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的制作方法

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。

背景技术：

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。

技术实现要素：

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

本发明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发明的限制。

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优化通常接收剂量目标24和解剖信息作为输入，剂量目标24和解剖信息例如是根据通过计算机断层摄影(ct)成像、磁共振(mr)成像等采集的规划图像来生成的患者的强度图的形式。通常对规划图像进行分割以识别不同组织或器官的区域；这种分割可以是手动的(例如，肿瘤学家通过在规划图像中绘制轮廓来限定区域)，页可以是自动化(例如使用边缘检测或其他适当的图像处理)或半自动化的。每个cp22由在辐射治疗期间在辐射治疗实验室中存在的部件的配置来限定。这些部件至少包括辐射递送设备30和患者32(其被设置在患者支撑物34上)，并且可以包括可以在辐射递送室中用于监测患者的其他设备，例如，锥束计算机断层摄影(ct)成像器(其包括x射线源36和x射线探测器面板37)。说明性辐射治疗设备30是具有辐射递送头或发射孔38的线性加速器(直线加速器)，辐射递送头或发射孔38输出治疗辐射射束(其可以是电子束，x射线束等，这取决于辐射治疗的类型)。例如，说明性辐射治疗设备30可以是truebeam^tm辐射治疗系统(其可从瓦里安医学系统获得)，该系统包括引入突出部的四个部件：辐射递送头/臂组件；用于集成锥束计算机断层摄影(ct)成像器的侧面定位的x射线源和探测器阵列部件；以及从递送头/臂组件跨患者定位的附件模块(图1中未示出模拟物)。这些突出部中的每个都存在潜在的碰撞点，在设置用于辐射治疗递送的控制点的序列期间必须考虑该潜在的碰撞点。辐射递送设备也可以采用其他形式，例如，回旋加速器和相关联的波束形成/整形喷嘴，其被配置为生成治疗性质子束或中子束。

配置限定控制点处的部件在公共坐标系中的位置。在标准辐射治疗中，由于辐射递送设备围绕患者32旋转，因此配置可以在连续控制点间变化。在4π辐射治疗中，辐射递送设备和患者卧榻都可以移动以提供更宽范围的可实现配置。

imrt剂量优化20通常通过以下操作来进行：优化每个控制点处的辐射递送设置(例如，射束开启时间、用于对射束进行整形的多叶准直器(mlc)设置等)，使得被递送到目标区域和任何oar的累积剂量都满足剂量目标24。在逐步辐射治疗期间，仅在控制点处递送辐射，其中，辐射递送头38在每个控制点处保持静止。在诸如容积旋转调强放疗(vmat)的连续弧形递送方法中，在递送设备经由其机架连续旋转通过递送弧形期间施加辐射射束，并且控制点22的数量被选择为足够高以使得能够在控制点之间内插辐射递送设置，从而在连续弧形上连续地控制递送。还应注意，虽然图示了单个递送头38，但是在其他实施例中，也可以存在两个或更多个递送头，以便从两个或更多个方向同时辐照患者。imrt剂量优化20能够采用任何合适的优化例程，并且在一些实施例中采用商业上可获得的imrt优化产品，例如可从荷兰埃因霍温的皇家飞利浦公司获得的pinnacle³处置规划工具。在一些实施例中，imrt优化20可以调整控制点22以更好地实现剂量目标24；在其他实施例中，控制点22在imrt优化期间是固定的。还应当注意，术语“优化”和类似的措辞并不一定意味着实现了绝对的最佳解决方案；而是，优化足以实现指定容限范围内的剂量目标24。

辐射治疗计划40的输出包括在计划控制点32的序列处的辐射递送设置44。每个控制点22由部件30、32、36的配置来限定。至少，配置的部件至少包括辐射递送设备30和患者32。部件的配置限定部件在公共坐标系中的位置。在运行辐射治疗递送计划期间(例如，在辐射递送设备机架从一个cp旋转到下一个cp以及(在诸如4π辐射递送的技术中)可能伴随发生的患者32的移动期间)，除了cp22之外，还遍历cp22的序列的控制点之间的多个配置。辐射治疗计划40由辐射治疗递送设备30适当运行，辐射治疗递送设备30使用射束开启时间、mlc设置、由cp22限定的轨迹以及计划40的其他参数向患者32施加辐射。辐射治疗计划40可以采用4π递送模式、逐步递送(其中仅在连续的cp22处递送辐射)或诸如容积旋转调强放疗(vmat)的连续弧形治疗模式。

通常，在辐射治疗计划生成之前(当然，因此在实际递送辐射治疗之前)，针对大多数癌症患者进行模拟阶段，在模拟阶段中，通常利用计算机断层摄影(ct)成像对患者进行成像，但是也可以使用磁共振(mr)扫描来进行规划成像。用于产生一幅或多幅ct(或mr)规划图像46的ct(或mr)成像以及模拟器48在剂量优化和实际处置之前模拟预期的辐射治疗期以限定几何形状，识别要暴露于电离辐射的身体区以及要阻挡或屏蔽辐射的区。模拟器48提供关于在处置位置中的患者的解剖结构的信息并且在处置期间对患者的位置进行定位。在本文公开的一些实施例中，该模拟阶段48结合了如本文所公开的、在模拟时与模拟的室内递送一起运行的碰撞检测，以使模拟治疗师感觉到在递送时患者的物理设置是否不可用或者何时执行辐射治疗计划。在该方法中，在运行规划阶段(或控制点)之前很好地使用本文公开的碰撞检测。治疗师由此能够使用来自模拟的反馈来调整患者的位置，从而减轻随后的任何潜在碰撞。

继续参考图1，在执行辐射治疗计划以检测和避免碰撞之前计算cp22的序列。imrt优化器(如果在规划过程中使用的话)可以将其作为确定其优化计划的输入。可以在imrt优化之后或在优化期间执行对通过cp的轨迹的规划。针对在开发计划cp22中的潜在轨迹以及在运行最终开发的辐射治疗递送计划期间将要遍历的控制点之间的配置执行碰撞检测。说明性碰撞检测采用三维(3d)表面模型对在辐射治疗期间将存在于辐射治疗递送室内并且可能涉及碰撞的部件进行建模或模拟。针对该说明性示例，部件包括辐射治疗递送设备30、患者32(广义上被解释为用于碰撞检测目的的部件)，以及监测器设备，即，锥束ct36、37。对应于这些物理部件的是代表性3d模型，即，辐射治疗(r.t.)设备3d表面模型30m、患者3d表面模型32m，以及监测器设备3d表面模型36m。可以以各种方式生成相应物理部件30、32、36的3d表面模型30m、32m、36m。在下文中，阐述了生成这些表面模型的方式的一些说明性示例——应当理解，这些是非限制性说明性示例，并且可以以其他方式生成各种3d表面模型。在一些说明性非限制性示例中，对于标准化的商业部件(例如，辐射治疗递送设备30以及可能的监测器设备36)，对应的3d表面模型30m、36m可以由制造商使用3d扫描来生成，例如使用坐标测量机(cmm)或ladar等来生成。作为另一非限制性说明性示例，在患者32的情况下，可以生成对应的患者3d表面模型32m，例如使用机构内部的3d扫描器或范围相机或任何手段来生成通用人体表面或治疗室内使用的物理设备(例如，枕头、膝盖支撑物等)的vtk网格模型。同样地，辐射治疗设备3d模型30m能够组合3d扫描模型或输入的尺寸(例如，直线加速器的cad绘图)与准直器附件的3d扫描模型，以生成辐射治疗设备3d模型30m的辐射递送头3d模型部分38m。然而，可以例如经由ct将所生成的这些模型与被成像患者进行组合，以辅助创建治疗递送室的3d表示。

然而，生成相应的物理部件30、32、36的表面模型30m、32m、36m，将这些模型导入或输入到射线跟踪系统。任选地，可以通过(例如不在生成导入的模型中采用的ct或其他扫描中的臂/腿/设备的)估计的扩展来生成可以不被包括在导入的表面模型中的建模部件30、32、36的表面部分。可以额外地或替代地利用图形用户接口(gui)，计算机辅助设计(cad)绘图或其他可用信息来生成(或扩展)表面模型30m、32m、36m。部件建模还优选地是可扩展的，以便添加用于将患者固定设备或其他患者特异性设备表示为模型的表面模型并允许用户将该表面模型拖放到配置中。

针对给定的配置(其可以是cp或者可以是沿着在初始模拟阶段48期间模拟的可能轨迹的配置)，各种部件30、32、36由它们各自的位于公共坐标系中的3d模型30m、32m、36m来表示。(注意，图1包括说明性部件，但是预期到对可能正在移动的许多其他部件(例如，患者固定设备)进行类似的建模)。用于辐射治疗规划的公共坐标系的典型选择是世界坐标系，其以辐射治疗设备30的等中心为中心；然而，也可以选择另一公共坐标系以用于碰撞检测计算。利用位于公共坐标系统中的3d模型30m、32m、36m，射线跟踪接近度分析器50计算配置的每个部件对的接近度。射线跟踪采用在配置的每个部件对的三维表面模型之间延伸的平行射线(或者，在其他实施例中为非平行射线)，并且部件对之间的接近度对应于最短射线。针对配置的每个部件对重复这一过程。通常，如果存在n个部件，则需要计算的部件对的数量由二项式系数给出，例如，在3个部件的情况下为3对，在4个部件的情况下为6对，在5个目标的情况下为10对等。

针对每个配置执行的前述射线跟踪接近度分析会生成配置矩阵52，配置矩阵52针对每个处理的配置而存储每个部件对之间的接近度，该接近度是时间、cp或其他度量的函数。在一些实施例中，配置矩阵52仅包括辐射治疗递送计划40的计划cp22的配置和在这些cp22之间移动时遍历的配置。在其他实施例中，射线跟踪接近度分析器50应用于计算针对能够采用的所有可信配置(也就是说，针对所有可能的(可信的)组合)的每个部件对的接近度，使得当模拟治疗师使用治疗期模拟器8002探索可能的递送轨迹选择时，这些接近度可用于初始模拟阶段。在这种情况下，所有处理的配置也能够在稍后被馈送到辐射治疗规划设备20以用于轨迹调谐或优化，所述轨迹调谐或优化包括识别计划cp22的序列的特定cp处的任何碰撞以及在cp之间移动时遍历的介入配置。在任一种方法中，优选针对在配置之间遍历时选定的移动解决方案来计算配置。例如，解决方案可以采用(作为非限制性示例)辐射递送机架的五度旋转增量和患者支撑物34的三度旋转增量。

为了执行碰撞检测，将配置矩阵52输入到基于建模的碰撞检测器58，基于建模的碰撞检测器58使用3d模型30m、32m、36m对配置进行建模并检测是否有任何接近值指示碰撞。严格来说，“碰撞”通常意味着构成部件对的两个部件实际上彼此接触(使得最短射线将为零或为负)，实际上通常优选限定针对每个部件对的(例如被存储在裕量表56中的)裕量，并且将碰撞限定为接近度(最短射线)小于针对该部件对的选定裕量。可以通过使针对部件对的裕量大于部件的位置的统计不确定度来选择裕量56以确保安全性。在某些情况下，裕量可以被选择为大于该统计不确定度。例如，虽然辐射递送头38的统计不确定度可能很小，但是由于递送头38非常靠近地经过患者的身体将会使患者感到不适，因此针对包括辐射递送头38和患者32的对的裕量可以被选择为大于该统计不确定度。因此，通常，配置中的碰撞被识别为任何部件对的接近度(射线跟踪中的最短射线)小于针对该部件对的(例如被存储在裕量表56中的)裕量。

因此，在一个说明性实施例中，模拟治疗师、处置规划者或其他医学专业人员调用治疗期模拟器48，这样允许探索各种可能的治疗递送实施方式。如果探索的实施方案将遍历由基于建模的碰撞检测器58指示为具有碰撞的配置，则基于建模的碰撞检测器58的编辑器或其他图形用户接口使用根据包含碰撞的配置的、位于公共坐标系中的3d表面模型30m、32m、36m的3d绘制来说明碰撞。然后，用户可以选择调整探索的轨迹(或者在正在设置针对特定治疗计划的控制点的序列的情况下为控制点)以消除碰撞。一旦用户确定了用于辐射治疗的几何形状和暴露区域，就将计划cp22的序列计算和/或优化20成控制点的集合。

在一些实施例中，在imrt剂量优化20期间，计划cp22被视为与其他计划参数(mlc设置等)一起优化的计划参数，并且如果由此调整的cp被指示为具有碰撞，则会自动调整包含碰撞的cp而无需用户介入。

在变型实施例中，配置矩阵52不包括任何具有碰撞的配置，因此imrt剂量优化20不能选择任何具有碰撞的cp的序列。

继续参考图1并进一步参考图2和图3，描述了由射线跟踪接近度分析器50执行的处理的说明性示例。图2示出了用于评估患者32与辐射递送设备30的辐射递送头38之间的接近度的射线跟踪处理。射线跟踪接近度确定包括计算在包括辐射治疗设备3d模型30(并且更确切地说是辐射递送头3d模型38m)和患者3d模型32m的部件对3d表面模型之间延伸的相互平行的射线60的长度。虽然在图2中描绘了单个切片，但是应当理解，射线跟踪同样可以针对多个平行平面来执行，并且最短射线被选择为相应对的两个部件32、38的接近度。针对易受碰撞的每个部件对重复该接近度计算，易受碰撞的部件对例如为在辐射递送设备30与x射线管36之间的部件对，在辐射递送设备30与x射线探测器面板37之间的部件对，在x射线管36与患者32之间的部件对，在x射线探测器面板37与患者32之间的部件对等。一些部件对可能在物理上不能碰撞(例如，集成的x射线管36和探测器面板37可以被安装在辐射递送设备30的机架上，使得这两个部件36、37永远不会碰撞)，在这种情况下，不对这些对执行接近度计算。图3示意性地示出了由射线跟踪接近度分析器50执行的处理流程。在操作70中，选择配置中的第一部件对(例如，部件30、32)。在操作34中，选择相互平行的射线的方向。例如，这可能需要选择每个部件3d模型的质心并将方向限定为连接两个质心的线的方向。在操作74中，构建配置中的3d部件模型之间的射线(例如，在图示性图2中的部件3d表面模型30m、32m之间的射线60)，并且确定的射线的长度(例如，识别射线与两个3d表面模型的表面的交叉点，并且计算两个交叉点之间的欧几里德距离)。在操作76中，最短的这种射线被识别为两个部件30、32的接近度(亦即，被识别为配置中两个部件30、32之间的最小距离)。在循环78中，对易受碰撞的配置的每个部件对重复操作72、74、76(例如，在图2的示例中对部件对32、36以及对部件对30、36重复操作72、74、76)，以便识别配置中每个目标对的接近度。在循环80中，对要为其计算接近度的每个配置重复操作70、72、74、76、78。结果得到的数据(即，每个处理的配置中的每个部件对的接近度)被存储在配置表52中。

参考图4，示意性地示出了由图1的基于建模的碰撞检测器58执行的碰撞检测的说明性实施例。将要检查碰撞的配置的集合88输入到例如由模拟治疗师在模拟阶段使用的治疗期模拟器48或后期辐射治疗计划中的计划cp22。在该说明性示例中，假设配置表52包含针对所有可信配置的接近度数据。在操作90中，依次选择每个配置进行碰撞测试。根据各种部件的移动(例如，辐射治疗设备机架的旋转速度、患者支撑物的移动速度等)来适当地确定在cp之间遍历的配置。在操作92中，从配置矩阵52中检索针对配置的接近度数据。在操作94中，将每个部件对的接近度与(来自裕量表56的)裕量进行比较。如果在操作94中确定出任何部件对的接近度小于其裕量，则在操作96中标示(即，识别，队列处理等)该配置以用于视觉审查。在操作96的替代实施例中，从配置矩阵52中移除具有碰撞的配置，使得不能选择具有碰撞的配置。再次地，应当注意，在判定操作94中，如果接近度小于裕量，则识别出碰撞，并且该裕量可以大于零(但是也预期到零值的裕量)。对在操作90中依次选择的每个配置重复处理92、94和(如果需要的话)96，以便在对cp的通用、代表性、粗略计划的预规划模拟期间检查所有配置或在规划期间专门设计的cp序列。

返回参考图1，预期将基于建模的碰撞检测器58集成到各种辐射治疗规划包(例如，可从荷兰埃因霍温的皇家飞利浦公司获得的pinnacle³处置规划工具)和/或用于采集规划图像的和/或由模拟治疗师在执行预规划模拟阶段时使用的ct或mr扫描器控制/模拟包中。例如，imrt规划或者ct或mr控制/模拟包优选包括或提供用户对话(未示出)，用户能够经由该对话来创建和/或加载3d表面模型30m、32m、36m，并且用户能够经由该对话来输入各个部件对之间的裕量，以便填充裕量表56(任选地可以存在默认裕量值)。基于建模的碰撞检测器58还将识别出的碰撞传达给用户并接收对模拟治疗或规划cp的编辑以避免这种碰撞。

为了说明碰撞，在显示器12上将3d部件模型30m、32m、36m适当绘制在针对包含碰撞的配置的公共坐标系的位置中。任选地，在显示器上突出显示或标示碰撞点。任选地，用户可以通过点击并移动对应的3d表面模型来选择移动碰撞部件中的一个或两个以调整配置来避免碰撞。在调整配置之后，可以重复碰撞检测以确定调整是否足以消除碰撞。在替代的纠正措施中，用户可以选择将针对两个碰撞部件的裕量减小到较小的值，以便允许模拟的接近度。在其他实施例中，预期采用较不详细的输出来显示识别出的碰撞。例如，显示器12可以列出包含识别出的碰撞的配置以及被识别为碰撞的每个这样的配置中的部件对，而不提供识别出的碰撞的3d绘制。

参考图5，图1的基于建模的碰撞检测器58可以被集成到辐射治疗模拟器48和/或规划包20中，以在诊断、治疗模拟中的(一个或多个)阶段和处置的治疗规划阶段中提供碰撞检测。如图5中示意性地示出的，在典型的工作流程中，在肿瘤学家或其他医学专业人员的诊断和确定指示要进行辐射治疗时，针对ct或mr成像期安排患者以采集ct或mr规划图像100。这些最初用于执行治疗模拟102，其使用治疗期模拟器48在实际处置之前限定和识别暴露于电离辐射的身体区。模拟还识别要阻挡或屏蔽辐射的区。可以在这些模拟期间使用从数据库中检索到的模型30m、32m、36m和/或患者特异性或非特异性辐射治疗计划来调用基于建模的碰撞检测器58以检测可能的碰撞。如果如操作104中所指示的那样检测到一个或多个这样的碰撞，则基于建模的碰撞检测器58使用模型30m、32m、36m的3d绘制来显示碰撞的3d绘制，并且用户可以做出对患者的等中心和/或(一个或多个)部件位置的(一个或多个)调整106(或者，如前所述，可以调整裕量56)以纠正可能的碰撞，在此之后，可以重复模拟102。该模拟序列可以以迭代方式进行重复以限定将电离辐射暴露提供到期望区的治疗，同时屏蔽关键区免受辐射暴露并且还使用基于建模的碰撞检测器58来避免碰撞。

继续参考图5，在模拟阶段之后，执行辐射治疗规划。为此，在操作112中计算控制点(cp)。这些是沿着用于执行辐射治疗规划20的轨道上的cp22。再次地，可以调用基于建模的碰撞检测器58来检查选定的cp是否存在可能的碰撞，并且如果如操作114中所指示的那样检测到(一个或多个)碰撞，则基于建模的碰撞检测器58使用模型30m、32m、36m的3d绘制来显示碰撞的3d绘制，并且用户可以通过做出对患者的等中心和/或(一个或多个)部件位置的(一个或多个)调整106(或者，如前所述，可以调整裕量56)来调整一个或多个cp。再次地，可以重复该过程以计算用于辐射治疗规划的cp的集合。

继续参考图5，在计算cp之后，可以使用剂量优化器20在操作122中执行剂量优化。这通常需要优化mlc设置、射束开启时间等以实现选定的临床剂量目标，例如，针对目标(例如，肿瘤)的最大剂量和/或平均剂量、针对风险器官的最大允许剂量等。在一些优化框架中，剂量优化可以包括优化cp和/或诸如直线加速器辐射递送头38和/或患者台34之类的部件的轨迹，并且这种调整可能导致可能的碰撞。因此，可以调用基于建模的碰撞检测器58来检测在剂量优化122期间引入的碰撞。如果如操作124中所指示的那样检测到(一个或多个)碰撞，则可以在操作126中调整一个或多个cp和/或连接cp的轨迹。调整126可以是手动的，例如基于建模的碰撞检测器58使用模型30m、32m、36m的3d绘制来显示碰撞的3d绘制，并且用户可以调整一个或多个cp。替代地，可以执行自动调整以避免碰撞，作为优化122的部分。然后在辐射治疗递送中采用结果得到的提供所需剂量递送的辐射治疗计划。

如本领域中已知的，可以使用分期递送来执行辐射治疗，在分期递送中，患者返回递送全辐射剂量的连续辐射治疗期。在这种情况下，预期可以重复图5的工作流程的各个部分以模拟和优化连续的分期时期，并且同样可以在这些连续的模拟/优化期中使用基于建模的碰撞检测器58以早期提供对碰撞的检测和纠正。

在所公开的方法中，在预规划模拟阶段48中和/或在辐射处置规划20期间，射线跟踪与部件的真实3d表面模型结合使用以识别碰撞。该方法有利地考虑了部件的详细表面及其空间关系。然而，除了射线跟踪之外，也可以使用其他碰撞检测技术，例如通过向每个3d表面模型添加扩张并且将碰撞检测为两个扩张的表面模型之间的体素水平处的重叠。例如，如果患者3d表面模型32和锥束ct表面模型36的表面各自扩张10cm、则如果ct距患者20cm以内，则相机与患者之间的碰撞被检测为体素重叠。

所公开的碰撞检测方法能够以多种方式得到使用，例如：1)质量保证检查，以确定在物理地尝试递送之前是否真正可递送弧形、4π或静态治疗，包括所有可用的室内设备的3d模型，2)在创建处置计划之前/在imrt或手动规划期间确定允许的射束角度位置，3)确定针对碰撞的安全裕量并将针对碰撞的安全裕量并入处置计划，4)提供可能的碰撞的矩阵作为针对剂量优化算法20的输入，5)计算和显示轨迹，使得所需的处置计划可在规划的cp之间递送，6)用于减少因附件散开或射束源变宽等引起的患者剂量，7)用于在ct(或mri或其他)模拟期间创建处置计划之前估计潜在的碰撞，使得能够在该阶段期间知道患者是否需要在不同位置中进行重新成像(重新模拟、重新定位)以避免在处置规划和递送过程中检测到的潜在碰撞，和/或8)提供接口以对处置室中的所有期望设备的3d表示和位置进行导入和建模。

已经参考优选实施例描述了本发明。他人在阅读和理解前面的具体描述的情况下可以想到修改和替代。本文旨在将本发明解释为包括所有这样的修改和替代，只要它们落入权利要求书及其等价方案的范围内。