技术领域
[0001] 本
发明涉及外部射束
放射治疗，具体来说，涉及图像引导的外部射束放射治疗。
背景技术
[0002] 在放射治疗(RT)的日常实践中，相对于承载RT源的旋转弧的固定中心对对象进行
定位。定位隐含对对象台的高度调节和横向调节。该定位被要求为对超过能够通过从不同
角度施加RT射线获得的变化的病灶中的剂量进行优化。
[0003] MR(磁共振)与线性
加速器(LINAC)的集成通过改进的病灶靶向，特别是对于移动的器官，开启了新的
视野。在实际的实施方式提议中，LINAC围绕对象旋转，以从多个角度击中总目标体积(GTV)和临床目标体积(CTV)，同时使对于周围组织的
辐射暴露最小化。
[0004] 磁共振装置与LINAC放射治疗源的组合是已知的。通常，LINAC源关于磁体被放置在旋转
机架上，并且磁体被设计为使得LINAC在磁体的零场区域中旋转。
[0005] 国际
专利申请WO 2009/012577A1公开了使用射野成像以在放射治疗期间
修改处置参数。
发明内容
[0006] 本发明在独立
权利要求中提供了一种医学仪器、
计算机程序产品和方法。在
从属权利要求中给出了
实施例。
[0007] 如本领域技术人员将认识到的，本发明的各方面可以被实施为装置、方法或计算机程序产品。因此，本发明的各方面可以采用以下形式：完全
硬件实施例、完全
软件实施例(包括
固件、驻留软件、微代码等)或在本文中全部被通称为“
电路”、“模
块”或“系统”的组合了软件方面和硬件方面的实施例。此外，本发明的各方面可以采用被实施在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，所述一个或多个计算机可读介质具有被实施在其上的计算机可执行代码。
[0008] 可以利用一个或多个计算机可读介质的任何组合。计算机可读介质可以是计算机可读
信号介质或计算机可读存储介质。如在本文中所使用的“计算机可读存储介质”涵盖可以存储由计算设备的处理器可运行的指令的任何有形存储介质。计算机可读存储介质可以被称为计算机可读非瞬态存储介质。计算机可读存储介质也可以被称为有形计算机可读介质。在一些实施例中，计算机可读存储介质也能够存储能够由计算设备的处理器存取的数据。计算机可读存储媒介的范例包括但不限于：
软盘、磁
硬盘驱动器、固态硬盘、闪盘
存储器、USB拇指驱动器、
随机存取存储器(RAM)、
只读存储器(ROM)、光盘、磁光盘以及处理器的寄存器文件。光盘的范例包括压缩盘(CD)和数字多用盘(DVD)，例如，CD-ROM、CD-RW、CD-R、DVD-ROM、DVD-RW或DVD-R盘。术语计算机可读存储介质还指能够由计算机设备经由网络或通信链路进行存取的各种类型的记录媒介。例如，可以在
调制解调器上、在互联网上或在局域网上检索数据。可以使用任何适当的介质来发送在计算机可读介质上实施的计算机可执行代码，所述任何适当的介质包括但不限于：无线、有线、光纤缆线、RF等，或前面的任何合适的组合。
[0009] 计算机可读信号介质可以包括例如在基带中或作为载波的部分的、在其中实施计算机可执行代码的传播的数据信号。这样的经传播的信号可以采用各种形式中的任何形式，包括但不限于：电磁、光学或其任何合适的组合。计算机可读信号介质可以是这样的任何计算机可读介质：所述计算机可读介质不是计算机可读存储介质并且能够传递、传播或传输用于由指令执行系统、装置或设备使用的程序或与指令执行系统、装置或设备结合使用的程序。
[0010] “计算机存储器”或“存储器”是计算机可读存储介质的范例。计算机存储器是能由处理器直接进行存取的任何存储器。“计算机存储设备”或“存储设备”是计算机可读存储介质的另外的范例。计算机存储设备是任何非易失性计算机可读存储介质。在一些实施例中，计算机存储设备也可以是计算机存储器，或者反之亦然。
[0011] 本文中所使用的“处理器”涵盖能够运行程序或机器可执行指令或计算机可运行代码的
电子部件。对包括“处理器”的计算设备的引用应当被解读为可能包含多于一个处理器或处理核。处理器例如可以是
多核处理器。处理器也可以指在单个
计算机系统内的或被分布在多个计算机系统之间的处理器的集合。术语计算设备也应当被解读为可能指多个计算设备的集合或网络，所述多个计算设备每个均包括一个或多个处理器。计算机可执行代码可以由可以在相同的计算设备内或者甚至可以被分布在多个计算设备上的多个处理器来运行。
[0012] 计算机可执行代码可以包括令处理器执行本发明的方面的机器可执行指令或程序。用于执行针对本发明的各方面的操作的计算机可执行代码可以被写成一种或多种编程语言的任何组合，包括面向对象的编程语言(诸如，Java、Smalltalk、C++等)和常规程序编程语言(诸如，“C”编程语言或类似的编程语言)，并且被编译成机器可执行指令。在一些实例中，计算机可执行代码可以是高级语言的形式或是预编译的形式，并且可以与解读器联合使用，所述解读器在运行中生成机器可执行指令。
[0013] 计算机可执行代码可以完全在用户的计算机上、部分在用户的计算机上、作为单机
软件包、部分在用户的计算机上并且部分在远程计算机上，或者完全在远程计算机或
服务器上运行。在后一种场景中，远程计算机可以通过任何类型的网络被连接到用户的计算机，所述网络包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，或者可以连接到外部计算机(例如，通过使用互联网服务提供商的互联网)的连接。
[0014] 参考根据本发明的实施例的
流程图图示和/或方法、装置(系统)以及计算机程序产品的方
框图描述了本发明的各方面。应当理解，在适当时能够由计算机可执行代码形式的计算机程序指令来实施流程图、图示和/或方框图的方框的每个方框或部分。还应当理解，当互不排斥时，可以对不同的流程图、图示和/或方框图中的方框进行组合。可以将这些计算机程序指令提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程
数据处理装置的处理器以产生机器，使得经由计算机或其他可编程数据处理装置的处理器运行的指令创建用于实施流程图和/或方框图的一个或多个方框中
指定的功能/动作的单元。
[0015] 这些计算机程序指令也可以被存储在计算机可读介质中，所述计算机可读介质能够指导计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备来以具体方式起作用，使得被存储在计算机可读介质中的指令产生制品，所述制品包括实施在流程图和/或方框图的一个或多个方框中指定的功能/动作的指令。
[0016] 计算机程序指令可以被加载到计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备上，以导致要在计算机、其他可编程装置或其他设备上执行的一系列可操作步骤，以产生计算机实施的处理，使得在计算机或其他可编程装置上运行的指令提供用于实施在流程图和/或方框图的一个或多个方框中指定的功能/动作的处理。
[0017] 如在本文中所使用的“用户
接口”是允许用户或操作者与计算机或计算机系统交互的接口。“用户接口”也可以被称为“人类接口设备”。用户接口可以向操作者提供信息或数据和/或从操作者接收信息或数据。用户接口可以使得来自操作者的输入能够被计算机接收，并且可以从计算机向用户提供输出。换言之，用户接口可以允许操作者控制或操纵计算机，并且接口可以允许计算机指示操作者的控制或操纵的效果。显示器或图形用户接口上对数据或信息的显示是向操作者提供信息的范例。通过
键盘、
鼠标、
跟踪球、触控板、指点杆、图形输入板、操纵杆、游戏
手柄、
网络摄像头、头戴式受话器、
变速杆、
方向盘、
脚踏板、有线手套、跳舞毯、遥控器以及
加速度计来接收数据是使得能够从操作者接收信息或数据的用户接口部件的全部范例。
[0018] 如在本文中所使用的“硬件接口”涵盖使得计算机系统的处理器能够与外部计算设备和/或装置交互和/或控制外部计算设备和/或装置的接口。硬件接口可以允许处理器向外部计算设备和/或装置发送
控制信号或指令。硬件接口也可以使得处理器能够与外部计算设备和/或装置交换数据。硬件接口的范例包括但不限于：通用
串行总线、IEEE 1394端口、并行端口、IEEE 1284端口、串行端口、RS-232端口、IEEE-488端口、蓝牙连接、无线局域网连接、TCP/IP连接、以太网连接、控制
电压接口、MIDI接口、模拟输入接口以及数字输入接口。
[0019] 在本文中所使用的“显示器”或“显示设备”涵盖适用于显示图像或数据的输出设备或用户接口。显示器可以输出视觉、听觉和或触觉的数据。显示器的范例包括，但不限于：计算机监视器、电视屏幕、
触摸屏、触觉电子显示器、盲文屏幕、
阴极射线管(CRT)、存储管、双稳显示器、
电子纸、矢量显示器、平板显示器、
真空荧光显示器(VF)、发光
二极管(LED)显示器、电致发光显示器(ELD)、等离子
显示面板(PDP)、
液晶显示器(LCD)、
有机发光二极管显示器(OLED)、投影仪以及
头戴式显示器。
[0020] 磁共振(MR)数据在本文中被定义为是在磁共振成像扫描期间由磁共振装置的天线对通过
原子自旋发射的
射频信号的所记录的测量结果。磁共振数据是医学图像数据的范例。磁共振成像(MRI)图像在本文中被定义为是对在磁共振成像数据内包含的解剖结构数据所重建的二维
可视化或三维可视化。能够使用计算机来执行该可视化。
[0021] 在本发明的一个方面中，提供了一种医学仪器。所述医学仪器包括磁共振成像系统，所述磁共振成像系统可操作用于采集来自成像区内的对象的磁共振数据。所述磁共振成像系统具有第一坐标系。磁共振成像系统通过在所述成像区内产生大的静态
磁场而起作用。通过使用所谓的
梯度线圈或梯度线圈的系统来执行
空间编码。所述梯度线圈的
位置定义针对所采集的磁共振数据的固有的坐标系。所述医学仪器还包括外部射束放射治疗系统，所述外部射束放射治疗系统可操作用于辐照目标区。所述目标区在所述成像区内。所述外部射束放射治疗系统具有第二坐标系。所述外部射束放射治疗系统可以用于可控制地引导辐射来辐照所述目标区。被用于引导辐射的控件和系统定义第二坐标系。
[0022] 所述医学仪器还包括辐射射束生成系统，所述辐射射束生成系统可操作用于生成辐射射束。在本文中所使用的辐射射束生成系统涵盖可以用于生成电离的辐射的射束的任何系统。例如，所述辐射射束生成系统可以涵盖
X射线系统或伽
马射线系统。所述辐射射束生成系统也可以涵盖诸如质子或带电核的带电粒子。在一些实施例中，所述辐射射束生成系统是单独的部件，并且在其他实施例中，所述外部射束放射治疗系统是所述辐射射束生成系统的部分。
[0023] 所述医学仪器还包括辐射射束探测系统，所述辐射射束探测系统可操作用于采集描述在所述第二坐标系中的所述辐射射束的辐射射束探测数据。换言之，所述辐射射束探测系统可操作用于探测所述辐射射束的存在或其他性质。尤其地，根据本发明，所述辐射射束探测系统被配置为探测由所述辐射射束承载的图像。即，以图像数据的形式采集描述在第二坐标系中的所述辐射射束的辐射射束探测数据。所述医学仪器还包括存储器，所述存储器用于存储机器可执行指令。所述医学仪器还包括处理器，所述处理器用于运行所述机器可执行指令。对所述机器可执行指令的所述运行使得所述处理器能够控制或操作所述医学仪器及其各个部件。
[0024] 对所述指令的运行令所述处理器接收描述对所述目标区的空间相关
辐射剂量的规划数据。所述规划数据可以包含映射，所述映射指示要被递送到所述目标区的各个部分的辐射量。在一些实例中，所述规划数据也可以包含对对象的不要被辐照或具有最小辐射量的解剖结构区或部分的参考。对所述指令的运行令所述处理器使用所述空间相关辐射剂量来生成外部射束放射治疗控制命令。在该步骤中，所述空间相关辐射剂量被用于生成特定命令，所述特定命令然后由所述处理器使用，以控制所述外部射束放射治疗系统辐照所述目标区。
[0025] 对所述指令的运行也可以令所述处理器采集用于重建初级磁共振图像的初级磁共振数据。所述初级磁共振图像能够例如被配准到规划数据并与空间相关剂量一起使用，以生成所述外部射束放射治疗控制命令。
[0026] 同样地，根据在对所述目标区的所述辐照期间重复采集的磁共振数据重建的磁共振图像也可以被配准到所述空间相关辐射剂量。该配准可以与所述映射一起用于修改所述外部射束放射治疗系统控制命令。这提供了对所述外部射束放射治疗系统的磁共振引导。
[0027] 在另一实施例中，对所述指令的运行还令所述处理器使用所述外部射束放射治疗系统控制命令来重复控制所述外部射束放射治疗系统以辐照所述目标区。在该步骤中，所述处理器使用所述外部射束放射治疗系统控制命令来控制所述外部射束放射治疗系统以辐照所述目标区。对所述指令的运行还令所述处理器使用所述辐射射束生成系统来重复生成所述辐射射束。能够利用对所述目标区的辐照来按顺序执行使用所述辐射射束生成系统对所述辐射射束的生成，或者在一些实施例中，能够同时地执行使用所述辐射射束生成系统对所述辐射射束的生成。对所述指令的运行还令所述处理器使用所述辐射射束探测系统来重复测量所述辐射射束探测数据。
[0028] 对所述指令的运行还令所述处理器使用所述磁共振成像系统来重复采集所述磁共振成像数据。对所述指令的运行还令所述处理器使用所述磁共振图像数据来重复生成磁共振图像。对所述指令的运行还令所述处理器将所述磁共振图像重复配准到所述辐射射束探测数据。在该步骤中，所述磁共振图像和所述辐射射束探测数据用于寻找这两幅图像或数据的坐标之间的映射或相关性。所述辐射射束探测数据可以采用各种形式。在一些实例中，所述辐射射束探测数据可以为诸如射野图像(portal image)的图像，或者其可以仅为已经从
传感器阵列收集的原始数据。在任一情况中，所述磁共振图像及其到所述辐射射束探测数据的配准定义两者之间的坐标变换。
[0029] 对所述指令的运行还令所述处理器至少部分地使用所述配准来重复计算第一坐标系与第二坐标系之间的映射。对所述指令的运行还令所述处理器使用所述映射来重复修改所述外部射束放射治疗系统控制命令。所述医学仪器可以用于使用所述磁共振成像数据来引导或控制所述外部射束放射治疗系统。然而，在执行对所述目标区的所述辐照的过程期间，可以存在所述第一坐标系与所述第二坐标系之间的漂移或变化。例如，各个部件可以变热并且可以导致空间变化，这可以导致所述第一坐标系与所述第二坐标系之间的微小的未对齐。局部磁场的强度的变化也能够导致MR图像信息中的漂移，所述局部磁场的强度的变化可以由MR场生成系统中的漂移或由患者的磁效应的变化导致。所述MR系统的局部
振荡器的频移也能够导致所述图像的明显移位。所述MR坐标系的移位的重要方面在于，所述移位的幅度取决于MR成像序列的特性，尤其取决于读取梯度强度的强度。因此，在用于引导处置处理的序列足够类似于用于对齐坐标系的序列时，两个序列呈现相同的坐标系移位是有益的。所述MR坐标系相对于处置系统坐标系的移位将是不利的，这是因为在所述第一坐标系与所述第二坐标系的对齐的误差可以导致辐照对象的误差。例如，可以辐照目标区外部的区域而不是目标区。该实施例可以是有益的，这是因为磁共振图像和辐射射束探测数据用于计算所述第一坐标系与所述第二坐标系之间的映射，所述映射可以用于确定空间关系并且然后用于修改所述外部射束放射治疗系统以更准确地控制对所述目标区的辐照。
[0030] 在本文中所使用的辐射射束可以涵盖X射线射束或伽马辐射。辐射射束也可以涉及质子射束或带电粒子。
[0031] 所述映射也可以用于修改对所述磁共振数据的采集。例如，可以使用关于如何相对于彼此改变所述系统的知识来调节采集的数据的特定切片的位置。
[0032] 在另一实施例中，所述外部射束放射治疗系统包括辐射射束源，以辐照所述目标区。所述辐射射束生成系统包括所述辐射射束源。所述辐射射束探测系统包括射野成像系统，以使用所述辐射射束来采集所述对象的射野图像。所述辐射射束探测数据包括所述射野图像。对所述指令的运行还令所述处理器通过将所述射野
图像配准到所述磁共振图像来至少部分地计算所述映射。所述磁共振图像是通过梯度线圈的位置来确定的，并且所述射野图像的位置是通过所述射野成像系统的位置来确定的。所述射野成像系统通常被直接安装到所述外部射束放射治疗系统。因此，所述磁共振图像和所述射野图像可以用于确定所述磁共振成像系统与所述外部射束放射治疗系统之间的相对坐标。所述射野成像系统具有与所述外部射束放射治疗系统的预定义的机械关系。这提供了坐标系之间的更加可靠的映射。尤其地，能够确定与在适当位置要被处置的对象的映射。因此，对所述映射的校准被集成在处置流程中。此外，对所述映射的校准对在对所述对象的定位期间发生的变化是不敏感的。
[0033] 对所述指令的运行还令所述处理器控制所述外部射束放射治疗系统，以使用穿过所述对象的辐射来采集所述射野图像。
[0034] 在另一实施例中，对所述指令的运行还令所述处理重复识别所述射野图像中的所述对象的解剖结构界标。对所述指令的运行还令所述处理器识别所述磁共振图像中的解剖结构界标。这可以被重复地进行。至少部分地使用所述解剖结构界标来执行所述射野图像到所述磁共振图像的配准。
[0035] 在另一实施例中，所述解剖结构界标是以下中的任一种：骨组织到软组织的过渡、植入的基准(fiducial)标记物，以及对象的外表面。在所述射野成像为低
分辨率的情况中，可能难以识别内部解剖结构界标。然而，射野图像中的剪影(sihouette)可能对于识别所述对象在所述射野图像和所述磁共振图像两者中的位置是非常有用的。以此方式，所述对象的所述外表面可以用于确定所述映射。
[0036] 在另一实施例中，所述磁共振成像系统包括对象
支撑物。所述对象支撑物包括
体模。所述体模包括在所述射野图像和所述磁共振图像中可识别的至少一个参考点。备选地，所述体模包含在所述MR图像中可见的一个物体和在所述射野图像中可见的另一物体，这两个物体之间具有精确的几何关系。可以有益的是，在MR可见物体是由具有低磁易感性的材料制成的并且由具有低磁易感性的材料包围时，使得所述MR可见基准内部的磁场实质上等于患者内部的场。在基准内部与患者中的场之间的场的差异小于由读取梯度生成的两个邻近
像素之间的场的差异时也可以是有益的。这对于要被放置在距导电物体足够距离处的MR可见基准也是有益的，这是因为由在这样的物体中的感应
电流生成的磁场可以导致MR可见基准的位置的明显移位。对所述指令的运行还令所述处理器通过将所述射野图像中的至少一个参考点配准到所述磁共振图像中的至少一个参考点来至少部分地计算所述映射。在本文中所使用的对象支撑物涵盖用于支撑对象或对象的部分的物体。所述对象支撑物也可以指固定物。
[0037] 在另一实施例中，所述辐射射束生成系统包括窄射束X射线生成器，以生成窄射束X射线。所述窄射束X射线生成器被附接到所述磁共振成像系统。所述存储器包括描述所述窄射束X射线相对于所述磁共振成像系统的视场的路径的空间校准。所述辐射射束探测系统被安装在所述外部射束放射治疗系统上。所述辐射射束探测数据描述窄射线射束通过所述X射线探测系统的路径。也可以存在描述所述辐射射束探测系统相对于所述第二坐标系的位置的第二空间校准。
[0038] 描述窄射束X射线相对于所述磁共振成像系统的视场的路径的空间校准可以被解读为是相对于所述第一坐标系。在该实施例中，与所述外部射束放射治疗系统分离的X射线生成器用于生成X射线射束，所述X射线射束然后由所述辐射射束探测系统探测到。已知所述X射线射束相对于所述第一坐标系的路径。已知由所述辐射射束探测系统测量的对所述X射线射束相对于所述第二坐标系的路径的测量结果。这使得能够实现所述第一坐标系与所述第二坐标系之间的要确定的映射。
[0039] 可以存在若干不同类型的窄射束X射线源。例如，可以使用非常小的或微型的
X射线管，也被称为
纳米管X射线生成器。
[0040] 在另一实施例中，所述磁共振成像系统可操作用于支撑对象远离所述窄射束X射线的路径。该实施例被解读为所述窄射束X射线的路径不通过所述对象。这可以是有利的，这是因为所述窄射束X射线生成器不辐照所述对象。
[0041] 在另一实施例中，所述辐射射束探测系统包括射野成像系统，以使用所述外部射束放射治疗系统在对所述目标区的辐照期间采集所述对象的射野图像。所述射野成像系统可操作用于探测所述窄射束X射线。对所述指令的运行还令所述处理器通过将所述射野图像配准到所述空间校准来至少部分地计算所述映射。
[0042] 在另一实施例中，所述辐射射束探测系统还包括X射线探测器传感器阵列，所述X射线探测器传感器阵列可操作用于探测通过所述X射线探测传感器的窄射束X射线的路径。例如，所述X射线探测传感器可以为线性阵列或二维阵列，所述线性阵列或所述二维阵列能够探测到所述窄射束X射线射束将在哪里穿过所述X射线探测传感器阵列。
[0043] 在另一实施例中，所述外部射束放射治疗系统具有等中心。经修改的外部射束放射治疗系统控制命令令所述外部射束放射治疗系统将所述等中心与所述目标区对齐。例如，机械台可以用于改变所述外部射束放射治疗系统的位置。在其他实施例中，所述对象可以被安置在能够被移动的对象支撑物上。在该情况中，所述对象支撑物可以被移动，使得所述目标区位于所述外部射束放射治疗系统的等中心。
[0044] 在另一实施例中，对所述指令的运行令所述处理器执行以下动作中的任一项：在所述映射指示所述第一坐标系与所述第二坐标系之间的差异大于第一预定
阈值时控制所述外部射束放射治疗系统以中止辐照所述目标区；在显示器上显示警告消息；
自动调节所述外部射束放射治疗系统的辐射；自动调节对所述磁共振成像数据的采集；在所述映射的时间变化大于第二预定阈值时控制所述外部射束放射治疗系统以中止辐照所述目标区；以及它们的组合。
[0045] 在另一实施例中，所述外部射束放射治疗系统为质子射束系统。
[0046] 在另一实施例中，所述外部射束放射治疗系统为带电粒子射束系统。
[0047] 在另一实施例中，所述外部射束放射治疗系统为线性加速器(LINAC)。尤其地，所述外部放射治疗系统包括生成高能电子射束的LINAC，所述高能电子射束是从阴极发出的并且碰撞到
阳极目标上。高能电子射束导致高能X射线射束或γ射线射束。高能X射线射束或γ射线射束具有治疗作用，这是因为它们的电离作用可以破坏病灶组织或癌组织。
[0048] 在另一方面中，本发明提供了一种包括机器可执行指令的计算机程序产品，所述机器可执行指令用于由控制所述医学仪器的处理器来运行。所述医学仪器包括磁共振成像系统，所述磁共振成像系统可操作用于采集来自成像区内的对象的磁共振数据。所述磁共振成像系统具有第一坐标系。所述医学仪器还包括外部射束放射治疗系统，所述外部射束放射治疗系统可操作用于辐照目标区。所述目标区在所述成像区内。所述外部射束放射治疗系统具有第二坐标系。
[0049] 所述医学仪器还包括辐射射束生成系统，所述辐射射束生成系统可操作用于生成辐射射束。所述医学仪器还包括辐射射束探测系统，所述辐射射束探测系统可操作用于采集描述在所述第二坐标系中的所述辐射射束的辐射射束探测数据。对所述指令的运行令所述处理器接收描述对所述目标区的部分相关辐射剂量的规划数据。对所述指令的运行还令所述处理器使用所述空间相关辐射剂量来生成外部射束放射治疗控制命令。对所述指令的运行令所述处理器使用所述外部射束放射治疗系统控制命令来重复控制所述外部射束放射治疗系统以辐照所述目标区。对所述指令的运行还令所述处理器使用所述辐射射束生成系统来重复生成所述辐射射束。
[0050] 对所述指令的运行还令所述处理器使用所述辐射射束探测系统来测量所述辐射射束探测数据。对所述指令的运行还令所述处理器使用所述磁共振成像系统来采集所述磁共振成像数据。对所述指令的运行还令所述处理器使用所述磁共振图像数据来生成磁共振图像。对所述指令的运行还令所述处理器将所述磁共振图像重复配准到所述辐射射束探测数据。对所述指令的运行还令所述处理器至少部分地使用所述配准来计算所述第一坐标系与所述第二坐标系之间的映射。对所述指令的运行还令所述处理器使用所述映射来重复修改所述外部射束放射治疗系统控制命令。
[0051] 在另一方面中，本发明提供了一种操作医学仪器的方法。所述医学仪器包括磁共振成像系统，所述磁共振成像系统可操作用于采集来自成像区内的对象的磁共振数据。所述磁共振成像系统具有第一坐标系。所述仪器还包括外部射束放射治疗系统，所述外部射束放射治疗系统可操作用于辐照目标区。所述目标区在所述成像区内。所述外部射束放射治疗系统具有第二坐标系。所述仪器还包括辐射射束生成系统，所述辐射射束生成系统可操作用于生成辐射射束。所述仪器还包括辐射射束探测系统，所述辐射射束探测系统可操作用于采集描述在所述第二坐标系中的所述辐射射束的辐射射束探测数据。所述方法包括接收描述对所述目标区的空间相关辐射剂量的规划数据。
[0052] 所述方法还包括使用所述空间相关辐射剂量来生成外部射束放射治疗控制命令。所述方法还包括使用所述外部射束放射治疗系统控制命令来重复控制所述外部射束放射治疗系统以辐照所述目标区。所述方法还包括使用所述辐射射束生成系统来重复生成所述辐射射束。所述方法还包括使用所述辐射射束探测系统来重复测量所述辐射射束探测数据。所述方法还包括使用所述磁共振成像系统来重复采集所述磁共振成像数据。所述方法还包括使用所述磁共振图像数据来重复生成磁共振图像。所述方法还包括将所述磁共振图像重复配准到所述辐射射束探测数据。所述方法还包括至少部分地使用所述配准来重复计算所述第一坐标系与所述第二坐标系之间的所述映射。所述方法还包括使用所述映射来重复修改所述外部射束放射治疗系统控制命令。
[0053] 应当理解，可以对前面提及的实施例中的一个或多个进行组合，只要所组合的实施例不相互排斥。
附图说明
[0054] 将参考附图，仅通过范例的方式来描述本发明的以下优选实施例，在附图中：
[0055] 图1示出了图示方法的范例的流程图；
[0056] 图2图示了医学仪器的范例；
[0057] 图3图示了医学仪器的另外的范例；
[0058] 图4图示了医学仪器的另外的范例；
[0059] 图5图示了医学仪器的另外的范例；
[0060] 图6图示了医学仪器的另外的范例；并且
[0061] 图7图示了医学仪器的另外的范例。
[0062] 附图标记列表
[0063] 200 医学仪器
[0064] 202 外部射束放射治疗系统
[0065] 204 磁共振成像系统
[0066] 206 机架
[0067] 208 放射治疗源
[0069] 212 磁体
[0070] 212’ 分开式磁体的部分
[0071] 212” 分开式磁体的部分
[0072] 214 低温恒温器
[0074] 218 超导屏蔽线圈
[0075] 222 膛
[0077] 226 磁场梯度线圈电源
[0078] 228 射频线圈
[0079] 230 收发器
[0080] 232 成像区
[0081] 234 对象支撑物
[0082] 236 对象
[0083] 237 机械定位系统
[0084] 238 目标区
[0086] 242 辐射射束
[0087] 243 射野成像系统
[0088] 244 计算机系统
[0089] 246 硬件接口
[0090] 248 处理器
[0091] 250 用户接口
[0092] 252 计算机存储设备
[0093] 254 计算机存储器
[0094] 260 规划数据
[0095] 262 脉冲序列
[0096] 264 外部射束放射治疗控制命令
[0097] 266 磁共振数据
[0098] 268 磁共振图像
[0099] 270 辐射射束探测数据
[0100] 272 射野图像
[0101] 274 配准
[0102] 276 映射
[0104] 282 控制命令生成模块
[0105] 284 图像重建模块
[0106] 286 配准模块
[0107] 300 医学仪器
[0108] 302 窄射束X射线生成器
[0109] 302’ 窄射束X射线生成器
[0110] 302” 窄射束X射线生成器
[0111] 304 窄射束X射线
[0112] 304’ 窄射束X射线
[0113] 304” 窄射束X射线
[0114] 400 医学仪器
[0115] 402 体模
[0116] 500 医学仪器
[0117] 502 X射线探测传感器阵列
[0118] 502’ X射线探测传感器阵列
[0119] 600 医学仪器
[0120] 601 质子射束源
[0121] 602 质子射束
[0123] 606 质子射束光学器件
[0124] 700 医学仪器
具体实施方式
[0125] 在这些附图中相同标记的元件为等效的元件，或执行相同的功能。如果功能是等效的，则已经在先前讨论过的元件将不必在稍后的附图中进行讨论。
[0126] 图1示出了图示操作医学仪器的方法的范例的流程图。所述医学仪器包括磁共振成像系统，所述磁共振成像系统可操作用于采集来自成像区内的对象的磁共振数据。所述磁共振成像系统具有第一坐标系。所述医学仪器还包括外部射束放射治疗系统，所述外部射束放射治疗系统可操作用于辐照目标区，并且目标区在成像区内。外部射束放射治疗系统具有第二坐标系。所述医学仪器还包括辐射射束生成系统，所述辐射射束生成系统可操作用于生成辐射射束。所述医学仪器还包括辐射射束探测系统，所述辐射射束探测系统可操作用于采集描述在第二坐标系中的辐射射束的辐射射束探测数据。所述方法开始于步骤100，在所述步骤100中，接收描述对目标区的空间相关辐射剂量的规划数据。接下来，在步骤102中，使用空间相关辐射剂量来生成外部射束放射治疗控制命令。然后，在步骤104中，开始对目标区的辐照。
[0127] 接下来，在步骤106中，外部射束放射治疗系统用于使用外部射束放射治疗系统控制命令来辐照目标区。接下来，在步骤108中，使用辐射射束生成系统来生成辐射射束。接下来，在步骤110中，使用辐射射束探测系统来测量辐射射束探测数据。接下来，在步骤112中，使用磁共振成像系统来采集磁共振成像数据。这之后，在步骤114中，使用磁共振图像数据来生成或重建磁共振图像。然后，在步骤116中，将磁共振图像配准到辐射射束探测数据。该配准导致步骤118，步骤118是要使用所述配准来计算第一坐标系与第二坐标系之间的映射。接下来，在步骤120中，使用所述映射来修改外部射束放射治疗系统控制命令。如果对对象目标区的辐照是完全的，则该方法进行到步骤122，步骤122为要结束或停止对目标区的辐照。如果不是这样，则该方法重复到步骤106并执行在步骤106至120之间循环，直到完成122辐照。步骤106-120形成闭合回路的控制回路，所述闭合回路的控制回路考虑在对目标区的辐照期间第一坐标系与第二坐标系之间的散度(divergence)的变化。
[0128] 图2示出了医学仪器200的范例。医学仪器200包括外部射束放射治疗系统202和磁共振成像系统204。外部射束放射治疗系统202包括机架206和放射治疗源208。机架206用于关于机架
旋转轴240旋转放射治疗源208。邻近放射治疗源208的是
准直器210。磁共振成像系统204包括磁体212。
[0129] 也能够使用
永磁体或常导磁体。也能够使用不同类型的磁体，例如，也能够使用分开式圆柱形磁体和所谓的开放式磁体两者。分开式圆柱形磁体类似于标准圆柱形磁体，除了低温恒温器已经被分开成两部分，以允许进入磁体的等平面，这样的磁体可以例如与带电粒子射束治疗结合使用。开放式磁体具有两个磁体部分，一个在另一个之上，它们之间具有足够大以容纳对象的空间：两个部分区的布置类似于亥姆霍兹线圈的布置。开放式磁体是流行的，这是因为对象被较少地局限。在圆柱形磁体的低温恒温器内部存在超导线圈的集合。在圆柱形磁体的膛内存在成像区，在所述成像区中，磁场足够强且足够均匀以执行磁共振成像。
[0130] 在该实施例中示出的磁体212为标准圆柱形超导磁体。磁体212具有带有在其内的超导线圈216的低温恒温器214。也存在超导屏蔽线圈218，其也在低温恒温器内。磁体212具有膛222。
[0131] 在磁体的膛内是磁场梯度线圈224，所述磁场梯度线圈224用于采集磁共振数据以在磁体的成像区内对质子自旋进行空间编码。磁场梯度线圈224被连接到磁场梯度线圈电源226。磁场梯度线圈224旨在是代表性的，以允许辐射穿过而没有像通常为分开式线圈设计的那样被衰减。通常磁场梯度线圈包含三组单独的线圈，用于在三个
正交空间方向上进行空间编码。磁场梯度电源226向磁场梯度线圈供应电流。根据时间来控制被供应到磁场线圈的电流，并且可以对该电流进行斜坡变化或脉冲变化。
[0132] 存在被连接到收发器230的射频线圈228。射频线圈228邻近磁体212的成像区232。成像区232具有足以执行磁共振成像的高磁场和均质性的区域。射频线圈228可以用于操纵成像区内的磁自旋的取向，并且可以用于接收同样来自成像区内的自旋的无线电发射。射频线圈228也可以指天线或通道。射频线圈228可以包含多个线圈元件。射频天线也可以指通道。
[0133] 射频线圈228和射频收发器230可以由单独的发射线圈和接
收线圈代替，并且可以由单独的发射器和接收器代替。应当理解，射频线圈和射频收发器是代表性的。射频天线也旨在表示专用发射天线和专用接收天线。同样地，收发器也可以表示单独的发射器和接收器。
[0134] 在磁体222的膛内也存在用于支撑对象236的对象支撑物234。可以通过机械定位系统237来对对象支撑物234进行定位。在对象236内存在目标区238。在该特定实施例中，机架旋转轴240与磁体212的柱轴是同轴的。对象支撑物234已经被定位为使得目标区238位于机架旋转轴240上。辐射源208被示为生成穿过准直器203并穿过目标区238的辐射射束242。由于辐射源208关于轴240旋转，因此目标区238将总是被辐射射束242瞄准。辐射射束242穿过磁体的低温恒温器214。磁场梯度线圈可以具有将磁场梯度线圈分成两部分的间隙。如果存在，则该间隙减小由磁场梯度线圈224对辐射射束242的衰减。在一些实施例中，射频线圈
228也可以具有间隙或被分开，以减小辐射射束242的衰减。
[0135] 射野成像系统243被示为被安装在机架206上。射野成像系统243能够使用辐射射束242来采集图像。由于机架旋转，因此射野成像系统与放射治疗源一起旋转。在该范例中，磁体212被示为是圆柱型磁体，并且辐射射束242穿过低温恒温器214。也能够使用不同类型的磁体。可以使用所谓的分开式磁体，所述分开式磁体可以被划分成两个圆柱形部分，并且辐射射束242可以穿过空气而不是穿过低温恒温器214。在步骤2中也可以使用所谓的开放式磁体，所述开放式磁体具有两个环形磁体。这些备选的磁体设计具有优点，即，辐射射束242不穿过低温恒温器214。这可以得到更好的射野图像。
[0136] 收发器230、磁场梯度线圈电源226和机械定位系统237都被示为被连接到计算机系统244的硬件接口246。计算机系统244被示为还包括处理器248，所述处理器248用于运行机器可执行指令并且用于控制治疗装置的操作和功能。硬件接口246使得处理器248能够与医学仪器200交互并控制医学仪器200。处理器248被示为还被连接到用户接口250、计算机存储设备252和计算机存储器254。
[0137] 计算机存储设备252被示为包含规划数据260。规划数据260包含描述对目标区238的期望的辐射剂量的空间相关数据。计算机存储设备252还被示为包含脉冲序列262。脉冲序列262使得处理器248能够控制磁共振成像系统204以采集磁共振数据。计算机存储设备252还被示为包含根据规划数据260生成的外部射束放射治疗控制命令264。计算机存储设备252还被示为包含磁共振数据266，所述磁共振数据266是使用脉冲序列262利用磁共振成像系统204来采集的。计算机存储设备252还被示为包含磁共振图像268。
[0138] 磁共振图像268是根据磁共振数据266来重建的。计算机存储设备252还被示为包含使用射野成像系统243采集的辐射射束探测数据270。计算机存储设备252还被示为包含根据辐射射束探测数据270重建的射野图像272。计算机存储设备252还被示为包含射野图像272与磁共振图像268之间的配准274。计算机存储设备252还被示为包含映射276。映射276是磁共振成像系统204的第一坐标系与属于外部射束放射治疗系统202的第二坐标系之间的。
[0139] 计算机存储器254被示为包含
控制模块。控制模块280包含计算机可执行代码，所述计算机可执行代码使得处理器248能够控制医学仪器200的操作和功能。例如，控制模块280可以使得处理器248能够使用脉冲序列262以采集磁共振数据266。计算机存储器254还被示为包含控制命令生成模块282。控制命令生成模块282包含使得处理器248能够根据规划数据260来生成外部射束放射治疗控制命令264的代码。控制命令生成模块282也包含使得处理器248能够根据或使用映射276来校正外部射束放射治疗控制命令264的代码。
[0140] 计算机存储器254还被示为包含图像重建模块284。图像重建模块284包含使得处理器248能够根据磁共振数据266来重建磁共振图像268并且也能够根据辐射射束探测数据270来重建射野图像272的计算机可执行代码。计算机存储器254还被示为包含配准模块
286。配准模块286包含使得处理器248能够执行
图像处理任务的计算机可执行代码，例如，射野图像272到磁共振图像268的配准274。图像配准模块286可以被编程用于识别解剖结构界标或者甚至识别具有识别标记的原子的存在或者对象236的剪影。
[0141] 图3示出了类似于图2中示出的医学仪器的医学仪器300。然而，在该实施例中，存在被示为被附接到磁体212的外表面的两个窄射束X射线生成器302。它们进行瞄准使得当它们生成窄射束X射线304时，窄射束X射线304击中射野相机243。根据窄射束X射线304的图像示出在射野图像272的何处，能够推断出第一坐标系与第二坐标系之间的映射276。可以存在被安装在磁共振成像系统204上的多个窄射束X射线生成器，以考虑射野成像系统243的旋转，其中，机架与放射治疗源和射野成像系统一起旋转。
[0142] 图4示出了被示为类似于图2和图3中的医学仪器的医学仪器400。与图2相比较，图4与图2的不同之处在于对象支撑物234包含体模402。体模402在成像区232内，并且在磁共振图像268中将是可见的。体模能够由示出磁共振图像中的
对比度的两种或更多种材料来构建。所述两种或更多种材料也能够示出X射线类型图像中的对比度，使得它们在射野图像
272中将是可见的。辐射射束242被示为穿过体模402。能够通过对射野图像272与磁共振图像268进行比较并且注意体模402在两个图像中的位置来确定配准274。
[0143] 图5示出了与图2、图3和图4中示出的医学仪器类似的医学仪器500。与图2相比较，图5中的医学仪器500的不同之处在于被安装在磁体212的外表面上的两个窄射束X射线生成器302’、302”。窄X射线射束源302’产生瞄准被安装在机架206上的X射线探测传感器阵列502的窄射束X射线源304’。在一些实施例中，传感器阵列302被相对于磁体212固定定位，并且不与机架206一起旋转。在其他实施例中，可以存在与机架206一起旋转的大量的传感器
502。在任一情况中，传感器阵列502能够探测窄X射线射束304’并且确定MRI系统204相对于外部射束放射治疗系统202的位置的位置。在存在大量的传感器502并且它们与机架206一起旋转的情况中，传感器502也将能够探测放射治疗源208相对于磁体212的坐标系的旋转位置。外部射束放射治疗系统202也具有
基座或底座，所述基座或底座具有被安装在其上的第二传感器阵列502’。窄X射线射束源302”将窄射束X射线304”瞄准第二传感器阵列302’。
传感器阵列502’将也提供描述磁共振成像系统204相对于外部射束放射治疗系统202的位置的数据。可以存在窄X射线射束源302’、302”中的一个或两个。
[0144] 图6示出了在许多方面类似于图2-图5中示出的医学仪器的医学仪器600。存在射野成像系统243，并且也存在任选的窄射束X射线生成器302。在该范例中，质子射束602被导向目标区238。质子射束由在该图中未示出的粒子加速器604提供。带电粒子或质子射束物体606采取质子的射束602并且将其导向目标区238。在该范例中，使用所谓的分开式磁体。磁体212’、212”被划分成两半。RF线圈也被示为具有用于质子射束602行进通过的间隙。RF线圈228和对象支撑物234被示为没有间隙，但是它们也能够具有间隙以辅助质子射束602以最小的衰减行进。在该范例中，射野相机243用于使用由质子射束602生成的辐射来创建对象236的初步图像。
[0145] 图7示出了类似于图3中示出的医学仪器的医学仪器700的实施例。然而，在图7中示出的范例中，使用分开式磁体设计。磁体包括两半202’和212”。辐射射束242能够在磁体的两半212’、212”之间的间隙中自由地经过。
[0146] 对于集成的MR-Linac系统，各自的坐标系之间精确的共配准(对齐)对于操作和临床使用而言是有用的。规定要求对这样的关键系统参数的持续
质量保证。在系统的设计期间必须采用高标准以使系统的几何容限最小化并使系统的机械
稳定性增加。然而，系统的大尺寸和大小以及改变的环境参数(例如，
温度)能够导致与完美对齐的偏差。这些偏差将导致被成像的解剖结构(MR)的位置与应用的治疗辐照(LINAC)的假定的对应位置之间的不匹配。这继而将导致错误的处置。除了针对患者的显著的可能负面的
副作用之外，这能够导致严重的管理后果。
[0147] 未能监测对MR-LINAC系统的子系统的未对齐(例如，归因于机械容限、系统结构的
变形、环境影响)能够导致未被察觉到的错误处置和严重后果。
[0148] 在本文中的医学仪器的范例可以采用图像处理单元和任选的集成的X射线导航器，以确定和监测MR的坐标系与LINAC的坐标系的对齐。能够在处置方案前、处置方案中和处置方案后完成必要的测量结果。对所测量的数据的共配准允许非常快速地确定系统之间的当前变换。这些变换参数然后能够用于针对偏离来校正成像和计划或者用于停止处置。
[0149] 采用包含在MR-LINAC系统中的X射线探测器以及辐射源，能够生成(已知为射野成像)图像。归因于辐射的高
能量和组织的吸收特性，这样的图像的质量是有限的。然而，其足以识别界标。联合额外的解剖结构信息(例如，对目标的分割、OAR和身体轮廓、已知位置中的患者固定物)，能够在MR图像中(自动)识别对应的界标。这样的界标能够是点或表面(基于锥形射束CT射野成像和3D MR数据)。
[0150] 然后能够计算两个数据集之间的(仿射)变换。这些变换参数然后能够用于变换连贯的图像数据，或者能够用于在对齐的偏差变得太大时停止治疗。能够在时期之前、期间或之后短时间内采用该方法。
[0151] 任选地，少量小的(例如，基于小型设计或基于纳米管的)的X射线源能够被放置在MR系统(例如，低温恒温器)内部/上并充当“导航器”(或稀疏
采样的最小投影“图像”)，并且被导向被放置在LINAC机架上的射野成像探测器或少量微探测器。类似于射野成像方法，该信息然后能够用于共配准，而没有归因于射野成像的额外的患者剂量和成像时间，允许对正确的对齐的实时监测。
[0152] 对坐标系的配准也允许导出用于(基于射野成像的)计划调整和剂量累积(Q&A)结构的吸收特性。
[0153] 尽管已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是图示性或示范性的，而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。
[0154] 本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践
请求保护的发明时能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现在权利要求中记载的若干项的功能。尽管某些措施被记载在互不相同的从属权利要求中，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。计算机程序可以被存储/分布在合适的介质上，例如与其他硬件一起或作为其他硬件的部分供应的光学存储介质或固态介质，但是也可以被以其他形式分布，例如经由互联网或其他有线或无线的电信系统。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。
