Система планирования лучевой терапии и последующего наблюдения с ширококанальной радиуноклидной и магнитно-резонансной визуализацией или ширококанальной компьютерной томографией и магнитно-резонансной визуализацией
Изобретение относится к медицинской технике, а именно к средствам планирования лучевой терапии с визуальным контролем. Система планирования лучевой терапии содержит магнитно-резонансный (MR) сканер с первым каналом, определяющий область MR-визуализации, которая вмещает субъекта вдоль продольной оси MR, при этом первый канал имеет диаметр, составляющий по меньшей мере 70 см, второй сканер визуализации со вторым каналом, определяющий вторую область визуализации, которая вмещает субъекта вдоль второй продольной оси, при этом вторая продольная ось выровнена с продольной осью MR, и второй канал имеет диаметр, составляющий по меньшей мере 70 см, причем второй сканер визуализации выбран из группы: PET сканер визуализации, SPECT сканер визуализации, сканер визуализации компьютерной томографии, и кушетку для лучевой терапии, передвигающуюся линейно вдоль колеи опоры пациента через область MR-визуализации и вторую область визуализации, которая размещает пациента последовательно в области MR-визуализации и второй области визуализации, выполненную с возможностью отсоединения от колеи опоры пациента для использования в системе лучевой терапии. Способ генерирования или обновления плана лучевой терапии включает этапы, на которых размещают субъект, поддерживаемый кушеткой для лучевой терапии в одной из областей из области MR-визуализации MR-сканера и второй области визуализации второго сканера визуализации, причем второй сканер визуализации представляет собой PET сканер визуализации или SPECT сканер визуализации, получают MR-, или PET, или SPECT представление целевого объема и осуществляют локализацию целевого объема относительно соответствующей области визуализации, регистрируют локализованный целевой объем в кушетке для лучевой терапии и определяют ожидаемые координаты пациента относительно кушетки для лучевой терапии, перемещают субъект линейно вдоль колеи опоры пациента из одной из области MR-визуализации и второй области визуализации в другую область визуализации второго сканера визуализации и MR-сканера, которые при этом имеют общую продольную ось, получают представление изображения целевого объема с помощью другого сканера из второго и MR-сканера, объединяют MR- и второе представления изображения в объединенное представление изображения, и генерируют или обновляют план лучевой терапии в соответствии с полученными MR- и вторым представлениями изображения, и отсоединяют кушетку для лучевой терапии от колеи опоры пациента для использования в системе лучевой терапии. Использование изобретений позволяет повысить точность регистрации изображений. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 4 ил.
Настоящая заявка относится к планированию лучевой терапии с визуальным контролем. Она находит конкретное применение в связи с планированием комплексной лучевой терапии.
Лучевая терапия является общепринятой терапевтической методикой в онкологии, в которой доза или ряд доз гамма (γ) - излучения высокой энергии, пучок энергии или другое излучение доставляется к телу пациента или целевой области тела пациента для достижения терапевтического эффекта, например, уничтожения раковой ткани. Сеанс(ы) лучевой терапии планируется(ются) до начала лечения облучением на основании одного или более объемных изображения планирования, целью которых является определение анатомических границ опухоли и окружающих тканей с целью определения параметров пучка излучения и распределения доз. Сканеры компьютерной томографии (CT) обычно используются при планировании лучевой терапии (RTP), поскольку канал визуализации имеет достаточный размер для размещения эквивалента больших по размеру плоских кушеток для лучевой терапии и пациентов среднего размера или более чем среднего размера с устройствами иммобилизации. Также данные CT, полученные таким образом, позволяют получить напрямую свойства затухания ткани, которые являются полезными для RTP. RTP-кушетки представляют собой тщательно разработанные плоские опоры, которые гарантируют, что пациент подвергается лечению в том же самом положении, в котором проводится визуализация. Одна из проблем CT-визуализации для RTP состоит в том, что пациент подвергается воздействию дополнительного ионизирующего излучения, которое вызывает опасения относительно дополнительных долгосрочных неблагоприятных побочных эффектов, таких как рак (который во многих случаях как раз и подвергается лечению). Кроме того, CT не может обеспечить необходимое качество изображения для всех областей мягких тканей тела.
Позитронно-эмиссионная томография (PET) была недавно представлена как конкурентоспособная методика визуализации для обнаружения рака, включая метастатическое распространение. При объединении с другими данными, таким как CT, PET предоставляет дополнительную функциональную информацию об опухоли для планирования и контроля лучевой терапии. При сканированиях PET пациенту вводится радиофармацевтический препарат, при этом события радиоактивного распада радиофармацевтического препарата приводят к образованию позитронов. Каждый позитрон взаимодействует с электроном через ближнее взаимодействие, в результате чего происходит аннигиляция позитронно-электронной пары с испусканием двух противоположно направленных гамма-лучей. С использованием схем обнаружения совпадения кольцевая решетка детекторов излучения, окружающая пациента, обнаруживает событие образования совпадающих, противоположно направленных гамма-лучей, которое соответствует событию аннигиляции. Линия ответа (LOR), соединяющая два совпадающих обнаружения, содержит положение события аннигиляции. Линии ответа аналогичны данным проецирования и восстанавливаются с формированием двух- или трехмерного изображения. PET фокусируется на областях с высокой метаболической активностью, таких как неопластическая раковая ткань, и, следовательно, помогает отличить злокачественные опухоли от доброкачественных опухолей, областей гипоксии, охарактеризованных рецидивов опухоли и лучевого некроза.
PET продемонстрировал потенциал в улучшении определения стадии, прогноза, планирования и последующего врачебного контроля. Однако несколько ограничений PET включают в себя ограниченное пространственное разрешение и недостаток дополнительных анатомических деталей помимо ткани, в которой происходит высокое накопление меток. PET обычно плохо проявляет себя в изображении анатомических деталей и, следовательно, имеет трудности в определении положения опухоли относительно других анатомических элементов пациента. Существуют комплексные системы PET-CT для планирования лучевой терапии, но, как упоминалось выше, данная конструкция все еще будет подвергать пациента воздействию дополнительного вредоносного ионизирующего излучения при применении сканирования CT. Магнитно-резонансная визуализация (MRI) и спектроскопия (MRS) имеют потенциал в качестве замены анатомической визуализации в RTP. При сканированиях MR ядерные спины ткани тела, которая будет исследоваться, выравниваются посредством статического основного магнитного поля B0 и возбуждаются посредством поперечных магнитных полей B1, осциллирующих в радиочастотном (RF) диапазоне. Полученные в результате сигналы релаксации подвергаются воздействию градиентных магнитных полей с целью локализации получающегося в результате резонанса. Сигналы релаксации принимают и восстанавливают известным способом в одно- или многомерное изображение. MRI имеет превосходящую визуализацию мягких тканей, тогда как MRS способна охарактеризовать тканевый метаболизм, что может предоставить информацию об ангиогенезе, пролиферации клеток и апоптозе в представляющей интерес области. Однако системы магнитного резонанса ограничены по размеру их канала, в котором не могут комфортно размещаться пациенты больше среднего размера и кушетки/плоские поверхности стола RTP большего размера. Кроме того, в определенных ситуациях иммобилизации/фиксации дополнительное пространство в канале (>70 см) является полезным, но в настоящее время отсутствует в системах MR.
Точность регистрации изображений для средств визуализации является важной характеристикой для RTP, и, следовательно, оба сканирования должны, предпочтительно, выполняться в одном и том же сеансе во избежание движения пациента и ошибок неверной регистрации. Расхождения между объединенными представлениями изображений могут оказывать значительное влияние на инструменты оценки лечения, такие как гистограмма доза-объем, вероятность контролирования опухоли, вероятность осложнений нормальной ткани и индекс соответствия. Следовательно, существует потребность в комплексной PET-MRI системе планирования лучевой терапии с каналом, достаточно большим для размещения кушетки RTP/плоской поверхности стола, пациента, имеющего больший, чем средний, размер, и устройств иммобилизации для выполнения сканирований в одном сеансе визуализации с улучшенным рабочим процессом.
В настоящей заявке представлены новые и улучшенные способ и система, которые преодолевают указанные выше и другие проблемы.
В соответствии с одним из аспектов, представлена система планирования лучевой терапии (RTP). Система RTP включает в себя систему магнитного резонанса (MR) с первым каналом, который определяет область MR-визуализации, которая вмещает субъекта вдоль продольной оси MR. Первый канал имеет диаметр по меньшей мере 70 см и в предпочтительном варианте осуществления - 85 см. Система RTP включает в себя сканер радионуклидной визуализации со вторым каналом, который определяет область радионуклидной визуализации, которая вмещает субъекта вдоль радионуклидной продольной оси, выровненной относительно продольной оси MR. Второй канал имеет диаметр по меньшей мере 70 см и в предпочтительном варианте осуществления - 85 см. Система включает в себя кушетку для лучевой терапии с плоской поверхностью стола, которая линейно передвигается через области MR- и радионуклидной визуализации, при этом помещая субъекта последовательно в области MR- и радионуклидной визуализации. Материал плоской поверхности стола совместим с процедурами визуализации и MR-, и PET. В другом варианте осуществления второй сканер также может представлять собой CT-сканер.
В соответствии с другим аспектом, представлен способ генерирования или обновления плана лучевой терапии. Способ включает в себя этапы, на которых размещают субъект, поддерживаемый кушеткой для лучевой терапии, в одной области из области MR-визуализации MR-сканера и области радионуклидной визуализации радионуклидного сканера. Получают MR- или радионуклидное представление изображения целевого объема и осуществляют локализацию целевого объема относительно соответствующей области визуализации. Регистрируют локализованный целевой объем в кушетке для лучевой терапии и определяют ожидаемые координаты пациента относительно кушетки для лучевой терапии. Перемещают субъект линейно из одной из областей из области MR-визуализации и области радионуклидной визуализации в другую область визуализации радионуклидного сканера и MR-сканера, которые при этом имеют общую продольную ось. Получают представление изображения целевого объема с помощью другого сканера из радионуклидного и MR-сканеров. Объединяют полученные MR- и радионуклидное представления изображений в объединенное представление изображения. Генерируют или обновляют план лучевой терапии в соответствии с одним представлением изображения из объединенного, MR- и радионуклидного представления. Первый канал, который определяет область MR-визуализации, и второй канал, который определяет область радионуклидной визуализации, имеют диаметр, составляющий, по меньшей мере, 70 см.
Одним из преимуществ является улучшенный рабочий процесс.
Другое преимущество состоит в том, что снижается воздействие ионизирующего излучения во время планирования лучевой терапии.
Другое преимущество состоит в том, что план лучевой терапии будет улучшен посредством добавления контрастности мягких тканей с MR-изображений.
Другие преимущества настоящего изобретения будут понятны специалистам в данной области техники после прочтения и понимания приведенного ниже подробного описания.
Изобретение может иметь форму различных компонентов и
Изобретение может иметь форму различных компонентов и конструкций из компонентов, а также различных этапов и групп этапов. Чертежи приведены только в целях иллюстрации предпочтительных вариантов осуществления и не должны интерпретироваться как ограничивающие изобретение.
Фигура 1 представляет собой схематическую иллюстрацию комплексной системы планирования лучевой терапии.
Фигура 2 представляет собой блок-схему способа планирования лучевой терапии с помощью системы с фигуры 1.
Фигура 3 представляет собой блок-схему другого способа планирования лучевой терапии с помощью системы с фигуры 1; и
фигура 4 представляет собой блок-схему способа контроля и обновления лучевой терапии с помощью системы с фигуры 1.
Обратимся к фигуре 1; система 10 планирования лучевой терапии (RTP) может выполнять магнитно-резонансную визуализацию и/или спектроскопию и второй способ визуализации, такой как радионуклидная визуализация, например, визуализация PET, SPECT или компьютерная томография (CT). RTP-система 10 включает в себя систему анатомической визуализации, в иллюстрируемом варианте осуществления, анатомический сканер 12 с широким каналом, такой как магнитно-резонансный сканер, помещенный внутри первого гентри 14. Первый вмещающий пациента канал 16 определяет первую область 18, или область 18 MR-исследования, для MR-сканера 12. Вмещающий пациента канал 16 имеет диаметр по меньшей мере 70 см. Однако также предполагаются и большие диаметры канала, такие как 85 см. MR-сканеры с расширенным каналом могут быть реализованы посредством открытого канала сверхпроводящего магнита и увеличения диаметра компонентов RF корпусной катушки и градиентной катушки в пределах канала. Пониженная эффективность RF корпусной катушки (для функции передачи) и градиентной катушки может быть до некоторой степени компенсирована использованием повышенной мощности RF усилителя и мощности градиентного усилителя. MR-сканер включает в себя основной магнит 20, который генерирует устойчивое во времени и пространственно однородное поле B0 через первую область 18 исследования. Катушки 22 градиентного магнитного поля, размещенные смежно с основным магнитом, служат для генерации градиентов магнитного поля вдоль выбранных осей относительно магнитного поля B0 для пространственного кодирования сигналов магнитного резонанса, для выдачи подавляющих намагничивание градиентов поля и т.п. Катушка 22 градиентного магнитного поля может содержать витки катушки, сконфигурированные для создания градиентов магнитного поля в трех ортогональных направлениях, обычно продольном, или z, поперечном, или x, и вертикальном, или y-направлении. Градиентные катушки могут быть установлены в углублении основного магнита с целью увеличения диаметра канала.
Радиочастотная (RF) катушка в сборе 24, такая как радиочастотная катушка для всего тела, размещается смежно с областью исследования. RF катушка в сборе генерирует радиочастотные импульсы B1 для возбуждения магнитного резонанса в выровненных диполях субъекта. Радиочастотная катушка в сборе 24 также служит для обнаружения сигналов магнитного резонанса, исходящих из области визуализации в пределах поля обзора (FOV), имеющего диаметр поперечного сечения по меньшей мере 55 см. Работающие только на прием RF катушки также могут быть использованы для обнаружения сигналов магнитного резонанса. FOV большего размера, составляющего приблизительно 60-65 см, может быть достигнуто для более широкого канала 85 см. Необязательные локализованные железные усилители могут быть вмонтированы в RF катушку в сборе 24 для достижения большего поперечного сечения FOV без усечения осевого FOV. В данной конструкции осевое FOV увеличивается пропорционально увеличению поперечного сечения FOV, по конструкции магнита, или необязательно осевое FOV поддерживается аналогичными MR-системами с меньшим каналом (например, 60 см каналом) с целью создания MR сплющенного сферического или эллиптического объема визуализации. В MR-системах с большим каналом обычно не имеется условий для расширения осевого FOV за пределы FOV для обычной системы с 60 см каналом.
Вторая система визуализации, в иллюстрируемом варианте осуществления - функциональный сканер 26, такой как PET-сканер, помещен внутри второго гентри 28, который определяет второй вмещающий пациента канал 30. Вмещающий пациента канал 30 имеет диаметр по меньшей мере 70 см. Однако также предполагаются и большие диаметры канала, такие как 85 см. Следует понимать, что также предполагается и CT-сканер, SPECT-сканер и т.п. Стационарное кольцо детекторов излучения, такое как слой 32 оптических детекторов, оптически соединенный со слоем 34 сцинтилляторов, размещен вокруг канала 30 для определения второй или PET-области исследования 36. RF-экран 38 необязательно размещается на поверхности комплекта оптических детекторов 32 и сцинтилляторов 34 и в некоторых вариантах осуществления простирается ниже переднего и заднего концов комплекта детекторов. RF-экран 38 экранирует RF-шум, исходящий от PET-сканера, который может помешать MR-сканированию. Если PET (или SPECT) сканер использует обычные трубки фотоумножителей (PMT) в качестве оптических детекторов, то они будут содержать материал с магнитным экранированием для снижения влияния граничного магнитного поля MR-системы на PMT. Если используются твердотельные детекторы, то магнитное экранирование может быть исключено (но RF-экранирование все еще будет использоваться). RF-экранирование также является целесообразным в случае, когда RF поле утечки RF-импульсов MR-сканера 12 может возбудить или навести помехи на связанную со сцинтилляторами электронику. Таким образом, RF-экран 38 также выполняет функцию снижения RF-помех, исходящих от оптических детекторов 32 и связанных с ними электрических схем. Слой 34 сцинтилляторов постоянно испускает оптическое излучение, которое инициирует электрический отклик от оптических детекторов. Данный электрический отклик генерирует RF-помехи, которые могут неблагоприятным образом повлиять на отношение сигнал-шум для MR. В SPECT-сканере детекторы 32 встраиваются в отдельные головки, которые устанавливаются с возможностью вращения вокруг второго канала 30 и радиального перемещения относительно субъекта.
Для получения данных магнитного резонанса субъекта субъект помещается внутри области 18 MR-исследования, предпочтительно в изоцентре основного магнитного поля или вблизи него. Контроллер 40 сканирования управляет градиентным контроллером 42, который вызывает выдачу градиентными катушками 22 градиентных импульсов выбранного магнитного поля через область визуализации, что может быть предназначено для выбранной последовательности магнитно-резонансной визуализации или спектроскопии. Контроллер 40 сканирования управляет RF передатчиком 44, который вызывает генерацию RF катушками в сборе 24 импульсов возбуждения и управления магнитным резонансом B1. Контроллер сканирования также управляет одним или более RF приемниками 46, которые соединены с RF катушками в сборе 24 с целью приема сгенерированных сигналов магнитного резонанса от них. Принятые приемником 46 данные временно хранятся в буфере 48 данных и обрабатываются процессором 50 данных MR. Процессор 50 данных MR может выполнять различные функции, известные в технике, включая восстановление изображений (MRI), магнитно-резонансную спектроскопию (MRS) и т.п. Восстановленные изображения магнитного резонанса, считанные данные спектроскопии и другие обработанные данные MR хранятся в памяти 52 MR-изображений.
Для получения данных радионуклидной визуализации пациент размещается в области 36 исследования PET. PET-сканер 26 приводится в действие контроллером 60 PET-сканера для получения выбранных последовательностей изображений выбранной целевой области. Обычно объекту или пациенту, для которых проводится визуализация, инъецируется один или более радиофармацевтических или радиоизотопных индикаторов, и затем он помещается в область 36 исследования PET. Примерами таких индикаторов для PET являются 18F-FDG, C-11 и для SPECT-Tc-99m, Ga67 и In-111. Для индикаторов SPECT гамма-излучение выдается непосредственно индикатором. Для PET наличие индикатора внутри объекта вызывает выдачу излучения из объекта. События излучения обнаруживаются детекторами-сцинтилляторами 34 вокруг области 36 исследования. Временная метка связывается с каждым обнаруженным событием излучения посредством блока 62 временных меток. Детектор 64 совпадений определяет совпадающие пары γ-лучей и линию ответа (LOR), определяемую каждой совпадающей парой γ-лучей, на основании различий во времени обнаружения совпадающих пар и известного диаметра поля обзора. Процессор 66 восстановления восстанавливает все LOR в представление изображения, которое хранится в функциональной памяти 68 изображений. Необязательно процессор 70 времени пробега локализует каждой событие излучения путем выведения информации о времени пробега из временных меток для каждой LOR.
В одном из вариантов осуществления пациент сначала помещается в радионуклидный сканер 26, и выполняется его визуализация. После получения данных радионуклидной визуализации выбранные компоненты радионуклидного сканера 26 выключаются, и в случае PMT прилагаемое напряжение смещения временно снижается с целью сокращения/остановки выдачи RF сигналов, которые могут создать помехи для MR-сканера 12 во время получения изображения. Опора пациента перемещается в область 18 MR-исследования, и MR-сканер 12 получает данные MR-визуализации, включая данные для коррекции затухания данных PET, для восстановления. После завершения получения данных MR выбранные компоненты радионуклидного сканера 26 включаются. К тому моменту, когда текущий пациент покидает кабинет для исследований и следующий пациент приходит и подготавливается к визуализации, радионуклидный сканер 26 становится полностью функциональным и готовым к получению данных радионуклидной визуализации для пациента. Если радионуклидные детекторы не достигли своей номинальной рабочей температуры, нагревательные элементы 72 могут это обеспечить. В другом варианте осуществления оптические детекторы 32 и связанные схемы радионуклидного сканера 26 избирательно отключаются во время процедуры MR. Для возобновления нормального функционирования PET-сканера 26 нагревательный элемент 72 быстро повышает температуру оптических детекторов 32 до номинальной рабочей температуры после продолжительного нерабочего периода или поддерживает минимальную рабочую температуру в течение нерабочего периода. Радионуклидный сканер 26 может быть переведен в нерабочий режим, который включает в себя отключение посредством снижения мощности, подаваемой на оптические детекторы 32, с целью снижения RF помех. После нерабочего периода сканер активируется или переводится в активный режим с необязательной помощью нагревательного элемента 72 для получения данных радионуклидной визуализации. Нагревательный элемент 72 может представлять собой резистивный нагревательный элемент, трубу подачи теплого воздуха, жидкостной радиатор и т.п. В другом варианте осуществления схемы PET 60, 62, 64, 66, 68, 70 размещаются вне кабинета исследований в целях снижения RF помех. Альтернативно или дополнительно MR-сканер 12 может быть переведен в нерабочий (снижение RF помех) режим во время процедуры радионуклидной визуализации.
Система 10 диагностической визуализации включает в себя рабочую станцию или графический интерфейс 80 пользователя (GUI), которая содержит устройство 82 отображения и устройство 84 пользовательского ввода, которое врач-клиницист может использовать для выбора последовательностей и протоколов сканирования, отображения данных изображений и т.п.
Два гентри 14, 28 примыкают друг к другу и расположены линейно и в непосредственной близости друг к другу. Гентри 14, 28 имеют общую кушетку 90 планирования лучевой терапии (RTP), которая перемещается вдоль продольной оси между двумя областями 18, 36 исследования вдоль дорожки или колеи 92 опоры пациента. Необязательно кушетка имеет вращающуюся конструкцию с целью обеспечения вращения пациента между сканерами PET и MR совместно с линейным перемещением через каждый из них. Мотор или другой механизм привода (не показан) обеспечивает продольное движение и вертикальные подстройки опоры в областях 18, 34 исследования. Необязательно кушетка 90 RTP имеет выдвижные поручни 93, показанные в выдвинутом положении, для удержания пациента на кушетке во время перемещения. В иллюстрируемом варианте осуществления второй гентри 28 перемещается вдоль колеи 94 гентри с целью сокращения времени перемещения пациента между двумя системами 12, 26 визуализации. Закрытая конструкция между гентри снижает вероятность движения пациента и ошибок неверной регистрации. Гентри могут быть разделены с целью снижения помех между устройствами визуализации. Например, оптические детекторы 32 PET-сканера 26 испускают RF сигналы, которые могут вызывать помехи для обнаружения резонанса MR-сканером 12. Также краевое магнитное поле MR-сканера снижается с увеличением расстояния до сканера. В одном из вариантов осуществления гентри 14, 28 могут быть сближены с целью снижения вероятности неточного размещения пациента, или они могут быть разнесены с целью снижения помех между радионуклидным и MR-сканерами 12, 26 путем перемещения одного или обоих сканеров 12, 26 вдоль колеи 94.
При планировании лучевой терапии пациент должен находиться в одном и том же зафиксированном положении в ходе получения изображений для предварительного лечения между лечениями и после лечения, что и во время процедур лечения облучением. Процедуры лечения облучением во многих случаях включают в себя ряд запланированных (разделенных) доставок доз. В одном из вариантов осуществления кушетка для RTP или опора 90 пациента имеет, по существу, идентичную геометрию относительно поверхности стола системы лучевой терапии (не показана), которая обеспечивает лечение облучением для субъекта. Обычно это плоская поверхность стола. Неточности между геометрическими параметрами кушетки 90 RTP и поверхностью стола лучевой терапии могут привести к плохой воспроизводимости положения пациента, пространственным искажениям изображения, неточным меткам пациента и т.п., что потенциально может причинить пациенту значительный вред в результате неправильной лучевой терапии. В другом варианте осуществления кушетка 90 RTP является отсоединяемой от колеи 92 опоры пациента с целью использования в системе лучевой терапии. Посредством использования одной и той же кушетки для планирования терапии и доставки терапии можно сократить или исключить ошибки регистрации изображений, погрешности позиционирования, связанные с геометрическими неточностями между двумя кушетками.
Поверхность стола системы лечения облучением необязательно больше, чем обычная опора пациента в системе MR- или радионуклидной визуализации, с тем, чтобы обеспечить возможность различных положений пациента, целью которых является достижение оптимального пути лечения к целевой области. В любой системе визуализации опора пациента и в некоторых случаях позиционирование/фиксация пациента с поднятыми конечностями ограничивается размером канала, как правило, составляющим 60 см для обычных MR-систем и 70 см для обычных PET-систем, что, в свою очередь, ограничивает доступные положения пациента. Это является одной из причин того, что планирование лучевой терапии обычно выполняется с использованием систем компьютерной томографии (CT) с большими размерами канала (~80-85 см), которые могут принять кушетки для лучевой терапии большего размера. Однако планирование с помощью систем CT выполняется за счет подвергания уже чувствительных пациентов воздействию еще больших объемов ионизирующего излучения, что может иметь долгосрочные неблагоприятные побочные эффекты. Также с дополнительной дозой ионизирующего излучения от CT имеются противопоказания к выполнению визуализаций в процессе лечения для оценки реакции на лечение или смещения/изменения органа в целях перепланирования. Для MR данная проблема снижает свое значение. Однако CT является устоявшейся для RTP, поскольку позволяет напрямую получить свойства затухания ткани, твердые ткани хорошо визуализируются, и достигается хорошая геометрическая точность. С учетом этого альтернативный вариант осуществления включает комбинацию CT-MR с большим каналом для RTP. CT в настоящее время является золотым стандартом для RTP, но с медицинской точки зрения целесообразно иметь данные MR, объединенные с данными CT, для улучшения планирования RT, для принятия в расчет, например, структур мягких тканей или сосудов около опухоли как части плана лечения. Также, как упоминалось, целесообразно применять MR для контроля реакции опухоли/последующего наблюдения вследствие отсутствия дополнительного ионизирующего излучения. Аналогично описанным средствам радиационной медицины (NM) с широким каналом, например, PET-сканер и MR-сканер с кушетками/плоскими поверхностями стола RTP, NM-сканер может вместо этого представлять собой CT-сканер с широким каналом. В данном варианте осуществления контрастное вещество CT заменяет контрастное вещество PET. Таким образом, один сеанс рабочего процесса для заданного пациента может быть эффективно реализован для RTP, при этом перемещение пациента между получениями изображений CT и MR минимизируется, и совместная регистрация улучшается. Предпочтительно CT- и MR-сканеры находятся в одном помещении. В дополнительном альтернативном варианте осуществления они расположены близко друг к другу в пространстве, и совместно используемая кушетка для RTP дополнительно содержит тележку, которая позволяет легко перемещать зафиксированного пациента на плоской поверхности стола от одной системы к другой. В описываемых случаях CT+MR CT может быть использована для RTP с полученными и объединенными MR-данными в целях улучшения планирования, MR может быть использован для RTP, и любой способ из CT и MR или оба вместе могут быть использованы для контроля реакции на лечение/эффективности лечения (предпочтительно MR). В другом варианте осуществления представлены сканер радиационной медицины и объединенный сканер MR/CT. Сканеры NM и CT могут быть использованы для планирования, и NM- и MR-сканеры могут использоваться периодически для последующих обследований с целью контроля прогресса.
Система 10 RTP включает в себя более широкие каналы 16, 36 с диаметром 70 см или более и предпочтительно 80-85 см, что является достаточно большим для размещения кушетки 90 для RTP, имеющей размеры, копирующие размеры соответствующей системы лечения облучением. В данной конструкции точное позиционирование пациента воспроизводится между системой 10 RTP и системой лечения облучением с целью контроля прогресса лечения между его этапами, или после нескольких этапов, без воздействия дополнительного вредного ионизирующего излучения на пациента.
Кушетка 90 для RTP и аналогичная кушетка системы лечения являются плоскими, а не вогнутыми или изогнутыми, как в обычных системах визуализации. Обычные системы визуализации, как правило, имеют вогнутую форму для соответствия круглому отверстию канала и для ограничения движения пациента. Вертикальное и продольное движение кушетки 90 является точным и воспроизводимым. Кушетка 90 для RTP содержит множество крепежных структур 96, таких как отверстия для крепления, зажимы для крепления и т.п., для размещения различных специализированных креплений и ограничительных устройств для точной и неоднократной иммобилизации пациента в общем зафиксированном положении в течение множества этапов цикла лечения. Кушетка 90 и ограничительные устройства совместимы и с MR-визуализацией, и с CT-визуализацией, и не должны содержать каких-либо создающих существенные артефакты объектов или материалов. Например, кушетка 90 является неферромагнитной, имеет низкие потери RF и не генерирует протонный сигнал для соответствия критериям совместимости с MR. Для совместимости с радионуклидной и CT-визуализацией кушетка 90 имеет низкое затухание гамма- и рентгеновских лучей и рассеяние в энергетических диапазонах, используемых для визуализации. Данные критерии для MR обычно могут быть достигнуты с помощью механической конструкции, стекла и/или армированного кевларом пластика, с некоторой степенью затухания гамма-лучей и рентгеновских лучей, которая для совместимости с радионуклидной и CT-визуализацией может быть смоделирована и выражена в количественной форме для кушетки 90 для RTP и катушки MR или приспособлений для фиксации пациента и может быть принята в расчет соответствующими процессорами 50, 66 восстановления.
Регистрационные метки, координатные метки, 98 на фигуре 1 или комбинация обеих меток внедряется в кушетку 90 или располагается на ее поверхности, что позволяет регистрировать положение кушетки относительно сканеров 12, 26 изображений и субъекта. В одном из вариантов осуществления система 100 регистрации пациента обнаруживает регистрационные метки, например, решетки, линии, точки и т.п., или координатные метки 98. Система 100 регистрации пациента содержит по меньшей мере одно из лазера 102 гентри, прикрепленного на стену лазера (не показан), подвесного элемента (не показан) или их произвольную комбинацию, которая имеет точные пространственные взаимосвязи с изоцентром двух областей 18, 36 исследования. Лазеры генерируют сигнал, представляющий трехмерное (3D) пространственное положение регистрационных меток в соответствии с углом лазера и измеренным расстоянием относительно областей 18, 36 исследования. Регистрационный процессор 104 определяет трехмерные пространственные координаты регистрационных меток в соответствии с данными сигналами и сравнивает фактические координаты регистрационных меток с ожидаемыми координатами. Пациенту может быть нанесена татуировка с регистрационными метками, которые затем могут быть обнаружены системой 100 регистрации пациента с целью локализации. Регистрационный процессор 104 проводит сравнение между фактическими координатами, полученными от системы 100 регистрации, и ожидаемыми координатами регистрационных меток, и генерирует сигнал обратной связи, который отображается на GUI 80 для информирования врача-клинициста. Аналогичный сигнал обратной связи генерируется регистрационным процессором 104 для регистрации кушетки 90 для RTP в соответствующей области 18, 36 исследования. Сгенерированный сигнал дает информацию контроллеру 40, 60 о каждом сканере 12, 26 визуализации с целью проведения соответствующей настройки вертикального и/или горизонтального положения кушетки 90 для RTP.
В другом варианте осуществления координатные метки, которые могут визуализироваться обоими сканерами 12, 26, прикрепляются к крепежным структурам 96 кушетки 90 для RTP и/или к пациенту или к устройствам фиксации, прикрепленным к пациенту. Сканирования локализации выполняются для определения 3D координат координатных меток относительно области 18, 36 визуализации. Регистрационный процессор 104 определяет фактические координаты меток по сканированиям локализации и сравнивает их с ожидаемыми координатами. Регистрационный процессор 104 сообщает врачу-клиницисту через GUI 80 о необходимости перемещения пациента или информирует соответствующие контролеры сканера о необходимости перемещения кушетки 90 для RTP. Следует понимать, что координатные маркеры могут обнаруживаться системой 100 регистрации пациента с тем, чтобы пациент и кушетка 90 могли быть зарегистрированы с использованием сканеров 12, 26 визуализации или системой 100 регистрации пациента с помощью координатных меток. Координатные метки могут быть видимыми в наборах данных конкретного способа визуализации для облегчения регистрации наборов данных конкретного способа визуализации для совместного отображения изображения для RTP и контроля лечения. В предпочтительном рабочем процессе контроля пациент возвращается для сканирования, применяется его фиксация и расположение координатных меток, и вновь полученные данные изображения необязательно (и автоматически) объединяются с данными изображения до лечения.
Обратимся к фигуре 2; при планировании лучевой терапии до лечения целевой объем, который должен получить терапевтические дозы облучения, отображается и затем локализуется S102 относительно области 18 MR-визуализации с использованием MR-сканера 12 после того, как радионуклидный сканер 26 был переведен в нерабочий режим S100. Нерабочий режим относится к режиму функционирования, в котором сканер не излучает шумы, например, электрические или RF, которые потенциально могут вызвать помехи при функционировании другого сканера. MR-визуализация целевой области генерирует анатомические данные относительно формы, размера и положения целевой области. MR-визуализация превосходит CT-визуализацию в разделении мягкой ткани опухоли и здоровой ткани, а также окружающей мягкой ткани и структур сосудов. CT превосходит MR-визуализацию при визуализации более твердых тканей, включая костные, и также остается предпочтительной, при некоторых условиях, для более быстрого сканирования в определенных применениях для тела, когда артефакты движения вследствие дыхания влияют на качество изображения. После локализации целевой области положение пациента и целевой объем регистрируются в кушетке RTP S104 с применением системы 100 регистрации пациента. Процесс регистрации определяет ожидаемые координаты регистрационных меток на пациенте и кушетке 90 для RTP. Радионуклидный сканер 26 переводится в активный режим S106 с необязательной помощью нагревательного элемента 72. Для подготовки к получению данных радионуклидной визуализации пациенту инъецируется или ему ранее инъецировался до начала исследования MR радиоизотоп S108. MR-сканер 12 переводится в нерабочий режим S110, и радионуклидный сканер 26 необязательно перемещается, чтобы располагаться смежно с MR-сканером S112 с целью сокращения продольного расстояния, которое пациент преодолевает между областями 18, 36 MR- и радионуклидной визуализации. MR-сканер переводится в нерабочий режим во время получения радионуклидного представления изображения целевой области до начала лечения S114. Радионуклидная визуализация, такая как PET, предлагает функциональные данные, а не анатомические данные, для целевой области, такие как характеризация пролиферации клеток с целью демонстрации наличия опухолей, кровотока, некроза клеток, гипоксии и т.п. в целевой области. Функциональные данные могут быть полезными для обновления сгенерированного плана лечения во время цикла лечения с целью принятия во внимание увеличения или уменьшения злокачественности опухоли, клеточной смерти или других клинически значимых сведений. Зарегистрированные представления изображений до лечения от MR- и PET-сканеров 12, 26 объединяются S116 в составное изображение процессором 110 слияния. Объединенное изображение анализируется процессором 112 планирования, который генерирует или обновляет план лечения S118 в соответствии с анатомическими и функциональными характеристиками целевой области. Сгенерированный или обновленный план лечения облучением, начиная с S118, проводится отдельной системой лечения облучением в соответствии со сгенерированным или обновленным планом лечения S120 с тем, чтобы пациент размещался на кушетке для лечения системы лечения облучением в соответствии с определенными ожидаемыми координатами. В другом варианте осуществления зафиксированный пациент транспортируется из системы 10 RTP в систему лечения облучением на тележке с тем, чтобы пациент подвергался визуализации и лечению на одной и той же кушетке 90 для RTP. План лечения, конечно, курируется, настраивается и одобряется проводящим лечение специалистом, таким как онколог-радиолог. Визуализация плана лечения может иметь место на графическом интерфейсе 80 пользователя (GUI) или на отдельном GUI плана лечения (не показан), связанным с процессором 112 планирования.
Обратимся к фигуре 3; для подготовки к получению данных радионуклидной визуализации пациенту инъецируется или ему ранее инъецировался до начала исследования MR радиоизотоп S200, и MR-сканер 12 переводится в нерабочий режим S202. Целевой объем, который должен получить терапевтические дозы облучения, затем визуализируется и локализуется S204 относительно области 36 радионуклидной визуализации с применением радионуклидного сканера 26. Радионуклидная визуализация целевой области генерирует функциональные данные относительно характеризации пролиферации клеток с целью демонстрации наличия опухолей, кровотока, некроза клеток, гипоксии и т.п. в целевой области. Функциональные данные могут быть полезными для обновления сгенерированного плана лечения во время цикла лечения с целью принятия во внимание увеличения или уменьшения злокачественности опухоли или клеточной смерти. После локализации целевой области положение пациента и целевой объем регистрируются в кушетке RTP S206 с применением системы 100 регистрации пациента. Процесс регистрации определяет ожидаемые координаты регистрационных меток на пациенте и кушетке 90 для RTP. MR-сканер 12 переводится в активный режим S208, тогда как радионуклидный сканер 26 переводится в нерабочий режим S210, и необязательно перемещается, чтобы располагаться смежно с MR-сканером S212 с целью сокращения продольного расстояния, которое пациент преодолевает между областями 18, 36 MR- и радионуклидной визуализации. MR-визуализация целевой области генерирует анатомические данные относительно формы, размера и положения целевой области, а не функциональные данные. MR-визуализация превосходит CT-визуализацию в разделении мягкой ткани опухоли и здоровой ткани, а также окружающей мягкой ткани и структур сосудов. CT превосходит MR-визуализацию при визуализации более твердых тканей, включая костные, и также остается предпочтительной, при некоторых условиях, для более быстрого сканирования в определенных приложениях для тела, когда артефакты движения вследствие дыхания влияют на качество изображения. После получения данных визуализации MR S214 зарегистрированные представления изображений до лечения от MR- и радионуклидного сканера 12, 26 объединяются S216 в объединенное изображение процессором 110 слияния. Объединенное изображение анализируется процессором 112 планирования, который генерирует или обновляет план лечения S218 в соответствии с анатомическими и функциональными характеристиками целевой области. Лечение облучением проводится системой лечения облучением в соответствии со сгенерированным или обновленным планом лечения S120 с тем, чтобы пациент размещался на кушетке для лечения системы лечения облучением в соответствии с определенными ожидаемыми координатами. План лечения, конечно, курируется, настраивается и одобряется проводящим лечение специалистом, таким как онколог-радиолог. Визуализация плана лечения может иметь место на графическом интерфейсе 80 пользователя (GUI) или на отдельном GUI плана лечения (не показан), связанным с процессором 112 планирования.
Несмотря на то, что выше обсуждалось получение анатомических изображений до функциональных изображений, следует понимать, что порядок может быть обратным.
Обратимся к фигуре 4; поскольку пациент не подвергается воздействию вредоносного ионизирующего излучения CT-визуализации, MR или MR и NM-визуализация и контроль могут выполняться чаще во время лечения, например, до и после каждого сеанса лечения. После того как пациент и кушетка 90 для RTP были зарегистрированы S200 в соответствии с ожидаемыми координатами пациента во время процесса планирования, осуществляется получение S202 и объединение S204, с помощью процессора 112 слияния, MR- и радионуклидных изображений целевой области. Процессор 112 планирования анализирует объединенное представление изображения S206 и определяет, обновлять ли текущий план лечения S208 и назначать обновленный план лечения S210, продолжать использовать текущий план лечения и повторно проводить этап лечения S212 или закончить цикл лечения S214, поскольку целевой объем был уничтожен или больше не является злокачественным. В некоторых случаях для фазы контроля лечения может осуществляться получение только данных MR.
Изобретение было описано со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления. Модификации и изменения могут быть понятны другим после прочтения и понимания предшествующего подробного описания. Предполагается, что изобретение может быть построено как включающее в себя все такие модификации и изменения при условии, что они находятся в пределах объема пунктов прилагаемой формулы изобретения или их эквивалентов.
1. Система (10) планирования лучевой терапии и последующего наблюдения, содержащая:
магнитно-резонансный (MR) сканер (12) с первым каналом (16), определяющий область (18) MR-визуализации, которая вмещает субъекта вдоль продольной оси MR, при этом первый канал (16) имеет диаметр, составляющий, по меньшей мере, 70 см;
второй сканер (26) визуализации со вторым каналом (30), определяющий вторую область (36) визуализации, которая вмещает субъекта вдоль второй продольной оси, при этом вторая продольная ось выровнена с продольной осью MR, и второй канал (30) имеет диаметр, составляющий по меньшей мере 70 см; и причем второй сканер (26) визуализации выбран из группы: PET сканер визуализации, SPECT сканер визуализации, сканер визуализации компьютерной томографии; и
кушетку (90) для лучевой терапии, передвигающуюся линейно вдоль колеи (92) опоры пациента через область MR-визуализации и вторую область визуализации (18, 36), которая размещает пациента последовательно в области MR-визуализации и второй области визуализации (18, 36), причем кушетка (90) для лучевой терапии выполнена с возможностью отсоединения от колеи (92) опоры пациента для использования в системе лучевой терапии.
2. Система (10) планирования лучевой терапии и последующего наблюдения по п. 1, дополнительно содержащая:
процессор слияния, объединяющий представление изображения, созданное по собранным данным в области (18) MR-визуализации, и представление изображения, созданное по собранным данным во второй области (36) визуализации, в объединенное представление изображения; и
процессор (112) планирования, генерирующий план лечения лучевой терапией в соответствии с объединенным представлением изображения.
3. Система (10) планирования лучевой терапии и последующего наблюдения по п. 1, в которой кушетка (90) для лучевой терапии содержит:
по меньшей мере одну крепежную структуру (96), допускающую использование множества ограничивающих устройств, которые иммобилизуют субъекта в выбранном зафиксированном положении; и
множество регистрационных меток (98), размещенных на поверхности кушетки (90) для лучевой терапии или встроенных в нее.
4. Система (10) планирования лучевой терапии и последующего наблюдения по п. 1, дополнительно содержащая:
систему (100) регистрации пациента, регистрирующую положение кушетки (90) для лучевой терапии относительно субъекта и MR-сканера и второго сканера (12, 26), которая содержит:
по меньшей мере один лазер (102), имеющий точную взаимосвязь с изоцентром области MR-визуализации и второй области визуализации (18, 36), который генерирует сигнал, характерный для положения каждой из множества регистрационных меток (96), размещенных на субъекте, на устройствах фиксации, прикрепленных к пациенту, и/или на кушетке (90) для лучевой терапии; и
регистрационный процессор (104), определяющий трехмерные координаты каждой регистрационной метки в соответствии со сгенерированным сигналом.
5. Система (10) планирования лучевой терапии и последующего наблюдения по любому из пп. 1-4, дополнительно содержащая:
регистрационные метки, являющиеся детектируемыми как MR-сканером, так и вторым сканером (12, 26) и регистрационным процессором (104), который определяет координаты регистрационных меток по сканированиям области MR-визуализации и второй области визуализации (18, 36).
6. Система (10) планирования лучевой терапии и последующего наблюдения по п. 5, в которой второй сканер визуализации является PET сканером визуализации и в которой регистрационный процессор (104) генерирует сигнал обратной связи на основании фактических координат и ожидаемых координат каждой регистрационной метки и выполняет по меньшей мере одно из:
отображения сгенерированного сигнала обратной связи на графическом интерфейсе (80) пользователя;
выдачи команды по меньшей мере одному контроллеру из контроллера (40) MR-сканирования и контроллера (60) PET сканирования на настройку положения кушетки (90) для лучевой терапии и/или положений среза или полоски для получения изображения; и
выдачи сигнала обратной связи процессору (110) слияния, который объединяет PET и MR-представления изображения.
7. Система (10) планирования лучевой терапии и последующего наблюдения по п. 1, в которой второй сканер (26) визуализации является PET сканером (26) визуализации с PET каналом (30), который задает область (36) PET визуализации, при этом PET сканер (26) содержит:
кольцо оптических детекторов (32), размещенное смежно с областью (36) PET визуализации и оптически соединенное со слоем (34) сцинтилляторов, причем кольцо оптических детекторов (32) выполнено с возможностью генерации данных PET визуализации в ответ на испускание излучения в области PET визуализации; и
радиочастотный экран (38), размещенный между слоем (34) сцинтилляторов и областью (38) PET визуализации, при этом радиочастотный экран необязательно окружает PET сканер целиком.
8. Система (10) планирования лучевой терапии и последующего наблюдения по п. 7, в которой PET сканер (26) дополнительно содержит:
нагревательный элемент (72), такой как резистивный нагревательный элемент, труба с теплым воздухом или резервуар с жидкостью, который размещен смежно с оптическими детекторами (32), причем нагревательный элемент (72) выполнен с возможностью повышать температуру оптических детекторов и связанных схем до номинальной рабочей температуры или поддерживать минимальную рабочую температуру;
причем оптические детекторы (32) являются оптическими детекторами в форме трубок фотоумножителей, причем PET сканер (26) дополнительно содержит:
схему, которая временно снижает рабочее напряжение в оптических детекторах в форме трубок фотоумножителей.
9. Система (10) планирования лучевой терапии и последующего наблюдения по любому из пп. 1-8, при этом система (10) планирования лучевой терапии и последующего наблюдения размещена на мобильной платформе, подлежащей транспортировке из одного места в другое.
10. Способ генерирования или обновления плана лучевой терапии, включающий в себя этапы, на которых:
размещают субъект, поддерживаемый кушеткой (90) для лучевой терапии в одной из областей из области (18) MR-визуализации MR-сканера (12) и второй области (36) визуализации второго сканера (26) визуализации, причем второй сканер (26) визуализации представляет собой PET сканер визуализации или SPECT сканер визуализации;
получают MR-, или PET, или SPECT представление целевого объема и осуществляют локализацию целевого объема относительно соответствующей области (18, 36) визуализации;
регистрируют локализованный целевой объем в кушетке (90) для лучевой терапии и определяют ожидаемые координаты пациента относительно кушетки (90) для лучевой терапии;
перемещают субъект линейно вдоль колеи (92) опоры пациента из одной из области (18) MR-визуализации и второй области (36) визуализации в другую область (18, 36) визуализации второго сканера (26) визуализации и MR-сканера (12), которые при этом имеют общую продольную ось;
получают представление изображения целевого объема с помощью другого сканера из второго и MR-сканера (12, 26);
объединяют MR- и второе представления изображения в объединенное представление изображения; и
генерируют или обновляют план лучевой терапии в соответствии с полученными MR- и вторым представлениями изображения, и
отсоединяют кушетку (90) для лучевой терапии от колеи (92) опоры пациента для использования в системе лучевой терапии;
при этом первый канал (16), определяющий область (18) MR-визуализации, и второй канал (30), определяющий вторую область (36) визуализации, имеют диаметр, составляющий по меньшей мере 70 см.
11. Способ по п. 10, дополнительно включающий в себя этапы, на которых:
до получения MR-представления изображения переводят второй сканер (26) визуализации в нерабочий режим и необязательно перемещают второй сканер (26) визуализации от MR-сканера (12) вдоль колеи (94) гентри таким образом, что сканеры (12, 26) становятся расположенными несмежно друг с другом; и
после получения MR-представления изображения переводят второй сканер (26) визуализации в активный режим и необязательно перемещают второй сканер (26) визуализации в направлении MR-сканера (12) вдоль колеи (94) гентри таким образом, что сканеры (12, 26) становятся расположенными смежно друг с другом.
12. Способ по п. 10, дополнительно включающий в себя этапы, на которых:
до получения второго представления изображения переводят MR-сканер (12) в нерабочий режим и необязательно перемещают второй сканер (26) визуализации в направлении MR-сканера (12) вдоль колеи (94) гентри таким образом, что сканеры (12, 26) становятся расположенными смежно друг с другом; и
после получения второго представления изображения переводят MR-сканер (12) в активный режим и необязательно перемещают второй сканер (26) от MR-сканера (12) вдоль колеи (94) гентри таким образом, что сканеры (12, 26) становятся расположенными несмежно друг с другом.
13. Способ по любому из пп. 11 и 12, дополнительно включающий в себя этап, на котором:
во время нахождения второго сканера (26) визуализации в нерабочем режиме поддерживают минимальную рабочую температуру оптических детекторов (32) второго сканера (26) визуализации.
14. Способ по п. 13, дополнительно включающий в себя этап, на котором:
при переводе второго сканера (26) визуализации в активный режим нагревают оптические детекторы (32) второго сканера (26) визуализации до номинальной рабочей температуры.
15. Способ по п. 12, дополнительно включающий в себя этап, на котором:
экранируют оптические детекторы и электронику (32) второго сканера (26) визуализации от RF-помех и помех статического магнитного поля MR-сканера (12).
