專利名稱：用于放射療法的基于預測的呼吸控制設備的制作方法
技術領域：
下文描述的實施例一般地涉及放射線療法治療的遞送。更具體地，某些實施例針對在移動目標的輻射治療期間向病人提供定時數據和用于遞送此類治療的系統。
背景技術：
放射線療法或放射療法被用來用致電離輻射來治療癌癥及其它疾病。常規放射線療法系統產生輻射射束并將其指引到病人體內的目標治療體積。輻射射束意圖通過引起細胞內的電離或其它輻射引發的細胞損害來損壞或破壞目標體積內的細胞。用于向病人遞送輻射的放射線療法治療計劃意圖使被遞送到目標區域的輻射最大化，同時使被遞送到周圍健康組織的輻射最小化。在這方面，移動目標區域的治療向放射線療法提出了挑戰，包括與靜態目標區域相比將用來輻射目標區域的準確度。在放射線療法治療的背景下，移動目標的治療由于構臺和放射線療法設備的其它部件和/或病人的移動而進一步復雜化。此類放射線療法包括但不限于弧調制錐形束療法、強度調制弧形療法以及多種其它放射線療法治療方案，其涉及使線性加速器(LINAC)構臺或其它機動化軸繞著病人旋轉并從許多不同的構臺角度向目標病人區域遞送輻射。在某些上下文中，治療輻射的遞送可以是連續的或處于離散位置。用于解決輻射治療到移動目標的遞送的一個常規方法包括使用目標周圍的增加的遞送容限，其大到足以解決目標與標稱位置的偏移。雖然增加的容限可能導致目標接收到期望的輻射劑量，但周圍健康組織或器官處于也接收到輻射的增加的風險。用以處理移動目標的門控治療技術涉及確定門控窗口，在其期間，目標移動被最小化以遞送輻射治療。例如，只有當病人在呼吸循環的80%呼氣(目標治療區域的運動可以相對不動時的時段)內時才向目標遞送輻射。然而，這種技術需要圖像(例如4D CT計算機斷層成像)的獲取計劃和用以提供病人的呼吸循環的階段的指示的呼吸監視設備。用于向移動目標遞送輻射的一個提出的技術涉及使用輔助設備來確定目標在任何時間點的位置和形狀并對放射線療法系統的射束成形設備(例如MLC或多葉準直儀葉片)進行再成形以在任何時間點跟隨(即跟蹤)目標性狀。然而，除放射線療法系統之外，這種技術還要求輔助設備。本發明人已經認識到可以在準確度和性能方面改善用于放射線療法治療的輻射治療，其涉及放射線療法系統的移動方面和移動目標。因此，期望用以提供移動目標區域和放射線療法系統的移動部件的輻射治療的其它方法和系統。
發明內容
為了解決上述問題，某些實施例提供了用于從運動檢測設備接收發生用于病人的目標體積的基本上周期性的治療機會的指示的系統、方法、介質和裝置，該治療機會是目標體積處于根據由放射線療法設備管理的突發模式治療計劃將被輻照的位置的時間段；確定用于病人的目標體積的未來治療機會，該未來治療機會是目標體積將處于在將來根據突發模式治療計劃將被輻照的位置的時間段；開始突發模式治療輻照的規定遞送時段和未來治療機會的同步；向病人呈現指示直至將發生突發模式治療輻照的規定遞送時段的時間的定時數據的指示；以及在未來治療機會與突發模式輻照的規定遞送時段的同步期間輻照目標體積。所附權利要求不限于公開的實施例，然而，本領域的技術人員能夠容易地使本文的描述適合于產生其它實施例和應用。
根據如在附圖中舉例說明的以下說明書的考慮，實施例將變得容易顯而易見，其中，相似的附圖標記指示相似的部分，并且在所述附圖中
圖1是根據某些實施例的治療室的透視圖2是依照某些實施例的射束成形設備的描述；
圖3是病人的呼吸信號的說明性描述；
圖4是根據某些實施例的旋轉輻射劑量遞送的某些方面的描述；
圖5是根據某些實施例的流程圖；以及圖6A — 6D是根據某些實施例的相同顯示呈現的描述。
具體實施例方式提供以下描述為了使得本領域的技術人員能夠實現并使用某些實施例，并闡述本發明人設想的用于執行某些實施例的最佳方式。然而，各種修改對于本領域的技術人員來說仍將是容易顯而易見的。圖1舉例說明依照某些實施例的放射線療法治療室100。放射線療法治療室100包括線性加速器(直線性加速器)105、工作臺145和操作員控制臺160。可以使用放射線療法治療室100的各種部件來向諸如病人150的對象遞送輻射射束。可以根據輻射治療計劃將病人定位為接收射束。根據某些實施例，可以在其它應用中采用治療室100的元件。直線性加速器105從治療頭110產生并發射輻射射束(例如X射線束)。輻射射束可以包括電子、光子或任何其它類型的輻射。根據某些實施例，射束表現出在兆伏范圍內的能量(S卩>1 MeV)，并且因此可以稱為兆伏射束。在某些實施例中，直線性加速器105可以用相對高的強度在相對短的突發時間內發射輻射射束。作為示例，高強度可以指的是10GY/min以及更高，其中，20 Gy/min是典型的，雖然可以使用更高的強度。在某些實施例中，典型的突發時間持續時間可以是約(O. 5 — 2. O)秒，雖然在某些實施例中其可以更長或更短。治療頭110被耦合到構臺115的突出部。構臺115是可控的以便能夠繞構臺軸120旋轉。如箭頭125所指示的,根據某些實施例，構臺115可以順時針或逆時針地旋轉。構臺115的旋轉用于使治療頭110繞軸120旋轉。在某些方面，除箭頭125所指示的之外或者不同于箭頭125所指示的，構臺115還可以可沿著其它方向移動。在輻射發射期間(例如治療、成像、校準及其它程序)，治療頭110沿著射束軸130發射兆伏級X射線的發散射束。該射束是朝著直線性加速器105的等角點發射的。等角點可以位于射束軸130和構臺軸120的交點處。由于射束的發散和由治療頭110中的射束成形設備進行的射束成形，射束可以向病人150的一定體積遞送輻射而不是僅通過等角點。工作臺145可以在輻射治療和本文所討論的其它方面期間支撐病人。工作臺145可以是可調整的以幫助對病人150或病人的特定目標區域和體積定位于等角點處。工作臺145還可以用來支撐被用于此類定位、用于校準和/或用于驗證的設備。在某些實施例中，依照治療計劃，工作臺145可以在輻射治療的至少一部分期間選擇性地移動。成像設備135可以包括用以基于在成像設備處接收到的輻射來獲取圖像的任何系統。可以以任何方式將成像設備135附接于構臺115，包括可擴展和可縮回(即可移動) 外殼140。構臺115的旋轉可以促使治療頭110和成像設備135繞等角點旋轉，使得等角點在構臺115的固定和旋轉移動的整個過程中保持位于治療頭110與成像設備135之間。成像設備135可以在輻射治療之前、期間和/或之后獲取投影圖像。在某些實施例中，成像設備135可以包括模擬或數字輻射檢測器。成像設備135可以用來基于從治療頭110發射的輻射來獲取圖像。這些圖像可以反映位于治療頭110與成像設備135之間的對象的衰減性質。此類投影圖像可以用來確定與包括治療頭110和成像設備135的成像系統相關聯的成像幾何機構參數。可以使用基于投影圖像重構的二維投影圖像和/或三維投影圖像來檢測、監視和記錄目標區域或體積(例如腫瘤)位置和目標區域或體積的移動。操作員控制臺160包括用于從操作員接收指令的輸入設備165，所述指令諸如用以對線性加速器105進行校準的指令和用以針對特定的時間間隔用特定的視場來配置治療頭110的射束成形設備(例如準直儀)的指令。控制臺160還包括輸出設備170，其可以包括用于呈現所獲取的三維圖像、線性加速器105的操作參數和/或用于控制其元件的界面的監視器。輸入設備165和輸出設備170被耦合到處理器175和存儲裝置180。移動目標的有效治療包括檢測和監視目標區域的運動并向移動目標遞送放射線療法射束。許多常規技術可以用來檢測和監視目標運動。某些技術包括提供運動檢測設備以監視由呼吸引起的病人的外表面的上升和下降。此類設備可以包括針對病人的移動的胸部和/或腹部保持應變儀的帶，其中，應變儀產生對應于病人的胸部/腹部的上升和下降的信號。某些其它技術包括光學機構，其監視被附接于病人的皮膚的外部基準標記并產生對應于病人的胸部/腹部的上升和下降的信號。某些其它技術包括在病人體內提供可植入信標設備以在沒有替代品的情況下直接地監視和檢測腫瘤運動。用于監視作為用于放射線療法治療的目標的病人區域的運動的其它技術包括使用基于實時成像的系統，諸如，例如熒光檢查成像系統和磁共振(MR)成像系統。運動檢測設備185包括用以確定和提供病人150的目標區域是否處于按照治療計劃的規定將被治療射束輻照的位置的指示，諸如信號。在某些實施例中，本文中的運動檢測設備可以包括如圖1所示的門控設備，雖然不限于此。依照本文中的某些方面，運動檢測設備可以提供指示被監視病人的呼吸位置波形(“原始”或已處理)的模擬和/或數字信號。在某些實例中，運動檢測設備可以提供指示病人體內的目標體積的位置的(反饋)信號，并且處理器175還確定目標體積是否處于按照治療計劃的規定將被治療射束輻照的位置。運動檢測設備185可以使用多種方法、機制和操作來確定目標體積的定位的可接受性。在某些實例中，用于確定目標位置的可接受性的標準可以由用戶來設定。在某些方面，可以使用運動檢測設備來獲取關于目標體積在輻射治療的施用之前和期間的移動的數據。在某些實施例中，可以使用由運動檢測設備185通過病人150的直接或間接觀察和監視所獲取的(反饋)數據來確定目標體積的移動的統計模型。在某些實施例中，目標體積運動的獲取可以提供歷史數據集，由此可以導出目標體積的移動的統計模型。因此，能夠確定目標體積的移動的統計模型，其基于所獲取的呼吸循環數據的歷史來描述在哪里可以預測到未來呼吸循環的發生。在某些方面，運動檢測設備185可以指示和/或確定在其期間目標體積處于被用治療射束輻照的可接受位置的時間，其中，該可接受位置可以對應于點位置、一定范圍的位置以及時間段。在其期間目標體積處于被用治療射束輻照的可接受位置的時間在本文中被稱為治療機會。在某些實施例中，治療機會基本上是周期性的，基于主要歸因于病人150的呼吸 循環的目標體積的移動。運動檢測設備185可以向處理器180提供治療機會的指示。本文中的實施例包括被定義為放射線療法治療設備(例如系統100)的門控治療設備，其與運動檢測設備對接或至少被供應表示運動檢測設備輸出的數據并被控制以在治療機會期間以突發模式施用輻射治療射束(即射束啟用狀況)。處理器175執行根據某些實施例的程序代碼。該程序代碼可執行以用于控制線性加速器105以如在本文中的各種方法和過程中所述的那樣操作。可以將該程序代碼存儲在存儲裝置180中，其可以包括相同或不同類型的一個或多個存儲介質，包括但不限于硬盤、軟盤、⑶-ROM、DVD-ROM、光盤、磁帶、固態存儲器件、閃速驅動器以及信號。存儲裝置180可以存儲例如初始成像幾何結構參數、福射治療計劃、投影圖像、用以校準線性加速器105和/或提供輻射治療的軟件應用程序以及被用來執行輻射治療的其它數據。可以將操作員控制臺160定位于遠離線性加速器105，諸如在不同的房間中，以便使其操作員免于輻射。例如，可以將線性加速器105定位于嚴密屏蔽的房間中，諸如混凝土穹頂，其保護操作員免于由加速器105產生的輻射。依照本文中的某些實施例，系統100還可以包括顯示設備190。在某些實施例中，顯示設備190可以促進向病人150呈現定時數據。在某些方面，呈現給病人的定時數據可以涉及突發模式輻照的下一個規定遞送時段的發生。可以在顯示設備190上向病人150呈現指示直至發生突發模式輻照的下一個規定遞送時段的時間的定時數據以向病人傳送治療定時信息(即反饋)。給定在顯示設備190上呈現的定時數據，提供給病人的反饋可以被病人使用，以使得病人可以控制其呼吸以與輻射的下一個治療突發的發生相符。在某些實施例中，顯示設備190可以以視覺、聽覺或物理刺激形式來呈現定時數據以便由病人檢測。在某些實施例中，可以與一個或多個視覺、聽覺或物理刺激形式組合來呈現定時數據。因此，顯示設備190并不局限于“視覺”顯示或呈現設備，而是能夠呈現視覺、聽覺或物理刺激形式的可適用組合的任何設備。在某些方面，顯示設備190可以包括多個視覺、聽覺或物理刺激數據呈現設備或系統，其中至少一個與病人150進行視覺、聽覺或物理接觸。在某些實施例中，顯示設備190可以被定位或合適地定位于在那里其可以被病人150看到、聽到或感覺到的位置上。在某些實例中，可以由病人190來保持顯示設備190。
圖1所示的每個設備可以包括比所示的那些更少或更多的元件且不限于圖1所示的設備。圖2舉例說明根據某些實施例的治療頭110。治療頭110包括射束成形設備、準直儀80，其可以用來對輻射射束進行成形以符合由治療計劃指定的孔徑。準直儀80包括一對鉗夾(jaw) (Y鉗夾)82和84以及一對鉗夾(x鉗夾)86和88。X鉗夾86和88以及Y鉗夾82和84的定位確定輻射射束可以沿著軸130通過的開口(即視場)的尺寸和形狀。每對鉗夾86/88和82/84可繞著軸130旋轉。如圖2所描述的，X鉗夾86和88可以由多個單獨元件形成。這些單獨元件可以沿著路徑交叉軸130移動。每個元件的移動可·以是單獨可控的以產生各種各樣的孔徑形狀。治療頭110還包括附件托盤90。可以將附件托盤90配置成接收并牢固地保持在治療計劃和治療的過程期間所使用的附加裝置(諸如，例如標線、楔形物等)。根據某些實施例，治療頭110是可旋轉的以在保持X鉗夾86和88、Y鉗夾82和84與附件托盤90之間的物理關系的同時使準直儀80和附件托盤90繞軸130旋轉。在某些實施例中，用于包括放射線療法系統部件的移動部件(例如構臺、支撐臺或床等)和移動目標的輻射治療的放射線療法計劃包括用以監視將接收旋轉輻射治療的病人的呼吸運動的門控獲取計算機斷層成像(CT)成像。可以以多種方式來執行CT獲取，包括現在已知的過程和在將來為人所知的那些。在某些方面，可以使用在被認為出于輻射治療目的可接受的呼吸循環的特定階段處(例如，在呼吸循環的最大呼氣處)屏住呼吸來獲取CT圖像。在某些方面，可以使用提供每個呼吸階段的CT體積的四維CT (4D CT)獲取來監視病人區域的運動，其中，呼吸循環被劃分成許多階段(例如10 - 16個階段)。基于所獲取的圖像，治療計劃臨床醫生可以判定在哪些(多個)呼吸階段期間應向病人遞送治療輻射。在另一方面，可以將呼吸設備配置成僅在呼吸循環的特定階段(諸如最大呼氣)獲取CT體積。依照本文中的方面，可以在被確定為適合于治療輻射遞送的呼吸或病人區域的其它周期性運動的狀態、階段或部分中獲取目標病人區域的CT體積。可以使用此獲取的CT數據用作開發放射線療法治療計劃的基礎。圖3提供了依照本文中的某些實施例的呼吸信號305的說明性示例。雖然呼吸信號305是假想的，但其表示可以從在放射線療法治療計劃過程和/或輻射治療期間獲取的病人的CT圖像和體積和/或其它數據導出的呼吸監視信號。呼吸信號305舉例說明多個呼吸循環，其中，呼吸循環在一段時間內在線310處的100%呼氣、線315處的80%呼吸以及線320處的100%吸氣之間變化。應注意的是由于病人目標體積在呼吸循環的此時段期間可能經歷的相對靜態的運動，可以將80%呼氣和100%呼氣之間的時間間隔指定為呼吸循環的用于遞送輻射治療的部分、階段或時段，然而實施例不受此限制。再次地，在本文中將被指定為用于遞送治療輻射的時間段稱為治療機會。在圖3的示例中，治療機會對應于呼吸循環在80%呼氣和100%呼氣之間的時間段。也就是說，在圖3中描述了時間間隔341、342、343、344、345和346處的治療機會。在某些方面，至少部分地基于具有可接受運動量值的目標病人區域來選擇治療機會。可接受運動量值優選地是低的，以免危害放射線療法治療目標。可以由突發模式治療計劃來定義治療機會。如所示，與在區域330處描述的呼吸相比，呼吸在區域325處較慢。在本文中的某些實施例中，可以說明周期性呼吸和因此的病人區域移動的此類變化。在本文中的某些實例中，可以向病人呈現治療機會定時數據的反饋，以努力使病人控制其呼吸符合周期性呼吸循環，以努力增強本文中的實施例。圖4是根據某些實施例的輻射劑量遞送的某些方面的說明性描述。更特別地，圖4舉例說明可以被用于本文中的輻射治療遞送的治療計劃的各種方面。弧405表示構臺115隨著構臺繞病人旋轉而可以經過的路徑。在某些方面，治療頭115可以依照突發模式治療計劃隨著構臺115繞著病人旋轉而向病人區域或病人的體積遞送輻射。在某些實施例中，被設計為用于用由放射線療法系統100遞送的輻射來治療病人150的突發模式治療計劃指定弧405上的有限數目的離散控制點(CP)。突發模式輻射治療方案400包括多個典型CP — CPO、CPU CP3、CP4、CP5、CP6和CP7。由于根據本文中的某些實施例構臺115連續地移動通過弧405，所以構臺115移動通過CP而不在CP處停止。用于用由放射線療法系統100遞送的突發模式輻射來治療病人150的突發模式治療計劃還指定弧405上的有限數目的離散最優化點(0P)。突發模式輻射治療方案400包 括多個典型的0P，例如430處的0P1、435處的0P2以及440處的0P3。在某些實施例中，每個OP表示將向病人區域遞送由突發模式治療計劃指定的規定劑量的輻射量時的治療構臺角度。由于根據本文中的某些實施例構臺115以繞病人旋轉的方式連續地移動，所以構臺115移動通過OP而不在OP處停止。在某些方面，在每個OP周圍遞送突發模式治療輻射，因為構臺115連續地移動。輻射劑量遞送可以通過在每個構臺治療角處遞送突發模式輻射(土 α )而在OP周圍發生。在圖4中舉例說明突發模式治療計劃和輻射遞送方案的此方面。在某些實施例中，(土 ct )對于不同的OP可以不同。如圖4所不，OPi (430)包括(± aOP2 (435)包括(± α2)且 OP3 (440)包括(± α 3)。在本文中的某些實施例中，可以提供用于輻照病人150的突發模式治療計劃，涉及考慮放射線療法系統100和病人150的移動方面的輻射治療。突發模式治療計劃指定描述空間中的劑量分布的許多控制點。突發模式治療計劃還針對每個劑量指定用于參數(即軸)的許多規定，其控制治療輻射射束的位置、方向、形狀和強度以及目標體積的位置。突發模式治療計劃規定用于一個或多個動態軸的參數、用于一個或多個靜態軸的參數以及用于對應于突發模式輻照的規定遞送時段的一個或多個動態軸的位置參數。本文所使用的動態軸指的是根據突發模式治療計劃來控制治療輻射射束的位置、方向、形狀和強度以及目標體積的位置中的至少一個的一個或多個軸，并且所述一個或多個動態軸持續地處于運動中，包括在同步期間的目標體積的輻照期間。此外，靜態軸指的是根據突發模式治療計劃來控制治療輻射射束的位置、方向、形狀和強度以及目標體積的位置中的至少一個的一個或多個軸，并且所述一個或多個靜態軸在根據突發模式治療計劃的目標輻照期間不處于運動中。在某些實施例中，如本文所述，突發模式治療計劃包括至少一個動態軸和至少一個靜態軸。關于靜態參數，突發模式治療計劃僅包含描述針對在治療射束啟用時的靜態軸(即靜態軸在射束啟用狀況期間是靜止的)的(多個)固定點位置。針對動態參數，突發模式治療計劃包含多個重疊位置和一定范圍的位置，其描述針對治療射束啟用狀況的動態軸，由突發模式治療計劃規定。在本文中將本文所使用的描述針對在治療射束被啟用時的動態軸的突發模式輻照的規定遞送時段稱為突發窗口。依照本文中的實施例，可以由突發模式治療計劃來指定或定義一個或多個運動軸。雖然圖3的示例討論作為不斷地移動(包括在治療射束啟用時段期間)的動態軸中的一個的構臺的移動，但可以控制病人和放射線療法系統100的其它可移動部件由動態軸參數所表示地移動。在某些實施例中，可以操縱并移動放射線療法系統100的許多軸以控制治療射束的位置、方向、形狀和強度或病人的位置。在某些實施例中，如圖3的示例中所示，可以控制構臺115移動或改變治療射束的位置。然而，本文中的實施例不限于與構臺有關的移動。在某些實施例中，可以使支撐臺145旋轉或以其他方式移動，可以使支撐成像設備135的臂140移動，并且可以使治療頭110以及系統100的其它部件移動。在某些實施例中，可以移動或改變病人150的位置。此外,可以在每個OP處由射束成形設備80 (例如MLC葉片)對治療輻射射束的形狀進行成形。并且，基于OP的數目和要遞送到病人區域的輻射來對要在每個OP處遞送的輻射的劑量的量進行修改和/或最優化。可以完成該最優化，使得所有OP的聚合導致最佳治療計劃。
在某些方面，突發模式治療療法計劃結合了治療機會和突發模式輻照的規定遞送時段在時間上一致的約束。因此，依照本文中的實施例的門控突發模式放射線療法系統可以進行操作以使治療機會和突發模式輻照的規定遞送時段同步。此外，根據某些實施例，可以向病人呈現關于直至發生下一個或其它未來治療機會的定時數據的反饋。以這種方式，可以為病人提供其能夠用來調節其呼吸(和受其呼吸影響的目標體積的位置)的機制以努力增加由放射線療法系統預測的將發生治療機會的概率。在某些實施例中，放射線療法治療計劃專業人員可以向規劃系統中輸入放射線療法規定，其指定目標病人體積接收到的輻射劑量的量。治療計劃還可以指定允許危及器官(OAR)接收的輻射的最大劑量。還可以在治療計劃規劃系統中指定或以其他方式輸入和包括治療計劃的附加考慮和約束，如在可以用來產生最佳MRT (強度調制輻射療法)計劃的逆規劃系統中所做的。依照本文中的移動目標的突發模式輻射治療的某些方面，規劃系統假設輻射治療的遞送將由連續移動的動態軸來完成。動態軸的某些參數可以具有可以在規劃系統中指定或以其他方式說明的物理、實際或其它類型的速度限制。還可以向規劃系統提供關于例如射束成形設備80的其它操作限制或約束，諸如MLC葉片速度。此外，可以向突發模式治療規劃系統提供用于遞送治療輻射的規定劑量速率和指定時間段。基于此類提供和指定的信息，突發模式治療規劃系統可以產生用于移動病人區域的突發模式輻射治療的最佳計劃。基于考慮在上文所討論的因素中的至少某些的突發模式治療計劃，包括處理器175的放射線療法系統100可以分析治療計劃以確定用于相鄰和連續CP之間的移動動態軸參數的速度。可以確定其期間例如射束成形設備被配置成適應遞送一定劑量的治療輻射的兩個相鄰且連續的CP之間的動態軸速度，使得隨著動態軸在兩個CP之間行進，射束成形設備80將達到用于遞送規定輻射治療的期望形狀。因此，本示例中的射束成形設備是靜態軸參數，因為其在治療射束啟用遞送時段期間是靜止的。此類動態軸速度的確定可以考慮獲得期望的射束成形配置和有效葉片速度所需的葉片(即82/84和86/88)行進的量。可以確定其期間將遞送一定劑量的輻射(即突發窗口)的兩個相鄰和連續CP之間的動態軸參數速度，使得給定有效劑量速率和CP之間的角間隔，可以向病人區域遞送規定劑量的輻射量。參考圖4，可以例如在410處的CPO和CPU415處的PC2和CP3、420處的CP4和CP5以及425處的CP6和CP7之間配置射束成形設備并在突發窗口期間將其保持靜態。在這些移動間隔期間，調整一個或多個動態軸的速度，使得隨著動態軸在兩個相鄰和連續CP之間行進，射束成形設備80將達到用于遞送規定突發模式輻射治療的期望形狀。仍參考圖4，在430處的CPl和CP2、435處的CP3和CP4以及440處的CP5和CP6之間的突發窗口期間動態地向病人目標體積遞送一定劑量的輻射治療。射束成形設備(即靜態軸參數)在突發窗口期間被保持靜態。在突發窗口 430、435和440期間，病人目標體積應處于接受被突發模式治療射束輻照的位置。如上文所引用的，將其期間目標體積處于用于被用突發治療射束輻照的可接受位置的時間稱為治療機會。在某些實施例中，治療機會基本上是周期性的，基于主要歸因于病人150的呼吸循環的目標體積的移動。參考圖3，治療窗口可以對應于或跟蹤呼吸循環在80%呼氣與100%呼氣之間的時間段。 在突發窗口 430、435和440期間，可以調整動態軸的速度，使得給定有效劑量速率和CP之間的角間隔，可以向病人區域遞送規定劑量的輻射量。在某些實施例中，所有靜態軸參數(例如當前示例中的射束成形設備，不限于此)在發生下一個治療機會之前到達其期望的目的地位置。由于可以由突發治療計劃來指定靜態軸參數，所以每個靜態軸參數應在發生下一個治療機會之前依照突發模式治療計劃來到達其期望目的地位置。參考圖3和4，可以在例如時段410期間移動靜態軸以在發生下一個治療機會341之前按照突發模式治療計劃到達其指定位置。在實例中，靜態軸到達其規定(多個)位置需要附加時間，然后可以跳過下一個治療機會(例如342)，其中，在治療機會342期間不遞送突發模式的治療輻射，而是替代地在滿足靜態軸參數時的稍后的后續治療機會(例如治療機會343)期間遞送。在某些實施例中，使用治療機會的周期性來確定治療機會的進一步發生。例如，可以開發、確定或獲得統計模型，其至少部分地提供用以使用關于病人的呼吸循環的歷史統計來確定一個或多個動態軸(例如可移動構臺、可移動工作臺等)的最佳速度的機制。該統計模型可以用來促進使治療機會(即目標體積處于用于被按照突發治療計劃輻照的正確位置)的定時和突發窗口(即突發模式輻照的規定遞送時段)同步。因此，可以根據統計模型對突發模式治療輻射的遞送進行結構化。在某些實施例中，可以控制一個或多個動態軸的移動速度，使得突發模式輻照或突發窗口的規定遞送時段與治療機會相符。在某些方案中，可以使用基于前一周期性呼吸或以其他方式引發的目標移動的統計模型來預測或預告下一個治療機會的定時。基于所預測的下一個治療機會，可以調整所述一個或多個動態軸的速度。在某些實例中，當動態軸中的至少一個的位置不在突發窗口內時增加所述一個或多個動態軸的移動速度，并且當至少一個動態軸的位置與突發窗口相符時減小所述一個或多個動態軸的速度。以這種方式，通過增加治療窗口與突發窗口之間的重疊時間或者甚至使所述重疊時間最大化，可能增加使突發窗口和治療機會成功地同步以相符的概率。依照其中門控突發模式放射線療法系統進行操作以使治療機會與突發模式輻照的規定遞送時段或突發窗口同步的本文中的方面，可以基于連續地更新的治療機會確定來調整所述一個或多個動態軸的速度，使得突發模式輻照的規定遞送時段與治療機會中心相符。更進一步地，治療機會和突發窗口的同步可以包括在治療機會與突發窗口不相符或周期性治療機會在能夠在突發窗口內遞送全部規定劑量之前結束的情況下停止所述一個或多個動態軸的運動。在某些方面，可以將調整和考慮因素考慮在內，使得如果確定要停止動態軸，則所述一個或多個動態軸的運動大約在突發窗口的中點或中心處停止。在某些方面，停止即使在射束啟用時段期間正常地將連續地移動的一個或多個動態軸的運動可能不是最期望的操作程序。作為替換，與被完全停止相反，可以增加或減小動態軸的速度。在某些實施例中，可以使用本文公開的(多個)歷史統計模型單獨地或與其它模型、技術以及機制相組合地控制治療機會與突發窗口之間的同步。在某些實施例中，可以使用歷史統計模型來至少建立基線定時控制參數，并且可以使用其它機制來對定時控制參數進行調整或改進，例如采用當前呼吸循環的分析的實時的進行中預測分析模型。在某些實施例中，劑量遞送的速率可以根據在每個分段處或在每個OP 土 α處要遞送的劑量的量而改變。在某些方面，針對較大監視器單元(MU)值，劑量速率將被設置成高的以減少治療時間。針對小的MU值，可以減小劑量速率以保證 準確的劑量遞送，即使劑量速率的此類減小可能是以一定的治療時間為代價而實現的。在某些方面，并且為努力減少治療時間，可以在最小的時間量內(即用最大的可容許劑量速率)來遞送輻射劑量。圖5是根據某些實施例的用以提供移動目標的突發模式輻射治療的過程500的流程圖。過程500和本文所述的其它過程可以使用硬件、軟件或手動裝置的任何適當組合來執行。可以用任何介質來存儲體現這些過程的軟件，所述任何介質可以包括硬盤、軟盤、CD-ROM、DVD-ROM、光盤、磁帶、閃速驅動器、固態存儲器件或者信號。下面將相對于放射線療法治療室100的元件來描述這些過程的示例，但是實施例不限于此。在某些實施例中，并且在S505之前，可以建立突發模式治療計劃。在S505處，操作員可以獲得治療計劃。在某些實施例中，可以在S505處確定并建立突發模式治療計劃或其部分。在S510處，可以發生病人的觀察時段，其中，可以在一段時間內觀察和測量病人的多個呼吸循環。可以使用所觀察的病人呼吸的測量結果的統計分析來確定病人呼吸的統計模型。其后，操作員可以與操作員控制臺160的輸入設備165相交互以發起線性加速器105的操作從而接收和/或執行突發模式放射線療法治療計劃。響應于用戶交互，處理器175可以執行存儲在存儲裝置180中的系統控制應用程序的程序代碼或指令。操作員還可以操作輸入設備165以發起病人150的目標體積或區域(例如腫瘤)的輻射，包括移動病人區域。根據突發模式治療計劃，突發模式輻射治療的某些方面可以包括移動系統100的一個或多個軸(例如構臺115、工作臺150、成像設備135等)和病人150。在S515處，在病人、構臺、成像設備以及系統100的其它方面處于用于治療的位置處的情況下，執行下一個治療機會的預測。可以基于在S510處確定和初始化的統計模型來進行該預測。如上文所解釋的，治療機會指的是目標體積處于根據突發模式治療計劃將被輻照的位置的時間段。并且，突發模式治療計劃規定用于一個或多個動態軸的參數、用于一個或多個靜態軸的參數以及用于對應于突發模式輻照的規定遞送時段的一個或多個動態軸的位置參數。在S520處，進行是否能夠使由突發模式治療計劃規定的預測下一個治療機會和突發窗口同步的確定。在某些情況下，是否能夠使下一個治療機會與規定突發窗口同步可以取決于病人的實際呼吸模式和放射線療法系統100的限制。例如，在病人目標體積的運動并不是持續地周期性地的情況下，則同步可能是不可能的。病人150可能由于許多原因而不以一致的方式呼吸。
在某些實施例中，可以為病人150裝配生物反饋(bio-feekback)設備作為幫助病人以一致的周期性方式呼吸的手段。在確定下一個治療機會與規定突發窗口之間的同步可能的情況下，則過程500開始下一個治療機會與規定突發窗口之間的同步過程并前進至S525，在那里，進行使治療機會與突發模式輻照的規定遞送時段同步的努力，因為治療機會和突發窗口的同時發生是用于動態地遞送突發模式輻射的條件。使下一個治療機會與規定突發窗口同步的努力可以包括調整動態軸(潛在地包括但不限于構臺105)用以移動的速度。可以通過改變意圖使治療機會與規定突發窗口同步的量來增加和減小動態軸的速度。通過病人基于直至發生下一個治療機會的時間的來自系統的反饋而控制其呼吸，可以增加或增強由本文中的放射線療法系統進行的使下一個治療機會與規定突發窗口同步的努力。在S530處，過程500等待治療機會和規定突發窗口的同時發生。雖然基于S525處的動態軸的調整和病人呼吸的統計模型的考慮可以預期下一個治療機會和規定突發窗口·將同時發生，但在S540處進行下一個治療機會和規定突發窗口實際上是否重疊或同時發生的確定。在某些實施例中，(多個)動態軸速度的調整可以可選地基于實時預測更新。例如，基于進行中的觀察，可以用實時預測更新來增加或補充在S525處確定和使用的調整。在操作S535處，可以向依照突發模式治療計劃經歷放射線療法治療的病人呈現定時數據的顯示，該定時數據指示直至突發模式輻照的下一個或其它未來規定遞送時段(即突發窗口)的時間。應注意的是在突發模式輻照的規定遞送時段與未來治療機會的同步期間向病人呈現定時數據的顯示。指示直至突發模式輻照的未來規定遞送時段(即突發窗口)的時間的定時數據的呈現可以進行操作以支援病人以一致且周期性的模式進行呼吸。在某些情況下，可以在S535處基于所呈現的與預測的突發模式輻照的下一個或其它未來規定遞送時段相關聯的定時數據的所呈現的指示來使病人意識到直至突發模式輻照的下一個或其它未來規定遞送時段的時間，并且病人以使得其呼吸將目標體積定位于用于治療的適當位置上的方式表現(即呼吸)。也就是說，病人可以至少部分地基于突發模式輻照的下一個規定遞送時段的定時數據的呈現將其呼吸調整為與突發模式輻照的規定遞送時段相符。因此，病人可以幫助放射線療法系統相對于治療輻射遞送保持和/或改善目標體積的定位。在下一個治療機會和規定突發窗口實際上重疊或同時發生的情況下，過程500前進至S545以用于突發模式治療輻射的動態遞送，以由突發模式治療計劃規定的劑量。因此，在S545處，放射線療法治療系統的動態軸隨著向病人遞送治療輻射而繼續移動。返回其中確定是否有可能使下一個治療機會與突發窗口同步(例如，由于病人的呼吸、對放射線療法系統的速度的物理約束等)的S520，過程500在不可能實現同步的情況下前進至S550。在S550處，將動態軸移動至設定或固定位置。在某些實施例中，可以將動態軸移動至被確定為在突發窗口內的位置并停在該位置處。此動作可以在治療機會將在能夠在突發窗口內遞送全部的規定劑量之前結束時或在治療機會與突發窗口不相符的情況下發生(即從S540)。從S550，在動態軸在S560處被設置在(多個)固定或靜態位置的情況下，過程500等待治療機會。在發生治療窗口時，過程500前進至用于以由突發模式治療計劃規定的劑量進行突發模式治療輻射的靜態遞送的S560。雖然在S560處放射線療法治療系統的動態軸未隨著向病人遞送治療輻射而繼續移動，但當目標處于用以接收突發模式治療輻射的適當位置上時，可以向目標遞送適當的劑量。在突發模式輻射治療遞送在S545或S560處結束時，在S565處進行治療計劃是否包括用于輻射遞送的附加規定突發窗口的確定。如果未規定更多治療窗口，則過程500在S570處終止。否則，該過程可以返回至S515，在那里，預測用于進一步輻射治療遞送的下一個治療機會。在某些實施例中，可以基于考慮與病人的呼吸行為有關的已更新歷史數據的連續更新統計模型來進行所述進一步預測。圖6A — 6D是依照本文中的某些實施例的指示直至突發模式輻照的下一個或其它未來規定遞送時段的時間的定時數據的顯示的說明性描述。如本文所討論的，病人呼吸的定位和呼吸的定時二者是關于病人呼吸的重要因素，其影響目標體積相對于突發模式放射療法的定位。圖6A是指示直至突發模式輻照的未來(例如下一個)規定遞送時段的時間的定時數據的視覺呈現的描述。圖6A可以包括多個垂直布置的燈LED、其表示或者其它病人可感知光源(在本文中一般稱為“燈”)。圖6A的顯示提供直至突發模式輻照的下一個(或其 它)未來規定遞送時段的倒數計數。在605處，燈被照亮以傳送直至突發模式輻照的下一個規定遞送時段的相對時間。突發模式輻照的規定遞送時段被預測在最下面的燈被照亮時發生。因此，病人的呼吸應該協作以便與下一個治療突發的發生一致地將目標體積定位于用于治療的適當位置上。圖6B是可以向病人呈現、使得其可能調整其呼吸以改善或保持突發模式輻照的未來規定遞送時段的同步的顯示的另一實施例。圖6B包括同心環的顯示呈現，其中中心環表示突發模式輻照的下一個或其它未來規定遞送時段的預測發生。直至突發模式輻照的下一個規定遞送時段的時間隨著照明610從最外面的環進展至中心圓而進行倒數計數。圖6C和6D兩者包括用于傳送直至突發模式輻照的下一個(或其它)未來規定遞送時段的時間的顯示部件，在每個圖中用垂直配置的燈來表示。另外，這些圖中的每個都包括用于傳送病人呼吸的定位(例如呼吸循環中的病人呼吸)的(多個)顯示部件。突發模式輻照照明615的規定遞送時段與呼吸位置照明620的交叉點表示治療與病人呼吸的同步。這時，病人的呼吸應將目標體積定位于用于突發模式放射線療法治療的適當位置。圖6D是圖6C的顯示的變體。突發模式輻照照明625的規定遞送時段與呼吸位置照明630的交叉點表示輻射遞送和病人呼吸的同步。圖6C和6D中的垂直軸指示直至在病人應實現放射線療法治療的呼吸位置所剩下的時間。提供圖6A - 6D的說明性顯示是為了舉例說明實現定時數據的公開顯示的某些實例，所述定時數據指示直至突發模式輻照的下一個或其它未來規定遞送時段的時間。圖6A - 6D的示例并不意圖或應被視為徹底是定時數據的所有可能顯示，所述定時數據指示直至突發模式輻照的下一個或其它未來規定遞送時段的時間。與圖6A - 6D明確地示出的那些相比，某些顯示呈現可以包含更多、更少、替換或取代部件。例如，在某些實施例中，還可以向病人呈現病人的呼吸(位置)應在哪里的指示。在某些實施例中，顯示部件的尺寸、配置、數目和類型可以與在圖6A - 6D中具體地描述的那些不同。在某些情況下，可以使用不同的色彩來傳達倒數計數或呼吸位置。在某些實施例中，圖6A — 6D的顯示可以包括將由病人檢測到的可聽信號或物理刺激或被它們替換。在某些實施例中，可以單獨地或以其任何組合的方式用可聽信號和物理刺激來替換圖6A - 6D的視覺提示或與可聽信號和物理刺激組合。在某些實施例中，可以在能夠由病人來保持和定位的手持式設備或系統中體現用以呈現突發模式輻照定時的規定遞送時段和/或呼吸位置的顯示的顯示設備(例如顯示設備190)。在某些實施例中，可以將可視、可聽以及物理治療刺激結合到其它設備中。例如，可以用環境光變化來增加或替換顯示的視覺提示，其中，放射線療法治療室的環境照明改變以傳達在本文中公開的治療機會倒數計數特征。同樣地，可以通過放射線療法治療室中 的揚聲器來呈現(即廣播)可聽信號。本文所述的若干個實施例僅僅用于舉例說明的目的。因此，本領域的技術人員根據本說明將認識到可以用各種修改和變更來實施其它實施例。
權利要求
1.一種系統(100)，包括 不同于可旋轉放射線療法構臺(115)的放射線療法設備的一個或多個可移動軸； 發射設備(110),其被安裝到放射線療法構臺(115)以發射治療輻射射束；以及 處理器(175)，其用以 從運動檢測設備(185)接收發生用于病人(150)的目標體積的基本上周期性的治療機會的指示，該治療機會是目標體積處于根據將由放射線療法設備管理的突發模式治療計劃將被輻照的位置的時間段； 確定用于病人(150)的目標體積的未來治療機會，該未來治療機會是目標體積處于在將來將根據突發模式治療計劃被輻照的位置的時間段； 開始突發模式輻照的規定遞送時段和未來治療機會的同步； 向病人(150)呈現定時數據(605、610、615、620)的指示，該定時數據指示直至將發生突發模式輻照的規定遞送時段的時間；以及在突發模式輻照的規定遞送時段與未來治療機會的同步期間輻照目標體積。
2.權利要求1的系統(100)，還包括獲得突發模式治療計劃。
3.權利要求1的系統(100)，其中，呈現指示直至將發生突發模式輻照的規定遞送時段的時間的定時數據(605、610、615、620)的指示是視覺提示、可聽提示、物理刺激提示以及其組合中的至少一個。
4.權利要求3的系統(100)，其中，經由顯示屏(190)和環境照明源中的至少一個向病人(150)呈現視覺提示。
5.權利要求1的系統(100)，還包括在同步期間向病人(150)呈現指示病人的當前呼吸位置的呼吸位置數據(620、630)的指示。
6.權利要求5的系統(100)，還包括在同步期間向病人(150)呈現指示病人的呼吸應在什么位置以進行治療的呼吸位置數據的指示。
7.權利要求5的系統(100)，其中，與指示直至將發生突發模式輻照的規定遞送時段的時間的定時數據(605、610、615、625)的指示的呈現同時地呈現呼吸位置數據(620、630)的呈現。
8.權利要求1的系統(100)，其中，在確定治療機會的未來發生時使用治療機會的周期性。
全文摘要
本發明涉及用于放射療法的基于預測的呼吸控制設備。某些方面包括用于從運動檢測設備接收(510)發生用于病人的目標體積的基本上周期性的治療機會的指示的系統(100)和方法(500)，該治療機會是目標體積處于根據由放射線療法設備管理的突發模式治療計劃將被輻照的位置的時間段；確定(S515)用于病人的目標體積的未來治療機會；開始突發模式輻照的規定遞送時段和未來治療機會的同步(S520)；向病人呈現(S535)指示直至將發生突發模式輻照的規定遞送時段的時間的定時數據的指示；以及在未來治療機會與突發模式輻照的規定遞送時段的同步期間輻照(S545)目標體積。
文檔編號A61N5/10GK103007437SQ20121034858
公開日2013年4月3日 申請日期2012年9月19日 優先權日2011年9月20日
發明者J.N.施塔爾 申請人:美國西門子醫療解決公司