在放射疗法期间使用虚拟图像来瞄准肿瘤的方法和设备技术

一种用于在放射疗法或放射外科手术期间瞄准癌损伤或肿瘤的方法和设备。该方法包括手术前的步骤，即使用核磁共振成像、正电子发射计算机断层扫描或电子计算机Ｘ射线断层扫描中的一者来扫描手术位置以识别所述肿瘤并计划该手术；在手术中以超声波扫描所述手术位置，且将实况的超声波扫描重叠放置在手术前扫描的上面。使用图像变形来获取所述两个图像的配准以及一个平均水平的任意的正常患者的图像图谱。所述方法允许多重形式的图像的配准以用于在手术期间跟踪目标。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的实施方式涉及放射治疗领域，且特别地，涉及在放射治疗期间 的患者跟踪。
技术介绍
放射外科手术是最低限度的侵入性过程，该过程在单一的或低分割治疗 中传递高剂量的电离放射线以破坏肿瘤或病变的焦点区域。该放射线剂量需 要与肿瘤形状最优匹配，同时减少对旁边器官的破坏。定标性损伤的鉴定及 其周围的重要组织通常在手术前的损伤鉴定阶段相对于患者的参考框架的三维(3D)空间中完成。在手术前的计划阶段中，在目标的周围采用适形 (conformal)剂量体积塑型，同时最小化传递到临近的健康组织的剂量。这 可以通过使用波束位置的组合来实现，与该波束位置相关的重量或剂量影响 按比例被限定以从体积上定形该剂量。在已知的将来计划的模型中，用户手 动指定所期望的各种波束的重量。逆向计划方法基于用户定义的所述目标和 健康组织的剂量约束使用算法来自动计算波束和重量的最优结合。另一种用于肿瘤治疗的方法是外部波束放射疗法。在一种类型的外部波 束放射疗法中，使用外部放射源在肿瘤位置以多角度指引一连串的X射线波 束，同时使患者定位以使得肿瘤位于波束的旋转中心(标准中心)。当放射 源的角度改变时，每一束波束都通过肿瘤位置，但在到达肿瘤的途中，该波 束通过健康组织的不同区域。因此，在肿瘤上累积的放射线剂量较高，且传 递到健康组织中的平均放射线剂量较低。在放射疗法治疗环节使用的放射线 总量通常比在放射外科手术环节中使用的放射线总量小一个数量级。放射疗 法的特点通常是每次治疗的剂量低(例如，100-200厘戈瑞(cGy))、治疗时间短(例如，每次治疗10-30分钟)以及超分割(例如，治疗30-45天)。为 了方便，除非表明放射线的数量级，否则在此使用的术语放射治疗意味 着放射外科手术和/或放射疗法。在放射治疗期间，患者可以改变他或她的位置或方向。此外，病灶(例 如，肿瘤、机能损伤、血管畸形等)在治疗期间可能会转移，该转移降低了 目标定位的精确性(即，目标位置的精确跟踪)。尤其是，软组织目标在进 行放射外科治疗传递(delivery)环节期间会随着患者的呼吸一起转移。呼吸 运动能够将胸腔或腹腔中的肿瘤移位，例如大于3厘米(cm)。在放射治疗 中，为了获得在治疗计划阶段中所计算的放射剂量的分配，将放射波束精确 地传递至被治疗的病灶是非常关键的。一种用于对目标运动进行跟踪的传统方法是采用被置于患者体外(例如 在皮肤上)的外部标记物(例如红外线发射器)。使用光学(例如红外线) 跟踪系统对该外部标记物进行自动跟踪。然而，外部标记物不能充分地反映 由呼吸运动导致的内部移位。较大的外部患者的运动会与非常小的内部运动 一起发生。例如，内部目标会比皮肤表面的移动慢得多。另一种用于对目标运动进行跟踪的传统方法包括使用植入基准。典型 地，在治疗前，不透射线基准标记物(radiopaque fiducial marker)(例如， 金种子或不锈钢螺丝钉)被植入到接近目标器官的位置或被植入到目标器官 内，并在治疗传递期间被用做参考点。在治疗期间使用立体X射线成像来计 算这些基准标记物的精确的空间位置(例如，每10秒1次)。但是，单独的 内部标记物还不足以用于精确跟踪。此外，因为要通过使用植入骨中的基准 标记物来获取高精确性，因此内部基准标记物的跟踪对患者来说是很困难 的。在骨中植入基准标记物需要一个难度很高且很痛苦的侵入性过程，特别 是对频繁引起临床上的并发症的颈椎。此外，对于软组织目标的移动或变形， 骨骼植入基准标记物的跟踪可能仍不能提供精确的结果。再者，无论基准标记物是被植入到骨骼中还是通过活检针被注入到处于电子计算机x射线断层扫描(CT)的监视下的目标区域附近的软组织中，患者在放射治疗前仍然 必须经历这样的侵入性过程。A. Schweikard、 H Shiomi和J. Adler在2005年1月的内部期刊《Medical Robotics and Computer Assisted Surgery》的第19至27页上发表的《Respiration Tracking in Radiosurgery Without Fiducials》中描述了一种不使用植入的基准 标记物来跟踪肿瘤运动的传统技术。所描述的无基准跟踪技术利用图像配准 方法。这些方法可以因所涉及的变换的性质而异。特别地，该变换可以是刚 性的或可变形的。刚性变换(例如，对于头部图像)通常仅允许平移和旋转， 可变形的变换需要解决明显更为复杂的问题。图像配准方法还可划分为单峰(或模内)配准和多峰(或模间)配准。 在单峰配准的应用中，被配准的图像属于同一种形式，且相反地，在多峰应 用中，被配准的图像源自不同的形式。由于相同形式的图像间的高度的相似 性，解决单峰配准通常比多峰应用简单一个数量级，尤其是在可变形的变换中。一种现有的用于在放射治疗期间测量患者的位置和方向的方法包括将 在治疗期间所获取的X射线的投影与治疗前的CT扫描进行配准。然而，这 种方法受到限制，因为X射线必须在其被额外暴露给患者的情况下才能频繁 地被获取。此外，在不在目标区域附近植入基准标记物的情况下，利用X射 线跟踪软组织器官(例如，肺)是很困难的。附图说明在所附的附图中，对本专利技术的具体实施方式以实例而非限定的形式进行 说明，其中-图1示出了系统的一种实施方式，该系统可以用于执行可实现本专利技术的特征的放射治疗；图2示出了一种图像引导的、基于机器人的放射治疗系统的一种实施方式；图3是用于配准不同形式类型的图像的过程的一种实施方式的流程图； 图4是用于执行图像配准的治疗计划阶段的过程的一种实施方式的流程图；图5是用于执行图像配准的治疗传递阶段的过程的一种实施方式的流程图；图6是用于配准不同形式类型的图像的过程的一种可替换的实施方式的 流程图；图7示出了用于可变形的配准过程的一种实施方式中的示例图像。具体实施方式在以下的描述中，为了提供对本专利技术的实施方式的全面的理解，提出了 许多特定的细节，例如特定的组件、装置、方法等的示例。然而，对于本领 域技术人员来说显而易见的是，不需要这些特定细节即可实施本专利技术。在其 他情况下，公知的材料或方法没有进行详细说明以避免不必要地模糊本专利技术 的实施方式。此处使用的术语耦合可意为直接耦合或通过一个或多个中间组件间 接耦合。此处所描述的在不同总线上提供的任何信号都可以是与其他信号时 间复用的并提供于一个或多个公共总线上。此外，电路组件或块之间的互连 可以以总线或单一信号线显示。每一总线可替换地作为一个或多个单一信号 线，并且每一单一信号线可替换地作为总线。此处使用的术语第一、第 二、第三、第四等等意为区别不同部件的标志，且并非根据它们的数 字指定而具有排序的含义。除非特别指出与下文论述中明显不同，否则应当理解的是通过说明书的 描述，采用如处理或运算或计算或确定这样的术语的论述 涉及计算机系统的运动和处理，或相似的电子计算装置，该电子计算装置对 代表在计算机系统中的寄存器和存储器中的物理(电子)量的数据进行操作 并变换为同样代表在计算机系统中的存储器或寄存器或其他这样的信息存 储、传输或显示装置中的物理量的其他数据。此处描述的方法的实施方式可 以使用计算机软件来实现。被设计为实现所述方法的指令序列如果以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种计算机执行的方法，该方法包括：　　　　获取第一成像形式的第一图像；以及　　　　使用至少一个图像图谱将所述第一图像与第二成像形式的第二图像进行配准，所述第一和第二成像形式是不同的类型。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-8-11 11/202,8421.一种计算机执行的方法，该方法包括获取第一成像形式的第一图像；以及使用至少一个图像图谱将所述第一图像与第二成像形式的第二图像进行配准，所述第一和第二成像形式是不同的类型。2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述第一和第二成像形式包括手 术前成像形式和手术中成像形式。3. 根据权利要求1所述的方法，其中所述第一和第二图像中的一者为 超声波图像，以及所述第一和第二图像中的另一者为电子计算机X射线断层扫描图像。4. 根据权利要求1所述的方法，其中所述第一和第二图像中的一者为 核磁共振图像。5. 根据权利要求1所述的方法，其中所述第一和第二图像中的一者为 正电子发射计算机断层扫描图像。6. 根据权利要求1所述的方法，其中所述第一和第二图像中的每一个 为三维图像。7. 根据权利要求1所述的方法，该方法还包括基于将所述第一图像与 所述第二图像进行配准来跟踪患者。8. 根据权利要求1所述的方法，其中至少一个图像图谱包括所述第一 成像形式的第一图谱和所述第二成像形式的第二图谱。9. 根据权利要求8所述的方法，该方法还包括使用所述第一图谱和第 二图谱来产生结合的图谱。10. 根据权利要求9所述的方法，其中产生所述结合的图谱包括 将来自所述第二图谱的第二成像形式的数据映射到所述第一图谱中的第一成像形式的数据；以及基于所述映射将所述第二成像形式的数据添加到所述第一图谱以产生 结合的图谱。11. 根据权利要求9所述的方法，其中产生所述结合的图谱包括 将来自所述第一图谱的第一成像形式的数据映射到所述第二图谱中的第二成像形式的数据；以及基于所述映射将所述第一成像形式的数据添加到所述第二图谱以产生 结合的图谱。12. 根据权利要求9所述的方法，其中所述结合的图谱先于所述第一图 像与所述第二图像的配准而被产生。13. 根据权利要求10所述的方法，其中将所述第一图像与所述第二图 像进行配准包括使用所述结合的图谱中的第一成像形式的数据来执行所述第一图像和 所述结合的图谱的可变形的配准；以及使用所述结合的图谱中的第二成像形式的数据来将所述结合的图谱与 所述第二图像进行配准。14. 根据权利要求13所述的方法，其中-所述结合的图谱先于治疗而被产生；所述第一图像先于所述治疗而与所述第一图谱进行配准；以及 所述第一图谱在所述治疗期间与所述第二图像进行配准。15. 根据权利要求11所述的方法，其中将所述第一图像与所述第二图 像进行配准包括使用所述结合的图谱中的第一成像形式的数据来执行所述第一图像和 所述结合的图谱的可变形的配准；以及使用所述结合的图谱中的第二成像形式的数据来将所述结合的图谱与 所述第二图像进行配准。16. 根据权利要求14所述的方法，其中所述治疗是放射外科手术治疗。17. 根据权利要求1所述的方法，其中至少一个图像图谱包括在结构的 相对位置和形状上具有基本正常的解剖构造的任意患者的已有的图像。18. 根据权利要求1所述的方法，其中至少一个图像图谱包括多个任意 患者的平均的图像。19. 根据权利要求9所述的方法，其中所述结合的图谱被产生以用于不 同的患者。20. 根据权利要求9所述的方法，其中为每一个患者产生所述结合的图^並 l曰o21. 根据权利要求9所述的方法，其中为每一个治疗传递重新产生所述结合的图谱。22. —种计算机执行的方法，该方法包括-在治疗传递期间获取患者的超声波图像；以及执行超声波图像与电子计算机X射线断层扫描图像的可变形的配准，该 电子计算机X射线断层扫描图像先于所述治疗传递而为患者获取。23. 根据权利要求22所述的方法，该方法还包括-在所述治疗传递期间基于所述可变形的配准确定所述患者的位置。24. 根据权利要求22所述的方法，其中所述超声波图像和所述电子计 算机X射线断层扫描图像中的每一个均为三维图像。25. 根据权利要求22所述的方法，其中执行所述超声波图像与所述电 子计算机X射线断层扫描图像的可变形的配准包括使用所述结合的图谱上的电子计算机X射线断层扫描数据来执行所述 电子计算机X射线断层扫描图像与结合的图谱的可变形的配准；以及使用所述结合的图谱上的超声波数据来将所述电子计算机X射线断层 扫描图谱与所述超声波图像进行配准。26. 根据权利要求25所述的方法，其中所述电子计算机X射线断层扫描图像先于所述治疗传递而与所述结合 的图谱进行配准；以及所述结合的图谱在所述治疗传递期间与所述超声波图像进行配准。27. 根据权利要求22所述的方法，其中所述治疗是放射外科手术治疗。28. 根据权利要求26所述的方法，其中所述结合的图谱是具有添加在 该结合的图谱上的相应的超声波数据的电子计算机X射线断层扫描图谱。29. 根据权利要求26所述的方法，其中所述结合的图谱...

【专利技术属性】
技术研发人员：JB韦斯特，付东山，
申请(专利权)人：艾可瑞公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]