專利名稱：一種影像引導(dǎo)放射治療的定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及放射治療技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種影像引導(dǎo)放射治療的定位方法。
背景技術(shù)：
影像引導(dǎo)放射治療(IGRT，image-guided radiotherapy)將放射治療機與成像設(shè)備結(jié)合在一起，在治療時采集有關(guān)的圖像信息，確定治療靶區(qū)和重要結(jié)構(gòu)的位置、運動，并在必要時進行位置和劑量分布的校正；該IGRT技術(shù)可用在分次治療擺位時和/或治療中， 用于采集圖像和/或其他信號，并利用這些圖像和/或信號，引導(dǎo)此次治療和/或后續(xù)分次治療。在影響治療效果的諸多因素中，對病人的擺位、靶區(qū)位置的確定以及治療過程中病人的運動(不由自主的運動、臟器運動帶動的靶區(qū)運動)的控制，是實施精確影像引導(dǎo)放射治療的關(guān)鍵。因此，放射治療前或放射治療中，需要確定病人躺在治療床上以后，其體位或者靶區(qū)位置和放射治療計劃影像的位置是一致的?，F(xiàn)有的定位方法，通常在每次治療前采集病人體位的二維(例如，X線平片)或三維(例如，錐形束CT)影像，在比較所采集影像與放射治療計劃影像后，確定病人的體位誤差或靶區(qū)與治療射野之間的位置關(guān)系，并通過圖像配準方法給出需要調(diào)整病人體位或者照射野的數(shù)據(jù)。所述影像采集通常由在線影像系統(tǒng)(On-board imaging system)來完成，所述在線影像系統(tǒng)的工作模式主要可以包括一、正交KV模式；本模式一般是在放射治療加速器的機架上，沿治療射線的正交(垂直)方向，加裝一套KV級數(shù)字診斷X線影像系統(tǒng)來完成影像引導(dǎo)工作；其采用KV級診斷X線成像系統(tǒng)，可以得到清晰的解剖影像，具有診斷級X線影像的空間和密度分辨率，可以很好在完成對軟組織靶區(qū)和器官的在線影像引導(dǎo)工作。但是，對于這種KV級數(shù)字診斷X線影像系統(tǒng)，由于其成像射線與治療射線成垂直正交方向，并不能反映治療機頭內(nèi)部件在各治療角度時由于重力或其他因素造成的射野改變或誤差；而且，成像射線和治療射線經(jīng)過的準直器等部件和結(jié)構(gòu)也不相同，雖然三維的在線影像可以較好地驗證和比較每次治療時的體位差別，但由于X線影像系統(tǒng)并不經(jīng)過治療機頭的結(jié)構(gòu)，無法驗證治療靶區(qū)及周圍器官與實際治療照射野的關(guān)系，從而影響影像引導(dǎo)放射治療的定位精度。二、同源MV模式。本模式一般直接采用治療用的MV級X射線及安裝在治療機頭相對位置的數(shù)字影像板組成的在線影像驗證系統(tǒng)；其優(yōu)點是成像射線與治療射線同源，因此也經(jīng)過相同的機頭結(jié)構(gòu)，驗證影像可以很好地反映病人的體位誤差、靶區(qū)和周圍器官與治療照射野的關(guān)系等；但由于其使用的MV級射線在人體組織中的作用主要為康普頓散射效應(yīng)，骨結(jié)構(gòu)與軟組織的吸收區(qū)別相對較小，影像的組織對比度和密度分辨率均比較差，因而其成像效果遠比KV級X射線影像差，也就影響了影像引導(dǎo)放射治療的定位精度?？傊?，需要本領(lǐng)域技術(shù)人員迫切解決的一個技術(shù)問題就是如何能夠提高影像引導(dǎo)放射治療的定位精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種影像引導(dǎo)放射治療的定位方法，用以提高影像引導(dǎo)放射治療的定位精度。為了解決上述問題，本發(fā)明公開了一種影像引導(dǎo)放射治療的定位方法，包括輸入步驟輸入放射治療計劃圖像；成像步驟利用KV級X射線采集病人的圖像數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述圖像數(shù)據(jù)獲取病人圖像；配準步驟將所述病人圖像與放射治療計劃圖像進行配準；判斷步驟根據(jù)配準結(jié)果判斷該兩種圖像位置是否一致，若是，則執(zhí)行治療步驟， 否則執(zhí)行調(diào)整步驟；治療步驟利用MV級X射線對病人進行治療，其中，所述KV級X射線和MV級X射線源自同一個加速管；調(diào)整步驟根據(jù)配準結(jié)果調(diào)整病人的位置，并返回成像步驟。優(yōu)選的，所述配準結(jié)果包括該病人圖像、放射治療計劃圖像兩種圖像的位置信息， 所述位置信息包括X、Y、Z三個方向的平移參數(shù)和旋轉(zhuǎn)參數(shù)。優(yōu)選的，所述成像步驟的執(zhí)行時段包括放射治療前和放射治療中。優(yōu)選的，所述成像步驟包括利用KV級X射線采集病人在一個位置下的圖像數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述圖像數(shù)據(jù)生成一幅二維圖像；或者，利用KV級X射線采集病人在多個位置下的圖像數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述圖像數(shù)據(jù)生成多
幅二維圖像。優(yōu)選的，所述成像步驟包括利用KV級X射線采集病人的投影數(shù)據(jù)；對所述投影數(shù)據(jù)進行三維重建，得到三維圖像。優(yōu)選的，所述利用KV級X射線采集病人的投影數(shù)據(jù)的步驟，包括利用KV級X射線完全采樣病人在360度上的投影數(shù)據(jù)；或者，利用KV級X射線稀疏采樣病人在360度上的投影數(shù)據(jù)；或者，利用KV級X射線采樣病人360度中有限角度的投影數(shù)據(jù)。優(yōu)選的，所述配準步驟包括將該二維圖像和病人放射治療計劃用二維或三維圖像進行配準，得到的配準結(jié)果中包括X、Y兩個方向的平移參數(shù)和旋轉(zhuǎn)參數(shù)。優(yōu)選的，所述配準步驟包括
將該三維圖像和病人放射治療計劃用三維圖像進行配準，得到的配準結(jié)果中包括 X、Y、Z三個方向的平移參數(shù)和旋轉(zhuǎn)參數(shù)。優(yōu)選的，所述KV級X射線的能量范圍為從1000V到999KV，所述MV級X射線的能量范圍為從3MV到20MV。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點本發(fā)明利用KV級X射線采集病人的圖像數(shù)據(jù)，而利用MV級射線對病人進行治療； 由于所述KV級X射線和MV級X射線源自同一個加速管，且KV級X射線能夠得到比較清晰的在線圖像，它們經(jīng)過相同的機頭結(jié)構(gòu)，驗證影像可以很好地反映病人的體位誤差、靶區(qū)和周圍器官與治療照射野的關(guān)系，因而能夠從根本上解決不同源的問題，有利于通過擺位來精確確定病人體位信息、靶區(qū)位置等信息，從而能夠提高影像引導(dǎo)放射治療的定位精度；再者，本發(fā)明可以通過稀疏采樣、有限角度采樣等投影數(shù)據(jù)采集方式，得到三維圖像，相對于傳統(tǒng)的完全采樣方式，能夠有效降低病人在定位過程中所受輻射劑量；并且，本發(fā)明可以通過多個二維圖像與放射治療計劃用三維圖像進行配準，相對于傳統(tǒng)的圖像配準定位方式，能夠有效降低病人在定位過程中所受輻射劑量；最后，由于在放射治療中也可以通過切換加速管射線的能量級，來成像配準定位達到實時定位要求，因而能夠?qū)崿F(xiàn)真正的影像引導(dǎo)的放射治療。


圖1是本發(fā)明一種影像引導(dǎo)放射治療的定位方法實施例的流程圖；圖2是本發(fā)明一種O-XYZ坐標(biāo)系的示意圖；圖3是本發(fā)明一種影像引導(dǎo)放射治療裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明一種采集一個位置下二維圖像數(shù)據(jù)的示意圖；圖5是本發(fā)明一種采集兩個位置下二維圖像數(shù)據(jù)的示意圖；圖6是本發(fā)明一種完全采樣投影數(shù)據(jù)的示意圖；圖7是本發(fā)明一種稀疏采樣投影數(shù)據(jù)的示意圖；圖8是本發(fā)明一種有限角度采樣投影數(shù)據(jù)的示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明。本發(fā)明的核心構(gòu)思之一在于，利用KV級X射線采集病人的圖像數(shù)據(jù)，而利用MV級射線對病人進行治療；由于所述KV級X射線和MV級X射線源自同一個加速管，它們經(jīng)過相同的機頭結(jié)構(gòu)，驗證影像可以很好地反映病人的體位誤差、靶區(qū)和周圍器官與治療照射野的關(guān)系，因而能夠從根本上解決不同源的問題，解決機械結(jié)構(gòu)上帶來的定位誤差，從而能夠提高影像引導(dǎo)放射治療的定位精度。參照圖1，示出了本發(fā)明一種影像引導(dǎo)放射治療的定位方法實施例的流程圖，具體可以包括輸入步驟101、輸入放射治療計劃圖像；成像步驟102、利用KV級X射線采集病人的圖像數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述圖像數(shù)據(jù)獲取病
5人圖像；本發(fā)明的定位方法可以應(yīng)用于放射治療前和/放射治療后，故所述成像步驟102 的執(zhí)行時段可以包括放射治療前和放射治療中。在實際中，所述KV級X射線的能量范圍一般從1000V到999KV，所述MV級X射線的能量范圍一般從3MV到20MV ；加速管可在所述KV級X射線和MV級X射線之間進行快速切換，且切換時間可以達到秒級。例如，在放射治療前，為確認病人體位或者靶區(qū)位置和放射治療計劃圖像的位置是否一致，可以通過本發(fā)明來指導(dǎo)擺位；又如，在放射治療中，也可以通過切換不同能量級別的射線來成像配準定位達到實時定位要求，實現(xiàn)真正的影像引導(dǎo)放射治療。配準步驟103、將所述病人圖像與放射治療計劃圖像進行配準；圖像配準通常是指將不同時間、不同成像設(shè)備或不同條件下(天候、照度、攝像位置和角度等)獲取的兩幅或多幅圖像進行匹配、疊加的過程；常用的圖像配準算法有很多， 本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要采用任一種算法，例如，基于最大交互信息的圖像配準算法寸寸。為提高定位精度，本實施例可以采用6個參數(shù)來描述配準結(jié)果，參照圖2所示的 O-XYZ坐標(biāo)系，所述配準結(jié)果可以包括該病人圖像、放射治療計劃圖像兩種圖像的位置信息，所述位置信息可以包括X、Y、Z三個方向的平移參數(shù)和旋轉(zhuǎn)參數(shù)；由于病人一般由治療床承載，故所述6個參數(shù)用于描述治療床的6個自由度。假設(shè)病人圖像、放射治療計劃圖像均為靶區(qū)圖像，那么，所述圖像配準的過程即是比較兩種圖像靶區(qū)特征點的過程，具體而言，可以確定兩種圖像特征點并獲得相應(yīng)的位置差值。判斷步驟104、根據(jù)配準結(jié)果判斷該兩種圖像位置是否一致，若是，則執(zhí)行治療步驟105，否則執(zhí)行調(diào)整步驟106 ；例如，可以判斷所述位置差值是否符合臨床要求，也即，所述位置差值是否在臨床允許的范圍內(nèi)，若是，則利用MV級X射線對病人進行治療，否則，根據(jù)所述位置差值指導(dǎo)病人擺位。治療步驟105、利用MV級X射線對病人進行治療，其中，所述KV級X射線和MV級 X射線源自同一個加速管；調(diào)整步驟106、根據(jù)配準結(jié)果調(diào)整病人的位置，并返回成像步驟102。在實際中，可以通過計算機控制系統(tǒng)，根據(jù)所述位置差值來平移或旋轉(zhuǎn)承載病人的治療床，以實現(xiàn)病人位置的調(diào)整。為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明，以下以一種具體的影像引導(dǎo)放射治療裝置為例進行詳細說明。參照圖3，示出了本發(fā)明一種影像引導(dǎo)放射治療裝置的結(jié)構(gòu)示意，可以包括機架 301、KV/MV同源雙束加速管302、多葉準直器303、治療床304、成像屏305和計算機系統(tǒng) 306 ；其中，所述加速管302和成像屏305相對180度安裝在機架上，所述準直器303安裝在加速管機頭前端，所述治療床304安裝在機架外部，所述計算機系統(tǒng)306，則用于控制加速管302、準直器303、治療床304和成像屏305 ；CN 102232835 A
說明書
5/6頁以圖2中的O-XH坐標(biāo)系為例，所述治療床304可以具有六個自由度；而且，所述計算機系統(tǒng)306可以顯示治療床304的坐標(biāo)信息，以方便指導(dǎo)病人擺位；另外，所述成像屏305可設(shè)置為伸縮結(jié)構(gòu)，在實際中可以根據(jù)工作狀態(tài)需要伸出或者縮進；例如，其工作狀態(tài)可以包括κν模式下的伸出狀態(tài)和MV模式下的縮進狀態(tài)；也即，在KV模式下，可將所述成像屏305伸出以進行定位操作，而在MV模式下，可將所述成像屏305縮進，以利用所述裝置進行治療工作；在具體實現(xiàn)中，可在計算機系統(tǒng)306中設(shè)置一專門的模塊來所述伸出狀態(tài)和縮進狀態(tài)，本發(fā)明對此不加以限制；再者，所述成像屏305可以跟隨加速管302機頭同步進行360度內(nèi)任意角度旋轉(zhuǎn)。當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際需要，設(shè)置所述成像屏205的其它工作狀態(tài)， 例如，在KV模式下縮進，或者，在MV模式下伸出等等，本發(fā)明對此不加以限制。在應(yīng)用該裝置實現(xiàn)本發(fā)明的定位時，具體可以包括以下實現(xiàn)情形情形一、在放射治療前，采用圖4所示方法采集病人在一個位置下的圖像數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述圖像數(shù)據(jù)生成一幅二維圖像；將該二維圖像和病人放射治療計劃用二維或三維圖像進行配準，得到的配準結(jié)果中包括X、Y兩個方向的平移參數(shù)和旋轉(zhuǎn)參數(shù)；根據(jù)所述配準結(jié)果，指導(dǎo)病人擺位，并在符合臨床要求后實施放射治療。情形二、在放射治療前，采用圖5所示方法采集病人在兩個位置下的圖像數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述圖像數(shù)據(jù)生成兩幅二維圖像；其中，所述兩幅圖像的位置夾角可以為360度內(nèi)正交或非正交的任意角度；將此情形下獲取的二維圖像和病人放射治療計劃用三維圖像進行配準，得到的配準結(jié)果中可以包括X、Y和Z三個方向的平移參數(shù)和旋轉(zhuǎn)參數(shù)；根據(jù)所述配準結(jié)果，指導(dǎo)病人擺位，并在符合臨床要求后實施放射治療?？梢岳斫?，本情形還可以生成的二維圖像的數(shù)目還可以為大于2的任意數(shù)目，且這些圖像的位置夾角可以為360度內(nèi)正交或非正交的任意角度，本發(fā)明對此不加以限制。因而，相對于現(xiàn)有技術(shù)，將采集得到的三維圖像和病人放射治療計劃用三維圖像進行配準，本發(fā)明利用兩幅或多幅二維圖像和三維圖像配準得到圖像六個自由度的配準參數(shù)，能夠在保證定位精度的同時，減少擺位時間，并且能夠有效降低病人在定位過程中所受輻射劑量。情形三、在放射治療前，采樣病人在圓掃描軌道內(nèi)的投影數(shù)據(jù)，并對所述投影數(shù)據(jù)進行三維重建，得到三維圖像；將該三維圖像和病人放射治療計劃用三維圖像進行配準，得到的配準結(jié)果中包括 X、Y、Z三個方向的平移參數(shù)和旋轉(zhuǎn)參數(shù)；根據(jù)所述配準結(jié)果，指導(dǎo)病人擺位，并在符合臨床要求后實施放射治療。其中，所述投影數(shù)據(jù)的采集方式具體可以包括1)采用圖6所示方法，利用KV級X射線完全采樣病人在360度上的投影數(shù)據(jù)；2)采用圖7所示方法，利用KV級X射線稀疏采樣病人在360度上的投影數(shù)據(jù)；
3)采用圖8所示方法，利用KV級X射線采樣病人360度中有限角度的投影數(shù)據(jù)， 其中，所述有限角度可以為360度的任意子集，如0度 30度，30度 60度等，本發(fā)明對此不加以限制。在人體受到放射線的照射時，隨著射線作用劑量的增大，有可能隨機地出現(xiàn)某些有害效應(yīng)，尤其是三維錐束CT會給病人帶來額外劑量；而所述稀疏采樣、有限角度采樣能夠有效降低病人在定位過程中所受輻射劑量。情形四、在放射治療中，將加速管能級從MV級切換到KV級，采用圖4所示方法得到病人二維圖像；將該圖像和病人放射治療計劃用二維/三維圖像或者放射治療前采集的二維或三維圖像進行配準，并根據(jù)配準結(jié)果指導(dǎo)病人擺位，符合臨床要求后繼續(xù)實施放射治療。情形五、 在放射治療中，將加速管能級從MV級切換到KV級，采用圖5所示方法得到病人的兩幅正交或者非正交二維圖像，或者多幅任意角度二維圖像；將該二維圖像和病人放射治療計劃用二維/三維圖像或者放射治療前采集的二維或三維圖像進行配準，并根據(jù)配準結(jié)果指導(dǎo)病人擺位，符合臨床要求后繼續(xù)實施放射治療。情形六、在放射治療中，將加速管能級從MV級切換到KV級，采用圖6-圖8中任一投影數(shù)據(jù)的采集方式，得到病人的三維圖像；將該三維圖像和病人放射治療計劃用二維/三維圖像或者放射治療前采集的二維或三維圖像進行配準，并根據(jù)配準結(jié)果指導(dǎo)病人擺位，符合臨床要求后繼續(xù)實施放射治療。本發(fā)明可以應(yīng)用于影像引導(dǎo)放射治療中，用于在放射治療前指導(dǎo)病人擺位，或者， 在放射治療中通過擺位來確定靶區(qū)位置，以及控制病人運動，能夠得到好的定位精度；另外，對于三維錐束CT來說，相對于現(xiàn)有技術(shù)，僅僅進行一次CT掃描，來進行最初擺位誤差的糾正，糾正后沒有進一步驗證；多個射野的體位誤差以及治療射野在不同治療角度時的實際設(shè)置，如多葉準直器(Multi-leafcollimator，MLC)各葉片在實際治療時的到位精度和誤差等信息都無法得到跟蹤和驗證；本發(fā)明能夠通過實時切換不同能量級，來跟蹤和驗證所述信息。以上對本發(fā)明所提供的一種影像引導(dǎo)放射治療的定位方法，進行了詳細介紹，本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式
及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.一種影像引導(dǎo)放射治療的定位方法，其特征在于，包括 輸入步驟輸入放射治療計劃圖像；成像步驟利用KV級X射線采集病人的圖像數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述圖像數(shù)據(jù)獲取病人圖像；配準步驟將所述病人圖像與放射治療計劃圖像進行配準；判斷步驟根據(jù)配準結(jié)果判斷該兩種圖像位置是否一致，若是，則執(zhí)行治療步驟，否則執(zhí)行調(diào)整步驟；治療步驟利用MV級X射線對病人進行治療，其中，所述KV級X射線和MV級X射線源自同一個加速管；調(diào)整步驟根據(jù)配準結(jié)果調(diào)整病人的位置，并返回成像步驟。
2.如權(quán)利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述配準結(jié)果包括該病人圖像、放射治療計劃圖像兩種圖像的位置信息，所述位置信息包括X、Y、Z三個方向的平移參數(shù)和旋轉(zhuǎn)參數(shù)。
3.如權(quán)利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述成像步驟的執(zhí)行時段包括放射治療前和放射治療中。
4.如權(quán)利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述成像步驟包括利用KV級X射線采集病人在一個位置下的圖像數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述圖像數(shù)據(jù)生成一幅二維圖像； 或者，利用KV級X射線采集病人在多個位置下的圖像數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述圖像數(shù)據(jù)生成多幅二維圖像。
5.如權(quán)利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述成像步驟包括 利用KV級X射線采集病人的投影數(shù)據(jù)；對所述投影數(shù)據(jù)進行三維重建，得到三維圖像。
6.如權(quán)利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述利用KV級X射線采集病人的投影數(shù)據(jù)的步驟，包括利用KV級X射線完全采樣病人在360度上的投影數(shù)據(jù)； 或者，利用KV級X射線稀疏采樣病人在360度上的投影數(shù)據(jù)； 或者，利用KV級X射線采樣病人360度中有限角度的投影數(shù)據(jù)。
7.如權(quán)利要求4所述的定位方法，其特征在于，所述配準步驟包括將該二維圖像和病人放射治療計劃用二維或三維圖像進行配準，得到的配準結(jié)果中包括X、Y兩個方向的平移參數(shù)和旋轉(zhuǎn)參數(shù)。
8.如權(quán)利要求5所述的定位方法，其特征在于，所述配準步驟包括將該三維圖像和病人放射治療計劃用三維圖像進行配準，得到的配準結(jié)果中包括X、Y、 Z三個方向的平移參數(shù)和旋轉(zhuǎn)參數(shù)。
9.如權(quán)利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述KV級X射線的能量范圍為從1000V 到999KV，所述MV級X射線的能量范圍為從3MV到20MV。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種影像引導(dǎo)放射治療的定位方法，包括輸入步驟輸入放射治療計劃圖像；成像步驟利用KV級X射線采集病人的圖像數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述圖像數(shù)據(jù)獲取病人圖像；配準步驟將所述病人圖像與放射治療計劃圖像進行配準；判斷步驟根據(jù)配準結(jié)果判斷該兩種圖像位置是否一致，若是，則執(zhí)行治療步驟，否則執(zhí)行調(diào)整步驟；治療步驟利用MV級X射線對病人進行治療，其中，所述KV級X射線和MV級X射線源自同一個加速管；調(diào)整步驟根據(jù)配準結(jié)果調(diào)整病人的位置，并返回成像步驟。本發(fā)明用以提高影像引導(dǎo)放射治療的定位精度。
文檔編號A61B6/00GK102232835SQ201010157680
公開日2011年11月9日 申請日期2010年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月21日
發(fā)明者劉亞強, 吳朝霞, 康克軍, 王石, 陳志強 申請人:清華大學(xué)