[发明专利]成像几何关系

说明书

技术领域

本发明一般涉及图像-引导放射治疗系统，特别涉及用于引导放射治疗的成像系统的几何关系。

背景技术

放射外科学和放射疗法是使用外部放射波束通过将指定放射(如X-射线或伽马射线)剂量传递到病理组织同时最小化对周围组织和重要组织结构(如脊骨腱)的放射暴露来对病理组织进行处理(如癌症、损伤、动脉畸形、神经错乱等)的放射治疗系统。放射外科学和放射疗法两者都被设计成使病理组织结构坏死同时不伤害健康组织和重要结构。放射疗法以一次治疗和多次治疗(如30天到50天的治疗)的低放射剂量为特征。放射外科学以在一次或最多几次治疗中的相对高放射剂量为特征。在放射疗法和放射外科学两者中，放射剂量从多个角度被传递到病理组织处。由于每一放射波束的角度都是不同的，每一波束交叉贯穿由病理组织占用的目标区域，但在其去向或来自目标区域的路径中通过健康组织的不同区域。因此，在目标区域中累积的放射剂量很高，并且到达健康组织和重要结构的平均剂量很低。

在用于诊断和治疗计划的预治疗成像期间(如使用CT扫描或其他3-D成像形式，例如MRI或PET)以及在后续的放射治疗期间，基于构架的放射疗法和放射外科学治疗系统使用硬性植入的立体构架来使患者固定不动。这些系统只限于颅骨内的治疗，因为硬性构架必须被附在与目标区域有固定的空间关系的骨骼结构上，并且头骨和脑是仅有的满足这一标准的组织部件。

在一种类型的基于构架的放射外科系统中，分布式放射源(如钴60伽马射线源)被用于产生通过在波束形成装配中的孔的同步放射波束的近似半球分布。放射波束的轴成一定角度以在单一的点(治疗标准中心)处交叉，并且所述波束共同形成高密度放射的近似球状轨迹。分布式放射源需要巨大的防护罩，并因此设备是巨大的和固定的。由此，系统只限于单一治疗标准中心。

在另一类型的基于构架的放射疗法系统中，该类型放射疗法系统公知为调强适形放射治疗(IMRT)，放射治疗源是设置在支架结构的x-射线波束设备(如线性加速器)，该支架结构在旋转的固定平面上围绕患者旋转。IMRT涉及当放射波束围绕患者移动时，使用多叶片瞄准仪(来阻挡部分波束)或补偿组块(来削弱部分波束)来塑造放射波束的穿过部件强度的能力。每一波束的轴在旋转中心(治疗标准中心)交叉以将剂量分布传递到目标区域。由于支架旋转的中心不移动，这一类型的系统也只限于单一治疗中心。

图像-引导放射疗法和放射外科系统(合称为图像-引导放射治疗(IGRT)系统)通过跟踪在预治疗成像阶段和治疗移交阶段(治疗中阶段)之间的患者位置的改变而消除了对于植入构架固定的需要。这一校正伴随着在治疗移交阶段期间获取实时立体X-射线图像并将它们记录为参考图像，公知为从预治疗CAT扫描实施的数字重构放射照片(DRR)。DRR是通过结合来自CAT扫描部分的数据而产生的并且通过接近实时成像系统的几何关系的部分来估计二维(2-D)投影的综合X-射线。

基于支架的IGRT系统将成像x-射线源和探测器添加到位于LINAC的旋转平面(从LINAC偏移，如以90度)并且与LINAC一起旋转的治疗系统。成像x-射线波束通过与治疗波束相同的标准中心，因此所述成像标准中心与治疗标准中心一致，并且两个标准中心在空间固定。

图1说明了图像-引导、基于机器人技术的放射治疗系统100的配置，例如由加利福尼亚的Accuray公司制造的射波刀放射外科手术系统(CyberKnife Radiosurgery system)。在这一系统中，治疗x-射线波束的轨迹独立于成像x-波束的位置。在图1中，放射治疗源是设置在机器人臂102的端部的直线加速器(LINAC)101，所述机器人臂102具有多个(如5个或更多个)自由度，以便放置LINAC 101以在患者周围的操作体的许多平面的许多角度传递的波束来照射病理组织(目标区域或体)。治疗可以引入具有单一标准中心、多个标准中心或具有非标准中心途径(即波束仅需要与病理目标体交叉且不必汇聚在目标内部的单一的点或标准中心)的波束路径。