輻射處置遞送期間的實(shí)時(shí)腫瘤灌注成像的制作方法
【專利摘要】一種用于灌注成像的系統(tǒng)和方法包括成像設(shè)備(122)，所述成像設(shè)備(122)被配置為從靶區(qū)域收集灌注信息。處理模塊(110)被配置為基于所述灌注信息來(lái)確定所述靶區(qū)域的灌注水平。規(guī)劃模塊(114)被配置為通過(guò)將所述灌注水平與針對(duì)所述靶區(qū)域的處置活動(dòng)相關(guān)來(lái)提供針對(duì)所述靶區(qū)域的處置規(guī)劃，其中，所述處置活動(dòng)是基于所述靶區(qū)域中的所述灌注水平的特性而被調(diào)節(jié)的。
【專利說(shuō)明】輻射處置遞送期間的實(shí)時(shí)腫瘤灌注成像

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開(kāi)涉及醫(yī)療儀器，并且更具體地涉及輻射治療遞送期間的腫瘤灌注成像。

【背景技術(shù)】
[0002]輻射治療(RT)通常用于癌癥的處置。常規(guī)地，RT處置規(guī)劃是靜態(tài)的，這是因?yàn)樗鼈儽辉诟鱾€(gè)部分之間沒(méi)有任何修改的情況下被創(chuàng)建并且被遞送。與化學(xué)治療相結(jié)合使用的RT增強(qiáng)了對(duì)癌癥的處置，這是因?yàn)槟[瘤對(duì)化學(xué)治療藥劑的攝取增加了 RT的效果。腫瘤對(duì)化學(xué)治療藥劑的攝取由腫瘤中藥劑的濃度水平確定，所述腫瘤中藥劑的濃度水平進(jìn)而取決于腫瘤灌注水平。因此，測(cè)量RT遞送期間腫瘤灌注的變化的能力在確定針對(duì)剩余部分的RT處置規(guī)劃的適配中以及在確定針對(duì)施用化學(xué)治療的適當(dāng)?shù)乃幬镞f送模式中可以產(chǎn)生有價(jià)值的反饋。然而，目前不存在用于在RT遞送期間實(shí)時(shí)無(wú)創(chuàng)地量化腫瘤響應(yīng)的方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)本發(fā)明的原理，一種成像系統(tǒng)包括成像設(shè)備，所述成像設(shè)備被配置為從靶區(qū)域收集灌注信息。處理模塊被配置為基于所述灌注信息來(lái)確定所述靶區(qū)域的灌注水平。規(guī)劃模塊被配置為通過(guò)將所述灌注水平與針對(duì)所屬靶區(qū)域的處置活動(dòng)相關(guān)來(lái)提供針對(duì)所述靶區(qū)域的處置規(guī)劃，其中，所述處置活動(dòng)是基于所述靶區(qū)域中的所述灌注水平的特性而被調(diào)節(jié)的。
[0004]一種灌注成像系統(tǒng)包括成像設(shè)備，所述成像設(shè)備被配置為從靶區(qū)域收集灌注信息。處理模塊被配置為基于所述灌注信息來(lái)確定所述靶區(qū)域的灌注水平。規(guī)劃模塊被配置為通過(guò)將所述灌注水平與針對(duì)所述靶區(qū)域的處置活動(dòng)相關(guān)來(lái)提供針對(duì)所述靶區(qū)域的處置規(guī)劃，其中，所述處置活動(dòng)是通過(guò)將腫瘤灌注水平和正常組織灌注水平中的至少一個(gè)用作優(yōu)化參數(shù)基于所述靶區(qū)域中的所述灌注水平的特性而被調(diào)節(jié)的。所述處置活動(dòng)包括輻射治療和化學(xué)治療中的至少一個(gè)。
[0005]一種用于灌注成像的方法包括從靶區(qū)域收集灌注信息?；谒龉嘧⑿畔?lái)確定所述靶區(qū)域的灌注水平。通過(guò)將所述灌注水平與針對(duì)所述靶區(qū)域的處置活動(dòng)相關(guān)來(lái)提供針對(duì)靶區(qū)域的處置規(guī)劃，其中，所述處置活動(dòng)是基于所述靶區(qū)域中的所述灌注水平的特性而被調(diào)節(jié)的。
[0006]結(jié)合附圖閱讀對(duì)本公開(kāi)的說(shuō)明性實(shí)施例的以下詳細(xì)說(shuō)明，本公開(kāi)的這些和其他目的、特征和優(yōu)勢(shì)將變得顯而易見(jiàn)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0007]本公開(kāi)將參考以下附圖來(lái)詳細(xì)介紹對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的以下說(shuō)明，其中:
[0008]圖1是示出了根據(jù)一個(gè)說(shuō)明性實(shí)施例的灌注成像系統(tǒng)的方框圖/流程圖；
[0009]圖2示出了根據(jù)一個(gè)說(shuō)明性實(shí)施例的適于監(jiān)測(cè)腫瘤的灌注水平的灌注成像系統(tǒng)；
[0010]圖3示出了具有根據(jù)一個(gè)說(shuō)明性實(shí)施例的適于對(duì)乳房腫瘤進(jìn)行成像的灌注成像系統(tǒng)的對(duì)象的截面圖；
[0011]圖4是示出了根據(jù)一個(gè)說(shuō)明性實(shí)施例的用于灌注成像的方法的方框圖/流程圖；并且
[0012]圖5是示出了根據(jù)一個(gè)說(shuō)明性實(shí)施例的采用灌注水平來(lái)調(diào)整治療的示范性使用案例的方框圖/流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0013]根據(jù)本發(fā)明的原理，提供了用于灌注成像的系統(tǒng)和方法。電離輻射和化學(xué)治療的結(jié)果是被輻照的組織區(qū)域中的血紅蛋白和水含量水平的變化，以及隨著血管舒張?jiān)黾拥木植抗嘧⒛Ｊ降淖兓?。灌注成像技術(shù)測(cè)量血紅蛋白的組織濃度、水、氧飽和度和流量，以獲得輻射治療遞送期間的腫瘤灌注水平作為輻射治療效果的量度?？梢栽谳椛渲委煾鞑糠种g實(shí)時(shí)地或間歇地獲得灌注水平。
[0014]優(yōu)選地，灌注成像設(shè)備的探頭被定位為使得它不干擾有效輻射治療束。在一個(gè)實(shí)施例中，探頭被耦合到機(jī)器人手臂以定位探頭?？梢曰谝韵轮械囊豁?xiàng)或多項(xiàng)來(lái)定位探頭:當(dāng)前有效RT束、光學(xué)信號(hào)的信噪比、從RT規(guī)劃系統(tǒng)和/或記錄和驗(yàn)證系統(tǒng)獲得的直線加速器位置的已知的時(shí)間模式、以及每個(gè)有效束的出口路徑。備選地，可以基于用于在程序期間監(jiān)測(cè)最大視場(chǎng)的最優(yōu)靜態(tài)位置的RT規(guī)劃系統(tǒng)的輸出來(lái)定位探頭。
[0015]在特別有用的實(shí)施例中，將靶區(qū)域的灌注水平與處置活動(dòng)相關(guān)，以提供針對(duì)靶區(qū)域的處置規(guī)劃。優(yōu)選地，可以基于靶區(qū)域中的灌注水平的特性來(lái)調(diào)節(jié)處置活動(dòng)。處置活動(dòng)可以包括輻射治療。例如，腫瘤灌注水平和正常(即健康的)組織灌注水平可以被用作輻射治療規(guī)劃中的優(yōu)化參數(shù)。處置活動(dòng)還可以包括與輻射治療一起施用的化學(xué)治療。
[0016]有利地，本發(fā)明的原理以安全和無(wú)創(chuàng)的方式確定腫瘤的灌注水平。通過(guò)測(cè)量輻射治療遞送期間腫瘤灌注的變化，可以收集關(guān)于不同腫瘤類型及癌癥階段對(duì)輻射治療的響應(yīng)的重要信息。該數(shù)據(jù)可以被用來(lái)針對(duì)腫瘤的具體類型和位置來(lái)定制輻射治療處置規(guī)劃或化學(xué)治療處置規(guī)劃。
[0017]應(yīng)當(dāng)理解，將關(guān)于醫(yī)療成像儀器來(lái)描述本發(fā)明；然而，本發(fā)明的教導(dǎo)寬泛得多并且適用于任何成像儀器。在一些實(shí)施例中，本發(fā)明的原理被用在分析或處置復(fù)雜的生物或機(jī)械系統(tǒng)中。附圖中描繪的元件可以被以硬件和軟件的各種組合來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且可以提供可以被組合在單個(gè)元件或多個(gè)元件中的功能。
[0018]可以通過(guò)使用專用硬件以及能夠與合適的軟件相關(guān)聯(lián)地執(zhí)行軟件的硬件來(lái)提供附圖中示出的各個(gè)元件的功能。當(dāng)由處理器來(lái)提供功能時(shí)，可以由單個(gè)專用處理器、由單個(gè)共享處理器或由其中一些可以被共享的多個(gè)獨(dú)立處理器來(lái)提供功能。而且，對(duì)術(shù)語(yǔ)“處理器”或“控制器”的明確的使用不應(yīng)被解釋為排他地指代能夠執(zhí)行軟件的硬件，并且可以暗含地包括但不限于，數(shù)字信號(hào)處理器(“DSP”)硬件、用于存儲(chǔ)軟件的只讀存儲(chǔ)器(“ROM”)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(“RAM”)、非易失性存儲(chǔ)裝置等。
[0019]而且，本文中記載原理、方面和本發(fā)明的實(shí)施例及其具體范例的所有陳述旨在包括其結(jié)構(gòu)等價(jià)方案和功能等價(jià)方案兩者。此外，旨在使這樣的等價(jià)方案包括目前已知的等價(jià)方案以及將來(lái)發(fā)展出的等價(jià)方案(即發(fā)展出的執(zhí)行相同的功能的任何元件，而不論其結(jié)構(gòu)如何)兩者。因此，例如，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)意識(shí)到本文提出的方框圖表示說(shuō)明性系統(tǒng)部件的概念性視圖和/或?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的原理的電路圖。相似地，應(yīng)當(dāng)意識(shí)到任何流程圖表、流程圖等表示各個(gè)過(guò)程，這些過(guò)程可以基本在計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)媒體中表示并且因此由這樣的計(jì)算機(jī)或處理器執(zhí)行，不論是否明確示出了計(jì)算機(jī)或處理器。
[0020]另外，本發(fā)明的實(shí)施例可以采取可以從計(jì)算機(jī)可用或計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)訪問(wèn)的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的形式，所述計(jì)算機(jī)可用或計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)提供由計(jì)算機(jī)或任何指令執(zhí)行系統(tǒng)使用或結(jié)合計(jì)算機(jī)或任何指令執(zhí)行系統(tǒng)使用的程序代碼。出于這種說(shuō)明的目的，計(jì)算機(jī)可用或計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)可以是可以包括、存儲(chǔ)、傳送、傳播或輸送由指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備使用或結(jié)合指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備使用的程序的任何裝置。所述介質(zhì)可以是電子、磁性、光學(xué)、電磁、紅外線或半導(dǎo)體系統(tǒng)(或裝置或設(shè)備)或者傳播介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的范例包括半導(dǎo)體或固態(tài)存儲(chǔ)器、磁帶、可移動(dòng)計(jì)算機(jī)磁盤、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、硬磁盤和光盤。光盤的當(dāng)前的范例包括光盤-只讀存儲(chǔ)器(CD-ROM)、讀/寫(xiě)光盤(CD-R/W)、藍(lán)光盤?和DVD。
[0021]現(xiàn)在參考附圖，在附圖中相似的附圖標(biāo)記表示相同或相似元件，并且首先參考圖1，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例說(shuō)明性地示出了用于灌注成像的系統(tǒng)100。電離輻射和化學(xué)治療改變被輻照的組織區(qū)域中的血紅蛋白和水含量的水平，并且改變隨著血管舒張?jiān)黾拥木植抗嘧⒛Ｊ?。隨著灌注水平增加組織區(qū)域?qū)椛涓舾小Ｒ虼?，系統(tǒng)100可以監(jiān)測(cè)腫瘤灌注水平以收集關(guān)于不同腫瘤類型和癌癥階段對(duì)輻射治療(RT)的定量響應(yīng)的重要信息。
[0022]盡管本發(fā)明的原理優(yōu)選地應(yīng)用于RT遞送期間對(duì)腫瘤灌注的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，但是應(yīng)當(dāng)注意到，本發(fā)明的原理的教導(dǎo)不限于對(duì)腫瘤灌注的監(jiān)測(cè)或?qū)Π┌Y的處置，而是廣泛得多并且可以在各種領(lǐng)域中被用于若干不同的應(yīng)用。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的原理可以被應(yīng)用在管道中，用來(lái)探測(cè)待修復(fù)的管中的灌注。在本發(fā)明的原理的范圍內(nèi)還預(yù)期其他應(yīng)用。
[0023]系統(tǒng)100可以包括工作站或控制臺(tái)102，從工作站或控制臺(tái)102監(jiān)督和/或管理程序(例如RT和化學(xué)治療)。工作站102優(yōu)選地包括一個(gè)或多個(gè)處理器120和用于存儲(chǔ)程序和應(yīng)用的存儲(chǔ)器104。存儲(chǔ)器104還可以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)106，例如從一個(gè)或多個(gè)成像設(shè)備122和探頭124導(dǎo)出的灌注圖像。應(yīng)當(dāng)理解，系統(tǒng)100的功能和部件可以被集成到一個(gè)或多個(gè)工作站或系統(tǒng)中。
[0024]工作站102可以包括用于查看數(shù)據(jù)106的一個(gè)或多個(gè)顯示器116。顯示器116還可以允許用戶與工作站102以及它的部件和功能進(jìn)行交互。這是通過(guò)用戶接口 118來(lái)進(jìn)一步促進(jìn)的，用戶接口 118可以包括鍵盤、鼠標(biāo)、操縱桿、或者任何其他外圍設(shè)備或控制器以允許與工作站112的用戶交互。
[0025]探頭124和成像設(shè)備122可以包括對(duì)灌注模式的變化敏感的任何設(shè)備。應(yīng)當(dāng)注意至IJ，如本文中使用的術(shù)語(yǔ)灌注包括血流量、氧飽和度、組織的散射屬性、組織中的外源性造影劑攝取以及類似的生理量度。成像設(shè)備122的探頭124可以從靶區(qū)域收集灌注信息。優(yōu)選地，靶區(qū)域包括腫瘤和健康組織。在其他實(shí)施例中，例如，在不能在靶區(qū)域內(nèi)對(duì)腫瘤和健康組織兩者進(jìn)行評(píng)估的情況下，可以評(píng)估兩個(gè)單獨(dú)的靶區(qū)域，其中，第一靶區(qū)域評(píng)估腫瘤而第二靶區(qū)域評(píng)估健康組織。在特別有用的實(shí)施例中，成像設(shè)備122可以被配置為執(zhí)行例如以下中的一項(xiàng)或多項(xiàng):漫射光學(xué)光譜法(DOS)、漫射光學(xué)成像(DOI)、漫射相關(guān)光譜法(DCS)、光聲計(jì)算機(jī)斷層攝影(PAT)、光聲顯微鏡(PAM)、激光多普勒灌注成像(LDPI)、偏振敏感光學(xué)相干斷層攝影(PSOCT)、高頻超聲(US)等。應(yīng)當(dāng)注意到，成像設(shè)備122的以上識(shí)別的功能是說(shuō)明性的，而不旨在是限制。還預(yù)期成像設(shè)備122的其他功能和配置。在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)探頭124通過(guò)布線126被耦合到成像設(shè)備122，以評(píng)估對(duì)象(例如，患者)132。根據(jù)需要，布線126可以包括電氣連接、光纖連接、儀表等。在其他實(shí)施例中，探頭124可以經(jīng)由無(wú)線鏈接(例如，射頻通信、W1-Fi?、藍(lán)牙"等)被耦合到成像設(shè)備122。
[0026]在一個(gè)實(shí)施例中，成像設(shè)備122被配置為執(zhí)行DOS。DOS是采用近紅外(NIR)光譜范圍中的光來(lái)定量地測(cè)量吸收和散射的光學(xué)技術(shù)。由處理模塊110使用吸收光譜來(lái)計(jì)算氧化的血紅蛋白和脫氧的血紅蛋白、水以及脂質(zhì)體積(bulk lipids)的組織濃度。有利地,DOS不需要外源性造影劑，并且提供快速的定量和功能信息(例如，每10秒更新成像)。DOS采用大光譜帶寬，但具有低空間采樣率。
[0027]在另一個(gè)實(shí)施例中，成像設(shè)備122被配置為執(zhí)行DOI。DOI是提供大空間采樣率但具有低光譜帶寬的補(bǔ)充工具。因此，DOI可以被調(diào)諧以提供特定發(fā)色團(tuán)(例如，血紅蛋白、水等)的吸收特性。被配置為執(zhí)行DOI的成像設(shè)備120的探頭122可以包括用于照明和探測(cè)的光纖。為了照明，光纖可以被連接到例如激光二極管源或發(fā)光二極管(LED)。為了探測(cè)，光纖可以被連接到例如加強(qiáng)的電荷耦合設(shè)備(CCD)照相機(jī)探測(cè)器或光電探測(cè)器?？梢允褂貌煌墓饫w來(lái)同時(shí)進(jìn)行照射和探測(cè)。例如，探頭122可以采用連續(xù)波(CW)光學(xué)測(cè)量結(jié)果來(lái)生成腫瘤灌注水平的實(shí)時(shí)2D圖像。還預(yù)期灌注水平的其他量度，例如頻域(FD)測(cè)量結(jié)果和時(shí)域(TD)測(cè)量結(jié)果。被配置為執(zhí)行DOI的成像設(shè)備120可以通過(guò)調(diào)節(jié)源-探測(cè)器配置而被調(diào)諧，以在組織中的可變深度范圍內(nèi)成像。
[0028]繼續(xù)參考圖1并暫時(shí)參考圖2，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例說(shuō)明性地描繪了用來(lái)監(jiān)測(cè)腫瘤200的灌注水平的灌注成像系統(tǒng)。成像設(shè)備122的探針124 (圖1)測(cè)量成像平面204內(nèi)的正常組織202的灌注水平和部分腫瘤體積206的灌注水平。在部分腫瘤體積210對(duì)RT做出與腫瘤208的其余部分不同的響應(yīng)時(shí)，測(cè)得的灌注水平可以是特別有用的。
[0029]返回參考圖1，在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)100包括具有被耦合到探頭124的機(jī)器人臂130的機(jī)器人128。優(yōu)選地，機(jī)器人臂130包括多個(gè)自由度以定位探頭124，以便于不干擾有效(例如，RT輻射)束。繼續(xù)參考圖1并暫時(shí)參考圖3，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例說(shuō)明性地描繪了具有用來(lái)在RT遞送300期間對(duì)乳房上的腫瘤的灌注水平進(jìn)行成像的灌注成像系統(tǒng)的對(duì)象的截面圖。使用機(jī)器人128的機(jī)器人臂130來(lái)定位成像設(shè)備122的探頭124，以對(duì)腫瘤306的灌注水平進(jìn)行成像，以便不干擾RT遞送期間的有效輻射束302的路徑。例如，探頭122可以被定位在當(dāng)前有效輻射束302的出口路徑中，以使得腫瘤一直光學(xué)可見(jiàn)。當(dāng)非有效輻射束304被激活時(shí)，探頭124可以被重新定位到交替位置308、310。
[0030]返回參考圖1，計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的程序108被存儲(chǔ)在工作站102的存儲(chǔ)器104中。程序108可以包括若干模塊，每個(gè)模塊被配置為執(zhí)行各種功能。應(yīng)當(dāng)理解，可以以硬件和軟件的各種組合來(lái)實(shí)現(xiàn)模塊。
[0031]程序108可以包括處理模塊110，處理模塊110被配置為從成像設(shè)備122接收數(shù)據(jù)以基于灌注信息來(lái)確定靶區(qū)域的灌注水平。灌注水平可以指示對(duì)任何時(shí)刻腫瘤中的血紅蛋白和水的量的定量測(cè)量結(jié)果，并且可以提供它對(duì)于輻射引起的細(xì)胞死亡的傾向的指示。另一方面，正常(即非癌)組織比癌組織對(duì)輻射更不敏感。因此，在RT遞送期間監(jiān)測(cè)周圍正常組織的灌注水平可以提供它的源于由正常組織接收到的附帶輻射的變化的輻射敏感性的演變信息。
[0032]在特別有用的實(shí)施例中，處理模塊110使用灌注指數(shù)(PI)來(lái)確定灌注水平。PI是從腫瘤或組織反射的NIR信號(hào)的脈沖強(qiáng)度的量度。在沿組織表面的各個(gè)位置處探測(cè)到的光的幅值提供關(guān)于下層組織的吸收和散射的信息。具體地，可以通過(guò)使用NIR范圍中的光的多個(gè)波長(zhǎng)來(lái)導(dǎo)出氧化血紅蛋白和脫氧血紅蛋白的濃度。光學(xué)吸收發(fā)色團(tuán)的濃度可以被用作腫瘤微環(huán)境的量度，允許更好地理解腫瘤灌注、壞死和血管生成。還預(yù)期灌注水平的其他量度。例如，外源性造影劑可以被用來(lái)從被不良灌注的組織區(qū)分被良好灌注的組織，以識(shí)別腫瘤區(qū)域中的細(xì)胞死亡，或識(shí)別腫瘤本身。
[0033]處理模塊110可以將組織中的空間模式的二維(2D)和/或三維(3D)圖像生成為輸出。在一個(gè)實(shí)施例中，在成像設(shè)備122被配置為執(zhí)行漫射光學(xué)成像的情況下，可以基于輻射傳輸方程來(lái)重建圖像，以為組織中的光傳播建模。在其他實(shí)施例中，可以使用對(duì)福射傳輸方程的漫射近似來(lái)重建漫射光學(xué)成像的圖像。還預(yù)期生成灌注圖像的其他方法。在一個(gè)實(shí)施例中，處理模塊110可以被配置為在RT遞送期間實(shí)時(shí)測(cè)量腫瘤灌注。在另一個(gè)實(shí)施例中，處理模塊110可以被配置為在RT的一個(gè)或多個(gè)部分的子集之后間歇性地測(cè)量腫瘤灌注。處理模塊110還可以將發(fā)色團(tuán)濃度提供為腫瘤響應(yīng)和/或正常組織響應(yīng)的量度，以作為輸出。輸出可以包括一個(gè)或多個(gè)顯不器116和用戶接口 118。在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)顯不器116可以示出實(shí)時(shí)更新的腫瘤/正常組織響應(yīng)的值，而另一個(gè)顯示器116可以示出對(duì)RT遞送的組織響應(yīng)的累積值。還預(yù)期其他配置。
[0034]在一個(gè)實(shí)施例中，程序108可以包括定位模塊112以使用機(jī)器人128的機(jī)器人臂130來(lái)定位探頭124，以便于不干擾有效輻射束的路徑。定位模塊112可以基于以下中的一項(xiàng)或多項(xiàng)來(lái)控制探頭124的位置:有效RT束的位置；光學(xué)信號(hào)的信噪比；從RT規(guī)劃系統(tǒng)和/或記錄和驗(yàn)證(R&V)系統(tǒng)獲得的直線加速器位置的已知的時(shí)間模式；以及有效RT束的出口路徑。在另一個(gè)實(shí)施例中，定位模塊112從用于在程序期間監(jiān)測(cè)最大視場(chǎng)的RT規(guī)劃系統(tǒng)接收最優(yōu)靜態(tài)位置。還預(yù)期其他定位因素。
[0035]程序108可以包括規(guī)劃模塊114。在一個(gè)實(shí)施例中，規(guī)劃模塊114可以通過(guò)將灌注水平與針對(duì)靶區(qū)域的處置活動(dòng)相關(guān)來(lái)提供針對(duì)靶區(qū)域的處置規(guī)劃。處置活動(dòng)可以包括輻射治療、化學(xué)治療等。還預(yù)期其他處置活動(dòng)?？梢曰诎袇^(qū)域中的灌注水平的特性來(lái)調(diào)節(jié)處置活動(dòng)。例如，規(guī)劃模塊114可以將腫瘤響應(yīng)合并為RT的劑量?jī)?yōu)化程序中的優(yōu)化參數(shù)。作為另一個(gè)范例，規(guī)劃模塊114可以將正常組織響應(yīng)合并為RT的劑量?jī)?yōu)化程序中的優(yōu)化參數(shù)。在其他實(shí)施例中，優(yōu)化參數(shù)可以包括正常組織和/或腫瘤的灌注水平，可以與其他生理量度組合，例如氧飽和度、組織的散射屬性、組織中的外源性造影劑攝取等。規(guī)劃模塊114可以通過(guò)利用腫瘤響應(yīng)和/或正常組織響應(yīng)作為額外優(yōu)化參數(shù)來(lái)創(chuàng)建經(jīng)優(yōu)化的RT規(guī)劃，從而調(diào)整RT遞送的剩余部分。
[0036]腫瘤中的灌注水平理想地應(yīng)當(dāng)在RT的前幾個(gè)部分期間是高的，意味著腫瘤繼續(xù)對(duì)輻射敏感。因?yàn)槟[瘤中的細(xì)胞死亡的百分比朝著RT的較后部分增加，所以在那些區(qū)域中應(yīng)當(dāng)存在很少至沒(méi)有灌注。另一方面，在正常組織中，更高的灌注水平指示增加的輻射敏感性，增加的輻射敏感性可以指向增加的對(duì)在RT規(guī)劃中避免那些區(qū)域的需求。另一個(gè)實(shí)施例可以包括改變通過(guò)對(duì)灌注水平的有效測(cè)量的部分內(nèi)遞送，并且局部地改變那些地點(diǎn)的劑量。在腫瘤靠近敏感結(jié)構(gòu)(例如，脊髓)被定位的情況下，這些特征可以是特別有用的，其中，在RT程序之后保持生理功能是重要的。在腫瘤的部分對(duì)處置做出與腫瘤的其余區(qū)域不同的響應(yīng)的情況下，這些特征也可以是有用的。
[0037]在另一個(gè)實(shí)施例中，規(guī)劃模塊114可以將腫瘤灌注水平用于相對(duì)于組合治療的智能規(guī)劃策略。例如，當(dāng)結(jié)合RT采用化學(xué)治療時(shí)，腫瘤對(duì)化學(xué)治療藥劑的攝取也使腫瘤對(duì)輻射更敏感。在治療期間的所有階段采用測(cè)得的腫瘤灌注水平來(lái)不斷調(diào)整處置過(guò)程的剩余部分可以是重要的。這種調(diào)整可以適于RT和化學(xué)治療兩者的處置模式。
[0038]現(xiàn)在參考圖4，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例說(shuō)明性地描繪了示出用于灌注成像400的方法的流程圖。在方框402中，從靶區(qū)域收集灌注信息。在優(yōu)選實(shí)施例中，靶區(qū)域包括腫瘤和健康組織兩者。在其他實(shí)施例中，例如，在不能在靶區(qū)域內(nèi)對(duì)腫瘤和健康組織兩者進(jìn)行評(píng)估的情況下，可以評(píng)估兩個(gè)單獨(dú)的靶區(qū)域，其中，第一靶區(qū)域評(píng)估腫瘤而第二靶區(qū)域評(píng)估健康組織。收集灌注信息包括應(yīng)用任何方法來(lái)識(shí)別局部灌注模式的變化。應(yīng)當(dāng)理解，本文中使用的術(shù)語(yǔ)灌注旨在包括血流量、氧飽和度、組織的散射屬性、組織中的外源性造影劑攝取以及類似的生理量度。在一些有用的實(shí)施例中，收集灌注信息包括例如執(zhí)行以下中的一項(xiàng)或多項(xiàng):漫射光學(xué)光譜法、漫射光學(xué)成像、漫射相關(guān)光譜法、光聲計(jì)算機(jī)斷層攝影、光聲顯微鏡、激光多普勒灌注成像、偏振敏感光學(xué)相干斷層攝影、高頻超聲等。還預(yù)期收集灌注信息的其他方法。
[0039]在方框404中，可以在輻射治療處置期間執(zhí)行收集灌注信息。在方框406中，定位被配置為收集灌注信息的成像設(shè)備的探頭，以使得探頭不干擾有效輻射治療束?？梢曰谝韵轮械闹辽僖豁?xiàng)來(lái)定位探頭:當(dāng)前有效RT束；光學(xué)信號(hào)的信噪比；從奶規(guī)劃系統(tǒng)和/或記錄和驗(yàn)證系統(tǒng)獲得的直線加速器位置的已知的時(shí)間模式；以及每個(gè)有效束的出口路徑。備選地，可以基于用于在程序期間監(jiān)測(cè)最大視場(chǎng)的最優(yōu)靜態(tài)位置的RT規(guī)劃系統(tǒng)的輸出來(lái)定位探頭。還預(yù)期定位灌注成像設(shè)備的探頭的其他方法。在特別有用的實(shí)施例中，探頭由機(jī)器人臂耦合到機(jī)器人以定位探頭。優(yōu)選地，機(jī)器人臂包括多個(gè)自由度。
[0040]在方框408中，使用灌注信息來(lái)確定靶區(qū)域的灌注水平。確定灌注水平可以包括生成組織的靶區(qū)域的空間模式的2D和/或3D圖像。在一個(gè)實(shí)施例中，也可以在RT的一個(gè)或多個(gè)部分的子集之后間歇地提供灌注水平。在另一個(gè)實(shí)施例中，灌注水平還可以被提供為組織對(duì)RT遞送的響應(yīng)的累積值。在又一個(gè)實(shí)施例中，可以結(jié)合可以通過(guò)成像獲得的其他生理量度(例如氧飽和度、組織的散射屬性、組織中的外源性造影劑攝取等)來(lái)提供灌注水平。
[0041]在方框410中，通過(guò)將灌注水平與針對(duì)靶區(qū)域的處置活動(dòng)相關(guān)來(lái)提供針對(duì)靶區(qū)域的處置規(guī)劃。處置活動(dòng)可以包括例如輻射治療、化學(xué)治療等。還預(yù)期其他處置活動(dòng)。優(yōu)選地，可以基于靶區(qū)域中的灌注水平的特性來(lái)調(diào)節(jié)處置活動(dòng)。在方框412中，調(diào)節(jié)處置活動(dòng)包括調(diào)節(jié)輻射治療?？梢允褂媚[瘤灌注水平和/或正常組織灌注水平作為RT規(guī)劃中的額外優(yōu)化參數(shù)來(lái)調(diào)整RT的其余處置部分。腫瘤灌注水平和正常組織灌注水平可以單獨(dú)或與彼此組合或與諸如氧飽和度、組織的散射屬性、組織中外源性造影劑攝取等的其他生理量度組合而被用作RT規(guī)劃中的優(yōu)化參數(shù)。比如，在RT的初始部分中，腫瘤中的灌注水平應(yīng)該是高的，這意味著腫瘤繼續(xù)對(duì)輻射敏感。隨著細(xì)胞死亡的百分比朝著RT的較后部分增加，在那些區(qū)域中應(yīng)當(dāng)存在很少至沒(méi)有灌注。在正常組織中，更高的灌注水平指示增加的輻射敏感性，增加的輻射敏感性可以指向增加的對(duì)在RT規(guī)劃中避免那些區(qū)域的需求。在另一個(gè)實(shí)施例中，可以通過(guò)對(duì)灌注水平的有效測(cè)量和局部地改變那些地點(diǎn)的劑量來(lái)調(diào)整部分內(nèi)遞送。在腫瘤靠近敏感結(jié)構(gòu)(例如，脊髓)被定位的情況下，調(diào)整RT處置可以是特別有用的，其中，在RT程序之后保持生理功能是重要的。
[0042]在方框414中，調(diào)節(jié)處置活動(dòng)包括調(diào)節(jié)化學(xué)治療處置。例如，化學(xué)治療可以與RT一起被應(yīng)用。腫瘤對(duì)化學(xué)治療藥劑的攝取使腫瘤對(duì)輻射更敏感。在這些狀況下，采用在治療的所有階段測(cè)得的腫瘤灌注水平來(lái)連續(xù)地調(diào)整治療的剩余部分是重要的。調(diào)整可以適于對(duì)RT和/或化學(xué)治療的處置規(guī)劃。
[0043]暫時(shí)參考圖5，說(shuō)明性地描繪了采用灌注水平來(lái)調(diào)整治療的使用案例的示范性流程圖500。在方框502中，在靶區(qū)域上執(zhí)行輻射治療遞送，所述靶區(qū)域優(yōu)選地包括腫瘤和健康組織。在方框504中，執(zhí)行灌注成像?？梢栽诓糠珠g或部分內(nèi)執(zhí)行灌注成像。灌注成像可以包括例如D0S、D0I等。在方框506中，如果存在腫瘤中的灌注水平的下降，那么在方框508中這可以指示腫瘤細(xì)胞死亡的增加。在方框510中，輻射治療處置規(guī)劃可以被調(diào)整為減少腫瘤的那些區(qū)域的劑量。在方框512中，如果存在正常組織中灌注水平的增加，那么在方框514中這可以指示被輻照的正常組織變得對(duì)輻射更敏感。在方框516中，輻射治療處置規(guī)劃可以被調(diào)整為減少正常組織或危及器官的劑量。在方框518中，如果存在源于化學(xué)治療的灌注水平的增加，那么在方框520中可以基于正常組織或危及器官的期望耐受性來(lái)調(diào)整輻射治療處置規(guī)劃(例如，劑量、部分等)。
[0044]在解釋權(quán)利要求時(shí)，應(yīng)當(dāng)理解:
[0045]a)詞語(yǔ)“包括”不排除給定的權(quán)利要求中列出的那些之外的其他元件或動(dòng)作的存在；
[0046]b)元件前面的詞語(yǔ)“一”或“一個(gè)”不排除存在多個(gè)這樣的元件；
[0047]c)權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記均不限制它們的范圍；
[0048]d)可以由同一項(xiàng)目或硬件或軟件實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)或功能來(lái)表示若干“單元”；并且
[0049]e)除非明確地指出，否則不特意要求動(dòng)作的具體順序。
[0050]已經(jīng)描述了用于輻射治療遞送期間的實(shí)時(shí)腫瘤灌注成像的優(yōu)選實(shí)施例(所述優(yōu)選實(shí)施例旨在是說(shuō)明性的而不是限制性的)，注意到本領(lǐng)域技術(shù)人員鑒于以上教導(dǎo)可以做出修改和變型。因此應(yīng)當(dāng)理解，可以在本文中如權(quán)利要求書(shū)概括的那樣公開(kāi)的實(shí)施例的范圍內(nèi)，對(duì)所公開(kāi)的公開(kāi)內(nèi)容的特定實(shí)施例中做出變化。因此已經(jīng)描述了專利法所要求的細(xì)節(jié)和特性，在權(quán)利要求書(shū)中闡述了由專利證書(shū)要求并且期望被保護(hù)的內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種灌注成像系統(tǒng)，包括: 成像設(shè)備(122)，其被配置為從靶區(qū)域收集灌注信息； 處理模塊(110)，其被配置為基于所述灌注信息來(lái)確定所述靶區(qū)域的灌注水平；以及 規(guī)劃模塊(114)，其被配置為通過(guò)將所述灌注水平與針對(duì)所述靶區(qū)域的處置活動(dòng)相關(guān)來(lái)提供針對(duì)所述靶區(qū)域的處置規(guī)劃，其中，所述處置活動(dòng)是基于所述靶區(qū)域中的所述灌注水平的特性而被調(diào)節(jié)的。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述處置活動(dòng)包括輻射治療。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述處置活動(dòng)是通過(guò)將腫瘤灌注水平和正常組織灌注水平中的至少一個(gè)用作優(yōu)化參數(shù)而被調(diào)節(jié)的。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述處置活動(dòng)是通過(guò)結(jié)合一個(gè)或多個(gè)生理量度使用腫瘤灌注水平和正常組織灌注水平中的所述至少一個(gè)作為優(yōu)化參數(shù)而被調(diào)節(jié)的。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述處置活動(dòng)包括將要與輻射治療一起施用的化學(xué)治療。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括定位模塊(112)，所述定位模塊(112)被配置為定位所述成像設(shè)備的探頭(124)，以使得它不干擾有效輻射治療輻射束(302)。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述定位模塊(112)被配置為基于以下中的至少一項(xiàng)來(lái)定位所述探頭:所述有效輻射治療輻射束、所述探頭的響應(yīng)的信噪比、直線加速器位置的已知的時(shí)間模式、以及所述有效輻射治療輻射束的出口路徑。
8.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述定位模塊(112)被配置為根據(jù)從用于監(jiān)測(cè)最大視場(chǎng)的輻射治療規(guī)劃系統(tǒng)接收到的位置來(lái)定位所述探頭。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括機(jī)器人臂(130)，所述機(jī)器人臂(130)被耦合到所述成像設(shè)備的探頭(124)，以定位所述探頭。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述機(jī)器人臂(130)包括兩個(gè)或更多個(gè)自由度。
11.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述成像設(shè)備(122)在輻射治療遞送期間收集灌注信息。
12.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述處理模塊(110)被配置為在一個(gè)或多個(gè)輻射治療部分的集合之后確定灌注水平。
13.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述處理模塊(110)被配置為確定累積灌注水平。
14.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述處理模塊(110)被配置為在輻射治療遞送期間實(shí)時(shí)確定灌注水平。
15.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述成像設(shè)備(122)為以下模態(tài)中的至少一個(gè):漫射光學(xué)光譜法、漫射光學(xué)成像、漫射相關(guān)光譜法、光聲計(jì)算機(jī)斷層攝影、光聲顯微鏡、激光多普勒灌注成像、偏振敏感光學(xué)相干斷層攝影、以及高頻超聲。
16.一種灌注成像系統(tǒng),包括 成像設(shè)備(122)，其被配置為從靶區(qū)域收集灌注信息； 處理模塊(110)，其被配置為基于所述灌注信息來(lái)確定所述靶區(qū)域的灌注水平； 規(guī)劃模塊(114)，其被配置為通過(guò)將所述灌注水平與針對(duì)所述靶區(qū)域的處置活動(dòng)相關(guān)來(lái)提供針對(duì)所述靶區(qū)域的處置規(guī)劃，其中，所述處置活動(dòng)是通過(guò)將腫瘤灌注水平和正常組織灌注水平中的至少一個(gè)用作優(yōu)化參數(shù)基于所述靶區(qū)域中的所述灌注水平的特性而被調(diào)節(jié)的，并且其中，所述處置活動(dòng)包括輻射治療和化學(xué)治療中的至少一個(gè)。
17.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，還包括定位模塊(112)，所述定位模塊(112)被配置為定位所述成像設(shè)備的探頭(124)，以使得它不干擾有效輻射治療輻射束。
18.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，還包括機(jī)器人臂(130)，所述機(jī)器人臂(130)被耦合到探頭以定位所述探頭，所述機(jī)器人臂包括兩個(gè)或更多個(gè)自由度。
19.一種用于灌注成像的方法，包括: 從靶區(qū)域收集(402)灌注信息； 基于所述灌注信息來(lái)確定(408)所述靶區(qū)域的灌注水平；并且通過(guò)將所述灌注水平與針對(duì)所述靶區(qū)域的處置活動(dòng)相關(guān)來(lái)提供(410)針對(duì)所述靶區(qū)域的處置規(guī)劃，其中，所述處置活動(dòng)是基于所述靶區(qū)域中所述灌注水平的特性而被調(diào)節(jié)的。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述處置活動(dòng)包括輻射治療。
21.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述處置活動(dòng)是通過(guò)將腫瘤灌注水平和正常組織灌注水平中的至少一個(gè)用作優(yōu)化參數(shù)而被調(diào)節(jié)的。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述處置活動(dòng)是通過(guò)結(jié)合一個(gè)或多個(gè)生理量度使用腫瘤灌注水平和正常組織灌注水平中的所述至少一個(gè)作為優(yōu)化參數(shù)而被調(diào)節(jié)的。
23.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述處置活動(dòng)包括與輻射治療一起施用的化學(xué)治療。
24.如權(quán)利要求19所述的方法，還包括定位(406)探頭，以使得它不干擾有效輻射治療輻射束。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中，定位(406)包括基于以下中的至少一項(xiàng)來(lái)定位所述探頭:所述有效輻射治療輻射束、所述探頭的響應(yīng)的信噪比、直線加速器位置的已知的時(shí)間模式、以及所述有效輻射治療輻射束的出口路徑。
26.如權(quán)利要求24所述的方法，其中，定位(406)包括根據(jù)從用于監(jiān)測(cè)最大視場(chǎng)的輻射治療規(guī)劃系統(tǒng)接收到的位置來(lái)定位所述探頭。。
27.如權(quán)利要求19所述的方法，還包括使用機(jī)器人臂來(lái)定位探頭，其中，所述機(jī)器人臂包括兩個(gè)或更多個(gè)自由度。
28.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，收集(402)包括在輻射治療遞送期間收集灌注信肩、O
29.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，確定(408)包括在一個(gè)或多個(gè)輻射治療部分的集合之后確定灌注水平。
30.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，確定(408)包括確定累積灌注水平。
31.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，確定(408)包括在輻射治療遞送期間實(shí)時(shí)確定灌注水平。
32.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，收集(402)灌注信息包括執(zhí)行以下中的至少一個(gè):漫射光學(xué)光譜法、漫射光學(xué)成像、漫射相關(guān)光譜法、光聲計(jì)算機(jī)斷層攝影、光聲顯微鏡、激光多普勒灌注成像、偏振敏感光學(xué)相干斷層攝影、以及高頻超聲。
【文檔編號(hào)】A61B19/00GK104394766SQ201380034663
【公開(kāi)日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2013年6月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月29日
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