用于校準(zhǔn)成像系統(tǒng)的標(biāo)記物、體模及關(guān)聯(lián)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)成像，尤其涉及校準(zhǔn)成像系統(tǒng)的標(biāo)記物、體模及關(guān)聯(lián)方法，該成像 系統(tǒng)可以與放射治療系統(tǒng)相集成。
【背景技術(shù)】
[0002] 放射治療領(lǐng)域中的新近發(fā)展已經(jīng)集中于將成像系統(tǒng)與治療系統(tǒng)相集成。目標(biāo)是提 供對患者體內(nèi)的解剖特征(例如腫瘤)的位置的實時反饋，使得治療放射束能夠被更精確地 控制以將該特征作為目標(biāo)。
[0003] -種提出的方法是將基于線性加速器的治療系統(tǒng)與磁共振成像(MRI)系統(tǒng)組合在 稱為MRI-Linac的單個裝置內(nèi)。該裝置在本申請人的多個早期申請中被描述，該早期申請包 括編號12/704，944的美國專利申請（公開號2011/0201918)和編號2011/127947的PCT公開。 在這些早期申請的每個中所描述的系統(tǒng)中，MRI系統(tǒng)的磁線圈是分離的，留有一定的間隙， 治療放射束能夠穿過該間隙被輸送到患者。以這種方式，患者能夠在躺在同一位置時被基 本上同時成像和治療。
[0004] 如果MRI系統(tǒng)將向治療系統(tǒng)提供可靠的信息，則將這兩個系統(tǒng)精確校準(zhǔn)是重要的； 也就是說，MRI系統(tǒng)的坐標(biāo)系統(tǒng)必須與治療束的坐標(biāo)系統(tǒng)配準(zhǔn)，使得MRI系統(tǒng)中的測量結(jié)果 能夠被轉(zhuǎn)換成治療系統(tǒng)中的指令。
[0005] 體模(phantom)是被掃描或成像以評估和調(diào)整各種醫(yī)學(xué)成像設(shè)備的性能的已知設(shè) 備。Rhode等人的論文（"Registration and Tracking to Integrate X-Ray and MR Images in an XMR Facility"，IEEE Transactions on Medical Imaging，第22卷1369-1378頁)描述了一種將X射線與MR圖像配準(zhǔn)的方法，其中體模首先在X射線系統(tǒng)中被成像，之 后被平移一定距離并且由MRI系統(tǒng)成像。測量兩系統(tǒng)之間的該距離以使得兩個坐標(biāo)系被共 配準(zhǔn)。當(dāng)在X射線系統(tǒng)中時，滾珠軸承(ba11 bear ing)被用作體模內(nèi)的標(biāo)記物；當(dāng)在MRI系統(tǒng) 中時，滾珠軸承被MR成像標(biāo)記物所代替，以避免與強烈磁場的相互作用所產(chǎn)生的問題。
[0006] 該系統(tǒng)具有若干缺點。如果兩個標(biāo)記物沒有在體模內(nèi)被精確地共定位，則用MR成 像標(biāo)記物代替滾珠軸承引入了潛在的誤差源。此外，體模在該兩個設(shè)備之間的平移引入了 另外的誤差源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種供醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)的校準(zhǔn)使用的標(biāo)記物，包括:第 一部件，其具有第一氫質(zhì)子密度和第一質(zhì)量密度；以及第二部件，其具有不同于第一氫質(zhì)子 密度的第二氫質(zhì)子密度和不同于第一質(zhì)量密度的第二質(zhì)量密度，其中第一和第二部件是非 磁性的。
[0008] 在本發(fā)明的另外方面中，提供了校準(zhǔn)成像系統(tǒng)的體模和方法。
【附圖說明】
[0009] 為了更好地理解本發(fā)明，以及為了更加清楚地表明如何使本發(fā)明生效，現(xiàn)在將通 過示例的方式對以下的附圖做出參考，其中：
[0010] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的標(biāo)記物；
[0011] 圖2a是圖1的標(biāo)記物的MR圖像的示意圖示；
[0012 ]圖2b是圖1的標(biāo)記物的放射照相圖像的示意圖示；
[0013]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的標(biāo)記物；
[0014]圖4a是圖3的標(biāo)記物的MR圖像的示意圖示；
[00?5 ]圖4b是圖3的標(biāo)記物的放射照相圖像的示意圖示；
[0016]圖5a示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的體模；
[0017]圖5b示出了根據(jù)本發(fā)明的另外的實施例的體模；
[0018] 圖6示出了組合的MRI放射治療系統(tǒng)；以及
[0019] 圖7是根據(jù)本發(fā)明的實施例的方法的流程圖。 具體實施例
[0020] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的標(biāo)記物10的截面。如下文將解釋的，標(biāo)記物10適 于供使用不同成像模態(tài)的各種醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)所使用。
[0021] 為了理解標(biāo)記物如何起作用，首先考慮可以醫(yī)學(xué)成像中采用的不同成像機制是有 啟發(fā)的。
[0022] 磁共振(MR)成像通過將成像對象置于高強度磁場中來運行。目前，場強密度通常 在0.2到3T之間從系統(tǒng)到系統(tǒng)而不同。在這種強磁場中，對象中的氫質(zhì)子的磁矩變?yōu)榕c該磁 場對準(zhǔn)。通過將具有共振頻率的電磁信號施加到該對象，使那些質(zhì)子的自旋翻轉(zhuǎn)。當(dāng)關(guān)閉電 磁信號時，質(zhì)子往回翻轉(zhuǎn)并且發(fā)射電磁信號，該電磁信號能夠被接收線圈所接收。采用梯度 磁體來在空間上改變磁場，以便僅在該對象內(nèi)從某些位置生成可檢測的信號和/或使共振 頻率在不同位置處不同，以使得能夠?qū)崿F(xiàn)對所接收的電磁信號的空間編碼。不同材料中的 氫質(zhì)子以不同的弛豫速率返回到其平衡態(tài)，并且這也能夠用于在材料和構(gòu)造圖像之間進行 區(qū)分。
[0023] 以這種方式，具有高氫質(zhì)子密度的材料，即具有高數(shù)量的自由翻轉(zhuǎn)其磁矩的氫質(zhì) 子的材料，在MR圖像中是清晰且強力可見的。
[0024] 另一種成像模態(tài)采用放射，諸如X射線。用校準(zhǔn)的X射線束將要成像的對象作為目 標(biāo);該射束通常是圓錐形的，但可以采用其他形狀。置于主體的相對側(cè)上的檢測器在放射已 經(jīng)穿過對象之后檢測該放射。放射中的一些將已經(jīng)被對象吸收，使得由該檢測器收集的數(shù) 據(jù)以投影圖像的形式提供關(guān)于對象位置的信息。該技術(shù)是本領(lǐng)域中已知的，并且在此被稱 為放射照相術(shù)。使用計算機斷層掃描(CT)技術(shù)可以組合多個投影圖像以重建對象的體積圖 像。注意，正電子發(fā)射斷層掃描(PET)采用了以伽馬射線形式的電磁輻射，但不是放射照相 技術(shù)。
[0025] 對象吸收給定能量的X射線的可能性隨著對象的材料密度增加而增加，雖然該增 加是非線性的。高密度材料(諸如鉛或鎢）很容易吸收X射線，這導(dǎo)致將這些材料用于校準(zhǔn) 器、放射護罩等等之中。低密度對象在基于放射的圖像中可能是不可見的。吸收的可能性也 取決于放射的能量，其中不同的相互作用機制在不同的能量下進行支配。例如，在較低能量 X射線的情況下（即kv范圍內(nèi)），除材料密度的效應(yīng)外，由于光電效應(yīng)，X射線吸收可能是十分 材料敏感的。不同材料不同地吸收kV X射線(例如，如在kV X射線下在對骨骼的清晰成像中 所看到的那樣）。然而，在較高能量水平下（即MV范圍內(nèi)），相對吸收主要取決于對象中材料 的相對材料密度。因此，在MV能量水平下，通過成像具有不同材料密度的材料可以獲得高對 比度圖像。材料密度中的區(qū)別越大，圖像中的對比度越大。
[0026] 根據(jù)本發(fā)明的實施例的標(biāo)記物10可以被用于采用這些或其他技術(shù)的成像系統(tǒng)中。
[0027] 標(biāo)記物10包括第一標(biāo)記物部件12,其是固體的，并且在所圖示的實施例中具有球 形形狀。然而，如下面將更加詳細解釋的，在本發(fā)明的不同實施例中第一標(biāo)記物部件12可以 采取不同的形狀。
[0028]第一標(biāo)記物部件12是非磁性的，因為其對外部磁場沒有顯著影響（即它是非鐵磁 的）。正是這一特征允許標(biāo)記物10被用于磁共振(MR)成像系統(tǒng)中。進一步，在本發(fā)明的一些 實施例中，第一標(biāo)記物部件12是不導(dǎo)電的，因為導(dǎo)電材料能夠引起MR圖像中的失真。在本發(fā) 明的情境中，如果由MRI系統(tǒng)生成的射頻場能夠穿透（即穿過)部件，則該部件被認(rèn)為是不導(dǎo) 電的。部件材料在這種頻率下的趨膚深度(skin de