[发明专利]基于多模态成像的自适应重计划

说明书

提供针对自适应放射疗法计划的系统和方法。在一些方面，所提供的系统和方法包括使用弛豫映射从磁共振数据产生合成图像。该方法包括对所述数据应用校正并从中产生弛豫映射。在其他方面，提供一种用于使放射疗法计划适应的方法。该方法包括基于来自初始剂量分布的剂量梯度确定目标函数，并且使用孔径变形和梯度维持算法而无需处于风险的器官轮廓化，基于更新的图像产生优化的计划。在又其他方面，提供了使用对在正常呼吸期间获取的数据的时间改组来获得4D MR成像的方法，用于使用针对多模态图像的顺序地应用的半物理模型正则化方法的可变形图像配准的方法，以及用于使用孔径变形算法基于4D CT或者4D MR成像来产生4D计划的方法。

本发明申请是国际申请号为PCT/US2014/072645，国际申请日为2014年12月30日，进入中国国家阶段的申请号为201480076742.0，名称为“基于多模态成像的自适应重计划”的发明专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年12月31日提交的题为“SYSTEMS AND METHODS FOR ADAPTIVEREPLANNING BASED ON MULTI-MODALITY IMAGING(用于基于多模态成像的自适应重计划的系统和方法)”的美国临时专利申请序列号61/922,343的优先权。

背景技术

本公开一般涉及用于放射疗法治疗递送中的工具、系统和方法并且，尤其涉及用于基于多模态成像的自适应计划的系统和方法。

放射疗法(RT)在过去的几十年里已经经历了一系列的技术革命。利用强度调制RT(IMRT)，产生高度保形的剂量分布变为可能，借此在肿瘤的范围内递送大部分辐射剂量。这些技术利用从在首次治疗之前的几天获取的各种类型的(例如，CT、MRI、PET)的图像提取的3D解剖信息以及生物信息。但是，已发现肿瘤(多个)以及正常解剖的位置、形状和尺寸以及生物性质在治疗过程期间改变，这主要是由于各种ROI的日常定位不确定性以及解剖因素、生理因素和/或临床因素。后者包括肿瘤收缩、重量损失、正常器官中的体积改变，在不同的骨结构中的非刚性变化。从在治疗过程之前针对计划目的获取的3D CT图像辨别的解剖适用于每一个片段的传统的假设可能没有充分考虑片段间的变化并且可能限制充分开发高度保形的治疗模态(诸如IMRT)的潜能的能力。剂量保形性中的这一改进的能力使对靶和处于风险的器官(OAR)的更好定位，以及在治疗的设计和递送两方面适应片段间或片段内变化的能力成为必要。

放射疗法的准确递送使患者的高保真度、3D、解剖图像成为必要，作为先决条件。将近二十年来，RT计划已经利用CT图像作为放射剂量计算的基础。由于亨斯菲尔德(Hounsfield)单元和下面的组织电子密度之间的线性关系，CT图像允许针对组织衰减中的差别对放射剂量的基于体素的校正，以及用于治疗验证的射束的眼观数字化重建的放射照片(DRR)的产生。在CT中的图像对比度的形成主要是由于光电相互作用。这一影响导致在具有相当不同的密度的组织(例如，骨头、肺、以及软组织)之间的高对比度。但是，相邻的软组织(例如，在大脑或者腹部区域中)并不拥有实质的密度差。CT图像上的接着发生的不良的软组织对比度使得对靶和临界结构两者的勾画极具挑战性。这一无力在CT图像上可靠地勾画肿瘤靶和接近的临界结构具有显著的临床后果，在于其需要使用较大的裕量，由于临界结构的毒性约束，这妨碍了安全地逐步增加辐射剂量的能力。