[發(fā)明專利]基于多模態(tài)成像的自適應(yīng)重計劃

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201480076742.0
• 申請日: 2014-12-30
• 公開（公告）號: CN107072595B
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: X·A·李;E·S·保爾森;E·阿漢貝;C-g·楊;V·哈特
• 申請（專利權(quán)）人: 威斯康星州醫(yī)藥大學(xué)股份有限公司
• 主分類號: A61B5/103
• 分類號: A61B5/103;A61N5/10;G06T11/00;G06T17/00;G06T7/33;G06T5/00;G06T5/40
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 姬利永

提供針對自適應(yīng)放射療法計劃的系統(tǒng)和方法。在一些方面，所提供的系統(tǒng)和方法包括使用弛豫映射從磁共振數(shù)據(jù)產(chǎn)生合成圖像。該方法包括對所述數(shù)據(jù)應(yīng)用校正并從中產(chǎn)生弛豫映射。在其他方面，提供一種用于使放射療法計劃適應(yīng)的方法。該方法包括基于來自初始劑量分布的劑量梯度確定目標(biāo)函數(shù)，并且使用孔徑變形和梯度維持算法而無需處于風(fēng)險的器官輪廓化，基于更新的圖像產(chǎn)生優(yōu)化的計劃。在又其他方面，提供了使用對在正常呼吸期間獲取的數(shù)據(jù)的時間改組來獲得4D MR成像的方法，用于使用針對多模態(tài)圖像的順序地應(yīng)用的半物理模型正則化方法的可變形圖像配準(zhǔn)的方法，以及用于使用孔徑變形算法基于4D CT或者4D MR成像來產(chǎn)生4D計劃的方法。

相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求2013年12月31日提交的題為“SYSTEMS AND METHODS FOR ADAPTIVEREPLANNING BASED ON MULTI-MODALITY IMAGING(用于基于多模態(tài)成像的自適應(yīng)重計劃的系統(tǒng)和方法)”的美國臨時專利申請序列號61/922,343的優(yōu)先權(quán)。

背景技術(shù)

本公開一般涉及用于放射療法治療遞送中的工具、系統(tǒng)和方法并且，尤其涉及用于基于多模態(tài)成像的自適應(yīng)計劃的系統(tǒng)和方法。

放射療法(RT)在過去的幾十年里已經(jīng)經(jīng)歷了一系列的技術(shù)革命。利用強度調(diào)制RT(IMRT)，產(chǎn)生高度保形的劑量分布變?yōu)榭赡?，借此在腫瘤的范圍內(nèi)遞送大部分輻射劑量。這些技術(shù)利用從在首次治療之前的幾天獲取的各種類型的(例如，CT、MRI、PET)的圖像提取的3D解剖信息以及生物信息。但是，已發(fā)現(xiàn)腫瘤(多個)以及正常解剖的位置、形狀和尺寸以及生物性質(zhì)在治療過程期間改變，這主要是由于各種ROI的日常定位不確定性以及解剖因素、生理因素和/或臨床因素。后者包括腫瘤收縮、重量損失、正常器官中的體積改變，在不同的骨結(jié)構(gòu)中的非剛性變化。從在治療過程之前針對計劃目的獲取的3D CT圖像辨別的解剖適用于每一個片段的傳統(tǒng)的假設(shè)可能沒有充分考慮片段間的變化并且可能限制充分開發(fā)高度保形的治療模態(tài)(諸如IMRT)的潛能的能力。劑量保形性中的這一改進的能力使對靶和處于風(fēng)險的器官(OAR)的更好定位，以及在治療的設(shè)計和遞送兩方面適應(yīng)片段間或片段內(nèi)變化的能力成為必要。

放射療法的準(zhǔn)確遞送使患者的高保真度、3D、解剖圖像成為必要，作為先決條件。將近二十年來，RT計劃已經(jīng)利用CT圖像作為放射劑量計算的基礎(chǔ)。由于亨斯菲爾德(Hounsfield)單元和下面的組織電子密度之間的線性關(guān)系，CT圖像允許針對組織衰減中的差別對放射劑量的基于體素的校正，以及用于治療驗證的射束的眼觀數(shù)字化重建的放射照片(DRR)的產(chǎn)生。在CT中的圖像對比度的形成主要是由于光電相互作用。這一影響導(dǎo)致在具有相當(dāng)不同的密度的組織(例如，骨頭、肺、以及軟組織)之間的高對比度。但是，相鄰的軟組織(例如，在大腦或者腹部區(qū)域中)并不擁有實質(zhì)的密度差。CT圖像上的接著發(fā)生的不良的軟組織對比度使得對靶和臨界結(jié)構(gòu)兩者的勾畫極具挑戰(zhàn)性。這一無力在CT圖像上可靠地勾畫腫瘤靶和接近的臨界結(jié)構(gòu)具有顯著的臨床后果，在于其需要使用較大的裕量，由于臨界結(jié)構(gòu)的毒性約束，這妨礙了安全地逐步增加輻射劑量的能力。

磁共振成像(MRI)為癌癥診斷和治療提供強大的成像能力。與CT相反，MRI是非離子化的，提供優(yōu)越的軟組織對比度，并且提供大量的功能對比度形成機制以表征腫瘤生理學(xué)。但是，不像CT，MRI信號與電子密度沒有直接關(guān)系，這阻止了MRI被用作劑量計算的基礎(chǔ)。此外，MR圖像可以通過由梯度非線性以及偏共振效應(yīng)引起的空間失真而混淆。這些失真可能是嚴(yán)重的，測距高達幾厘米。此外，MR圖像通常展現(xiàn)出具有非均勻圖像強度的區(qū)域，這可以在放射治療計劃和遞送期間頻繁采用的圖像配準(zhǔn)和圖像分割算法中引入不準(zhǔn)確度。當(dāng)相控陣線圈被用于信號接收時，這些非均勻圖像密度起于B1+(RF發(fā)射)場和B1-(RF接收)場中的不均勻性。因此，盡管MRI提供的明顯的軟組織對比度優(yōu)勢，這些當(dāng)前組織(例如，缺乏電子密度信息，幾何失真的源，以及信號非均勻)已經(jīng)妨礙了將MRI確立為放射腫瘤學(xué)中的主要成像模態(tài)。