用于检测和避免辐射治疗设备与患者之间的碰撞的射线跟踪制造技术

公开了一种用于辐射治疗模拟或规划的工具，所述工具有助于避免处置期间的碰撞。生成包括至少辐射递送设备(30)和患者(32)的部件的配置。每个配置限定所述部件在公共坐标系中的位置。针对每个配置，使用表示部件对的所述部件的三维表面模型(30m、32m、36m、38m)之间的射线跟踪来计算所述配置的所述部件对的接近度。将碰撞识别为任何部件对具有小于针对所述部件对的裕量的、计算出的接近度。在显示器(12)上将每个识别出的碰撞显示为例如绘制。所述模拟或规划可以用于验证弧形，4π或静态治疗的可递送性，以确定针对碰撞的安全裕量，计算和显示可实现的轨迹等。

Ray Tracking for Detecting and Avoiding Collisions between Radiotherapy Equipment and Patients

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于检测和避免辐射治疗设备与患者之间的碰撞的射线跟踪
下文总体上涉及辐射治疗领域、辐射治疗规划领域和相关领域。
技术介绍
在辐射治疗中，患者被设置在处置递送室中的桌台或其他患者支撑物上，该处置递送室还包含线性加速器(直线加速器)或其他辐射治疗射束递送设备(其例如用于递送治疗性X射线束、电子束或质子束)。辐射递送设备被安装在机架上，以便围绕患者旋转。虽然辐射递送设备相对于静止的患者移动的实施例是最常见的并且在此作为示例描述的实施例，但是在一些变型设计中，辐射递送设备是静止的并且机器人卧榻移动患者。在常规的“步进-射击”治疗递送中，使用设备机架在角度治疗递送位置之间旋转递送设备，在每个递送位置处施加辐射。在诸如容积旋转调强放疗(VMAT)的连续递送模式中，在递送设备经由机架连续旋转通过递送弧形期间施加辐射射束。在4π递送模式中，辐射递送设备经由其机架旋转并且患者支撑物也被移动，以便提供更为自由地精细调谐辐射递送轮廓。在任何这样的设计中，可以利用各种支撑设备(例如，膝板、胸板、真空密封袋等)将患者定位在桌台(或其他患者支撑物，例如坐在椅子上)上。另外，其他设备(例如，血管内(IV)流体递送支撑杆、相机、诸如锥束计算机断层摄影(CT)成像设备或平板成像器等用于在治疗递送期间监测患者位置或执行其他功能的机器附件)也可以位于处置室中。在这种复杂的移动部件布置中，部件之间可能发生碰撞。这种碰撞可能发生在设置期间，在处置前成像期间，在治疗位置处或在治疗位置之间的部件转变期间。除了实际的碰撞之外，可能还期望维持部件之间的安全性或舒适度。例如，如果辐射递送设备太靠近患者，则患者可能会不舒服或变得幽闭。下文公开了解决了上述问题和其他问题的新的且改进的系统和方法。
技术实现思路
在一个公开的方面中，公开了一种辐射治疗模拟或规划设备，其包括计算机、显示器和非瞬态存储介质。所述介质存储能由所述计算机读取并运行以执行包括以下各项的操作的指令：生成至少包括辐射递送设备和患者的部件的配置，其中，每个生成的部件的配置限定所述部件在公共坐标系中的位置；针对每个配置，计算所述配置的部件对的接近度，并且将碰撞识别为任何部件对具有小于针对所述部件对的裕量的、计算出的接近度；以及在所述显示器上显示每个识别出的碰撞。在另一公开的方面中，公开了一种辐射治疗模拟或规划设备，其包括计算机和非瞬态存储介质，所述非瞬态存储介质存储能由所述计算机读取并运行以执行包括以下各项的操作的指令：生成至少包括辐射递送设备和患者的部件的配置，其中，部件的每个配置限定所述部件在公共坐标系中的位置；针对每个配置，使用射线跟踪来计算所述配置的部件对的接近度，并且将碰撞识别为任何部件对具有小于针对所述部件对的裕量的、计算出的接近度；以及更新所生成的配置以消除任何识别出的碰撞。在另一公开的方面中，一种辐射治疗设备包括上一段落所述的辐射治疗规划设备和辐射线递送设备。所述辐射递送设备能操作用于根据所生成的辐射治疗递送计划向所述患者递送逐步辐射治疗。在连续弧形递送实施例中，所述辐射递送设备在遍历控制点的序列的连续控制点之间的弧形期间向所述患者施加治疗辐射。在逐步递送实施例中，所述辐射递送设备在控制点的序列的连续控制点处向所述患者施加治疗辐射，并且在控制点的序列的连续控制点之间的遍历期间不向所述患者施加治疗辐射。在另一公开的方面中，公开了一种辐射治疗规划方法。使用计算机来生成辐射治疗递送计划。所述计划包括在多个控制点处的辐射递送设置，并且所述辐射递送设置相应于剂量目标的集合进行优化。每个控制点由至少包括辐射递送设备和患者的部件的配置来限定。部件的所述配置限定所述部件在公共坐标系中的位置。针对所述辐射治疗递送计划的每个控制点的所述配置，并且针对在运行所述辐射治疗递送计划期间遍历的所述控制点之间的多个配置中的每个配置，使用表示部件对的所述部件的三维表面模型来计算所述配置的所述部件对的接近度，并且将碰撞识别为任何部件对具有小于针对所述部件对的裕量的、计算出的接近度。对所述接近度的所述计算以及所述识别是由所述计算机来执行的。在显示器上显示每个识别出的碰撞。一个优点在于在辐射治疗规划阶段期间并且任选地在剂量优化计算之前检测潜在的碰撞。另一个优点在于提供在规划辐射治疗期之前对部件之间的不安全或不舒服的接近方法的早期检测。另一个优点在于提供对控制点(CP)的序列的自动调整以用于生成调强放疗(IMRT)计划，以避免部件之间的碰撞或不可接受的接近方法。另一个优点在于提供在辐射治疗规划期间或之前对部件的空间布置的可视化，例如在对患者进行计算机断层摄影(CT)扫描之后但在剂量优化之前对部件的空间布置的可视化。早期检测到碰撞(例如在模拟中检测到碰撞)能够例如允许治疗师调整期望的等中心位置(标记位置)以用于稍后的规划和递送。给定的实施例可以提供前述优点中的零个、一个、两个、更多个或所有优点，并且/或者可以提供在本领域普通技术人员阅读和理解了本公开内容后变得明显的其他优点。附图说明本专利技术可以采用各种部件和各种部件的布置，以及各个步骤和各个步骤的安排的形式。附图仅出于图示优选实施例的目的，并且不应被解释为对本专利技术的限制。图1示意性地示出了用于在治疗模拟期间执行碰撞检测以调整患者的位置和/或治疗室中的其他部件的位置而避免在辐射治疗规划之前的递送期间可能发生的碰撞的说明性系统。还示出了在辐射治疗规划期间生成控制点(CP)的序列。这可以是采用CP的序列的任何辐射治疗计划，其能够受益于在计划创建后或作为CP生成的输入的碰撞检测算法的运行。图2示意性地示出了由图1的射线跟踪接近度分析器执行的用于碰撞检测的射线跟踪。图3示意性地示出了由图1的射线跟踪接近度分析器执行的处理。图4示意性地示出了由图1的基于建模的碰撞检测器使用如图2和图3所示的射线跟踪来执行的碰撞检测。图5示意性地示出了辐射治疗诊断、治疗模拟和剂量优化工作流程，其图示了在其处可以有利地采用所公开的基于建模的碰撞检测器来提供对可能的患者-部件碰撞和/或部件-部件碰撞的早期检测和解决的各个点。具体实施方式参考图1，描述了提供碰撞检测的辐射治疗规划系统。该规划由电子处理器(例如，说明性计算机10)运行，该电子处理器读取并运行被存储在非瞬态存储介质(未示出)上的指令。电子处理器10可以例如被实施为说明性计算机10(例如，台式计算机、基于网络的服务器计算机、计算机集群、包括可以随时间改变的计算机的临时组合的云计算资源，其各种组合等)，说明性计算机10运行从存储指令的一个或多个非瞬态电子存储介质(例如，一个或多个硬盘驱动器、光盘、固态驱动器或其他电子数字存储设备，其各种组合等)读取的指令。计算机10包括或者可操作地访问至少一个显示器12(例如，LCD显示器、等离子显示器等)和一个或多个用户输入设备(例如，说明性键盘14、鼠标16、触控板18、触敏显示器叠加物12等)。计算机10可以被编程为针对控制点(CP)22的序列执行IMRT(或其他)剂量优化20，以实现辐射剂量目标24的集合，该辐射剂量目标通常被表达为要被递送到目标区域(例如，恶性肿瘤)的平均剂量或最小剂量以及对一个或多个风险器官(OAR)的剂量限制。也可以由规划者来完成对CP的手动生成。如本领域中已知的，IMRT本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种辐射治疗模拟或规划设备，包括：计算机(10)；显示器(12)；以及非瞬态存储介质，其存储能由所述计算机读取并运行以执行包括以下各项的操作的指令：生成至少包括辐射递送设备(30、38)和患者(32)的部件的配置，其中，每个生成的部件的配置限定所述部件在公共坐标系中的位置；针对每个配置，计算所述配置的部件对的接近度，并且识别具有小于针对所述部件对的裕量的、计算出的接近度的任何部件对的碰撞；以及在所述显示器上显示每个识别出的碰撞。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.23 US 62/438,5041.一种辐射治疗模拟或规划设备，包括：计算机(10)；显示器(12)；以及非瞬态存储介质，其存储能由所述计算机读取并运行以执行包括以下各项的操作的指令：生成至少包括辐射递送设备(30、38)和患者(32)的部件的配置，其中，每个生成的部件的配置限定所述部件在公共坐标系中的位置；针对每个配置，计算所述配置的部件对的接近度，并且识别具有小于针对所述部件对的裕量的、计算出的接近度的任何部件对的碰撞；以及在所述显示器上显示每个识别出的碰撞。2.根据权利要求1所述的辐射治疗模拟或规划设备，其中，计算所述配置的部件对的所述接近度的操作包括：使用射线跟踪来计算所述配置的所述部件对的所述接近度。3.根据权利要求2所述的辐射治疗模拟或规划设备，其中，使用射线跟踪来计算所述配置的部件对的所述接近度的操作采用表示每个部件(30、32、36、37、38)的三维表面模型(30m、32m、36m、38m)，并且所述射线跟踪采用在所述配置的所述部件对的所述三维表面模型之间延伸的平行射线(60)。4.根据权利要求3所述的辐射治疗模拟或规划设备，其中，在所述显示器(12)上显示每个识别出的碰撞的操作包括：显示包含所述识别出的碰撞的所述配置的三维绘制，所述三维绘制包括表示所述部件(30、32、36、37、38)的所述三维表面模型(30m、32m、36m、38m)的绘制；以及在包含所述碰撞的所述配置的所述三维绘制中进一步显示对所述碰撞的指示。5.根据权利要求3-4中的任一项所述的辐射治疗模拟或规划设备，其中，表示每个部件(30、32、36、37、38)的所述三维表面模型(30m、32m、36m、38m)包括表面模型。6.根据权利要求1-5中的任一项所述的辐射治疗模拟或规划设备，其中，所述操作还包括：将所述配置生成为辐射治疗递送计划(40)的控制点(22)的序列，所述辐射治疗递送计划包括在控制点(22)的所述序列的每个控制点处的辐射递送设置(44)。7.根据权利要求1-5中的任一项所述的辐射治疗模拟或规划设备，其中，所述操作还包括：生成针对在执行辐射治疗递送规划之前执行的辐射治疗递送模拟(48)的配置。8.根据权利要求1-7中的任一项所述的辐射治疗模拟或规划设备，还包括：一个或多个用户输入设备(14、16、18)；其中，所述操作还包括维护存储针对每个部件对的所述裕量的裕量表(56)，包括经由所述一个或多个用户输入设备来接收用户输入或者编辑被存储在所述裕量表中的所述裕量。9.根据权利要求1-8中的任一项所述的辐射治疗模拟或规划设备，还包括：一个或多个用户输入设备(14、16、18)；其中，所述操作还包括提供基于建模的碰撞检测器(58)的用户接口部件以供用户编辑所生成的部件的配置。10.一种辐射治疗模拟或规划设备，包括：计算机(10)；以及非瞬态存储介质，其存储能由所述计算机读取并运行以执行包括以下各项的操作的指令：生成至少包括辐射递送设备(30)和患者(32)的部件的配置，其中，部件的每个配置限定所述部件在公共坐标系中的位置；针对每个配置，使用射线跟踪来计算所述配置的部件对的接近度，并且将碰撞识别为任何部件对具有小于针对所述部件对的裕量的、计算出的接近度；以及更新所生成的配置以消除任何识别出的碰撞。11.根据权利要求10所述的辐射治疗模拟或规划设备，其中，使用射线跟踪来计算所述配置的部件对的所述接近度的操作采用表示每个部件(30、32、36、37、38)的三维表面模型(30m、32m、36m、38m)，并且所述射线跟踪采用在所述配置的每个部件对的所述三维表面模型之间延伸的平行射线(60)。12.根据权利要求11所述的辐射治疗模拟或规划...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·A·梅尔茨内尔，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL