專利名稱：放射治療設(shè)備及操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及放射治療設(shè)備及操作和控制該設(shè)備的方法。
現(xiàn)有的放射治療設(shè)備設(shè)法引導(dǎo)輻射波束到達(dá)病人體內(nèi)腫瘤，以便殺死癌細(xì)胞。就其本性而言，輻射是有害的，因而正在努力限制輻射照到病人的健康區(qū)。通常，這樣將涉及使用波束準(zhǔn)直器及定向技術(shù)，在定向技術(shù)中，從各個(gè)方向把波束引向腫瘤，從而使腫瘤部位的輻射劑量最大而在鄰近區(qū)最小。
這種技術(shù)依賴于了解腫瘤位置的操作者。這些位置知識(shí)常常是從以前的探查及在醫(yī)療之后進(jìn)行脫機(jī)分析獲得的，供改善隨后醫(yī)療使用。但是，即使在短的時(shí)間內(nèi)，軟組織往往隨機(jī)移動(dòng)，限制了病史信息的使用。
這個(gè)問(wèn)題在前列腺癌的醫(yī)療中特別嚴(yán)重。前列腺緊靠其他器官，如直腸和膀胱，這兩種器官對(duì)治療劑量的輻射作用是敏感的。如果不小心，容易對(duì)這些部分產(chǎn)生不希望出現(xiàn)的副作用。但是，這些器官和前列腺的移動(dòng)是常有的，能夠達(dá)到3到8mm。這個(gè)距離明顯大于這些器官之間的間隔，因而給醫(yī)療帶來(lái)困難。

發(fā)明內(nèi)容
已經(jīng)建議把放射治療加速器與計(jì)算機(jī)化的斷層攝影(CT)設(shè)備結(jié)合，以便對(duì)前列腺當(dāng)前位置定位并據(jù)此引導(dǎo)輻射波束。把CT掃描的三維結(jié)果呈現(xiàn)給操作者，可鑒別前列腺并確認(rèn)建議需要輻照的體積。這種配置只要能夠控制，將提供大的多的醫(yī)療精度。
一種困難是，不能用三維(全息)顯示，因此必需把數(shù)據(jù)集投影到兩維屏幕上。然后，必須在需要輻照的三維器官的兩維屏幕上跟蹤。適用的軟件能夠分析數(shù)據(jù)集并提供輻照?qǐng)D，但提供的輻照?qǐng)D仍須操作者能看懂，才能使輻照?qǐng)D發(fā)生效力。
因此，本發(fā)明提出一種適合提供治療輻射和成像輻射的放射治療設(shè)備，且包括供該成像輻射使用的兩維成像器，一計(jì)算裝置從成像器輸出準(zhǔn)備斷層攝影數(shù)據(jù)，該治療源能根據(jù)斷層攝影數(shù)據(jù)的反饋進(jìn)行控制，其中，用該計(jì)算裝置從成像器輸出準(zhǔn)備多個(gè)相交的切面視圖。
這些切面像與操作者熟識(shí)的形式類似，操作者習(xí)慣以“門”像(portalimage)工作，“門”像是在醫(yī)療過(guò)程中從通過(guò)病人的輻射導(dǎo)出的。但是，該切面像將給出更高反差并顯示切面的細(xì)節(jié)，而不僅僅是投影。解釋和看見(jiàn)一系列切面視圖比解釋和看見(jiàn)三維視圖更容易。
這些切面視圖為便于觀察，最好相互垂直地排列。至少使用三個(gè)切面視圖，因?yàn)槊恳磺忻嫣峁﹥蓚€(gè)自由度，從而三個(gè)視圖將提供六個(gè)自由度。這些自由度能交叉校驗(yàn)，確保數(shù)據(jù)集是可靠的和操作者沒(méi)有犯嚴(yán)重錯(cuò)誤。
這些視圖理想的是基本在治療源的等量點(diǎn)上相交，因?yàn)橹委焻^(qū)很可能就在該點(diǎn)，且治療加速器最佳精度也在該鄰域。
每一切面視圖是包括許多像素的數(shù)字像。一種建立像素的簡(jiǎn)單途徑，是使像素與斷層攝影數(shù)據(jù)集中體像素(voxel)的2D平面對(duì)應(yīng)。但是，這樣得出的像很可能包含大量噪聲。這些噪聲一般通過(guò)對(duì)鄰近像素求平均消除，但代價(jià)是降低分辨率。在典型的CT集中，分辨率約每體像素1mm3，因而分辨率的降低可能產(chǎn)生問(wèn)題。
在本發(fā)明中，提供的像的切面性質(zhì)，能使像素成為橫切切面排列的多個(gè)體像素的平均結(jié)果，通常是相互垂直并理想的是成線性關(guān)系。這樣能夠保持CT集的分辨率，同時(shí)通過(guò)平均，降低像中的噪聲。與3d數(shù)據(jù)集的顯示比較，這樣存在以相同分辨率提供改進(jìn)質(zhì)量的像的前景，該像還更容易解釋。通常用5到20個(gè)體像素就能獲得好的結(jié)果。約10個(gè)體像素，即在7到15之間，是適當(dāng)?shù)摹?br> 理想的是，有顯示裝置向操作者顯示這些切面視圖。然后根據(jù)操作者通過(guò)輸入裝置發(fā)出的指令，控制治療源，輸入裝置最好是與顯示器關(guān)聯(lián)的例如鼠標(biāo)或其他指針。這種關(guān)聯(lián)體現(xiàn)在顯示器上疊加的像，該像能響應(yīng)輸入裝置的操作而運(yùn)動(dòng)。疊加的像能夠從以前對(duì)病人的探查和以前對(duì)病人的醫(yī)療之一導(dǎo)出，所以它與正被查找的區(qū)域或像對(duì)應(yīng)。該疊加的像最好是輪廓線，以便清楚看見(jiàn)下面的像。


現(xiàn)在，以舉例方式，參照

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，附圖有圖1畫出本發(fā)明的治療設(shè)備的示意圖；圖2畫出數(shù)據(jù)處理設(shè)備；圖3是通常從CT設(shè)備獲得的數(shù)據(jù)集的配置圖，其中感興趣的數(shù)據(jù)以高亮顯示；圖4畫出本發(fā)明獲得的切面視圖；和圖5畫出從3D數(shù)據(jù)集到2D像的轉(zhuǎn)換。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參考圖1，病人10躺在床12或其他支承上。在床的腳(或頭)部，是可旋轉(zhuǎn)的載物臺(tái)14，其上安裝有產(chǎn)生治療輻射的醫(yī)療源16、產(chǎn)生成像輻射的診斷源18、和(例如)非晶硅平板成像器20。通過(guò)把成像器與CCD或光電二極管陣列結(jié)合，該成像器能把入射成像輻射轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)的像輸出或(在本例中)數(shù)字的像輸出。
載物臺(tái)14可繞水平軸旋轉(zhuǎn)，水平軸與等量點(diǎn)22重合。該等量點(diǎn)是需要醫(yī)療的體積的標(biāo)稱中心，并因此在病人工作臺(tái)之上一段短的距離上。把源16、18對(duì)準(zhǔn)，以便把輻射引向等量點(diǎn)。通過(guò)把診斷源18繞工作臺(tái)的軸旋轉(zhuǎn)，使之偏離醫(yī)療源16，以便兩個(gè)源都清楚地看見(jiàn)病人。據(jù)此把成像器20在載物臺(tái)14上對(duì)準(zhǔn)，以便對(duì)著診斷源18。
源16、18之間的旋轉(zhuǎn)偏離要充分，以便把成像器20置于醫(yī)療源16的輻射場(chǎng)24之外。這樣可以保護(hù)成像器20，因?yàn)槌上衿?0如果與暴露在診斷源的KeV能量輻射相反，暴露在醫(yī)療源16的MeV能量輻射中，成像器20將被毀壞。
能產(chǎn)生MeV和KeV兩種輻射的源，可以代替醫(yī)療源16和診斷源18兩者。在這種情形下，必須在醫(yī)療時(shí)能使成像器移出輻射場(chǎng)。該類型設(shè)備在GB-A-2353458中說(shuō)明。
因此，隨著載物臺(tái)14的旋轉(zhuǎn)，兩個(gè)源16、18及成像器20一起繞病人旋轉(zhuǎn)，并保持對(duì)準(zhǔn)。這樣可使診斷源18和成像器20建立完整的錐形波束CT數(shù)據(jù)集。這樣還可使治療源16從許多對(duì)準(zhǔn)中，把輻射引向病人的病變區(qū)域，從而限制把輻射劑量照到需要醫(yī)療區(qū)周圍的非病變區(qū)。
圖2畫出數(shù)據(jù)處理設(shè)備。診斷源18和載物臺(tái)14受重構(gòu)服務(wù)器26控制，重構(gòu)服務(wù)器26還從成像器20收集數(shù)據(jù)，并把收集的數(shù)據(jù)重構(gòu)成三維CT數(shù)據(jù)集。這樣可把數(shù)據(jù)提供給醫(yī)療控制的計(jì)算機(jī)28使用，計(jì)算機(jī)28有顯示器30和輸入裝置32，以便與操作者交互作用。一旦作出醫(yī)療決定，使用這些裝置控制醫(yī)療源16和載物臺(tái)14。
圖3按2D投影畫出CT數(shù)據(jù)集34。數(shù)據(jù)集34內(nèi)的器官，包括放大的前列腺36和直腸38。在該視圖中，很難在三維像的不同部分認(rèn)出相對(duì)位置。通過(guò)軟件分析數(shù)據(jù)集并識(shí)別各器官是可能的，但軟件的性質(zhì)及可能配置的裝置數(shù)量，由操作者確定是明智的。如果這樣，則要求操作者對(duì)數(shù)據(jù)集有理解能力。
據(jù)此，從數(shù)據(jù)集34提取三個(gè)相互垂直的切片40、42、44。這些切片在數(shù)據(jù)集34中部的等量點(diǎn)相交。因?yàn)樵O(shè)備通常瞄準(zhǔn)等量點(diǎn)，這些切片通常包括要治療的區(qū)。然后，如圖4所示，在顯示器30上顯示該三個(gè)切片。根據(jù)這些像，前列腺36和直腸38(在本例中)之間的區(qū)別更為明顯。本設(shè)備把需要醫(yī)療的前列腺像46疊加在其上，該像46是從病人更早診斷中探查拍攝的，或以前醫(yī)療中收集的數(shù)據(jù)得到的。該像46在圖4中以虛線表示，雖然該像實(shí)際上可取的是用反色顯示。
從圖4可見(jiàn)，自從收集該像以來(lái)，前列腺已經(jīng)移動(dòng)；這是常見(jiàn)的，因?yàn)椴∪讼氖澄锖惋嬃?，使直腸和膀胱對(duì)前列腺產(chǎn)生壓力所致。直腸和膀胱也移動(dòng)，這表明，沒(méi)有同期定位數(shù)據(jù)，則必須確定輻射場(chǎng)，以避開(kāi)這些器官先前的定位和環(huán)繞它們的安全邊界。這表明，整個(gè)前列腺被輻照，從而危及醫(yī)療是不大可能的。
通過(guò)使用同期CT數(shù)據(jù)，能夠查明靶的實(shí)際定位和非靶器官，并對(duì)劑量作相應(yīng)調(diào)整。操作者能夠操縱像46，把它疊在前列腺36上，同時(shí)，控制的計(jì)算機(jī)使用該信息引導(dǎo)醫(yī)療源16。該種軟件是熟知的，例如，本申請(qǐng)人的iViewTM軟件可供使用。
該軟件顯示的切片類似于“門”像，即用通過(guò)病人并被衰減的治療輻射拍攝的像。操作者習(xí)慣于解釋門像，因而能容易解釋本發(fā)明的像。但是，以這種方式使用門像是不適當(dāng)?shù)?，因?yàn)槟康氖且苊鈱?duì)病人施加治療級(jí)的輻射，直到建議的醫(yī)療已經(jīng)被批準(zhǔn)為止。
圖5畫出在上述安排中如何改進(jìn)像的質(zhì)量。如在上面指出，從數(shù)據(jù)集抽取單一切片48。三維數(shù)據(jù)集包括體像素的3D陣列，各有相應(yīng)的強(qiáng)度，等等。該片為5到20個(gè)體像素厚，通常是10個(gè)厚。軟件在沿切片48厚度伸延的體像素50中選擇一條直線。然后，對(duì)這些體像素的強(qiáng)度求平均，把平均值用作對(duì)應(yīng)像54中像素52的強(qiáng)度值。
結(jié)果是，像內(nèi)局部的瞬變值被平滑化，并使像失去許多顆粒，器官變得更容易認(rèn)出。但是，在平均時(shí)通常會(huì)丟失的像分辨率沒(méi)有損失。
顯而易見(jiàn)，可以對(duì)上述的實(shí)施例作許多改變而不偏離本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.適合提供治療輻射和成像輻射的放射治療設(shè)備，且包括供該成像輻射使用的兩維成像器，一計(jì)算裝置從成像器輸出準(zhǔn)備斷層攝影數(shù)據(jù)，該治療源能根據(jù)斷層攝影數(shù)據(jù)的反饋進(jìn)行控制，其中，用該計(jì)算裝置從成像器輸出準(zhǔn)備多個(gè)相交的切面視圖。
2.按照權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的放射治療設(shè)備，其中的切面視圖是相互垂直排列的。
3.按照權(quán)利要求1的放射治療設(shè)備，其中至少準(zhǔn)備三個(gè)切面視圖。
4.按照權(quán)利要求3的放射治療設(shè)備，其中的視圖基本上相交于治療源的等量點(diǎn)。
5.按照前面權(quán)利要求任一項(xiàng)的放射治療設(shè)備，其中每一切面視圖，是包括如下像素的像，這些像素的值，是從斷層攝影數(shù)據(jù)集中多個(gè)體像素導(dǎo)出的。
6.按照權(quán)利要求5的放射治療設(shè)備，其中的多個(gè)體像素橫切關(guān)心的切面排列。
7.按照權(quán)利要求6的放射治療設(shè)備，其中的多個(gè)體像素與關(guān)心的切面相互垂直排列。
8.按照權(quán)利要求6或權(quán)利要求7的放射治療設(shè)備，其中的多個(gè)體像素線性地排列。
9.按照權(quán)利要求5到8任一項(xiàng)的放射治療設(shè)備，其中采用5到20個(gè)體像素之間。
10.按照權(quán)利要求5到9任一項(xiàng)的放射治療設(shè)備，其中采用7到15個(gè)體像素之間。
11.按照權(quán)利要求5到10任一項(xiàng)的放射治療設(shè)備，其中采用約10個(gè)體像素。
12.按照前面權(quán)利要求任一項(xiàng)的放射治療設(shè)備，其中有顯示裝置，用于顯示切面視圖。
13.按照權(quán)利要求12的放射治療設(shè)備，其中的治療源是根據(jù)操作者通過(guò)輸入裝置給出的指令控制的。
14.按照權(quán)利要求13的放射治療設(shè)備，其中的輸入裝置是與顯示關(guān)聯(lián)的。
15.按照權(quán)利要求14的放射治療設(shè)備，其中的關(guān)聯(lián)體現(xiàn)在顯示器上疊加的像，該像能響應(yīng)輸入裝置的操作而運(yùn)動(dòng)。
16.按照權(quán)利要求15的放射治療設(shè)備，其中疊加的像是從以前對(duì)病人的探查和以前對(duì)病人的醫(yī)療之一導(dǎo)出的。
17.按照權(quán)利要求15或權(quán)利要求16的放射治療設(shè)備，其中的疊加像是輪廓線。
18.本文說(shuō)明的放射治療設(shè)備，基本上參照和/或按照附圖中畫出的說(shuō)明。
全文摘要
一種放射治療設(shè)備，包括治療的輻射源、成像的輻射源、和供成像輻射使用的兩維成像器，一計(jì)算裝置從成像器輸出準(zhǔn)備斷層攝影數(shù)據(jù)，該治療源能根據(jù)斷層攝影數(shù)據(jù)的反饋進(jìn)行控制，其中，用該計(jì)算裝置從成像器輸出準(zhǔn)備多個(gè)相交的切面視圖，這些相交的切面視圖與門像類似，但有更高反差和切面細(xì)節(jié)，而不僅僅是投影。這樣，解釋和看見(jiàn)一系列切面視圖比解釋和看見(jiàn)三維視圖更容易。像的像素，是與切面橫切排列的多個(gè)體像素的平均結(jié)果，通常是相互垂直并線性的。理想的是，用顯示裝置向操作者顯示這些切面視圖。于是，治療源能夠根據(jù)操作者的指令控制。能夠從以前的探查和以前對(duì)病人的醫(yī)療之一，在顯示器上導(dǎo)出疊加的像。
文檔編號(hào)A61B6/03GK1717267SQ200380104483
公開(kāi)日2006年1月4日 申請(qǐng)日期2003年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月28日
發(fā)明者凱文·J.·布朗 申請(qǐng)人:埃萊克特公司