CN111325703A - 一种多模态成像引导的放疗方法、装置和系统 - Google Patents

一种多模态成像引导的放疗方法、装置和系统 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种多模态成像引导的放疗方法、装置和系统。该方法包括：获取目标放疗部位的多模态图像集，其中，所述多模态图像集包括吸收图像、相位图像和暗场图像中至少两种图像；根据所述目标放疗部位的组织结构类型，对所述多模态图像集中的至少两种图像进行图像融合，得到所述目标放疗部位的融合图像；根据所述融合图像和计划放疗图像，控制放疗设备执行放疗操作。本发明实施例通过将目标放疗部位的至少两种图像进行融合，解决了单一成像无法满足高精度的放疗需求的问题，提高了放疗定位精度，使得放疗设备能够对目标放疗部位进行精准放疗，进而提高了放疗的治疗效果。

Description

一种多模态成像引导的放疗方法、装置和系统
技术领域
本发明实施例涉及放射治疗技术领域，尤其涉及一种多模态成像引导的放疗方法、装置和系统。
背景技术
放射治疗是肿瘤治疗的重要治疗手段之一，对肿瘤的精准放疗是应用各种技术或设备使靶区高度适形，以确保治疗中处方剂量最大限度地集中于肿瘤区域内，而周围正常器官得到最大保护。因此，实现对肿瘤区域的精准定位显得尤为重要。
图像引导放疗是在三维适形放射治疗基础上加入了时间因素，充分考虑了靶区和周围正常器官在治疗过程中的运动和放疗分次间的摆位误差，在被测对象进行治疗前、治疗中利用影响设备对肿瘤及正常器官进行实时的监控，从而实现精确治疗。目前临床常用的图像引导设备主要有kV级X线摄片、电子射野影像系统、kV级CT和锥形束CT。
传统的用于图像引导的X射线成像系统利用X射线的吸收特性对强吸收物质进行成像，医生只能根据骨骼位置判断摆位精度，即“骨配准”。但人体结构成分复杂多样，且肿瘤通常为软组织。因此，单一的吸收成像无法满足高精度的放疗需求。
发明内容
本发明实施例提供一种多模态成像引导的放疗方法、装置和系统，以实现对治疗部位进行精准放疗，进而提高放疗的治疗效果。
第一方面，本发明实施例提供了一种多模态成像引导的放疗方法，该方法包括：
获取目标放疗部位的多模态图像集，其中，所述多模态图像集包括吸收图像、相位图像和暗场图像中至少两种图像；
根据所述目标放疗部位的组织结构类型，对所述多模态图像集中的至少两种图像进行图像融合，得到所述目标放疗部位的融合图像；
根据所述融合图像和计划放疗图像，控制放疗设备执行放疗操作。
第二方面，本发明实施例还提供了一种多模态成像引导的放疗装置，该装置包括：
多模态图像集获取模块，用于获取目标放疗部位的多模态图像集，其中，所述多模态图像集包括吸收图像、相位图像和暗场图像中至少两种图像；
图像融合模块，用于根据所述目标放疗部位的组织结构类型，对所述多模态图像集中的至少两种图像进行图像融合，得到所述目标放疗部位的融合图像；
放疗操作执行模块，用于根据所述融合图像和计划放疗图像，控制放疗设备执行放疗操作。
第三方面，本发明实施例还提供了一种多模态成像引导的放疗系统，该系统包括多模态成像设备、放疗设备和终端设备；
其中，所述多模态成像设备包括光源和探测器，用于获取多模态图像集；
所述放疗设备，用于执行放疗操作；
所述终端设备，分别与所述多模态成像设备和所述放疗设备通讯连接，所述终端设备包括存储器和处理器，其中，所述存储器存储有计算机程序，所述程序被所述处理器执行时实现上述所涉及的任一所述的多模态成像引导的放疗方法。
第四方面，本发明实施例还提供了一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行上述所涉及的任一所述的多模态成像引导的放疗方法。
本发明实施例通过将目标放疗部位的至少两种图像进行融合，解决了单一成像无法满足高精度的放疗需求的问题，提高了放疗定位精度，使得放疗设备能够对目标放疗部位进行精准放疗，进而提高了放疗的治疗效果。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的一种多模态成像引导的放疗方法的流程图。
图2是本发明实施例二提供的一种多模态成像引导的放疗方法的流程图。
图3是本发明实施例三提供的一种多模态成像引导的放疗装置的示意图。
图4是本发明实施例四提供的一种多模态成像引导的放疗系统的结构示意图。
图5是本发明实施例四提供的一种Talbot-Lau干涉仪的结构示意图。
图6是本发明实施例四提供的一种终端设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1是本发明实施例一提供的一种多模态成像引导的放疗方法的流程图，本实施例可适用于图像引导的精确放疗的情况，该方法可以由多模态成像引导的放疗装置来执行，该装置可采用软件和/或硬件的方式实现，该装置可以配置于终端设备中。具体包括如下步骤：
S110、获取目标放疗部位的多模态图像集，其中，多模态图像集包括吸收图像、相位图像和暗场图像中至少两种图像。
在相衬成像中，多模态成像设备中的探测器记录到的每幅图像是一个包含了物体吸收、相位和暗场的混合信息图像，三种衬度机制分别对应物体的不同组成和结构，因此需要将多模态成像设备采集到的图像进行信息提取。示例性的，信息提取方法包括但不限于傅里叶变换方法、相位步进方法和正反投影方法。在一个实施例中，可选的，多模态图像集中的图像类型包括二维图像和/或三维图像。示例性的，多模态图像集中的图像可以是信息提取后得到的二维吸收图像、二维相位图像和二维暗场图像中至少两种图像，也可以是对信息提取后的得到的二维图像进行三维重建得到的三维吸收图像、三维相位图像和三维暗场图像中至少两种图像。示例性的，三维重建的算法包括反投影重建算法、滤波反投影算法、傅里叶变换重建算法和迭代CT重建算法中至少一种。当然，多模态图像集中的图像还可以是二维吸收图像、二维相位图像和三维暗场图像中至少两种图像。此处对多模态图像集中各图像的类型不作限定。
其中，X射线在穿过物体时，X射线的信号会被物体吸收，根据探测器探测到的X射线信号的衰减信息，通过信息提取和/或三维重建可以得到吸收图像。吸收图像可用于反映强吸收物质的成像信息，示例性的，强吸收物质可以是骨骼。
其中，X射线在穿过物体时，X射线的信号会发生相位变化，根据探测器探测到的X射线信号的相移信息，通过信息提取和/或三维重建可以得到相位图像。根据相移的表现形式不同，采集相移信息的方法包括干涉法、同轴法、衍射增强法和光栅相衬成像。其中，干涉法是直接利用干涉原理测量相移信息；同轴法是利用Fresnel衍射测量近似二阶相移信息；衍射增强法和光栅相衬成像是利用折射现象测量一阶相位信息。相位图像可用于反映弱吸收物质的成像信息，示例性的，弱吸收物质可以是器官组织。
其中，X射线在穿过物体时，由于物体内部微米或亚微米尺度上的结构不均匀性会产生小散射信息，根据探测器探测到的X射线信号的小散射信息，通过信息提取和/或三维重建可以得到暗场图像。暗场图像可用于反映物质细微结构上的图像信息，示例性的，暗场图像可以用于检测肺部等多孔隙器官的图像信息。
S120、根据目标放疗部位的组织结构类型，对多模态图像集中的至少两种图像进行图像融合，得到目标放疗部位的融合图像。
示例性的，图像融合的方法包括空间域融合方法和变换域融合方法。其中，空间域融合方法是在原始图像的数据上直接进行融合，优点是尽可能多的保留原始图像中的信息。变换域融合方法是先对原始图像进行变换，在对变换后的系数进行组合，得到融合图像。示例性的，融合变换的算法包括但不限于基于拉普拉斯金字塔变换、梯度金字塔变换、比率金字塔变换和小波变换等。
在一个实施例中，可选的，基于目标放疗部位的组织结构类型，确定多模态图像集中各图像的权重；根据各图像的权重，对多模态图像集中的各图像进行图像融合，得到目标放疗部位的融合图像。由于放疗对象的不同，目标放疗部位的不同，使得目标放疗部位的组织结构类型也会有所不同，示例性的，目标放疗部位的组织结构类型可以是强吸收物质，可以是弱吸收物质，可以是多孔组织结构，还可以是至少两种组织结构类型的组合。
在一个实施例中，可选的，多模态图像集中各图像的权重与各图像的图像信号强度成正比。示例性的，当目标放疗部位为骨骼区域时，吸收图像的图像质量优于另外两种图像，此时吸收图像权重大于另外两种图像的权重。示例性的，吸收图像的权重为2，相位图像和暗场图像的权重均为1。当目标放疗部位为软组织区域时，相位变化明显，此时相位图像权重大于另外两种图像的权重。示例性的，相位图像的权重为2，吸收图像和暗场图像的权重均为1。当目标放疗部位为多孔组织区域时，暗场图像能更好的反映该区域细微结构上的图像信息，此时暗场图像权重大于另外两种图像的权重。示例性的，暗场图像的权重为2，相位图像和吸收图像的权重均为1。
在一个实施例中，可选的，根据各图像的权重，对多模态图像集中的各图像进行图像融合，得到目标放疗部位的融合图像，包括：将多模态图像集中各图像分别与各图像对应的权重相乘，并将各图像的计算结果相加，计算得到目标放疗部位的融合图像。示例性的，多模态图像集中吸收图像的权重用w1表示，相位图像的权重用w2表示，暗场图像的权重用w3表示。吸收图像用M表示，相位图像用N表示，暗场图像用Q表示。根据公式T＝w1×M+w2×N+w3×Q计算得到目标放疗部位的融合图像T。当多模态图像集中包括三种图像，目标放疗部位的组织结构类型只包括软组织时，具体的，三种图像分别为吸收图像、相位图像和暗场图像，则在计算融合图像T时，可将吸收图像和暗场图像的权重w2设为0，和/或将吸收图像M和暗场图像Q设为0。
S130、根据融合图像和计划放疗图像，控制放疗设备执行放疗操作。
医生根据患者的治疗部位，对定位扫描图像进行处理，勾画需要进行放射治疗的目标治疗部位和需要保护的重要组织器官的轮廓图，生成初步的计划放疗图像，并结合放射治疗的剂量对上述计划放疗图像进行评估和修正，保证在目标治疗部位获得足够治疗剂量的同时，重要组织器官接收到的放射剂量不超过其耐受剂量，从而确定最优的计划放疗图像。
在一个实施例中，可选的，将融合图像与计划放疗图像进行配准；如果配准精度大于或等于预设阈值，则控制放疗设备执行放疗操作；如果配准精度小于预设阈值，则校正目标放疗部位的摆位或校正计划放疗图像后，控制放疗设备执行放疗操作。
其中，图像配准是将不同条件下得到的位于不同坐标系下同一场景的两幅或多幅图像进行对准叠加的方法。在一个实施例中，可选的，图像配准的方式包括相对配准或绝对配准。具体的，相对配准是指将融合图像和计划放疗图像中的任一图像作为参考图像，如将计划放疗图像作为参考图像，然后以计划放疗图像的坐标体系为基准同一融合图像的坐标体系，再进行配准。绝对配准是指定义一个坐标体系，融合图像和计划放疗图像基于该坐标体系进行统一，再进行配准。
在一个实施例中，可选的，图像配准的算法包括基于灰度信息法、变换域法和基于特征法中至少一种。其中，基于灰度信息法是利用图像本身具有的灰度统计信息度量图像之间的相似度，示例性的，基于灰度信息法包括但不限于比值匹配法、块匹配法和网格匹配法；变换域法是将图像进行傅里叶变换，在傅里叶空间利用互功率谱直接计算出两幅图像的平移矢量。除了傅里叶变换外，还可以是Gabon变换和小波变换；基于特征法是通过利用图像分割技术和特征提取技术，分别对两个图像中的特征进行提取，并基于分别提取的图像特征进行匹配，建立图像之间的配准映射关系。示例性的，图像特征包括但不限于特征点、边缘、轮廓、闭合区域和特征结构等。
在一个实施例中，可选的，如果配准精度小于预设阈值，则生成位置信息，并根据位置信息校正目标放疗部位的摆位后，控制放疗设备执行放疗操作。其中，配准精度是指融合图像与计划放疗图像之间的接近程度，即配准精度越高，说明融合图像与计划放疗图像越接近。位置信息包括融合图像中的目标放疗部位相对于计划放疗图像中目标放疗部位的相对位置信息。示例性的，校正目标放疗部位的摆位可以是多模态成像引导的放疗系统执行，也可以是用户手动进行校正。
当用户校正目标放疗部位的摆位时，在一个实施例中，可选的，如果配准精度小于预设阈值，则生成位置信息和提示信息，并根据位置信息和提示信息，校正目标放疗部位的摆位后，控制放疗设备执行放疗操作。示例性的，提示信息包括提示音、提示图像和指示灯。
在一个实施例中，当提示信息为提示图像时，在一个实施例中，可选的，将位置信息在提示图像上进行标注，生成标注提示图像。其中，相对位置信息包括融合图像中的目标放疗部位相对于计划放疗图像中目标放疗部位的距离和移动方向。用户可根据标注提示图像，校正目标放疗部位的摆位。
在一个实施例中，可选的，实时监测目标放疗部位的校正过程中的配准精度，根据配准精度的变化，判断目标放疗部位的移动方向是否有利于校正。如果配准精度变大，则目标放疗部位的移动方向有利于校正，如果配准精度变小，则目标放疗部位的移动方向不利于校正。举例而言，如果目标放疗部位向左水平移动1cm则可到达校正位置。此时，如果目标放疗部位的当前移动方向为向左移动，则配准精度会变大，说明此时的移动方向有利于校正。相反的，如果目标放疗部位的当前移动方向为向右移动，则配准精度会变小，说明此时的移动方向不利于校正。在一个实施例中，可选的，在校正目标放疗部位的摆位的过程中，当配准精度大于或等于预设阈值时，则提示校正结束。
在一个实施例中，当提示信息为提示音时，其中，提示音可以是含语义的提示音，也可以是提示音效。示例性的，含语义的提示音可以是提示用户上下左右移动放疗床或患者。举例而言，当提示信息为提示音效时，在校正目标放疗部位摆位的过程中，如果目标放疗部位的移动方向有利于校正时(配准精度变大)，则发出频率较低的提示音，如果目标放疗部位的移动方向不利于校正时(配准精度变小)，则发出频率较高的提示音。在校正目标放疗部位的摆位的过程中，当配准精度大于或等于预设阈值时，则发出不同于上述两种提示音效的提示音。此处对提示音的提示方式不作限定。
在一个实施例中，当提示信息为指示灯时，在校正目标放疗部位摆位的过程中，如果目标放疗部位的移动方向有利于校正时(配准精度变大)，则指示灯基于较低的频率进行闪烁，如果目标放疗部位的移动方向不利于校正时(配准精度变小)，则指示灯基于较高的频率进行闪烁。在校正目标放疗部位的摆位的过程中，当配准精度大于或等于预设阈值时，则指示灯常亮。此处对指示灯的提示方式不作限定。
本实施例的技术方案，通过将目标放疗部位的至少两种图像进行融合，解决了单一成像无法满足高精度的放疗需求的问题，提高了放疗定位精度，使得放疗设备能够对目标放疗部位进行精准放疗，进而提高了放疗的治疗效果。
实施例二
图2是本发明实施例二提供的一种多模态成像引导的放疗方法的流程图，本实施例的技术方案是上述实施例的基础上的进一步细化。可选的，所述获取目标放疗部位的多模态图像集，包括：获取至少一个偏转角度下的背景图像和目标放疗部位的目标图像；根据所述背景图像和所述目标图像，确定所述目标放疗部位的多模态图像集。
本发明实施例的具体实施步骤包括：
S210、获取至少一个偏转角度下的背景图像和目标放疗部位的目标图像。
其中，偏转角度是指多模态成像设备的光源发射的X射线与目标放疗部位所处平面之间的角度，其中，可以将X射线与目标放疗部位所处平面之间的任一角度作为偏转角度的起始角度，起始角度即0°。示例性的，可以将X射线与目标放疗部位所处平面垂直时的角度作为偏转角度的起始角度。
在一个实施例中，可选的，至少一个偏转角度包括第一偏转角度和与第一偏转角度垂直的第二偏转角度；或者，至少一个偏转角度包括第一偏转角度以及基于第一偏转角度、预设间隔角度和最大角度差在预设旋转方向上计算得到的至少一个第三偏转角度。
在一个实施例中，具体的，获取第一偏转角度和与第一偏转角度垂直的第二偏转角度下的背景图像和目标放疗部位的目标图像。其中，第一偏转角度可以是X射线与目标放疗部位所处平面之间的任一角度；第二偏转角度包括基于第一偏转角度，沿顺时针或逆时针方向旋转90°得到的偏转角度。
在一个实施例中，具体的，获取第一偏转角度以及基于第一偏转角度、预设间隔角度和最大角度差在预设旋转方向上计算得到的至少一个第三偏转角度下的背景图像和目标放疗部位的目标图像。其中，第一偏转角度可以是X射线与目标放疗部位所处平面之间的任一角度；预设间隔角度可以是任一角度，示例性的，预设角度可以是1°、10°或180°；最大角度差是指最后一个第三偏转角度与第一偏转角度之间差值的绝对值；预设旋转方向包括顺时针或逆时针。举例而言，假设第一偏转角度为0°，预设间隔角度为30°，最大角度差为180°，预设旋转方向为顺时针，假设顺时针旋转时偏转角度的数值变大。则至少一个第三偏转角度依次为30°、60°、90°、120°、150°和180°。
在一个实施例中，可选的，获取至少一个偏转角度下的背景图像包括从存储器中读取至少一个偏转角度下的背景图像和/或通过多模态成像设备获取至少一个偏转角度下的背景图像。示例性的，假设需要获取10个偏转角度下的背景图像，存储器中只存储了10个偏转角度中的4个偏转角度下的背景图像，此时可以通过多模态成像设备获取其余6个偏转角度下的背景图像。这样设置的好处在于，提高了背景图像的获取效率。
在一个实施例中，可选的，多模态成像设备的成像方法包括光栅相衬成像法、自由传播法、干涉法、衍射增强法和散斑成像法中至少一种。在一个实施例中，可选的，基于相位步进、正反投影、单次曝光和移动物体法中至少一种采集策略，获取至少一个偏转角度下的背景图像和目标放疗部位的目标图像。
S220、根据背景图像和目标图像，确定目标放疗部位的多模态图像集。
举例而言，以光栅相衬成像方法和相位步进采集方法为例。将多模态成像设备的光源选择到第一偏转角度，如光源与目标放疗部位所处平面垂直时的角度，采用相位步进方法采集当前偏转角度下的背景图像和目标图像。其中，相位步进方法是指在一个光栅周期内均匀移动光栅n步，每移动一步记录一次图像，示例性的，第k步记录的背景图像和目标图像分别为
Figure BDA0002376209110000125
和
Figure BDA0002376209110000124
沿顺时针或逆时针将光源旋转预设间隔角度，示例性的，预设间隔角度为10°，记录当前偏转角度下的背景图像和目标图像，以此类推，直到得到所有偏转角度下的背景图像和目标图像。示例性的，也可以先获取所有偏转角度下的背景图像并存储，再获取所有偏转角度下的目标图像。其中，相位步进法可与光源的旋转同时进行，即ZigZag法或interlace法。此处对背景图像和目标图像的获取方式不作限定。
其中，示例性的，利用下述公式对获取到的某一偏转角度下的背景图像和目标图像进行信息提取：
Figure BDA0002376209110000121
Figure BDA0002376209110000122
Figure BDA0002376209110000123
其中，A(m,n)表示吸收信息，α(m,n)表示相位信息，s(m,n)表示暗场信息，m，n为图像中的像素点坐标，N为相位步进的步数，P2为分析光栅的周期，d为相位光栅和分析光栅的距离。
进一步的，在一个实施例中，可选的，对至少一个偏转角度下的背景图像和目标图像进行三维重建，确定目标放疗部位的多模态图像集。示例性的，三维重建的算法包括反投影重建算法、滤波反投影算法、傅里叶变换重建算法和迭代CT重建算法中至少一种。
S230、根据目标放疗部位的组织结构类型，对多模态图像集中的至少两种图像进行图像融合，得到目标放疗部位的融合图像。
S240、根据融合图像和计划放疗图像，控制放疗设备执行放疗操作。
本实施例的技术方案，通过对目标放疗部位进行多角度的图像采集，对提取到的至少两种图像信息进行三维重建，解决了二维图像信息不全的问题，进一步的提高了放疗定位精度，使得放疗设备能够对目标放疗部位进行精准放疗，提高放疗的治疗效果。
实施例三
图3是本发明实施例三提供的一种多模态成像引导的放疗装置的示意图。本实施例可适用于图像引导的精确放疗的情况，该装置可采用软件和/或硬件的方式实现，该装置可以配置于终端设备中。该多模态成像引导的放疗装置包括：多模态图像集获取模块310、图像融合模块320和放疗操作执行模块330。
其中，多模态图像集获取模块310，用于获取目标放疗部位的多模态图像集，其中，所述多模态图像集包括吸收图像、相位图像和暗场图像中至少两种图像；
图像融合模块320，用于根据所述目标放疗部位的组织结构类型，对所述多模态图像集中的至少两种图像进行图像融合，得到所述目标放疗部位的融合图像；
放疗操作执行模块330，用于根据所述融合图像和计划放疗图像，控制放疗设备执行放疗操作。
本实施例的技术方案，通过将目标放疗部位的至少两种图像进行融合，解决了单一成像无法满足高精度的放疗需求的问题，提高了放疗定位精度，使得放疗设备能够对目标放疗部位进行精准放疗，进而提高了放疗的治疗效果。
在上述技术方案的基础上，可选的，图像融合模块320具体用于：
基于所述目标放疗部位的组织结构类型，确定所述多模态图像集中各图像的权重；
根据所述各图像的权重，对所述多模态图像集中的各图像进行图像融合，得到所述目标放疗部位的融合图像。
可选的，多模态图像集获取模块310具体用于：
获取至少一个偏转角度下的背景图像和目标放疗部位的目标图像；
根据所述背景图像和所述目标图像，确定所述目标放疗部位的多模态图像集。
可选的，所述至少一个偏转角度包括第一偏转角度和与所述第一偏转角度垂直的第二偏转角度；或者，
所述至少一个偏转角度包括第一偏转角度以及基于所述第一偏转角度、预设间隔角度和最大角度差在预设旋转方向上计算得到的至少一个第三偏转角度。
可选的，放疗操作执行模块330具体用于：
将所述融合图像与计划放疗图像进行配准；
如果配准精度大于或等于预设阈值，则控制放疗设备执行放疗操作；
如果配准精度小于预设阈值，则校正目标放疗部位的摆位或校正所述计划放疗图像后，控制放疗设备执行放疗操作。
可选的，放疗操作执行模块330具体用于：
如果配准精度小于预设阈值，则生成位置信息和提示信息；
根据所述位置信息和提示信息，校正目标放疗部位的摆位后，控制放疗设备执行放疗操作。
本发明实施例所提供的多模态成像引导的放疗装置可以用于执行本发明实施例所提供的多模态成像引导的放疗方法，具备执行方法相应的功能和有益效果。
值得注意的是，上述多模态成像引导的放疗装置的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
实施例四
图4是本发明实施例四提供的一种多模态成像引导的放疗系统的结构示意图，本发明实施例四为本发明上述实施例的多模态成像引导的放疗方法的实现提供服务。该多模态成像引导的放疗系统包括多模态成像设备410、放疗设备420和终端设备430。
其中，多模态成像设备410包括光源411和探测器412，用于获取多模态图像集；放疗设备420，用于执行放疗操作；终端设备430分别与多模态成像设备410和放疗设备420通讯连接，终端设备430包括存储器和处理器，其中，存储器存储有计算机程序，程序被处理器执行时实现如上述实施例中的多模态成像引导的放疗方法。
其中，光源411用于发射X射线束，示例性的，光源411的类型可以是普通光源，如加速器光源或大焦点普通光源，也可以是特制光源，如高空间相干性的微焦点光源、高空间相干性阵列光源或液态金属光源等等。此处对光源411的类型不作限定。其中，探测器412用于获取X射线照射后产生的图像。在一个实施例中，可选的，探测器412包括平板探测器和CT探测器中至少一种。在一个实施例中，具体的，当多模态成像设备410集成在引导设备中时，探测器412使用的是平板探测器。其中，引导设备是独立于放疗设备420的用于成像引导的设备，示例性的，引导设备包括但不限于kV级X线摄片、电子射野影像系统、kV级CT和锥形束CT。在一个实施例中，具体的，当多模态成像设备410集成在放疗设备420中时，探测器412使用的是CT探测器，这样设置的好处在于，构建一体化多模态成像引导系统，提高了多模态成像引导系统的集成度。
在一个实施例中，可选的，多模态成像设备包括Talbot-Lau干涉仪，其中，所述Talbot-Lau干涉仪还包括源光栅、相位光栅和分析光栅，其中，分析光栅和探测器412可沿光路方向移动。图5是本发明实施例四提供的一种Talbot-Lau干涉仪的结构示意图。图5中的vg表示分析光栅可沿图示指示的方向移动。光源411发射KV级X射线，光路中安装三块光栅以获取多模态成像集，从光源411沿射线方向，三块光栅分别为源光栅、相位光栅和分析光栅。其中，源光栅靠近光源411放置，其作用为将大焦点普通X射线光源分为若干具有空间相干性的子光源。相位光栅可放置于物体前或物体后，图5示出了相位光栅放置在物体前的情况，其作用为调制X射线形成并在后端形成自成像条纹。分析光栅靠近探测器412放置于探测器412之前，用于分离多模态信息。探测器412可在沿光路的若干位置完成自成像，称为泰伯距离，当相位光栅使用的光栅类型不同时，泰伯距离不同。较大的泰伯距离可以获得更好的角度灵敏度，但是也会导致图像强度下降，噪声增加等问题。在一个实施例中，可选的，分析光栅和探测器412可沿光路方向移动，这样设置的好处在于，可以适应不同体态患者，选择最佳泰伯距离以获取最佳系统性能。
可以理解的是，在一个实施例中，可选的，多模态成像设备还包括Talbot-Lau干涉仪的改进形式，如逆泰伯劳干涉仪，劳厄干涉仪，阵列光源干涉仪和多色远场干涉仪等。以阵列光源干涉仪为例，当干涉仪使用高相干性阵列光源时，源光栅可移除。此外，探测器412也可将分析光栅在探测器412上进行集成，从而移除独立的分析光栅。
需要说明的是，能够实现多模态成像的设备类型很多，本实施例以Talbot-Lau干涉仪为例进行说明，可以理解的是，所有能够实现多模态图像集采集的多模态成像设备都在本申请的保护范围之内。
图6是本发明实施例四提供的一种终端设备的结构示意图，图6示出了适于用来实现本发明实施方式的示例性终端设备430的框图。图6显示的终端设备430仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。
终端设备430以通用计算设备的形式表现。终端设备430的组件可以包括但不限于：一个或者多个处理器或者处理单元16，系统存储器28，连接不同系统组件(包括系统存储器28和处理单元16)的总线18。
总线18表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或者存储器控制器，外围总线，图形加速端口，处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。举例来说，这些体系结构包括但不限于工业标准体系结构(ISA)总线，微通道体系结构(MAC)总线，增强型ISA总线、视频电子标准协会(VESA)局域总线以及外围组件互连(PCI)总线。
终端设备430典型地包括多种计算机系统可读介质。这些介质可以是任何能够被终端设备430访问的可用介质，包括易失性和非易失性介质，可移动的和不可移动的介质。
系统存储器28可以包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质，例如随机存取存储器(RAM)30和/或高速缓存存储器32。终端设备430可以进一步包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机系统存储介质。仅作为举例，存储系统34可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质(图6未显示，通常称为“硬盘驱动器”)。尽管图6中未示出，可以提供用于对可移动非易失性磁盘(例如“软盘”)读写的磁盘驱动器，以及对可移动非易失性光盘(例如CD-ROM,DVD-ROM或者其它光介质)读写的光盘驱动器。在这些情况下，每个驱动器可以通过一个或者多个数据介质接口与总线18相连。存储器28可以包括至少一个程序产品，该程序产品具有一组(例如至少一个)程序模块，这些程序模块被配置以执行本发明各实施例的功能。
具有一组(至少一个)程序模块42的程序/实用工具40，可以存储在例如存储器28中，这样的程序模块42包括但不限于操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。程序模块42通常执行本发明所描述的实施例中的功能和/或方法。
终端设备430也可以与一个或多个外部设备14(例如键盘、指向设备、显示器24等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该终端设备430交互的设备通信，和/或与使得该终端设备430能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如网卡，调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口22进行。并且，终端设备430还可以通过网络适配器20与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图6所示，网络适配器20通过总线18与终端设备430的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合终端设备430使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
处理单元16通过运行存储在系统存储器28中的程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如实现本发明实施例所提供的多模态成像引导的放疗方法。
通过上述多模态成像引导的放疗系统，解决了单一成像无法满足高精度的放疗需求的问题，提高了放疗定位精度，使得放疗设备能够对目标放疗部位进行精准放疗，进而提高了放疗的治疗效果。
实施例五
本发明实施例五还提供了一种包含计算机可执行指令的存储介质，计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行一种多模态成像引导的放疗方法，该方法包括：
获取目标放疗部位的多模态图像集，其中，多模态图像集包括吸收图像、相位图像和暗场图像中至少两种图像；
根据目标放疗部位的组织结构类型，对多模态图像集中的至少两种图像进行图像融合，得到目标放疗部位的融合图像；
根据融合图像和计划放疗图像，控制放疗设备执行放疗操作。
本发明实施例的计算机存储介质，可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言，诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
当然，本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质,其计算机可执行指令不限于如上的方法操作，还可以执行本发明任意实施例所提供的多模态成像引导的放疗方法中的相关操作。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种多模态成像引导的放疗方法，其特征在于，包括：
获取目标放疗部位的多模态图像集，其中，所述多模态图像集包括吸收图像、相位图像和暗场图像中至少两种图像；
根据所述目标放疗部位的组织结构类型，对所述多模态图像集中的至少两种图像进行图像融合，得到所述目标放疗部位的融合图像；
根据所述融合图像和计划放疗图像，控制放疗设备执行放疗操作。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标放疗部位的组织结构类型，对所述多模态图像集中的至少两种图像进行图像融合，得到所述目标放疗部位的融合图像，包括：
基于所述目标放疗部位的组织结构类型，确定所述多模态图像集中各图像的权重；
根据所述各图像的权重，对所述多模态图像集中的各图像进行图像融合，得到所述目标放疗部位的融合图像。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取目标放疗部位的多模态图像集，包括：
获取至少一个偏转角度下的背景图像和目标放疗部位的目标图像；
根据所述背景图像和所述目标图像，确定所述目标放疗部位的多模态图像集。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述至少一个偏转角度包括第一偏转角度和与所述第一偏转角度垂直的第二偏转角度；或者，
所述至少一个偏转角度包括第一偏转角度以及基于所述第一偏转角度、预设间隔角度和最大角度差在预设旋转方向上计算得到的至少一个第三偏转角度。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述融合图像和计划放疗图像，控制放疗设备执行放疗操作，包括：
将所述融合图像与计划放疗图像进行配准；
如果配准精度大于或等于预设阈值，则控制放疗设备执行放疗操作；
如果配准精度小于预设阈值，则校正目标放疗部位的摆位或校正所述计划放疗图像后，控制放疗设备执行放疗操作。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述融合图像和计划放疗图像，控制放疗设备执行放疗操作，包括：
如果配准精度小于预设阈值，则生成位置信息；
根据所述位置信息校正目标放疗部位的摆位后，控制放疗设备执行放疗操作。
7.一种多模态成像引导的放疗装置，其特征在于，包括：
多模态图像集获取模块，用于获取目标放疗部位的多模态图像集，其中，所述多模态图像集包括吸收图像、相位图像和暗场图像中至少两种图像；
图像融合模块，用于根据所述目标放疗部位的组织结构类型，对所述多模态图像集中的至少两种图像进行图像融合，得到所述目标放疗部位的融合图像；
放疗操作执行模块，用于根据所述融合图像和计划放疗图像，控制放疗设备执行放疗操作。
8.一种多模态成像引导的放疗系统，其特征在于，包括多模态成像设备、放疗设备和终端设备；
其中，所述多模态成像设备包括光源和探测器，用于获取多模态图像集；
所述放疗设备，用于执行放疗操作；
所述终端设备，分别与所述多模态成像设备和所述放疗设备通讯连接，所述终端设备包括存储器和处理器，其中，所述存储器存储有计算机程序，所述程序被所述处理器执行时实现如权利要求1-6所述的多模态成像引导的放疗方法。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述探测器包括平板探测器和CT探测器中至少一种。
10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述多模态成像设备包括Talbot-Lau干涉仪，其中，所述Talbot-Lau干涉仪还包括源光栅、相位光栅和分析光栅，其中，所述分析光栅和所述探测器可沿光路方向移动。
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