CN108853753B - 肿瘤实时监控装置、放射治疗系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种肿瘤实时监控装置、放射治疗系统以及门控治疗系统，其中肿瘤实时监控装置包括监控装置，用于采集患者表面信息，数据处理单元，用于进行数据处理，包括：获取患者的四维图像；从所述四维图像中选择与所述患者表面信息匹配的图像并得到肿瘤的位置信息。本发明可以实现肿瘤靶区在六个方向的实时监控。

Description

肿瘤实时监控装置、放射治疗系统

本申请是于2016年09月30日提交中国专利局、申请号为201610875688.7、发明名称为“肿瘤实时监控方法及装置、放射治疗系统”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及放射治疗领域，尤其涉及一种在放射治疗过程中对肿瘤的运动进行实时监控的装置以及具备该监控装置的门控治疗系统。

背景技术

放射治疗是利用放射线如放射性同位素产生的α、β、γ射线和各类X射线治疗机或加速器产生的X射线、电子线、质子束及其它粒子束等治疗恶性肿瘤的一种方法。

由于射束能量高，在肿瘤细胞被杀死的同时正常细胞也会受到影响，因此在放射治疗中要求，射束尽可能地只照射肿瘤区域而不影响周围的正常组织，这就要求在治疗之前对需要照射的区域进行勾画。

由于受到呼吸、心跳等运动的影响肿瘤的位置可能会发生改变，在放射治疗中，照射区域的勾画需要考虑肿瘤位置的不确定性，选择安全余量以保证足够多的剂量照射到肿瘤区域。这种策略导致正常组织接收的剂量较多，产生副作用，并限制了可能的剂量提升。

为了实现精准放疗，肿瘤位置信息对于实时运动跟踪、自适应放疗、剂量计算、剂量验证和门控技术等都具有重要意义。目前肿瘤位置在线跟踪技术在实际应用中仍具有挑战，可大致分为三类：

(1)皮肤表面标记或金属植入物法。使用皮肤表面标记或金属植入物标记靶区位置，在治疗过程中使用射束方向视图(Beam Eye View，简称BEV)进行靶区在线跟踪。皮肤表面标记与内在组织的关联性并不稳定，因此表面标记往往不能准确反映内在靶区运动；使用金属植入物进行靶区跟踪时，植入金属物必须足够靠近靶区，始终在BEV范围内，并且金属植入物标记靶区位置是侵入式方法，其安全性依赖于金属植入位置和植入方法。

(2)额外kV射线源法。在治疗过程中使用独立的kV射线源对靶区进行在线跟踪，典型模型是kV/MV影像系统，其使用一对正交投影图像与计划CT图像做2D/3D配准，能够获得六个方向的运动监控信息。该方法进行在线靶区位置监控精度较高(小于2mm),但其需要连续的kV影像，引起额外的患者辐射剂量；同时，大数据量的kV/MV图像配准计算量较大，会引起较大延迟，降低了跟踪的准确性。

(3)外监控装置法。治疗前，通过外监控装置测量得到外监控信号与肿瘤运动的关联性，例如通过外监控装置测量放置于患者身体表面的小球的移动，并将小球的移动与肿瘤的运动进行关联；治疗过程中，采集外监控信号，利用治疗前的关联结果，得到实时肿瘤运动情况。该方法要求运动重复性较好、呼吸周期恒定。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种新的肿瘤实时监控装置，其通过四维图像结合EPID实时图像、外监控装置的采集信息得到肿瘤的实时位置。

一方面，本发明公开了一种肿瘤实时监控装置，包括：

监控装置，用于采集患者表面信息，

数据处理单元，用于进行数据处理，包括：获取患者的四维图像；从所述四维图像中选择与所述患者表面信息匹配的图像并得到肿瘤的位置信息。

可选的，从所述四维图像中选择与所述患者表面信息匹配的图像包括从所述患者表面信息中得到点阵跟踪信息，从所述四维图像中选择与所述点阵跟踪信息匹配的图像。

可选的，从所述四维图像中选择与所述患者表面信息匹配的图像包括从所述患者表面信息中得到表面跟踪信息，从所述四维图像中选择与所述表面跟踪信息匹配的图像。

可选的，所述肿瘤的位置信息至少包括肿瘤的深度信息。

另一方面，本发明还提供一种肿瘤实时监控装置，包括：

跟踪单元，用于通过监控装置采集患者表面信息，

图像采集单元，用于采集实时图像，

数据处理单元，用于进行数据处理，包括：

获取患者的四维图像，

从所述四维图像中选择与患者表面信息匹配的图像，

将所述与患者表面信息匹配的图像进行正投影得到数字重建图像，

将所述实时图像与所述数字重建图像进行配准，得到除深度方向之外的肿瘤位置信息，

将与患者表面信息匹配的图像中肿瘤的深度信息与所述除深度方向之外的肿瘤位置信息结合得到肿瘤的位置信息。

可选的，所述四维图像为4D-CT图像或4D-CBCT图像。

可选的，所述监控装置包括三个互成角度的摄像机。

另一方面，本发明还提供了一种肿瘤实时监控装置，包括：

跟踪单元，用于通过监控装置采集患者表面信息，

图像采集单元，用于采集实时图像，

数据处理单元，用于进行数据处理，包括：

获取患者的四维图像，

从所述四维图像中选择与患者表面信息匹配的图像，

将所述与患者表面信息匹配的图像进行正投影得到数字重建图像，

将所述实时图像与所述数字重建图像进行配准，得到部分方向的位置信息，

根据所述患者表面信息得到患者表面的三维重建信息，

根据患者表面与肿瘤位置的对应关系，得到与三维重建信息对应的肿瘤在其它方向的位置信息，

所述部分方向至少包括横轴、纵轴方向及绕深度方向的旋转方向，所述其它方向至少包括深度方向。

可选的，所述患者表面与肿瘤位置的对应关系根据所述四维图像确定。

可选的，所述部分方向的位置信息包括除深度方向之外的位置信息，其它方向的位置信息包括深度方向的位置信息。

可选的，所述部分方向的位置信息包括横轴和纵轴方向的位置信息及绕深度方向的旋转角度信息，其它方向的位置信息包括深度方向的位置信息及绕横轴方向的旋转信息和纵轴方向的旋转信息。

可选的，所述四维图像为4D-CT图像或4D-CBCT图像。

另一方面，本发明还提供一种放射治疗系统，包括直线加速器、病床及数据处理单元，其特征在于，所述数据处理单元包括：

条件设置子单元，用于设置所述直线加速器的出束条件，

判断子单元，用于将上述任一项所述的肿瘤实时监控装置监测到的肿瘤位置与所述出束条件进行比较，判断是否满足所述出束条件，

如果满足所述出束条件，则直线加速器出束，否则，直线加速器不出束。

另一方面，本发明还提供一种门控治疗系统，包括放射治疗装置、病床及数据处理单元，其特征在于，所述数据处理单元包括：

条件设置子单元，用于设置所述放射治疗装置的出束条件，

判断子单元，用于将上述任一项所述的肿瘤实时监控装置监测到的肿瘤位置与所述出束条件进行比较，判断是否满足所述出束条件，

如果满足所述出束条件，则放射治疗装置出束，否则，放射治疗装置不出束。

相对于现有技术，本发明提供的肿瘤实时监控方法及装置，通过四维图像和外监控装置配合使用，可以得到肿瘤的实时位置信息；进一步地，可以得到肿瘤在六个方向的位置信息；

进一步地，通过四维图像、EPID实时图像以及外监控装置的采集信息相结合，使得得到的肿瘤在六个方向的位置信息更加精确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1是本发明实施例中的放射治疗系统的示意图；

图2是本发明一实施例中的肿瘤实时监控方法流程图；

图3是本发明另一实施例中的肿瘤实时监控方法流程图；

图4是本发明再一实施例中的肿瘤实时监控方法流程图；

图5是本发明一实施例中的肿瘤实时监控装置示意图；

图6是本发明一实施例中的肿瘤运动轨迹示意图；

图7是本发明的放射治疗系统中数据处理单元的示意图。

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。

本发明提供的肿瘤实时监控方法适用于放射治疗系统中，可以在放射治疗过程中实时监控肿瘤的位置，以保证放射治疗的安全性及提高肿瘤的治愈率。

参考图1所示，放射治疗系统100包括直线加速器10、病床20及数据处理单元30。所述直线加速器10用于产生高能级(例如兆伏级)的射束(电子束或X射线)从而对靶区(包含肿瘤)进行治疗，其包括治疗头11及电子射野影像装置12(Electronic Portal ImagingDevice，简称EPID)。由于不同类型肿瘤的形状不同或不同角度照射时肿瘤的形状也不同，为了保护靶区外的正常组织和危及器官免受照射，并尽可能对靶区进行高剂量的照射，所述直线加速器10还包括准直器13，准直器13安装至治疗头11上，用于限定辐射范围，使得射束的形状与靶区匹配。所述直线加速器10不受本实施例公开的限制，其还可以产生千伏级的射束用于对靶区进行成像。

所述病床20用于承载患者40，并将患者40移动至直线加速器10，所述治疗头11向患者40发出射束(例如锥形束)，电子射野影像装置12接收穿过患者40的射束以产生有关患者40组织密度信息的投影图像。

数据处理单元30典型地被设置在远离直线加速器10的位置，通常与直线加速器10位于不同的房间，从而保护操作者远离辐射。数据处理单元30可以包括计算机，用于对放射治疗系统100进行控制，还可以从电子射野影像装置12中接收投影图像，并对该投影图像进行处理，数据处理单元30可以包括输入设备(例如键盘)，便于接收输入信息，还可以包括显示器，用于在放射治疗前或放射治疗过程中显示信息。

放射治疗系统100还包括监控装置，用于采集患者40的身体表面信息。监控装置包括至少两个互成一定角度的光学系统，并安装在固定位置处，且两个光学系统的位置关系精确已知，用于从不同角度采集患者40身体上的同一区域的信息。由于在放射治疗过程中，直线加速器10通常需要旋转，可能会挡住其中一个光学系统，影响监控装置对患者40的身体表面信息的采集，因此优选地，监控装置包括至少三个互成一定角度的光学系统。

在本实施例中，监控装置包括三个互成一定角度的摄像机(图1中仅示出了其中两个摄像机501及摄像机502)，用于从不同角度采集患者40身体上的同一区域的信息，且摄像机安装于治疗室的墙面上，从而保证摄像机的位置固定且精确已知，而且即使在放射治疗过程中直线加速器旋转，也可以保证监控装置可以采集患者40的身体表面信息。需要注意的是，摄像机的位置不受本实施例公开内容的限制。

在放射治疗过程中，由于呼吸等生理运动的影响，肿瘤在患者身体内处于运动状态。为了实现更精准的放射治疗，需要时刻掌握肿瘤的具体位置。图2示出了利用本发明的放射治疗系统实时监控肿瘤运动的方法。

参考图2所示，一种肿瘤实时监控方法包括：

步骤S201，获取四维图像。

四维图像包含时间信息，即四维图像能够表示三维图像随时间的变化。在放射治疗之前，可以利用能够进行四维成像的成像装置对患者40进行成像并采集数据，对采集得到的数据进行重建从而得到四维图像，所述四维图像中包含肿瘤区域。

例如，可以利用4D-CT装置或4D-CBCT装置对患者40进行放射成像并采集投影数据，重建该投影数据从而得到4D-CT图像或4D-CBCT图像。从4D-CT图像或4D-CBCT图像中可以得到肿瘤随时间变化的运动信息。利用4D-CT装置或4D-CBCT装置获取四维图像为本领域的现有技术，在此不再赘述。

将放射治疗之前得到的四维图像进行存储，在放射治疗过程中只需从存储器中直接获取即可。

步骤S202，通过监控装置采集患者表面信息，从所述四维图像中选择与所述患者表面信息匹配的图像并得到肿瘤的位置信息。

如上所述，监控装置用于采集患者40的身体表面信息。对监控装置的采集信息进行处理，例如可以得到点阵跟踪信息，即获取患者40身体上某一点随时间变化的运动信息，将监控装置采集的该点的位置信息与步骤S201中获取的四维图像进行比较，如果监控装置采集的位置与四维图像在某一状态下该点的位置匹配，则获取在该状态下四维图像中的肿瘤位置作为肿瘤的位置信息，按照该方式可以得到放射治疗过程中任一时刻的肿瘤位置；也可以得到表面跟踪信息，即获取患者40的身体表面随时间的变化信息，根据该信息进行三维表面重建从而得到患者40的身体表面随时间变化的运动信息，将监控装置采集的身体表面与步骤S201中获取的四维图像进行比较，如果监控装置采集的身体表面与四维图像在某一状态下的身体表面匹配，则获取在该状态下四维图像中的肿瘤位置作为肿瘤的位置信息，按照该方式也可以得到放射治疗过程中任一时刻的肿瘤位置。

监控装置采集患者40的身体表面信息(如上所述，可以得到患者身体上某一点的位置信息，也可以得到患者的三维表面信息)，将该采集信息与步骤S201中的四维图像进行比较，从所述四维图像中选择与所述患者表面信息匹配的图像，所述图像中的肿瘤位置作为肿瘤的位置信息，该实施例中的方法可以快速地获取肿瘤的位置，实现在放射治疗过程中对肿瘤位置进行实时监控。

在本实施例中，得到的肿瘤位置至少包括肿瘤的深度信息；当然，由于四维图像中包含肿瘤在六个自由度方向的运动情况，本实施例中得到的肿瘤位置为六个方向的位置，包括在直角坐标系(可以为四维成像装置的坐标系，也可以为放射治疗系统100的坐标系)中沿三个坐标轴的坐标值以及绕三个坐标轴的旋转角度，例如，患者仰卧在病床的床板上，则竖直方向为深度方向，水平面内沿床板长度方向为横轴，水平面内沿床板宽度方向为纵轴，绕横轴的旋转为翻滚角(roll)，绕纵轴的旋转为俯仰角(pitch)，绕深度方向的旋转角(yaw)，因此本实施例的方法可以获得肿瘤沿横轴、纵轴及深度方向的运动以及肿瘤的翻滚角、俯仰角以及绕深度方向的旋转角。

然而，虽然受生理运动影响的肿瘤持续地进行周期性运动，但是每个周期性运动几乎都不是完全相同的，因此在放射治疗过程中很难保持肿瘤的运动与放射治疗之前保存的肿瘤运动完全一样，优选地，可以对患者采集多个周期的4DCT图像，从这些4DCT图像中选择连续的多个周期中肿瘤运动相似性较高的4DCT图像用于计算肿瘤位置或者对采集得到的多个周期的4DCT图像进行处理，计算多个周期运动的平均值并用于计算肿瘤位置；在放射治疗之前需要对患者进行摆位，每次患者摆位很难保持与之前完全相同，摆位误差也会影响监控装置采集的患者40的身体表面信息，从而也会给肿瘤位置引入误差。针对这些问题，图3的实施例示出了另一种实时监控肿瘤运动的方法。

参考图3所示，一种肿瘤实时监控方法包括：

步骤S301，获取四维图像。

在放射治疗之前，可以利用能够进行四维成像的成像装置对患者40进行成像并采集数据，对采集得到的数据进行重建从而得到四维图像，所述四维图像中包含肿瘤区域。

例如，可以利用4D-CT装置或4D-CBCT装置对患者40进行放射成像并采集投影数据，重建该投影数据从而得到4D-CT图像或4D-CBCT图像。从4D-CT图像或4D-CBCT图像中可以得到肿瘤随时间变化的运动信息。利用4D-CT装置或4D-CBCT装置获取四维图像为本领域的现有技术，在此不再赘述。

将放射治疗之前得到的四维图像进行存储，在放射治疗过程中只需从存储器中直接获取即可。

步骤S302，采集实时图像，同时通过监控装置采集患者表面信息。

在放射治疗过程中，通过准直器13将射束限定成希望的形状，治疗头11向患者40发出射束，电子射野影像装置12接收穿过患者40的射束以产生实时图像。该实时图像为二维投影图像。

在电子射野影像装置12采集实时图像的同时，通过监控装置采集患者40的身体表面信息。

步骤S303，根据监控装置的采集信息从所述四维图像中选择与所述采集信息匹配的图像。

从监控装置的采集信息中可以得到点阵跟踪信息，也可以得到表面跟踪信息。考虑到点阵跟踪计算速度较快，能更好地满足实时性的要求，优选地，从监控装置的采集信息中得到点阵跟踪信息。监控装置通过点阵跟踪获取患者40身体上某一点的位置信息，将监控装置采集到的该点的位置与步骤S301中获取的四维图像进行比较，如果监控装置采集的位置与四维图像在某一状态下该点的位置匹配，则该状态下的四维图像即为与所述点阵跟踪信息匹配的图像，并获取该匹配图像中肿瘤的位置信息，该位置信息包括肿瘤在六个方向的位置信息。

步骤S304，将所述图像进行正投影得到数字重建图像。

由于四维图像在每一时刻都包含了三维图像信息，而EPID采集的实时图像包含两维信息，为了进行后续的步骤，需要将三维图像信息进行正投影得到数字重建图像(Digitally Reconstructed Radiography，简称DRR)，因此将步骤S303中选择的图像进行正投影得到DRR图像。

步骤S305，将所述实时图像与所述数字重建图像进行配准，得到除深度方向之外的实时位置信息。

将步骤S302得到的实时图像与步骤S304得到的DRR图像进行配准，得到实时图像与DRR图像之间的相对位置，再结合步骤S303中的匹配图像中的肿瘤位置，从而得到除深度方向之外的实时位置信息。由于通过正投影得到DRR图像，因此DRR图像中不包含沿深度方向的位置信息，因此通过步骤S305可以得到除深度方向之外的五个方向的位置信息。

两维图像进行配准的方法也多种，在本实施例中优选利用强度相似性对图像进行配准，而该方法为本领域的现有技术，在此不再赘述。

步骤S306，将匹配图像中肿瘤的深度信息与所述实时位置信息结合得到肿瘤的位置信息。

步骤S305得到肿瘤的除深度方向之外的五个方向的位置信息，步骤S303得到四维图像中与所述实时图像匹配的图像，该图像中包含肿瘤的深度信息，五个方向的位置信息与深度信息相结合即为肿瘤在六个方向的实时位置信息。

在本实施例中，通过图像间的配准消除了放射治疗前采集的数据与放射治疗过程中的实时数据之间的误差，校正了肿瘤在除深度方向之外的位置信息，从而提高肿瘤运动监测的准确性。

参考图4所示，一种肿瘤实时监控方法包括：

步骤S401，获取四维图像。

在放射治疗之前，可以利用能够进行四维成像的成像装置对患者40进行成像并采集数据，对采集得到的数据进行重建从而得到四维图像，所述四维图像中包含肿瘤区域。从四维图像中可以得到较多信息，例如可以得到肿瘤随时间变化的运动信息，也可以得到患者表面与肿瘤位置的对应关系，例如患者表面与肿瘤在深度方向的对应关系，该对应关系包含每个状态下患者表面形状及对应的患者表面与肿瘤在深度方向的距离，或者患者表面与肿瘤在深度方向及绕深度方向之外的两个坐标轴(横轴和纵轴)方向的旋转角度(翻滚角和俯仰角)的对应关系，该对应关系不仅包括每个状态下患者表面形状及对应的患者表面与肿瘤在深度方向的距离，还包括对应的肿瘤的翻滚角和俯仰角。

例如，可以利用4D-CT装置或4D-CBCT装置对患者40进行放射成像并采集投影数据，重建该投影数据从而得到4D-CT图像或4D-CBCT图像。从4D-CT图像或4D-CBCT图像中可以得到肿瘤随时间变化的运动信息；对4D-CT图像或4D-CBCT图像进行表面重建，可以得到患者表面与肿瘤位置的对应关系，即可以得到不同时刻患者40的表面形状及对应的患者表面与肿瘤在深度方向的距离，在一些实施例中，除了可以得到不同时刻患者40的表面形状及对应的患者表面与肿瘤在深度方向的距离之外，还可以得到对应的肿瘤的翻滚角和俯仰角。利用4D-CT装置或4D-CBCT装置获取四维图像为本领域的现有技术，在此不再赘述。

将放射治疗之前得到的四维图像及患者表面与肿瘤位置的对应关系进行存储，在放射治疗过程中只需从存储器中直接获取即可。

步骤S402，采集实时图像，同时通过监控装置采集患者表面信息。

在放射治疗过程中，通过准直器13将射束限定成希望的形状，治疗头11向患者40发出射束，电子射野影像装置12接收穿过患者40的射束以产生实时图像。该实时图像为二维投影图像。

在电子射野影像装置12采集实时图像的同时，通过监控装置采集患者40的身体表面信息。

步骤S403，根据监控装置的采集信息从所述四维图像中选择与所述采集信息匹配的图像。

从监控装置的采集信息中可以得到点阵跟踪信息，也可以得到表面跟踪信息。考虑到点阵跟踪计算速度较快，能更好地满足实时性的要求，优选地，从监控装置的采集信息中得到点阵跟踪信息。监控装置通过点阵跟踪获取患者40身体上某一点的位置信息，将监控装置采集到的该点的位置与步骤S401中获取的四维图像进行比较，如果监控装置采集的位置与四维图像在某一状态下该点的位置匹配，则该状态下的四维图像即为与所述点阵跟踪信息匹配的图像，并获取该匹配图像中肿瘤的位置信息，该位置信息至少包括肿瘤的部分位置信息，例如包括肿瘤在除深度方向之外的两个坐标轴(横轴和纵轴)方向的位置信息以及绕深度方向的旋转角度信息，或者包括肿瘤在除深度方向之外的五个方向的位置信息，当然，该位置信息也可以包括肿瘤在六个方向的位置信息。

步骤S404，将所述图像进行正投影得到数字重建图像。

由于四维图像在每一时刻都包含了三维图像信息，而EPID采集的实时图像包含两维信息，为了进行后续的步骤，需要将三维图像信息进行正投影得到数字重建图像(Digitally Reconstructed Radiography，简称DRR)，因此将步骤S403中选择的图像进行正投影得到DRR图像。

步骤S405，将所述实时图像与所述数字重建图像进行配准，得到部分方向的实时位置信息。

将步骤S402得到的实时图像与步骤S404得到的DRR图像进行配准，得到实时图像与DRR图像之间的相对位置，再结合步骤S403中的匹配图像中的肿瘤位置，从而得到肿瘤在部分方向的实时位置信息。由于通过正投影得到DRR图像，因此DRR图像中不包含沿深度方向的位置信息，因此通过步骤S405可以得到除深度方向之外的五个方向的位置信息。

由于正投影图像中包含的肿瘤的翻滚角和俯仰角的信息可能较少，因此在一些实施例中，在该步骤S405中得到的实时位置信息包括沿横轴和纵轴方向的位置信息及绕深度方向的旋转角度信息。

两维图像进行配准的方法也多种，在本实施例中优选利用强度相似性对图像进行配准，而该方法为本领域的现有技术，在此不再赘述。

步骤S406，根据监控装置的采集信息得到患者表面的三维重建信息。

为了提高位置精度，优选地，从监控装置的采集信息中得到表面跟踪信息。监控装置通过表面跟踪获取患者40的身体表面随时间的变化信息，根据该信息进行三维表面重建从而得到患者40的身体表面的三维重建信息。

步骤S407，根据所述患者表面与肿瘤位置的对应关系，得到所述肿瘤在其它方向的实时位置信息。

查找步骤S401中的患者表面与肿瘤位置的对应关系，从而得到步骤S406采集得到的患者表面的三维重建信息对应的肿瘤的部分位置信息。

例如，如果患者表面与肿瘤位置的对应关系包括患者表面与肿瘤在深度方向的对应关系，则通过查找该对应关系可以得到步骤S406采集得到的患者表面的三维重建信息对应的肿瘤的深度信息；如果患者表面与肿瘤位置的对应关系还包括患者表面与绕横轴和纵轴方向的旋转角度(翻滚角和俯仰角)的对应关系，则通过查找该对应关系还可以得到步骤S406采集得到的患者表面的三维重建信息对应的肿瘤的翻滚角和俯仰角。

将步骤S405得到的部分方向的实时位置信息与步骤S407得到的其它方向的实时位置信息相结合从而得到了肿瘤在六个方向的实时位置信息，从而可以在放射治疗的过程中对肿瘤位置进行实时监控。

例如，将步骤S405得到的肿瘤在除深度方向之外的五个方向的位置信息与步骤S407得到的肿瘤的深度信息相结合得到肿瘤在六个方向的实时位置信息；或者将步骤S405得到的肿瘤在横轴和纵轴方向的位置信息及绕深度方向的旋转角度信息与步骤S407得到的肿瘤的深度信息及肿瘤的翻滚角和俯仰角信息相结合得到肿瘤在六个方向的实时位置信息。

由此可见，本实施例中的肿瘤实时监控方法通过四维图像、监控装置的采集信息与EPID采集的实时图像相结合，可以得到肿瘤在六个方向的实时运动信息，且获取的肿瘤实时位置精度较高；

通过图像间的配准消除了放射治疗前采集的数据与放射治疗过程中的实时数据之间的误差，校正了肿瘤在部分方向的位置信息，从而提高肿瘤运动监测的准确性；

进一步地，根据监控装置的采集信息得到身体表面的实时的三维重建信息，根据该实时的三维重建信息得到肿瘤在其它方向更精确的位置信息。

对应的，本发明还提供了一种肿瘤实时监控装置500，包括：

跟踪单元501，用于通过监控装置采集患者表面信息，

例如通过监控装置采集患者表面信息，对采集信息进行处理可以得到点阵跟踪信息和表面跟踪信息，即通过点阵跟踪获取患者40身体上某一点的位置信息以及通过表面跟踪获取患者40的身体表面随时间的变化信息，

图像采集单元502，用于采集患者的实时图像，

例如在放射治疗过程中，通过电子射野影像装置12接收穿过患者40的射束以产生实时投影图像。该实时投影图像为二维图像。

数据处理单元30，用于进行数据处理，包括：

获取患者的四维图像及患者表面与肿瘤位置的对应关系，

从所述四维图像中选择与患者表面信息匹配的图像，

将所述与患者表面信息匹配的图像进行正投影得到DRR图像，

将所述实时图像与所述DRR图像进行配准，得到部分方向的实时位置信息，

根据所述患者表面信息得到患者表面的三维重建信息，

根据所述患者表面与肿瘤位置的对应关系，得到与三维重建信息对应的肿瘤在其它方向的实时位置信息。

将部分方向的实时位置信息与在其它方向的实时位置信息相结合得到肿瘤在六个方向的实时位置信息，从而可以在放射治疗的过程中对肿瘤位置进行实施监控。

在本实施例中的具体技术细节可以参考如上的肿瘤实时监控方法的实施例。

本发明中的肿瘤实时监控方法及装置适用于放射治疗系统，可以在放射治疗过程中对肿瘤的位置进行实时追踪，并将肿瘤位置的实时追踪结果传送给数据处理单元30，通过数据处理单元30控制直线加速器10的出束时间，从而可以更精确地将高剂量输送至肿瘤区，保护肿瘤周围的正常组织及危及器官免受伤害。

假定肿瘤运动轨迹如图6所示，虽然图6中仅示出了肿瘤随生理运动沿其中一个方向的运动轨迹，实际上本发明中的肿瘤的运动轨迹可以为六个方向的运动情况，图6中仅以深度方向为例进行示意说明。该肿瘤的运动轨迹可以从四维图像中得到，也可以通过其它方式得到，在此不作限定。

在图6中，横轴表示时间，纵轴表示肿瘤沿深度方向的位置。从图6可以看出，在不同时刻，肿瘤的位置不同，如果不考虑肿瘤位置变化，则导致高剂量的射束不能被准确输送至肿瘤靶区，同时严重损伤肿瘤周围的正常组织，严重影响放射治疗的效果。

为了解决如上的技术问题，本发明中放射治疗系统100利用实时监控得到的肿瘤位置对出束时间进行控制。

参考图1所示，在本发明的放射治疗系统100中，数据处理单元30根据预设出束条件控制直线加速器10进行出束和停止出束。

结合图7所示，数据处理单元30包括条件设置子单元3001，用于设置直线加速器出束所需满足的条件，该条件依据肿瘤的运动轨迹进行设置，例如可以设置在图6中的波峰601附近进行出束，也可以设置在图6中的波谷602附近进行出束，当然，也可以设置在其它肿瘤位置处进行出束，操作者根据放射治疗的要求进行设置。

所述数据处理单元30还包括判断子单元3002，用于将肿瘤监控装置所监测的肿瘤的实时位置与条件设置子单元3001中的条件进行比较，判断是否满足出束条件，如果满足出束条件，则数据处理单元30控制直线加速器10进行出束，如果不满足出束条件，则数据处理单元30控制直线加速器10不出束。

本发明提供的放射治疗系统不仅可以实时监测患者体内的肿瘤运动，而且可以利用该监测信号对放射治疗系统的出束时间进行控制，使得高剂量的射束更精确地被递送至肿瘤靶区，保护肿瘤周围的正常组织和危及器官免受伤害，提高放射治疗的效率。

在本发明的其它实施例中，放射治疗系统也可以为其它的门控治疗系统，例如上述放射治疗系统中的直线加速器可以为其它设备，例如gamma刀、钴60治疗机、质子加速器、近距离后装治疗机等，利用上述实施例中的肿瘤实时监控装置对肿瘤位置进行实时监控，从而严格控制放射治疗的时间。具体技术细节可参考其它实施例。

虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种肿瘤实时监控装置，包括：

跟踪单元，用于通过监控装置采集患者表面信息，

图像采集单元，用于采集实时图像，

数据处理单元，用于进行数据处理，包括：

获取患者的四维图像，

从所述四维图像中选择与患者表面信息匹配的图像，得到所述匹配的图像中肿瘤的位置信息，

将所述与患者表面信息匹配的图像进行正投影得到数字重建图像，

将所述实时图像与所述数字重建图像进行配准，得到除深度方向之外的肿瘤位置信息，

所述将所述实时图像与所述数字重建图像进行配准，得到除深度方向之外的肿瘤位置信息，包括：

将所述实时图像与所述数字重建图像进行配准，得到实时图像与所述数字重建图像之间的相对位置，基于所述相对位置和所述匹配的图像中肿瘤的位置信息，得到除深度方向之外的肿瘤位置信息，将与患者表面信息匹配的图像中肿瘤的深度信息与所述除深度方向之外的肿瘤位置信息结合得到肿瘤的位置信息；

其中，所述将所述实时图像与所述数字重建图像进行配准包括：利用强度相似性对图像进行配准。

2.根据权利要求1所述的肿瘤实时监控装置，其特征在于，所述四维图像为4D-CT图像或4D-CBCT图像。

3.根据权利要求1所述的肿瘤实时监控装置，其特征在于，所述监控装置包括三个互成角度的摄像机。

4.一种肿瘤实时监控装置，包括：

跟踪单元，用于通过监控装置采集患者表面信息，

图像采集单元，用于采集实时图像，

数据处理单元，用于进行数据处理，包括：

获取患者的四维图像，

从所述四维图像中选择与患者表面信息匹配的图像，得到所述匹配的图像中肿瘤的位置信息，

将所述与患者表面信息匹配的图像进行正投影得到数字重建图像，

将所述实时图像与所述数字重建图像进行配准，得到部分方向的位置信息，

所述将所述实时图像与所述数字重建图像进行配准，得到部分方向的位置信息，包括：

将所述实时图像与所述数字重建图像进行配准，得到实时图像与所述数字重建图像之间的相对位置，基于所述相对位置和所述匹配的图像中肿瘤的位置信息，得到部分方向的位置信息，

根据所述患者表面信息得到患者表面的三维重建信息，

根据患者表面与肿瘤位置的对应关系，得到与三维重建信息对应的肿瘤在其它方向的位置信息，

所述部分方向至少包括横轴、纵轴方向及绕深度方向的旋转方向，所述其它方向至少包括深度方向；

其中，所述将所述实时图像与所述数字重建图像进行配准包括：利用强度相似性对图像进行配准。

5.根据权利要求4所述的肿瘤实时监控装置，其特征在于，所述患者表面与肿瘤位置的对应关系根据所述四维图像确定。

6.根据权利要求4所述的肿瘤实时监控装置，其特征在于，所述部分方向的位置信息包括除深度方向之外的位置信息，其它方向的位置信息包括深度方向的位置信息。

7.根据权利要求4所述的肿瘤实时监控装置，其特征在于，所述部分方向的位置信息包括横轴和纵轴方向的位置信息及绕深度方向的旋转角度信息，其它方向的位置信息包括深度方向的位置信息及绕横轴方向的旋转信息和纵轴方向的旋转信息。

8.根据权利要求4所述的肿瘤实时监控装置，其特征在于，所述四维图像为4D-CT图像或4D-CBCT图像。

9.一种放射治疗系统，包括直线加速器、病床及数据处理单元，其特征在于，所述数据处理单元包括

条件设置子单元，用于设置所述直线加速器的出束条件，

判断子单元，用于将权利要求1-8任一项所述的肿瘤实时监控装置监测到的肿瘤位置与所述出束条件进行比较，判断是否满足所述出束条件，

如果满足所述出束条件，则直线加速器出束，否则，直线加速器不出束。

10.一种门控治疗系统，包括放射治疗装置、病床及数据处理单元，其特征在于，所述数据处理单元包括：

条件设置子单元，用于设置所述放射治疗装置的出束条件，

判断子单元，用于将权利要求1-8任一项所述的肿瘤实时监控装置监测到的肿瘤位置与所述出束条件进行比较，判断是否满足所述出束条件，

如果满足所述出束条件，则放射治疗装置出束，否则，放射治疗装置不出束。

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