前瞻性適應性輻射治療計劃的製作方法

2023-09-15 00:26:40

專利名稱：前瞻性適應性輻射治療計劃的製作方法
前瞻性適應性輻射治療計劃本發明涉及醫學領域、成像領域、磁共振領域以及相關領域。本發明特別應用於輻 射治療，並且特別參考其來進行描述。在輻射治療中，對腫瘤或含有癌性或惡性組織的其他區域施加空間靶定劑量的電 離輻射。正在生長和快速繁殖的癌細胞傾向於與正常細胞相比更容易受到來自電離輻射的 損傷的影響，並且因此，被通過正確的計劃施予的更高的劑量加強，所施加的輻射優先地殺 死癌性或惡性組織。儘管如此，電離輻射對惡性細胞和健康細胞這兩者都有害，因此，對於 在限制對健康組織的附帶損傷的同時將有效的輻射治療施加於惡性腫瘤而言，輻射的精確 的空間靶定很重要。還典型地通過在持續幾天、幾周或幾個月的一系列會話中執行輻射治 療而控制對健康組織的損傷，並且期望對健康組織的輻射損傷可以在處理會話之間的時間 間隔期間癒合。有時候把將輻射治療會話分布在長期的時間段上的這種技術稱為分次輻射 治療，並且，有時候把每個會話叫做輻射治療組分。在輻射治療中，以結合而產生集中於將被處理的腫瘤或其他區域的靶定總輻射劑 量空間分布的方式在圍繞對象的角位置處施加輻射束，同時保持某些輻射敏感的關鍵器官 的累積照射低於安全閾值。通過使用圍繞對象分布的多個固定輻射源或通過使諸如線性加 速器(Iinac)的單輻射源圍繞對象旋轉(即斷層攝影術)，可以實現角覆蓋。預先針對特定 對象基於所採集的該對象的成像數據計劃輻射治療。典型地，計算機斷層攝影(CT)成像被 用於輻射治療計劃，儘管還可以除CT外或代替CT利用諸如磁共振(MR)或正電子發射斷層 攝影(PET)的其他成像模態。Brilliance Big Bore CT掃描器(可從荷蘭艾恩德霍芬 的Koninklijke Philips Electronics N. V.獲得)是適用於採集輻射治療計劃圖像的說 明性CT掃描器。BrillianCeTMBig Bore CT掃描器具有85cm的患者孔徑，該患者孔徑大 到足以容納布置在典型輻射治療位置的患者。為了計劃輻射治療會話，在圖像中描繪腫瘤或其他目標，還描繪必須限制其輻射 劑量的輻射敏感器官或區域。計算機仿真或其他電子計算被用於考慮到關於各種組織的輻 射衰減或吸收特性的已知信息而優化輻射束空間輪廓和強度，以將輻射集中於目標，同時 使敏感器官或區域的照射最小化。一種用於執行這種圖像引導的輻射治療的適當輻射治療 計劃系統是Pinnacle 輻射治療計劃系統(可從荷蘭艾恩德霍芬的Koninkli jke Philips Electronics N. V.獲得)。輻射治療計劃過程是計算密集的，並且典型的輻射治療計劃序 列可能花費半小時至幾小時來執行。計劃CT掃描器或其他計劃成像模態典型地與線性加速器(Iinac)或其他輻射治 療系統物理地分離。因此，對對象進行成像，隨後進行輻射治療計劃以生成輻射治療計劃， 隨後在大量的輻射治療組分或會話期間執行輻射治療計劃。鑑於輻射治療計劃的長期的持 續時間，在單個會話中執行計劃成像和輻射治療這兩者通常是不可能的。相反，在成像之 後，患者回家或去他或她的病房，並且稍後返回以進行第一輻射治療會話。在每個輻射治療 會話開始時，患者在輻射治療系統中被定位在與在成像系統中和與在任何先前輻射治療會 話中相同的位置(在切實可行的範圍內)。在理論上，這確保了輻射治療計劃貫穿所有輻射 治療會話仍然有效。
實際上，這種樂觀的觀點常常並不讓人滿意。即使假設對於成像和對於每個輻射 治療會話而言患者被精確地以相同的方式定位，也仍然存在著解剖結構可能在各會話之間 變化的許多方式。體內器官可能隨著時間的推移而移位；膀胱以及其他體內流體容器為排 空或充盈；胃內容物從一個會話至另一個會話變化；可能形成使解剖結構變化的脹氣或氣 囊；等等。此外，腫瘤或其他惡性腫瘤可能縮小(輻射治療的典型目的)或擴大(如果儘管 進行了輻射治療或其他處理，癌還繼續生長，或者如果腫瘤由於輻射治療導致的炎症效應 而擴大)。在現有的輻射治療技術中，存在著解決這些解剖結構變化的兩種原則方式。在一 種方法中，完全不採取補救行動。最多，可以在每個輻射治療會話之前對患者進行成像，以 證實患者被正確地定位且證實自上一次會話起未發生禁止的大規模的解剖結構變化。如果 發生較小規模的變化，那麼醫師或其他醫務人員作出在不管所觀察到的解剖結構變化的情 況下執行最新的輻射治療會話是否安全和合適的判斷(可能由客觀臨床指南指導)。另一種方法是貫穿分次輻射治療而不時地重複成像和輻射治療計劃。由於輻射治 療計劃過程的長度，對對象進行成像並且立即生成輻射治療計劃通常是不切實際的。作為 替代，對於每個輻射治療計劃更新，患者都必須訪問成像設施，然後回家或回到他或她的病 房等待輻射治療計劃，並且然後返回以進行下一個預定的輻射治療會話。這對於患者而言 不方便且費時，並且醫師或其他醫務人員也必須花費相當多的時間重複漫長的輻射治療計 划過程。更進一步，通過重複的輻射治療計劃而提供的補救只是部分有效的。重複輻射治 療計劃可以適應在長期的時間段上緩慢發生的諸如腫瘤縮小的解剖結構變化。然而，對於 諸如可能在最新重複的計劃成像和下一個輻射治療會話之間的時間間隔內發生的較短期 的解剖結構變化，重複的輻射治療計劃可能不正確。短期的解剖結構變化可能由於膀胱水 平的變化、不同的胃內容物、體內脹氣等而發生。本發明提供克服上述問題及其他問題的新型改進的裝置及方法。根據一個公開的方面，公開了一種治療方法，包括執行治療計劃過程，以基於對 象的計劃圖像以及對象的一個或多個可預見的變化而生成多個治療計劃；以及根據所述多 個治療計劃中的選定一個對對象執行治療會話。根據另一個公開的方面，公開了一種數字存儲介質，該數字存儲介質存儲可與治 療給予裝置協同執行以執行在前一段落中記載的方法的指令。根據另一個公開的方面，公開了一種系統，其包括治療計劃器，其被配置為基於 分割成描繪對象的特徵的片段的計劃圖像構建治療計劃；預測計劃適應模塊，其被配置為 調整所述片段以表示對象的可預見的變化並調用治療計劃器來構建與所述可預見的變化 相對應的治療計劃；以及數據存儲器，其用於存儲由治療計劃器和預測計劃適應模塊基於 對象的至少一個計劃圖像針對對象生成的多個治療計劃。根據另一個公開的方面，公開了一種系統，其包括預測計劃適應模塊，其被配置 為通過將輻射治療計劃器應用於(i)被分割成描繪將被輻照的目標特徵和影響輻射透射 或其輻射照射受到約束或限制的一個或多個關鍵特徵的片段的對象的計劃圖像以及(ii) 其中所述片段被調整為表示對象的一個或多個可預見的變化的所述計劃圖像而生成多個 輻射治療計劃；以及輻射治療計劃選擇器，其被配置為基於為輻射治療會話作準備而採集的準備輻射治療圖像選擇所述多個輻射治療計劃之一以用於在治療會話中使用。一個優點在於，提供了針對分次輻射治療的更準確的輻射治療計劃。另一個優點在於，適應了在分次輻射治療的過程期間發生的對象的變化。另一個優點在於，輻射治療計劃對對象的可預見的變化的計算高效的預測適應。在閱讀並理解下列詳細描述的基礎上，進一步的優點將對本領域普通技術人員顯 而易見。

圖1圖解顯示分次輻射治療系統；圖2圖解顯示用於使用圖1的系統來生成多個預測的適應的輻射治療計劃的方 法；圖3圖解顯示用於使用圖1的系統來選擇針對給定輻射治療會話的最合適的輻射 治療計劃的方法。參考圖1，輻射治療系統包括適用於採集用於計劃輻射治療的計劃圖像的成像模 態10。在一些實施例中，成像模態10是計算機斷層攝影(CT)掃描器，諸如Brilliance Big Bore CT掃描器(可從荷蘭艾恩德霍芬的Koninkli jke Philips Electronics N. V.獲 得)。可以使用其他CT掃描器，以及其他成像模態，諸如正電子發射斷層攝影(PET)、磁共 振(MR)、單光子發射計算機斷層攝影(SPECT)等。在某些監管的管轄之下，CT的使用是輻 射治療計劃的強制性組成部分。成像模態10還可以是實現為獨立型掃描器或諸如混合型 SPECT/CT掃描器的混合型掃描器的多個不同的成像模態，諸如CT和PET。所採集的圖像被存儲於圖像存儲器12中，並且被特徵分割器14分割，以識別描繪 將被輻照的目標特徵和影響輻射透射或其輻射照射受到約束或限制的一個或多個關鍵特 徵的片段。如本文所使用的，術語「關鍵特徵」表示影響輻射透射或其輻射照射受到約束或 限制的任何解剖結構特徵。例如，將被輻照的目標特徵可以是癌性腫瘤或其他惡性腫瘤，並 且一個或多個關鍵特徵可以包括例如心臟、肺或輻射敏感的體內器官或者影響(在這種情 況下為阻礙)輻射透射的金屬植入物。如本文所使用的，術語「分割」以及類似的術語是指 描繪目標特徵和描繪影響輻射透射或其輻射照射受到控制或限制的關鍵器官的特徵的任 何算法、技術或者用戶接口設備或系統。通過採用基於諸如邊緣的圖像特性、具有類似的強 度或灰度級的像素或體素的連接分組等在圖像中識別相關區域的算法，可以使分割部分地 或完全地自動化。分割可以是部分地或完全地手動的，例如提供顯示圖像切片的用戶界面， 其中醫務人員可以在該界面上使用滑鼠指針等來識別和描繪目標特徵和鄰近的關鍵特徵。 還可預期將自動算法與手動調整或輸入結合的半自動分割技術。特徵分割器14可以例如 由計算機或其他數字處理器P體現，該計算機或其他數字處理器P包括或可操作地連接到 用於顯示圖像切片或繪製的適當的顯示器D以及啟用用於定義或調整特徵描繪片段的用 戶輸入的諸如鍵盤、滑鼠、跟蹤球、跟蹤板、觸摸敏感屏幕等的一個或多個用戶輸入設備N。輻射治療計劃器16接收分割成描繪將被輻照的目標特徵和影響輻射透射或其輻 射照射受到約束或限制的一個或多個關鍵特徵的片段的計劃圖像，並且基於經分割的計劃 圖像連同關於片段的組織的輻射衰減或吸收信息、關於向將被輻照的目標特徵給予的累積 輻射劑量的定量規範和關於對輻射照射受到約束或限制的關鍵特徵的輻射照射的定量約 束或限制的定量規範並且任選地還基於與構建輻射治療計劃相關的其他信息來構建輻射 治療計劃。在一些實施例中，輻射治療計劃器16適當地體現為執行定義Pinnacle 輻射治療計劃系統(可從荷蘭艾恩德霍芬的Koninklijke Philips Electronics N. V.獲得)的 軟體的計算機或其他處理器P。從經分割的一個或多個計劃圖像生成輻射治療計劃是計算密集的過程。在一些實 施例中，輻射治療計劃器16可能花費半小時至十個小時或者更久來從經分割的一個或多 個計劃圖像生成輻射治療計劃。由輻射治療計劃器16從經分割的計劃圖像生成的輻射治 療計劃在本文中被稱為基礎輻射治療計劃，並且該基礎輻射治療計劃被存儲在輻射治療計 劃數據存儲器18中，以便稍後用於控制輻射治療會話。基礎輻射治療計劃適用於只要在 採集一個或多個計劃圖像和執行輻射治療會話之間的中間時期中對象未發生顯著的變化， 就對對象執行輻射治療會話。然而，實際上，在採集一個或多個計劃圖像和執行輻射治療會話之間的時間中可 能發生一些變化。此外，分次輻射治療包括在可能持續幾天、幾周、幾個月或更久的長期時 段內執行的一系列分次輻射治療會話，這進一步增大了對象在分次輻射治療的過程期間的 某點處表現出變化的可能性。本文所使用的術語「解剖結構變化」包含對象解剖結構的可 能影響輻射治療的任何變化。解剖結構變化例如包括解剖結構特徵的大小或幾何結構的 變化，諸如腫瘤生長或縮小、膀胱充盈或排空等；由於包括特徵的組織的密度變化而產生的 該特徵的輻射吸收或衰減特性的變化；或者由於諸如金屬板等的插入、諸如闌尾的器官的 手術切除等的外科手術而產生的解剖結構特徵的添加或切除。更一般地，術語「對象的變 化」包含可能影響治療的任何變化，並且包含對象的解剖結構變化以及其他相關變化，諸如 腫瘤的部分壞死。可以通過使用成像模態10採集表現出變化的新的一個或多個計劃圖像並且應用 輻射治療計劃器16生成適應變化的新的輻射治療計劃來說明對象的變化。然而，該方法在 許多情況下是站不住腳的，諸如當經由在開始輻射治療會話之前不久採集的準備圖像探測 變化時、當重複成像成本過高時或當對象的變化大到足以影響輻射治療但又太小而不能證 明重複輻射治療計劃是正當的時。因此，圖1的輻射治療系統包括預測計劃適應模塊20，該預測計劃適應模塊20與 變形特徵模型22協同操作，以使經分割的一個或多個計劃圖像的至少一個片段變形或另 外調整該片段，從而表示對象的可預見的變化。預測計劃適應模塊20然後相應於經調整的 分割的一個或多個計劃圖像而調用輻射治療計劃器16，以便生成適合於在實際發生可預見 的變化的情況下使用的預測的適應的輻射治療計劃。預測的適應的輻射治療計劃被存儲在 輻射治療計劃數據存儲器18中，並且該過程可以任選地重複多次，以生成適合於對象的對 應的多個不同的可預見的變化的多個預測的適應的輻射治療計劃。本文所使用的術語「可 預見的變化」是指被認為在對象中十分有可能發生的對象的任何變化以證明生成適合於該 變化的預測的適應的輻射治療計劃是正當的。可預見的解剖結構變化的一些說明性示例包括將被輻照的腫瘤或其他目標特徵 的縮小的變化程度(由於分次輻射治療的目的是腫瘤在一系列輻射治療會話期間逐漸縮 小而可預見)；將被輻照的腫瘤或其他目標特徵的生長的變化程度(由於輻射治療和其他 腫瘤處理並不總是完全地成功而可預見，並且，可能可預見儘管進行輻射治療或其他腫瘤 處理，腫瘤還可能生長)；體內膀胱的變化的大小(由於膀胱大小隨著所包含的流體量變化 而可預見)；已知具有可變位置的某些關鍵器官的平移運動和/或旋轉運動等。其他可預見的變化可以包括例如響應於腫瘤治療的腫瘤或腫瘤部分的壞死(由於這是輻射治療的 目的而可預見)。輻射治療計劃器16和預測計劃適應模塊20的操作的結果是生成存儲在輻射治療 計劃存儲器18中的多個輻射治療計劃。如果與採集一個或多個計劃圖像時的對象相比，對 象基本上不改變，則基礎輻射治療計劃是適當的。如果對象以與預測的適應的輻射治療計 劃相對應的預見的方式改變，則各種預測的適應的輻射治療計劃是適當的。在開始輻射治療會話時，作出適當的努力以確定對象的狀態。在一些實施例中，在 施加治療輻射之前不久(例如，在同一天，並且優選在一小時之內或者幾小時之前)採集對 象的準備圖像。可以使用與用於採集一個或多個計劃圖像的成像裝置相同的成像裝置10 來採集對象的準備圖像，或者可以使用不同的成像裝置。在一些可預期的實施例中，準備圖 像是使用CT掃描架來採集的錐束CT圖像，該CT掃描架包括與給予治療輻射的設備一起安 裝的或另外與該設備相集成的千伏X射線源和X射線探測器。所採集的準備圖像由特徵分 割器14適當地分割，以識別描繪將被輻照的目標特徵和影響輻射透射或其輻射照射受到 約束或限制的一個或多個關鍵特徵的最新片段。將這些片段與經分割的計劃圖像的對應片 段相比較能夠確定特徵的幾何結構變化、特徵的密度變化(並且因此確定該特徵的輻射吸 收或透射特性的對應變化)或通過手術或其他手段切除特徵或者實現諸如在功能成像的 情況下可探測的區域壞死的功能變化或其他變化。輻射治療計劃選擇器30基於以對象的準備圖像為基礎而識別的變化(如果有的 話)而從存儲在輻射治療計劃數據存儲器18中的多個輻射治療計劃之中選擇最合適的輻 射治療計劃。例如，如果未識別到顯著的變化，那麼，適當地選擇基礎輻射治療計劃。另一 方面，如果準備圖像指示出相當大的腫瘤縮小或生長，則選擇與最新的腫瘤縮小或生長程 度最密切對應的預測的適應的輻射治療計劃。通過使用與關鍵特徵的最新狀態最密切對應 的預測的適應的輻射治療計劃，可以同樣地適應關鍵特徵的所識別的變化。準備圖像是用於識別與輻射治療相關的大多數變化的適當工具；然而，可以使用 其他方法來識別對象的變化。例如，可以使用其他腫瘤診斷或監測技術來探測腫瘤的生長 或縮小。可以基於手術切除的知識而以重複的方式識別諸如阻礙輻射的金屬植入物的關鍵 特徵的手術切除。可以基於流體瀦留測量來估計膀胱擴大。輻射治療計劃選擇器30可以 代替基於一個或多個準備圖像或除基於一個或多個準備圖像外還基於這些變化識別來選 擇最合適的輻射治療計劃。由於各種預測的適應的輻射治療計劃是基於對象的可預見的變化而生成的，因而 可以在開始任何輻射治療會話之前很久調用預測計劃適應模塊20時由輻射治療計劃器16 生成這些各種預測的適應的輻射治療計劃。由此，各種預測的適應的輻射治療計劃在開始 輻射治療計劃時可以是並且優選是可用的。結果，輻射治療計劃選擇器30的操作將很少延 遲或者不將延遲引入輻射治療會話。即，如果使用準備圖像或另一工具來識別預見的變化， 則輻射治療計劃選擇器30選擇已經存在的相關的預測的適應的輻射治療計劃。一旦輻射治療計劃選擇器30選擇最合適的輻射治療計劃，用於給予治療輻射的 適當的裝置32就由適當的輻射治療控制系統34控制，以根據所選擇的最合適的輻射治療 計劃給予治療輻射。例如，在圖示說明的實施例中，輻射治療給予裝置32是斷層攝影線性 加速器(Iinac)，並且，輻射治療控制系統34操作多葉準直器(MLC)或線性加速器32的其他輻射束輪廓成形裝置，以在使線性加速器圍繞對象旋轉時調製束強度和輪廓，以便對對 象給予向目標特徵提供期望的累積輻射劑量同時適當地限制或約束敏感的關鍵特徵的輻 射照射的輻射劑量分布。輻射治療系統的各種模塊和其他計算部件14、16、20、30、34可以由單個數字處理 器、兩個或更多數字處理器、計算機、專用集成電路(ASIC)等各種各樣地體現。例如，所圖 示說明的計算機P可以體現所有計算部件14、16、20、30、34，或者計算機的第一實例可以體 現與成像和計劃相關的計算部件14、16、20，而計算機的第二實例可以實現與輻射治療會話 相關的計算部件30、34等。類似地，數據存儲部件12、18、22可以各種各樣地體現為隨機存 取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、磁性存儲介質(例如磁碟或計算機硬驅動等)、光學存 儲介質(例如CD、DVD或其他光碟)、靜電存儲介質(例如FLASH存儲器)等的各種實例或 者實例的組合。參考圖2，進一步描述輻射治療計劃器16和預測計劃適應模塊20的操作。分割形 式(即，在被特徵分割器14分割之後)的計劃圖像40被輸入至輻射治療計劃器16，以生成 基礎輻射治療計劃，該基礎輻射治療計劃被存儲在輻射治療計劃數據存儲器18中。經分割的計劃圖像40還被輸入至預測計劃適應模塊20。該模塊20識別預測的變 化42，該預測的變化42可以被存儲在預測計劃適應模塊20的內部存儲器中或者可以被用 戶(例如，經由一個或多個用戶輸入設備N)輸入至預測計劃適應模塊20，等等。例如，預測 的變化42可以被存儲為大致球形的腫瘤的平均直徑的一組預見的百分比或分數變化，或 者存儲為流體膀胱的一系列大小和形狀。對於預測的變化42中的第一個，在計算操作44中將經分割的計劃圖像40的片段 調整為一個或多個預測的變形(或者一個或多個密度變化或其他變化)。對於諸如腫瘤縮 小或生長、器官運動、大小或形狀變化等的幾何解剖結構變化，變形操作44任選地利用變 形特徵模型22來對預見的幾何解剖結構變化建模。在一些情況下，單個預見的解剖結構變 化可能需要兩個或更多片段的變形。例如，與擠壓右肺的腫瘤的縮小相對應的預測的解剖 結構變化可以包括描繪腫瘤的片段的大小的減小和描繪右肺的片段的大小的增大這兩者， 並且可能包括描繪右肺的片段的形狀的變化。可以通過調整片段的輻射衰減或吸收來說明 片段的組織密度的變化。可以通過縮小輻射治療的目標區域以排除腫瘤的壞死部分來說明 腫瘤的部分壞死。預測變化操作44的輸出是經調整的分割的計劃圖像46，然後，該經調整的分割的 計劃圖像46被輸入至輻射治療計劃器16，以生成預測的適應的輻射治療計劃，該預測的適 應的輻射治療計劃也被存儲在輻射治療計劃數據存儲器18中。循環、迭代或其他順序處理 操作48使預測計劃適應模塊20相繼地應用預測變化操作44和輻射治療計劃器16的調用， 以生成針對預測的變化42中的每個的不同的預測的適應的輻射治療計劃。在該過程中，調用輻射治療計劃器16來針對對象的每個預見的變化生成不同的 輻射治療計劃。在一些實施例中，每個不同的輻射治療計劃是獨立地生成的，即，與其他所 生成的輻射治療計劃無關。然而，將意識到，對象的預見的變化典型地相對較小。例如，期 望與腫瘤的10%的縮小相對應的預測的適應的輻射治療與基礎輻射治療計劃雖然不等同 但相對相似。因此，輻射治療計劃器16可以任選地利用來自先前生成的輻射治療計劃的信息來產生隨後的輻射治療計劃。例如，在一些實施例中，輻射治療計劃器16從一組初始參數 值(例如，取決於斷層攝影位置的MLC參數)開始迭代地操作，以生成最終的優化參數值。 例如，考慮這樣的說明性示例，其中基礎輻射治療計劃將被生成，連同針對每個下列預見的 腫瘤縮小水平的額外的預測的適應的輻射治療計劃10^^30^^50%以及80%的縮小。在 該說明性示例中，一種適當的方法是首先生成基礎輻射治療計劃。然後，通過將基礎輻射治 療計劃的優化參數用作用於進行優化的初始參數值來針對預見的10%的縮小適當地生成 預測的適應的輻射治療計劃。然後，通過將10%的縮小的預測的適應的輻射治療計劃的優 化參數用作用於進行優化的初始參數值來針對預見的20%的縮小適當地生成預測的適應 的輻射治療計劃，依此類推地生成30%、50%以及80%的縮小的預測的適應的輻射治療計 劃中的每個。如果將針對變化的腫瘤生長百分比生成額外的預測的適應的輻射治療計劃， 那麼可以類似地通過將基礎輻射治療計劃的參數用作初始參數值從最小的百分比生長開 始並朝向更大的腫瘤生長百分比向上計算來生成這些額外的預測的適應的輻射治療計劃。可以使用類似的方法來生成適應可預見的變化的各種組合的輻射治療計劃。例 如，可以針對(i)腫瘤生長或縮小的不同百分比和(ii)膀胱充盈的不同水平的各種可預見 的組合生成輻射治療計劃。可以針對可預見的變化的這種組合利用將早先生成的計劃用 作初始條件或開始點來生成隨後的計劃的任選的方法。取先前的示例，可以將10%、30%、 50%以及80%的腫瘤縮小的計劃用作用於生成包含該腫瘤縮小百分比下的不同膀胱充盈 水平的額外計劃的開始點或初始條件。參考圖3，進一步描述輻射治療計劃選擇器30的操作。在該實施例中，假設輻射治 療選擇器30對已被特徵分割器14分割的經分割的準備圖像50進行操作，以識別描繪將被 輻照的目標特徵和影響輻射透射或其輻射照射受到約束或限制的一個或多個關鍵特徵的 最新片段。輻射治療計劃選擇器30任選地利用變形特徵模型22來將變形擬合適當地應用 於特徵片段，以便在過程操作52中識別解剖結構變化。儘管未圖示說明，但還可以通過對 經分割的準備和計劃圖像40、50中的片段的體素的灰度級進行比較來探測組織密度的變 化(與組織的輻射衰減或吸收的變化相對應)。可以使用能夠提供功能信息的PET或另一 模態來探測功能變化。然後，選擇操作M從輻射治療計劃數據存儲器18選擇最合適的輻 射治療計劃。任選地，選擇操作M可以選擇多於一個最合適的輻射治療計劃。例如，在預 測的輻射治療計劃對於10^^30^^50%以及80%的腫瘤縮小可用的先前示例中，如果腫 瘤的最新片段指示出40%的縮小，那麼選擇操作M可以適當地選擇與30%的縮小相對應 的和與50%的縮小相對應的預測的輻射治療計劃。在這樣的實施例中，插值或求平均過程 60 (在圖3中的虛框中指示，以顯示該任選的操作)適當地對30%的縮小和50%的縮小的 輻射治療計劃的參數值進行插值或求平均，以生成最匹配40%的縮小的最新值的經插值的 預測的輻射治療計劃。作為又一選項，可以對經插值的預測的輻射治療計劃執行驗證操作 62，以確保插值不導致對敏感的關鍵特徵的輻射照射的不被允許的增加或者對目標特徵給 予的輻射劑量的不被允許的減少等。輸出是用於在輻射治療會話中使用的所選擇的輻射治 療計劃66。在分次輻射治療中，在分次輻射治療的預定數量的輻射治療會話之前，重複如圖3 中所圖解描述的由輻射治療計劃選擇器30執行的處理。結果，所選擇的輻射治療計劃66 對於不同的輻射治療會話而言通常不同。關於「通常不同」，其意味著所選擇的輻射治療計劃66對於每個相繼的輻射治療會話而言典型地不同(例如，由於腫瘤從一個會話至另一個 會話逐漸地縮小，因而通常選擇不同的預測的適應的輻射治療計劃)，但在一些實例中，可 以針對兩個或更多不同的輻射治療會話選擇同一計劃(例如，在兩個相繼的輻射治療會話 之間，腫瘤縮小可能可忽略，從而可以針對這兩個相繼的輻射治療會話選擇同一輻射治療 計劃)。所圖示說明的實施例與輻射治療程序和輻射治療計劃相關。然而，所公開的技術 還可以用於其他介入性程序及計劃，諸如高強度聚焦超聲(HIFU)程序及HIFU計劃、近距離 治療、消融程序等。說明性示例是分次或多會話治療程序。然而，所公開的技術還可以在單會話輻射 治療或其他單會話治療程序中使用，其中，根據從治療計劃圖像生成的計劃，一時間間隔將 治療計劃圖像的採集和治療程序的執行分隔開。本文所公開的技術可以在單會話治療程序 中使用，以生成包含可能在成像和程序的執行之間發生的各種可預見的變化的多個治療計 劃。已參考優選實施例描述了本發明。在閱讀並理解前面的詳細描述的基礎上，其他 人員可以進行修改和改變。意在將本發明解釋為包括所有這樣的修改和改變，只要它們落 入所附權利要求書或其等價物的範圍內。
權利要求
1.一種治療方法，包括執行治療計劃過程，以基於對象的計劃圖像和所述對象的一個或多個可預見的變化而 生成多個治療計劃；以及根據所述多個治療計劃中的選定的一個對所述對象執行治療會話。
2.如權利要求1所述的治療方法，還包括確定在所述治療計劃過程的所述執行之後發生的所述對象的實際變化；以及 基於所確定的實際變化選擇所述多個治療計劃中的所述選定的一個。
3.如權利要求1所述的治療方法，其中，治療會話的所述執行包括 採集所述對象的至少一個準備圖像；基於所述至少一個準備圖像選擇所述多個治療計劃中的所述選定的一個；以及 根據所述多個治療計劃中的所述選定的一個對所述對象執行治療。
4.如權利要求3所述的治療方法，其中，所述治療是輻射治療，並且，所述選擇包括 分割所述準備圖像，以識別描繪將被輻照的目標特徵和影響輻射透射或其輻射照射受到約束或限制的一個或多個關鍵特徵的最新片段；以及至少基於所述最新片段選擇所述多個治療計劃中的所述選定的一個。
5.如權利要求3所述的治療方法，其中，所述治療是輻射治療，並且，所述選擇包括 分割所述準備圖像，以識別描繪將被輻照的目標特徵和影響輻射透射或其輻射照射受到約束或限制的一個或多個關鍵特徵的最新片段；以及至少基於所述最新片段的密度特性選擇所述多個治療計劃中的所述選定的一個。
6.如權利要求1至5中的任一項所述的治療方法，其中，所述治療是輻射治療，並且，輻 射治療計劃過程的所述執行包括分割所述計劃圖像，以識別描繪將被輻照的目標特徵和影響輻射透射或其輻射照射受 到約束或限制的一個或多個關鍵特徵的片段； 基於所述片段構建基礎輻射治療計劃； 使至少一個所述片段變形，以表示可預見的解剖結構變化；基於包括經變形的至少一個所述片段的所述片段進一步構建預測的適應的輻射治療 計劃；以及存儲所述多個治療計劃，所述多個治療計劃至少包括所述基礎輻射治療計劃以及通過 所述變形和進一步構建而生成的一個或多個預測的適應的輻射治療計劃。
7.如權利要求6所述的治療方法，其中，所述變形包括使用由經歷所述變形的片段描繪的所述目標特徵或關鍵特徵的變形模型來使至少一 個所述片段變形。
8.如權利要求6至7中的任一項所述的治療方法，其中，針對具有單調遞增或單調遞減 的幅值的多個可預見的解剖結構變化重複所述變形和所述進一步構建，以針對所述多個可 預見的解剖結構變化中的每個構建預測的適應的輻射治療計劃，並且通過將先前構建的預 測的適應的輻射治療計劃的輻射計劃參數用作用於隨後的進一步構建操作的初始參數值 來按照單調遞增或單調遞減的幅值執行進一步構建的重複。
9.如權利要求1至8中的任一項所述的治療方法，其中，治療計劃過程的所述執行包括分割所述計劃圖像，以識別描繪所述對象的特徵的片段；基於所述片段構建基礎治療計劃；調整至少一個所述片段，以反映所述對象的可預見的變化；基於包括經調整的至少一個所述片段的所述片段進一步構建預測的適應的治療計劃；以及存儲所述多個治療計劃，所述多個治療計劃至少包括所述基礎治療計劃以及通過所述 調整和進一步構建而生成的一個或多個預測的適應的治療計劃。
10.如權利要求1至9中的任一項所述的治療方法，其中，將治療會話的所述執行重 復多次，並且所述多個輻射治療計劃中的所述選定的一個對於不同的治療會話而言通常不 同。
11.一種數字存儲介質，其存儲有可與治療給予裝置(3 協同執行以執行如權利要求 1至10中的任一項所述的方法的指令。
12.—種系統，包括治療計劃器(16)，其被配置為基於分割成描繪對象的特徵的片段的計劃圖像構建治療 計劃；預測計劃適應模塊(20)，其被配置為調整所述片段以表示所述對象的可預見的變化並 調用所述治療計劃器來構建與所述可預見的變化相對應的治療計劃；以及數據存儲器(18)，其用於存儲由所述治療計劃器和所述預測計劃適應模塊基於對象的 至少一個計劃圖像針對所述對象生成的多個治療計劃。
13.如權利要求12所述的系統，其中，所述預測計劃適應模塊00)被配置為採用變形 特徵模型02)來調整至少一個所述片段的幾何結構以表示可預見的解剖結構變化。
14.如權利要求12至13中的任一項所述的系統，還包括治療計劃選擇器(30)，其被配置為基於分割成描繪所述對象的最新特徵的最新片段的 準備圖像選擇用於在治療會話中使用的所述多個治療計劃之一。
15.如權利要求12至14中的任一項所述的系統，其中，所述治療計劃器00)和所述預 測計劃適應模塊OO)體現為一個或多個數字處理器(P)。
16.一種系統，包括預測計劃適應模塊(20)，其被配置為通過將輻射治療計劃器(16)應用於(i)分割成描 繪將被輻照的目標特徵和影響輻射透射或其輻射照射受到約束或限制的一個或多個關鍵 特徵的片段的對象的計劃圖像以及(ii)其中所述片段被調整為表示所述對象的一個或多 個可預見的變化的所述計劃圖像而生成多個輻射治療計劃；以及輻射治療計劃選擇器(30)，其被配置為基於為輻射治療會話作準備而採集的準備輻射 治療圖像選擇所述多個輻射治療計劃之一以用於在所述治療會話中使用。
17.如權利要求16所述的系統，還包括所述輻射治療計劃器(16)。
18.如權利要求17所述的系統，還包括特徵分割器(14)，其被配置為將所述計劃圖像分割為所述片段。
全文摘要
治療計劃器(16)被配置為基於分割成描繪對象的特徵的片段的計劃圖像構建治療計劃。預測計劃適應模塊(20)被配置為調整所述片段以表示對象的可預見的變化並調用治療計劃器來構建與所述可預見的變化相對應的治療計劃。數據存儲器(18)存儲由治療計劃器和預測計劃適應模塊基於對象的至少一個計劃圖像針對對象生成的多個治療計劃。治療計劃選擇器(30)被配置為基於為治療會話作準備而採集的準備圖像選擇所述多個治療計劃之一以用於在治療會話中使用。
文檔編號A61N5/10GK102132279SQ200980131566
公開日2011年7月20日 申請日期2009年7月22日 優先權日2008年8月14日
發明者H·舒爾茨, I·C·卡爾森, K·梅茨, R·維姆科, S·揚 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司