自适应体外射束辐射治疗中改进的基于表面跟踪的运动管理与动态规划方法
【技术领域】
[0001]本申请总体涉及体外射束辐射治疗(EBRT)。本申请尤其结合基于表面跟踪的运动管理与动态规划应用，并且将尤其参考其进行描述。然而，要理解，本申请也适用于其他应用情境，并且不必然限于前述应用。
【背景技术】
[0002]EBRT是在跨许多星期的多个部分递送的，但通常是基于单个静态处置计划来设计的。未能将部分中运动(例如呼吸运动、心脏运动等)和部分间运动(例如因累进的辐射损伤造成的肿瘤收缩)考虑在内可能导致对靶(例如肿瘤)的不完全剂量覆盖和对周围正常组织的损伤，周围正常组织可能包括危及器官(OAR)。为了确保对靶的完全覆盖，常常在靶周围增加裕量。这些裕量常常是静态的并且足够大以覆盖靶的整个运动范围。然而，裕量可能增加对周围正常组织的损伤，尤其是在呼吸周期的某些相位期间。肿瘤可能在部分的过程期间收缩，因此，如果处置射束未得到适当调节的话，会加重对周围正常组织的损伤并使其变成处置射束的“热点”。
[0003]为了解决部分中和部分间运动的问题，已提出了动态规划靶体积(PTV)裕量和递送门控。基于收集到的实时运动数据和靶运动预测模型，通过改变PTV轮廓来动态地调节PTV裕量。例如，通过改变多叶准直器(MLC)叶片在线性粒子加速器(LINAC)上的位置，来跟随靶的路径。递送门控使用对在处置递送期间捕获的靶收集到的实时运动数据，以确定处置射束是否需要被开启或关闭。用于量化实时运动的途径包括无线电磁(EM)转发器、板上成像(例如磁共振成像(MRI)和超声(US))、身体表面跟踪等等。身体表面跟踪(例如，使用高速相机)便宜并且针对实时运动量化易于实施。然而，为了利用表面运动数据，需要准确了解身体表面运动与内部靶运动之间的对应关系。
[0004]先前已与来自流程前四维(4D)计算机断层摄影(CT)图像的解剖数据相结合提出了身体表面跟踪，以预测靶运动模式。以此方式使用身体表面跟踪，针对呼吸周期中的每个时相定义了外部身体形状与内部靶形状之间的对应关系。因此，给出在处置递送期间的任意时刻检测到的特定身体表面形状，就能够预测内部靶形状和位置。预测的准确性依赖于呼吸在内部器官运动上的表现的再现性。预测能够被用于实施递送门控方案，或实时动态PTV裕量，由此周围正常组织和OAR处于较少的辐射暴露的风险。
[0005]利用前述途径预测靶运动模式的挑战包括前述途径不能量化在辐射过程期间发生的患者特异性的肿瘤形状和大小改变。肿瘤收缩是辐射治疗期间经常发生的，尤其是在中后部分期间。事实上，辐射治疗常常被用于在外科手术去除之前使肿瘤收缩。此外，在处置期间，可能存在呼吸模式上的轻微改变，该轻微改变使外部身体形状与内部靶形状之间的相关性随时间变化。配准误差则会在处置期间累积，导致对用于处置递送的靶运动不正确的预测。因此，基于肿瘤的原始大小和形状设计递送门控方案和动态处置计划不仅效率低，而且还会导致对周围正常组织有害的定量给药。
[0006]本申请提供一种克服了上述问题以及其他问题的新的且改进的系统和方法。
【发明内容】
[0007]根据一个方面，提供了一种用于处置患者的内部靶的治疗系统。所述治疗系统包括至少一个处理器，所述至少一个处理器被编程为接收用于处置所述内部靶的处置计划。所述处置计划包括多个处置部分，所述处置部分包括基于流程前规划图像和流程前跟踪数据的所述内部靶与外部身体表面之间的对应关系。所述至少一个处理器还被配置为，在所述多个处置部分中的选定的处置部分之前，接收所述靶的部分前规划图像，接收所述患者的所述外部身体表面的跟踪数据，并且基于接收到的部分前规划图像和接收到的跟踪数据来更新所述内部靶与所述外部身体表面之间的所述对应关系。所述至少一个处理器还被编程为将所述处置计划和所述经更新的对应关系提供到治疗递送系统，所述治疗递送系统被配置为根据所述处置计划并且使用所述经更新的对应关系向所述患者递送治疗。
[0008]根据另一方面，提供了一种用于处置患者的内部靶的治疗方法。接收用于处置所述内部靶的处置计划。所述处置计划包括多个处置部分，所述处置部分包括基于流程前规划图像和流程前跟踪数据的所述内部靶与外部身体表面之间的对应关系。在所述多个处置部分中的选定的处置部分之前，接收所述靶的部分前规划图像，接收所述患者的所述外部身体表面的跟踪数据，并且基于接收到的部分前规划图像和接收到的跟踪数据来更新所述内部靶与所述外部身体表面之间的所述对应关系。将所述处置计划和所述经更新的对应关系提供到治疗递送系统，所述治疗递送系统被配置为根据所述处置计划并且使用所述经更新的对应关系来向所述患者递送治疗。
[0009]根据另一方面，提供了一种用于处置患者的内部靶的治疗递送系统。所述治疗系统包括被配置为生成用于处置所述内部靶的处置计划的规划系统。所述处置计划包括多个处置部分。所述治疗系统还包括同步模块，所述同步模块被配置为，在选自所述多个处置部分的一个或多个处置部分中的每个之前，更新所述内部靶的大小和形状并针对经更新的靶大小和形状更新所述处置计划。所述规划系统被配置为将经更新的处置计划提供到递送控制系统，所述递送控制系统被配置为根据所述经更新的处置计划向所述患者递送治疗。
[0010]—个优点在于在预测靶运动模式时将肿瘤收缩考虑在内。
[0011]另一优点在于对正常组织的减少的剂量，正常组织可能包括围绕靶的危及器官(OAR) ο
[0012]另一优点在于对靶的更为完全的剂量。
[0013]另一优点在于对靶和OAR运动的改进的跟踪。
[0014]另一优点在于减小的规划靶体积(PTV)裕量。
[0015]另一优点在于改进的递送门控。
[0016]本领域普通技术人员在阅读并理解了下文的详细描述后，将认识到本发明再另外的优点。
【附图说明】
[0017]本发明可以采取各种部件和部件的布置，及各个步骤和步骤的安排的形式。附图仅出于图示优选的实施例的目的并且不应被解读为限制本发明。
[0018]图1图示了将身体表面跟踪来改进治疗递送的治疗系统。
[0019]图2图示了图1的治疗系统的工作流的范例。
[0020]图3图示了图1的治疗系统的工作流的另一更详细的范例。
【具体实施方式】
[0021 ] 参考图1，治疗系统10 (例如，体外射束辐射治疗(EBRT)系统)包括流程前成像系统12，流程前成像系统12生成患者16的靶以及患者16的围绕靶的正常组织的流程前规划图像14。周围正常组织通常包括一个或多个危及器官(OAR)，并且靶通常是待处置的病变，例如肿瘤。另外，流程前规划图像14能够包括患者16的邻近靶的外部身体表面。例如，在靶为患者16的肺部中的肿瘤时，外部身体表面是患者16的外部胸表面。
[0022]流程前规划图像14通常是四维(4D)的，其中，其通常包括针对多个时间点中的每个的三维(3D)图像。这与仅包括单个时间点的3D图像形成对比。所述多个时间点能够，例如，对应于患者16的运动周期(例如患者的呼吸周期)的时相并且适当地跨越多个运动周期。流程前规划图像14能够使用任意成像模态来生成，但适当地是使用计算机断层摄影(CT)、正电子发射断层摄影(PET)、磁共振(MR)、单光子发射计算机断层摄影(SPECT)、超声(US)、锥形束计算机断层摄影(CBCT)等等中的一种生成的。
[0023]治疗系统10的流程前跟踪系统18在流程前规划图像14的生成期间测量患者
16的外部身体表面--其能够被包括在流程前规划图像14中--以生成流程前跟踪数据
20。流程前跟踪数据20包括在流程前规划图像14的时间点对患者16的外部身体表面的样本测量(例如大小、形状、轮廓等等)。通常，流程前跟踪系统18使用一个或多个高速相机以生成流程前跟踪数据20。然而，也预期用于生成流程前跟踪数据20的其他途径。
[0024]治疗系统10的规划系统22从流程前成像系统12接收流程前规划图像14 (例如4D CT图像)，并从流程前跟踪系统18接收流程前跟踪数据20 (例如患者16的外部身体表面的4D图像)。流程前规划图像14和流程前跟踪数据18被应用到规划系统22的多个模块，包括分割模块24、用户接口模块26、同步模块28、配准模块30、身体表面跟踪模块32以及优化模块34，以生成针对患者16的处置计划36，以及外部身体表面与靶之间的对应关系38 ο
[0025]分割模块24接收图像(例如流程前规划图像14)并在图像中描绘一个或多个感兴趣区域(ROI)，例如靶和/SOAR。ROI通常是利用沿图像中ROI的边界的轮廓来描绘的。描绘能够是自动和/或手动执行的。对于自动描绘，能够采用任意数目的已知分割算法。对于手动描绘，分割模块24与用户接口模块26合作，以允许临床医师手动描绘图像中的区域和/或手动调节对图像中的区域的自动描绘。
[0026]用户接口模块26为与规划系统22的用户输出设备40 (例如显示器)相关联的用户提供了用户接口。用户接口能够允许用户进行以下中的至少一种:描绘图像中的R0I，修改对图像中的ROI的描绘，以及观看