成像幾何關係的製作方法

2023-05-02 12:47:46 1

專利名稱：成像幾何關係的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及圖像-引導放射治療系統，特別涉及用於引導放射治療 的成像系統的幾何關係。
背景技術：
放射外科學和放射療法是使用外部放射波束通過將指定放射(如x-射 線或伽馬射線)劑量傳遞到病理組織同時最小化對周圍組織和重要組織結構 (如脊骨腱)的放射暴露來對病理組織進行處理(如癌症、損傷、動脈畸形、 神經錯亂等)的放射治療系統。放射外科學和放射療法兩者都被設計成使病 理組織結構壞死同時不傷害健康組織和重要結構。放射療法以一次治療和多次治療(如30天到50天的治療)的低放射劑量為特徵。放射外科學以在一 次或最多幾次治療中的相對高放射劑量為特徵。在放射療法和放射外科學兩 者中，放射劑量從多個角度被傳遞到病理組織處。由於每一放射波束的角度 都是不同的，每一波束交叉貫穿由病理組織佔用的目標區域，但在其去向或 來自目標區域的路徑中通過健康組織的不同區域。因此，在目標區域中累積 的放射劑量很高，並且到達健康組織和重要結構的平均劑量很低。在用於診斷和治療計劃的預治療成像期間(如使用CT掃描或其他3-D 成像形式，例如MRI或PET)以及在後續的放射治療期間，基於構架的放 射療法和放射外科學治療系統使用硬性植入的立體構架來使患者固定不動。 這些系統只限於顱骨內的治療，因為硬性構架必須被附在與目標區域有固定 的空間關係的骨骼結構上，並且頭骨和腦是僅有的滿足這一標準的組織部 件。在一種類型的基於構架的放射外科系統中，分布式放射源(如鈷60伽馬射線源)被用於產生通過在波束形成裝配中的孔的同步放射波束的近似半 球分布。放射波束的軸成一定角度以在單一的點(治療標準中心)處交叉， 並且所述波束共同形成高密度放射的近似球狀軌跡。分布式放射源需要巨大 的防護罩，並因此設備是巨大的和固定的。由此，系統只限於單一治療標準 中心。在另一類型的基於構架的放射療法系統中，該類型放射療法系統公知為調強適形放射治療(IMRT)，放射治療源是設置在支架結構的x-射線波束設 備(如線性加速器)，該支架結構在旋轉的固定平面上圍繞患者旋轉。IMRT 涉及當放射波束圍繞患者移動時，使用多葉片瞄準儀(來阻擋部分波束)或 補償組塊(來削弱部分波束)來塑造放射波束的穿過部件強度的能力。每一 波束的軸在旋轉中心(治療標準中心)交叉以將劑量分布傳遞到目標區域。 由於支架旋轉的中心不移動，這一類型的系統也只限於單一治療中心。圖像-引導放射療法和放射外科系統(合稱為圖像-引導放射治療(IGRT) 系統)通過跟蹤在預治療成像階段和治療移交階段(治療中階段)之間的患 者位置的改變而消除了對於植入構架固定的需要。這一校正伴隨著在治療移 交階段期間獲取實時立體X-射線圖像並將它們記錄為參考圖像，公知為從 預治療CAT掃描實施的數字重構放射照片(DRR)。 DRR是通過結合來自 CAT掃描部分的數據而產生的並且通過接近實時成像系統的幾何關係的部 分來估計二維(2-D)投影的綜合X-射線。基於支架的IGRT系統將成像x-射線源和探測器添加到位於LINAC的 旋轉平面(從LINAC偏移，如以90度)並且與LINAC—起旋轉的治療系 統。成像x-射線波束通過與治療波束相同的標準中心，因此所述成像標準中 心與治療標準中心一致，並且兩個標準中心在空間固定。圖1說明了圖像-引導、基於機器人技術的放射治療系統100的配置， 例如由加利福尼亞的Accuray公司製造的射波刀放射外科手術系統(CyberKnife Radiosurgery system)。在這一系統中，治療x-射線波束的軌跡 獨立於成像x-波束的位置。在圖1中，放射治療源是設置在機器人臂102的 端部的直線加速器(LINAC) 101，所述機器人臂102具有多個(如5個或 更多個)自由度，以便放置LINAC 101以在患者周圍的操作體的許多平面 的許多角度傳遞的波束來照射病理組織(目標區域或體)。治療可以引入具 有單一標準中心、多個標準中心或具有非標準中心途徑(即波束僅需要與病 理目標體交叉且不必匯聚在目標內部的單一的點或標準中心)的波束路徑。 在圖1中，成像系統包括X-射線源103A和103B以及X-射線探測器(成 像器)104A和104B。典型地，兩個x-射線源103A和103B設置在操作間 的天花板上的固定位置，並且被校準到從兩個不同的角度位置(如分開90 度)來發射成像x-射線波束以在機械標準中心105交叉(其中患者將在治療 期間被放置在治療床106上)並且在通過患者後照射各自探測器104A和 104B的成像表面(如無形態的矽探測器)。圖2說明了放射治療系統100的 幾何關係。典型地，x-射線探測器104A和104B以相互卯度的關係被設置 在操作間的地板109上，並且垂直於它們各自的成像x-射線波束的軸107A 和107B。這一正交立體成像幾何關係可具有很大的精確度，並且可將配準 誤差減少到低於毫米級。然而，當在可能具有不多於9或IO英尺高的天花 板的典型的操作間中進行安裝時，則具有一些與所述成像幾何關係相關的內 在限制。如圖2所示，LINAC101是高度機動的和相對緊湊的，但仍然需要患者 108和操作間的天花板IOO之間存在最小間隔，以便從患者上方施以治療。 由於LINAC可能阻擋成像x-射線波束中的一個，或由於x-射線探測器中的 一個可能阻擋放射治療波束，則也有LINAC不能夠佔用的特定區域。更進 一步地，由於患者必須至少被放置在距離天花板某一最小距離來實現上述通 路，則在患者下方可能沒有足夠的空間來從下方施以治療，即使從患者下方施以的治療將更加有益(例如當患者臉朝上躺時，治療背部區域)。因此， 成像系統的成像中心的位置需要被選為在治療通路和成像通路之間的折衷。


本發明以實例進行舉例說明而並非加以限制，附圖包括圖1說明了傳統的圖像-引導放射治療系統；圖2說明了傳統的成像-引導放射治療系統的幾何關係；圖3A說明了在成像幾何關係的一種實施方式中的成像系統；圖3B說明了圖3A的實施方式的一種應用；圖3C說明了圖3A的實施方式的另一種應用；圖4A和圖4B說明了在成像幾何關係的第二種實施方式中的成像系統;圖5說明了在成像幾何關係的第三種實施方式中的成像系統；圖6說明了在成像幾何關係的第四種實施方式中的成像系統；圖7說明了在成像幾何關係的第五種實施方式中的成像系統；圖8A說明了在成像幾何的第六種實施方式中的成像系統；圖8B和8C說明了結合圖8A的實施方式的治療傳遞系統；圖9A和9B說明了在成像幾何關係的第七種實施方式中的成像系統；圖10是說明在成像幾何關係的一種實施方式中的方法的流程圖；圖11說明了一個可以實施成像幾何關係的實施方式的系統。
具體實施方式
描述了一種在放射治療系統中用於成像幾何關係的設備和方法。在以下 描述中，出於解釋的目的，多個特定細節例如特定組件、設備、方法等被提 出以提供對本發明的全面理解。然而，對於本領域技術人員來說，顯而易見 的是，不需要某些所述特定細節即可實施本發明。在其他情況下，為了避免不必要的遮蔽本發明的實施方式，不對公知的材料或方法進行詳細描述。這 裡使用的術語"耦合"可以表示直接的耦合或者通過一個或多個插接組件或系統間接耦合。這裡使用的術語"x-射線圖像"可以表示可視的x-射線圖 像(如在視頻屏幕上顯示的)或x-射線圖像的數位化標識(如對應於x-射線探測器的像素輸出的文件)。這裡使用的術語"治療中圖像"或"實時圖 像"涉及在放射外科或放射治療過程的治療傳遞階段期間在任意點及時捕獲 的圖像，可以包括在放射源或者開啟或者關閉時的時間。這裡使用的術語IGR涉及圖像-引導放射治療、圖像-引導放射外科，或兩者都涉及。圖3A說明了在與諸如由加利福尼亞的Accumy公司製造的射波刀放射 外科手術系統的基於機器人技術的IGRT系統相關的成像幾何關係的一種實 施方式中的成像系統300。成像系統300包括用以生成第一 x-射線波束302A 和第二 x-射線波束302B的第一對x-射線源301A和301B，其中第一 x-射線 波束的軸303A和第二 x-射線波束的軸303B定義了第一成像平面。成像系 統300也可包括用以生成第三x-射線波束302C和第四x-射線波束302D的 第二對x-射線源301C和301D，其中第三x-射線波束的軸303C和第四x-射線波束的軸303D定義了第二成像平面。第一 x-射線波束302A和第二 x-射線波束302B可以被以第一角度A交叉放置於第一成像中心304。第三x-射線波束302C和第四x-射線波束302D可以被以第二角度A交叉放置於第 二成像中心305。成像系統300還可包括在第一成像平面中的用以探測第一 x-射線波束302A和第二 x-射線波束302B的第一對x-射線探測器306A和 306B，以及包括在第二成像平面中的用以探測第三x-射線波束302C和第四 x-射線波束302D的第二對x-射線探測器302C和302D。因此，如圖3A所示，成像系統300的成像幾何關係可提供位於不同立 面的兩個成像中心304和305。X-射線源301A和301B可位於成像中心之上， 並且x-射線源301C和301D可位於成像中心之下。角度A和A可以被選擇(例如，通過改變在X-射線源之間的間隔和/或X-射線探測器之間的間隔)來確定一個成像中心相對於另一成像中心的位置，以及成像中心相對於x-射線源和x-射線探測器的位置。特別地，角度A和A可以被選擇為相等的角 度(如90度)以使得x-射線波束302A和x-射線波束302B的交叉與x-射線 波束302C和302D的交叉對稱。兩個成像中心、例如成像中心304和305可以建立多個參考治療構架並 從患者上方和從患者下方啟動圖像-引導放射治療。例如，如圖3B所示，x-射線源301A和301B，以及x-射線探測器306C和306D可以被設置在操作 間的天花板307上。X-射線源301C和301D,以及x-射線探測器306A和306B 可以被設置在操作間的地板308上。如果患者309被放置(例如，通過在機 器人床、例如治療床310上移動患者)在第一機械中心304附近，當由機器 人技術來控制的LINAC 311從患者上方的區域312執行放射治療時，患者被 成像。區域312可以包括預定治療節點組或位置，其中LINAC311被放置以 從一個或多個角度實施放射治療。例如，區域312可以包括100個節點，並 且LINAC311可以被放置在每一個節點的12個不同的角度以傳遞總共1200 個單獨的治療波束。在一種實施方式中，在顱骨放射治療的情況下，例如， 區域312可以是中心在患者309頭部的近似半球的區域，其半徑從近似650 毫米到近似800毫米。在替換實施方式中，在對患者309的身體施以放射治 療的情況下，區域312可以是近似圓柱，其半徑從近似900mm到1000mm。 相反地，如圖3C所示，如果患者309被放置在第二機械中心305附近，當 由機器人技術控制的LINAC 311從患者下方的區域313執行治療時，患者可 以被成像，其中區域313可以映射與區域312相同的通用維度。圖3A說明了成像系統300，其中第一成像平面和第二成像平面為共面 平面。第一成像平面和第二成像平面的其他配置可以是有利的(例如，用於 最好地利用操作間中有限的地板空間或減少被阻擋的治療節點的數目)。圖4A說明了系統400的替換實施方式，其中第一成像平面314相對於第二成 像平面315被以角度^旋轉。在一種實施方式中，如圖4B所示的作為系統 400的自上而下的概觀，y可以為90度。圖4B說明了治療床310如何相對 於機器人臂320上的LINAC311，相對於成像平面314和315，並且相對於 機械中心304和305而被以多角度放置。可以理解的是，由系統400配置所 提供的位置的靈活性能消除上述的被阻擋的治療節點的問題。返回圖3A,可注意到x-射線探測器306A可相對於x-射線波束302A的 軸303A以成像角度《放置。相似地，x-射線探測器306B、 306C和306D相 對於x-射線波束302B、 302C和302D的軸303B、 303C和303D以成像角度 《、^和^放置。在一種實施方式中，成像角度《到^可以為90度，從而 x-射線探測器306A到306D的成像表面都垂直於它們各自的x-射線波束的 軸。在另一種實施方式中，成像角度《到&可以為銳角，該銳角被選擇以沿 著在第一成像平面314的基線316放置x-射線探測器306A和306B，並且沿 著第二成像平面315的背線317放置x-射線探測器306C和306D。在一種實 施方式中，基線316和背線317對應於圖3B和3C的天花板307和地板308。在成像幾何關係的一種實施方式中，如圖5所示，成像系統500可包括 三個x-射線源和三個x-射線探測器。在圖5中，第一 x-射線源501A可將具 有軸503A的x-射線波束502A發射到第一 x-射線探測器506A的成像表面 508A上。第二 x-射線源501B可將具有軸503B的x-射線波束502B發射到 第二 x-射線探測器506B的成像表面508B上。X-射線波束502B被與x-射線 波束502A交叉放置，從而軸503B在第一成像中心504以角度a,與軸503A 交叉。第三x-射線源501C可將具有軸503C的第三x-射線波束髮射到第三 x-射線探測器506C的成像表面508C上。X-射線波束502C可以與x-射線波 束502A交叉放置，從而軸503C在第二成像中心505以第二角度《2與軸503A 交叉。X-射線波束502C也可被與x-射線波束交叉放置，從而軸503C在第三成像中心507以角度《3與軸503B交叉。在一種實施方式中，成像表面508A被相於軸503A以成像角度^放置， 成像表面508B被相對於軸503B以成像角度^放置，並且成像表面508C被 相對於軸503C以成像角度^放置。在一種實施方式中，角度a、化和a可 以為直角。在其他實施方式中，角度a、 a和"可以被選擇，從而成像表面 508A、 508B和508C平行於基線509。在一種實施方式中，x-射線源501A和x-射線探測器506A均可被配置 為一起或單獨地水平移動，以調整第一 x-射線波束502A與第二 x-射線波束 502B和第三x-射線波束502C的交叉點，從而調整第一成像中心504和第二 成像中心505的位置，和/或在第一成像中心504和第二成像中心505之間的 間隔A。圖6說明了在成像幾何關係的另一種實施方式中的成像系統600。成像 系統600包括具有間隔《的第一對x-射線源601A和601B,第一對x-射線源 601A和601B用以發射第一 x-射線波束602A和第二 x-射線波束602B以在 第一成像中心604以角度a交叉，該第一成像中心604以高度hl位於x-射 線源之上。成像系統600還包括具有第二間隔《的第二對x-射線源601C和 601D,第二對x-射線源601C和601D用以發射第三x-射線波束602C和第 四x-射線波束602D以在第二成像中心605以角度a交叉，該第二成像中心 605以高度h2位於x-射線源之上。間隔《、A和&可以被選擇以調整角度a 和/v以及調整成像中心604和605的位置。如圖6所示，成像中心604包 括在成像體(imaging volume) Vl之中，成像體VI由x-射線波束602A和 602B對向形成(subtended)。成像中心605包括在成像體V2之中，成像體 V2由x-射線波束602C和602D對向形成。成像體VI和V2也可以通過選 擇間隔《、《和《來進行調整。可以理解的是，儘管沒有說明，圖6的幾何關係可以被翻轉。也就是說，X-射線源和X-射線探測器的位置可以被顛倒。圖7說明了在成像幾何關係的另一種實施方式中的系統700。系統700 包括單對可移動x-射線源，該可移動x-射線源可以被配置為當x-射線源701A 和701B具有間隔《或《時，採用x-射線探測器606A和606B來維持校準。通過線性置換來維持有角度的校準的方法為本領域技術人員所公知，這裡不 再描述。因此，可以理解的是，由於成像系統600僅具有兩個x-射線源，成 像系統700可以提供相同的功能。圖8A說明了在成像幾何關係的另一種實施方式中的成像系統800。成 像系統800包括設置在地板線808之下並且由x-射線透明材料809覆蓋的兩 對x-射線源801A和801B，以及801C和801D。可以理解的是，將x-射線 源設置在地板線之下可以最大化在操作手術室內放置LINAC、如用於治療 的LINAC 311的可用空間。X-射線源801A和801B可以發射在成像中心804 交叉的x-射線波束802A和802B，並分別照射(illuminate) x-射線探測器 806A和806B。 X-射線源801C和801D可發射在成像中心805交叉的x-射 線波束802C和802D，並分別照射x-射線探測器806A和806B。圖8B和8C說明了結合圖8A的成像系統的放射治療傳遞系統825的實 例。放射治療傳遞系統825包括設置在機器人臂810上的LINAC311。該系 統還包括機器人臂組合裝置811，該組合裝置811具有多個自由活動角度(如 五個或更多個)以將治療床310放置在多個與成像中心804和805相關的位 置。圖8B說明了被放置在接近於成像中心804的位置的治療床310，並且 圖8C說明了被放置在接近於成像中心805的位置的治療床310。圖9A和9B說明了在成像幾何關係的進一步的實施方式中的成像系統 900。成像系統900包括可以被線性轉化以將x-射線源之間的間隔從^變為 的一對可移動x-射線源901A和901B。成像系統900還包括可以被線性 轉化以將x-射線探測器之間的間隔從W變為cr2'的一對可移動x-射線探測器906A和906B。在圖9A中，x-射線波束902A和902B在成像中心904交叉。 如圖9A所示，在x-射線源和x-射線探測器的位置，可以看出治療不可以由 LINAC 911 (以點線表示)提供，這是因為如所示對LINAC的放置將阻擋 x-射線波束902B並阻止成像系統900獲取立體圖像。圖9B說明了具有x-射線源901A和901B以及x-射線探測器906A和906B的成像系統900，所 述探x-射線探測器906A和906B被重新放置以生成在成像中心904交叉而 不被LINAC 911阻擋的x-射線波束。圖10是說明成像幾何關係的一種實施方式的方法925的流程圖。參照 圖3A-3C和圖4A，所述方法包括在第一位置hl建立第一成像中心304以從 參考治療構架中的第一區域312啟動對目標組織304的放射治療(步驟 1001)。所述方法還包括在第二位置h2建立第二成像中心305以從參考治療 構架的第二區域313啟動對目標組織304的放射治療(步驟1002)。在一種實施方式中，建立第一成像中心(步驟1001)可以包括生成具有 第一軸303A的第一成像波束302A，以及具有第二軸303B的第二成像波束 302B，所述第一軸和所述第二軸定義了第一成像平面314，所述第二成像波 束被相對於第一成像波束以第一角度/ l放置，以在第一位置與第一成像波束 交叉。在一種實施方式中，建立第二成像中心(步驟1002)可以包括生成具 有第三軸303C的第三成像波束302C，以及具有第四軸303的第四成像波束 302D，所述第三軸和所述第四軸定義了第二成像平面315，所述第四成像波 束被相對於第三成像波束以第二角度/ 2放置，以在第一位置與第三成像波束 交叉。圖11說明了可以在放射治療的執行中使用的系統的一種實施方式，在 該放射治療中本發明的特徵可以被實施。如下述和在圖10中所說明的，系 統4000包括診斷成像系統1000、治療計劃系統2000和治療傳遞系統3000。診斷成像系統1000可以是任何能夠在患者上產生感興趣的體(VOI)(volume of interest)的醫療診斷圖像的系統，所述醫療診斷圖像可以被用於 接下來的醫療診斷、治療計劃和/或治療傳遞。例如，診斷成像系統1000可 以是電子計算機X射線斷層掃描(CT)系統、核磁共振成像(MRI)系統、 正電子發射型計算機斷層顯像(PET)系統、單光子發射CT (SPECT)、超 聲波系統或類似的。為方便討論，所述診斷成像系統1000可以在下面關於 CT x-射線成像形式時被討論。然而，如上面所述的其他的成像系統也可以 被使用。診斷成像系統1000包括用以生成成像波束(如x-射線、超聲波、射頻 波等)的成像源1010和用以探測和接收由成像源1010生成的波束，或第二 波束或由來自成像源的波束所激發的發射(如在MRI中或PET掃描中)的 成像探測器1020。在一種實施方式中，診斷成像系統1000可包括兩個或更 多個診斷x-射線源和兩個或更多個對應的成像探測器。例如，兩個x-射線源 可被置於將被成像的患者周圍，相互之間成角度(如90度、45度等)的間 隔固定，並且以通過患者到達成像探測器(一個或多個)為目標，所述成像 探測器可以與x-射線源直接相對。也可以使用單一大型成像探測器或多個成 像探測器以便由每一x-射線成像源來對其進行照射。可替換地，也可以使用 其他數量和配置的成像源和成像探測器。成像源1010和成像探測器1020被耦合到數字處理系統1030以控制成 像操作和處理圖像數據。診斷成像系統1000包括總線或其他裝置1035，所 述其他裝置1035用於在數字處理系統1030、成像源1010和成像探測器1020 之間轉移數據和命令。數字處理系統1030可包括一個或多個通用處理器(如 微處理器)、諸如數位訊號處理器(DSP)之類的專用處理器或諸如控制器 或現場可編程門陣列(FPGA)之類的其他類型設備。數字處理系統1030也 可包括其他組件(未示出)，例如內存、存儲設備、網絡自適應器及類似的。 數字處理系統1030可以被配置為以標準格式、如DICOM (醫用數字成像和通信)格式生成數字診斷圖像。在其他實施方式中，數字處理系統1030可 以生成其他標準的或非標準的數字圖像格式。數字處理系統1030可通過數 字鏈路1500將診斷圖像文件(如前面提及的DICOM格式的文件)傳輸到 治療計劃系統2000，該數字鏈路可以是如直接鏈路、區域網(LAN)鏈路 或諸如網際網路之類的廣域網(WAN)鏈路等。另外，在系統之間傳送的信息 可以通過連接系統的通信媒介來被拉出或推進，例如在遠程診斷或治療計劃 配置中。在遠程診斷或治療計劃中，用戶可以利用本發明的實施方式來診斷 或進行治療計劃而不管在系統用戶和患者之間的物理間隔的存在。治療計劃系統2000包括用以接收和處理圖像數據的處理設備2010。處 理設備2010可代表一個或多個通用處理器(如微處理器)、諸如數位訊號處 理器(DSP)之類的專用處理器或諸如控制器或現場可編程門陣列(FPGA) 之類的其他類型設備。處理設備2010可被配置以執行指令，該指令用於執 行此處討論的治療計劃操作。治療計劃系統2000也可以包括系統存儲器2020，該系統存儲器2020 可以包括隨機存取存儲器(RAM)或其他通過總線2055耦合到處理設備2010 並用於存儲將由處理設備2010執行的信息和指令的動態存儲設備。系統存 儲器2020也可以被用於通過處理設備2010在指令執行期間來存儲臨時變量 或其他中間信息。系統存儲器2020也可以包括只讀存儲器(ROM)和/或其 他耦合到總線2055以存儲用於處理設備2010的靜態信息和指令的靜態存儲 設備。治療計劃系統2000也可以包括存儲設備2030，該存儲設備2030代表一 個或多個耦合到總線2055以用於存儲信息和指令的存儲設備(如磁碟驅動 器或光碟驅動器)。存儲設備2030可以被用於存儲指令，所述指令用於執行 此處討論的治療計劃步驟。處理設備2010也可以被耦合到如電子射線管(CRT)或液晶顯示器(LCD)的顯示設備2040，以用於向用戶顯示信息(例如VOI的2D或3D 表現)。如鍵盤的輸入設備2050可以被耦合到處理設備2010以用於將信息 和/或命令選擇傳達到處理設備2010。 一個或多個其他用戶輸入設備(如鼠 標、軌跡或指針方向鍵)也可以被用於傳達直接信息以選擇用於處理設備 2010的命令並控制在顯示器2040上的指針移動。可以理解的是，治療計劃系統2000僅代表了治療計劃系統的一個實例， 該系統可以具有許多不同的配置和架構，所述配置和架構可以包括比治療計 劃系統2000更多的組件或更少的組件，並且可以被應用到本發明。例如， 一些系統經常具有多個總線，如外圍總線、專用緩衝總線等。治療計劃系統 2000可以包括MIRIT (醫療圖像査看和輸入工具)以支持DICOM輸入(因 此圖像可以被融合，並且可以被在不同的系統上描述並隨後被輸入到用於計 劃和劑量計算的治療計劃系統)，擴展圖像融合能力以允許用戶進行治療計 劃並以多個成像形式(如MRI、 CT、 PET等)中的任一個來査看劑量分配。 治療系統為本領域技術人員所公知。因此，不提供更加詳細的討論。治療計劃系統2000可以用諸如治療傳遞系統3000之類的治療傳遞系統 來共享其資料庫(如存儲在存儲設備2030中的數據)，從而不必在治療傳遞 之前從治療計劃系統輸出。治療計劃系統2000可以經由數據鏈路2500連結 到治療傳遞系統3000，如上面所討論的數據鏈路1500 —樣，該鏈路可以為 直接鏈路、LAN鏈路或WAN鏈路。應當注意的是當數據鏈路1500和2500 作為LAN或WAN連接來實施時，診斷成像系統1000、治療計劃系統2000 和/或治療傳遞系統3000中的任何一個可以位於分散的位置，從而所述系統 相互之間在物理上相距較遠。可替換地，診斷成像系統1000、治療計劃系統 2000和/或治療傳遞系統3000中的任何一個可以在一個或多個系統中相互集 成。治療傳遞系統3000包括治療的和/或外科放射源3010 (如LINAC 311)以執行與治療計劃一致的到目標體的指定放射劑量。治療傳遞系統3000也 可以包括成像系統3020以捕獲患者體(包括目標體)的治療內部圖像來與 上述的診斷圖像進行配準或校正以便相對於放射源來放置患者。成像系統 3020可以包括上述的成像系統和成像幾何關係(如系統300、 400、 500、 600、 700、 800和900)中的任一個。治療傳遞系統3000也可以包括數字處理系 統3030以控制放射源3010、成像系統3020和諸如治療床3040之類的患者 支持設備。數字處理系統3030可以包括一個或多個通用處理器(如微處理 器)、諸如數位訊號處理器(DSP)之類的專用處理器或諸如控制器或現場 可編程門陣列(FPGA)之類的其他類型設備。數字處理系統3030也可以包 括其他組件(未示出)，如存儲器、存儲設備、網絡自適應器及類似的等等。 數字處理系統3030可以通過總線3045或其他類型的控制和通信接口被耦合 到放射源3010、成像系統3020和治療床3040。數字處理系統3030可以執行算法以將從成像系統3020獲取的圖像與預 操作治療計劃圖像進行配準以便對在治療傳遞系統3000之內的治療床上的 患者進行，並相對於目標體來精確地放置放射源。治療床3040可以被耦合到具有多個(5個或更多個)自由度的機器人臂 (未示出)。床臂可具有五個旋轉自由度和一個基本垂直的、線性的自由度。 可替換地，床臂可以具有6個旋轉自由度和一個基本垂直的、線性的自由度 或至少四個旋轉自由度。所述床臂可以被垂直於柱子或牆設置，或水平於底 座、地板或天花板設置。可替換地，治療床3040可以為另一機械機制的組 件，如由加利福尼亞的Accuray公司開發的Axum⑧治療床，或其他類型的 本領域普通技術人員公知的常規治療工作檯。圖12是說明成像幾何關係的一種實施方式的方法950的流程圖。再參 照圖3B和3C，所述方法通過生成第一成像波束302A而在步驟951開始。 在步驟952，第二成像波束302B被生成以在第一成像中心304與第一成像波束交叉。在步驟953，患者309被放置在接近於第一成像中心。在步驟954， 第一圖像用以第一成像波束的生成並且第二圖像以第二成像波束的生成。在 步驟955，第一圖像和第二圖像被與第一組預治療參考圖像進行配準。在步 驟956，配準結果被用於放置放射治療源(如LINAC311)。在步驟957，放 射治療在第一角度範圍312內被傳遞到患者309的目標組織。在步驟958， 第三成像波束303C被生成。在步驟959，第四成像波束302D被生成以在第 二成像中心305與第三成像波束交叉。在步驟960，患者309被放置在接近 於第二成像中心。在步驟961，第三圖像以第三成像波束生成並且第四圖像 以第四成像波束生成。在步驟962，第三圖像和第四圖像被與第二組預治療 參考圖像進行配準。在步驟963，配準結果被用於放置放射治療源(如LINAC 311)。在步驟964，放射治療在第二角度範圍313內被傳遞到患者309的目 標組織。應當注意的是此處描述的方法和設備不僅限於用於醫療診斷成像和治 療。在替換實施方式中，這裡的方法和設備可以在醫療技術領域之外的應用 中使用，如工業成像和材料的非破壞測試(如在自動化工業中的發動機組塊、 航空工業中的機身、構造工業中的焊接和石油工業中的鑽空心)以及地震勘 查。在這些應用中，所述"治療"可以通用地涉及放射波束的應用。雖然以特定實施方式對本發明進行描述，本發明不限於這些實施方式。 可以理解的是，本發明不限於所述特定實施方式，而僅限於所附權利要求。
權利要求
1.一種用於在放射治療系統中進行立體成像的方法，該方法包括在第一位置建立第一成像中心以在參考治療構架中的第一區域內啟動對目標組織的放射治療；以及在第二位置建立第二成像中心以在所述參考治療構架中的第二區域內啟動對所述目標組織的所述放射治療。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中所述建立第一成像中心包括生成 具有第一軸的第一成像波束和具有第二軸的第二成像波束，所述第一軸和所 述第二軸定義了第一成像平面，所述第二成像波束被設置成相對於所述第一 成像波束呈第一角度，以在所述第一位置與所述第一成像波束交叉。
3. 根據權利要求2所述的方法，其中所述建立第二成像中心包括在所述第一成像平面上生成具有第三軸的第三成像波束，該第三成像波束被設置 成相對於所述第一成像波束呈第二角度，以在所述第二位置與所述第一成像 波束交叉。
4. 根據權利要求3所述的方法，其中所述第三成像波束被設置成相對於所述第二成像波束呈第三角度，所述方法還包括在第三位置建立第三成像 中心，所述第三位置包括所述第二成像波束與所述第三成像波束在所述第一 成像平面上所形成的交叉點。
5. 根據權利要求2所述的方法，其中所述建立第二成像中心包括生成 具有第三軸的第三成像波束和具有第四軸的第四成像波束，所述第三軸和所 述第四軸定義了第二成像平面，所述第四成像波束被設置成相對於所述第三 成像波束呈第二角度，以在所述第二位置與所述第三成像波束交叉。
6. 根據權利要求5所述的方法，其中所述第一成像平面和所述第二成 像平面為共面平面。
7. 根據權利要求5所述的方法，其中所述第一成像平面和所述第二成 像平面為非共面平面。
8. 根據權利要求3所述的方法，該方法還包括-將所述目標組織放置在接近於所述第一成像中心； 以所述第一成像波束生成第一圖像並以所述第二成像波束生成第二圖像；將所述第一圖像和所述第二圖像與第一多個參考圖像配準以獲得第一 配準結果；利用所述第一配準結果來放置放射治療源；以及 在第一角度範圍內將放射治療傳遞至所述目標組織。
9. 根據權利要求8所述的方法，該方法還包括 將所述目標組織放置在接近於所述第二成像中心； 以所述第三成像波束生成第三圖像並以所述第一成像波束生成第四圖像；將所述第三圖像和所述第四圖像與第二多個參考圖像配準以獲得第二 配準結果；利用所述第二配準結果來放置所述放射治療源；以及 在第二角度範圍內將所述放射治療傳遞至所述目標組織。
10. 根據權利要求4所述的方法，該方法還包括將所述目標組織放置在接近於所述第三成像中心； 以所述第二成像波束生成第一圖像並以所述第三成像波束生成第二圖像；將所述第一圖像和所述第二圖像與多個參考圖像配準以獲得配準結果； 利用所述配準結果來放置放射治療源；以及 在第三角度範圍內將放射治療傳遞至所述目標組織。
11. 根據權利要求5所述的方法，該方法還包括 將所述目標組織放置在接近於所述第一成像中心； 以所述第一成像波束生成第一圖像並以所述第二成像波束生成第二圖像；將所述第一圖像和所述第二圖像與第一多個參考圖像配準以獲得第一 配準結果；利用所述第一配準結果來放置放射治療源；以及 在第一角度範圍內將放射治療傳遞至所述目標組織。
12. 根據權利要求11所述的方法，該方法還包括 將所述目標組織放置在接近於所述第二成像中心；以所述第三成像波束生成第三圖像並以所述第四成像波束生成第四圖像；將所述第三圖像和所述第四圖像與第二多個參考圖像配準以獲得第二 配準結果；利用所述第二配準結果來放置所述放射治療源；以及 在第二角度範圍內將所述放射治療傳遞至所述目標組織。
13. —種成像系統，該成像系統包括-第一對x-射線源，用於生成具有第一軸的第一 x-射線波束和具有第二軸 的第二x-射線波束，所述第一軸和所述第二軸定義了第一成像平面，所述第 一 x-射線波束與所述第二 x-射線波束被設置成在第一成像中心以第一角度 交叉；第二對x-射線源，用於生成具有第三軸的第三x-射線波束和具有第四軸 的第四x-射線波束，所述第三軸和所述第四軸定義了第二成像平面，所述第 三x-射線波束與所述第四x-射線波束被設置成在第二成像中心以第二角度 交叉；在所述第一成像平面上的第一對x-射線探測器，用於探測所述第一 x-射線波束和所述第二X-射線波束；以及在所述第二成像平面上的第二對x-射線探測器，用於探測所述第三x-射線波束和所述第四x-射線波束。
14. 根據權利要求13所述的成像系統，其中所述第一對x-射線源位於 所述第一成像中心和所述第二成像中心之上，其中所述第二對x-射線源位於 所述第一成像中心和所述第二成像中心之下，並且其中所述第二成像中心位 於所述第一成像中心之上。
15. 根據權利要求14所述的成像系統，其中所述第一角度與所述第二 角度相等。
16. 根據權利要求15所述的成像系統，其中所述第一角度與所述第二 角度為九十度角。
17. 根據權利要求14所述的成像系統，其中所述第一成像平面和所述 第二成像平面為共面平面。
18. 根據權利要求14所述的成像系統，其中所述第一成像平面是被從 所述第二成像平面旋轉了 一個角度的。
19. 根據權利要求14所述的成像系統，其中所述第一成像平面和所述 第二成像平面為垂直平面。
20. 根據權利要求13所述的成像系統，其中所述第一對x-射線探測器包括具有第一成像表面的第一 x-射線探測器 和具有第二成像表面的第二 x-射線探測器，所述第一成像表面被設置成與所 述第一軸呈第一成像角度，所述第二成像表面被設置成與所述第二軸呈第二 成像角度；所述第二對x-射線探測器包括具有第三成像表面的第三x-射線探測器 和具有第四成像表面的第四x-射線探測器，所述第三成像表面被設置成與所 述第三軸呈第三成像角度，所述第四成像表面被設置成與所述第四軸呈第四 成像角度。
21. 根據權利要求20所述的成像系統，其中所述第一成像角度、所述 第二成像角度、所述第三成像角度以及所述第四成像角度中的每一個都是直 角。
22. 根據權利要求17所述的成像系統，其中所述第一成像角度、所述 第二成像角度、所述第三成像角度以及所述第四成像角度中的每一個都是銳 角。
23. —種成像系統，該成像系統包括第一 x-射線源和第一 x-射線探測器，所述第一 x-射線源用於生成具有第 一軸的第一 x-射線波束，所述第一 x-射線探測器具有用於探測所述第一 x-射線波束的成像表面；第二 x-射線源和第二 x-射線探測器，所述第二 x-射線源用於生成具有第 二軸的第二 x-射線波束，所述第二 x-射線探測器具有用於探測所述第二 x-射線波束的第二成像表面，所述第一軸和所述第二軸定義了成像平面，所述 第一 x-射線波束與所述第二 x-射線波束被設置成在所述成像平面上的第一 成像中心以第一角度交叉；以及第三x-射線源和第三x-射線探測器，所述第三x-射線源用於生成具有第 三軸的第三x-射線波束，所述第三x-射線探測器具有用於探測所述第三x-射線波束的第三成像表面，所述第三x-射線波束被設置成與所述第一 x-射線 波束在所述成像平面上的第二成像中心以第二角度交叉，並且所述第三x-射線波束被設置成與所述第二 x-射線波束在所述成像平面上的第三成像中 心以第三角度交叉。
24. 根據權利要求23所述的成像系統，其中所述第一成像表面被設置 成與所述第一軸呈第一成像角度，所述第二成像表面被設置成與所述第二軸 呈第二成像角度，並且所述第三成像表面被設置成與所述第三軸呈第三成像 角度。
25. 根據權利要求24所述的成像系統，其中所述第一成像角度、所述 第二成像角度以及所述第三成像角度中的每一個都是直角。
26. 根據權利要求24所述的成像系統，其中所述第一成像角度、所述第二成像角度以及所述第三成像角度中的一個或多個被選擇以將所述第一 成像表面、所述第二成像表面以及所述第三成像表面對準在一個水平平面 上。
27. 根據權利要求24所述的成像系統，其中所述第一 x-射線源是可移 動的x-射線源且所述第一 x-射線探測器是可移動的x-射線探測器，所述第一 x-射線源和所述第一 x-射線探測器包括可移動的源探測器對，所述可移動的 源探測器對用於調整在所述成像平面上的所述第一成像中心和所述第二成 像中心的位置。
28. —種成像系統，該成像系統包括具有第一間隔的第一對x-射線源，用於在成像平面上生成第一 x-射線波 束和第二 x-射線波束，所述第一 x-射線波束和所述第二 x-射線波束被設置成 在第一成像中心以第一角度交叉；具有第二間隔的第二對x-射線源，用於在所述成像平面上生成第三x-射線波束和第四x-射線波束，所述第三x-射線波束和所述第四x-射線波束被 設置成在第二成像中心以第二角度交叉；具有第三間隔的一對x-射線探測器，包括第一 x-射線探測器和第二 x-射線探測器，所述第一 x-射線探測器用於探測所述第一 x-射線波束和所述第 三x-射線波束，所述第二 x-射線探測器用於探測所述第二 x-射線波束和所述 第四x-射線波束。
29. 根據權利要求28所述的成像系統，其中所述第一對x-射線源和所 述第二對x-射線源位於所述第一成像中心和所述第二成像中心之上，而其中 所述一對x-射線探測器位於所述第一成像中心和所述第二成像中心之下。
30. 根據權利要求28所述的成像系統，其中所述第一對x-射線源和所 述第二對x-射線源位於所述第一成像中心和所述第二成像中心之下，而其中 所述一對x-射線探測器位於所述第一成像中心和所述第二成像中心之上。
31. —種成像系統，該成像系統包括一對可移動的x-射線源，用於在成像平面上以第一間隔生成第一 x-射線 波束和第二 x-射線波束，所述第一 x-射線波束和所述第二 x-射線波束被設置 成在第一成像中心以第一角度交叉，所述一對x-射線源用於在所述成像平面 上以第二間隔生成第三x-射線波束和第四x-射線波束，所述第三x-射線波束 和所述第四x-射線波束被設置成在第二成像中心以第二角度交叉；以及在成像平面上的具有第三間隔的一對x-射線探測器，所述一對x-射線探 測器包括第一 x-射線探測器和第二 x-射線探測器，所述第一 x-射線探測器用 於探測所述第一 x-射線波束和所述第三x-射線波束，所述第二 x-射線探測器 用於探測所述第二 x-射線波束和所述第四x-射線波束。
32. 根據權利要求31所述的成像系統，其中所述一對可移動的x-射線 源位於所述第一成像中心和所述第二成像中心之上，並且其中所述一對x-射線探測器位於所述第一成像中心和所述第二成像中心之下。
33. 根據權利要求31所述的成像系統，其中所述一對可移動的x-射線 源位於所述第一成像中心和所述第二成像中心之下，並且其中所述一對x-射線探測器位於所述第一成像中心和所述第二成像中心之上。
34. —種成像系統，該成像系統包括一對可移動的x-射線源，包括在成像平面上具有第一間隔的用於生成第一 x-射線波束的第一 x-射線源和用於生成第二 x-射線波束的第二 x-射線源， 所述第一 x-射線波束和所述第二 x-射線波束被設置成在成像中心以第一角 度交叉，所述一對可移動的x-射線源用於在所述成像平面上以第二間隔生成 第三x-射線波束和第四x-射線波束，所述第三x-射線波束和所述第四x-射 線波束被設置成在所述成像中心以第二角度交叉；以及一對可移動的x-射線探測器，包括第一 x-射線探測器和第二 x-射線探測 器，所述第一 x-射線探測器和所述第二 x-射線探測器用於在所述成像平面上 以第三間隔探測所述第一 x-射線波束和所述第二 x-射線波束以及用於在所 述成像平面上以第四間隔探測所述第三x-射線波束和所述第四x-射線波束。
35. 根據權利要求34所述的成像系統，所述第一x-射線源用於跟蹤所 述第一 x-射線探測器從所述一對x-射線探測器的第三間隔到所述一對x-射 線探測器的第四間隔的位置，所述第二 x-射線源用於跟蹤所述第二 x-射線探 測器從所述一對x-射線探測器的第三間隔到所述一對x-射線探測器的第四 間隔的位置。
36. —種包含可執行計算機編程指令的機器可讀介質，當通過數據處理 系統執行所述指令時，會促使所述數據處理系統執行一種方法，該方法包括在第一位置建立第一成像中心以在參考治療構架中的第一角度範圍內 啟動對目標組織的放射治療；以及在第二位置建立第二成像中心以在所述參考治療構架中的第二角度範 圍內啟動對所述目標組織的所述放射治療。
37. 根據權利要求36所述的機器可讀介質，其中所述建立第一成像中 心包括生成具有第一軸的第一成像波束和具有第二軸的第二成像波束，所述第一軸和所述第二軸定義了第一成像平面，所述第二成像波束被設置成相對 於所述第一成像波束呈第一角度，以在所述第一位置與所述第一成像波束交 叉。
38. 根據權利要求37所述的機器可讀介質，其中所述建立第二成像中 心包括在第一成像平面上生成具有第三軸的第三成像波束，該第三成像波束 被設置成相對於所述第一成像波束呈第二角度，以在所述第二位置與所述第 一成像波束交叉。
39. 根據權利要求38所述的機器可讀介質，其中所述第三成像波束被 設置成相對於所述第二成像波束呈第三角度，所述方法還包括在第三位置建 立第三成像中心，所述第三位置包括所述第二成像波束與第三成像波束在所 述第一成像平面上所形成的交叉點。
40. 根據權利要求37所述的機器可讀介質，其中所述建立第二成像中 心包括生成具有第三軸的第三成像波束和具有第四軸的第四成像波束，所述 第三軸和所述第四軸定義了第二成像平面，所述第四成像波束被設置成相對 於所述第三成像波束呈第二角度，以在所述第二位置與所述第三成像波束交 叉。
41. 根據權利要求40所述的機器可讀介質，其中所述第一成像平面和 所述第二成像平面為共面平面。
42. 根據權利要求40所述的機器可讀介質，其中所述第一成像平面和 所述第二成像平面為非共面平面。
43.根據權利要求38所述的機器可讀介質，所述方法還包括將所述目標組織放置在接近於所述第一成像中心；以所述第一成像波束生成第一圖像並以所述第二成像波束生成第二圖 將所述第一圖像和所述第二圖像與第一多個參考圖像配準以獲得第一配準結果；利用所述第一配準結果來放置放射治療源；以及 在所述第一角度範圍內將放射治療傳遞至所述目標組織。
44.根據權利要求43所述的機器可讀介質，所述方法還包括 將所述目標組織放置在接近於所述第二成像中心；以所述第三成像波束生成第三圖像並以所述第一成像波束生成第四圖像；將所述第三圖像和所述第四圖像與第二多個參考圖像配準以獲得第二 配準結果；利用所述第二配準結果來放置所述放射治療源；以及 在所述第二角度範圍內將所述放射治療傳遞至所述目標組織。
45.根據權利要求39所述的機器可讀介質，所述方法還包括 將所述目標組織放置在接近於所述第三成像中心；以所述第二成像波束生成第一圖像並以所述第三成像波束生成第二圖將所述第一圖像和所述第二圖像與多個參考圖像配準以獲得配準結果； 利用所述配準結果來放置放射治療源；以及 在第三角度範圍內將放射治療傳遞至所述目標組織。
46.根據權利要求40所述的機器可讀介質，所述方法還包括將所述目標組織放置在接近於所述第一成像中心；以所述第一成像波束生成第一圖像並以所述第二成像波束生成第二圖像；將所述第一圖像和所述第二圖像與第一多個參考圖像配準以獲得第一 配準結果；利用所述第一配準結果來放置放射治療源；以及 在第一角度範圍內將放射治療傳遞至所述目標組織。
47.根據權利要求46所述的機器可讀介質，所述方法還包括 將所述目標組織放置在接近於所述第二成像中心；以所述第三成像波束生成第三圖像並以所述第四成像波束生成第四圖像；將所述第三圖像和所述第四圖像與第二多個參考圖像配準以獲得第二 配準結果；利用所述第二配準結果來放置放射治療源；以及 在第二角度範圍內將放射治療傳遞至所述目標組織。
48. —種系統，該系統包括用於在多個成像位置對放射目標進行成像以提供以多個治療角度到所 述放射目標的通路的裝置；用於在所述多個成像位置對所述放射目標進行放置的裝置；以及 用於以所述多個治療角度對放射治療進行傳遞的裝置。
全文摘要
一種用於在放射治療系統中的多個位置對患者進行立體成像的系統和方法，所述系統和方法用於在多個治療角度範圍內啟動放射治療的傳遞而不阻礙成像系統或放射治療。
文檔編號G01B15/02GK101238351SQ200680028676
公開日2008年8月6日 申請日期2006年6月29日 優先權日2005年6月29日
發明者A·W·卡拉諾, G·庫杜瓦利, M·J·薩拉遜, M·博德杜盧裡 申請人:艾可瑞公司