用于在整个放射治疗中监视结构运动的系统和方法技术方案

用于在整个放射治疗期监视解剖特征的运动的计算机实现的方法、执行该方法的系统或非暂态计算机可读介质。该方法可以包括利用第一模式来监视解剖特征的运动。该方法还可以包括在有限获取时间内利用第二模式来获得解剖特征的位置信息。该方法还可以包括基于所监视的来自第一模式的运动来提供在有限获取时间期间与解剖特征相关联的临床相关运动的指示。

A system and method for monitoring structural motion throughout radiotherapy

A computer-based method for monitoring the movement of anatomical features throughout radiotherapy, a system for executing the method, or a non-transient computer-readable medium. The method may include using the first mode to monitor the movement of anatomical features. The method can also include using the second mode to obtain the location information of anatomical features in limited acquisition time. The method may also include providing an indication of clinically related movements associated with anatomical features over a limited acquisition period based on monitored movements from the first mode.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于在整个放射治疗中监视结构运动的系统和方法
本专利技术涉及用于放射疗法治疗的系统和方法，并且更具体地涉及用于在整个放射疗法治疗期监视结构运动的系统和方法。
技术介绍
放射疗法用于治疗哺乳动物(例如人和动物)组织中的癌症和其他疾病。在放射疗法治疗期，从外部源向患者施加高能量束以产生指向患者的靶部位的准直放射束。必须准确控制放射束的放置和剂量，以确保患者接收到规定的放射，而且束的放置应当使得束对周围健康组织(通常被称为危及器官(OAR))的损伤最小。提高束放置的准确度的一种方法是通过获取计划图像，其中对预期治疗位置中的患者获取一个或更多个图像。CT通常是最常用的主图像，但可向其补充诸如MRI、正电子发射断层扫描(PET)、超声、单光子发射计算机断层扫描(SPECT)或其他医学成像模式的辅助数据集，该辅助数据集可以被记录或融合到主数据集,以有助于解剖可视化。在一些情况下，可以获取4D计划图像。针对呼吸运动,已经研制出4D技术，其中假定呼吸可以在逐周期再现(并非总是此情况)。呼吸周期被细分为例如等间隔的10至12个区段(bin)，并且通过在许多成像周期中合并图像信息来针对每个区段产生图像。这一处理的技术已被应用于4D-CT、4D-MRI、4D-PET、4D超声和其他形模式。尽管这些技术对于主要受呼吸运动影响的靶是有用的，但它们不会将患者的解剖结构随时间的较大改变纳入考虑。它们也不与其他运动过程(如消化过程、蠕动、膀胱充盈等)主导的器官相关。医师可以利用计划图像来识别和勾画靶(例如患病器官或肿瘤)以及OAR。勾画可以手动地执行、半自动地执行或自动地执行。治疗轮廓——通常被称为计划靶区(PTV)——被创建，其包括靶轮廓加上足够的余量以应对微观疾病以及治疗不确定性。规定了放射剂量，并且创建了治疗计划，该治疗计划最佳地将规定剂量递送至PTV，同时使到达OAR和其他正常组织的剂量最小。治疗计划可由用户手动生成或者使用优化技术自动生成。已研制出通过若干分次(fraction)来递送处方剂量的治疗疗程，每个分次在不同的治疗期递送。例如，通常使用30分次至40分次，但是也可以使用5分次或甚至1分次，并且通常每日一次或者在某些情况下每日两次递送分次。在某些情况下，放射治疗计划可能在整个疗程中发生变化，以便在某些区域集中更多剂量。在每个分次中，患者被安置在直线加速器的患者支承配件(通常为“诊察台”)上并且被重新定位成尽可能地接近其在计划图像中的位置。不幸的是，在实践中这是一项不可能完成的任务，因为患者并非刚体对象而且解剖构造可以移动。分次至分次运动通常被称为分次间运动，而分次本身期间发生的运动通常被称为分次内运动。图像引导放射治疗(IGRT)试图解决分次治疗间运动的问题，分次间运动在很多情况下是上述两类运动中较大的运动。与可在任何诊断扫描仪上获取的计划图像相反，IGRT图像必须在患者处于治疗位置时在治疗室中直接获取。已研制出的IGRT成像技术有锥束CT(CBCT)、超声、MRI、射野成像、共轨CT、机载kV成像，并且其他IGRT成像技术已被提出或正在研制中。在一些情况下，IGRT图像的解剖对比度较低，并且在患者体内植入基准标记以有助于靶的可见性。已经研制了一些根本不使用成像而是依赖于(例如通过植入射频(RF)信标)对有源基标记物的位置进行无图像检测的技术。通常这仍被称为IGRT，尽管严格来说并不会获得图像。一般来说，我们指的“图像”包括基准标记物的位置信息，或者收集到的关于患者的分次间状态的任何数据，例如靶或OAR位置、旋转或变形、血压、心率、体重、变形等。IGRT指的不仅是对图像信息的收集，还有如何补偿分次间状态。首先，将IGRT图像与计划图像进行比较以找出变化。可以找到整个患者解剖结构上的完全可变形的改变，但是标准的是关注尽可能接近地匹配这些图像的全局移位和/或旋转。例如，可以考虑仅靶本身的移位和旋转，或者在某些情况下考虑骨解剖结构或OAR的移位和旋转，或它们的组合。一旦计算出移位、旋转和/或变形，则修改治疗计划以考虑这些变化。在许多情况下，完全重新计划是不切实际的，所以简单地将诊察台移位，以尽可能接近地重新对准患者。在其他情况下，执行全部或部分重新计划。IGRT工作流通常用于指代在照射患者之前的成像、计算校正以及物理地执行校正的整个过程。每种IGRT模式都有其优点和缺点。例如，经常使用CBCT或立体kV级X射线，这是因为它们是基于X射线的因而性质与计划CT图像相似，并且可以被直接并入线性加速器中。取决于靶部位，通常利用这些模式将基准标记物置入靶中以增强可见度。3D超声也被用于IGRT，并且最近通过将MRI并入到放射治疗室中而引入了MRI成像。IGRT补偿分次间运动而不是分次内运动。在呼吸运动占主导的某些情况下，可以使用4D相位分段IGRT技术，例如4D-CBCT。这些技术不考虑其他运动分量，并且不适用于其他分次治疗内过程占主导的器官，例如前列腺、GYN、乳房或头颈部。此外，通常希望在治疗期间的每个时间点处直接追踪靶并且即时补偿追踪到的运动。问题在于某些基于图像的IGRT技术(如CBCT或MRI)具有有限的获取时间，该时间过长以至于不能足够快地追踪靶。例如，CBCT通常需要1分钟，而MRI成像通常需要1至3分钟以进行全面3D扫描。为此，针对靶追踪已研制出实时成像模式。提到的术语靶追踪是指——例如，以在靶经历呼吸运动的情况下小于呼吸周期或者与靶将在成像样本之间基本非对准地移动的概率相比小的间隔——足够快速地测量患者状态的变化，以准确地表示运动。还预计到除了靶本身之外，还可以追踪患者状态的其他方面，例如OAR、心率等。实时成像模式可以使用与IGRT模式相同的基础成像技术，同时具有实现差异以提高速度，或者实时成像模式可以使用完全不同的成像技术。例如，可以在治疗本身期间使用用于实时生成CBCT图像的kV成像仪，但仅给出投影信息；必须利用智能算法来推出缺失的信息。MRI成像仪可以用于1D导航、2D平面或较粗糙的3D图像，以提高成像速度。可以直接利用超声成像和RF信标来实时地追踪靶。表面标记、表面摄像装置、ECG、EEG可以给出可用于帮助估计靶位置的部分信息。在许多情况下，针对IGRT靶追踪使用不同的模式是有用的，在一些情况下使用相同的基础成像技术，而在其他情况下使用不同的技术。IGRT具有不需要实时因此可以使用时间预算来生成更丰富的3D信息的特点，这对于靶追踪来说是不可接受的。IGRT通常在靶足够静态的假设下运行。但是，实际上，在IGRT获取期间感兴趣的结构可能会明显地运动。在这种情况下，靶追踪阶段不再能够准确地使用在IGRT阶段获得的位置信息。例如，前列腺患者可能会咳嗽、排气或有明显的膀胱充盈，使得其前列腺位置可能在IGRT模式和靶追踪模式之间的转换期间改变。因此，需要针对IGRT实现不同的模式并且需要不假设在IGRT期间和模式之间的转换期间不发生运动的靶追踪。
技术实现思路
本公开内容的某些实施方式涉及一种用于在整个放射治疗期监视解剖特征的运动的计算机实现的方法。该方法可以包括利用第一模式来监视解剖特征的运动。该方法还可以包括在有限获取时间内利用第二模式来获得解剖特征的位置信息。该方法还可以包括基于所监视的来自第一模式的运本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在整个放射治疗期监视解剖特征的运动的计算机实现的方法，所述方法包括：利用第一模式来监视所述解剖特征的运动；在有限获取时间内利用第二模式来获得所述解剖特征的位置信息；以及基于所监视的来自所述第一模式的运动，提供在所述有限获取时间期间与所述解剖特征相关联的临床相关运动的指示。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.15 US 14/884,4411.一种用于在整个放射治疗期监视解剖特征的运动的计算机实现的方法，所述方法包括：利用第一模式来监视所述解剖特征的运动；在有限获取时间内利用第二模式来获得所述解剖特征的位置信息；以及基于所监视的来自所述第一模式的运动，提供在所述有限获取时间期间与所述解剖特征相关联的临床相关运动的指示。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：基于利用所述第二模式获得的所述位置信息来修改所述放射治疗的治疗计划。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述修改包括以下中的至少一个：患者台移位、患者台旋转、孔径变形、孔径旋转、孔径移位以及剂量测定重新计划。4.根据权利要求1所述的方法，还包括：当所监视的运动超过预定标准时，检测所述临床相关运动。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述预定标准包括与目标区域中的所述解剖特征的平移、旋转、缩放和变形中的一个或更多个对应的阈值。6.根据权利要求1所述的方法，还包括：如果在所述有限获取时间期间检测到所述临床相关运动，则在新的有限获取时间内利用所述第二模式获得所述解剖特征的新的位置信息。7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一模式是实时模式，并且所述第二模式是非实时模式。8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一模式是以下之一：超声成像、二维磁共振成像(MRI)、X射线成像、基准标记的千伏平面成像、监视摄像装置和RF信标。9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二模式是以下之一：计算机断层扫描(CT)、锥束计算机断层扫描(CBCT)、磁共振成像(MRI)、正电子发射断层扫描(PET)、单光子发射计算机断层扫描(SPECT)、基准标记的千伏平面成像、超声成像、监视摄像装置和RF信标。10.根据权利要求1所述的方法，所述第一模式是超声成像，并且所述第二模式是锥束计算机断层扫描(CBCT)。11.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉恩弗朗索瓦·戈捷，皮埃尔奥利维尔·博杜安，马克安德烈·拉隆德，丹尼尔·洛杜，鲁伊·洛佩斯，马丁·埃米尔·拉谢纳，
申请(专利权)人：医科达有限公司，
类型：发明
国别省市：加拿大,CA