CN109890283B - 用于根据磁共振图像来准确定位3d对象的辐射治疗系统 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种用于控制包括磁共振成像系统(106)的磁共振成像引导的辐射治疗装置(100)的方法。所述方法包括：使用所述磁共振成像系统从器官(146)采集磁共振数据，所述器官由预定义标记物来标记；所述磁共振数据包括3D图像数据；在所述磁共振数据的重建的2D图像中识别所述标记物的至少一个候选信号空白区；处理所述3D图像数据和所识别的信号空白区以计算所识别的候选信号空白区是所述标记物的部分的可能性；输出所计算出的可能性的指示；响应于所述输出，接收指定执行辐射治疗的用户输入；并且控制使用所述辐射治疗对所述器官的辐照。

Description

用于根据磁共振图像来准确定位3D对象的辐射治疗系统

技术领域

本发明涉及能量处置设备，具体涉及使用治疗系统来控制对由预定义标记物所标记的器官的受影响部分的辐照。

背景技术

辐射治疗(RT)处置规划系统和图像分析软件需要帮助用户在磁共振图像中寻找器官的工具。具体地，存在改进在诸如前列腺的器官的仅基于MRI的RT或者MRI辅助的RT中对磁共振(MR)图像的处理的需求。

发明内容

各种实施例提供了如由独立权利要求的主题所描述的一种磁共振成像引导的辐射治疗装置、一种经改进的方法以及一种计算机程序产品。在从属权利要求中描述了有利的实施例。

在一个方面中，本发明涉及一种磁共振图像引导的辐射治疗装置(MRI装置)，其用于控制对由预定义标记物所标记的器官的受影响部分的辐照。所述MRI装置包括磁共振成像系统、用于控制所述装置的处理器；以及包含机器可执行指令的存储器，其中，所述指令的执行使所述处理器：

-使用所述磁共振成像系统(106)从所述器官采集磁共振数据，所述磁共振数据包括3D图像数据或者3D图像数据和2D图像数据；

-在根据所述3D图像数据或者根据所述2D图像数据重建的经重建的2D图像中识别所述标记物的至少一个候选信号空白区(signal void candidate)；

-处理所述3D图像数据和所识别的信号空白区以计算所识别的候选信号空白区是所述标记物的部分的可能性；

-输出所计算出的可能性的指示；

-响应于对所计算出的可能性的所述输出，接收关于辐射治疗计划的用户输入；并且

-根据所述辐射治疗计划来控制对所述器官的所述辐照。

例如，可以使用单个辐射治疗计划，并且所计算出的可能性可以被用于对所述器官的位置验证。在另一范例中，所计算出的可能性不仅可以被用于位置验证，而且可以被用于规划目的，例如被用于校正标记物位置的区域中的密度信息。

当在处置规划系统中准备对前列腺的基于MRI的辐射治疗(RT)规划时，常常需要手动地勾画已经被插入到前列腺中的一条金属丝线的形状。对于RT，为了对前列腺的准确对准，准确的勾画是必要的。本装置和方法可以实现对被插入在待处置的器官中的标记物的准确勾画。

本装置和方法可以实现输出，使得所述装置的用户能够在所述MR图像中对3D对象的已知(可能变形的)形状进行定位，以用于随后对所述3D对象的标记或轮廓绘制。所述标记物包括所述3D对象。所述装置不仅可以被用于对前列腺的RT，而且还能够被用在肝脏或其他器官的情况中。

所述标记物的形状在器官内部可能随时间改变，例如在处置或辐照所述器官的受影响部分的同时随时间改变。因此，所述标记物的初始形状可能不再有效。本装置和方法可以实现对数据的动态处理(例如，自动的、或者周期性的、或者事件或用户触发的处理)，以便动态地提供所述标记物的最新形状。

另一优点可以是：通过基于所述标记物的最新形状准确地计算辐射剂量分布，以上特征可以使得能够提供对所述辐射剂量分布的更好控制。

另一优点可以是：本方法可以通过允许在所述MR图像上进行辐射剂量规划并且由此避免计算机断层摄影(CT)图像采集和重建来节省资源和处理时间。这与常规方法形成对比，在常规方法中，除了MR流程之外，还需要基于CT的流程以进行准确的辐射治疗规划，这是例如针对前列腺辐射治疗规划的当前标准。

另一优点可以是：本方法可以使得能够定位由所述MR图像中的外来标记物的形状引起的信号空白区的变形的形状。这可能是特别有利的，因为对MR图像中的标记物的检测可能不像CT图像中那样容易，因为图像创建的物理机构是不同的。同样地，对于MR成像，组织中的对比度可能比在CT图像中的改变更多。

所述标记物例如可以包括先验已知或预定义尺寸和/或先验已知或预定义对比度的对象。例如，所述标记物可以由金属、或塑料或材料混合物制成。

可以根据2D图像数据或3D图像数据来重建所述重建的2D图像。例如，当使用多切片技术以切片来采集3D图像数据时，所述重建的2D图像可以是所述切片的重建切片。用户可能想要识别所述重建的2D图像上的信号空白区，并且该识别的信号空白区被用于查看连续切片的图像数据以检查这是否是标记物，其中，所述3D图像数据包括连续切片的图像数据。在一个范例中，可以配准所述重建的2D图像的图像数据与3D图像数据。

术语“配准”指代使用相同或不同的成像模态所采集的、相同或不同对象的图像之间的对准。图像配准建立不同图像中的空间信息的对应关系，使得能够将对应的特征相关。图像配准和比较可以是在(例如，患者或个体的)器官的2D图像数据与3D图像数据之间进行。

术语“信号空白区”指代2D图像中的这样的区域：其没有射频信号发射，通常被表示为MR图像中的暗区域；或者其发射例如源自填充流体的容器或袋子、塑料插入物或器官或者由其引起的已知质量或对比度的信号。这是因为在所述区域中没有被激活的质子(诸如流动的血液)或者因为未补偿的失相。所述信号空白区可以指代或者包括所述区域的一个或多个像素或体素。信号空白区可能由不同的源引起。例如，信号空白区可能在具有由正常解剖结构引起的一些微小流动扰动的区域处发生，例如，信号流空白区存在于中间心室区域中，其中，乳头肌充当生理干扰者。所述信号空白区可能由于在被成像对象中的诸如金属的对象的存在而发生。

在一个范例中，所述输出和所述接收的步骤可以是任选的。例如，在确定所述可能性后，可以利用与其参考信号空白区相关联的所述可能性的预定义参考值来执行对所确定的与其信号空白区相关联的可能性的比较。基于所述比较的结果(例如，基于信号空白区和/或可能性的偏移)，可以使用预定义的RT计划来控制对器官的辐照。例如，可以在所述器官的MR图像上确定所述标记物的初始形状，并且可以在参考MR图像上识别参考信号空白区并且可以计算其可能性。可以存储参考可能性值以及相关联的参考信号空白区(例如，参考MR图像的像素)。在计算针对当前识别的信号空白区的当前可能性后，可以将当前MR图像中的所获得的值和位置与所存储的参考值进行比较(例如，可以在执行所述计算和所述比较之前配准所述参考MR图像与所述当前MR图像)。此外，可以预定义辐射治疗计划并且与预定义可能性和/或信号空白区值一起存储。

识别或确定候选信号空白区的步骤可以使用一幅或多幅MR图像来执行，例如，用户可以在多个切片的每个切片中识别候选空白区，以便更好地勾画所述标记物的形状。针对每个识别的候选空白区，可以执行上文所定义的步骤。

根据一个实施例，所述指令的执行还使所述处理器使用所述2D图像的像素的磁共振性质来自动地识别所述信号空白区。这可以提供用于检查所述标记物的形状的系统性方法。例如，可以重复识别所述信号空白区以及确定其对应的可能性的步骤，并且可以在每次迭代中确定所述标记物的形状。在所述标记物的形状相对于先前的迭代改变的情况下，可以执行随后的输出、接收和控制所述装置的步骤。

根据一个实施例，所述指令的执行还使所述处理器在图形用户接口上显示所述2D图像并且接收对所识别的信号空白区的选择。这可以实现对所述器官的受控的辐照。

根据一个实施例，所述输出包括显示与所述2D图像相关联的可能性的指示。例如，指针可以被显示在所述2D图像中的信号空白区的顶部上。所述指针可以具有指示可能性的颜色，例如，绿色可以指示可能性高于90％。

根据一个实施例，所述处理的步骤包括：识别与所识别的信号空白区相对应的所述2D图像的像素，将所述像素的磁共振性质与所述3D图像数据的体素的磁共振性质进行比较；并且使用所述比较的结果来计算所述可能性。

体素是在3D空间中定义的体积元素。其尺寸可以由像素以及切片的厚度来给出。可以使用2D多切片成像或者利用3D扫描技术来实现切片厚度。

例如，当所述治疗装置的用户在所述2D图像上选择2D区域(例如，候选信号空白区)时，本方法可以适配(fit)一个或多个先验选择的模型以包含所选择的区域，诸如样本强力适配。这样的模型的范例可以包括：人类器官的基本模型、在所选择的身体区域中的典型疾病、或者市售的人造对象，例如MRI兼容的体内施用器。可以将适配的优度标准化为用户可见范围或类别。可以向用户示出适配值(例如，以交互的方式)，从而能够快速地覆盖多个可能部位，并且基于2D图像形态上的视觉外观、适配质量可视化以及用户对于待定位的标记物的可能位置的解剖学知识来寻找最佳匹配。一旦找到了最佳位置，用户就可以应用所述模型或者对所述位置进行标记。例如，用户可以通过在所述2D MR图像上利用鼠标进行点击来选择单个像素。除了所选择的像素之外，围绕所选择的像素或者与所选择的像素相关的像素可以被分组以形成一组像素。在这种情况下，像素周围可以被包括在搜索中(例如，使用可见视场或视图端口分辨率相关的计算或者‘5像素内’的像素窗口搜索标准以考虑鼠标指向不准确性)。所述方法可以处理所述组中的每个像素。针对所述组中的每个像素，包含模型掩模以及矩阵从所述像素的偏移的小3D矩阵的预先计算的阵列被应用在3D图像体积中的像素位置处(例如，可以检查3D MR数据，寻找诸如边缘或区域的局部结构，其被组装成矩阵以试图识别感兴趣对象)，以计算相关性。最佳相关性可以作为适配的优度来给出。

根据一个实施例，所述指令的执行还使所述处理器：提供描述所述标记物的形状的一个或多个参数的参考值；使用所述信号空白区的磁共振性质来处理所述3D图像数据以确定所述标记物的形状；使用所确定的所述标记物的形状来确定所述参数的值；将所确定的值与所述参考值进行比较；并且使用所述比较的结果来计算所述可能性。

对所述标记物的形状的准确勾画是耗时并且易于出错的，并且可能需要专业知识。该实施例可以使用所述标记物(诸如一条金属丝线或其他对象)的所述形状(例如，长度和体积)作为先验信息以帮助从所述MR图像中找到所识别的所述标记物的信号空白区。实施方案例如可以是使得(诸如Gold Anchor^TM丝线的标记物)预定义形状被拖动到候选信号空白区所在区域的顶部上，并且本方法使用长度(和体积)信息来将对标记物位置和形状的搜索限制到3D体积(体素)中可能邻近的图像元素。因为所述标记物(例如，丝线)可以变形但是不收缩或扩展，所以可以使用该信息来定义所述参数以推断所述标记物的可能位置。因为MR图像通常来自相同的成像会话，所以能够容易地使用不同的对比度，因为所述图像通常是被充分地共同配准的。其也能够在形状搜索过程之前被重新配准。例如，可以使用表示所述MR图像中的所述标记的预期形状和局部灰度级结构的模型。

能够预先定义所述标记物(其被插入在器官中)的任意形状并且允许本方法使用所述信息来限制使用该形状信息从所述图像空间中搜索所述标记物形状。利用MRI，也可以使用搜索中的许多图像对比度，因为所述图像来自相同的成像会话并且因此容易被共同配准。

根据一个实施例，所述指令的执行还使所述处理器重复所述识别和所述处理的步骤，以勾画所述2D图像上的所述标记物的形状。该实施例可能是有利的，因为其可以实现对所述信号空白区的受控的选择，例如，用户可以逐个地提供准确地确定的信号空白区。这可以增加找到所述标记物的正确形状的概率。

根据一个实施例，所述至少一个信号空白区包括多个信号空白区，其中，执行对所述3D图像数据以及所述多个信号空白区中的每个识别的信号空白区的所述处理，以计算所识别的候选信号空白区中的每个识别的候选信号空白区是所述标记物的部分(或者源自所述标记物或者由所述标记物引起)的可能性；其中，所述指令的执行还使所述处理器使用所述多个信号空白区的可能性来构建所述标记物的形状。该实施例可以实现对所有识别的信号空白区的单次处理，这可以节省否则对所述信号空白区的个体处理将需要的资源。

根据一个实施例，所述参数是形状无关的参数。例如，所述参数可以包括所述标记物的体积或长度或大小。因为所述标记物可能变形，所以使用与形状无关的参数可以提高用于确定所述2D图像上的所述标记物的所述形状的本方法的准确度。

根据一个实施例，所述磁共振性质包括所述信号的强度或幅度中的至少一项。使用的性质越多，所述标记物的成形就越准确。

根据一个实施例，所述标记物是具有预定义形状和/或预定义对比度的对象。在一个范例中，所述器官是前列腺。

在另一范例中，可以使用关于结构(例如，金种子或丝线)的形状的先验知识来提供方法。当用户选择图像中可能潜在地是该结构的特定区域时，所述系统计算该区域确实是所选择的结构的部分的可能性。同样地，算法可以基于该结构的预定义形状在所述图像中自动地搜索该结构的存在。

在另外的范例中，提供了一种处置规划系统，其中，使用视觉提示来执行根据MRI图像对3D对象的准确定位和标记(勾画)。定位所述3D对象的结构的所述方法可以是使用针对所述MR图像上的所识别的信号空白区的可能性计算所描述的方法。

在另一方面中，本发明涉及一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括用于由控制磁共振成像引导的辐射治疗装置的处理器执行的机器可执行指令，其中，所述机器可执行指令的执行使所述处理器：

-接收磁共振数据，所述磁共振数据包括使用磁共振成像系统从器官(146)采集3D图像数据或者3D图像数据和2D图像数据，所述器官由预定义标记物来标记；

-在根据所述3D图像数据或者根据所述2D图像数据重建的经重建的2D图像中识别所述标记物的至少一个候选信号空白区；

-处理所述3D图像数据和所识别的信号空白区以计算所识别的候选信号空白区是所述标记物的部分的可能性；

-输出所计算出的可能性的指示；

-响应于所述输出，接收关于辐射治疗计划的用户输入；并且

-使用所述辐射治疗计划来控制对所述器官的辐照。

在另一方面中，本发明涉及一种用于控制包括磁共振成像系统的磁共振成像引导的辐射治疗装置的方法。所述方法包括：

-使用所述磁共振成像系统从器官(146)采集磁共振数据，所述器官由预定义标记物来标记；所述磁共振数据包括3D图像数据或者3D图像数据和2D图像数据；

-在根据所述3D图像数据或者根据所述2D图像数据重建的经重建的2D图像中识别所述标记物的至少一个候选信号空白区；

-处理所述3D图像数据和所识别的信号空白区以计算所识别的候选信号空白区是所述标记物的部分的可能性；

-输出所计算出的可能性的指示；

-响应于对所计算出的可能性的所述输出，接收关于辐射治疗计划的用户输入；并且

-根据所述辐射治疗计划来控制对所述器官的辐照。

磁共振图像数据在本文中被定义为在磁共振成像扫描期间由磁共振装置的天线对由原子自旋所发射的射频信号的记录的测量结果。磁共振成像(MRI)图像在本文中被定义为包含在所述磁共振成像数据内的解剖数据的重建的二维或三维可视化。能够使用计算机来执行该可视化。

应当理解，只要组合的实施例不是相互排斥的，可以组合本发明的前述实施例中的一个或多个实施例。

附图说明

在下文中，将仅通过范例的方式并且参考附图来描述本发明的优选实施例，在附图中：

图1示出了治疗系统的截面视图和功能视图，

图2是用于控制对器官的受影响部分的辐照的方法的流程图，并且

图3示出了具有信号空白区的2D MR图像的范例。

附图标记列表

100 治疗系统

102 辐射治疗装置

104 机械致动器

106 磁共振成像模块

108 环形机构

110 辐射治疗源

112 多叶射束准直器

114 辐射射束

116 旋转轴

117 旋转点

122 主磁体

124 低温恒温器

126 超导线圈

128 补偿线圈

130 低磁场区

132 磁体轴

134 磁场梯度线圈

136 磁场梯度线圈电源

138 成像体积

140 射频线圈

142 射频收发器

144 对象

146 目标体积

148 患者承载体

150 机械定位系统

152 计算机系统

154 硬件接口

156 处理器

158 用户接口

160 计算机存储装置

162 计算机存储器

164 顶部距离

166 底部距离

170 图像磁共振数据

172 诊断图像

174 目标体积的坐标

178 辐射治疗控制信号

180 治疗装置控制模块

182 辐射治疗装置控制模块

186 磁共振成像控制模块

188 图像重建模块

194 辐射治疗控制信号生成模块

199 程序

201-213 步骤

301 2D图像

303-305 指针

具体实施方式

在下文中，在附图中的相似编号的元件要么是相似的元件要么执行等价的功能。如果功能是等价的，则在后面的附图中将不必讨论先前已经讨论过的元件。

在附图中仅仅出于解释的目的示意性描绘了各种结构、系统和设备，并且不会因本领域技术人员周知的细节而对本发明造成模糊。然而，包括随附的附图以描述和解释所公开的主题的例示性范例。

图1示出了治疗系统100的截面视图和功能视图。治疗系统100被示为包括辐射治疗装置102和磁共振成像模块106。辐射治疗装置102包括环形机构108。环形机构108支撑辐射治疗源110。辐射治疗源110是代表性的，并且可以是LINAC X射线源、X射线2和放射性同位素伽马辐射源。邻近于辐射治疗源110的是多叶射束准直器112，多叶射束准直器112用于对由辐射治疗源110生成的辐射射束114进行准直。环形机构108也适于使辐射治疗源110和射束准直器112关于辐射治疗装置102的旋转点117移动，例如旋转。旋转轴116穿过旋转点117。

磁共振成像模块106被示为包括主磁体122。环形机构108是环形的并围绕主磁体122。在图1中所示的主磁体122是圆柱型超导磁体。然而，其他磁体也能适用于本发明的实施例。主磁体122具有超冷低温恒温器124。在低温恒温器124内部存在一组超导线圈126。还存在补偿线圈128，偿线圈128的电流与超导线圈126中的电流的方向相反。这创建了低磁场区130，低磁场区130围绕或包围主磁体122。圆柱形主磁体122被示为具有对称轴132。

在磁体的孔膛内，存在磁场梯度线圈134，磁场梯度线圈134被用于采集图像磁共振数据以对主磁体122的成像体积138内的对象进行空间编码。磁场梯度线圈134被连接到磁场梯度线圈电源136。磁场梯度线圈134旨在是代表性的。通常，磁场梯度线圈包含三个独立组的线圈，其用于在三个正交空间方向上进行空间编码。成像体积138位于主磁体122的中心中。

邻近于成像体积138的是射频(RF)线圈140，射频线圈140用于操纵成像体积138内的磁自旋的取向并且用于接收来自也在成像体积138内的自旋的无线电传输。射频线圈140被连接到射频收发器142。射频线圈140和射频收发器142可以由单独的发射线圈和接收线圈以及单独的发射器和接收器来替代。应当理解，射频线圈140和射频收发器142仅仅是代表性的。

在主磁体122的中心内还定位有对象144。对象144具有目标体积(或目标区)146并且被示为静卧于患者承载体148上。RF线圈140可以将RF脉冲发射到目标体积146中。患者承载体148具有机械定位系统150。机械定位系统150适于将患者承载体148定位在主磁体122内。取决于主磁体122内部可用的空间，机械定位系统150可以在不同的方向上、包括在与磁体轴132垂直的方向上移动患者承载体148。如果在主磁体122内部有更多可用空间，则机械定位系统150可以具有更大的自由度。例如，机械定位系统150可以以六个自由度来定位患者承载体148。

射频收发器142、磁场梯度线圈电源136、机械致动器104和机械定位系统150全部被示为被连接到计算机系统152的硬件接口154。计算机系统152使用处理器156来控制治疗系统100。

在图1中所示的计算机系统152是代表性的。多个处理器和计算机系统可以被用于表示由该单个计算机系统152所图示的功能。计算机系统152包括硬件接口154，硬件接口154允许处理器156向治疗系统100的各部件发送和接收消息。处理器156还被连接到显示设备158、计算机存储装置160和计算机存储器162。显示设备158可以包括触摸屏敏感显示设备。所述显示设备可以被提供有可拆卸的触控笔，以允许用户更有效地操纵显示设备158。

辐射治疗装置102未被示为被连接到硬件接口154。辐射治疗装置102例如可以被连接到硬件接口154并且经由机械致动器104与计算机系统152通信。

针对在图1中所示的范例，所述辐射治疗装置的旋转轴116不与磁体轴132同轴。旋转点117被示为偏离于磁体轴132的中心。能够看到，目标区146偏离于中心并且远离磁体轴132。辐射治疗装置102已经被机械致动器104移动，使得所述辐射治疗装置的旋转点117在目标区146内。能够看到，环形机构108已经相对于磁体122被移动。

辐射射束114穿过旋转点117。将旋转点117放置在目标区146的中心处允许在辐射射束114由辐射治疗源110创建并且由环形机构108旋转时连续地处置所述目标区。

计算机存储装置160被示为包含已经由磁共振成像模块106采集的图像磁共振数据170。计算机存储装置160被示为还包含已经根据所述图像磁共振数据重建的诊断图像(即，图像表示)172。计算机存储装置160被示为还包含目标体积146的坐标174。计算机存储装置160被示为还包含辐射治疗控制信号178。

计算机存储器162包含用于由处理器156操作的机器可执行指令180、182、186、188、194。计算机存储器162被示为包含治疗系统控制模块180。治疗系统控制模块180包含机器可执行指令，所述机器可执行指令允许处理器156控制治疗系统100的总体功能。计算机存储器162被示为还包含辐射治疗装置控制模块182。辐射治疗装置控制模块182包含机器可执行指令，所述机器可执行指令允许处理器156控制辐射治疗装置102的功能。

计算机存储器162被示为还包含磁共振成像控制模块186。磁共振成像控制模块186包含机器可执行代码，所述机器可执行代码允许处理器156控制磁共振成像模块106的功能和操作。计算机存储器162被示为还包含图像重建模块188。图像重建模块188包含机器可执行代码，处理器156使用所述机器可执行代码将图像磁共振数据170变换为图像172。

计算机存储器162被示为还包含辐射治疗控制信号生成模块194。辐射治疗控制信号生成模块194包含计算机可执行代码，处理器156使用所述计算机可执行代码来生成辐射治疗控制信号178。可以结合目标体积146的坐标174来生成辐射治疗控制信号178。

计算机存储器162被示为还包括算法199。算法199包含计算机可执行代码，处理器156使用所述计算机可执行代码以通过使用参考图像或参考数据来检测在经分割的MR图像(并且分类成组织)中的差异或异常。例如，算法199可以被配置为将所述经分割的MR图像中的骨骼区段或组织的大小与骨骼组织不应当超过的参考直径(参考数据)进行比较。通过识别差异(例如，大小超过直径)，算法199可以请求对所述经分割的MR图像的修改。

在另一范例中，由于大多数临床感兴趣结构相对于其他结构具有已知的特征形状和解剖位置，因此使用那些特征对所述经分割的MR图像的分析可以触发所述算法以请求对所述经分割的MR图像的修改。可以通过例如将现在拍摄的MR图像与先前会话拍摄的MR图像对齐或者将先验预期相同的两个对象的图像对齐来执行所述分析。

计算机存储器162还包含计算机可执行代码，所述计算机可执行代码使得处理器156能够执行下文所描述方法的至少部分。

图2是操作图1的治疗系统100以控制对例如位于检查体积138中的器官146的受影响部分的辐照的方法的流程图。所述器官例如可以是前列腺。所述器官可以包括预定义标记物。例如，在执行步骤201之前，可以在所述器官中经直肠插入直径为1.0mm并且长度为3.0mm的一个或多个前列腺纯金基准标记物。所述标记物例如可以包括先验已知或预定义尺寸的金属对象或者能够具有先验已知或预定义对比度的对象。例如，治疗装置的用户还可以基于所述标记物的金属的类型来提供这样的形状的预定配置，诸如使用种子形状或桶形而不是线形。

在步骤201中，可以使用例如106的磁共振成像系统从所述器官采集磁共振数据。所采集的磁共振数据包括3D(三维)图像数据(例如，通过采集包括3D图像数据的磁共振数据)。可以使用3D采集或2D多切片采集来采集所述3D图像数据。在一个范例中，所采集的磁共振数据还可以包括2D图像数据。使用两个不同组的图像数据可能是有利的，因为其可以避免可能通过比较以相同的方式获得的数据而引起的偏差。可以使用预定义的脉冲序列来执行对2D图像数据和/或3D图像数据的采集。所述脉冲序列例如可以包括自旋回波MRI脉冲序列或者T1加权的梯度回波序列。

在一个范例中，所采集的磁共振数据可以被分割成指示器官146中的相应组织的多个区段。组织例如可以包括脂肪、水、骨骼或空气组织等。例如，可以通过分割相应的体素生成与骨骼、空气和软组织(例如，水区段和脂肪区段)相对应的区段来执行所述分割。例如，骨骼区段可以包括指示骨骼组织的3D图像数据的第一组体素。

在一个范例中，可以通过使用所采集的MR数据重建MR图像并且分割所重建的MR图像来执行所述分割。所述分割可以包括将所重建的MR图像分割成区域或区段的拼凑，其中的每个区域或区段例如在强度和/或质地方面是同质的。所述分割包括组织分类。例如，所述分割包括向所重建的MR图像的每个个体元素分配指示属于个体元素的组织的组织类别。所述个体元件可以包括体素。可以通过例如分配特定于该组织类别的例如数值的值来将组织类别分配给个体元素。例如，所述MR图像的每个个体元素可以根据其作为特定组织类别的成员或部分的概率来分类。例如，当配准经分割的MR数据时，所述分割可以是有利的。例如。可以对所述2D的图像数据和所述3D图像数据进行分割，并且可以配准经分割的MR数据。对于所述配准，可以将原始图像数据或者经分割的图像变换为新的参考帧，在新的参考帧中，这些结构之间的几何关系是适当的。

在任选的步骤203中，可以配准或共同配准所重建的2D图像的图像数据与3D图像数据。可以通过例如对准两种MRI图像数据来执行所述配准，使得共同特征重叠并且强调两种图像数据之间的差异。所述配准可以找到2D图像数据与3D图像数据之间的空间或时间对应关系。所述图像配准可以涉及在空间上配准所述2D图像数据以与所述3D图像数据对准。图像配准可以是基于强度的或者基于特征的。基于强度的配准经由相关度量来比较图像中的强度模式，而基于特征的配准找到图像特征(诸如点、线和轮廓)之间的对应关系。在另一范例中，所述2D图像数据和所述3D图像数据可以在以下步骤中在没有配准的情况下使用。

在步骤205中，可以在所述磁共振数据的所重建的2D图像中识别所述标记物的至少一个候选信号空白区。例如，可以根据所述3D图像数据或者根据所述2D图像数据来重建所述2D图像。在另一范例中，如果所述器官具有能够使用的预定义形状或结构(例如，也可以针对使用MRI系统106成像的其他结构执行在本文中针对所述标记物所描述的内容，其中，所述结构具有预定义形状或形式)，则可以针对正在被成像的器官识别至少一个候选信号空白区。

所述信号空白区指代所重建的图像中无射频信号发射的区域，例如，因为在所述区域没有被激活的质子。在步骤205中所识别的信号空白区是候选的，因为其可以是或者可以不是源自所述标记物或者对应于所述标记物的信号空白区。

在一个范例中，可以自动地执行所述识别。例如，可以使用所述2D图像数据的像素的磁共振性质来识别所述信号空白区。在另一范例中，可以随机地选择所述信号空白区作为所重建的图像的给定位置。

在一个范例中，所重建的2D图像可以被显示在图形用户接口上，例如，可以被显示在显示设备158上。并且，可以从治疗系统100的用户接收选择。所述选择指示所识别的信号空白区。对所述信号空白区的所述选择例如可以通过将例如图形用户接口的光标移动(拖动动作)到所重建的2D图像中的与所述信号空白区相对应的位置上来执行对所述信号空白区的所述选择。

在另一范例中，对所述信号空白区的所述识别包括通过例如显示设备158的传感器来检测在(触敏)显示设备158上的指示所述信号空白区的触摸动作。所述触摸动作可以包括拖动动作。在另一范例中，可以通过将显示设备158的输入笔朝向所述信号空白区定向而不接触显示设备158来执行所述触摸动作。

在一个范例中，可以在步骤205中识别多个信号空白区，例如以便确定所述标记物的形状。这可以通过将步骤205重复多次或者通过立即识别多个信号空白区来完成。可以如上文所描述地执行对所述多个信号空白区的识别。

在步骤207中，可以处理所述3D图像数据和所识别的信号空白区以计算所识别的候选信号空白区是所述标记物的部分的可能性。换言之，其是所述信号空白区中的信号或无信号源自所述标记物的可能性。所识别的候选信号空白区是所述标记物的部分意指所述信号空白区是源自由器官的被成像部分中的所述标记物的存在或者由其引起。

所述信号空白区是所述标记物的部分的可能性确定可以是二元确定(例如，是所述标记物的部分或者不是所述标记物的部分)，但是还设想到了其他确定，能够采用诸如表示所述信号空白区是所述标记物的部分的概率的值。

可以针对在步骤205中所识别的每个信号空白区来计算所述可能性或所述概率。对所述可能性的所述计算例如可以使用图像强度信息和形态信息两者，诸如所述信号空白区的像素的位置。例如，将所述信号空白区的像素与所述3D图像数据中的图像强度数据相关联的概率密度函数可以在贝叶斯方案中使用，以生成针对每个识别的信号空白区的可能性估计。

在一个范例中，在步骤207中对所述3D图像数据的所述处理可以包括：识别所述2D图像数据中的与所识别的信号空白区相对应的像素，将所述像素的磁共振性质与所述3D图像数据的体素的磁共振性质进行比较；并且使用所述比较的结果来计算所述可能性。

在另一范例中，在步骤207中对所述3D图像数据的所述处理可以包括：提供描述所述标记物的形状的一个或多个参数的参考值；使用所述信号空白区的磁共振性质来处理所述3D图像数据以确定所述标记物的形状；使用所确定的所述标记物的形状来确定所述参数的值；将所确定的值与所述参考值进行比较；并且使用所述比较的结果来计算所述可能性。所确定的所述标记物的形状例如可以通过使用包含所述标记物的体素的对数强度的分布来确认，并且可以检查该分布其是否是围绕预定义平均强度值的高斯分布。

在另外的范例中，步骤207的所述处理可以包括：在可能存在所述信号空白区的区域的顶部上拖动所述标记物的形状，并且使用长度(和体积)信息将算法搜索限制到3D体积(例如体素)中的可能相邻图像元素。因为丝线可以变形(但是不收缩或扩展)，所以本方法可以使用该信息来推断所述信号空白区的可能位置。

例如，所重建的2D图像可以被显示为针对在所识别的信号空白区处找到所述标记物的可能性的概率图(颜色编码等)。

在步骤209中，可以提供或输出(一个或多个)所计算出的可能性的指示。例如，所述输出包括显示如参考图3例如使用视觉提示所示的与2D图像相关联的可能性的指示。响应于对所计算出的可能性的所述输出或者响应于提供所计算出的可能性，可以在步骤211中接收指定辐射治疗(或辐射治疗计划)的用户输入。所述用户输入例如可以指定针对用于控制对所述器官的受影响部分的辐照的辐射治疗计划的辐射的3D轮廓区域、方向和/或放置。

在步骤213中，可以使用辐射治疗(或者使用辐射治疗计划)来控制对所述器官的所述辐照。所述辐射治疗指代使用例如在预定义位置处所施加的高能量辐射对特定组织(例如，器官)、例如器官的肿瘤组织的处置。通过提供如上文所描述的可能性，可以准确地控制所述辐射的方向和放置。这可以确保处置体积或肿瘤或受影响的部分接收期望的或者足够量的辐射以便进行处置或破坏，并且可以避免或最小化对周围健康或非肿瘤组织的损伤或负面影响。

在一个范例中，可以重复识别所述信号空白区并且确定其对应的可能性的步骤205-207，并且在每次迭代中，可以如上文所描述地确定所述标记物的形状。在这种情况下，所述标记物的形状相对于所述标记物的形状从先前的迭代改变，可以执行输出、接收和控制所述装置的步骤209-213；否则，可以重复步骤205-207，等等。

图3示出了前列腺的所重建的2D MRI图像的范例。前列腺包括标记物，诸如金属丝线或金种子。

首先，用户可以选择待跟踪的信号空白区。例如，所述信号空白区可能由金引起。然后，用户可以访问示出前列腺区的2D图像301。然后，用户可以将鼠标移动到2D图像301上的潜在黑色信号空白区上，如由十字303和305所图示的。当鼠标指针移动或悬停在所述2D图像上时，触发基础算法或软件以计算适配当前指针位置303-305的模型。然后，能够将所述模型适配值标准化为三种类别：不适配、可能适配以及良好适配。通过相应地改变指针303-305颜色，可以在用户接口上反映所述类别，例如，白色针对不适配，黄色针对可能适配，并且绿色针对良好适配。不适配、可能适配和良好适配可以指示由指针303-305所识别或选择的所述信号空白区是所述标记物的部分或者不是所述标记物的部分的可能性。例如，不适配可以指示所识别的信号空白区不是所述标记物的部分。

在另一范例中，可以在2D图像301上自动地生成或识别所述信号空白区，并且所述2D图像上的对应于所述信号空白区的区域(例如，像素)被分配与在给定区域是要被适配的模型的中心时的适配的优度相对应的值。然后，能够将该值转换为颜色编码的叠加层，其一目了然地示出了模型适配良好的位置。

在一个范例中，当用户与代表性2D医学图像切片交互时，本公开提供关于底层3D结构的用户接口提示。所述用户接口能够指示图像上的信号空白区实际上在相邻切片上互连并且形成针对金属丝线标记物的候选。由于MR图像分辨率与标记物尺寸相比可能较差，或者所述图像能够有噪声或缺少对比度，因此所述用户接口能够包括适配视觉提示的质量，从而用户能够快速相继地提供若干个候选信号空白区并且快速地查看丝线的最可能的情况。本方法还可以被用于用户需要利用先验已知的模型对器官或结构进行标记或勾画轮廓的其他应用。

如本领域技术人员将意识到的，本发明的各方面可以体现为装置、方法或计算机程序产品。因此，本发明的各方面可以采取完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、驻留软件、微代码等)或者组合软件和硬件方面的实施例的形式，这些实施例通常在本文中可以被称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，本发明的各方面可以采用在一个或多个计算机可读介质中实现的计算机程序产品的形式，所述计算机可读介质在其上嵌入有计算机可执行代码。

可以使用一个或多个计算机可读介质的任何组合。所述计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。在本文中所使用的‘计算机可读存储介质’涵盖可以存储能由计算设备的处理器运行的指令的任何有形存储介质。所述计算机可读存储介质可以被称为计算机可读非瞬态存储介质。所述计算机可读存储介质还可以被称为有形计算机可读介质。在一些实施例中，计算机可读存储介质还能够存储能够由计算设备的处理器访问的数据。计算机可读存储介质的范例包括但不限于：软盘、磁性硬盘驱动器、固态硬盘、闪存、USB拇指驱动器、随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)、光盘、磁光盘以及处理器的寄存器文件。光盘的范例包括压缩盘(CD)和数字通用盘(DVD)，例如CD-ROM、CD-RW、CD-R、DVD-ROM、DVD-RW或DVD-R盘。术语计算机可读存储介质还指代能够由计算机设备经由网络或通信链路访问的各种类型的记录介质。例如，可以通过调制解调器、通过互联网或者通过局域网来取回数据。在计算机可读介质上体现的计算机可执行代码可以使用任何适当的介质来传输，包括但不限于：无线、有线、光纤线缆、RF等，或者前述的任何合适的组合。

计算机可读信号介质可以包括传播的数据信号，在其中体现有计算机可执行代码，例如，在基带中或者作为载波的部分。这样的传播的信号可以采用多种形式中的任何形式，包括但不限于：电磁、光学或者其任何合适的组合。计算机可读信号介质可以是任何计算机可读介质，其不是计算机可读存储介质并且能够通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备使用或者与之结合使用。

‘计算机存储器’或‘存储器’是计算机可读存储介质的范例。计算机存储器是处理器能直接访问的任何存储器。‘计算机存储装置’或‘存储装置’是计算机可读存储介质的另外的范例。计算机存储装置可以是任何易失性或非易失性计算机可读存储介质。

在本文中所使用的‘处理器’涵盖能够运行程序或机器可执行指令或计算机可执行代码的电子部件。对包括‘处理器’的计算设备的引用应当被解读为可能包含多于一个处理器或处理核心。所述处理器例如可以是多核处理器。处理器还可以指代单个计算机系统内的处理器的集合或者被分布在多个计算机系统之中。术语计算设备还应当被解读为可能指代每个包括一个或多个处理器的计算设备的集合或网络。所述计算机可执行代码可以由多个处理器执行，这些处理器可以在同一计算设备内或者甚至可以跨多个计算设备分布。

计算机可执行代码可以包括机器可执行指令或程序，其使处理器执行本发明的一方面。用于执行针对本发明的各方面的操作的计算机可执行代码可以以一种或多种编程语言的任何组合来编写，包括诸如Java、Smalltalk、C++等的面向对象的编程语言以及诸如“C”编程语言或类似编程语言并且被编译成机器可执行指令的常规的过程编程语言。在一些情况下，计算机可执行代码可以是高级语言的形式或者是预编译的形式，并且可以与在运行中生成机器可执行指令的解释器结合使用。

所述计算机可执行代码可以完全在用户的计算机上、部分在用户的计算机上、作为独立的软件封装、部分在用户的计算机上并且部分在远程计算机上或完全在远程计算机或服务器上执行。在后一种情况下，所述远程计算机可以通过任何类型的网络被连接到用户的计算机上，所述网络包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，或者可以连接到外部计算机(例如，通过使用互联网服务提供商的互联网)。

参考根据本发明的实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图图示和/或框图来描述本发明的各方面。应当理解，流程图、图示和/或框图的每个框或框的部分能够在能适用时以计算机可执行代码的形式由计算机程序指令来实施。还应当理解，当不相互排斥时，可以组合不同流程图、图示和/或框图中的框的组合。这些计算机程序指令可以被提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器以生产机器，使得经由计算机或其他可编程数据处理装置的处理器运行的指令来创建用于实施在流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作的单元。

这些计算机程序指令还可以被存储在计算机可读介质中，所述计算机可读介质能够指示计算机、其他可编程数据处理装置或者其他设备以特定方式起作用，使得被存储在所述计算机可读介质中的指令产生制品，包括实施流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作的指令。

所述计算机程序指令还可以被加载到计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备上，以使在计算机、其他可编程装置或其他设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，使得在计算机或其他可编程装置上执行的指令提供用于实施在流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作的过程。

在本文中所使用的‘用户接口’是允许用户或操作者与计算机或计算机系统交互的接口。‘用户接口’也可以被称为‘人机接口设备’。用户接口可以向操作者提供信息或数据和/或从操作者接收信息或数据。用户接口可以使得来自操作者的输入能够被计算机接收，并且可以从计算机向用户提供输出。换言之，所述用户接口可以允许操作者控制或操纵计算机，并且所述接口可以允许计算机指示操作者的控制或操纵的效果。在显示器或图形用户接口上对数据或信息的显示是向操作者提供信息的范例。通过键盘、鼠标、跟踪球、触摸板、定点杆、图形平板、操纵杆、游戏手柄、网络相机、耳机、踏板、有线手套、跳舞毯、遥控器和加速度计接收数据都是用户接口部件的范例，其使得能够接收来自操作者的信息或数据。

在本文中所使用的‘硬件接口’涵盖使得计算机系统的处理器能够与外部计算设备和/或装置交互和/或控制外部计算设备和/或装置的接口。硬件接口可以允许处理器将控制信号或指令发送到外部计算设备和/或装置。硬件接口还可以使得处理器能够与外部计算设备和/或装置交换数据。硬件接口的范例包括但不限于：通用串行总线、IEEE 1394端口、并行端口、IEEE 1284端口、串行端口、RS-232端口、IEEE-488端口、蓝牙连接、无线局域网连接、TCP/IP连接、以太网连接、控制电压接口、MIDI接口、模拟输入接口和数字输入接口。

在本文中所使用的‘显示器’或‘显示器设备’涵盖适用于显示图像或数据的输出设备或用户接口。显示器可以输出视觉、音频和/或触觉数据。显示器的范例包括但不限于：计算机监视器、电视屏幕、触摸屏、触觉电子显示器、盲文屏幕、阴极射线管(CRT)、存储管、双稳态显示器、电子纸、向量显示器、平板显示器、真空荧光显示器(VF)、发光二极管(LED)显示器、电致发光显示器(ELD)、等离子显示器面板(PDP)、液晶显示器(LCD)、有机发光二极管显示器(OLED)、投影仪和头戴式显示器。

尽管已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是说明性或范例性的而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。

通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现所公开实施例的其他变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中记载的若干项的功能。在相互不同的从属权利要求中陈述特定措施的仅有事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。计算机程序可以存储/分布在合适的介质上，例如与其他硬件一起提供或作为其他硬件的一部分提供的光学存储介质或固态介质，但是也可以以其他形式分发，例如经由互联网或者其他有线或无线电信系统。权利要求中的任何附图标记不应当被解释为限制范围。

Claims (13)

1.一种磁共振图像引导的辐射治疗装置(100)，其用于控制对由预定义标记物所标记的器官(146)的受影响部分的辐照，所述磁共振图像引导的辐射治疗装置包括：磁共振成像系统(106)；处理器(156)，其用于控制所述装置(100)；以及存储器(162)，其包含机器可执行指令，其中，所述指令的执行使所述处理器(156)：

使用所述磁共振成像系统(106)从所述器官采集磁共振数据，所述磁共振数据包括3D图像数据或者3D图像数据和2D图像数据；

提供描述所述标记物的形状的一个或多个参数的参考值；

在根据所述3D图像数据或者根据所述2D图像数据重建的经重建的2D图像中识别所述标记物的至少一个候选信号空白区，或者接收关于在根据所述3D图像数据或者根据所述2D图像数据重建的所述经重建的2D图像中识别所述标记物的所述候选信号空白区的用户输入；

使用所述候选信号空白区的磁共振性质来处理所述3D图像数据以确定所述标记物的所述形状；

使用所确定的所述标记物的形状来确定所述参数的值；

将所确定的值与所述参考值进行比较；

使用所述比较的结果来计算所识别的候选信号空白区是所述标记物的部分的可能性；

输出所计算出的可能性的指示；

响应于对所计算出的可能性的所述输出，接收关于辐射治疗计划的用户输入；并且

根据所述辐射治疗计划来控制对所述器官的所述辐照。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述指令的执行还使所述处理器：使用所述2D图像的像素的磁共振性质来自动地识别所述候选信号空白区。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述指令的执行还使所述处理器：在图形用户接口上显示所述2D图像，并且接收对所识别的候选信号空白区的选择。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述输出包括：显示与所述2D图像相关联的所述可能性的指示。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，所述处理的步骤包括：

识别所述2D图像中的与所识别的候选信号空白区相对应的像素；

将所述像素的磁共振性质与所述3D图像数据的体素的磁共振性质进行比较；并且

使用所述比较的结果来计算所述可能性。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述指令的执行还使所述处理器重复所述识别和所述处理的步骤以勾画所述2D图像上的所述标记物的所述形状。

7.根据前述权利要求1-5中的任一项所述的装置，其中，所述至少一个信号空白区包括多个信号空白区，其中，执行对所述3D图像数据和所述多个信号空白区中的每个识别的信号空白区的所述处理，以计算所识别的候选信号空白区中的每个识别的候选信号空白区是所述标记物的部分的可能性；其中，所述指令的执行还使所述处理器使用所述多个信号空白区的所述可能性来构建所述标记物的形状。

8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述参数是形状无关的参数。

9.根据权利要求7或8所述的装置，所述参数包括金属标记物的体积和尺寸。

10.根据权利要求7所述的装置，所述磁共振性质包括信号的强度或幅度中的至少一项。

11.根据权利要求1所述的装置，其中，所述器官是前列腺，并且所述标记物是具有预定义形状和/或预定义对比度的对象。

12.一种计算机程序产品，其包括用于由控制磁共振成像引导的辐射治疗装置(100)的处理器(156)执行的机器可执行指令，其中，所述机器可执行指令的执行使所述处理器(156)：

接收磁共振数据，所述磁共振数据包括使用磁共振成像系统从器官(146)采集3D图像数据或者3D图像数据和2D图像数据，所述器官由预定义标记物来标记；

提供描述所述标记物的形状的一个或多个参数的参考值；

在根据所述3D图像数据或者根据所述2D图像数据重建的经重建的2D图像中识别所述标记物的至少一个候选信号空白区，或者接收关于在根据所述3D图像数据或者根据所述2D图像数据重建的所述经重建的2D图像中识别所述标记物的所述候选信号空白区的用户输入；

使用所述候选信号空白区的磁共振性质来处理所述3D图像数据以确定所述标记物的所述形状；

使用所确定的所述标记物的形状来确定所述参数的值；

将所确定的值与所述参考值进行比较；

使用所述比较的结果来计算所识别的候选信号空白区是所述标记物的部分的可能性；

输出所计算出的可能性的指示；

响应于所述输出，接收关于辐射治疗计划的用户输入；并且

使用所述辐射治疗计划来控制对所述器官的辐照。

13.一种用于控制包括磁共振成像系统(106)的磁共振成像引导的辐射治疗装置(100)的方法，所述方法包括：

使用所述磁共振成像系统从器官(146)采集磁共振数据，所述器官由预定义标记物来标记，其中，所述磁共振数据包括3D图像数据或者3D图像数据和2D图像数据；

提供描述所述标记物的形状的一个或多个参数的参考值；

在根据所述3D图像数据或者根据所述2D图像数据重建的经重建的2D图像中识别所述标记物的至少一个候选信号空白区，或者接收关于在根据所述3D图像数据或者根据所述2D图像数据重建的所述经重建的2D图像中识别所述标记物的所述候选信号空白区的用户输入；

使用所述候选信号空白区的磁共振性质来处理所述3D图像数据以确定所述标记物的所述形状；

使用所确定的所述标记物的形状来确定所述参数的值；

将所确定的值与所述参考值进行比较；

使用所述比较的结果来计算所识别的候选信号空白区是所述标记物的部分的可能性；

输出所计算出的可能性的指示；

响应于对所计算出的可能性的所述输出，接收关于辐射治疗计划的用户输入；并且

根据所述辐射治疗计划来控制对所述器官的辐照。