本發(fā)明涉及用在放射治療系統(tǒng)中的混合連續(xù)正壓和表面成像系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及計(jì)算機(jī)實(shí)施的、向正壓單元提供實(shí)時(shí)反饋的方法。

背景技術(shù)：

1、放射治療是使用電離輻射的治療方式，通常被提供為腫瘤治療的一部分以控制或殺死惡性細(xì)胞，及通常通過線性加速器遞送。輻射治療對多種類型的腫瘤有療效，如果它們被定位到身體的一個(gè)區(qū)域的話。輻射束中的輻射不區(qū)分健康細(xì)胞和惡性細(xì)胞，因此可能損傷健康細(xì)胞以及惡性細(xì)胞。為此，輻射束通常必須精確地配置并以惡性靶標(biāo)部位為目標(biāo)以將輻射能量集中在惡性部位，并使沉積到周圍健康組織的輻射能最小化。

2、通過治療輻射束沉積輻射能到在輻照期間展現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的惡性部位的傳統(tǒng)方法可包括形成足夠大的輻射束使得惡性部位在整個(gè)輻照過程期間保持在輻射束截面內(nèi)。呼吸引起的腫瘤運(yùn)動(dòng)對于胸部中腫瘤的輻射治療是一個(gè)難題。解決該難題的一種策略是對腫瘤軌跡建模并產(chǎn)生內(nèi)靶區(qū)(internal?target?volume，itv)，這使患者在治療期間能自由呼吸。然而，相較于其它運(yùn)動(dòng)管理策略，該方法與較大量的正常肺部組織接收消融劑量的輻射相關(guān)聯(lián)。

3、最近，連續(xù)正壓通氣(continuous?positive?airway?pressure，cpap)已被研究作為在放射治療期間減少腫瘤運(yùn)動(dòng)的替代策略。cpap在開始是針對其它目的開發(fā)，例如阻塞性睡眠呼吸暫停的治療、插管及例如肺水腫情形下使用的其它無創(chuàng)技術(shù)的無創(chuàng)替代方案，但已表明對于在放射治療期間減少腫瘤運(yùn)動(dòng)有效。其可結(jié)合解決呼吸引起的腫瘤運(yùn)動(dòng)的其它技術(shù)一起使用。其在胸部腫瘤的重粒子輻射方面具有特別強(qiáng)力的作用，其中運(yùn)動(dòng)可能導(dǎo)致劑量不適當(dāng)?shù)爻练e。然而，使用該技術(shù)也存在多個(gè)相關(guān)聯(lián)的難題。一個(gè)例子是確定具體患者的最佳cpap壓力，這是很困難且耗時(shí)的任務(wù)。焦慮也可能對呼吸模式有較大影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明涉及用在放射治療系統(tǒng)中的混合連續(xù)正壓和表面成像系統(tǒng)，所述混合連續(xù)正壓和表面成像系統(tǒng)包括：

2、正壓單元(ppu)，其適于在放射治療期間向患者肺部施加連續(xù)正壓；

3、表面攝像機(jī)系統(tǒng)，配置成連續(xù)或者以一定間隔捕捉患者的身體表面圖像；及

4、處理單元，配置成基于所述身體表面圖像連續(xù)或者以一定間隔對患者響應(yīng)于所施加的連續(xù)正壓的胸部和/或腹部運(yùn)動(dòng)進(jìn)行建模。

5、發(fā)明人已認(rèn)識到，通過使用表面攝像機(jī)系統(tǒng)連續(xù)或者以一定間隔捕捉患者的身體表面圖像以及連續(xù)或者以一定間隔對胸部和/或腹部運(yùn)動(dòng)進(jìn)行建模，優(yōu)選地，向ppu提供實(shí)質(zhì)上實(shí)時(shí)的反饋。這具有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)和可能的應(yīng)用。確定具體患者的最佳cpap壓力可能是很難且耗時(shí)的任務(wù)。本發(fā)明系統(tǒng)可使能在放射治療之前在放射治療室外面進(jìn)行cpap訓(xùn)練過程，其中僅需要ppu、表面攝像機(jī)系統(tǒng)和處理單元。

6、放射治療通常包括規(guī)劃或模擬過程。模擬可在模擬室中進(jìn)行，其可以與治療室一樣。模擬可包括例如掃描、定位患者及與放射治療束對準(zhǔn)、以及準(zhǔn)備完整的放射治療療程，其中計(jì)算劑量并進(jìn)行靶標(biāo)和有風(fēng)險(xiǎn)的器官的建模。本發(fā)明的混合連續(xù)正壓和表面成像系統(tǒng)可用作放射治療系統(tǒng)的組成部分，但也可在放射治療療程之前獨(dú)立地在放射治療室外面。

7、表面攝像機(jī)系統(tǒng)以及配置成連續(xù)或者以一定間隔對患者的胸部和/或腹部運(yùn)動(dòng)建模的處理單元提供一種可用于訓(xùn)練患者的系統(tǒng)以可靠地再現(xiàn)穩(wěn)定的、具有有限的換氣量以及有限的胸壁和/或腹部運(yùn)動(dòng)的淺呼吸模式，從而在模擬和治療期間實(shí)現(xiàn)同樣的條件。該系統(tǒng)可提供表示對cpap壓力的小變化敏感的胸壁/腹部運(yùn)動(dòng)的信號。ppu對在整個(gè)呼吸周期中保持胸部位置的效力可通過混合連續(xù)正壓和表面成像系統(tǒng)確定。優(yōu)選地實(shí)質(zhì)上實(shí)時(shí)的反饋機(jī)制可使操作員能將正壓(力)調(diào)節(jié)到胸部運(yùn)動(dòng)在預(yù)定限度內(nèi)的點(diǎn)。根據(jù)一實(shí)施例，這可通過跨確定的變速時(shí)間段以受控方式自動(dòng)增大壓力進(jìn)行，直到胸部運(yùn)動(dòng)在預(yù)定限度內(nèi)或者壓力達(dá)到預(yù)定極限為止。

8、該系統(tǒng)也可用于檢測和監(jiān)測焦慮患者的胸壁和腹部運(yùn)動(dòng)的反常和無法預(yù)測的增加?；旌线B續(xù)正壓和表面成像系統(tǒng)的另一應(yīng)用可以是其中該系統(tǒng)提供輻射束的同步的反饋和/或在患者的胸部和/或腹部的高度、形狀或運(yùn)動(dòng)相對于患者的胸部和/或腹部的預(yù)期高度、形狀或運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)偏差時(shí)或者因肺容量變化引起的表面偏差時(shí)終止輻射束的操作的配置。

9、正壓單元通?？砂獗脝卧?、流管、及配置成控制正壓單元的控制單元。正壓單元還可包括電源例如可再充電電池以及用于直接或通過另一單元與表面攝像機(jī)系統(tǒng)通信的無線通信單元。處理單元可位于正壓單元和表面攝像機(jī)系統(tǒng)中的任何一個(gè)中或者位于另外的單元中。正壓單元可配置成減緩和減少呼吸期間隔膜的運(yùn)動(dòng)并擴(kuò)展肺和胸腔。

10、配置成連續(xù)或者以一定間隔捕捉患者的身體表面圖像的表面攝像機(jī)系統(tǒng)可包括一個(gè)或多個(gè)三維攝像機(jī)和/或一個(gè)或多個(gè)二維攝像機(jī)。處理單元可配置成基于來自攝像機(jī)的身體表面圖像連續(xù)或者以一定間隔對患者的胸部和/或腹部運(yùn)動(dòng)進(jìn)行建模。有幾種可能的技術(shù)和攝像機(jī)系統(tǒng)可用作表面攝像機(jī)系統(tǒng)，包括由vision?rt提供的并在多個(gè)早期專利和專利申請中描述的系統(tǒng)，這些專利和專利申請包括us7889906、us7348974、us8135201、us2015/062303、us2015/0265852、us2020/0184625、us10,441,818、us2016/0256710，其公開內(nèi)容通過引用組合于此。

11、在非限制性的例子中，患者表面的三維模型利用患者的至少胸部和/或腹部區(qū)域的多個(gè)立體視頻圖像生成。視頻圖像被處理以生成胸部和/或腹部區(qū)域的三維模型，其快速更新以體現(xiàn)胸部和/或腹部區(qū)域的運(yùn)動(dòng)的變化。

12、為使患者的表面模型能盡可能快速地更新，可利用多種技術(shù)。在一實(shí)施例中，提供包括下述步驟的圖像處理方法：獲取個(gè)體的立體圖像；利用所述立體圖像生成所述個(gè)體的表面模型；接收所述個(gè)體的另外的立體圖像并從所述另外的立體圖像以及所述個(gè)體先前的模型生成所述個(gè)體的另一模型。

13、根據(jù)一非限制性的實(shí)施例，光的斑點(diǎn)圖案被投射到患者的胸部和/或腹部區(qū)域的表面上以有利于從不同角度捕捉的患者表面的相應(yīng)部分的識別。獲得患者的圖像并連同確定捕捉圖像的攝像機(jī)的相對位置的數(shù)據(jù)一起處理以確定與患者表面上的點(diǎn)對應(yīng)的大量的點(diǎn)的3d位置。另一例子的表面攝像機(jī)系統(tǒng)監(jiān)測經(jīng)受放射治療的患者的位置，其通過將直線或網(wǎng)格圖案或其它預(yù)定圖案形式的結(jié)構(gòu)光(例如激光)投射到患者表面上并基于捕捉的圖像中所投射圖案的外觀生成被監(jiān)測的患者的表面的模型而進(jìn)行。基于表面的模型，其可以是患者的胸部和/或腹部區(qū)域的表面，可對患者的胸部和/或腹部區(qū)域的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行連續(xù)建模。

14、本發(fā)明還涉及計(jì)算機(jī)實(shí)施的向正壓單元提供實(shí)時(shí)反饋的方法。該方法包括步驟：

15、從放射治療期間施加到患者肺部的連續(xù)正壓獲得連續(xù)正壓數(shù)據(jù)；

16、使用表面攝像機(jī)系統(tǒng)連續(xù)或者以一定間隔捕捉患者的身體表面圖像；及

17、基于身體表面圖像對患者響應(yīng)于所施加的連續(xù)正壓的胸部和/或腹部運(yùn)動(dòng)連續(xù)或者以一定間隔建模。

18、如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的，在此公開的計(jì)算機(jī)實(shí)施的向正壓單元提供實(shí)時(shí)反饋的方法可使用在此公開的任何實(shí)施例的混合連續(xù)正壓和表面成像系統(tǒng)執(zhí)行，反之亦然。