CN102049106B

CN102049106B - 分次放射治疗间放疗系统的精确影像定位系统及方法

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Publication number: CN102049106B
Application number: CN2010105871161A
Authority: CN
Inventors: 张岩
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-12-14
Filing date: 2010-12-14
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2030-12-14
Also published as: CN102049106A

Abstract

本发明涉及一种用于放疗设备分次放疗间的直接应用病灶影像的精确影像定位系统及方法。包括放疗设备1、移动治疗床架和床板3、CT机2、影像匹配加速卡4及工作站5；移动治疗床架和CT机之间固定连接，床板和移动治疗床架在CT机扫描成像平面内相对位置固定，而在扫描成像平面垂直方向上相对位置可调；本发明第一个步骤是在分次放疗开始时，移动治疗床架、床板和CT机不动，进行CT机的断层扫描成像；第二个步骤是治疗床架、床板和CT机在CT机的扫描成像平面中同时移动；第三个步骤是床板在与CT机的扫描成像平面垂直的方向移动，使得病人病灶中心位置和放疗设备焦点坐标完全重合。本发明克服了应用小孔径CT机的困难，同时可以应用现有的CT机，因此技术可靠性高、结构紧凑，价格低廉。

Description

分次放射治疗间放疗系统的精确影像定位系统及方法

技术领域

本发明涉及医疗设备，特别涉及放射治疗设备使用过程中的定位系统及方法。

背景技术

放疗是治疗癌症（病灶）最有效的手段之一，随着三维适形放疗(3D conformal radiotherapy)和调强放疗(IMRT)的发展，对于放疗过程的精确性要求越来越高，其中一个重要环节就是尽量减少临床靶区 (CTV)和计划靶区（PTV）的差别。近年来影像引导动态追踪放疗(IGRT)技术的提出和应用正是为了解决这一难题。临床靶区和计划靶区的差别主要反映在放疗过程的两个环节，一是分次放疗间的病灶位置的变化，二是分次放疗中病灶位置的运动和形状的改变。分次放疗间的病灶位置的变化主要来自以下因素：放疗师在治疗床上安置病人的技巧、消化器官和泌尿器官的不同充盈状况、体重的变化、或者甚至病人的神志状态。不仅在分次放疗间，病灶的位置会产生变化，同时在放疗的分次治疗过程中，病灶的位置和形状也会产生变化，其主要来自以下因素：正常的呼吸、心跳、和胃肠等能蠕动的器官的运动，和病人的不自主运动，例如咳嗽等。

对于分次放疗间的病灶位置的确定，临床可以采用病人体表的标记定位、体内植入标记、正交的KV级前后（AP）和侧位（LR）的X射线影像，参考治疗计划的相应标记和影像进行二维配准，得到控制病人治疗床的三维空间坐标和旋转坐标，从而这些信息反馈下载到治疗床的位置和方向控制系统，对治疗床的空间位置进行调整。但是由于体表标记和植入标记都不是直接的病灶，同时目前KV级前后（AP）和侧位（LR）的X射线影像的二维影像匹配是基于骨结构特征的，所以都不是直接的对于病灶本身的定位。而利用机载影像处理器（OBI）的CT的三维成像，使得放疗师可以直接利用病灶本身的解剖学特性，参考治疗计划中的三维影像进行三维影像匹配定位，或二维影像匹配定位，直接对病灶本身进行定位，但是机载影像处理器实现上复杂度较高，同时利用机载影像处理器的CT三维成像精度，相对于治疗计划CT影像的精度较差，此外，对于小孔径的CT机来说，要由于受到径向空间的限制，要调整移动治疗床的位置也是比较困难的。

发明内容

本发明提供一种分次放射治疗间放疗系统的精确影像定位系统及方法，采用移动治疗床架、床板和CT机在CT机扫描成像平面内相对位置固定，而在垂直扫描成像平面方向上可调，配合分步定位的方法，解决现有技术中应用小孔径CT机的困难、影像处理复杂度高、机载影像处理器的CT三维成像精度相对于治疗计划CT影像精度较差的技术问题。

本发明为解决上述技术问题而提供的放疗系统包括移动治疗床架和床板、放疗设备、CT机以及控制上述设备工作的控制系统，所述CT机和移动治疗床架与床板之间活动连接，所述控制系统包括影像匹配系统和位置控制系统，本发明的具体方案是CT机与移动治疗床架之间固定连接，而移动治疗床架与床板之间通过轴向移动机构连接，在与CT机扫描成像平面垂直方向上可相对移动。

这种分次放射治疗间放疗系统的精确影像定位方法包括以下步骤： A.首先在放疗设备、CT机以及移动治疗床架和床板均固定的情况下，CT机进行第一次扫描，获得病灶的扫描断层影像，所述放疗设备包括但不限于伽玛刀和直线加速器； B.将A步骤所获得的影像信息输入控制系统的影像匹配系统中，以断层影像中心与治疗计划中断层影像中心进行影像匹配，获得当前断层影像中心与治疗计划中断层影像中心三维坐标中三个坐标的偏差值，进而计算得到当前断层影像中心与放疗设备焦点的三维坐标中三个坐标的偏差值； C.分至少两步调整CT机和移动治疗床架和床板与放疗设备在扫描断层平面内的相对位置以及床板与移动治疗床架和CT机在垂直于扫描断层平面方向上的相对位置，直至消除步骤B中所述三个坐标的偏差值。

本发明的进一步改进在于：步骤C还可以分为以下分步骤： C1.调整CT机和移动治疗床架与放疗设备在扫描断层平面内的相对位置； C2.调整床板与放疗设备之间在垂直于扫描断层平面方向上的相对位置。

本发明中放射治疗系统包括放疗设备、移动治疗床架和床板、CT机，影像匹配加速卡及工作站；移动治疗床架和床板和CT机相连接，其连接方式是，在CT机扫描成像平面内，移动治疗床架和床板和CT机相对位置固定不变，而在与CT机扫描成像平面垂直方向上，相对位置可以改变。

本发明的方法直接利用病灶影像，经过三个步骤进行病灶的精确定位。第一个步骤是：在分次放疗开始时，病人、移动治疗床架和床板和CT机的相对位置和绝对位置均固定不变，此时利用CT机获取当前病人病灶的扫描断层影像，经过影像匹配，得到病灶影像中心位置和治疗计划中断层影像中心位置的三个坐标偏差、和；第二个步骤是：在CT机扫描成像平面内，同时移动病人、移动治疗床架和床板和CT机的位置，即病人、移动治疗床架和床板和CT机的相对位置不变，但是绝对位置发生改变，使得和得到补偿，即将病灶影像中心位置的CT机扫描成像平面坐标和治疗计划中断层影像中心位置的CT机扫描成像平面坐标重合；第三个步骤是：在与CT机扫描成像平面垂直的方向上，同时移动病人和床板，CT机的绝对位置不变，但是与床板的相对位置发生改变，移动，其中是治疗计划中断层影像中心位置和放疗设备焦点在与CT机扫描成像平面垂直方向的位移值，因此使得得到补偿，即将病灶影像中心位置和放疗设备焦点与CT机扫描成像平面垂直方向的坐标重合。经过上述三个步骤的病灶定位，病灶影像中心位置的三维坐标和放疗设备焦点的三维坐标完全重合。本发明的影像匹配结果，包括CT机获得的断层影像中病灶影像中心位置和放疗设备焦点位置的三个坐标偏差Δx、Δy和Δz。

本发明步骤C中的步骤C1和步骤C2的顺序可以对调。

本发明的再进一步改进在于：所述步骤C1还可以进一步分解为以下步骤： C11.调整CT机和移动治疗床架和床板与放疗设备在扫描断层平面内的水平向相对位置； C12. 调整CT机和移动治疗床架和床板与放疗设备在扫描断层平面内的垂直向相对位置。

本发明的更进一步改进在于：步骤B中的影像匹配定位系统包括有影像匹配加速卡以及影像匹配工作站，，所述影像匹配采用影像匹配加速卡和影像匹配工作站进行匹配，所述控制系统还包括位置控制系统，所述位置控制系统控制调整CT机和移动治疗床架和床板。所述的影像匹配加速卡和影像匹配工作站，是将治疗计划扫描断层影像数据和分次放疗间CT机获取的断层扫描影像数据进行匹配运算的硬件设备；其将匹配结果输出到移动治疗床架和床板的位置控制系统，从而调整移动治疗床架和床板移动的位移量。

本发明中的CT机用于在分次放疗开始时，对病灶进行断层扫描成像，所述的CT机获得的断层影像，与治疗计划中的断层影像进行影像匹配，得到影像匹配结果。

本发明中的CT机扫描成像平面，是CT机内径园所在的平面，也是CT机X射线球管沿园周轨迹运动形成的平面。

本发明中的与CT机扫描成像平面垂直的方向，是所述CT机扫描成像平面相垂直的矢量方向。

本发明中，由于病人、移动治疗床架和床板和CT机在CT机扫描成像平面内相对位置不发生改变，因此克服了在精确影像定位过程中，应用小孔径CT机的困难；本发明中，CT机可以直接选用市场上技术成熟的中低端CT机，关键部分不需要进行重新设计或进一步改造，因此，本发明具有结构紧凑、可靠性高、造价低的优点。

附图说明

图1是一种分次放射治疗间，直接应用病灶影像进行精确影像定位系统的Y坐标方向截面示意图；

图2是一种分次放射治疗间，直接应于病灶影像进行精确影像定位系统的X坐标方向截面示意图；

图3 是本发明方法中第一个步骤时的精确影像定位系统Y坐标方向截面示意图；

图4 是本发明方法中第二个步骤时的精确影像定位系统Y坐标方向截面示意图；

图5 是本发明方法中第二个步骤时的精确影像定位系统X坐标方向截面示意图；

图6 是本发明方法中第三个步骤时的精确影像定位系统X坐标方向截面示意图。

图中标记：放疗设备—1： CT机—2；移动治疗床架—3；影像匹配工作站—4；影像匹配加速卡—5；床板—6；病人病灶—M。

具体实施方式

结合上述附图说明本发明的具体实施例。

在病人体表做标记后，将病人放置在床板上，用CT机获取治疗计划影像。

如图1和图3中所示；在分次放射治疗开始时，首先核对标记，然后将病人放置在放疗系统中的床板6上，在分次放射治疗开始时，病人、移动治疗床架3和床板6和CT机2的相对位置和绝对位置均固定不变，此时利用CT机获取当前病人病灶的扫描断层影像。

在影像匹配加速卡5和影像匹配工作站4中，经过影像匹配，得到病灶影像中心位置和治疗计划中断层影像中心位置的三个坐标偏差Δx、Δy和Δz。

将坐标偏差Δx和Δz输入到位置控制系统，在CT机扫描成像平面内，如图4所示，即在X-Z平面中，同时移动病人、移动治疗床架和床板和CT机的位置，即病人、移动治疗床架、床板和CT机的相对位置不变，但是绝对位置发生改变，使得Δx和Δz得到补偿，即将病灶影像中心位置的CT机扫描成像平面坐标和治疗计划中断层影像中心位置的CT机扫描成像平面坐标重合，即如图4所示，在X-Z平面中同时移动Δx和Δz，使得病灶影像中心位置的X和Z坐标和治疗计划中断层影像中心位置的X和Z坐标重合，同时也就是使得病灶影像中心位置的X和Z坐标和放疗设备1焦点位置的X和Z坐标重合。

将坐标偏差Δy输入到位置控制系统，在与CT机扫描成像平面垂直的方向上，如图5和6所示，即在Y方向上，同时移动病人和床板，CT机的绝对位置不变，但是与床板的相对位置发生改变，移动L+Δy，其中L是治疗计划中断层影像中心位置和放疗设备焦点在与CT机扫描成像平面垂直方向的位移值，因此使得Δy得到补偿，即将病灶影像中心位置的与CT机扫描成像平面垂直方向的坐标和放疗设备焦点与CT机扫描成像平面垂直方向的坐标重合，如图6所示，即病灶影像中心位置的Y坐标和放疗设备焦点位置的Y坐标完全重合。

经过以上步骤，应用病灶影像进行病人病灶的精确定位，使得病灶影像中心位置的三维坐标和放疗设备焦点位置的三维坐标完全重合。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种分次放射治疗间放疗系统的精确影像定位方法，其特征在于：该方法包括以下步骤： A.首先在放疗设备、CT机以及移动治疗床架和床板均固定的情况下，CT机进行第一次扫描，获得病灶的扫描断层影像； B.将A步骤所获得的影像信息输入控制系统的影像匹配定位系统中，以断层影像中心与治疗计划中断层影像中心进行影像匹配，获得当前断层影像中心与治疗计划中断层影像中心三维坐标中三个坐标的偏差值，进而计算得到当前断层影像中心与放疗设备焦点的三维坐标中三个坐标的偏差值； C.分至少两步调整CT机和移动治疗床架和床板与放疗设备在扫描断层平面内的相对位置以及移动床板与放疗设备在垂直于扫描断层平面方向上的相对位置，直至消除步骤B中所述的当前断层影像中心与放疗设备焦点的三个坐标的偏差值；步骤C还可以分为以下分步骤： C1.调整CT机、移动治疗床架和床板与放疗设备在扫描断层平面内的相对位置； C2.调整床板与放疗设备在垂直于扫描断层平面方向上的相对位置。

2.根据权利要求1所述分次放射治疗间放疗系统的精确影像定位方法，其特征在于：步骤C中的步骤C1和步骤C2的顺序对调。

3.根据权利要求1或2所述分次放射治疗间放疗系统的精确影像定位方法，其特征在于：所述步骤C1还可以进一步分解为以下步骤： C11.调整CT机、移动治疗床架和床板与放疗设备在扫描断层平面内的水平向相对位置； C12. 调整CT机、移动治疗床架和床板与放疗设备在扫描断层平面内的垂直向相对位置。

4.根据权利要求1或2所述分次放射治疗间放疗系统的精确影像定位方法，其特征在于：步骤B中的影像匹配定位系统包括有影像匹配加速卡以及影像匹配工作站，所述影像匹配采用影像匹配加速卡和影像匹配工作站进行匹配，所述控制系统还包括位置控制系统，所述位置控制系统控制调整CT机和移动治疗床架和床板。

5.根据权利要求1或2所述分次放射治疗间放疗系统的精确影像定位方法，其特征在于：所述放疗设备包括伽玛刀和直线加速器。

6.一种采用权利要求1至5中任一项所述方法的放疗系统，包括移动治疗床架和床板、放疗设备、CT机以及控制上述设备工作的控制系统，其特征在于：所述CT机和移动治疗床架与床板之间活动连接，所述控制系统包括影像匹配系统和位置控制系统。

7.根据权利要求6所述的放疗系统，其特征在于：所述CT机与移动治疗床架之间固定连接，床板与移动治疗床架之间为活动连接， CT机与移动治疗床架之间在CT机扫描成像平面内的相对位置固定，移动治疗床架和床板之间在与CT机扫描成像平面垂直方向上可相对移动。