使用复合成像切片的自适应放射治疗制造技术

提供了用于对图像进行配准的系统和方法。所述系统和方法执行包括以下的操作：在给定放射阶段期间的第一时间点处接收包括对象的第一成像切片，该第一成像切片对应于第一平面；在给定放射阶段期间的第一时间点处访问对应于第一平面的复合成像切片，该复合成像切片使用在第一时间点之前获得的多个成像切片来生成；将第一成像切片与复合成像切片进行空间配准；使用空间配准的第一成像切片与复合成像切片来确定对象的移动；以及生成更新的治疗方案，以基于所确定的移动来控制治疗束的递送。以基于所确定的移动来控制治疗束的递送。以基于所确定的移动来控制治疗束的递送。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用复合成像切片的自适应放射治疗
[0001]优先权要求
[0002]本专利申请要求于2020年3月19日提交的题为“ADAPTIVE RADIATION THERAPY USING COMPOSITE IMAGING SLICES”的美国专利申请序列第16/824,276号以及于2019年8月13日提交的题为“AUTOMATIC GATING WITH A MAGNETIC RESONANCE LINEAR ACCELERATOR(MR LINAC)”的美国临时专利申请序列第62/886,030号的优先权权益，这两个美国专利申请的全部内容通过引用在此整体并入本文。


[0003]本公开内容总体上涉及放射治疗或放疗。更具体地，本公开内容涉及用于调整放疗治疗计划以补偿在放射治疗的递送期间目标肿瘤的位置变化的系统和方法。

技术介绍

[0004]放射治疗或“放疗”可以用于治疗哺乳动物(例如人类和动物)组织中的癌症或其他疾病。一种这样的放疗技术是伽玛刀，通过伽玛刀患者被大量低强度伽玛射线照射，这些伽玛射线以高强度和高精度会聚在目标(例如，肿瘤)处。在另一实施方式中，使用线性加速器提供放疗，由此肿瘤被高能粒子(例如，电子、质子、离子、高能光子等)照射。必须准确地控制放射束的放置和剂量，以确保肿瘤接受规定的放射，并且束的位置应尽量使对周围健康组织(通常称为处于危险中的器官(OAR))的损伤最小化。放射被称为“处方”，这是因为医生向肿瘤和周围器官定制了预定量的放射，这类似于药物处方。
[0005]通常，准直束形式的电离辐射从外部辐射源引导至患者。
[0006]可以使用指定的或可选择的束能量，例如用于递送诊断能量水平范围或治疗能量水平范围。放射束的调制可以由一个或更多个衰减器或准直器(例如，多叶准直器)提供。可以通过准直来调整放射束的强度和形状，以避免通过使投射的束符合目标组织的轮廓来破坏与目标组织相邻的健康组织(例如，处于危险中的器官)。
[0007]治疗计划过程可以包括使用患者的三维图像来识别目标区域(例如，肿瘤)并识别肿瘤附近的关键器官。创建治疗计划可能是耗时的过程，其中计划者试图遵守各种治疗目标或约束(例如，剂量体积直方图(DVH)目标)，从而考虑到它们的个体重要性(例如，加权)，以便制定临床上可接受的治疗计划。这项任务可能是耗时的试错过程，该过程因各种处于危险中的器官(OAR)而变得复杂，这是因为随着OAR的数量增加(例如，针对头颈治疗，高达13个OAR)，该过程的复杂性也增加。远离肿瘤的OAR可能容易避免放射，而靠近目标肿瘤或与目标肿瘤交叠的OAR可能难以避免。
[0008]传统上，对于每个患者，初始治疗计划可以以“离线”方式生成。可以在递送放射治疗之前很好地制定治疗计划，例如使用一种或更多种医学成像技术来制定。成像信息可以包括例如来自X射线、计算机断层扫描(CT)、核磁共振(MR)、正电子发射断层扫描(PET)、单光子发射计算机断层扫描(SPECT)或超声的图像。医疗保健提供者例如医生可以使用指示患者解剖结构的三维(3D)成像信息来识别一个或更多个目标肿瘤以及肿瘤附近处于危险
中的器官。医疗保健提供者可以使用手动技术来描绘要接受规定放射剂量的目标肿瘤，并且医疗保健提供者可以类似地描绘附近的组织例如器官，这些组织处于来自放射治疗的损伤的危险中。替选地或另外地，自动化工具(例如，由瑞典Elekta AB提供的ABAS)可以用于帮助识别或描绘目标肿瘤和处于危险中的器官。然后可以使用基于临床和剂量学目标和约束(例如，对肿瘤和关键器官的最大放射剂量、最小放射剂量和平均放射剂量)的优化技术来创建放疗治疗计划(“治疗计划(treatment plan)”)。
[0009]然后可以较晚通过定位患者并递送规定的放射治疗来执行治疗计划。放疗治疗计划可以包括剂量“分割”，由此在预定时间段(例如，45个部分)内提供一系列放射治疗递送，其中每个治疗递送包括总规定剂量的指定分段。然而，在治疗期间，患者的位置和目标肿瘤相对于治疗机器(例如，线性加速器——“linac”)的位置非常重要，以确保目标肿瘤而不是健康组织受到照射。
[0010]初始治疗计划可以适应于3D治疗前图像，以补偿任何解剖变化和设置差异。在放射治疗束开启期间，额外的二维(2D)电影图像可以被获取并用于确定如果目标移动超出容差范围是否手动地暂停束。
[0011]概述
[0012]本专利技术人已经认识到，除其他事项外，可以以自适应方式同时调整放疗治疗计划，以补偿在向肿瘤递送放射治疗期间目标肿瘤的位置变化。例如，所期望的目标(例如肿瘤或其他对象)的位置可以移位到这样的程度：如果使用专门的“离线”治疗计划方法，由治疗之前拍摄的医学图像指示的肿瘤的位置可能在放疗治疗期间与肿瘤目标的位置显著地不同。例如，与治疗计划中指示的预期或期望位置相比，肿瘤可能缩小、可能移动或可能未对准。目标的运动可以由一种或更多种来源例如心脏运动、呼吸、反射(例如咳嗽)或其他移动引起。因此，当最终递送放射治疗时，基于在治疗之前拍摄的图像应该递送放射治疗的位置可能与所期望的目标显著地不对准。在一些情况下，“目标位点”是目标或对象的位置，例如在治疗之前的目标或对象的位置，而“治疗位点”是在治疗期间递送放射治疗的位置(并且理想地，治疗位点与放射治疗递送时目标的实际位置对准)。
[0013]在一种方法中，成像可以与放射治疗的递送同时进行，例如在治疗阶段期间开始放射治疗递送之前立即进行成像获取，或者，使用一系列相应的治疗递送，然后在放射治疗递送阶段期间立即获取肿瘤的一个或更多个图像。这样的成像可以提供有助于识别目标的位置或识别目标的运动的信息。这样的同时成像通常可以称为“实时”，但是通常在图像获取与放射治疗的递送之间存在延迟或时延，该延迟或时延通常约为100到500毫秒(ms)。
[0014]尽管可以考虑许多电影成像策略，但是本公开内容集中于使用以目标质心为中心或靠近目标质心的矢状2D图像和冠状2D图像的方法。可以采用其他策略，例如使用具有任意取向的单个切片或多个平行切片。
[0015]如果3D体积成像信息的获取延迟或成像获取速率不可接受(例如，成像获取太慢而不允许治疗指导或控制，例如对于呼吸目标大于约500ms)，则存在问题。本文描述的主题可以解决这样的问题，例如通过促进成像切片的更快速获取(包括一维轮廓、二维切片或包括较早成像的体积区域的子体积或子区域的三维体积中的一种或更多种)来解决这样的问题，包括将指示从一个或更多个成像切片快速获得的目标位点的一部分的信息与从较早获取的体积参考图像获得的信息进行比较。
[0016]在示例中，自适应图像引导的治疗递送系统可以接收包括体积图像的成像信息，该体积图像包括放射治疗患者体内的目标，并且可以接收与包括目标的不同部分的一个或更多个成像切片对应的成像信息，所述成像切片在获取体积图像之后的不同时刻处获取。
[0017]根据各种示例，该系统在给定放射阶段期间的第一时间点处接收包括在3D治疗前体积图像中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种控制自适应放射治疗递送系统的计算机实现的方法，所述方法包括：在给定放射阶段期间的第一时间点处接收包括对象的第一成像切片，所述第一成像切片对应于第一平面；在所述给定放射阶段期间的所述第一时间点处访问对应于所述第一平面的复合成像切片，所述复合成像切片使用在所述第一时间点之前获得的多个成像切片来生成；将所述第一成像切片与所述复合成像切片进行空间配准；至少部分地基于所述第一成像切片与所述复合成像切片之间的差异，使用空间配准的第一成像切片与复合成像切片来确定所述对象的移动；以及生成更新的治疗方案，以基于所确定的移动来控制治疗束的递送。2.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其中，所述对象包括作为所述治疗束的目标的患者体内的肿瘤，所述方法还包括在所述给定放射阶段之前接收包括所述对象的体积图像，其中，所述第一成像切片与所述体积图像的一个或更多个切片之间的图像对比度的差超过阈值。3.根据权利要求2所述的计算机实现的方法，还包括将所述复合成像切片空间配准到从所述体积图像沿所述第一平面提取的二维切片。4.根据权利要求3所述的计算机实现的方法，其中，将所述第一成像切片与所述复合成像切片进行配准包括将在所述配准中考虑的像素掩模限制在所述第一成像切片和所述复合成像切片中的一者或两者中以将配准计算限制到仅与所述对象相关联的像素，其中，在将所述第一成像切片配准到所述复合成像切片之前，将所述复合成像切片配准到所述二维切片。5.根据权利要求3所述的计算机实现的方法，还包括接收用户输入，所述用户输入手动地调整相对于所述二维切片配准的所述复合成像切片的位置或部分。6.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其中，所述复合成像切片是第一复合图像，所述方法还包括：在所述给定放射阶段期间的第二时间点处接收包括所述对象的第二成像切片，所述第二成像切片对应于第二平面；在所述给定放射阶段期间的所述第二时间点处访问对应于所述第二平面的第二复合成像切片，所述第二复合成像切片使用在所述第二时间点之前获得的另外多个成像切片来生成；以及将所述第二成像切片与所述第二复合成像切片进行空间配准，包括移动所述第二成像切片中的所述对象的一部分以将所述第二成像切片中的所述对象与所述第二复合成像切片中的所述对象的一部分进行配准。7.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，还包括在激活所述治疗束之前收集所述多个成像切片。8.根据权利要求7所述的计算机实现的方法，其中，所述多个成像切片中的给定的一个成像切片对应于参考呼吸阶段并且被选择为目标图像。9.根据权利要求8所述的计算机实现的方法，还包括将所述多个成像切片的剩余集可变形地配准到所述多个成像切片中的所述给定的一个成像切片，以生成所述多个成像切片的所述剩余集中的每个的相应变换。
10.根据权利要求9所述的计算机实现的方法，还包括：计算所述多个成像切片的所述剩余集中的每个的变换的平均值；通过从所述多个成像切片的所述剩余集中的每个的变换中去除平均值来调整所述变换；基于所述多个成像切片的所述剩余集中的每个的经调整的变换来对所述多个成像切片进行重新采样；基于重新采样的多个成像切片中的每个成像切片到所述多个成像切片中的所述给定的一个成像切片的距离来选择所述重新采样的多个成像切片的子集；以及通过对所述重新采样的多个成像切片的所选择的子集进行平均来生成所述复合成像切片。11.根据权利要求10所述的计算机实现的方法，其中，所述重新采样的多个成像切片的每个所选择的子集与所述多个成像切片中的所述给定的一个成像切片之间的距离小于阈值。12.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其中，所述复合成像切片在激活所述治疗束之前被生成，所述第一成像切片在激活所述治疗束之前被接收，并且所述移动在激活所述治疗束之前被确定，并且其中，所述治疗束在生成所述更新的治疗方案之后被激活。13.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其中，所述复合成像切片在所述治疗束活跃时被更新，对所述复合成像切片的访问包括检索更新的复合成像切片，所述第一成像切片在所述治疗束活跃时被接收，并且所述移动在所述治疗束活跃时被确定。14.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其中，所述复合成像切片在激活所述治疗束之前被生成，所述第一成像切片在激活所述治疗束之后被接收，并且所述移动在激活所述治疗束之后被确定。15.一种非暂态计算机可读介质，包括用于控制自适应放射治疗递送系统的非暂态计算机可读指令，所述非暂态计算机可读指令执行包括以下的操作：在给定放射阶段期间的第一时间点处接收包括对象的第一成像切片，所述第一成像切片对应于第一平面；在所述给定放射阶段期间的所述第一时间点处访问对应于所述第一平面的复合成像切片，所述复合成像切片使用在所述第一时间点之前获得的多个成像切片来生成；将所述第一成像切片与所述复合成像切片进行空间配准；至少部分地基于所述第一成像切片与所述复合成像切片之间的差异，使用空间配准的第一成像切片与复合成像切片来确定所述对象的移动；以及生成更新的治疗方案，以基于所确定的移动来控制所述治疗束的递送。16.根据权利要求15所述的非暂态计算机可读介质，其中，所述对象包括作为所述治疗束的目标的患者体内的肿瘤，还包括用于在所述给定放射阶段之前接收包括所述对象的体积图像的操作，其中，所述第一成像切片与所述体积图像的一个或更多个切片之间的图像对比度的差超过阈值。17.根据权利要求16所述的非暂态计算机可读介质，还包括用于将所述复合成像切片空间配准到从所述体积图像沿所述第一平面提取的二维切片的操作。18.根据权利要求17所述的非暂态计算机可读介质，其中，将所述第一成像切片与所述
复合成像切片进行配准包括将在所述配准中考虑的像素掩模限制在所述第一成像切片和所述复合成像切片中的一者或两者中以将配准计算限制到仅与所述对象相关联的像素，其中，在将所述第一成像切...

【专利技术属性】
技术研发人员：马丁，
申请(专利权)人：医科达有限公司，
类型：发明
国别省市：