專利名稱：內靶的自動相關建模的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及放射治療領域，并且，更具體地涉及在放射治療中跟蹤靶運動。
背景技術：
病理解剖，例如腫瘤和病變，能夠通過諸如外科手術的侵入性程序來治療，但這對 病人可能是有害的并且充滿風險。治療病理解剖(如腫瘤、病變、血管畸形、神經紊亂等) 的一種非侵入性方法是體外放射療法。在一類體外放射療法中，使用外部放射源從多個角 度將一序列X-射線束引導到腫瘤部位，其中病人被定位使得腫瘤位于束旋轉的中心(等中 心)。當放射源的角度改變時，每束都通過腫瘤部位，但是在到達腫瘤的途中會通過健康組 織的不同區(qū)域。因此，腫瘤處的累積放射劑量很高，同時對健康組織的平均放射劑量很低。術語“放射療法”指的是出于治療目的而非壞死目的對靶應用放射的程序。放射 療法治療過程中使用的放射量一般大約是小于放射外科過程中使用的量的數量級。放射療 法的一般特征是每次治療劑量低(如100-200厘戈瑞(cGy))、治療時間短(如每次治療10 到30分鐘)和超分割(如治療30到45天)。方便起見，除非另外標注，這里使用術語“放 射治療”來表示放射外科和/或放射療法。在許多醫(yī)學應用中，精確跟蹤人體解剖中的移動靶的運動非常有用。例如，在放射 外科中，由于治療期間呼吸運動和其它患者運動，精確定位和跟蹤靶的運動非常有用。已經 開發(fā)出了傳統(tǒng)的方法和系統(tǒng)來實現對內靶中的靶向治療(如放射外科治療)的跟蹤，同時 測量和/或補償患者的呼吸和/或其它運動。例如，本申請的受讓人共同擁有的美國專利 號6144875和美國專利號6501981描述了這些傳統(tǒng)的系統(tǒng)。位于加利福尼亞的Sunnyvale 的Accuray公司開發(fā)的SYNCHRONY 系統(tǒng)能夠實現上述申請中描述的方法和系統(tǒng)。在相關模型(correlation model)中，這些傳統(tǒng)的方法和系統(tǒng)將內臟器官運動與 呼吸關聯(lián)在一起。相關模型包括將外部標記的外部運動映射到通過X-射線成像獲得的內 臟腫瘤位置。在治療前建立相關模型時，這些傳統(tǒng)的方法和系統(tǒng)獲得患者的呼吸循環(huán)中的 X-射線圖像。然而，這些傳統(tǒng)的方法和系統(tǒng)依賴于操作員手動觸發(fā)成像系統(tǒng)來獲取圖像。 對于操作員來說，為相關模型手動獲取呼吸循環(huán)的均勻分布的模型點是一個挑戰(zhàn)。手動觸 發(fā)圖像導致了患者的呼吸循環(huán)的模型點的不一致分布。具有均勻分布的模型點的相關模型 提供了將外部標記的外部運動映射到內臟腫瘤位置的更加真實的模型。因此，使用傳統(tǒng)的 方法和系統(tǒng)，初始相關模型的質量取決于操作員猜測何時來手動觸發(fā)成像系統(tǒng)以獲取圖像 的能力，不像具有均勻分布的模型點的相關模型的質量那么好。在一種傳統(tǒng)方法中，操作員例如在顯示器上手動觀察外部標記運動和成像歷史， 來發(fā)現成像定時模式，并點擊按鈕以基于外部標記運動和圖像歷史來捕獲下一個圖像。操 作員然后等待結果以查看圖像是否是在呼吸循環(huán)的預期位置處獲取的。在一些例子中，為 了克服模型點的不均勻分布，操作員獲取另外的圖像來在預期位置得到模型點(如圖像)， 導致增加了不必要的成像發(fā)生。此外，在傳統(tǒng)的方法和系統(tǒng)中，在操作員手動觸發(fā)成像系統(tǒng) 來獲取圖像的時間與成像系統(tǒng)實際獲取圖像的時間之間可能會有相當大的延遲。該延遲使
5得確定在呼吸循環(huán)中操作員應該何時手動觸發(fā)成像系統(tǒng)來在呼吸周期的預期位置獲取圖 像的手動定時過程變得復雜。


利用隨附的附圖中的圖來通過示例而非通過限制示出本發(fā)明。圖1示出了治療跟蹤環(huán)境的剖視圖。圖2是呼吸周期期間內靶運動的示例性二維路徑的圖形表示。圖3是呼吸周期期間內靶運動的隨時間變化的示例性路徑的圖形表示。圖4是與圖2中顯示的運動路徑相關聯(lián)的數據點的示例性集合的圖形表示。圖5是與圖3中顯示的運動路徑相關聯(lián)的數據點的示例性集合的圖形表示。圖6示出了表示呼吸循環(huán)的示例性波形的一種實施方式，該波形包括處于多個位 置的多個模型點，其中每個模型點代表呼吸循環(huán)的一階段。圖7A示出了通過手動控制圖像獲取的時間來手動觸發(fā)圖像獲取的流程圖。圖7B示出了通過自動控制圖像獲取的時間來自動觸發(fā)圖像獲取的一種實施方式 的流程圖。圖8A示出了使用圖7A中的方法的呼吸循環(huán)的示例性模型點。圖8B示出了使用圖7B中的方法在呼吸循環(huán)的預期位置具有多個模型點的示例性 波形的一種實施方式。圖9示出了用于自動建模的靶定位系統(tǒng)的一種實施方式的框圖。圖10示出了根據發(fā)明的一種實施方式用于在客戶機-服務器環(huán)境中自動建模的 客戶機上的獨立處理線程。圖11示出了根據本發(fā)明的一種實施方式用于在呼吸循環(huán)的指定階段自動觸發(fā)圖 像獲取的窗口。圖12示出了在窗口中呼吸循環(huán)的指定時間自動觸發(fā)圖像獲取的兩種實施方式。圖13示出了確定用于圖像獲取的指定時間的一種實施方式。圖14示出了建模方法的一種實施方式。圖15示出了跟蹤方法的一種實施方式。圖16示出了可用于執(zhí)行放射治療的治療系統(tǒng)的一種實施方式，其中在放射治療 中可執(zhí)行本發(fā)明的實施方式。圖17是示出治療傳送系統(tǒng)的一種實施方式的示意框圖。圖18示出了放射治療過程的三維透視圖。
具體實施例方式為了對本發(fā)明的一些實施方式提供良好理解，下面的描述展示了許多具體細節(jié)， 如具體系統(tǒng)、組件、方法等等的示例。然而，即便沒有這些具體細節(jié)，本發(fā)明的至少一些實施 方式也可以實現，這對于本領域技術人員來說是顯而易見的。在其它例子中，為了避免對本 發(fā)明的不必要的模糊，沒有詳細描述或僅以簡單的框圖格式來展示已知的組件或方法。因 此，展示的具體細節(jié)僅僅是示例性的。特定的實現方式可能與這些示例性細節(jié)不同，并且仍 然預期包含在本發(fā)明的精神和范圍內。
本發(fā)明的環(huán)境包括不同操作，將在下面描述。這些操作可以通過硬件組件、軟件、 固件或其組合來實現。某些實施方式可實現為包括存儲在機器可讀介質中的指令的計算機程序產品。這 些指令可用于對通用或專用處理器編程來執(zhí)行所描述的操作。機器可讀介質包括以機器 (如計算機)可讀的形式(如軟件、處理應用程序)存儲或傳輸信息的任何機制。機器可 讀介質可包括，但并不限于，磁存儲介質(如軟盤)；光存儲介質(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(如EPR0M和EEPR0M)； 閃存；電、光、聲或其它形式的傳播信號(如載波、紅外信號、數字信號等)；或適于存儲電子 指令的另一類介質。此外，一些實施方式可在分布式計算環(huán)境中實現，在該環(huán)境中，機器可讀介質存儲 在多于一個的計算機系統(tǒng)中和/或由多于一個的計算機系統(tǒng)來運行。此外，在計算機系統(tǒng) 之間傳送的信息可通過例如在遠程診斷或監(jiān)控系統(tǒng)中連接計算機系統(tǒng)的通信介質進行拉 或推。在遠程診斷或監(jiān)控中，盡管在用戶和患者之間存在物理隔離，但用戶可診斷或監(jiān)控患 者。此外，治療傳送系統(tǒng)可遠離治療計劃系統(tǒng)。在例如呼吸循環(huán)、心跳循環(huán)等等患者的周期性循環(huán)中的預期時間處自動觸發(fā)成像 的方法和系統(tǒng)的實施方式。如上所述，由于呼吸運動、心臟運動或其它患者運動，患者內的 靶可能會移動。這些患者運動實際上可能是周期性的。這些運動的周期性循環(huán)可通過外部 傳感器來測量，如跟蹤與患者相關聯(lián)的內部或外部標記的跟蹤傳感器、心跳監(jiān)視器等等。由 外部傳感器測量的、以前的周期性循環(huán)的歷史數據，能夠用于預測在一個或多個隨后的循 環(huán)中何時自動獲取圖像，以便為了開發(fā)相關模型而形成均勻分布的圖像集合。相關模型可 用于在治療期間跟蹤內靶的運動。如上所述，使用手動觸發(fā)，X-射線成像的結果以隨機形式發(fā)生，也就是說，用戶隨 機點擊獲取按鈕，并且在當用戶點擊獲取按鈕和獲取圖像的時刻之間有隨機的系統(tǒng)延遲。 使用這里描述的自動觸發(fā)實施方式，X-射線成像的結果由當前的LED信號(如表示外部標 記的運動的信號)控制，并且當LED移動到預期觸發(fā)位置時，觸發(fā)事件發(fā)生，圖像位于預期 觸發(fā)位置處。這里描述的實施方式提供了新的通信信道，來在周期性循環(huán)的指定時間實時 自動觸發(fā)成像。這里描述的實施方式還提供了新的算法，來計算用于呼吸循環(huán)中用于自動 建模的預期時間。這里描述的實施方式還為用戶提供了接口，來幫助用戶實現以實質上均 勻分布的圖像(如模型點)對在呼吸循環(huán)期間的靶進行自動建模。這里描述的實施方式旨 在提供一種具有最少的用戶交互的機制，來實現對靶運動的自動建模，用于跟蹤靶運動。這 里描述的實施方式可在對現有體系結構有較小影響的情況下通過已經存在的靶定位系統(tǒng) 來實現，或另外地，可通過新開發(fā)的靶定位系統(tǒng)來實現。如上所述，開發(fā)了一種相關模型，將內臟器官的運動與呼吸關聯(lián)在一起。相關模型 包括將一個或多個外部標記映射到通過實時X-射線成像獲得的內靶位置(如腫瘤位置)。 然而，這里描述的實施方式并不是通過手動觸發(fā)對每個X-射線圖像的獲取來添加模型點 的方式手動創(chuàng)建相關模型，并且也不是手動控制X-射線圖像獲取的時間來在呼吸波形的 預期位置獲取模型點，其中呼吸波形表示下一模型點的周期性循環(huán)。相反，在一些實施方式 中，通過自動觸發(fā)對每個X-射線圖像的獲取來添加模型點，并通過自動控制X-射線圖像獲 取的時間來在呼吸波形的預期位置獲取模型點的方式自動創(chuàng)建相關模型，其中呼吸波形表
7示下一模型點的周期性循環(huán)。在一實施方式中，該方法和系統(tǒng)控制呼吸波形中下一 X-射線 圖像的時間和模型點的位置(如呼吸循環(huán)中的階段)。在另一實施方式中，操作員指定呼吸 波形中模型點的預期位置(如呼吸循環(huán)中的階段)，并且該方法和系統(tǒng)控制下一 X-射線成 像的時間來在所述預期位置獲取模型點。盡管下面描述的實施方式中的一些旨在控制為呼 吸波形(如呼吸循環(huán))中的模型點自動獲取圖像的時間，然而在其它實施方式中，能夠為其 它類型的波形，如患者的心跳循環(huán)、或患者的其它周期性運動的其它波形，來執(zhí)行自動圖像 獲取。在一實施方式中，該方法和系統(tǒng)被描述為，在治療前自動獲取患者的內靶的預處 理圖像，并使用預處理圖像生成將外部標記的運動映射到靶的靶位置的相關模型。在一實 施方式中，提出了一種方法和系統(tǒng)，來標識諸如內臟器官的靶的運動和患者的呼吸(或其 它運動，例如心跳)之間的關系。這些運動可包括線性運動、非線性運動和不對稱運動。在 一實施方式中，該方法和系統(tǒng)可便于分別對在吸氣和呼氣期間沿著不同路徑運動的靶的運 動路徑進行建模。自動觸發(fā)預處理圖像的一實施方式包括自動確定患者的周期性循環(huán)，自 動確定周期性循環(huán)中獲取預處理圖像的指定時間，并自動向成像系統(tǒng)發(fā)送命令以在所述指 定時間獲取預處理圖像。在一實施方式中，生成相關模型包括獲取數據點，該數據點表示與患者相關聯(lián)的 外部標記隨著時間推移的位置。在一實施方式中，外部標記定義了患者的呼吸循環(huán)期間外 部標記的運動的外部路徑。數據點對應于預處理圖像。該方法和系統(tǒng)基于數據點和預處理 圖像標識靶的運動的路徑，并使用靶的運動的路徑開發(fā)相關模型。該方法和系統(tǒng)可考慮呼吸或內部對象的位置、速度和/或方向來開發(fā)一個或多個 相關模型。該方法和系統(tǒng)還可使用靶位置已知的時間的數據點?？梢栽诒O(jiān)控靶位置的同時 監(jiān)控呼吸?？梢栽谒P心的時間獲得有關呼吸的位置和速度/方向的信息。相關模型一旦 建立，可以與呼吸監(jiān)控系統(tǒng)一起用于定位和跟蹤靶的內部運動，靶例如是器官、部位、病變、 腫瘤等等。圖1示出了治療跟蹤環(huán)境的剖視圖。治療跟蹤環(huán)境描述了患者內的內靶10、線性 加速器(LINAC) 20和外部標記25的相應運動。示出的治療跟蹤環(huán)境例如表示患者胸部，或 是在患者的呼吸循環(huán)期間內臟器官可能運動的患者的其它部位。通常，將根據吸氣間隔和 呼氣間隔來描述患者的呼吸循環(huán)，盡管可以使用其它指定和/或描繪來描述呼吸循環(huán)。在一實施方式中，LINAC 20在一個或多個維度上運動來定位并定向它自己，以向 靶10傳送放射束12。盡管描述了實質上平行的放射束12，但LINAC 20可在多個維度上圍 繞患者運動，來從多個不同位置和角度投射放射束12。例如，當患者呼吸時，LINAC 20跟蹤 靶10的運動。一個或多個外部標記25被固定或布置到患者的外部30上以便監(jiān)控患者的 呼吸循環(huán)。在一實施方式中，外部標記25可以是附加到患者穿著的背心上的設備，如光源 (如發(fā)光二極管(LED))或金屬扣。另外地，外部標記25可以另一種方式附加到患者的衣服 或皮膚上。當患者呼吸時，跟蹤傳感器32跟蹤外部標記25的位置。例如，跟蹤傳感器可跟蹤 外部標記25在吸氣間隔期間的向上運動以及外部標記25在呼氣間隔期間的向下運動。如 下面所述，外部標記25的相對位置與靶10的位置相關聯(lián)，因此LINAC 20可相對于外部標 記25的位置和相關聯(lián)的靶10位置運動。在另一實施方式中，可使用其它類型的外部或內部標記代替示出的外部標記25，或者除了示出的外部標記25以外，可使用其它類型的外部 或內部標記。作為一個例子，在指定的四個位置DQ、D3、D5、D7顯示描述的靶10。第一位置D?？?大約對應于吸氣間隔的開始。第二位置 可對應于吸氣間隔期間的時間。第三位置仏可 大約對應于吸氣間隔的結束和呼氣間隔的開始。第四位置叫可對應于呼氣間隔期間的時 間。靶10運動路徑上的另外的位置將參考下面的圖來詳細地圖形化顯示并描述。當患者 呼吸時，靶10可沿著患者體內的路徑運動。在一實施方式中，靶10的路徑是不對稱的，因 為靶10在吸氣和呼氣間隔期間沿不同路徑運動。在另一實施方式中，靶10的路徑至少部 分是非線性的。靶10的路徑可受到靶10的大小和形狀、靶10周圍的器官和組織、患者呼 吸的深度和淺度等的影響。類似地，在對應于靶10的位置的第一位置D。、第二位置03、第三位置仏和第四位 置D7顯示外部標記25。通過將外部標記25的位置關聯(lián)到靶10，可從外部標記25的位置 獲得靶10的位置，盡管外部標記25可在實質上與靶10的路徑和方向不同的方向或路徑上 運動。在對應于靶10的位置的第一位置隊、第二位置D3、第三位置D5和第四位置D7還顯示 LINAC 20。采用這種方式，當靶10的位置關聯(lián)到外部標記25的感測位置時，LINAC 20的 運動可實質上與靶10的運動同步。圖2是在呼吸周期期間內靶10的運動的示例性二維路徑的圖形表示35。橫坐標 表示在第一維度(x)中靶10的位移(如以毫米表示)。縱坐標表示在第二維度(z)中靶 10的位移(如以毫米表示)。靶10可類似地在第三維度(y)中移動。如圖表35所示，靶 10運動的路徑是非線性的。此外，運動的路徑在吸氣周期和呼氣周期期間是不同的。作為 例子，吸氣路徑可對應于圖表35中x方向上從0到25之間的上面部分，其中在吸氣和呼氣 之間的時刻0是起始參考位置隊，25是最大位移位置D5。對應的呼氣周期可是圖表35中 D5和隊之間的下面部分。在描述的實施方式中，位移位置D3大致位于隊和D5之間的吸氣 路徑上。類似地，位移位置叫大致位于仏和隊之間的呼氣路徑上。在圖4中和另外的位 移點一起顯示這些位移點。圖3是呼吸周期期間內靶10隨時間變化的運動的示例性路徑的圖形表示40。圖 表40顯示隨著時間的推移(如以秒表示)靶10在x方向(虛線)和z方向(實線)上的 位移(如以毫米表示)。圖表40還顯示例如外部標記10的位移(以毫米表示)來標識呼 吸周期(虛線)。在描述的實施方式中，外部標記25在x方向上的最大位移(約30毫米) 大于靶10在x方向上的最大位移(約25毫米)，或z方向(約8毫米)。然而，靶10在不 同方向上的最大位移并不必然與和呼吸循環(huán)相關聯(lián)的外部標記25的最大位移相對齊。此 外，靶10在一個方向上的最大位移并不必然與另一方向上的最大位移相對齊。例如，外部 標記25的最大位移發(fā)生在大約1. 75秒，而內臟器官10在x和z方向上的最大位移可分別 發(fā)生在大約2. 0和1. 5秒。這些未對齊的情況在吸氣和呼氣路徑中都可能發(fā)生。圖4是與圖2中顯示的運動的路徑相關聯(lián)的數據點隊-隊的示例性集合的圖形表 示45。特別地，數據點隊-隊疊加在靶10的運動的路徑上。數據點隊-隊對應于呼吸周期 期間的不同時間點。在示出的實施方式中，一個數據點，數據點隊，指定吸氣間隔之前靶10 的初始參考位置。四個數據點Di-D4指定吸氣間隔期間靶10的運動。數據點D5指定吸氣 和呼氣間隔之間的時刻。數據點D6-D9指定呼氣間隔期間靶10的運動。下表為每個數據點d0-d9提供了大致坐標?？稍谄渌较蛏蠟橥獠繕擞?5的位移或靶10的位移提供類似坐 標。數據點(x,z)(毫米)
d0(0,1)
di(2,3)
d2(8,5)
d3(14，7)
d4(24，8)
d5(25，7)
d6(23，5)
d7(16,2)
d8(8,0)
d9(1,0)
表1. i〔據點坐標 圖5是與圖3中顯示的運動的路徑相關聯(lián)的數據點隊-隊的示例性集合的圖形表 示50。數據點dq-d9以疊加在靶10和外部標記25的運動的路徑上的豎線表示。下表提供 了與每個數據點隊-隊相對應的大致時間，以及為外部標記25提供了大致位移值r。數據點時間(秒)]
d00. 01
di0. 46
d20. 816
d31. 122
d41730
d52. 428
d62. 823
d73. 214
d83. 75
d94. 00
表2. i〔據點時間 圖6示出了表示呼吸循環(huán)的示例性波形的一種實施方式，其中該波形包括位于多 個位置處的多個模型點，每個模型點表示呼吸循環(huán)的一個階段。呼吸循環(huán)波形在預期位置 601處包括八個模型點。八個模型點中的每個都表示呼吸循環(huán)600的不同階段。線上面的 模型點表示吸氣或呼氣，線下面的模型點表示與線上面的模型點相反的狀態(tài)。應該注意到， 最大和最小模型點之間的距離表示呼吸循環(huán)的幅度。在一實施方式中，預期位置601由操 作員選擇，系統(tǒng)在預期時間602處自動觸發(fā)圖像獲取，來在預期位置601處為每個模型點獲 得圖像。例如，操作員可指定四個預期位置601 (0)、601 (2)、601 (4)和601 (6)，相應地，系 統(tǒng)確定在時間 602 (0)、602 (2)、602 (4)和 6012 (6)處為在預期位置 601 (0)、601 (2)、601 (4) 和601(6)處的模型點獲取圖像。在另一實施方式中，預期位置601由系統(tǒng)自動選擇，并且 系統(tǒng)在預期時間處自動觸發(fā)圖像獲取。在這些實施方式中，系統(tǒng)試圖通過在預期時間處自動觸發(fā)圖像獲取來實現呼吸循環(huán)600中模型點的理想分布。應該注意到，盡管圖6示出并描述了八個模型點，然而，在其它實施方式中，可使 用多于或少于八個的模型點，例如，在一實施方式中，可使用三個模型點來創(chuàng)建相關模型。模型點表示呼吸循環(huán)600中X-射線圖像在指定時間處被獲取的不同階段。應該 注意到，每個模型點的圖像并不必然在同一呼吸循環(huán)內被獲取，但是呼吸循環(huán)600的模型 點表示在呼吸循環(huán)的預期位置處圖像應該被獲取的不同階段。類似地，指定時間602表示 呼吸循環(huán)中圖像應該被獲取的時間，該時間可位于一個或多個不同呼吸循環(huán)中。例如，預 期位置601(0)處的第一模型點可在第一呼吸循環(huán)期間的時間602(0)處被獲取，預期位置 601(1)處的第二模型點可在第二呼吸循環(huán)期間的時間602(1)處被獲取。在一實施方式中，操作員點擊按鈕，例如用戶接口中的“獲取”按鈕，則系統(tǒng)自動控 制X-射線圖像獲取以在預期位置處添加模型點的時間。模型點由系統(tǒng)自動選擇。在另一 實施方式中，操作員通過點擊模型點來選擇呼吸循環(huán)600中的預期位置，并點擊用戶接口 中的按鈕(如“獲取”按鈕)，則系統(tǒng)自動控制X-射線圖像獲取以在用戶選擇的預期位置處 添加模型點的時間。在另一實施方式中，用戶接口提供了圖像在呼吸循環(huán)中的何處被獲取 的視覺反饋。在一實施方式中，使用隨著時間的推移與患者相關聯(lián)的外部標記位置的多個數據 點，例如根據圖1中的跟蹤傳感器32和外部標記25所描述的那樣，來確定呼吸循環(huán)600。 外部標記的位置定義了外部標記運動的外部路徑，其可被用于定義呼吸循環(huán)。在預期位置 601處的模型點對應于波形中的數據點。包含跟蹤傳感器32的運動跟蹤系統(tǒng)跟蹤一個或 多個外部標記的運動并確定一個或多個外部標記25的位置。一個或多個外部標記的運行 可用于定義患者的呼吸循環(huán)600。呼吸循環(huán)600然后能夠用于確定預期位置(如呼吸循環(huán) 的不同階段)，在該預期位置處圖像應該被獲取，來以實質上均勻分布的模型點生成相關模 型。使用預期位置處的數據點和圖像(如模型點)，標識出了患者體內靶運動的路徑，并且 基于靶運動的路徑開發(fā)出了相關模型。為了開發(fā)該相關模型，可使用多種類型的曲線擬合 逼近。在一實施方式中，使用對靶運動的路徑的多項式近似來開發(fā)相關模型，如在由本申請 的受讓人共同擁有的2005年9月29日提交的申請?zhí)?1/239789和11/240593中所描述的 那樣。在一實施方式中，多項式近似是二次多項式。另外地，可使用其它類型的近似來開發(fā) 相關模型。在一實施方式中，相關模型是線性相關模型。在這種實施方式中，使用兩個模型點 來確定線性相關模型的原點和主軸。線性的靶運動使用這類模型。在另一實施方式中，相 關模型是曲線相關模型。當靶沿著弧來回運動，即作曲線運動時使用曲線相關模型。一般， 使用四個或更多模型點來建立這類模型。在另一實施方式中，相關模型是雙曲線相關模型。 當靶沿著弧運動并在例如由于呼吸而導致的吸氣和呼氣期間使用不同路徑時，使用雙曲線 相關模型。通過兩種曲線路徑來表示靶的運動，以區(qū)分吸氣和呼氣期間發(fā)生的模型點。一 般，使用七個或更多模型點來建立這類模型。另外地，相關模型可是本領域普通技術人員已 知的其它類型的模型。應該注意到，模型類型可在每個外部標記之間變化。在一實施方式中，呼吸循環(huán)600的波形表示由于呼吸導致的一個或多個外部標記 (如標記LED)的運動。波形中的波峰和波谷表示患者呼吸循環(huán)的兩端，例如開始吸氣/呼 氣和結束吸氣/呼氣。波峰可在一種波形中對應吸氣頂點(full inspiration)并在另一種波形中對應呼氣頂點(full expiration)，取決于一個或多個外部標記中的每個標記的運 動。治療傳送系統(tǒng)(包括成像系統(tǒng))獲取的每個X-射線圖像向相關模型添加模型點。為 了創(chuàng)建精確且健壯的模型，模型點應該均勻分布并覆蓋呼吸運動的整個范圍。為了使模型 點分布均勻，X-射線圖像獲取的時間根據呼吸運動自動控制，并由一個或多個外部標記監(jiān) 控。在一實施方式中，獲取三個圖像來開發(fā)相關模型；更具體地，使用兩個圖像構建相關模 型，并使用一個圖像確認開發(fā)的相關模型。在另一實施方式中，一次獲取十五個圖像并存儲 到模型數據集合中來開發(fā)相關模型。另外地，可使用其它數量的圖像開發(fā)相關模型。在一 實施方式中，當獲取另外的圖像時，更新模型數據集合，更新后的模型數據集合可用于更新 相關模型。在一實施方式中，使用先進先出(FIFO)方法來更新數據集合。另外地，可使用 其它類型的方法來開發(fā)并更新相關模型。在一實施方式中，如圖6示出的那樣，在八個指定時間602，獲取八個不同位置601 處的八個圖像。執(zhí)行對八個圖像的獲取可保證相關模型的精確性，即使在不同的條件下，如 靶的移動超過20毫米(mm)、靶的移動被懷疑實際上很復雜，靶的移動位于呼吸運動階段之 外等等。圖6示出了在呼吸循環(huán)600中X-射線圖像何時實質上均勻分布。例如，預期位置 601(2)和602(6)處的模型點(如X-射線圖像)是在吸氣頂點和呼氣頂點時獲取的模型 點，預期位置601(0)和601 (4)處的模型點是在吸氣和呼氣的中點獲取的模型點。其余在 預期位置601 (1)、601 (3)、601 (5)和601 (7)處的模型點是在呼吸循環(huán)600的頂模型點和中 點模型點之間的一半幅度處獲取的模型點。預期位置601(0)-601 (7)處的模型點實質上均 勻分布在呼吸循環(huán)600中。圖7A示出了通過手動控制圖像獲取的時間來手動觸發(fā)圖像獲取的流程圖。方法 700包括手動控制在呼吸循環(huán)的預期位置獲取圖像的時間的不同操作。操作701 成像系統(tǒng) 從靶定位系統(tǒng)(TLS)接收觸發(fā)成像的消息?？身憫谟脩艚涌谏系牟僮鳎绮僮鲉T點擊用 戶接口上用于獲取圖像的按鈕，將該消息發(fā)送給成像系統(tǒng)。操作702 成像系統(tǒng)準備兩個成 像器并等待。操作703:方法700然后確定兩個成像器是否都準備好。如果兩個成像器都 沒有準備好，方法700返回操作702。操作704 當兩個成像器都準備好時，成像系統(tǒng)記錄時 間戳并觸發(fā)成像器來獲取圖像。時間戳可被發(fā)送回TLS。圖7B示出了通過自動控制圖像獲取的時間來自動觸發(fā)圖像獲取的一實施方式的 流程圖。方法750包括自動控制在呼吸循環(huán)的預期位置獲取圖像的時間的不同操作。操作 751 成像系統(tǒng)從TLS接收觸發(fā)成像的消息。如上所述，可響應于用戶接口上的操作，將該消 息發(fā)送給成像系統(tǒng)。然而，與操作751不同的是，像下面所描述的，成像系統(tǒng)并不獲取圖像， 直到接收到基于呼吸循環(huán)中的指定的時間的單獨的觸發(fā)信號(或命令)。操作752 成像系 統(tǒng)準備兩個成像器并等待。操作753 方法750然后確定兩個成像器是否都準備好。如果兩 個成像器都沒有準備好，方法750返回操作752。操作754 當兩個成像器都準備好時，方法 750等待觸發(fā)信號(或命令)，并確定是否發(fā)生觸發(fā)信號超時。操作755:如果沒有發(fā)生觸 發(fā)信號超時，方法750確定觸發(fā)信號是否來自TLS。如果沒有接收到觸發(fā)信號，方法750的 操作返回操作754來確定操作754中是否發(fā)生觸發(fā)超時。操作756 然而，如果操作755中 接收到觸發(fā)信號，成像系統(tǒng)記錄時間戳并觸發(fā)成像器來獲取圖像。時間戳可被發(fā)送回TLS。 操作756 然而，如果確定操作754中發(fā)生了觸發(fā)超時，成像系統(tǒng)記錄時間戳并觸發(fā)成像器 來獲取圖像。當超時發(fā)生時，成像器仍然獲取圖像，但并不在指定的時間處。在這個實施方式中，通過TLS和成像系統(tǒng)之間的通信信道在預期時間處實時發(fā)送觸發(fā)信號(或命令)，其 中預期時間由TLS確定。TLS計算在呼吸循環(huán)中為了自動建模而獲取圖像的預期時間。方 法750為用戶提供了一種在最少的用戶交互下，獲取用于相關模型的實質上均勻分布的模 型點的自動機制。圖8A示出了使用圖7A的方法的呼吸循環(huán)800的示例性模型點。呼吸循環(huán)800包 括位于實際位置801處的多個模型點。實際位置801處的模型點表示在呼吸循環(huán)800中使 用手動計時過程來實際獲取圖像的位置。由于手動控制圖像獲取的時間，模型點并不均勻 分布在呼吸循環(huán)800中。同樣，應該注意到，在這個例子中，多于八個模型點被添加到模型 數據集合中，以試圖在呼吸循環(huán)的指定階段獲得模型點，導致增加了不必要的成像發(fā)生。同 樣，由于手動控制圖像獲取的時間，操作員手動觸發(fā)成像系統(tǒng)的時刻與成像系統(tǒng)實際獲取 圖像的時刻之間的延遲導致了并未像圖6示出的那樣在預期位置601處而是在其它位置處 獲取模型點。該延遲使得確定在呼吸循環(huán)中操作員應該何時手動觸發(fā)成像系統(tǒng)來獲取圖像 的猜測過程變得復雜。圖8B示出了使用圖7B的方法在呼吸循環(huán)850的預期位置處具有多個模型點的 示例性波形的一實施方式。在指定時間852實際位置851處呼吸循環(huán)850包括多個模型 點。實際位置851處的模型點表示在呼吸循環(huán)850中使用自動計時處理來實際獲取圖像 的位置。在這個實施方式中，在指定時間852實際位置851處獲取模型點。例如，實際位置 851(0)-851 (7)處的模型點分別在指定時間852(0)-852(7)被獲取。在這個實施方式中， 模型點的實際位置851對應于預期位置601 (圖6中示出)，指定時間852對應于預期時間 602(圖6中示出)。由于自動控制圖像獲取的時間，模型點的分布在呼吸循環(huán)850中實質 上均勻分布，這與呼吸循環(huán)800中的模型點不同。同樣，應該注意到，在這個實施方式中，只 有八個模型點被添加到模型數據集合中，不需要更多另外的圖像來在呼吸循環(huán)的指定階段 獲得模型點，這與圖8A中的例子不同，因為在指定階段的指定時間852處獲取了八個圖像。 因此，沒有增加不必要的成像發(fā)生。同樣，由于自動控制圖像獲取的時間，操作員觸發(fā)成像 系統(tǒng)的時刻與成像系統(tǒng)實際獲取圖像的時刻之間的延遲變得無關，因為系統(tǒng)自動控制在呼 吸循環(huán)850中的預期位置處圖像獲取的時間。系統(tǒng)自動控制在指定時間處圖像獲取的時 間，來在呼吸循環(huán)600中的預期時間602預期位置601 (圖6中示出)處獲得模型點。通過 自動控制時間，系統(tǒng)能夠消除操作員作出的確定在呼吸循環(huán)中操作員應該何時手動觸發(fā)成 像系統(tǒng)來獲取圖像的猜測。圖9示出了用于自動建模的靶定位系統(tǒng)900的一實施方式的框圖。靶定位系統(tǒng)900 包括用戶接口 901、處理設備902、數據儲存設備903和運動跟蹤系統(tǒng)904。用戶接口 906、 數據儲存設備903和運動跟蹤系統(tǒng)904分別通過接口 906、907和908耦合到處理設備902。 靶定位系統(tǒng)900通過接口 909耦合到成像系統(tǒng)905。成像系統(tǒng)905包括一個或多個成像源 910、一個或多個對應的成像探測器911和成像控制器912。成像源910、成像探測器911和 成像控制器912分別通過諸如總線之類的通信信道(未示出)互相耦合。用戶接口 901可包括顯示器，例如圖16中描述的顯示器538，一個或多個輸入設 備，例如鍵盤、鼠標、跟蹤球或類似設備，來通信信息、為處理設備902選擇命令、控制顯示 器上的光標運動等等。用戶接口 901配置為幫助用戶實現在最少的用戶交互下獲得呼吸循 環(huán)期間具有實質上均勻分布的靶的圖像的自動建模。在一實施方式中，用戶接口 901是包括“獲取”按鈕的圖形用戶接口(⑶I)。一旦選擇了“獲取”按鈕，用戶接口 901向處理設備 902發(fā)送獲取命令。相應地，處理設備902自動確定獲取圖像的呼吸循環(huán)的階段，并自動觸 發(fā)成像系統(tǒng)905來在確定的指定時間處獲取圖像。在另一實施方式中，用戶接口 901提供 帶有呼吸循環(huán)的通用圖形的窗口，以及多個輸入設備(如無線輸入按鈕)，來選擇呼吸循環(huán) 的階段(如位置)。通用圖形可像圖6中的波形和模型點那樣顯示。相應地，處理設備902 在呼吸循環(huán)的指定階段自動獲取模型點(如圖像)?？蔀楹粑h(huán)的其它階段重復上述操 作。在另一實施方式中，用戶接口 901提供了一個或多個外部標記、圖像被獲取的呼吸循 環(huán)的實際位置等的位置數據的視覺反饋。在另一實施方式中，用戶接口 901包括一按鈕，在 呼吸循環(huán)的實質上均勻分布的階段自動獲取圖像，并基于自動獲取的圖像自動開發(fā)相關模 型。另外地，用戶接口 901可包括與上面描述的那些相比更多或更少的用戶接口機制，以允 許用戶在指定時間自動獲取圖像時與靶定位系統(tǒng)900交互。在一實施方式中，成像源910生成成像束(如X-射線、超聲波、射頻波等)，成像 探測器911探測并接收成像束。另外地，成像探測器911可探測并接收來自成像源(如在 MRI或PET掃描中)的第二成像束或由成像束激發(fā)的發(fā)射。在一實施方式中，診斷成像系統(tǒng) 510可包括兩個或更多診斷成像源910以及兩個或更多對應的成像探測器911。例如，兩個 X-射線源910可放置在患者周圍來成像，固定在不同的角度(如90度、45度等)并通過患 者指向相應的成像探測器911，X-射線源可與成像源911處于徑向相對位置。每個X-射線 成像源911也可照射單個大成像探測器911或多個成像探測器911。另外地，可使用其它數 量和配置的成像源910和成像探測器911。成像源910和成像探測器911耦合到圖像控制器912，其在成像系統(tǒng)905內控制成 像操作并處理圖像數據。在一實施方式中，處理設備516與成像源512和成像探測器514 通信。處理設備516的實施方式可包括一個或多個通用處理器(如微處理器)、專用處理器 如數字信號處理器(DSP)或其它類型的設備，例如控制器或現場可編程門陣列(FPGA)。處 理設備516還可包括其它組件(未顯示)，例如存儲器、儲存設備、網絡適配器等等。在一實 施方式中，處理設備516生成標準格式的圖像(如診斷和/或治療內圖像)，標準格式例如 是醫(yī)學數字影像和通訊(DIC0M)格式。在其它實施方式中，處理設備516可生成其它標準 或不標準的數字圖像格式。運動跟蹤系統(tǒng)904配置為跟蹤并補償靶10相對于LINAC 20的放射源(圖9中未 示出)的運動。運動跟蹤系統(tǒng)904包括一個或多個跟蹤傳感器32，跟蹤一個或多個外部標記 25的位置。例如，跟蹤傳感器32可跟蹤吸氣間隔期間外部標記25的向上運動，和呼氣間隔 期間外部標記25的向下運動。外部標記25的相對位置與靶10的位置相關聯(lián)，使得LINAC 20可相對于外部標記25的位置和靶10的相關聯(lián)的位置運動。在另一實施方式中，可使用 其它類型的外部或內部標記代替示出的外部標記25，或者除了示出的外部標記25以外，可 使用其它類型的外部或內部標記。作為一個例子，像圖1中示出和描述的那樣，在指定的四個位置隊、D3、D5、D7顯示 描述的靶10。當患者呼吸時，靶10可沿著患者體內的路徑運動。在一實施方式中，靶10的 路徑是不對稱的，因為靶10在吸氣和呼氣間隔期間沿不同路徑運動。在另一實施方式中， 靶10的路徑至少部分是非線性的。靶10的路徑可能受到靶10的大小和形狀、靶10周圍 的器官和組織、患者呼吸的深度和淺度等的影響。通過將外部標記25的位置關聯(lián)到靶10，可從外部標記25的位置獲得靶10的位置，盡管外部標記25可在實質上與靶10的路徑和 方向不同的方向或路徑上運動。在對應于靶10的位置的第一位置D。、第二位置03、第三位 置仏和第四位置D7還顯示LINAC 20，如圖1中描述和示出的那樣。采用這種方式，當靶10 的位置關聯(lián)到外部標記25的感測位置時，LINAC 20的運動可實質上與靶10的運動同步。使用運動跟蹤系統(tǒng)904跟蹤靶10的位置可用多種方式來執(zhí)行。一些示例性跟蹤 技術包括現有技術中已知的基準跟蹤、軟組織跟蹤和骨架結構跟蹤；相應地，并沒有提供具 體的討論。在一實施方式中，運動跟蹤系統(tǒng)904是由位于加利福尼亞的Sunnyvale的Accuray 公司開發(fā)的SYNCHRONY 呼吸跟蹤系統(tǒng)。另外地，也可使用其它運動跟蹤系統(tǒng)。在一實施方式中，與治療傳送系統(tǒng)900的處理設備902 —起使用運動跟蹤系統(tǒng)904 來向靶傳送放射束，其中靶周圍的組織在治療傳送期間隨呼吸運動。運動跟蹤系統(tǒng)904跟 蹤放置在患者上的一個或多個外部標記(圖9未示出)的運動。運動跟蹤系統(tǒng)904還配置 為在剛要治療傳送前或治療傳送期間補償靶的運動。在補償靶的運動時，運動跟蹤系統(tǒng)904 確定隨著時間的推移一個或多個外部標記的運動。一個或多個外部標記的運動可發(fā)送到處 理設備902用于處理，并發(fā)送到儲存設備903以存儲在用于相關模型的數據集合中。在一 實施方式中，包括放射源106的LINAC 20運動，以補償由TLS 900確定的靶10的運動。例 如，LINAC 20可以基于運動跟蹤系統(tǒng)904或處理設備902所作的計算來運動，使源軸(SAD) 保持固定?？蛇x地，LINAC 20是靜態(tài)的，運動跟蹤系統(tǒng)904為SAD確定不同的值。在一實施方式中，數據儲存設備903存儲所監(jiān)控的外部標記的多個位移點。位移 點表示患者的呼吸循環(huán)期間外部標記的運動。處理設備902確定對應于呼吸循環(huán)的第一階 段的呼吸循環(huán)中的指定時間，以基于存儲的位移點獲取靶的圖像。處理設備902還自動觸 發(fā)成像系統(tǒng)905，以在呼吸循環(huán)的第一階段獲取靶的圖像。處理設備902還確定與第一指定 時間相同的呼吸循環(huán)或隨后的呼吸循環(huán)中另外的指定時間，來獲取對應于呼吸循環(huán)的其它 階段的靶的另外的圖像，并自動觸發(fā)成像系統(tǒng)來在指定時間獲取靶的另外的圖像，以獲得 對應于呼吸循環(huán)的其它階段的模型點。除了存儲位移點外，儲存設備903可配置為存儲成 像系統(tǒng)905獲取的圖像的圖像數據。處理設備902使用圖像和位移點來生成相關模型。應該注意到，在上面的實施方式中，呼吸循環(huán)的不同階段實質上是均勻分布的，并 且因為由處理設備902自動控制圖像獲取的時間，作為用于模型相關的模型點的獲取的圖 像實質上是均勻分布的，導致產生了與具有實質上分布不均的模型點的相關模型相比更好 的相關模型。在另一實施方式中，在處理設備902或圖像控制器912的控制下，成像系統(tǒng)905 通過在治療期間自動獲取靶的圖像來周期性地生成關于靶的位置數據，并且運動跟蹤系統(tǒng) 904連續(xù)生成治療期間關于一個或多個外部標記的外部運動的位置數據。關于靶的位置數 據和關于外部標記的外部運動的位置數據被用于更新相關模型。對治療期間圖像的圖像獲 取時間還可由處理設備902自動控制，使得在呼吸循環(huán)的指定時間(對應于指定階段)獲 取圖像。在一實施方式中，使用成像系統(tǒng)905在指定時間獲取的預處理圖像以及運動跟蹤 系統(tǒng)904獲取的位移點在剛要治療前生成相關模型。在治療期間，使用相關模型確定靶的 當前位置。可獲取另外的圖像或位移點，并且基于另外的圖像和位移點更新相關模型。在一實施方式中，為了在指定時間自動獲取圖像，處理設備902通過接口 909向成像系統(tǒng)905發(fā)送觸發(fā)命令或信號。除了由處理設備902向成像系統(tǒng)905發(fā)送的命令或信號 外，觸發(fā)命令可以是為圖像獲取而準備成像源910的命令。一旦成像系統(tǒng)905準備好獲取 圖像，成像系統(tǒng)905等待接收觸發(fā)命令或信號來實際獲取圖像。通過使用觸發(fā)命令或信號， 處理設備210能夠自動控制由成像系統(tǒng)905在呼吸循環(huán)的指定時間執(zhí)行圖像獲取的時間。處理設備210還配置為基于相關模型產生靶的靶位置，并將與靶位置相關聯(lián)的位 置信號通過接口 914發(fā)送給束生成器控制器913，其控制LINAC 20的放射源以將束引向靶。 采用這種方式，當靶10的位置與外部標記25的感測位置相關聯(lián)時，LINAC 20的運動可實 質上與靶10的運動同步。在另一實施方式中，處理設備902是運動跟蹤系統(tǒng)904的一部分，并且與成像系統(tǒng) 905通過接口連接，以自動控制圖像獲取的時間，就像上面描述的那樣。另外地，可使用處理 設備902、運動跟蹤系統(tǒng)904和成像系統(tǒng)905的其它配置。圖10示出了根據本發(fā)明的一個實施方式用于在客戶機-服務器環(huán)境下自動建模 的客戶機1002中的獨立處理線程1000。在客戶機1002中的獨立線程1000上運行自動 建?？蛻魬?，以提供對圖像獲取的時間的自動控制。服務器1001，其可能是靶定位系統(tǒng) 900，與客戶機1002通過接口連接，客戶機可能是成像系統(tǒng)905。服務器1001和客戶機1002 通過諸如上面描述的接口 909那樣的接口與通信1003交互。例如，服務器1001向客戶機 1002發(fā)送消息，來在呼吸循環(huán)中的指定時間自動獲取一個或多個圖像。客戶機1002響應 通信1003中的消息，圖像控制器912向成像器A 910(A)和成像器B 910(B)發(fā)送釋放信號 (或命令)1004，例如像關于圖7B的操作752描述的那樣。成像器910(A)和910(B)準備 獲取圖像，并且當成像器910(A)和910(B)中的每個準備好時，向圖像控制器912發(fā)送準備 /等待信號(1005(A)和1005(B))，以指示成像器910(A)和910(B)中的每個準備好獲取圖 像。與如上所述的方法700不同的是，成像器910(A)和910(B)不在此時獲取圖像，而是等 待直到從成像控制器912接收到獨立觸發(fā)信號1007。如這里所述，獨立觸發(fā)信號1007允許 在呼吸循環(huán)的指定時間執(zhí)行圖像獲取。在這個實施方式中，客戶機1002接收窗口選通信息 1006來確定何時發(fā)出觸發(fā)信號1007。窗口選通信息1006可包括外部標記分析(如LED分 析)，其包含成像窗口以允許圖像控制器912在成像窗口內發(fā)出觸發(fā)信號1007。通過在成 像窗口內成像，可在呼吸循環(huán)的指定位置獲取圖像。響應于觸發(fā)信號1007，成像器910(A) 和910(B)記錄當前時間戳1009(A)和1009(B)，并執(zhí)行圖像獲取1010(A)和1010(B)來在 指定時間獲取圖像。成像器910(A)和910(B)還將事件1008(A)和1008(B)登記在圖像控 制器912中，作為獨立線程1000的一部分。獨立線程1000，包括觸發(fā)信號1007，用于自動控制在指定時間由成像器910㈧和 910(B)進行的圖像獲取的時間。通過自動控制時間，可在呼吸循環(huán)的實質上均勻分布的階 段獲取圖像。在另一實施方式中，服務器1001確定窗口選通信息1006，并且服務器向客戶機 1002發(fā)送在其中獲取圖像的成像窗口的窗口選通信息1006。在另一實施方式中，圖像控制 器912接收外部標記的原始數據并確定成像窗口以在呼吸循環(huán)的指定時間獲取圖像。盡管將服務器1002描述為靶定位系統(tǒng)900，然而另外地，服務器1002可是運動跟 蹤系統(tǒng)904，或是能夠為客戶機1002確定窗口選通信息1006的其它系統(tǒng)。圖11示出了根據本發(fā)明的一種實施方式在呼吸循環(huán)的指定階段自動觸發(fā)圖像獲
16取的窗口。當兩個成像器910(A)和910(B)都準備好時，例如像圖7B的操作753那樣，可使 用外部標記分析1107來確定窗口選通信息1006，正如上面描述的那樣，用于基于外部標記 分析1107觸發(fā)圖像獲取1111。窗口選通信息1006用于確定成像窗口(如窗口 1101-1103) 以在呼吸循環(huán)的指定階段1108觸發(fā)圖像獲取。窗口選通信息1006還可包括分別關于好窗 口 1112和壞窗口 1113(未全部標記)的信息，其指示對于基于外部標記分析1107獲取圖像 來說，窗口是好窗口還是壞窗口。外部標記分析1107包括關于三個外部標記的位置數據。 關于三個外部標記的位置數據定義了呼吸循環(huán)1104-1106。使用位置數據，系統(tǒng)(如處理 設備902)能自動選擇獲取圖像的指定階段1108，或者系統(tǒng)能允許用戶選擇指定階段1108。 一旦選擇了指定階段1108，系統(tǒng)確定成像器910(A)和910(B)將獲取指定階段1108的圖 像的窗口 1101-1103。由于成像器910(A)和910(B)都準備好，成像器910 (A)和910(B) 能在窗口 1103中接收觸發(fā)信號，并且每個都在窗口 1103中獲取圖像(如圖像獲取1109)， 窗口 1103指定為指定階段1108的好窗口 1112。如果在窗口 1103中沒有獲取圖像，成像 器910 0V)和910(B)能在窗口 1104中接收觸發(fā)信號，并且每個都在窗口 1104中獲取圖像 (如圖像獲取1110)，窗口 1104指定為指定階段1108的好窗口 1112。類似地，如果在窗口 1104中沒有獲取圖像，可在窗口 1105中獲取圖像，窗口 1105也指定為指定階段1108的好 窗口 1112。窗口 1103-1105中的每個表示指定階段1108的好窗口 1112。因此，能在呼吸 循環(huán)的指定時間和位置自動獲取圖像。圖12示出了窗口 1201中在呼吸循環(huán)的指定時間自動觸發(fā)圖像獲取的兩種實施方 式。如上所述，當兩個成像器910(A)和910(B)都準備好時，使用外部標記分析1207確定 在其中獲取圖像的窗口 1201。在一實施方式中，對外部標記分析1207進行采樣的頻率實 質上高于呼吸循環(huán)的頻率，以允許采樣1202表示關于何時觸發(fā)成像器910(A)和910(B)的 實時或接近實時信息。對采樣的每次更新表示觸發(fā)成像器910(A)和910(B)的潛在點。根 據采樣1202的模式，能夠使用更新的采樣1202估計預期階段(如窗口 1201)。如果在采樣 1202的當前位置希望獲取圖像(如在窗口 1201內)，成像消息被發(fā)送到成像器910(A)和 910(B)來觸發(fā)X-射線成像。在另一個實施方式中，外部標記分析1208的采樣頻率低于外部標記分析1207的 采樣頻率。由于外部標記分析1208的采樣頻率較低，因此不用預測圖像獲取的時間。例 如，使用外部標記分析1208的模式，可通過對采樣1208進行差值來預測窗口 1201，以確定 觸發(fā)圖像獲取的窗口 1201。應該注意到，在這些實施方式中，X-射線發(fā)射不是觸發(fā)后的即 時反應，而是延遲反應觸發(fā)。使用采樣1203預測在采樣1208之間獲取圖像的時間。該預 測基于外部標記分析1208中示出的所估計的呼吸周期，以及上次采樣1203后的名義上的 延遲。使用預測允許了呼吸循環(huán)期間在指定時間(如窗口 1201)的自動圖像獲取，而不管 外部標記的采樣頻率是否實時或少于實時更新。在一實施方式中，歷史數據1302表示在歷史數據窗口中，該歷史數據窗口配置為 按時間適應地向前運動。歷史數據每次更新時(如LED運動的每次采樣)，系統(tǒng)通過重新估 計歷史數據1302來更新歷史數據窗口。圖13示出了確定用于圖像獲取的指定時間的一實施方式。在這種實施方式中，通 過(1301)第一，收集在最新的采樣1303之前的歷史采樣數據1302 (如10-12秒)，第二， 將采樣數據均勻分布到運動范圍的五個區(qū)域1301，來確定模型度量。五個區(qū)域1301表示在呼吸循環(huán)的那部分期間運動(如LED運動波形)的范圍(r)，并且五個區(qū)域1301根據最 小值和最大值在0到100之間定標，其中分配0為最小值，且分配100為最大值。在這種實 施方式中，區(qū)域I在80和100之間，區(qū)域II在60和80之間，區(qū)域III在40和60之間，區(qū) 域IV在20和40之間，區(qū)域V在0和20之間。接下來，使用導數f將運動的范圍區(qū)分為 吸氣和呼氣，(+)和f (-)分別表示吸氣和呼氣，或與此相反。最新的采樣1303然后能 被分成下表中的八個模型度量區(qū)域1) I ^ 0)2)II(r~ (+)) 6)II(r~ (-))3)III(r~ (+)) 7)III(r~ (-))4) IV (+)8)IV(r~ (-))5)V(r~ ^ 0)表3.模型度量區(qū)域八個模型度量區(qū)域對應于呼吸循環(huán)的八個階段。在一實施方式中，為呼吸循環(huán)的 八個階段中的每個獲取圖像。一旦在操作1301中確定了模型度量區(qū)域，系統(tǒng)在操作1302中確定最新的LED讀 數(如最新的采樣1303)，并在操作1303中使用r和f確定它屬于八個模型度量區(qū)域中的 哪一個。接下來，操作1304，系統(tǒng)確定最新的采樣1303的當前位置是否是相關模型的預期 模型點。如果當前位置不是預期模型點，系統(tǒng)返回操作1302中獲得最新的LED讀數。操作 1305，然而，如果當前位置是預期模型點，系統(tǒng)發(fā)送觸發(fā)消息(如觸發(fā)信號或命令)來自動 觸發(fā)成像器910(A)和910(B)去獲取圖像。應該注意到，盡管描述的實施方式使用了五個區(qū)域，然而另外地，可使用更多或更 少的區(qū)域來將運動范圍分成不同的模型度量區(qū)域。同樣，在另一實施方式中，如上所述，針 對延遲響應觸發(fā)，系統(tǒng)可確定在采樣點之間獲取圖像的延遲。圖14示出了建模方法150的一實施方式。在一實施方式中，建模方法150可結合 例如圖16中的治療系統(tǒng)500之類的治療系統(tǒng)來實現。此外，描述的建模方法150可用硬件、 軟件和/或固件在治療系統(tǒng)500中來實現，治療系統(tǒng)500例如是治療計劃系統(tǒng)530或治療 傳送系統(tǒng)550。盡管就治療系統(tǒng)500描述了建模方法150，可以在另一系統(tǒng)中或獨立于治療 系統(tǒng)500來實現建模方法150的實施方式。在一實施方式中，描述的建模方法150用硬件、 軟件和/或固件在例如圖16中的治療計劃系統(tǒng)530之類的治療計劃系統(tǒng)中來實現。盡管 就治療計劃系統(tǒng)530描述了建模方法150，可以在另一系統(tǒng)中或獨立于治療計劃系統(tǒng)530來 實現建模方法150。操作155 示出的建模方法150開始，并且治療計劃系統(tǒng)530獲取外部標記25的 位置的初始數據集合。作為操作155的部分，治療計劃系統(tǒng)530還自動獲取155靶10的一 個或多個圖像。應該注意到，如這里描述的，這些圖像是在呼吸循環(huán)的指定時間(對應于指 定階段)自動獲取的?？筛鶕@些圖像獲得靶10的位置。還可相對于外部標記25的位置 確定靶10的位置。操作160 治療計劃系統(tǒng)530隨后使用數據集合和圖像來像上面所述的那樣開發(fā) 線性相關模型。操作165 治療計劃系統(tǒng)530還使用數據集合和圖像來像上面所述那樣開 發(fā)非線性多項式相關模型。操作170 治療計劃系統(tǒng)530還使用數據集合和圖像來像上面所述那樣開發(fā)多_多項式相關模型(multi-poly correlation model)。操作175 治療計 劃系統(tǒng)530還使用數據集合和圖像來開發(fā)多線性相關模型。多線性相關模型包括吸氣的線 性模型和呼氣的線性模型。盡管示出的建模方法150開發(fā)了多種類型的相關模型，建模方 法150的其它實施方式可開發(fā)更少或更多的相關模型，其包括這里描述的一些或所有相關 模型。不同類型的相關模型對于本領域普通技術人員來說是已知的，且沒有包括關于這些 類型的相關模型的另外的細節(jié)，以便使得本發(fā)明的實施方式不難理解。治療計劃系統(tǒng)530維持這些相關模型，并且，在某些實施方式中，監(jiān)控或獲取新數 據和/或圖像。當接收到新數據或圖像時，操作180，治療計劃系統(tǒng)更新數據集合和或圖像， 操作185，并可基于新信息迭代開發(fā)新模型。采用這種方式，建模方法150可實時維護相關 模型。應該注意到，方法150還可用關于圖16描述的治療傳送系統(tǒng)550、或關于圖9描述 的靶定位系統(tǒng)來執(zhí)行。作為另一實施方式中方法的部分，治療計劃系統(tǒng)530確定外部標記25的位移是否 在不同相關模型的邊界內。例如，以上描述的相關模型中的許多相關模型的位移范圍在大 約0和30毫米之間?；颊呶鼩饣蚝魵獾姆绞娇赡軐⑼獠繕擞?5運動到相關模型范圍之 外。如果外部標記25的位移不在相關模型的范圍內，那么治療計劃系統(tǒng)530可選擇線性相 關模型外插到模型邊界外。另外地，治療計劃系統(tǒng)530可選擇另一相關模型，如多線性相關 模型，并從選擇的相關模型確定靶10的估計的位置。圖15示出了跟蹤方法250的一實施方式。在一實施方式中，跟蹤方法250結合例 如圖16中的治療系統(tǒng)500之類的治療系統(tǒng)來實現。此外，描述的跟蹤方法250可用硬件、 軟件和/或固件在治療系統(tǒng)500中實現。盡管就治療系統(tǒng)500描述了跟蹤方法250，可以在 另一系統(tǒng)中或獨立于治療系統(tǒng)500來實現跟蹤方法250。操作255 示出的跟蹤方法250開始，并且治療系統(tǒng)500執(zhí)行校準來初始化模型開 發(fā)和選擇。在一實施方式中，這種校準包括在治療傳送之前執(zhí)行建模方法150。在另一實施 方式中，多次執(zhí)行建模方法150來建立歷史數據。操作260 當跟蹤系統(tǒng)500被校準后，跟蹤系統(tǒng)500基于選擇的相關模型獲得靶10 的靶位置。如上所述，靶10的靶位置可與外部標記25的已知位置相關，并由相關模型中的 一個得到。操作265 跟蹤系統(tǒng)隨后發(fā)送指示靶位置的位置信號到束生成器控制器913 (如 圖9的束生成器控制器)。在一實施方式中，治療系統(tǒng)500傳送位置信號到治療傳送系統(tǒng)， 例如圖16的治療傳送系統(tǒng)550。操作270 治療傳送系統(tǒng)550然后移動并定位束生成器，例 如圖16的放射源552。下面將更詳細地描述治療傳送系統(tǒng)550和放射源552。操作275 治療計劃系統(tǒng)530繼續(xù)在呼吸循環(huán)的隨機階段或指定階段獲取外部標 記25的新數據點和靶10的新圖像。在一實施方式中，治療計劃系統(tǒng)530可根據建模方法 150重復開發(fā)模型，并選擇模型，就像上面描述的一樣。在另一實施方式中，治療計劃系統(tǒng) 530可選擇并使用一種模型來獲得多個靶位置。跟蹤方法250可繼續(xù)用這種方式開發(fā)一個 或更多模型，選擇模型，并根據選擇的模型在治療過程期間傳送治療。圖16示出了治療系統(tǒng)500的一實施方式，該系統(tǒng)可用于執(zhí)行實現了本發(fā)明的特性 的放射治療。描述的治療系統(tǒng)500包括診斷成像系統(tǒng)510、治療計劃系統(tǒng)530和治療傳送系 統(tǒng)550。在另一實施方式中，治療系統(tǒng)500可包括更少或更多的組件系統(tǒng)。
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診斷成像系統(tǒng)510表示能夠產生患者內的感興趣體積(volume of interest, V0I) 的醫(yī)學診斷圖像的任何系統(tǒng)，這些圖像可用于隨后的醫(yī)學診斷，治療計劃和/或治療傳送。 例如，診斷成像系統(tǒng)510可是計算機斷層掃描(CT)系統(tǒng)、磁共振成像(MRI)系統(tǒng)、正電子發(fā) 射斷層(PET)系統(tǒng)、超聲系統(tǒng)、或另一類似成像系統(tǒng)。為了便于討論，這里指的任何具體的 特定成像系統(tǒng)，例如CT X-射線成像系統(tǒng)，一般表示診斷成像系統(tǒng)510，并且除非另外標注， 不排除其它成像形態(tài)。在一實施方式中，診斷成像系統(tǒng)510與圖9和14中的成像系統(tǒng)905 類似。在另一實施方式中，診斷成像系統(tǒng)510和成像系統(tǒng)905是相同的成像系統(tǒng)。示出的診斷成像系統(tǒng)510包括成像源512、成像探測器514和處理設備516。成像 源512、成像探測器514和處理設備516分別通過諸如總線之類的通信信道518互相耦合。 在一實施方式中，成像源512生成成像束(如X-射線、超聲波、射頻波等)，成像探測器514 檢測并接收成像束。另外地，成像探測器514可探測并接收來自成像源(如在MRI或PET 掃描中)的第二成像束或由成像束激發(fā)的發(fā)射。在一實施方式中，診斷成像系統(tǒng)510可包 括兩個或更多診斷成像源512以及兩個或更多對應的成像探測器514。例如，兩個X-射線 源512可放置在患者周圍來成像，固定在不同的角度(如90度、45度等)并通過患者指向 相應的成像探測器514，X-射線源可與成像源514徑向相對。每個X-射線成像源514也可 照射單個大成像探測器514或多個成像探測器514。另外地，可使用其它數量和配置的成像 源512和成像探測器514。成像源512和成像探測器514耦合到處理設備516，其在診斷成像系統(tǒng)510內控 制成像操作并處理圖像數據。在一實施方式中，處理設備516可與成像源512和成像探測 器514通信。處理設備516的實施方式可包括一個或多個通用處理器(如微處理器)、專 用處理器如數字信號處理器(DSP)或其它類型的設備，例如控制器或現場可編程門陣列 (FPGA)。處理設備516還可包括其它組件(未顯示)，例如存儲器、儲存設備、網絡適配器 等等。在一實施方式中，處理設備516生成標準格式的數字診斷圖像(這里也稱為預處理 圖像)，標準格式例如是醫(yī)學數字影像和通訊(DIC0M)格式。在其它實施方式中，處理設備 516可生成其它標準或不標準的數字圖像格式。另外地，處理設備516可通過數據鏈路560將診斷圖像文件，例如DIC0M文件，傳 輸到治療計劃系統(tǒng)530。在一實施方式中，數據鏈路560可以是直接鏈路、局域網(LAN)鏈 路、廣域網(WAN)鏈路例如因特網，或另一類型的數據鏈路。此外，在診斷成像系統(tǒng)510和 治療計劃系統(tǒng)530之間傳送的信息可通過數據鏈路560，例如遠程診斷或治療計劃配置的 數據鏈路，進行拉或推。例如，用戶可利用本發(fā)明的實施方式來遠程診斷或計劃治療，盡管 在系統(tǒng)用戶和患者之間存在物理隔離。示出的治療計劃系統(tǒng)530包括處理設備532、系統(tǒng)存儲器設備534、電子數據儲存 設備536、顯示器設備538和輸入設備540。處理設備532、系統(tǒng)存儲器534、儲存器536、顯 示器538和輸入設備540可通過一個或多個諸如總線之類的通信信道542互相耦合。處理設備532接收并處理圖像數據。處理設備532還處理治療計劃系統(tǒng)530內的 指令和操作。在某些實施方式中，處理設備532可包括一個或多個通用處理器(如微處理 器)、專用處理器例如數字信號處理器(DSP)、或其它類型的設備，例如控制器或現場可編 程門陣列(FPGA)。特別地，處理設備532可配置為運行指令來執(zhí)行這里討論的操作。例如，處理設備532可配置為自動控制圖像獲取的時間、自動確定指定時間、并在指定時間自動觸發(fā)成像系 統(tǒng)來獲取圖像。處理設備532還可配置為運行指令來執(zhí)行其它操作，例如處理設備532可 識別患者體內靶的運動的非線性路徑，并開發(fā)非線性運動路徑的非線性模型。在另一實施 方式中，處理設備532可基于多個位置點和多個方向指示符開發(fā)非線性模型。在另一實施 方式中，處理設備532可生成多個相關模型，并選擇相關模型中的一個來獲得靶的位置。此 外，處理設備532可便利與這里描述的操作相關的其它診斷、計劃和治療操作。在一實施方式中，處理設備532配置為執(zhí)行處理設備902的操作，正如上面描述 的那樣，例如自動控制成像系統(tǒng)905來在呼吸循環(huán)的指定時間獲取圖像以自動生成相關模 型。在一實施方式中，系統(tǒng)存儲器534可包括隨機存取存儲器(RAM)或其它動態(tài)存儲 設備。如上所述，系統(tǒng)存儲器534可通過通信信道542耦合到處理設備532。在一實施方式 中，系統(tǒng)存儲器534存儲由處理設備532運行的信息和指令。系統(tǒng)存儲器534還可用于在 處理設備532執(zhí)行指令期間存儲臨時變量或其它中間信息。在另一實施方式中，系統(tǒng)存儲 器534還可包括只讀存儲器(ROM)或其它靜態(tài)存儲設備來存儲處理設備532的靜態(tài)信息和 指令。在一實施方式中，儲存器536表示為一個或多個大容量儲存設備(如磁盤驅動器、 磁帶驅動器、光盤驅動器等)來存儲信息和指令。儲存器536和/或系統(tǒng)存儲器534還可 稱為機器可讀介質。在具體的實施方式中，儲存器536可存儲指令來執(zhí)行這里討論的建模 操作。例如，儲存器536可存儲用于獲取并存儲數據點、獲取和存儲圖像、識別非線性路徑、 開發(fā)線性和/或非線性相關模型、從多個模型中選擇相關模型等的指令。在另一實施方式 中，儲存器536可包括一個或多個數據庫。在一實施方式中，在圖9的儲存設備903中存儲 的數據存儲在系統(tǒng)存儲器534或儲存器536中。在一實施方式中，顯示器538可以是陰極射線管(CRT)顯示器、液晶顯示器(IXD)、 或另一類型的顯示設備。顯示器538向用戶顯示信息(如V0I的二維或三維表示)。輸入 設備540可包括一個或多個用戶接口設備，例如鍵盤、鼠標、跟蹤球或類似設備。輸入設備 540還可用于通信方向信息，來選擇用于處理設備532的命令、控制顯示器538上的光標運 動等等。在一實施方式中，顯示器538和輸入設備540是上面根據圖9描述的用戶接口 901 的部分。盡管這里描述了治療計劃系統(tǒng)530的一實施方式，但是描述的治療計劃系統(tǒng)530 僅僅表示為示例性治療計劃系統(tǒng)530。治療計劃系統(tǒng)530的其它實施方式可包括許多不同 的配置和體系結構，并且可包括更少或更多的組件。例如，其它實施方式可包括多種總線， 例如外圍總線或專用高速緩存總線。此外，治療計劃系統(tǒng)530還可包括醫(yī)學圖像查看和導 入工具(MIRIT)來支持DIC0M導入，因此圖像能夠融合且靶在不同系統(tǒng)中描述，并且然后導 入到治療計劃系統(tǒng)530用于計劃和劑量計算。在另一實施方式中，治療計劃系統(tǒng)530還可 包括擴展的圖像融合能力，允許用戶在多種成像形態(tài)的任何一個中計劃治療并查看劑量分 布，成像形態(tài)例如是MRI、CT、PET等。此外，治療計劃系統(tǒng)530可包括傳統(tǒng)治療計劃系統(tǒng)的 一個或多個特性。在一實施方式中，治療計劃系統(tǒng)530可與治療傳送系統(tǒng)550共享儲存器536上的 數據庫，因此治療傳送系統(tǒng)550可在治療傳送前或治療傳送期間訪問該數據庫。治療計劃系統(tǒng)530可通過數據鏈路570鏈接到治療傳送系統(tǒng)550，數據鏈路570可是直接鏈路、LAN 鏈路、WAN鏈路，如上面討論的數據鏈路560那樣。當實現LAN、WAN或其它分布式連接時， 治療系統(tǒng)500的任何組件可位于不同位置，使得各系統(tǒng)510、530、550物理上可互相相距很 遠。另外地，診斷成像系統(tǒng)510、治療計劃系統(tǒng)530或治療傳送系統(tǒng)550的功能性特性的一 些或全部可在治療系統(tǒng)500內互相集成。示出的治療傳送系統(tǒng)550包括放射源552、成像系統(tǒng)905、處理設備902和治療床 558。放射源552、成像系統(tǒng)905、處理設備902和治療床558可通過一個或多個通信信道 560互相耦合。治療傳送系統(tǒng)550的例子參考圖17更詳細地顯示和描述。在一實施方式中，放射源552是治療的或外科的放射源552，其根據治療計劃來向 靶施加指定的放射劑量。例如，靶可以是內臟器官、腫瘤或部位。為了方便，這里指的靶表 示器官、腫瘤、部位或治療計劃對象的其它描述的體積中的全部或部分。在一實施方式中，治療傳送系統(tǒng)550的成像系統(tǒng)905捕獲患者體積(包括靶體積) 的內部處理圖像，以與上面描述的診斷圖像配準或與其相關聯(lián)，以便相對于放射源定位患 者。與診斷圖像系統(tǒng)510類似，治療傳送系統(tǒng)550的成像系統(tǒng)905可包括一個或多個源和 一個或多個探測器，以及處理設備，正如上面根據圖9描述的那樣。治療傳送系統(tǒng)550還可包括圖9中描述的處理設備902，來控制放射源552、成像 系統(tǒng)905和治療床558，治療床表示任何患者支持設備。處理設備902可包括一個或多個 通用處理器(如微處理器)、專用處理器例如數字信號處理器(DSP)、或其它設備，例如控制 器或現場可編程門陣列(FPGA)。此外，處理設備902可包括其它組件(未顯示)，例如存儲 器、儲存設備、網絡適配器等等。圖17是示出治療傳送系統(tǒng)550的一實施方式的結構框圖。如上所述，描述的治 療傳送系統(tǒng)550包括形式為線性加速器(LINAC) 20的放射源552和治療床558。治療傳送 系統(tǒng)550還包括多個成像X-射線源910和探測器911。兩個X-射線源910可名義上對齊 來從至少兩個不同角度的位置(如由90度、45度等分開)投射成像X-射線束通過患者， 并通過治療床558上的患者指向相應的探測器911。在另一實施方式中，每個X-射線成像 源910可用于照射單個大成像器。另外地，可使用其它數量和配置的成像源910和探測器 911。描述的治療傳送系統(tǒng)550可包括運動跟蹤系統(tǒng)904，其如上面根據圖9描述的那樣跟 蹤外部標記25的運動。在一實施方式中，治療傳送系統(tǒng)550可是圖像指導的、基于機器人 的放射治療系統(tǒng)(如用于執(zhí)行放射外科)，例如由位于加利福尼亞的Sunnyvale的Accuray 公司開發(fā)的CYBERKNIFE 系統(tǒng)。在示出的實施方式中，LINAC 20設置在機器臂590上。機器臂590可具有多個 (如5個或更多)自由度，以便合適地定位LINAC 20來用從患者周圍的操作體積的多個角 度獲得的束照射靶，例如病理解剖。以治療傳送系統(tǒng)550實現的治療可包括具有單個等中 心(收斂點)、多個等中心、或沒有任何特定等中心的束路徑(即，束只需與病理靶體積相交 而不必在靶內的單點或等中心收斂)。此外，可在治療計劃期間確定的單個期間(單片段) 或少量期間(亞片段)內傳送治療。在一實施方式中，治療傳送系統(tǒng)550根據治療計劃傳 送放射束，而無需將患者固定到堅硬的外部框架來把靶體積的內操作位置與在預操作治療 計劃階段期間的靶體積的位置配準。如上所述，處理設備902可執(zhí)行算法，將從成像系統(tǒng)905獲得的圖像與從診斷成像
22系統(tǒng)510獲得的預操作治療計劃圖像配準，以便對準在治療傳送系統(tǒng)550的治療床558上 的患者。此外，這些圖像可用于關于靶體積或靶精確定位放射源552。在一實施方式中，治療床558可耦合到具有多個自由度的第二機器臂(未顯示)。 例如，第二臂可具有五個自由旋轉度和一個實質上豎直的、線性自由度。另外地，第二臂可 具有六個自由旋轉度和一個實質上豎直的、線性自由度。在另一實施方式中，第二臂可具 有至少四個自由旋轉度。此外，第二臂可豎直地安裝到支柱或墻上，或水平地安裝到底座、 地板或天花板上。另外地，治療床558可是另一機構中的組件，例如由位于加利福尼亞的 Sunnyvale的Accuracy公司開發(fā)的AXUM 治療床。在另一實施方式中，治療床558可是 另一類治療臺，包括傳統(tǒng)的治療臺。盡管上面描述了示例性的治療傳送系統(tǒng)550，治療傳送系統(tǒng)550可以是另一類治 療傳送系統(tǒng)。例如，治療傳送系統(tǒng)550可是基于掃描架(等中心)的調強放射治療(IMRT) 系統(tǒng)，其中放射源552(如LINAC 20)安裝在掃描架上，并能夠在對應于患者的軸向層面的 平面中旋轉?？稍谛D圓面上的一些位置傳送放射。在另一實施方式中，治療傳送系統(tǒng)550 可是立體定向框架系統(tǒng)，例如瑞典的Elekta的GAMMAKNIFE 。圖18示出了放射治療過程的三維透視圖。特別地，圖18描述了引向靶10的一些 放射束。在一實施方式中，靶10可表示為內臟器官、患者內的部位、諸如腫瘤或病變之類的 病理解剖，或患者的另一類對象或區(qū)域。在這里，靶10還可指靶部位、靶體積等等，但是除 非另外指出，這些指示中的每個一般都指的是靶10。示出的放射治療過程包括第一放射束12、第二放射束14、第三放射束16和第四放 射束18。盡管顯示了四個放射束12-18，其它實施方式可包括更少或更多的放射束。方便 起見，除非另外指出，對放射束12的引用是代表所有放射束12-18。此外，放射束12-18的 應用的治療順序可與它們各自的序號無關。在一實施方式中，四個放射束12表示基于共形計劃的束傳送，其中放射束12通過 或終止于靶10內的不同點。在共形計劃中，一些放射束12在三維空間的同一點可能相交 或收斂也可能不相交或收斂。也就是說，放射束12可能是非等中心的，因為它們不必在單 個點或等中心收斂。然而，放射束12可能全部或部分在靶10處與一個或多個其它放射束 12相交。在另一實施方式中，每個放射束12的強度可由束權重確定，束權重可由操作員或 治療計劃軟件確定。束權重可至少部分取決于傳送到靶10的總預定放射劑量，以及放射束 12的一些或全部傳送的累積放射劑量。例如，如果為靶10設定3500cGy的總預定劑量，則 治療計劃軟件可為每個放射束12自動預先設定束權重，以便平衡共形性和同質性和來實 現預定的劑量。共形性是放射劑量匹配(相一致)靶10 (如腫瘤)的形狀和擴展的程度， 目的是為了避免傷害關鍵的鄰近結構。同質性是在靶10的體積內放射劑量的一致性。同 質性可用劑量體積柱狀圖(DVH)表示，其理想情況可是矩形函數，其中在靶10的體積上預 定劑量是100 %，在其它地方是0。與當前已知的限于手動控制圖像獲取時間的方法相比，上面描述的方法提供了許 多優(yōu)點。當然，第一個優(yōu)點是這種方法自動控制圖像獲取的時間獲得實質上均勻分布的模 型點，來開發(fā)與使用實質上不均勻分布的模型點開發(fā)的相關模型相比更好的相關模型。第 二個優(yōu)點是這種方法能自動確定呼吸循環(huán)中對應于呼吸循環(huán)中的指定階段的指定時間。
總之，提出了在呼吸循環(huán)的指定時間(對應于指定階段)自動獲取靶的圖像的方 法和系統(tǒng)。上述方法和系統(tǒng)能檢測并識別在呼吸的吸氣和呼氣階段期間患者的內臟器官是 否分別沿著不同路徑運動(在患者呼吸期間)。上述方法允許使用自動獲取的圖像構建相 關模型，其能精確估計內臟器官的位置，其中內臟器官在呼吸的吸氣和呼氣階段期間進行 曲線運動，或沿著不同路徑運動，或兩種運動都進行。還能使用上面描述的曲線模型通過選 擇合適的參數擬合模型，例如作為例子的高階多項式擬合方法，來擬合器官的任何其它類 型的非線性運動。上面描述的方法允許出于向病變和腫瘤傳送治療性放射的目的，定位隨 呼吸(或其它患者運動)運動的內部病變和/或腫瘤。盡管根據患者的呼吸運動描述了上述方法和系統(tǒng)，然而其它實施方式可跟蹤在患 者的任何其它類型的運動例如心跳期間內臟器官的不對稱的、曲線(或非線性)運動。同 樣，盡管下面描述的一些實施方式旨在控制為呼吸波形(如呼吸循環(huán))的模型點自動獲取 圖像，然而在其它實施方式中，可為任何其它波形例如患者的心跳循環(huán)，或患者的其它周期 性運動的其它波形執(zhí)行自動圖像獲取。例如，本方法和系統(tǒng)能確定心跳循環(huán)、或患者運動的 其它周期性循環(huán)的指定時間或階段，而不是確定呼吸循環(huán)的指定時間或階段。盡管根據具體實施方式
具體顯示和描述了自動相關法和系統(tǒng)，本領域技術人員應 該理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可在形式和細節(jié)上作很多改變。應該注意到，這里描述的方法和裝置不限于僅在醫(yī)學診斷成像和治療中使用。在 另外的實施方式中，這里的方法和裝置可用于醫(yī)學技術領域之外的應用，例如對材料(如 汽車工業(yè)中的馬達、航空工業(yè)中的機身、建筑工業(yè)中的焊接處，以及石油工業(yè)中的鉆孔巖 心)的工業(yè)成像和非破壞測試以及地震勘測。在這些應用中，例如，“治療”一般可指由治療 計劃軟件控制的操作的實現，例如束(如放射、聲等)的應用。盡管用特定順序顯示和描述了這里的方法的操作，然而每種方法的操作的順序可 以改變，因此某些操作可以相反的順序執(zhí)行，或者某些操作可至少部分與其它操作并行執(zhí) 行。在另一實施方式中，不同操作的指令或子操作可使用間斷的和/或另外的方式。在上述說明中，根據具體示例性實施方式描述了本發(fā)明。然而，很明顯地，在不脫 離附加的權利要求中設定的本發(fā)明的更廣的精神和范圍的情況下，可以進行多種修改和改 變。相應地，說明和附圖是示例性的，而并非限制性的。
權利要求
一種方法，包括自動觸發(fā)靶的多個預處理圖像的圖像獲取，所述多個預處理圖像中的每個在指定時間獲取；和使用所述多個預處理圖像生成將外部標記的運動映射到所述靶的靶位置的相關模型。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述自動觸發(fā)多個預處理圖像中的每個包括 選擇周期性循環(huán)中獲取圖像的預期階段；自動確定所述靶是否在所述周期性循環(huán)的所述預期階段中；和 當所述靶在所述周期性循環(huán)的所述預期階段中時向成像系統(tǒng)發(fā)送命令來獲取預處理 圖像。
3.如權利要求2所述的方法，其中所述選擇由用戶執(zhí)行。
4.如權利要求1所述的方法，其中所述自動觸發(fā)包括在周期性循環(huán)的實質上均勻分布 的點自動觸發(fā)圖像獲取，并且其中所述自動觸發(fā)多個預處理圖像中的每個包括獲得在一個或多個之前的周期性循環(huán)中所述靶的運動的歷史數據； 根據所述靶的運動的幅度將所述歷史數據分成多個區(qū)域； 區(qū)分所述歷史數據的吸氣運動和呼氣運動；使用所述多個區(qū)域和所區(qū)分的吸氣和呼氣運動建立多個模型度量區(qū)域，其中所述多個 模型度量區(qū)域對應所述周期性循環(huán)的多個階段；通過將當前采樣歸入所述多個模型度量區(qū)域中的一個區(qū)域來確定所述靶運動的所述 當前采樣是否在所述周期性循環(huán)的預期階段；和當所述當前采樣在所述周期性循環(huán)的預期階段時，向成像系統(tǒng)發(fā)送成像命令來獲取預 處理圖像。
5.如權利要求4所述的方法，其中所述獲得包括獲取多個數據點，該多個數據點表示 隨著時間的推移與患者相關聯(lián)的外部標記的對應的多個位置，其中所述外部標記的所述多 個位置定義了所述外部標記的運動的外部路徑，并且該運動的外部路徑定義了患者的所述 周期性循環(huán)。
6.如權利要求5所述的方法，其中所述生成相關模型包括基于所述周期性循環(huán)的實質上均勻分布的點處的多個數據點和多個預處理圖像標識 所述靶的運動的路徑；和使用所述靶的運動的路徑開發(fā)所述相關模型。
7.如權利要求1所述的方法，還包括 基于所述相關模型獲得所述靶的靶位置；向束生成器控制器發(fā)送與所述靶位置相關聯(lián)的位置信號；和 控制所述束生成器控制器將束引向所述靶。
8.如權利要求5所述的方法，還包括響應于新數據點的獲取而更新所述相關模型。
9.如權利要求1所述的方法，還包括通過在治療期間自動獲取所述靶的另外的圖像而周期性地生成關于所述靶的位置數 據；和在治療期間連續(xù)生成關于所述外部標記的外部運動的位置數據。
10.一種裝置，包括數據儲存設備，存儲外部標記的多個位移點，該多個位移點表示所述外部標記在周期 性循環(huán)期間的運動；和耦合到所述數據儲存設備的處理設備，該處理設備確定所述周期性循環(huán)中的指定時 間，該指定時間對應所述周期性循環(huán)的第一階段，在其中基于所述多個位移點獲取靶的圖 像，并且所述處理設備傳輸信號以自動觸發(fā)成像系統(tǒng)來在所述周期性循環(huán)的第一階段獲取 所述靶的圖像。
11.如權利要求10所述的裝置，其中所述處理設備配置為選擇所述周期性循環(huán)的第一 階段，自動確定所述靶是否位于所述周期性循環(huán)的第一階段，并且當所述靶位于所述周期 性循環(huán)的第一階段時發(fā)送信號來自動觸發(fā)所述成像系統(tǒng)以獲取所述靶的圖像。
12.如權利要求10所述的裝置，其中所述處理設備配置為允許用戶選擇所述周期性循 環(huán)的第一階段，自動確定所述靶是否位于所述周期性循環(huán)的第一階段，并且當所述靶位于 所述周期性循環(huán)的第一階段時發(fā)送信號來自動觸發(fā)所述成像系統(tǒng)以獲取所述靶的圖像。
13.如權利要求10所述的裝置，還包括耦合到所述處理設備的所述成像系統(tǒng)，其中所 述成像系統(tǒng)配置為從所述處理設備接收信號，并且當所述成像系統(tǒng)接收到該信號時獲取所 述靶的圖像。
14.如權利要求10所述的裝置，其中所述處理設備配置為確定所述周期性循環(huán)的第二 指定時間，該第二指定時間對應于所述周期性循環(huán)的第二階段，在該第二指定時間將獲取 所述靶的第二圖像，并且所述處理設備被配置為在所述周期性循環(huán)的第二階段觸發(fā)所述成 像系統(tǒng)來獲取所述靶的第二圖像。
15.如權利要求14所述的裝置，其中所述數據儲存設備配置為存儲所述靶的圖像和所 述靶的第二圖像。
16.如權利要求14所述的裝置，其中所述處理設備配置為基于所述圖像、所述第二圖 像和所述多個位移點生成相關模型。
17.如權利要求16所述的裝置，其中所述處理設備配置為標識所述靶的運動的路徑來 生成所述相關模型。
18.如權利要求10所述的裝置，其中所述處理設備包括第一接口，向所述成像系統(tǒng)發(fā)送命令來在所述周期性循環(huán)期間的指定時間自動觸發(fā)所 述成像系統(tǒng)以獲取所述靶的圖像；第二接口，接收由運動跟蹤系統(tǒng)測量的所述外部標記的多個位移點。
19.一種裝置，包括用于接收表示隨著時間的推移與患者相關聯(lián)的外部標記對應的多個位置的多個數據 點的設備，其中所述外部標記的多個位置定義了所述外部標記的運動的外部路徑，該運動 的外部路徑定義了患者的周期性循環(huán)；和用于基于所述多個數據點在所述周期性循環(huán)的指定時間自動觸發(fā)成像系統(tǒng)來獲取患 者體內的所述靶的圖像的設備。
20.如權利要求19所述的裝置，還包括用于使用所述多個數據點生成在所述周期性循環(huán)期間均勻分布的模型點的設備；和用于使用所述均勻分布的模型點生成相關模型的設備。
21.如權利要求20所述的裝置，其中所述用于自動觸發(fā)的設備減少了被獲取來生成所述相關模型的圖像的數量。
22.如權利要求20所述的裝置，其中所述用于自動觸發(fā)的設備減少了生成所述相關模 型的時間的量。
23.—種系統(tǒng)，包括運動跟蹤系統(tǒng)，跟蹤與患者相關聯(lián)的外部標記的運動，所述外部標記的運動表示患者 的周期性循環(huán)；成像系統(tǒng)，獲取患者體內的靶的圖像；以及耦合到所述運動跟蹤系統(tǒng)和所述成像系統(tǒng)的靶定位系統(tǒng)，該靶定位系統(tǒng)自動觸發(fā)所述 成像系統(tǒng)來在指定時間觸發(fā)對圖像的獲取。
24.如權利要求23所述的系統(tǒng)，其中所述靶定位系統(tǒng)配置為基于所述外部標記的運動 確定所述周期性循環(huán)、自動選擇所述周期性循環(huán)的一階段、確定所述靶何時位于所述周期 性循環(huán)的所選擇的階段、并且當所述靶位于所述周期性循環(huán)的所選擇的階段時自動觸發(fā)所 述成像系統(tǒng)的圖像獲取。
25.如權利要求23所述的系統(tǒng)，其中所述靶定位系統(tǒng)配置為基于所述外部標記的運動 確定所述周期性循環(huán)、允許用戶選擇所述周期性循環(huán)的一階段、確定所述靶何時位于所述 周期性循環(huán)的所選擇的階段、并且當所述靶位于所述周期性循環(huán)的所選擇的階段時自動觸 發(fā)所述成像系統(tǒng)的圖像獲取。
全文摘要
一種方法和裝置，在開發(fā)患者體內的靶的運動的相關模型時，自動控制成像系統(tǒng)的圖像獲取的時間。
文檔編號A61B5/00GK101854848SQ200880113221
公開日2010年10月6日 申請日期2008年9月15日 優(yōu)先權日2007年10月26日
發(fā)明者S·李, S·薩耶赫, Y·盛 申請人:艾可瑞公司