CN110917509B - 一种基于双能cbct的成像方法、系统及放射治疗装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于双能CBCT的成像方法、系统及放射治疗装置，涉及医疗技术领域。该方法包括：将大机架旋转90°，在旋转过程中，获取0°至90°的兆伏级投影数据以及90°至180°的千伏级投影数据；采用预定重建算法，使用投影数据进行重建得到兆伏级和千伏级CBCT容积影像；采用预设算法，获得经校正的千伏级投影数据；采用预设算法，获得经校正的兆伏级投影数据；使用经校正的千伏级和兆伏级投影数据进行混合重建，以得到CBCT容积影像。通过使用千伏级和兆伏级投影图像进行混合重建，获得同时包含软组织信息和骨性信息的CBCT容积影像，去除了重建后的CBCT容积影像中高密度物质伪影且增强了图像的软组织信息。

Description

一种基于双能CBCT的成像方法、系统及放射治疗装置
技术领域
本发明涉及医疗技术领域，具体涉及一种基于双能CBCT的成像方法、系统及放射治疗装置。
背景技术
在进行放射治疗前或放射治疗中，医护人员往往需要对患者进行摆位验证，确保患者在治疗床上的摆位与扫描用于制定治疗计划的电子计算机断层扫描(ComputedTomography，CT)影像时的摆位一致，使靶区尽可能吸收计划剂量，并尽可能保护正常组织，即保证精确治疗的实施。
为满足物理师和技师在放疗患者临床摆位验证方面的需求，可采用锥形束电子计算机断层扫描(Cone Beam Computed Tomography，CBCT)技术获取治疗室内患者的三维容积影像，然后与计划CT影像进行三维配准确定患者摆位偏差，至此医护人员可根据该摆位偏差修正患者的摆位。
依据射线能级的不同，CBCT技术可分为千伏级CBCT(KiloVolt-CBCT，KVCBCT)和兆伏级CBCT(MegaVolt-CBCT，MVCBCT)，其中美国瓦里安公司和瑞典医科达公司采用KVCBCT技术，而德国西门子公司则采用MVCBCT。在机械与电气方面，MVCBCT的X射线出束源直接采用直线加速器的治疗源，影像采集板平面垂直于X射线束轴线；KVCBCT技术的实现需要在传统兆伏级直线速器系统上额外增加一个板载影像系统，该系统由分别安装在两个独立机械臂上的千伏级X射线源和千伏级影像探测器组成，两个机械臂与直线加速器的射线束的中心轴相垂直。
X射线穿透人体时，根据能量的不同，X射线与物质的主要作用不同，导致CBCT的最终成像质量不同。KV级X射线主要与物质原子进行光电效应，因此KVCBCT可突显人体的软组织信息，但如果人体内有金属支架等金属制品，KVCBCT会出现很严重的金属伪影；MV级X射线主要与物质原子进行康普顿效应，故MVCBCT可突显人体的骨性结构信息，但人体的软组织对比度较差。
现有CBCT系统仅能单纯实现KVCBCT或者MVCBCT，最终获取的三维容积影像无法同时突显软组织和骨性结构，且影像抗金属伪影能力较差，影响用户的主观分析评价。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种基于双能CBCT的成像方法、系统及放射治疗装置，以解决获取同时包含软组织信息和骨性信息的CBCT容积影像，并且去除影像中的高密度物质伪影的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
第一方面，本发明提供了一种基于双能CBCT的成像方法，应用于同时具备兆伏级影像子系统和千伏级影像子系统的放射治疗设备，其中兆伏级影像子系统设置在放射治疗设备的大机架上，千伏级影像子系统设置在放射治疗设备的独立滑环上；独立滑环的旋转中心与大机架的旋转中心相同，兆伏级影像子系统与千伏级影像子系统能够进行相对独立的旋转；
所述方法包括以下步骤：
a、将大机架旋转90°，在旋转过程中，分别通过兆伏级影像子系统获取对于0°至90°的兆伏级投影数据以及通过千伏级影像子系统获取对于90°至180°的千伏级投影数据；
b、采用预定重建算法，分别使用兆伏级投影数据和千伏级投影数据进行重建得到兆伏级CBCT容积影像和千伏级CBCT容积影像；
c、基于兆伏级CBCT容积影像，采用预设伪影去除算法，获得经校正的千伏级投影数据，预设伪影去除算法用于去除千伏级CBCT容积影像中的伪影；
d、基于千伏级CBCT容积影像，采用预设软组织增强算法，获得经校正的兆伏级投影数据，预设软组织增强算法用于增强兆伏级CBCT容积影像中的软组织影像；
e、使用经校正的千伏级投影数据和经校正的兆伏级投影数据进行混合重建，以得到校正后的CBCT容积影像。
可选地，步骤c包括：
步骤c1、计算兆伏级CBCT容积影像的梯度值，并且根据梯度值获得兆伏级CBCT容积影像中的高密度物质的位置信息，高密度物质为密度大于人体骨骼密度的物质；
步骤c2、对兆伏级CBCT容积影像进行正向投影，以获得对于90°至180°的兆伏级投影数据，并且根据兆伏级CBCT容积影像中的高密度物质的位置信息，获得90°至180°的兆伏级投影数据的高密度物质的投影位置；
步骤c3、配准90°至180°的千伏级投影数据和90°至180°的兆伏级投影数据，以获得经校正的千伏级投影数据。
可选地，步骤c3包括：
配准90°至180°的千伏级投影数据和90°至180°的兆伏级投影数据，获取90°至180°的千伏级投影数据的高密度物质投影位置，高密度物质投影位置区域的像素值由其周围区域像素值进行线性插值替代，从而获得经校正的千伏级投影数据。
可选地，步骤d包括：
步骤d1、对千伏级CBCT容积影像进行正向投影，以获得0°至90°的千伏级投影数据；
步骤d2、对0°至90°的千伏级投影数据进行归一化，并且将归一化后的数据值作为投影平板上的每个点的权值；
步骤d3、使用权值对0°至90°的兆伏级投影数据进行校正，以得到经校正的兆伏级投影数据。
可选地，在步骤e之后，还包括：
判断校正后的CBCT容积影像是否满足预设影像质量标准；
在校正后的CBCT容积影像不满足预设影像质量标准的情况下，
采用预定重建算法，使用经校正的兆伏级投影数据进行重建得到经校正的兆伏级CBCT容积影像，并且使用经校正的千伏级投影数据进行重建得到经校正的千伏级CBCT容积影像；
基于经校正的兆伏级CBCT容积影像和经校正的千伏级CBCT容积影像，重复进行步骤c至步骤e，直到校正后的CBCT容积影像满足预设影像质量标准为止。
第二方面，本发明提供了一种基于双能CBCT的成像系统，应用于同时具备兆伏级影像子系统和千伏级影像子系统的放射治疗设备，其中兆伏级影像子系统设置在放射治疗设备的大机架上，千伏级影像子系统设置在放射治疗设备的独立滑环上；独立滑环的旋转中心与大机架的旋转中心相同，兆伏级影像子系统与千伏级影像子系统能够进行相对独立的旋转；
所述系统包括：
投影数据获取模块，用于将大机架旋转90°，在旋转过程中，分别通过兆伏级影像子系统获取对于0°至90°的兆伏级投影数据以及通过千伏级影像子系统获取对于90°至180°的千伏级投影数据；
容积影像重建模块，用于采用预定重建算法，分别使用兆伏级投影数据和千伏级投影数据进行重建得到兆伏级CBCT容积影像和千伏级CBCT容积影像；
千伏级投影数据校正模块，用于基于兆伏级CBCT容积影像，采用预设伪影去除算法，获得经校正的千伏级投影数据，预设伪影去除算法用于去除千伏级CBCT容积影像中的伪影；
兆伏级投影数据校正模块，用于基于千伏级CBCT容积影像，采用预设软组织增强算法，获得经校正的兆伏级投影数据，预设软组织增强算法用于增强兆伏级CBCT容积影像中的软组织影像；
CBCT容积影像混合重建模块，用于使用经校正的千伏级投影数据和经校正的兆伏级投影数据进行混合重建，以得到校正后的CBCT容积影像。
可选地，千伏级投影数据校正模块，具体用于：
计算兆伏级CBCT容积影像的梯度值，并且根据梯度值获得兆伏级CBCT容积影像中的高密度物质的位置信息，高密度物质为密度大于人体骨骼密度的物质；
对兆伏级CBCT容积影像进行正向投影，以获得对于90°至180°的兆伏级投影数据，并且根据兆伏级CBCT容积影像中的高密度物质的位置信息，获得90°至180°的兆伏级投影数据的高密度物质的投影位置；
配准90°至180°的千伏级投影数据和90°至180°的兆伏级投影数据，以获得经校正的千伏级投影数据。
可选地，千伏级投影数据校正模块，具体用于：
配准90°至180°的千伏级投影数据和90°至180°的兆伏级投影数据，获取90°至180°的千伏级投影数据的高密度物质投影位置，高密度物质投影位置区域的像素值由其周围区域像素值进行线性插值替代，从而获得经校正的千伏级投影数据。
可选地，兆伏级投影数据校正模块，具体用于：
对千伏级CBCT容积影像进行正向投影，以获得0°至90°的千伏级投影数据；
对0°至90°的千伏级投影数据进行归一化，并且将归一化后的数据值作为投影平板上的每个点的权值；
使用权值对0°至90°的兆伏级投影数据进行校正，以得到经校正的兆伏级投影数据。
可选地，所述系统还包括容积影像质量判断和校正模块，具体用于：
判断校正后的CBCT容积影像是否满足预设影像质量标准；
在校正后的CBCT容积影像不满足预设影像质量标准的情况下，
采用预定重建算法，使用经校正的兆伏级投影数据进行重建得到经校正的兆伏级CBCT容积影像，并且使用经校正的千伏级投影数据进行重建得到经校正的千伏级CBCT容积影像；
基于经校正的兆伏级CBCT容积影像和经校正的千伏级CBCT容积影像，重复运行千伏级投影数据校正模块、兆伏级投影数据校正模块和CBCT容积影像混合重建模块，直到校正后的CBCT容积影像满足预设影像质量标准为止。
第三方面，本发明提供了一种放射治疗装置，该放射治疗装置用于实施根据第一方面所述的基于双能CBCT的成像方法，或者该放射治疗装置包括根据第二方面所述的基于双能CBCT的成像系统。
本发明的有益效果包括：
本发明提供的成像方法包括：将大机架旋转90°，在旋转过程中，分别通过兆伏级影像子系统获取对于0°至90°的兆伏级投影数据以及通过千伏级影像子系统获取对于90°至180°的千伏级投影数据；采用预定重建算法，分别使用兆伏级投影数据和千伏级投影数据进行重建得到兆伏级CBCT容积影像和千伏级CBCT容积影像；基于兆伏级CBCT容积影像，采用预设伪影去除算法，获得经校正的千伏级投影数据，预设伪影去除算法用于去除千伏级CBCT容积影像中的伪影；基于千伏级CBCT容积影像，采用预设软组织增强算法，获得经校正的兆伏级投影数据，预设软组织增强算法用于增强兆伏级CBCT容积影像中的软组织影像；使用经校正的千伏级投影数据和经校正的兆伏级投影数据进行混合重建，以得到校正后的CBCT容积影像。通过使用千伏级投影图像和兆伏级投影图像进行混合重建，获得同时包含软组织信息和骨性信息的CBCT容积影像，结合了千伏级图像软组织清晰的优点以及兆伏级图像高密度物质(例如金属)伪影弱的优点，去除了重建后的CBCT容积影像中的高密度物质伪影并且增强了图像的软组织信息。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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他相关的附图。
图1示出了本发明实施例提供的放射治疗设备的结构示意图；
图2示出了本发明一实施例提供的基于双能CBCT的成像方法的流程示意图；
图3示出了本发明另一实施例提供的基于双能CBCT的成像方法的流程示意图；
图4示出了本发明实施例提供的基于双能CBCT的成像系统的结构示意图。
附图标记：101-固定机架；102-大机架；103-独立滑环；104-兆伏级X射线源；105-兆伏级影像探测器；106-千伏级X射线源；107-千伏级影像探测器；108-独立滑环驱动电机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
现有CBCT系统仅能单纯实现KVCBCT或者MVCBCT，最终获取的三维容积影像无法同时突显软组织和骨性结构，且影像抗金属伪影能力较差，影响用户的主观分析评价。
为解决上述问题，本发明实施例提供了一种简单快捷的CBCT重建方法，可以获取同时包含软组织信息和骨性信息的CBCT容积影像，且可以去除影像中的金属伪影。本发明的技术方案包括以下步骤：首先建立同时具备一套MV级影像子系统和一套KV级影像子系统的放射治疗设备，其中MV级影像子系统固定在放射治疗设备的大机架上，KV级影像子系统固定在一个独立滑环上，独立滑环的旋转中心与大机架的旋转中心相同，独立滑环可跟随大机架一起旋转或做与大机架相对独立的旋转；然后提出一种KV投影图像和MV投影图像混合重建算法，结合KV图像软组织清晰的优点以及MV图像金属伪影弱的优点，用于去除图像中的金属伪影和增强图像的软组织信息。
下面将对本发明实施例所提供的方法进行详细描述。
图1示出了本发明实施例提供的放射治疗设备的结构示意图；图2示出了本发明一实施例提供的基于双能CBCT的成像方法的流程示意图。
本发明实施例提供的基于双能CBCT的成像方法，应用于同时具备兆伏级影像子系统和千伏级影像子系统的放射治疗设备，该放射治疗设备如图1所示，其中兆伏级影像子系统设置在放射治疗设备的大机架上，千伏级影像子系统设置在放射治疗设备的独立滑环上；独立滑环的旋转中心与大机架的旋转中心相同，兆伏级影像子系统与千伏级影像子系统能够进行相对独立的旋转。
具体地，如图1所示，该放射治疗设备包括固定机架101、大机架102、独立滑环103、千伏(KV)级影像子系统和兆伏(MV)级影像子系统，大机架102可旋转地安装在固定机架101上，兆伏级影像子系统固定设置在大机架102上，千伏级影像子系统固定设置在独立滑环103上，独立滑环103的旋转轴心与大机架102的旋转轴心相同，独立滑环103可跟随大机架102一起旋转或做与大机架102相对独立的旋转，兆伏级影像子系统用于采集兆伏级二维影像并且包括兆伏级X射线源104和兆伏级影像探测器105，千伏级影像子系统用于采集千伏级二维影像并且包括千伏级X射线源106和千伏级影像探测器107。
在利用上述放射治疗设备进行治疗时，通过放射治疗设备的中央控制器对独立滑环103和大机架102的转速进行分别控制，大机架102带动MV级影像子系统旋转90°，扫描覆盖90°区域，独立滑环103带动KV级影像子系统相对于大机架102独立旋转90°，扫描覆盖与MV级影像子系统扫描覆盖区域不交叠的另外90°区域。其中，放射治疗设备的中央控制器控制大机架102启动，并按照规定的1分钟每圈的转速旋转90°，同时控制独立滑环103带动KV级影像子系统与大机架102同时启动并同向旋转，但是其转速要快于大机架102，当大机架102完成90°旋转停止时，MV级影像子系统同步扫描完其经过的90°区域，独立滑环103也停止旋转，并且KV级影像子系统刚好扫描完MV级影像子系统未曾扫描到的另外90°区域，因此，仅用了大机架102旋转90°的时间，MV级影像子系统和KV级影像子系统共同完成了180°的区域扫描，节约了50％的扫描时间。
设置的独立滑环103具有重要作用，它使得MV级影像子系统和KV级影像子系统可相对独立运动，从而可以大大提高下文中将描述的配对学习所需的CT图像数据及MV成像数据的采集效率，及两套子系统的协同工作效率。例如，当MV级影像子系统完成某一角度的照射(包括治疗及MV成像)后，离开这一角度去其他位置工作，此时，通过独立滑环103就可以将KV级影像子系统移动到该角度完成KV成像，与现有技术中KV级射线装置与MV级加速器相对位置固定不变的方案而言，本发明的技术方案具有显著优势。
应当理解，在本发明提供的放射治疗设备中，可以根据需要，独立滑环103能够与大机架102相对独立地旋转，独立滑环103也可以跟随大机架102一起旋转。
可选地，大机架102上还固定安装有环形导轨，环形导轨与大机架102共圆心，环形导轨上安装有两个或更多个滑块，滑块能够沿环形导轨绕圆心自由旋转，独立滑环103安装在滑块上，从而使得独立滑环103能够沿环形导轨进行相对于大机架102的独立旋转，独立滑环103的旋转轴心与大机架102的旋转轴心相同。
独立滑环103的外沿上设置有齿条或齿轮，大机架102上还安装有独立滑环驱动电机108，独立滑环驱动电机108与独立滑环103外沿的齿条或齿轮通过齿轮组或同步带传动连接，从而使得独立滑环驱动电机108能够驱动独立滑环103相对于大机架102进行旋转。
在独立滑环驱动电机108与独立滑环103外沿的齿条或齿轮通过同步带传动连接的情况下，为了防止同步带失效带来的风险，独立滑环103边沿上设置有两圈同步齿，两圈同步齿相互之间设置有沟槽或法兰隔离，同步带包括两条同步带，两条同步带分别匹配连接在两圈同步齿上，并且两条同步带分别连接于分别设置在大机架102两侧的两个独立滑环驱动电机108上，其中一组作为备用传动装置，跟随一起转动，当工作的同步带失效时，备用同步带立即工作。优选地，两个独立滑环驱动电机108沿大机架102的直径设置大机架102两侧。
可选地，该放射治疗设备还包括安全传感器和视频监控装置，安全传感器和视频监控装置分别用于感测和监控放射治疗设备的使用，对放疗过程进行评估风险，以决定立即停止还是继续完成治疗计划。独立滑环驱动电机108与编码器电连接，编码器用于控制独立滑环驱动电机108，进而控制独立滑环103的旋转角度。环形导轨上设置有抱闸，当同步带失效时，抱闸用于停止同步滑环的旋转。环形导轨上均匀设置有多个发光元件，独立滑环103上对应于千伏级影像子系统的起始位置处设置有检测元件，检测元件通过检测发光元件所发出的光来获得关于千伏级影像子系统的旋转速度、角度位置、旋转方向中的至少一者的信息。发光元件根据预设角度单位均匀设置，每个发光元件所发出的光的波长不相同，检测元件通过检测发光元件所发出的光的波长信息来获得关于千伏级影像子系统的旋转速度、角度位置、旋转方向中的至少一者的信息。
如图2所示，本发明实施例提供的基于双能CBCT的成像方法包括以下步骤：a、将大机架旋转90°，在旋转过程中，分别通过兆伏级影像子系统获取对于0°至90°的兆伏级投影数据以及通过千伏级影像子系统获取对于90°至180°的千伏级投影数据；b、采用预定重建算法，分别使用兆伏级投影数据和千伏级投影数据进行重建得到兆伏级CBCT容积影像和千伏级CBCT容积影像；c、基于兆伏级CBCT容积影像，采用预设伪影去除算法，获得经校正的千伏级投影数据，预设伪影去除算法用于去除千伏级CBCT容积影像中的伪影；d、基于千伏级CBCT容积影像，采用预设软组织增强算法，获得经校正的兆伏级投影数据，预设软组织增强算法用于增强兆伏级CBCT容积影像中的软组织影像；e、使用经校正的千伏级投影数据和经校正的兆伏级投影数据进行混合重建，以得到校正后的CBCT容积影像。
通过使用千伏级投影图像和兆伏级投影图像进行混合重建，获得同时包含软组织信息和骨性信息的CBCT容积影像，结合了千伏级图像软组织清晰的优点以及兆伏级图像高密度物质(例如金属)伪影弱的优点，去除了重建后的CBCT容积影像中的高密度物质伪影并且增强了图像的软组织信息。
可选地，步骤c包括：步骤c1、计算兆伏级CBCT容积影像的梯度值，并且根据梯度值获得兆伏级CBCT容积影像中的高密度物质的位置信息，高密度物质为密度大于人体骨骼密度的物质，高密度物质例如可以为金属物质；步骤c2、对兆伏级CBCT容积影像进行正向投影，以获得对于90°至180°的兆伏级投影数据，并且根据兆伏级CBCT容积影像中的高密度物质的位置信息，获得90°至180°的兆伏级投影数据的高密度物质的投影位置；步骤c3、配准90°至180°的千伏级投影数据和90°至180°的兆伏级投影数据，以获得经校正的千伏级投影数据。
可选地，步骤c3包括：配准90°至180°的千伏级投影数据和90°至180°的兆伏级投影数据，获取90°至180°的千伏级投影数据的高密度物质投影位置，高密度物质投影位置区域的像素值由其周围区域像素值进行线性插值替代，从而获得经校正的千伏级投影数据。
可选地，步骤d包括：步骤d1、对千伏级CBCT容积影像进行正向投影，以获得0°至90°的千伏级投影数据；步骤d2、对0°至90°的千伏级投影数据进行归一化，并且将归一化后的数据值作为投影平板上的每个点的权值；步骤d3、使用权值对0°至90°的兆伏级投影数据进行校正，以得到经校正的兆伏级投影数据。
可选地，在步骤e之后，还包括：判断校正后的CBCT容积影像是否满足预设影像质量标准；在校正后的CBCT容积影像不满足预设影像质量标准的情况下，采用预定重建算法，使用经校正的兆伏级投影数据进行重建得到经校正的兆伏级CBCT容积影像，并且使用经校正的千伏级投影数据进行重建得到经校正的千伏级CBCT容积影像；基于经校正的兆伏级CBCT容积影像和经校正的千伏级CBCT容积影像，重复进行步骤c至步骤e，直到校正后的CBCT容积影像满足预设影像质量标准为止。
具体地，参照图3，加速器上的CBCT系统工作时，15s内旋转90°，分别获取90°(0°到90°)MV投影数据和90°(90°到180°)KV数据，对投影数据分别进行重建可以获得KVCBCT和MVCBCT容积影像，然后进行金属伪影校正和软组织增强；从MVCBCT容积影像中可以获得人体中的金属位置，对MVCBCT进行正向投影可以获得90°到180°的MV投影数据，与90°到180°的KV投影数据进行配准，可以推算出KV投影数据中的金属位置，金属区域像素值由周围区域线性插值替代，得到校正后的KV投影数据；在KVCBCT容积影像，可以获得人体的软组织信息，对KVCBCT进行正向投影可以获得0°到90°的KV投影数据，并与0°到90°的MV投影数据进行配准，得到两组投影数据的对应位置，提取KV投影数据中的软组织区域，根据KVCBCT的软组织信息对MV投影数据的软组织区域进行对比度增强，得到校正后的MV投影数据；使用校正后的数据进行重建，如果图像质量不满足要求，使用校正后的90°MV投影数据和90°KV数据重复上述步骤。
详细地，首先进行原始图像采集与重建：机架旋转90°，分别获取对于0°到90°MV投影数据(ProjMV)和90°到180°KV投影数据(ProjKV)；分别使用KV和MV投影数据重建得到CBCTKV和CBCTMV,重建算法为f(·)(重建算法可为FDK或迭代重建等通用算法)。
CBCTKV＝f(ProjKV)
CBCTMV＝f(ProjMV)
然后，去除KV级CBCT金属伪影：计算CBCTMV梯度值，根据梯度极值获得人体中高密度物质(例如金属)的位置，
Figure GDA0002814599150000141
对MVCBCT容积影像进行正向投影，获得90°到180°MV投影数据(DRRMV)，根据MVCBCT容积影像中的金属位置信息，获得DRRMV的金属投影位置；配准90°到180°的ProjKV和ProjKV，获取ProjKV中的金属投影位置，金属区域像素值由周围区域线性插值替代，获得新的ProjKV，
Proj’KV＝p(ProjKV，DRRMV)
使用Proj’KV重建获得无金属伪影的KVCBCT容积影像(Proj’KV)，
CBCT′KV＝f(Proj′KV)。
对MVCBCT软组织增强：对CBCT′KV进行正向投影，获得0°到90°KV投影数据(DRRKV)，对DRRKV进行归一化，归一化后的值为平板上每个点的权值ωMV；使用权值ωMV对0°到90°ProjMV进行校正，获得校正后Proj′MV
Proj’MV＝p(ProjMV，DRRKV)＝ωMV*ProjMV
使用Proj’MV重建获得校正后的MVCBCT容积影像(CBCT′MV)，
CBCT′MV＝f(Proj’MV)。
双能CBCT重建：使用Proj’KV和Proj’KV混合重建得到校正后的CBCT，如果图像质量不满足要求，重复去除KV级CBCT金属伪影的步骤和对MVCBCT软组织增强的步骤，
CBCT＝f(Proj’KV，Proj’MV)。
本发明上述实施例提供的成像方法充分利用加速器机头和KV源获得的不同模态的图像进行重建，综合了不同模态CBCT重建容积影像的优点，得到的容积影像同时包含软组织信息和骨信息，且解决了病人体内金属支架等异物造成的金属伪影问题。不同模态数据(KVCBCT和MVCBCT)混合重建，通过不同模态数据间的互相验证，互相纠错，综合了两种模态容积影像的优点。
另外，本发明实施例提供了一种基于双能CBCT的成像系统，应用于同时具备兆伏级影像子系统和千伏级影像子系统的放射治疗设备，其中兆伏级影像子系统设置在放射治疗设备的大机架上，千伏级影像子系统设置在放射治疗设备的独立滑环上；独立滑环的旋转中心与大机架的旋转中心相同，兆伏级影像子系统与千伏级影像子系统能够进行相对独立的旋转。具体的，该系统用于实施本发明上述实施例提供的基于双能CBCT的成像方法。如图4所示，所述系统包括：
投影数据获取模块101，用于将大机架旋转90°，在旋转过程中，分别通过兆伏级影像子系统获取对于0°至90°的兆伏级投影数据以及通过千伏级影像子系统获取对于90°至180°的千伏级投影数据；
容积影像重建模块102，用于采用预定重建算法，分别使用兆伏级投影数据和千伏级投影数据进行重建得到兆伏级CBCT容积影像和千伏级CBCT容积影像；
千伏级投影数据校正模块103，用于基于兆伏级CBCT容积影像，采用预设伪影去除算法，获得经校正的千伏级投影数据，预设伪影去除算法用于去除千伏级CBCT容积影像中的伪影；
兆伏级投影数据校正模块104，用于基于千伏级CBCT容积影像，采用预设软组织增强算法，获得经校正的兆伏级投影数据，预设软组织增强算法用于增强兆伏级CBCT容积影像中的软组织影像；
CBCT容积影像混合重建模块105，用于使用经校正的千伏级投影数据和经校正的兆伏级投影数据进行混合重建，以得到校正后的CBCT容积影像。
可选地，千伏级投影数据校正模块103，具体用于：计算兆伏级CBCT容积影像的梯度值，并且根据梯度值获得兆伏级CBCT容积影像中的高密度物质的位置信息，高密度物质为密度大于人体骨骼密度的物质；对兆伏级CBCT容积影像进行正向投影，以获得对于90°至180°的兆伏级投影数据，并且根据兆伏级CBCT容积影像中的高密度物质的位置信息，获得90°至180°的兆伏级投影数据的高密度物质的投影位置；配准90°至180°的千伏级投影数据和90°至180°的兆伏级投影数据，以获得经校正的千伏级投影数据。
可选地，千伏级投影数据校正模块103，具体用于：配准90°至180°的千伏级投影数据和90°至180°的兆伏级投影数据，获取90°至180°的千伏级投影数据的高密度物质投影位置，高密度物质投影位置区域的像素值由其周围区域像素值进行线性插值替代，从而获得经校正的千伏级投影数据。
可选地，兆伏级投影数据校正模块104，具体用于：对千伏级CBCT容积影像进行正向投影，以获得0°至90°的千伏级投影数据；对0°至90°的千伏级投影数据进行归一化，并且将归一化后的数据值作为投影平板上的每个点的权值；使用权值对0°至90°的兆伏级投影数据进行校正，以得到经校正的兆伏级投影数据。
可选地，所述系统还包括容积影像质量判断和校正模块，具体用于：判断校正后的CBCT容积影像是否满足预设影像质量标准；在校正后的CBCT容积影像不满足预设影像质量标准的情况下，采用预定重建算法，使用经校正的兆伏级投影数据进行重建得到经校正的兆伏级CBCT容积影像，并且使用经校正的千伏级投影数据进行重建得到经校正的千伏级CBCT容积影像；基于经校正的兆伏级CBCT容积影像和经校正的千伏级CBCT容积影像，重复运行千伏级投影数据校正模块、兆伏级投影数据校正模块和CBCT容积影像混合重建模块，直到校正后的CBCT容积影像满足预设影像质量标准为止。
另外，本发明实施例还提供了一种放射治疗装置，该放射治疗装置用于实施根据本发明上述实施例提供的基于双能CBCT的成像方法，或者该放射治疗装置包括根据本发明上述实施例提供的基于双能CBCT的成像系统。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让本领域普通技术人员能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于双能CBCT的成像方法，其特征在于，应用于同时具备兆伏级影像子系统和千伏级影像子系统的放射治疗设备，其中所述兆伏级影像子系统设置在所述放射治疗设备的大机架上，所述千伏级影像子系统设置在所述放射治疗设备的独立滑环上；所述独立滑环的旋转中心与所述大机架的旋转中心相同，所述兆伏级影像子系统与所述千伏级影像子系统能够进行相对独立的旋转；
所述方法包括以下步骤：
a、将所述大机架旋转90°，在旋转过程中，分别通过所述兆伏级影像子系统获取对于0°至90°的兆伏级投影数据以及通过所述千伏级影像子系统获取对于90°至180°的千伏级投影数据；
b、采用预定重建算法，分别使用所述兆伏级投影数据和所述千伏级投影数据进行重建得到兆伏级CBCT容积影像和千伏级CBCT容积影像；
c、基于所述兆伏级CBCT容积影像，采用预设伪影去除算法，获得经校正的千伏级投影数据，所述预设伪影去除算法用于去除千伏级CBCT容积影像中的伪影；
d、基于所述千伏级CBCT容积影像，采用预设软组织增强算法，获得经校正的兆伏级投影数据，所述预设软组织增强算法用于增强兆伏级CBCT容积影像中的软组织影像；
e、使用所述经校正的千伏级投影数据和所述经校正的兆伏级投影数据进行混合重建，以得到校正后的CBCT容积影像；
其中，所述步骤c包括：
步骤c1、计算所述兆伏级CBCT容积影像的梯度值，并且根据所述梯度值获得所述兆伏级CBCT容积影像中的高密度物质的位置信息，所述高密度物质为密度大于人体骨骼密度的物质；
步骤c2、对所述兆伏级CBCT容积影像进行正向投影，以获得对于90°至180°的兆伏级投影数据，并且根据所述兆伏级CBCT容积影像中的所述高密度物质的位置信息，获得所述90°至180°的兆伏级投影数据的高密度物质的投影位置；
步骤c3、配准所述90°至180°的千伏级投影数据和所述90°至180°的兆伏级投影数据，以获得经校正的千伏级投影数据；
其中，所述步骤d包括：
步骤d1、对所述千伏级CBCT容积影像进行正向投影，以获得0°至90°的千伏级投影数据；
步骤d2、对所述0°至90°的千伏级投影数据进行归一化，并且将归一化后的数据值作为投影平板上的每个点的权值；
步骤d3、使用所述权值对所述0°至90°的兆伏级投影数据进行校正，以得到经校正的兆伏级投影数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤c3包括：
配准所述90°至180°的千伏级投影数据和所述90°至180°的兆伏级投影数据，获取所述90°至180°的千伏级投影数据的高密度物质投影位置，所述高密度物质投影位置区域的像素值由其周围区域像素值进行线性插值替代，从而获得经校正的千伏级投影数据。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤e之后，还包括：
判断所述校正后的CBCT容积影像是否满足预设影像质量标准；
在所述校正后的CBCT容积影像不满足所述预设影像质量标准的情况下，
采用所述预定重建算法，使用所述经校正的兆伏级投影数据进行重建得到经校正的兆伏级CBCT容积影像，并且使用所述经校正的千伏级投影数据进行重建得到经校正的千伏级CBCT容积影像；
基于所述经校正的兆伏级CBCT容积影像和所述经校正的千伏级CBCT容积影像，重复进行所述步骤c至所述步骤e，直到校正后的CBCT容积影像满足所述预设影像质量标准为止。
4.一种基于双能CBCT的成像系统，其特征在于，应用于同时具备兆伏级影像子系统和千伏级影像子系统的放射治疗设备，其中所述兆伏级影像子系统设置在所述放射治疗设备的大机架上，所述千伏级影像子系统设置在所述放射治疗设备的独立滑环上；所述独立滑环的旋转中心与所述大机架的旋转中心相同，所述兆伏级影像子系统与所述千伏级影像子系统能够进行相对独立的旋转；
所述系统包括：
投影数据获取模块，用于将所述大机架旋转90°，在旋转过程中，分别通过所述兆伏级影像子系统获取对于0°至90°的兆伏级投影数据以及通过所述千伏级影像子系统获取对于90°至180°的千伏级投影数据；
容积影像重建模块，用于采用预定重建算法，分别使用所述兆伏级投影数据和所述千伏级投影数据进行重建得到兆伏级CBCT容积影像和千伏级CBCT容积影像；
千伏级投影数据校正模块，用于基于所述兆伏级CBCT容积影像，采用预设伪影去除算法，获得经校正的千伏级投影数据，所述预设伪影去除算法用于去除千伏级CBCT容积影像中的伪影；
兆伏级投影数据校正模块，用于基于所述千伏级CBCT容积影像，采用预设软组织增强算法，获得经校正的兆伏级投影数据，所述预设软组织增强算法用于增强兆伏级CBCT容积影像中的软组织影像；
CBCT容积影像混合重建模块，用于使用所述经校正的千伏级投影数据和所述经校正的兆伏级投影数据进行混合重建，以得到校正后的CBCT容积影像。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述千伏级投影数据校正模块，具体用于：
计算所述兆伏级CBCT容积影像的梯度值，并且根据所述梯度值获得所述兆伏级CBCT容积影像中的高密度物质的位置信息，所述高密度物质为密度大于人体骨骼密度的物质；
对所述兆伏级CBCT容积影像进行正向投影，以获得对于90°至180°的兆伏级投影数据，并且根据所述兆伏级CBCT容积影像中的所述高密度物质的位置信息，获得所述90°至180°的兆伏级投影数据的高密度物质的投影位置；
配准所述90°至180°的千伏级投影数据和所述90°至180°的兆伏级投影数据，以获得经校正的千伏级投影数据。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述兆伏级投影数据校正模块，具体用于：
对所述千伏级CBCT容积影像进行正向投影，以获得0°至90°的千伏级投影数据；
对所述0°至90°的千伏级投影数据进行归一化，并且将归一化后的数据值作为投影平板上的每个点的权值；
使用所述权值对所述0°至90°的兆伏级投影数据进行校正，以得到经校正的兆伏级投影数据。
7.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，还包括容积影像质量判断和校正模块，具体用于：
判断所述校正后的CBCT容积影像是否满足预设影像质量标准；
在所述校正后的CBCT容积影像不满足所述预设影像质量标准的情况下，
采用所述预定重建算法，使用所述经校正的兆伏级投影数据进行重建得到经校正的兆伏级CBCT容积影像，并且使用所述经校正的千伏级投影数据进行重建得到经校正的千伏级CBCT容积影像；
基于所述经校正的兆伏级CBCT容积影像和所述经校正的千伏级CBCT容积影像，重复运行所述千伏级投影数据校正模块、所述兆伏级投影数据校正模块和所述CBCT容积影像混合重建模块，直到校正后的CBCT容积影像满足所述预设影像质量标准为止。
8.一种放射治疗装置，其特征在于，所述放射治疗装置用于实施根据权利要求1至3中任一项所述的基于双能CBCT的成像方法，或者所述放射治疗装置包括根据权利要求4至7中任一项所述的基于双能CBCT的成像系统。
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