CN107875524B

CN107875524B - 放射治疗系统、模体以及等中心校准方法

Info

Publication number: CN107875524B
Application number: CN201711107044.4A
Authority: CN
Inventors: 徐璐
Original assignee: Shanghai United Imaging Healthcare Co Ltd
Current assignee: Shanghai United Imaging Healthcare Co Ltd
Priority date: 2017-11-10
Filing date: 2017-11-10
Publication date: 2020-06-12
Anticipated expiration: 2037-11-10
Also published as: CN107875524A

Abstract

本发明提供了一种放射治疗系统，包括：旋转机架，配置为绕着一旋转轴旋转；治疗头，设于所述旋转机架上，所述治疗头的射束的束轴和所述旋转机架的旋转轴的交点为所述放射治疗系统的等中心点；三个激光灯，其被配置为分别从三个彼此垂直的方向发出激光束并相交于所述放射治疗系统的等中心点；模体，包括基体和布置到所述基体的三个彼此垂直的对准标记，所述对准标记的衰减系数区别于所述基体，其中所述三个对准标记用于分别与所述三个激光灯的激光束对准；以及图像采集单元，配置为当所述模体的三个对准标记与所述三个激光灯的激光束对准时，采集所述模体的图像；图像处理单元，根据所述模体的图像确定所述放射治疗系统的等中心点在图像中的位置。

Description

放射治疗系统、模体以及等中心校准方法

技术领域

本发明主要涉及放射治疗系统，尤其涉及一种放射治疗系统等中心校准方法及其使用的模体。

背景技术

近年来，随着以精确定位、精确计划和精确治疗为核心的精确放疗技术的快速发展，放射治疗的整体疗效得到了提高。例如，图像引导放射治疗(image guided radiotherapy,IGRT)将放射治疗机与成像设备结合在一起，在治疗时采集有关的图像信息，确定治疗靶区和重要结构的位置、运动，并在必要时进行位置和剂量分布的校正。IGRT技术可用在分次治疗摆位时和/或治疗中，用于采集图像和/或其他信号，并利用这些图像和/或信号，引导此次治疗和/或后续分次治疗。

放射治疗系统的等中心点O是旋转机架的旋转轴和治疗头的射束的束轴的交点。在采集的图像中标记出等中心点的位置，对于机器的精密性维护以及射束位置的准确性都有显著意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供放射治疗系统、模体以及等中心校准方法，可以校准放射治疗系统的等中心点位置。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种放射治疗系统，包括：

旋转机架，配置为绕着一旋转轴旋转；

治疗头，设于所述旋转机架上，所述治疗头的射束的束轴和所述旋转机架的旋转轴的交点为所述放射治疗系统的等中心点；

三个激光灯，其被配置为分别从三个彼此垂直的方向发出激光束并相交于所述放射治疗系统的等中心点；

模体，包括基体和布置到所述基体的三个彼此垂直的对准标记，所述对准标记的衰减系数区别于所述基体，其中所述三个对准标记用于分别与所述三个激光灯的激光束对准；以及

图像采集单元，配置为当所述模体的三个对准标记与所述三个激光灯的激光束对准时，采集所述模体的图像；

图像处理单元，根据所述模体的图像确定所述放射治疗系统的等中心点在图像中的位置。

在本发明的一实施例中，上述的放射治疗系统还包括位置调节单元，其用于移动所述模体以使其对准标记与所述三个激光灯的激光束分别对准。

在本发明的一实施例中，所述位置调节单元为治疗床。

在本发明的一实施例中，所述模体的对准标记是从所述模体外部可视的。

在本发明的一实施例中，所述模体的对准标记是金属丝或者所述模体内纵长的空腔内的空气。

在本发明的一实施例中，所述模体还包括引导标记，所述引导标记的至少一部分位于所述模体表面。

在本发明的一实施例中，所述图像处理单元处理的图像为二维或三维图像。

本发明还提出一种模体，包括基体和布置到所述基体的三个彼此垂直的对准标记，所述三个对准标记适于在所述模体放置到放射治疗系统中时与三个激光灯的激光束分别对准，其中所述三个激光灯的激光束彼此垂直并相交于所述放射治疗系统的等中心点。

在本发明的一实施例中，所述对准标记是从所述模体外部可视的。

在本发明的一实施例中，所述模体还包括引导标记，所述引导标记的至少一部分位于所述模体的表面。

本发明还提出一种放射治疗系统的等中心校准方法，至少包括以下步骤：

将具有三个彼此垂直的对准标记的模体定位到放射治疗系统中，以使所述三个对准标记与三个激光灯的激光束分别对准，其中所述对准标记的衰减系数区别于所述模体的基底材料，所述三个激光灯的激光束彼此垂直且相交于所述放射治疗系统的等中心点；

采集所述模体的图像；

根据所述对准标记在所述图像中的投影，确定所述放射治疗系统的等中心点在所述图像中的位置。

在本发明的一实施例中，上述的方法还包括将所述等中心点在所述图像中的位置与预定位置进行对比的步骤。

本发明还提出一种放射治疗系统，包括模体、存储器、处理器和储存在该存储器上的计算机指令，其中，所述模体为如上所述的模体，所述处理器执行该计算机指令时实施如上所述的方法。

本发明还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其中当计算机指令被处理器执行时，执行如上所述的方法。

与现有技术相比，本发明的放射治疗系统及其等中心校准方法，使用一个带有对准标记的模体，只需要模体放于图像引导放射治疗系统，将其对准标记与系统的等中心点位置，采集所需的图像，就可以直接在图像中看到对准标记的投影位置。这样，只要系统重复性良好，就可以准确地标记出放射治疗系统的等中心位置。

附图说明

图1是根据本发明一实施例的放射治疗系统的结构示意图。

图2是根据本发明一实施例的放射治疗系统的功能单元的框图。

图3是根据本发明一实施例的放射治疗系统的模体示意图。

图4是根据本发明一实施例的放射治疗系统的等中心校准方法的流程图。

图5是根据本发明另一实施例的放射治疗的等中心校准方法的流程图。

图6是根据本发明一实施例的放射治疗的配准方法的流程图。

具体实施方式

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

图1是根据本发明一实施例的放射治疗系统的机械结构。参考图1所示，本实施例的放射治疗系统100可以是例如图像引导放射治疗(IGRT)系统。放射治疗系统100可包括治疗床10、固定机架20、旋转机架30、定位光源40以及治疗头31。治疗床10安装在固定机架20外部，并可以有多种运动的自由度。治疗床的自由度可以包括上下、左右、前后和旋转等自由度，如图1中的箭头所示。

旋转机架30能够相对于固定机架旋转，其旋转轨迹如图中的虚线圆形C所示，旋转轴如图中的X所示。旋转轴X经过系统的等中心点O。这一等中心点O可以由系统100外部的定位光源40界定。定位光源40可包括3个激光灯，其被配置为分别从三个彼此垂直的方向发出激光束并相交于放射治疗系统100的等中心点O。

治疗头31设在旋转机架30上。治疗头31可射出射线用于对治疗床10上的患者进行放射治疗。治疗头31的射束的束轴为图中的Y。治疗头31的射束的束轴Y和旋转机架30的旋转轴X的交点为放射治疗系统的等中心点O。

图2是根据本发明一实施例的图像引导放射治疗系统的功能单元框图。参考图2所示，本实施例的系统的电路200可包括图像采集单元210、放射治疗单元220以及图形用户界面(GUI)240。可以理解，图1中所示的系统仅是示意性实例，因而不应限制本发明的范围。例如，一些系统可以不包括放射治疗单元220和/或图形用户界面240。在一些系统中，示为与所有两个其它单元连接的图形用户界面240可以仅与一个其它单元连接。

图像采集单元210可以是任何成像系统，例如，CT系统、X射线系统、核成像系统、超声系统、MR系统或其任意组合。图像采集可以发生在与制定放射治疗计划相同的相对时间帧内，或者图像采集可以发生在制定放射治疗计划之前的任意时间。图像采集单元210可以采集二维或三维图像。例如对于二维图像，图像采集单元210可以采集0、90、180、270度的图像。对于三维图像，图像采集单元210可以采集360度范围内的图像，每隔一定角度(例如1度)一帧，最终重建成三维体数据，作为三维图像。

放射治疗单元220可以是任何治疗递送设备，例如，直线加速器。放射治疗单元220的射线通过图1所示的治疗头31射出。放射治疗单元220可以将患者的治疗计划图像与图像采集单元210生成的二维图像或三维图像进行配准，得到患者体位信息，并根据所述患者体位信息进行摆位。放射治疗单元220可包含处理器和存储器，在存储器中存储计算机指令，以实现所需的操作。

图形用户界面240可以包括任何的输入和/或输出设备或其任意组合。例如，图形用户界面240可以包括监视器、键盘、数据存储设备、数据存储访问设备、数据网络或任何其他部件，其用于帮助物理师与其它单元交互以采集图像数据、计划放射治疗和/或对患者进行放射治疗。

本发明的实施例涉及在得到的采集图像中标记出等中心点的位置。根据一实施例，提供一种模体，如图3所示，模体300的基体301示例为一个正方体。当然，可以理解，基体也可以是长方体、柱体或者异形结构。基体最好具有一个平面的底面以便于放置在例如放射治疗系统的治疗床10上。当然可以理解，模体300可以通过额外的承载装置，例如支架来放置在治疗床10上或者其它机构上。基体301布置有三个彼此垂直的对准标记302，对准标记302的衰减系数区别于基体。三个对准标记302用于在将模体定位到放射治疗系统中时，分别与定位光源40的三个激光灯的激光束对准。可以理解，对准标记302的形状可以是多种多样的，只要能够在图像中被清晰地辨认和定位即可。对准标记302的材料可以是基体301内纵长的空腔内的空气、金属丝或者其它高密度物质，只要衰减系数能和模体300的基体301有X射线衰减系数的差别，在X射线影像中有足够分辨的对比度。

在一个实施例中，模体300的对准标记是从模体外部可视的。这样可以方便判定三个对准标记302是否分别与定位光源40的三个激光灯的激光束对准。举例来说，基体301的材料是透明或者部分透明的，从而令内部的各对准标记是从外部的可视的。

模体300还可包括引导标记，引导标记的至少一部分位于模体表面，用于帮助判定三个对准标记302是否分别与定位光源40的三个激光灯的激光束对准。引导标记可以是对准标记自然延伸到模体表面而形成。以图3为例，各个对准标记302的两端分别延伸到模体的两个表面形成通孔。只要某一激光束从一个通孔进入模体后，从另一个通孔射出，即可表明此一激光束与此一对准标记对准。在这种情况下，模体300可以不是透明的。

在本发明的实施例中，模体300可以作为放射治疗系统的一部分提供，也可以不作为其一部分。

放射治疗系统可包括位置调节单元，其用于移动模体以使其对准标记与三个激光灯的激光束分别对准。位置调节单元典型的示例为治疗床10。当然，位置调节单元也可以是另外的机构，其具有多个自由度。

回到图1和图2所示，图像采集单元210配置为当模体300的三个对准标记302与定位光源40的三个激光灯的激光束对准时，采集模体300的图像。可以理解，由于对准标记302与基体301的衰减系数差异，在采集的图像中对准标记302的投影将凸显于背景中。在一个例子中，该图像采集单元210可以为连接到放射治疗单元上的CBCT装置，例如，连接到旋转机架30上并与该治疗头31相隔一定角度布置的射线源以及与该射线源相对布置的探测器。在另一个例子中，该图像采集单元210的功能可以由放射治疗单元的射线源以及与射线源相对布置的射野影像系统(EPID)来实现。较优地，放射治疗单元的射线源包括治疗靶和成像靶，在进行图像采集时，成像靶位于束流方向上。

在一个实施例中，放射治疗单元220可以作为图像处理单元，其根据模体的图像确定放射治疗系统的等中心点在图像中的位置。这一操作可以使用图像处理算法，根据三个对准标记302的投影和基体的投影在灰度值上的差异，确定三个对准标记302，并进一步确定其焦点F。

在另一个实施例中，放射治疗单元220和图形用户界面240可以组合作为图像处理单元，其根据模体的图像确定放射治疗系统的等中心点在图像中的位置。放射治疗单元220可通过图形用户界面240呈现采集的模体图像，并接收对模体图像中对准标记和/或焦点F的选取，从而确定焦点F。在此，焦点F的确定可以是手动的或者半自动的。

在再一个实施例中，该图像处理单元与放射治疗单元是独立开的，例如，为独立的CT/CBCT图像处理单元。

图4是根据本发明一实施例的放射治疗系统的等中心校准方法的流程图。参考图4所示，流程包括如下步骤：

步骤401，将具有三个彼此垂直的对准标记的模体定位到放射治疗系统中，以使三个对准标记与三个激光灯的激光束分别对准。

在此，三个激光灯的激光束彼此垂直且相交于所述放射治疗系统的等中心点，这一特征可以示例性地参考图1所示；对准标记的衰减系数区别于模体的基底材料，这一特征可以示例性地参考前文结合图2的描述。

结合参考图1和图3所示，将模体300放置到系统100中，使其对准标记301与三个激光灯的激光束对准。例如，可以将模体300放置在治疗床10上，通过调节诸如治疗床10的位置调节单元，使得模体300的对准标记301逐步与三个激光灯的激光束对准。

在步骤402，采集模体的图像。

在此步骤中，例如可以通过图像采集单元(如图2)210采集模体300的二维或者三维图像，采集的方式已如前所述，在此不再展开。需要指出的是，模体300的二维图像可以是在任意角度采集，对准标记301在二维图像上投影都将呈现出一个十字线。

在步骤403，根据对准标记在图像中的投影，确定放射治疗系统的等中心点在图像中的位置。

在此，可以从图像中找到模体的对准标记的至少一部分的投影，从而确定等中心点的投影位置。对于模体300的二维图像来说，从图像中能够看到对准标记302中的焦点F的投影，从而找到等中心点的投影位置；对于模体300的三维图像来说，从重建图像中能看到模体300的三个对准标记和焦点F，从而找到等中心点的位置。

在本发明的实施例中，这一步骤403可以是人工进行、或者是系统半自动或自动进行。对于人工进行来说，可以将图像传输到图形用户界面240显示，由用户(例如技师)在所显示的图像上找到焦点F。对于自动进行来说，目前图像处理算法中已经有各种识别点和十字线的算法可以应用。例如图像采集单元210可以将图像传输到放射治疗单元220，后者进行自动识别。对半自动而言，可以由用户确定一部分对准标记，然后由系统据此进一步确定焦点F。

例如，使用图2所示的放射治疗单元220，以及可选的图形用户界面240来确定放射治疗系统的等中心点在图像中的位置。

可以理解，前文结合图1、图2描述的系统和模体的特征，应理解为对此方法的示例性描述，而非对此方法的限制。在不脱离此方法的精神的情况下，可以在图1、图2所示系统和模体的修改和变化中实施此方法。

当能够在采集的模体图像中确定等中心点后，可以将其用于各种确定系统精密性和射束准确性的应用中。以下将举例说明。

一个例子是验证放射治疗系统的精密性。例如验证旋转结构是否精确。可以让放射治疗系统的旋转机架30每旋转特定角度，都采集一次模体的图像，然后保存，模体图像中的等中心点位置作为此角度的预定位置。这一预定位置采集可以在确信放射治疗系统处于精密状态，例如出厂时进行。此后，当需要校准时，可以让放射治疗系统的旋转机架30每旋转特定角度，再采集一次模体的图像。通过将此时采集的图像中的等中心点位置与此角度下的预定位置比较，根据两个位置的偏离度就可知晓放射治疗系统的精密性。图5是根据本发明另一实施例的放射治疗的等中心校准方法的流程图。参考图5所示，此实施例与图4所示实施例相比，增加了步骤504，其余步骤501-503是与步骤401-403实质相同的。另一个例子是标记配准过程中患者图像中的等中心点位置。

在现有的IGRT系统中，通常在扫描治疗计划图像(如参考数字重建放射图或生成治疗计划的三维解剖图像)时使用金属标记点来指示治疗或者摆位的位置，医生和物理师需要在治疗计划图像中手动标记出这个金属点的位置。

技师将三个相互正交的激光灯指向患者身上的预定位置(即，通常接近估计肿瘤位置)，再在该预定位置与激光灯对准地粘贴上标记点，以使标记点与CT模拟机的机器等中心对齐，再采集CT图像或者二维正交影像，该图像被称为放射治疗计划图像，其可以用来做放射治疗计划，其中，标记点对应的位置可以在计划图像中被标示出来，其为第一机器等中心位置。以上为扫描计划CT过程以及CT模拟过程。因为根据计划图像制定放疗计划需要一定的工作量，通常几天后才会正式开始放射治疗。在放射治疗前，仍旧贴有前述标记点的患者由床承载，医生移动床使得标记点与激光灯分别对准，再成像以得到治疗前图像，根据标记，再在治疗前图像中标示出标记对应的位置，即为第二机器等中心位置。IGRT系统的配准模块再将治疗前图像与放射治疗计划图像配准，即，先将计划图像和治疗前图像中的等中心点位置重叠，然后移动其中一套图像，最终使得两套图像重叠。对被移动的图像来说，等中心点位置重叠时的位置为初始位置，与另一套图像重叠的位置为最终位置。通过移动图像找到两套图像之间位置差别的过程就是配准过程。配准的输出就是从起始位置到最终位置的位置差别。上述过程为一段示例性的IGRT系统的工作流。

现在的医用加速器中，通常配有十字插板或者十字叉丝。十字插板或者十字叉丝插入到治疗头下方的附件盘中，并与激光灯对齐。采集图像，十字中心和方向可指示等中心点的位置和坐标方向。通过这种方式来标记治疗前图像中的等中心位置。

但在上述结构中有个前提假设：成像时射束中心穿过了十字叉丝和等中心点。然而当十字插板或者十字叉丝位置有偏差时，或者射束位置有偏差时，这个标记就不再正确。

根据本发明的一个实施例，可以利用图4实施例中确定的放射治疗系统的等中心点，来标记配准过程中患者图像中的等中心点位置。

图6是根据本发明一实施例的放射治疗的配准方法的流程图。参考图6所示，方法包括如下步骤：

在步骤501，将具有三个彼此垂直的对准标记的模体定位到放射治疗系统中，以使三个对准标记与三个激光灯的激光束分别对准。

结合参考图1和图3所示，将模体300放置到系统100中，使其对准标记301与三个激光灯的激光束对准。例如，可以将模体300放置在治疗床10上，通过移动治疗床10，使得模体300的对准标记301逐步与三个激光灯的激光束对准。

在步骤602，采集模体的图像。

在步骤603，根据对准标记在图像中的投影，确定放射治疗系统的等中心点在图像中的的位置。

在步骤604，根据模体图像中等中心点的位置，标记患者图像中等中心点的位置。

在此，患者图像可以是治疗前图像等实际解剖图像。因此在步骤403之后，后续执行IGRT工作流时，可以用步骤403的校准结果来标记患者实际解剖影像中的等中心点位置。

在本实施例中，定位光源40可经过校准，与机器等中心，射束等中心在一定误差范围内对齐。

放射治疗系统可以包括存储器、处理器和储存在该存储器上的计算机指令，以执行图4至图6所示的方法或者变化例。放射治疗系统例如可以使用放射治疗单元220中的处理器和存储器来实施图4至图6所示的方法或者变化例。

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述发明披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

此外，本领域技术人员可以理解，本申请的各方面可以通过若干具有可专利性的种类或情况进行说明和描述，包括任何新的和有用的工序、机器、产品或物质的组合，或对他们的任何新的和有用的改进。相应地，本申请的各个方面可以完全由硬件执行、可以完全由软件(包括固件、常驻软件、微码等)执行、也可以由硬件和软件组合执行。以上硬件或软件均可被称为“数据块”、“模块”、“器”、“单元”、“组件”或“系统”。此外，本申请的各方面可能表现为位于一个或多个计算机可读介质中的计算机产品，该产品包括计算机可读程序编码。

此外，除非权利要求中明确说明，本申请所述处理元素和序列的顺序、数字字母的使用、或其他名称的使用，并非用于限定本申请流程和方法的顺序。尽管上述披露中通过各种示例讨论了一些目前认为有用的发明实施例，但应当理解的是，该类细节仅起到说明的目的，附加的权利要求并不仅限于披露的实施例，相反，权利要求旨在覆盖所有符合本申请实施例实质和范围的修正和等价组合。例如，虽然以上所描述的系统组件可以通过硬件设备实现，但是也可以只通过软件的解决方案得以实现，如在现有的服务器或移动设备上安装所描述的系统。

Claims

1.一种放射治疗系统，包括：

旋转机架，配置为绕着一旋转轴旋转；

2.根据权利要求1所述的放射治疗系统，其特征在于，还包括位置调节单元，其用于移动所述模体以使其对准标记与所述三个激光灯的激光束分别对准。

3.根据权利要求2所述的放射治疗系统，其特征在于，所述位置调节单元为治疗床。

4.根据权利要求1所述的放射治疗系统，其特征在于，所述模体的对准标记是从所述模体外部可视的。

5.根据权利要求1所述的放射治疗系统，其特征在于，所述模体的对准标记是金属丝或者所述模体内纵长的空腔内的空气。

6.根据权利要求1所述的放射治疗系统，其特征在于，所述模体还包括引导标记，所述引导标记的至少一部分位于所述模体表面。

7.根据权利要求1所述的放射治疗系统，其特征在于，所述图像处理单元处理的图像为二维或三维图像。

8.一种模体，包括基体和布置到所述基体的三个彼此垂直的对准标记，所述三个对准标记适于在所述模体放置到放射治疗系统中时与三个激光灯的激光束分别对准，其中，所述三个激光灯的激光束彼此垂直并相交于所述放射治疗系统的等中心点，所述对准标记的衰减系数区别于所述基体，当所述模体的三个对准标记与所述三个激光灯的激光束对准时，所述模体的图像用于确定所述放射治疗系统的等中心点在图像中的位置。

9.根据权利要求8所述的模体，其特征在于，所述对准标记是从所述模体外部可视的。

10.根据权利要求8所述的模体，其特征在于，所述模体还包括引导标记，所述引导标记的至少一部分位于所述模体的表面。

11.一种放射治疗系统的等中心校准方法，至少包括以下步骤：

采集所述模体的图像；

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括将所述等中心点在所述图像中的位置与预定位置进行对比的步骤。

13.一种放射治疗系统，包括模体、存储器、处理器和储存在该存储器上的计算机指令，其中，所述模体为权利要求8所述的模体，所述处理器执行该计算机指令时实施如权利要求11-12任一项所述的方法。

14.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其中当计算机指令被处理器执行时，执行如权利要求11-12任一项所述的方法。