时”的引用将被理解为是指所存储的内容的非短暂状态(且因此排除了所存储的内容仅构成信号或波的情况)，而不是指存储介质本身的易失性，因此存储器102包括非易失性存储器(诸如只读存储器(ROM))以及易失性存储器(诸如动态随机存取存储器(DRAM))两者。

通过一种可选方法，控制电路101还可操作地耦合至用户接口103。该用户接口103可包括各种用户输入机制(诸如但不限于键盘和小键盘、光标控制设备、触敏显示器、语音识别接口、手势识别接口等)和/或用户输出机制(诸如但不限于视觉显示器、音频转换器、打印机等)中的任何一种，以便于从用户接收信息和/或指令和/或向用户提供信息。

如有需要，控制电路101还可操作地耦合至网络接口(未示出)。在这样配置的情况下，控制电路101可经由网络接口与(装置100内部和外部的)其他元件通信。包括无线和非无线平台两者的网络接口在本领域中是众所周知的，并且在此不需要特别的阐述。

通过一种方法，本领域已知的计算机断层摄影装置106和/或其他成像装置107可获取任何期望的与患者相关的成像信息中的一些或全部信息。

在该说明性示例中，控制电路101被配置为最终输出经优化的辐射处理计划113。该辐射处理计划113典型地包括在多个连续场中每个场期间的、针对各种处理平台参数中每个参数的指定值。在这种情况下，辐射处理计划113通过优化过程生成。专门被配置为生成这类辐射处理计划的各种自动化优化过程是本领域中已知的。由于本教导对这些方面的任何特定选择均不过分敏感，因此除了与本说明书的细节特别相关的地方之外，否则在此不提供这些方面的进一步阐述。

通过一种方法，控制电路101可操作地耦合至辐射处理平台114，辐射处理平台114被配置为根据经优化的辐射处理计划113向对应的患者104递送治疗性辐射112。这些教导一般适用于各种各样的辐射处理平台中的任何一种。在典型的应用设置中，辐射处理平台114将包括辐射源115，辐射源115可经由台架沿着弓形路径选择性地移动。根据需要，弓形路径可包括完整的或接近完整的圆。通过一种方法，控制电路101控制辐射源115沿着该弓形路径的移动，并且可相应地控制辐射源115何时开始移动、停止移动、加速、减速和/或辐射源115沿着弓形路径行进的速度。

辐射源115可包括，例如，基于射频(RF)线性粒子加速器(基于linac)的x射线源，诸如Varian Linatron M9。linac是一种粒子加速器，其通过使带电粒子经受沿着线性射束线的一系列振荡电势来极大地增加带电亚原子粒子或离子的动能，其可用于生成电离辐射(例如，X射线)116和高能电子。

典型的辐射处理平台114还可包括一个或多个用于在处理阶段期间支撑患者104的支撑装置110(诸如治疗床)、一个或多个患者固定装置111、准许辐射源115选择性移动的台架或其他可移动机构和/或一个或多个射束成形装置117(诸如钳口、多叶准直器等)，以根据需要提供选择性射束成形和/或射束调制。在典型的应用设置中，本文假设患者支撑装置110可由控制电路101选择性地控制以在辐射处理阶段期间在任何方向(即，任何X、Y或Z方向)上移动。由于前述元件和系统在本领域中是众所周知的，因此除了与描述相关的地方之外，否则在此不再提供这些方面的详细描述。

现参考图2，将描述可结合上述应用设置而实行的过程200。一般而言，该过程200有助于在辐射处理阶段期间利用具有移动辐射源(115)的辐射处理平台(114)并且使用经优化的辐射处理计划(113)来对患者(104)体内的处理靶标(105)进行辐射。

在可选框201，该过程200可规定针对辐射处理平台114指定半扇形轨迹布置。通过一种方法，这包括指定预定轨迹图案。

半扇形轨迹布置在本领域中是已知的和理解的，尽管这在例如锥形束计算机断层扫描(CBCT)期间的成像环境中更加典型。在后一种情况下，使用尺寸不足以使用所谓的半扇形方法来为大的CBCT体积捕获足够数据的小图像规划器，其中面板不对称地位于KV源中心线周围。在典型的布置中，仅针对靶标区域的一半捕获2-D图像，但是一旦台架移动整圈，所有方向均被覆盖，并且能够获得靶标区域的完整图像。

本领域技术人员理解，表述“半扇”是有用的命名约定，并且不旨在是字面上准确的。也就是说，任何给定的曝光场不一定正好是靶标区域的一半。相反，可理解的是，大多数场，并且很多时候是每个场，仅暴露完整靶标区域的一部分。

在可选框202，该过程200然后可规定针对除半扇形轨迹布置之外的辐射处理平台参数来优化辐射处理计划，从而提供经优化的辐射处理计划113。在这样配置的情况下，指定和控制上述半扇形轨迹布置的参数(例如，对应于预定辐射源轨迹图案的参数)是静态的，并且在测试关于该半扇形轨迹布置的变化的优化过程期间不会改变。这些方面的其他示例包括但不限于钳口配置、准直器角度、多叶准直器支架位置、射束能量，以及至少在适当的应用设置中的最大利用剂量率。这些教导还将适应预先定义的不递送辐射的某些扇区(例如，在对应弧的起始角和终止角之间)。

在框203，该过程200规定将辐射处理平台114配置为半扇形轨迹布置。这可包括例如按照在上述框201指定的半扇形轨迹布置来配置辐射处理平台114。

在框204，该过程200然后以在第一定位的辐射源115和在第一位置的处理靶标105的等中心开始辐射处理阶段。本领域技术人员理解，等中心是辐射112的中心射束穿过的空间点。更准确地说，等中心是相对于处理机器的空间点，系统的各种部件围绕该点旋转。在典型的应用设置中，辐射源115的基于台架的旋转定义第一轴线，该第一轴线切割由围绕患者支撑装置110的旋转定义的第二轴线。在典型的应用设置中，波束成形装置117也将围绕指向等中心的轴线旋转。这些教导还将适应机器人患者支撑系统，其中机器人的臂不具有穿过等中心的设定的旋转轴线，但是机器人能够(通过其关节的协调运动)移动患者以实现绕穿过等中心的轴线的有效旋转。用于为许多当前机器定义等中心的另一种方式将是利用来自各种台架角度的射束中心线中的公共点。

在典型的现有技术应用设置中，辐射源将从第一定位开始，然后沿着围绕患者104的弓形路径移动。更具体地，典型地位于处理体积105内的等中心在处理阶段期间不会移动。然而，根据当前过程200，在辐射处理阶段115期间，辐射源将与等中心从上述第一位置的移动同步地从上述第一定位移动。虽然辐射源115的移动典型地包括经由包括辐射处理平台114的一部分的台架来移动后者，但是移动等中心可通过移动患者支撑装置110(例如，通过移动包括辐射处理平台的一部分的患者支撑床)来实现。

为了支持半扇形轨迹布置，辐射源115的移动可包括沿弓形路径移动辐射源115，该弓形路径关于患者的内曲超过例如180°，高达并且包括关于患者的内曲的至少为350°的弧。

上述等中心的同步移动连同辐射源115的移动可包括，对于至少部分辐射处理阶段和可能整个辐射处理阶段，辐射源115和等中心两者的同时移动。该教导还将适应这两个因素之间的、不包括辐射源115和等中心两者的同时移动的同步移动。

在这样配置的情况下，尽管辐射处理平台114的空间角度有限这些教导准许在相对较大的处理体积105内调制强度(fluence)。尽管只有一部分处理体积105从大多数或所有角度被照射，但是来自相反处理方向的射束总体上用于满意地处理整个处理体积105。这些教导例如通过利用定向的治疗床移动而支持利用多叶准直器的令人满意的剂量，从而支持处理在X/Y方向上特别宽的处理体积，在其他方案中，多叶准直器只能调节与处理体积105的尺寸相比有限的辐射锥。

本领域技术人员将会理解，这些教导不需要精细的轨迹优化。相反，后者可通过简单地使用几何工具来定义。还应理解，这些教导可被配置为缝合从相反方向递送的剂量，以减少分次内(intra-fraction)患者运动的影响。

现在将介绍上述方面的一些具体示例。应理解，这些示例的具体细节旨在用于说明性目的，并且不旨在对这些教导提出任何特定的限制。

图3示意性地描绘了对应于辐射锥的半扇形弧的使用，其中两个说明性的、由附图标记302和303表示的相对辐射锥组合起来以完全照射构成该患者104的处理体积105的靶标结构。该图还示出了等中心301的同步移动，该移动与辐射源115围绕台架路径304的移动相结合，准许在其他方案中会过小而不能覆盖整个处理体积105的辐射锥实际上仍然完全地覆盖该结构。如上所述，等中心301的移动是借助于患者104的受控和选择性移动而发生，患者104的受控和选择性移动通过经由例如控制电路101对患者支撑装置110进行对应的受控和选择性移动来实现。应理解，选择性移动可在任何有用的方向上，且具体地在X、Y或Z方向上的任何方向上(假设笛卡尔参考点)。

图4示意性地描绘了对应于辐射锥的半扇形弧的使用，其中组合以完全照射构成该患者104的处理体积105的靶标结构的第一对说明性的相对辐射锥由附图标记302和303表示，并且由附图标记401和402表示第二对说明性相对辐射锥。在这个示例中，处理体积105具有细长形状。在这种情况下，等中心301的同步移动遵循椭圆形路径，以便最好地适应处理体积105的形状。

图5示意性地描绘了采用两个台架路径的双半扇形解决方案，并且特别描绘了对应于辐射锥的半扇形弧的使用，其中对应于第一台架路径304的、组合起来以完全照射构成该患者104的处理体积105的靶标结构的第一对说明性的相对辐射锥由附图标记302和303表示。对应于第二台架路径503(其中辐射源115沿着其先前向前移动的台架路径向后移动)的、组合起来以再次完全照射构成处理体积105的靶标结构的第二对说明性的相对辐射锥由附图标记501和502表示。

本领域技术人员将认识到，在不脱离本发明范围的情况下，可对上述实施例进行各种修改、变更和组合。作为这些方面的一个示例，这些教导将适应使用自动工具将用户定义的、正常的、等中心弧转换成必要的半扇形弧。作为另一个示例，这些教导将允许用户请求对应半弧之间的重叠区域的期望宽度。作为这些方面的又一个示例，这些教导将包括解决方案的转换，以包括使用半扇形弧作为准直器角度优化过程的一部分。因此，这类修改、变更和组合被视为在本发明概念的范围内。

Claims (20)

1.一种在辐射处理阶段期间对患者体内的处理靶标进行辐射的装置，所述装置包括：

辐射处理平台，具有移动的辐射源并且被配置为半扇形轨迹布置；

控制电路，被配置为通过以下方式按照经优化的辐射处理计划对所述处理靶标施用辐射：

以在第一定位的所述辐射源和在第一位置的所述处理靶标的等中心，开始所述辐射处理阶段；以及

在所述辐射处理阶段期间，与从所述第一位置移动所述等中心同步地从所述第一定位移动所述辐射源。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述辐射处理平台包括患者支撑床，并且其中所述控制电路被配置为通过移动所述患者支撑床来移动所述等中心。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述控制电路被配置为通过经由台架移动所述辐射源来移动所述辐射源，所述台架包括所述辐射处理平台的一部分。

4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述辐射处理平台被配置为沿着弓形路径移动所述辐射源。

5.根据权利要求4所述的装置，其中所述弓形路径包括关于所述患者的内曲的超过180度的弧。

6.根据权利要求5所述的装置，其中所述弓形路径包括关于所述患者的内曲的至少为350度的弧。

7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述控制电路进一步被配置为：

指定针对所述辐射处理平台的所述半扇形轨迹布置；

针对除所述半扇形轨迹布置之外的辐射处理平台参数，优化针对所述辐射处理平台的辐射处理计划，以提供所述经优化的辐射处理计划。

8.根据权利要求7所述的装置，其中指定所述半扇形轨迹布置包括指定预定轨迹图案。

9.根据权利要求8所述的装置，其中所述控制电路被配置为通过不优化所述预定轨迹图案来针对除所述半扇形轨迹布置之外的辐射处理平台参数来优化辐射处理计划。

10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述控制电路被配置为通过以下方式来与从所述第一位置移动所述等中心同步地从所述第一定位移动所述辐射源：同时移动所述辐射源和所述等中心两者达所述辐射处理阶段的至少一部分。

11.一种在辐射处理阶段期间利用辐射处理平台使用经优化的辐射处理计划对患者体内的处理靶标进行辐射的方法，所述辐射处理平台具有移动的辐射源，所述方法包括：

将所述辐射处理平台配置为半扇形轨迹布置；

以在第一定位的所述辐射源和在第一位置的所述处理靶标的等中心，开始所述辐射处理阶段；

在所述辐射处理阶段期间，与从所述第一位置移动所述等中心同步地从所述第一定位移动所述辐射源。

12.根据权利要求11所述的方法，其中移动所述等中心包括移动患者支撑床，所述患者支撑床包括所述辐射处理平台的一部分。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其中移动所述辐射源包括经由台架移动所述辐射源，所述台架包括所述辐射处理平台的一部分。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其中移动所述辐射源包括沿着弓形路径移动所述辐射源。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述弓形路径包括关于所述患者的内曲的超过180度的弧。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述弓形路径包括关于所述患者的内曲的至少为350度的弧。

17.根据权利要求11至16中任一项所述的方法，还包括：

指定针对所述辐射处理平台的所述半扇形轨迹布置；

针对除所述半扇形轨迹布置之外的辐射处理平台参数，来优化辐射处理计划，以提供所述经优化的辐射处理计划。

18.根据权利要求17所述的方法，其中指定所述半扇形轨迹布置包括指定预定轨迹图案。

19.根据权利要求18所述的方法，其中针对除所述半扇形轨迹布置之外的辐射处理平台参数来优化辐射处理计划包括不优化所述预定轨迹图案。

20.根据权利要求11至19中任一项所述的方法，其中与从所述第一位置移动所述等中心同步地从所述第一定位移动所述辐射源包括：同时移动所述辐射源和所述等中心两者达所述辐射处理阶段的至少一部分。

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