CN111760203A - 一种基于超声影像的肝脏放疗目标定位技术 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于超声影像的肝脏放疗目标定位技术，该方法包括：所述基于超声影像的肝脏放疗目标定位技术包括超声定位及跟踪单元、超声探头运动跟踪单元、病灶运动跟踪单元和放疗控制单元，所述超声定位及跟踪单元的运行流程及其方法：根据患者放疗时的体位，将超声探头平行于放疗手臂并放置于放疗位置的身体表面，获取病灶区域随呼吸运动的超声图像(如3个呼吸周期)；使用图像处理帧相关技术，获取病灶区域随呼吸的运动轨迹，尤其上下运动轨迹(即相对于探头表面的运动轨迹)。该技术在术前获取病灶部位随呼吸的空间位置变化，治疗过程中可校正并提高肝脏肿瘤适形放疗的精确性，提高肝脏肿瘤放疗剂量，减轻肝脏正常组织放射性损伤。
Description
技术领域
本发明涉及肝脏肿瘤放疗技术领域，具体为一种基于超声影像的肝脏放疗目标定位技术。
背景技术
当前肝癌是最常见的恶性肿瘤之一，约80％的病人在确诊肝癌时已失去手术的机会，此类失去手术机会的肝癌患者的预后较差，近几年放疗在肝脏肿瘤治疗中占有日趋重要的地位，肝脏肿瘤的放疗剂量是影响患者生存期的关键因素，如何提高肝脏肿瘤的放疗剂量同时减少正常肝组织放疗损伤，是目前迫切需要解决的问题，放射诱导肝脏疾病与肝脏放疗损伤模型的关系研究允许给予部分肝脏更高的放疗剂量，而放疗新技术的发展、调强放射治疗及自主呼吸控制等措施提高了肝脏肿瘤放疗剂量，同时最大程度减少了正常肝组织放疗损伤，取得了令人鼓舞的治疗效果。
然而肝脏肿瘤放疗过程中的不确定因素影响了肿瘤放疗剂量的提高，如呼吸运动可以使肝脏肿瘤在头尾方向上运动达0.8～2.5cm，先前研究表明应用主动呼吸控制技术(ABC)能使肝脏在放疗过程中处于相对静止，减少靶区外放，提高放疗剂量，然而应用呼吸控制技术进行肝脏肿瘤放疗过程中仍存在不确定性因素，包括放疗分次内运动及放疗分次间运动，每次给予ABC技术进行呼吸控制时，肺、腹部的生理病理改变和外部环境的改变如腹压增加、胃充盈、呼吸通道阻力增加均可能改变呼气后的肺容积和肝脏肿瘤位置改变，另外呼吸用力的程度和应用ABC技术过程中可能存在漏气现象、鼻夹脱落，以及患者在放疗过程中因为时间长、烦躁而产生的不自主运动，另外，放疗分次间肝脏肿瘤位置变化，如摆位误差、体重丢失、放疗剂量诱导的器官或靶区运动和肿瘤的生长或缩小等均影响放疗的精准性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于超声影像的肝脏放疗目标定位技术，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于超声影像的肝脏放疗目标定位技术，该方法包括：
所述基于超声影像的肝脏放疗目标定位技术包括超声定位及跟踪单元、超声探头运动跟踪单元、病灶运动跟踪单元和放疗控制单元。
所述超声定位及跟踪单元的运行流程及其方法：
(1)根据患者放疗时的体位，将超声探头平行于放疗手臂并放置于放疗位置的身体表面，获取病灶区域随呼吸运动的超声图像(如3个呼吸周期)；
(2)使用图像处理帧相关技术，获取病灶区域随呼吸的运动轨迹，尤其上下运动轨迹(即相对于探头表面的运动轨迹)，可得出病灶在不同时刻到探头表面的距离。
所述超声探头运动跟踪单元的运行流程及其方法：
(1)采集数据过程中，随着呼吸，除了病灶会相对于探头发生位置变化外，超声探头本身也会相对于放疗臂发生位置改变，而超声探头到放疗臂的距离变化可通过多种方法获得；
(2)通过视频影像系统，如摄像头，获取超声探头随呼吸运动的视频，通过后处理，目标检测等技术，计算出超声探头相对于放疗臂的距离变化；
(3)在超声探头上安装加速度传感器或陀螺仪等装置来计算超声探头的相对位置变化；
(4)通过光学或声学的技术测量探头到放疗臂的距离。
所述病灶运动跟踪单元的使用方法为：
(1)根据以上两个单元获得的病灶在超声图像上的运动轨迹以及超声探头相对于放疗臂的运动轨迹，计算出病灶相对于放疗臂的运动轨迹。
所述放疗控制单元的使用方法为：
(2)根据单元3获得的病灶相对于放疗臂的运动轨迹，可通过控制放疗单元的工作方式来得到最佳放疗效果：
a)当病灶处于放疗区域时，放疗单元开机工作；
b)否则，放疗机不开；
(2)放疗臂随病灶运动轨迹运动，始终使病灶处于放疗区域。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、影像引导放疗的发展为克服放疗过程中的不确定性因素提供了新的机会，同时其引入时间因素，充分考虑了器官和靶区放疗分次内和分次间运动，在患者治疗过程中利用影像设备对肿瘤和邻近器官进行监控，并能根据器官或靶区的位置和形状变化调整治疗条件使照射野紧紧“追随”靶区，实现肿瘤的真正意义上的精确放射治疗，解决了目前所利用的影像技术均为CT，对患者会造成较大的辐射危害的问题；
2、该技术在术前获取病灶部位随呼吸的空间位置变化，治疗过程中可校正并提高肝脏肿瘤适形放疗的精确性，提高肝脏肿瘤放疗剂量，减轻肝脏正常组织放射性损伤；
3、该发明提出通过实时、无辐射的超声技术获取病灶随呼吸的运动轨迹，结合其他传感器技术(如视频、加速度、光学等传感器)获取超声探头相对于放疗臂的空间运动轨迹，最终获取病灶相对于机械臂在呼吸过程中的不同位置，从而为精准放疗提供临床依据，同时该发明解决了目前临床中放疗受呼吸影响的问题，实现放疗过程的精准治疗，并且该技术在术前获取病灶部位随呼吸的空间位置变化，治疗过程中可校正并提高肝脏肿瘤适形放疗的精确性，提高肝脏肿瘤放疗剂量，减轻肝脏正常组织放射性损伤。
附图说明
图1为本发明相对于探头表面的运动轨迹示意图；
图2为本发明流程结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明的具体实施例，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做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。
基于超声影像的肝脏放疗目标定位技术，该方法包括：
所述基于超声影像的肝脏放疗目标定位技术包括超声定位及跟踪单元、超声探头运动跟踪单元、病灶运动跟踪单元和放疗控制单元。
所述超声定位及跟踪单元的运行流程及其方法：
(1)根据患者放疗时的体位，将超声探头平行于放疗手臂并放置于放疗位置的身体表面，获取病灶区域随呼吸运动的超声图像(如3个呼吸周期)；
(2)使用图像处理帧相关技术，获取病灶区域随呼吸的运动轨迹，尤其上下运动轨迹(即相对于探头表面的运动轨迹)，可得出病灶在不同时刻到探头表面的距离。
所述超声探头运动跟踪单元的运行流程及其方法：
(1)采集数据过程中，随着呼吸，除了病灶会相对于探头发生位置变化外，超声探头本身也会相对于放疗臂发生位置改变，而超声探头到放疗臂的距离变化可通过多种方法获得；
(2)通过视频影像系统，如摄像头，获取超声探头随呼吸运动的视频，通过后处理，目标检测等技术，计算出超声探头相对于放疗臂的距离变化；
(3)在超声探头上安装加速度传感器或陀螺仪等装置来计算超声探头的相对位置变化；
(4)通过光学或声学的技术测量探头到放疗臂的距离。
所述病灶运动跟踪单元的使用方法为：
(1)根据以上两个单元获得的病灶在超声图像上的运动轨迹以及超声探头相对于放疗臂的运动轨迹，计算出病灶相对于放疗臂的运动轨迹。
所述放疗控制单元的使用方法为：
(3)根据单元3获得的病灶相对于放疗臂的运动轨迹，可通过控制放疗单元的工作方式来得到最佳放疗效果：
a)当病灶处于放疗区域时，放疗单元开机工作；
b)否则，放疗机不开；
(2)放疗臂随病灶运动轨迹运动，始终使病灶处于放疗区域。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其效物界定。
Claims (1)
1.一种基于超声影像的肝脏放疗目标定位技术，其特征在于，该方法包括：
所述基于超声影像的肝脏放疗目标定位技术包括超声定位及跟踪单元、超声探头运动跟踪单元、病灶运动跟踪单元和放疗控制单元。
所述超声定位及跟踪单元的运行流程及其方法：
(1)根据患者放疗时的体位，将超声探头平行于放疗手臂并放置于放疗位置的身体表面，获取病灶区域随呼吸运动的超声图像(如3个呼吸周期)；
(2)使用图像处理帧相关技术，获取病灶区域随呼吸的运动轨迹，尤其上下运动轨迹(即相对于探头表面的运动轨迹)，可得出病灶在不同时刻到探头表面的距离。
所述超声探头运动跟踪单元的运行流程及其方法：
(1)采集数据过程中，随着呼吸，除了病灶会相对于探头发生位置变化外，超声探头本身也会相对于放疗臂发生位置改变，而超声探头到放疗臂的距离变化可通过多种方法获得；
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(3)在超声探头上安装加速度传感器或陀螺仪等装置来计算超声探头的相对位置变化；
(4)通过光学或声学的技术测量探头到放疗臂的距离。
所述病灶运动跟踪单元的使用方法为：
(1)根据以上两个单元获得的病灶在超声图像上的运动轨迹以及超声探头相对于放疗臂的运动轨迹，计算出病灶相对于放疗臂的运动轨迹。
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(1)根据单元3获得的病灶相对于放疗臂的运动轨迹，可通过控制放疗单元的工作方式来得到最佳放疗效果：
a)当病灶处于放疗区域时，放疗单元开机工作；
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