CN117323582A - 用于评估和显示呼吸运动的方法、系统和计算机可读介质 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及用于评估和显示呼吸运动的方法、系统和计算机可读介质。至少一个示例实施例提供了一种方法，该方法包括使用相机获取患者的表面信息；基于表面信息确定患者的运动；以及基于运动提供患者的感兴趣区域ROI的指示符。

Description

用于评估和显示呼吸运动的方法、系统和计算机可读介质
技术领域
一个或多个示例实施例与用于评估和显示患者的呼吸运动的方法、系统和计算机可读介质有关。
背景技术
辐射疗法涉及选择性地将人体的某些区域(诸如癌性肿瘤)暴露于辐射剂量的医疗程序。辐射疗法照射靶标生物组织，使得不需要的组织被破坏。辐射也已经被用来获取组织图像以用于诊断或处理目的。
正常的生理学移动代表临床计划和向患者身体递送医疗程序中的限制。正常的生理学移动，诸如呼吸或心脏移动，可能引起正在经受处理、测量或成像的身体部分的位置移动。关于辐射疗法，如果辐射束已经被成形为使处理体积符合肿瘤的精确尺寸，那么该肿瘤在处理期间的移动可能导致辐射束的大小或形状不足以完全覆盖靶标肿瘤组织。
在四维(4D)成像(例如，计算机断层摄影(CT))中，可将反射标记块定位在患者的胸部上并用光学相机跟踪以评估患者的呼吸循环。4D CT重建将每个CT切片采集与在其期间进行该采集的对应的呼吸阶段相关联。在患者的设置期间，用户(例如，治疗师)将标记块定位为在呼吸循环期间提供竖直运动的患者胸部的位置。
对于某些适应症，如左侧乳腺肿瘤，规划的CT在深吸气屏气(DIBH)期间被采集，以便利用吸气期间的心脏位置，以允许在处理递送期间对心脏的较低剂量。
发明内容
各种示例实施例所寻求的保护范围由独立权利要求提出。在本说明书中描述的未落入独立权利要求的范围内的示例实施例和/或特征(如果有的话)将被解释为对理解各种实施例有用的示例。
至少一些示例实施例通过检测患者表面上的特定区域以提取呼吸性呼吸信号，通过提供患者运动的显示，以及通过提供患者表面的不同区域的运动统计，来简化(例如，在CT扫描仪或LINAC处的)运动监测。
至少一些示例实施例向用户提供可视化/显示，以评估患者的呼吸运动。示例实施例消除/减少了用户在患者胸部上找到选定运动观察点所花费的时间，并向用户提供关于患者呼吸行为的信息，例如呼吸引起的胸壁运动和腹部运动之间的比率。
根据至少一个示例实施例，一种方法包括使用相机获取患者的表面信息；基于该表面信息确定患者的运动；以及基于该运动提供患者的感兴趣区域(ROI)的指示符。
根据至少一个示例实施例，提供指示符包括基于运动确定患者的ROI。
根据至少一个示例实施例，ROI对应于患者的具有最高移动值的区域。
根据至少一个示例实施例，获取表面信息包括从患者的第一区域获取第一运动信号，并且从患者的第二区域获取第二运动信号，ROI基于该第一运动信号和该第二运动信号。
根据至少一个示例实施例，确定ROI基于以下至少一项：与患者的第一区域相关联的信噪比，或第一区域中与患者的静态区域中的移动之间的对比噪声比。
根据至少一个示例实施例，确定运动包括在显示指示符之前提供患者的第一运动图，该第一运动图对应于表面信息中的测量结果并且基于该表面信息中的测量结果而随时间改变。
根据至少一个示例实施例，确定患者的运动包括：基于表面信息中的测量结果确定患者的平均运动，该平均运动是平均竖直变化；以及提供指示符包括在显示第一运动图之后显示平均运动图，该平均运动图描绘患者的平均运动，该平均运动图是静态图并且该平均运动图包括ROI；以及在平均运动图中的患者的ROI上显示指示符。
根据至少一个示例实施例，表面信息是三维(3D)点云，并且显示患者的ROI的指示符是在二维(2D)运动图之上显示该指示符。
根据至少一个示例实施例，一种装置包括处理电路系统，该处理电路系统被配置为使该装置使用相机获取患者的表面信息，基于该表面信息确定患者的运动，并且基于该运动提供患者的感兴趣区域(ROI)的指示符。
根据至少一个示例实施例，处理电路系统被配置为使装置基于运动确定患者的ROI。
根据至少一个示例实施例，ROI对应于具有最高移动值的患者区域。
根据至少一个示例实施例，处理电路系统被配置为使装置从患者的第一区域获取第一运动信号，并且从患者的第二区域获取第二运动信号，ROI基于该第一运动信号和该第二运动信号。
根据至少一个示例实施例，处理电路系统被配置为使装置基于以下至少一项来确定ROI：与患者的第一区域相关联的信噪比，或第一区域中与患者的静态区域中的移动之间的对比噪声比。
根据至少一个示例实施例，处理电路系统被配置为使装置在显示指示符之前提供患者的第一运动图，该第一运动图对应于表面信息中的测量结果并且基于该表面信息中的测量结果而随时间改变。
根据至少一个示例实施例，处理电路系统被配置为使装置：基于表面信息中的测量结果确定患者的平均运动，该平均运动是平均竖直变化；在显示第一运动图之后显示平均运动图，该平均运动图描绘患者的平均运动，该平均运动图是静态图并且该平均运动图包括ROI；以及在平均运动图中的患者的ROI上显示指示符。
根据至少一个示例实施例，表面信息是三维(3D)点云，并且显示患者的ROI的指示符是在二维(2D)运动图之上显示该指示符。
附图说明
根据下文给出的详细描述和附图将更全面地理解示例实施例，其中相似的元件由相似的附图标记表示，这些详细描述和附图仅作为说明给出，并因此不限制本公开。
图1A至图1B示出了根据至少一个示例实施例的系统；
图2示出了包括两个立体相机的医疗系统的示例实施例；
图3示出了根据示例实施例的显示患者的运动的方法；
图4示出了根据示例实施例的用户界面；
图5示出了确定3D患者表面的每个点的平均竖直幅度变化的示例实施例；
图6示出了根据示例实施例的用户界面；
图7A示出了图4的用户界面的放大区域；
图7B示出了图6的用户界面的放大区域；以及
图8示出了控制系统的图示，实施例可以用该控制系统实施。
应当注意，这些图旨在示出在某些示例实施例中利用的方法，结构和/或材料的一般特性，并补充以下提供的书面描述。然而，这些附图不是按比例绘制的，并且可能不精确地反映任何给定实施例的精确的结构或性能特性，并且不应当被解释为限定或限制由示例实施例涵盖的值或性质的范围。在各个附图中使用类似或相同的附图标记旨在指示类似或相同的元件或特征的存在。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述各种示例实施例，在这些附图中示出了一些示例实施例。
本文中公开了详细的说明性实施例。然而，本文中公开的具体的结构和功能细节仅仅是为了描述示例实施例的目的而具有代表性的。然而，示例实施例可以以许多替换形式体现，并且不应当被解释为仅限于本文中阐述的实施例。
应当理解，没有意图将示例实施例限制到所公开的特定形式。相反，示例实施例将覆盖落入本公开的范围内的所有修改，等同形式和可替代形式。在图的整个描述中，相似的附图标记指代相似的元件。
虽然可以从特定装置的角度来描述一个或多个示例实施例，但是应当理解，本文中讨论的一个或多个示例实施例可以由在可应用设备处的一个或多个处理器(或处理电路系统)执行。例如，根据一个或多个示例实施例，至少一个存储器可以包括或存储计算机程序代码，并且该至少一个存储器和该计算机程序代码可以被配置为与至少一个处理器一起使设备或系统执行本文中讨论的操作。
如本文中讨论的，术语“一个或多个”和“至少一个”可以互换使用。
应理解，可以组合使用多个示例实施例。
图1A至图1B示出了根据至少一个示例实施例的系统。
图1A示出了医疗系统10。在所示实施例中，医疗系统10是辐射处理系统，并且其包括医疗设备11和用于支撑患者20的患者支架14。医疗设备11包括臂机架12和用于控制机架12的操作和辐射的递送的控制系统18。医疗设备11还包括辐射源22(例如，线性加速器(LINAC))和准直器24，该辐射源22在患者20被支撑在支架14上时朝向患者20投射辐射束26，该准直器24用于改变辐射束26的截面形状。在不同的实施例中，辐射源22可以被配置为生成锥形束、扇形束或其它类型的辐射束。此外，在其它实施例中，源22可以被配置为生成作为用于处理目的的辐射形式的质子束。此外，在其它实施例中，系统10可以具有其它形式和/或配置。例如，在其它实施例中，代替臂机架12，医疗设备11可以具有环形机架。
在所示实施例中，辐射源22是用于提供处理能量的处理辐射源。在其它实施例中，除了作为处理辐射源以外，辐射源22还可以是出于成像目的而提供诊断能量的诊断辐射源。在此类情况下，系统10将包括成像器80，诸如位于相对于源22的操作位置(例如，在支架14下面)的成像器80。在其他实施例中，辐射源22可以是用于提供处理能量的处理辐射源，其中该处理能量也可以用于获取图像。在此类情况下，为了使用处理能量来获取成像，成像器80被配置为响应于具有处理能量的辐射而生成图像。在一些实施例中，处理能量通常是160千电子伏特(keV)或更大，并且更典型地为1兆电子伏特(MeV)或更大的那些能量，并且诊断能量通常是低于高能量范围，并且更典型地低于160keV的那些能量。在其它实施例中，处理能量和诊断能量可以具有其它能级，并且分别指代用于处理目的和诊断目的的能量。在一些实施例中，辐射源22能够以在大约10keV和大约20MeV之间的任何范围内的多个光子能级提供X射线辐射。在其他实施例中，辐射源22可以是诊断辐射源。在此类情况下，系统10可以是具有一个或多个活动零件的诊断系统。在所示实施例中，辐射源22由臂机架12承载。备选地，辐射源22可以位于(例如，耦合到环形机架的)孔内。
在所示实施例中，控制系统18包括耦合到输入/输出设备40的处理电路系统54，诸如处理器。控制系统18还可以包括用于显示数据的监测器56和用于输入数据的输入设备58，诸如键盘或鼠标。辐射源22和机架12的操作由处理电路系统54控制，该处理电路系统54向辐射源22提供功率和定时信号，并且基于从处理电路系统54接收的信号来控制机架12的旋转速度和位置。在一些情况下，处理电路系统54还可以控制辐射源22和患者支架14的位置。此外，在一些情况下，处理电路系统54可以被配置为控制射束26(例如，射束保持以用于选通)。此外，处理电路系统54可以被配置为控制成像过程(例如，成像的触发)。尽管输入/输出设备40被示为与机架12和处理电路系统54分离的部件，但是在备选实施例中，输入/输出设备40可以是处理电路系统54的一部分。
在处理程序期间，源22围绕患者20旋转并且从不同的机架角度朝向患者20递送处理辐射束。当源22处于不同的机架角度时，操作准直器24以改变射束的形状以对应于靶标组织结构的形状。例如，可以操作准直器24，以使得射束的形状类似于靶标组织结构的截面形状。在另一个示例中，可操作准直器24，使得靶标组织结构的不同部分接收不同量的辐射(如在强度调制辐射治疗(IMRT)程序中)。
在其它实施例中，医疗系统10可以是被配置为朝向患者20递送成像辐射束以用于对患者20成像的成像系统。
如图1B所示，系统10还包括光学系统150。光学系统150包括光源152、多个相机154(例如立体相机)和与相机154通信的处理单元156。在所示示例中，光源152被配置为提供结构化光和/或非结构化光。此外，如图所示，光学系统150具有三个相机154。在其它实施例中，光学系统150可具有少于三个相机154(例如，一个相机154或两个相机)，或多于三个相机154。此外，在其它实施例中，光学系统150可以包括多个光源152。
此外，在一些实施例中，由光源152提供的结构化光和/或非结构化光可以在红外范围内(例如，具有(多个)红外波长)。该技术消除了使用(多个)非常强的光源的需要，这些光源可能使患者“失明”，特别是在头部、颈部和乳房处理期间，在这期间光被引导朝向患者的上部。在其它实施例中，光源152可以被配置为提供具有其它波长的不可见光(例如，紫外光)。此外，使用不可见光不会表现出可能使患者迷惑的频闪效应，并且不触发运动厚度(motion thickness)的症状。
光学系统150还可以可选地包括框架160，相机154和光源152可以安装到该框架160。框架160可以安装到医疗系统10所位于的房间的天花板和/或墙壁。备选地，框架160可安装到医疗系统10。具有框架160的相机154可以在工厂处被预先组装，这允许在医疗设施处的简易安装。相机154可以可移动地安装到框架160。在一个实施方式中，相机154中的每个可以可旋转地安装到框架160(例如，经由球接头)，使得相机154可相对于框架160绕一个或多个轴线旋转。类似地，光源152可以可移动地安装到框架160。例如，光源152可以可旋转地安装到框架160(例如，经由球接头)，使得光源152可相对于框架160绕一个或多个轴线旋转。在其它实施例中，代替球接头，相机154和光源152可使用其它连接器(诸如臂)可移动地安装到框架160，使得相机154和光源152可相对于框架160移动。在其它实施例中，相机154和/或光源152中的一个或多个可以直接安装到医疗系统10或房间。
此外，在其它实施例中，代替仅具有一个光源152，光学系统150可以包括多个光源152。在一些实施例中，光源152中的每个可以被配置为提供结构化光和非结构化光。在其它实施例中，光源152中的一个或多个可以被配置为提供结构化光，而光源152中的另一个或多个可以被配置为提供非结构化光。
此外，在一些实施例中，光源152可以与一个或多个相机154集成。例如，在一个实施方式中，光学系统150可以包括多个灯舱，其中每个灯舱可以具有一个或多个光源152和一个或多个相机154(例如，两个相机154)。
如图1B所示，光学系统150还包括多个飞行时间(TOF)相机158。每个TOF相机158被配置为提供(多个)深度图像。深度图像具有表示参考点和检测到的表面点之间的距离的像素值。在一些实施例中，每个TOF相机158可以是红外相机。在使用期间，来自相机154和TOF相机158的图像由处理单元156处理，以获取和监测在处理之前和处理期间的患者的表面轮廓，以用于患者设置(绝对定位和/或相对定位)、处理期间的患者监测(例如，监测绝对位置和/或相对位置)、工具监控、防止患者-机器碰撞，或前述的组合。患者监测可以包括：(1)确保患者不离开其设置位置，和/或(2)记录由于呼吸引起的周期性患者运动，并相应地控制机器(例如，射束保持、多叶准直器跟踪、患者支架的跟踪等)。
在一些情况下，TOF相机158可以帮助增大视场，并且可以观察未被(多个)相机154捕获的盲点。
在其它实施例中，光学系统150可以不包括任何TOF相机158。
在一些实施例中，光学系统150可以包括多个灯舱，其中每个灯舱可以具有一个或多个光源152、一个或多个相机154(例如，两个相机154)，以及一个或多个TOF相机158。例如，可以有具有一个或多个光源152和两个相机154的第一灯舱，以及具有一个或多个光源152和两个相机154的第二灯舱。此外，在一些实施例中，灯舱可以包括另一种类型或辅助的相机或深度测量设备。例如，除了TOF相机之外，灯舱可以包括(多个)超声距离传感器、(多个)光敏防护装置或(多个)激光扫描仪。在一些实施例中，灯舱还可以包括一个或多个常规摄像机。在此类情况下，处理器可以从(多个)常规摄像机获取信息，并将该信息与3D图像合并。摄像机可用于检测具有已知几何特性的标记，以获取附加的几何3D信息。在其他实施例中，光学系统150可以在每个灯舱中包括web相机。在一些情况下，来自web相机或常规摄像机的图像可以重叠在检测到的表面或距离图上。这可以帮助定义感兴趣区域。例如，如果用户没有看到用户界面屏幕的表面表示，但是可以看到场景的真实照片，那么用户仍然可以使用用户界面来定义感兴趣区域。
在一些实施例中，(多个)灯舱可以安装到光学系统150的框架。在其它实施例中，(多个)灯舱可以安装到与光学系统150的框架不同的框架。此外，在其他实施例中，(多个)灯舱可以被配置为安装到医疗系统10，例如安装到机架、安装到患者支架。在一些情况下，(多个)灯舱可安装到与医疗系统10耦合的可展开臂。在其它实施例中，(多个)灯舱可安装到房间(例如，安装到墙壁、天花板、地板等)。
光学系统150可以被配置为提供患者设置、患者监测、设备监测、呼吸运动控制、防止患者-机器碰撞或前述的任何组合。因此，在一些情况下，同一光学系统150可以提供多种用途。在一些实施例中，可以同时执行上述不同的临床使用案例。在一种实施方式中，来自(多个)相机154和来自(多个)TOF相机158的实时输入图像序列可以由处理单元156处理以进行患者监测和/或设备监测。此外，在一些实施例中，通过将患者的外表面信息(由光学系统150提供)与内部解剖学结构的x射线成像组合，可以实现高度集成和自动化的处理工作流程。
在一种使用方法中，光学系统150的光源152可用于提供结构光。结构光可以被投射到对象，诸如被投射到患者以用于患者设置。如在本说明书中所使用的，当光被描述为被投射到患者身上时，其旨在覆盖光被直接投射到患者身上(即，投射到患者的皮肤上)的场景，以及光被投射到患者穿戴或耦合到患者的对象上(例如，投射到由患者穿戴的衣服上、覆盖患者的毯子上、患者身上的贴纸上等)的场景。相机154感测被投射在患者身上的结构光，并生成所投射的结构光的图像。处理单元156被配置为处理来自相机154的图像，并基于经处理的图像确定患者的位置(例如，位置和/或取向)。一旦确定了患者的位置，处理单元156可以基于要实现的期望的患者位置来确定移动患者的方向以及移动患者的程度。
在一些情况下，可以由处理单元156获取参考图像。参考图像可以在处理规划期期间或在处理期之前的处理日使用光源152和相机154生成。参考图像包括投射到患者身上的结构光的图像，其指示患者相对于某个坐标要实现的期望位置。在患者设置期间，光源152和相机154用于生成输入图像。处理单元156将输入图像与参考图像进行比较以确定它们是否匹配。如果不是，那么定位患者直到输入图像和参考图像匹配。
在一些实施例中，如果光学系统150包括一个或多个TOF相机(例如，TOF相机158)，则(多个)TOF相机可以生成一个或多个深度图像。在此类情况下，处理单元156可以使用(多个)深度图像来执行患者设置。处理单元156可以仅使用(多个)深度图像而不使用来自(多个)相机154的(多个)光学图像。备选地，处理单元156可以使用(多个)深度图像和来自(多个)相机154的(多个)图像两者来执行患者设置。在一个实施方式中，处理单元156可以获取参考深度图像。参考深度图像包含关于患者表面相对于围绕患者的一个或多个对象(例如，医疗系统10的部件，患者支架14，房间的墙壁等)的期望位置的信息。参考深度图像可以在处理规划期期间或在处理期开始之前的处理日由(多个)TOF相机生成。在患者设置程序期间，(多个)TOF相机提供深度图像，其指示患者表面相对于围绕患者的一个或多个对象的位置。处理单元156将深度图像与参考深度图像进行比较以查看它们是否匹配。如果不匹配，则定位患者直到深度图像与参考深度图像匹配。
在美国申请号15/728,475中描述了由医疗系统10执行的附加功能，该申请的全部内容通过引用并入本文。
在其它实施例中，光源152提供结构光并将其引导到对象上，并且来自对象的反射光(例如，IR光)被相机154(例如，立体相机)的偏离光源152的两个透镜的图像传感器测量。光源152和两个透镜的几何形状是已知的。因此，处理单元156可以使用三角测量通过在来自图像传感器的图像中找到相同的结构化图案来计算表面距离。结果是类似于TOF技术的深度图(或距离图)。
在一些情况下，光源152和两个相机154可以实现为一个灯舱，并且可以有(多个)附加灯舱，其中每个灯舱具有光源和两个偏移相机。处理单元156可以被配置为将来自一个灯舱的深度图添加到从其它位置处的(多个)其它灯舱确定的(多个)其它深度图，以便绘制出对象的表面，从而形成更大的深度图。在一些情况下，该深度图可以由所定义的坐标系中的点云表示。处理单元156还可以计算参考表面到测量表面的距离以检测可能的偏移。
在一些实施例中，可以使用随时间变化的灰度级来实施结构化图案。在此类情况下，通过光源将随时间变化的灰度级投影到待测量的表面上。然后，处理单元156利用算法在两个相机图像中找到对应的像素。已知该表面点的相机像素和相机配置(例如，灯舱中每个相机的位置和/或取向)，可以由处理单元156为每个相机确定朝向该对象点的射线的角度。由于灯舱中两个摄像机之间的距离是已知的，因此处理单元156然后可以使用三角测量技术来计算到该表面点的距离(也称为“表面距离”)。在一些实施例中，可以从相机灯舱测量到表面点的此种距离。可以针对所有对象点重复上述过程，从而创建深度/距离图，该深度/距离图表示已知坐标系中的感兴趣表面。
在一种实施方式中，给定灯舱中的相机中的每个(或单个相机中的图像传感器)记录具有投射到患者/感兴趣对象上的不同条纹图案的一系列图像。然后由处理单元156从那些图像创建视差图。视差图测量两个相机所看到的两个对应点的距离。然后，处理单元156使用这些视差图来创建3D有序点云，即由两个相机(在给定坐标系中)看到的对象的表面信息。利用多个灯舱，此类3D有序点云可以由处理单元156合并为更大的公共表面。更大的公共表面是有利的，因为它填充了一个或几个灯舱看不到的区域的间隙，并且它可以增加整个视场。
在另一种实施方式中，在处理期之前，可以生成投射到患者身上的结构光的图像并将其记录为4D患者表面。
光学系统150可以被配置为提供患者设置、患者监测、设备监测、呼吸运动控制、防止患者-机器碰撞或前述的任何组合。此外，在一些实施例中，通过将患者的外表面信息(由光学系统150提供)与内部解剖学结构的x射线成像组合，可以实现高度集成和自动化的处理工作流程。
常规地，在基于表面的监测工作流中，用户手动定义患者的3D表面图像上的感兴趣区域(ROI)。ROI被辐射处理系统(例如，辐射治疗系统)使用，以测量诸如呼吸运动之类的运动。
如图1A所示，控制系统18可以与用户界面设备90通信。用户界面设备90可以使用计算机、平板计算机、智能电话或任何其它手持装置来实现。用户界面设备90包括用于显示从控制系统提供给用户界面设备90的信息的屏幕92和用于控制屏幕92以显示用户界面的处理电路系统95。界面设备90和控制系统18之间的通信可以遵循任何合适的有线或无线通信标准或协议，诸如通用移动电信系统(UMTS)、长期演进(LTE)、高级LTE(LTE-A)、第五代(5G)新无线电(NR)、无线保真度(Wi-Fi)和全球微波接入互操作性(WiMAX)标准，并且采用任何合适的通信技术，包括例如多输入多输出(MIMO)、正交频分复用(OFDM)、时分复用(TDM)、频分复用(FDM)、码分复用(CDM)、蓝牙、ZigBee和机器类型通信(MTC)、增强型移动宽带(eMBB)、大规模机器类型通信(mMTC)、超可靠低时延通信(URLLC)、载波聚合(CA)、双连接(DC)、新无线电未授权(NR-U)技术
用户界面设备的处理电路系统95被配置为使平板计算机显示来自光学表面监测系统的信息。处理电路系统95还被配置为基于来自用户的输入来控制不同的工作流步骤(例如，开始呼吸分析阶段、如果用户不批准系统提议则定义监测ROI)。
图2示出了包括被配置为产生3D患者表面图像(例如，如图1B所示)的两个立体相机的医疗系统的示例实施例。在相机是立体相机并且立体相机154的数量是两个的示例中，可以通过组合来自不同相机154的点云来形成患者的表面模型。两个立体相机154可以被定位成查看患者20的相对侧。特别地，第一立体相机154被定位成从患者20的右侧查看该患者，并且第二立体相机154被定位成从患者20的左侧查看该患者。在另一个示例中，可以有第一相机154，其被定位成从患者20的头部上方朝向足部方向查看该患者，以及第二相机154，其被定位成从患者20的足部下方朝向头部方向查看该患者。在一些实施例中，处理单元156可被配置为从第一立体相机154接收第一图像(例如，具有第一深度信息)，并且从第二立体相机154接收第二图像(例如，具有第二深度信息)。因为两个立体相机154之间的相对位置是已知的，所以处理单元156可以使用该位置信息来执行坐标变换，使得来自两个图像的患者20的表面可以被组合以形成患者的3D表面图像。
类似地，处理单元156和/或处理电路系统54可以确定立体相机的参考系与辐射源(例如LINAC)的参考系之间的变换。
在一些实施例中，处理单元156可以被配置为基于预期的和/或检测到的受保护表面位置和尺寸，从立体相机154的整个视场或经合并的多相机视图的点云确定表面的运动。如果系统包括多个相机154，则可以校准多个相机以对准相机从而产生合并视图。
在一些实施例中，处理单元156可以生成如Geng,Structured-light 3D surfaceimaging:a tutorial,Advances in Optics and Photonics,Vol.3,Issue 2,pp.128-160(2011)中描述的运动值，该文献的全部内容通过引用并入本文。
图3示出了根据示例实施例的显示患者的运动的方法。图3的方法可以由诸如医疗系统10的医疗系统执行。参考图3描述的计算和算法可以由诸如控制系统18的控制系统执行。更具体地，控制系统内的处理电路系统被配置为使医疗系统执行本文中描述的功能。如果处理电路系统是处理器，则处理器被配置为使医疗系统通过执行存储在存储器中的指令来执行本文中描述的功能。
在S305，控制系统获取患者的表面信息，例如患者表面。例如，控制系统通过组合由3D立体相机在特定时间段(学习阶段)产生的多个3D点云来获取在该特定时间段中的患者表面的4D点云。
特定时间段可以足够覆盖多个呼吸周期，诸如4-5个呼吸周期。在其它实施例中，特定时间段可以更长以覆盖更多的呼吸周期。在其它实施例中，特定时间段可以更短以覆盖更少的呼吸周期。
在一些实施例中，特定时间段是控制系统获取关于患者的呼吸样本的阶段(并且不仅仅是幅度)的信息的足够时间。例如，在4DCT采集期间，4D CT可以被分组为10个3D CT，其中每个3D CT表示呼吸周期内的不同阶段。
在其它实施例中，例如，对于DIBH，特定时间段被设置为获取幅度。
4D点云可以与患者表面的多个区域的测量结果相关联。例如，控制系统可以从患者的第一区域获取第一运动信号并且从患者的第二区域获取第二运动信号。
第一区域和第二区域对应于潜在ROI。潜在ROI可以由控制系统基于(例如，如DICOMRT中所阐述的)患者处理信息来定义。ROI也可以根据与本申请同一天提交的美国申请号XX/XXX,XXX来定义，该申请的标题为“Methods,Systems and Computer ReadableMediums for Determining a Region-of-Interest in Surface-Guided Monitoring”，代理人案卷号32860V-003545-US，其全部内容通过引用并入本文。
在其它示例实施例中，手动设置潜在ROI区域。
运动信息用于找到和定义正确的ROI区域(例如，胸部和腹部)。
在S310，控制系统基于表面信息确定患者的运动。当患者被放置在诊察台上时，控制系统可以开始监测患者表面的特定区域的运动。控制系统所监测的特定区域(例如，可能的感兴趣区域)基于临床方案(例如，CT成像指导和/或来自医师的指令)。例如，为了评估呼吸运动，控制系统监测患者表面的上胸腔(胸部)区域和腹部区域。控制系统可以监测特定区域中的竖直幅度变化。
在监测期间，控制设备可以向用户界面设备(例如，用户界面设备90)提供竖直幅度变化。更具体地，控制设备向用户界面设备提供对应于表面信息中的测量结果并基于该表面信息中的测量结果随时间改变的第一运动图(例如，热图)。用户界面设备可以显示第一运动图，如图4所示。
图4示出了根据示例实施例的用户界面。
用户界面402的一部分显示所测量的运动的热图404。热图的形状对应于处理和/或成像期间患者的位置。
在图4的示例中，两个特定区域被标识为可能的感兴趣区域。更具体地，图4所示的示例用于评估呼吸运动。因此，用户界面设备提供患者表面的上胸腔(胸部)区域405的轮廓线和腹部区域410的轮廓线。用户界面402的另一部分提供用于指示与每个阴影相关联的运动水平的键415。
用户界面402的另一部分420显示区域405内的平均竖直运动，并且用户界面402的另一部分425显示区域410内的平均竖直运动。部分420和425是活动图像，因为部分420和425可以随着控制系统获取的运动信息而改变。
图7A示出了部分420和425的放大视图。部分420包括指示区域405的实时平均运动的水平条420a和指示在特定时间段期间发生的区域405的最大平均运动的竖直线420b。部分425包括指示区域410的实时平均运动的水平条425a和指示在特定时间段期间发生的区域410的最大平均运动的竖直线425b。
控制系统通过对在采样期(即，特定时间段)在特定区域中的采样点之间的幅度变化求平均来确定特定区域的实时平均运动。
此外，在S310期间，控制系统确定在特定时间段期间3D患者表面的每个点的平均竖直幅度变化。特定时间段也可以被称为学习阶段。
图5示出了确定3D患者表面的每个点的平均竖直幅度变化的示例实施例。
在S505，控制系统存储在该时间段的竖直运动采样点。在一些实施例中，采样频率可以是20-30Hz，但不限于此。
在S510，控制系统确定并分析采样点的幅度变化。例如，控制器系统确定区域的采样点之间的幅度变化。
在S515，控制系统对采样点执行离散傅里叶变换(DFT)以生成采样数据点的周期图。在S520，控制系统分析周期图以确定主信号频率。
在S525，控制系统根据主信号频率确定平均幅度和相位。控制系统可以使用已知的方法，诸如峰值搜索。平均相位提供患者的呼吸频率。
返回参考图3，在S315，控制系统向用户界面设备提供感兴趣区域的指示符。在S315期间，控制系统基于所确定的运动来确定患者的感兴趣区域，并将所确定的感兴趣区域提供给用户界面设备。更具体地，控制系统可以根据在S310确定的3D患者表面的每个点的平均竖直幅度变化来确定感兴趣区域。
在一些示例实施例中，由控制系统确定的ROI基于运动强度，诸如是具有最高运动(移动)值的点或多个点的区域。在其它示例实施例中，由控制系统确定的ROI还基于患者解剖学结构信息和/或在点云上检测到的界标(例如，解剖学结构界标是在手臂从躯干分叉的点之间放置的10cm×10cm区域)。
例如，控制系统可以将来自区域405的运动信号与来自区域410的运动信号进行比较。来自区域405的运动信号表示区域405在特定时间段的平均运动变化，并且来自区域410的运动信号表示区域410在特定时间段的平均运动变化。
在一些实施例中，控制系统将与在特定时间段的最高平均运动相关联的区域确定为患者的ROI。
另外，控制系统可基于特定区域的信噪比(SNR)或对比度噪声比(CNR)中的至少一项来确定ROI。例如，相对于图像的其它区域中的SNR值的高SNR指示强呼吸运动和来自其它运动的仅很少的“噪声”。控制系统可以确定ROI是具有最高SNR的区域。
控制设备将平均运动热图和ROI传送到用户界面设备(例如，ROI的指示符)。更具体地，控制设备向用户界面设备提供描绘患者的平均运动的平均运动图(例如，平均运动热图)。平均运动图是静态图并且包括ROI。用户界面设备可以显示平均运动图，如图6所示。
用户界面设备可以实时显示竖直幅度的平均变化，如图6所示。
图6示出了根据示例实施例的用户界面。
用户界面602的一部分显示所测量的运动的热图604。热图的形状对应于处理和/或成像期间患者的位置。
使用来自控制系统的ROI指示符，用户界面设备使用户界面602显示对应于由控制系统确定的ROI的轮廓线606。用户界面602的另一部分提供用于指示与每个阴影相关联的运动水平的键615。
用户界面602的另一部分620显示区域405内的平均竖直运动，并且用户界面602的另一部分625显示区域410内的平均竖直运动。部分620和625是静态图像，因为部分620和625在获取患者的运动信息的特定时间段之后由用户界面设备显示。
图7B示出了部分620和625的放大视图。部分620包括指示ROI 606的平均运动的水平条620a，以及指示在特定时间段期间发生的ROI 606的最大平均运动的竖直线620b。
部分625包括指示区域410的实时平均运动的水平条625a，以及指示在特定时间段期间发生的区域410的最大平均运动的竖直线625b。
返回参考图6，用户界面602的另一部分630显示在ROI 606内所测量的实况运动信息。在一些示例实施例中，另一部分630显示表示ROI 606内的竖直移动的波形。因此，虽然热图604示出在第一时间段期间捕获的信息，但是另一部分630显示在第一时间段之后发生的实况运动信息。
虽然热图以灰色阴影示出以用于编码呼吸运动，但是应当理解，颜色阴影可用于示出运动的变化。可视化允许容易地检测由于患者呼吸而移动最多的那些身体区域。它还允许区分患者是用胸部呼吸还是用腹腔/膈膜呼吸。这与深度吸气屏气CT采集或RT处理具有临床相关性。可视化还将允许剪切低于或高于某个阈值的运动，这可以在用户回顾信息时帮助用户。图的颜色也可以被映射到相对标度(红色＝每采集帧的最大值)或绝对标度(红色＝5cm的幅度)。
如上所述，控制系统转换表面信息(例如，3D点云)并将3D/4D信息转换为二维(3D)运动图(例如，第一运动图和平均运动图)。
图8是示出可用于实施本文中描述的各种实施例的专用控制系统1600的实施例的框图。例如，控制系统1600可以被配置为显示根据示例实施例的用户界面。
此外，在一些实施例中，控制系统1600可用于实施处理电路系统54、处理单元156或用户界面设备90中的处理电路系统。控制系统1600也可以是本文中描述的任何控制系统的示例。
控制系统1600包括总线1602或用于传送信息的其它通信机构，以及与总线1602耦合以用于处理信息的处理电路系统1604(例如，至少一个处理器和/或ASIC)。在处理电路系统1604是被配置为执行所存储的指令的硬件(例如，处理器)的示例中，控制系统1600还包括主存储器1606，诸如随机存取存储器(RAM)或其它动态存储设备，其耦合到总线1602以用于存储将由处理电路系统1604执行的信息和指令。主存储器1606还可用于在执行将由处理电路系统1604执行的指令期间存储临时变量或其它中间信息。控制系统1600还包括只读存储器(ROM)1608或其它静态存储设备，其耦合到总线1602以用于存储处理电路系统1604的静态信息和指令。可提供诸如磁盘或光盘的数据存储设备1610，并将其耦合到总线1602以用于存储信息和指令。
控制系统1600可以经由总线1602耦合到显示器1612，诸如平板显示器，以用于向用户显示信息。诸如触摸屏的输入/输出设备1614耦合到总线1602，以用于向处理电路系统1604传送信息和命令选择。另一种类型的用户输入装置是光标控件1616，诸如鼠标、轨迹球或光标方向键，以用于将方向信息和命令选择传送到处理电路系统1604，并用于控制显示器167上的光标移动。该输入设备通常具有两个轴线(第一轴线(例如，x)和第二轴线(例如，y))中的两个自由度，这允许设备指定平面中的位置。
虽然显示器1612和I/O设备1614被示为在控制系统1600的外部，但是应当理解，显示器1612和I/O设备1614是诸如图8所示的控制系统1600的一部分。
在一些实施例中，控制系统1600可用于执行本文中描述的各种功能。根据一些实施例，此种使用由控制系统1600响应于处理电路系统1604执行包含在主存储器1606中的一个或多个指令的一个或多个序列而提供。本领域技术人员将知道如何基于本文中描述的功能、算法和方法来准备此类指令。此类指令可以从另一个处理器可读介质(诸如存储设备1610)读入主存储器1606中。主存储器1606中包含的指令序列的执行使处理电路系统1604执行本文中描述的过程步骤。多处理布置中的一个或多个处理器也可用于执行主存储器1606中包含的指令序列。在可替代实施例中，硬连线电路可代替软件指令或与软件指令组合使用以实施本文中描述的各种实施例。因此，实施例不限于硬件电路和软件的任何特定组合。
传输介质包括同轴电缆、铜线和光纤，其包括构成总线1602的导线。传输介质还可以采取声波或光波的形式，诸如在无线电波和红外数据通信期间生成的那些声波或光波。
各种形式的处理器可读介质可涉及将一个或多个指令的一个或多个序列承载到处理电路系统1604以用于执行。例如，指令最初可以被承载在远程计算机的磁盘上。远程计算机可以将指令加载到其动态存储器中，并通过网络诸如互联网或本地网络发送指令。控制系统1600本地的接收单元可以从网络接收数据并在总线1602上提供数据。总线1602将数据承载到主存储器1606，处理电路系统1604从该主存储器检索并执行指令。由主存储器1606接收的指令可以可选地在由处理电路系统1604执行之前或之后存储在存储设备1610上。
控制系统1600还包括耦合到总线1602的通信接口1618。通信接口1618提供耦合到与本地网络1622连接的网络链路1620的双向数据通信。例如，通信接口1618可以是综合业务数字网(ISDN)卡或调制解调器，以提供到对应类型电话线的数据通信连接。作为另一个示例，通信接口1618可以是局域网(LAN)卡，以提供到兼容LAN的数据通信连接。也可以实施无线链路。在任何此种实施方式中，通信接口1618发送和接收承载表示各种类型信息的数据流的电、电磁或光信号。
网络链路1620通常通过一个或多个网络向其它设备提供数据通信。例如，网络链路1620可以提供通过本地网络1622到主机计算机1624或到诸如辐射束源或可操作地耦合到辐射束源的开关的装备1626的连接。通过网络链路1620传送的数据流可以包括电、电磁或光信号。通过各种网络的信号和网络链路1620上的信号以及通过通信接口1618的信号(其承载去往和来自控制系统1600的数据)是传送信息的载波的示例性形式。控制系统1600可以通过(多个)网络、网络链路1620和通信接口1618发送消息和接收数据，包括程序代码。
尽管本文中可以使用术语第一、第二等来描述各种元件，但是这些元件不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件与另一个元件。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件。如本文中所用，术语“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个项目的任何和所有组合。
当元件被称为“连接”或“耦合”到另一个元件时，其可直接连接或耦合到另一个元件或可存在中间元件。相反，当元件被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一个元件时，不存在中间元件。用于描述元件之间的关系的其它词语应以类似的方式解释(例如，“在……之间”对“直接在……之间”，“相邻”对“直接相邻”等)。
本文中所用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并且不旨在是限制性的。如本文中所用，单数形式“一个”、“一种”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另外明确指出。将进一步理解，术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“包括(includes)”和/或“包括(including)”在本文中使用时指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件和/或其群组的存在或添加。
还应当注意，在一些可替代实施方式中，所指出的功能/动作可以不按照图中所指出的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能/动作，连续示出的两个图实际上可以基本上同时执行，或者有时可以以相反的顺序执行。
在以下描述中提供具体细节以提供对示例实施例的透彻理解。然而，所属领域的技术人员将了解，可在没有这些具体细节的情况下实践示例实施例。例如，可以在框图中示出系统，以便不以不必要的细节模糊示例实施例。在其它情况下，可以在没有不必要的细节的情况下示出公知的过程、结构和技术，以便避免模糊示例实施例。
如本文中讨论的，将参考操作的动作和符号表示来描述说明性实施例(例如，以流程图、流图、数据流图、结构图、框图等的形式)，这些操作的动作和符号表示可被实施为程序模块或功能过程，其包括执行特定任务或实施特定抽象数据类型的例程、程序、对象、部件、数据结构等，并且可使用现有硬件来实施，例如，处理或控制电路，诸如但不限于一个或多个处理器、一个或多个中央处理单元(CPU)、一个或多个控制器、一个或多个算术逻辑单元(ALU)、一个或多个数字信号处理器(DSP)、一个或多个微型计算机、一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)、一个或多个片上系统(SoC)、一个或多个可编程逻辑单元(PLU)、一个或多个微处理器、一个或多个专用集成电路(ASIC)，或能够以所定义的方式响应并执行指令的任何其它装置。
尽管流程图可将操作描述为顺序过程，但许多操作可并行、并发或同时执行。此外，可以重新安排操作的顺序。过程可以在其操作完成时终止，但是也可以具有图中未包括的附加步骤。过程可对应于方法、函数、程序、子例程、子程序等。当过程对应于函数时，其终止可对应于函数返回到调用函数或主函数。
如本文所讨论，术语“存储器”，“存储介质”，“处理器可读介质”，“计算机可读存储介质”或“非暂时性计算机可读存储介质”可表示用于存储数据的一个或多个设备，包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁性RAM、核心存储器、磁盘存储介质、光学存储介质、闪存设备和/或用于存储信息的其它有形机器可读介质。术语“计算机可读介质”可以包括但不限于便携式或固定存储设备、光学存储设备以及能够存储、包含或承载(多个)指令和/或数据的各种其它介质。
此外，示例实施例可以由硬件、软件、固件、中间件、微代码、硬件描述语言或其任何组合实施。当以软件、固件、中间件或微代码实施时，用于执行必要任务的程序代码或代码段可被存储在机器或计算机可读介质诸如计算机可读存储介质中。当以软件实施时，一个或多个处理器将执行必要的任务。例如，如上所述，根据一个或多个示例实施例，至少一个存储器可以包括或存储计算机程序代码，并且至少一个存储器和计算机程序代码可以被配置为与至少一个处理器一起使网络元件或网络设备执行必要的任务。另外，处理器、存储器和被编码为计算机程序代码的示例算法用作用于提供或引起执行本文中讨论的操作的装置。
如本文中所用，术语“包括”和/或“具有”被定义为包括(即开放式语言)。如本文中所用，术语“耦合”被定义为连接，尽管不一定是直接连接，并且不一定是机械连接。从词语“指示(indicating)”得出的术语(例如，“指示(indicates)”和“指示(indication)”)旨在涵盖可用于传达或引用所指示的对象/信息的所有各种技术。可用于传达或引用所指示的对象/信息的技术的一些但不是全部示例包括所指示的对象/信息的传送、所指示的对象/信息的指示符的传送、用于生成所指示的对象/信息的信息的传送、所指示的对象/信息的某个部分或一部分的传送，所指示的对象/信息的某个派生的传送，以及表示所指示的对象/信息的某个符号的传送。
根据示例实施例，医疗系统可以是(或包括)硬件、固件、执行软件的硬件或其任何组合。此种硬件可以包括处理或控制电路，诸如但不限于，一个或多个处理器、一个或多个CPU、一个或多个控制器、一个或多个ALU、一个或多个DSP、一个或多个微型计算机、一个或多个FPGA、一个或多个SoC、一个或多个PLU、一个或多个微处理器、一个或多个ASIC，或能够以所定义的方式响应和执行指令的任何其它装置。
上面已经参考具体实施例描述了益处、其它优点和问题的解决方案。然而，益处、优点、问题的解决方案，以及可以引起或得出此类益处、优点或解决方案，或者使此类益处、优点或解决方案变得更显著的任何要素不应被解释为任何或所有权利要求的关键的、必需的或基本的特征或要素。

Claims (16)

1.一种方法，包括：
使用相机获取患者的表面信息；
基于所述表面信息确定所述患者的运动；以及
基于所述运动提供所述患者的感兴趣区域ROI的指示符。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述提供所述指示符包括：
基于所述运动确定所述患者的所述ROI。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述ROI对应于所述患者的具有最高移动值的区域。
4.根据权利要求2所述的方法，其中所述获取所述表面信息包括：
从所述患者的第一区域获取第一运动信号，以及
从所述患者的第二区域获取第二运动信号，所述ROI基于所述第一运动信号和所述第二运动信号。
5.根据权利要求2所述的方法，其中所述确定所述ROI基于以下至少一项：
与所述患者的第一区域相关联的信噪比，或者
所述第一区域中与所述患者的静态区域中的移动之间的对比度噪声比。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述确定运动包括：
在显示所述指示符之前提供所述患者的第一运动图，所述第一运动图对应于所述表面信息中的测量结果，并且基于所述表面信息中的所述测量结果而随时间改变。
7.根据权利要求6所述的方法，其中
所述确定所述患者的所述运动包括：
基于所述表面信息中的所述测量结果，确定所述患者的平均运动，所述平均运动是平均竖直变化，并且
所述提供所述指示符包括：
在显示所述第一运动图之后显示平均运动图，所述平均运动图描绘所述患者的所述平均运动，所述平均运动图是静态图并且所述平均运动图包括所述ROI，以及
在所述平均运动图中所述患者的所述ROI之上显示所述指示符。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述表面信息是三维3D点云，并且显示所述患者的所述ROI的所述指示符是在二维2D运动图上显示所述指示符。
9.一种装置，包括：
处理电路系统，被配置为使所述装置：
使用相机获取患者的表面信息，
基于所述表面信息确定所述患者的运动，以及
基于所述运动提供所述患者的感兴趣区域ROI的指示符。
10.根据权利要求9所述的装置，其中所述处理电路系统被配置为使所述装置：
基于所述运动来确定所述患者的所述ROI。
11.根据权利要求10所述的装置，其中所述ROI对应于所述患者的具有最高移动值的区域。
12.根据权利要求10所述的装置，其中所述处理电路系统被配置为使所述装置：
从所述患者的第一区域获取第一运动信号，以及
从所述患者的第二区域获取第二运动信号，所述ROI基于所述第一运动信号和所述第二运动信号。
13.根据权利要求10所述的装置，其中所述处理电路系统被配置为使所述装置基于以下至少一项来确定所述ROI：
与所述患者的第一区域相关联的信噪比，或者
所述第一区域中与所述患者的静态区域中的移动之间的对比度噪声比。
14.根据权利要求9所述的装置，其中所述处理电路系统被配置为使所述装置：
在显示所述指示符之前提供所述患者的第一运动图，所述第一运动图对应于所述表面信息中的测量结果，并且基于所述表面信息中的所述测量结果而随时间改变。
15.根据权利要求14所述的装置，其中所述处理电路系统被配置为使所述装置：
基于所述表面信息中的所述测量结果确定所述患者的平均运动，所述平均运动是平均竖直变化，
在显示所述第一运动图之后显示平均运动图，所述平均运动图描绘所述患者的所述平均运动，所述平均运动图是静态图并且所述平均运动图包括所述ROI，以及
在所述平均运动图中所述患者的所述ROI之上显示所述指示符。
16.根据权利要求9所述的装置，其中所述表面信息是三维3D点云，并且显示所述患者的所述ROI的所述指示符是在二维2D运动图上显示所述指示符。
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