专利名称：用于在磁共振成像期间测量对受试者的辐射剂量的剂量计、治疗设备和计算机程序产品的制作方法
技术领域：
本发明涉及辐射剂量测定，具体涉及在磁共振成像期间的辐射剂量测定。
背景技术：
在辐射治疗(RT)处置期间，辐射束必须聚焦在良好界定的目标区域上，并且其剂量必须被精确地控制。为了验证关于患者的辐射治疗处置场的准确性，目前将辐射敏感胶片、视频视觉系统、离子室以及电子射野成像装置(EPID)用于对所施加剂量的二维(实时)监测。另外，必须利用特定的体模执行对(三维)辐射剂量分布的耗时的常规质量保证。当前使用的辐射处置场验证/辐射剂量测定技术的一些相关特征是:-离子室(低分辨率、慢速、非积分剂量测量)，-视频链(繁琐、无几何准确性、效率差)，-胶片(严苛的工作流程、比EPID低的灵敏度)，-EPID (昂贵、坏点)。美国专利5633584描述了在容器中的凝胶，其中，响应于电离辐射形成MRI可视的永久图像。所述图像表示能量的剂量分布，凝胶暴露于所述能量。所述图像能够用于辐射剂量测定目的；提供用于磁共振成像技术和设备的质量控制的参考标准；以及作为在工业辐射照相术中的三维或二维阵列探测器。
发明内容
本发明在独立权利要求中提供了一种剂量计、一种治疗装置设备以及一种计算机程序产品。在从属权利要求中给出了实施例。在临床例程中设置的准确性和再现性对于正确的患者位置确定是非常重要的，但由于构造相关的不充分的机械重现性、经由场边缘检测的空间辐射定位的固有不准确性以及解剖界标的不可靠/冗长的配准，这是难以通过前三种技术实现的。 利用EPID，剂量和几何验证是可行的(非积分剂量测量)，但是为了实现完整的处置场成像，额外的成像辐射暴露(“监测器剂量单元”)是必需的，这增加了癌症诱发风险，并且对于例如前列腺成像而言，由于显著的内部运动，这是不可行的。同样地，需要附加的成像时间，并且EPID装置非常昂贵。磁共振(MR)成像系统可以与RT装置(MR-RT)整合，这允许在辐射治疗期间对患者的实时MR监测。两种装置的坐标系的共配准允许对RT和MR空间中的点的精确定位。但是MR和RT装置的这种整合造成空间限制(例如，在孔径中围绕患者的磁体)，这使得当前使用的辐射可视化装置(例如 利用EPID的射野成像，见上述)的使用即使不是不可行也是困难的。因此需要更好的方法来可视化或测量针对组合的MR和RT装置的辐射剂量。本发明的实施例可以允许使用MR装置实时地测量所施加剂量的三维分布。本发明不像当前的辐射治疗系统利用例如射野成像而需要额外的成像时间或剂量。在一些实施例中，所使用的辐射敏感物质或剂量计可以完全与MR兼容并且可以是无危害的。本发明的实施例也可以是无创的，这与备选的辐射敏感造影剂相比有显著的优势。所提出的剂量计能够简单地被应用于各种现有装置(例如患者固定物、覆盖物、毯子)，这允许小的、柔性的、重量轻的、非常有成本效益的以及患者特异性的设计。这可以提高患者安全性，舒适性和临床工作流程。由于关于RT处置的非常严格的质量保证和辐射监测管理，所提出的发明是对将来的MR-RT装置的批准和临床应用的潜在的使能器-如果不是先决条件。所提出的发明可以允许对在MR-RT系统中正在经历辐射治疗的患者的实时三维辐射剂量测定。辐射敏感物质与现有装置的合并实现了平滑的临床工作流程。容易使用重量轻的构造和柔性的设计以允许舒适的患者特异性应用。辐射敏感物质的可能实现是商业可获取的(例如周知的多聚物或Fricke凝胶)。这些已被证实适合用于辐射剂量测定的目的，因为它们在宽的动态范围上呈现出线性剂量响应。经由利用常规RT装置照射它们，并且随后将其输送至MR装置并利用MR装置进行成像，它们当前被应用于探查和质量保证的目的。Fricke凝胶的制备尤其简单，并且具有良好的组织模拟性质。通过添加各种物质能够调整它的物理性质。为了克服氧扩散问题(这会增加弛豫率)和扩散(这会使测量模糊)效应，所述物质能够被限制在(柔性的)微胶囊中。在一些实施例中，为了实现绝对的辐射剂量测定，可以确保所述物质的恒定质量和操作温度并且必须执行参考测量。这些操作能够使用MR-RT机器针对生产的材料的每批样品简单地执行。应用合适的后处理(简单滤波和微分操作)，由于不可逆的处理，能够补偿所述物质的积分属性以实现剂量分布的实时成像。所提出的剂量计装置的多种实现是能够想象到的(例如患者固定物、毯子、(能移动的)患者桌台覆盖物、围绕患者的覆盖物)。下面示出了包含福射敏感物质的患者固定物装置的正交截面视图。这是与当前使用的采用排空(evacuated)患者床的患者固定装置类似的设计，所述排空患者床为:所谓的真空床垫、真空枕或豆袋。但是在这种表示中，“袋”填充有辐射敏感微胶囊。在将患者正确地放置在松散的(未排空)的“豆袋”上之后，将它排空，从而固定所述胶囊，并且因此患者根据辐射治疗的需要进入稳定的位置。在治疗期间，辐射源围绕患者旋转并施加计划的剂量，其同时贯穿所述物质。这诱发不可逆的化学反应，其能够采用平行于辐射的已知MR成像序列来进行可视化。经由滤波和瞬时微分重建，能够实时计算所应用的剂量。为了减小凝胶的温度漂移效应，能够将热隔离层放置在患者与辐射敏感物质之间。
为了使一次性材料最小化，辐射敏感物质能够被放置在靠近患者的层中。这一层之后能够从患者固定床拆除并且由新的一个来替换。能够采用这种分层设计以在照射区域内围绕患者。经由比较所测量的进入患者的剂量和离开患者的剂量，能够重建实际的吸收并将其用作处置计划的额外验证。在一些实施例中，能够实现一种使用辐射敏感物质、剂量计，执行用于磁共振(MR)引导的辐射治疗(RT)流程的辐射测定治疗控制以及积分辐射剂量测定质量保证测量的装置和方法。这种物质被限制在一结构内，所述结构部分围绕患者并且被定位成以例如真空床垫或毯子的形式紧密接近患者。这种方式无需用于成像目的之外的辐射剂量，允许实时的三维剂量成像并且能够完全与MR兼容。它的小巧和柔性的设计允许简单的患者特异性定制(例如，整合到患者固定物装置中)。能够简单且便宜地生产所使用的辐射敏感物质。常规的RT处置 场验证技术(例如射野成像探测器)不能够用在MR-RT系统中。由于关于RT处置的非常严格的质量保证和辐射监测管理，所提出的发明是对于将来MR-RT装置的批准和临床应用的潜在的使能器。磁共振(MR)数据在本文中被定义为在磁共振成像扫描期间，由磁共振设备的天线记录的由原子自旋发射的射频信号的测量结果。磁共振成像(MRI)图像在本文中被定义为包含在磁共振数据内的解剖数据重建的二维或三维可视化。可以使用计算机执行这种可视化。如在本文中所使用的，计算机可读存储介质包括任何有形的存储介质，其可以存储能够由计算装置的处理器执行的指令。所述计算机可读存储介质可以指计算机可读非易失性存储介质。所述计算机可读存储介质也可以指有形计算机可读存储介质。在一些实施例中，计算机可读存储介质也可以能够存储能够由计算装置的处理器访问的数据。计算机可读存储介质的范例包括，但不限于:软盘、磁硬盘驱动、固态硬盘、闪存、USB拇指驱动、随机存取存储器(RAM)内存、只读存储器(ROM)内存、光盘、磁光盘以及处理器的寄存器文件。光盘的范例包括压缩光盘(⑶)和数字多功能光盘(DVD)，例如⑶-ROM、⑶-RW、CR-R、DVD-ROM、DVD-Rff或DVD-R光盘。术语计算机可读存储介质也指经由网络或通信链接能够被计算机装置访问的多种类型的记录介质。例如，可以在调制解调器上、在互联网上或在局域网上检索数据。术语“计算机内存”是计算机可读存储介质的范例。计算机内存是能够由处理器直接访问的任何内存。计算机内存的范例包括，但不限于:RAM内存、寄存器以及寄存器文件。术语“计算机存储器”是计算机可读存储介质的范例。计算机存储器是任何非易失性计算机可读存储介质。计算机存储器的范例包括，但不限于:硬盘驱动、USB拇指驱动、软盘、智能卡、DVD、CD-R0M以及固态硬盘驱动。在一些实施例中，计算机存储器也可以是计算机内存，反之亦然。术语“处理器”包括电子部件，其能够执行程序或机器可执行指令。对包括“处理器”的计算装置的援引应当解释为能够包括不止一个处理器。术语计算装置也应当解释为可能指代每个包括处理器的多个计算装置的集合或网络。许多程序具有它们的由多个处理器执行的指令，所述多个处理器可以处在相同的计算装置内或者甚至可以分布在多个计算
装置中。
在一个方面中，本发明提供了一种剂量计，其用于在磁共振成像引导的辐射治疗会话期间测量对受试者的辐射剂量。所述剂量计包括外表面，所述外表面适于接纳受试者的表面。换言之，所述剂量计被设计成与受试者的表面相接触。所述剂量计还包括填充有磁共振福射剂量计的分立单元(discreet cell)。如在本文中所使用的磁共振福射剂量计包括使用磁共振成像或核磁共振为其测量剂量的剂量计。磁共振辐射剂量计的范例包括，但不限于，Fricke剂量计以及多聚物剂量计。这一实施例是有利的，因为分立单元填充了磁共振辐射剂量计。能够选择单元的尺寸，从而使得剂量计材料的扩散由分立单元的尺寸进行限制。分立单元的使用也可以提供对所述剂量计的结构支撑。例如，如果所述剂量计被塑造为毯子的形式，分立单元的使用允许形成具有磁共振辐射剂量计的分立单元的柔性切片。在另一实施例中，所述剂量计还包括在外表面与分立单元之间的热隔离层。这一实施例是特别有利的，因为如果受试者具有与磁共振辐射剂量计的温度不同的温度，那么受试者可能加热或冷却磁共振辐射剂量计。磁共振辐射剂量计，诸如Fricke剂量计，可以是温度敏感的。例如，如果受试者为哺乳动物，那么受试者可能具有加热所述磁共振辐射剂量计的趋势，并且这会影响测量的准确性。在另一实施例中，所述剂量计为真空枕。所述剂量计还包括聚苯乙烯泡沫球。分立单元每个包括填充所述磁共振辐射剂量计的壳。在真空枕内部，分立单元和聚苯乙烯泡沫球混合。如在本文中所使用的，真空枕包括填充诸如聚苯乙烯泡沫球的可压缩球体的枕头。当空气排出真空枕，覆盖物压缩聚苯乙烯泡沫球，并且轻微的压缩令它们保持它们的形状。真空枕通常用于医学处置，在那里如果受试者保持相同位置或不移动是有利的。例如，受试者可以躺在真空枕上并且之后可以使用真空来防止真空枕变形。将所述剂量计整合到真空枕中是有利的，因为真空枕充当协作的目的:在提供辐射剂量测定功能的同时，它固定或保持患者稳定。在另一实施例中，所述剂量计适于安装到磁共振成像系统的患者支撑物上。这一实施例是有利的，因为所述剂量计可以整合或安装到患者支撑物上。在另一实施例中，所述剂量计为平板。分立单元随意地分散在热隔离层内。例如，所述剂量计可以为泡沫枕或垫，并且分立单元可以均匀分散在构成枕头并且也构成热绝缘对的泡沫内。在这一实施例中，它可以以若干不同方式实现。例如，分立单元能够仅随机地混合到之后被固化的泡沫中。在其他实施例中，分立单元可以例如是球体,所述球体均匀地被泡沫层包裹并且之后覆盖。例如，分立单元可以处在六边形紧密包裹结构中。在另一实施例中，所述剂量计为毯子。分立单元被布置在在连续层中，并且热隔离层围绕所述连续层。这一实施例是特别有利的，因为在一流程期间，所述剂量计可以简单地放置在受试者下方或上方。在另一实施例中,所述剂量计包括两部分。两部分中的每部分都具有外表面，所述外表面适合接纳受试者的两个相对表面。这一实施例可以以若干不同方式实现。例如，所述两部分可以具有对准销(Pin)，或者具有吻合在一起或具有互锁连接的其他结构。在其他实施例中，所述两部分可以简单地为底部垫和上部毯子。
在另一实施例中,所述磁共振剂量计是Fricke剂量计。这一实施例是有利的，因为Fricke剂量计是周知的，并且它们作为用于电离辐射或由核磁共振或磁共振成像测量的剂量计的能力是周知的。在另一实施例中，所述磁共振辐射剂量计是多聚物剂量计。在另一方面中，本发明提供了一种治疗设备。所述治疗设备包括磁共振成像系统，所述磁共振成像系统适于在成像区中采集磁共振数据集。所述治疗设备还包括电离辐射源，所述电离辐射源适于将电离辐射的射束引导向受试者体内的目标区。所述电离辐射源可以是许多不同类型之一。例如，所述电离辐射源可以是，但不限于:伽马辐射系统、带电粒子加速器、碳原子核辐射源、质子束辐射源以及X射线辐射源。所述磁共振成像系统与所述电离辐射源的组合是有益的，因为所述磁共振成像系统可以用于引导所述电离辐射源。例如，磁共振成像的图像可以从磁共振数据构建，并且可以用于构建显示受试者内部解剖结构的图像。所述治疗设备还包括具有处理器的计算机系统。所述计算机系统作为用于所述治疗设备控制系统。应当理解，在本文中，对计算机系统的援引可以实际指代多个计算机或计算机系统。例如，计算机系统可以表示多个计算机系统的网络。还应当理解，在本文中，对处理器的援引可以指代多个处理器。例如，单个计算机可以具有多个核或多个处理器，并且多个处理器也可以分布在计算机系统的集合中。所述治疗系统还包括计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括用于由所述处理器执行的机器可执行指令。所述指令的执行令所述处理器执行确定目标区位置的步骤。所述目标区的位置可以以若干不同方式获得。例如，磁共振数据可以由磁共振成像系统采集，并且从所得到的图像分割的解剖数据可以用于确定所述目标区的位置。在其他实施例中，物理定位系统，诸如真空枕和/或束带，可以用于定位患者。例如，初始成像可以使用诸如CT系统的其他系统来执行。在其他实施例中，标记可以放置在受试者的表面上，并且这些标记可以用于确定目标区的位置。所述指令的执行还令所述处理器执行使用所述目标区的位置将电离辐射引导向所述目标区的步骤。引导电离辐射从而使电离辐射通过所述剂量计。电离辐射通过所述目标区和所述剂量计。在这一方面，所述剂量计因此可以用于估计通过所述目标区的电尚福射的量。所述指令的执行还令所述处理器执行使用磁共振成像系统从根据之前权利要求中的任一项所述的剂量计来采集磁共振数据集的步骤。所述剂量计处在成像区内。所述指令的执行还令所述处理器执行根据磁共振数据集计算对受试者的电离辐射剂量的步骤。在这一步骤中，从所述剂量计采集的磁共振数据用于推断由受试者接收的辐射的剂量。可以计算在目标区中接收的电离辐射的量，并且也可以计算围绕目标区的受试者区域的电离辐射的量。例如，在治疗期间，在那里，将癌细胞作为目标，理解或具有由健康组织接收的辐射量的准确信息是有利的。在另一实施例中，与引导电离辐射束的步骤同时地采集磁共振数据集并计算剂量。所述指令的执行还令所述处理器根据剂量调整辐射束的定位、形状和/或强度中的任一项。可以根据辐射束的类型，不同地实现辐射束的这些备选。例如，对于带电粒子，可以使用磁场、带电粒子光学器件、准直器以及衰减器来修改辐射束。物理地移动辐射源也可以对辐射束产生影响。这一实施例是特别 有利的，因为将电离辐射的剂量用于调整和引导辐射束的定位和/或强度。例如，可以调整辐射束的位置来减小对健康组织的损伤。
在另一实施例中，根据磁共振数据集计算目标区中电离辐射的剂量。在另一实施例中，所述指令还令所述处理器根据在目标区中电离辐射的剂量来调整辐射束的定位、形状和/或强度中的任一项。在另一实施例中，确定目标区的位置的步骤通过使用手术前确定的配准的坐标系来完成。在另一实施例中，确定目标区位置的步骤通过根据磁共振数据确定目标区的位置来实现。 在另一实施例中，所述指令还令所述处理器执行根据磁共振数据计算在受试者中体内的剂量分布地图(map)的步骤。如在本文中所使用的，剂量分布地图包括这样的地图:其绘制了在受试者的不同区域中的剂量。可以通过使用在特定时间的电离辐射束的位置的信息，以及如由所述剂量计测量的也作为时间函数的剂量的信息，来计算所述剂量分布地图。在一些实施例中，可以根据磁共振数据计算由受试者造成的辐射的衰减或吸收。亦即，磁共振数据可以用于读出由所述剂量计接收的剂量以及用于估计辐射束穿过的组织的类型。这一受试者解剖结构的信息可以用于帮助计算所述剂量分布地图。在另一实施例中，所述指令还令所述处理器执行将电离辐射引导通过根据本发明实施例的第二剂量计的步骤。所述第二剂量计处在成像区内。所述指令还令所述处理器执行根据磁共振数据计算在受试者中的剂量吸收地图的步骤。剂量吸收地图是这样的地图或图像:其显示受试者的哪些区域吸收辐射的特定的剂量。可以计算出所述剂量吸收地图，因为由剂量计之一接收的剂量可以从第二个减去。这给出了多少电离辐射被受试者吸收的直接测量。所述剂量吸收地图也可以用于计算在受试者中的剂量分布地图。在另一方面中，本发明提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括机器可执行指令，所述机器可执行指令用于由计算机系统的处理器执行从而控制根据本发明的实施例的治疗设备。所述治疗设备包括磁共振成像系统，所述磁共振成像系统适于在成像区中采集磁共振数据集。所述治疗设备还包括电离辐射源，所述电离辐射源适合将电离辐射的射束引导向受试者体内的目标区。成像区包括所述目标区。所述指令的执行令所述处理器执行使用所述目标区的位置将电离辐射的射束引导向所述目标区的步骤。所述指令的执行还令所述处理器执行使用所述磁共振成像系统从根据之前的权利要求中的任一项所述的剂量计来采集磁共振数据集的步骤。所述指令的执行还令所述处理器执行根据磁共振数据集来计算对受试者的电离辐射剂量的步骤。
在下文中，将仅通过范例，并且通过参考附图，来描述根据本发明的优选的实施例，在附图中:图1图示了根据本发明实施例的剂量计的使用；图2示出了在图1中示出的图像的截面视图；图3示出了根据本发明的剂量计的实施例；图4示出了根据本发明的剂量计的另一实施例；图5示出了根据本发明的剂量计的另一实施例；图6示出了示意图，其图示了根据本发明的治疗设备；以及
图7示出了流程图，其图示了根据本发明实施例的方法。附图标记列表100受试者102剂量计104受试者支撑物106热隔离层108辐射源110电离辐射300剂量计302分立单 元304热隔离层306外表面308外表面400剂量计402分立单元404热隔离层406外表面408外表面410外表面412外表面500剂量计502外壳/热隔离层504真空端口506支撑物508聚苯乙烯泡沫510压缩聚苯乙烯512填充磁共振辐射剂量计的壳600治疗设备602磁体部分604受试者606受试者支撑物608第一剂量计609第一表面610第二剂量计611第二表面612垫614成像区616目标区618收发器
620射频线圈622通过射频线圈的路径624梯度线圈电源626分裂梯度线圈628辐射源630电离辐射束631射束修改器632射束收集器634辐射源控制系统636计算机系统638硬件接口640处理器642用户接口644计算机存储器646计算机内存648磁共振数据650磁共振图像652剂量分布地图654剂量吸收地图656磁共振成像系统控制模块658辐射源控制模块660目标区定位模块662磁共振成像重建模块664剂量计算模块666剂量分布地图计算模块668剂量吸收地图计算模块
具体实施例方式在这些图中的类似编号的元件或者为等效元件或者执行相同的功能。如果功能是等效的，之前已经讨论的元件不必在后面的图中讨论。图1和图2用于图示根据本发明实施例的剂量计的使用。图1示出了安置在受试者支撑物104上的受试者的侧视图。在受试者与受试者支撑物104之间有剂量计102。剂量计102为真空枕或垫子的形式，其用于将受试者100安置其上。图2与图1相同，除了在图2中，在图1中标记为AB的线的截面在图2中示出。剂量计102显示为具有外部热隔离层106，外部热隔离层106将剂量计102与受试者100热隔离。沿截面线AB，有辐射源108，福射源108生成电尚福射110的射束。电尚福射110显不为芽过受试者100、剂量计102以及受试者支撑物104。特别地，图2图示出了穿过受试者100的辐射也穿过剂量计102。因为福射也穿过剂量计102, 剂量计102可以用于做出对穿过受试者100的电离福射110的准确确定。
图3示出了根据本发明的剂量计300的实施例。在这种剂量计300中，有被布置在连续层中的单元302的集合。为了形成这种连续层，例如分立单元可以是放置在连续层中的正方形、六边形或其他形状。在一些实施例中，分立单元302完全与彼此接触。在其他实施例中，在各分立单元302之间有间隔。热隔离层304围绕分立单元302的连续层。在图3中示出的实施例本质上为平板或毯子。形成连续层的分立单元302的使用允许剂量计300是柔性的。热隔离层304可以用于将分立单元302与受试者热隔离。在图3中示出的剂量计300具有两个不同外表面，外表面306和308，可以引入外表面306和308与受试者的表面接触。图4示出了根据本发明实施例的剂量计400的备选实施例。在图4中示出的实施例中，剂量计400为平板或枕头。有填充磁共振辐射剂量计的分立单元402。分立单元402分散于整个所述剂量计的主体。热隔离层400也作为剂量计400的结构。分立单元402分散在热隔离层404之内。例如，热隔离层404可以为泡沫。例如，为了构建图4的剂量计，填充磁共振辐射剂量计的小球体或壳可以混合到泡沫中，并且之后将泡沫定形。在图4中的视图是切过剂量计400的截面。在图4中示出的剂量计具有四个外表面，406、408、410和412，外表面406、408、410和412接触受试者表面并且作为用于接纳受试者表面的外表面。图5示出了根据本发明的实施例的剂量计500的范例。在这一实施例中，剂量计500为真空枕的形式。所述真空枕具有外壳502，外壳502也起热隔离层的作用。通过真空端口 504，空气或其他气体可以排出所述真空枕。当这种情况发生时，外壳502压缩位于所述真空枕内的聚苯乙烯泡沫508球体。真空枕500被显示为安装到任选的支撑物506。在这一范例中，支撑物506可以设计为其与在磁共振成像系统上的患者支撑物互锁。在所述真空枕的内部，有填充磁共振辐射剂量计的聚苯乙烯泡沫球508和壳512。外壳502压缩聚苯乙烯泡沫球。也示出了若干处于压缩状态下的聚苯乙烯泡沫球510。在这一实施例中，能够看出，通过将填充磁共振辐射剂量计的小壳或球体混合到所述真空枕中，可以构建组合的真空枕和剂量 计。在这一附图中，聚苯乙烯泡沫球508、510显示为未填充的圆。阴影圆512表示填充磁共振辐射剂量计的壳。由于聚苯乙烯球508、510以及壳512数量众多，因此没有标示全部。在图5中示出的视图为切过所述真空枕的截面。图6示出了根据本发明的实施例的治疗设备600的范例。所述治疗设备包括磁共振成像系统和辐射源628。在图6中示出的实施例中，所述磁共振成像系统包括分裂磁体602磁体。在其他实施例中，磁体可以是所谓的开放或环形磁体，或者可以是标准圆柱磁体。磁体部分602是低温冷却的超导磁体。在磁体602的孔径内，受试者604被安置在受试者支撑物606上。有与受试者604的第一表面609接触的第一剂量计608。在受试者604与受试者支撑物606之间，有第二剂量计610。第二剂量计610与受试者604的第二表面611接触。邻近第二剂量计610的是也用于支撑受试者604的两个垫子612。磁体602具有成像区614，成像区614对受试者604的部分和第一剂量计608以及第二剂量计610的部分进行成像。同时在受试者604内部，有目标区616。所述磁共振成像系统也包括射频收发器618。所述射频收发器在一些实施例中可以由分开的发射器和接收器代替。所述射频收发器被连接至射频线圈620。所述射频线圈用于采集磁共振数据。射频线圈620显示为具有用于电离辐射630穿过的通道622。所述磁共振成像系统也包括梯度线圈电源624。磁体部分602的每个具有分裂梯度线圈626的部分。梯度线圈电源624向分裂梯度线圈626的每个部分供给电流。治疗设备600也包括辐射源628。辐射源628表示许多不同类型的辐射源。例如，辐射源628能够生成伽马辐射、X射线辐射、带电粒子、碳原子核、质子以及X射线。电离辐射630被显示为源于辐射源628、穿过任选的射束修改器631、穿过第一剂量计608、穿过受试者604、穿过目标区616、穿过第二剂量计610并且之后最终进入射束收集器632。辐射源628以及所述射束修改器被显示为由辐射源控制系统634控制。辐射源控制系统634可以为射束修改器631和辐射源628生成控制命令。射束修改器631包括用于射束成形、衰减和/或路径修正的部件。所述射束修改器也可以包含用于物理移动或调整电离辐射束630的器件。例如，631也可以包括用于所述辐射源的射束对象和准直器。射束修改器631可以包括多叶准直器以提供电离辐射630的保形成形。辐射源控制系统634、射频收发器618以及梯度线圈电源624显示为被连接至计算机系统636的硬件接口 638。计算机系统636作为用于治疗设备600的控制系统。计算机系统636还包括处理器，所述处理器被连接至硬件·接口 638和用户接口 642。用户接口 642包括适于允许操作员与计算机系统636交互的部件和接口。例如，用户接口 642可以包括键盘和鼠标。用户接口 642也可以包括显示器以用于显示图像和显示用于治疗设备600的控制消息。处理器640也显示为被连接至计算机存储器644和计算机内存646。计算机存储器644显示为包含磁共振数据648。磁共振数据648由所述磁共振成像系统采集。计算机存储器644显示为还包含磁共振图像650。磁共振图像650从磁共振数据648重建。计算机存储器644显示为还包含剂量分布地图。已经使用磁共振数据648计算了剂量分布地图652。计算机存储器644显示为还包含剂量吸收地图654，已经从磁共振数据648计算了剂量吸收地图654。计算机内存646被显示为包含磁共振成像系统控制模块656。磁共振成像系统控制模块656控制所述磁共振成像系统的操作和功能。计算机内存646显示为还包含辐射源控制模块658。辐射源控制模块658包含软件，所述软件生成控制编码，所述控制编码经由硬件接口 638发送至辐射源控制系统634。计·算机内存646被显示为还包含目标区定位模块660。目标区定位模块660在一些实施例中能够使用磁共振图像650以用于确定目标区616的定位。在其他实施例中，目标区定位模块660获取外·部数据或参考点并且使用这些来定位目标区616。计算机内存646显示为还包含磁共振·成像重建模块662。磁共振成像重建模块662获取磁共振数据648并且重建磁共振图像650。计算机内存646被显示为还包含剂量计算模块664。所述剂量计算模块能够使用磁共振数据648计算在目标区616中和/或在受试者604周围区域中的剂量。计算机内存646被显示为还包含剂量分布地图计算模块666。剂量分布地图计算模块666使用磁共振数据648来计算剂量分布地图652。剂量分布地图计算模块666使用从第一剂量计608和/或第二剂量计610采集的磁共振数据。计算机内存646被显示为还包括剂量吸收地图计算模块668。剂量吸收地图计算模块668使用磁共振数据648来计算剂量吸收地图654。应当注意，其他实施例也是可行的。例如，辐射治疗和所述磁共振成像系统的控制可以是分开的。如在之前提到的，单个计算机系统和/或处理器可以代表多个计算机系统和/或处理器。另外，辐射治疗计划或处置计划的剂量计算和调节可以由分开的计算机系统执行。
为了对凝胶成像，能够利用具有回波间隔回波时间TE=35ms、重复时间TR=435ms以及四次重复(切片厚:6mm、视场F0V=192X192mm2、像素尺寸:1.5X1.5mm2)的8回波多自旋回波序列来扫描凝胶，得到每切片2分钟57秒的总采集时间。为了获得R2图像，也能够使用多自旋回波序列，以相位交替移相(PHAPS)和32等距回波次数来扫描凝胶(1.5特斯拉整体扫描器、TE=20-640msec.;TR=1 Isec ；F0V=120X120mm2 ;矩阵尺寸[MS]=256)。梯度链允许将涡流带入稳定状态。设置梯度方案以再聚焦切片，在第一 180°再聚焦脉冲之前选择梯度，因此避免了在z方向上测量的R2值的正弦调制。可以执行经由梯度重排序方案的温度漂移的补偿。能够使用Fricke剂量计的MR系统的一般要求可以是: 应当可以提供用于成像的MR成像和质量控制流程 具有足够SNR的高分辨率剂量地图导致对于凝胶MR扫描的高要求(例如最佳的序列参数、RF的均匀性)
通过应用梯度链来补偿涡流效应以便将涡流引入稳定状态 经由中心梯度表重排序方案的温度漂移补偿(确定在基图像中总体强度的重要数据在扫描循环的开始阶段中被采样，最终R2地图对应凝胶的初始温度:因此能够通过使用在相同环境温度获取的校准曲线从R2地图获取剂量地图) 分辨率:不能太低以致不能取得对于剂量测量的合理SNR:通常像素尺寸1.0-1.5mm,切片厚3_5mm (考虑SNR损失，最低1X0.5X0.5mm3可行)Fricke凝胶或剂量计能够用于探测电离辐射，因为辐射令亚铁离子氧化为顺磁性的三价铁离子。这改变了自旋-自旋弛豫率和自旋-晶格弛豫率。所产生的三价铁离子的量依赖于吸收的能量。在Fricke凝胶中，对于辐射后t < 3h，扩散是可忽略的。另外，Fricke凝胶在宽的剂量范围上为水当量(对于组织当量剂量估计是良好的)。在Fricke凝胶中，在照射后(多至50分钟)，氧化过程稳定下来，但是这种效应能够由瞬时校准曲线进行补偿。在多至大约50-75Gy处，Fricke凝胶存在线性剂量依赖性。这对于临床应用是足够的。新配方具有低于大约0.006Gy的剂量限制(水的Fricke溶液在低剂量处更不敏感，在大约500Gy处饱和)。Fricke凝胶的生产非常简单。在水的Fricke溶液中，充分地建立了三价铁离子的弛豫和化学产率，从而能够无需校准地将NMR或MRI的Fricke辐射剂量测定用作绝对剂量计。当混合到凝胶基质中时，弛豫模型的细节某种程度上变得更复杂。用于Fricke凝胶的新配方允许长时间的储存(甚至能够在6个月后(当保持冷藏时)使用PVA-FX凝胶，虽然这是不推荐的)。多聚物剂量计可以包括明胶水凝胶，共聚单体丙烯酰胺和N，NS-亚甲基-双丙烯酰胺溶解在所述明胶水凝胶中。当照射凝胶时，水分子分离为游离HO根和H根，所述游离HO根和H根攻击共聚单体的双键。生长反应紧接这种初始反应，在所述生长反应中，共聚单体根攻击其他共聚单体，之后这形成多聚链。由于交联剂的高组分，N，NS-亚甲基-双丙烯酰胺相对于丙烯酰胺，多聚物结构不是线性的，但是形成了小的3D多聚物集合。所得的反应是剂量依赖的。因为这些多聚物集合影响周围水分子的移动性，根据Bloembergen-Pound-Purcell理论，空间剂量分布导致空间T2分布。多聚物剂量计，根据成分，也能够是水等效物。多聚物剂量计可以具有比Fricke凝胶更高的剂量灵敏度，但是也比Fricke凝胶更难生产。存在用于多聚物凝胶的许多不同配方/材料成分，例如: 与三价铁离子的络合的二甲酚橙(FBX) BANG (双丙烯酰胺丙烯酰胺氮明胶)型凝胶为明胶水凝胶，在其中，溶解了共聚单体丙烯酰胺和N，NO-亚甲基-双丙烯酰胺 聚丙烯酰胺和胶质(PAG)凝胶 MAGIC (甲基丙酸烯(MAA) 由铜引发的在胶质中的抗坏血酸维生素C (AscA) MAGAS (MAA,具有 AscA 的胶质) MAGAT (MAA,胶质和THPC)多聚物凝胶剂量计 PAGAT为常氧PAG型凝胶，其使用四[羟甲基]氯化磷(THPC)来清除污染性的游离氧根 PRESAGE为辐射性铬的多聚物剂量计，其包含清晰的聚亚安酯基质，所述清晰的聚亚安酯基质包含隐色染料(隐色孔雀绿)，当暴露于电离辐射时，所述隐色染料(隐色孔雀绿)经历变色图7示出了流程图，其图示了根据本发明的方法的实施例。在步骤700中，确定了目标区的位置。通过先验知识确定目标区的位置或使用磁共振数据获取目标区的位置。在步骤702中，将电离辐射的射束引导向目标区。在步骤704中，采集磁共振数据。在步骤706中，计算对受试者电离辐射的剂量。通过从根据本发明实施例的剂量计采集磁共振数据来计算对受试者的电离辐射的剂量。下文描述了用于使用辐射测量患者固定物的计算机磁共振和辐射治疗设备以及用于在图7中图示的方法的工作流程的范例。仅示出了涉及提出的设备的使用的工作步骤。如果必要，能够在任何阶段打断所述工作流程并且在步骤14处结束所述工作流程。1.在包括质量控制和特性记录(例如生产日期、成分、批号、灵敏度特性)的精确控制条件下生产辐射敏感材料2.在控制条件(例如温度、光照、持续时间)下运输和存储3.在应用采用(整体的)剂量计(例如电离室)之前即刻，根据关于材料生产和储存的处理可靠性，在测试区域中(不在患者FOV内)验证和/或校准凝胶特性4.在接近患者处应用辐射测量的材料5.设置成像参数(即MR序列，几何形状)6.使用MR预扫描以验证患者的正确位置，目标区和辐射测量材料，以及合适的成像设置(例如FOV尺寸)7.验证和设置处置参数(例如患者、剂量、定时、目标区)8.照射目标和辐射测量材料，并同时对目标和辐射测量材料进行MR成像(实时成像)。根据目标位置，能够设置FOV并且能够在目标和辐射测量材料区域转换FOV (例如对目标和相对于辐射治疗射束入射角的目标前方/后方区域进行交替成像)9.使用灵敏度特性、校准结果、处置和成像条件(例如照射定时、总持续时间、温度、MR序列设置)将图像对照(测量的弛豫次数)变换为剂量信息。
10.计算/重建和显示积累的/整体的剂量(后处理，滤波(例如中值)，可能地考虑器官运动)
11.计算/重建和显示增加的剂量(例如每次间隔、每次照射角度)(可能地考虑器官运动)12.验证处置参数和处理(例如剂量、患者/目标位置)13.从步骤8重复直到处置完成14.存储处置信息(例如测量的剂量、福射测量材料信息、一般临床记录)以用于质量保证并且可能地用于适应处置计划的目的如果必要，能够在任何阶段打断上述工作流程并且在步骤14处结束上述工作流程。尽管在附图和之前的描述中图示并描述了本发明，这样的图示和描述被认为是说明性或示范性的并且不认为是限制性的；本发明不限于所公开的实施例。在实践声明的发明中，本领域技术人员通过研究附图、公开和所附权利要求能够理解和实现对公开的实施例的其他变化。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他部件可以执行在权利要求中列举的若干项的功能。事实上在互不相同的从属权利要求中列举的特定措施不意味着不能组合这些措施以获益。计算机程序可以存储/分配在合适的介质上，所述合适的介质诸如与其他硬件一同提供或作为其他硬件的部分提供的光学存储介质或固态介质，但是所述计算机程序也可以以其他形式分配，诸如经由互联网或其他有线或无线的通信系统。在权利要求中的任何参考不应解释为限制范围。
权利要求
1.一种用于在磁共振成像引导的辐射治疗会话期间测量对受试者(100、604)的辐射剂量的剂量计(102、300、400、500、608、610)，所述剂量计包括: -外表面(106、306、308、406、408、410、412)，其适于接纳所述受试者的表面(609、611)，以及 -分立单元(302、402、512 ),每个所述分立单元填充有磁共振福射剂量计。
2.根据权利要求1所述的剂量计，其中，所述剂量计还包括在所述外表面与所述分立单元之间的热隔离层(106、304、404、502)。
3.根据权利要求1或2所述的剂量计，其中，所述剂量计为真空枕(500、610)，其中，所述剂量计还包括聚苯乙烯泡沫球(508、510),其中，所述分立单元每个包括填充有所述磁共振辐射剂量计的壳(512)，其中，在所述真空枕内，将所述分立单元与所述聚苯乙烯泡沫球混合。
4.根据权利要求2所述的剂量计，其中，所述剂量计为平板(400)，并且其中，所述分立单元(402)均匀地分散在所述热隔离层(404)之内。
5.根据权利要求2所述的剂量计，其中，所述剂量计为毯子(300)，其中，所述分立单元(302)被布置在连续层中，并且其中，所述热隔离层(304)围绕所述连续层。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的剂量计，其中，所述剂量计适于安装到磁共振成像系统的患者支撑物。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的剂量计，其中，所述剂量计包括两部分(608、610)，其中，所述两部分中的每个具有外表面，所述外表面适于接纳所述受试者的两个相对表面。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的剂量计，其中，所述磁共振剂量计是如下中的任一种=Fricke剂量计和多聚物剂量计。
9.一种治疗设备，包括: -磁共振成像系统(602、606、618、620、624、626、636)，其适于从成像区(614)采集磁共振数据(648)集； -电离福射源(108、628),其适于将电离福射(110、630)的射束引导向受试者(100、604)之内的目标区(616)； -具有处理器(640)的计算机系统(636)； -计算机可读存储介质(644、646)，其包含用于由所述处理器执行的机器可执行指令(656、658、660、662、664、666、668);以及 -根据前述权利要求中的任一项所述的剂量计， 其中，所述指令的执行令所述处理器执行如下步骤: -确定(700)所述目标区的位置， -使用所述目标区的位置将电离辐射的所述射束引导(702)向所述目标区中，其中，弓丨导所述电离辐射从而使得所述电离辐射通过所述剂量计， -从所述磁共振成像系统的所述剂量计(102、300、400、500、608、610)采集(704)磁共振数据(648)集，其中，所述剂量计至少部分处在所述成像区之内， -根据所述磁共振数据集计算(706)对所述受试者的电离辐射的剂量。
10.根据权利要求9所述的治疗设备，其中，与引导电离辐射的所述射束的步骤同时地采集所述磁共振数据集并计算所述剂量，并且其中，所述指令的执行还令所述处理器根据所述剂量调整所述辐射束的形状和/或定位和/或强度中的任一项。
11.根据权利要求10所述的治疗设备，其中，根据所述磁共振数据集来计算所述目标区中的电离辐射的剂量。
12.根据权利要求9到12中的任一项所述的治疗设备，其中，确定所述目标区的位置的步骤是通过如下中的任一项实现的:使用手术前确定的配准的坐标系以及根据所述磁共振数据确定所述目标区的位置。
13.根据权利要求9到13中的任一项所述的治疗设备，其中，所述指令还令所述处理器执行根据所述磁共振数据来计算所述受试者中的剂量分布地图(652)的步骤。
14.根据权利要求9到14 中的任一项所述的治疗设备，其中，所述指令还令所述处理器执行将所述电离辐射引导通过第二剂量计，所述第二剂量计为根据权利要求1到9中的任一项所述的剂量计，其中，所述第二剂量计至少部分处在所述成像区之内，其中，所述指令还令所述处理器执行根据所述磁共振数据计算所述受试者中的剂量吸收地图(654)的步骤。
15.一种计算机程序产品，其包括机器可执行指令(656、658、660、662、664、666、668),所述机器可执行指令用于由计算机系统(636)的处理器(640)来执行以控制治疗设备(600);其中，所述治疗设备包括适于在成像区(614)中采集磁共振数据(648)集的磁共振成像系统(602、606、618、620、624、626、636);其中，所述治疗设备还包括适于将电离辐射(110、630)的射束引导向在受试者(100、604)之内的目标区(616)的电离辐射源(108、628);其中，所述成像区包括所述目标区；并且其中，所述指令的执行令所述处理器执行下述步骤: -确定(700)所述目标区的位置， -使用所述目标区的位置将电离辐射的所述射束引导(702)向所述目标区， -使用所述磁共振成像系统从根据前述权利要求中的任一项所述的剂量计来采集(704)磁共振数据集， -根据所述磁共振数据集来计算(706)对所述受试者的电离辐射的剂量。
全文摘要
一种用于在磁共振成像引导的辐射治疗会话期间测量对受试者(100、604)的辐射剂量的剂量计(102、300、400、500、608、610)，所述剂量计包括适于接纳所述受试者表面(609、611)的外表面(106、306、308、406、408、410、412)，以及每个填充磁共振辐射剂量计的分立单元(302、402、512)。
文档编号G01T1/04GK103096975SQ201180043141
公开日2013年5月8日 申请日期2011年9月7日 优先权日2010年9月9日
发明者F·乌勒曼 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司