專利名稱：控制到移動靶標區中的輻射聚焦的治療設備、計算機實現方法和計算機程序產品的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于將輻射聚焦到靶標區的焦點中的治療設備的控制，尤其涉及使用呼吸傳感器對聚焦的控制。
背景技術：
使用輻射療法或高強度聚焦超聲(HIFU)對移動腫瘤的有效處置需要靶標位置的實時三維信息。需要該信息來保證針對靶標的充足劑量，并避免對周圍的健康組織用藥。腫瘤的所述移動在腹部器官，例如胰腺、肝和腎中是典型的。所述移動本質上是周期性的，并且是由于患者的呼吸造成。腫瘤在呼吸循環內的位移可達幾個厘米，這相比于HIFU聚焦區的尺寸是相當大的。
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呼吸門控是用于輻射療法中的方法，用于補償呼吸移動:測量呼吸信號，然后用CT掃描器在呼吸循環的不同時相采集體積圖像，以對靶標的移動建立模型。處置期間，呼吸信號也被測量，并在靶標處于預定義的窗口以外時隨時切換治療光束。其他呼吸運動檢測方法包括:呼吸量測定法、追蹤放在患者皮膚上的外部標記物、帶有應變計的皮帶、軀干的立體聲成像，以及軀干的飛行時間成像。美國專利申請公開US2010/0094153A1公開一種呼吸傳感器，其適于從患者一側上的第一接觸點延伸到患者相對側上的第二接觸點。呼吸信號數據被實時分析，并被用于門控CT掃描器，籍此創建時相協同的圖像。

發明內容
本發明在獨立權利要求中提供一種治療設備、計算機實現方法，以及計算機程序產品。在從屬權利要求書給出實施例。現有治療設備的困難在于，治療或者醫學成像數據的采集是根據呼吸循環的時相而被門控的。本發明的一些實施例基于受試者的呼吸時相調節治療系統的聚焦。一些實施例使用模型，所述模型基于受試者的所述呼吸時相預測聚焦位置。—些實施例使用集成到受試者支撐體中的作為呼吸傳感器的力傳感器。這樣的治療設備的使用可以具有以下優點:1、患者便利性得以改善。不向患者連接煩擾的呼吸測量設備或皮帶。2、產品集成水平得到提高。存在較少與處置相關的附件。所述呼吸測量裝置是臺面的整體部分。對患者和對護士均為無縫的。3、所述呼吸測量裝置具有來自HIFU平臺的原有支撐體。這樣的優點在于不需要到成像軟件的接口。一些實施例組合了測量心沖擊描記圖信號(BCG)的力傳感器、呼吸觸發磁共振成像，以及磁共振引導(MR引導)的高強度聚焦超聲(HIFU)，該高強度聚焦超聲具有針對具有因患者呼吸造成的腫瘤移動而調適到限定的HIFU療程的焦點。其具有三個步驟。
首先，用位于所述臺面的力傳感器測量所述BCG (心沖擊描記圖)信號。所述BCG被用于檢測所述患者的呼吸移動。所述BCG信號包括因所述患者的心跳和呼吸造成的施加到所述臺面的力。為了測量呼吸運動，需要非常敏感的力傳感器，并且將輸出信號低通濾波。其次，所測量的呼吸信號被用作在預處置階段中感興趣的器官的體積圖像的觸發器(例如可以使用MRI)。可以在呼吸循環的不同時相采集體積圖像。得到一系列的體積圖像，每個代表所述呼吸循環的不同時相(Θ )。所述呼吸信號可以用常規方法測量。本發明的一些實施例中，使用BCG觸發的MRI。接下來，將為Θ的函數的呼吸時相依賴性周期矢量分配給靶標的位置。可以計算指向所述靶標的矢量，并將其用來控制聚焦的靶向。最終，在處置階段過程中還實時測量所述呼吸信號。現在，周期矢量提供針對每個呼吸時相的靶標位置信息。該實時靶標位置信息被用作針對相控陣換能器控制電子器件的輸入，以在MR引導的HIFU中隨同移動的腫瘤移動所述焦點。所述力傳感器可以一種方式被定位到所述臺面，即其支撐受試者體重部分或全部。輸出信號為BCG信號，并在低通濾波之后其代表所述患者呼吸信號。所述傳感器可以被用作任選附件，或者其可以是所述臺面的一體部分。本文使用的“計算機可讀存儲介質”囊括可以存儲能由計算裝置的處理器執行的指令的任何有形存儲介質。所述計算機可讀存儲介質可以被稱作計算機可讀永久性存儲介質。所述計算機可讀存儲介質也可以被稱作有形計算機可讀介質。一些實施例中，計算機可讀存儲介質也可以能夠存儲能夠被所述計算裝置的所述處理器訪問的數據。計算機可讀存儲介質的范例包括，但不限于:軟盤、磁硬盤驅動、固態硬盤器、閃存、USB指狀驅動器、隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、光盤、磁光盤，以及所述處理器的寄存器文件。光盤的范例包括壓縮盤(CD)和數字多用光盤(DVD)，例如，CD-ROM、CD-RW、CD-R、DVD-ROM、DVD-RW或DVD-R盤。術語計算機 可讀存儲介質也指能夠被所述計算機裝置經由網絡或通信鏈路訪問的各種類型的記錄介質。例如，數據可以通過調制解調器、通過互聯網，或通過局域網絡被檢索。計算機存儲器是計算機可讀存儲介質的范例。計算機存儲器是處理器能直接訪問的任何存儲器。計算機存儲器的范例包括，但不限于:RAM存儲器、寄存器，以及寄存器文件。計算機存儲設備是計算機可讀存儲介質的范例。計算機存儲設備為任何非易失性計算機可讀存儲介質。計算機存儲設備的范例包括，但不限于:硬盤驅動器、USB指狀驅動器、軟盤驅動器、智能卡、DVD、⑶-R0M，以及固態硬盤驅動器。一些實施例中，計算機存儲設備也可以是計算機存儲器，反之亦然。處理器為能夠執行程序或機器能執行指令的電子部件。對包括“處理器”的計算裝置的引用應被解讀為可能包含多于一個處理器。術語計算裝置還應被解讀為可能指每個包括處理器的計算裝置或計算機的集合或網絡。許多程序具有它們的指令，這些指令由多個處理器運行，所述多個處理器可以在同一計算裝置內，或者所述多個處理器甚至可以分布在多個計算裝置上。本文使用的“用戶界面”是允許用戶或操作員與計算機或計算機系統交互的界面。用戶界面可以向所述操作員提供信息或數據和/或從所述操作員接收信息或數據。數據或信息在顯示器或圖形用戶界面上的顯示是向操作員提供信息的范例。數據通過鍵盤、鼠標、軌跡球、觸摸板、指點桿、繪圖板、操縱桿、手柄、網絡攝像頭、頭戴式受話器、變速桿、方向盤、踏板、有線手套、跳舞毯、遠程控制，以及加速計的接收都是從操作員接收信息或數據的范例。本文使用的“醫學圖像數據”囊括已使用醫學成像系統采集的二維或三維數據。本文使用的“醫學成像系統”囊括適于采集有關患者物理結構的信息，以及構建多套二維或三維醫學圖像數據的設備。醫學圖像數據可被用于構建可視化，所述可視化對于醫師的診斷是有用的。該可視化可以使用計算機來進行。本文使用的“磁共振(MR)數據”囊括在磁共振成像掃描過程中由磁共振設備的天線記錄的通過原子自旋發射的射頻信號的測量結果。磁共振數據是醫學成像數據的范例。磁共振成像(MRI)圖像在本文中被定義為包含在磁共振成像數據中的解剖數據的經重建的二維或三維可視化。該可視化可以使用計算機來執行。在本發明的一方面中，本發明提供一種治療設備。所述治療設備包括用于處置受試者的靶標區的治療系統。所述治療系統具有將輻射引導至所述靶標區中的能調節聚焦。所述治療系統實質上將輻射引導至所述靶標區中，并且具有用于對焦所述靶標區的器件。所述治療系統可以為例如，但不限于，X射線治療系統、帶電粒子治療系統、質子治療系統、高強度聚焦超聲系統、激光消融系統，以及低溫消融系統。所述治療設備還包括用于測量所述受試者的呼吸時相的呼吸傳感器。用所述呼吸傳感器采集的數據被稱作呼吸時相數據。來自所述呼吸傳感器的數據可以根據時間被記錄。根據時間記錄的呼吸時相數據被稱作時間依賴性呼吸時相數據。本文使用的呼吸傳感器囊括能夠測量受試者的所述呼吸時相的所有傳感器。呼吸傳感器為，但不限于呼吸指導機或傳感器、力傳感器、測量所述受試者的位置或位置改變的傳感器、加速計，以及所述受試者上的基準標記。所述治療設備還包括用于控制所述治療設備的處理器。在本文中要理解，所述處理器等同于控制器或控制系統。此外，處理器可以指多個處理器。所述多個處理器可以在單個計算機系統或 嵌入式系統內，或者所述處理器可以分布在多個計算機或嵌入式系統的集合或網絡之間。所述治療設備還包括存儲器，所述存儲器包含用于由所述處理器執行的機器能執行指令。所述指令的執行引起所述處理器發送控制信號到所述治療系統，所述控制信號引起對所述靶標區的處置。所述控制信號包含引起所述治療系統生成局部處置所述靶標區的輻射源的命令。所述指令的執行還引起所述處理器從所述呼吸傳感器接收時間依賴性呼吸時相數據。所述指令的執行還引起所述處理器根據所述時間依賴性呼吸數據生成聚焦調節控制信號。所述治療系統具有能調節的聚焦。所述聚焦調節控制信號引起所述治療系統的所述聚焦被調節。換言之，所述聚焦調節控制信號引起具有所述受試者內所述靶標區位置的聚焦被改變到不同的位置。所述指令的執行還引起所述處理器發送所述聚焦調節控制信號到所述治療系統。當所述治療系統接收所述聚焦調節控制信號時，這些控制信號引起所述治療系統的所述聚焦被調節。所述聚焦可以被調節為使得其補償所述靶標區的運動。該實施例是有利的，因為所述治療系統可以連續地處置所述受試者的所述靶標區。例如，如果所述受試者正經歷呼吸，所述受試者的解剖結構可能根據時間而改變。通過發送所述聚焦調節控制信號到所述治療系統，所述能調節的聚焦可以被用來補償所述受試者的運動，并且然后所述靶標區可以移動，使得所述受試者的解剖結構的相同部分或所述受試者的解剖結構的期望部分得到處置。在另一實施例中，所述指令引起所述處理器發送控制信號到所述治療設備，所述控制信號引起所述治療系統連續地處置所述靶標區，同時進行以下步驟:接收所述時間依賴性呼吸時相數據，生成聚焦調節控制信號，以及發送所述聚焦調節控制信號到所述治療系統。在另一實施例中，所述存儲器還包含靶向模型。本文使用的“靶向模型”囊括這樣的模型:該模型根據時間依賴性呼吸時相數據描述所述靶標區的位置。所述聚焦調節控制信號根據所述時間依賴性呼吸時相數據和所述靶向模型被生成。該實施例是有利的，因為使用了確定所述受試者內所述靶標區的位置的模型。所述時間依賴性呼吸時相數據可以被用于確定所述靶標區的所述位置。因此，所述模型可以然后被用于調節所述治療系統的所述能調節聚焦，從而所述靶標區隨著所述受試者移動得到處置。在另一實施例中，所述治療設備還包括用于采集所述醫學成像區的時間依賴性醫學圖像數據的醫學成像系統。時間依賴性醫學圖像數據是所采集的醫學圖像，并且是時間的函數。所述指令的執行還引起所述處理器從所述醫學成像系統接收所述時間依賴性醫學圖像數據。所述指令的執行還引起所述處理器從所述呼吸傳感器接收初步時間依賴性呼吸時相數據。所述時間依賴性醫學圖像數據和所述初步時間依賴性呼吸時相數據是時間相關的。所述指令還引起所述處理器根據所述時間依賴性醫學圖像數據和所述初步時間依賴性呼吸時相數據生成所述靶向模型。在該實施例中，醫學圖像數據被采集并與呼吸時相數據一起被用于制作模型。該實施例是有利的，因為所述模型可以與后來采集的時間依賴性呼吸時相數據一起被用于預測所述靶標區的所述位置。所述靶向模型的使用允許將輻射引導至所述靶標區中，無需所述醫學成像系統在所述靶標區的處置過程中采集醫學圖像數據。例如，所述模型可以使用所述醫學成像系統被創建，并且然后所述治療系統和所述受試者可以在隨后被從所述醫學成像系統移出，并且然后對所述靶標區的處置可以在沒有`所述醫學成像系統的情況下執行。這是有利的，在于在所述靶標區的整個處置過程中不需要所述醫學成像系統。在例如所述醫學成像系統極其昂貴的磁共振成像的情形中，這可以減少所述處置的費用。在另一實施例中，所述指令引起所述處理器通過配準所述時間依賴性醫學圖像數據中的所述靶標區的時間依賴性位置而生成所述靶標模型。該步驟可以涉及將所述醫學圖像數據重建為醫學圖像。配準醫學圖像或醫學數據中的位置的過程是本領域熟知的，并且涉及模式識別或將模型擬合到所述圖像。所述指令還引起所述處理器通過根據初步時間依賴性呼吸時相數據將矢量映射到所述靶標區的經配準的時間依賴性位置上，來生成靶標模型。該步驟中，使用矢量和所述呼吸時相數據映射所述時間依賴性位置。使用所述后來采集的時間依賴性呼吸時相數據，可以計算新矢量的所述位置。該實施例是有利的，因為其提供了構建靶向模型的有效方式。在另一實施例中，所述指令還引起所述處理器計算所述初步時間依賴性呼吸時相數據與所述時間依賴性呼吸時相數據之間的相關性。如果所計算的相關性低于預定的相關性閾值，所述指令還引起所述處理器發送停止控制信號到所述治療系統，所述停止控制信號引起所述靶標區的所述處置停止。在該實施例中，將被用于創建所述靶向模型的所述呼吸時相數據與在所述靶標區的處置過程中采集的所述呼吸時相數據進行比較。如果所述相關性低于所述預定的相關性閾值，這可能表明所述模型將沒有精確預測所述靶標區在所述受試者內的所述位置。該情況中，停止控制信號引起所述治療系統停止處置所述靶標區。這是有利的，因為如果所述受試者沒有遵循相同的呼吸循環，或者移動了，或者存在某種其他問題，則所述受試者可能在所述靶標區的處置過程中受傷害。該實施例提供了對所述系統的安全性檢查。在另一實施例中，所述醫學成像系統為磁共振成像系統。在另一實施例中，所述醫學成像系統為超聲成像系統。在另一實施例中，所述醫學成像系統為計算機斷層攝影系統。在另一實施例中，所述治療設備還包括用于支撐所述受試者的受試者支撐體。所述呼吸傳感器為集成到所述受試者支撐體中的力傳感器，從而所述呼吸傳感器支撐所述受試者的至少一部分體重。本文使用的力傳感器被理解為囊括測量力、力的改變，或連接到所述力傳感器的質量的加速度的傳感器。該實施例是有利的，因為使所述呼吸傳感器集成到受試者支撐體中是方便的。額外地，力傳感器的使用不要求所述受試者配備特殊的呼吸管或其他測量裝置。
在另一實施例中，所述力傳感器采集力數據。所述力數據包括心沖擊描記圖信號。該實施例尤其有利，因為心沖擊描記圖信號或數據包括有關受試者的移動以及還有呼吸循環的數據。在另一實施例中，所述治療設備還包括用于將所述力數據濾波成呼吸時相數據的低通濾波器。該實施例是有利的，因為所述心沖擊描記圖信號包含幾種不同類型的數據。低通濾波器可以被用于將所述力數據濾波成呼吸時相數據。例如所述力傳感器可以被用于采集所述時間依賴性呼吸時相數據，并且其也可以被用于采集所述初步時間依賴性呼吸時相數據。所述低通濾波器可以以電子方式實現，或者其可以在軟件中或是通過數字信號處理芯片以數字方式實現。例如，所述力傳感器可以直接發送所述呼吸時相數據到所述處理器，或者在其他實施例中，接收所述時間依賴性呼吸時相數據的所述步驟可以是從所述力傳感器接收的原始數據。該情況中，數字信號處理芯片或機器能執行指令可以引起所述處理器對所述力數據進行數字濾波，以采集所述呼吸時相數據。在另一實施例中，所述指令還引起所述處理器從所述力傳感器接收時間依賴性力數據。這些指令可以與引起所述處理器從所述呼吸傳感器接收時間依賴性呼吸時相數據的那些指令相同。所述指令還引起所述處理器根據所述時間依賴性力數據計算平均能量信號。如果所述平均能量高于預定的平均能量閾值，所述指令還引起所述處理器發送停止控制信號到所述治療系統，所述停止控制信號引起所述靶標區的所述處置停止。該實施例是有利的，因為(例如通過計算實時時間依賴性力數據的RMS或均方根)計算平均能量信號，可以表明所述受試者處于移動過程中。如果所述受試者已有移動，則所述靶向模型可能不再有效。因此，該實施例可以提供檢測所述靶向模型何時不再有效的手段。在另一實施例中，所述治療系統為集成到所述受試者支撐體中的高強度聚焦超聲系統。所述高強度聚焦超聲系統包括具有能調節聚焦的超聲換能器。因此，所述超聲換能器能夠調節到所述靶標區中的超聲輻射或能量。所述能調節聚焦可以經由機械手段通過定位所述超聲換能器的位置的機械位置系統被聚焦，和/或所述超聲換能器可以以電子方式聚焦所述超聲能量。針對電子聚焦，所述超聲換能器可以在所述超聲換能器的表面上具有多個換能器元件。通過控制提供到每個所述元件的超聲能量的能量，并且尤其是相位，所述聚焦可以得以調節。將所述高強度聚焦超聲系統與力傳感器組合是尤其有利的。受試者可以躺在所述受試者支撐體上，籍此將重量放在所述高強度聚焦超聲系統與所述力傳感器兩者上。在另一實施例中，所述治療系統為伽馬輻射處置系統。在另一實施例中，所述治療系統為帶電粒子處置系統。在另一實施例中，所述治療系統為治療用X射線系統。在另一實施例中，所述治療系統為質子治療系統。在另一實施例中，所述治療系統為低溫消融系統。本文中使用的低溫消融系統囊括使用冷凍或組織溫度的 降低來引起消融的系統。在另一實施例中，所述治療系統為激光處置或消融系統。在另一實施例中，所述治療系統為射頻消融或加熱系統。在另一實施例中，所述治療系統為聞強度聚焦超聲系統。在另一實施例中，所述控制信號引起在所述處理器進行以下操作時，所述治療系統對所述靶標區的處置:從所述呼吸傳感器接收所述時間依賴性呼吸時相數據，根據所述時間依賴性呼吸數據生成聚焦調節控制信號，以及發送所述聚焦調節控制信號到所述治療系統。該實施例是尤其有利的，因為在該實施例中，所述治療系統在所述呼吸時相數據被接收的同時，以及在調節所述聚焦調節控制信號的同時，處置所述靶標區。實質上，所述治療系統是以連續的方式處置所述靶標區。與所述治療系統的操作簡單地通過所述時間依賴性呼吸時相數據來門控相比較，該治療系統可以得到更快速的處置和治療。在另一方面中，本發明提供操作治療設備的計算機實現方法。所述治療設備包括用于處置受試者的靶標區的治療系統。所述治療系統具有用于將輻射引導至所述靶標區中的能調節聚焦。所述治療設備還包括用于測量所述受試者的呼吸時相的呼吸傳感器。所述方法包括發送控制信號到所述治療系統的步驟，所述控制信號引起所述靶標區的處置。所述方法還包括從所述呼吸傳感器接收時間依賴性呼吸時相數據。所述方法還包括根據所述時間依賴性呼吸時相數據生成聚焦調節控制信號的步驟。所述方法還包括發送所述聚焦調節控制信號到所述治療系統的步驟。該方法的優點已在前文討論。在另一方面中，本發明提供包括用于由治療設備的處理器執行的機器能執行指令的計算機程序產品。所述計算機程序產品例如可以被存儲在存儲器中，并且可以是計算機可讀存儲介質。所述治療設備包括用于處置所述受試者的所述靶標區的治療系統。所述治療系統具有用于將輻射引導至所述靶標區中的能調節聚焦。所述設備還包括用于測量所述受試者的呼吸時相的呼吸傳感器。所述指令的執行引起所述處理器發送控制信號到所述治療系統，其引起對所述靶標區的處置。所述指令的執行還引起所述處理器從所述呼吸傳感器接收時間依賴性呼吸時相數據。所述指令的執行還引起所述處理器根據所述時間依賴性呼吸時相數據生成聚焦調節控制信號。所述指令的執行還引起所述處理器發送所述聚焦調節控制信號到所述治療系統。


以下將僅以舉例的方式，并且參考附圖描述本發明的優選實施例，其中:圖1示出圖示根據本發明實施例的方法的流程圖；圖2示出圖示根據本發明另一實施例的方法的流程圖；圖3圖示根據本發明實施例的治療設備；圖4圖示根據本發明另一實施例的治療設備；圖5圖示根據本發明另一實施例的治療設備；圖6圖示根據本發明另一實施例的治療設備；圖7a示出時間依賴性呼吸時相數據的圖；圖7b靶標區704根據時間的位置；圖7c矢量被分配給所述靶標區704的獨立位置；圖7d圖示所述靶向模型的使用；圖8示出所述力傳感器的另一圖示；圖9示出使用力傳感器獲取的時間依賴性呼吸時相數據900 ；圖10不出心沖擊描記圖數據的均方根。

附圖標記列表300治療設備302治療系統304靶標區306受試者308第一呼吸傳感器310第二呼吸傳感器312受試者支撐體314醫學成像系統316成像區318計算機系統320 硬件接口322 處理器324 用戶接口326存儲設備328存儲器330時間依賴性呼吸時相數據332時間依賴性醫學圖像數據334初步時間依賴性呼吸時相數據336時間依賴性醫學圖像338靶標模型340治療設備控制模塊342呼吸時相數據分析模塊344聚焦調節控制信號生成模塊
346靶標模型生成模塊348醫學圖像重建模塊350圖像配準模塊352矢量映射模塊400治療設備402高強度聚焦超聲系統404超聲換能器406超聲換能器電源407機械定位系統408流體填充腔410超聲的路徑412超聲窗口414硅膠墊片416力傳感器418機械適配器420剛性支撐體422反作用力矢量424呼吸指導機500治療設備502磁體504磁場梯度線圈506磁場梯度線圈電源508射頻線圈510射頻收發器600治療設備602滑軌車700時間軸702時間依賴性呼吸時相數據軸704靶標區的位置 706針對不同呼吸時相靶標區的矢量映射位置708超聲換能器710在tQ時的靶標區位置711針對時間tQ的矢量712聚焦超聲在h的路徑714在丨7時的靶標區位置715針對時間&的矢量716聚焦超聲在t7的路徑900時間依賴性呼吸時相數據1000平均能量信號
具體實施例方式這些圖中相似標號的元件為等同的元件或者執行相同的功能。如果功能等同，前文已被討論的元件將不必須在后面進行討論。圖1示出圖示根據本發明實施例的方法的流程圖。步驟100中，控制信號被發送到所述治療系統。所述控制信號令所述治療系統開始對受試者的所述靶標區的處置。步驟102中，從呼吸傳感器接收時間依賴性呼吸時相數據。步驟104中，所述時間依賴性呼吸時相數據被用于生成聚焦調節控制信號。步驟106中，所述聚焦調節控制信號被發送到所述治療系統。所述聚焦調節控制信號令所述治療系統調節其聚焦到不同位置。步驟102、104和106可以被重復地進行。這實現對所述靶標區的連續處置。在所述靶標區的所述處置完成之后，所述方 法結束108。圖2示出圖示根據本發明另一實施例的方法的流程圖。步驟200中，從醫學成像系統接收時間依賴性醫學圖像數據。步驟202中，從呼吸傳感器接收初步時間依賴性呼吸時相數據。步驟204中，使用所述時間依賴性醫學圖像數據和所述初步時間依賴性呼吸時相數據生成靶向模型。步驟206中，控制信號被發送到所述治療系統。圖2的步驟206等同于圖1的步驟100。步驟208中，從所述呼吸傳感器接收時間依賴性呼吸時相數據。步驟208等同于圖1的步驟102。步驟210中，根據所述時間依賴性呼吸時相數據和所述靶向模型生成聚焦調節控制信號。在步驟204中生成的所述靶向模型被用于步驟210，以生成所述聚焦調節控制信號。這例如可以通過以下操作來完成:使用所述靶向模型預測所述靶標區的所述位置，并且然后生成聚焦調節控制信號，所述聚焦調節控制信號將所述治療系統的所述能調節聚焦調節到所述受試者的所述靶標區上。最后在步驟212中，所述聚焦調節控制信號被發送到所述治療系統。步驟208、210和212可以被重復許多次，例如在靶標區的處置過程中，所述呼吸時相數據可以被連續地接收。這可以令所述系統連續地生成聚焦調節控制信號，以及連續地或周期性地將它們發送到所述治療系統。當所述靶標區完成時，執行步驟214。步驟214中，所述靶標區的所述處置結束。這可以通過發送控制信號到所述治療系統來實現，所述控制信號作引起對所述受試者的所述靶標區的所述處置終止。圖3示出根據本發明實施例的治療設備300。所示為用于處置受試者306的靶標區304的治療系統302。所述治療系統302被示為箱體，并且代表許多不同類型的治療系統。例如，所述治療系統可以為但不限于:伽馬輻射處置系統、帶電粒子處置系統、治療用或lineac X射線治療系統、質子治療系統、低溫消融系統、激光處置系統、射頻消融系統、射頻加熱系統，以及高強度聚焦超聲系統。圖3中所示的是第一呼吸傳感器308和第二呼吸傳感器310。所述第一呼吸傳感器308代表隨著受試者306呼吸，跟蹤由所述受試者306的運動或施加的力的呼吸傳感器。所述第一呼吸傳感器可以為但不限于:力傳感器、加速計、運動傳感器，以及應變計。圖3中還示出的是第二呼吸傳感器310。所述第二呼吸傳感器310代表監測進出所述受試者306的氣流，以確定所述受試者306的呼吸時相的一類呼吸傳感器。例如所述第二呼吸傳感器可以為但不限于:呼吸指導機(advisor)、氣流傳感器，以及麻醉呼吸裝置。圖3中還示出的是任選的醫學成像系統314。所述醫學成像系統314用于從成像區316采集醫學圖像數據。所述受試者306可以部分或完全處于所述醫學成像區316內。所述醫學成像系統314采集顯示解剖學或包含所述受試者306的解剖學數據的所述醫學數據，并且可以被用于隨著所述受試者306呼吸，識別所述靶標區304的所述位置。如前面所提及的，所述醫學成像系統314在該實施例中是任選的。所述醫學成像系統還涉及的元件，例如用于采集或處理醫學圖像數據的控制軟件也是任選的。所述治療系統302、所述第一呼吸傳感器308、所述第二呼吸傳感器310，以及所述醫學成像系統314均被示為被連接到所述計算機系統318的硬件接口 320。所述硬件接口 320被連接到所述計算機系統318的處理器322。所述硬件接口 320允許處理器322發送和接收控制信號到所述治療設備300的部件。所述硬件接口 320使得所述處理器322能夠控制所述治療設備300。所述處理器322也被示為被連接到計算機存儲設備326、計算機存儲器328，以及用戶接口 324。所述計算機存儲設備326被示為包含時間依賴性呼吸時相數據330。這是使用所述第一呼吸傳感器308和/或所述第二呼吸傳感器310采集的呼吸時相數據。針對本發明的實施例，所述第一呼吸傳感器308和所述第二呼吸傳感器310中的任一個或兩者均可以存在。類似地，所述時間依賴性呼吸時相數據330可以包括來自所述第一呼吸傳感器308和所述第二呼吸傳感器310中的一個或兩者的數據。所述計算機存儲設備326被示為還包含時間依賴性醫學圖像數據332。所述計算機存儲設備326還被示為包含初步時間依賴性呼吸時相數據334。所述時間依賴性醫學圖像數據332和所述初步時間依賴性呼吸時相數據334可以被用于構建靶標模型338。在一些實施例中，所述時間依賴性醫學圖像數據332和所述初步時間依賴性呼吸時相數據334可以不存在。這可以是因為它們已經從存儲設備中被刪除，或者因為靶標模型338可能已經存在。一些實施例中，所述時間依賴性醫學圖像數據已被重建成也位于所述計算機存儲設備326中的時間依賴性醫學圖像336。示為在所述計算機存儲設備326中的數據代表如果所述數據已被使用之后，所述數據可以不需要被保留在所述計算機存儲設備326或計算機存儲器328中。一些情況中，在靶標模型338已被創建之后，原始數據可以被刪除。所述計算機存儲器328被示為包含治療設備控制模塊340。所述治療設備控制模塊包含允許所述處理器3 22操作和控制所述治療設備300的機器能執行指令。一些實施例中，所述計算機存儲器328具有呼吸時相數據分析模塊342。所述呼吸時相數據分析模塊包含用于分析呼吸時相數據的計算機能執行指令。例如，所述呼吸時相數據分析模塊可以包含用于對所述呼吸時相數據330、334進行數字濾波的代碼。所述呼吸時相數據分析模塊342也可以包含用于將所述時間依賴性呼吸時相數據330與所述初步時間依賴性呼吸時相數據334進行比較的計算機能執行指令。所述計算機存儲器328被示為還包含聚焦調節控制信號生成模塊344。所述聚焦調節控制信號生成模塊包含使用所述時間依賴性呼吸時相數據來生成聚焦調節控制信號的計算機能執行代碼。一些實施例中，這是使用所述靶標模型338來實現的。一些實施例中，所述計算機存儲器328還包含醫學圖像重建模塊348。所述醫學圖像重建模塊348包含允許所述處理器將時間依賴性醫學圖像數據332重建為時間依賴性醫學圖像336的計算機能執行代碼。在一些實施例中，所述計算機存儲器328還包含圖像配準模塊350。所述圖像配準模塊包含本領域已知用于在所述時間依賴性醫學圖像336上執行圖像配準的計算機能執行代碼。例如，所述圖像配準模塊350可以識別特定的解剖學結構，其允許對根據時間或呼吸時相的所述靶標區304的識別。一些實施例中，所述計算機存儲器328還包含矢量映射模塊352。所述矢量映射模塊352可以允許靶標模型生成模塊346使用所述初步時間依賴性呼吸時相數據334和經配準的時間依賴性醫學圖像創建靶標模型338。圖4示出根據本發明的可替換實施例的治療設備400。該實施例將高強度聚焦超聲系統402與力傳感器416組合，兩者均并入所述受試者支撐體312。所述高強度聚焦超聲系統402被集成到所述受試者支撐體312中。所述高強度聚焦超聲系統包括被連接到超聲換能器電源406的超聲換能器404。所述超聲換能器404可以包含多個換能器元件。該情況中，所述超聲換能器電源能夠控制供應到單個超聲換能器元件的電力的幅值和/或時相。這允許對所述超聲換能器404的所述聚焦的電子控制。所述超聲換能器404也可以使用機械定位系統被定位，以機械地移動所述超聲換能器404。因此，該實施例中有兩種不同的方式控制所述超聲換能器404的聚焦的位置。所述超聲換能器404被示為浸入在流體填充腔408中。所述流體填充腔408被填充有能夠將來自所述超聲換能器404的超聲能量或超聲波傳導到所述超聲窗口 412的流體。虛線410示出聚焦超聲到位于所述受試者306中的所述靶標區304的路徑。所述聚焦超聲410被示為穿過所述流體填充腔408并且穿過超聲窗口 412。該實施例中，存在將所述受試者306以超聲方式耦合到所述超聲窗口 412的任選的硅膠墊片414。圖4中還示出力傳感器416。所述力傳感器416與機械適配器418和剛性支撐體420相接觸。所述剛性支撐體420是將所述力傳感器416連接到所述受試者支撐體312的支撐體。所述機械適配器418提供所述受試者306可以施加力到其上的表面。所述機械適配器418繼而在所述力傳感器416上施加力。所述力傳感器416可以測量所述受試者306的絕對力、力的改變，或者其可以測量所述機械適配器418的加速度。所述矢量422是反作用力矢量，所述反作用力矢量是平衡由機械適配器418施加在所述力傳感器416上的力的力矢量。圖4中還示出任選的 呼吸指導機424。所述呼吸指導機424也是與所述力傳感器416—樣的呼吸傳感器。所述呼吸指導機424可以監測所述受試者306的呼吸，并且提供補充數據。所述高強度聚焦超聲系統402、所述力傳感器416和所述呼吸指導機424均被示為被連接到計算機系統318的所述硬件接口 320。圖3中所示的所述計算機系統318等同于圖4中所示的所述計算機系統318。所述各個部件將數據存儲在所述計算機存儲設備326中，并且存儲在所述計算機存儲器328中的機器能執行指令也是等同的。圖4中可注意到，所述圖像分析和數據中的許多在所述計算機存儲設備326和計算機存儲器328是沒有的。在該實施例中，所述靶標模型338是預先存在的。這允許無需使用如圖3中所示的醫學成像系統314而在所述受試者306上進行治療。圖5示出根據本發明另一實施例的治療設備500。圖5中所示的實施例等同于圖4中所示的實施例，除了在該實施例中，磁共振成像系統被并入所述治療設備500中。圖4中未示出的額外的部件得以被討論。該實施例中，存在用于在成像區316內生成均勻磁場的磁體502。該范例中，示出圓柱形超導磁體的橫截面視圖。其他磁體樣式和類型是本領域已知的，并且也可應用于本發明。所述受試者支撐體312、高強度聚焦超聲系統402和力傳感器416均被示為處于圓柱形磁體502的膛內。磁場梯度線圈504也在所述磁體的所述膛內。所述磁場梯度線圈504實際上是用于在所述成像區316內對磁自旋進行空間編碼的三個獨立的線圈系統。被連接到所述磁場梯度線圈504的是磁場梯度線圈電源506。所述磁場梯度線圈電源506供應用于激勵所述磁場梯度線圈504的電流。毗鄰所述成像區316的是射頻線圈508。所述射頻線圈508被連接到射頻收發器510。所述射頻收發器510被用于使用所述射頻線圈508采集磁共振數據。要理解，所述射頻線圈508可以代表單個的發射和接收線圈。類似地，所述射頻收發器510也代表獨立的發射器和接收器。所述高強度聚焦超聲系統402、所述力傳感器416、所述任選的呼吸指導機424、所述磁場梯度線圈電源506，以及所述射頻收發器510均被示為被連接到計算機系統318的硬件接口 320。與圖4相似，所述計算機系統318以及所述計算機存儲設備326和所述計算機存儲器328的內容物均等同于圖3中所示的那些。圖6示出根據本發明實施例的治療設備600的實施例。該圖中沒有示出全部細節。該示治療設備600是如何可以被集成到常規磁共振成像系統中的。該圖中所示的為圓柱形磁體502。帶有所述力傳感器416的所述受試者支撐體312使用滑軌車602被放到所述磁體502中。治療系統在該圖中未不出。圖4和圖5中所不的聞強度聚焦超聲系統402可以被集成到所述受試者支撐體312中。可替換地，如前文所提及的其他類型的治療系統也可以被集成到該圖中所示的所述治療設備600中。所述滑軌車602可以被用于將所述受試者支撐體312插入所述磁體502或從所述磁體502移除。該示兩件事:第一其圖示本發明是如何可以被集成到常規磁共振成像系統中的。圖6還圖示圖3的實施例是如何可以獨立于成像系統被操作的。例如，如圖4中所示的治療設備400的實施例的受試者支撐體可以被插入到所述磁體502中。可以在所述受試者306和所述受試者支撐體312處于所述磁體502內時生成靶標模型338，并且操作所述磁共振成像系統。在已生成所述靶標模型338之后，所述受試者支撐體312可以被從所述磁體502移除。所述處置可 以如圖4中的實施例所示的繼續進行。由于所述受試者支撐體312和所述受試者306已被從所述磁體502移除，因此磁共振成像系統可以被用于其他用途。圖7a至圖7d圖示了可以如何構建并使用靶標模型。圖7a具有時間軸700和時間依賴性呼吸時相數據軸702。該圖中，從所述呼吸傳感器采集的數據被根據時間進行繪圖。所述數據點被標記T0-T12。圖7b中，所述靶標區的位置704根據時間在三維空間被繪圖。所述靶標區的所述位置也被標記T0-T12。圖7c中，矢量被分配給所述靶標區704的獨立位置。將矢量706分配到所述靶標位置704實質上創建了所述靶向模型。最終在圖7d中，圖示所述靶向模型的使用。該圖中，在各個時間顯示由超聲換能器708對受試者的所述處置。該情況中，所述超聲換能器708為相控陣換能器。換言之，所述超聲換能器是用多個換能器元件構建的。該圖還示出在TO時的靶標區位置710，以及在T7時的靶標區位置714。所述矢量711識別在TO時的靶標區預測位置。所述矢量715預測在T7時的靶標區位置。虛線712示出在時間TO聚焦超聲到所述靶標區710的路徑。虛線716示出在時間T7聚焦超聲到所述靶標區714的路徑。為了確定創建矢量的中間時刻時的靶標區位置，可以通過在兩個矢量之間插值來計算中間矢量。圖7中圖示的這種靶向模型可以補償周期性呼吸移動，所述周期性呼吸移動足夠恒定到以可靠的方式獲得靶標位置。為了確保在預處置和處置期過程中的恒定呼吸，建議步驟如下:1、呼吸測量可以在患者被安放在臺面上之后立即開始。2、可以分析呼吸信號，并且系統在患者呼吸穩定時告知操作員。3、可以針對當前處置期生成并存儲“正常”呼吸信號。所述“正常”信號可以為一套參數、擬合曲線或其他模型。4、可以在處置過程中監測呼吸，并且持續將所述呼吸與所述“正常”呼吸進行比較，以確定所述靶標在所述呼吸循環的不同時相以相似的方式移動。5、如果檢測到太低的相關性，暫停超聲處理，并且可以建議所述患者用可視呼吸指導機或其他方法恢復正常呼吸。如果所述患者不能夠恢復正常呼吸，在允許所述超聲處理繼續之前再次執行靶標移動分析。圖8示出前文在圖·3和圖4中所示實施例中描述的所述力傳感器416另外的圖示。該實施例中，存在用于支撐受試者306的受試者支撐體312。存在與所述受試者306和所述力傳感器416相接觸的機械適配器418。所述受試者306在所述機械適配器418上施加力。隨著所述受試者306呼吸，施加在所述機械適配器418上的力改變。所述機械適配器418然后將力傳輸到所述力傳感器416。所述力傳感器416被支撐在所述機械適配器和所述剛性支撐體420之間。所述剛性支撐體420將力傳輸到所述受試者支撐體312。圖9示出使用如圖4、5和8中圖示的力傳感器采集的時間依賴性呼吸時相數據900。圖9中所示的所述數據為使用心沖擊描記圖信號采集的呼吸時相數據，所述心沖擊描記圖信號經過低通濾波器處理。數據是使用圖8中所示的裝置在3特斯拉磁場中采集的。圖10示出如在圖9中采集的心沖擊描記圖數據，但在該情況中，計算了所述信號的均方根。這是平均能量信號1000。圖10中所示的所述信號可以被用于檢測所述受試者的整體運動或移動。通過以此方式在所采集的數據上放置足夠的閾值或多個閾值，可以檢測受試者的運動并將其用于中斷所述靶標區的處置。數據是使用圖8中所示的裝置在3特斯拉磁場中采集的。盡管已在附圖和前文的描述中舉例說明并詳細描述了本發明，這種舉例說明和描述應被認為是闡釋性或示例性的并且不是限制性的；本發明不限于所公開的實施例。本領域技術人員在實踐要求保護的本發明時，通過研究附圖、公開內容以及所附權利要求書，可以理解并實現對所公開實施例的其他變型。權利要求書中，詞語“包括”不排除其他元素或步驟，并且不定冠詞“一”不排除多個。單一處理器或其他單元可以實現權利要求書中記載的幾個項目的功能。互不相同的從屬權利要求中記載了特定措施這一僅有事實并不指示不能有利地組合這些措施。計算機程序可以被存儲/分布在合適的介質上，例如與其他硬件一起提供，或作為其他硬件的部分提供的光學存儲介質或固態介質，但也可以以其他形式分布，例如經由互聯網或其他有線或無線通信系統。權利要求書中的任何附圖標記不應被解讀為限制權利要求的范圍。
權利要求
1.一種治療設備(300、400、500、600)，包括: 治療系統(302、402)，其用于處置受試者(306)的靶標區(304)，其中，所述治療系統具有用于將輻射(410)引導至所述靶標區中的能調節聚焦； 呼吸傳感器(308、310、416、424)，其用于測量所述受試者的呼吸時相； 處理器(322)，其用于控制所述治療設備；以及 存儲器(326、328)，其包含供所述處理器執行的機器能執行指令(340、342、344、346、348、350、352 )，其中，所述指令的執行引起所述處理器: -發送(100、206)控制信號到所述治療系統，所述控制信號引起對所述靶標區的處置， -從所述呼吸傳感器接收(102、208)時間依賴性呼吸時相數據(330)， -根據所述時間依賴性呼吸時相數據生成(104、210)聚焦調節控制信號，并且 -發送(106、212)所述聚焦調節控制信號到所述治療系統。
2.如權利要求1所述的治療設備，其中，所述存儲器還包含靶向模型(338)，其中，所述靶向模型根據所述時間依賴性呼吸時相數據描述所述靶標區的位置，并且其中，所述聚焦調節控制信號根據所述時間依賴性呼吸時相數據和所述靶向模型來生成。
3.如權利要求2所述的治療設備，其中，所述治療設備還包括用于采集醫學成像區的時間依賴性醫學圖像數據的醫學成像系統(314、502、506、508、510)，其中，所述指令的執行還引起所述處理器: -從所述醫學成像系統接收(200)所述時間依賴性醫學圖像數據(332)； -從所述呼吸傳感器接收(202)初步時間依賴性呼吸時相數據(334)，其中，所述時間依賴性醫學圖像數據和所述初步時間依賴性呼吸時相數據是時間相關的；并且 -根據所述時間依賴性醫學圖像數據和所述初步時間依賴性呼吸時相數據生成(204)所述靶向模型。
4.如權利要求3所述的治療設備，其中，所述指令引起所述處理器通過以下方式生成靶標模型: -配準所述時間依賴性醫學圖像數據中的所述靶標區的時間依賴性位置(704)，并且-根據所述初步時間依賴性呼吸時相數據將矢量(706)映射到所述靶標區的經配準的時間依賴性位置上。
5.如權利要求3或4所述的治療設備，其中，所述指令還引起所述處理器: -計算所述初步時間依賴性呼吸時相數據與所述時間依賴性呼吸時相數據之間的相關性， -在所計算的相關性低于預定相關性閾值時，發送停止控制信號到所述治療系統，所述停止控制信號弓I起對所述靶標區的所述處置停止。
6.如權利要求3、4或5所述的治療設備，其中，所述醫學成像系統為以下的任意一種:磁共振成像系統、超聲成像系統，以及計算機斷層攝影系統。
7.如前述權利要求中任一項所述的治療設備，其中，所述治療設備還包括用于支撐所述受試者(312)的受試者支撐體，其中，所述呼吸傳感器為集成到所述受試者支撐體中的力傳感器，從而所述呼吸傳感器支撐所述受試者的至少一部分體重。
8.如權利要求7所述的治療設備，其中，所述力傳感器采集時間依賴性力數據，其中，所述時間依賴性力數據包括心沖擊描記圖信號。
9.如權利要求7或8所述的治療設備，其中，所述治療設備還包括用于將所述力數據濾波成呼吸時相數據的低通濾波器。
10.如權利要求6至9中任一項所述的治療設備，其中，所述指令還引起所述處理器: -從所述力傳感器接收時間依賴性力數據； -根據所述時間依賴性力數據計算平均能量信號(1000);并且-在所述平均能量信號高于預定平均能量閾值時，發送停止控制信號到所述治療系統，所述停止控制信號引起對所述靶標區的所述處置停止。
11.如權利要求7至10中任一項所述的治療設備，其中，所述治療系統為集成到所述受試者支撐體中的高強度聚焦超聲系統，其中，所述高強度聚焦超聲系統包括具有能調節聚焦的超聲換能器。
12.如權利要求1至10中任一項所述的治療設備，其中，所述治療系統為以下的任意一種:伽馬輻射處置系統、帶電粒子處置系統、治療型X射線系統、質子治療系統、低溫消融系統、激光處置系統、射頻消融系統，以及高強度聚焦超聲系統。
13.如前述權利要求中任一項所述的治療設備，其中，在所述處理器進行以下操作時，所述控制信號引起所述治療系統引起對所述靶標區的處置: -從所述呼吸傳感器接收所述時間依賴性呼吸時相數據， -根據所述時間依賴性呼吸數據生成所述聚焦調節控制信號，并且 -發送所述聚焦調節控制信號到所述治療系統。
14.一種操作治療設備(300、400、500、600)的計算機實現方法，其中，所述治療設備包括用于處置受試者(306)的靶標區(304)的治療系統(302、402)，其中，所述治療系統具有用于將輻射(410)引導至所述靶標區中的能調節聚焦，其中，所述治療設備還包括用于測量所述受試者的呼吸時相的呼吸傳感器(308、310、416、424)，其中，所述方法包括以下步驟: -發送(100、206)控制信號到所述治療系統，所述控制信號引起對所述靶標區的處置， -從所述呼吸傳感器接收(102、208)時間依賴性呼吸時相數據(330)， -根據所述時間依賴性呼吸時相數據生成(104、210)聚焦調節控制信號，并且 發送(106、212)所述聚焦調節控制信號到所述治療系統。
15.一種計算機程序產品，其包括用于由治療設備(300、400、500、600)的處理器(322)執行的機器能執行指令(340、342、344、346、348、350、352)，其中，所述治療設備包括用于處置受試者(306)的靶標區(304)的治療系統(302、402)，其中，所述治療系統具有用于將輻射引導至所述靶標區中的能調節聚焦，其中，所述設備還包括用于測量所述受試者的呼吸時相的呼吸傳感器(308、310、416、424)，其中，所述指令的執行引起所述處理器: -發送(100、206)控制信號到所述治療系統，所述控制信號引起對所述靶標區的處置， -從所述呼吸傳感器接收(102、208)時間依賴性呼吸時相數據(330)， -根據所述時間依賴性呼吸數據生成 (104、210)聚焦調節控制信號，并且 -發送(106、212)所述聚焦調節控制信號到所述治療系統。
全文摘要
一種治療設備(300、400、500、600)，包括用于處置受試者(306)的靶標區(304)的治療系統(302、402)，其中所述治療系統具有用于將輻射(410)引導至所述靶標區中的能調節聚焦；用于測量所述受試者的呼吸時相的呼吸傳感器(308、310、416、424)；用于控制所述治療設備的處理器(322)；以及包含用于由所述處理器執行的機器能執行指令(340、342、344、346、348、350、352)的存儲器(326、328)，其中所述指令的執行令所述處理器發送(100、206)控制信號到所述治療系統，所述控制信號引起對所述靶標區的處置；從所述呼吸傳感器接收(102、208)時間依賴性呼吸時相數據(330)；根據所述時間依賴性呼吸時相數據生成(104、210)聚焦調節控制信號；以及發送(106、212)所述聚焦調節控制信號到所述治療系統。
文檔編號A61N7/00GK103180015SQ201180051917
公開日2013年6月26日 申請日期2011年10月25日 優先權日2010年10月26日
發明者K·V·T·皮波寧 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司