專利名稱：確定用于放射治療輸送系統(tǒng)的最優(yōu)化路徑行進的制作方法
技術領域：
本發(fā)明大體上涉及放射治療領域，以及具體但非排他性地，涉及確定用 于放射輸送系統(tǒng)的最優(yōu)化路徑行進。
背景技術：
放射治療是指其中向目標區(qū)域或感興趣的體積(VOI)施加放射的操作， 并且是包括低劑量治療(例如，放射療法)和高劑量治療(例如，放射手術) 的廣泛術語。放射治療可能需要高精確度，并因此需要具有能夠滿足此類要 求的組件的系統(tǒng)。此類系統(tǒng)的一個示例是由加利福尼亞州桑尼維爾市的艾可
瑞公司制造的CyberKiiife⑧系統(tǒng)。CyberKnife⑧系統(tǒng)是圖像引導的、基于機器 人的放射治療系統(tǒng)。這種系統(tǒng)具有耦合到具有多個自由度的機器人臂的放射 源，所述機器人臂允許放射源在也被稱為工作區(qū)的空間體積內移動和操作。 所述多個自由度允許機器人可能在其操作范圍內達到無窮個位置。使得這類 移動提供靈活性，但其可能引起其它難題。首先，由于難以選擇用于治療的 射束而對治療計劃產(chǎn)生難題。其次，這會允許機器人行進其工作區(qū)內的任何 地方，但也必需識別要避開的障礙物。這些難題可以通過創(chuàng)建機器人在治療 輸送期間必須遵循的特定路徑來解決。
可以通過定義例如頭和身體等某些特定工作區(qū)域來創(chuàng)建所述特定路徑， 所述工作區(qū)通常是以可以根據(jù)目標的位置來設計的幾何形狀的質心為中心 的幾何形狀。例如，所述工作區(qū)可以采取球形或橢圓形的形狀。通常由源軸 距(SAD)、放射源中的準直器與目標之間的距離來定義所述工作區(qū)。例如， 在醫(yī)學應用中，可以由具有約650mm和約800mm的SAD的兩個球形來定 義用于解剖學的頭部區(qū)域的工作區(qū)。在另一示例中，可以由約650mm至約750mm范圍內的SAD來定義工作區(qū)。此工作區(qū)局限于由半徑大約在約 650mm至約750mm范圍內的以頸部區(qū)域中的目標為中心的多個同心球定義 體積。當在治療身體其余部分中的腫瘤時，CyberKnife⑧系統(tǒng)使用約900至 約1000mm的SAD值。這種方法縮小(compress) 了工作區(qū)，但仍有無窮 個位置機器人可以在這些體積的表面上停止。因此，為了解決這個問題，沿 著機器人可以停下來輸送治療的球形的表面創(chuàng)建任意位置。具體地說，由最 小同心球(650mm)的表面面積與最大同心球(750mm)的表面面積之間的
空間體積中的稱為空間節(jié)點的有限個位置來表征工作區(qū)。工作區(qū)中的這些基 本上均勻分布的空間節(jié)點統(tǒng)稱為節(jié)點的超集。然而，該節(jié)點超集中只有一部 分被用于利用安裝在場所(例如，醫(yī)院)中的特定CyberKnife⑧系統(tǒng)進行的 放射治療。安裝CyberKnife⑧系統(tǒng)的每個場所(例如，醫(yī)院)可以具有由治 療室的幾何結構定義的唯一的一部分節(jié)點。CyberKnife⑧系統(tǒng)的典型安裝可 以具有例如約100至約130個此類節(jié)點。
節(jié)點超集內的用于特定安裝場所的一部分節(jié)點為安裝有放射源的機器 人臂提供安全或無沖突的行進路徑。該無沖突的行進路徑通過在節(jié)點超集內 安順序安排一部分節(jié)點來獲得，從而放射源在穿過節(jié)點序列時不會遇到任何 障礙。節(jié)點超集內的這部分節(jié)點稱為模板節(jié)點。該安全且無沖突的行進計劃 由沒有障礙的模板節(jié)點之間的直接路徑組成。安全且無沖突的行進路徑由 CyberKnife⑧系統(tǒng)治療室中的計算密集離線模擬和現(xiàn)實(real-life)實驗來確 定。該安全且無沖突的行進路徑由預定義順序或順次的模板節(jié)點形成，并為 治療安裝場所或特定的治療配置所獨有。
由于給定節(jié)點超集內的安全或無沖突路徑的極大可能性和路由選擇過 程的任意性，通過計算機密集離線模擬過程和利用實際系統(tǒng)的測試來確定安 全且無沖突的行進計劃是耗費時間的。算法模擬放射源從初始位置移動到第 一空間節(jié)點、后面是第二空間節(jié)點、然后是第三、和第四等等，直至在空間節(jié)點之間遇到對象或障礙物。在遇到障礙物時，算法通過去除目的地空間節(jié) 點并將連續(xù)數(shù)目的被去除的節(jié)點應用于下一個非映射空間節(jié)點來消除該路 徑。模擬繼續(xù)重復并映射空間節(jié)點以便在消除引起與障礙物沖突的空間節(jié)點 或冗余的空 間節(jié)點的同時生成將放射源帶回初始位置的無障礙行進路徑。最 終，由空間節(jié)點集建立并確定安全或無沖突的路徑。這組空間節(jié)點是模板節(jié) 點，其中每個模板節(jié)點被順次編號，并且如果放射源按照序列的順序遵循模 板節(jié)點，則不會遇到障礙物。
每個模板節(jié)點順次被分配號碼，從而放射源根據(jù)序列的順序沿路徑行 進?；谒瞿０骞?jié)點，由可用于系統(tǒng)的諸如射束位置和射束方位等輸入?yún)?數(shù)生成治療計劃。該治療計劃指定諸如施加的放射射束的方向和強度及射束 暴露的持續(xù)時間等參量。治療計劃通常不需要在所有可用模板節(jié)點處輸送放 射射束。然而，由于路徑行進的現(xiàn)有配置，即使放射源只需在模板節(jié)點的部 分集處輸送放射，放射輸送源仍必須按照安全或無沖突行進計劃中的序列所 定義的順序訪問所有模板節(jié)點以便保證安裝有放射源的機器人臂不與病人 或另外的對象沖突。必須沿著已知的安全或無沖突路徑循環(huán)穿過整個模板節(jié) 點集增加了提供治療所需的時間量。


參照附圖來描述本發(fā)明的非限制性和非排他性的實施方式，在附圖中， 除非另外指明，相似的參考標記在各種圖中自始至終指示相似的部分。
圖1是示出了依照本發(fā)明的實施方式、包括放置放射源的多個空間節(jié)點 的放射治療輸送系統(tǒng)的工作區(qū)的透視圖。
圖2A是示出了依照本發(fā)明的實施方式、包括來自空間節(jié)點超集的部分 節(jié)點集(模板節(jié)點)的放射治療輸送系統(tǒng)的工作區(qū)的側視圖。
圖2B是示出了依照本發(fā)明的實施方式、包括來自空間節(jié)點超集的部分節(jié)點集(模板節(jié)點)的放射治療輸送系統(tǒng)的工作區(qū)的端視圖。
圖3A是依照本發(fā)明的實施方式、被映射到包括來自空間節(jié)點超集的部 分空間節(jié)點集(模板節(jié)點)的2維映射的3維工作區(qū)。
圖3B是依照本發(fā)明的實施方式、具有關于用于放射源輸送放射治療的 模板節(jié)點的安全或無沖突行進路徑的輪廓的2維映射。
圖4A是依照本發(fā)明的實施方式、具有用于放射輸送源管理所有模板空 間節(jié)點處的放射治療的安全或無沖突路徑的輪廓的2維映射。
圖4B是依照本發(fā)明的實施方式、具有用于放射輸送源管理模板空間節(jié) 點的部分集處的放射治療的安全或無沖突路徑的輪廓的2維映射。
圖5A 5D是示出了依照本發(fā)明的實施方式、確定用于最佳路徑行進的 査找表時的各種示例性空間節(jié)點的直接路徑映射的不同2維映射。
圖6是依照本發(fā)明的實施方式、包含在空間節(jié)點模板中的空間節(jié)點之間 映射的直接路徑的結果的査找表的圖示。
圖7是依照本發(fā)明的實施方式、具有用于放射輸送源在模板空間節(jié)點的 子集處輸送治療的最優(yōu)化路徑行進的輪廓的2維映射。
圖8A是依照本發(fā)明的實施方式、放射輸送源在由節(jié)點的模板形成的安 全或無沖突路徑上行進時遇到兩個空間節(jié)點之間的錯誤的2維映射圖示。
圖8B是依照本發(fā)明的實施方式、遇到錯誤發(fā)生之后的用于放射輸送源 的經(jīng)修改的新行進路徑的2維映射圖示。
圖9A是依照本發(fā)明的實施方式、放射輸送源在由模板節(jié)點的子集形成 的最優(yōu)化安全或無沖突路徑上行進時遇到兩個空間節(jié)點之間的錯誤的2維映 射圖示。
圖9B是依照本發(fā)明的實施方式、遇到錯誤發(fā)生之后的用于放射輸送源 的新最優(yōu)化安全或無沖突路徑的2維映射圖示。
圖10是示出了依照本發(fā)明的實施方式、用于確定放射輸送源的最優(yōu)化安全或無沖突行進路徑從而確定并實現(xiàn)用于模板空間節(jié)點的子集的最優(yōu)化 路徑行進的過程的流程圖。
圖11是依照本發(fā)明的實施方式、在放射輸送源行進于兩個空間節(jié)點之 間時遇到錯誤之后確定經(jīng)修改的安全或無沖突行進路徑的過程的流程圖。
圖12是示出了依照本發(fā)明的實施方式的用于生成診斷圖像、生成治療 計劃、并輸送治療計劃的病人治療系統(tǒng)的方框圖。
具體實施例方式
本文描述了用于最優(yōu)化放射治療輸送系統(tǒng)的工作區(qū)諸如用于縮短治療 時間的系統(tǒng)和方法的實施方式。在以下說明中，闡述許多具體細節(jié)是為了提 供對實施方式的透徹理解。然而，本領域的技術人員應認識到可以在沒有所 述一個或多個具體細節(jié)中的情況下或者在利用其它方法、組件、材料等的情 況下來實施本文所述的技術。在其它實例中，未示出或詳細描述眾所周知的 結構、材料、或操作以避免使某些方面模糊。
貫穿說明書"一個實施方式"或"實施方式"的參考標記表示結合該 實施方式所描述的特定特征、結構、或特性被包括在本發(fā)明的至少一個實施 方式中。因此，短語"在一個實施方式中"或"在實施方式中"在貫穿本說 明書的各種位置上的出現(xiàn)不一定全部指示同一實施方式。此外，在一個或多 個實施方式中，可以以任何適當?shù)姆绞絹斫M合所述特定特征、結構、或特性。
在一個實施方式中，術語"目標"在本文中被用來指示諸如病理或正常 解剖體等病人的解剖特征，并且可以包括一個或多個非解剖參考結構，在所 述非解剖參考結構處，放射源可以確定放射輸送的目標。雖然在下文中為了 便于解釋而可以涉及諸如病理解剖體(諸如腫瘤、病灶、動靜脈畸形等)等 特定類型的目標，但本文所述的方法和裝置可以應用于其它類型的目標。例 如，術語"目標"可以用來定義非生物/非人的無生命對象或結構。術語"安全"在本文中被定義為對遵循路徑或計劃的放射源的行進的說 明。具體地說，"安全"是指"無沖突"，其還意指沒有障礙物。例如，當用 來描述放射源的行進路徑或行進計劃時，"安全"意指在行進路徑或行進計 劃中沒有障礙物且從而放射源將沿著行進路徑或根據(jù)行進計劃來無沖突地 行進。在另一示例中，當用來描述在兩個節(jié)點之間的行進時，"安全"意指 放射源在兩個節(jié)點之間的直接行進路徑是無沖突的，因此，所述節(jié)點是安全 節(jié)點或無沖突節(jié)點。
術語"放射源"被定義為用于向目標輸送放射的線性加速器。在一個實 施方式中，"放射源"是X波段緊湊線性加速器。"放射源"還可以被解釋為 可以用于向目標輸送放射的源。這種"放射源"通常被附著于機器人臂，從 而線性加速器可以行進到空間中的可以向目標輸送放射治療的不同位置。
用于確定這里所討論的放射源的最優(yōu)化行進路徑的方法和裝置可以使 用硬件、軟件、固件或其組合來實施。這里所討論的軟件模塊可以以多種編
程語言來編寫，軟件可以在來自華盛頓州的微軟公司的Windows OS或來自 加利福尼亞州的蘋果計算機公司的Mac OS上運行?；蛘撸琌S可以是UNIX、 Linux、或其它操作系統(tǒng)(例如，嵌入式或實時操作系統(tǒng))等。所述軟件或 OS可以在任何類型的平臺上運行，例如個人計算機(PC)平臺、工作站等。 軟件模塊或計算機程序產(chǎn)品可以包括具有存儲在其上的指令的機器可 讀介質，所述指令可以用來對計算機系統(tǒng)(或其它電子裝置)變成以執(zhí)行程 序。計算機可讀介質包括用于以機器可讀的形式(例如，軟件、處理應用程 序)存儲或傳輸信息的任何機構。計算機可讀介質可包括但不限于磁存儲介 質(例如，軟盤)；光存儲介質(例如，CD-ROM);磁光存儲介質；只讀存 儲器(ROM);隨機存取存儲器(RAM);可擦可編程存儲器(例如，EPROM 和EEPROM);快閃存儲器；電學、光學、聲學、或其它形式的傳播信號(例 如，載波、紅外信號、數(shù)字信號等)；或其它類型的適合存儲電子指令的介質。
除非在以下討論中另外明顯指出，應認識到諸如"識別"、"選擇"、"確 定"、"生成"等術語可以指計算機系統(tǒng)或類似電子計算裝置的行為和處理， 所述類似電子計算裝置操作被表示為計算機系統(tǒng)的寄存器和存儲器內的物 理(例如電子)量的數(shù)據(jù)并將該數(shù)據(jù)轉換成以類似方式表示為在計算機系統(tǒng) 存儲器或寄存器或者其它此類信息存儲、傳輸或顯示裝置內的物理量的其它 數(shù)據(jù)。可以使用計算機軟件來實施本文所述的方法的實施方式。如果以符合 公認標準的編程語言來編寫，被設計來執(zhí)行所述方法的指令序列可以被編譯 以便在各種硬件平臺上執(zhí)行并與各種操作系統(tǒng)接口。另外，未參考任何特定 編程語言來描述本發(fā)明的實施方式。應當理解，可以使用各種編程語言來實 施本發(fā)明的實施方式。
圖1是示出了依照本發(fā)明的實施方式、在工作區(qū)內包括將放置放射源的 空間節(jié)點超集的放射治療輸送系統(tǒng)的工作區(qū)的透視圖。所示的放射治療輸送
系統(tǒng)100的實施方式包括放射源105，并且還可以包括但不限于治療床110、 檢測器115A和115B (共同為115，也稱為成像器)、成像源120A和120B (共同為120)、以及機器人臂125。
放射治療輸送系統(tǒng)100可以用來執(zhí)行放射治療(例如放射手術和/或放 射療法)以治療或摧毀病人體內的病灶(例如，腫瘤組織)。此類輸送系統(tǒng) 已在發(fā)表于 Int. J. Medical Robotics and Computer Assisted Surgery 2005;l(2):28-39的Coste-Maniere等人的"Robotic whole body stereotactic radiosurgery: Clinical advantages of the CyberKnife integrated system "中有所 描述。在放射治療期間，在放射輸送系統(tǒng)的一個實施方式中，病人躺在治療
床iio上，該治療床被操縱使包含目標的感興趣體積("vor)位于預置位
置或放射源105可到達的工作范圍內(例如視場(fieldofview))。在一個實 施方式中，放射治療輸送系統(tǒng)100是圖像引導的放射治療輸送系統(tǒng)。同時，成像源120和檢測器115用作成像引導系統(tǒng)以提供對治療床110及其上面的 病人的位置的可視控制和放射源105相對于病人體內的VOI的對準。成像等 中心由放射成像射束的交點定義，所述放射成像射束從成像源向成像檢測器 發(fā)射。在替代實施方式中，成像檢測器115可以以與所提出的形式不同的形 式存在。例如，檢測器115可以不由兩個結構115A和115B組成，而是作為 替代，被嵌入地面或地板(未示出)內部以減少可能妨礙機器人臂運動的對 象的數(shù)目。在另一實施方式中，治療床110可以被耦合到諸如機器人臂等定 位系統(tǒng)(未示出)，該定位系統(tǒng)接收來自成像引導系統(tǒng)的反饋以提供對病人 體內的VOI相對于放射源105的位移和方位的精確控制。
在一個實施方式中，諸如機器人臂125的被耦合到治療床或放射源的定 位系統(tǒng)可以具有五個或更多自由度(DOF)。例如，該機器人臂可以具有五 個DOF，包括用于沿相互垂直的x和y水平坐標軸進行平移運動的兩個旋轉 軸；和分別用于關于x、 y、和z軸進行滾動(roll-)、前后(yaw-)、和左右 (yaw-)旋轉運動的三個旋轉軸。 一個(第六DOF)基本垂直的線性DOF 包括用于沿著垂直于水平x和y坐標軸的z坐標軸上的基本垂直的線平移的 基本為直線的軸。在另一實施方式中，耦合到治療床或放射源的機器人臂125 可以具有不同的六個DOF。這六個DOF包括用于沿著相互垂直的x、 y、和 z坐標軸進行平移運動的三個旋轉軸；和分別用于關于x、 y、和z軸進行滾 動、前后、和左右旋轉運動的三個旋轉軸。所述一個基本垂直的線性DOF 包括用于沿著垂直于水平x、和y坐標軸的z坐標軸上的基本垂直的線平移 的基本為直線的軸。
在一個實施方式中，耦合到放射源105的機器人臂125具有能夠在其工 作范圍(operating envelope)內以幾乎無窮多種可能性放置放射源105的五 個或更多自由度(DOF)。機器人臂125具有肩組件121、肘組件122、和腕 組件123。在一個實施方式中，肩組件121具有兩個旋轉DOF，肘組件122具有一個旋轉DOF，以及腕組件123具有三個旋轉DOF。在本實施方式中， 六個旋轉自由度形成用于放射源運動的巨大工作區(qū)。具有包括但不限于旋轉 運動或平移運動或這兩種運動類型的組合的五個或更多DOF的其它實施方 式也是可能的。
圖1示出了工作區(qū)的一個實施方式。工作區(qū)可以具有不同的幾何形狀。 在一個示例性實施方式中，工作區(qū)具有球形幾何形狀130，其半徑由與該形 狀的質心的源軸距(SAD)來定義。SAD是放射源中的準直器與目標之間的 距離。單獨的球形幾何形狀130表示一系列同心球之一，其中每個同心球具 有由以球形的質心為中心的不同SAD指定的不同半徑。在一個實施方式中， 以質心為中心的一個或一系列同心球共同定義可供放射源操作的工作區(qū)。在 另一實施方式中，工作區(qū)可以是以橢圓的質心為中心的一個或一系列橢圓。 對于不同的病人工作區(qū)域，可以創(chuàng)建并定義多個工作區(qū)。例如，對于病人的 不同解剖體，可以定義不同的工作區(qū)，每個工作區(qū)具有不同的SAD。
圖1中的每個由"+"符號表示(其中只有幾個加標簽)的空間節(jié)點135 共同形成空間節(jié)點的超集?？臻g節(jié)點的超集定義在不干擾可能也在工作區(qū)中 的任何對象或病人的情況下放射源可以在物理上占用的工作區(qū)中的空間位 置?？臻g節(jié)點135表示允許放射源105停止并向病人體內的VOI輸送放射劑 量的位置?？臻g節(jié)點135基本上均勻地分布在工作區(qū)130的表面上。在管理 治療計劃的一個實施方式中，機器人臂125使放射源105遵循預定義路徑運 動到每個空間節(jié)點135。應認識到，治療計劃可能要求放射源訪問多于、等 于、或少于超集節(jié)點數(shù)目的多個空間節(jié)點135。在一個實施方式中，治療計 劃可能要求放射源不止一次地訪問節(jié)點超集內的一個或多個節(jié)點。在另一實 施方式中，治療計劃可能要求放射源訪問節(jié)點超集內的節(jié)點子集。最后，由 于目標VOI、周圍解剖結構和治療計劃的臨床目的上的差異，不同的治療計 劃通常但并不總是指定不同的節(jié)點。在在安裝或初始化放射治療輸送系統(tǒng)100時確定節(jié)點超集的同時，治療 計劃所使用的模板節(jié)點通常但并不總是在制定治療計劃時確定。模板節(jié)點是 節(jié)點超集的子集并按照有序序列定義。當放射源按照有序序列遵循模板節(jié)點 在空間中行進以輸送放射治療時，放射源將遵循安全或無沖突的行進路徑且 不會遇到任何障礙物。在治療計劃的一個實施方式中，放射源將訪問每個模 板節(jié)點一次并在每個模板節(jié)點處輸送放射治療一次。在治療計劃的不同實施 方式中，放射源將訪問每個模板節(jié)點一次以保證安全或無沖突的行進路徑， 但將只在所選的一部分模板節(jié)點中的每一個模板節(jié)點處輸送放射治療一次。
圖2A是側視圖以及圖2B是端視圖，其示出了依照本發(fā)明的實施方式、 包括模板節(jié)點或空間節(jié)點135的超集的部分集的工作區(qū)130的橫截面200A 和200B。圖2A和2B示出了躺在治療床110上的具有目標或腫瘤170的病 人160，所述目標或腫瘤170表示質心，在定義工作區(qū)時從該質心開始測量 SAD。如所描述的，圖1中的空間節(jié)點135共同表示工作區(qū)中放射源可以在 物理上占用的空間位置。剖面200A和200B示出了一些所述空間節(jié)點135， 其在具有從目標170測量的SAD的同心球之一上的兩個不同圓弧周圍均勻 分布。所示的空間節(jié)點135是均勻分布的并包括具有被選作治療計劃的一部 分的具有虛線"+"的所選模板節(jié)點235。因此，在一個實施方式中，模板 節(jié)點235用來生成安全或無沖突的行進路徑以及放射源根據(jù)治療計劃輸送放 射治療的地方。
在更簡單的圖示中，為了更容易理解，可以以2維(2D)配置來表示模 板節(jié)點和節(jié)點的超集。圖3A示出了依照本發(fā)明的實施方式、被映射到包括 節(jié)點超集和模板節(jié)點的2D映射中的3維(3D)工作區(qū)。圖3A中的映射是 可用的3D工作區(qū)的2D等價物的實施方式。為了允許更容易地理解，本實 施方式中的空間節(jié)點的數(shù)目被簡化并從某些實施方式中的空間節(jié)點的數(shù)目 減少。對象320表示當3D中的工作區(qū)被展開到2D空間中時未被展開到2D中的3D中的對象。由圓圈380表示的空間節(jié)點和由帶有"X"的圓圈390表示的那些空間節(jié)點共同表示工作區(qū)中的空間節(jié)點的子集。由帶有"X"的圓圈390表示的空間節(jié)點是未被選作模板節(jié)點的空間節(jié)點。雖然存在許多此類未選擇節(jié)點，但只有一個被標注。由圓圈380表示的空間節(jié)點是被選擇用于特定治療計劃的模板節(jié)點。在圖3A中，這些模板節(jié)點中的每一個同樣地由圓圈380來表示，而未被選作模板節(jié)點的每個空間節(jié)點同樣地由帶有"X"的圓圈390來表示。初始位置300是放射源開始和終止的位置。初始位置300表示放射源根據(jù)放射治療計劃未移動從而管理放射治療時的放射源的停留位置。
在另一實施方式中，圖3A中的模板節(jié)點380被排成序列以形成用于放射源的安全或無沖突的行進路徑。在安全或無沖突的行進路徑中，放射源從初始位置移動到排序最低的節(jié)點并根據(jù)安全或無沖突的行進路徑按順序移動到排序最高的節(jié)點，并從排序最高的節(jié)點返回到初始位置。圖3B示出了依照本發(fā)明的實施方式、被映射到顯示了由模板節(jié)點勾勒的安全或無沖突行進路徑的2D映射中的3維(3D)工作區(qū)。應當理解，在治療計劃的一個實施方式中，在被排成序列的一組模板節(jié)點提供了安全或無沖突的行進路徑的情況下，不必在每個模板節(jié)點處都輸送放射治療。在一個實施方式中，放射源沿著安全或無沖突路徑行進并訪問所有模板節(jié)點，且在所有模板節(jié)點處輸送放射治療。在另一實施方式中，放射源沿著安全或無沖突的路徑行進并訪問所有模板節(jié)點，但只在一部分模板節(jié)點處輸送放射治療。
模板節(jié)點處的放射治療的輸送由治療計劃的管理來確定。治療計劃制定確定放射源在哪些模板節(jié)點處輸送放射治療。雖然治療計劃要求放射源訪問所有模板節(jié)點以保證安全或無沖突的行進路徑被保持，但特定的治療計劃可能使放射源只在模板節(jié)點的部分集處輸送放射治療，而并不向未使用的模板節(jié)點輸送治療。網(wǎng)，A TE1工I^1 ，n 一 "U古工"^r^^rh iVi士扭士,p廿上4ct ::n 口iH F^求rh iV7士性士lS
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節(jié)點也被識別且按照特定順序被排序以定義安全或無沖突的行進路徑。在另一實施方式中，完成治療計劃制定，使得來自節(jié)點超集的曾經(jīng)被識別的模板節(jié)點被同時排序。換言之，在實際上同時執(zhí)行的識別和排序時，不存在單獨的識別和排序步驟。如背景技術部分中所述，當在由治療室的幾何結構所確定的場所中安裝系統(tǒng)時，建立模板節(jié)點。
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閨4A定W照小及叨tf、J頭她力A 、用丁欣^T源仕尸/Tfl悮恢卞S、處袖TJ送治療的安全或無沖突路徑的2D映射。應當理解的是，建立并已通過背景技術部分所述的過程來確定和設置模板節(jié)點。應將由此向前描述的過程與背景技術部分中所述的模板節(jié)點設置過程區(qū)別開。在一個實施方式中，放射源在靜止時處于初始位置400。在收到輸送放射治療的命令時，放射源按照箭頭的方向遵循路徑440并行進到每個模板節(jié)點301 313從而在每個節(jié)點處輸送放射治療。在放射治療的輸送期間，在放射源在物理上占用由特定模板節(jié)點定義的空間位置的情況下，放射源的方位改變。在一個實施方式中，出于安全原因，放射源行進期間具有一個或多個方位，同時為了輸送放射治療放射源具有一個或多個不同方位。例如，在空間節(jié)點之間行進的期間，放射源中的準直器可以指向遠離病人的方向，從而放射射束的任何意外發(fā)射不會傷害到病人，但在放射治療的輸送期間，放射源中的準直器可以朝著目標以特定的角度定向。在一個實施方式中，放射源可以具有在輸送放射治療時從中進行選擇的多達十二 (12)個不同方向。實心圓圈401 413表示與相應空間節(jié)點301 313中的每一個相同但處于一個或多個不同方位的空間位置。在一個實施方式中，放射源以一種方位達到特定的例如節(jié)點305的空間節(jié)點，但放射源改變方向至新的方位405以輸送治療，并隨后在繼續(xù)進行到下一個節(jié)點306之前當?shù)竭_該節(jié)點時返回到相同或不同方位。在一個實施方式中，如圖4A所示的原治療計劃，在模板節(jié)點301 313中的每一個處管理放射治療，并按照序列的順序訪問模板節(jié)點301 313中的每一個以保證不與任何障礙物沖突的安全的行進路徑。
圖4B示出了依照本發(fā)明實施方式、具有用于放射源行進并管理在模板節(jié)點的部分集處的治療的安全或無沖突路徑的輪廓的2D映射。在一個實施方式中，與要求在每個模板節(jié)點處輸送放射治療的原治療計劃(參見圖4A)相比，新的治療計劃指定將在部分模板節(jié)點處被選擇性地輸送的放射治療。圖4A示出了穿過所有模板節(jié)點301 313使用相同的安全或無沖突路徑440但在包括401 402、 405 409和411 412的模板節(jié)點的所選部分集或子集處輸送治療的新治療計劃。在執(zhí)行此新的治療計劃時，放射源從初始位置400行進到每個模板節(jié)點以遵循安全或無沖突的行進路徑。換言之，放射源行進并在每個模板節(jié)點處停止，但只在所選模板節(jié)點處輸送放射治療。與原治療計劃(圖4A)相比，新的治療計劃(圖4B)中的安全或無沖突路徑440未改變且仍然相同。唯一不同之處在于在新的治療計劃中放射源只停在所選模板節(jié)點處以輸送治療而不停在未選擇的模板節(jié)點處。雖然遵循無沖突路徑440是安全的，但新治療計劃中的用于放射源的全部距離與在原治療計劃中相同，因為迫使放射源訪問比所需更多的節(jié)點，并因此延長了總治療時間。在一個實施方式中，開發(fā)了諸如直接路徑映射的新方法以發(fā)現(xiàn)用于新的治療計劃的最優(yōu)化路徑行進，其中選擇模板節(jié)點的部分集以用于放射治療。
圖5A 5D是示出依照本發(fā)明的實施方式、確定用于新治療計劃的最佳路徑行進的參考表或數(shù)據(jù)庫時的空間節(jié)點的各種示例的直接路徑映射的不同2D映射。圖5A 5D示出與在所有模板節(jié)點處輸送放射治療的原治療計劃相比，如何對于模板節(jié)點的部分集被選擇以用于輸送放射治療的新治療計劃確定安全或無沖突路徑。關于空間節(jié)點之間的路徑的信息被以供檢索和訪問的形式存儲且可以大約在執(zhí)行治療計劃的時間之前或期間和/或大約在計劃治療的時間之前或期間實現(xiàn)。在直接路徑映射的一個實施方式中，每個模板節(jié)點被直接映射到整個模板節(jié)點集中的每個其它模板節(jié)點。目的是識別任何兩個模板節(jié)點之間的直接路徑是否包含障礙物。當兩個節(jié)點被直接路徑連接而沒有障礙物時，這兩個節(jié)點中的每一個被稱為無沖突空間節(jié)點或無沖突節(jié)點。直接映射不像用于原治療計劃中的放射源的安全行進路徑的模板節(jié)點的識別和排序，所述原始治療計劃中模板節(jié)點任意選自節(jié)點超集并且被布置成序列。相反，直接映射是映射已以系統(tǒng)的方式被識別和排序的每個模板節(jié)點。具體地說， 一旦模板節(jié)點從超集節(jié)點中被識別并被排序，則離線模擬遵循這樣的算法，即從空間位置到每個其它的剩余空間位置反復地執(zhí)行直接映射， 一次一個，直至完成初始位置所表示的所有空間位置與模板節(jié)點之間的每個相應直接跎徑。
在一個示例中，圖5A是示出了從初始位置到空間中的所有模板節(jié)點的所有直接路徑的2D映射。算法模擬放射源從初始位置直接到空間中的每個模板節(jié)點的運動。在該離線模擬中，關于放射源在從一個位置行進到另一位置時是否將與諸如病人或另一對象的障礙或障礙物320沖突來對每個路徑進行識別。圖5A示出了沒有障礙或障礙物320的從初始位置到相應空間節(jié)點301、 302、 311 313的無沖突路徑510 (實線箭頭)。因此，節(jié)點301、 302、311 313是到初始位置的無沖突空間節(jié)點或無沖突節(jié)點。然而，圖5A示出了從初始位置到每一個空間節(jié)點303 310的路徑520 (虛線箭頭)中的障礙或障礙物320。雖然每個箭頭僅僅是單向的，但應當理解，直接映射的目的是確定諸如初始位置與任何一個空間節(jié)點之間的任何兩個點之間的直接行進路徑是否具有障礙物。沒有障礙物的無沖突路徑表示放射源可以從初始位置移動到所述空間節(jié)點或者反之亦然，且在節(jié)點之間的行進方向上沒有限制。同樣地，包含障礙物的路徑表示放射源不會以任一方向在兩點之間無沖突地行進。對所有模板節(jié)點重復直接映射過程。
在另一示例中，圖5B是示出從空間節(jié)點302到空間中的其它模板節(jié)點的直接路徑的2D映射。圖5B顯示如果放射源位于空間節(jié)點302處，則放 射源能夠在沒有障礙物的無沖突路徑510 (實線箭頭)上到達空間節(jié)點303、 305、 311和312。因此，這些節(jié)點303、 305、 311和312是到302的無沖突 空間節(jié)點或無沖突節(jié)點。然而，放射源不能到達空間節(jié)點304、 307、 308、 309和313，因為到這些節(jié)點的直接路徑520 (虛線箭頭)將包括與障礙或障 礙物320的沖突。請注意，不存在模板節(jié)點302到初始位置或到模板節(jié)點301 之間的路徑。算法根據(jù)模板節(jié)點的相繼順序系統(tǒng)地執(zhí)行直接路徑。算法不會 重新映射先前已被映射的模板節(jié)點以縮短用于映射所有空間位置的總時間。 當映射圖5B中的模板節(jié)點302時，算法知道從初始位置(如圖5A所示) 和從模板節(jié)點301、排序低于模板節(jié)點302的兩個其它節(jié)點到其他模板節(jié)點 的直接映射已被完成。由于從初始位置到模板節(jié)點302的路徑被映射(如圖 5A所示)且從模板節(jié)點301到模板節(jié)點302的路徑被假定映射(未示出)， 所以不需要再訪問那些模板節(jié)點。
圖5C和5D進一步示出這一構思。圖5C是示出了從空間節(jié)點307到空 間中的其它剩余模板節(jié)點的直接路徑的2D映射，以及圖5D是示出從空間 節(jié)點310到空間中的其它剩余模板節(jié)點的直接路徑的2D映射。在圖5C中， 分別映射了從空間節(jié)點307到308 313的路徑。在空間節(jié)點307到空間節(jié) 點308之間的直接路徑510 (實線箭頭)無沖突的情況下，從而節(jié)點307和 308是無沖突空間節(jié)點或相互是無沖突節(jié)點。節(jié)點307與節(jié)點309 212之間 的剩余路徑520 (虛線箭頭)表示放射源將與障礙或障礙物320沖突。未映 射從空間節(jié)點307到初始位置或到空間節(jié)點301 306的路徑，因為已通過 從這些模板節(jié)點中的每一個的直接映射(未示出)來假定先前執(zhí)行了到這些 模板節(jié)點的映射。同樣地，在圖5D中，未映射從空間節(jié)點310到節(jié)點311 313的路徑。分別來自節(jié)點310 311和312的直接路徑510 (實線箭頭)是 無沖突的，其中311和312是是無沖突節(jié)點或到310的無沖突節(jié)點，同時來自310 313的直接路徑520 (虛線箭頭)導致放射源與障礙或障礙物320 的沖突。再次地，未示出或執(zhí)行從節(jié)點310到初始位置或到節(jié)點301 309 的直接映射，因為當較早地對初始位置和節(jié)點310 309執(zhí)行直接映射時(未 示出)已經(jīng)預先獲得信息。
在一個實施方式中，根據(jù)直接映射生成的信息被存儲在査找表或數(shù)據(jù)庫 中或以能夠大約在制定治療計劃時和/或大約在執(zhí)行治療計劃時訪問信息的 任何格式被存儲。然而，可以以不同的格式存儲信息或者在不同的格式之間 轉換信息以便于訪問和檢索。例如，圖6示出了根據(jù)在圖5A 5D中部分地 示出的出現(xiàn)在圖4A和4B中的空間節(jié)點的直接映射和在圖5A 5D中未示 出的其它空間節(jié)點的映射而生成的信息。圖6給出查找表格式的初始位置和 十三個空間節(jié)點301 313的直接映射的結果。最左側垂直欄表示直接路徑 起始的空間位置，而最上端水平欄表示直接路徑終止的空間位置。
用"--"、"O"、或"X"標記査找表中的每個剩余條目。表示路徑 不可用或未執(zhí)行映射。例如，如果起始點是308且終止點是308，則路徑不 存在。而且，如之前圖5A 5D所述，不重復先前映射的路徑，因此，舉例 來說，如果映射了從起始模板節(jié)點302到終止模板節(jié)點304的直接路徑，則 不需要使用模板節(jié)點304作為起點重新映射回到模板節(jié)點302，因為結果是 相同的且該過程是多余的。"0"表示沿兩個指定空間節(jié)點之間在任一方向無 障礙物的無沖突路徑。因此，標記為"0"的每個無沖突路徑還連接兩個無 沖突空間節(jié)點或無沖突節(jié)點。"X"表示包含障礙物且禁止放射源在指定節(jié)點 之間沿任一方向行進的路徑，因為采用該路徑將引起與障礙物的沖突。請注 意，出于圖示的目的而減少了圖6所示的空間節(jié)點的數(shù)目。在某些實施方式 中，模板節(jié)點的數(shù)目取決于工作區(qū)的尺寸和工作區(qū)上的空間節(jié)點的空間分布 的分辨率。例如，在一個實施方式中，模板節(jié)點的數(shù)目可以輕易地超過一百。
在一個實施方式中，用來存儲信息的格式的對象將允許大約在計劃新的
30治療時和/或大約在執(zhí)行新治療計劃時檢索或訪問信息。在不需要將數(shù)據(jù)轉化 成不同格式的情況下訪問或檢索信息允許更快地計算可替代的短安全路徑 用于與原治療計劃相比根據(jù)新治療計劃在部分集處傳輸放射治療，在所述原 治療計劃中安全或無沖突計劃要求按定義的順序行進到所有模板節(jié)點。在另 一實施方式中，所述信息當放射源在行進于兩個空間節(jié)點之間時遇到未預見 的錯誤的情況下可能很有用。作為再次從初始位置開始并行進到先前在錯誤 發(fā)生之前訪問的所有空間位置的替代，所述信息有助于快速地確定可替代的 安全且較短的行進路徑，跳過一個或多個先前訪問的模板節(jié)點，以按照最初 的預期完成剩余的治療計劃。從在確定最優(yōu)化路徑行進時的直接映射獲得的 應用和優(yōu)點在以下附圖和表格中示出。
7示出依照本發(fā)明的實施方式、具有用于放射源在模板節(jié)點的部分集處
輸送治療的最優(yōu)化路徑行進的輪廓的2D映射。圖7示出了與圖4A和4B類 似的2D映射，其不同之處在于輸送放射治療的模板節(jié)點的部分集被更短的 安全路徑、最優(yōu)化行進路徑760連接。類似于圖4B，圖7示出了輸送放射 治療的模板節(jié)點的所選部分集301 302、 305 309和311、 312。剩余模板 節(jié)點303、 304、 310和313未被用于放射治療。在沒有直接映射提供的信息 的情況下，放射源必須尊徐包含所有模板節(jié)點的與圖4B中的路徑440相同 的路徑740 (虛線)，以保證到所有所選部分模板節(jié)點輸送治療的安全行進過 程。類似于圖4B中的路徑440，路徑740耗費較長時間，因為放射源必須 訪問所有未使用的模板節(jié)點，即使在那些位置處不輸送放射治療。利用根據(jù) 直接映射生成的信息， 一旦用戶(例如醫(yī)學物理師、醫(yī)師等)識別到部分模 板節(jié)點，則可以識別較短的路徑760 (實線)。較短的最佳行進路徑760跳過 一個或多個未使用節(jié)點并包括輸送放射治療的所有所選部分模板節(jié)點，同時 保持無沖突且沒有障礙物的路徑。
圖7示出了其中可以跳過所有未使用節(jié)點303、 304、 310、 313且從而最佳行進路徑760只包括實際上輸送放射治療的部分節(jié)點的一個實施方式。 因此，最佳行進路徑760本質上示出了用于新治療計劃的最短行進路徑。在 另一實施方式中(未示出)，可以訪問一個或多個未使用模板節(jié)點以保證在 放射源訪問所有所選部分模板節(jié)點以輸送放射治療的同時獲得無沖突路徑。 此外，可以一次或多次訪問被訪問的所述一個或多個未使用模板節(jié)點。從而 本實施方式示出了比要求行進到所有模板節(jié)點的原計劃中定義的安全或無 沖突路徑短、但比如圖760所示的安全行進路徑長的最佳行進路徑(未示出)。 在任一上述實施方式中，確定最佳行進路徑以便將根據(jù)直接映射生成的信息 應用于用戶(例如醫(yī)學物理師、醫(yī)師等)所識別的部分模板節(jié)點的目的是使 用模板節(jié)點的部分集來輸送與原治療計劃同樣有效的治療，并在保持無沖突 路徑盡可能短的同時穿過模板節(jié)點的這些部分集。因此，雖然圖7示出不訪 問未使用節(jié)點的最短最佳行進路徑760的理想情況，但在某些實施方式中， 可以訪問一個或多個未使用節(jié)點且最優(yōu)化行進路徑可以不僅僅包括用于放 射治療的部分模板節(jié)點。
在另一實施方式中，可以通過對空間節(jié)點重新排序來實現(xiàn)縮短最佳行進 路徑的總治療時間。重新排序可以在任何時間發(fā)生以找到時間最佳的序列。 在一個實施方式中，可以在確定輸送放射治療的模板節(jié)點之后執(zhí)行空間節(jié)點 的重新排序。在另一實施方式中，可以在確定未使用空間節(jié)點并跳過未使用 空間節(jié)點之前或之后應用重新排序以確定最佳行進路徑。在又一實施方式 中，還可以在使用最少數(shù)目的模板節(jié)點確定最佳行進路徑之后對最佳行進路 徑應用重新排序。在另一實施方式中，可以在確定修改的最佳行進路徑之前 或之后放射源在兩個空間節(jié)點之間行進時發(fā)生的錯誤之后應用重新排序。算 法被用來評估空間節(jié)點的不同序列，包括但不限于輸送放射治療的模板節(jié)點 和模板節(jié)點的部分集，從而確定模板節(jié)點的哪個序列可以產(chǎn)生最短的總治療 時間。 一個示例是按照計劃所指定的相反順序來穿過的無沖突行進路徑。空間節(jié)點的重新排序類似于確定可以跳過哪些未使用節(jié)點，考慮到目的是避免 障礙。作為主要目標之一，空間節(jié)點的重新排確定重新組織穿過空間節(jié)點的 順序是否能夠在保持無沖突行進路徑的同時縮短總治療時間。
當放射源在兩個空間節(jié)點之間行進時遇到在治療計劃期間未預見的錯 誤時，使用直接映射的最優(yōu)化行進路徑的好處特別有用。圖8A示出依照本 發(fā)明的實施方式、放射源在由原治療計劃中的模板節(jié)點形成的安全或無沖突
路徑上行進時遇到兩個空間節(jié)點之間的錯誤的2D映射。圖8B示出依照本 發(fā)明的實施方法、由原治療計劃中的模板節(jié)點形成的、在遇到兩個空間節(jié)點 之間的錯誤時復位之后的放射源的行進路徑的2D映射。
圖8示出已實施直接映射或最佳路徑行進之前的實施方式，其中模板節(jié) 點的部分集被識別用于放射治療，但放射源仍必須穿過所有模板節(jié)點以保證 如原治療計劃中所定義的安全或無沖突行進路徑。如所示，放射源沿著包括 所有模板節(jié)點的安全或無沖突行進路徑840行進以便在部分模板節(jié)點處輸送 放射治療。當在節(jié)點311至312之間行進時，在以方位411輸送放射治療(如 先前所解釋的)之后，放射源在到模板節(jié)點312的途中遇到錯誤。此錯誤可 能是軟件錯誤或物理錯誤，例如，作為示例而不是限制，對象被意外放在路 徑中，或者，放射源未能回到適于在節(jié)點之間行進的特定方位。在遇到錯誤 時，放射源本身復位到初始位置300。
圖8B示出實施直接映射或最佳路徑行進之前的實施方式，其中放射源 在遇到誤差時使其本身復位之后完成治療計劃。實際上，放射源沿著與先前 在圖8A中所示的完全相同的行進路徑840行進，只是不在發(fā)生錯誤之前在 輸送放射治療的所選部分模板節(jié)點處輸送放射治療。例如，由于在401 402、 405、 406 409和411 (或相應的301 302、 305、 306 309和311，如先前 所解釋的)處輸送放射治療，所以將不會在這些節(jié)點處輸送放射治療。隨著 放射源行進到節(jié)點311，其繼續(xù)沿著與之前相同的路徑前進至節(jié)點312，從
33而在先前在發(fā)生錯誤之前未訪問的指定的部分模板節(jié)點處輸送放射治療以 完成治療計劃。因此，在沒有直接映射以確定最佳路徑遍歷之前，即使當發(fā) 生錯誤時，用于放射源的安全或無沖突行進路徑也是剛性、固定且不可調節(jié) 的。用戶期望解決如果物理對象妨礙放射源無論是軟件相關還是機械相關的 問題或可能已引起錯誤的任何其它問題。
用直接映射或最佳路徑行進，放射源行進路徑變得靈活且可以被重新計 算以便通過經(jīng)由跳過先前在錯誤發(fā)生之前訪問的一個或多個模板節(jié)點來發(fā)
現(xiàn)安全且盡可能短的行進路徑從而縮短總治療時間。圖9A示出了依照本發(fā)
明的實施方式，發(fā)射源在根據(jù)直接映射確定的最優(yōu)化行進路徑上行進的同時
遇到兩個節(jié)點之間的錯誤的2D映射。圖9B示出了依照本發(fā)明的實施方式、 在遇到兩個空間節(jié)點之間的錯誤而復位之后由直接映射確定的新最優(yōu)化安 全路徑的2D映射。
圖9A示出已實施直接映射或最佳路徑行進之后的實施方式，其中放射 源在最短卻安全的路徑960上行進從而只在己被識別的部分模板節(jié)點處輸送 放射治療。出于圖示的目的，雖然與圖8A中的840相比放射源沿著短得多 的路徑960行進，但放射源在節(jié)點411 (或311)處輸送放射之后也遇到錯 誤。放射源通過使其本身復位至初始位置300來進行響應。在一個實施方式 中，基于從直接映射收集的信息來識別新的安全路徑970，所述信息是關于 放射源訪問的所有模板節(jié)點(例如301 311)、輸送放射治療的最后一個節(jié) 點(例如，311)、發(fā)生錯誤之前的下一個未訪問節(jié)點(例如312)以及放射 源必須輸送放射治療的下一個部分模板節(jié)點(例如，312)?；谏鲜鲂畔ⅲ?系統(tǒng)將識別從初始位置到放射源必須輸送治療的下一個未訪問部分模板節(jié) 點的安全且盡可能短的最佳行進路徑。通過確定在到達要輸送放射治療的下 一個未訪問部分模板節(jié)點之前可以跳過哪些在先前的行進路徑上錯誤發(fā)生 之前先前已訪問的節(jié)點來識別該最佳行進路徑。常?？梢蕴^初始安全行進路徑上的先前訪問的模板節(jié)點中的至少一個或多個。在另一實施方式中，可
以根據(jù)關于錯誤之前最后訪問的模板節(jié)點(例如，311)和錯誤之前的下一 個未訪問節(jié)點(例如，312)的信息來識別新的安全路徑。
圖9B示出了實施了直接映射或最佳路徑行進之后的實施方式，其中放 射源從初始位置開始在重新計算的路徑、最短卻安全的路徑970上行進以到 達在發(fā)生錯誤之前根據(jù)治療計劃所預期的放射治療的下一個未訪問部分模 板節(jié)點。在一個實施方式中，放射源能夠沿著路徑970直接從初始位置300 移動到根據(jù)治療計劃要輸送放射治療的下一個未訪問模板節(jié)點312(或412)。 在本實施方案中，放射源可以從初始位置直接移動到被選擇用于放射治療的 下一個未訪問部分模板節(jié)點，然而，在其它實施方式中，可以在建立最短安 全路徑(未示出)時首先訪問錯誤之前的一個或多個先前已訪問的模板節(jié)點。 在實施方式中，在錯誤之后，只重新計算放射源復位之后的從初始位置300 到被選擇用于放射治療的下一個未訪問部分模板節(jié)點的路徑以最小化行進 時間。由于已使用基于直接映射的信息來計劃原始路徑，所以原始路徑被認 為是最短且最安全的。因此，從在錯誤之前被選擇用于放射治療的下一個未 訪問部分模板節(jié)點行進到最后一個節(jié)點以便在返回初始位置300之前完成治 療計劃的路徑將保持相同。換言之，在遇到錯誤時，只重新定義或重新計算 從復位初始位置300到被選擇用于放射治療的下一個未訪問部分模板節(jié)點的 所述部分路徑，但從該點向前以完成治療計劃的剩余行進路徑保持不變。
圖10是示出了依照本發(fā)明的實施方式、用于確定用于放射源在所選部 分模板節(jié)點處輸送放射治療而不用遵循包括所有模板節(jié)點的安全或無沖突 行進路徑的最優(yōu)化安全行進路徑的過程的流程圖。在確定最優(yōu)化行進路徑之 前，必須在步驟1010中識別由治療計劃中的所有模板節(jié)點定義的安全或無 沖突路徑。該步驟與本公開先前所描述的從節(jié)點超集中選擇模板節(jié)點相同。 在確定模板節(jié)點和包括所有模板節(jié)點的安全或無沖突路徑之后，與步驟1025并行地執(zhí)行步驟1015和1020。在步驟1015中，系統(tǒng)通過評估在由初始位置 或任何模板節(jié)點所定義的空間位置與每個模板節(jié)點之間是否存在障礙物來 執(zhí)行每個空間位置的直接映射。這一步驟與圖5A 5D中先前所示的信息生 成一樣。在步驟1020中，系統(tǒng)編譯通過直接映射到允許方便訪問以便在治 療計劃制定之前或期間和/或治療計劃執(zhí)行之前或期間實施的數(shù)據(jù)庫或表格 中而生成的信息。在執(zhí)行步驟1015和1020的同時，在可替代的治療計劃中 選擇模板節(jié)點的部分集以輸送放射治療。該可替代的治療計劃與原治療計劃 同樣有效，是通過在數(shù)目比原始定義的數(shù)目少的模板節(jié)點處輸送放射治療而 定義的。在步驟1020和1025完成后，步驟1030在使用從直接映射生成的 結果來保持安全或無沖突行進路徑的同時來識別可以跳過的未使用模板節(jié) 點。 一旦識別到可以跳過的未使用節(jié)點的數(shù)目，步驟1035識別包含放射源 輸送放射治療的所選模板節(jié)點但跳過未使用模板節(jié)點的可替代的安全或無 沖突行進路徑。理想的是，確定最短卻安全的行進路徑，該行進路徑使得放 射源能夠訪問輸送放射治療的所有所選部分模板節(jié)點。最后一個步驟1040 是沿著可替代的安全行進路徑來移動放射源并根據(jù)可替代的治療計劃在所 選模板節(jié)點處輸送放射治療。目的是在用更短時間完成治療的同時實現(xiàn)等效 于原治療計劃的水平的療效。
圖11是示出了依照本發(fā)明的實施方式、用于確定用于放射源在遇到錯 誤之后行進到下一個未訪問所選模板節(jié)點以輸送放射治療而不必重新訪問 在錯誤發(fā)生之前先前訪問的所有模板節(jié)點的過程的流程圖。步驟1110開始 于放射源在兩個模板節(jié)點之間的安全或無沖突路徑上遇到錯誤。該安全或無 沖突行進路徑常常比由所有模板節(jié)點所定義的安全或無沖突行進路徑短，但 在某些情況下，如果未識別到更短且安全的路徑，則可以由所有模板節(jié)點來 定義安全或無沖突的行進路徑。在遇到錯誤之后，步驟1115使放射源復位 至初始位置，從而可以識別新的行進計劃。步驟1120識別在錯誤發(fā)生之前的要輸送放射治療的所有所選 部分模型節(jié)點。 一旦識別到已訪問模板節(jié)點和未訪問模板節(jié)點，系統(tǒng)能夠回到根據(jù)直接映射生成的信息并在步驟1125識別在錯誤之前訪問的能夠在到達要輸送放射治療的下一個未訪問模型節(jié)點之前跳過的模板節(jié)點。 一旦識別到能夠跳過的一個或多個先前訪問的模型節(jié)點，在步驟1130，系統(tǒng)通過跳過 錯誤發(fā)生之前的一個或多個己訪問模板節(jié)點來識別到要輸送治療的下一個 未訪問部分模板節(jié)點的最短的安全或無沖突路徑。在最后一個步驟1135，系 統(tǒng)沿著到下一個未訪問模板節(jié)點的最短的安全或無沖突路徑移動放射源并 向其余的未訪問部分模板節(jié)點輸送放射治療以完成治療計劃。請注意，只有 從初始位置到錯誤發(fā)生之前的下一個未訪問部分模板節(jié)點的路徑被修改，因 為目標是在最短卻安全或無沖突的路徑中到達要輸送放射治療的下一個未 訪問的部分模板節(jié)點。從下一個未訪問的部分模板節(jié)點直至最后一個未訪問 的部分模板節(jié)點的行進計劃未改變且與錯誤發(fā)生之前保持相同。應當理解，如在2005年9月23日提交的題為"Workspace Optimization for Radiation Treatment Delivery System"的共同待決美國專利申請中所描述 的，與最優(yōu)化治療計劃的確定相結合來使用直接映射處理和最佳路徑行進的 確定。例如，在一個實施方式中，用戶(例如醫(yī)學物理師、醫(yī)師等)利用治 療計劃制定軟件，使用可用于系統(tǒng)的所有模板節(jié)點來生成治療計劃從而滿足 最小/最大劑量處方約束。因此，使用所有模板節(jié)點的治療計劃可以表示放射 治療輸送系統(tǒng)可獲得的最高質量治療計劃。用戶還識別不同的治療計劃，其 與在所有模板節(jié)點處輸送放射治療的第一治療計劃同樣有效，以使用較少數(shù) 目的模板節(jié)點或模板節(jié)點的子集來治療目標。能夠使用較少數(shù)目的節(jié)點來輸 送同樣有效的治療計劃將由于系統(tǒng)在治療輸送期間必須穿過的節(jié)點數(shù)目較 少而節(jié)省治療輸送時間。通常，搜索數(shù)據(jù)庫以確定是否存在可以替代所使用 的所有模板節(jié)點的任何模板節(jié)點子集。數(shù)據(jù)庫可以存儲被索引至解剖體特征(例如，脊柱病灶、前列腺病灶、乳房病灶、肺病灶等)的模板節(jié)點子集。還可以基于諸如成像中心的總數(shù)、床位置的總數(shù)、SAD的總數(shù)等其它治療計 劃參數(shù)是否可以被最優(yōu)化來搜索數(shù)據(jù)庫。如果數(shù)據(jù)庫的初步檢索/分析表示模 板節(jié)點子集中的一個或多個可以是完整模板節(jié)點集合的可能替代，則評估使 用模板節(jié)點子集開發(fā)的治療計劃以查看其是否具有足夠好的質量?？梢杂舍t(yī) 學物理師或放射腫瘤學家、放射治療輸送系統(tǒng)的操作員、甚至由軟件根據(jù)定 義的規(guī)則來選擇是使用模板節(jié)點子集治療計劃還是完整模板節(jié)點治療計劃。 是使用模板節(jié)點子集治療計劃還是完整模板節(jié)點治療計劃的選擇可能需要 在預計的時間節(jié)省相對質量偏差之間進行權衡。如果治療時間節(jié)省明顯且質 量偏差小，則可以選擇模板節(jié)點子集治療計劃用于治療輸送。本文所述的方 法和裝置可以用來通過進一步減少在輸送模板節(jié)點子集治療計劃時要穿過 的節(jié)點的數(shù)目來進一步縮短治療輸送時間。用于確定放射源的最優(yōu)化行進路徑的方法和裝置可以與作為放射治療 系統(tǒng)的一部分的病人治療系統(tǒng)或功能相結合。圖12是示出用于生成診斷圖 像、生成治療計劃以及向病人輸送該治療計劃的病人治療系統(tǒng)1200的方框 圖，其中，可以實施本發(fā)明的特征。如下文所述和圖12所示，系統(tǒng)1200可 以包括診斷成像系統(tǒng)1220、治療計劃系統(tǒng)1240和放射治療輸送系統(tǒng)1260。 應注意的是，圖12僅僅示出病人治療系統(tǒng)的示例，其它的可替代的實施方 式也是可能的。診斷成像系統(tǒng)1220可以是能夠生成病人身體中的感興趣體積(VOI) 的醫(yī)學診斷圖像的任何系統(tǒng)，所述醫(yī)學診斷圖像可以用于隨后的醫(yī)學診斷、 治療計劃制定和/或治療輸送。例如，診斷成像系統(tǒng)1220可以是計算機斷層 掃描("CT")系統(tǒng)、磁共振成像("MRI")系統(tǒng)、電子發(fā)射斷層掃描("PET") 系統(tǒng)、超聲波系統(tǒng)等等。為了便于討論，在下文中有時可以關于CT x射線 成像模態(tài)來討論診斷成像系統(tǒng)1000。然而，還可以使用諸如上述那些的其它38成像模態(tài)。診斷成像系統(tǒng)1220包括用于生成成像射束(例如，x射線、超聲波、射 頻波等)的成像源1222和用于檢測并接收由成像源1222生成的射束或由來 自成像源(例如，在MRI或PET掃描中)的射束所激發(fā)的二次射束或發(fā)射 的成像檢測器1226。在一個實施方式中，診斷成像系統(tǒng)IOOO可以包括兩個 或更多診斷X射線源和兩個或更多相應的成像檢測器。例如，可以在要被成 像的病人周圍設置和以相互之間的角間距(例如，90度、45度等)來固定 兩個X射線源，并使兩個X射線源通過病人對準可以在直徑上與x射線源 相對的成像檢測器。還可以使用會被每個x射線成像源照亮的單個大型成像 檢測器或多個成像檢測器。可替換的，可以使用其它數(shù)目和配置的成像源或 成像檢測器。成像源1222和成像檢測器1226被耦合到數(shù)字處理系統(tǒng)1224以控制成 像操作和處理圖像數(shù)據(jù)。診斷成像系統(tǒng)1220包括用于在數(shù)字處理系統(tǒng)1224、 成像源1222和成像檢測器1226之間傳輸數(shù)據(jù)和命令的總線和其它裝置 1228。數(shù)字處理系統(tǒng)1224可以包括一個或多個通用處理器(例如微處理器)、 諸如數(shù)字信號處理器("DSP")的專用處理器、或諸如控制器或現(xiàn)場可編程 門陣列("FPGA")的其它類型的裝置。數(shù)字處理系統(tǒng)1224還可以包括諸如 存儲器、存儲裝置、網(wǎng)絡適配器等等的其它組件(未示出)。例如，數(shù)字處 理系統(tǒng)1224可以被配置為以諸如DICOM (醫(yī)學數(shù)字成像和通信)格式的標 準格式生成診斷圖像。在其它實施方式中，數(shù)字處理系統(tǒng)1224可以生成其 它標準或非標準數(shù)字圖像格式。數(shù)字處理系統(tǒng)1224可以通過數(shù)據(jù)鏈路1230 向治療計劃系統(tǒng)1240發(fā)送診斷圖像文件(例如上述DICOM格式的文件)， 所述數(shù)據(jù)鏈路1230例如可以是直接鏈路、局域網(wǎng)("LAN")鏈路或諸如因 特網(wǎng)的廣域網(wǎng)("WAN")鏈路。另外，可以跨域連接系統(tǒng)的通信介質對在系 統(tǒng)之間傳輸?shù)男畔⑦M行拉或推，諸如在遠程診斷或治療計劃制定配置中。在遠程診斷或治療計劃制定中，用戶可以利用本發(fā)明的實施方式來進行診斷或 制定治療計劃，雖然在系統(tǒng)用戶與病人之間存在物理分離。治療計劃系統(tǒng)1200包括用于接收和處理圖像數(shù)據(jù)的處理裝置1244。處 理裝置1244可以表示一個或多個通用處理器(例如微處理器)、諸如DSP 的專用處理器或諸如控制器或FPGA的其它類型的裝置。處理裝置1244可 以被配置為執(zhí)行用于執(zhí)行這里所討論的治療計劃操作的指令。治療計劃系統(tǒng)1240還可以包括系統(tǒng)存儲器2020，其可以包括隨機存取 存儲器("RAM")、或其它動態(tài)存儲裝置，該系統(tǒng)存儲器2020通過總線1245 耦合到處理裝置1244，用于存儲將由處理裝置1244執(zhí)行的信息和指令。系 統(tǒng)存儲器1242還可以用于存儲在處理裝置1244執(zhí)行指令期間的臨時變量或 其它中間信息。系統(tǒng)存儲器1242還可以包括用于存儲處理裝置1244的靜態(tài) 信息和指令的耦合到總線1245的只讀存儲器("ROM")和/或其它靜態(tài)存儲 裝置。治療計劃系統(tǒng)1240還可以包括存儲裝置1246，其表示用于存儲信息和 指令的耦合到總線1245的一個或多個存儲裝置(例如磁盤驅動或光盤驅動)。 存儲裝置1246可以用于存儲用于執(zhí)行本文所討論的治療計劃制定步驟的指處理裝置1244還可以耦合到用于向用戶顯示信息(例如VOI的2D或 3D表示)的顯示裝置1248，諸如陰極射線管("CRT")或液晶顯示器 ("LCD")。諸如鍵盤的輸入裝置1249可以被耦合到用于向處理裝置1244 傳送信息和/或命令選擇的處理裝置1244。還可以使用一個或多個其它用戶 輸入裝置(例如鼠標、跟蹤球或光標方向鍵)發(fā)送方向信息，選擇用于處理 裝置1244的命令并控制顯示器1248上的光標移動。應理解，治療計劃系統(tǒng)1240只表示治療計劃系統(tǒng)的一個示例，其可以 具有許多不同的配置和構造，其可以包括比治療計劃系統(tǒng)1240更多的組件或更少的組件，并且其可以用于本發(fā)明。例如，某些系統(tǒng)常常具有多個總線，
諸如外圍總線、專用緩存總線等。治療計劃系統(tǒng)1240也可以包括MIRIT(醫(yī) 學圖像查看和導入工具)以支持DICOM導入(從而圖像可以被融合并且目 標在不同的系統(tǒng)上被描繪以及然后被導入到治療計劃系統(tǒng)中以用于計劃和 劑量計算)、允許用戶進行治療計劃的擴展的圖像融合能力以及觀察在各種 成像模態(tài)(例如MRI、 CT、 PET等)中的任何一種上的劑量分配。治療計 劃系統(tǒng)在本領域是公知的，因此不做詳細討論。
治療計劃系統(tǒng)1240可以與諸如放射治療輸送系統(tǒng)1260的治療輸送系統(tǒng) 共享其數(shù)據(jù)庫(例如存儲在存儲裝置1246中的數(shù)據(jù))，從而在治療輸送之前 不需要從治療計劃系統(tǒng)中導出。治療計劃系統(tǒng)1240可以通過數(shù)據(jù)鏈路1250 被鏈接到放射治療輸送系統(tǒng)1260，所述數(shù)據(jù)鏈路1250可以是上面關于數(shù)據(jù) 鏈路1250所述的直接鏈路、LAN鏈路或者WAN鏈路。應該注意的是，當 數(shù)據(jù)鏈路1250和1230被實施為LAN或WAN連接時，診斷成像系統(tǒng)1320、 治療計劃系統(tǒng)1240和/或放射治療輸送系統(tǒng)1260中的任何一個可以位于分散 的位置從而使得系統(tǒng)可以在物理上相互遠離?？商鎿Q地，診斷成像系統(tǒng)1220、 治療計劃系統(tǒng)1240和/或放射治療輸送系統(tǒng)1260中的任何一個可以在一個或 者多個系統(tǒng)中相互集成。
治療輸送系統(tǒng)1260包括療法和/或手術放射源1362，以根據(jù)治療計劃給 予目標體積規(guī)定的放射劑量。治療輸送系統(tǒng)1260也可以包括成像系統(tǒng)1264 (包括成像源1322和檢測器1326)以捕獲用于上述與診斷圖像配準或關聯(lián) 的患者體積(包括目標體積)的治療內圖像從而關于放射源定位患者。放射 治療輸送系統(tǒng)1260也可以包括用于控制治療放射源1262、成像系統(tǒng)1264 和諸如治療床1268的病人支撐裝置的數(shù)字處理系統(tǒng)1266。數(shù)字處理系統(tǒng) 1266可以包括一個或者多個通用處理器(例如微處理器)、諸如數(shù)字信號處 理器(DSP)的專用處理器、或諸如控制器或者FPGA的其它類型的裝置。數(shù)字處理系統(tǒng)1266也可以包括諸如存儲器、存儲裝置、網(wǎng)絡適配器等等的 其它組件(未示出)。數(shù)字處理系統(tǒng)1266可以通過總線1265或其它類型的 控制和通信接口被耦合到治療放射源1262、成像系統(tǒng)1264以及治療床1268。
應當注意，這里描述的方法和設備不限于僅用于醫(yī)學診斷成像和治療。 在可替代的實施例中，這里的方法和設備可用于醫(yī)學技術領域之外的應用， 諸如工業(yè)成像和材料的非破壞性試驗(例如，汽車工業(yè)中的電機組、航空工 業(yè)中的飛機機身、建筑業(yè)中的焊接和石油工業(yè)中的鉆孔巖心)以及地震勘測。 在這樣的應用中，例如，"治療"可廣泛地指放射射束的應用。
本發(fā)明的所示實施方式的以上說明包括摘要中所描述的內容，其并不是 排他性的或使本發(fā)明局限于所公開的精確形式。雖然這里出于說明的目的描 述了本發(fā)明的具體實施方式
和示例，但如本領域的技術人員應理解的那樣， 在本發(fā)明的范圍內可以進行各種修改。
根據(jù)以上詳細說明，可以對本發(fā)明進行這些修改。以下權利要求書所使 用的術語不應被理解為使本發(fā)明局限于本說明書中所公開的特定實施方式。 相反，本發(fā)明的范圍完全由以下權利要求來確定，應依照所設定的權利要求 解釋規(guī)則來理解所述權利要求。
權利要求
1.一種方法，該方法包括對于多個空間節(jié)點中的空間節(jié)點確定所述空間節(jié)點與所述多個空間節(jié)點中的其它節(jié)點之間的直接路徑，所述多個空間節(jié)點中的每一個空間節(jié)點表示工作區(qū)中的放射源的位置；識別所述多個空間節(jié)點之中的無沖突空間節(jié)點，每個所述無沖突空間節(jié)點與所述放射源在直接路徑中到與障礙物沒有沖突的另一空間節(jié)點的行進相關聯(lián)；以及在沒有障礙物的情況下利用所述無沖突空間節(jié)點和無沖突的直接路徑來構建無沖突行進路徑，其中從無沖突空間節(jié)點到下一個無沖突空間節(jié)點的行進沒有任何障礙物。
2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述空間節(jié)點被安排成序列。
3. 根據(jù)權利要求2所述的方法，其中所述無沖突行進路徑被安排為使得 所述放射源從初始位置移動到排序最低的空間節(jié)點，穿過所有所述無沖突空 間節(jié)點，并在穿過每個所述無沖突空間節(jié)點一次的情況下在排序最高的空間 節(jié)點之后在所述初始位置處終止。
4. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中關于所述無沖突空間節(jié)點和所有所 述直接路徑的信息被離線模擬并被存儲以供參考。
5. 根據(jù)權利要求4所述的方法，其中所述信息被存儲在數(shù)據(jù)庫或査找表 中的至少一者中。
6. 根據(jù)權利要求4所述的方法，其中在從大約治療計劃制定時至大約治療計劃執(zhí)行時的任何時間訪問所述信息。
7. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述放射源被耦合到機器人臂。
8. 根據(jù)權利要求7所述的方法，其中所述機器人臂具有5個或更多個自 由度。
9. 一種方法，該方法包括在放射源沿著治療計劃中由多個空間節(jié)點定義的行進路徑在兩個空間節(jié)點之間行進期間遇到錯誤之后使所述放射源復位至初始位置；以及通過跳過所述放射源在所述錯誤發(fā)生之前訪問過的一個或多個空間節(jié) 點來識別用于所述放射源的新行進路徑。
10. 根據(jù)權利要求9所述的方法，其中所述新路徑是相對于由所述治療 計劃所定義的行進路徑而言從所述初始位置到所述錯誤發(fā)生之前的下一個 未訪問空間節(jié)點的較短行進路徑。
11. 根據(jù)權利要求9所述的方法，其中所述新路徑是從所述初始位置到 所述錯誤發(fā)生之前所述治療計劃中的下一個未訪問空間節(jié)點的最短路徑。
12. 根據(jù)權利要求9所述的方法，其中所述跳過一個或多個空間節(jié)點得 到相對于所述治療計劃所定義的行進路徑而言從初始位置到所述錯誤發(fā)生 之前的下一個未訪問空間節(jié)點的較短無障礙路徑。
13. 根據(jù)權利要求9所述的方法，其中所述跳過一個或多個空間節(jié)點得 到從所述初始位置到所述治療計劃中所述錯誤發(fā)生之前的下一個未訪問空間節(jié)點的最短無障礙路徑。
14. 根據(jù)權利要求9所述的方法，其中所述新行進路徑中的任何兩個連 續(xù)的空間節(jié)點之間的直接路徑是無障礙的。
15. 根據(jù)權利要求9所述的方法，該方法還包括所述射線源遵循所述新行進路徑并從所述初始位置移動到所述錯誤發(fā)生之前未訪問的下一個空間 節(jié)點，并且從所述錯誤發(fā)生之前未訪問的下一個空間節(jié)點繼續(xù)進行以完成所述治療計劃。
16. 根據(jù)權利要求15所述的方法，其中所述治療計劃中的所述多個空間 節(jié)點之中的任何兩個連續(xù)的空間節(jié)點之間的用于所述放射源行進的直接路 徑是無障礙的。
17. 根據(jù)權利要求15所述的方法，其中所述空間節(jié)點被從排序最低的空 間節(jié)點到排序最高的空間節(jié)點排列成序列。
18. 根據(jù)權利要求17所述的方法，其中所述治療計劃開始從所述初始位 置到排序最低的空間節(jié)點，并在排序最高的空間節(jié)點之后在所述初始位置處 終止。
19. 根據(jù)權利要求15所述的方法，其中所述繼續(xù)進行以完成原始行進計 劃還包括訪問所述錯誤發(fā)生之前的所有未訪問空間節(jié)點，在所述錯誤發(fā)生之 前未訪問的下一個空間節(jié)點處開始從排序最低的未訪問空間節(jié)點至排序最 高的未訪問空間節(jié)點，并隨后返回到所述初始位置。
20. 根據(jù)權利要求9所述的方法，其中所述放射源被耦合到機器人臂。
21. 根據(jù)權利要求20所述的方法，其中所述機器人臂具有五個或更多自 由度。
22. —種方法，該方法包括提供在治療計劃中使用的多個空間節(jié)點，每個所述多個空間節(jié)點表示能 用于治療計劃的放射源向目標輸送放射的位置；從所述多個空間節(jié)點之中識別根據(jù)所述治療計劃不輸送放射的若干未 使用的空間節(jié)點；以及在管理所述治療計劃時所述放射源跳過一個或多個未使用節(jié)點。
23. 根據(jù)權利要求22所述的方法，該方法還包括根據(jù)所述治療計劃確定 用于所述放射源的在任何兩個連續(xù)空間節(jié)點之間不包含障礙物的無沖突行 進路徑。
24. 根據(jù)權利要求22所述的方法，該方法還包括通過跳過所述未使用的 空間節(jié)點中的一個或多個來確定用于所述放射源的不包含障礙物的無沖突 行進路徑。
25. 根據(jù)權利要求24所述的方法，該方法還包括在所述放射源跳過未使 用節(jié)點中的一個或多個之后在管理所述治療計劃時沿著在任何兩個連續(xù)空 間節(jié)點之間不包含障礙物的無沖突行進路徑移動所述放射源。
26. 根據(jù)權利要求24所述的方法，該方法還包括根據(jù)所述無沖突行進路 徑移動所述放射源，從而在若干所選空間節(jié)點處輸送放射治療。
27. 根據(jù)權利要求24所述的方法，其中對用于所述放射源的無沖突行進 路徑的確定基于從離線模擬生成的查找表或參考數(shù)據(jù)庫中的至少一者。
28. 根據(jù)權利要求24所述的方法，該方法還包括根據(jù)治療計劃移動所述 放射源，其中所述放射源跳過一個或多個未使用的空間節(jié)點并在相對于具有 所述一個或多個未使用的空間節(jié)點的路徑而言由沒有所述一個或多個未使 用空間節(jié)點的路徑定義的較短路徑中行進。
29. 根據(jù)權利要求22所述的方法，其中所述多個空間節(jié)點被從排序最低 的空間節(jié)點到排序最高的空間節(jié)點排列成序列。
30. 根據(jù)權利要求29所述的方法，其中所述治療計劃開始從所述初始位 置到排序最低的空間節(jié)點，并在排序最高的空間節(jié)點之后在所述初始位置處 終止。
31. 根據(jù)權利要求22所述的方法，其中如果所述一個或多個未使用節(jié)點 之前的空間節(jié)點與之后的空間節(jié)點之間的行進路徑?jīng)]有障礙物，則跳過所述 一個或多個未使用節(jié)點。
32. 根據(jù)權利要求22所述的方法，其中所述放射源被耦合到具有5個或 更多自由度的機器人臂。
33. —種設備，該設備包括用于提供在治療計劃中使用的多個空間節(jié)點的裝置，每個所述多個空間 節(jié)點中表示可用于治療計劃輸送放射的放射源的位置；用于跳過所述多個空間節(jié)點之中的若干未使用空間節(jié)點的裝置，其中在保持用于放射源的沒有障礙物的無沖突行進路徑的情況下，在所述若干未使 用空間節(jié)點處根據(jù)所述治療計劃不輸送放射。
34. 根據(jù)權利要求33所述的設備，其中原始行進路徑還包括所述多個空 間節(jié)點，其中按照所述治療計劃所定義的順序來訪問所述多個空間節(jié)點中的 每個空間節(jié)點，從而沿著無障礙的路徑行進。
35. 根據(jù)權利要求33所述的設備，其中所述放射源在所述多個空間節(jié)點 中的規(guī)定同樣有效的劑量的一組可用空間節(jié)點處向目標輸送放射治療，如同 所述放射源在所述治療計劃中的所述多個空間節(jié)點中的每個空間節(jié)點處輸送治療一樣。
36. 根據(jù)權利要求33所述的設備，其中所述多個空間節(jié)點被從排序最低 的空間節(jié)點到排序最高的空間節(jié)點排列成序列。
37. 根據(jù)權利要求38所述的設備，其中所述無沖突行進路徑和所述原始 行進路徑遵循從排序最低的空間節(jié)點開始并在排序最高的空間節(jié)點之后終 止的順序。
38. 根據(jù)權利要求33所述的設備，其中所述放射源被耦合到具有5個或 更多自由度的機器人臂。
39. 根據(jù)權利要求38所述的設備，其中所述機器人臂具有包括5個旋轉 自由度和1個基本垂直的線性自由度的6個自由度。
40. —種設備，該設備包括用于在放射源在原始行進計劃中的任何兩個空間節(jié)點之間遇到錯誤行進之后識別用于放射源的新的無沖突行進路徑的裝置；以及用于通過使所述放射源跳過在所述錯誤發(fā)生之前訪問的一個或多個空 間節(jié)點來實現(xiàn)完成所述原始行進計劃的最短時間的裝置。
41. 根據(jù)權利要求40所述的設備，其中所述放射源在遇到所述兩個空間 節(jié)點之間的錯誤之后復位至初始位置。
42. 根據(jù)權利要求40所述的設備，其中所述放射源通過根據(jù)原始行進計 劃在錯誤發(fā)生在之前先前未訪問的空間節(jié)點的預定義集處停止來向目標輸 送放射治療。
43. 根據(jù)權利要求40所述的設備，其中所述多個空間節(jié)點被定義為序列。
44. 根據(jù)權利要求43所述的設備，其中所述原始行進計劃和所述新的無 沖突行進路徑遵循由所述序列定義的順序。
45. 根據(jù)權利要求44所述的設備，其中所述新的無沖突行進路徑開始于 所述放射源從初始位置行進，跳過在所述錯誤發(fā)生之前訪問的所述一個或多 個空間節(jié)點，到達所述錯誤發(fā)生之前排序最低的未訪問的下一個空間節(jié)點并 在回到所述初始位置之前在排序最高的空間節(jié)點處終止。
46. 根據(jù)權利要求40所述的設備，其中所述放射源被耦合到具有5個或 更多自由度的機器人臂。
47. —種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括 放射源；處理器，該處理器被耦合到所述放射源，所述處理器被配置為確定在多個空間節(jié)點中的每一個空間節(jié)點與 所述多個空間節(jié)點中的其余空間節(jié)點之間的行進路徑是否具有障礙物， 所述多個空間節(jié)點中的每一個空間節(jié)點表示工作區(qū)中的放射源能夠占用的空間中的位置；所述處理器被進一步配置為確定所述多個空間節(jié)點中的能被跳過 以縮短完成行進路徑的時間的一個或多個未使用空間節(jié)點，其中所述放 射源在所述多個空間節(jié)點中的若干未使用空間節(jié)點處輸送治療；和所述處理器被進一步配置為通過跳過所述一個或多個未使用空間 節(jié)點中來確定用于放射源的新行進計劃；以及被耦合到所述處理器的數(shù)據(jù)庫，所述數(shù)據(jù)庫被配置為存儲關于所述行進 路徑、能夠跳過的所述一個或多個未使用空間節(jié)點、以及用于所述放射源的 所述新的行進計劃的信息。
48. —種方法，該方法包括在治療計劃中以有序的序列提供多個空間節(jié)點，每個所述多個空間節(jié)點 表示能用于治療計劃的放射源向目標輸送放射的位置；以及通過發(fā)現(xiàn)時間最佳的序列以減少所述治療計劃的治療時間來對所述多 個空間節(jié)點重新排序。
49. 根據(jù)權利要求48所述的方法,其中所述放射源遵循對所述多個空間 節(jié)點進行重新排序之前和之后的無沖突行進路徑。
50. 根據(jù)權利要求48所述的方法，其中在識別并跳過未使用的空間節(jié)點 之后，在確定最佳行進路徑之后執(zhí)行對所述多個空間節(jié)點的重新排序。
51. 根據(jù)權利要求48所述的方法，其中在當在兩個空間節(jié)點之間行進時 遇到錯誤發(fā)生之后，在確定最佳行進路徑之后執(zhí)行對所述多個空間節(jié)點的重 新排序。
52. 根據(jù)權利要求48所述的方法，其中所述重新排序造成以相反的順序 穿過所識別的最佳行進路徑。
53. —種設備，該設備包括用于以有序序列提供在治療計劃中使用的多個空間節(jié)點的裝置，每個所 述多個空間節(jié)點表示能用于治療計劃的放射源輸送放射的位置；以及用于通過確定時間最佳的序列以減少所述治療計劃的治療時間來對所 述多個空間節(jié)點重新排序的裝置。
54. 根據(jù)權利要求53所述的設備，其中所述放射源遵循對所述多個空間 節(jié)點進行重新排序之前和之后的無沖突行進路徑。
55. 根據(jù)權利要求53所述的設備，其中在識別并跳過未使用的空間節(jié)點 之后，在確定最佳行進路徑之后執(zhí)行對所述多個空間節(jié)點的重新排序。
56. 根據(jù)權利要求53所述的設備，其中在當在兩個空間節(jié)點之間行進時 遇到錯誤發(fā)生之后，在確定最佳行進路徑之后執(zhí)行對所述多個空間節(jié)點的重 新排序。
57. 根據(jù)權利要求53所述的設備，其中所述重新排序造成以相反的順序 穿過所識別的最佳行進路徑。
58. —種提供指令的機器可訪問介質，該指令如果被機器執(zhí)行則將促使 機器執(zhí)行操作，該操作包括在放射源沿著治療計劃中由多個空間節(jié)點定義的行進路徑在兩個空間 節(jié)點之間行進期間遇到錯誤之后使所述放射源復位至初始位置；以及通過跳過在所述錯誤發(fā)生之前所述放射源訪問的一個或多個空間節(jié)點 來識別用于所述放射源的新行進路徑。
59. 根據(jù)權利要求58所述的機器可訪問介質，其中所述新路徑是相對于 所述治療計劃所定義的行進路徑而言從所述初始位置到所述錯誤發(fā)生之前 的下一個未訪問空間節(jié)點的較短行進路徑。
60. 根據(jù)權利要求58所述的機器可訪問介質，其中所述跳過一個或多個 空間節(jié)點得到相對于所述治療計劃所定義的行進路徑而言從所述初始位置 到所述錯誤發(fā)生之前的下一個未訪問空間節(jié)點的較短無障礙路徑。
61. 根據(jù)權利要求58所述的機器可訪問介質，其中所述新行進路徑中的 任何兩個連續(xù)空間節(jié)點之間的直接路徑是無障礙的。
62. 根據(jù)權利要求58所述的機器可訪問介質，該機器可訪問介質還包括 如果被機器執(zhí)行則將使所述機器執(zhí)行更多操作的指令，所述操作包括命令所述放射源遵循所述新行進路徑并從所述初始位置移動到所述錯 誤發(fā)生之前未訪問的下一個空間節(jié)點，并且從所述錯誤發(fā)生之前未訪問的下 一個空間節(jié)點繼續(xù)進行以完成治療計劃。
63. 根據(jù)權利要求62所述的機器可訪問介質，其中所述多個空間節(jié)點被 從排序最低的空間節(jié)點到排序最高的空間節(jié)點排列成序列。
64. 根據(jù)權利要求62所述的機器可訪問介質，其中所述治療計劃中的所 述多個空間節(jié)點之中的任何兩個連續(xù)空間節(jié)點之間的用于所述放射源行進 的直接路徑是無障礙的。
65. 根據(jù)權利要求62所述的機器可訪問介質，其中所述繼續(xù)進行以完成 所述原始行進計劃還包括所述訪問錯誤發(fā)生之前的所有未訪問空間節(jié)點，在 所述錯誤發(fā)生之前未訪問的下一個空間節(jié)點處開始從排序最低的未訪問空 間節(jié)點至排序最高的未訪問空間節(jié)點，并隨后返回到所述初始位置。
66. 根據(jù)權利要求58所述的機器可訪問介質，其中所述放射源被耦合到 機器人臂。
67. —種提供指令的機器可訪問介質，該指令如果被機器執(zhí)行則將促使 機器執(zhí)行操作，該操作包括提供在治療計劃中使用的多個空間節(jié)點，每個所述多個空間節(jié)點表示能 用于治療計劃的放射源向目標輸送放射的位置；從所述多個空間節(jié)點之中識別根據(jù)所述治療計劃不輸送放射的若干未 使用的空間節(jié)點；以及在管理所述治療計劃時所述放射源跳過一個或多個未使用節(jié)點。
68. 根據(jù)權利要求67所述的機器可訪問介質，該機器可訪問介質還提供 如果被機器執(zhí)行則將使所述機器執(zhí)行更多操作的指令，所述操作包括根據(jù)所述治療計劃確定用于所述放射源的在任何兩個連續(xù)空間節(jié)點之間不包含障礙物的無沖突行進路徑。
69. 根據(jù)權利要求67所述的機器可訪問介質，該機器可訪問介質還提供如果被機器執(zhí)行則將使所述機器執(zhí)行更多操作的指令，所述操作包括通過跳過所述未使用的空間節(jié)點中的一個或多個來確定用于所述放射 源的不包含障礙物的無沖突行進路徑。
70. 根據(jù)權利要求69所述的機器可訪問介質，其中對用于所述放射源的 無沖突行進路徑的確定基于從離線模擬生成的查找表或參考數(shù)據(jù)庫中的至少一者。
71. 根據(jù)權利要求69所述的機器可訪問介質，該機器可訪問介質還提供 如果被機器執(zhí)行則將使所述機器執(zhí)行更多操作的指令，所述操作包括根據(jù)所述無沖突行進路徑移動所述放射源，從而在若干所選空間節(jié)點處 輸送放射治療。
72. 根據(jù)權利要求67所述的機器可訪問介質，其中所述多個空間節(jié)點被 從排序最低的空間節(jié)點到排序最高的空間節(jié)點排列成序列。
73. 根據(jù)權利要求67所述的機器可訪問介質，其中如果所述一個或多個 未使用節(jié)點之前的空間節(jié)點與之后的空間節(jié)點之間的行進路徑?jīng)]有障礙物， 則跳過所述一個或多個未使用節(jié)點。
74. 根據(jù)權利要求67所述的機器可訪問介質，其中所述放射源被耦合到 具有5個或更多自由度的機器人臂。
75. —種提供指令的機器可訪問介質，該指令如果被機器執(zhí)行則將使所述機器執(zhí)行操作，該操作包括在治療計劃中以有序序列提供多個空間節(jié)點，每個所述多個空間節(jié)點中 表示可用于治療計劃的放射源向目標輸送放射的位置；以及通過發(fā)現(xiàn)時間最佳的序列以減少所述治療計劃的治療時間來對所述多 個空間節(jié)點重新排序。
76. 根據(jù)權利要求75所述的機器可訪問介質，其中所述放射源遵循對所 述多個空間節(jié)點進行重新排序之前和之后的無沖突行進路徑。
77. 根據(jù)權利要求75所述的機器可訪問介質，其中在識別并跳過未使用 的空間節(jié)點之后，在確定最佳行進路徑之后執(zhí)行對所述多個空間節(jié)點的重新 排序。
78. 根據(jù)權利要求75所述的機器可訪問介質，其中在當在兩個空間節(jié)點 之間行進時遇到錯誤發(fā)生之后，在確定最佳行進路徑之后執(zhí)行對所述多個空 間節(jié)點的重新排序。
79. 根據(jù)權利要求75所述的機器可訪問介質，其中所述重新排序造成以 相反的順序穿過所識別的最佳行進路徑。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種用于確定放射輸送系統(tǒng)中的最優(yōu)化路徑行進的裝置和方法。在一個實施方式中，確定放射輸送系統(tǒng)中的最優(yōu)化路徑行進包括提供在治療計劃中使用的多個空間節(jié)點，其中每個所述空間節(jié)表示可用于治療計劃的放射源向目標輸送放射的位置，從所述多個空間節(jié)點之中識別根據(jù)治療計劃不輸送放射的若干未使用的空間節(jié)點，并在管理治療計劃時放射源跳過一個或多個未使用的節(jié)點。還描述了其它實施方式。
文檔編號A61N5/10GK101657231SQ200880011048
公開日2010年2月24日 申請日期2008年3月24日 優(yōu)先權日2007年3月30日
發(fā)明者D·布朗, G·庫杜瓦利, S·薩耶赫 申請人:艾可瑞公司