[发明专利]用于在整个放射治疗中监视结构运动的系统和方法

说明书

用于在整个放射治疗期监视解剖特征的运动的计算机实现的方法、执行该方法的系统或非暂态计算机可读介质。该方法可以包括利用第一模式来监视解剖特征的运动。该方法还可以包括在有限获取时间内利用第二模式来获得解剖特征的位置信息。该方法还可以包括基于所监视的来自第一模式的运动来提供在有限获取时间期间与解剖特征相关联的临床相关运动的指示。

技术领域

本发明涉及用于放射疗法治疗的系统和方法，并且更具体地涉及用于在整个放射疗法治疗期监视结构运动的系统和方法。

背景技术

放射疗法用于治疗哺乳动物(例如人和动物)组织中的癌症和其他疾病。在放射疗法治疗期，从外部源向患者施加高能量束以产生指向患者的靶部位的准直放射束。必须准确控制放射束的放置和剂量，以确保患者接收到规定的放射，而且束的放置应当使得束对周围健康组织(通常被称为危及器官(OAR))的损伤最小。提高束放置的准确度的一种方法是通过获取计划图像，其中对预期治疗位置中的患者获取一个或更多个图像。CT通常是最常用的主图像，但可向其补充诸如MRI、正电子发射断层扫描(PET)、超声、单光子发射计算机断层扫描(SPECT)或其他医学成像模式的辅助数据集，该辅助数据集可以被记录或融合到主数据集,以有助于解剖可视化。

在一些情况下，可以获取4D计划图像。针对呼吸运动,已经研制出4D技术，其中假定呼吸可以在逐周期再现(并非总是此情况)。呼吸周期被细分为例如等间隔的10至12个区段(bin)，并且通过在许多成像周期中合并图像信息来针对每个区段产生图像。这一处理的技术已被应用于4D-CT、4D-MRI、4D-PET、4D超声和其他形模式。尽管这些技术对于主要受呼吸运动影响的靶是有用的，但它们不会将患者的解剖结构随时间的较大改变纳入考虑。它们也不与其他运动过程(如消化过程、蠕动、膀胱充盈等)主导的器官相关。

医师可以利用计划图像来识别和勾画靶(例如患病器官或肿瘤)以及OAR。勾画可以手动地执行、半自动地执行或自动地执行。治疗轮廓——通常被称为计划靶区(PTV)——被创建，其包括靶轮廓加上足够的余量以应对微观疾病以及治疗不确定性。规定了放射剂量，并且创建了治疗计划，该治疗计划最佳地将规定剂量递送至PTV，同时使到达OAR和其他正常组织的剂量最小。治疗计划可由用户手动生成或者使用优化技术自动生成。

已研制出通过若干分次(fraction)来递送处方剂量的治疗疗程，每个分次在不同的治疗期递送。例如，通常使用30分次至40分次，但是也可以使用5分次或甚至1分次，并且通常每日一次或者在某些情况下每日两次递送分次。在某些情况下，放射治疗计划可能在整个疗程中发生变化，以便在某些区域集中更多剂量。

在每个分次中，患者被安置在直线加速器的患者支承配件(通常为“诊察台”)上并且被重新定位成尽可能地接近其在计划图像中的位置。不幸的是，在实践中这是一项不可能完成的任务，因为患者并非刚体对象而且解剖构造可以移动。分次至分次运动通常被称为分次间运动，而分次本身期间发生的运动通常被称为分次内运动。图像引导放射治疗(IGRT)试图解决分次治疗间运动的问题，分次间运动在很多情况下是上述两类运动中较大的运动。与可在任何诊断扫描仪上获取的计划图像相反，IGRT图像必须在患者处于治疗位置时在治疗室中直接获取。已研制出的IGRT成像技术有锥束CT(CBCT)、超声、MRI、射野成像、共轨CT、机载kV成像，并且其他IGRT成像技术已被提出或正在研制中。在一些情况下，IGRT图像的解剖对比度较低，并且在患者体内植入基准标记以有助于靶的可见性。已经研制了一些根本不使用成像而是依赖于(例如通过植入射频(RF)信标)对有源基标记物的位置进行无图像检测的技术。通常这仍被称为IGRT，尽管严格来说并不会获得图像。一般来说，我们指的“图像”包括基准标记物的位置信息，或者收集到的关于患者的分次间状态的任何数据，例如靶或OAR位置、旋转或变形、血压、心率、体重、变形等。