CN103782320A - 在可变形图像配准工作流中用户输入和变形矢量场的校正的集成 - Google Patents

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Abstract

计算相对地在空间上配准第一图像(16)和第二图像(14)的变形矢量场(DVF)(22)。使用所述DVF调节描绘第一图像(16)中的结构的轮廓(26),以便在所述第二图像(14)中生成所述结构的初始轮廓(52)。接收所述第二图像中的所述结构的最终轮廓(56)。以所述第二图像中的所述结构的所述初始轮廓和所述最终轮廓为基础来校正所述DVF以便生成校正的DVF(32)。所述校正可以包括计算与所述初始轮廓和所述最终轮廓相关的调整DVF(62)并且将所述DVF与所述调整DVF进行组合以便生成校正的DVF。可以通过显示叠置有所述初始轮廓的所述第二图像并且接收叠置的轮廓的用户调整来接收所述最终轮廓,对于每一个接收到的用户调整,更新所述叠置的轮廓。

Description

在可变形图像配准工作流中用户输入和变形矢量场的校正的集成
技术领域
下文涉及医学成像领域。它特别涉及结合分次放射治疗的执行获取的连续图像的图像配准,并且特别参照其进行描述。下文更通常涉及图像与先前获取的并且通常是分割的图像的配准。
背景技术
在分次放射治疗中,放射剂量分散在一系列放射治疗疗程上。对放射剂量进行分次提供了某些益处,例如允许患者在疗程之间恢复,并且使医务人员能够评估从一个疗程到另一个疗程的放射治疗的有效性并且进行调整,例如以便适应恶性肿瘤在尺寸上随着时间的减小(也许由于放射治疗的有效性)。
在强度调制放射治疗(IMRT)中,控制放射束以便将放射剂量递送到恶性组织,同时限制周围健康组织,特别是可能特别易受放射损害的所谓的“关键”器官,的放射暴露。IMRT能够使用各种放射束调制工具,例如多叶片准直器(MLC)装置,在大角度范围(高达360°)上提供照射的层析成像轨道放射源,等等。
然而,在分次放射治疗中的困难是,肿瘤和周围器官或组织的位置、尺寸、方位和其它方面可能由于诸如重量损失或增加、器官在体内的自然移动等等的各种因素而随着时间改变。如果这些改变未被适应,则IMRT参数会导致没有很好地瞄准恶性肿瘤而是部分地覆盖并且照射关键结构的照射。
为了适应随着时间的改变,已知的是获取典型地具有高分辨率的初始计划图像,后面是例如在放射治疗疗程之间获取的所谓的“处理”图像的随后获取。处理图像可以具有较低的分辨率,并且也可以具有与计划图像不同的模态。例如,计划图像可以是高分辨率计算机断层扫描(CT)图像,而随后的处理图像可以是较低分辨率CT图像(可能使用与放射治疗系统集成的CT扫描仪来获取)和/或诸如正电子发射断层扫描(PET)或单光子发射计算机断层扫描(SPECT)图像的发射图像。诸如PET或SPECT图像的发射图像有利地倾向于提供功能信息并且能够识别坏死的组织,具有高密度微脉管系统的组织,等等。
在典型的分次IMRT过程中,初始计划图像被手动或半自动地分割以便描绘将作为照射的目标的恶性肿瘤以及其照射应该被限制的任何周围关键结构。这些特征通过轮廓来描绘。计划图像也用于生成放射衰减图。在CT计划图像的情况下,这需要调整本质上是在CT成像中使用的x射线的衰减图的CT图像,以便考虑放射治疗束的能量中的差异。
以下,为了考虑随着时间的改变,获取处理图像。处理图像和计划图像在空间上被配准。对于IMRT,典型地采用非刚性空间配准,以便精确地考虑比简单刚性平移或旋转更复杂的改变。肿瘤和关键结构在处理图像中被画轮廓,并且将因而产生的轮廓与计划图像的轮廓进行比较,以便识别任何改变。
画轮廓过程是手动密集的,并且潜在地倾向于具有人为误差。可以以非刚性配准变形矢量场(DVF)为基础通过将计划图像轮廓调节到处理图像来部分地自动化画轮廓。然而,因而产生的轮廓有时并不足够精确,并且会要求手动校正。而且,通常不将轮廓传播到放射治疗计划的所有方面。例如,轮廓典型地不用于校正放射衰减图或者不用于计算剂量累积,等等。
下文设想克服前述限制和其它限制的改进的装置和方法。
发明内容
根据一个方面,一种方法包括:计算相对地在空间上配准第一图像和第二图像的变形矢量场(DVF);使用所述DVF调节描绘所述第一图像中的结构的轮廓以便在第二图像中生成所述结构的初始轮廓;接收所述第二图像中的所述结构的最终轮廓;并且以所述第二图像中的所述结构的所述初始轮廓和所述最终轮廓为基础来校正所述DVF以便生成校正的DVF;其中,所述计算、调节和校正由电子处理设备执行。在一些实施例中,所述校正包括计算与所述初始轮廓和所述最终轮廓相关的调整DVF并且将所述DVF和所述调整DVF进行组合以便生成校正的DVF。
根据另一方面,一种非暂态存储介质存储由电子处理设备可执行的指令以便执行一种方法,所述方法包括:调整第二图像的轮廓;并且以所述轮廓的调整为基础来更新在所述第二图像和第一图像之间映射的变形矢量场(DVF)以便生成在所述第二图像和所述第一图像之间映射的更新的DVF。
根据另一方面,一种装置包括:电子处理设备,配置为计算在空间上映射第一图像和第二图像的变形矢量场(DVF);以及用户接口,配置为显示所述第二图像以及包括通过使用DVF将所述第一图像的轮廓映射到所述第二图像而生成的初始轮廓的叠置的轮廓。所述用户接口进一步配置为接收并且显示所述叠置的轮廓的用户调整,其中通过所述用户调整所调整的叠置的轮廓限定最终轮廓。所述电子处理设备进一步配置为以所述初始轮廓和所述最终轮廓为基础来校正所述DVF以便生成校正的DVF。在一些实施例中,所述第一图像是用于计划强度调制放射治疗(IMRT)的计划图像,并且所述第二图像是用于更新IMRT的处理图像,并且所述电子处理设备进一步配置为至少以校正的DVF为基础来更新所述IMRT的一个或多个参数。在一些这样的实施例中,所述装置进一步包括配置为使用一个或多个更新的参数来执行IMRT的疗程的IMRT递送系统。
一个优点在于将来自手动轮廓校正的自动反馈提供回到非刚性空间图像配准,以使得依赖于图像配准的准确度的处理受益于手动轮廓校正。
另一优点在于通过将轮廓校正反馈回到处理图像和计划图像的非刚性空间配准来提供更加精确的分次放射治疗。
通过阅读下面的详细描述,许多附加的优点和益处将对于本领域中的普通技术人员变得明显。
附图说明
本发明可以采取各种部件和部件的布置以及各种过程操作和过程操作的布置的形式。附图仅出于说明优选实施例的目的,并且不应该被构筑为限制本发明。
图1用图表法示出了本文公开的分次强度调制放射治疗(IMRT)系统。
图2更加详细地用图表法示出了变形矢量场(DVF)校正模块。
图3到图4用图表法示出了用户可以经由其输入轮廓调整的用户接口显示器。
图5用图表法示出了由图2的轮廓/DVF校正模块适当地执行的过程。
具体实施方式
参照图1,描述了说明性强度调制放射治疗(IMRT)系统。强度调制放射治疗被执行为分次放射治疗,即,在一系列放射治疗疗程上被执行。在放射治疗开始之前,获取对象(例如,肿瘤患者、经受兽医放射治疗的动物,等等)的计划图像。计划图像典型地是透射式计算机断层扫描(CT)图像,尽管计划图像可以通过诸如磁共振(MR)的另一成像模态、诸如正电子发射断层扫描(PET)或单光子发射计算机断层扫描(SPECT)的发射模态等等来获取。而且,应该理解,计划图像可能需要获取体积(3D)图像、共同限定体积图像的一排平面(2D)图像等等,并且计划图像可以使用两种或多种不同的成像模态。作为后面情况的示例,在一些放射治疗工作流中,可以使用(i)获取解剖信息的CT和(ii)获取功能信息的诸如PET或SPECT的发射模态来执行计划成像。在一些医疗机构中,将计划图像存储在图片存档和通信系统(PACS)10中,计划图像可以由诸如肿瘤学家、放射学家、患者的私人医师等等的经授权的医务人员从该图片存档和通信系统10进行访问。
计划图像典型地由肿瘤学家或其他有资质的医务人员分析,以便计划放射治疗方案。在典型的计划过程中,肿瘤学家或其他有资质的医务人员在一个或多个计划图像上或者在该一个或多个计划图像中手动地绘制轮廓。这些轮廓描绘恶性肿瘤(或者更一般地,将是放射治疗的目标的恶性组织),并且典型地还描绘作为易受来自放射暴露的相当大的损害的器官、组织等等的一个或多个“关键”结构。典型地,IMRT的目标是将至少指定的放射剂量递送到目标肿瘤或组织,同时保持关键结构的放射暴露低于指定的最大允许水平。将这些轮廓与计划图像一起存储在PACS10中。
放射治疗计划以诸如下面的信息为基础:描绘肿瘤和关键结构的轮廓;肿瘤(通常是最小剂量阈值)和关键结构(通常是最大允许暴露)的放射剂量阈值;以及对象的放射衰减图。后者典型地根据计划图像生成。例如,如果计划图像是CT图像,则可以通过调整CT图像的衰减值以便考虑在CT成像中使用的x射线放射和在放射治疗中使用的放射之间的光子能量的差异来生成衰减图。这些不同的输入用于确定用于在放射治疗疗程期间操作放射治疗递送系统的一组参数。所述参数可以包括多叶片准直器(MLC)装置设置、层析成像放射源的旋转速度和/或轨迹、总波束功率等等。使用自动(或“反向”)计划过程为分次IMRT的每一个放射治疗疗程确定满足肿瘤和关键器官的剂量阈值的放射治疗递送系统的各种参数的设置或其它值。
计划过程可能花费相当长的时间。典型地以高分辨率来获取计划图像,并且可以在一排切片的每一个切片中执行画轮廓,以便三维地描绘肿瘤和关键结构。对于包括在对象周围的数百或数千个MLC元件和/或一组层析成像(360°)试图的复杂的放射治疗递送系统,反向计划是复杂的并且可能花费相当大量的计算时间,尽管该反向计划由计算机或其它电子处理设备执行。结果,典型地在第一放射治疗疗程开始之前的一些时间(例如,几个小时、几天或更长时间)获取计划图像。在这一间隔期间,可能会发生改变,例如由于对象中的气袋的膨胀、收缩、形成或溶解导致的器官移动、患者重量的改变、恶性肿瘤的生长或收缩等等。
因此,继续参照图1,处理图像获取系统12用于在放射治疗疗程开始之前的短时间内获取对象的处理图像14。处理图像获取系统12典型地是CT成像扫描仪,尽管也可以设想MR或另一成像模态。为了评估自从执行放射治疗计划以来已经发生的改变,将处理图像14与从PACS10取回的相对应的计划图像16在空间上配准。
在说明性实施例中,空间配准由可变形图像配准模块20使用诸如Demons可变形配准技术的可变形图像配准算法或者诸如水平集合、B-样条等等的另一可变形图像配准技术来执行。可变形图像配准的输出是相对地在空间上配准计划图像16和处理图像14的变形矢量场(DVF)22。DVF22在本领域中也通过诸如移位场的其它类似的名称被已知,并且如本文使用的,术语“变形矢量场”或DVF意在包括这些不同的名称。DVF22通过对于一个图像的像素或体素指定位移变换(包括距离和方向)以便与第二图像对准来相对地在空间上配准计划图像和处理图像。DVF22指示位移变换以便使计划图像与处理图像对准,或者指示位移变换以便使处理图像与计划图像对准。由于像素或体素位移变换能够在图像之间改变以便提供非刚性变形,因此获得非刚性变形(或非刚性空间配准或类似的用语)。DVF22将一个图像(例如,计划图像)映射到另一图像(例如,处理图像)。然而,将认识到,也可以使用DVF22通过像素或体素矢量变换的适当反转来执行相反方向上的映射(例如,变换处理图像以便与计划图像对准)。因而,一般来说,DVF22在空间上映射第一图像(例如,计划图像16)和第二图像(例如,处理图像14)。
DVF22能够用于更新放射治疗计划参数。例如,DVF22能够用于使剂量偏离和/或使衰减图偏离,以便考虑诸如肿瘤和/或各种关键器官的移动、收缩或膨胀的改变。
此外,DVF22能够用于调整与计划图像16相关联的计划图像轮廓26。(例如,可以将计划图像16连同轮廓26和诸如获取时间、成像参数等等的其它元数据存储在图1中由围绕部件16、26的虚线框用图表法指代的文件28中。在一些适当的实施例中,轮廓26由肿瘤学家通过手动地描绘轮廓26来生成。可选地,可以通过自动画轮廓算法(例如,半自动画轮廓)来帮助计划图像16的画轮廓。
画轮廓通常很难,因为不同软组织器官的边界可能难以由经训练的观察人员或通过自动分割算法来检测。CT扫描中差的软组织对比增加了难度。在初始放射治疗计划期间,肿瘤学家或其他医务人员执行在计划图像中画肿瘤和关键结构的轮廓的单调乏味的任务。优选地,避免每次在获取新的处理图像以便跟踪患者体内的改变时重复这样的单调乏味。
用于简化处理图像14的画轮廓的一种方案是使用计划轮廓26作为患者特定的优先考虑,并且使用DVF22来将来自计划图像16的计划图像轮廓26映射到处理图像14。这一方案在本领域中被已知为兴趣区(ROI)偏离或传播。偏离的轮廓提供处理图像14中目标肿瘤和关键结构的自动描绘,而不执行单调乏味的手动画轮廓。
然而,这一方案引入了相当大的风险,因为DVF22中的任何映射误差(其可以例如由难以进行精确映射的严重变形或由图像伪像或由在仅一个图像中出现的特征、在计划图像和处理图像之间的造影剂分布的差异等等引起)。DVF22中在经历映射的轮廓附近的任何误差将被传播到偏离的轮廓中。因为这些轮廓用于诸如定义以恶性肿瘤为目标同时实质上避免关键结构的放射剂量分布的患者-关键操作,因此任何轮廓误差对于经历IMRT的对象会具有相当不利的结果。
解决轮廓映射中的误差的一种方式是允许用户(例如,肿瘤学家或放射学家)观看叠加在处理图像14上的轮廓,并且如果观察到误差,则使用鼠标或其它输入设备手动地编辑该轮廓。然而,这一方案仅校正轮廓而不是作为错误轮廓的源的DVF22。这可能是个问题,因为诸如衰减图、剂量累积图等等的放射治疗的一些方面直接取决于DVF22而不是轮廓。
在本文公开的实施例中,改善的用户校正由轮廓/DVF校正模块30提供,该轮廓/DVF校正模块30使用户能够校正轮廓并且还将任何这样的校正传播回到DVF22中,以便创建校正的DVF32。调整或校正的DVF32(而不是原始DVF22)然后被输入到放射治疗疗程准备模块34,用于在诸如由剂量偏离子模块36执行的剂量偏离、由剂量累积跟踪子模块38执行的剂量累积映射等等的操作中使用。因而产生的IMRT疗程计划由配置为执行层析成像照射的IMRT递送系统40或多波束放射治疗装置等等适当地执行,IMRT递送系统40通过说明性示例的方式可以包括线性电子加速器(LINAC)。
电子处理部件20、30、34能够由诸如说明性的计算机42的一个或多个电子处理设备不同地体现。轮廓/DVF校正模块30优选地包括诸如说明性的显示设备44的用户接口部件以及诸如说明性的键盘46和鼠标48的一个或多个用户输入设备。在其它实施例中,非暂态存储介质存储由电子处理设备(例如,说明性的计算机42)可执行的指令以便执行由电子处理部件20、30、34执行的方法。这样的非暂态存储介质通过说明性示例的方式可以包括:硬盘或其它磁存储介质;光盘或其它光学存储介质;诸如闪存的静电存储器;只读存储器(ROM);随机存取存储器(RAM);等等。
参照图2,描述了轮廓/DVF校正模块30的说明性实施例。这一模块30接收(1)计划图像轮廓26;DVF22;以及处理图像14作为输入。图像轮廓偏离模块50使用DVF22来将计划图像轮廓26映射到处理图像14,以便自动地生成处理图像14的初始轮廓52。包括图形用户接口(GUI)的轮廓编辑模块54显示处理图像14以及包括初始轮廓52的叠置的轮廓。
简要参照图3,通过图表法的示例说明了这些方面。图3示出了在显示设备44上显示的处理图像IT(与图1和图2的处理图像14相对应)连同与图2的自动生成的初始轮廓52相对应的初始轮廓Ci1、Ci2、Ci3,这些轮廓被表示为叠置在显示设备44上显示的处理图像IT上的叠置的轮廓。轮廓编辑模块54还向用户提供用于编辑轮廓Ci1、Ci2、Ci3的指令,例如所显示的文本“调整轮廓然后(继续)”。注意到,轮廓Ci1、Ci2、Ci3接近于透明的图像特征但是没有与该透明的图像特征精确地对准。未对准是由于用于将计划图像轮廓映射到处理图像14的DVF22中的一些误差。
继续参照图2和图3并且进一步参照图4,用户适当地使用由鼠标48(或由轨迹球或其它指向型用户输入设备)控制的屏幕上指针P以便通过进行各种用户调整来调整初始轮廓Ci1、Ci2、Ci3,以便创建图4中示出的最终轮廓CF1、CF2、CF3。例如,可以使用“选择、拖放”过程,其中用户指向轮廓的一部分,点击并且保持鼠标按钮以便选择该部分,将它拖动到新的位置,并且释放该鼠标按钮以便将该轮廓部分“放到”它的新位置。可选地,可以重复该过程以便进行多个用户调整,并且在一些实施例中,在每一次这样的用户调整之后,更新显示设备44上示出的叠置的轮廓,以便反应更新的轮廓。按照屏幕上的指令,一旦用户对所调整的轮廓满意,他或她就点击“(继续)”按钮。
回来参照图2,图4中示出的最终Ci1、Ci2、Ci3构成图2中的用户调整的最终轮廓56。对于DVF22中的误差,校正这些最终轮廓56;然而,DVF22本身不包括体现在最终轮廓56中的用户调整。
为了将这些调整传播回到变形矢量场,可变形轮廓配准模块60接收初始轮廓52和最终轮廓56,并且计算考虑用户调整的调整变形矢量场(调整DVF)62。可变形轮廓配准模块60使用诸如Demons可变形配准技术的可变形图像配准算法或者诸如水平集合、B-样条等等的另一可变形图像配准技术,以便生成将初始轮廓52映射到最终轮廓56(或者反之亦然)的调整DVF62。DVF组合器模块64将DVF22(不具有校正)和调整DVF62进行组合以便生成校正的DVF32。叠加规则适用于这一组合操作,并且因此组合器模块64通过将调整DVF62添加到DVF22来适当地操作以便生成校正的DVF32。这一添加操作假设DVF22和调整DVF62二者具有相同的“符号”,即,沿相同的方向进行映射(例如,将计划图像映射到处理图像并且将初始轮廓映射到最终轮廓)。如果DVF22和调整DVF62二者具有相反的“符号”(例如,DVF22将计划图像映射到处理图像,而调整DVF62将最终轮廓映射到初始轮廓),则组合器模块64通过从DVF22减去调整DVF62来适当地操作以便生成校正的DVF32。
继续参照图2并且进一步参照图5,描述了由轮廓/DVF校正模块30适当地执行的过程。在由图像轮廓偏离模块50执行的操作100中,计划图像16的轮廓26根据DVF22被偏离以便自动地生成初始轮廓52。在操作102中,用户使用图形用户界面(GUI)来编辑初始轮廓52,以便生成用户调整的最终轮廓56。在由可变形轮廓配准模块60执行的操作104中,以初始轮廓52和最终轮廓56之间的差异为基础来生成调整DVF62。在由DVF组合器模块64执行的操作106中,利用调整DVF62来更新DVF22以便生成校正的DVF32。
在说明性实施例中,通过初始轮廓52的用户调整来生成描绘处理图像14中的结构的最终轮廓56。在可选实施例中,可以通过执行所映射的初始轮廓52关于处理图像14中的结构的自动优化以便生成描绘处理图像中的结构的最终第二图像轮廓,来生成最终轮廓。而且,尽管本文在IMRT的上下文中公开了轮廓/DVF调整,但是轮廓/DVF调整适当地应用于其它应用,其中对第一图像(例如,说明性实施例中的计划图像16)画轮廓以便生成第一图像轮廓(例如,说明性实施例中的轮廓26),获取第二图像(例如,说明性实施例中的处理图像14),并且应用非刚性图像配准以便生成在第一图像和第二图像之间的DVF映射。例如,第一图像可以是在临床前测试开始之前获取的实验室测试动物的参照图像,并且第二图像可以是在临床前测试期间在不同点处获取的实验室测试动物的随后的图像。作为另一示例,第一图像可以是在临床试验开始之前获取的人对象的参照图像,并且第二图像可以是在临床试验期间在不同点处获取的人对象的随后的图像。其它设想的应用包括诸如IMRT的各种放射治疗技术,以及诸如保形弧治疗或体积调制弧治疗(VMAT)、各种术前外科手术计划过程、介入成像或图像引导外科手术、术后评估等等的特定技术,其中每一种技术容易受益于本文公开的轮廓/DVF调整。
参照优选实施例描述了本发明。显然,其他人在阅读和理解前面的详细描述时将联想到修改和变化。意在将本发明构筑为包括所有这样的修改和变化,只要它们在所附权利要求或其等同物的范围内。

Claims (20)

1.一种方法,包括:
计算相对地在空间上配准第一图像(16)和第二图像(14)的变形矢量场(DVF)(22);
使用所述DVF调节描绘所述第一图像(16)中的结构的轮廓(26),以便在所述第二图像(14)中生成所述结构的初始轮廓(52);
接收所述第二图像中的所述结构的最终轮廓(56);并且
以所述第二图像中的所述结构的所述初始轮廓和所述最终轮廓为基础来校正所述DVF,以便生成校正的DVF(32);
其中,所述计算、调节和校正由电子处理设备(42)执行。
2.如权利要求1所述的方法,其中,所述校正包括:
计算与所述第二图像(14)中的所述结构的所述初始轮廓和所述最终轮廓(52、56)相关的调整变形矢量场(调整DVF)(62);并且
将所述DVF(22)与所述调整DVF进行组合以便生成校正的DVF(32)。
3.如权利要求2所述的方法,其中,所述组合包括下列步骤之一:
将所述调整DVF(62)加和到所述DVF(22)以便生成所述校正的DVF(32),以及
从所述DVF(22)减去所述调整DVF(62)以便生成所述校正的DVF(32)。
4.如权利要求1-3中的任意一项所述的方法,其中,所述接收包括:
显示所述第二图像(14)以及包括所述第二图像中的所述结构的所述初始轮廓(52)的叠置的轮廓(Ci1、Ci2、Ci3);并且
接收所述叠置的轮廓的一个或多个用户调整,对每一个接收到的用户调整做出响应,更新所述叠置的轮廓的显示;
其中,所述第二图像中的所述结构的所述最终轮廓(56)包括含有接收到的一个或多个用户调整的所述初始轮廓(CF1、CF2、CF3)。
5.如权利要求1-4中的任意一项所述的方法,其中,所述第一图像是用于生成放射治疗计划的计划图像(16),并且所述第二图像是用于更新所述放射治疗计划的处理图像(14),并且所述方法进一步包括:
更新所述放射治疗计划的一个或多个参数以便考虑在所述计划图像的获取和所述处理图像的获取之间发生的改变,所述更新至少以所述校正的DVF(32)为基础。
6.如权利要求5所述的方法,其中,所述放射治疗计划的一个或多个参数的更新包括更新下面列出的项目中的至少一个:(1)衰减图、(2)剂量偏离以及(3)剂量累积。
7.如权利要求5-6中的任意一项所述的方法,进一步包括:
使用所述一个或多个更新的参数来执行放射治疗疗程。
8.一种存储由电子处理设备可执行的指令以便执行如在权利要求1-6中的任意一项中阐述的方法的非暂态存储介质。
9.一种配置为执行如在权利要求1-6中的任意一项中阐述的方法的电子处理设备(42)。
10.一种存储由电子处理设备(42)可执行的指令以便执行一种方法的非暂态存储介质,所述方法包括:
调整第二图像(14)的轮廓;并且
以所述轮廓的调整为基础来更新在所述第二图像和第一图像(16)之间进行映射的变形矢量场(DVF)(22),以便生成在所述第二图像和所述第一图像之间进行映射的更新的DVF(32)。
11.如权利要求10所述的非暂态存储介质,其中,所述方法进一步包括:
在所述调整之前,通过将所述DVF(22)应用于所述第一图像(16)的轮廓来生成所述第二图像(14)的所述轮廓。
12.如权利要求10-11中的任意一项所述的非暂态存储介质,其中,所述调整包括:
显示所述第二图像(14)以及叠置在所显示的第二图像上的所述第二图像的轮廓(Ci1、Ci2、Ci3);并且
接收并且显示所显示的叠置的轮廓的用户调整。
13.如权利要求10-12中的任意一项所述的非暂态存储介质,进一步包括:
通过相对地在空间上配准所述第一图像和所述第二图像(16、14)来生成所述变形矢量场(DVF)(22)。
14.如权利要求10-13中的任意一项所述的非暂态存储介质,其中,所述更新包括:
计算代表所述轮廓的所述调整的调整DVF(62);并且
将所述DVF(22)与所述调整DVF(62)进行组合以便生成更新的DVF(32)。
15.如权利要求10-14中的任意一项所述的非暂态存储介质,其中,所述第一图像是用于生成放射治疗计划的计划图像(16),并且所述第二图像是用于更新所述放射治疗计划的处理图像(14),并且所述方法进一步包括:
更新所述放射治疗计划的一个或多个参数以便考虑在所述计划图像的获取和所述处理图像的获取之间发生的改变,所述更新至少以所调整的DVF为基础。
16.一种装置,包括:
电子处理设备(42),配置为计算在空间上映射第一图像(16)和第二图像(14)的变形矢量场(DVF)(22);以及
用户接口(42、44、46、48),配置为显示所述第二图像以及包括通过使用所述DVF将所述第一图像的轮廓(26)映射到所述第二图像生成的初始轮廓(52)的叠置的轮廓,所述用户接口进一步配置为接收并且显示所述叠置的轮廓的用户调整,其中,通过所述用户调整而调整的所述叠置的轮廓限定最终轮廓(56);
所述电子处理设备进一步配置为以所述初始轮廓和所述最终轮廓为基础来校正所述DVF,以便生成校正的DVF(32)。
17.如权利要求16所述的装置,其中,所述电子处理设备(42)配置为通过下列操作来校正所述DVF(22):
计算在空间上映射所述初始轮廓(52)和所述最终轮廓(56)的调整DVF(62);并且
将所述DVF(22)与所述调整DVF进行组合以便生成校正的DVF(32)。
18.如权利要求16-17中的任意一项所述的装置,其中,所述第一图像是用于生成放射治疗计划的计划图像(16),并且所述第二图像是用于更新所述放射治疗计划的处理图像(14),并且所述电子处理设备进一步配置为至少以所述校正的DVF为基础来更新所述放射治疗计划的一个或多个参数。
19.如权利要求18所述的装置,其中,所述放射治疗计划的一个或多个参数的更新进一步以所述处理图像(14)为基础。
20.如权利要求18-19中的任意一项所述的装置,进一步包括:
配置为使用一个或多个所更新的参数来执行放射治疗疗程的放射治疗递送系统(40)。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105260997A (zh) * 2015-09-22 2016-01-20 北京好运到信息科技有限公司 一种自动获取目标图像的方法
CN106902475A (zh) * 2015-12-18 2017-06-30 光线搜索实验室公司 放射治疗方法、计算机程序和计算机系统
CN107224678A (zh) * 2017-07-17 2017-10-03 上海联影医疗科技有限公司 一种治疗评估系统及存储介质
CN110381839A (zh) * 2017-01-06 2019-10-25 爱可瑞公司 处置计划图像、分次内3D图像和分次内2D x射线图像的图像配准
CN111344737A (zh) * 2017-09-07 2020-06-26 医科达有限公司 自适应放射疗法系统

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9401051B2 (en) * 2010-06-23 2016-07-26 Varian Medical Systems International Ag Mechanism for dynamically propagating real-time alterations of medical images
EP2617009A1 (en) * 2010-09-17 2013-07-24 Koninklijke Philips Electronics N.V. Contour delineation for radiation therapy planning with real-time contour segment impact rendering
GB2495150B (en) * 2011-09-30 2015-07-01 Mirada Medical Method and system of defining a region of interest on medical scan images
JP6505078B2 (ja) * 2013-03-29 2019-04-24 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェKoninklijke Philips N.V. 画像レジストレーション
US10025479B2 (en) * 2013-09-25 2018-07-17 Terarecon, Inc. Advanced medical image processing wizard
US9774838B2 (en) * 2015-06-12 2017-09-26 Accuray Incorporated Ambient light suppression using color space information to derive pixel-wise attenuation factors
JP6164662B2 (ja) * 2015-11-18 2017-07-19 みずほ情報総研株式会社 治療支援システム、治療支援システムの動作方法及び治療支援プログラム
JP6732593B2 (ja) * 2016-08-03 2020-07-29 キヤノン株式会社 画像処理装置および画像処理方法
US11449208B2 (en) * 2017-07-06 2022-09-20 Varian Medical Systems International Ag Interactive and intuitive method to shape 3D dose distribution during optimization of IMRT plans
EP3498335A1 (en) 2017-12-18 2019-06-19 Koninklijke Philips N.V. Evaluation of an anatomic structure with respect to a dose distribution in radiation therapy planning
JP7432329B2 (ja) * 2018-09-13 2024-02-16 キヤノンメディカルシステムズ株式会社 医用画像診断システム
US10918885B2 (en) 2018-09-27 2021-02-16 Varian Medical Systems International Ag Systems, methods and devices for automated target volume generation
US11307730B2 (en) 2018-10-19 2022-04-19 Wen-Chieh Geoffrey Lee Pervasive 3D graphical user interface configured for machine learning
US11216150B2 (en) 2019-06-28 2022-01-04 Wen-Chieh Geoffrey Lee Pervasive 3D graphical user interface with vector field functionality
EP3789085A1 (en) * 2019-09-05 2021-03-10 Koninklijke Philips N.V. Dose-guided deformable image registration
CN111524081B (zh) * 2020-04-24 2023-10-10 讯飞医疗科技股份有限公司 肺部影像角度矫正方法、装置、电子设备和存储介质

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1724089A (zh) * 2004-07-23 2006-01-25 吴大可 三维适形近距离放射治疗集成系统
WO2007014105A2 (en) * 2005-07-22 2007-02-01 Tomotherapy Incorporated Method and system for adapting a radiation therapy treatment plan based on a biological model
WO2007014092A2 (en) * 2005-07-22 2007-02-01 Tomotherapy Incorporated Method of placing constraints on a deformation map and system for implementing same
CN101005874A (zh) * 2004-08-13 2007-07-25 皇家飞利浦电子股份有限公司 放射疗法治疗计划调整
CN101365511A (zh) * 2005-07-14 2009-02-11 皇家飞利浦电子股份有限公司 在放射疗法治疗中考虑肿瘤运动的方法
CN101443816A (zh) * 2006-05-11 2009-05-27 皇家飞利浦电子股份有限公司 用于图像引导下辐射治疗的图像可变形配准
US20100232572A1 (en) * 2009-03-11 2010-09-16 Varian Medical Systems International Ag Use of planning atlas in radiation therapy
WO2010148250A2 (en) * 2009-06-17 2010-12-23 Tomotherapy Incorporated System and method of applying anatomically-constrained deformation

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6195480A (ja) * 1984-10-17 1986-05-14 Hitachi Ltd 画像間位置合わせ方式
EP0602730B1 (en) * 1992-12-18 2002-06-19 Koninklijke Philips Electronics N.V. Registration of Volumetric images which are relatively elastically deformed by matching surfaces
JP4651375B2 (ja) * 2004-12-16 2011-03-16 株式会社日立メディコ 医用画像表示装置及びその方法
US7352370B2 (en) * 2005-06-02 2008-04-01 Accuray Incorporated Four-dimensional volume of interest
JP2009502250A (ja) * 2005-07-22 2009-01-29 トモセラピー・インコーポレーテッド 放射線療法治療計画に関連するデータを処理するための方法およびシステム
US20070116381A1 (en) * 2005-10-19 2007-05-24 Ali Khamene Method for deformable registration of images
US7945117B2 (en) * 2006-08-22 2011-05-17 Siemens Medical Solutions Usa, Inc. Methods and systems for registration of images
JP2010534500A (ja) * 2007-07-27 2010-11-11 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ 画像位置合わせに対するインタラクティブアトラス
US8265356B2 (en) 2008-01-30 2012-09-11 Computerized Medical Systems, Inc. Method and apparatus for efficient automated re-contouring of four-dimensional medical imagery using surface displacement fields
CN102300503B (zh) 2009-01-30 2014-06-18 皇家飞利浦电子股份有限公司 用于提供肺通气信息的系统
RU2013132535A (ru) 2010-12-15 2015-01-20 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. Направляемое контуром совмещение деформируемого изображения
US8526692B2 (en) * 2011-06-30 2013-09-03 Wisconsin Alumni Research Foundation Reduction of transitivity errors in radiotherapy image registration

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1724089A (zh) * 2004-07-23 2006-01-25 吴大可 三维适形近距离放射治疗集成系统
CN101005874A (zh) * 2004-08-13 2007-07-25 皇家飞利浦电子股份有限公司 放射疗法治疗计划调整
US20110103551A1 (en) * 2004-08-13 2011-05-05 Koninklijke Philips Electronics N.V. Radiotherapeutic Treatment Plan Adaptation
CN101365511A (zh) * 2005-07-14 2009-02-11 皇家飞利浦电子股份有限公司 在放射疗法治疗中考虑肿瘤运动的方法
WO2007014105A2 (en) * 2005-07-22 2007-02-01 Tomotherapy Incorporated Method and system for adapting a radiation therapy treatment plan based on a biological model
WO2007014092A2 (en) * 2005-07-22 2007-02-01 Tomotherapy Incorporated Method of placing constraints on a deformation map and system for implementing same
CN101443816A (zh) * 2006-05-11 2009-05-27 皇家飞利浦电子股份有限公司 用于图像引导下辐射治疗的图像可变形配准
US20100232572A1 (en) * 2009-03-11 2010-09-16 Varian Medical Systems International Ag Use of planning atlas in radiation therapy
WO2010148250A2 (en) * 2009-06-17 2010-12-23 Tomotherapy Incorporated System and method of applying anatomically-constrained deformation

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105260997A (zh) * 2015-09-22 2016-01-20 北京好运到信息科技有限公司 一种自动获取目标图像的方法
CN105260997B (zh) * 2015-09-22 2019-02-01 北京医拍智能科技有限公司 一种自动获取目标图像的方法
CN106902475A (zh) * 2015-12-18 2017-06-30 光线搜索实验室公司 放射治疗方法、计算机程序和计算机系统
CN106902475B (zh) * 2015-12-18 2020-11-03 光线搜索实验室公司 放射治疗方法、计算机存储介质和计算机系统
CN110381839A (zh) * 2017-01-06 2019-10-25 爱可瑞公司 处置计划图像、分次内3D图像和分次内2D x射线图像的图像配准
CN110381839B (zh) * 2017-01-06 2023-10-27 爱可瑞公司 处置计划图像、分次内3D图像和分次内2D x射线图像的图像配准
CN107224678A (zh) * 2017-07-17 2017-10-03 上海联影医疗科技有限公司 一种治疗评估系统及存储介质
CN107224678B (zh) * 2017-07-17 2020-04-10 上海联影医疗科技有限公司 一种治疗评估系统及存储介质
CN111344737A (zh) * 2017-09-07 2020-06-26 医科达有限公司 自适应放射疗法系统
US11318327B2 (en) 2017-09-07 2022-05-03 Elekta, Inc. Adaptive radiotherapy system

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