CN117815574A - 用于辐射治疗系统中的处置设置的虚拟射野图像 - Google Patents

Abstract

本公开涉及用于辐射治疗系统中的处置设置的虚拟射野图像。一种对患者的解剖区域内的靶标体积执行辐射治疗的计算机实现的方法包括：在该区域被定位在第一初步处置位置中的情况下采集该区域的锥形射束计算机断层摄影(CBCT)图像；基于该区域的CBCT图像来重建该区域的当前数字体积；基于第一初步处置位置与参考处置位置之间的偏移和当前数字体积来生成该区域的第一射束观视图；利用与用于靶标体积的处置场相关联的一个或多个视觉提示修改该区域的第一射束观视图；以及显示具有一个或多个视觉提示的第一射束观视图。

Description

用于辐射治疗系统中的处置设置的虚拟射野图像

技术领域

本公开涉及辐射治疗。

背景技术

除非本文另有指示，否则本节中描述的方法不是本申请中的权利要求的现有技术，并且不通过包括在本节中而被承认为现有技术。

辐射治疗是针对诸如癌性肿瘤的具体靶标组织(规划靶标体积)的局部处置。在理想情况下，对规划靶标体积执行辐射治疗，该辐射治疗使周围正常组织免于接收高于指定容限的剂量，从而最小化损害健康组织的风险。在递送辐射治疗之前，通常采用成像系统来提供靶标组织和周围区域的三维图像。例如，通常经由计算机断层摄影(CT)执行处置规划扫描以生成三维图像。通过这种成像，可以估计靶标组织的尺寸和质量(mass)，可以确定规划靶标体积，并且可以生成适当的处置计划。

为了在辐射治疗期间将规定剂量正确地供应给规划靶标体积，必须将患者相对于提供辐射治疗的直线加速器正确定位。为此目的，通常在递送X射线处置射束之前立即对规划靶标体积周围的解剖区域执行X射线成像。例如，对于许多乳腺癌处置，执行射野成像以验证患者定位和靶标定位。通常，在常规辐射治疗系统中，射野图像(也称为“射野片”)是利用治疗性兆伏(MV)射束采集的，并且指示规划的处置场是否与肺相交太多和/或延伸超出患者皮肤的所需距离(“溢边(flash)距离”)。由于射野图像是沿治疗性MV射束的射束观视图采集的，因此辐射治疗师或医师在处置时可以容易地利用单个射野图像来测量每个规划的治疗性射束的溢边距离和心/肺豁免。

为了实现图像指导辐射治疗(IGRT)，已经开发了包括板载成像的辐射治疗系统，板载成像诸如为千伏锥形射束计算机断层摄影(kV-CBCT)成像系统。这种板载成像系统可以代替MV射野成像用于验证患者定位和靶标定位，并且其中剂量大大降低。此外，板载CBCT成像系统采集使得能够重建患者解剖结构的三维体积的图像，该三维体积可以提供与规划靶标体积、相关联的处置场以及微调患者位置所需的任何三维转换相关的丰富视觉信息。CBCT板载成像系统的一个缺点是，习惯于经由常规射野图像验证溢边距离和心/肺豁免的用户可能会犹豫，或者甚至不能基于三维CBCT重建来评估特定辐射治疗处置场的适当性。作为结果，由这种用户对辐射治疗处置场的可视化和分析可能比当使用常规射野图像时花费明显更长的时间。更糟糕的是，在一些情况下，板载CBCT成像系统的可视化能力没有得到充分利用，并且代替地，可以采集常规射野图像来验证溢边距离和心/肺豁免。

因此，本领域需要便于辐射治疗系统中的处置设置的技术。

发明内容

根据至少一些实施例，辐射治疗系统的锥形射束计算机断层摄影(CBCT)成像系统被配置为：基于在患者被安置在初步处置位置中的情况下采集的体积数据，生成患者的解剖区域的虚拟射野图像。例如，可以在递送处置之前立即采集解剖区域的CBCT图像数据，并且从CBCT图像数据重建解剖区域的数字体积。然后基于数字体积来生成虚拟射野图像。在实施例中，虚拟射野图像使得辐射治疗师、医师或其他用户能够相对于规划的处置场来验证患者定位和靶标定位，而无需采集和分析传统射野图像(也称为“射野片”)。在一些实施例中，可以对虚拟射野图像进行图像处理以在视觉上模仿传统射野图像的外观，并且虚拟射野图像可以包括与处置场相关联的一个或多个视觉提示，诸如场轮廓和/或格子线或处置场内的位置的其他刻度视觉指示物。在包括像场轮廓和格子线的视觉提示的情况下，即使当用户习惯于分析传统射野图像时，用户也可以容易地确定溢边距离和/或风险器官的豁免。

根据至少一些实施例，一种用于辐射治疗系统的计算机实现的方法包括：在区域被定位在第一初步处置位置中的情况下采集该区域的锥形射束计算机断层摄影(CBCT)图像；基于该区域的CBCT图像来重建该区域的当前数字体积；基于当前数字体积和第一初步处置位置与参考处置位置之间的偏移来生成该区域的第一射束观视图(beam's-eye-view)；利用与用于靶标体积的处置场相关联的一个或多个视觉提示来修改该区域的第一射束观视图；以及显示具有一个或多个视觉提示的第一射束观视图。

根据至少一些实施例，一种辐射治疗系统包括成像X射线源和处理器，成像X射线源被配置为围绕辐射处置系统的等中心旋转并将成像X射线引导到包括靶标体积的靶标区域。在实施例中，处理器被配置为执行以下步骤：在该区域被定位在第一初步处置位置中的情况下采集该区域的锥形射束计算机断层摄影(CBCT)图像；基于该区域的CBCT图像来重建该区域的当前数字体积；基于当前数字体积和第一初步处置位置与参考处置位置之间的偏移来生成该区域的第一射束观视图；利用与用于靶标体积的处置场相关联的一个或多个视觉提示来修改该区域的第一射束观视图；以及显示具有一个或多个视觉提示的第一射束观视图。

另外的实施例包括：一种非暂态计算机可读存储介质，其包括使得计算机系统执行上述方法中的一种或多种方法的指令；以及一种计算机系统，其被配置为执行上述方法中的一种或多种方法。

前述发明内容仅是说明性的，并且不旨在以任何方式进行限制。除了上面描述的说明性方面、实施例和特征之外，通过参考附图和下面的详细描述，另外的方面、实施例和特征将变得明显。

附图说明

本公开的前述和其他特征将从结合附图阅读的以下描述和所附权利要求书中变得更加充分明显。这些附图仅描绘了根据本公开的若干实施例，并且因此不被认为限制其范围。通过使用附图，本公开将以附加的具体性和细节进行描述。

图1是根据各种实施例的辐射治疗系统的透视图。

图2示意性地示出根据各种实施例的图2的辐射治疗系统的驱动支架和机架。

图3示意性地示出根据各种实施例的图2的辐射治疗系统的驱动支架和机架。

图4示意性地示出根据各种实施例的基于解剖区域的投影图像构建的数字体积，该投影图像是由图2的辐射治疗系统中包括的一个或多个X射线成像器生成的。

图5是示出根据各种实施例的示例辐射治疗过程的框图。

图6阐述了根据一个或多个实施例的用于辐射治疗系统中的辐射治疗处置计划的设置和执行的计算机实现的方法的流程图。

图7示意性地示出根据各种实施例的便于相对于处置计划对患者定位和靶标定位的验证的图形用户界面。

图8A是根据各种实施例的患者解剖结构的一部分的虚拟射束观视图。

图8B是患者解剖结构的一部分的常规虚拟射束观视图。

图9是被配置为执行本公开的各种实施例的计算设备的图示。

图10是用于实现本公开的一个或多个实施例的计算机程序产品的说明性实施例的框图。

具体实施方式

在以下详细描述中，参考附图，附图形成详细描述的一部分。在附图中，除非上下文另有规定，否则类似的符号通常标识类似的部件。在详细描述、附图和权利要求中描述的说明性实施例并不意味着是限制性的。可以利用其他实施例，并且可以进行其他改变，而不脱离这里呈现的主题的精神或范围。将容易理解的是，如本文大体描述和图中示出的本公开的方面可以以各种各样的不同配置被布置、替换、组合和设计，所有这些都被明确预见到并构成本公开的一部分。

系统概述

图1是根据各种实施例的辐射治疗(RT)系统100的透视图。RT系统100被配置为对围绕诸如肿瘤的规划靶标体积的患者解剖结构进行成像，并重建包括规划靶标体积的患者解剖结构的数字体积。在一些实施例中，辐射治疗系统100使用并入辐射治疗系统100中的一个或多个成像器(诸如一个或多个千伏(kV)X射线成像器)，经由锥形射束计算机断层摄影(CBCT)过程执行这种成像。在一些实施例中，RT系统100是配置为使用X射线成像技术检测分次间运动的辐射系统。在一些实施例中，RT系统100是配置为使用X射线成像技术接近实时地检测分次内运动的辐射系统。因此，在这样的实施例中，RT系统100被配置为向身体中指示辐射处置的任何地方的病变、肿瘤和状况提供立体定向放射外科手术和精确放射治疗。这样，RT系统100可以包括以下中的一者或多者：生成高能X射线的兆伏(MV)处置射束的线性加速器(LINAC)、一个或多个千伏(kV)X射线源、一个或多个X射线成像器以及在一些实施例中的MV电子射野成像设备(EPID)。通过示例的方式，本文描述的RT系统100被配置有圆形机架。在其他实施例中，RT系统100可以被配置有能够经由滑环连接无限旋转的C形机架。

通常，RT系统100能够对靶标体积进行kV成像，以生成处置规划图像信息(诸如处置规划扫描)和/或在辐射治疗处置分次期间生成图像。因此，在一些实施例中，附加于或代替处置规划计算机断层摄影成像器，可以采用RT系统100。此外，在一些实施例中，RT系统被配置为在施加MV处置射束之前和/或期间立即对靶标体积进行成像，使得可以使用X射线成像来执行图像指导辐射治疗(IGRT)过程和/或强度调制辐射治疗(IMRT)过程。RT系统100可以包括一个或多个触摸屏101、卧榻运动控件102、孔103、基座定位组件105、安置在基座定位组件105上的卧榻107以及图像采集和处置控制计算机106，所有这些都安置在处置室内。RT系统100还包括远程控制台110，远程控制台110安置在处置室外部，并使得能够从远程位置进行处置递送和患者监测。基座定位组件105被配置为将卧榻107相对于孔103精确地定位，并且运动控件102包括输入设备，诸如按钮和/或开关，该输入设备使得用户能够操作基座定位组件105以将卧榻107相对于孔103自动地且精确地定位到预定位置。运动控件102还使得用户能够将卧榻107手动定位到预定位置。

图2示意性地示出根据各种实施例的RT系统100的驱动支架200和机架210。为了清楚性起见，在图2中省略了RT系统100的盖、基座定位组件105、卧榻107和其他组部件。驱动支架200是用于RT处置系统110的部件的固定支撑结构，包括机架210和用于使机架210可旋转地移动的驱动系统201。驱动支架200停放在RT系统100外部的支撑表面上和/或固定到该支撑表面，该支撑表面诸如为RT处置设施的地板。机架210旋转地耦合到驱动支架200，并且是支撑结构，在该支撑结构上安装RT系统100的各种部件，该各种部件包括线性加速器(LINAC)204、MV电子射野成像设备(EPID)205、成像X射线源206和X射线成像器207。在RT系统100的操作期间，机架220在由驱动系统201致动时绕孔103旋转。

驱动系统201旋转地致动机架210。在一些实施例中，驱动系统201包括可以固定到驱动支架200并与安装在机架210上的磁道(未示出)相互作用的线性电机。在其他实施例中，驱动系统201包括另一合适的驱动机构，用于使机架210绕孔201精确地旋转。LINAC 204生成高能X射线(或在一些实施例中，电子、质子和/或其他重带电粒子、超高剂量率X射线(例如，用于FLASH放射治疗)或用于微射束辐射治疗的微射束)的MV处置射束230，并且EPID205被配置为利用处置射束230采集X射线图像。成像X射线源206被配置为将本文称为成像X射线231的X射线的锥形射束通过RT系统100的等中心203引导至X射线成像器207，并且等中心203通常对应于待处置的靶标体积209的位置。在图2中所示的实施例中，X射线成像器207被描绘为平面设备，而在其他实施例中，X射线成像器207可以具有弯曲配置。

X射线成像器207接收成像X射线231并且从其生成合适的投影图像。根据某些实施例，然后可以采用这样的投影图像来构建或更新与包括靶标体积209的三维(3D)区域相对应的数字体积的成像数据的部分。即，从投影图像重建这样的3D区域的3D图像。在一些实施例中，锥形射束计算机断层摄影(CBCT)和/或数字断层合成(DTS)可以用于处理由X射线成像器207生成的投影图像。CBCT通常用于在相对较长的采集弧上，例如在机架210的180°或更多的旋转上，采集投影图像。作为结果，可以生成成像体积的高质量3D重建。在一些实施例中，CBCT可以用于生成处置规划图像。附加地或备选地，在一些实施例中，在辐射治疗会话开始时采用CBCT以生成设置3D重建。例如，可以在施加处置射束230之前立即采用CBCT来生成3D重建，从而确认靶标体积209没有移动或改变形状。备选地或附加地，在一些实施例中，在IGRT或IMRT过程的部分期间由RT系统100执行部分数据重建，其中部分图像数据用于生成靶标体积209的3D重建。例如，由于在机架210旋转通过处置弧的情况下处置射束230被引导向等中心203，因此可以执行DTS图像采集以生成靶标体积209的图像数据。由于DTS图像采集是在相对较短的采集弧(例如在大约10°到60°之间)上执行的，因此可以在IGRT过程期间由DTS成像提供针对靶标体积209的形状和位置的接近实时的反馈。

在图2中所示的实施例中，RT系统100包括单个X射线成像器和单个对应的成像X射线源。在其他实施例中，RT系统100可以包括两个或更多个X射线成像器，每个X射线成像器具有对应的成像X射线源。在图3中示出了一个这样的实施例。

图3示意性地示出根据各种实施例的RT系统100的驱动支架300和机架310。驱动支架300和机架310在配置上与图2中的驱动支架200和机架210基本上相似，除了安装在机架310上的RT系统100的部件包括第一成像X射线源306、第一X射线成像器307、第二成像X射线源308和第二X射线成像器309。在这样的实施例中，在RT系统100中包括多个X射线成像器便于在较短的图像采集弧上生成投影图像(用于重建靶标体积)。例如，当RT系统100包括两个X射线成像器和对应的X射线源时，用于采集某个图像质量的投影图像的图像采集弧可以是用于利用单个X射线成像器和X射线源采集类似图像质量的投影图像的图像采集弧的大约一半。

由X射线成像器207(或由第一X射线成像器307和第二X射线成像器309)生成的投影图像用于构建在包括靶标体积的3D区域内的患者解剖结构的数字体积的成像数据。备选地或附加地，这样的投影图像可以用于更新与3D区域相对应的数字体积的现有成像数据的部分。下面结合图4描述这样的数字体积的一个实施例。

图4示意性地示出根据各种实施例的数字体积400，数字体积400是基于由RT系统100中包括的一个或多个X射线成像器生成的解剖区域的投影图像构建的。例如，在一些实施例中，投影图像可以由单个X射线成像器(诸如X射线成像器207)生成，并且在其他实施例中，投影图像可以由多个X射线成像器(诸如第一X射线成像器307和第二X射线成像器309)生成。

数字体积400包括解剖图像数据的多个体素401(虚线)，其中每个体素401对应于数字体积400内的不同位置。为了清楚性起见，在图4中只示出了单个体素401。数字体积400对应于包括靶标体积410的3D区域。在图4中，数字体积400被描绘为8x8x8的体素立方体，但在实践中，数字体积400通常包括更多体素，例如比图4中所示的更大的数量级。

出于讨论的目的，靶标体积410可以是指用于特定处置的GTV、CTV或PTV。GTV描绘大体肿瘤的位置和范围，例如可以看到或成像的内容；CTV包括GTV和亚临床疾病传播的附加边际，附加边际通常是不可成像的；并且PTV是几何概念，其被设计以确保适当的放射治疗剂量被实际递送到CTV，而不会对附近风险器官产生不利影响。因此，PTV通常大于CTV，但在一些情形下，也可以减小一些部分，以提供风险器官周围的安全边际。PTV通常是基于在处置的时间之前执行的成像来确定的，并且通过数字体积400的X射线成像来便于PTV与在处置时患者解剖结构的当前位置的对准。

根据下面描述的各种实施例，与数字体积400的每个体素401相关联的图像信息经由由单个或多个X射线成像器经由CBCT过程生成的投影图像来构建。例如，可以在将处置射束230递送到靶标体积410之前立即采用这种CBCT过程，使得可以在处置开始之前确认靶标体积410的位置和形状。

辐射治疗过程的概述

图5是示出示例辐射治疗过程500的框图。辐射治疗过程500包括多个步骤501-504，这些步骤被执行以递送针对特定患者的处置计划。辐射治疗过程500是响应于对患者的诊断而执行的，该诊断指示该患者将经由外部射束辐射治疗来处置。诊断通常基于各种因素来指示外部射束辐射治疗，这些因素包括：已经检测到的癌症肿瘤的类型、检测到的肿瘤的尺寸、肿瘤在体内的位置、肿瘤与风险器官(OAR)或对辐射敏感的其他正常组织的接近度、患者的一般健康状况和病史、患者存在其他类型的癌症、患者的年龄、患者的某些医学状况等。

如图所示，辐射治疗过程500包括以下步骤中的一者或多者：处置确定步骤501、处置规划计算机断层摄影(CT)的采集步骤502、处置规划步骤503以及处置计划的递送步骤504。

在处置确定步骤501中，审查针对患者的患者成像、肿瘤病理和诊断，并确定用于辐射治疗的一个或多个可能的处置方法或处方。在一些情况下，步骤501由辐射肿瘤医生执行，该辐射肿瘤医生可以受雇于最终将发生辐射治疗的临床位置处。在一些情况下，辐射肿瘤医生可以由软件应用协助，该软件应用被配置为基于针对患者的诊断和成像信息来生成可能的处置方法。在这样的情况下，辐射肿瘤医生选择和/或修改由软件应用提供的处置方法中的一个或多个处置方法。

在处置规划CT的采集步骤502中，指定并执行示出肿瘤和肿瘤周围的解剖区域的处置规划CT扫描。例如，辐射肿瘤医生可以指定处置规划CT扫描的一些或所有参数。备选地，在一些情况下，辐射肿瘤医生可以由配置为指定用于处置规划CT的潜在参数的软件应用协助。在步骤502中，通过例如在临床就诊期间扫描患者来生成处置规划CT，并且基于作为处置规划CT的一部分而采集的图像来生成处置规划图像。该处置规划图像可以随后用作感兴趣解剖区域的参考图像。

在处置规划步骤503中，基于处置规划CT来生成处置计划。例如，大体肿瘤体积(GTV)、临床靶标体积(CTV)、内部靶标体积(ITV)、规划靶标体积(PTV)、OAR和/或规划风险器官体积(PRV)等都可以例如经由分割过程来指定。计划优化也可以发生在处置规划步骤503中，其中对规划的处置的一个或多个计划进行优化。即，确定用于实现规划的处置的一个或多个射束几何形状，并优化每个射束几何形状的剂量分布。负责患者的医师审查可用的计划，并选择最好的计划以递送给患者。

在处置计划的递送步骤504中，根据各种实施例，经由合适的辐射治疗过程，在合适的辐射治疗系统上将所选择的处置计划递送给患者。在实施例中，生成虚拟射野图像并向用户显示，以便于验证患者定位和靶标定位。例如，在其中所选择的处置计划用于乳腺癌处置的实施例中，虚拟射野图像可以便于溢边距离和心/肺豁免的验证。下面结合图6描述一个这样的实施例。

图6阐述了根据一个或多个实施例的用于辐射治疗系统中的辐射治疗处置计划的设置和执行的计算机实现的方法600的流程图。计算机实现的方法600可以包括如由块601-630中的一个或多个块所示的一个或多个操作、功能或动作。尽管块按先后顺序示出，但这些块可以并行地和/或以与本文所述的顺序不同的顺序执行。此外，基于期望的实现方式，各种块可以组合成更少的块，划分为附加的块，和/或被消除。尽管计算机实现的方法600结合RT系统100和图1至图4进行描述，但本领域技术人员将理解任何适当配置的辐射治疗系统都在本实施例的范围内。

通常响应于特定患者到达辐射治疗处置计划中包括的临床会话，例如以经历处置计划的具体处置分次，而执行计算机实现的方法600。如前所述，这种处置计划通常基于包括靶标体积(诸如靶标体积410)的患者的解剖区域的参考图像或参考数字体积(诸如数字体积400)生成。根据各种实施例，基于经由处置规划扫描获得的成像信息来重建数字体积，该处置规划扫描可以使用RT系统100的板载成像或独立CT扫描系统来执行。在本文描述的处置分次之前，患者被定位在卧榻107上。在一些情况下，结合规定的固定化来定位患者，使得在处置规划扫描期间维持合适的患者位置。

计算机实现的方法600从步骤601开始，在步骤601处，用户将患者的解剖区域定位在初步处置位置处。解剖区域包括要经历处置的靶标体积，诸如靶标体积209。例如，基于外部患者标记和与RT系统100相关联或包括在RT系统100中的基于激光的系统，用户可以将患者准确地定位成靠近规划的处置位置。然而，精确地将患者准确地定位在规划的处置位置处需要经由处置时间成像进行进一步的位置验证和校正，如步骤602中所述。

在步骤602中，RT系统110生成处置时间图像。例如，在一些实施例中，RT系统110经由CBCT过程采集包括靶标体积209的患者的解剖区域的2D投影图像集合。在这样的实施例中，可以经由重建过程将2D投影图像集合进行组合以生成三维数字体积图像，如步骤603中所述。

在步骤603中，RT系统110基于在步骤602中生成的2D投影图像或其他处置规划图像来重建患者的解剖区域的当前数字体积。当前数字体积捕获患者的解剖区域的当前形状和精确位置以及安置在解剖区域内的靶标体积209的当前形状和精确位置。在一些实施例中，重建由与图像采集和处置控制计算机206和/或远程控制台210相关联的一个或多个计算设备执行。在一些实施例中，重建的体积3D是解剖区域的体积数据集合。在一些实施例中，采用Feldkamp、Davis和Kress(FDK)重建算法来重建当前数字体积，并且在其他实施例中，采用任何其他合适的重建算法。

在步骤604中，RT系统110执行在步骤603中重建的当前数字体积与患者的解剖区域的参考数字体积(诸如图5中在处置规划CT的采集步骤502中生成的处置规划图像)之间的配准。例如，在一些实施例中，由RT系统110自动执行可变形图像配准过程。备选地，在一些实施例中，RT系统110使用任何其他技术上可行的图像配准和融合过程。备选地，在一些实施例中，RT系统110的用户执行手动的、基于界标的配准或匹配过程，以执行在当前数字体积与参考数字体积之间的配准。

在步骤605中，RT系统110确定当前初步处置位置与参考处置位置之间的偏移。例如，在一些实施例中，偏移是基于从步骤604的图像配准确定的变换。因此，在这样的实施例中，偏移是在解剖区域和靶标体积209的当前位置(在处置时)与规划的处置位置之间，规划的处置位置是解剖区域和靶标体积209的假定位置。需要注意的是，针对靶标体积209的规划的处置是基于包括靶标体积209的解剖区域精确位于规划的处置位置处。因此，在这样的实施例中，步骤605中确定的偏移近似于靶标体积209的当前位置离规划的处置位置有多远。

备选地或附加地，在一些实施例中，偏移是基于指示患者应当被重新定位指定量和距离的用户输入。在这样的实施例中，例如响应于用户审查包括靶标体积209的解剖区域的虚拟射束观视图，可以在步骤609中接收用户输入。因此，在这样的实施例中，偏移位于解剖区域的当前初步处置位置与新初步处置位置之间，新初步处置位置对应于由在步骤609中接收到的用户输入所指示的位置。在这样的实施例中，新初步处置位置与改进的溢边距离和/或OAR豁免相关联，如下所述。

在步骤606中，RT系统110生成解剖区域的虚拟射束观视图，其中虚拟射束观视图沿处置射束230的路径被引导。通常，射束观视图中包括的视觉信息是基于步骤603中生成的当前数字体积的体积图像数据和步骤605中确定的偏移。这是因为处置射束230相对于靶标体积209的实际路径作为规划的处置位置与靶标体积209的当前位置之间的偏移的函数而变化。因此，当在当前初步处置位置与参考处置位置之间存在显著偏移时，处置射束230的实际路径不太理想，并且遵循与规划的路径不同的路径。作为结果，与处置射束230相关的处置场可能具有不足的溢边距离和/或OAR豁免。

一般而言，虚拟射束观视图被生成为看上去是针对处置射束230的具体射束角度从处置射束230的源的视点获取的，该具体射束角度被编程为在靶标体积209的当前处置期间发生。在一些实施例中，诸如当处置射束230的多个射束角度被编程为在靶标体积209的当前处置期间发生时，在步骤606中生成解剖区域的多个虚拟射束观视图。

在一些实施例中，解剖区域的虚拟射束观视图是数字重建的放射照片(DRR)。在这样的实施例中，通过沿用于靶标体积209的处置射束230的路径的数字体积的透视投影，采集解剖区域的虚拟射束观视图。在步骤606中，可以采用任何合适的DRR生成算法或用于处理当前数字体积的其他软件来生成虚拟射束观视图。此外，在一些实施例中，在步骤606中生成的一个或多个虚拟射束观视图仿真MV射野图像的外观。在这样的实施例中，虚拟射束观视图图像看起来与传统生成的MV射野图像基本上相似，这可以显著增加用户在查看这样的图像以验证患者定位和靶标定位时的信心和速度。通常，为了生成DRR的透视投影，投影算法使用通过CT数据集合的射线追踪，该CT数据集合诸如为步骤603中生成的当前数字体积的体积图像数据。在射线追踪中，每个所得输出像素从X射线源点通过CT体积向前追踪到成像平面(诸如X射线成像器207)上，其中每条射线使用函数以沿射线对值进行采样并累积值以便计算最终输出像素值。由于材料的吸收率取决于X射线的能谱，因此所得的DRR可以类似于在与MV射野图像相对应的频谱处拍摄的实际放射照片。例如，在一个实施例中，在生成解剖区域的射束观视图时采用对应于6MeV治疗射束的频谱，而不是用于标准X射线成像的对应于100keV射束的频谱。

在步骤607中，RT系统110利用与处置射束230的处置场相关联的一个或多个视觉提示修改步骤606中生成的虚拟射束观视图。例如，在一些实施例中，RT系统110利用与处置射束230相关联的处置场的场轮廓、用于与处置射束230相关联的处置场的辐射场等中心指示物、格子线或它们的某种组合修改虚拟射束观视图。下面结合图7描述一个这样的虚拟射束观视图的实施例。

图7示意性地示出根据各种实施例的便于相对于处置计划对患者定位和靶标定位的验证的图形用户界面(GUI)700。例如，在其中处置计划用于乳腺癌处置的实施例中，虚拟射野图像可以便于对溢边距离和心/肺豁免的验证。此外，GUI 700便于当在初步处置位置和与处置计划相关联的参考处置位置之间存在显著偏移时自动定位卧榻107的移位参数的计算。

如图所示，GUI 700包括输入元件701、患者定向指示物704、任务栏705、多个动作按钮706和卧榻移位指示物707。输入元件701包括图形按钮和/或用于用户交互的其它输入机构，诸如成像工具，成像工具使得辐射治疗师能够以各种方式改变图像的显示。例如，一个这样的工具可以施加滤波器，滤波器改善图像质量并且便于图像的匹配和/或匹配图像的验证。另一种这样的工具可以是用于比较患者解剖结构在参考图像和所采集的图像中的位置的混合滑块。患者定向指示物704指示在GUI 700的每个视图窗口中图像与解剖命名法的相对关系和解剖位置。任务栏705提供用于选择要由RT系统100和/或辐射治疗师采用的成像模式和特定匹配技术的选项。多个动作按钮706以各种方式将计算的移位施加到卧榻107的位置，使得能够重置改变，对匹配执行调整，取消当前匹配，和/或重新采集设置图像，以及其他功能。卧榻移位指示物707显示每个卧榻轴应当移动以正确地定位患者以进行处置的距离。在一些实施例中，由卧榻移位指示物707显示的值可以至少部分地基于计算机实现的方法600的步骤605中确定的偏移。此外，在一些实施例中，当辐射治疗师或RT系统100的其他用户调整参考图像与处置时间设置图像之间的匹配时，更新由移位指示物707显示的卧榻移位值。例如，辐射治疗师或RT系统100的其他用户可以输入对卧榻移位指示物707的调整，该调整改善溢边距离和/或OAR豁免。

GUI 700还包括冠状面(或额状面)视图720、矢状面视图730、轴向面视图740和虚拟射束观视图(BEV)窗口750。GUI 700允许用户经由冠状面视图720、矢状面视图730、轴向面视图740和虚拟BEV窗口750在视觉上比较和/或匹配参考图像和处置时间图像。也就是说，在上述四种视图中，可以比较参考图像(诸如基于处置规划图像的患者解剖结构的图像)和基于当前数字体积的处置时间设置图像。

冠状面视图720使得能够在冠状视图(例如，沿垂直于冠状面的轴的视图)中显示和匹配参考2D图像和处置时间2D图像，矢状面视图730使得能够在矢状视图中显示和匹配参考2D图像和处置时间2D图像，并且轴向面视图740使得能够在轴向视图中显示和匹配参考2D图像和处置时间2D图像。此外，虚拟BEV窗口750使得能够在射束观视图(即沿与规划的处置射束的具体路径平行的轴的视图)中显示和匹配参考2D视图和处置时间2D视图。

对于在冠状面视图720、矢状面视图730或轴向面视图740中显示的参考2D视图和处置时间2D视图，图像平面被认为是与2D虚拟切片的位置相对应的物理平面。在一些实施例中，对于通过虚拟BEV窗口750显示的虚拟BEV图像，图像平面被认为是虚拟BEV图像的投影平面。

虚拟BEV窗口750被配置为显示规划的处置射束的任何射束角度的处置时间2DBEV视图和参考2D BEV视图。相比之下，冠状面视图720、矢状面视图730和轴向面视图740中的每一个都被配置为从单个固定视点(或视角)显示参考2D图像和处置时间2D图像。因此，在例如矢状面视图730中显示的每个参考2D图像或处置时间2D图像的图像平面与在矢状面视图730中显示的任何其他参考2D视图或处置时间2D视图的图像平面平行，而由虚拟BEV窗口750显示的每个2D BEV视图的图像平面通常不与由虚拟BEV窗口750显示的其他2D BEV图像的图像平面平行。

冠状面视图720、矢状面视图730、轴向面视图740和虚拟BEV窗口750中的每个显示患者解剖结构710的一部分。在冠状面视图720、矢状面视图730、轴向面视图740中，患者解剖结构710被显示为通过患者解剖结构710的虚拟切片的2D图像。相比之下，在其中虚拟BEV窗口750显示投影DRR图像的实施例中，患者解剖结构在虚拟BEV窗口750中被显示为虚拟投影视图，从而仿真常规X射线图像。在这样的实施例中，在虚拟BEV窗口750中显示的图像具有与穿过图像平面的规划的特定处置射束的路径垂直的图像平面。

在一些实施例中，冠状面视图720、矢状面视图730、轴向面视图740和虚拟BEV窗口750中的一些或全部可以被选择以显示患者解剖结构710的处置时间2D图像、患者解剖结构的参考2D图像、叠加在参考2D图像上的处置时间2D图像、或患者解剖结构710的混合视图，在该混合视图中，辐射治疗师可以同时查看参考2D图像和处置时间2D图像。为了清楚性起见，在图7中所示的实施例中，GUI 700在冠状面视图720、矢状面视图730、轴向面视图740和虚拟BEV窗口750中显示患者解剖结构710的处置时间2D图像。

在一些实施例中，虚拟BEV窗口750显示患者解剖结构710的虚拟射束观视图，该虚拟射束观视图仿真或在视觉上模仿传统采集的MV射野图像。下面结合图8A和图8B描述一个这样的实施例。图8A是根据各种实施例的患者解剖结构810的一部分的虚拟射束观视图850，并且图8B是患者解剖结构810的相同部分的常规虚拟射束观视图860。虚拟射束观视图850和常规虚拟射束观视图860各自描绘沿与规划的处置射束的具体路径平行的轴的视图。此外，虚拟射束观视图850和常规虚拟射束观视图860各自是基于图6的步骤603中重建的当前数字体积生成的DRR。然而，在图8A中所示的实施例中，将图像处理施加于当前数字体积的透视投影，使得虚拟射束观视图850在视觉上模仿传统采集的MV射野图像的外观。

在一些实施例中，虚拟射束观视图850包括场轮廓851、格子线854或其他刻度位置指示物、和/或辐射场等中心的指示物857。相比之下，常规虚拟射束观视图860包括规划的处置射束的范围853。场轮廓851在视觉上指示在位于当前初步处置位置时规划的处置射束相对于患者解剖结构810的范围。由于场轮廓851被显示在示出皮肤的表面852相对于规划的处置射束的最远范围的射束观视图中，因此当患者位于当前初步处置位置处时，用户可以容易地确定与规划的处置射束相关联的最小溢边距离859。格子线854是刻度位置指示物，其包括被分开指定距离的均匀间隔的标记、点和/或线，并且因此精确地指示场轮廓851内的各个位置。例如，在一些实施例中，格子线854的间隔标记与相邻的间隔标记分开1cm。因此，格子线854使得查看虚拟射束观视图850的用户能够确定与溢边距离859和/或诸如肺855的OAR的豁免相关联的患者解剖结构810内的距离。在一些实施例中，指示物857描绘与规划的处置射束相关联的辐射场等中心相对于患者解剖结构810的位置。

回到图7，根据各种实施例，虚拟BEV窗口750可以用于验证被编程为在处置期间发生的处置射束的具体射束角度的溢边距离759。因此，使用虚拟BEV窗口750，用户可以验证在具体射束角度处，处置射束延伸超过皮肤的表面752至少预定距离(例如，1cm、2cm等)。此外，在各种实施例中，虚拟BEV窗口750可以用于确定诸如心或肺755的一个或多个OAR的充分豁免。为了这些目的，在一些实施例中，GUI 700被配置为显示在处于当前初步处置位置处时规划的处置射束相对于患者解剖结构的场轮廓751。附加地或备选地，在一些实施例中，GUI 700被配置为显示格子线754或其他刻度位置指示物。在这样的实施例中，格子线754包括被分开指定距离的均匀间隔的标记、点和/或线，并且因此精确地指示场轮廓751内的各个位置。此外，在图7中所示的实施例中，规划的处置射束的范围753被显示在冠状面视图720、矢状面视图730和轴向面视图740中的每个中。

需要注意的是，与在虚拟BEV窗口750中查看场轮廓751相比，在仅查看(冠状面视图720、矢状面视图730和/或轴向面视图740中的)范围753时验证溢边距离759和/或OAR豁免可能不可靠和/或耗时。对于辐射治疗师、医师或RT系统100的其他用户来说尤其如此，他们习惯于如图8A中所示的患者解剖结构710的具有传统射野图像的外观和布局的射束观视图。例如，当使用轴向面视图740和范围753来验证溢边距离759和/或肺755的豁免时，RT系统100的用户在视觉上审查轴向面视图740中可用的每个轴向视图。具体地，为了确认至少维持最小可允许溢边距离759和/或不超过肺755的最大可允许重叠，用户循环通过患者解剖结构710的所有轴向视图切片，并在视觉上确定规划的处置射束的范围753相对于患者皮肤的表面752和/或任何OAR的位置。例如，用户可以鼠标滚动或致动诸如滑块的GUI元件，以循环通过轴向面视图740中可用的患者解剖结构710的许多轴向视图切片。因此，习惯于传统射野图像的外观和布局的用户可能会犹豫和/或不能经由审查轴向面视图740来验证溢边距离759和/或肺755的最大可允许重叠。

相比之下，在虚拟BEV窗口750中，通过审查虚拟BEV窗口750中的患者解剖结构710的单个射束观视图，针对规划的处置的任何特定角度，容易在视觉上确定相对于规划的处置射束的场轮廓751的患者皮肤的表面752。此外，如果没有专门的训练，许多习惯于传统生成的BEV的用户使用示出患者解剖结构的个体2D切片的虚拟射束观视图通常不太舒适。

回到图6，在步骤608中，例如经由图7中所示的虚拟BEV窗口750，RT系统100显示患者解剖结构的虚拟射束观视图。在一些实施例中，虚拟BEV窗口750包括场轮廓751、格子线754和/或描绘辐射场等中心的位置的指示物857。

在步骤609中，RT系统100确定当前初步处置位置是否适合于开始处置。在一些实施例中，响应于用户输入而做出确定。例如，在一些情况下，用户输入确认当前初步处置位置适合于处置。在其他情况下，用户输入指示应将患者重新定位指定量和距离，例如，以更好地将患者的位置与规划的处置位置对准。例如，在这种情况下，用户可以经由RT系统100的GUI输入一个或多个坐标移位，以补偿处置射束的一个或多个具体射束角度的不足的溢边距离和/或OAR豁免。需要注意的是，在步骤605中确定的初步处置位置和参考处置位置之间的偏移可能不是导致不足的溢边距离和/或OAR豁免的唯一原因。例如，包括靶标体积的解剖区域中的器官的尺寸和/或形状的变化也可以减小溢边距离和/或OAR豁免。

当RT系统100确定当前初步处置位置适合于开始处置时，计算机实现的方法600继续进行到步骤621；当RT系统100确定当前初步处置位置不适合于开始处置时，计算机实现的方法600继续进行到步骤611。

在步骤611中，RT系统100基于指示患者应当被重新定位指定量和距离的用户输入来修改解剖区域和靶标体积的位置。例如，在一些实施例中，输入包括用于自动定位卧榻107的移位参数的一个或多个值。然后，计算机实现的方法600返回到步骤605以进行步骤605至609的另一次迭代。

在步骤621中，RT系统100基于在步骤605的每次迭代中确定的偏移将解剖区域和靶标体积209重新定位到最终处置位置。例如，在一些实施例中，RT系统100基于这样的偏移将卧榻107重新定位到最终处置位置，其中最终处置位置对应于步骤609中确定的最后初步处置位置。

在步骤622中，RT系统100执行对靶标体积209的处置。在一些实施例中，RT系统110接收用户输入以启动处置，并且在患者被安置在最终处置位置处的情况下执行处置。例如，在一些实施例中，RT系统110根据与靶标体积209相关联的处置计划将处置射束引导到靶标体积209。

如上所述的计算机实现的方法600的实现使得能够经由患者解剖结构的虚拟射束观视图快速且准确地在视觉上确认患者相对于规划的处置等中心被正确定位，该虚拟射束观视图非常接近传统采集的射野图像。此外，上述虚拟射束观视图被生成，而无需与传统采集的射野图像相关联的附加剂量。此外，由于步骤605至611的迭代可以通过包括板载成像的常规辐射治疗系统基本上实时执行，因此用户可以迅速地确定如何重新定位患者，以改善患者定位和/或靶标定位。即使在需要步骤605至611的多次迭代来确定合适的最终处置位置时，用户也可以在处置时间成像之后并且在处置之前迅速地改善患者定位和/或靶标定位。

示例性计算设备

图9是被配置为执行本公开的各种实施例的计算设备900的图示。因此，在一些实施例中，计算设备900被实现为图像采集和处置控制计算机106和/或远程控制台110，或与图像采集和处置控制计算机106和/或远程控制台110相关联。计算设备900可以是台式计算机、膝上型计算机、智能电话或适合于实践本公开的一个或多个实施例的任何其他类型的计算设备。在操作中，计算设备900被配置为执行与本文所述的计算机实现的方法600相关联的指令。需要注意的是，本文描述的计算设备是说明性的，并且任何其他技术上可行的配置都落入本公开的范围内。

如所示的，计算设备900包括但不限于互连件(总线)940，互连件(总线)940连接处理单元950、耦合到输入/输出(I/O)设备980的输入/输出(I/O)设备接口960、存储器910、存储设备930和网络接口970。处理单元950可以是任何合适的处理器，其被实现为中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、任何其他类型的处理单元或不同处理单元的组合，诸如配置为结合GPU或数字信号处理器(DSP)操作的CPU。通常，处理单元950可以是任何技术上可行的硬件单元，其能够处理数据和/或执行软件应用，包括计算机实现的方法600。

I/O设备980可以包括：能够提供输入的设备，诸如键盘、鼠标、触敏屏幕等；以及能够提供输出的设备，诸如显示设备等。另外，I/O设备980可以包括既能接收输入又能提供输出的设备，诸如触摸屏、通用串行总线(USB)端口等等。I/O设备980可以被配置为接收来自计算设备900的最终用户的各种类型的输入，并且还向计算设备900的最终用户提供各种类型的输出，诸如显示的数字图像或数字视频。在一些实施例中，I/O设备980中的一个或多个I/O设备被配置为将计算设备900耦合到网络。

存储器910可以包括随机存取存储器(RAM)模块、闪存存储器单元或任何其他类型的存储器单元或其组合。处理单元950、I/O设备接口960和网络接口970被配置为从存储器910读取数据和向存储器910写入数据。存储器910包括可以由处理器950执行的各种软件程序和与所述软件程序相关联的应用数据，包括计算机实现的方法600。

示例性计算机程序产品

图10是根据本公开的一个或多个实施例的用于实现对患者的解剖区域内的靶标体积执行辐射治疗的方法的计算机程序产品1000的说明性实施例的框图。计算机程序产品1000可以包括信号承载介质1004。信号承载介质1004可以包括一组或多组可执行指令1002，该一组或多组可执行指令1002当由例如计算设备的处理器执行时可以至少提供上面关于图1至图8描述的功能。

在一些实施例中，信号承载介质1004可以包括非暂态计算机可读介质1008，诸如但不限于硬盘驱动器、紧凑碟(CD)、数字视频盘(DVD)、数字带、存储器等。在一些实现方式中，信号承载介质1004可以包括可记录介质1010，诸如但不限于存储器、读/写(R/W)CD、R/WDVD等。在一些实施例中，信号承载介质1004可以包括通信介质1006，诸如但不限于数字和/或模拟通信介质(例如，光纤线缆、波导、有线通信链路、无线通信链路等)。计算机程序产品1000可以记录在非暂态计算机可读介质1008或另一类似的可记录介质1010上。

出于说明的目的，已经呈现了各种实施例的描述，但其并不旨在为详尽的或限于所公开的实施例。对于本领域普通技术人员来说，许多修改和变化将是明显的，而不脱离所描述的实施例的范围和精神。

本实施例的方面可以体现为系统、方法或计算机程序产品。因此，本公开的方面可以采取完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、驻存软件、微代码等)或组合软件和硬件方面的实施例的形式，这些实施例在本文中通常都可以被称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，本公开的方面可以采取体现在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，该一个或多个计算机可读介质具有体现在其上的计算机可读程序代码。

可以利用一个或多个计算机可读介质的任何组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是(例如但不限于)电子、磁、光、电磁、红外或半导体系统、装置或设备，或前述的任何合适的组合。计算机可读存储介质的更具体示例(非详尽列表)将包括以下内容：具有一根或多根接线的电连接、便携式计算机软盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存存储器)、光纤、便携式紧凑碟只读存储器(CD-ROM)、光存储设备、磁存储设备或前述的任何合适的组合。在本文档的上下文中，计算机可读存储介质可以是任何有形介质，该任何有形介质可以包含或存储用于由指令执行系统、装置或设备使用或结合指令执行系统、装置或设备使用的程序。

虽然本文已经公开了各种方面和实施例，但对于本领域技术人员来说，其他方面和实施例将是显而易见的。本文公开的各种方面和实施例是出于说明的目的，并不旨在为限制性的，其中真正的范围和精神由随附权利要求指示。

Claims (20)

1.一种对患者的解剖区域内的靶标体积执行辐射治疗的计算机实现的方法，所述方法包括：

在所述区域被定位在第一初步处置位置中的情况下，采集所述区域的锥形射束计算机断层摄影CBCT图像；

基于所述区域的所述CBCT图像来重建所述区域的当前数字体积；

基于所述第一初步处置位置与参考处置位置之间的偏移和所述当前数字体积，生成所述区域的第一射束观视图；

利用与用于所述靶标体积的处置场相关联的一个或多个视觉提示修改所述区域的所述第一射束观视图；以及

显示具有所述一个或多个视觉提示的所述第一射束观视图。

2.如权利要求1所述的计算机实现的方法，还包括在显示具有所述一个或多个视觉提示的所述第一射束观视图之后：

接收用户输入，所述用户输入指示所述区域从所述第一初步处置位置到第二初步处置位置的位置变化；以及

作为响应，基于所述当前数字体积和所述第二初步处置位置来生成所述区域的第二射束观视图。

3.如权利要求1所述的计算机实现的方法，还包括在显示具有所述一个或多个视觉提示的所述第一射束观视图之后：

接收指示接受所述第一初步处置位置的用户输入；以及

作为响应，在所述区域被定位在所述第一初步处置位置中的情况下，将所述处置场递送到所述靶标体积。

4.如权利要求1所述的计算机实现的方法，还包括：通过将所述区域的所述当前数字体积与所述区域的参考数字体积进行匹配，确定所述第一初步处置位置与参考处置位置之间的所述偏移。

5.如权利要求1所述的计算机实现的方法，其中与所述处置场相关联的所述一个或多个视觉提示包括格子线或所述处置场的场轮廓中的至少一者。

6.如权利要求5所述的计算机实现的方法，其中所述格子线包括辐射场等中心指示物。

7.如权利要求5所述的计算机实现的方法，其中场轮廓指示溢边距离。

8.如权利要求1所述的计算机实现的方法，其中所述参考处置位置是基于所述区域的参考数字体积。

9.如权利要求8所述的计算机实现的方法，其中所述参考数字体积包括所述区域的处置规划图像。

10.如权利要求1所述的计算机实现的方法，其中基于所述当前数字体积来生成所述区域的所述第一射束观视图包括：生成所述区域的数字重建放射照片。

11.如权利要求1所述的计算机实现的方法，其中基于所述当前数字体积来生成所述区域的所述第一射束观视图包括：通过所述数字体积沿用于所述靶标体积的处置射束的路径的透视投影，生成数字重建放射照片。

12.如权利要求1所述的计算机实现的方法，其中生成所述区域的所述第一射束观视图包括：仿真通过所述数字体积沿用于所述靶标体积的处置射束的路径的透视投影所采集的兆伏射野图像。

13.一种辐射处置系统，包括：

成像X射线源，被配置为围绕所述辐射处置系统的等中心旋转并且将成像X射线引导到包括靶标体积的靶标区域；以及

处理器，被配置为执行以下步骤：

在所述区域被定位在第一初步处置位置中的情况下，利用所述成像X射线源采集所述区域的锥形射束计算机断层摄影CBCT图像；

基于所述区域的所述CBCT图像来重建所述区域的当前数字体积；

基于所述第一初步处置位置与参考处置位置之间的偏移和所述当前数字体积，生成所述区域的第一射束观视图；

利用与用于所述靶标体积的处置场相关联的一个或多个视觉提示修改所述区域的所述第一射束观视图；以及

显示具有所述一个或多个视觉提示的所述第一射束观视图。

14.如权利要求13所述的辐射处置系统，其中所述步骤还包括在显示具有所述一个或多个视觉提示的所述第一射束观视图之后：

接收用户输入，所述用户输入指示所述区域从所述第一初步处置位置到第二初步处置位置的位置变化；以及

作为响应，基于所述当前数字体积和所述第二初步处置位置来生成所述区域的第二射束观视图。

15.如权利要求13所述的辐射处置系统，其中所述步骤还包括在显示具有所述一个或多个视觉提示的所述第一射束观视图之后：

接收指示接受所述第一初步处置位置的用户输入；以及

作为响应，在所述区域被定位在所述第一初步处置位置中的情况下，将所述处置场递送到所述靶标体积。

16.如权利要求13所述的辐射处置系统，其中所述步骤还包括：通过将所述区域的所述当前数字体积与所述区域的参考数字体积进行匹配，确定所述第一初步处置位置与参考处置位置之间的所述偏移。

17.如权利要求13所述的辐射处置系统，其中与所述处置场相关联的所述一个或多个视觉提示包括格子线或所述处置场的场轮廓中的至少一者。

18.如权利要求17所述的辐射处置系统，其中所述格子线包括辐射场等中心指示物。

19.如权利要求17所述的辐射处置系统，其中场轮廓指示溢边距离。

20.如权利要求13所述的辐射处置系统，其中所述参考处置位置是基于所述区域的参考数字体积。