用于实时成像的系统和方法技术方案

技术编号:22174548 阅读:46 留言:0更新日期:2019-09-21 15:12
本公开内容的实施方式涉及一种用于生成患者的目标区域的三维图像的系统。该系统可以包括至少一个计算机系统。计算机系统可以被配置成:接收患者的目标区域的多个非平行投影图像,将多个非平行投影图像转换至非空间域,在非空间域中根据多个非平行投影图像重建三维图像,并将经重建的三维图像从非空间域转换至空间域。

Systems and methods for real-time imaging

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于实时成像的系统和方法相关申请本申请要求于2016年11月21日提交的美国申请第15/357,193号的优先权,该美国申请的全部公开内容通过引用整体并入本文。
本公开内容的各方面大体上涉及放射治疗系统,并且具体涉及用于与例如放射治疗系统一起使用的用于实时成像和运动管理的方法和系统。
技术介绍
辐射治疗(也称为放射治疗)可以用于对癌症或其他病症的治疗。放射治疗涉及将规定的辐射剂量递送至患者的目标区域,例如,递送至肿瘤或其他癌组织。可以在实施放射治疗之前对目标区域进行成像,并且可以基于例如目标的大小、位置和/或取向以及周围结构等来制定治疗计划。然后可以使用线性加速器(直线加速器)将辐射递送至患者的目标区域。直线加速器可以将光子(例如,X射线)、电子或其他亚原子粒子朝向目标例如肿瘤引导。然而,在获取到目标的初始图像之后,目标区域的位置和/或取向可能改变。例如,患者可能在转移至治疗室期间、在治疗室内移动(例如,定位在沙发、床或桌子上)期间或在实施放射治疗期间移位。例如,患者可能由于常规的生物过程——包括例如呼吸、吞咽、眨眼、颤搐、蠕动、消化、心脏跳动、咳嗽、排气或其他运动——而自动地或无意地移动。目标区域的位置和/或取向的改变可能降低放射治疗的功效。例如,如果目标区域的实际取向或位置不同于基于先前成像的假定取向或位置,则可能不会将正确的辐射剂量递送至预期目标区域。另外,替代预期目标区域或者除了预期目标区域以外,周围的健康结构可能会接收辐射。将错误的区域暴露于辐射可能最终会伤害或杀死周围的健康细胞。因此,在放射治疗期间可能期望对目标的准确、实时的3D定位和跟踪,以考虑在辐射被递送至患者时的移动(例如,肿瘤的移动或周围健康结构的移动)。在获取到初始成像之后,医学成像可以用于控制和适应目标区域的位置和/或取向的变化。可以在放射治疗的递送之前和/或期间使用成像系统以确定目标区域的位置并且跟踪目标区域,该成像系统包括例如CT、锥形束CT(CBCT)、荧光透视、X射线和/或MRI。这样的成像系统可以合并到放射治疗递送系统中,例如,合并到图像引导的直线加速器中,以使得门控策略或跟踪策略能够在放射治疗的递送期间实时补偿目标区域的移动。这样的技术可以被称为图像引导的辐射治疗(IGRT)或强度调制辐射治疗(IMRT)。然而,目前可用的技术在努力地产生目标区域和/或周围结构的精确、实时的定位。传统的线性加速器可以包括附加至机架(gantry)的千伏(kV)成像器,使得能够垂直于兆伏(MV)治疗束进行成像。随着kV成像器在机架上围绕患者移动,可以使用该kV成像器在任何给定时间点获取2DX射线投影。尽管单独的kV投影图像在某些情况下是有用的,特别是对于高对比度目标或具有嵌入式基准点的患者而言是有用的,但是通常期望从多个视点获取多个投影。例如,X射线成像器可以围绕患者沿弧线(例如,沿着机架)旋转来以角度增量获取新投影图像。然后可以使用断层摄影的原理根据多个投影重建3D图像。然而,使用当前可用技术重建的3D图像通常不能实时准确地描绘目标区域的位置和取向。这是因为随着成像器沿着机架移动以从不同角度捕获目标区域的图像,仅当前投影图像是准确的——所有先前获取的投影图像可能是陈旧的并且不再描绘目标区域的当前位置。虽然需要陈旧图像来重建3D图像,但是陈旧图像可能包含不正确的位置数据。由于仅当前投影指示当时目标区域的真实位置和取向,因此将当前图像与陈旧图像进行平均可能降低所得图像的准确度。已经尝试使用算法和插值来组合当前图像和陈旧图像,但是这些技术中的许多技术都在与不准确性作斗争。CBCT独特的锥形束形状使许多算法的应用复杂化,并且由于必须快速计算大量的数据,因此在空间域中执行这些算法已证明是不实用的。在某些情况下,所使用的算法对于在3D数据上快速实现而言计算过于复杂,因此对实时运动管理是无用的。实时(3D+T)CBCT图像的构造在文献中称为“电影CBCT”。作为在治疗期间检测实时运动的替选解决方案,已经尝试直接在每个单独的投影中检测目标。然后可以知道目标沿着连接检测到的图像像素和目标源的射线而存在。如果使用立体kV成像(例如,射波刀(Cyberknife)技术),则可以通过将来自每个检测器的射线进行相交来确定目标位置。如果存在单个kV检测器,如许多现代直线加速器的情况那样,则可以使用单视场kV成像技术来估计目标沿着射线的位置。然而,这样的技术可能导致关于完整目标和周围组织的信息的丢失。这样的技术还依赖于能够在每个kV投影中检测目标,但是kV成像通常仅对于对高对比度目标进行成像而言是有效的,例如,在使用植入的基准点的情况下有效,这限制了这样的技术的适用性。这样的尝试被称为“电影投影”解决方案。使用“电影CBCT”而不是“电影投影”解决方案,可以在通常不需要基准点的情况下检测到较低对比度目标,但同样,执行这样的计算所需的计算能力可能不适用于实时应用。因此,需要使得能够生成目标区域的准确实时的图像的系统和方法,该图像使得医疗保健提供者能够在实施放射治疗之前、期间和/或之后跟踪患者的目标区域的位置和/或取向。还需要跟踪较低对比度目标的移动以及在不使用基准点的情况下跟踪目标的移动的系统和方法。
技术实现思路
本公开内容的实施方式可以涉及一种用于生成患者的目标区域的三维图像的系统。该系统可以包括至少一个计算机系统。该计算机系统可以被配置成:接收患者的目标区域的多个非平行投影图像,将多个非平行投影图像转换至非空间域,在非空间域中根据多个非平行投影图像重建三维图像,以及将经重建的三维图像从非空间域转换至空间域。系统的各种实施方式可以包括以下特征中的一个或更多个。多个非平行投影图像可以是多个锥形束计算机断层摄影投影图像,或者多个非平行投影图像可以包括在第一时间段获得的一个当前投影图像和在第一时间段之前的一个或更多个时间段获得的多个陈旧投影图像。在一些方面,当在非空间域中重建三维图像期间,该一个当前投影图像可以用作多个陈旧投影图像可以符合的约束。非空间域可以是第一非空间域,并且至少一个计算机系统还可以被配置成在将经重建的三维图像转换至空间域之前将经重建的三维图像转换至第二非空间域。在一些方面,第一非空间域可以是d空间,并且第二非空间域可以是k空间。非空间域可以是第二非空间域,并且至少一个计算机系统还可以被配置成在将多个非平行投影图像转换至第二非空间域之前将多个非平行投影图像转换至第一非空间域。第一非空间域可以是d空间,第二非空间域可以是k空间。在一些方面,目标区域可以包括肿瘤。在一些变型中,该系统还可以包括线性加速器,该线性加速器被配置成获取多个非平行投影图像并且将所述多个非平行投影图像传输至计算机系统。该至少一个计算机系统还可以被配置成基于经重建的三维图像中的目标区域内的目标的位置来修改线性加速器的特性。线性加速器的特性可以是从线性加速器输出的辐射束的特性,或者线性加速器的特性可以是线性加速器的至少一部分相对于患者的取向。该至少一个计算机系统还可以被配置成基于经重建的三维图像中的目标区域内的目标的位置来修改治疗计划。在本公开内容的一些变型中,该至少一个计算机系统还可以被配置成:接收患者的目标区域的一个或更多个第二非平行投影图像,将一个或更多个第二非平行投本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种用于生成患者的目标区域的三维图像的系统,所述系统包括:至少一个计算机系统,其被配置成:接收所述患者的所述目标区域的多个非平行投影图像;将所述多个非平行投影图像转换至非空间域;在所述非空间域中根据所述多个非平行投影图像重建三维图像;以及将经重建的三维图像从所述非空间域转换至空间域。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.21 US 15/357,1931.一种用于生成患者的目标区域的三维图像的系统,所述系统包括:至少一个计算机系统,其被配置成:接收所述患者的所述目标区域的多个非平行投影图像;将所述多个非平行投影图像转换至非空间域;在所述非空间域中根据所述多个非平行投影图像重建三维图像;以及将经重建的三维图像从所述非空间域转换至空间域。2.根据权利要求1所述的系统,其中,所述多个非平行投影图像是多个锥形束计算机断层摄影投影图像。3.根据权利要求1所述的系统,其中,所述多个非平行投影图像包括在第一时间段获得的一个当前投影图像和在所述第一时间段之前的一个或更多个时间段获得的多个陈旧投影图像。4.根据权利要求3所述的系统,其中,当在所述非空间域中重建所述三维图像期间,所述一个当前投影图像被用作所述多个陈旧投影图像符合的约束。5.根据权利要求1所述的系统,其中,所述非空间域是第一非空间域,所述至少一个计算机系统还被配置成在将经重建的三维图像转换至所述空间域之前将经重建的三维图像转换至第二非空间域。6.根据权利要求5所述的系统,其中,所述第一非空间域是d空间,并且所述第二非空间域是k空间。7.根据权利要求1所述的系统,其中,所述非空间域是第二非空间域,所述至少一个计算机系统还被配置成在将所述多个非平行投影图像转换至所述第二非空间域之前将所述多个非平行投影图像转换至第一非空间域。8.根据权利要求7所述的系统,其中,所述第一非空间域是d空间,并且所述第二非空间域是k空间。9.根据权利要求1所述的系统,其中,所述目标区域包括肿瘤。10.根据权利要求1所述的系统,其中,所述系统还包括线性加速器,所述线性加速器被配置成获取所述多个非平行投影图像并且将所述多个非平行投影图像传输至所述计算机系统。11.根据权利要求10所述的系统,其中,所述至少一个计算机系统还被配置成:基于经重建的三维图像中的所述目标区域内的目标的位置来修改所述线性加速器的特性。12.根据权利要求11所述的系统,其中,所述线性加速器的特性是从所述线性加速器输出的辐射束的特性。13.根据权利要求11所述的系统,其中,所述线性加速器的特性是所述线性加速器的至少一部分相对于所述患者的取向。14.根据权利要求1所述的系统,其中,所述至少一个计算机系统还被配置成:基于经重建的三维图像中的所述目标区域内的目标的位置来修改治疗计划。15.根据权利要求1所述的系统,其中,所述至少一个计算机系统还被配置成:接收所述患者的所述目标区域的一个或更多个第二非平行投影图像;将所述一个或更多个第二非平行投影图像转换至所述非空间域;在所述非空间域中根据至少所述一个或更多个第二非平行投影图像重建第二三维图像;以及将经重建的第二三维图像从所述非空间域转换至所述空间域。16.根据权利要求1所述的系统,其中,所述至少一个计算机系统被配置成实时地接收、转换、重建和转换。17.一种用于生成患者的目标区域的三维图像的计算机实现的方法,所述方法包括:接收所述患者的所述目标区域的多个非平行投影图像;将所述多个非平行投影图像转换至非空间域;在所述非空间域中根据所述多个非平行投影图像重建三维图像;以及将经重建的三维图像从所述非空间域转换至空间域。18.根据权利要求17所述的方法,其中,所述多个非平行投影图像是多个锥形束计算机断层摄影投影图像。19.根据权利要求17所述的方法,其中,所述多个非平行投影图像包括在第一时间段获得的一个当前投影图像和在所述第一时间段之前的一个或更多个时间段获得的多个陈旧投影图像。20.根据权利要求19所述的方法,其中,当在所述非空间域中重建所述三维图像时,将所述一个当前投影图像用作所述多个陈旧投影图像符合的约束。21.根据权利要求17所述的方法,其中,所述非空间域是第一非空间域,所述方法还包括:在将经重建的三维图像转换至所述空间域之前将经重建的三维图像转换至第二非空间域。22.根据权利要求21所述的方法,其中,所述第一非空间域是d空间,并且所述第二非空间域是k空间。23.根据权利要求17所述的方法,其中,所述非空间域是第二非空间域,所述方法还包括:在将所述多个非平行投影图像转换至所述第二非空间域之前将所述多个非平行投影图像转换至第一非空间域。24.根据权利要求23所述的方法,其中,所述第一非空间域是d空间,并且所述第二非空间域是k空间。25.根据权利要求17所述的方法,其中,所述目标区域包括肿瘤。26.根据权利要求17所述的方法,还包括:基于经重建的三维图像中的所述目标区域内的目标的位置来修改要由医疗设备递送的治疗计划。27.根据权利要求17所述...

【专利技术属性】
技术研发人员:马丁·埃米尔·拉歇内
申请(专利权)人:医科达有限公司
类型:发明
国别省市:加拿大,CA

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