CN116171184A - 放射治疗设备的控制 - Google Patents

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Abstract

公开了放射治疗设备、计算机实现的方法和计算机可读介质。该放射治疗设备包括辐射源、一个或多个成像***以及通信地耦合到辐射源和一个或多个成像***的控制器。辐射源被配置为根据治疗计划向与受试者重合的治疗区施加辐射。一个或多个成像***被配置为针对受试者生成图像数据。控制器被配置为：基于图像数据确定受试者的靶区与受试者的危及器官之间的相对距离，其中，治疗计划包括针对靶区的规定剂量；至少部分地基于相对距离确定靶周围缓冲区；以及响应于基于图像数据确定治疗区至少部分地位于缓冲区外部而生成用于调整放射治疗的控制信号。

Description

放射治疗设备的控制
技术领域
本发明涉及生成被配置为控制放射治疗设备操作的控制信号，并且具体地，涉及生成被配置为基于危及器官的位置来控制放射治疗设备操作的控制信号。
背景技术
放射治疗可以描述为使用电离辐射(例如X射线)来治疗人体或动物体。放射治疗通常用于治疗患者或受试者体内的肿瘤。在这样的治疗中，电离辐射用于照射并破坏或损坏形成肿瘤部分的细胞。
放射治疗设备通常包括台架，其支撑可围绕患者旋转的束生成***或其他辐射源。例如，对于直线加速器(linac)设备，束生成***可以包括射频能量源、电子源、加速波导、束成形装置等。
在放射治疗中，期望将规定剂量的辐射递送到受试者的靶区，并且限制受试者的其他部分的照射，即，到健康组织的照射。受试者的运动可能导致向靶区施加的剂量减少和/或向健康组织施加的剂量增加。存在可以有助于受试者的总运动的各种生理运动。受试者的大幅度或大尺度移动可包括移位、咳嗽或打喷嚏。受试者也可能进行周期性的生理移动。例如，受试者可能由于其呼吸周期而进行呼吸运动，并且可能基于其心脏的跳动而进行心脏运动。为了解决该运动，已知的技术包括监测受试者的位置和/或移动并且选通治疗束，使得仅在受试者(即，受试者内的靶区)处于期望的位置时并且不在受试者/靶区处于次优位置时才施加辐射。换言之，辐射可以基于感测到的受试者的移动或位置来施加或不施加(即，选通束)。用于解决受试者的移动的其他已知技术包括训练患者的呼吸或要求患者在放射治疗期间屏住呼吸。
在使用X射线成像模式的现有方法中，通常仅能够看到受试者的骨解剖结构。使用这些方法，在治疗期间可能无法确定受试者内的靶区或器官的位置。因此，施加或选通(gating)放射治疗可能不如期望的那样准确。一些现有方法已经使用了与放射治疗的施加集成的磁共振(magnetic resonance，MR)成像来确定靶区是否在期望的位置。一种这样的方法可以使用Clarity VOICE软件来执行。MR成像信息可以用于通知选通，以便提供更准确的选通。仅在靶区处于特定位置时或者在该特定位置的一定容差内时施加辐射，如使用MR成像所确定的。
当前，基于靶周围的恒定裕度来驱动对放射治疗束的选通。恒定裕度可以具有围绕靶的恒定预定宽度，或者可以具有围绕靶的恒定宽度，该恒定宽度被设置为靶的质心可以移动而不与特定结构重合的最大绝对距离。在放射治疗期间，受试者可以移动，使得靶移动对应的或类似的距离。如果作为其结果，辐射被施加到靶周围的恒定裕度外部的位置，即，如果确定在施加辐射的区和不应施加辐射的区之间存在交叠，则可以选通束，使得不再施加辐射。这有助于确保对靶的充分照射并防止对健康组织的大量照射。作为保守的、谨慎的或避免风险的一部分方法，所定义的恒定裕度通常可具有均匀的、相对窄的宽度。特别是存在这种情况，如果基于用于监测受试者的技术，受试者或受试者的一部分的位置或移动存在显著的不确定性。
然而，在受试者的体内存在靶(肿瘤)的各种可能的位置，并且围绕靶的解剖结构将根据其在体内的位置而极大地变化。而且，靶的周围环境通常在不同的(三维)方向上不同。虽然期望避免对任何健康组织的照射，但是与照射某些健康组织(例如危及器官)相关联的风险可能比与其它健康组织相关联的风险更严重。通过不考虑风险的这种变化，现有方法可能针对施加放射治疗而应用不恰当地谨慎的方法，这可能导致欠佳的放射治疗。设置不适当的宽裕度将导致对危及器官的不安全的照射，而设置不适当的窄裕度将导致对治疗束的不必要的选通。一些健康组织可承受低或中等剂量的辐射，使得在一些场景中对放射治疗束的选通将导致不必要地延迟或低效的放射治疗。
提供在放射治疗期间考虑患者运动并对患者运动作出反应的改进的装置将是有利的。而且，当控制治疗束时，提供对靶的解剖学环境的改进考虑将是有利的。因此，提供对治疗束的更准确控制将是有利的。另外，提供更有效的放射治疗和更高的患者吞吐量将是有利的。
本发明寻求解决现有技术中遇到的这些和其它缺点。
发明内容
在独立权利要求中阐述了本发明。
根据一个方面，提供了一种放射治疗设备，包括：辐射源，其被配置为根据治疗计划向与受试者重合的治疗区施加辐射；一个或多个成像***，其被配置为针对受试者生成图像数据；以及控制器，其通信地耦合到辐射源和一个或多个成像***，控制器被配置为：基于图像数据确定受试者的靶区与受试者的危及器官之间的相对距离，其中，治疗计划包括针对靶区的规定剂量；至少部分地基于相对距离确定靶区周围的缓冲区；以及响应于基于图像数据确定治疗区至少部分地位于缓冲区外部而生成用于调整放射治疗的控制信号。
根据另一方面，提供了一种计算机实现的方法，包括：从一个或多个成像***针对受试者接收图像数据；基于图像数据确定受试者的靶区与受试者的危及器官之间的相对距离，其中，治疗计划包括针对靶区的规定剂量；至少部分地基于相对距离确定靶区周围的缓冲区；以及响应于与受试者重合的治疗区至少部分地位于缓冲区外部而生成用于调整放射治疗的控制信号。
根据另一方面，提供了一种包括计算机可执行指令的计算机可读介质，所述计算机可执行指令在由处理器执行时使处理器执行上述方法。
附图说明
现在参考附图仅以示例的方式描述具体实施例，附图中：
图1描述了根据本发明的放射治疗设备或装置；
图2描述了根据本发明的限定区的示意图；
图3a和图3b描述了根据本发明的限定区的示意图；
图4描述了根据本发明的控制放射治疗设备的方法；
图5描述了根据本发明的生成用于控制放射治疗设备的控制信号的方法；以及
图6描述了被配置为执行本文描述的一个或多个方法的计算设备的框图。
具体实施方式
本发明涉及放射治疗设备操作的改进控制。放射治疗设备可以包括被配置为向受试者的治疗区施加辐射的辐射源和被配置为针对受试者生成图像数据的一个或多个成像***。通信地耦合到辐射源和一个或多个成像***的控制器可以被配置为基于图像数据确定靶区(即，包括肿瘤)与危及器官(即，包括对照射敏感的关键结构的健康组织)之间的相对距离。控制器可以进一步被配置为至少部分地基于相对距离在靶区周围确定缓冲区。缓冲区在不同方向上可以具有不同的宽度。具体地，缓冲区可以在危及器官的方向上具有较小的宽度，而在不对应于危及器官的位置的不同方向上具有较大的宽度。控制器可以进一步被配置为确定治疗区至少部分地位于缓冲区外部。该确定可以基于由一个或多个成像***生成的图像数据。控制器可以被配置为响应于确定治疗区至少部分地位于缓冲区外部而生成用于调整放射治疗的控制信号。控制信号可以被配置为调整辐射源的输出。例如，控制信号可以被配置为选通辐射源。这样，可以基于围绕靶区的柔性的各向异性缓冲区并且基于受试者的解剖结构来驱动选通算法。控制信号可以被配置为调整(即，降低)由辐射源施加的剂量率。这样，使用柔性的各向异性缓冲区并根据受试者的解剖结构，剂量率可以被降低到对于危及器官可接受的水平。控制信号可以被配置为调整放射治疗源的位置和/或取向，调整放射治疗束的形状，和/或调整患者定位表面的位置和/或取向。这可以使得治疗区能够与靶区动态地重新对准，并且可以防止靶区外部的区被照射。这些技术可以适应和减轻与照射危及器官相关联的较高风险，同时避免不必要地停止放射治疗。
图1描述了适于在放射治疗期间向患者递送辐射束并且被配置为向患者递送辐射束的放射治疗设备。为了提供本发明的有用伴随信息，将总体性地描述该设备及其构成部件。图1中描述的设备是根据本发明的，并且适合于与所公开的***和装置一起使用。虽然图1中的设备是MR直线加速器，但是本发明的实现方式可以是任何放射治疗设备，例如直线加速器设备。
图1中描述的设备100是MR直线加速器。设备100包括MR成像装置112和放射治疗(RT)装置，该RT装置可以包括直线加速器设备。在图中以横截面示出了MR成像装置112。在操作中，MR扫描仪产生患者的MR图像，并且直线加速器设备产生并成形辐射束，并根据放射治疗计划将其导向患者体内的靶区。所描述的设备不具有通常的“壳体”，该壳体将覆盖例如医院的商业环境中的MR成像装置112和RT装置。
图1中描述的MR直线加速器设备包括射频波源102、波导104、电子源106、辐射源、被配置为对束进行准直和成形的准直器108(例如多叶准直器)、MR成像装置112和患者支撑表面114。在使用中，设备还将包括壳体(未示出)，其与环形台架一起限定孔。可移动支撑表面114可以用于在开始MR扫描和/或放射治疗时将患者或其他受试者移动到孔中。MR成像装置112、RT装置和受试者支撑表面致动器通信地耦合到控制器或处理器。控制器还通信地耦合到包括计算机可执行指令的存储设备，计算机可执行指令可以由控制器执行。
RT装置包括辐射源和辐射检测器(未示出)。通常，辐射检测器与辐射源直径相对地定位。辐射检测器适于并被配置为产生辐射强度数据。特别地，辐射检测器被定位和配置为检测穿过受试者的辐射的强度。辐射检测器也可以描述为辐射检测装置，并且可以形成射野成像***的一部分。
辐射源可以包括束生成***。对于直线加速器，束生成***可以包括RF能量源102、电子枪106和波导104。辐射源附接到可旋转台架116，以便与台架116一起旋转。这样，辐射源可围绕患者旋转，使得治疗束110可围绕台架116从不同角度施加。在优选的实现方式中，台架是连续可旋转的。换言之，台架可以围绕患者旋转360度，并且实际上可以继续旋转超过360度。台架可以是环形的。换言之，台架可以是环形台架。
例如磁控管的射频波源102被配置为产生射频波。射频波源102经由环行器118耦合到波导104，并被配置为将射频波脉冲到波导104中。射频波可以从射频波源102穿过RF输入窗口并进入RF输入连接管道或管。电子源106(例如电子枪)也耦合到波导104，并且被配置为将电子注入到波导104中。在电子枪106中，当灯丝被加热时，电子从阴极灯丝热离子地发射。灯丝的温度控制注入的电子的数量。电子注入到波导104中与射频波到波导104中的泵浦同步。射频波源102、电子源和波导104的设计和操作使得射频波在电子传播穿过波导104时将电子加速到非常高的能量。
波导104的设计取决于直线加速器是使用驻波还是行波来加速电子，但是波导通常包括一系列单元或腔，各个腔由电子束可以穿过的孔或“光圈”连接。腔耦合以便产生适当的电场图案，该电场图案加速传播穿过波导104的电子。当电子在波导104中被加速时，电子束路径由围绕波导104的操纵磁铁或操纵线圈的适当布置来控制。操纵磁铁的布置可以包括例如两组四极磁铁。
一旦电子被加速，它们可以就进入飞行管。飞行管可以通过连接管连接到波导。该连接管或连接结构可以被称为漂移管。电子朝向重金属靶行进，该重金属靶可以包括例如钨。在电子行进穿过飞行管的同时，聚焦磁体的布置用于将束引导并聚焦在靶上。
为了确保在电子束朝向靶行进时不阻碍电子的传播，使用包括真空泵或真空泵的布置的真空***抽空波导104。泵***能够在波导104和飞行管中产生超高真空(UHV)条件。真空***还确保电子枪中的UHV条件。电子可以被加速到接近被抽空波导104中的光速的速度。
辐射源被配置为将治疗辐射束110导向定位于患者支撑表面114上的患者。辐射源可以包括重金属靶，离开波导的高能电子被导向重金属靶。当电子撞击靶时，在各个方向上产生X射线。主准直器可以阻挡在某些方向上行进的X射线，并且仅使向前行进的X射线通过，以产生治疗束110。X射线可以被过滤，并且可以穿过一个或多个离子室以进行剂量测量。在束作为放射治疗的一部分进入患者中之前，可以通过束成形装置以各种方式对束进行成形，例如通过使用多叶准直器108。
在一些实现方式中，辐射源被配置为发射X射线束或电子粒子束二者之一。这样的实现方式允许设备提供电子束治疗，即，一种将电子而不是X射线导向靶区的外部束治疗。通过调节直线加速器的部件，可以在发射X射线的第一模式与发射电子的第二模式之间“调换”。实质上，通过将重金属靶移入或移出电子束路径并用所谓的“电子窗口”代替它，可以在第一模式与第二模式之间调换。电子窗口对于电子大致是透明的，并且允许电子离开飞行管。
受试者或患者支撑表面被配置为在大致在孔外部的第一位置与大致在孔内部的第二位置之间移动。在第一位置中，患者或受试者可登上患者支撑表面。然后，支撑表面114和患者可以在孔内部移动到第二位置，以便通过MR成像装置112对患者成像和/或使用RT装置对患者成像或治疗。患者支撑表面的移动由受试者支撑表面致动器实现和控制，该致动器可以描述为致动机构。致动机构被配置为在平行于孔的中心轴线并由其限定的方向上移动受试者支撑表面。术语“受试者”和“患者”在本文中可互换使用，使得受试者支撑表面也可描述为患者支撑表面。受试者支撑表面也可以称为可移动或可调节的诊察台或工作台。
图1中描述的放射治疗装置/设备还包括MR成像装置112。MR成像装置112被配置为获得定位于(即，位于)受试者支撑表面上的受试者的图像。MR成像装置112也可以称为MR成像器。MR成像装置112可以是以已知方式操作为获得MR数据(例如MR图像)的常规MR成像装置。技术人员将理解，这样的MR成像装置112可以包括主磁体、一个或多个梯度线圈、一个或多个接收线圈和RF脉冲施加器。MR成像装置的操作由控制器控制。
控制器是计算机、处理器或其它处理装置。控制器可以由若干分立的处理器形成；例如，控制器可以包括：MR成像装置处理器，其控制MR成像装置110；RT装置处理器，其控制RT装置的操作；以及受试者支撑表面处理器，其控制受试者支撑表面的操作和致动。控制器通信地耦合到存储器(例如计算机可读介质)。
直线加速器设备还包括如本领域技术人员将理解的若干其他部件和***。例如，为了确保直线加速器***漏辐射，还提供了适当的屏蔽。
治疗实施可以包括例如根据治疗计划由辐射源施加辐射。辐射源可以围绕受试者旋转。这种旋转可以是连续的或伪连续的，使得从连续或伪连续的角度范围施加剂量。在其它示例中，旋转可以是到多个离散角度，使得从离散的一系列角度施加剂量。辐射源的旋转可以根据治疗计划预先确定。治疗计划可以包括针对靶区的规定剂量(例如临床规定剂量)。规定剂量可以是空间坐标的函数，例如在一个、两个或三个空间维度上。例如，规定剂量可以在空间上变化以考虑受试者内的不健康组织的浓度。
不同的受试者可能具有不同的不健康组织的分布或浓度。例如，不同的受试者可能具有不同尺寸、不同位置和/或不同形状的肿瘤。为此，可以确定用于每个受试者和/或每个肿瘤的放射治疗的具体治疗计划。确定治疗计划可以涉及获取针对受试者的数据。例如，MR成像、计算机断层摄影(CT)、超声和/或其他技术可以用于导出受试者体内的结构的图像。替代性地或另外，可以基于临床(例如内部)检查来提供数据。这可以提供关于肿瘤分布的信息以及关于健康组织(例如危及器官(OAR))分布的信息。
在确定治疗计划时，可以限定受试者内的一个或多个区或体积。图2描述了根据本发明的一些这种区或体积的示意图。将理解，可以限定另外的和/或替代的体积。总肿瘤体积(GTV)200可以被定义为恶性生长的总的、可触知的、可见的或临床可证明的位置和程度。临床靶体积(CTV)202可以被定义为包含GTV 200以及可能处于危险中并需要治疗的亚临床恶性疾病的组织体积。GTV 200和CTV 202因此是受试者内的解剖体积，其涉及不健康组织的分布和/或不健康组织的分布的概率。计划靶体积(PTV)204可以被定义为包括CTV 202(和GTV 200)以及额外的裕度的体积，该裕度补偿与放射治疗束的精度或设置相关和/或与靶区的位置不确定性相关的不确定性和/或变化。因此，PTV 204是用于选择束布置以便将规定剂量施加到CTV 202的几何体积。在确定上述体积和治疗计划时，可以使用对放射治疗的实例的模拟来提供适合于受试者的特定靶区的治理束几何结构。
如图2所述的GTV 200、CTV 202和PTV 204可以对应于这些相应体积在特定平面中的相对范围，例如患者内的特定深度和特定取向。在其它深度和/或其它取向，这些相应体积范围的表示可以不同于图2所述的那些。如图2所述的GTV 200、CTV 202和PTV 204提供了不健康组织(例如肿瘤)的分布的特定示例。将理解，也可以出现各种其他特定于受试者的分布，并且任意这种其他分布被认为在本发明内。
在一些示例中，CTV 202可以在不同方向上延伸超过GTV 200不同的距离。在一些示例中，CTV 202的范围可能在一个或多个点或在一个或多个方向上与GTV 200的范围一致。在一些示例中，CTV 202的范围可与GTV 200的范围相差恒定距离。在一些示例中，PTV204可在不同方向上延伸超过GTV和/或CTV 202不同的距离。在一些示例中，PTV 204的范围可在一个或多个点或在一个或多个方向上与GTV 200和/或CTV 202的范围一致。在一些示例中，PTV 204的范围可与GTV 200和/或CTV 202的范围相差恒定距离。
基于上述考虑，并且作为治疗计划的确定的一部分，可以确定应当向受试者的特定靶区或靶体积施加特定规定剂量的辐射。术语靶体积、靶区和PTV 204在本文中可以互换使用。靶区可以是二维区(即，面积)或三维区(即，体积)。可以施加约束，即，PTV 204应当接收规定剂量的辐射作为放射治疗的一部分。
基于上述考虑，确定治疗计划可以包括使用剂量管理/计算软件来指示预期剂量的分布。例如，体素(即，受试者的离散体积元素)可以与预期剂量相关联。等剂量可以被定义为施加到多于一个点的相等强度的预期剂量。因此，等剂量曲线可以被定义为接收相等的预期剂量的连接点的线。类似地，等剂量面可以被定义为接收相等的预期剂量的连接点的表面。换言之，等剂量面上的所有点都预期接收相同的剂量。如本文所用，等剂量面可以是包围面积的二维面或包围体积的三维面。虽然本发明的附图为了便于理解而描述了二维视图，但是这些可以被理解为三维特征的二维表示，例如投影到二维平面上。
由于与束几何形状有关的考虑，预期剂量可以以最大预期剂量朝中心点单调增加。等剂量面可以包围一个区，在该区内将接收特定剂量(或至少特定剂量)。可以利用“顶帽”剂量剖面线来确定治疗计划，使得预期剂量分布在靶区中比在靶区的紧邻外部处更平坦，以便在靶区处提供相对恒定的预期剂量并且在靶区外部提供预期剂量的相对急剧下降。
图3a和图3b描述了根据本发明的限定区的示意图。图3a描述了PTV 204，其可以对应于图2的PTV 204。在图3a中，为了便于理解，没有描述GTV 200和CTV 202，但是将理解，这些可以被认为以与图2所示的方式类似的方式嵌套在PTV 204内。
图3a还描述了治疗区300。治疗区300包括PTV 204。由于与照射技术相关联的限制，可能无法或实际上无法以规定剂量照射与PTV 204精确对应的区。例如，对于一些肿瘤，PTV204可以具有特别不规则的形状，使得难以设计和实现以规定剂量照射PTV 204且仅照射PTV204的束几何形状和剂量。因此，治疗区300可以大于PTV 204，并且可以具有比PTV204更简单的形状。可以确定PTV 204应当根据临床要求接收至少某一规定剂量的辐射。治疗区300是基于治疗计划实际计划接收至少该规定辐射剂量的区。治疗区300可以被描述为受试者的治疗区300或者与受试者或受试者的一部分重合的治疗区300。
图3a还描述了危及器官或OAR 302。类似于CTV 202到PTV 204的扩展以考虑不确定性，OAR 302可以扩展到计划危及体积(PRV)。换言之，PRV是包括OAR 302以及附加裕度的体积，该裕度补偿与放射治疗束的精度或设置相关和/或与OAR 302的位置不确定性相关的不确定性和/或变化。如本文所用，术语OAR 302和PRV可以互换使用。OAR 302可以定位为与PTV 204的第一侧相邻，即，可以位于从PTV 204开始的第一方向上。OAR 302可以与PTV 204相距某一相对距离。如本文所用，相对距离也可以称为距离或分离距离。该相对距离描述了当OAR 302及靶区/PTV 204中的一者或多者可能正在移动(例如，相对于彼此移动)时OAR302与靶区/PTV 204之间的距离。该相对距离可以指在特定时间点OAR 302与靶区/PTV 204之间的距离。在该说明性示例中，在PTV 204的第二侧(即，图3a的左侧)上，在从PTV 204开始的第二方向上，可能不存在位于距PTV 204类似或较小距离处的OAR302。
图3a还描述了缓冲区304。缓冲区304包括布置在PTV 204周围的外壳。缓冲区304可以在用于控制放射治疗设备100的驱动算法中使用。例如，缓冲区304可以用于确定是否调整放射治疗。缓冲区304可以至少部分基于PTV 204与OAR 302之间的相对距离来确定。在PTV 204的第一侧上，与OAR 302相邻，缓冲区可以具有第一宽度w1。在一些示例中，并且如图3a所示，第一宽度w1可等于PTV 204与OAR 302之间的相对距离。在其它示例中，第一宽度w1可等于相对距离加上或减去特定绝对距离或绝对距离的特定百分比。这些包括可用于增加或降低放射治疗对PTV 204和/或OAR 302的位置变化的敏感性的选项，并且可基于受试者的安全性、效率和/或预后之间的平衡来确定。这种确定可基于OAR 302对应于哪个特定器官(心脏、大脑等)和/或所施加辐射的剂量率。
缓冲区304可以是各向异性的。缓冲区304可以沿着任何特定平面不对称，并且可以在不同方向上延伸超过PTV 204到不同程度。换言之，缓冲区304的宽度可以不在PTV 204周围始终对应于w1。如图3a所示，缓冲区304在PTV 204的第二侧上具有沿第二方向的第二宽度w2。第二宽度w2可以大于第一宽度w1。由于没有OAR位于PTV 204的第二侧上或至少没有OAR定位为距离PTV 204的第二侧与OAR 302定位为距离PTV 204的第一侧一样近，所以可确定第二宽度w2大于第一宽度w1。
在一些示例中，控制器可首先基于PTV 204与OAR 302之间在PTV 204的第一侧上的相对距离确定第一宽度w1的恒定缓冲区304，然后可以在PTV 204的其它侧上增加缓冲区304的宽度(例如在第二方向上增加到第二宽度w2)。缓冲区304的宽度可在这些其它侧上增加，直到其达到不同OAR为止，或直到其进入OAR的预定距离内为止，或直到其达到预定最大程度为止。在一些示例中，控制器可首先基于在PTV 204的第二侧上不存在OAR而确定第二宽度w2的恒定缓冲区304，然后可以减小缓冲区304在PTV 204的其它侧上的宽度(例如在第一方向上减小到第一宽度w1)。缓冲区304的宽度可在这些其它侧上减小以防止与OAR交叠，或防止与OAR的预定距离内的位置交叠，或直到其达到预定的最小程度为止。在治疗期间，缓冲区的宽度可以在不同方向上动态地增加和/或减小，例如以适应受试者、PTV 204和/或如使用图像数据识别的危及器官的移动。
在一些示例中，控制器可基于图像数据确定PTV 204的形状和/或OAR 302的形状。控制器可至少部分基于PTV 204的形状和/或OAR 302的形状来在PTV 204周围确定缓冲区304。PTV 204的形状和/或危及器官302的形状可替代性地基于治疗前成像或检查来预先定义。PTV 204的形状和/或OAR 302的形状可在二维或三维中定义和考虑。除了相对距离的确定和基于该相对距离的缓冲区304的确定外部，或者作为其替代，可以执行考虑这些区的形状的这些步骤。对一个或多个区的一个或多个形状的考虑并入了关于PTV 204和OAR 302的额外信息(相对于仅考虑这些特征之间的相对距离)。这可以通过考虑这些特征的空间分布而不是仅仅它们的分离距离来提供对放射治疗设备的更安全且更准确的控制。当PTV 204的形状特别不规则(例如由于肿瘤具有特别不规则形状)和/或当OAR 302的形状特别不规则时，这具有特别的益处。
图3b描述了与图3a描述的那些特征相对应的特征，因此将避免重复解释这些特征。在图3b中，相对于图3a，PTV 204、OAR 302和缓冲区304向左移动了距离d。这可能是由于受试者向左移动距离d。虽然在该示例中，受试者的移动导致PTV 204、OAR 302和缓冲区304的对应移动，但在其它示例中，这些特征中的一者或多者可在不同方向上移动不同的量。这可能是例如由受试者的内部部分相对于受试者的外表面移动而引起的。PTV 204、OAR 302和受试者作为整体的移动可彼此直接或间接相关。被定义为包围PTV 204的外壳的缓冲区304可以不相对于PTV 204照此移动。然而，本文所述的技术可能导致缓冲区304的形状和尺寸的变化。
虽然图3b描述了其中PTV 204、OAR 302和缓冲区304已向左移动距离d以便便于理解的示例，但将理解，在本公开内容内考虑其它移动。在一些示例中，PTV 204、OAR 302和缓冲区304中的一者或多者可经历周期性运动，例如由于受试者的呼吸或心动周期。在一些示例中，PTV 204、OAR 302和缓冲区304中的一者或多者在这些周期中的一个周期内进行时间平均的位置可用于确定相对距离和缓冲区。
在图3b中，治疗区300未相对于图3a移动。换言之，放射治疗设备100可以将与图3a中相同的辐射施加到图3b中的相同位置。由于PTV 204、OAR 302和缓冲区304已移动，而治疗区300尚未移动，所以PTV 204、OAR 302和缓冲区304已相对于治疗区300移动。如从图3b可以看出，治疗区300至少部分地位于缓冲区304的外部。具体地，在图3b中，治疗区300的子集306(被示出为填充有对角线)位于缓冲区304外部。
根据本发明，控制器可以确定治疗区300至少部分地位于缓冲区304外部，即，确定治疗区304的子集306的存在，如图3b所示。特别地，图像数据可以提供关于受试者和/或受试者内的解剖结构的位置和/或移动的信息。例如，可以例如基于PTV 204和周围组织的已知解剖结构，从图像数据中识别PTV 204何时移动、移动了什么距离以及在什么方向上移动。由于被定义为围绕PTV 204的外壳的缓冲区304不相对于PTV 204照此移动，因此缓冲区的位置和/或移动可从PTV 204的移动来确定(即，可从图像数据来确定)。因此，由于治疗区300尚未移动，并且由于缓冲区304的位置可以从图像数据确定，所以可以确定治疗区300是否至少部分地位于缓冲区304外部。在其他示例中，治疗区300可以例如在治疗期间移动。控制器可以具有关于该移动的信息，或者可以通信地耦合到将该信息发送到控制器的部件。因此，在应用当前公开的技术时，控制器可以以时间相关的方式适当地更新治疗区300的位置。
响应于确定治疗区300至少部分地位于缓冲区304外部，控制器可以生成用于调整放射治疗的控制信号。控制信号可以包括发送到放射治疗设备的一个或多个部件的一个或多个控制信号。在控制信号被描述为被发送到多个部件的情况下，整个控制信号可以被发送到多个部件中的每一者，或者控制信号的单独部分可以被发送到每个部件。
如下面更详细地描述的，控制器可以被配置为将控制信号发送到治疗控制装置。治疗控制装置可以通信地耦合到控制器。治疗控制装置可以被配置为接收控制信号并实现控制信号，例如通过作用于包括在控制信号中的计算机可执行指令。治疗控制装置可以被配置为基于控制信号来控制或调整放射治疗。治疗控制装置可以包括辐射源、束跟踪或束成形部件(例如准直器108或多叶准直器)、辐射源定位***和患者定位表面中的一者或多者。
控制信号可以被配置为调整辐射源的输出。控制信号可以被配置为选通和/或降低辐射的剂量率。在这些示例中，控制信号可以至少被发送到辐射源，并且控制信号可以使辐射源选通和/或降低辐射的剂量率。如图3b所示，治疗区300的子集306与OAR 302交叠。因此，该控制信号可以通过关闭放射治疗束或降低放射治疗束的剂量率来防止对OAR 302的损伤。
替代性地或另外，可以生成控制信号并将其发送到束跟踪或束成形部件，例如发送到准直器108(例如多叶准直器)。该控制信号可以被配置为调整治疗区300的位置，例如以将其重新定位在缓冲区304内。控制信号可以被配置为使准直器108调整放射治疗束的形状。例如，准直器108可以是多叶准直器，并且控制信号可以被配置为调整多叶准直器的一个或多个叶的位置和/或取向。例如，这些技术可以使得能够跟踪放射治疗束以避免照射在缓冲区304外部。在一些示例中，可以调整多叶准直器的一个或多个叶的位置和/或取向，使得放射治疗束在治疗区300的子集306中被阻挡，从而导致治疗区的子集306不被照射。因此，可避免在缓冲区304外部和OAR 302内部的照射。
替代性地或另外，控制信号可以被发送到辐射源定位***，并且可以被配置为使辐射源定位***调整辐射源的位置和/或取向。辐射源定位***可以是台架116的一部分，或者可以将辐射源联接到台架116。辐射源定位***可以包括辐射源定位***控制器，其被配置为接收控制信号并通过移动辐射源定位***和/或辐射源来实现控制信号。
替代性地或另外，控制信号可以被发送到患者定位表面(在本文中也被称为患者支撑表面)以调整患者定位表面的位置和/或取向。这可以使得能够调整靶区相对于辐射源的位置。患者定位表面可以在三个平移(x、y、z)和三个旋转(滚动、俯仰、偏转)方向上移动，即其移动可以具有六个自由度。控制信号可以被配置为引起或调整患者定位表面在这些方向中的一者、多者或全部上的移动。患者定位表面可以包括患者定位表面控制器，其被配置为接收控制信号并通过移动患者定位表面来实现控制信号。
虽然图3b描述了其中治疗区300尚未相对于图3a移动以便便于理解的示例，但是将理解，在其他示例中，治疗区300可以在图3a中描述的第一时间点与图3b中描述的第二时间点之间移动。例如，PTV 204可以在治疗期间随时间变化，并且可以跨受试者的区跟踪放射治疗束以适应这一点。在这些示例中，可使用OAR 302的更新位置和/或PTV 204的更新位置来进行OAR 302与PTV 204之间的相对距离的确定以及基于此的缓冲区304的确定，其可基于来自一个或多个成像***的图像数据。在一些示例中，放射治疗设备可以被配置为使得治疗区300在PTV 204内移动。在这样的示例中，控制器仍然可以被配置为在治疗区300在特定时间点至少部分地位于缓冲区304外部时生成调整放射治疗的控制信号。
控制器可以被配置为在放射治疗期间从一个或多个成像***接收图像数据，确定相对距离，确定缓冲区，生成控制信号和/或发送控制信号。在放射治疗期间，这些步骤中的一者或多者可以多次或连续地执行。控制器可以被配置为在放射治疗期间实时地从一个或多个成像***接收图像数据，确定相对距离，确定缓冲区，生成控制信号和/或发送控制信号。控制器可以被配置为在放射治疗期间动态地从一个或多个成像***接收图像数据，确定相对距离，确定缓冲区，生成控制信号和/或发送控制信号。在放射治疗期间以这种动态/实时方式执行这些步骤中的一者或多者可以基于来自MR成像***的数据。通过在放射治疗期间实现缓冲区的这种动态变化，可以实现更适当/更准确的安全裕度，以便减少放射治疗的中断并提高放射治疗的效率。
在一些示例中，可以确定受试者或受试者的一部分是否已经移动，并且可以响应于确定受试者或受试者的一部分已经移动而执行从一个或多个成像***接收图像数据、确定相对距离、确定缓冲区、生成控制信号和/或发送控制信号中的一者或多者。在一些示例中，如果在随后的时间点确定受试者或受试者的一部分已经移动回到与先前时间点相关联的先前位置，则与先前时间点相关联的相对距离可以用作随后时间点的相对距离和/或与先前时间点相关联的缓冲区可以用作随后时间点的缓冲区。确定受试者或受试者的一部分是否已经移动可以基于图像数据。替代性地或另外，受试者或受试者的一部分是否已经移动的确定可以基于正在执行放射治疗的房间中的一个或多个其他传感器，例如胸带或相机。
在一些示例中，如果确定受试者或受试者的一部分相对于先前时间点尚未移动，则可以不执行从一个或多个成像***接收图像数据、确定相对距离、确定缓冲区、生成控制信号和/或发送控制信号中的一者或多者，至少直到随后的时间点。换言之，响应于确定受试者或受试者的一部分相对于先前时间点尚未移动，来自先前时间点的缓冲区可以被保留/保持使用。
在一些示例中，确定缓冲区可以包括调整先前缓冲区(例如先前缓冲区的一部分)。例如，可以基于到第一侧上的危及器官的相对距离已经改变(例如在治疗期间已经动态地改变)来调整缓冲区的第一侧。缓冲区的第二侧可以保持不变，即，先前缓冲区的与第二侧相对应的部分可以用于经调整的缓冲区的第二侧。这可以基于第二侧附近的解剖结构相对于确定先前缓冲区的时间点保持不变。保持不变的解剖结构可以指示在第二侧上的危及器官与第二侧上的靶区相距相同的距离或者处于预定阈值内的相同距离或者在第二侧上没有危及器官。
这些步骤使得能够改进对先前确定的距离和区的使用，并且使得能够仅在需要或基于放射治疗的进展而被证明合理时实现处理步骤。因此，这些步骤可以提高可用计算资源的使用效率，并且可以提高生成用于调整放射治疗的控制信号的速度。
在一些示例中，靶区可以根据第一向量移动，而危及器官保持静止或根据第二向量移动。在其他示例中，危及器官可以根据第一向量移动，而靶区保持静止或根据第二向量移动。例如，这可能是由于重力效应、受试者的解剖结构、移动的性质和/或受试者的一个或多个生理周期(例如呼吸或心脏运动)。靶区和/或危及器官和/或缓冲区可以随着受试者的移动而移动，而治疗区可以被控制为相对于正在执行放射治疗的房间的框架而移动。
根据本发明，控制器可从图像数据确定PTV 204与OAR 302之间的相对距离，并且控制器可基于图像数据确定治疗区304是否至少部分地位于缓冲区300外部。图像数据可以由一个或多个成像***生成。在一些示例中，相对距离可以从在第一时间点(例如在图3a中描述的时间点)获取的图像数据确定，并且治疗区300可以基于在第二(稍后的)时间点(例如在图3b中描述的时间点)获取的图像数据被确定为至少部分地位于缓冲区304外部。为了便于理解，图3b中没有描述第一宽度w1和第二宽度w2。然而，将理解，由于PTV 204、OAR302和缓冲区304已分别向图3b中的左侧移动距离d，因此PTV 204与OAR 302之间的对应相对距离、对应第一宽度w1和对应第二宽度w2分别适用于图3b，如同其适用于图3a一样。因此，PTV204与OAR 302之间的相对距离可替代性地从相同图像数据确定，基于该相同图像数据，治疗区300被确定为至少部分地位于缓冲区304外部，即在图3b中描述的第二时间点。换言之，由于图3b中PTV 204与OAR 302之间的相对距离与图3a中的相对距离相同，因此可从该相对距离导出相同缓冲区(具有相同的第一宽度w1和第二宽度w2)。
PTV 204和/或OAR 302的图像数据可以是时间相关的，并且可以连续地、间隔地、在预定时间点和/或在临床医生的提示时生成。这种生成可以发生在放射治疗期间。在一些示例中，图3a中描述的第一时间点可以在放射治疗期间。在其他示例中，图3a中描述的第一时间点可以在放射治疗开始之前，例如，在受试者处于治疗位置中的情况下。在一些示例中，确定相对距离和确定缓冲区的步骤可以基于由第一成像***(例如专用CT(计算机断层摄影)扫描仪、CBCT(锥形束计算机断层摄影)扫描仪、例如电子射野成像设备(EPID)的射野成像***、PET(正电子发射断层摄影)扫描仪或超声成像***)生成的图像数据来执行。在一些示例中，响应于确定治疗区300至少部分地位于缓冲区304外部而生成控制信号的步骤可以基于由第二成像***(例如MR成像***)生成的图像数据来执行。该图像数据可以在放射治疗期间生成。相对距离和缓冲区的治疗前确定可以用于确定初始治疗计划。在一些示例中，相对距离和缓冲区可以在放射治疗期间重新确定，以例如基于来自MR成像***的图像数据动态地更新治疗计划。在本文提到由一个或多个成像***生成的图像数据的情况下，所有图像数据可以由第一成像***生成，所有图像数据可以由第二(或第三、第四等)成像***生成，或者图像数据的不同部分可以由一个或多个成像***中的不同成像***生成。
控制器可以使用图像数据来连续地、间隔地、在预定时间点和/或在临床医生的提示时确定或更新相对距离和/或缓冲区304。控制器可以使用图像数据来连续地、间隔地、在预定时间点和/或在临床医生的提示时确定治疗区300是否至少部分地位于缓冲区外部，生成控制信号和/或将控制信号发送到放射治疗设备的一个或多个部件。因此，可以在放射治疗期间动态地重新计算这些量和确定，这可以提高放射治疗的准确性和安全性。这样，可以考虑在放射治疗期间受试者的不同区和物理特征的移动。
PTV 204、治疗区300、OAR 302、缓冲区304和治疗区300的子集306中的一者或多者可以是二维区(即面积)或三维区(即体积)。换言之，这些特征可以根据特定应用、要求、可用的传感器、可用的数据和可用的处理能力由控制器在二维或三维中考虑、存储、计算和/或确定。
将理解，选通治疗束使得能够在一些时间段中选择性地施加辐射而在其他时间段中不施加辐射。辐射源可以包括粒子源，例如电子源106和射频(RF)场源102(如图1所示)。电子源可以提供电子的来源，该电子的来源例如通过撞击靶而生成要被递送到受试者的辐射剂量。RF场源可以电磁地加速电子到适于提供辐射剂量的期望速度。辐射源可以通过选择性地控制电子源接通(激活)或断开(未激活)来选通。替代性地或另外，辐射源100可以通过选择性地控制RF场源接通(激活)或断开(未激活)来选通。这样，可以根据期望的参数(例如基于根据本发明的控制信号)来控制由辐射源施加辐射剂量。
辐射源可以包括辐射源控制器，其适于例如通过选通辐射源、停止辐射源的选通和/或调整辐射源的剂量率来控制辐射源。控制器可以将控制信号发送到辐射源控制器。控制信号可以包括用于立即、在定义的稍后时间、在定义的间隔之后、或这些的某种组合实现这样的选通或停止这样的选通或调整剂量率的指令。因此，控制信号可以包括用于由辐射源对束进行时变或时间相关的选通和/或由辐射源对剂量率进行调整的指令。
图4描述了根据本发明的控制放射治疗设备的方法400。该方法可以使用如当前公开的放射治疗设备100来执行。该方法可以是计算机实现的方法。
在步骤402中，可以向受试者的治疗区300施加辐射。辐射可以由辐射源施加。辐射可以根据治疗计划来施加。
在步骤404中，可以针对受试者生成图像数据。图像数据可以由一个或多个成像***生成，成像***可以包括磁共振(MR)成像***。图像数据可以是二维的或三维的。图像数据可以是整个受试者的图像数据，或者可以是包括治疗区300和/或靶区/PTV 204的受试者子集的图像数据。在放射治疗期间，即在将辐射施加到受试者的同时，可以重复地或连续地生成图像数据。替代性地或另外，可以在一系列预定时间点和/或在临床医生的提示时生成图像数据。在一些示例中，可以在治疗开始之前生成图像数据的至少一部分。
在步骤406中，可以基于图像数据确定靶区/PTV 204与危及器官302之间的相对距离。该确定可以由通信地耦合到辐射源和一个或多个成像***的控制器进行。一个或多个成像***可以将图像数据发送到控制器。在放射治疗期间，即在将辐射施加到受试者的同时，可以重复地或连续地进行该发送。替代性地或另外，可以在一系列预定时间点和/或在临床医生的提示时进行发送。相对距离可以是靶区204与危及器官302之间的向量。该向量可以在二维或三维中定义。相对距离可以被定义为靶区204的表面与危及器官302的表面之间的最小距离。靶区204的表面可以是靶区的等剂量面。替代性地，相对距离可以被确定为靶区204的质心与危及器官302的质心之间的距离。
在步骤408中，可以至少部分地基于相对距离来在靶区204周围确定缓冲区304。该确定可以由控制器做出。缓冲区可以是各向异性的。缓冲区可以在不同方向上延伸超过靶区不同的距离。对于从靶区204到危及器官302的第一方向和不同于第一方向的第二方向，缓冲区可以在第一方向上比在第二方向上延伸更小的距离(即，更薄)。
在步骤410中，可以确定治疗区300是否至少部分地位于缓冲区304外部。换言之，可以确定治疗区300的非零子集306是否位于缓冲区304外部。该确定可以由控制器做出。该确定可以至少部分地基于受试者的图像数据。图像数据可以是与上述步骤404和步骤406中提到的相同的图像数据。替代性地，图像数据可以是在稍后的时间点获取的图像数据。一个或多个成像***可以包括磁共振成像(MRI)***。图像数据可以是二维的或三维的。图像数据可以是整个受试者的图像数据，或者可以是包括治疗区300和/或靶区204的受试者子集的图像数据。在放射治疗期间，即在将辐射施加到受试者的同时，可以重复地或连续地生成图像数据。替代性地或另外，可以在一系列预定时间点和/或在临床医生的提示时生成图像数据。在一些实现方式中，确定可以包括确定治疗区300是否延伸超过缓冲区304至少阈值量。阈值量可以是治疗区300或靶区204的绝对体积或百分比。
响应于确定治疗区300不是至少部分地在缓冲区304外部，该方法可以返回到步骤402。步骤402至410可以连续地或间隔地执行。响应于确定治疗区300至少部分地在缓冲区304外部，该方法可以继续到步骤412。
在步骤412中，可以生成用于调整放射治疗的控制信号。控制信号可以由控制器生成。控制信号可以被配置为调整辐射源的输出。控制信号可以被配置为选通辐射源。替代性地或另外，控制信号可以被配置为调整(例如减小)由辐射源施加的辐射的剂量率。剂量率可以基于位于缓冲区304外部的治疗区300的子集306的尺寸而减小。特别地，控制信号可以被配置为在治疗区300的较大子集306位于缓冲区304外部时将剂量率减小较大的量，在治疗区300的较小子集306位于缓冲区304外部时将剂量率减小较小的量。替代性地或另外，控制信号可以被配置为使辐射源定位***调整辐射源的位置和/或取向。替代性地或另外，控制信号可以被配置为使准直器108调整放射治疗束的形状。例如，准直器108可以是多叶准直器，并且控制信号可以被配置为调整多叶准直器的一个或多个叶的位置和/或取向。替代性地或另外，控制信号可以被配置为调整患者定位表面的位置和/或取向。这可以使得能够调整靶区相对于辐射源的位置。
在一些示例中，如果当前剂量率高于预定阈值和/或如果治疗区300至少部分地位于缓冲区304外部至少预定时间段，则控制器可以仅生成用于调整辐射源的输出的控制信号。这适应了危及器官302可能能够承受以小或中等剂量率照射小或中等时间量的事实。这避免了不必要地停止放射治疗，从而提高了放射治疗的效率。控制器可以基于图像数据并且基于剂量率和治疗区300至少部分地位于缓冲区304外部的时间量的乘积来确定施加到危及器官或其一部分的剂量。换言之，控制器可以被配置为进一步基于确定当前剂量率高于预定阈值和/或进一步基于确定治疗区300已经至少部分地位于缓冲区304外部至少预定时间段来生成和/或发送控制信号。响应于确定治疗区300至少部分地位于缓冲区304外部，控制器可以在生成或发送控制信号之前引入延迟，并且可以仅在剂量率高于预定阈值和/或治疗区300已经至少部分地位于缓冲区304外部至少预定时间段时生成或发送控制信号。
控制信号可以被发送到放射治疗设备的一个或多个部件，例如辐射源、辐射源定位***、准直器108或多叶准直器和/或患者定位表面。控制信号可以由控制器发送。控制信号可以使辐射源选通辐射，例如通过关闭电子源或者通过关闭用于加速电子的RF场。替代性地或另外，控制信号可控制辐射源以减小由辐射源施加的剂量率，例如通过减小电子源或通过减小RF场。替代性地或另外，控制信号可以使辐射源定位***调整辐射源的位置和/或取向。替代性地或另外，控制信号可以使准直器调整由辐射源发射的放射治疗束的形状(即，在由辐射源发射放射治疗束之后调整放射治疗束的形状)。替代性地或另外，控制信号可以引起患者定位表面的位置和/或取向的调整。
一个或多个成像***可以在控制信号的发送和/或实现之后继续生成图像数据。控制器可以使用该图像数据来确定治疗区300是否继续至少部分地位于缓冲区304外部。如果治疗区300在稍后的时间点不再至少部分地位于缓冲区304外部，则控制器可以生成另外的控制信号，并且可以将该另外的控制信号发送到辐射源。该另外的控制信号可以被配置为使辐射源施加辐射，增加所施加的辐射的剂量率，使辐射源定位***调整辐射源的位置和/或取向，使准直器108调整放射治疗束的形状和/或调整患者定位表面的位置和/或取向。
图5描述了根据本发明的生成用于放射治疗设备的控制信号的方法500。该方法可以使用如当前公开的放射治疗设备100的控制器来执行。该方法可以是计算机实现的方法。在方法500的步骤对应于或类似于方法400的相应步骤的情况下，将理解，对应特征和/或解释可适用。
在步骤502中，可以针对受试者接收图像数据。图像数据可以由一个或多个成像***生成并从其接收。一个或多个成像***可以包括磁共振(MR)成像***。图像数据可以是二维的或三维的。图像数据可以是整个受试者的图像数据，或者可以是包括治疗区300和/或靶区204的受试者子集的图像数据。在放射治疗期间，即在将辐射施加到受试者的同时，可以重复地或连续地生成图像数据。替代性地或另外，可以在一系列预定时间点和/或在临床医生的提示时生成图像数据。在一些示例中，可以在治疗开始之前生成图像数据的至少一部分。
在步骤504中，可以基于图像数据确定靶区204与危及器官302之间的相对距离。相对距离可以是靶区204与危及器官302之间的向量。该向量可以在二维或三维中定义。相对距离可以被定义为靶区的表面与危及器官302的表面之间的最小距离。靶区204的表面可以是靶区204的等剂量面。替代性地，相对距离可以被确定为靶区204的质心与危及器官302的质心之间的距离。
在步骤506中，可以至少部分地基于相对距离来在靶区204周围确定缓冲区304。该确定可以由控制器做出。缓冲区304可以是各向异性的。缓冲区304可以在不同方向上延伸超过靶区204不同的距离。对于从靶区204到危及器官302的第一方向和不同于第一方向的第二方向，缓冲区304可以在第一方向上比在第二方向上延伸更小的距离(即，更薄)。
在步骤508中，可以确定受试者的治疗区300是否至少部分地位于缓冲区304外部。换言之，可以确定治疗区300的非零子集306是否至少部分地位于缓冲区304外部。该确定可以至少部分地基于受试者的图像数据。图像数据可以是与上述步骤502和步骤504中提到的相同的图像数据。替代性地，图像数据可以是在稍后的时间点获取的图像数据。一个或多个成像***可以包括磁共振(MR)成像***。图像数据可以是二维的或三维的。图像数据可以是整个受试者的图像数据，或者可以是包括治疗区300和/或靶区204的受试者子集的图像数据。在放射治疗期间，即在将辐射施加到受试者的同时，可以重复地或连续地生成图像数据。替代性地或另外，可以在一系列预定时间点和/或在临床医生的提示时生成图像数据。在一些实现方式中，可以确定治疗区300是否延伸超过缓冲区304至少阈值量。阈值量可以是治疗区300或靶区204的绝对体积或百分比。
响应于确定治疗区300不是至少部分地在缓冲区304外部，该方法可以返回到步骤502。步骤502至508可以连续地或间隔地执行。响应于确定治疗区300至少部分地在缓冲区304外部，该方法可以继续到步骤510。
在步骤510中，可以生成用于调整放射治疗的控制信号。控制信号可以被配置为调整辐射源的输出。控制信号可以被配置为选通辐射源。替代性地或另外，控制信号可以被配置为调整(例如减小)由辐射源施加的辐射的剂量率。替代性地或另外，控制信号可以被配置为使辐射源定位***调整辐射源的位置和/或取向。替代性地或另外，控制信号可以被配置为使准直器108调整由辐射源发射的放射治疗束的形状(即，在由辐射源发射放射治疗束之后调整放射治疗束的形状)。替代性地或另外，控制信号可以被配置为调整患者定位表面的位置和/或取向。
控制器可以在控制信号的发送之后继续接收图像数据。控制器可以使用该图像数据来确定治疗区300是否继续至少部分地位于缓冲区外部。如果治疗区300在稍后的时间点不再至少部分地位于缓冲区304外部，则控制器可以生成另外的控制信号，并且可以将该另外的控制信号发送到辐射源。该另外的控制信号可以被配置为使辐射源施加辐射，增加所施加的辐射的剂量率，使辐射源定位***调整辐射源的位置和/或取向，使准直器108调整放射治疗束的形状和/或调整患者定位表面的位置和/或取向。
本文公开的装置可以被配置为执行当前公开的任一方法步骤，并且可以包括计算机可执行指令，当由处理器执行时，计算机可执行指令使得处理器执行当前公开的任一方法步骤。装置被配置为执行的任一步骤可以被认为是本发明的方法步骤，并且可以在用于由处理器执行的计算机可执行指令中具体实施。
虽然本文公开的方法以特定的先后顺序呈现，但这不应被认为将方法限制为所呈现的顺序。可以省略或重新排列一个或多个方法步骤。可以以不同的顺序执行各个步骤。可以同时或大致同时地执行各个步骤。在本文中，对大致同时发生的事件的引用可以指在测量不确定性内在时间上至少部分重叠的事件和/或同时发生的事件。
本文提供了一种计算机实现的方法，包括：从一个或多个成像***针对受试者接收图像数据；基于图像数据确定靶区与危及器官之间的相对距离；至少部分地基于相对距离在靶区周围确定缓冲区；以及响应于受试者的治疗区至少部分地位于缓冲区外部而生成用于调整放射治疗的控制信号。
计算机实现的方法可以包括：将控制信号发送到辐射源，其中，控制信号被配置为调整辐射源的输出。控制信号可以被配置为使辐射源选通辐射的施加。控制信号可以被配置为使辐射源降低辐射的剂量率。控制信号可以被配置为基于位于缓冲区外部的治疗区的子集的尺寸使辐射源减小辐射的剂量率。
计算机实现的方法可以包括：将控制信号发送到辐射源定位***，其中，控制信号被配置为使辐射源定位***调整辐射源的位置和/或取向。
计算机实现的方法可以包括：将控制信号发送到准直器，其中，控制信号被配置为使准直器调整由辐射源发射的放射治疗束的形状。准直器可以是多叶准直器，其中，控制信号被配置为使准直器调整放射治疗束的形状包括：控制信号被配置为调整多叶准直器的一个或多个叶的位置和/或取向。
计算机实现的方法可以包括：将控制信号发送到患者定位表面，其中，控制信号被配置为调整患者定位表面的位置和/或取向。
缓冲区可以是各向异性的。缓冲区可以在不同方向上延伸超过靶区不同的距离。缓冲区在危及器官所在的第一方向上的第一宽度可以小于缓冲区在没有危及器官所在的第二方向上的第二宽度。
计算机实现的方法可以包括：基于图像数据确定靶区的形状和/或危及器官的形状；以及至少部分地基于靶区的形状和/或危及器官的形状来确定靶区周围的缓冲区。
计算机实现的方法可以包括：进一步基于确定当前剂量率高于预定阈值和/或进一步基于确定治疗区已经至少部分地位于缓冲区外部至少预定时间段来生成和/或发送控制信号。
图像数据可以是三维图像数据，其中，计算机实现的方法包括：确定三维的相对距离，确定三维的缓冲区，以及确定治疗区是否至少部分地位于三维的缓冲区外部。一个或多个成像***可以包括磁共振成像***。
计算机实现的方法可以包括：在放射治疗期间，多次或连续地从一个或多个成像***接收图像数据，确定相对距离，确定缓冲区，生成控制信号和/或发送控制信号。
计算机实现的方法可以包括：基于图像数据确定靶区与多个危及器官中的每一者之间的相应相对距离；以及至少部分地基于相对距离来确定靶区周围的缓冲区。
图6例示了计算设备600的一个实现方式的框图，在该计算设备内，可以执行用于使得计算设备执行本文讨论的方法中的任何一者或多者的指令集。在替代实现方式中，计算设备可连接(例如联网)到局域网(LAN)、内联网、外联网或因特网中的其它机器。计算设备可以在客户端-服务器网络环境中以服务器或客户端机器的能力操作，或者在对等(或分布式)网络环境中作为对等机器操作。计算设备可以是个人计算机(PC)、平板计算机、机顶盒(STB)、个人数字助理(PDA)、蜂窝电话、网络电器、服务器、网络路由器、交换机或网桥、或者能够执行一组指令(顺序的或以其他方式的)的任何机器，该组指令指定要由该机器采取的动作。进一步地，虽然仅例示了单个计算设备，但是术语“计算设备”还应当被采取为包括单独地或联合地执行一组(或多组)指令以执行本文所讨论的方法中的任何一者或多者的机器(例如计算机)的任何集合。
示例计算设备600包括处理设备602、主存储器604(例如只读存储器(ROM)、闪存、例如同步DRAM(SDRAM)或Rambus DRAM(RDRAM)的动态随机存取存储器(DRAM)等)、静态存储器606(例如闪存、静态随机存取存储器(SRAM)等)以及辅助存储器(例如数据存储设备618)，其经由总线630彼此通信。
处理设备602表示一个或多个通用处理器，例如微处理器、中央处理单元等。更特别地，处理设备602可以是复杂指令集计算(CISC)微处理器、精简指令集计算(RISC)微处理器、超长指令字(VLIW)微处理器、实现其他指令集的处理器、或实现指令集的组合的处理器。处理设备602还可以是一个或多个专用处理设备，例如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、网络处理器等。处理设备602被配置为执行用于执行本文讨论的操作和步骤的处理逻辑(指令622)。
计算设备600还可以包括网络接口设备608。计算设备600还可以包括视频显示单元610(例如液晶显示器(LCD)或阴极射线管(CRT))、字母数字输入设备612(例如键盘或触摸屏)、光标控制设备614(例如鼠标或触摸屏)以及音频设备616(例如扬声器)。
数据存储设备618可以包括一个或多个机器可读存储介质(或更具体地，一个或多个非瞬态计算机可读存储介质)628，在其上存储具体实施本文描述的方法或功能中的任何一者或多者的一组或多组指令622。指令622在其由计算机***600执行期间还可以完全或至少部分地驻留在主存储器604内和/或处理设备602内，主存储器604和处理设备602也构成计算机可读存储介质。
上述各种方法可以由计算机程序来实现。计算机程序可以包括计算机代码，其被布置为指示计算机执行上述各种方法中的一者或多者的功能。可以在一个或多个计算机可读介质上，或者更一般地，在计算机程序产品上，将用于执行这种方法的计算机程序和/或代码提供给例如计算机的装置。计算机可读介质可以是瞬态或非瞬态的。一个或多个计算机可读介质可以是例如电子、磁、光、电磁、红外或半导体***，或者是用于数据传输(例如用于通过因特网下载代码)的传播介质。替代性地，一个或多个计算机可读介质可以采取一个或多个物理计算机可读介质的形式，例如半导体或固态存储器、磁带、可移动计算机磁盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬磁盘和光盘(例如CD-ROM、CD-R/W或DVD)。
在实现方式中，本文描述的模块、部件和其它特征可以被实现为分立部件，或者被集成在例如ASIC、FPGA、DSP或类似设备的硬件部件的功能中。
“硬件部件”是能够执行某些操作的有形(例如非瞬态)物理部件(例如一组一个或多个处理器)，并且可以以某种物理方式来配置或布置。硬件部件可以包括被永久地配置为执行某些操作的专用电路或逻辑。硬件部件可以是或包括专用处理器，例如现场可编程门阵列(FPGA)或ASIC。硬件部件还可以包括可编程逻辑或电路，其由软件临时配置以执行某些操作。
因此，短语“硬件部件”应被理解为涵盖可被物理地构造、永久地配置(例如硬连线)或临时地配置(例如编程)为以某一方式操作或执行本文描述的某些操作的有形实体。
另外，模块和部件可以被实现为硬件设备内的固件或功能电路。进一步地，模块和部件可以以硬件设备和软件部件的任何组合来实现，或者仅以软件(例如存储或以其他方式具体实施在机器可读介质或传输介质中的代码)来实现。
除非另外特别陈述，否则如从以下讨论中明了的，应当理解，在整个说明书中，利用例如“接收”、“确定”、“比较”、“实现”、“维持”、“识别”、“施加”、“发送”、“生成”等术语的讨论指的是计算机***或类似电子计算设备的动作和过程，该计算机***或类似电子计算设备操纵表示为计算机***的寄存器和存储器内的物理(电子)量的数据并将其变换成类似地表示为计算机***存储器或寄存器或其他这样的信息存储、发送或显示设备内的物理量的其他数据。
本文描述的方法可以在计算机可读介质上具体实施，该计算机可读介质可以是非瞬态计算机可读介质。计算机可读介质可以承载计算机可读指令，这些计算机可读指令布置成在处理器上执行，以便使得处理器进行本文描述的任何或所有方法。
如本文所用的术语“计算机可读介质”是指存储用于使处理器以特定方式操作的数据和/或指令的任何介质。这种存储介质可以包括非易失性介质和/或易失性介质。非易失性介质可以包括例如光盘或磁盘。易失性介质可以包括动态存储器。存储介质的示例性形式包括软盘、软磁盘、硬盘、固态驱动器、磁带或任何其它磁性数据存储介质、CD-ROM、任何其它光学数据存储介质、具有一个或多个孔的图案的任何物理介质、RAM、PROM、EPROM、闪速EPROM、NVRAM以及任何其它存储芯片或匣。
应当理解，上述描述旨在是说明性的，而不是限制性的。在阅读和理解以上描述之后，许多其它实现方式对于本领域技术人员将是明了的。尽管已经参考具体示例实现方式描述了本发明，但是将认识到，本发明不限于所描述的实现方式，而是可以在所附权利要求的范围内利用修改和变更来实践。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而不是限制性的。因此，本发明的范围应当参考所附权利要求以及这些权利要求所授权的等同物的全部范围来确定。

Claims (25)

1.一种放射治疗设备，包括：
辐射源，其被配置为根据治疗计划向与受试者重合的治疗区施加辐射；
一个或多个成像***，其被配置为针对所述受试者生成图像数据；和
控制器，其通信地耦合到所述辐射源和所述一个或多个成像***，所述控制器被配置为：
基于所述图像数据确定所述受试者的靶区与所述受试者的危及器官之间的相对距离，其中，所述治疗计划包括针对所述靶区的规定剂量；
至少部分地基于所述相对距离确定所述靶区周围的缓冲区；以及
响应于基于所述图像数据确定所述治疗区至少部分地位于所述缓冲区外部而生成用于调整放射治疗的控制信号。
2.根据权利要求1所述的放射治疗设备，其中，所述控制器被配置为将所述控制信号发送到所述辐射源，并且所述控制信号被配置为调整所述辐射源的输出。
3.根据权利要求2所述的放射治疗设备，其中，所述控制信号被配置为使所述辐射源选通辐射的施加。
4.根据权利要求2或3所述的放射治疗设备，其中，所述控制信号被配置为使所述辐射源降低辐射的剂量率。
5.根据权利要求4所述的放射治疗设备，其中，所述控制信号被配置为基于位于所述缓冲区外部的所述治疗区的子集的尺寸使所述辐射源减小所述辐射的剂量率。
6.根据前述权利要求中任一项所述的放射治疗设备，其中，所述控制器被配置为将所述控制信号发送到辐射源定位***，并且所述控制信号被配置为使所述辐射源定位***调整所述辐射源的位置和/或取向。
7.根据前述权利要求中任一项所述的放射治疗设备，其中，所述控制器被配置为将所述控制信号发送到准直器，并且所述控制信号被配置为使所述准直器调整由所述辐射源发射的放射治疗束的形状。
8.根据权利要求7所述的放射治疗设备，其中，所述准直器是多叶准直器，并且其中，所述控制信号被配置为使所述准直器调整所述放射治疗束的形状包括：所述控制信号被配置为调整所述多叶准直器的一个或多个叶的位置和/或取向。
9.根据前述权利要求中任一项所述的放射治疗设备，其中，所述控制器被配置为将所述控制信号发送到患者定位表面，并且所述控制信号被配置为调整所述患者定位表面的位置和/或取向。
10.根据前述权利要求中任一项所述的放射治疗设备，其中，所述缓冲区是各向异性的。
11.根据前述权利要求中任一项所述的放射治疗设备，其中，所述缓冲区在不同方向上以不同的距离延伸超过所述靶区。
12.根据前述权利要求中任一项所述的放射治疗设备，其中，所述缓冲区在所述危及器官所在的第一方向上的第一宽度小于所述缓冲区在危及器官所不在的第二方向上的第二宽度。
13.根据前述权利要求中任一项所述的放射治疗设备，其中，所述控制器被配置为：
基于所述图像数据确定所述靶区的形状和/或所述危及器官的形状；以及
至少部分地基于所述靶区的形状和/或所述危及器官的形状来确定所述靶区周围的所述缓冲区。
14.根据前述权利要求中任一项所述的放射治疗设备，其中，所述控制器被配置为进一步基于确定当前剂量率高于预定阈值和/或进一步基于确定所述治疗区已经至少部分地位于所述缓冲区外部至少预定时间段来生成和/或发送所述控制信号。
15.根据前述权利要求中任一项所述的放射治疗设备，其中，所述图像数据是三维图像数据，并且其中，所述控制器被配置为确定三维的相对距离，确定三维的缓冲区，以及确定所述治疗区是否至少部分地位于所述三维的缓冲区外部。
16.根据前述权利要求中任一项所述的放射治疗设备，其中，所述一个或多个成像***包括磁共振成像***。
17.根据前述权利要求中任一项所述的放射治疗设备，其中，所述控制器被配置为在放射治疗期间多次或连续地从所述一个或多个成像***接收图像数据、确定所述相对距离、确定所述缓冲区、生成所述控制信号和/或发送所述控制信号。
18.根据前述权利要求中任一项所述的放射治疗设备，其中，所述控制器被配置为：
基于所述图像数据确定所述靶区与多个危及器官中的每一者之间的相应的相对距离；以及
至少部分地基于所述相对距离确定所述靶区周围的所述缓冲区。
19.一种计算机实现的方法，包括：
从一个或多个成像***接收针对受试者的图像数据；
基于所述图像数据确定所述受试者的靶区与所述受试者的危及器官之间的相对距离，其中，治疗计划包括针对所述靶区的规定剂量；
至少部分地基于所述相对距离确定所述靶区周围的缓冲区；以及
响应于与所述受试者重合的治疗区至少部分地位于所述缓冲区外部而生成用于调整放射治疗的控制信号。
20.根据权利要求19所述的计算机实现的方法，其中，所述计算机实现的方法包括：将所述控制信号发送到辐射源、辐射源定位***、准直器、多叶准直器或患者定位表面中的一者或多者。
21.根据权利要求19或20所述的计算机实现的方法，其中，
所述缓冲区是各向异性的；
所述缓冲区在不同方向上以不同的距离延伸超过所述靶区；和/或
所述缓冲区在所述危及器官所在的第一方向上的第一宽度小于所述缓冲区在危及器官所不在的第二方向上的第二宽度。
22.根据权利要求19至21中任一项所述的计算机实现的方法，其中，所述计算机实现的方法包括：
基于所述图像数据确定所述靶区的形状和/或所述危及器官的形状；以及
至少部分地基于所述靶区的形状和/或所述危及器官的形状来确定所述靶区周围的所述缓冲区。
23.根据权利要求19至22中任一项所述的计算机实现的方法，其中，所述计算机实现的方法包括：
进一步基于确定当前剂量率高于预定阈值和/或进一步基于确定所述治疗区已经至少部分地位于所述缓冲区外部至少预定时间段来生成和/或发送所述控制信号。
24.根据权利要求19至23中任一项所述的计算机实现的方法，其中，
所述图像数据是三维图像数据，并且所述计算机实现的方法包括：确定三维的相对距离，确定三维的缓冲区，以及确定所述治疗区是否至少部分地位于所述三维的缓冲区外部；
所述计算机实现的方法包括：在放射治疗期间多次或连续地从所述一个或多个成像***接收图像数据、确定所述相对距离、确定所述缓冲区、生成所述控制信号和/或发送所述控制信号；和/或
所述计算机实现的方法包括：基于所述图像数据确定所述靶区与多个危及器官中的每一者之间的相应的相对距离；以及至少部分地基于所述相对距离确定所述靶区周围的所述缓冲区。
25.一种包括计算机可执行指令的计算机可读介质，所述计算机可执行指令在由处理器执行时，使得所述处理器执行根据权利要求19至24中任一项所述的方法。
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