本發(fā)明追求對用于放射療法治療中放射量測定的現(xiàn)有技術(shù)的改進。其目的在于接近提供一種實時的在活體內(nèi)的放射量測定的形式。

背景技術(shù)：

放射療法設備遞送高能輻射射束(通常在MeV范圍中，易于破壞腫瘤細胞)，該高能輻射射束以準直和受控的方式被引導朝向腫瘤部位(或其他病變)。因此，射束的橫向范圍由準直元件限定以便匹配預定的治療計劃中所確定的模式，諸如腫瘤或其分部的外部輪廓。也改變射束的方向，使得從多個方向照射該腫瘤，從而減少遞送到腫瘤部位周圍的組織的劑量。治療還以“部分(fraction)”的方式遞送，即每隔(例如)一天遞送單獨的部分劑量，其合計達要被遞送的總劑量；按照部分遞送劑量減輕了對腫瘤部位周圍的健康組織的副作用。

通常，在遞送第一個部分之前將草擬治療計劃，其將詳述將合起來形成該第一部分的若干射束片段的射束形狀、方向和強度/持續(xù)時間。這些射束片段被設計成共同地沉積與由臨床醫(yī)生規(guī)定的劑量分布對應的在腫瘤中的三維劑量分布，并且其兩者通常將遞送到非腫瘤區(qū)域的劑量減到最小，并且對于患者的某些指定的敏感區(qū)域保持在較高的劑量限制內(nèi)。這是具有挑戰(zhàn)性的問題，并且通常由計算設備上執(zhí)行的迭代過程得出治療計劃。

對于輻射治療設備來說具有檢測器現(xiàn)在是很常見的，該檢測器通常附連到機架(gantry)，位于高能輻射源的對面并且放置成以便在輻射射束已經(jīng)穿過患者之后檢測輻射射束。這種“射野(portal)成像儀”通常包括平坦面板檢測器(以電子射野圖像檢測器或“EPID”的形式)，其可以創(chuàng)建被患者衰減的治療射束的圖像；從該圖像以及從所遞送的射束的先驗知識，可以得出關(guān)于穿過患者的輻射積分通量的分布的信息。在一部分完整之后一旦該系列瞬時積分通量模式已經(jīng)被放在一起，它們可以結(jié)合在治療之前或治療期間獲得的解剖信息(例如計劃的CT掃描或部分內(nèi)的(intra-fraction)MR圖像)一起用來估計在該部分期間遞送的三維劑量模式或劑量當量。涉及顯著的計算工作量，因此通常是在該部分完整之后使用來自該部分的所有觀察到的積分通量模式完成計算，以允許部分后的劑量遞送的QA檢查。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

創(chuàng)建該遞送劑量的部分后檢查的過程是質(zhì)量保證的有用形式。然而，如果在治療計劃和/或遞送過程中已經(jīng)有重大錯誤，那么僅在不正確的劑量已經(jīng)被遞送之后此QA檢查才將使該重大錯誤顯露。QA的優(yōu)選形式將是對實際上正在被遞送的瞬時劑量進行實時檢查，如果錯誤是明顯的，則提供選項來推遲遞送。

我們已經(jīng)認識到如果發(fā)現(xiàn)在可用的時間內(nèi)充分有效地執(zhí)行計算路線，EPID圖像和/或源自該EPID圖像和遞送的射束的單獨的積分通量提供了用于實時放射量測定驗證的數(shù)據(jù)的潛在來源。

根據(jù)本發(fā)明，基于治療計劃預先計算對于討論中的部分所期望的劑量遞送模式，并且在第一治療部分期間用于比較的目的。因此在治療部分期間所有需要計算的是基于可源自EPID數(shù)據(jù)的觀測的積分通量而已經(jīng)被遞送的劑量上的增加的增長。

因此本發(fā)明提供一種放射療法設備，其包括用于遞送劑量給患者的治療性輻射的源，用于被患者衰減之后的治療性輻射的檢測器以及控制單元，其適應于：

i.接收一系列劑量遞送指令；

ii.接收描述患者的數(shù)據(jù)和表示至少患者的幾何形狀的特征的數(shù)據(jù)；

iii.使用該劑量遞送指令和該患者數(shù)據(jù)，通過劑量遞送指令的初始子集的執(zhí)行來執(zhí)行第一計算分析以查明要遞送給患者的期望的劑量分布以便產(chǎn)生第一劑量分布；

iv.繼完成第一計算分析之后，引起設備執(zhí)行該劑量遞送指令；以及

v.在該劑量遞送指令的執(zhí)行期間，

a)獲得檢測器的輸出；

b)基于所獲得的輸出連同患者數(shù)據(jù)來執(zhí)行第二計算分析以產(chǎn)生估計的實際劑量分布，以及

c)比較估計的實際劑量分布與期望的劑量分布。

控制單元可以以多種方式對比較的結(jié)果做出反應。如果比較示出在隨后的劑量分布和第一劑量分布之間的顯著的差異，一個簡單的警告信號將使設備的操作者能夠介入并采取適當?shù)男袆印溥x地，顯著差異的發(fā)現(xiàn)可提示治療部分的中斷。例如，如果差異超過預定的閾值可以認為該差異是顯著的。對于該設備來說可以計算校正行動或損害減輕行動也是可能的，特別是在比較揭示出劑量不足的情況下。

該比較可以作為附加的過程執(zhí)行，其中實際的劑量分布累積并且與期望的劑量分布比較；備選地，可以從期望的劑量分布減去實際的劑量分布。從而，可以以多種不同的方式顯示該比較以幫助劑量遞送進展的視覺顯示和/或幫助從業(yè)者監(jiān)視劑量遞送進展。例如，監(jiān)視還要被遞送的劑量接近零比監(jiān)視已經(jīng)遞送的劑量達到預定的水平理解起來可能更加直觀。

通常，步驟(i)到(iii)將在第一日歷日開始，以及步驟(iv)和(v)將在隨后的日歷日發(fā)生。這允許用于步驟(iii)的計算分析的時間，其可能(經(jīng)常)通宵進行。

優(yōu)選地重復步驟(iii)的計算以獲得對應于劑量遞送指令的多個初始子集的多個期望的劑量分布。“初始子集”打算意指以第一個指令開始的整個劑量遞送指令集的一個子集，并且包括從第一個指令之后的若干隨后的指令一直到遍及整個集合的中途的一個指令并且不包括任何后來的指令。這樣，隨著治療部分的進展，多重期望劑量分布對遞送的劑量的漸進的發(fā)展進行建模。理想地，期望的劑量分布的數(shù)量將與指令的數(shù)量相等，這意味著對每個指令之后遞送的劑量建模并且在遞送中對錯誤提供最大的靈敏度。然而，為了計算效率的原因不必要這樣。治療計劃中單獨的期望劑量分布不需要彼此相同。例如，如果監(jiān)視治療功效的進展并且改變部分之間的治療計劃，或者如果治療計劃包括不同的計劃部分，那么單獨的部分可能導致不同的期望劑量分布和實際劑量分布。

該源將經(jīng)常包括測量它的輻射輸出的傳感器，在這種情況下可以通過觀測由傳感器測量的輸出射束和由檢測器測量的衰減的射束之間的差異來確定遞送的輻射。

描述患者的數(shù)據(jù)理想地至少包括限定患者外部表面的數(shù)據(jù)，并且還可以包括限定患者體內(nèi)組織類型和組織密度中至少一個的數(shù)據(jù)。在它僅包括患者的外部表面的情況下，該計算分析可包括通過由標準材料(諸如水)組成的身體的存儲的輻射積分通量信息的反投影從而確定劑量分布，該標準材料具有對應于患者外部表面的形狀。這種分析對計算是直截了當?shù)牟⑶乙虼四軌蛟谶M一步的執(zhí)行期間完成。在可以獲得足夠的計算資源的情況下，描述患者的數(shù)據(jù)可以更加詳細并且計算分析可以包括通過限定組織類型信息的存儲的輻射積分通量信息的反投影。

這可以用改變復雜性水平來完成。在一個示例中，可以使用在(使用各種模式，包括X射線、MRI、SPECT或PET等等)治療之前或治療期間獲得的患者的二維圖像來確定和在治療部分之前或治療部分期間的輻射射束有關(guān)的各種組織類型的位置和/或密度。然后可以使用這些連同由檢測器測量的衰減射束以確定在部分的過程期間遞送到患者體內(nèi)各種組織的劑量的估計，其可以用來確定該部分是否根據(jù)放射療法計劃繼續(xù)進行。

在另一示例中，在治療之前或期間可以獲得患者的多個二維圖像以便生成患者的三維體積圖像?？梢允褂帽绢I域已知的方法來結(jié)合以這種方式在治療之前獲得的圖像(例如用替代(surrogate)信號(諸如在患者上的肺活量計或標記塊))以便解釋由例如呼吸引起的患者的周期運動，使得可以結(jié)合在呼吸周期中相同階段期間獲得的二維圖像以創(chuàng)建在患者的呼吸周期中的一個階段的更清楚的三維圖像。在治療期間可以使用相同的替代信號來確定在獲取衰減射束圖像時組織的位置，以便更加準確地計算患者體內(nèi)的劑量沉積。備選地，可以選通輻射射束使得輻射僅在患者已經(jīng)到達他們呼吸周期中的特定階段時施加給患者，該特定階段對應于已經(jīng)重建三維圖像的那個階段，以便可以使用該三維圖像來確定劑量沉積。在治療期間獲得了多個二維圖像的情況下，這樣的系統(tǒng)可以使用替代信號或公共時鐘來使所獲得的部分內(nèi)解剖學圖像與對應的衰減圖像相匹配，并且使用這些部分內(nèi)解剖學圖像來確定患者組織的位置并轉(zhuǎn)而確定該部分的過程期間劑量的累積。

在另一示例中，可以處理多個二維圖像來產(chǎn)生患者的目標體積的多個三維圖像，其中每個三維圖像代表了在患者的呼吸周期中的一個階段處的患者的解剖結(jié)構(gòu)。這些三維圖像可以依次用于以四維的方式對患者內(nèi)部組織的運動進行建模。這可以使用本領域已知的方法完成，其中使用在患者呼吸周期的相同階段期間獲得的多個二維圖像生成的三維圖像被依次排序以便創(chuàng)建患者內(nèi)部解剖位置的四維運動模型(如果圖像是在治療開始之前獲得的)，或者實時的四維電影圖像，其中在部分的過程期間持續(xù)獲得患者的圖像以便更新三維圖像并從而更新四維電影圖像。然后這些模型或電影圖像可以與衰減射束的圖像結(jié)合以確定在部分的過程期間在一個組織接一個組織(tissue-by-tissue)的基礎上患者體內(nèi)的劑量沉積，以便確定遍及該部分是否正在發(fā)生與計劃的劑量沉積的任何顯著偏差。

在沒有這種數(shù)據(jù)存在的情況下，這種方法仍然可以完全地應用于由檢測器測量的衰減射束以確定在部分期間累積的輻射暴露的模式，其可以與估計的模型比較。

諸如組織類型信息之類的患者數(shù)據(jù)可以通過例如基于圖譜的自動分割軟件或任何合適的備選軟件獲得，該基于圖譜的自動分割軟件基于其在圖像中的形狀和位置與標準的、經(jīng)定義的參考圖像相比較來確定組織類型。由這種手段獲得的組織類型信息可以通過用于在治療部分期間追蹤特定組織類型的表面或邊界的較低分辨率的方法來補充，以便在劑量遞送指令的執(zhí)行期間提供進一步的精確度。這樣只必須定義組織類型一次，并且在圖像上標記它們的位置。此后，這些組織的邊界可以被追蹤以及用來確定在每幅圖像中組織的位置。用于追蹤組織邊界的一個合適的低分辨率的方法可以是變形場分析；隨著實時計算能力的發(fā)展，用本發(fā)明可以使用更加精確的組織類型追蹤。

在系統(tǒng)的計算能力有限的情況下，比較跨越整個檢測器區(qū)域的劑量的一種替代性選擇可以是在檢測器的子區(qū)域之間進行比較。這既可以通過選擇檢測器上的特殊像素組并且隨著部分的進展比較那些像素組中的劑量累積來實現(xiàn)，又可以通過選擇識別的組織類型(諸如腫瘤、器官、骨等)的特殊子區(qū)域并且在部分的進展期間監(jiān)視那個組織類型子區(qū)域中的劑量累積來實現(xiàn)。在任一種情況下，可以比較部分之間劑量累積的進展以確定部分是否如打算的進展，以及采取的行動應該被發(fā)現(xiàn)在隨后的部分期間在劑量累積模式之間有顯著的偏差。

描述患者的數(shù)據(jù)可以以通常已知的方式從患者的CT掃描和MRI掃描中的一個得到。

分析優(yōu)選地在部分期間在半連續(xù)的基礎上執(zhí)行。從而，控制設備優(yōu)選地布置成考慮由于該系列劑量遞送指令中步驟的初始子集而獲得的信息來執(zhí)行第一計算分析，以及在劑量遞送指令的進一步執(zhí)行期間并且在該系列劑量遞送指令中步驟的相應的初始子集之后執(zhí)行第二計算分析。第一子集可以(例如)包括該系列指令的步驟1到步驟“n”?？刂圃O備理想地布置成在該系列劑量遞送指令中步驟的不同子集之后執(zhí)行多對計算分析，諸如在第二子集后，該第二子集可以包括該系列指令的步驟1到步驟“m”。

可以通過檢測器測量遞送的輻射積分通量。如果可得到更多的信息，例如如果可得到患者的解剖結(jié)構(gòu)的圖像，那么來自檢測器的測量結(jié)果可以被反投影以估計遞送的輻射積分通量的空間測量。實際的劑量中的該反投影估計可以(如在步驟v中)與期望的劑量相比較。

附圖說明

現(xiàn)在將參考附圖以舉例的方式描述本發(fā)明的實施例，其中：

圖1示出了本申請可以應用的設備的圖解形式；

圖2示出了已知的比較過程；

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的樣本劑量發(fā)展；以及

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的比較過程。

具體實施方式

圖1示意性地圖示了可以應用本發(fā)明的放射療法設備。包括腫瘤或其他病變12的患者10被支撐在患者臺14上。這是能夠以通常已知的方式定位的，該已知方式允許在多達6個軸(三個平移的，三個旋轉(zhuǎn)的)上調(diào)整患者10的位置，從而允許腫瘤12被定位在對該設備便利的位置。

提供機架16以緊密地鄰近患者臺14，并且可圍繞水平軸18旋轉(zhuǎn)。如所圖示的，布置患者臺14使得水平軸18大體與患者的顱索(cranio-cordal)軸對齊，但是實際上可以旋轉(zhuǎn)該臺使得患者處于便利于所打算的治療的任何角度。這種類型的旋轉(zhuǎn)在將患者的敏感結(jié)構(gòu)移出治療場或者移入更容易避開的場區(qū)域方面可以是有用的。臂(不可見)從機架16延伸并且承載治療輻射源20，其發(fā)射大體朝向水平軸18的射束22。在該源結(jié)構(gòu)內(nèi)提供準直器24，其能夠使射束22成形并引導射束22進入所選擇的橫截面，其是它的最大孔徑的子集。在該源中還提供一個或多個傳感器25來測量輻射輸出。

如圖1所示，機架16上的源20處在它的最高位置，從而引導射束22豎直向下。隨著機架16帶著源20并旋轉(zhuǎn)，射束將從一系列的方向接近患者。當沿著那個方向觀察時假設使用準直器24使射束橫截面成形為腫瘤12的形狀(被稱為旋轉(zhuǎn)保形弧療法(rotational conformal arc therapy))，那么效果將是腫瘤12始終保持在射束中而周圍的組織僅僅在機架16處于或穿過兩個特定旋轉(zhuǎn)位置中的一個時被短暫地照射。因此，該布置允許保持遞送到腫瘤的劑量同時將顯著較低的劑量遞送給周圍的組織。

其他的治療模式是可能的，包括比相對簡單的旋轉(zhuǎn)保形弧療法更復雜的準直器運動。在這種治療中，可以與機架的旋轉(zhuǎn)速度以及由源20遞送的劑量率一起調(diào)整準直以便建立在腫瘤和患者的解剖結(jié)構(gòu)周圍是最佳的三維劑量分布。這種劑量分布可以確保足夠的劑量被遞送進入腫瘤同時觀測到其他區(qū)域的最大允許劑量，其可以根據(jù)在那些區(qū)域的組織的性質(zhì)而改變。例如，諸如脊髓之類的敏感區(qū)域可以被保護以免受輻射劑量的影響。這種劑量分布是通過計算“治療計劃”遞送的，該“治療計劃”包括需要發(fā)生以便遞送該分布的必要的機架運動、準直器運動以及劑量率。該治療計劃通常通過迭代計算過程獲得，該過程考慮了該劑量分布，并且該設備以通常已知的方式約束以得出對于該患者的單獨的治療計劃。

考慮對于治療室來說美觀可接受的環(huán)境，機架16通常設置在壁19內(nèi)使得用于支撐機架并精確地旋轉(zhuǎn)它的相對龐大的機械裝置可以被隱藏。

同樣附連到機架16上的是以用于治療輻射的平坦面板檢測器形式的電子射野成像裝置(EPID)26，其通常使用閃爍技術(shù)來獲得治療射束的數(shù)字圖像。EPID26放置在機架上與源20相對并且因此患者10躺在源20和EPID 26之間。結(jié)果，在治療射束被患者10衰減之后EPID 26看到該治療射束，并且因此用發(fā)射的射束的性質(zhì)的知識以及患者的解剖結(jié)構(gòu)信息，可以確定由患者吸收的輻射的測量。根據(jù)遍及治療而獲得的這種劑量組，一旦治療部分完整，可以計算遞送到患者的實際劑量的三維表示。該計算過程花費一些時間，但通常在下次治療部分之前是可用的。這意味著實際遞送的劑量可以與計劃要遞送的劑量相比較，從而驗證治療計劃并確認該治療部分是成功的。通常，這在每個部分之后完成。

因此，圖2示出了常規(guī)的放射療法設備中的比較過程。治療計劃包括一系列單獨的子劑量28a、28b、28c、28d、28e、28f；特殊的治療計劃可以根據(jù)需要包括更多的子劑量或更少的子劑量?？偣?，這些子劑量28a-28f累積地遞送全部的劑量30。在治療計劃階段期間，這將已經(jīng)與醫(yī)師規(guī)定的劑量比較并且確認為相同或者在被認為可接受的設置公差內(nèi)。然后該設備遞送第一治療部分，遞送子劑量32a、32b、32c、32d、32e、32f。在這個時間期間，EPID 26監(jiān)視離開患者的輻射并記錄此輻射。在該部分的遞送之后，它將該信息與患者特定的解剖結(jié)構(gòu)信息結(jié)合以確定該部分期間遞送的子劑量。這些子劑量相加創(chuàng)建累積的劑量34并且執(zhí)行與計劃的劑量30或規(guī)定的劑量的比較36以確認任何的差異在認為可接受的設置公差內(nèi)。

如果在計劃的或規(guī)定的劑量和實際遞送的劑量之間有重大的差異，那么發(fā)出警報吸引醫(yī)護人員的注意，所述醫(yī)護人員可以調(diào)查為何會發(fā)生此事。另外，然后第二部分能夠以相似的方式被遞送。因此，子劑量38a到38f將被遞送，并且自始至終由EPID 26監(jiān)視。在第二部分結(jié)束時，在該部分期間遞送的總劑量40和計劃的劑量30或規(guī)定的劑量之間做比較42，再次確認任何的差異在被認為可接受的設置公差內(nèi)。如果觀察到顯著的差異可以發(fā)出類似的報警，或者治療可以以相同的方式繼續(xù)到另外的部分(如果需要)。

明顯地，如果在部分的遞送中有錯誤那么直到該部分完整為止才會檢測到此錯誤。同時明顯聊勝于無的是，能夠比這樣更快地檢測到錯誤將是有用的。本發(fā)明因此提出從治療計劃計算針對第一(以及隨后的)部分的期望的劑量遞送模式并且在討論中的治療部分期間用于比較的目的。治療計劃將包括一系列的步驟，并且能夠?qū)⒂赡切┎襟E遞送的射束形狀建模。用那些射束形狀的知識，可以對第一部分遞送期間的劑量模式建模，這理想地使用與在這些治療部分期間要使用的重建技術(shù)相同的重建技術(shù)。這些期望的劑量分布然后可以用作用于與隨著部分的進展而重建的實際劑量分布進行比較的基礎，以比較和確定遞送中的任何變化。

為了說明此概念，如圖3中所示想象每個治療計劃步驟(或相對于時間)正被計算的單個點劑量。沿著圖3的x軸是治療部分的進展，其以任何常規(guī)的尺度(諸如時間或治療步驟等)來測量。沿著y軸是遞送到正在討論的點的劑量。菱形點44圖示在那個治療部分期間期望遞送直到那個點的總劑量。如可以看到的，這以每個子劑量46穩(wěn)定地增加直到在治療結(jié)束時為止已經(jīng)遞送了計劃的總劑量48。

在實際部分(諸如，第一、第二、第三、第四等)中，基于觀測到的EPID積分通量測量結(jié)果可以執(zhí)行相同的重建過程以產(chǎn)生進一步的劑量/進展曲線，這次用正方形點50圖示出。在這種情況下，隨后部分的正方形點50緊緊跟隨第一部分的菱形點44，表明隨后的部分以和第一部分相同的方式發(fā)展。這個比較可以用在心里可接受公差來做出。從而，可以在第二部分和隨后的部分的每個子劑量46之后做比較以便確定該部分正在正常的進展。根據(jù)涉及的計算負荷以及可用的計算能力，這可以針對腫瘤內(nèi)、或患者體內(nèi)、或感興趣區(qū)域內(nèi)的每個點來重復。如果檢測到顯著的分歧，那么可以發(fā)布警告和/或停止或中斷該治療部分。(在大多數(shù)情況下)這應該導致正被遞送的較低的意外劑量。值得注意的是如果錯誤是在治療的初期中并且涉及接收顯著劑量的位置，那么有可能可以在規(guī)定的劑量48已經(jīng)被遞送之前檢測到正在發(fā)展的錯誤。

圖4示出了圖2的版本，示出了由本發(fā)明提供的額外的比較。因此，除了在治療部分結(jié)束時執(zhí)行的比較36之外，在由計劃的子劑量28x預測的效果和由實際的子劑量32x產(chǎn)生的效果之間有一系列的比較52a到52f。

然后對于隨后的部分可以重復該比較過程，每個與通過基于治療計劃的計算預測的劑量積累曲線相比較。如果隨后的部分使用了相同的治療計劃，那么可以使用相同的預測劑量積累曲線。

根據(jù)從EPID獲得的積分通量模式的知識以及根據(jù)患者解剖結(jié)構(gòu)的知識來計算(對于每個位置的)劑量自身。理想的方法是使用已知的技術(shù)，從已知的形狀和患者的內(nèi)部結(jié)構(gòu)(即組織類型、組織密度等等)開始并且重建通過患者的觀察到的射線積分通量以便計算遞送到患者體內(nèi)每個點的劑量。該方法產(chǎn)生所遞送的劑量模式的最準確的表示。備選地，需要較少計算的方法僅僅使用了患者的輪廓并且假設患者是由均一的標準材料(諸如水)組成。在尚未考慮患者組織密度方面的內(nèi)在變化的情況下，該劑量模式更易于計算得多，從而允許在遞送治療部分所需的時間內(nèi)完成若干次這樣的計算。以這樣的方式產(chǎn)生的劑量模式不太準確，但(我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn))足夠用于與其他治療部分比較的目的。

因此，在每個子劑量之后或在一組子劑量之后，在該部分期間可以計算迄今為止遞送的累積劑量。這些可以與使用治療計劃計算得出的對應的劑量模式相比較以便提供該部分是依照打算而進行的實時的確認。

因此，在一部分(而不是整個部分)期間通過允許較簡單的重建(諸如患者的水模型)以及(在任何一個時間)通過僅對遞送的子劑量的一個子集進行操作，本發(fā)明將這種類型的檢查過程的計算負荷減少到能夠隨著治療部分的進展而實時完成的計算負荷。

在一些系統(tǒng)中，考慮到腫瘤的尺寸、形狀、位置(等等)方面的變化，調(diào)整用于第二或隨后的部分的治療計劃?？梢詫碜缘谝徊糠趾突颊呓馄市畔⒌挠涗洈?shù)據(jù)做相應的改變以便確保該比較保持有效。

當然將理解的是，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下可以對上述的實施例做出許多變化。