基于血液-组织表面的放射外科肾脏治疗设计的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]放射外科是一种允许对头部、脊椎、腹腔、心脏和肺部内的肿瘤或其它靶进行无创治疗的医疗程序。在放射外科治疗期间，一系列电离辐射束通常从患者外部引入以汇集在靶区处。辐射束通常包括从不同位置及方向发射的兆电子伏X射线束。辐射束的轨迹有助于限制对中间和其它附属组织的辐射照射，而在靶处累计的辐射剂量能够改变或治疗该组织。辐射束的分布可以是在三维或二维甚至其它维度，该电离辐射束可以通过一步程序或多步程序被递送至目标组织。CYBERKNIFE放射外科系统(Accuray公司)和TRILOGY放射外科系统(Varian医疗系统)是两个已知的放射外科治疗系统。
[0002]针对患者的肾血管系统的部分进行的放射外科治疗已被推举为对高血压的治疗。高血压和肾功能之间的联系在患有晚期肾脏疾病的患者需要进行肾脏的外科摘除时尤为明显，在这些患者摘除肾脏后，其血压和整个系统抗性都出现了下降。更具体地说，肾动脉周围神经的过度活跃被发现与高血压、慢性肾脏疾病的进行及心脏衰竭有关。自该发现以来，肾脏的神经去除被推荐为用来减少向肾脏的交感神经流出，增加尿量(尿钠排泄和利尿)，从而在不对其他肾脏功能(如，肾小球滤过速率和/或肾血流)产生不利影响的情况下，减少肾素疾病。
[0003]传统的治疗包括交感神经节中肾神经的源的消融、药物治疗及基于设备的方法。然而这些方法均存在各种各样的缺点。对交感神经节中肾神经的源的消融在历史上一直被认为是十分困难的。对神经功能的药理攻击与系统并发症相关。此外，肾交感神经在肾动脉壁分叉成树枝状进而阻挠至肾动脉的出入。正因如此，放射外科疗法被推荐通过在肾血管系统的靶处沉积足够的电离辐射剂量，来消融或调节部分肾神经以减少神经的神经活动，尤其是位于贴近肾动脉的肾神经的神经活动。肾血管系统可以在神经节的层级和/或神经节后位置和神经节前位置来被定位，并据此确定靶。
[0004]尽管利用放射外科来去除肾脏神经的疗法在不断进步，但是为了肾神经调节而设计放射外科治疗还是十分困难和麻烦的。在针对肿瘤等的标准放射外科治疗中，计算机断层扫描(CT)成像提供了一系列的平面X射线扫描。对于在肿瘤附近的X射线，设计医生画出靶组织的边界，该边界被根据穿过肿瘤的扫描而画出，并且该边界包围该肿瘤(为了安全通常包括一些额外的偏离或治疗的组织的边缘)。因为肿瘤通常包括在一个器官中(但也可能延伸超过器官的表面至邻近器官)，该设计的治疗边界不受组织/组织界面轮廓的影响。因此，该治疗设计一般呈现为在每张肿瘤可见的CT扫描中一系列围绕着肿瘤的圆。
[0005]使用标准的放射外科设计界面来拟定用于在常规平面CT扫描上形成图形的合适的放射外科肾血管治疗计划是很困难的。医生必须评估多个CT扫描，并在肾血管系统的靶区的每一平面切片处都画出代表着治疗计划的合适的病变线和/或圆。医生必须能够从每个平面扫描中显现出期望的治疗区域。虽然这看起来只是有一点不方便，但与本发明相关的工作还指出，鉴于肾血管系统中潜在靶的位置和大小，使用已有的放射外科治疗设计工具来高效地建立肾血管治疗计划是非常困难地。
[0006]鉴于以上所述，本发明已确定意在提供设计放射外科治疗、用于缓解肾血管性高血压的改进的设备、系统和方法。本发明的改进之处如果能与现有的放射外科系统兼容(以及可以通过现有放射外科系统的改造来实现)，这将是特别有益的，理想地这些改进没有明显增大患者对附带成像辐射的照射，没有增加系统成本而使得这些治疗对多数患者不可用，没有不必要的降低治疗的精准度，和/或没有对患者的健康组织(包括靶组织邻近的血管内皮组织)造成不必要的附带伤害。
【发明内容】
[0007]本发明大体上提出了一种用于设计放射外科治疗、用于缓解肾血管性高血压的改进的设备、系统和方法。本发明的某些实施例可提供肾血管靶区的三维模型，它可以帮助医生更好的可视化靶区。可提供邻近肾血管神经的血管的血液/血管边界面的三维模型。某些实施例可参照辐射靶接收输入，该辐射靶偏离血液/血管边界面的三维模型，和/或某些实施例可通过从肾血管靶邻近的血管的血液/血管边界面径向偏离一定距离，来生成估计的靶位置的三维模型。这种实施例可以可选地在估计的靶位置表面上接收关于辐射靶的输入。通过基于用户的相对于三维模型的图形表示的输入来将输入靶对齐和延伸到三维模型上(或离该三维模型预期的偏离)，可以促进期望的辐射靶的输入。附加实施例可在血液/血管边界面的三维模型上接收输入靶，并将该输入靶从血液/血管边界面的三维模型偏离一定的距离。一些实施例在偏离的靶部位处提供神经改变的辐射剂量，并在血液/组织边界处提供安全的腔辐射剂量。另一些实施例可通过相对于表面模型来显示输入的靶来允许医生在治疗区域更好地可视化整个期望的辐射靶。某些实施例可相对于三维模型显示剂量云，以允许医生根据输入的治疗计划在部分靶区处更好地可视化辐射剂量。
[0008]例如，一些示例性的实施例提供了一种改变患者身体的神经功能的放射外科方法。该方法包括从邻近神经的血管获取图像数据。通过从该图像数据识别血管和血管中流动的血液之间的边界面来从该图像数据生成三维模型。参照该三维模型的图像来接收识别辐射靶的输入，该辐射靶偏离血液/血管边界面。接着可以设计针对该辐射靶的放射治疗，以在靶处提供神经功能改变的辐射剂量，并在血液/血管边界提供安全的腔辐射剂量。可选地，邻近被成像血管的神经可以是肾神经丛，以及放射治疗可以被配置为在靶和血液/血管边界之间提供递减的剂量梯度。该图像数据可来自主动脉或肾动脉。该辐射靶偏离血液/血管边界面的偏离距离可以在大约0.25毫米到大约6毫米的范围内。此外，该辐射靶可沿着边界面纵向变化，并且可以在大约0.5毫米至大约3.0毫米的范围内变化。
[0009]上述方法还可包括调整辐射束的形状来补偿血管壁的移动。血管壁的移动可由患者的呼吸、患者的心跳或身体移动引起。该方法可包括将电离辐射治疗形状输出到二维图像数据的多个切片上。在一些实施例中，可在显示器上接收输入。显示器可以通过将该辐射靶的输入相对于三维模型的位置对齐来促进输入。另外，实施例可利用径向偏离所识别的血液/血管边界面的三维模型表面，以及显示器可以通过将辐射靶的输入对齐到模型的表面上来促进输入。
[0010]在一些实施例中，该方法还可以包括沿着血液/血管边界面的纵轴扩展交叉辐射束的治疗形状，使得肾神经活动被减少以便治疗与肾交感神经过度活跃相关的疾病和状况，如肾性高血压。该方法可包括基于治疗形状生成电离辐射治疗计划，并基于该治疗形状将剂量云投到三维模型，以验证沿着血液/血管边界的辐射剂量足够低以抑制增生。在大动脉上的高剂量的辐射的预期结果就是血管壁的加厚以及随之而来的血管狭窄。该辐射靶可以包括一个或多个环形圆周段。邻近血管的神经可以是腹腔神经节、肠系膜上神经节、主动脉肾神经节、肾口区域中的神经和肾动脉分支区域中的神经中的一个。
[0011]在其它实施例中提供了一种用于为患者身体去除神经的放射外科系统。该系统包括用于从邻近神经的血管中获取图像数据的图像采集设备。处理器系统可以将图像采集设备耦合至显示器。处理器系统可以包括建模模块、输入模块和设计模块。建模模块可以被配置为从图像数据识别血管和血管中流动的血液之间的三维边界面。建模模块可以被配置为向显示器传输三维模型数据。输入模块可以相对于三维模型接收用户输入数据，以识别偏离血液/血管边界面的辐射靶。设计模块可以被配置为响应于辐射靶来设计电离辐射治疗束的形状，以减少神经内的神经活动并限制沿着血液/血管边界的辐射。
[0012]在一些实施例中，图像采集设备可以从邻近肾神经丛的血管获取图像数据。在某些实施例中，设计模块可以被配置为设计放射治疗，以在靶和血液/血管边界之间提供递减的剂量。图像采集设备可以从主动脉或肾动脉获取图像数据。输入模块可接收辐射靶的用户输入数据，该辐射靶偏离血液/血管边界面的距离在大约0.25毫米到大约6毫米的范围内。另外，辐射靶的偏离距离可沿着边界在大约0.5毫米至3.0毫米的范围内纵向变化。
[0013]在系统的另外的实施例中，设计模块可以被配置为将用于给邻近神经去神经的电离辐射治疗计划输出到二维图像数据的多个切片。系统可以在显示器上接收用户输入，以及显示器可以通过将该电离辐射靶的输入相对于三维模型上的位置对齐来促进输入。三维模型数据可以包括与所识别的血液/血管边界面径向偏离的表面，以及显示器可以通过将辐射靶的输入对齐到三维模型的表面上来促进输入。
[0014]在系统的某些实施例中，设计模块还被配置为沿着血液/血管边界面的纵轴扩展交叉辐射束的治疗形状，使得肾神经活动被减少以治疗高血压。该设计模块可以配置为基于用户输入生成电离辐射治疗计划，以及可以基于治疗形状将剂量云投到三维模型，以验证沿着血液/血管边界的辐射剂量足够低以抑制增生。辐射靶可以包括一个或多个环形圆周段。图像采集设备可从邻近以下中的一个的血管来获取图像数据:腹腔神经节、肠系膜上神经节、主动脉肾神经节、肾口区域中的神经和肾动脉分支区域中的神经。
[0015]一些实施例中提供了一种存储有计算机可执行指令、用于开发放射外科肾去神经治疗计划的非易失性计算机可读介质。该计算机可读介质可以包括用于从邻近神经的血管获取图像数据的指令。该计算机可读介质指令可以通过从图像数据识别血管和血管中流动的血液之间的边界面来生成三维模型。可以接收参照三维模型的图像的有关辐射靶的输入。所接收的辐射靶输入可偏离血液/血管边界面。可以设计该辐射靶的放射治疗，以在靶处提供神经改变的辐射剂量，并在血液/血管边界处提供安全的腔辐射剂量。可选的，可以基于用户输入生成电离辐射治疗计划，如若需要，还可基于治疗计划将剂量云投到三维模型上。在一些实施例中，表面可以是在上皮细胞