CN109985315B - 一种核磁图像引导放疗设备和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明属于医疗成像技术领域，涉及一种核磁图像引导放疗方法、设备和存储介质。该方法包括如下步骤：(1)采集第一核磁图像：从多个角度切面方向采集病人的第一核磁图像；(2)确定摆位与运动方向；(3)采集第二核磁图像：(4)建立映射关系：建立核磁监控方向的运动偏差与放疗计划的映射关系；(5)实施放疗计划。本发明提供的核磁图像引导放疗方法利用少量核磁图像即可重现人体器官运动；减少使用CT图像引导技术时对人体的辐射；大大减少了成像时间，可以在拍摄完成后即可重现器官运动。
Description
技术领域
本发明属于医疗成像技术领域，涉及一种核磁图像引导放疗方法、设备和存储介质。
背景技术
在放射治疗过程中，由于人体的自主运动和不自主运动，患者的解剖位置和体位常与定位时有不同程度地区别，它会导致靶区剂量不足和/或正常组织受到过多的照射。借助于精确的摆位系统和严格的固定装置可以减少患者体位的自主运动，然而如何解决不自主器官运动造成的靶区位置的不确定一直是肿瘤放疗学家和放射物理学家关注的热点。目前成熟的图像引导技术为CT图像导技术，但是由于CT有辐射，不能用于实时的图像引导，只能用于定位。而如果采用核磁 (MR)引导放射治疗，现有技术可以采集到有限的核磁图像；这是因为目前由于核磁转速的影响，不能做到实时全扫描，所得到的图像是不完全的切面的图像，从而导致三维重建数据不足。
公开号CN107206252A(发明名称：核磁共振引导直线加速器中的运动管理) 公开了基于回归技术的主成分分析方法预测肿瘤的运动，但是该方法天然的缺陷是主成分的因素要足够并且合理，不然难以保证所分析的主成分是假的，从而导致预测的运动方向错误。
发明内容
本发明的目的在于为克服上述现有技术的缺陷而提供一种核磁图像引导放疗方法、设备和存储介质。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种核磁图像引导放射治疗方法，包括如下步骤：
(1)采集第一核磁图像：从多个角度切面方向采集病人的第一核磁图像；
(2)确定摆位与运动方向：
2a.利用第一核磁图像采集的数据进行三维重建，将二维的病人核磁影像重建为第一3D模型；
2b.配准：将第一3D模型与放疗计划图像进行配准，计算配准位置偏差和最大运动偏差；
2c.摆位：根据上述计算的配准位置偏差调整病人初始位置，将上述位置偏差减少到阈值范围内；
2d.确定核磁监控方向：选择最大运动偏差超过预设阈值的切面方向监控；或者对各方向最大运动偏差的方向进行排序，选择预设的前N个排序的切面方向进行监控；
(3)采集第二核磁图像：
3a.调整核磁设备至上述确定的核磁监控方向上，并连续采集核磁图像；
3b.对第二核磁图像进行三维重建，将二维的病人核磁影像重建为第二3D模型；
3c.配准：通过将本步骤得到的第二3D模型与计划图像配准，计算病人运动偏差；
(4)建立映射关系：建立核磁监控方向的运动偏差与放疗计划的映射关系；
(5)实施放疗计划。
步骤(1)中，采集第一核磁图像时单个角度切面至少采集两张不同时刻的核磁图像。
步骤(1)中，所述的采集第一核磁图像重复两次或两次以上，重复采集图像前确认当前监控的摆位和核磁监控方向符合要求。
所述的配准为刚性或者非刚性配准。
步骤(2)中，所述的计划图像包括计划CT图像、计划核磁图像；所述的位置偏差为病人实时核磁等中心点与计划图像等中心点的偏差；所述的最大运动偏差是病人器官运动与实时核磁等中心点的在各个方向的最大偏差。
步骤(3)中，所述的连续采集是指采集不同时刻的确定的核磁监控方向上运动器官的核磁图像，从而获得在确定的核磁监控方向上运动器官运动周期中不同时刻的核磁图像。
步骤(4)中，基于运动偏差的放疗计划可以选用多种模式，例如：
模式一：当运动器官的非自主运动超过照射位置的预设阈值时，可以停止照射，待该运动器官恢复到照射位置阈值范围内，再进行照射；
模式二：使射束的照射位置相对运动器官的移动而移动，保持射束的照射位置在预设的靶区范围内；其中模式二可以采用以下三种实施方式：
实施方式1：将放疗计划按运动器官的运动周期设定多个照射阶段，当运动器官落入到对应的照射阶段时实施照射；
实施方式2：使进行射束照射的机头跟随运动器官的运动而移动，优选地，该机头设定在由机器人控制的机械臂上；
实施方式3：设定治疗床或者床板与器官运动相反，从而减少甚至抵消器官运动的影响，实施照射。
本发明还提供了一种核磁引导的放疗设备，包括：
核磁共振仪；
放疗设备；
一个或多个处理器；
存储器；以及
一个或多个程序，其中所述一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由一个或多个处理器执行，所述的一个或多个程序包括用于上述核磁图像引导放射治疗的方法的指令。
本发明还提供了一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述的一个或多个程序包括指令，所述指令适于由存储器加载并执行上述核磁图像引导放射治疗的方法。
本发明具有以下有益效果：
(1)利用少量核磁图像即可重现人体器官运动；
(2)大大提高了成像时间，可以在拍摄完成后即可重现器官运动。
(3)从成像效果方面，与CT相比，核磁具有无骨性伪影，能多方面、多参数成像，有高度的软组织分辨能力，不需使用对比剂即可显示血管结构等独特的优点。
(4)使用核磁成像还能避免使用CT图像引导技术时对人体的辐射。
附图说明
图1为本发明一个优选的实施例中核磁图像引导放射治疗方法的流程图。
图2为本发明一个优选的实施例中核磁监控方向的运动偏差与放疗计划的映射关系，其中，
(a)为映射模式一示意图；
(b)为映射模式二中实施方式1的示意图；
(c)为映射模式二中实施方式2的示意图；
(d)为映射模式二中实施方式3的示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例进一步说明本发明。
实施例1
一种核磁图像引导放射治疗的方法，包括如下步骤：
(1)采集第一核磁图像210：从多个角度切面方向采集病人的第一核磁图像；优选地，采集第一核磁图像时单个角度切面至少采集两张不同时刻的核磁图像，从而捕获该运动器官多个角度的最大运动偏差；
(2)确定摆位与运动方向220：
2a.利用第一核磁图像采集的数据进行三维重建，将二维的病人核磁影像重建为第一3D模型221；
2b.配准：将第一3D模型与计划图像进行配准，计算配准位置偏差和最大运动偏差222；优选地，该配准为刚性配准或者非刚性配准；其中，计划图像包括计划CT图像或计划核磁图像；位置偏差为病人实时核磁等中心点与计划图像等中心点的偏差；最大运动偏差是病人器官运动与实时核磁等中心点的在各个方向的最大偏差；
2c.摆位：根据上述计算的配准位置偏差调整病人初始位置，将上述位置偏差减少到阈值范围内223；
2d.确定核磁监控方向224：选择最大运动偏差超过预设阈值的切面方向监控；或者对各方向最大运动偏差的方向进行排序，选择预设的前N个排序的切面方向进行监控；
(3)采集第二核磁图像230：
3a.调整核磁设备至上述确定的核磁监控方向上，并连续采集核磁图像231；连续采集是指采集不同时刻的运动器官的核磁图像，从而获得运动器官运动周期中不同时刻的核磁图像；
3b.对第二核磁图像进行三维重建，将二维的病人核磁影像重建为第二3D模型232；
3c.配准：通过将本步骤得到的第二3D模型与计划图像配准，计算病人运动偏差233；
(4)建立映射关系240：建立核磁监控方向的运动偏差与放疗计划的映射关系；可以采用多种放疗计划与运动偏差的映射关系：
模式一：当核磁监控方向的运动偏差落入预设的阈值范围内，实施放疗计划，当运动偏差超过预设的阈值范围，则射束停止照射；或者
模式二：根据运动偏差采用对应的放疗计划实施照射：即，射束相对运动器官的移动而移动，保持射束一直照射在靶区范围内；该模式可以采用以下三种实施方式：
实施方式1：将放疗计划按运动器官的运动周期设定多个照射阶段，当运动器官落入到对应的照射阶段时实施照射；
实施方式2：使进行射束照射的机头跟随运动器官的运动而移动，优选地，该机头设定在由机器人控制的机械臂上；
实施方式3：设定治疗床或者床板与器官运动相反，从而减少甚至抵消器官运动的影响，实施照射。
如图2所示，运动器官在x方向的运动为需要监控的最大运动偏差超过预设阈值的切面方向。其中，t时刻显示运动器官保持静止时或其运动偏差在预设的阈值范围内所处的位置，t’时刻显示为运动器官超过设定的运动偏差阈值时所处位置。如图2(a)所示的模式一，该当运动器官处于t时刻所示的位置时，射线对靶区进行照射，当运动器官处于t’时刻时，停止照射；如图2(b)所示的模式二中的实施方式1，机头的位置固定不变，随运动器官的周期运动，采用分阶段的放疗计划，当处于t时刻时，射束垂直照射；当处于t’时刻，射束中心随运动器官的运动而移动到t’时刻的核磁等中心点，保证射束照射在目标靶区。如图 2(c)所示的模式二中的实施方式2，机头的位置随运动器官上靶区位置的移动而移动，从A位置移动到A’位置，保证射线持续照射在靶区上，不受运动器官位置改变的影响；其中，机头固定在机械臂上，该机械臂可以通过机器人控制其位置移动。图2(d)所示的模式二中实施方式3，t’时刻，肿瘤位置向左偏移 x cm时，治疗床向右偏移x cm时，治疗床偏移的位置与运动器官的偏移方向相反，偏移的位置偏差大小相等，从而抵消因运动器官的非自主运动造成的偏差。
(5)实施放疗计划250。
本实施例中的配准为刚性配准或者非刚性配准。
实施例2
一种核磁图像引导放射治疗的方法，包括如下步骤：
(1)采集第一核磁图像：从多个角度切面方向采集病人的第一核磁图像；优选地，采集第一核磁图像时单个角度切面至少采集两张不同时刻的核磁图像，从而捕获该运动器官多个角度的最大运动偏差；
本实施例中，重复步骤(1)采集第一核磁图像两次或两次以上，重复采集图像前需要确认当前监控的摆位和核磁监控方向符合要求，从而调整病人的初始位置使其实时核磁等中心点与计划图像等中心尽量重合，另外，由于对于同一个运动器官而言，可能该运动器官在各方向的非自主运动的最大偏差不同，如果某些方向的最大偏差在设定放疗计划的照射阈值范围内，则该偏差的影响可以忽略，如果某个或多个方向的最大偏差超出所设定的放疗计划的照射阈值范围，则需要利用核磁图像对这些方向的偏差进行监控；避免后续的放疗过程中因为器官运动导致射束没有照射到靶区和/或射束照射到正常组织上。因此，通过重复采集第一核磁图像的步骤，可以更准确地确认需要监控的运动器官的运动方向；本步骤仅为粗调模式，优选地，采集第一核磁图像步骤的重复次数为两次；
(2)确定摆位与运动方向：
2a.利用第一核磁图像采集的数据进行三维重建，将二维的病人核磁影像重建为第一3D模型；
2b.配准：将第一3D模型与计划图像进行配准，计算配准位置偏差和最大运动偏差；优选地，该配准为刚性配准或者非刚性配准；其中，计划图像包括计划 CT图像或计划核磁图像；位置偏差为病人实时核磁等中心点与计划图像等中心点的偏差；最大运动偏差是病人器官运动与实时核磁等中心点的在各个方向的最大偏差；
2c.摆位：根据上述计算的配准位置偏差调整病人初始位置，将上述位置偏差减少到阈值范围内；
2d.确定核磁监控方向：选择最大运动偏差超过预设阈值的切面方向监控；或者对各方向最大运动偏差的方向进行排序，选择预设的前N个排序的切面方向进行监控；
(3)采集第二核磁图像：
3a.调整核磁设备至上述确定的核磁监控方向上，并连续采集核磁图像；连续采集是指采集不同时刻的运动器官的核磁图像，从而获得运动器官运动周期中不同时刻的核磁图像；
3b.对第二核磁图像进行三维重建，将二维的病人核磁影像重建为第二3D模型；
3c.配准：通过将本步骤得到的第二3D模型与计划图像配准，计算病人运动偏差；
(4)建立映射关系：建立核磁监控方向的运动偏差与放疗计划的映射关系；可以采用多种放疗计划与运动偏差的映射关系(如图2所示)：
模式一：当核磁监控方向的运动偏差落入预设的阈值范围内，实施放疗计划，当运动偏差超过预设的阈值范围，则射束停止照射；或者
模式二：根据运动偏差采用对应的放疗计划实施照射：即，射束相对运动器官的移动而移动，保持射束一直照射在靶区范围内；
(5)实施放疗计划。
本实施例中的配准为刚性配准或者非刚性配准。
实施例3
本发明还提供了一种核磁引导的放疗设备，包括：
核磁共振仪；
放疗设备；
一个或多个处理器；
存储器；以及
一个或多个程序，其中所述一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由一个或多个处理器执行，所述的一个或多个程序包括用于上述核磁图像引导放射治疗的方法的指令，该方法包括步骤：
(1)采集第一核磁图像：从多个角度切面方向采集病人的第一核磁图像；
(2)确定摆位与运动方向：
2a.利用第一核磁图像采集的数据进行三维重建，将二维的病人核磁影像重建为第一3D模型；
2b.配准：将第一3D模型与放疗计划图像进行配准，计算配准位置偏差和最大运动偏差；
2c.摆位：根据上述计算的配准位置偏差调整病人初始位置，将上述位置偏差减少到阈值范围内；
2d.确定核磁监控方向：选择最大运动偏差超过预设阈值的切面方向监控；或者对各方向最大运动偏差的方向进行排序，选择预设的前N个排序的切面方向进行监控；
(3)采集第二核磁图像：
3a.调整核磁设备至上述确定的核磁监控方向上，并连续采集核磁图像；
3b.对第二核磁图像进行三维重建，将二维的病人核磁影像重建为第二3D模型；
3c.配准：通过将本步骤得到的第二3D模型与计划图像配准，计算病人运动偏差；
(4)建立映射关系：建立核磁监控方向的运动偏差与放疗计划的映射关系；
(5)实施放疗计划。
实施例4
本发明还提供了一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述的一个或多个程序包括指令，所述指令适于由存储器加载并执行上述核磁图像引导放射治疗的方法，该方法包括步骤：
(1)采集第一核磁图像：从多个角度切面方向采集病人的第一核磁图像；
(2)确定摆位与运动方向：
2a.利用第一核磁图像采集的数据进行三维重建，将二维的病人核磁影像重建为第一3D模型；
2b.配准：将第一3D模型与放疗计划图像进行配准，计算配准位置偏差和最大运动偏差；
2c.摆位：根据上述计算的配准位置偏差调整病人初始位置，将上述位置偏差减少到阈值范围内；
2d.确定核磁监控方向：选择最大运动偏差超过预设阈值的切面方向监控；或者对各方向最大运动偏差的方向进行排序，选择预设的前N个排序的切面方向进行监控；
(3)采集第二核磁图像：
3a.调整核磁设备至上述确定的核磁监控方向上，并连续采集核磁图像；
3b.对第二核磁图像进行三维重建，将二维的病人核磁影像重建为第二3D模型；
3c.配准：通过将本步骤得到的第二3D模型与计划图像配准，计算病人运动偏差；
(4)建立映射关系：建立核磁监控方向的运动偏差与放疗计划的映射关系；
(5)实施放疗计划。
通过本发明上述实施例1和实施例2可以发现：利用少量核磁图像即可重现人体器官运动；大大缩短了成像时间，可以在拍摄完成后即可重现器官运动；另外，还能减少使用CT图像引导技术时对人体的辐射。另外，从成像效果方面，与CT相比，核磁具有无放射线损害，无骨性伪影，能多方面、多参数成像，有高度的软组织分辨能力，不需使用对比剂即可显示血管结构等独特的优点。
应当理解，这里描述的各种技术可结合硬件或软件，或者它们的组合一起实现。从而，本发明的方法和设备，或者本发明的方法和设备的某些方面或部分可采取嵌入有形媒介，例如软盘、CD-ROM、硬盘驱动器或者其它任意机器可读的存储介质中的程序代码(即指令)的形式，其中当程序被载入诸如计算机之类的机器，并被该机器执行时，该机器变成实践本发明的设备。
以示例而非限制的方式，计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据等信息。通信介质一般以诸如载波或其它传输机制等已调制数据信号来体现计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据，并且包括任何信息传递介质。以上的任一种的组合也包括在计算机可读介质的范围之内。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种用于实现核磁图像引导放射治疗方法的核磁引导的放疗设备，其特征在于，包括：
核磁共振仪；
放疗设备；
一个或多个处理器；
存储器；以及
一个或多个程序，其中所述一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由一个或多个处理器执行，所述的一个或多个程序包括用于实现核磁图像引导放射治疗方法的指令；其中，
所述核磁图像引导放射治疗方法，包括如下步骤：
(1)采集第一核磁图像：从多个角度切面方向采集病人的第一核磁图像；
(2)确定摆位与运动方向：
2a.利用第一核磁图像采集的数据进行三维重建，将二维的病人核磁影像重建为第一3D模型；
2b.配准：将第一3D模型与放疗计划图像进行配准，计算配准位置偏差和最大运动偏差；
2c.摆位：根据上述计算的配准位置偏差调整病人初始位置，将上述位置偏差减少到阈值范围内；
2d.确定核磁监控方向：选择最大运动偏差超过预设阈值的切面方向监控；或者对各方向最大运动偏差的方向进行排序，选择预设的前N个排序的切面方向进行监控；
(3)采集第二核磁图像：
3a.调整核磁设备至上述确定的核磁监控方向上，并连续采集核磁图像；
3b.对第二核磁图像进行三维重建，将二维的病人核磁影像重建为第二3D模型；
3c.配准：通过将本步骤得到的第二3D模型与计划图像配准，计算病人运动偏差；
(4)建立映射关系：建立核磁监控方向的运动偏差与放疗计划的映射关系；
(5)实施放疗计划。
2.根据权利要求1所述的核磁引导的放疗设备，其特征在于：步骤(1)中，采集第一核磁图像时单个角度切面至少采集两张不同时刻的核磁图像。
3.根据权利要求1所述的核磁引导的放疗设备，其特征在于：步骤(1)中，所述的采集第一核磁图像重复两次或两次以上，重复采集图像前确认当前监控的摆位和核磁监控方向符合要求。
4.根据权利要求1所述的核磁引导的放疗设备，其特征在于：所述的配准为刚性配准或非刚性配准。
5.根据权利要求1所述的核磁引导的放疗设备，其特征在于：步骤(2)中，所述的计划图像包括计划CT图像或计划核磁图像；
步骤(2)中，所述的位置偏差为病人实时核磁等中心点与计划图像等中心点的偏差；
步骤(2)中，所述的最大运动偏差是病人器官运动与实时核磁等中心点的在各个方向的最大偏差。
6.根据权利要求1所述的核磁引导的放疗设备，其特征在于：步骤(3)中，所述的连续采集是在确定的核磁监控方向上，指采集不同时刻的运动器官的核磁图像，从而获得运动器官在确定的核磁监控方向上运动周期中不同时刻的核磁图像。
7.根据权利要求1所述的核磁引导的放疗设备，其特征在于：步骤(4)中基于监控方向的运动偏差阈值的放疗计划选用的模式为当运动器官的非自主运动超过照射位置的预设阈值时，停止照射，待该运动器官恢复到照射位置阈值范围内，再进行照射；或者
使射束的照射位置相对运动器官的移动而移动，保持射束的照射位置在预设的靶区范围内。
8.根据权利要求7所述的核磁引导的放疗设备，其特征在于：所述的照射位置相对运动器官的移动而移动的实施方式为：
将放疗计划按运动器官的运动周期设定多个照射阶段，当运动器官落入到对应的照射阶段时实施照射；或
使进行射束照射的机头跟随运动器官的运动而移动，优选地，该机头设定在由机器人控制的机械臂上；或
设定治疗床或者床板与器官运动相反，从而减少甚至抵消器官运动的影响，实施照射。
9.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征在于，所述的一个或多个程序包括指令，所述指令适于由存储器加载并执行核磁图像引导放射治疗方法；其中，
所述核磁图像引导放射治疗方法，包括如下步骤：
(1)采集第一核磁图像：从多个角度切面方向采集病人的第一核磁图像；
(2)确定摆位与运动方向：
2a.利用第一核磁图像采集的数据进行三维重建，将二维的病人核磁影像重建为第一3D模型；
2b.配准：将第一3D模型与放疗计划图像进行配准，计算配准位置偏差和最大运动偏差；
2c.摆位：根据上述计算的配准位置偏差调整病人初始位置，将上述位置偏差减少到阈值范围内；
2d.确定核磁监控方向：选择最大运动偏差超过预设阈值的切面方向监控；或者对各方向最大运动偏差的方向进行排序，选择预设的前N个排序的切面方向进行监控；
(3)采集第二核磁图像：
3a.调整核磁设备至上述确定的核磁监控方向上，并连续采集核磁图像；
3b.对第二核磁图像进行三维重建，将二维的病人核磁影像重建为第二3D模型；
3c.配准：通过将本步骤得到的第二3D模型与计划图像配准，计算病人运动偏差；
(4)建立映射关系：建立核磁监控方向的运动偏差与放疗计划的映射关系；
(5)实施放疗计划。
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