CN116407779A - 放射治疗系统及计算机可读存储介质 - Google Patents

放射治疗系统及计算机可读存储介质 Download PDF

Info

Publication number
CN116407779A
CN116407779A CN202111672121.7A CN202111672121A CN116407779A CN 116407779 A CN116407779 A CN 116407779A CN 202111672121 A CN202111672121 A CN 202111672121A CN 116407779 A CN116407779 A CN 116407779A
Authority
CN
China
Prior art keywords
image
phase
real
time
radiotherapy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202111672121.7A
Other languages
English (en)
Inventor
孙步梁
蔡波
张志都
廖璨
张涵祎
章卫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai United Imaging Healthcare Co Ltd
Original Assignee
Shanghai United Imaging Healthcare Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai United Imaging Healthcare Co Ltd filed Critical Shanghai United Imaging Healthcare Co Ltd
Priority to CN202111672121.7A priority Critical patent/CN116407779A/zh
Priority to US17/929,681 priority patent/US20230076168A1/en
Publication of CN116407779A publication Critical patent/CN116407779A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N5/1048—Monitoring, verifying, controlling systems and methods
    • A61N5/1049—Monitoring, verifying, controlling systems and methods for verifying the position of the patient with respect to the radiation beam
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N5/1048—Monitoring, verifying, controlling systems and methods
    • A61N5/1064—Monitoring, verifying, controlling systems and methods for adjusting radiation treatment in response to monitoring
    • A61N5/1068—Gating the beam as a function of a physiological signal
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N5/1048—Monitoring, verifying, controlling systems and methods
    • A61N5/1049—Monitoring, verifying, controlling systems and methods for verifying the position of the patient with respect to the radiation beam
    • A61N2005/1056—Monitoring, verifying, controlling systems and methods for verifying the position of the patient with respect to the radiation beam by projecting a visible image of the treatment field
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N5/1048—Monitoring, verifying, controlling systems and methods
    • A61N5/1049—Monitoring, verifying, controlling systems and methods for verifying the position of the patient with respect to the radiation beam
    • A61N2005/1059—Monitoring, verifying, controlling systems and methods for verifying the position of the patient with respect to the radiation beam using cameras imaging the patient

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Radiation-Therapy Devices (AREA)

Abstract

本发明提供了一种放射治疗系统及计算机可读存储介质。所述放射治疗系统中，在所述放疗设备处于在线状态且进行放射治疗之前，利用所述成像设备采集多时相的覆盖靶区的成像数据，重建多时相的3D图像，并获取与所述多时相的3D图像同步的多个时相的时相表征数据，建立一关联模型，所述关联模型体现了每个时相的时相表征数据和3D图像的对应关系，在所述放疗设备进行当次在线治疗时，利用所述关联模型监控所述靶区的实时位置。相对于采用离线模型获取靶区实时位置，可以提高靶区实时位置的监控精度，尤其适用于容易受到生理运动影响的肿瘤区域的放射治疗。所述计算机可读存储介质具有类似的优点。

Description

放射治疗系统及计算机可读存储介质
技术领域
本发明涉及放射治疗领域，特别涉及一种放射治疗系统及一种计算机可读存储介质。
背景技术
放射治疗(即放疗)使放射束通过患者的解剖结构到达患者体内的损伤或肿瘤处(以下统一称为靶区)进行治疗，尤其在肿瘤治疗中发挥着越来越重要的作用。为了在治疗计划期间准确计算放射剂量分布，需要采用能够动态追踪随着呼吸和/或心跳移动的靶区位置的放疗系统，尤其是在进行胸部及腹部肿瘤的放疗时非常关键，并且，在采用能够获得更好的放疗效果的SRS(立体定向放射外科治疗)及SBRT(立体定向放射治疗)等大分割技术时，由于对危及器官及正常组织的保护提出了更高的要求，放疗时靶区的移动会限制SRS及SBRT的应用。
目前主流的病人运动监控手段包括体表监控、X射线透视成像、MRI成像等手段。其中体表监控的优点是无辐射，但是其不能完全反映出靶区的实际运动轨迹。而X射线透视成像虽然能够对靶区及器官进行成像，但是辐射剂量较大。已有产品将这两者结合起来，即在病人治疗前先通过X射线成像(或MRI成像)及体表监控实现病人内部靶区及体表运动的建模，在治疗过程中则仅通过体表监控实现病人呼吸运动管理。这种监控方式的缺点在于，建模数据在放疗进行之前(甚至几天前)采集，准确度较差，X射线透视成像叠加了病人所有器官信息，导致模型对内部靶区的识别精度有限，使得动态追踪靶区位置的效果较差。
发明内容
为了提高放疗过程中对靶区的监控精度，本发明提供一种放射治疗系统。另外还提供一种计算机可读存储介质。
一方面，本发明提供一种放射治疗系统，所述放射治疗系统包括成像设备、处理器以及用于进行放射治疗的放疗设备；所述成像设备用于采集治疗对象解剖层面的成像数据；所述处理器用于执行如下操作：在所述放疗设备处于在线状态且进行放射治疗之前，利用所述成像设备采集多时相的覆盖靶区的成像数据，重建多时相的3D图像；获取与所述多时相的3D图像同步的多个时相的时相表征数据，并建立一关联模型，所述关联模型体现了每个时相的时相表征数据和3D图像的对应关系；在所述放疗设备进行当次在线治疗时，利用所述关联模型监控所述靶区的实时位置。
可选的，在所述放疗设备进行当次在线治疗时，利用所述关联模型监控所述靶区的实时位置的操作包括：获取所述治疗对象的2D实时投影图像、相应的实时机架角度以及相应的实时时相表征数据，所述实时时相表征数据与所述时相表征数据具有相同的时相表征方式；根据所述实时时相表征数据以及所述关联模型，获得目标时相；基于所述目标时相的实时机架角度，获取DRR比对图像，所述DRR比对图像由相同时相的3D图像生成；将所述2D实时投影图像和所述DRR比对图像进行比较，监控所述靶区的实时位置。
可选的，所述时相表征数据包括体外呼吸特征。
可选的，所述放射治疗系统还包括呼吸监测设备，所述呼吸监测设备用于采集反映体外呼吸特征的呼吸特征数据；所述处理器还用于执行如下操作：在所述放疗设备处于在线状态且进行放射治疗之前且所述成像设备采集所述成像数据时，利用所述呼吸监测设备同步采集第一呼吸特征数据作为所述时相表征数据；在所述放疗设备进行当次在线治疗时，利用所述呼吸监测设备采集第二呼吸特征数据，并根据所述第二呼吸特征数据和所述关联模型获得目标时相。
所述呼吸监测设备选自光学体表监测设备、呼吸流量计、绑带压力计以及毫米波雷达中的一种。
可选的，所述时相表征数据包括治疗对象解剖层面的指定2D图像特征。可选的，所述指定2D图像特征包括膈肌特征。
可选的，所述处理器还用于执行如下操作：在所述放疗设备处于在线状态且进行放射治疗之前，利用所述多时相的3D图像，生成不同机架角度下的DRR图像，并根据所述DRR图像中的指定2D图像特征，将多个所述DRR图像与多个时相以及相应的机架角度对应，作为所述时相表征数据；在所述放疗设备进行当次在线治疗时，根据所述2D实时投影图像，找到指定2D图像特征，并根据指定2D图像特征、相应的实时机架角度和关联模型，获得所述目标时相。
可选的，所述2D实时投影图像由所述成像设备生成；或者，所述放射治疗系统包括至少一个DR成像设备，所述2D实时投影图像由所述DR成像设备生成。
可选的，所述处理器还用于执行如下操作：在获得所述2D实时投影图像后，对所述2D实时投影图像进行处理，以增大所述2D实时投影图像的射野。
可选的，所述处理器还用于执行如下操作：在所述放疗设备处于在线状态且进行放射治疗之前且所述成像设备采集所述成像数据之前，利用一诊断级3D图像与所述放疗设备采用的计划图像进行配准，所述诊断级3D图像由所述成像设备生成。
可选的，所述处理器还用于执行如下操作：对所述诊断级3D图像和所述多时相的3D图像进行处理以生成一4D合成图像，所述4D合成图像的扫描范围较所述多时相的3D图像大；利用所述4D合成图像建立所述关联模型。
可选的，所述处理器还用于执行如下操作：采用所述诊断级3D图像和/或所述多时相的3D图像对靶区进行勾画，并生成针对所述放疗设备的放射治疗计划的调整信息。
可选的，所述放射治疗系统包括EPID设备，所述EPID设备用于在所述放疗设备进行当次在线治疗时进行射线探测，并生成相应的EPID图像，所述EPID图像用于进行剂量监控。
可选的，所述成像设备的成像等中心和所述放疗设备的治疗等中心重合。
一方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，当所述计算机程序指令被处理器执行时，实现下面的步骤：
在放疗设备处于在线状态且进行放射治疗之前，采集治疗对象解剖层面多时相的覆盖靶区的成像数据，重建多时相的3D图像；获取与所述多时相的3D图像同步的多个时相的时相表征数据，并建立一关联模型，所述关联模型体现了每个时相的时相表征数据和3D图像的对应关系；在所述放疗设备进行当次在线治疗时，利用所述关联模型监控所述靶区的实时位置。
可选的，在所述放疗设备进行当次在线治疗时，利用所述关联模型监控所述靶区的实时位置的步骤包括：
获取所述治疗对象的2D实时投影图像、相应的实时机架角度以及相应的实时时相表征数据，所述实时时相表征数据与所述时相表征数据具有相同的时相表征方式；根据所述实时时相表征数据以及所述关联模型，获得目标时相；基于所述目标时相的实时机架角度，获取DRR比对图像，所述DRR比对图像由相同时相的3D图像生成；将所述2D实时投影图像和所述DRR比对图像进行比较，监控所述靶区的实时位置。
利用本发明提供的放射治疗系统，可在所述放疗设备处于在线状态且进行放射治疗之前，利用所述成像设备采集多时相的覆盖靶区的成像数据，重建多时相的3D图像，并获取与所述多时相的3D图像同步的多个时相的时相表征数据，并建立一关联模型，所述关联模型体现了每个时相的时相表征数据和3D图像的对应关系，在所述放疗设备进行当次在线治疗时，利用所述关联模型监控所述靶区的实时位置。一方面，采用多时相的3D图像建立关联模型，对靶区的识别精度较高，另一方面，相对于采用离线模型获取靶区实时位置，本方案可以提高靶区实时位置的监控精度，尤其适用于容易受到生理运动影响的肿瘤区域的放射治疗。本发明提供的计算机可读存储介质具有类似的优点。
附图说明
图1为本发明一实施例的放射治疗系统的剖面结构示意图。
图2是采用本发明一实施例的放射治疗系统进行放射治疗的流程示意图。
图3是采用本发明一实施例的放射治疗系统在获取诊断级3D图像时的示意图。
图4是采用本发明一实施例的放射治疗系统监控靶区实时位置的示意图。
附图标记说明：
100-放射治疗系统；110-成像设备；120-放疗设备；130-处理器；140-EPID设备。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的放射治疗系统及计算机可读存储介质进行更详细的描述。根据下列描述，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
图1为本发明实施例的放射治疗系统的剖面结构示意图。参照图1，本发明实施例涉及一种放射治疗系统100，所述放射治疗系统100包括成像设备110和放疗设备120，另外还包括处理器130。此外还可包括EPID设备140。
所述成像设备110用于采集治疗对象解剖层面的成像数据。成像设备110例如为MRI成像设备、CT成像设备、PET成像设备或超声波成像设备，或者也可以是其它可以采集治疗对象(即患者)解剖层面多时相3D图像的设备，此处例如为CT成像设备。所述放疗设备120用于进行放射治疗，即可以通过释放辐射对治疗对象解剖层面的靶区进行治疗，放疗设备120例如包括直线加速器、伽玛刀、射波刀、质子和重离子设备中的至少一种，此处例如为直线加速器(linear accelerator，Linac)。所述EPID设备140(EPID，Electronic PortalImaging Device，电子射野影像装置)用于在放疗设备120进行在线治疗时进行射线探测，并生成相应的EPID图像，所述EPID图像用于进行剂量监控，从而使放射治疗系统100实现精确的剂量引导放射治疗(DGRT)。
参照图1，本发明一实施例中，放射治疗系统100基于O型机架设计，成像设备110(包括如图1所示的CT球管)的成像束设置为与放疗设备120(包括如图1所示的Linac治疗头)的治疗束(Linac Collimation)共面。在放疗设备120的在线状态，用于承载治疗对象的治疗床位于该O型机架的孔径内，并且治疗床的运动参数可调节。
放射治疗系统100可设置CT模式和放疗模式。在CT模式，CT成像设备可实现高速的旋转成像，例如螺旋扫描成像(Helical CT)或断层扫描成像(Axial CT)。该CT成像设备进一步可支持继续螺旋和断层的4DCT扫描重建，其中断层4DCT可称为Cine 4DCT成像，Cine4DCT图像包括一系列随时间分布的3D图像序列，即多时相的3D图像。在放疗模式，放疗设备120按照计划的辐射剂量分布发出治疗束，对靶区进行治疗。在治疗过程中，CT成像设备可以利用断层扫描模式对治疗对象进行扫描，实现治疗过程中的实时成像。成像设备110采集的成像数据覆盖当次在线放射治疗时靶区的移动范围。
本发明实施例的成像设备110和放疗设备120不限于图1所示的示例。在一些实施例中，放疗设备120可以为O型或L型。在一些实施例中，成像设备110和放疗设备120可以集成为一体结构，也可以是独立的设备；在一些实施例中，成像设备110和放疗设备120可以设置于同一个旋转机架，也可以设置于不同的旋转机架；在一些实施例中，成像设备110和放疗设备120可以共面设置，也可以不共面设置。优选地，可设置成像设备110的成像等中心与放疗设备120的治疗等中心重合，从而使得针对处于在线状态的治疗对象的靶区进行成像时，可以减小治疗对象在治疗位置和成像位置之间移动引入的位置误差，提高放射治疗的准确性；而且还可以实现在治疗过程中对治疗对象进行实时成像，以提高治疗精度。此处“重合”容许一定范围的工艺及操作误差，例如使成像设备110的成像等中心与放疗设备120的治疗等中心的偏差不超过设定阈值时即认为二者重合，所述设定阈值可以根据具体情况设置。此处“在线状态”指的是在完成对治疗对象的当次放射治疗准备后以及当次放射治疗结束前的状态。通常在进行当次放射治疗时，可以做好以下放射治疗准备中的至少一项：形成包括靶区特征的计划图像，治疗对象位于放疗设备的治疗等中心，治疗对象摆位后拍摄一张诊断级图像，将诊断级图像与计划图像进行配准。
本发明实施例中，成像设备110可在放疗设备120处于在线状态且进行放射治疗之前，采集多时相的覆盖靶区的成像数据，所述成像数据用于重建多时相的3D图像。相对于离线状态，采用在线状态成像数据重建的多时相的3D图像中，治疗对象解剖层面的3D信息与体表轮廓随呼吸运动的变化更接近于治疗时的状态。
所述处理器130与上述成像设备110、放疗设备120和EPID设备140通信连接，以接收数据和进行控制，处理器130也可以与成像设备110、放疗设备120和EPID设备140中的至少一个集成为一体结构，也可以单独设置。图2是采用本发明一实施例的放射治疗系统进行放射治疗的流程示意图。以下结合图2所示的流程对本发明实施例的放射治疗系统尤其是处理器的操作作进一步说明。
如图2所示，本发明实施例的放射治疗系统100中，处理器130可用于执行如下操作：在放疗设备120处于在线状态且进行放射治疗之前且成像设备110采集多时相的覆盖靶区的成像数据之前，利用一诊断级3D图像与放疗设备120采用的计划图像进行配准。具体的，在进入在线状态之前，使治疗对象躺在治疗床上，一键移床进入O型机架的孔径内，初步摆位后，先采集一幅诊断级3D图像(“诊断级3D图像”指可用于靶区诊断的3D图像)，如图3所示。然后，治疗床回到放疗设备120的等中心位置，并利用所述诊断级3D图像与放疗设备120的计划图像执行图像配准，并应用配准结果移床到位，具体配准过程以及应用配准结果移床到位的过程可采用公开的方法。在完成配准及移床后，放射治疗系统100进入在线状态。所述诊断级3D图像可由成像设备110生成，例如由CT成像设备采用大视场角(FOV)扫描获得。
进入在线状态后，放射治疗前，处理器130可接着执行如下操作：在放疗设备120处于在线状态且进行放射治疗之前，利用成像设备110采集多时相的覆盖靶区的成像数据，重建多时相的3D图像。
所述多时相的3D图像中包括了扫描范围内解剖层面组织的外轮廓和内部器官(含靶区)的运动信息。示例的，采用分次治疗方案对治疗对象的靶区进行放射治疗，在具体的一次治疗过程中，重建多时相的3D图像采用的是当次治疗过程采集的成像数据，而不是在当次治疗之前(如前次治疗时或其它非在线时段)采集的成像数据。本发明实施例中，在成像数据获取和放射治疗的过程中，治疗对象在治疗床上的位置高度一致，从而可以提高放疗时对靶区位置的监控精度。此外，重建的多时相的3D图像所体现的“3D+时间”的信息跟当次治疗时的治疗对象状态更加贴合，从而有助于提高放射治疗的精度。
由于多时相的成像数据的扫描时间较长，为了减少治疗对象受到的成像剂量，可选方案中，在放疗设备120处于在线状态且进行放射治疗之前，成像设备110采集多时相的覆盖靶区的成像数据时，扫描范围可以设置得较小，在成像设备110采集多时相的覆盖靶区的成像数据之前，处理器130对上述诊断级3D图像和重建的多时相的3D图像进行处理，通过合成，以生成一4D合成图像，由于所述诊断级3D图像的扫描范围较大，所述4D合成图像的扫描范围较所述多时相的3D图像的扫描范围增大，后续可利用所述4D合成图像建立关联模型，以提高上述关联模型的精度。
可选的，上述处理器还可包括一ART模块(ART：Adaptive Radiation Therapy，自适应治疗)，所述ART模块采用上述诊断级3D图像和/或重建的上述多时相的3D图像对靶区进行勾画，并生成针对放疗设备120的放射治疗计划的调整信息。所述放射治疗计划例如包括计划输出的辐射剂量分布信息和/或治疗床的运动参数。一实施例中，可以通过所述ART模块基于上述诊断级3D图像和/或重建的多时相的3D图像重新制定放射治疗计划。参照图2，在进行放射治疗之前，处理器130可先判断是否进行自适应治疗，如果否，则可不进行靶区勾画以及相应的计划调整，即不需要启动所述ART模块，如果判断是，即接下来要进行自适应治疗，则启动所述ART模块对靶区进行勾画以及做相应的计划调整，放疗设备120在设置放射治疗计划时，可考量所述ART模块给出的调整信息。
在得到多时相的3D图像后，处理器130可接着执行如下操作：获取与所述多时相的3D图像同步的多个时相的时相表征数据，并建立一关联模型，所述关联模型体现了每个时相的时相表征数据和3D图像的对应关系。
所述多时相的3D图像体现了扫描范围内治疗对象的内部器官及相应的外部轮廓随时间变化的三维运动信息，在建立所述关联模型时，可以基于所述多时相的3D图像中的外轮廓将所述3D图像中不同时相(即不同时间点)的3D图像与同步采集的多个时相的时相表征数据进行关联，使随着解剖层面组织的呼吸运动而变化的3D图像与时相表征数据的变化对应起来，从而构造出上述关联模型，所述关联模型体现了每个时相的时相表征数据和3D图像的对应关系。本发明实施例中，所述关联模型包括多个时相以及与每个时相具有对应关系的3D图像的外轮廓、内部器官(含靶区)3D图像以及相应时相的时相表征数据。
对于分次治疗方案中的每次治疗过程，可以均利用在线状态获得的成像数据和时相表征数据建立一个相应的所述关联模型，或者，也可以仅在其中的一次或两次以上的治疗过程中利用在线状态获得的成像数据和时相表征数据建立相应的所述关联模型。
在得到关联模型后，处理器130可接着执行如下操作：在当次的放疗设备120进行放射治疗时，处理器130利用所述关联模型监控靶区的实时位置。相对于采用离线模型获取靶区位置的方式，本发明实施例采用上述关联模型监控靶区的实时位置，可以提高靶区位置的监控精度，尤其适用于容易受到生理运动影响的肿瘤区域的放射治疗。示例的，放射治疗系统100可在对治疗对象进行当前分次放射治疗过程中，先使用治疗对象在本次治疗过程中在线得到的多时相的3D图像和光学体表监控数据(能够反映治疗对象的体表呼吸特征)，在线建立治疗对象靶区层面的3D解剖信息与体表轮廓随呼吸运动之间的关联模型，之后，再利用该关联模型和治疗对象在治疗过程中的实际呼吸运动以及对应的体表轮廓的变化，在线监控治疗对象的靶区随其呼吸运动的三维动态偏移量，可以获得较高的靶区监控精度。
在一种可选的实施方式中，在建立上述关联模型时，采用的时相表征数据包括体外呼吸特征，这种时相表征数据可由放置在治疗对象体外的呼吸监测设备采集。具体的，该实施方式中，上述放射治疗系统100还包括呼吸监测设备，所述呼吸监测设备用于采集反映体外呼吸特征的呼吸特征数据，以在治疗前(例如在建立关联模型时)和治疗过程中均通过采集的呼吸特征数据得到呼吸过程的时相。可选的，所述呼吸监测设备采集的呼吸特征数据还可以在利用成像设备110采集的成像数据重建多时相的3D图像时采用。所述呼吸监测设备可采用红外光、结构光、腹压带或者其它适合的方式实现，例如可选自光学体表监测设备、呼吸流量计、绑带压力计以及毫米波雷达中的一种，此处例如为光学体表监控设备。本发明实施例中，在成像设备110于在线状态采集多时相的成像数据时，光学体表监控设备同步进行工作，以采集与所述多时相的成像数据同步的治疗对象的体表呼吸特征。此外，在治疗阶段，同一光学体表监控设备也可以用来实时地监控治疗对象的体表呼吸特征。
该实施方式中，在放疗设备120处于在线状态且进行放射治疗之前且成像设备110采集所述多时相的覆盖靶区的成像数据时，处理器130可执行如下操作：利用所述呼吸监测设备同步采集第一呼吸特征数据，并根据所述第一呼吸特征数据的体外呼吸特征，所述第一呼吸特征数据与多个时相对应，因而可将所述第一呼吸特征数据作为在建立上述关联模型时采用的时相表征数据，建立体现了每个时相的第一呼吸特征数据和3D图像的对应关系的关联模型。在放疗设备120进行当次在线治疗时，处理器130可进一步执行如下操作：利用所述呼吸监测设备采集第二呼吸特征数据，所述第二呼吸特征数据与所述第一呼吸特征数据具有相同的时相表征方式，即反映的体外呼吸特征相同，根据所述第二呼吸特征数据和治疗前建立的关联模型获得目标时相。
本发明不限于此，在另一种可选的实施方式中，在建立关联模型时，采用的时相表征数据包括治疗对象解剖层面的指定2D图像特征。由于膈肌随呼吸变化在治疗对象解剖层面的2D图像中常会发生变化，此处所述指定2D图像特征例如包括膈肌特征，但不限于此，此处指定2D图像特征也可以是其它的能够随呼吸变化在治疗对象解剖层面的2D图像中发生变化的特征。
在该另一种可选的实施方式中，在放疗设备120处于在线状态且进行放射治疗之前，处理器130可执行如下操作：利用由成像设备110采集成像数据重建的多时相3D图像，生成不同机架角度下的DRR图像(Digitally Reconstructured Radiograph，数字重建放射影像)，并根据所述DRR图像中的指定2D图像特征，将多个所述DRR图像与多个时相以及相应的机架角度对应，作为在建立上述关联模型时采用的时相表征数据，建立体现了每个时相的机架角度、DRR图像和3D图像的对应关系的关联模型。在放疗设备120进行当次在线治疗时，处理器130可进一步执行如下操作：根据治疗过程中采集的治疗对象的2D实时投影图像，找到指定2D图像特征，并根据指定2D图像特征、相应的实时机架角度和治疗前建立的关联模型，获得目标时相。
上述治疗过程中采集的治疗对象的2D实时投影图像可以由上述成像设备110生成。但不限于此，另一实施例中，所述放射治疗系统100可包括至少一个DR成像设备(Digital Radiography，数字化X射线摄影系统)，并由所述DR成像设备生成所述2D实时投影图像，所述DR成像设备的成像区域覆盖治疗对象的靶区。所述DR成像设备例如与上述成像设备110共面设置。作为示例，放射治疗系统100设置有成像束相互垂直的两个DR成像设备，利用双DR图像监控提高所述2D实时投影图像的准确性。此外，为了减少成像剂量和成像时间，成像设备110或所述DR成像设备生成的2D实时投影图像可以仅覆盖较小的射野，处理器130在获得成像设备110或DR成像设备生成的2D实时投影图像后，再结合上述的诊断级3D图像或多时相的3D图像扩大所述2D实时投影图像的射野。
参照图2，在治疗过程中，放疗设备120按照计划设置治疗束，以生成相应的辐射剂量分布，直至结束治疗。在此过程中，处理器130执行如下操作：在放疗设备120进行当次在线治疗时，利用所述关联模型监控所述靶区的实时位置。基于监控结果，处理器130例如可向放疗设备120输出关于辐射剂量分布计划的调整信息，或者生成对承载有所述治疗对象的治疗床的运动参数的调整信息。具体说明如下。
一些实施例中，在放疗设备120进行当次在线治疗时，利用上述关联模型监控所述靶区的实时位置的操作包括：
S1，获取所述治疗对象的2D实时投影图像、相应的实时机架角度以及相应的实时时相表征数据，所述实时时相表征数据与建立所述关联模型时采用的时相表征数据具有相同的时相表征方式；
S2，根据所述实时时相表征数据和治疗前建立的所述关联模型，获得目标时相；
S3，基于所述目标时相的实时机架角度，获取DRR比对图像，所述DRR比对图像由相同时相的3D图像生成；
S4，将所述2D实时投影图像和所述DRR比对图像进行比较，监控所述靶区的实时位置。
在步骤S1中，治疗对象的2D实时投影图像可通过上述成像设备110或DR成像设备生成，并根据机架角度的传感器获得相应的实时机架角度。而相应的实时时相表征数据与建立关联模型时采用的时相表征数据具有相同的时相表征方式，例如均采用光学体表监测数据表征时相或者均采用膈肌特征表征时相。在步骤S2中，目标时相例如可通过监控光学体表监控设备采集的实时体外呼吸特征并结合相应的关联模型得到，或者，目标时相可通过监控上述2D实时投影图像中的膈肌特征并结合相应的关联模型得到。在步骤S3中，基于所述目标时相的实时机架角度(该实时机架角度在治疗过程中采集)，获取相应的3D图像或者获取DRR比对图像，所述DRR比对图像由相同时相的3D图像生成。
所述DRR比对图像可通过在获得目标时相前(如放射治疗前)建立DRR比对库的方式并从DRR比对库中选择，具体的，一些实施例中，在获得目标时相前，利用成像设备110采集的多时相的覆盖靶区的成像数据，采用多个机架角度的投影来生成不同机架角度下不同时相的多个DRR图像，每个机架角度均可以生成不同时相(例如是一个呼吸变化周期的不同时间点)处的3D图像对应的多张DRR图像，所述多张DRR图像可存入DRR比对库，在获得目标时相后，根据对应的实时机架角度的数值，从DRR比对库中选择出相应的DRR图像作为所述DRR比对图像。本发明不限于此，另一些实施例中，可在获得目标时相后，利用目标时相的实时机架角度和同一时相的3D图像，生成所述DRR比对图像。
在步骤S4中，将所述2D实时投影图像和所述DRR比对图像进行比较，例如可比较二维图像中靶区图像是否存在差异以及判断差异的程度，若靶区图像差异在设定变化范围(可根据具体情况设定)内，可认为治疗时的该目标时相下靶区的实时位置与目标时相的3D图像中靶区的位置相同。若靶区图像差异超出了设定变化范围，则可以采取进一步的操作，如根据靶区图像差异计算靶区实际位置，以实现对靶区的动态追踪，或者，在根据靶区图像差异计算靶区的动态偏移量，进一步生成对针对放疗设备120计划输出的辐射剂量分布的调整信息、针对治疗床的调整信息或有关放射治疗计划的调整信息等。
图4是采用本发明一实施例的放射治疗系统监控靶区实时位置的示意图。参照图4，左侧示意出了在治疗过程中由CT成像设备采集治疗对象的2D实时投影图像(“CT 2D投影图像”)，右侧示出了实时机架角度下DRR图像(DRR images)随时间(t)的变化(Respwaveform)。比较目标时相的2D实时投影图像和DRR比对图像中靶区的位置变化可确定靶区的实时位置，该实时位置可分解为病人靶区在三个方向(正交坐标系的三个方向)的偏移量。
本文中的处理器是指本发明的组件，诸如逻辑可分离软件(计算机程序)、硬件或等效部件。所述处理器可以被至少部分地实现为硬件电路，例如现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑阵列(PLA)、片上系统、基板上的系统、封装上的系统、专用集成电路(ASIC)，或可按照对电路进行集成或封装的任何其它合理方式等硬件或固件来实现，或以软件、硬件以及固件三种实现方式的适当组合来实现。处理器可以被至少部分地实现为程序代码模块，当该程序代码模块被控制放射治疗系统100的计算机运行时，可以执行相应的功能。
上述实施例描述的放射治疗系统100中，在放疗设备120处于在线状态且进行放射治疗之前，利用成像设备110采集多时相的覆盖靶区的成像数据，重建多时相的3D图像，并获取与所述多时相的3D图像同步的多个时相的时相表征数据，建立一关联模型，所述关联模型体现了每个时相的时相表征数据和3D图像的对应关系，利用所述关联模型在治疗过程中监控所述靶区的实时位置，能够实现图像引导放射治疗(Image Guided RadiationTherapy，IGRT)的功能。一方面，采用多时相的3D图像建立关联模型，对靶区的识别精度较高，另一方面，相对于采用离线模型获取靶区实时位置的方式，本发明实施例采用于在线状态获取的成像数据进行建模并利用建立的关联模型在治疗时监控靶区的实时位置，可以提高对靶区实时位置的监控精度，尤其适用于受到生理运动影响的肿瘤区域的放射治疗。此外，在放射治疗过程中，通过获取治疗对象的2D实时投影图像，并与目标时相对应的DRR比对图像进行比较来监控靶区位置，对靶区的识别精度高，有助于提高监控效果。
本发明实施例还涉及一种计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令，当所述计算机程序指令被处理器(如中央处理单元CPU、图像处理单元GPU或微处理器MCU等)执行时，实现下面的步骤：
在放疗设备处于在线状态且进行放射治疗之前，采集治疗对象解剖层面多时相的覆盖靶区的成像数据，重建多时相的3D图像；
获取与所述多时相的3D图像同步的多个时相的时相表征数据，并建立一关联模型，所述关联模型体现了每个时相的时相表征数据和3D图像的对应关系；
在所述放疗设备进行当次在线治疗时，利用所述关联模型监控所述靶区的实时位置。
进一步的，在一些实施例中，当所述计算机程序指令被所述处理器执行时，还可实现下面的步骤：
获取治疗对象的2D实时投影图像、相应的实时机架角度以及相应的实时时相表征数据，所述实时时相表征数据与建立关联模型时采用的所述时相表征数据具有相同的时相表征方式；
根据所述实时时相表征数据以及所述关联模型，获得目标时相；
基于所述目标时相的实时机架角度，获取DRR比对图像，所述DRR比对图像由相同时相的3D图像生成(具体可以在获得目标时相之前或获得目标时相之后，由相同时相的3D图像生成)；
将所述2D实时投影图像和所述DRR比对图像进行比较，监控所述靶区的实时位置。
上述步骤中，所述关联模型利用在线状态下重建的多时相的3D图像以及同步的多个时相的时相表征数据建立，所述关联模型体现了每个时相的时相表征数据和3D图像的对应关系，在放射治疗过程中利用所述关联模型监控所述靶区的实时位置，相对于采用离线模型获取靶区实时位置的方式，本方案采用在线数据建立的上述关联模型可以提高对靶区实时位置的监控精度。通过监控靶区的实时位置，可以根据具体情况采取进一步操作，如生成针对放疗设备计划输出的辐射剂量分布的调整信息和/或生成针对治疗床的运动调整信息。
所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质，如磁性介质(例如软盘、硬盘或磁带)、光介质(例如DVD)或者半导体介质(例如固态硬盘SSD)等，或者是包含一个或多个可利用介质集成的服务器或数据中心等数据存储设备。
本说明书中的各个实施例采用相关的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似的部分互相参照即可。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明权利范围的任何限定，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (17)

1.一种放射治疗系统，其特征在于，包括成像设备、处理器以及用于进行放射治疗的放疗设备；所述成像设备用于采集治疗对象解剖层面的成像数据；所述处理器用于执行如下操作：
在所述放疗设备处于在线状态且进行放射治疗之前，利用所述成像设备采集多时相的覆盖靶区的成像数据，重建多时相的3D图像；
获取与所述多时相的3D图像同步的多个时相的时相表征数据，并建立一关联模型，所述关联模型体现了每个时相的时相表征数据和3D图像的对应关系；
在所述放疗设备进行当次在线治疗时，利用所述关联模型监控所述靶区的实时位置。
2.如权利要求1所述的放射治疗系统，其特征在于，在所述放疗设备进行当次在线治疗时，利用所述关联模型监控所述靶区的实时位置的操作包括：
获取所述治疗对象的2D实时投影图像、相应的实时机架角度以及相应的实时时相表征数据，所述实时时相表征数据与所述时相表征数据具有相同的时相表征方式；
根据所述实时时相表征数据以及所述关联模型，获得目标时相；
基于所述目标时相的实时机架角度，获取DRR比对图像，所述DRR比对图像由相同时相的3D图像生成；
将所述2D实时投影图像和所述DRR比对图像进行比较，监控所述靶区的实时位置。
3.如权利要求2所述的放射治疗系统，其特征在于，所述时相表征数据包括体外呼吸特征。
4.如权利要求3所述的放射治疗系统，其特征在于，还包括呼吸监测设备，所述呼吸监测设备用于采集反映体外呼吸特征的呼吸特征数据；所述处理器还用于执行如下操作：
在所述放疗设备处于在线状态且进行放射治疗之前且所述成像设备采集所述成像数据时，利用所述呼吸监测设备同步采集第一呼吸特征数据作为所述时相表征数据；
在所述放疗设备进行当次在线治疗时，利用所述呼吸监测设备采集第二呼吸特征数据，并根据所述第二呼吸特征数据和所述关联模型获得目标时相。
5.如权利要求4所述的放射治疗系统，其特征在于，所述呼吸监测设备选自光学体表监测设备、呼吸流量计、绑带压力计以及毫米波雷达中的一种。
6.如权利要求2所述的放射治疗系统，其特征在于，所述时相表征数据包括治疗对象解剖层面的指定2D图像特征。
7.如权利要求6所述的放射治疗系统，其特征在于，所述指定2D图像特征包括膈肌特征。
8.如权利要求6所述的放射治疗系统，其特征在于，所述处理器还用于执行如下操作：
在所述放疗设备处于在线状态且进行放射治疗之前，利用所述多时相的3D图像，生成不同机架角度下的DRR图像，并根据所述DRR图像中的指定2D图像特征，将多个所述DRR图像与多个时相以及相应的机架角度对应，作为所述时相表征数据；
在所述放疗设备进行当次在线治疗时，根据所述2D实时投影图像，找到指定2D图像特征，并根据指定2D图像特征、相应的实时机架角度和关联模型，获得所述目标时相。
9.如权利要求2所述的放射治疗系统，其特征在于，所述2D实时投影图像由所述成像设备生成；或者，所述放射治疗系统包括至少一个DR成像设备，所述2D实时投影图像由所述DR成像设备生成。
10.如权利要求2所述的放射治疗系统，其特征在于，所述处理器还用于执行如下操作：在获得所述2D实时投影图像后，对所述2D实时投影图像进行处理，以增大所述2D实时投影图像的射野。
11.如权利要求1所述的放射治疗系统，其特征在于，所述处理器还用于执行如下操作：
在所述放疗设备处于在线状态且进行放射治疗之前且所述成像设备采集所述成像数据之前，利用一诊断级3D图像与所述放疗设备采用的计划图像进行配准，所述诊断级3D图像由所述成像设备生成。
12.如权利要求11所述的放射治疗系统，其特征在于，所述处理器还用于执行如下操作：
对所述诊断级3D图像和所述多时相的3D图像进行处理以生成一4D合成图像，所述4D合成图像的扫描范围较所述多时相的3D图像大；
利用所述4D合成图像建立所述关联模型。
13.如权利要求11所述的放射治疗系统，其特征在于，所述处理器还用于执行如下操作：
采用所述诊断级3D图像和/或所述多时相的3D图像对靶区进行勾画，并生成针对所述放疗设备的放射治疗计划的调整信息。
14.如权利要求1所述的放射治疗系统，其特征在于，所述放射治疗系统包括EPID设备，所述EPID设备用于在所述放疗设备进行当次在线治疗时进行射线探测，并生成相应的EPID图像，所述EPID图像用于进行剂量监控。
15.如权利要求1所述的放射治疗系统，其特征在于，所述成像设备的成像等中心和所述放疗设备的治疗等中心重合。
16.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，其特征在于，当所述计算机程序指令被处理器执行时，实现下面的步骤：
在放疗设备处于在线状态且进行放射治疗之前，采集治疗对象解剖层面多时相的覆盖靶区的成像数据，重建多时相的3D图像；
获取与所述多时相的3D图像同步的多个时相的时相表征数据，并建立一关联模型，所述关联模型体现了每个时相的时相表征数据和3D图像的对应关系；
在所述放疗设备进行当次在线治疗时，利用所述关联模型监控所述靶区的实时位置。
17.如权利要求16所述的计算机可读存储介质，其特征在于，在所述放疗设备进行当次在线治疗时，利用所述关联模型监控所述靶区的实时位置的步骤包括：
获取所述治疗对象的2D实时投影图像、相应的实时机架角度以及相应的实时时相表征数据，所述实时时相表征数据与所述时相表征数据具有相同的时相表征方式；
根据所述实时时相表征数据以及所述关联模型，获得目标时相；
基于所述目标时相的实时机架角度，获取DRR比对图像，所述DRR比对图像由相同时相的3D图像生成；
将所述2D实时投影图像和所述DRR比对图像进行比较，监控所述靶区的实时位置。
CN202111672121.7A 2021-09-03 2021-12-31 放射治疗系统及计算机可读存储介质 Pending CN116407779A (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111672121.7A CN116407779A (zh) 2021-12-31 2021-12-31 放射治疗系统及计算机可读存储介质
US17/929,681 US20230076168A1 (en) 2021-09-03 2022-09-02 Systems and methods for radiation therapy

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111672121.7A CN116407779A (zh) 2021-12-31 2021-12-31 放射治疗系统及计算机可读存储介质

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116407779A true CN116407779A (zh) 2023-07-11

Family

ID=87056840

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111672121.7A Pending CN116407779A (zh) 2021-09-03 2021-12-31 放射治疗系统及计算机可读存储介质

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116407779A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11896851B2 (en) Radiation therapy system using a digital tomosynthesis process for near real-time localization
US7713205B2 (en) Dynamic tracking of soft tissue targets with ultrasound images, without using fiducial markers
US8406851B2 (en) Patient tracking using a virtual image
US7853308B2 (en) System and method for patient positioning for radiotherapy in the presence of respiratory motion
US8831706B2 (en) Fiducial-less tracking of a volume of interest
US7623679B2 (en) Temporal smoothing of a deformation model
US20080021300A1 (en) Four-dimensional target modeling and radiation treatment
WO2009088407A1 (en) Target tracking using surface scanner and four-dimensional diagnostic imaging data
CA2314794A1 (en) Apparatus for lesion or organ localization
US11617903B2 (en) System and method for respiratory gated radiotherapy
Deantonio et al. Detection of setup uncertainties with 3D surface registration system for conformal radiotherapy of breast cancer
CN116407779A (zh) 放射治疗系统及计算机可读存储介质
Hoisak et al. A history of surface guidance methods in radiation therapy
WO2019169450A1 (en) Radiation therapy systems and methods using an external signal
Dekker Surface-guided radiation therapy in clinical practice
Wen et al. Treatment verification and delivery
Bekke Evaluation of optical surface scanning of breast cancer patients for improved radiotherapy
Yoshidome et al. Automated and robust estimation framework for lung tumor location in kilovolt cone-beam computed tomography images for target-based patient positioning in lung stereotactic body radiotherapy
Aoyama et al. Comparison of daily prostate positions during conformal radiation therapy of prostate cancer using an integrated CT-linear accelerator system: in-room CT image versus digitally reconstructed radiograph
Wan et al. A comparative study of four-dimensional cone beam computed tomography (4DCBCT) and three-dimensional cone beam computed tomography (3DCBCT) guided treatment setup in liver cancer radiotherapy
Law Image guidance in radiation therapy
Shepard et al. Non-Computed Tomography–Based Image-Guided Radiation Therapy Technology

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination