CN102670237B - 一种伽玛辐射定位系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种伽玛辐射定位方法及系统，通过将CT图像重构获得含有定位标记的DDR图像，根据DDR图像确定肿瘤治疗坐标，所述X光球管和所述成像组件分别安装在所述伽玛辐射头和所述弧形轨道上，所述X光球管和所述成像组件在不同角度分别对患者肿瘤区域从不同角度成像得到至少两张DR图像，所述DR图像中含有标记图像，所述重建单元根据患者的CT图像重建生成DDR图像，所述匹配单元根据至少两张DR图像将定位标记的坐标转换为治疗坐标，然后将该治疗坐标与所述对应角度的DDR图像定位标记的坐标进行匹配计算，并获取定位参数，所述上位机根据定位参数对肿瘤重新定位。本发明一种伽玛辐射定位方法及系统，能根据器官位置的变化调整治疗条件使照射野紧紧“追随”靶区，做到真正意义上的精确治疗。

Description

一种伽玛辐射定位系统

技术领域

本发明涉及一种摆位验证系统，尤其涉及一种伽玛辐射定位系统。

背景技术

在采用伽玛辐射肿瘤治疗设备治疗肿瘤时，通常先对病人肿瘤部位照CT，通过对CT图像的重建，进行诊断定位，获取肿瘤位置，然后根据肿瘤位置制定治疗计划。通常肿瘤治疗计划制定一段时间后，病人才会重新上伽玛辐射肿瘤治疗设备进行治疗，但会由于呼吸和蠕动运动、日常摆位误差、靶区收缩等引起肿瘤位置变化，从而导致放疗剂量分布的变化和治疗计划的改变。现有伽玛辐射肿瘤治疗设备通常从一个角度来重新确定肿瘤位置，其肿瘤位置确定的精确度久佳，并不能根据器官位置的变化调整治疗条件使照射野紧紧“追随”靶区，也不能做到真正意义上的精确治疗。

发明内容

本发明解决的技术问题是：构建一种伽玛辐射定位系统，克服现有技术不能根据器官位置的变化调整治疗条件使照射野紧紧“追随”靶区，也不能做到真正意义上的精确治疗的技术问题。

本发明的技术方案是：构建一种伽玛辐射定位方法，所述定位系统包括发生伽玛射线的伽玛辐射头、设置在患者体表进行肿瘤定位的定位标记、发出成像X光的X光球管、配合所述X光球管成像的成像组件、弧形轨道、根据患者的CT图像重建生成DDR图像的图像重建单元、对DR图像和DDR图像进行匹配计算的匹配单元、获取定位参数的获取单元、对肿瘤重新定位的定位单元，所述伽玛辐射头在所述弧形轨道上移动，所述X光球管和所述成像组件分别安装在所述伽玛辐射头和所述弧形轨道上，所述伽玛辐射定位方法包括如下步骤：

设置定位标记：将定位标记固定设置在患者身上；

重建DDR图像：根据拍摄含有定位标记的CT图像重建生成DDR图像；

拍摄DR图像：移动所述X光球管和所述成像组件，分别对患者肿瘤区域从不同角度成像得到至少两张DR图像，所述DR图像中含有标记图像；

匹配计算：匹配单元根据至少两张DR图像定位标记的坐标转换为治疗坐标，然后将该治疗坐标与对应角度的DDR图像定位标记的坐标进行匹配计算得到匹配计算结果；

获取定位参数：获取单元根据匹配计算结果及所述治疗计划确定的肿瘤坐标获取定位参数；

定位：定位单元根据所述定位参数对肿瘤重新定位。

本发明的进一步技术方案是：在设置定位标记步骤中，所述定位标记为多个，所述多个定位标记分别固定在患者身上的不同位置，在所述拍摄单元拍摄的多张DR图像上所述定位标记互不重合。

本发明的进一步技术方案是：在匹配计算步骤中，将多个定位标记分别与所述DDR图像对应的定位标记的匹配计算结果进行平均，取其均值作为最终匹配计算结果。

本发明的进一步技术方案是：在定位步骤中，还包括设置重新定位靶点坐标的阀值，通过定位参数与阀值来重新定位靶点坐标，当定位参数在阀值范围外时，调整靶点位置重新定位靶点坐标；当定位参数在阀值范围内时，以定位参数补偿对肿瘤重新定位。

本发明的技术方案是：构建一种伽玛辐射定位系统，包括发生伽玛射线的伽玛辐射头、设置在患者体表进行肿瘤定位的定位标记、发出成像X光的X光球管、配合所述X光球管成像的成像组件、弧形轨道、根据患者的CT图像重建生成DDR图像的图像重建单元、对DR图像和DDR图像进行匹配计算的匹配单元、获取定位参数的获取单元、对肿瘤重新定位的定位单元，所述伽玛辐射头在所述弧形轨道上移动，所述X光球管和所述成像组件分别安装在所述伽玛辐射头和所述弧形轨道上，所述X光球管和所述成像组件在不同角度分别对患者肿瘤区域从不同角度成像得到至少两张DR图像，所述DR图像中含有标记图像，所述匹配单元根据至少两张DR图像将定位标记的坐标转换为治疗坐标，然后将该治疗坐标与对应角度的DDR图像定位标记的坐标进行匹配计算，所述获取单元获取定位参数，所述定位单元根据定位参数对肿瘤重新定位。

本发明的进一步技术方案是：所述成像组件为平板探测器。

本发明的进一步技术方案是：所述定位单元包括设置阀值的阀值设置模块。

本发明的进一步技术方案是：所述定位标记为多个，所述多个定位标记分别固定在患者身上的不同位置，在所述拍摄单元拍摄的多张DR图像上所述定位标记互不重合。

本发明的进一步技术方案是：所述匹配单元将多个定位标记分别与所述DDR图像对应的定位标记的匹配计算结果进行平均，取其均值作为最终匹配计算结果。

本发明的进一步技术方案是：还包括固定所述定位标记的支架，所述支架包括牙托。

本发明的技术效果是：本发明一种伽玛辐射定位系统，通过将CT图像重构获得含有定位标记的DDR图像，根据DDR图像确定肿瘤治疗坐标，所述X光球管和所述成像组件分别安装在所述伽玛辐射头和所述弧形轨道上，所述X光球管和所述成像组件在不同角度分别对患者肿瘤区域从不同角度成像得到至少两张DR图像，所述DR图像中含有标记图像，所述重建单元根据患者的CT图像重建生成DDR图像，所述匹配单元根据至少两张DR图像将定位标记的坐标转换为治疗坐标，然后将该治疗坐标与对应角度的DDR图像定位标记的坐标进行匹配计算，并获取定位参数，所述上位机根据定位参数对肿瘤重新定位。本发明一种伽玛辐射定位系统，能根据器官位置的变化调整治疗条件使照射野紧紧“追随”靶区，做到真正意义上的精确治疗。

附图说明

图1为本发明的流程图。

图2为本发明的结构示意图。

图3为本发明的结构图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明技术方案进一步说明。

如图1、图2、图3所示，本发明的具体实施方式是：构建一种伽玛辐射定位方法，所述定位系统包括发生伽玛射线的伽玛辐射头1、设置在患者体表进行肿瘤定位的定位标记、发出成像X光的X光球管2、配合所述X光球管成像的成像组件3、弧形轨道5、根据患者的CT图像重建生成DDR图像的图像重建单元6、对DR图像和DDR图像进行匹配计算的匹配单元7、获取定位参数的获取单元8、对肿瘤重新定位的定位单元9，所述伽玛辐射头1在所述弧形轨道5上移动，所述X光球管2和所述成像组件3分别安装在所述伽玛辐射头1和所述弧形轨道5上，所述伽玛辐射定位方法包括如下步骤：

步骤100：设置定位标记，即，将定位标记固定设置在患者身上。

步骤200：重建DDR图像：重建单元6根据拍摄含有定位标记的CT图像重建生成DDR图像。具体过程如下：由于定位标记固定设置在患者身上，CT图像中含有定位标记，构建三维坐标系，根据拍摄含有定位标记的CT图像重建生成DDR图像，其重建生成的DDR图像上，定位标记及肿瘤位置分别得到其在该三维坐标系中的坐标，然后治疗计划系统制定出治疗计划，即得到治疗靶点的三维坐标，定位标记也具有在该三维坐标系中的三维坐标。重建过程中，以所述CT图像的中心点作为DRR图像的中心进行DDR图像重建。

步骤300：拍摄DR图像，即：分别从不同角度拍摄患者肿瘤区域至少两张DR图像。

步骤400：匹配计算，即：匹配单元7根据至少两张DR图像定位标记的坐标转换为治疗坐标，然后将该治疗坐标与对应角度的DDR图像定位标记的坐标进行匹配计算得到匹配计算结果。

具体过程如下：根据至少两张DR图像将定位标记的坐标转换为治疗坐标：

$x=\frac{(x_3\×\cos \mathrm{\α}-a\×\sin \mathrm{\α})\×(z-a\×\cos \mathrm{\α})}{a\×\sin \mathrm{\α}-x_3\×\sin \mathrm{\α}-b\×\cos \mathrm{\α}}$

$y=\frac{y_3\×(x-a\×\sin \mathrm{\α})}{x_3\×\cos \mathrm{\α}-b\×\sin \mathrm{\α}}$

$z=\frac{(x_3\×\sin \mathrm{\α}+b\×\cos \mathrm{\α})\×(X_3\×\sin \mathrm{\β}+b\×\cos \mathrm{\β})\×(a\×\sin \mathrm{\α}-a\×\sin \mathrm{\β})+a\×\cos \mathrm{\α}\×}{(x_3\×\cos \mathrm{\α}-b\×\sin \mathrm{\α})\×(X_3\sin \mathrm{\β}+b\×\cos \mathrm{\β})-(X_3\×\cos \mathrm{\β}-a\×\sin \mathrm{\β})\×}$

$\frac{(x_3\×\cos \mathrm{\α}-b\×\sin \mathrm{\α})\×(X_3\×\sin \mathrm{\β}+b\×\cos \mathrm{\β})-a\×\cos \mathrm{\β}\×(X_3\×\cos \mathrm{\β}-b\×\sin \mathrm{\β})\×}{(x_3\×\sin \mathrm{\α}+b\×\cos \mathrm{\α})}$

$\underset{\‾}{(x_3\×\sin \mathrm{\α}+b\×\cos \mathrm{\α})}$

其中：a为治疗焦点到平板探测器之间的距离，b为辐射头和平板探测器之间的距离；

(x₃,y₃)为定位标记在角度α下DR图像中的点坐标变换而来，其坐标系以图像中心为原点，向右为x轴，向上为y轴，

$\left\{\begin{array}{c}{x}_3=x_1-\frac{\mathrm{imagewidth}}{2}\\ y_3=y_1-\frac{\mathrm{imagelength}}{2}\end{array}\right.$

(x₁,y₁)为定位标记点在角度α下DR图像中点的坐标；

(X₃,Y₃)为定位标记在角度β下DR图像中点坐标变换而来，其坐标系以图像中心为原点，向右为x轴，向上为y轴：

$\left\{\begin{array}{c}{X}_3=X_1-\frac{\mathrm{imagewidth}}{2}\\ Y_3=Y_1-\frac{\mathrm{imagelength}}{2}\end{array}\right.$

(X₁,Y₁)为定位标记点在角度β下DR图像中点的坐标。

步骤500：获取定位参数，即：获取单元8根据匹配计算结果及所述治疗计划确定的肿瘤坐标获取定位参数。具体过程如下：得到该定位标记的治疗坐标(x、y、z)。根据该定位标记的DDR图像，将该定位标记的治疗坐标(x、y、z)与该定位标记的DDR图像的三维坐标分别相减，得到该定位标记治疗坐标(x、y、z)与该定位标记的DDR图像的三维坐标的坐标差，即患者的定位参数。

步骤600：定位：定位单元9根据所述定位参数对肿瘤重新定位。具体过程如下：将该定位参数增加到DDR图像肿瘤坐标的相应坐标上，得到肿瘤新的治疗坐标，以肿瘤新的治疗坐标对肿瘤重新定位。

本发明优选实施方式中，所述定位标记为多个，所述多个定位标记分别固定在患者身上的不同位置，在所述拍摄单元2拍摄的多张DR图像上所述定位标记互不重合。所述匹配单元7将多个定位标记分别与所述DDR图像对应的定位标记的匹配计算结果进行平均，取其均值作为最终匹配计算结果。具体过程如下：若定位标记为多个，则分别计算，由每个定位标记得到一个该点的治疗坐标，然后分别得出各自定位标记的坐标差，取坐标差的均值作为定位参数，然后，所述定位单元9将该定位参数增加到DDR图像肿瘤坐标的相应坐标上，得到肿瘤新的治疗坐标，以肿瘤新的治疗坐标对肿瘤重新定位。这样能得到更加精确的定位。

本发明优选实施方式中，在定位步骤中，还包括设置重新定位靶点坐标的阀值，通过定位参数与阀值来重新定位靶点坐标，当定位参数在阀值范围外时，调整靶点位置重新定位靶点坐标；当定位参数在阀值范围内时，以定位参数补偿对肿瘤重新定位。

如图2、图3所示，本发明的具体实施方式是：构建一种伽玛辐射定位系统，包括发生伽玛射线的伽玛辐射头1、设置在患者体表进行肿瘤定位的定位标记、发出成像X光的X光球管2、配合所述X光球管成像的成像组件3、弧形轨道5、根据患者的CT图像重建生成DDR图像的图像重建单元6、对DR图像和DDR图像进行匹配计算的匹配单元7、获取定位参数的获取单元8、对肿瘤重新定位的定位单元9，所述伽玛辐射头1在所述弧形轨道5上移动，所述X光球管2和所述成像组件3分别安装在所述伽玛辐射头1和所述弧形轨道5上，所述X光球管2和所述成像组件3在不同角度分别对患者肿瘤区域从不同角度成像得到至少两张DR图像，所述DR图像中含有标记图像，所述图像重建单元6重建的DDR图像含有所述定位标记的记号，所述匹配单元7根据至少两张DR图像将定位标记的坐标转换为治疗坐标，然后将该治疗坐标与对应角度的DDR图像定位标记的坐标进行匹配计算，所述获取单元8根据匹配计算的结果及所述治疗计划确定的肿瘤坐标获取定位参数，所述定位单元9根据所述获取单元8获取的定位参数对肿瘤重新定位。

如图2、图3所示，所述，本发明的具体实施过程如下：将患者放置到治疗床上，通过将CT图像重构获得含有定位标记的DDR图像，根据DDR图像确定肿瘤治疗坐标，制定治疗计划。所述伽玛辐射头1在所述弧形轨道5上移动，所述X光球管2和所述成像组件3分别安装在所述伽玛辐射头1和所述弧形轨道5上，所述X光球管2和所述成像组件3在不同角度分别对患者肿瘤区域从不同角度成像得到至少两张DR图像，所述DR图像中含有标记图像，所述重建单元6根据患者的CT图像重建生成DDR图像，所述匹配单元7根据至少两张DR图像将定位标记的坐标转换为治疗坐标，然后将该治疗坐标与对应角度的DDR图像定位标记的坐标进行匹配计算，获取单元8获取定位参数，所述定位单元9根据定位参数对肿瘤重新定位。具体实施例中，所述成像组件3为平板探测器。所述弧形轨道5安装在机架上。

所述匹配单元7根据至少两张DR图像将定位标记的坐标转换为治疗坐标，然后将该治疗坐标与对应角度的DDR图像定位标记的坐标进行匹配计算，具体过程如下：

$x=\frac{(x_3\×\cos \mathrm{\α}-a\×\sin \mathrm{\α})\×(z-a\×\cos \mathrm{\α})}{a\×\sin \mathrm{\α}-x_3\×\sin \mathrm{\α}-b\×\cos \mathrm{\α}}$

$y=\frac{y_3\×(x-a\×\sin \mathrm{\α})}{x_3\×\cos \mathrm{\α}-b\×\sin \mathrm{\α}}$

$z=\frac{(x_3\×\sin \mathrm{\α}+b\×\cos \mathrm{\α})\×(X_3\×\sin \mathrm{\β}+b\×\cos \mathrm{\β})\×(a\×\sin \mathrm{\α}-a\×\sin \mathrm{\β})+a\×\cos \mathrm{\α}\×}{(x_3\×\cos \mathrm{\α}-b\×\sin \mathrm{\α})\×(X_3\sin \mathrm{\β}+b\×\cos \mathrm{\β})-(X_3\×\cos \mathrm{\β}-a\×\sin \mathrm{\β})\×}$

$\frac{(x_3\×\cos \mathrm{\α}-b\×\sin \mathrm{\α})\×(X_3\×\sin \mathrm{\β}+b\×\cos \mathrm{\β})-a\×\cos \mathrm{\β}\×(X_3\×\cos \mathrm{\β}-b\×\sin \mathrm{\β})\×}{(x_3\×\sin \mathrm{\α}+b\×\cos \mathrm{\α})}$

$\underset{\‾}{(x_3\×\sin \mathrm{\α}+b\×\cos \mathrm{\α})}$

其中：a为治疗焦点到平板探测器之间的距离，b为辐射头和平板探测器之间的距离。

(x₃,y₃)为定位标记在角度α下DR图像中的点坐标变换而来，其坐标系以图像中心为原点，向右为x轴，向上为y轴，

$\left\{\begin{array}{c}{x}_3=x_1-\frac{\mathrm{imagewidth}}{2}\\ y_3=y_1-\frac{\mathrm{imagelength}}{2}\end{array}\right.$

(x₁,y₁)为定位标记点在角度α下DR图像中点的坐标；

(X₃,Y₃)为定位标记在角度β下DR图像中点坐标变换而来，其坐标系以图像中心为原点，向右为x轴，向上为y轴：

$\left\{\begin{array}{c}{X}_3=X_1-\frac{\mathrm{imagewidth}}{2}\\ Y_3=Y_1-\frac{\mathrm{imagelength}}{2}\end{array}\right.$

(X₁,Y₁)为定位标记点在角度β下DR图像中点的坐标。

由此，得到该定位标记的治疗坐标(x、y、z)。根据该定位标记的DDR图像，将该定位标记的治疗坐标(x、y、z)与该定位标记的DDR图像的三维坐标分别相减，得到该定位标记治疗坐标(x、y、z)与该定位标记的DDR图像的三维坐标的坐标差，即患者的定位参数，然后，所述定位单元9将该定位参数增加到DDR图像肿瘤坐标的相应坐标上，得到肿瘤新的治疗坐标，以肿瘤新的治疗坐标对肿瘤重新定位。

本发明优选实施方式中，所述定位标记为多个，所述多个定位标记分别固定在患者身上的不同位置，在所述拍摄单元2拍摄的多张DR图像上所述定位标记互不重合。所述匹配单元7将多个定位标记分别与所述DDR图像对应的定位标记的匹配计算结果进行平均，取其均值作为最终匹配计算结果。具体过程如下：若定位标记为多个，则分别计算，由每个定位标记得到一个该点的治疗坐标，然后分别得出各自定位标记的坐标差，取坐标差的均值作为定位参数，然后，所述定位单元9将该定位参数增加到DDR图像肿瘤坐标的相应坐标上，得到肿瘤新的治疗坐标，以新的治疗坐标对肿瘤重新定位。这样能得到更加精确的定位。

如图2、图3所示，本发明的优选实施方式是：所述X光球管2设置在所述伽玛辐射头1上，所述X光球管2和所述伽玛辐射头1通过联接组件4联接，所述成像组件3设置在所述弧形轨道5上，使用时，移动所述伽玛辐射头1从而带动所述X光球管2移动，移动所述成像组件3，使所述X光球管2发出的X光线穿过患者病患部位后到达相对的所述成像组件3进行成像。在指定的相差60°的两个位置(60°、120°)分别获取两组X光DR图像。本发明充分利用了治疗头旋转拉弧带动影像接收板同步旋转，可以在一定范围内任意角度获取X光DR图像。

如图1所示，本发明的优选实施方式是：在定位步骤中，还包括设置重新定位靶点坐标的阀值，通过定位参数与阀值来重新定位靶点坐标，当定位参数在阀值范围外时，调整靶点位置重新定位靶点坐标；当定位参数在阀值范围内时，以定位参数补偿对肿瘤重新定位。

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 (6)

1.一种伽玛辐射定位系统，其特征在于，包括发生伽玛射线的伽玛辐射头、设置在患者体表进行肿瘤定位的定位标记、发出成像X光的X光球管、配合所述X光球管成像的成像组件、弧形轨道、根据患者的CT图像重建生成DDR图像的图像重建单元、对DR图像和DDR图像进行匹配计算的匹配单元、获取定位参数的获取单元、对肿瘤重新定位的定位单元，所述伽玛辐射头在所述弧形轨道上移动，所述X光球管和所述成像组件分别安装在所述伽玛辐射头和所述弧形轨道上，所述X光球管和所述成像组件对患者肿瘤区域在不同角度成像得到至少两张不同角度的DR图像，所述DR图像中含有标记图像，所述匹配单元根据至少两张DR图像将定位标记的坐标转换为治疗坐标，然后将该治疗坐标与对应角度的DDR图像定位标记的坐标进行匹配计算，所述获取单元获取定位参数，所述定位单元根据定位参数对肿瘤重新定位。

2.根据权利要求1所述伽玛辐射定位系统，其特征在于，所述成像组件为平板探测器。

3.根据权利要求1所述伽玛辐射定位系统，其特征在于，所述定位单元包括设置阀值的阀值设置模块。

4.根据权利要求1所述伽玛辐射定位系统，其特征在于，所述定位标记为多个，所述多个定位标记分别固定在患者身上的不同位置，在所述X光球管和所述成像组件拍摄的多张DR图像上所述定位标记互不重合。

5.根据权利要求4所述伽玛辐射定位系统，其特征在于，所述匹配单元将多个定位标记分别与所述DDR图像对应的定位标记的匹配计算结果进行平均，取其均值作为最终匹配计算结果。

6.根据权利要求1所述伽玛辐射定位系统，其特征在于，还包括固定所述定位标记的支架，所述支架包括牙托。