专利名称：用于放射疗法的基于预测的呼吸控制设备的制作方法
技术领域：
下文描述的实施例一般地涉及放射线疗法治疗的递送。更具体地，某些实施例针对在移动目标的辐射治疗期间向病人提供定时数据和用于递送此类治疗的系统。
背景技术：
放射线疗法或放射疗法被用来用致电离辐射来治疗癌症及其它疾病。常规放射线疗法系统产生辐射射束并将其指引到病人体内的目标治疗体积。辐射射束意图通过引起细胞内的电离或其它辐射引发的细胞损害来损坏或破坏目标体积内的细胞。用于向病人递送辐射的放射线疗法治疗计划意图使被递送到目标区域的辐射最大化，同时使被递送到周围健康组织的辐射最小化。在这方面，移动目标区域的治疗向放射线疗法提出了挑战，包括与静态目标区域相比将用来辐射目标区域的准确度。在放射线疗法治疗的背景下，移动目标的治疗由于构台和放射线疗法设备的其它部件和/或病人的移动而进一步复杂化。此类放射线疗法包括但不限于弧调制锥形束疗法、强度调制弧形疗法以及多种其它放射线疗法治疗方案，其涉及使线性加速器(LINAC)构台或其它机动化轴绕着病人旋转并从许多不同的构台角度向目标病人区域递送辐射。在某些上下文中，治疗辐射的递送可以是连续的或处于离散位置。用于解决辐射治疗到移动目标的递送的一个常规方法包括使用目标周围的增加的递送容限，其大到足以解决目标与标称位置的偏移。虽然增加的容限可能导致目标接收到期望的辐射剂量，但周围健康组织或器官处于也接收到辐射的增加的风险。用以处理移动目标的门控治疗技术涉及确定门控窗口，在其期间，目标移动被最小化以递送辐射治疗。例如，只有当病人在呼吸循环的80%呼气(目标治疗区域的运动可以相对不动时的时段)内时才向目标递送辐射。然而，这种技术需要图像(例如4D CT计算机断层成像)的获取计划和用以提供病人的呼吸循环的阶段的指示的呼吸监视设备。用于向移动目标递送辐射的一个提出的技术涉及使用辅助设备来确定目标在任何时间点的位置和形状并对放射线疗法系统的射束成形设备(例如MLC或多叶准直仪叶片)进行再成形以在任何时间点跟随(即跟踪)目标性状。然而，除放射线疗法系统之外，这种技术还要求辅助设备。本发明人已经认识到可以在准确度和性能方面改善用于放射线疗法治疗的辐射治疗，其涉及放射线疗法系统的移动方面和移动目标。因此，期望用以提供移动目标区域和放射线疗法系统的移动部件的辐射治疗的其它方法和系统。
发明内容
为了解决上述问题，某些实施例提供了用于从运动检测设备接收发生用于病人的目标体积的基本上周期性的治疗机会的指示的系统、方法、介质和装置，该治疗机会是目标体积处于根据由放射线疗法设备管理的突发模式治疗计划将被辐照的位置的时间段；确定用于病人的目标体积的未来治疗机会，该未来治疗机会是目标体积将处于在将来根据突发模式治疗计划将被辐照的位置的时间段；开始突发模式治疗辐照的规定递送时段和未来治疗机会的同步；向病人呈现指示直至将发生突发模式治疗辐照的规定递送时段的时间的定时数据的指示；以及在未来治疗机会与突发模式辐照的规定递送时段的同步期间辐照目标体积。所附权利要求不限于公开的实施例，然而，本领域的技术人员能够容易地使本文的描述适合于产生其它实施例和应用。
根据如在附图中举例说明的以下说明书的考虑，实施例将变得容易显而易见，其中，相似的附图标记指示相似的部分，并且在所述附图中
图1是根据某些实施例的治疗室的透视图2是依照某些实施例的射束成形设备的描述；
图3是病人的呼吸信号的说明性描述；
图4是根据某些实施例的旋转辐射剂量递送的某些方面的描述；
图5是根据某些实施例的流程图；以及图6A — 6D是根据某些实施例的相同显示呈现的描述。
具体实施例方式提供以下描述为了使得本领域的技术人员能够实现并使用某些实施例，并阐述本发明人设想的用于执行某些实施例的最佳方式。然而，各种修改对于本领域的技术人员来说仍将是容易显而易见的。图1举例说明依照某些实施例的放射线疗法治疗室100。放射线疗法治疗室100包括线性加速器(直线性加速器)105、工作台145和操作员控制台160。可以使用放射线疗法治疗室100的各种部件来向诸如病人150的对象递送辐射射束。可以根据辐射治疗计划将病人定位为接收射束。根据某些实施例，可以在其它应用中采用治疗室100的元件。直线性加速器105从治疗头110产生并发射辐射射束(例如X射线束)。辐射射束可以包括电子、光子或任何其它类型的辐射。根据某些实施例，射束表现出在兆伏范围内的能量(S卩>1 MeV)，并且因此可以称为兆伏射束。在某些实施例中，直线性加速器105可以用相对高的强度在相对短的突发时间内发射辐射射束。作为示例，高强度可以指的是10GY/min以及更高，其中，20 Gy/min是典型的，虽然可以使用更高的强度。在某些实施例中，典型的突发时间持续时间可以是约(O. 5 — 2. O)秒，虽然在某些实施例中其可以更长或更短。治疗头110被耦合到构台115的突出部。构台115是可控的以便能够绕构台轴120旋转。如箭头125所指示的,根据某些实施例，构台115可以顺时针或逆时针地旋转。构台115的旋转用于使治疗头110绕轴120旋转。在某些方面，除箭头125所指示的之外或者不同于箭头125所指示的，构台115还可以可沿着其它方向移动。在辐射发射期间(例如治疗、成像、校准及其它程序)，治疗头110沿着射束轴130发射兆伏级X射线的发散射束。该射束是朝着直线性加速器105的等角点发射的。等角点可以位于射束轴130和构台轴120的交点处。由于射束的发散和由治疗头110中的射束成形设备进行的射束成形，射束可以向病人150的一定体积递送辐射而不是仅通过等角点。工作台145可以在辐射治疗和本文所讨论的其它方面期间支撑病人。工作台145可以是可调整的以帮助对病人150或病人的特定目标区域和体积定位于等角点处。工作台145还可以用来支撑被用于此类定位、用于校准和/或用于验证的设备。在某些实施例中，依照治疗计划，工作台145可以在辐射治疗的至少一部分期间选择性地移动。成像设备135可以包括用以基于在成像设备处接收到的辐射来获取图像的任何系统。可以以任何方式将成像设备135附接于构台115，包括可扩展和可缩回(即可移动) 外壳140。构台115的旋转可以促使治疗头110和成像设备135绕等角点旋转，使得等角点在构台115的固定和旋转移动的整个过程中保持位于治疗头110与成像设备135之间。成像设备135可以在辐射治疗之前、期间和/或之后获取投影图像。在某些实施例中，成像设备135可以包括模拟或数字辐射检测器。成像设备135可以用来基于从治疗头110发射的辐射来获取图像。这些图像可以反映位于治疗头110与成像设备135之间的对象的衰减性质。此类投影图像可以用来确定与包括治疗头110和成像设备135的成像系统相关联的成像几何机构参数。可以使用基于投影图像重构的二维投影图像和/或三维投影图像来检测、监视和记录目标区域或体积(例如肿瘤)位置和目标区域或体积的移动。操作员控制台160包括用于从操作员接收指令的输入设备165，所述指令诸如用以对线性加速器105进行校准的指令和用以针对特定的时间间隔用特定的视场来配置治疗头110的射束成形设备(例如准直仪)的指令。控制台160还包括输出设备170，其可以包括用于呈现所获取的三维图像、线性加速器105的操作参数和/或用于控制其元件的界面的监视器。输入设备165和输出设备170被耦合到处理器175和存储装置180。移动目标的有效治疗包括检测和监视目标区域的运动并向移动目标递送放射线疗法射束。许多常规技术可以用来检测和监视目标运动。某些技术包括提供运动检测设备以监视由呼吸引起的病人的外表面的上升和下降。此类设备可以包括针对病人的移动的胸部和/或腹部保持应变仪的带，其中，应变仪产生对应于病人的胸部/腹部的上升和下降的信号。某些其它技术包括光学机构，其监视被附接于病人的皮肤的外部基准标记并产生对应于病人的胸部/腹部的上升和下降的信号。某些其它技术包括在病人体内提供可植入信标设备以在没有替代品的情况下直接地监视和检测肿瘤运动。用于监视作为用于放射线疗法治疗的目标的病人区域的运动的其它技术包括使用基于实时成像的系统，诸如，例如荧光检查成像系统和磁共振(MR)成像系统。运动检测设备185包括用以确定和提供病人150的目标区域是否处于按照治疗计划的规定将被治疗射束辐照的位置的指示，诸如信号。在某些实施例中，本文中的运动检测设备可以包括如图1所示的门控设备，虽然不限于此。依照本文中的某些方面，运动检测设备可以提供指示被监视病人的呼吸位置波形(“原始”或已处理)的模拟和/或数字信号。在某些实例中，运动检测设备可以提供指示病人体内的目标体积的位置的(反馈)信号，并且处理器175还确定目标体积是否处于按照治疗计划的规定将被治疗射束辐照的位置。运动检测设备185可以使用多种方法、机制和操作来确定目标体积的定位的可接受性。在某些实例中，用于确定目标位置的可接受性的标准可以由用户来设定。在某些方面，可以使用运动检测设备来获取关于目标体积在辐射治疗的施用之前和期间的移动的数据。在某些实施例中，可以使用由运动检测设备185通过病人150的直接或间接观察和监视所获取的(反馈)数据来确定目标体积的移动的统计模型。在某些实施例中，目标体积运动的获取可以提供历史数据集，由此可以导出目标体积的移动的统计模型。因此，能够确定目标体积的移动的统计模型，其基于所获取的呼吸循环数据的历史来描述在哪里可以预测到未来呼吸循环的发生。在某些方面，运动检测设备185可以指示和/或确定在其期间目标体积处于被用治疗射束辐照的可接受位置的时间，其中，该可接受位置可以对应于点位置、一定范围的位置以及时间段。在其期间目标体积处于被用治疗射束辐照的可接受位置的时间在本文中被称为治疗机会。在某些实施例中，治疗机会基本上是周期性的，基于主要归因于病人150的呼吸 循环的目标体积的移动。运动检测设备185可以向处理器180提供治疗机会的指示。本文中的实施例包括被定义为放射线疗法治疗设备(例如系统100)的门控治疗设备，其与运动检测设备对接或至少被供应表示运动检测设备输出的数据并被控制以在治疗机会期间以突发模式施用辐射治疗射束(即射束启用状况)。处理器175执行根据某些实施例的程序代码。该程序代码可执行以用于控制线性加速器105以如在本文中的各种方法和过程中所述的那样操作。可以将该程序代码存储在存储装置180中，其可以包括相同或不同类型的一个或多个存储介质，包括但不限于硬盘、软盘、⑶-ROM、DVD-ROM、光盘、磁带、固态存储器件、闪速驱动器以及信号。存储装置180可以存储例如初始成像几何结构参数、福射治疗计划、投影图像、用以校准线性加速器105和/或提供辐射治疗的软件应用程序以及被用来执行辐射治疗的其它数据。可以将操作员控制台160定位于远离线性加速器105，诸如在不同的房间中，以便使其操作员免于辐射。例如，可以将线性加速器105定位于严密屏蔽的房间中，诸如混凝土穹顶，其保护操作员免于由加速器105产生的辐射。依照本文中的某些实施例，系统100还可以包括显示设备190。在某些实施例中，显示设备190可以促进向病人150呈现定时数据。在某些方面，呈现给病人的定时数据可以涉及突发模式辐照的下一个规定递送时段的发生。可以在显示设备190上向病人150呈现指示直至发生突发模式辐照的下一个规定递送时段的时间的定时数据以向病人传送治疗定时信息(即反馈)。给定在显示设备190上呈现的定时数据，提供给病人的反馈可以被病人使用，以使得病人可以控制其呼吸以与辐射的下一个治疗突发的发生相符。在某些实施例中，显示设备190可以以视觉、听觉或物理刺激形式来呈现定时数据以便由病人检测。在某些实施例中，可以与一个或多个视觉、听觉或物理刺激形式组合来呈现定时数据。因此，显示设备190并不局限于“视觉”显示或呈现设备，而是能够呈现视觉、听觉或物理刺激形式的可适用组合的任何设备。在某些方面，显示设备190可以包括多个视觉、听觉或物理刺激数据呈现设备或系统，其中至少一个与病人150进行视觉、听觉或物理接触。在某些实施例中，显示设备190可以被定位或合适地定位于在那里其可以被病人150看到、听到或感觉到的位置上。在某些实例中，可以由病人190来保持显示设备190。
图1所示的每个设备可以包括比所示的那些更少或更多的元件且不限于图1所示的设备。图2举例说明根据某些实施例的治疗头110。治疗头110包括射束成形设备、准直仪80，其可以用来对辐射射束进行成形以符合由治疗计划指定的孔径。准直仪80包括一对钳夹(jaw) (Y钳夹)82和84以及一对钳夹(x钳夹)86和88。X钳夹86和88以及Y钳夹82和84的定位确定辐射射束可以沿着轴130通过的开口(即视场)的尺寸和形状。每对钳夹86/88和82/84可绕着轴130旋转。如图2所描述的，X钳夹86和88可以由多个单独元件形成。这些单独元件可以沿着路径交叉轴130移动。每个元件的移动可·以是单独可控的以产生各种各样的孔径形状。治疗头110还包括附件托盘90。可以将附件托盘90配置成接收并牢固地保持在治疗计划和治疗的过程期间所使用的附加装置(诸如，例如标线、楔形物等)。根据某些实施例，治疗头110是可旋转的以在保持X钳夹86和88、Y钳夹82和84与附件托盘90之间的物理关系的同时使准直仪80和附件托盘90绕轴130旋转。在某些实施例中，用于包括放射线疗法系统部件的移动部件(例如构台、支撑台或床等)和移动目标的辐射治疗的放射线疗法计划包括用以监视将接收旋转辐射治疗的病人的呼吸运动的门控获取计算机断层成像(CT)成像。可以以多种方式来执行CT获取，包括现在已知的过程和在将来为人所知的那些。在某些方面，可以使用在被认为出于辐射治疗目的可接受的呼吸循环的特定阶段处(例如，在呼吸循环的最大呼气处)屏住呼吸来获取CT图像。在某些方面，可以使用提供每个呼吸阶段的CT体积的四维CT (4D CT)获取来监视病人区域的运动，其中，呼吸循环被划分成许多阶段(例如10 - 16个阶段)。基于所获取的图像，治疗计划临床医生可以判定在哪些(多个)呼吸阶段期间应向病人递送治疗辐射。在另一方面，可以将呼吸设备配置成仅在呼吸循环的特定阶段(诸如最大呼气)获取CT体积。依照本文中的方面，可以在被确定为适合于治疗辐射递送的呼吸或病人区域的其它周期性运动的状态、阶段或部分中获取目标病人区域的CT体积。可以使用此获取的CT数据用作开发放射线疗法治疗计划的基础。图3提供了依照本文中的某些实施例的呼吸信号305的说明性示例。虽然呼吸信号305是假想的，但其表示可以从在放射线疗法治疗计划过程和/或辐射治疗期间获取的病人的CT图像和体积和/或其它数据导出的呼吸监视信号。呼吸信号305举例说明多个呼吸循环，其中，呼吸循环在一段时间内在线310处的100%呼气、线315处的80%呼吸以及线320处的100%吸气之间变化。应注意的是由于病人目标体积在呼吸循环的此时段期间可能经历的相对静态的运动，可以将80%呼气和100%呼气之间的时间间隔指定为呼吸循环的用于递送辐射治疗的部分、阶段或时段，然而实施例不受此限制。再次地，在本文中将被指定为用于递送治疗辐射的时间段称为治疗机会。在图3的示例中，治疗机会对应于呼吸循环在80%呼气和100%呼气之间的时间段。也就是说，在图3中描述了时间间隔341、342、343、344、345和346处的治疗机会。在某些方面，至少部分地基于具有可接受运动量值的目标病人区域来选择治疗机会。可接受运动量值优选地是低的，以免危害放射线疗法治疗目标。可以由突发模式治疗计划来定义治疗机会。如所示，与在区域330处描述的呼吸相比，呼吸在区域325处较慢。在本文中的某些实施例中，可以说明周期性呼吸和因此的病人区域移动的此类变化。在本文中的某些实例中，可以向病人呈现治疗机会定时数据的反馈，以努力使病人控制其呼吸符合周期性呼吸循环，以努力增强本文中的实施例。图4是根据某些实施例的辐射剂量递送的某些方面的说明性描述。更特别地，图4举例说明可以被用于本文中的辐射治疗递送的治疗计划的各种方面。弧405表示构台115随着构台绕病人旋转而可以经过的路径。在某些方面，治疗头115可以依照突发模式治疗计划随着构台115绕着病人旋转而向病人区域或病人的体积递送辐射。在某些实施例中，被设计为用于用由放射线疗法系统100递送的辐射来治疗病人150的突发模式治疗计划指定弧405上的有限数目的离散控制点(CP)。突发模式辐射治疗方案400包括多个典型CP — CPO、CPU CP3、CP4、CP5、CP6和CP7。由于根据本文中的某些实施例构台115连续地移动通过弧405，所以构台115移动通过CP而不在CP处停止。用于用由放射线疗法系统100递送的突发模式辐射来治疗病人150的突发模式治疗计划还指定弧405上的有限数目的离散最优化点(0P)。突发模式辐射治疗方案400包 括多个典型的0P，例如430处的0P1、435处的0P2以及440处的0P3。在某些实施例中，每个OP表示将向病人区域递送由突发模式治疗计划指定的规定剂量的辐射量时的治疗构台角度。由于根据本文中的某些实施例构台115以绕病人旋转的方式连续地移动，所以构台115移动通过OP而不在OP处停止。在某些方面，在每个OP周围递送突发模式治疗辐射，因为构台115连续地移动。辐射剂量递送可以通过在每个构台治疗角处递送突发模式辐射(土 α )而在OP周围发生。在图4中举例说明突发模式治疗计划和辐射递送方案的此方面。在某些实施例中，(土 ct )对于不同的OP可以不同。如图4所不，OPi (430)包括(± aOP2 (435)包括(± α2)且 OP3 (440)包括(± α 3)。在本文中的某些实施例中，可以提供用于辐照病人150的突发模式治疗计划，涉及考虑放射线疗法系统100和病人150的移动方面的辐射治疗。突发模式治疗计划指定描述空间中的剂量分布的许多控制点。突发模式治疗计划还针对每个剂量指定用于参数(即轴)的许多规定，其控制治疗辐射射束的位置、方向、形状和强度以及目标体积的位置。突发模式治疗计划规定用于一个或多个动态轴的参数、用于一个或多个静态轴的参数以及用于对应于突发模式辐照的规定递送时段的一个或多个动态轴的位置参数。本文所使用的动态轴指的是根据突发模式治疗计划来控制治疗辐射射束的位置、方向、形状和强度以及目标体积的位置中的至少一个的一个或多个轴，并且所述一个或多个动态轴持续地处于运动中，包括在同步期间的目标体积的辐照期间。此外，静态轴指的是根据突发模式治疗计划来控制治疗辐射射束的位置、方向、形状和强度以及目标体积的位置中的至少一个的一个或多个轴，并且所述一个或多个静态轴在根据突发模式治疗计划的目标辐照期间不处于运动中。在某些实施例中，如本文所述，突发模式治疗计划包括至少一个动态轴和至少一个静态轴。关于静态参数，突发模式治疗计划仅包含描述针对在治疗射束启用时的静态轴(即静态轴在射束启用状况期间是静止的)的(多个)固定点位置。针对动态参数，突发模式治疗计划包含多个重叠位置和一定范围的位置，其描述针对治疗射束启用状况的动态轴，由突发模式治疗计划规定。在本文中将本文所使用的描述针对在治疗射束被启用时的动态轴的突发模式辐照的规定递送时段称为突发窗口。依照本文中的实施例，可以由突发模式治疗计划来指定或定义一个或多个运动轴。虽然图3的示例讨论作为不断地移动(包括在治疗射束启用时段期间)的动态轴中的一个的构台的移动，但可以控制病人和放射线疗法系统100的其它可移动部件由动态轴参数所表示地移动。在某些实施例中，可以操纵并移动放射线疗法系统100的许多轴以控制治疗射束的位置、方向、形状和强度或病人的位置。在某些实施例中，如图3的示例中所示，可以控制构台115移动或改变治疗射束的位置。然而，本文中的实施例不限于与构台有关的移动。在某些实施例中，可以使支撑台145旋转或以其他方式移动，可以使支撑成像设备135的臂140移动，并且可以使治疗头110以及系统100的其它部件移动。在某些实施例中，可以移动或改变病人150的位置。此外,可以在每个OP处由射束成形设备80 (例如MLC叶片)对治疗辐射射束的形状进行成形。并且，基于OP的数目和要递送到病人区域的辐射来对要在每个OP处递送的辐射的剂量的量进行修改和/或最优化。可以完成该最优化，使得所有OP的聚合导致最佳治疗计划。
在某些方面，突发模式治疗疗法计划结合了治疗机会和突发模式辐照的规定递送时段在时间上一致的约束。因此，依照本文中的实施例的门控突发模式放射线疗法系统可以进行操作以使治疗机会和突发模式辐照的规定递送时段同步。此外，根据某些实施例，可以向病人呈现关于直至发生下一个或其它未来治疗机会的定时数据的反馈。以这种方式，可以为病人提供其能够用来调节其呼吸(和受其呼吸影响的目标体积的位置)的机制以努力增加由放射线疗法系统预测的将发生治疗机会的概率。在某些实施例中，放射线疗法治疗计划专业人员可以向规划系统中输入放射线疗法规定，其指定目标病人体积接收到的辐射剂量的量。治疗计划还可以指定允许危及器官(OAR)接收的辐射的最大剂量。还可以在治疗计划规划系统中指定或以其他方式输入和包括治疗计划的附加考虑和约束，如在可以用来产生最佳MRT (强度调制辐射疗法)计划的逆规划系统中所做的。依照本文中的移动目标的突发模式辐射治疗的某些方面，规划系统假设辐射治疗的递送将由连续移动的动态轴来完成。动态轴的某些参数可以具有可以在规划系统中指定或以其他方式说明的物理、实际或其它类型的速度限制。还可以向规划系统提供关于例如射束成形设备80的其它操作限制或约束，诸如MLC叶片速度。此外，可以向突发模式治疗规划系统提供用于递送治疗辐射的规定剂量速率和指定时间段。基于此类提供和指定的信息，突发模式治疗规划系统可以产生用于移动病人区域的突发模式辐射治疗的最佳计划。基于考虑在上文所讨论的因素中的至少某些的突发模式治疗计划，包括处理器175的放射线疗法系统100可以分析治疗计划以确定用于相邻和连续CP之间的移动动态轴参数的速度。可以确定其期间例如射束成形设备被配置成适应递送一定剂量的治疗辐射的两个相邻且连续的CP之间的动态轴速度，使得随着动态轴在两个CP之间行进，射束成形设备80将达到用于递送规定辐射治疗的期望形状。因此，本示例中的射束成形设备是静态轴参数，因为其在治疗射束启用递送时段期间是静止的。此类动态轴速度的确定可以考虑获得期望的射束成形配置和有效叶片速度所需的叶片(即82/84和86/88)行进的量。可以确定其期间将递送一定剂量的辐射(即突发窗口)的两个相邻和连续CP之间的动态轴参数速度，使得给定有效剂量速率和CP之间的角间隔，可以向病人区域递送规定剂量的辐射量。参考图4，可以例如在410处的CPO和CPU415处的PC2和CP3、420处的CP4和CP5以及425处的CP6和CP7之间配置射束成形设备并在突发窗口期间将其保持静态。在这些移动间隔期间，调整一个或多个动态轴的速度，使得随着动态轴在两个相邻和连续CP之间行进，射束成形设备80将达到用于递送规定突发模式辐射治疗的期望形状。仍参考图4，在430处的CPl和CP2、435处的CP3和CP4以及440处的CP5和CP6之间的突发窗口期间动态地向病人目标体积递送一定剂量的辐射治疗。射束成形设备(即静态轴参数)在突发窗口期间被保持静态。在突发窗口 430、435和440期间，病人目标体积应处于接受被突发模式治疗射束辐照的位置。如上文所引用的，将其期间目标体积处于用于被用突发治疗射束辐照的可接受位置的时间称为治疗机会。在某些实施例中，治疗机会基本上是周期性的，基于主要归因于病人150的呼吸循环的目标体积的移动。参考图3，治疗窗口可以对应于或跟踪呼吸循环在80%呼气与100%呼气之间的时间段。 在突发窗口 430、435和440期间，可以调整动态轴的速度，使得给定有效剂量速率和CP之间的角间隔，可以向病人区域递送规定剂量的辐射量。在某些实施例中，所有静态轴参数(例如当前示例中的射束成形设备，不限于此)在发生下一个治疗机会之前到达其期望的目的地位置。由于可以由突发治疗计划来指定静态轴参数，所以每个静态轴参数应在发生下一个治疗机会之前依照突发模式治疗计划来到达其期望目的地位置。参考图3和4，可以在例如时段410期间移动静态轴以在发生下一个治疗机会341之前按照突发模式治疗计划到达其指定位置。在实例中，静态轴到达其规定(多个)位置需要附加时间，然后可以跳过下一个治疗机会(例如342)，其中，在治疗机会342期间不递送突发模式的治疗辐射，而是替代地在满足静态轴参数时的稍后的后续治疗机会(例如治疗机会343)期间递送。在某些实施例中，使用治疗机会的周期性来确定治疗机会的进一步发生。例如，可以开发、确定或获得统计模型，其至少部分地提供用以使用关于病人的呼吸循环的历史统计来确定一个或多个动态轴(例如可移动构台、可移动工作台等)的最佳速度的机制。该统计模型可以用来促进使治疗机会(即目标体积处于用于被按照突发治疗计划辐照的正确位置)的定时和突发窗口(即突发模式辐照的规定递送时段)同步。因此，可以根据统计模型对突发模式治疗辐射的递送进行结构化。在某些实施例中，可以控制一个或多个动态轴的移动速度，使得突发模式辐照或突发窗口的规定递送时段与治疗机会相符。在某些方案中，可以使用基于前一周期性呼吸或以其他方式引发的目标移动的统计模型来预测或预告下一个治疗机会的定时。基于所预测的下一个治疗机会，可以调整所述一个或多个动态轴的速度。在某些实例中，当动态轴中的至少一个的位置不在突发窗口内时增加所述一个或多个动态轴的移动速度，并且当至少一个动态轴的位置与突发窗口相符时减小所述一个或多个动态轴的速度。以这种方式，通过增加治疗窗口与突发窗口之间的重叠时间或者甚至使所述重叠时间最大化，可能增加使突发窗口和治疗机会成功地同步以相符的概率。依照其中门控突发模式放射线疗法系统进行操作以使治疗机会与突发模式辐照的规定递送时段或突发窗口同步的本文中的方面，可以基于连续地更新的治疗机会确定来调整所述一个或多个动态轴的速度，使得突发模式辐照的规定递送时段与治疗机会中心相符。更进一步地，治疗机会和突发窗口的同步可以包括在治疗机会与突发窗口不相符或周期性治疗机会在能够在突发窗口内递送全部规定剂量之前结束的情况下停止所述一个或多个动态轴的运动。在某些方面，可以将调整和考虑因素考虑在内，使得如果确定要停止动态轴，则所述一个或多个动态轴的运动大约在突发窗口的中点或中心处停止。在某些方面，停止即使在射束启用时段期间正常地将连续地移动的一个或多个动态轴的运动可能不是最期望的操作程序。作为替换，与被完全停止相反，可以增加或减小动态轴的速度。在某些实施例中，可以使用本文公开的(多个)历史统计模型单独地或与其它模型、技术以及机制相组合地控制治疗机会与突发窗口之间的同步。在某些实施例中，可以使用历史统计模型来至少建立基线定时控制参数，并且可以使用其它机制来对定时控制参数进行调整或改进，例如采用当前呼吸循环的分析的实时的进行中预测分析模型。在某些实施例中，剂量递送的速率可以根据在每个分段处或在每个OP 土 α处要递送的剂量的量而改变。在某些方面，针对较大监视器单元(MU)值，剂量速率将被设置成高的以减少治疗时间。针对小的MU值，可以减小剂量速率以保证 准确的剂量递送，即使剂量速率的此类减小可能是以一定的治疗时间为代价而实现的。在某些方面，并且为努力减少治疗时间，可以在最小的时间量内(即用最大的可容许剂量速率)来递送辐射剂量。图5是根据某些实施例的用以提供移动目标的突发模式辐射治疗的过程500的流程图。过程500和本文所述的其它过程可以使用硬件、软件或手动装置的任何适当组合来执行。可以用任何介质来存储体现这些过程的软件，所述任何介质可以包括硬盘、软盘、CD-ROM、DVD-ROM、光盘、磁带、闪速驱动器、固态存储器件或者信号。下面将相对于放射线疗法治疗室100的元件来描述这些过程的示例，但是实施例不限于此。在某些实施例中，并且在S505之前，可以建立突发模式治疗计划。在S505处，操作员可以获得治疗计划。在某些实施例中，可以在S505处确定并建立突发模式治疗计划或其部分。在S510处，可以发生病人的观察时段，其中，可以在一段时间内观察和测量病人的多个呼吸循环。可以使用所观察的病人呼吸的测量结果的统计分析来确定病人呼吸的统计模型。其后，操作员可以与操作员控制台160的输入设备165相交互以发起线性加速器105的操作从而接收和/或执行突发模式放射线疗法治疗计划。响应于用户交互，处理器175可以执行存储在存储装置180中的系统控制应用程序的程序代码或指令。操作员还可以操作输入设备165以发起病人150的目标体积或区域(例如肿瘤)的辐射，包括移动病人区域。根据突发模式治疗计划，突发模式辐射治疗的某些方面可以包括移动系统100的一个或多个轴(例如构台115、工作台150、成像设备135等)和病人150。在S515处，在病人、构台、成像设备以及系统100的其它方面处于用于治疗的位置处的情况下，执行下一个治疗机会的预测。可以基于在S510处确定和初始化的统计模型来进行该预测。如上文所解释的，治疗机会指的是目标体积处于根据突发模式治疗计划将被辐照的位置的时间段。并且，突发模式治疗计划规定用于一个或多个动态轴的参数、用于一个或多个静态轴的参数以及用于对应于突发模式辐照的规定递送时段的一个或多个动态轴的位置参数。在S520处，进行是否能够使由突发模式治疗计划规定的预测下一个治疗机会和突发窗口同步的确定。在某些情况下，是否能够使下一个治疗机会与规定突发窗口同步可以取决于病人的实际呼吸模式和放射线疗法系统100的限制。例如，在病人目标体积的运动并不是持续地周期性地的情况下，则同步可能是不可能的。病人150可能由于许多原因而不以一致的方式呼吸。
在某些实施例中，可以为病人150装配生物反馈(bio-feekback)设备作为帮助病人以一致的周期性方式呼吸的手段。在确定下一个治疗机会与规定突发窗口之间的同步可能的情况下，则过程500开始下一个治疗机会与规定突发窗口之间的同步过程并前进至S525，在那里，进行使治疗机会与突发模式辐照的规定递送时段同步的努力，因为治疗机会和突发窗口的同时发生是用于动态地递送突发模式辐射的条件。使下一个治疗机会与规定突发窗口同步的努力可以包括调整动态轴(潜在地包括但不限于构台105)用以移动的速度。可以通过改变意图使治疗机会与规定突发窗口同步的量来增加和减小动态轴的速度。通过病人基于直至发生下一个治疗机会的时间的来自系统的反馈而控制其呼吸，可以增加或增强由本文中的放射线疗法系统进行的使下一个治疗机会与规定突发窗口同步的努力。在S530处，过程500等待治疗机会和规定突发窗口的同时发生。虽然基于S525处的动态轴的调整和病人呼吸的统计模型的考虑可以预期下一个治疗机会和规定突发窗口·将同时发生，但在S540处进行下一个治疗机会和规定突发窗口实际上是否重叠或同时发生的确定。在某些实施例中，(多个)动态轴速度的调整可以可选地基于实时预测更新。例如，基于进行中的观察，可以用实时预测更新来增加或补充在S525处确定和使用的调整。在操作S535处，可以向依照突发模式治疗计划经历放射线疗法治疗的病人呈现定时数据的显示，该定时数据指示直至突发模式辐照的下一个或其它未来规定递送时段(即突发窗口)的时间。应注意的是在突发模式辐照的规定递送时段与未来治疗机会的同步期间向病人呈现定时数据的显示。指示直至突发模式辐照的未来规定递送时段(即突发窗口)的时间的定时数据的呈现可以进行操作以支援病人以一致且周期性的模式进行呼吸。在某些情况下，可以在S535处基于所呈现的与预测的突发模式辐照的下一个或其它未来规定递送时段相关联的定时数据的所呈现的指示来使病人意识到直至突发模式辐照的下一个或其它未来规定递送时段的时间，并且病人以使得其呼吸将目标体积定位于用于治疗的适当位置上的方式表现(即呼吸)。也就是说，病人可以至少部分地基于突发模式辐照的下一个规定递送时段的定时数据的呈现将其呼吸调整为与突发模式辐照的规定递送时段相符。因此，病人可以帮助放射线疗法系统相对于治疗辐射递送保持和/或改善目标体积的定位。在下一个治疗机会和规定突发窗口实际上重叠或同时发生的情况下，过程500前进至S545以用于突发模式治疗辐射的动态递送，以由突发模式治疗计划规定的剂量。因此，在S545处，放射线疗法治疗系统的动态轴随着向病人递送治疗辐射而继续移动。返回其中确定是否有可能使下一个治疗机会与突发窗口同步(例如，由于病人的呼吸、对放射线疗法系统的速度的物理约束等)的S520，过程500在不可能实现同步的情况下前进至S550。在S550处，将动态轴移动至设定或固定位置。在某些实施例中，可以将动态轴移动至被确定为在突发窗口内的位置并停在该位置处。此动作可以在治疗机会将在能够在突发窗口内递送全部的规定剂量之前结束时或在治疗机会与突发窗口不相符的情况下发生(即从S540)。从S550，在动态轴在S560处被设置在(多个)固定或静态位置的情况下，过程500等待治疗机会。在发生治疗窗口时，过程500前进至用于以由突发模式治疗计划规定的剂量进行突发模式治疗辐射的静态递送的S560。虽然在S560处放射线疗法治疗系统的动态轴未随着向病人递送治疗辐射而继续移动，但当目标处于用以接收突发模式治疗辐射的适当位置上时，可以向目标递送适当的剂量。在突发模式辐射治疗递送在S545或S560处结束时，在S565处进行治疗计划是否包括用于辐射递送的附加规定突发窗口的确定。如果未规定更多治疗窗口，则过程500在S570处终止。否则，该过程可以返回至S515，在那里，预测用于进一步辐射治疗递送的下一个治疗机会。在某些实施例中，可以基于考虑与病人的呼吸行为有关的已更新历史数据的连续更新统计模型来进行所述进一步预测。图6A — 6D是依照本文中的某些实施例的指示直至突发模式辐照的下一个或其它未来规定递送时段的时间的定时数据的显示的说明性描述。如本文所讨论的，病人呼吸的定位和呼吸的定时二者是关于病人呼吸的重要因素，其影响目标体积相对于突发模式放射疗法的定位。图6A是指示直至突发模式辐照的未来(例如下一个)规定递送时段的时间的定时数据的视觉呈现的描述。图6A可以包括多个垂直布置的灯LED、其表示或者其它病人可感知光源(在本文中一般称为“灯”)。图6A的显示提供直至突发模式辐照的下一个(或其 它)未来规定递送时段的倒数计数。在605处，灯被照亮以传送直至突发模式辐照的下一个规定递送时段的相对时间。突发模式辐照的规定递送时段被预测在最下面的灯被照亮时发生。因此，病人的呼吸应该协作以便与下一个治疗突发的发生一致地将目标体积定位于用于治疗的适当位置上。图6B是可以向病人呈现、使得其可能调整其呼吸以改善或保持突发模式辐照的未来规定递送时段的同步的显示的另一实施例。图6B包括同心环的显示呈现，其中中心环表示突发模式辐照的下一个或其它未来规定递送时段的预测发生。直至突发模式辐照的下一个规定递送时段的时间随着照明610从最外面的环进展至中心圆而进行倒数计数。图6C和6D两者包括用于传送直至突发模式辐照的下一个(或其它)未来规定递送时段的时间的显示部件，在每个图中用垂直配置的灯来表示。另外，这些图中的每个都包括用于传送病人呼吸的定位(例如呼吸循环中的病人呼吸)的(多个)显示部件。突发模式辐照照明615的规定递送时段与呼吸位置照明620的交叉点表示治疗与病人呼吸的同步。这时，病人的呼吸应将目标体积定位于用于突发模式放射线疗法治疗的适当位置。图6D是图6C的显示的变体。突发模式辐照照明625的规定递送时段与呼吸位置照明630的交叉点表示辐射递送和病人呼吸的同步。图6C和6D中的垂直轴指示直至在病人应实现放射线疗法治疗的呼吸位置所剩下的时间。提供图6A - 6D的说明性显示是为了举例说明实现定时数据的公开显示的某些实例，所述定时数据指示直至突发模式辐照的下一个或其它未来规定递送时段的时间。图6A - 6D的示例并不意图或应被视为彻底是定时数据的所有可能显示，所述定时数据指示直至突发模式辐照的下一个或其它未来规定递送时段的时间。与图6A - 6D明确地示出的那些相比，某些显示呈现可以包含更多、更少、替换或取代部件。例如，在某些实施例中，还可以向病人呈现病人的呼吸(位置)应在哪里的指示。在某些实施例中，显示部件的尺寸、配置、数目和类型可以与在图6A - 6D中具体地描述的那些不同。在某些情况下，可以使用不同的色彩来传达倒数计数或呼吸位置。在某些实施例中，图6A — 6D的显示可以包括将由病人检测到的可听信号或物理刺激或被它们替换。在某些实施例中，可以单独地或以其任何组合的方式用可听信号和物理刺激来替换图6A - 6D的视觉提示或与可听信号和物理刺激组合。在某些实施例中，可以在能够由病人来保持和定位的手持式设备或系统中体现用以呈现突发模式辐照定时的规定递送时段和/或呼吸位置的显示的显示设备(例如显示设备190)。在某些实施例中，可以将可视、可听以及物理治疗刺激结合到其它设备中。例如，可以用环境光变化来增加或替换显示的视觉提示，其中，放射线疗法治疗室的环境照明改变以传达在本文中公开的治疗机会倒数计数特征。同样地，可以通过放射线疗法治疗室中 的扬声器来呈现(即广播)可听信号。本文所述的若干个实施例仅仅用于举例说明的目的。因此，本领域的技术人员根据本说明将认识到可以用各种修改和变更来实施其它实施例。
权利要求
1.一种系统(100)，包括 不同于可旋转放射线疗法构台(115)的放射线疗法设备的一个或多个可移动轴； 发射设备(110),其被安装到放射线疗法构台(115)以发射治疗辐射射束；以及 处理器(175)，其用以 从运动检测设备(185)接收发生用于病人(150)的目标体积的基本上周期性的治疗机会的指示，该治疗机会是目标体积处于根据将由放射线疗法设备管理的突发模式治疗计划将被辐照的位置的时间段； 确定用于病人(150)的目标体积的未来治疗机会，该未来治疗机会是目标体积处于在将来将根据突发模式治疗计划被辐照的位置的时间段； 开始突发模式辐照的规定递送时段和未来治疗机会的同步； 向病人(150)呈现定时数据(605、610、615、620)的指示，该定时数据指示直至将发生突发模式辐照的规定递送时段的时间；以及在突发模式辐照的规定递送时段与未来治疗机会的同步期间辐照目标体积。
2.权利要求1的系统(100)，还包括获得突发模式治疗计划。
3.权利要求1的系统(100)，其中，呈现指示直至将发生突发模式辐照的规定递送时段的时间的定时数据(605、610、615、620)的指示是视觉提示、可听提示、物理刺激提示以及其组合中的至少一个。
4.权利要求3的系统(100)，其中，经由显示屏(190)和环境照明源中的至少一个向病人(150)呈现视觉提示。
5.权利要求1的系统(100)，还包括在同步期间向病人(150)呈现指示病人的当前呼吸位置的呼吸位置数据(620、630)的指示。
6.权利要求5的系统(100)，还包括在同步期间向病人(150)呈现指示病人的呼吸应在什么位置以进行治疗的呼吸位置数据的指示。
7.权利要求5的系统(100)，其中，与指示直至将发生突发模式辐照的规定递送时段的时间的定时数据(605、610、615、625)的指示的呈现同时地呈现呼吸位置数据(620、630)的呈现。
8.权利要求1的系统(100)，其中，在确定治疗机会的未来发生时使用治疗机会的周期性。
全文摘要
本发明涉及用于放射疗法的基于预测的呼吸控制设备。某些方面包括用于从运动检测设备接收(510)发生用于病人的目标体积的基本上周期性的治疗机会的指示的系统(100)和方法(500)，该治疗机会是目标体积处于根据由放射线疗法设备管理的突发模式治疗计划将被辐照的位置的时间段；确定(S515)用于病人的目标体积的未来治疗机会；开始突发模式辐照的规定递送时段和未来治疗机会的同步(S520)；向病人呈现(S535)指示直至将发生突发模式辐照的规定递送时段的时间的定时数据的指示；以及在未来治疗机会与突发模式辐照的规定递送时段的同步期间辐照(S545)目标体积。
文档编号A61N5/10GK103007437SQ20121034858
公开日2013年4月3日 申请日期2012年9月19日 优先权日2011年9月20日
发明者J.N.施塔尔 申请人:美国西门子医疗解决公司