实时自适应剂量计算辐射治疗的制作方法
【技术领域】
[0001]以下总体涉及辐射治疗和医学成像。其具体结合辐射治疗实时剂量计算和三维实时超声成像而应用，并将尤其参考该应用进行描述。然而，将理解，本发明也应用于其他使用场景，并且不必须被限制到前述应用。
【背景技术】
[0002]辐射治疗(RT)识别并递送辐射以杀死靶区中的癌细胞，同时保留围绕靶区并且包括危及器官(OAR)的正常细胞。针对RT的规划过程对分成部分的剂量或随时间的剂量的辐射的递送进行规划。分成部分的处置改进了对癌细胞的破坏率，并且允许正常细胞恢复。规划过程是确定辐射束的大小、形状、方向和持续时间，以将最大剂量精确递送到靶区，同时使对OAR的暴露最小化的详细过程。在对规划剂量的计算中考虑在每个辐射束的路径中的不同组织密度(例如骨、软组织和器官组织)。通常，计算机断层摄影(CT)X-射线图像被用于评价各个辐射路径中的不同组织密度，并提供衰减信息。CT图像能够提供高分辨率并且包括对应于组织密度的对比度。
[0003]在RT处置期间使用诸如线性加速器(LINAC)的设备递送通过RT规划形成的规划，以在定时的持续时间递送具有选择的形状和大小的来自不同方向的辐射的射束。在RT递送中的最近改进包括在RT递送期间利用超声(US)对靶区的识别。US使用高频声波以提供实时图像，并且该高频声波不干扰并行的辐射处置束，或者相反辐射束不干扰US成像。通过机械臂将发送并接收声音的US探头或换能器保持在相对于患者的身体的恰当位置处。US通过相对于任意辐射束的投影路径，识别在患者的身体内部的靶，改善了靶向性。其他方法包括在前列腺(或其他靶)中使用植入的基准物(例如利用US成像可见的种子)、荧光检查或其他实时/机载成像，以改善靶向性。医疗保健从业者监视通常被叠加在US或规划图像上的投影路径，并且能够中断处置，或者通过移动患者支撑体或约束患者的卧榻来调节患者位置。由RT规划软件记录和评价图像，并且医疗保健从业者在下一分成部分的处置中做出任意调节。
[0004]然而，患者组织在处置递送期间(例如由于心脏或呼吸运动而)移动。患者有时会咳嗽、打喷嚏或排气，这可能短暂地改变靶、周围组织和或OAR的位置，将靶移出或将OAR移入辐射束的路径，等。目前的技术并不监测或计算在RT处置期间递送到靶区、周围组织、OAR的实际剂量，这意味着在分成部分的处置中健康组织可能超剂量或者靶区剂量不足。在处置递送期间不跟踪体积数据。在分次处置之间执行分析、剂量计算或评价。
【发明内容】
[0005]以下公开一种在RT中的新的且改进的实时自适应剂量计算，其解决了上述问题及其他问题。
[0006]根据一个方面，一种辐射治疗系统就，包括:超声(US)成像单元、配准单元、US运动单元、以及实时剂量计算引擎。所述超声(us)成像单元生成对象身体区域的基线和实时US图像，所述对象身体区域包括靶和一个或多个危及器官(OAR)。所述配准单元可变形地配准规划图像与所述基线超声(US)图像，并将所述规划图像中的组织的辐射吸收性质映射到所述基线US图像。所述US运动单元基于所述实时US图像来在辐射治疗处置期间测量所述靶体积和OAR的运动。所述实时剂量计算引擎基于所映射的组织辐射吸收性质和所述实时3D US图像来计算递送到所述组织的实时辐射剂量。
[0007]根据另一方面，一种辐射治疗的方法，包括生成对象身体区域的基线和实时超声(US)规划图像，所述对象身体区域包括靶和一个或多个危及器官(OAR)。可变形地配准规划图像与所述基线3D US图像。将所述规划图像中的所述组织的辐射吸收性质映射到所述基线US图像。基于所述实时US图像在辐射治疗处置期间测量所述靶和危及器官的实时运动。基于所映射的组织辐射吸收性质和所述实时3D US图像，计算递送到所述组织的实时福射剂量。
[0008]根据另一方面，一种辐射治疗系统，包括线性加速器(LINAC)、机器人控制的超声(US)成像单元、配准单元、US运动单元、以及剂量计算引擎。所述LINAC生成到对象身体中的至少一个靶体积中的多个辐射的射束，每个束具有基于辐射处置计划的大小、形状、方向、强度和持续时间。所述机器人控制的超声(US)成像单元生成所述对象身体的区域的三维(3D)US图像，所述对象身体的区域包括所述至少一个靶体积以及暴露于所述多个辐射的射束的周围组织，所述多个辐射束被同时递送到所述周围组织并且相对于所述3D US图像定位。所述配准单元可变形地配准计算机断层摄影(CT) X射线规划图像与在处置之前由所述US单元生成的基线超声(US)图像，并将基于所述CT规划图像的组织密度映射到所述基线3D US图像以生成3D组织密度图。所述US运动单元测量所述靶体积和周围组织的运动，并将所述3D组织密度图配准到由所述US成像单元生成的所述实时3DUS图像。所述剂量计算引擎基于所述3D组织密度图、所述实时US图像和所测量的运动来计算递送到所述至少一个靶体积、危及器官和周围组织的实时辐射剂量。
[0009]一个优点在于计算在辐射的递送期间的实时辐射剂量。
[0010]另一优点在于基于所递送的剂量能够在RT递送期间采取行动。
[0011]另一优点在于在逐个体素的基础上对靶区、周围组织和OAR的实时辐射剂量的测量。
[0012]另一优点在于针对不同组织的实时辐射剂量测量。
[0013]另一优点在于对RT规划的实时调节。
[0014]本领域普通技术人员在阅读并理解了下面的详细描述后将认识到再另外的优点。
【附图说明】
[0015]本发明可以采取各种部件和各部件的布置以及各个步骤和各步骤的安排的形式。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。
[0016]图1示意性地图示了实时自适应剂量计算RT系统的实施例。
[0017]图2流程图示了一种实时自适应剂量计算辐射治疗的方法。
【具体实施方式】
[0018]参考图1，示意性地图示了实时自适应剂量计算RT系统I的实施例。所述系统包括实时三维(3D)成像单元2，例如超声(US)成像单元、荧光检查成像设备等等。实时3D US成像单元生成对象身体4区域的实时3DUS图像3。对象身体区域的US图像3包括辐射从诸如线性加速器(LINAC) 6的辐射源被同时递送到的组织。US图像3被存储在存储器中，存储器能够包括处理器存储器、计算机存储器或诸如磁盘存储装置的永久性存储器。在对象被定位在对象支撑体8 (例如卧榻或床)上的同时，相对于所投影的辐射束测量被暴露于辐射的组织。
[0019]实时3D US单元2包括一个或多个处理器10、显示设备12、以及至少一个输入设备14。处理器10、显示设备12和输入设备14能够被实现在工作站16中，例如控制台、操作者接口等等。工作站能够是单个台式计算机、经由网络连接的多个台式计算机、服务器计算机、膝上型计算机、平板电脑、它们组合等等。处理器能够是单个处理器或多个处理器。每个处理器能够是单核或多核处理器。输入设备能够包括键盘、鼠标、麦克风等等。显示设备能够包括计算机显示器、电视屏幕、触摸屏、触觉电子显示器、阴极射线管(CRT)、存储管、矢量显示器、平板显示器、真空荧光显示器(VF)、发光二极管(LED)显示器、电致发光显示器(ELD)、等离子显示面板(PDP)、液晶显示器(IXD)、有机发光二极管显示器(OLED)、投影机、头戴式显示器、等等。
[0020]实时3D US单元2包括机器人操纵器18，其操纵受计算机控制的机器人控制22控制的US探头20或换能器。实时3D US单元2能够包括触觉接口 24，所述触觉接口 24用于通过机器人控制22对US探头20的定位。实时3D US单元2包括一个或多个光学跟踪设备26，所述光学跟踪设备26跟踪机器人操纵器、LINAC和对象身体的位置。跟踪设备能够包括在LINAC的机架、机器人臂、对象支撑体等等上的激光器、视频、RF跟踪器，或者机电反馈设备。机器人控制22控制操作器18或机械臂以避免在辐射的递送期间与LINAC 6和LINAC束的碰撞。机器人控制定位US探头，以提供与辐射递送同时地接收辐射剂量的对象身体区域的实时3D US图像。
[0021]LINAC 6基于辐射治疗规划将辐射的射束发射到定位于对象身体4中的至少一个靶体积中。每个辐射的射束具有预定的大小、形状、方向或取向、强度和持续时间，并受LINAC控制28控制。LINAC 6关于被支撑在对象支撑体8上的对象身体移动。对象支撑体能够移动用于与LINAC对准。LINAC控制能够被实施在工作站1