[發明專利]從2D投影估計3D分割內運動的卡爾曼濾波器框架

在審

• 申請號: 202180082274.8
• 申請日: 2021-11-02
• 公開（公告）號: CN116600714A
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發明（設計）人: 段莊阮;保羅·凱爾;瑞奇·奧布萊恩
• 申請（專利權）人: 希特里特私人有限公司
• 主分類號: A61B6/00
• 分類號: A61B6/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 韓雪梅

為了解決在標準配備的線性加速器上進行癌癥放射治療期間估計隨機運動目標的需要，開發了一種迭代卡爾曼濾波器方法。使用不同的治療場景對該方法進行的廣泛評估示出亞毫米級的準確度和精度。此外，該系統和方法允許在不需要學習弧的情況下監測目標(或目標的替代物)，從而減少對患者的額外成像劑量。此外，該方法和系統對成像和分割噪聲穩健地執行。

技術領域

本發明通常涉及一種用于在放射療法期間監測腫瘤在器官上的運動的方法，以確保朝向腫瘤的放射治療的準確定向。

背景技術

在當前的放射治療中，圖像引導放射治療(image?guided?radiation?therapy,IGRT)在治療開始時被常規地應用，以使目標與其計劃位置對準。然而，胸腔、腹腔和骨盆中的腫瘤在治療期間并不是靜止的。因此，在治療期間監測腫瘤運動的方法是非?？扇〉?，在劑量遞增和低分割的情況下更是如此。

在前列腺癌癥放射治療的情況下，使用電磁轉發器進行的研究表明，前列腺在治療期間可以移動高達15mm(2008年Langen等人)。隨著前列腺立體定向體部放射治療(stereotactic?body?radiotherapy,SBRT)療法成為臨床標準，建議在這些高劑量治療期間使用實時運動監測，以確保遞送的劑量如實地反映治療計劃(2014年Lovelock等人)。在前列腺癌癥治療期間，使用了許多不同的分割內實時引導方法。例如射波刀(CyberKnife)(加利福尼亞州森尼維爾安科銳公司(Accuray,Sunnyvale,CA))和實時跟蹤放射治療(real-time?tracking?radiotherapy,RTRT)系統等系統使用來自兩個(射波刀)或四個(RTRT系統)正交的房間安裝成像器的實時千伏(kilovoltage,kV)圖像，以基于植入的基準標記的分割位置跟蹤前列腺位置(2009年King等人、2002年Kitamura等人、2009年Sazawa等人、2000年Shimizu等人、2003年和2000年Shirato等人)。商業系統卡利普索(Calypso)(加利福尼亞州帕羅奧圖瓦里安公司(Varian,Palo?Alto,CA))(2007年Kupelian等人)和RayPilot(瑞典哥德堡Micropos公司(Micropos,Gothenburg,Sweden))(2012年Castellanos等人)利用植入的電磁轉發器，將位置信號發送到外部接收器。新興的實時制導技術包括超聲波檢查(2015年Ballhausen等人)和集成磁共振成像(magnetic?resonanceimaging,MRI)-放射治療系統(2009年Fallone等人、2009年Raaymakers等人)。所有這些方法的共同點是需要額外的專用且通常昂貴的裝備來執行實時制導。

為了本發明的目的，“實時”具有過程或事件發生時的實際時間的一般含義。這意味著在計算中，輸入數據在幾毫秒內被處理，使得輸入數據實際上可以立即作為反饋使用。

理想情況下，應使用標準線性加速器(linear?accelerator,linac)進行實時運動監測，而不依賴于額外的硬件。為此，提出了許多算法，用于基于目標在二維(2-dimensional,2D)圖像上的位置來估計目標在三維(3-dimensional,3D)中的位置，該2D圖像可以使用線性加速器臺架式安裝的千伏(kV)x射線成像器系統來獲取。使用kV成像器的明顯優點是：大多數現代線性加速器都有kV成像器，該kV成像器垂直于治療波束安裝。然而，由于kV成像器上的目標位置僅包含2D信息，經常需要2D到3D目標位置估計。稀疏的信息使求解目標的3D位置的問題變得不適定，因此，通常需要一些先驗知識。