放射治疗装置的等中心的基于EPID的验证、修正和最小化的方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于放射治疗装置的等中心的基于EPID的验证、修正和最小化的方法，该方法按以下步骤执行：a)借助投影设备将测量体定位在放射治疗装置的瞬时放射性等中心的投影位置；b)将受准直器限制的辐照场应用于支撑臂、患者放置台和准直器的至少一个预先给定的角度设置；c)使用EPID拍摄测量体和辐照场的至少一个共同的剂量图像；d)根据所拍摄的剂量图像来生成关于EPID坐标系内的每个方向的剂量曲线；e)在剂量曲线的走势图上，在EIPD坐标系X方向上的测量体的两个预计主体边缘处和在EPID坐标系Y方向上的测量体的两个预计主体边缘处获取在局部剂量最小值与局部剂量最大值之间的转折点和在局部剂量最大值与局部剂量最小值之间的转折点；f)所获取的转折点的位置被分配给在X方向和Y方向上的测量体的主体边缘；g)根据所分配的测量体的主体边缘，在剂量图像中获取测量体的中点相对于EPID中心的位置，其中为辐照场的场边缘和场中点以同样的方式执行步骤d)至g)；h)根据测量体的中点与EPID中心的位置偏差以及根据辐照场的场中点与EPID中心的位置偏差来确定差分向量；以及，i)将差分向量的向量分量用于修正瞬时放射性等中心。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】放射治疗装置的等中心的基于EPID的验证、修正和最小化的方法本专利技术涉及一种用于放射治疗装置的等中心的验证、修正和最小化的方法，所述放射治疗装置包括：至少一个患者放置台，其可围绕至少一个工作台轴线旋转；支撑臂，其可围绕支撑臂轴线旋转；放射头，其布置在所述支撑臂上用于产生治疗放射束；可旋转的准直器；用于放射性等中心的投影的设备；以及，支撑臂固定的数字拍照系统(EPID，英文：ElectronicPortalImagingDevice)，其用于借助治疗放射束获取剂量图像。在借助于电离辐射治疗各种肿瘤疾病(Tumorerkrankung)时的一个主要挑战在于，要向病灶施加治疗性的能量剂量并且尽可能好地保护邻近的健康组织。这是通过在机械上的和在计量学上精确的放射治疗装置来实现的，所述放射治疗装置例如为电子线性加速器、伽马刀、电子刀、质子和重离子加速器系统，其在定义目标体积时与匹配机械和患者放置公差的安全裕度有关。每个放射治疗装置的中心特征是中央放射束与理想的点状位置(其被称为放射性等中心或理想的放射性等中心)的空间偏差。对于理想的放射治疗装置，在其没有机械公差的情况下，所有与角度相关的中央放射束在放射性等中心处相交。医用的电子线性加速器(其几乎在每个放射治疗机构中都被用于肿瘤治疗)具有至少三个旋转自由度。其中包括：-支撑臂角度，其通常范围在从-180°至+180°；-准直器角度，其通常范围在从-175°至+175°；以及-患者放置台的等中心角度，其通常范围在从-95°至+95°。对于真实的放射治疗装置而言，放射性等中心并非是一个点，而是具有空间扩展的等质心(Isozentroid)(在下文中也被称为空间放射性等中心)。术语质心来自于椭球体，该椭球体是通过将椭圆形围绕其轴线旋转所产生的物体。来自上述角度的所有组合的中央放射束与所述等质心相交或接触。为了确定放射治疗装置的全局等质心，首先获取与每个单个角度自由度有关的单个等质心的相应大小和位置。等质心的测量和验证也称为Winston-Lutz(温斯顿-卢茨)测试或者Winston-Lutz方法。对于Winston-Lutz测试而言，首先将不透射线或者防辐射的测量体——其也被称为Winston-Lutz指示器(Pointer)并且与放射治疗装置的患者放置台刚性连接——定位于放射治疗装置的放射性等中心。该放射性等中心借助于空间位置固定的、可见的线性激光器来指示或者投影到Winston-Lutz指示器上。在使用方形的或圆形的辐照场来定位所述测量体之后，其受到准直器的块照亮(Blockblenden)、多叶准直器(MLC)的板条或者通过额外安装在放射头处安装的圆形准直器的限制，在多样的支撑臂角度、准直器角度和工作台角度下的各平面剂量图像借助于数字拍照系统(EPID)完成。随后进行对所完成的剂量图像的数字图像处理，其中要使用不同的算法，以便能够确定中央放射束相对于测量体的空间位置。已知的方法和算法例如是基于数字高通滤波器，用于边缘增强和边缘发现的二维算子(比如Sobel算子、Canny滤波器)，线性提取(Linienextraktion)(Hough变换)，重心计算(质心、信号强度加权)，卷积法(Convolution)，对象分割(图像分割、构型)以及阈值法(Thresholding)。在文献“基于直线加速器的立体定向放射治疗的等中心验证：原理和技术的综述(Isocenterverificationforlinac-basedstereotacticradiationtherapy：reviewofprinciplesandtechniques)”中——Rowshanfarzad,P.、Sabet,M.、O'Connor,D,J.、Greer,P.B.著(应用临床医学物理学杂志，第12卷，第4号，185-195，2011年)——对上述方法有所说明，并且讨论了其优点和缺点。用于等中心的验证的、基于EPID的方法——与基于胶片的方法相比——的主要缺点在于相对较低的分辨率，这使得对放射性等中心的精确验证变得更加困难。在最近的出版物“对两种不同电子门户成像设备上的Winston-Lutz测试和低能量成像的研究(AstudyofWinston-Lutztestontwodifferentelectronicportalimagingdevicesandwithlowenergyimaging)”中——Ravindran,P.B.(澳大利亚医学物理与工程科学，第39卷，问题3，677-685，2016年)——Winston-Lutz指示器实际上以最小0.25mm的步长来移动。正如能够从中进一步看出的，借助于形态学运算可获得的Winston-Lutz指示器的中央放射束距离的最大误差为0.04±0.02mm。根据出版物“用于确定具有亚像素精度的圆形和矩形场的辐射中心的鲁棒的霍夫变换算法(ArobustHoughtransformalgorithmfordeterminingtheradiationcentersofcircularandrectangularfieldswithsubpixelaccuracy)”——Du,W.、Yang,J.著(物理学医学生物学，54(3)，555-567，2009年)——已知的是，借助于Hough变换在数学上改变的剂量图像中实现0.02±0.01mm的理论精度，其中不考虑机械公差。已知方法的其他问题在于不能够以某些支撑臂角度/工作台角度组合和不利的信噪比来进行测量。对基于EPID的方法而言还存在问题，比如Hough变换之类的评估方法不适用于MLC所形成的辐照场，其原因在于，由于有限的定位精度和板条之间的透射辐射，板条无法在其端部处形成直线的场边缘。另一个缺点是，对于所有基于EPID的方法而言，拍照系统的定位不准确度——特别是与中央放射束正交性的偏差和到放射性等中心的不精确的距离——会对结果造成影响。对已知基于EPID的方法而言，其他的缺点在于：缺少全局等质心的表示，其中，对关于支撑臂、准直器和患者放置台的三个角度的任意组合而言，中央放射束与理想的放射性等中心的偏差是显而易见的；缺少全局等质心借助于所述放射治疗装置的参数的优化实现其最小化的数学描述；以及，缺少所有测量条件对结果的影响的调查。本专利技术的基本任务在于，提出一种用于放射治疗装置的等中心的验证和修正的基于EPID的方法，借助该方法能够避免或减少现有技术已知的缺点。根据本专利技术，借助具有权利要求1的技术特征的方法来解决该任务。本专利技术的有利设计方案和改进方案能够借助在从属权利要求中描述的技术特征来实现。根据本专利技术，针对上述任务，提出了一种用于放射治疗装置的等中心的基于EPID的验证、修正和最小化的方法，所述放射治疗装置包括至少一个可围绕工作台轴线旋转的患者放置台、可围绕支撑臂轴线旋转的支撑臂、布置在支撑臂上以便产生治疗放射束的放射头、可旋转的准直器、用于放射性等中心的投影的设备以及用于借助治疗放射束获取剂量图像的数字拍照系统(EPID)，所述方法按以下步骤执行：a)借助投影本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于放射治疗装置的等中心的基于EPID的验证、修正和最小化的方法，所述放射治疗装置包括至少一个能够围绕工作台轴线旋转的患者放置台、能够围绕支撑臂轴线旋转的支撑臂、布置在所述支撑臂上以便产生治疗放射束的放射头、能够旋转的准直器、用于放射性等中心的投影的设备以及用于借助治疗放射束获取剂量图像的数字拍摄系统(EPID)，所述方法按以下步骤执行：/na)借助投影设备将测量体定位在所述放射治疗装置的瞬时放射性等中心的投影位置；/nb)将受准直器限制的辐照场应用于支撑臂、患者放置台和准直器的至少一个预先给定的角度设置；/nc)使用EPID拍摄所述测量体和辐照场的至少一个共同的剂量图像；/nd)根据所拍摄的剂量图像来生成关于EPID坐标系内的每个方向的剂量曲线；/ne)在剂量曲线的图像上，在所述EIPD坐标系的X方向上的所述测量体的两个预计主体边缘处和在所述EPID坐标系的Y方向上的所述测量体的两个预计主体边缘处获取在局部剂量最小值与局部剂量最大值之间的转折点和在局部剂量最大值与局部剂量最小值之间的转折点；/nf)所获取的转折点的位置被分配给在X方向和Y方向上的所述测量体的主体边缘；/ng)根据所分配的测量体的主体边缘，在所述剂量图像中获取所述测量体的中点相对于EPID中心的位置，其中为所述辐照场的场边缘和场中点以同样的方式执行步骤d)至g)；/nh)根据所述测量体的中点与所述EPID中心的位置偏差以及根据所述辐照场的场中点与所述EPID中心的位置偏差来确定差分向量；以及/ni)将所述差分向量的向量分量用于所述瞬时放射性等中心的修正。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170927 DE 102017009040.81.一种用于放射治疗装置的等中心的基于EPID的验证、修正和最小化的方法，所述放射治疗装置包括至少一个能够围绕工作台轴线旋转的患者放置台、能够围绕支撑臂轴线旋转的支撑臂、布置在所述支撑臂上以便产生治疗放射束的放射头、能够旋转的准直器、用于放射性等中心的投影的设备以及用于借助治疗放射束获取剂量图像的数字拍摄系统(EPID)，所述方法按以下步骤执行：
a)借助投影设备将测量体定位在所述放射治疗装置的瞬时放射性等中心的投影位置；
b)将受准直器限制的辐照场应用于支撑臂、患者放置台和准直器的至少一个预先给定的角度设置；
c)使用EPID拍摄所述测量体和辐照场的至少一个共同的剂量图像；
d)根据所拍摄的剂量图像来生成关于EPID坐标系内的每个方向的剂量曲线；
e)在剂量曲线的图像上，在所述EIPD坐标系的X方向上的所述测量体的两个预计主体边缘处和在所述EPID坐标系的Y方向上的所述测量体的两个预计主体边缘处获取在局部剂量最小值与局部剂量最大值之间的转折点和在局部剂量最大值与局部剂量最小值之间的转折点；
f)所获取的转折点的位置被分配给在X方向和Y方向上的所述测量体的主体边缘；
g)根据所分配的测量体的主体边缘，在所述剂量图像中获取所述测量体的中点相对于EPID中心的位置，其中为所述辐照场的场边缘和场中点以同样的方式执行步骤d)至g)；
h)根据所述测量体的中点与所述EPID中心的位置偏差以及根据所述辐照场的场中点与所述EPID中心的位置偏差来确定差分向量；以及
i)将所述差分向量的向量分量用于所述瞬时放射性等中心的修正。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，按最大30°的增量为所述患者放置台、支撑臂和准直器的角度自由度执行所述方法的步骤b)至h)。


3.如前述权利要求1或2中任一项所述的方法，其特征在于，能够根据来自于所述患者放置台、支撑臂和准直器的不同角位置的剂量图像获取的差分向量被用于确定空间等中心的大小和位置，其中所述空间等中心的空间位置向量的向量分量被用于所述放射性等中心的修正。


4.如前述权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，要考虑场参数的最小值、支撑臂的松弛时间、每个辐照场的剂量和/或焦点-EPID-距离来应用所述辐照场。

【专利技术属性】
技术研发人员：马库斯·沃斯勒，
申请(专利权)人：德绍市政医院，
类型：发明
国别省市：德国;DE