用于自适应放射疗法的体模制造技术

可变形的放射疗法体模可以基于患者的医学图像使用增材制造工艺来产生。可变形的体模可以包括用于测量辐射剂量分布的剂量计。智能材料可以允许响应于所施加的刺激的变形。除其他事项外，体模可以用于验证辐射剂量扭曲、放射疗法治疗计划，确定患者的最大可接受的变形，验证剂量扭曲和可变形的图像配准的累积精度等。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于自适应放射疗法的体模优先权声明本申请要求2018年4月30日提交的美国申请序列号15/966,830的优先权的权益，其全部内容通过引用并入本文中。
本公开内容一般性涉及放射疗法。更具体地但非限制性地，本公开内容涉及使用体模以用于放射疗法中的质量保证测试。
技术介绍
辐射疗法，也称为放射疗法，用于治疗哺乳动物(例如，人和动物)组织中的肿瘤和其他疾病。在放射疗法治疗疗次(session)中，从外部源朝向患者施加高能束，以产生定向至患者的靶部位的准直辐射束。靶可以是患者的身体中包含要暴露于辐射束并由辐射束治疗的患病器官或肿瘤的区域。必须准确地控制辐射束的布置和剂量，以确保靶接收到由医师为患者规定的辐射剂量。束的布置应当使得其对周围的健康组织——通常称为处于危险中的器官(OAR)——的损害最小化。改善束布置的准确性的一种方法是通过获取处于预期治疗位置的患者的一个或更多个医学图像。这样的图像被称为计划图像。在放射疗法疗次之前获取计划图像，并且通常在治疗疗次很多天之前获取计划图像。医师可以使用计划图像来识别和描绘靶以及OAR的轮廓。描绘轮廓可以被手动地、半自动地或自动地执行。创建治疗轮廓，治疗轮廓通常称为计划靶体积(PTV)，其包括靶轮廓加上将微观病变以及治疗的不确定性考虑在内的足够的边缘。由医师规定辐射剂量，并且创建放射疗法治疗计划，该放射疗法治疗计划将规定的剂量最佳地传送到PTV，同时使对OAR和其他正常组织的剂量最小化。治疗计划可以由医师手动地生成，或者可以使用优化技术自动地生成。优化技术可以基于临床和剂量测定指标以及约束条件(例如，对肿瘤和OAR的最大、最小和平均辐射剂量)。开发疗程以将规定的剂量通过多个分次(fraction)来传送，其中每个分次在不同的治疗疗次中传送。例如，30至40个分次是典型的，但是可以使用五个甚至一个分次。这些分次通常在每周工作日被传送一次或者在某些情况下两次。在某些情况下，辐射治疗计划可以在整个疗程中改变，以在某些区域中集中更多的剂量。在每个分次中，患者被安排在放射疗法装置的患者支承附件(通常称为“治疗床”)上并且被重新定位为尽可能地接近计划图像中患者的位置。因为患者不是刚性物体并且患者的解剖结构可以移动，所以在实践中这是一项要准确地执行的困难任务。分次到分次的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。图像引导放射疗法(IGRT)试图解决分次间运动的问题。IGRT包括在放射疗法前不久获取一个或更多个患者的医学图像(通常称为“每日图像”)，并使用这些图像来识别和补偿分次间运动。与可以在任何诊断扫描仪上获取的计划图像相对，IGRT图像是在患者处于治疗位置的情况下在治疗室中直接获取的。为了补偿分次间运动，将IGRT图像与计划图像进行比较，以量化自计划图像生成以来患者的解剖结构上发生的变化。例如，可以分析计划图像和IGRT图像，以计算将计划图像映射到IGRT图像的整体移位和/或旋转。一旦已经计算出移位和/或旋转，可以对患者支承附件的位置进行相应的调整，使得患者在治疗疗次期间的位置与获取计划图像时患者的位置更接近地匹配。自适应放射疗法是旨在解决分次间运动的问题的另一种技术。与IGRT一样，自适应放射疗法包括在放射疗法治疗疗次前不久获取一个或更多个患者的医学图像，并使用这些图像来识别和补偿分次间运动。在自适应放射疗法中，可以分析计划图像和在治疗疗次前不久拍摄的图像，以生成变形矢量场(DVF)。DVF是矩阵，其元素是矢量，并且在该矩阵中，每个矢量限定将计划图像中的体素映射到治疗疗次前不久拍摄的图像中的相应体素的几何变换。DVF可以用于变换由治疗计划规定的辐射剂量的空间分布，以便补偿自获取计划图像以来已经发生的患者的解剖结构上的变化。以这种方式变换剂量分布可能导致靶接收少于规定剂量的药物和/或OAR暴露于比医师预期更高的辐射水平。因此，需要验证变换的剂量分布在临床上是有效和安全的。
技术实现思路
可变形的放射疗法体模可以基于患者的医学图像使用增材制造工艺来产生。可变形的体模可以包括用于测量辐射剂量分布的剂量计。智能材料可以允许响应于所施加的刺激的变形。特别地，体模可以用于验证辐射剂量扭曲、放射疗法治疗计划，确定患者的最大可接受的变形，验证剂量扭曲和可变形图像配准的累积精度等。本公开内容的另外的优点将在下面的详细描述中部分地阐述，并且部分地从该描述中将是明显的，或者可以通过本公开内容的实践而获知。应当理解的是，前面的一般描述和下面的详细描述仅是示例性和说明性的，而不是对所要求保护的本专利技术的限制。附图说明构成本说明书的一部分的附图示出了一些实施方式，并且与说明书一起用于解释所公开的原理。图1A、图1B和图1C分别是患者的关注区域的平面视图、前视图和侧视图。图2A是用于模拟图1A至图1C中所示的关注区域的体模的透视图。图2B是示出剂量计在图2A的体模内的布置的示意图。图3示出了可以使用体模的验证或质量保证测试方法的示例。图4示出了验证剂量映射算法的方法的示例。图5示出了另一验证方法的示例。图6示出了装置或机器的实施方式的框图，在该装置或机器上可以实现本文所讨论的一种或更多种方法，诸如用于验证诸如本文所述的剂量扭曲、可变形的图像配准等。图7示出了放射疗法系统的示例。图8示出了放射疗法系统的示例，该放射疗法系统可以包括被配置成提供疗法束的放射疗法输出。具体实施方式参照附图描述示例性实施方式。在图中，附图标记的最左边的一个或多个数字表示附图标记第一次出现在其中的图。在方便的地方，在所有附图中使用相同的附图标记来指代相同或相似的部分。尽管本文描述了所公开的原理的示例和特征，但是在不偏离所公开的实施方式的精神和范围的情况下，修改、改编以及其他实现是可能的。此外，词语“包含”、“具有”、“含有”和“包括”以及其他类似的形式意指在含义上是等同的并且是开放式的，因为这些词语中的任何一个之后的一个项或多个项并不意味着是这样的项或多个项的完整的列表，或者并不意味着仅限于所列出的一个或多个项。还应该注意的是，如本文和所附权利要求中所使用的，除非上下文另有明确指示，否则单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数引用。示例性实施方式一般性涉及使用体模以用于自适应放射疗法中的质量保证。如以下更详细地解释的，使用患者的医学图像来制造体模，因此导致体模接近地反映了要通过放射疗法来治疗的特定患者的解剖结构。可以在体模内设置多个剂量计，从而允许在体模的内部体积内的多个点处测量辐射剂量，这转而使得能够预测患者将接收的剂量的空间分布。在一些实施方式中，体模是可变形的，以便使得能够模拟患者运动对剂量分布的影响。可以制造多个这样的体模，每个体模使用患者的不同医学图像来制造。可以比较每个体模所接收到的剂量分布，以便验证例如用于自适应放射疗法的治疗计划或可变形图像配准算法，该可变形图像配准算法用于生成用于自适应放射疗法的变形矢量场本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种验证放射疗法治疗计划的方法，包括：/n基于患者的关注区域的医学图像制造或获得体模，所述关注区域包括要通过放射疗法治疗的靶区域和非靶区域；/n使所述体模变形，以模拟所述靶区域或所述非靶区域中至少之一的变形；/n通过对规定的辐射剂量应用几何变换来计算扭曲的辐射剂量，其中，所述规定的辐射剂量限定了要传送到所述关注区域的辐射的空间分布；/n生成放射疗法治疗计划，所述放射疗法治疗计划用于配置放射疗法治疗设备以传送所述扭曲的辐射剂量；/n测量当通过根据所述放射疗法治疗计划操作所述放射疗法治疗装置以将辐射传送到变形体模时由变形体模接收的所述辐射剂量分布；以及/n通过将所测量的辐射剂量分布与所述规定的辐射剂量进行比较来验证所述放射疗法治疗方案。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180430 US 15/966,8301.一种验证放射疗法治疗计划的方法，包括：
基于患者的关注区域的医学图像制造或获得体模，所述关注区域包括要通过放射疗法治疗的靶区域和非靶区域；
使所述体模变形，以模拟所述靶区域或所述非靶区域中至少之一的变形；
通过对规定的辐射剂量应用几何变换来计算扭曲的辐射剂量，其中，所述规定的辐射剂量限定了要传送到所述关注区域的辐射的空间分布；
生成放射疗法治疗计划，所述放射疗法治疗计划用于配置放射疗法治疗设备以传送所述扭曲的辐射剂量；
测量当通过根据所述放射疗法治疗计划操作所述放射疗法治疗装置以将辐射传送到变形体模时由变形体模接收的所述辐射剂量分布；以及
通过将所测量的辐射剂量分布与所述规定的辐射剂量进行比较来验证所述放射疗法治疗方案。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括：
确定所述放射疗法治疗计划有效的所述靶区域或所述非靶区域中至少之一的最大变形。


3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中，所述体模包括智能材料，所述智能材料在暴露于外部刺激时呈现形状变化，并且使所述体模变形包括将所述外部刺激应用于所述智能材料。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括：
在使所述体模变形之前获取所述体模的图像；
获取所述变形后的体模的图像；以及
基于所述体模的图像和所述变形后的体模的图像计算所述几何变换。


5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述体模的图像和所述变形后的体模的图像各自包括多个体素，并且其中，计算所述几何变换包括：
执行可变形图像配准以计算变形矢量场，所述变形矢量场将所述体模的图像中的每个体素映射到所述变形后的体模的图像中的相应体素。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，通过增材制造工艺制造所述体模。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，制造所述体模包括将多个剂量计放置在所述体模内。


8.一种验证剂量扭曲或其他剂量映射技术的方法，包括：
访问表示患者的关注区域的第一医学图像；
通过将第一变形矢量场应用于所述第一医学图像来生成第二医学图像；
生成、获得或提供分别与所述第一医学图像和所述第二医学图像对应的第一体模和第二体模；
测量当通过操作所述放射疗法治疗设备以分别向所述第一体模和所述第二体模传送辐射时由所述第一体模和所述第二体模接收的相应辐射剂量分布；
使用待验证的剂量扭曲或其他剂量映射技术，通过将所述第一变形...

【专利技术属性】
技术研发人员：妮科莱特·帕特里夏·马格罗，韩骁，
申请(专利权)人：医科达有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US