【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的实施例总体上涉及迭代图像重建。
技术介绍
1、放射治疗(或“放疗”)可用于治疗哺乳动物(例如人和动物)组织中的癌症或其它疾病。一种这样的放射治疗技术包括用γ刀照射，据此患者被大量低强度γ射线束照射，这些低强度γ射线束以高强度和高精度会聚在靶(例如肿瘤)处。在另一实施例中，使用直线加速器提供放射治疗，据此通过高能粒子(例如电子、质子、离子、高能光子等)照射肿瘤。必须准确地控制辐射束的放置和剂量以确保肿瘤接收开具的辐射，并且束的放置应当使得对周围健康组织(通常称为一个或多个危及器官(organ at risk，oar))的损伤最小化。辐射被称为“开具的”，因为医师类似于药物处方向肿瘤和周围器官命令预定量的辐射。通常，从外部辐射源朝向患者引导准直束形式的电离辐射。
2、可以使用指定的或可选择的束能量，例如用于递送诊断能量水平范围或治疗能量水平范围。辐射束的调制可以由一个或多个衰减器或准直器(例如多叶准直器(multi-leafcollimator，mlc))提供。辐射束的强度和形状可以通过准直来调节，以通过使投射束符合靶组织的轮廓来避免损伤与靶组织相邻的健康组织(例如oar)。
3、治疗计划过程可以包括使用患者的三维(three-dimensional，3d)图像来识别靶区域(例如肿瘤)和识别肿瘤附近的关键器官。治疗计划的创建可能是耗时的过程，其中，考虑到各种治疗目标或约束(例如剂量体积直方图(dose volume histogram，dvh)、重叠体积直方图(overlap volume his
4、传统上，对于各个患者，初始治疗计划可以以“离线”方式生成。治疗计划可以在实施放射治疗之前很好地形成，例如使用一种或多种医学成像技术。成像信息可以包括例如来自x射线、计算机断层摄影(computed tomography，ct)、核磁共振(magnetic resonance，mr)、正电子发射断层摄影(positron emission tomography，pet)、单光子发射计算机断层摄影(single-photon emission computed tomography，spect)或超声的图像。保健提供者(例如医师)可使用指示患者解剖结构的3d成像信息来识别一个或多个靶肿瘤以及一个或多个肿瘤附近的oar。保健提供者可以使用手动技术描绘要接收开具的放射剂量的靶肿瘤，并且保健提供者可以类似地描绘处于来自放射治疗的损伤风险中的附近组织，例如器官。替代性地或者另外，自动化工具(例如由瑞典elekta ab提供的abas)可用于辅助识别或描绘靶肿瘤和危及器官。然后可以基于临床和剂量测定目标和约束(例如到肿瘤体积的一部分的最大辐射剂量、最小辐射剂量和辐射剂量的分剂(“靶的95％应当接收不小于开具剂量的100％”)以及用于关键器官的类似量度)使用优化技术来创建放射治疗计划(“治疗计划”)。优化的计划包括指定各个辐射束的方向、横截面形状和强度的数值参数。
5、然后，可以通过将患者定位在治疗机器中并实施由优化的计划参数指导的开具放射治疗来执行治疗计划。放射治疗计划可以包括剂量“划分”，据此在预定时间段内提供放射治疗的序列(例如30-45个每日分剂)，其中各个治疗包括总开具剂量的指定分剂。然而，在治疗期间，患者的位置和靶肿瘤相对于治疗机器(例如直线加速器-“linac”)的位置是非常重要的，以便确保靶肿瘤而不是健康组织被照射。
6、由于大多数患者接收多于一个的辐射分剂作为治疗过程的一部分，并且由于解剖结构可能在这些分剂之间变化(变形)，所以不是简单地将在各个分剂期间递送的剂量求和，因此医师无法准确地计量治疗相对于如由处方定义的原始意图如何进行。
技术实现思路
1、在一些实施例中，提供了一种系统，包括：存储器；和一个或多个处理器，其在执行存储在存储器中的指令时被配置为执行操作，包括：访问感兴趣区域的当前结构估计；基于感兴趣区域的当前结构估计来生成第一模拟x射线测量；接收第一真实x射线测量；以及根据第一模拟x射线测量和第一真实x射线测量来生成对感兴趣区域的当前结构估计的更新，更新是关于当前结构估计不变地生成的。
2、在一些实现方式中，第一真实x射线测量从锥形束计算机断层摄影(cbct)系统或计算机断层摄影(ct)系统接收，并且其中，操作还包括将更新计算为统计目标函数相对于第一模拟x射线测量的导数。
3、在一些实现方式中，操作还包括：将对当前结构估计的更新线性地投影到图像空间中以形成扰动；通过标量缩放扰动以获得稳定性；以及从当前结构估计中减去缩放的扰动以生成更新的结构估计。
4、在一些实现方式中，操作还包括：将正则化、动量或去噪中的至少一者应用于更新的结构估计。
5、在一些实现方式中，当前结构估计包括表示感兴趣区域的三维(3d)模型的x射线衰减图。
6、在一些实现方式中，x射线衰减图包括线性x射线衰减图。
7、在一些实现方式中，基于感兴趣区域的当前结构估计生成第一模拟x射线测量包括将当前结构估计应用于生成真实x射线测量的预期输出的模型。
8、在一些实现方式中，当前结构估计包括x射线衰减图，并且其中，对于锥形束计算机断层摄影(cbct)系统中的每检测器元件数量的给定测量指标i，模型根据下式生成真实x射线测量的预期输出：zi＝bi*exp(-[ax]i)+ri，其中，b是泛野(flood field)的入射强度，a是描述各个检测器元件处的各个图像像素的组合的系统投影矩阵，x是当前x射线衰减图，exp是指数函数，并且r是包括散射的背景噪声。
9、在一些实现方式中，操作还包括在生成更新的各个迭代时基于当前结构估计来重新估计表示包括散射的背景噪声的r。
10、在一些实现方式中，模型包括表示来自多能源的束硬化的建模函数，建模函数包括：机器学习技术，其被训练为建立训练真实x射线测量与训练已知模拟x射线测量之间的关系；线性模型；或者非线性模型，其将x射线数据拟合到包括相对电子密度、质量密度、单能衰减、质子停止功率或骨矿密度中的至少一者的某个标称值。
11、在一些实现方式中，操作还包括针对多组模拟和真实x射线测量重复生成模拟x射线测量、接收真实x射线测量、以及生成对当前结构估计的更新。
12、在一些实现方式中，操作还包括：访问感兴趣区域的更新的结构估计；基于感兴趣区域的更新的结构估计来生成第二模拟x射线测量；接收第二真实x射线测量；以及根据第二模拟x射线测量和第二真实x射线测量来生成对感兴趣区域的更新的结构估计的另外更新。
13、在本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种系统，包括：
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一真实X射线测量从锥形束计算机断层摄影(CBCT)系统或计算机断层摄影(CT)系统接收，并且其中，所述操作还包括：
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述操作还包括：
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述操作还包括：
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述当前结构估计包括表示所述感兴趣区域的三维(3D)模型的X射线衰减图。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述X射线衰减图包括线性X射线衰减图。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，基于所述感兴趣区域的所述当前结构估计生成所述第一模拟X射线测量包括将所述当前结构估计应用于生成真实X射线测量的预期输出的模型。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述当前结构估计包括X射线衰减图，并且其中，对于锥形束计算机断层摄影(CBCT)系统中的每检测器元件数量的给定测量指标i，所述模型根据下式生成所述真实X射线测量的所述预期输出：
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述操作还
10.根据权利要求8所述的系统，其中，所述模型包括表示来自多能源的束硬化的建模函数，所述建模函数包括：机器学习技术，被训练为建立训练真实X射线测量与训练已知模拟X射线测量之间的关系；线性模型；或者非线性模型，将X射线数据拟合到包括相对电子密度、质量密度、单能衰减、质子停止功率或骨矿密度中的至少一者的某个标称值。
11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述操作还包括针对多组模拟和真实X射线测量重复所述生成模拟X射线测量、接收真实X射线测量、以及生成对所述当前结构估计的更新。
12.根据权利要求1所述的系统，其中，所述操作还包括：
13.根据权利要求1所述的系统，其中，所述操作还包括：
14.根据权利要求1所述的系统，其中，所述当前结构估计包括X射线衰减图，并且其中，对所述感兴趣区域的所述当前结构估计的所述更新根据下式来计算：
15.根据权利要求1所述的系统，其中，所述操作还包括：
16.根据权利要求1所述的系统，其中，所述操作还包括：
17.一种方法，包括：
18.根据权利要求17所述的方法，还包括：
19.根据权利要求17所述的方法，还包括：
20.根据权利要求19所述的方法，还包括：
21.根据权利要求17所述的方法，其中，所述当前结构估计包括表示所述感兴趣区域的三维(3D)模型的X射线衰减图。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述X射线衰减图包括线性X射线衰减图。
23.根据权利要求17所述的方法，其中，基于所述感兴趣区域的所述当前结构估计生成所述第一模拟X射线测量包括将所述当前结构估计应用于生成真实X射线测量的预期输出的模型。
24.一种非瞬态计算机可读介质，包括非瞬态计算机可读指令，所述非瞬态计算机可读指令在由一个或多个处理器执行时将所述一个或多个处理器配置为执行操作，所述操作包括：
25.根据权利要求24所述的非瞬态计算机可读介质，其中，所述操作还包括：
26.根据权利要求24所述的非瞬态计算机可读介质，其中，所述操作还包括：
27.根据权利要求26所述的非瞬态计算机可读介质，其中，所述操作还包括：
28.根据权利要求24所述的非瞬态计算机可读介质，其中，所述当前结构估计包括表示所述感兴趣区域的三维(3D)模型的X射线衰减图。
29.根据权利要求28所述的非瞬态计算机可读介质，其中，所述X射线衰减图包括线性X射线衰减图。
30.根据权利要求24所述的非瞬态计算机可读介质，其中，基于所述感兴趣区域的所述当前结构估计生成所述第一模拟X射线测量包括将所述当前结构估计应用于生成真实X射线测量的预期输出的模型。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种系统，包括：
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一真实x射线测量从锥形束计算机断层摄影(cbct)系统或计算机断层摄影(ct)系统接收，并且其中，所述操作还包括：
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述操作还包括：
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述操作还包括：
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述当前结构估计包括表示所述感兴趣区域的三维(3d)模型的x射线衰减图。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述x射线衰减图包括线性x射线衰减图。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，基于所述感兴趣区域的所述当前结构估计生成所述第一模拟x射线测量包括将所述当前结构估计应用于生成真实x射线测量的预期输出的模型。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述当前结构估计包括x射线衰减图，并且其中，对于锥形束计算机断层摄影(cbct)系统中的每检测器元件数量的给定测量指标i，所述模型根据下式生成所述真实x射线测量的所述预期输出：
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述操作还包括在生成所述更新的各个迭代时基于所述当前结构估计来重新估计表示包括散射的所述背景噪声的r。
10.根据权利要求8所述的系统，其中，所述模型包括表示来自多能源的束硬化的建模函数，所述建模函数包括：机器学习技术，被训练为建立训练真实x射线测量与训练已知模拟x射线测量之间的关系；线性模型；或者非线性模型，将x射线数据拟合到包括相对电子密度、质量密度、单能衰减、质子停止功率或骨矿密度中的至少一者的某个标称值。
11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述操作还包括针对多组模拟和真实x射线测量重复所述生成模拟x射线测量、接收真实x射线测量、以及生成对所述当前结构估计的更新。
12.根据权利要求1所述的系统，其中，所述操作还包括：
13.根据权利要求1所述的系统，其中，所述操作还包括：
14.根据...
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