CN119451725A 用于规划心脏辐射治疗的系统和方法 （瓦里安医疗系统公司）

2024.12.26PCT/US2023/0251532023.06.13WO2024/006061EN2024.01.04用于预测用于心脏消融的靶标心脏区域的位置的系统(104)和方法(400)可以包括一个或学图像来生成(402)患者的心脏的3D模型，并且使用心脏的3D模型和患者的电生理学数据来估计(404)驱动患者的心脏的运动的一个或多个机一个或多个机械性质来生成(406)患者的心脏随标识(408)要辐射的患者的心脏的感兴趣区域(ROI)。该一个或多个处理器可以使用患者的心脏的模拟运动模式来确定(410)ROI在心动周期2由所述一个或多个处理器使用所述心脏的所述3D模型和所述患者的电生理学数据来由所述一个或多个处理器使用所述3D模型和所述一个或多个机械性质来生成所述患由所述一个或多个处理器使用所述患者的所述心脏的所述模拟运动模式来确定所述2.根据权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个机械性质包括所述患者的所述心3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中由所述一个或多个处理器使用所述图像帧序列来确定所述患者的所述心脏随着所述使用所述患者的所述心脏的所述估计运动模式来确定所述患者的所述心脏的一个或使用所述患者的所述心脏的所述模拟运动模式来确定所述患者的所述心脏的所述一个或多个点在所述心动周期的所述时间点处的一个或多计算所述一个或多个模拟位置与所述一个或多个估计位置之间的一个或多个点式距在确定所述一个或多个点式距离超过阈值时，更新所述患者的基于更新后的所述一个或多个机械性质来更新所述患者的所述心脏的所述模拟运动重复以下步骤直到所述一个或多个点式距离低于所述阈值：根据所述患者的所述心脏的所述估计运动模式，使所述心脏的对应于时间实例t0的3D在所述心脏的对应于所述时间实例t1的所述估计3D模型上标识所述一个或多个估计位3根据所述患者的所述心脏的所述模拟运动模式，使所述心脏的对应于所述时间实例t0在所述心脏的对应于所述时间实例t1的所述模拟3D模型上标识所述一个或多个模拟位针对与所述图像帧序列中的连续图像帧的对相对应的多个时间实例对(t0，t1)重复确定所述一个或多个估计位置和确定所述一个或多个在确定所述多个点式距离超过所述阈值时，更新所述患者的所9.根据权利要求5至权利要求8中的任一项所述的方生成所述心脏的与所述一个或多个机械性质的各种变化和所述心脏的电性质的各种对于每个第二模拟运动模式，确定所述患者的所述心脏的所述一对于每个第二模拟运动模式，计算所述一个或多个对应模拟位置基于所述一个或多个对应点式距离来选择所述多个第二模拟运动模式中的第二模拟根据与所选择的所述第二模拟运动模式相对应的所述一个或多个机械性质的变化来10.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述ROI包括标准化N段模型的一个或多患者的固定条件建模为并入所述患者的所述心脏的所述用于存储计算机代码指令的存储器，所述基于患者的医学图像来生成所述患者的心脏的三使用所述心脏的所述3D模型和所述患者的电生理学数据来估计驱动所述患者的所述使用所述3D模型和所述一个或多个机械性质来生成所述患者的所述心脏随着心动周4使用所述患者的所述心脏的所述模拟运动模式来确定所述ROI在所述心动周期内的预13.根据权利要求12所述的系统，其中所述一个或多个机械性质包括所述患者的所述14.根据权利要求12或权利要求13所述的系统，其中所述医学图像包括在时间间隔上使用所述图像帧序列来确定所述患者的所述心脏随着所述心动周使用所述患者的所述心脏的所述估计运动模式来确定所述患者的所述心脏的一个或使用所述患者的所述心脏的所述模拟运动模式来确定所述患者的所述心脏的所述一个或多个点在所述心动周期的所述时间点处的一个或多计算所述一个或多个模拟位置与所述一个或多个估计位置之间的一个或多个点式距在确定所述一个或多个点式距离超过阈值时，更新所述患者的基于更新后的所述一个或多个机械性质来更新所述患者的所述心脏的所述模拟运动重复以下步骤直到所述一个或多个点式距离低于所述阈值：根据所述患者的所述心脏的所述估计运动模式，使所述心脏的对应于时间实例t0的3D在所述心脏的对应于所述时间实例t1的所述估计3D模型上标识所述一个或多个估计位根据所述患者的所述心脏的所述模拟运动模式，使所述心脏的对应于所述时间实例t0在所述心脏的对应于所述时间实例t1的所述模拟3D模型上标识所述一个或多个模拟位5针对与所述图像帧序列中的连续图像帧的对相对应的多个时间实例对(t0，t1)重复确定所述一个或多个估计位置和确定所述一个或多个在确定所述多个点式距离超过所述阈值时，更新所述患者的所20.根据权利要求17至权利要求19中的任一项所述的系统，其中当更新所述患者的所生成所述心脏的与所述一个或多个机械性质的各种变化和所述心脏的电性质的各种对于每个第二模拟运动模式，确定所述患者的所述心脏的所述一对于每个第二模拟运动模式，计算所述一个或多个对应模拟位置基于所述一个或多个对应点式距离来选择所述多个第二模拟运动模式中的第二模拟根据与所选择的所述第二模拟运动模式相对应的所述一个或多个机械性质的变化来21.根据权利要求12至权利要求20中的任一项所述的系统，其中所述ROI包括标准化N22.根据权利要求12至权利要求21中的任一项所述的系统，其中所述一个或多个处理基于患者的医学图像来生成所述患者的心脏的三使用所述心脏的所述3D模型和所述患者的电生理学数据来估计驱动所述患者的所述使用所述3D模型和所述一个或多个机械性质来生成所述患者的所述心脏随着心动周使用所述患者的所述心脏的所述模拟运动模式来确定所述ROI在所述心动周期内的预6角度和/或针对各种角度的辐射剂量，以确保高辐射剂量被递送到靶标区域并且低辐射剂[0007]根据本发明的第一方面，提供了如权利要求1中所限定的预测用于心脏消融的靶7[0012]根据一个方面，一种预测用于心脏消融的靶标心脏着心动周期的至少一部分的模拟运动模式，并且标识要辐射的患者的心脏的感兴趣区域[0013]在一些实现方式中，该一个或多个机械性质包括患者的心脏的收缩力和松弛动模式使心脏的对应于时间实例t0的3D模型变形以确定心脏的对应于时间实例t1的估计多个处理器根据患者的心脏的模拟运动模式使心脏的对应于时间实例t0的3D模型变形以复确定一个或多个估计位置和确定一个或多个模拟位置的步骤，计算跨多个时间实例对的与一个或多个机械性质的各种变化和心脏的电性质的各种变化相对应的多个第二模拟8模式相对应的一个或多个机械性质的变化来更新一个或多个机械性质。在一些实现方式心脏的3D模型和患者的电生理学数据来估计驱动患者的心脏的运动的一个或多个机械性质，使用3D模型和一个或多个机械性质来生成患者的心脏随着心动周期的模拟运动模式，标识要辐射的患者的心脏的感兴趣区域(ROI)，并且使用患者的心脏的模拟运动模式来确[0018]在一些实现方式中，该一个或多个机械性质包括患者的心脏的收缩力和松弛计运动模式时，一个或多个处理器可以跟踪心脏的点的离散集合在图像帧序列上的位移，[0019]一个或多个处理器可以使用患者的心脏的估计运动模式来确定患者的心脏的一动模式来确定患者的心脏的该一个或多个点在心动周期的该时间点处的一个或多个模拟动模式使心脏的对应于时间实例t0的3D模型变形以确定心脏的对应于时间实例t1的估计处理器可以根据患者的心脏的模拟运动模式使心脏的对应于时间实例t0的3D模型变形以9理器可以生成心脏的与一个或多个机械性质的各种变化和心脏的电性质的各种变化相对择的第二模拟运动模式相对应的一个或多个机械性质的变化来更新一个或多个机械性质。脏的模拟运动模式来确定ROI在心动周期内的预定义时间实[0023]图1示出了图示根据一个实施例的用于实现本文描述的方法和处理的计算机环境[0028]图6A和图6B示出了图示根据一个实施例的心脏的估计状态与模拟状态之间的距[0031]与基于导管的消融相比，心脏放射治疗消融有望成为更安全和更有效的消融策[0032]在放射治疗规划期间，确定外部辐射射束的各种参数以实现期望的辐射剂量分有技术中，没有准确地估计心脏运动。结果，高估的ROI)在心动周期的任何时间实例处的位[0034]图1图示了根据一个示例实施例的用于规划心脏辐射治疗的示例计算机环境10理学系统114和/或一个或多个计算设备112。ROI定位系统104可以包括一个或多个计算设104和数据库106可以通过通信网络108彼此通准和/或经由一个或多个输送介质的有线通信和无线通信两者。可以根据诸如传输控制协议和因特网协议(TCP/IP)、用户数据报协议(UDP)和IEEE通信协议的各种通信协议来执行[0036]心脏放射治疗规划系统102可以包括一个或多个成像设备110、电生理学系统114包括要经由多电极背心放置在患者的身体(例如胸部)的表面上的多个心电图(ECG)电极。心脏的自然电脉冲可以行进通过连线电极以由电生理学系统114的计算设备记录。电生理学系统114的计算设备可以通过电极发送电信号以刺激心脏组织来试[0038]计算设备112可以接收来自成像设备110的医学图像和来自电生理学系统114的电行或执行辐射模拟。放射治疗规划者可以使用计算机设备112来模拟一个或多个放射治疗[0039]ROI定位系统104(或相应的(一个或多个)计算设备116)可以被配置为使用所采集的患者的医学图像和电生理学研究数据来估计心脏或ROI的真实运动模式，该真实运动模位系统104估计并使用在心动周期或心动周期的一部分期间驱动心脏的运动的心脏的机械116)可以生成模拟模型，该模拟模型模仿心脏和ROI随着心动周期的至少一部分的运动模[0040]在一些实现方式中，(一个或多个)计算设备116可以被配置为执行计算机指令以执行本文描述的方法中的任何方法或其操作。(一个或多个)计算设备116可以生成并显示台可以包括用于接收输入数据和/或显示预测的运动模式和/或心脏或ROI的位置的图形用如在心脏放射治疗规划系统102内或在ROI定位系统104内的附加的或备选的数据库。心脏放射治疗规划系统102内或ROI定位系统104内的计算设备的数量也可以根据各种实现方式[0042]参考图2，示出了根据示例实施例的描绘可以用于实现本文描述的方法的计算系统200的系统架构的一个实现方式的框图。计算系统200可以包括计算设备202。计算设备多个处理器204可以通信地耦合到总线208以用于处理信息。存储器206可以包括主存储器设备210，诸如随机存取存储器(RAM)、其它动态存储设备，主存储器设备210耦合到总线208，用于存储信息和要由处理器204执行的指令。主存储器设备210可以用于在由处理器间信息。计算设备202可以包括耦合到总线208的只读存储器(ROM)212或其它静态存储设收的患者的医学图像。ROM212可以存储与本文描述的方法相关或表示该方法的实现方式[0045]根据各种实现方式，本文描述的方法或相应操作可以被实现为由计算系统200的(一个或多个)处理器204执行的计算机代码指令的布置。计算机代码指令的布置可以从诸如ROM212或存储设备214的另一计算机可读介质读入主存储器设备210中。存储在主存储器设备210中的计算机代码指令的布置的执行可以使得计算系统200执行本文描述的方法314可以包括患者的电生理学研究数据，其描绘患者的心脏随着至少一个心动周期或其一细描述与这些部件中的每个部件相关联的功能步[0048]图4示出了图示根据示例实施例的预测用于心脏放射治疗消融的靶标心脏区域的内的预定义时间实例处的位置(步骤410)。方法400可的心脏的电活动的患者的电生理学研究数据314。计算设备112可以将图像数据312和电生[0050]医生或其他医学专业人员可以例如基于图像数据312和电生理学数据314在所采的标准几何描述。计算设备112可以基于心腔的参数模型来标识段，例如，如在“Four_ChamberHeartModelingandAutomaticSegmentationfor3_DCardiacCTVolumesUsingMarginalSpaceLearningandSteerableFeatures”(IEEETransactionson的用户界面将ROI标识为标准化N段模型的一个或[0052]由成像设备110采集的医学图像可以是二维图像。处理器204或几何模型生成器生理学数据与所生成的患者的心脏的(一个或多个)3D模型进行组合，如美国专利No.9,[0054]处理器204或运动模式估计器304可以使用图像数据312来确定患者的心脏随着心所采集的医学图像生成对应的3D模型，该3D模型表示心脏在采集医学图像的时间实例(心动周期的时间实例)处的变形状态(或简称为心脏的状对应的心脏的多个3D模型可以被视为患者的心脏的四维(4D)模型，其中第四维表示时间。处理器204或运动模式估计器304可以跟踪心脏的点的离散集合在所生成的患者的心脏的式估计器304可以将该点集合映射到患者的心脏的3D模型的序列中的对204或运动模式估计器304可以采用深度学习技术来估计位移场，例如，如“LearningaProbabilisticModelforDiffeomorphicRegistration”(IEEETransactionson的患者的医学图像来描绘患者的心脏随着心动周期或心动周期的一部分的计器306可以使用电生理学数据314和所生成的患者的心脏的几何(或3D)模型来估计患者的心脏在心动周期(或心动周期的一部分)的各械性质估计器306还可以使用其他患者数据316来估计患者的心脏的机械性质。处理器204或机械性质估计器306可以分析电生理学数据314(以及可能的其他患者数据316)以提取患械性质估计器306可以修改患者的心脏的电性质和机械性质，以便最小化电活动和机械活动的模拟测量结果与基于数据的测量结果之间电性质和机械性质以便最小化电活动和机械活动的模拟测量结果与基于数据的测量结果期内的给定时间实例处的收缩力/压力或松弛力/压力与心脏在相同时间实例处的电活动[0058]给定在给定时间实例处的估计的力/压力，处理器204或运动模式模拟器308可以实例处在患者的心脏上的力/压力分布，处理器204或运动模式模拟器308可以根据局部力诸如为两个连续3D模型之间的时间间隔或在两个连续图像模拟器308可以基于患者的心脏在时间实例t0处或在时间间隔[t0到t1]内的估计机械性质根据所计算的位移使对应于时间实例t0的3D模型变形，以确定患者的心脏在时间实例t1处或运动模式模拟器308可以使用3D模型和电生理学数据314来生成患者的心脏的运动模式。处理器204还可以使用其他患者数据316，来估计患者的心脏的机械性质和/或生成患者的心脏的运动模式。处理器204或运动模式比较器310可以比较由运动模式估计器304生成的估计运动模式和由运动模式模拟器308生成的模拟运动模式。如果估计运动模式和模拟运的3D模型和估计运动模式来选择或标识患者的心脏的一个或多个估计状态(在本文中也称为地面真实位置或地面真实状态)。每个估计状态表示通过将估计运动模式应用于所生成以表示通过将估计运动模式应用于所生成的患者的心脏的3D模型直到心动周期的时间实以通过将模拟运动模式应用于所生成的患者的心脏的3D模型来选择或标识一个或多个模心脏在时间实例ti处的状态。估计状态和模拟状态中的每一者表示所生成的3D模型的变[0062]现在参考图5，根据示例实施例示出了图示患者的心脏的估计状态和模拟状态的时间实例ti的)模拟运动模式应用于3D模型502而生成的患者的心脏的模拟状态的一个示例。在调整机械性质和更新模拟状态的多次迭代之后，预期模拟状态506收敛向估计状态的距离中的每个距离与阈值进行比较。在一些实现方式中，处理器204或运动模式比较器[0065]在一些实现方式中，处理器204可以在与连续图像帧之间的时间范围相对应的单和F2的两个时间实例t1和t2，处理器204或运动模式估计器304可以根据估计运动模式使患者的心脏的对应于时间实例t1的3D模型变形，以确定心脏在时间实例t2处的估计状态。然确定心脏在时间实例t2处