CN117835912A - 多模态辐射装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种成像装置包括：可旋转台架系统，其至少部分地围绕患者支架被定位；第一辐射源，其耦合到所述可旋转台架系统，所述第一辐射源被配置用于对辐射进行成像；第二辐射源，其耦合到所述可旋转台架系统；以及第一辐射检测器，其耦合到所述可旋转台架系统并且相对于所述第一辐射源的中心射束横向可移动，以在各种视场上接收来自至少所述第一辐射源的辐射。还提供了所述成像装置的替代配置和使用所述成像装置的方法。

Description

多模态辐射装置和方法

相关申请的交叉参考

本申请要求2021年7月13日递交的题为“MULTIMODAL RADIATION APPARATUS ANDMETHODS”的美国专利申请No.17/374,618的优先权，该专利申请通过引用而被整体结合于此。

技术领域

本公开涉及利用多模态辐射(multimodal radiation)进行成像，并且更具体地，结合利用低能辐射(例如，千伏(kV))和高能辐射(例如，兆伏(MV))来改进成像，这其中包括计算机断层摄影(CT)扫描。

背景技术

术语“放射外科手术”指的是这样的过程，其中，与在更大数目的分次(fraction)中以每分次(per fraction)较低剂量的递送相比，以在更少的治疗期或分次中足以使病理坏死的剂量将放射施加到目标区域。放射外科手术的典型特征是，与放射疗法不同，每分次具有相对高的放射剂量(例如500-2000厘戈瑞)和低分次(例如，一至五个分次或治疗日)。放射疗法的典型特征是每分次低剂量(例如100-200厘戈瑞)和超分次(例如，30-45个分次)。为了方便起见，术语“放射治疗”和“放射疗法”在这里可互换地使用，以表示放射外科和/或放射疗法，除非另外指出。

与每个放射治疗系统相关联的是成像系统，其提供用于建立并且在一些示例中引导放射递送过程和跟踪治疗中的目标运动的图像。已知的方法利用不同的、独立的图像辐射源(一个或多个)和/或检测器(一个或多个)用于患者设置和治疗中的图像。治疗期间的目标或目标体积跟踪通过将治疗中图像与先前图像或治疗前图像信息进行比较来实现。治疗前图像信息可以包括例如CT数据、锥形束CT(CBCT)数据、磁共振成像(MRI)数据、正电子发射断层摄影(PET)数据或3D旋转血管造影(3DRA)数据、以及从这些成像模态(例如但不限于数字重建射线照片(DRR))获得的任何信息。

在放射治疗中通常有两个主要目标：(i)向目标体积递送高度适形的剂量分布(通过利用CT成像以使辐射的递送/剂量与目标的形状一致；尽可能多地避开正常组织)；以及(ii)在每个治疗分次中以高精度递送治疗射束。第三个目标是在每分次尽可能少的时间内实现上述两个主要目标。例如，递送更适形的剂量分布可能需要递送非共面射束的能力。精确地递送治疗射束可能需要跟踪目标体积内碎片的位置的能力。增加递送速度的能力需要精确、准确和快速地移动辐射源而不碰到房间或患者中的其它对象和/或违反管理机构速度限制的能力。

已经提出CBCT作为与放射治疗系统结合使用的治疗中成像模态(modality)，在一些情况下作为kV成像模态，而在其他情况下作为MV(入口)成像模态。CBCT成像直接从目标体积的2D投影构建3D体积图像，并且CBCT提供了从围绕目标体积的单次台架旋转(更具体地，至少180度加上扇形射束角的旋转)形成3D图像体积的能力。CBCT还提供了更各向同性的空间分辨率。

使用CBCT的剂量计算和治疗计划要求CBCT图像具有高质量和定量的准确性。然而，当发生横向的、平面内的患者截断(即，横轴截断(transaxial truncation))时，引入了伪影和定量偏差，使得CBCT图像可能不适合用于剂量计算和治疗计划。尽管通过患者定位和扫描视场(FOV)选择，可以减少横轴患者截断，但是自动患者定位和FOV选择可能是具有挑战性的。例如，选择小于患者尺寸的FOV和/或在FOV内偏心(off-centered)患者定位可能导致横向(即，横轴)截断。另外，选择足够大的FOV需要更大的检测器偏移、未用于探测患者数据的更大的检测器面积、以及对于相同患者剂量的不太有用的患者数据。

使用平板(flat-panel)检测器的传统CBCT系统通过将所述平板检测器从第一位置2移动到第二位置3而相对于中心射束1横向偏移所述平板，以实现与原始FOV 5相比的放大的有效FOV 4，如图1所示。然而，所述偏移被限制到检测器的横向尺寸的一半减去最小重叠区域6。例如，如果检测器的横向尺寸是40cm且重叠是5cm，则检测器的最大偏移7是15cm。有效最大扫描FOV 4等价于虚拟中心检测器的有效最大扫描FOV，该虚拟中心检测器具有实际检测器横向尺寸加上两倍最大偏移7的总和的尺寸，或者对于前一示例为70cm。

因此，可能需要用于减少横轴患者截断并增加最大FOV大小的替代系统和方法。本文所述的各种实施例可使CBCT系统的有效扫描FOV能够超过患者扫描的常规极限和/或实现自动FOV选择，同时减少或甚至避免横轴患者截断。

发明内容

在第一实施例中，成像装置包括：至少部分地围绕患者支架被定位的可旋转台架系统；第一辐射源，其耦合到所述可旋转台架系统，所述第一辐射源被配置用于对辐射进行成像；第二辐射源，其耦合到所述可旋转台架系统；以及第一辐射检测器，其耦合到所述可旋转台架系统并且相对于所述第一辐射源的中心射束(central beam)横向可移动，以在各种视场上接收来自至少所述第一辐射源的辐射。

根据第二实施例，一种成像装置包括根据第一实施例的成像装置，其中，在第一扫描期间采集第一扫描数据，在第二扫描期间采集第二扫描数据，并且组合所述第一扫描数据和所述第二扫描数据以提供与所述成像装置的有效视场相对应的数据集，所述有效视场单独地大于所述各种视场中的任何视场。

根据第三实施例，一种成像装置包括根据第二实施例的成像装置，其中，所述第一辐射检测器在所述第一扫描期间处于第一位置，所述第一辐射检测器在所述第二扫描期间处于第二位置，并且所述第一位置和所述第二位置具有横向重叠。

根据第四实施例，一种成像装置包括根据第二或第三实施例的成像装置，并且还包括重建处理器，所述重建处理器被配置为基于包括所述第一扫描数据和所述第二扫描数据的数据集来生成重建图像，其中，与所述第一扫描数据和所述第二扫描数据中的每个相比，所述数据集具有减少的横轴截断。

根据第五实施例，一种成像装置包括根据第二至第四实施例中的任一项所述的成像装置，所述第一扫描包括第一螺旋扫描，所述第二扫描包括第二螺旋扫描，其中，所述患者支架在所述第二扫描中相对于所述第一扫描在轴面(transaxial plane)中移动。

根据第六实施例，一种成像装置包括根据任一前述实施例的成像装置，其中，所述第一辐射源或所述第二辐射源中的至少一者被配置为产生锥形束几何形状。

根据第七实施例，一种成像装置包括根据任一前述实施例的成像装置，其中，所述第二辐射源被配置为治疗辐射源。

根据第八实施例，一种成像装置包括可绕中心轴旋转的台架系统；辐射源，其耦合到所述台架系统；以及辐射检测器，其耦合到所述可旋转台架系统并且在第一位置和第二位置之间横向可移动，其中在所述第一位置中，所述辐射检测器与辐射源的中心射束相互作用，在所述第二位置中，所述辐射检测器不与所述辐射源的中心射束相互作用，其中所述第一位置和所述第二位置具有横向重叠。

根据第九实施例，一种成像装置包括根据第八实施例的成像装置，其中，在第一扫描期间利用处于第一位置的检测器采集第一扫描数据，在第二扫描期间利用处于第二位置的检测器采集第二扫描数据，并且所述第一扫描数据和所述第二扫描数据被组合以提供对应于所述成像装置的有效视场的数据集，该有效视场单独地大于各种视场中的任何视场。

根据第十实施例，一种成像装置包括根据第八或第九实施例的成像装置，并且还包括重建处理器，所述重建处理器被配置为基于数据集，生成重建图像，所述数据集包括在所述检测器处于所述第一位置的情况下在第一扫描期间采集的第一扫描数据和在所述检测器处于所述第二位置的情况下在第二扫描期间采集的第二扫描数据，其中，与所述第一扫描数据和所述第二扫描数据相比，所述数据集具有减少的横轴截断或没有横轴截断。

根据第十一实施例，一种成像装置包括第八至第十实施例中的任一实施例的成像装置，其中，所述辐射源被配置为产生锥形射束几何形状。

根据第十二实施例，一种成像装置包括第八至第十一实施例中的任一实施例的成像装置，其中所述辐射源是第一辐射源，并且其中所述成像装置还包括第二辐射源，该第二辐射源被配置为治疗辐射源。

根据第十三实施例，一种成像装置包括第十二实施例的成像装置，其中所述第二辐射源具有与所述第一辐射源相同或比所述第一辐射源高的能级。

根据第十四实施例，一种成像装置包括第十二或第十三实施例中的任一项的成像装置，其中所述辐射检测器包括平板辐射检测器。

根据第十五实施例，一种使用成像装置的方法包括：接收与定位在患者支架上的患者的图像对应的数据；在辐射检测器处接收来自辐射源的第一扫描数据，所述辐射源被配置用于对辐射进行成像，其中，所述第一扫描数据包括扫描视场(FOV)，并且所述第一扫描数据是在第一扫描期间在所述辐射检测器处于相对于所述辐射源的中心射束的第一位置中并且所述患者支架处于相对于至少部分地围绕所述患者支架的可旋转台架系统的中心轴的第一位置中时采集的；基于所接收的对应于所述图像的数据和所述第一扫描数据，选择有效FOV，其中所述有效FOV被选择为最小化所述患者的投影中的横轴截断；以及基于所选择的有效FOV，确定以下至少一者的第二位置：辐射检测器相对于辐射源的中心射束和所述患者支架相对于可旋转台架系统的中心轴，其中所述第二位置从所述第一位置横向偏移。

根据第十六实施例，一种方法包括第十五实施例的方法，并且还包括：在辐射检测器处接收来自辐射源的第二扫描数据，该第二扫描数据是在第二扫描期间当辐射检测器和患者支架中的所述至少一者处于所述第二位置时被采集的。

根据第十七实施例，一种方法包括第十六实施例的方法，并且还包括：基于包括第一扫描数据和第二扫描数据的数据集，生成重建图像，其中该数据集在所述有效FOV内并且与第一扫描数据和第二扫描数据相比具有减少的横轴截断或者不具有横轴截断。

根据第十八实施例，一种方法包括第十六或第十七实施例的方法，所述第一扫描包括第一螺旋扫描，所述第二扫描包括第二螺旋扫描，其中，所述患者支架在所述第一螺旋扫描期间相对于所述可旋转台架系统在第一纵向方向上移动，并且在第二螺旋扫描期间相对于可旋转台架系统在第二纵向方向上移动，所述第二纵向方向与所述第一纵向方向相反。

根据第十九实施例，一种方法包括第十六至第十八实施例中的任一项的方法，其中，当辐射检测器处于第一位置时在第一扫描期间采集所述第一扫描数据，并且当辐射检测器处于第二位置时在第二扫描期间采集所述第二扫描数据。

根据第二十实施例，一种方法包括第十六至第十九实施例中的任一项的方法，其中，在所述患者支架处于所述第一位置时在所述第一扫描期间采集所述第一扫描数据，并且在所述患者支架处于所述第二位置时在所述第二扫描期间采集所述第二扫描数据。

关于一个实施例描述和/或示出的特征可以以相同的方式或类似的方式用于一个或多个其它实施例和/或与其它实施例的特征组合或代替其它实施例的特征。

本发明的描述不以任何方式限制权利要求中使用的词语或权利要求或发明的范围。权利要求中使用的词语具有其全部普通含义。

附图说明

在并入说明书并构成说明书的一部分的附图中，示出了本发明的实施例，其与上面给出的本发明的一般描述和下面给出的详细描述一起用于举例说明本发明的实施例。应当理解，附图中所示的元素边界(例如，框、框组或其他形状)表示边界的一个实施例。在一些实施例中，一个元件可以被设计为多个元件，或者多个元件可以被设计为一个元件。在一些实施例中，被示为另一元件的内部组件的元件可以被实现为外部组件，反之亦然。此外，元件可以不按比例绘制。

图1是现有技术偏移检测器配置的示意图。

图2是根据本文描述的一个或多个实施例的示例性多模态放射治疗装置的透视图。

图3是根据本文描述的一个或多个实施例的示例性多模态放射治疗设备的示意图。

图4是根据本文所述的一个或多个实施例的检测器配置的示意图。

图5A是根据本文所述的一个或多个实施例的患者支架配置的图解说明，其中患者支架处于第一位置。

图5B是根据本文所述的一个或多个实施例的患者支架配置的图解说明，其中图5A中的患者支架移动到第二位置。

图6示出了根据本文所述的一个或多个实施方式的示例性放射治疗环境。

图7示出了根据本文所述的一个或多个实施例的示例性多模态扫描配置的图示。

图8示出了根据本文所述的一个或多个实施例的另一示例性多模态扫描配置的图示。

图9是描绘根据本文描述的一个或多个实施例的组合来自多个扫描的扫描数据的示例性方法的流程图，其中在扫描之间重新定位了检测器。

图10是描绘根据本文所述的一个或多个实施例的组合来自多个扫描的扫描数据的示例性方法的流程图，其中在扫描之间重新定位了患者支架。

图11是描绘根据本文所述的一个或多个实施例的使用扫描数据来确定FOV并调整后续扫描的配置的示例性方法的流程图。

具体实施方式

以下包括了在整个公开中可以使用的示例性术语的定义。所有术语的单数和复数形式都落入每个含义内。

如本文所使用的“组件”可以被定义为硬件的一部分、软件的一部分或其组合。硬件的一部分可以至少包括处理器和存储器的一部分，其中所述存储器包括要执行的指令。组件可以与设备相关联。

如本文所使用的“逻辑”与“电路”同义，包括但不限于硬件、固件、软件和/或每个的组合，以执行(一个或多个)功能或(一个或多个)动作。例如，基于期望的应用或需要，逻辑可以包括软件控制的微处理器、诸如专用集成电路(ASIC)的离散逻辑、或其他编程的逻辑器件和/或控制器。逻辑也可完全体现为软件。

如本文所使用的“处理器”包括但不限于实际上任何数量的处理器系统或独立处理器中的一个或多个，例如任何组合的微处理器、微控制器、中央处理单元(CPU)和数字信号处理器(DSP)。处理器可以与支持处理器的操作的各种其它电路相关联，例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、时钟、解码器、存储器控制器或中断控制器等。这些支持电路可以在处理器或其相关电子封装的内部或外部。这些支持电路与处理器操作地通信。这些支持电路不一定在框图或其它附图中与处理器分开示出。

如本文所使用的“信号”包括但不限于一个或多个电信号(包括模拟或数字信号)、一个或多个计算机指令、比特或比特流等。

如本文所使用的“软件”包括但不限于一个或多个计算机可读和/或可执行指令，其使得计算机、处理器、逻辑和/或其他电子设备以期望的方式执行功能、动作和/或行为。指令可以以各种形式体现，诸如例程(routine)、算法、模块或包括来自动态链接源或库的单独应用或代码的程序。

虽然已经提供了上述示例性定义，申请人的意图是，与本说明书一致的最宽的合理解释被用于这些和其它术语。

如下面更详细地讨论的，所公开的技术的实施例涉及多模态成像/放射治疗设备和方法，其采用双扫描以实现与常规CBCT系统相比具有增加的有效扫描FOV和/或实现用于患者扫描的自动FOV选择，同时减少或避免了横轴患者截断。在各种实施例中，多模态成像/放射治疗设备的检测器处于用于第一扫描的第一位置中，并且移动到用于第二扫描的第二位置。将从第一扫描和第二扫描获得的数据进行组合以提供具有减少的横轴截断(例如，与单独的第一扫描数据或第二扫描数据中的每个相比)或甚至没有横轴截断的数据集，从而使得所得图像能够用于剂量计算和治疗计划(treatment planning)。

尽管在各种实施例中被描述为“双扫描”或“第一扫描”和“第二扫描”，但是图像采集方法可以包括或以其他方式利用多旋转扫描，其可以是例如连续扫描(例如，具有围绕中心轴的螺旋源轨迹以及患者支架通过台架孔的纵向移动)、具有患者支架的增量纵向移动的非连续圆形停止并反向(non-continuous circular stop-and-reverse)扫描、步进-发射圆形(step-and-shoot circular)扫描等。因此，如本文所使用的短语“双扫描”指的是包括多个旋转的扫描，其可以是连续的或非连续的。

参考图2和图3，示出了多模态装置10。将意识到，多模态装置10可以与放射治疗设备(如图3所示)相关联和/或集成到放射治疗算是把中，其可以用于各种应用，包括但不限于IGRT，例如作为IGRT递送系统(例如，图5所示的IGRT递送系统104，并且在下面详细讨论)。多模态装置10包括可旋转台架系统，称为台架12，其由支撑单元或外壳14支撑或以其他方式容纳在其中。这里的台架指包括一个或多个台架(例如，环或C形臂)的台架系统，当一个或多个辐射源和/或相关检测器围绕目标旋转时，台架能够支撑该一个或多个辐射源和/或相关检测器。例如，在一个实施例中，第一辐射源及其相关的检测器可以安装到台架系统的第一台架，第二辐射源及其相关的检测器可以安装到台架系统的第二台架。在另一个实施例中，多于一个的辐射源和相关联的(多个)检测器可以被安装到台架系统的同一台架，这其中包括例如其中该台架系统仅包括一个台架。台架、辐射源和辐射检测器的各种组合可以被组合到各种台架系统构造中，以在相同的装置内对相同的体积进行成像和/或处理。例如，kV和MV辐射源可以安装在台架系统的相同或不同台架上，并且作为IGRT系统的一部分而选择性地用于成像和/或治疗。如果安装到不同的台架，辐射源能够独立地旋转，但是仍然能够同时对相同(或几乎相同)的体积成像。可旋转的环形台架12可以是能够以10rpm或更高的速度旋转。

可旋转台架12限定台架孔16，患者可以移动进入并通过该台架孔，并且被定位用于成像和/或治疗。根据一个实施例，可旋转台架12被配置为滑环台架，以提供辐射源和相关联的(一个或多个)辐射检测器的连续旋转，同时为由(一个或多个)检测器接收的高质量成像数据提供足够的带宽。滑环门架可以消除台架在交替方向上的旋转，以便卷绕和解开承载与设备相关联的电力和信号的线缆。这种配置将允许连续的螺旋计算机断层摄影，这其中包括CBCT，即使当集成到IGRT系统中时也可以允许连续的螺旋计算机断层摄影。

患者支架18邻近可旋转台架12定位，并且配置成通常在水平位置支撑患者，以便纵向移动到可旋转台架12中和内部。所述患者支架18可以例如在垂直于台架12的旋转平面的方向上(沿着或平行于台架12的旋转轴)移动患者。所述患者支架18可以可操作地耦合到患者支架控制器，该控制器用于控制患者和患者支架18的移动。所述患者支架控制器可以与可旋转台架12和安装到旋转台架的辐射源同步，用于根据命令的成像和/或治疗计划而围绕患者纵轴旋转。一旦患者支架处于孔16中，患者支架也可以在有限的范围内上下左右移动，以调节患者位置以进行最佳治疗。示出了轴x、y和z，其中，从台架12的前面观察，x轴是水平的并指向右，y轴指向台架平面，z轴是垂直的并指向顶部。x、y和z轴遵循右手定则。

如图3所示，多模态装置10包括低能辐射源(例如kV)30，其耦合到可旋转台架12或者由其支撑。在该实施例中，低能辐射源30是成像辐射源，并且发射用于生成高质量图像的辐射束(通常表示为32)。在该实施例中，成像辐射源是x射线源30，其被配置为千伏(kV)源(例如，具有在大约20kV到大约150kV范围内的能量水平的临床x射线源)。在一个实施方案中，低能辐射源包括高达150keV的千电子伏峰值光子能量(keV)。成像辐射源可以是适于成像的任何类型的发射源。例如，成像辐射源可以是例如x射线产生源(包括用于CT)或产生具有足够能量和通量的光子的任何其它方式(例如，γ源(例如，钴-57，在122keV的能量峰值)、x射线荧光源(例如，通过Pb k线的荧光源，在约70keV和约82keV具有两个峰值)等)。这里对x射线、x射线成像、x射线成像源等的引用是特定实施例的示例。在各种其它实施例中，可以互换地使用其它成像发射源。x射线检测器34(例如，二维平面检测器)可以耦合到可旋转台架12或由其支撑。x射线检测器34被定位成接收来自x射线源30的辐射并且可以与x射线源30一起旋转。

应当理解，在不背离所公开的技术的范围的情况下，x射线检测器34可以采用多种配置。如图3和4所示，x射线检测器34可以被配置为平板检测器(例如，多行平板检测器)。检测器34可以检测或以其他方式测量未衰减的辐射量，并因此推断实际上被患者或相关联的患者ROI衰减的辐射量(通过与最初产生的辐射量比较)。当低能辐射源30旋转并向患者发射辐射时，检测器34可以检测或以其他方式收集来自不同角度的衰减数据。

尽管图2和3描述了具有安装到环形台架12的辐射源30的多模态装置10，但是其他实施例可以包括其他类型的可旋转成像装置，这其中例如包括C形臂台架和基于机器人臂的系统。在基于台架的系统中，台架使成像辐射源30围绕穿过等中心点的轴旋转。基于台架的系统包括C形臂台架，其中成像辐射源30以悬臂方式安装在穿过等中心点的轴上并绕该轴旋转。基于台架的系统还包括环形台架，例如具有大致环形形状的可旋转台架12，其中患者的身体延伸穿过环/多个环的孔，并且成像辐射源30安装在环的周边上并围绕穿过等中心点的轴旋转。在一些实施例中，台架12连续旋转。在其它实施例中，台架12利用基于缆绳的系统，该系统重复地旋转和反向。

准直器或射束形成器(beamformer)组件(一般表示为36)相对于x射线源30定位，以选择性地控制和调整由x射线源30发射的辐射束32的形状，以选择性地暴露x射线检测器34的有效区域的一部分或区域。所述射束形成器还可以控制如何将辐射束32定位在x射线检测器34上。在一个实施例中，射束形成器36可以具有一个运动度/维度(例如，以形成更薄或更粗的狭缝)。在另一个实施例中，射束形成器36可以具有两个运动度/维度(例如，以形成各种大小的矩形)。在其他实施例中，射束形成器36可以能够具有各种其他动态控制的形状，包括例如平行四边形。所有这些形状都可以在扫描期间被动态地调整。在一些实施例中，所述射束形成器的阻挡部分可以被旋转和/或平移。

可以控制所述射束形成器36以便以多种几何形状来动态地调整由x射线源30发射的辐射束32的形状，所述几何形状包括但不限于具有低至一个检测器行宽的射束厚度(宽度)的扇形束或锥形束，或者包括多个检测器行，其可以仅是检测器的有效区域的一部分。在各种实施例中，射束的厚度可以暴露几厘米的较大检测器有效区域。例如，具有约5至约6厘米的有效区域的检测器的约3至约4厘米(在检测器平面的纵向上测量)可以选择性地暴露于成像辐射32。在该实施方式中，可以利用每次读出来捕获约3至约4厘米的投影图像数据，在一侧或每侧上具有约1至约2厘米的未暴露检测器区域，其可以用于捕获散射数据，如下所述。

在其他实施例中，更多或更少的有效检测器区域的部分可以选择性地暴露于成像辐射。例如，在一些实施例中，射束厚度可以被减小到大约两厘米、一厘米、小于一厘米、或类似尺寸的范围，这其中包括使用更小的检测器。在其它实施例中，射束厚度可以增加到大约4厘米、大约5厘米、大于5厘米、或类似尺寸的范围，这其中包括更大的检测器。在各种实施例中，暴露检测器区域与有效检测器区域的比率(ratio of exposed-to-activedetector area)可为约30％至约90％或约50％至约75％。在其它实施例中，暴露检测器区域与有效检测器区域的比率可以是从大约60％到大约70％。然而，在其他实施例中，各种其他的暴露和有效区域尺寸或暴露检测器区域与有效检测器区域的比率可以是合适的。可以配置所述射束和检测器，使得检测器的阴影区域(有效的但未暴露于直接辐射)足以捕获半影区域之外的散射数据。

各种实施例可以包括对控制检测器的选择性暴露(例如，射束尺寸、射束/孔径中心、准直、节距、检测器读出范围、检测器读出中心等)的特征的优化，使得所测量的数据对于主要(暴露)区域和阴影区域是足够的，但是对于速度和剂量控制也是优化的。可以控制射束形成器36的形状/位置和检测器34的读出范围，使得来自x射线源30的辐射束32基于特定的成像任务和所执行的散射估计过程(包括例如窄和宽的轴向视场(aFOV)扫描的组合)而覆盖x射线检测器34的尽可能多或尽可能少的部分，如将在下面更详细地描述的。所述装置10具有获取单旋转锥形束和宽和窄束角图像(螺旋图像或其它图像)的能力。

所述射束形成器36可以以多种方式配置，以允许其调整由x射线源30发射的辐射束32的形状。例如，射束形成器36可以配置成包括一组钳口(jaws)或其他合适的构件，其限定和选择性地调整来自x射线源30的辐射束可以以准直方式穿过的孔径的大小。根据一个示例性配置，所述射束形成器36可以包括上颚(upper jaw)和下颚(lower jaw)，其中上颚和下颚在不同方向(例如，平行方向)上可移动以调整来自x射线源30的辐射束所穿过的孔径的大小，并且还调整射束32相对于患者的位置以仅照射患者的待成像的部分以用于优化成像和最小化患者剂量。

根据一个实施例，来自x射线源30的辐射束32的形状可以在图像采集期间改变。换句话说，根据一个示例性实施方式，可以在扫描之前或期间调整射束形成器36的叶片位置和/或孔径宽度。例如，根据一个实施例，在x射线源30的旋转期间，可以选择性地控制和动态地调整射束形成器36，使得辐射束32具有带有足够的主要/阴影区域的形状，并且在成像期间被调整为仅包括感兴趣的对象(例如，前列腺)。由x射线源30发射的辐射束32的形状可以在扫描期间或之后根据期望的图像采集而改变，所述期望的图像采集可以基于成像和/或治疗反馈，如以下更详细地讨论的。

如图4所示，检测器34可在第一位置2和第二位置80(以虚线示出)之间移动，在第一位置2，检测器34相对于中心射束1居中，在第二位置80，检测器34相对于中心射束1偏移。在实施例中，中心射束1在第二位置不被检测器34捕获。例如，检测器34可以安装到检测器组件，该检测器组件又耦合到台架。所述检测器组件包括检测器驱动器，其相对于所述检测器组件的框架将检测器横向地移动到期望的位置。第二位置80与第一位置2具有最小重叠82，使得检测器偏移84能够大于常规系统(例如，如图1所示)所能实现的检测器偏移。

虽然在图4中示出为相对于中心射束1居中，但是在实施例中，当在第一位置时，检测器34可以不相对于中心射束1居中，尽管中心射束1被检测器34捕获。在这样的实施例中，第二位置80与第一位置2具有最小重叠82。因此，在各种实施例中，当在第一位置时，检测器34与辐射源的中心射束1相互作用，而当在第二位置时，检测器34不与辐射源的中心射束相互作用，而是与第一位置重叠。

如下面将更详细描述的，检测器34的横向移动结合多模态装置10的双扫描能力可产生两组数据，当该两组被组合时，提供完整的数据集，其可以用于例如提供完整的患者扫描，同时减少或甚至避免横轴截断。

如图3所示，多模态装置10可以与放射治疗设备集成，该放射治疗设备包括耦合到可旋转台架12或由其支撑的高能辐射源(例如MV)20。根据一个实施例，高能辐射源20被配置为治疗辐射源，例如用于治疗感兴趣区域中患者内的肿瘤的高能辐射源。在其它实施方式中，高能辐射源20也被配置为成像辐射源，或至少被如此利用。应当理解，治疗辐射源可以是高能x射线束(例如MV x射线束)和/或高能粒子束(例如，电子束、质子束或较重的离子束，例如碳)或其它合适形式的高能辐射。在一个实施方案中，高能辐射源20包括1MeV或更大的兆电子伏峰值光子能量(MeV)。在一个实施例中，高能x射线束具有大于大约0.8MeV的平均能量。在另一个实施例中，高能x射线束具有大于大约0.2MeV的平均能量。在另一实施例中，高能x射线束具有大于大约150keV的平均能量。通常，高能辐射源20具有比低能辐射源30更高的能级(峰值和/或平均值等)。

在一个实施例中，高能辐射源20是产生治疗辐射(例如MV)的LINAC，并且成像系统包括产生相对低强度和低能量成像辐射(例如kV)的独立低能量辐射源30。在其它实施例中，治疗辐射源20可以是放射性同位素，例如Co-60，其通常具有大于约1MeV的能量。高能辐射源20可以根据治疗计划向支撑在患者支架18上的患者体内的感兴趣区域(ROI)发射一个或多个辐射束(通常由22表示)。

在各种实施方式中，高能辐射源20用作治疗辐射源和成像辐射源。如下面详细讨论的，辐射源20、30可以彼此结合使用，以提供更高质量和更好利用的图像。这里对治疗辐射源20的引用是将高能辐射源20与低能辐射源30区分开，低能辐射源30可以仅用于成像。然而，对治疗辐射源20的引用包括其中治疗辐射源20(高能辐射源)可以用于治疗和/或成像的实施例。在其他实施例中，至少一个附加辐射源可以耦合到可旋转台架12，并且被操作以在与辐射源20、30的峰值光子能量不同的峰值光子能量处采集投影数据。

检测器24可以耦合到可旋转台架12或由其支撑，并且被定位成接收来自治疗辐射源20的辐射22。检测器24可以探测或以其他方式测量未衰减的辐射量，因此推断实际上被患者或相关患者ROI衰减的辐射(通过与最初产生的辐射相比较)。当治疗辐射源20旋转并向患者发射辐射时，检测器24可以检测或以其他方式收集来自不同角度的衰减数据。

还应当理解，治疗辐射源20可以包括射束形成器或准直器，或者与射束形成器或准直器相关联。与治疗辐射源20相关的射束形成器可以以多种方式配置，类似于与成像源30相关的射束形成器36。例如，射束形成器可以配置为多叶片准直器(MLC)，其可以包括多个交错的叶片，这些叶片可操作以移动到最小打开或关闭位置和最大打开位置之间的一个或多个位置。应当理解，叶片可以移动到期望的位置以实现由辐射源发射的辐射束的期望形状。在一个实施例中，所述MLC能够具有亚毫米的目标定位精度。

所述治疗辐射源20可以被安装、配置和/或移动到与成像源30相同的平面或不同的平面(偏移)中。在一些实施例中，通过偏移所述辐射平面，可以减少由辐射源20、30的同时激活引起的散射。

在其他实施例中，可以通过使激活交错来避免散射。例如，在同时进行多模态成像的情况下，可以同时进行采集，而不需要同时进行单独的脉冲。在另一个实施例中，基于阴影的散射校正的使用可用于例如解决kV检测器上的MV散射的问题。

当与放射治疗设备集成时，多模态装置10可以提供用于设置(例如，对准和/或配准)、计划和/或引导放射递送过程(治疗)的图像。典型的设置是通过将当前(治疗中)图像与治疗前图像信息进行比较来完成的。治疗前图像信息可以包括例如CT数据、锥形束CT数据、MRI数据、PET数据或3D旋转血管造影(3DRA)数据、和/或从这些或其它成像形式获得的任何信息。在一些实施例中，所述多模态装置10可以跟踪治疗中的患者、目标或ROI运动。

重建处理器40可以可操作地耦合到检测器24和/或检测器34。在一个实施例中，重建处理器40被配置为基于由检测器24、34从辐射源20、30接收的辐射，生成患者图像。将意识到，重建处理器40可以被配置为用于执行下面更全面描述的方法。装置10还可以包括存储器44，其适于存储信息，这其中包括但不限于处理和重建算法和软件、成像参数、来自先前或以其他方式先前采集的图像(例如，计划图像)的图像数据、治疗计划等。

多模态装置10可以包括操作员/用户接口48，其中装置10的操作员可以与装置10交互或者以其他方式控制该装置，以提供与扫描或成像参数等相关的输入。操作员接口48可以包括任何合适的输入设备，例如键盘、鼠标、语音激活的控制器等。装置10还可以包括显示器52或其它人可读元件，以向装置10的操作员提供输出，例如，显示器52可以允许操作员观察重建的患者图像和与装置10的操作相关的其它信息，诸如成像或扫描参数。

如图3所示，多模态装置10包括可操作地耦合到装置10的一个或多个组件的控制器(一般表示为60)。该控制器60控制装置10的整体功能和操作，这其中包括向x射线源30和/或治疗辐射源20以及控制可旋转台架12的旋转速度和位置的台架电机控制器提供功率和定时信号。将意识到，控制器60可以包括以下中的一个或多个：患者支架控制器、台架控制器、耦合到治疗辐射源20和/或x射线源30的控制器、射束形成器控制器、耦合到检测器24和/或x射线检测器34的控制器等。在一个实施例中，所述控制器60是可以控制其它组件、设备和/或控制器的系统控制器。

在各种实施例中，所述重建处理器40、操作员接口48、显示器52、控制器60和/或其他组件可以组合成一个或多个组件或设备。

所述装置10可以包括各种组件、逻辑和软件。在一个实施例中，控制器60包括处理器、存储器和软件。作为示例而非限制，多模态装置和/或放射治疗系统可以包括各种其他设备和组件(例如，台架、辐射源、准直器、检测器、控制器、电源、患者支架等)，其可以实现与针对特定应用的成像和/或IGRT相关的一个或多个例程或步骤，其中例程可以包括成像、基于图像的预递送步骤和/或治疗递送，这其中包括可以存储在存储器中的相应设备设置、配置和/或位置(例如，路径/轨迹)。此外，控制器(一个或多个)可以根据存储在存储器中的一个或多个例程或过程来直接或间接地控制一个或多个设备和/或组件。直接控制的一个例子是设置与成像或治疗相关的各种辐射源或准直器参数(功率、速度、位置、定时、调制等)。间接控制的一个例子是将位置、路径、速度等传送到患者支架控制器或其它外围设备。可以以任何适当的方式来布置可以与该装置相关联的各种控制器的层级，以将适当的命令和/或信息传送到期望的设备和组件。

此外，本领域技术人员将理解，可以利用其它计算机系统配置来实现该系统和方法。本发明的所示方面可以在分布式计算环境中实现，其中某些任务由通过通信网络链接的本地或远程处理设备来执行。例如，在一个实施例中，重建处理器40可以与单独的系统相关联。在分布式计算环境中，程序模块可以位于本地和远程存储器存储设备中。例如，远程数据库、本地数据库、云计算平台、云数据库或其组合可以与装置10一起使用。

多模态装置10可以利用用于实现本发明的各个方面的示例性环境，包括计算机，其中，该计算机包括控制器60(例如，包括处理器和存储器，其可以是存储器44)和系统总线。该系统总线可以将包括但不限于存储器的系统组件耦合到处理器，并且可以与其他系统、控制器、组件、设备和处理器通信。存储器可以包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、硬盘驱动器、闪存驱动器和任何其它形式的计算机可读介质。存储器可以存储各种软件和数据，包括例程和参数，其可以包括例如治疗计划。

治疗辐射源20和/或x射线源30可以可操作地耦合到控制器60，该控制器被配置成控制治疗辐射源20和x射线源30的相对操作。例如，x射线源30可以与治疗辐射源20被同时控制和操作。此外或者可替换地，x射线源30可以与治疗辐射源20被顺序控制和操作，这取决于所实施的特定治疗和/或成像计划。例如，在各种实施例中，辐射源20、30可以被操作，使得来自辐射源20、30的测量投影数据被同时(或基本上/几乎(准)同时，例如，在彼此的约50ms内)或顺序地(例如，以秒、分钟等分隔)采集。

应当理解，辐射源20、30和检测器(一个或多个)24、34可以被配置为在成像和/或治疗扫描期间以多种方式提供围绕患者的旋转。在一个实施例中，使辐射源20、30的运动和暴露与患者支架18的纵向运动同步可以在手术期间提供患者图像的连续螺旋采集或扫描。除了辐射源20、30和检测器(一个或多个)24、34的连续旋转(例如，具有恒定患者运动速度的台架的连续和恒定旋转)之外，将理解的是，在不脱离所公开的技术的范围的情况下，可以采用其他变型。例如，可旋转台架12和患者支架可被控制，使得当支架被控制为相对于可旋转台架12移动(以恒定或可变的速度)时，台架12以“来回(back-and-forth)”方式(例如，交替的顺时针旋转和逆时针旋转)围绕支撑在患者支架上的患者旋转(如上所述，与连续地相反)。在另一实施例中，利用连续的步进-发射圆形扫描(successive step-and-shootcircular scans)，患者支架18在纵向方向上的移动(步进)与可旋转台架12的扫描旋转(发射)交替，直到捕获期望体积。多模态装置10能够进行基于体积和基于平面的成像采集。例如，在各种实施例中，多模态装置10可以用于采集体积图像和/或平面图像并且执行相关联的处理。

在各种实施例中，检测器34在扫描之间在第一位置2和第二位置80(图4)之间移动。例如，在各种实施例中，检测器34可以在第一螺旋扫描期间定位在第一位置2中，并且在第二螺旋扫描期间定位在第二位置80中，或者在患者支架18在第一纵向方向上移动时定位在第一位置2中，并且在患者支架在相反的第二纵向方向上移动时定位在第二位置80中。在实施例中，相同的辐射源和相同的辐射源轨迹用于所述第一螺旋扫描和所述第二螺旋扫描。在其他实施例中，相同的辐射源用于第一螺旋扫描和第二螺旋扫描，并且一个螺旋扫描使用右手螺旋轨迹，而另一个螺旋扫描使用左手螺旋轨迹。检测器34在第一位置和第二位置之间的移动可以使得多模态装置10能够使用如在下面描述的成像和自动FOV选择过程中提供的扩展FOV来采集数据。

尽管在各种实施例中描述了检测器34从第一位置2到第二位置80的移动，但是进一步设想的是，实施例可以采用患者支架18相对于台架的中心轴85的横向移动来实现扩展的FOV，如图5A和5B所示。在图5A中，在第一扫描期间，患者支架18相对于台架的中心轴85处于第一位置86。在实施例中，第一位置86相对于台架的中心轴85偏移。偏移量可以根据特定实施例而变化，并且可以例如受到台架孔16(图2和3)的内径和检测器34的横向尺寸的限制。在一些实施例中，在第一位置86，患者支架18相对于台架的中心轴85居中。

在第一扫描之后，患者支架18被横向平移到第二位置88，如图5B所示。在图5B中，患者支架18在相反方向上相对于台架的中心轴85偏移。患者支架18的偏移量在第一和第二方向上可以相同，或者该偏移量可以不同，这取决于要实现的有效FOV的大小和患者在患者支架18上的初始位置。在患者支架18处于第二位置88的情况下执行第二扫描，并且将两组数据(例如，在患者支架处于第一位置的情况下来自第一扫描的数据组和在患者支架处于第二位置的情况下来自第二扫描的数据组)组合以提供数据集，该数据集可用于例如提供患者扫描，同时减少或甚至避免横轴截断。患者支架18的平移能够使用具有更小横向尺寸的检测器，这进而能够降低成本并提高系统设计的灵活性。

在第一和第二扫描期间，检测器的位置在两个扫描中可以是相同的，或者可以是不同的，这取决于特定的实施例。换句话说，根据实施例，患者支架可以在第一和第二位置之间移动，检测器可以在第一和第二位置之间移动，或者两者都移动。如同这里描述的其它实施例，第一和第二扫描可以是轴向扫描或螺旋扫描。在扫描是螺旋扫描的实施例中，第一扫描的方向与第二扫描的方向相反。

可以利用各种其它类型的辐射源和/或患者支架移动来实现辐射源和患者的相对运动以便产生投影数据。可以使用辐射源和/或患者支架的非连续运动、连续但可变/非恒定(包括线性和非线性)的移动、速度和/或轨迹等及其组合，这其中包括与上述装置10的各种实施例的组合。

在一个实施例中，台架12旋转速度、患者支架18速度、射束形成器形状和/或检测器读出在图像采集期间可以全部是恒定的。在其他实施例中，这些变量中的一个或多个可以在图像采集和/或治疗期间动态地改变。

在其他实施例中，这些特征可以与一个或多个其他基于图像的活动或过程组合，这其中包括例如患者设置、自适应治疗监测、治疗计划等。

图6示出了示例性放射治疗环境300。放射治疗环境300包括参考成像系统102和IGRT系统104。IGRT系统104可以包括例如多模态装置10及其如上所述的各种组件和设备。

在一个实施例中，参考成像系统102可以包括高精度体积成像系统，例如CT系统或MRI系统。考虑到许多临床环境中的成本和工作流程因素，参考成像系统102通常是用于临床或医院环境中的各种不同目的通用工具，并且不是专门专用于IGRT系统104或环境300。相反，参考成像系统102可位于其自己的单独房间或保险库中，并且在单独且比IGRT系统104更通用的基础上被购买、安装和/或维护。因此，对于图6的实施例，参考成像系统102被图示为与IGRT系统104不同。在其它实施例中，参考成像系统102可被认为是IGRT系统104的组成组件。例如，多模态装置10具有充当参考成像系统102和IGRT系统104的能力。

在该实施例中，IGRT系统104包括高能放射治疗(MV)源108，其选择性地将高能x射线治疗辐射施加到位于患者支架或治疗床TC上的患者P的目标体积。MV源108在系统控制器114的控制下施加治疗辐射，并且在一个实施例中，更具体地，在治疗辐射控制子系统128的控制下施加治疗辐射。系统控制器114还包括处理电路120、检测器控制器122、床位置控制器124和kV辐射控制器126，每个都被编程和配置成实现这里进一步描述的一个或多个功能。一个或多个成像(kV)辐射源110在kV辐射控制器126的控制下选择性地发射相对低能量的x射线成像辐射，所述成像辐射由一个或多个检测器112捕获。一个或多个检测器112可以捕获来自MV源108的、已经传播通过目标体积的高能x射线治疗辐射。

每个kV辐射源110和MV辐射源108具有相对于IGRT系统104和/或治疗室的(x，y，z)坐标系的可精确测量和/或可精确确定的几何形状，因为它们是可动态移动的。

床定位器130可以由床位置控制器124致动以定位床TC。在一些实施例中，基于非x射线的位置感测系统134使用不涉及电离辐射的一种或多种方法(例如基于光学的方法或基于超声的方法)来感测策略性地固定到患者的外部标记物(一个或多个)的位置和/或移动，和/或感测患者皮肤表面本身的位置和/或移动。IGRT系统104还包括操作员工作站116和治疗计划系统118。

在普通临床实践中，对由参考成像系统102生成的预先获取的治疗计划图像或先前图像数据106执行治疗计划。预先获取的治疗计划图像106通常是基本上在患者将经历的一个或多个放射治疗分次之前(例如，提前一天到两天)获取的高分辨率三维CT图像。如图6所示，通过用于预先获取的治疗计划图像106的(i，j，k)坐标系的图示，其与用于IGRT系统104的治疗室的(x，y，z)治疗室坐标系形成对比，在治疗计划图像106坐标系和治疗室坐标系之间通常没有预先存在的或固有的对准或配准。在治疗计划过程期间，医生通常在治疗计划图像内建立坐标系(例如，治疗计划图像106中的i、j、k)，其在本文中也可以被称为计划图像坐标系或计划图像参考系。在计划图像坐标系中制定放射治疗计划，其指示在每个治疗分次期间由MV源108施加的高能治疗辐射射束的各种取向、大小、持续时间等。治疗辐射到目标的精确递送需要将计划图像坐标系与治疗室坐标系对准，因为整个递送和跟踪系统(如果存在)被校准到治疗室坐标系。应当理解，这种对准不需要精确，并且还应当理解，可以使用床调整或射束递送调整来解决两个坐标系之间的对准中的偏移。

在实施例中，治疗计划图像106可以用于例如确定来自常规CBCT配置(图1)的最大FOV是足够的，而在其他实施例中，治疗计划图像106可以用于确定需要如本文所述的扩展FOV。因此，治疗计划图像106可以用于确定FOV，并且因此确定在治疗期间要使用的检测器偏移和/或患者支架的横向平移(如果有的话)。

例如，当患者被支撑在患者支架上，并且治疗目标大致在系统的等中心点时，确定成像几何形状中的计划图像位置。基于该计划图像，系统找到患者的身体轮廓(例如边界)，并计算从该身体轮廓的任何点到扫描的轴向范围的轴面中的等中心点的最大距离。可以根据检测边界的任何已知方法之一来确定身体轮廓，这其中包括但不限于简单分割等。在实施例中，最佳FOV是所获得的最大距离的两倍加上预定余量。使用最佳FOV和检测器的已知尺寸，计算检测器偏移量。因此，可以优化FOV的尺寸和检测器偏移量，以减少或甚至防止横向(即，横轴)截断，同时改善检测器的使用并减少扫描时间。

在一个实施例中，紧接在每个治疗分次之前，在经由(一个或多个)kV成像辐射源110的图像引导下(这其中包括根据下文进一步描述的一个或多个实施例)，可以执行基于图像的预递送步骤。例如，患者可以被物理地定位或对准，使得所述计划图像坐标系(例如但不限于，由医生在CT图像或计划图像上创建治疗计划时定义的)被定位成与治疗室坐标系初始对准，此后称为初始治疗对准或初始治疗位置。这种对准通常被称为患者设置或患者对准。取决于目标体积的位置，目标体积可以在位置和取向上变化和/或可以经历由于患者移动和/或诸如呼吸的生理周期而引起的体积变形。如本文所使用的，术语治疗中(in-treatment)对准变化或治疗中位置变化用于指位置、取向和/或体积形状的变化，通过该变化，目标体积的当前状态不同于初始治疗对准。由于治疗计划坐标系和治疗室坐标系之间的已知关系，术语治疗中对准变化也可以用于指位置、取向或体积形状的变化，通过该变化，目标体积的当前状态不同于治疗计划坐标系中的状态。更一般地，术语初始治疗对准或初始治疗位置在此是指在治疗分次开始时患者设置时患者身体部分的特定物理姿势或布置(包括位置、取向和体积形状)。

还可以提供基于非x射线的位置感测系统134。该基于非x射线的位置感测系统134可以包括例如以某种方式附着到患者胸部的外部标记物，其响应于呼吸而移动，这可以精确地确定目标位置。也可以使用其它用于监测呼吸的机构。也可以使用其它非呼吸位置感测系统134，这其中包括例如准静态定位、用于心脏门控的EKG等。系统134可以将外部标记物的运动与如从例如单或立体x射线投影确定的目标运动相关联(correlate)。因此，基于非x射线的位置检测系统134可以允许系统控制器114监视外部标记物运动，使用关联模型(correlation model)来精确地实时(例如～60Hz)预测目标将位于何处，并将治疗射束引导到该目标。随着移动目标的治疗的进行，可以获得附加的x射线图像，并且将其用于验证和更新所述关联模型。

如本文所使用的，医学图像的“配准(registration)”是指确定在那些医学图像中出现的对应解剖或其他(例如，基准)特征之间的数学关系。配准可以包括但不限于确定一个或多个空间变换，当将所述空间变换应用于所述医学图像中的一幅或两幅时，将导致对应解剖特征的叠加。所述空间变换可以包括刚体变换和/或可变形变换，并且如果医学图像来自不同的坐标系或参考系，则可以考虑那些坐标系或参考系中的差异。对于其中医学图像不是使用相同成像系统采集的并且不是同时采集的情况，所述配准过程可以包括但不限于确定考虑不同成像系统的成像模态、成像几何形状和/或参考系之间的差异的第一变换，以及确定考虑可能在采集时间之间发生的身体部分中的潜在解剖差异(例如，定位差异、整体移动、身体部分内不同结构之间的相对移动、整体变形、身体部分内的局部变形等)的第二变换。

用于产生图像的数据配准可在参考成像系统102和IGRT递送系统104之间和/或从多模态IGRT递送系统104的各种模态导出的数据和/或图像之间实现，这其中包括低能量源(一个或多个)110和高能量源108(以及它们的相关检测器112)。特别地，返回参考装置10，可以在从辐射源20、30和检测器24、34得到的数据和/或图像之间实现配准。这里描述的各种实施例减少了由于增加的FOV而导致的横轴截断伪像和定量偏差，这又可以提高配准精度。

在一个实施例中，图7示出了示例性多模态扫描配置400的图示。从环形台架410的前方看，图7示出了安装到环形台架410的高能辐射源420(例如MV)和低能辐射源430(例如kV)。辐射源420、430被示出为彼此正交地安装，但是其他实施例可以包括其他角度关系和附加的辐射源和/或检测器。高能辐射源420被示出为通过射束形成器426投射辐射以产生投射到检测器424的一部分上的辐射束422。在这种配置中，高能辐射源420具有横轴视场(FOV)428。低能辐射源430被显示为通过射束形成器436投射辐射，以产生投射到检测器434的一部分上的辐射束432。在这种配置中，低能辐射源430具有横轴FOV 438。所示的检测器434在其范围435内居中。以这种方式，辐射源420、430将投射辐射通过重叠的横轴FOV。在该实施例中，多模态扫描配置400示出了高能FOV 428具有的横轴FOV大于低能FOV 438。

在另一个实施例中，图8示出了另一个示例性多模态扫描配置500的图示。从环形台架410的前面看，图8还示出了垂直于环形台架410安装的高能辐射源420和低能辐射源430。高能辐射源420被显示为通过射束形成器526投射辐射以产生投射到检测器524上的辐射束522。在这种配置中，高能辐射源420具有横轴FOV 528。低能辐射源430被示为通过射束形成器536投射辐射，以产生投射到偏移检测器534上的辐射束532(例如，检测器处于如图4中的第二位置)。射束形成器536还校准来自低能辐射源430的辐射以最小化对患者的剂量。在这种配置中，偏移检测器534与检测器434的位置具有最小重叠，并且低能辐射源430具有至少旋转180度加上检测器的扇角跨度的横轴FOV 538。低能辐射源430具有大的角度覆盖范围，以覆盖与检测器434的位置的重叠最小的偏移检测器534。在各种实施例中，从偏移检测器534获得的数据可以与从检测器434获得的数据组合以提供完整的数据集。

包括例如射束形成器配置、辐射源角度、检测器位置等的各种因素可以用于控制辐射源的各个FOV(例如，横轴和轴向)。在一些实施例中，辐射源420、430可以在纵向方向上(沿着y轴)物理偏移，并且可以在不同时间(时间偏移)扫描患者。

在各种实施例中，第一扫描FOV和第二扫描FOV提供重叠的成像数据。然而，如上所述，第一扫描FOV和第二扫描FOV可以提供非重叠的成像数据，或者在其他FOV之外的成像数据。例如，可以使用第一扫描FOV和第二扫描FOV之间的重叠成像数据来配准数据和/或图像并且在期望的位置中实现更高质量的图像。

例如，对于头部/颈部应用，通常可能期望居中的检测器扫描，但是这样的配置具有最小的扫描FOV，并且数据可能被截断。尽管横轴截断的量可能很小，但是基于软件的横轴截断补偿可能导致投影的亨氏单位(Hounsfield，unit,HU)值的显著偏差，从而使投影以及重建图像对于剂量计算和计划而言数量上不精确。因此，在本文描述的各种实施例中，来自第一扫描(具有在第一位置中的检测器)的成像数据和来自第二扫描(具有在第二偏移位置的检测器)的成像数据可以被组合，其中重叠的成像数据足以减少重建图像中的偏差，从而使得重建图像能够被用于剂量计算和规划。例如，当两个数据集被组合时，它们形成具有较大FOV的测量数据集，该较大FOV具有显著减少的横轴截断(例如，与两个数据集中的每一个单独地相比)，或者甚至没有横轴截断。因此，与从各个数据集重建的图像相比，从数据集重建的图像可以包括减少的偏差或甚至没有偏差。此外，应当理解，使用如本文所述的多模态装置可以使得能够以与常规扫描中相同的方式递送剂量，同时成像检测器被偏移以实现改进的重建图像。

在一些实施例中，一个或多个辐射源可以用于稀疏数据，可以利用不同的分辨率、速度、轨迹、频率、功率水平、剂量、FOV等。在任何情况下，来自两个或更多个放射模态的数据可以组合使用，以改善图像质量、速度、剂量、工作流程、治疗准确度/精度等。

在各种实施例中，可以使用多模态装置10来实现示例性扫描配置400、500，这其中包括经由放射治疗环境300。

以下流程图和框图示出了与上述多模态辐射系统相关联的示例性配置和方法。示例性方法可以在逻辑、软件、硬件或其组合中执行。另外，尽管以一定顺序呈现了过程和方法，但是可以以不同的顺序执行方框，这其中包括串行和/或并行。此外，可以使用附加步骤或更少步骤。

图9是描述组合来自具有不同检测器位置的扫描数据的示例性方法900的流程图，所述扫描例如为上述那些。在步骤905，可以提供先前图像数据(例如，来自参考图像106的数据)。在步骤910，方法900执行第一扫描。在实施例中，第一扫描是用一扫描配置进行的螺旋扫描，该扫描配置具有在第一中心位置的检测器，并且患者支架相对于台架在第一纵向(例如，图2中的y方向)移动。在一些实施例中，检测器的第一位置可以相对于辐射源的中心射束偏移。该扫描产生第一扫描数据915。接下来，在步骤920，方法900改变检测器的位置。例如，检测器相对于中心射束从第一位置横向移动到第二偏移位置。检测器的第二偏移位置与检测器的第一位置部分重叠。

在步骤925，执行第二扫描。在实施例中，第二扫描是利用一扫描配置进行的螺旋扫描，该扫描配置具有在第二偏移位置的检测器和在与第一纵向方向相反的相对于台架的第二纵向方向(例如，图2中的y方向)移动的患者支架。在实施例中，第二扫描具有与第一扫描的源轨迹相同的源轨迹。该扫描产生第二扫描数据930。然后在步骤935，方法900利用包括第一扫描数据和第二扫描数据的数据集，该数据集具有减少的横轴截断(例如，与单独的第一扫描数据和第二扫描数据中的每一个相比)或没有横轴截断。

在实施例中，在每个特定视角，所述数据集包括来自三个区域的数据：仅从所述检测器的第一位置可见的第一区域、仅从所述检测器的第二位置可见的第二区域、以及在所述第一区域和所述第二区域之间并且从所述检测器的第一位置和第二位置的重叠可见的第三区域。通过融合来自检测器的第一和第二位置的投影数据，使得从第一区域到第三区域和从第三区域到第二区域的转变是平滑的，从而产生来自第三区域的数据。在实施例中，可以通过将互补的平滑加权函数应用于第三区域中的来自检测器的第一和第二位置的投影数据来实现所述数据的融合。

在步骤940，方法900处理所述数据集，例如，以重建图像。以此方式，通常，所述扫描配置和相关联的扫描设计可被配置成使得扫描数据915、930中的至少一者补足或补充来自不同扫描的扫描数据915、930中的另一者，以产生本文所讨论的改进中的至少一者。

图10是描述组合来自具有不同患者支架位置的扫描数据的示例性方法1000的流程图，所述患者支架位置例如为上述那些。在步骤1005，可以提供先前图像数据(例如，来自参考图像106的数据)。在步骤1010，方法1000执行第一扫描。在实施例中，所述第一扫描是用一扫描配置进行的螺旋扫描，该扫描配置具有相对于台架的中心轴在第一位置的患者支架、以及该患者支架相对于台架在第一纵向(例如，图2中的y方向)移动。该扫描产生第一扫描数据1015。接下来，在步骤1020，方法1000移动患者支架。例如，患者支架相对于台架的中心轴从第一位置横向移动到第二位置。如上所述，尽管未示出，在一些实施例中，检测器可以在第一扫描和第二扫描之间另外从第一位置移动到第二位置。

在步骤1025，执行第二扫描。在实施例中，该第二扫描是用一扫描配置进行的螺旋扫描，该扫描配置具有在第二位置上的患者支架并且该患者支架在与第一纵向方向相反的第二纵向方向(例如，图2中的y方向)上相对于台架移动。在实施例中，所述第二扫描具有与所述第一扫描的源轨迹相同的源轨迹。该扫描产生第二扫描数据1030。然后在步骤1035，方法1000形成包括所述第一扫描数据和所述第二扫描数据的数据集。

在实施例中，所述第一扫描数据被虚拟地映射到所述数据集中的所述第二扫描数据，使得所述第二扫描数据表示与结果数据集中的第一扫描数据相同的横向对象位置。例如，关于扫描几何形状、x射线谱和检测器响应的信息可以用于虚拟地将所述第一扫描数据映射到所述第二扫描数据。

在实施例中，在每个特定视角，所述数据集包括来自三个区域的数据：仅当患者支架处于第一位置时可见的第一区域、仅当患者支架处于第二位置时可见的第二区域、以及在所述第一和第二区域之间且当患者支架处于第一位置时和当患者支架处于第二位置时(例如，第一和第二位置的重叠)可见的第三区域。通过融合来自第一和第二扫描的投影数据来生成来自第三区域的数据，使得从第一区域到第三区域和从第三区域到第二区域的过渡是平滑的。在实施例中，可以通过将互补的平滑加权函数应用于第三区域中的来自第一和第二扫描的投影数据来实现所述数据的融合。

在步骤1040，方法1000处理所述数据集，例如，以重建图像。以这种方式，通常，所述扫描配置和相关的扫描设计可以被配置为使得扫描数据1015、1030中的至少一者补足或补充来自不同扫描的扫描数据1015、1030中的另一者，以产生本文所讨论的改进中的至少一者。

图11是描绘了使用来自先前图像的数据来自动确定最佳FOV和检测器偏移量的示例性方法1100的流程图。在步骤1105，提供先前图像数据(例如，来自参考图像106或来自先前扫描的数据)。接下来，在步骤1110，方法1100执行第一扫描。在实施例中，所述第一扫描是用一扫描配置进行的螺旋扫描，该扫描配置具有相对于中心射束在第一位置的检测器、以及相对于台架在第一纵向(例如，图2中的y方向)移动的患者支架。该扫描产生第一扫描数据1115。

接下来，在步骤1120，方法1100基于先前图像数据和第一扫描数据，确定最佳FOV。例如，通过将具有第一图像数据的先前图像与用于所述第一扫描的FOV重叠，可以选择最佳FOV。最佳FOV的选择可以考虑例如患者相对于FOV的位置、所述图像数据的应用、使用第一扫描的FOV观察到的横轴截断的量、完成扫描的时间、未使用的检测器区域的量等。在实施例中，可以手动地确定最佳FOV，例如通过在用户界面上显示具有第一图像数据的先前图像与用于第一扫描的FOV的叠加并且从用户接收FOV输入来确定，或者可以自动地确定最佳FOV，例如通过使用系统控制器114来选择消除或最小化横轴截断而不增加未使用的检测器区域的量的FOV来确定。在实施例中，被配置成识别成像区域内的患者轮廓/边界的软件可以用于通过将患者的边界或轮廓与当前FOV进行比较并且识别患者在FOV内的位置来确定最佳视场。在实施例中，基于患者在FOV内的位置，可以确定最终FOV尺寸，并且可以例如使用软件计算检测器或患者支架的偏移量。

在步骤1125，方法1100例如通过将检测器从第一位置移动到第二偏移位置，或者通过将患者支架从第一位置横向移动到第二位置，来调整所述配置。在实施例中，该配置可以被调整到常规的扩展视界位置(例如，如图1中所示)，或者该配置可以根据这里所述的一个或多个实施例进行调整以实现超大视界。在一些实施例中，调整所述配置可以包括：相对于检测器来移动患者支架。例如，在实施例中，患者支架可以如本文所述横向移动，或者甚至向上或向下移动，以改善患者在用于第一扫描的FOV内的位置。

此外，在实施例中，如本文所述，可以基于第一扫描数据和先前图像数据来优化由于成像扫描而对患者的辐射剂量。特别地，给定相同的扫描设置，由于成像扫描引起的辐射剂量随着患者身体暴露于x射线的部分的增加而增加。然而，FOV的优化可以确定在两次扫描中患者身体的最佳重叠，从而允许最小化或优化从辐射源到患者的总剂量。另外，通过使用优化的FOV和平衡的信号用于成像，可以针对一次或两次扫描减小扫描mA，从而使得能够减小总剂量。

在步骤1130，执行第二扫描。在实施例中，第二扫描是用一扫描配置进行的螺旋扫描，该扫描配置具有在第二位置上的患者支架并且该患者支架在与第一纵向方向相反的第二纵向方向(例如，图2中的y方向)上相对于台架移动。该扫描产生第二扫描数据1135。然后在步骤1140，方法1100利用包括第一扫描数据和第二扫描数据的数据集。在步骤1145，方法1100处理所述数据集，例如，以重建图像。以此方式，通常，所述扫描配置和相关联的扫描设计可被配置成使得扫描数据1115、1135中的至少一者补足或补充来自不同扫描的扫描数据1115、1135中的另一者，以产生本文所讨论的改进中的至少一者。在实施例中，重建图像可以具有与传统方法相比改进的图像质量，或者可以具有与传统方法相比相似的图像质量但具有更少的扫描时间。

在各种实施例中，可以进一步预期的是，在图像重建中可以使用高能量MV扇形束投影和低能量kV扇形束或锥形束投影。在一些实施例中，MV投影可以用作先验信息以修正kVCT的伪影，或者用于双能(dual-energy)CT重建以用于定量成像和材料分离。此外，MLC调制的MV投影数据在治疗期间是可用的，并且可以在治疗递送的同时或之后在kVCT重建中被利用。kV采集可以与治疗同时进行和/或在治疗之前进行。从双能量重建获得的电子密度图像可以用于在线和离线剂量测定应用。

在已知的医学成像和/或放射治疗系统中出现的若干问题至少部分地由本文描述的一个或多个实施例解决。例如，本文所述的各种实施例可以减少或甚至消除横向(即，横轴)截断，能够使用来自较早扫描或先前图像的信息进行自动FOV选择和配置，并且递送具有改进质量的图像，从而使得这样的图像适用于治疗计划和剂量计算。各种实施例还可以使得能够在多模态装置内使用更小的检测器，而不牺牲该装置的FOV。

在一些实施例中，可以基于优选工作流，同时或以交错方式执行以上方法。例如，可以执行多模态扫描，并且所得到的扫描数据用于上述各种特征和益处中的两个或更多个。

当在投影域中使用上述装置和方法时，可以将其应用于每个投影视图，其中每个投影视图是平面图像。各种实施例可以利用不同的扫描几何形状、检测器定位(包括偏移检测器)和/或射束形成器窗口形状。

在一些实施例中，将理解的是，与用于完成体积图像的多个射束旋转相关联的任何潜在增加的扫描时间可被高kV帧速率、高台架速率和/或稀疏数据重建技术来减轻或以其他方式抵消。还应当理解，上述提供的可选择性控制的准直器/射束形成器可允许这样一系统，其中用户可以根据具体应用和/或临床需要来权衡或以其他方式改变图像采集时间与图像质量的关系。还应当理解，可以控制放射治疗递送设备以提供具有快速图像采集时间(例如，用于运动跟踪)的半旋转或单旋转锥形束CT扫描(具有潜在降低的图像质量)，以及具有较长采集时间但提高了图像质量的利用窄/狭缝扇形束的圆形或连续螺旋采集。一个或多个优化过程也适用于所有上述实施例，以确定扫描设计、确定射束定位、确定读出范围、估计散射等。

尽管已经关于特定方面、实施例或多个实施例示出和描述了所公开的技术，但是显然，本领域技术人员在阅读和理解本说明书和附图之后将想到等效的变更和修改。特别地，关于由上述元件(部件、组件、设备、构件、组成等)执行的各种功能，除非另外指出，否则用于描述这些元件的术语(包括对“装置”的引用)旨在对应于执行所描述的元件的指定功能的任何元件(即，功能上等同)，即使结构上不等同于执行本文所公开的技术的本文所示的示例性方面、一个或多个实施例中的功能的所公开的结构。另外，虽然上文可能已相对于若干所说明方面或实施例中的仅一者或一者以上描述所揭示技术的特定特征，但此特征可与其它实施例的一个或一个以上其它特征组合，如对于任何给定或特定应用可能需要且有利。

虽然本文所讨论的实施例涉及上文所讨论的系统和方法，但是这些实施例旨在是示例性的，并且不旨在将这些实施例的适用性限制为仅本文所阐述的那些讨论。虽然已经通过对本发明的实施例的描述对本发明进行了说明，并且虽然已经相当详细地描述了实施例，但是申请人的意图不是将所附权利要求的范围限制或以任何方式限制到这样的细节。本领域技术人员将容易地想到附加的优点和修改。因此，本发明在其更广泛的方面不限于所示出和描述的具体细节、代表性装置和方法以及说明性示例。因此，在不脱离申请人的总体发明构思的精神或范围的情况下，可以偏离这些细节。

Claims (20)

1.一种成像装置，包括：

可旋转台架系统，其至少部分地围绕患者支架被定位；

第一辐射源，其耦合到所述可旋转台架系统，所述第一辐射源被配置用于对辐射进行成像；

第二辐射源，其耦合到所述可旋转台架系统；以及

第一辐射检测器，所述第一辐射检测器耦合到所述可旋转台架系统并且能够相对于所述第一辐射源的中心射束横向移动，以在各种视场上接收来自至少所述第一辐射源的辐射。

2.根据权利要求1所述的成像装置，其中，在第一扫描期间采集第一扫描数据，在第二扫描期间采集第二扫描数据，并且所述第一扫描数据和所述第二扫描数据被组合以提供对应于所述成像装置的有效视场的数据集，所述有效视场单独地大于所述各种视场中的任何视场。

3.根据权利要求2所述的成像装置，其中：

所述第一辐射检测器在所述第一扫描期间处于所述第一位置；以及

所述第一辐射检测器在所述第二扫描期间处于第二位置，以及

所述第一位置和所述第二位置具有横向重叠。

4.根据权利要求2或3所述的成像装置，还包括重建处理器，所述重建处理器被配置为基于包括所述第一扫描数据和所述第二扫描数据的数据集来生成重建图像，其中，与所述第一扫描数据和所述第二扫描数据中的每个相比，所述数据集具有减少的横轴截断。

5.根据权利要求2-4中的任一项所述的成像装置，所述第一扫描包括第一螺旋扫描，所述第二扫描包括第二螺旋扫描，其中，所述患者支架在所述第二扫描中相对于所述第一扫描在所述轴面中移动。

6.根据权利要求1-5中的任一项所述的成像装置，其中，所述第一辐射源或所述第二辐射源中的至少一者被配置为产生锥形束几何形状。

7.根据权利要求1-6中的任一项所述的成像装置，其中，所述第二辐射源被配置为治疗辐射源。

8.一种成像装置，包括：

台架系统，其可绕中心轴旋转；

辐射源，其耦合到所述台架系统；以及

辐射检测器，其耦合到所述可旋转台架系统，并且在第一位置和第二位置之间横向可移动，其中在所述第一位置中，所述辐射检测器与所述辐射源的中心射束相互作用，在所述第二位置中，所述辐射检测器不与所述辐射源的所述中心射束相互作用，其中所述第一位置和所述第二位置具有横向重叠。

9.根据权利要求8所述的成像装置，其中，在所述检测器处于所述第一位置的情况下在第一扫描期间采集第一扫描数据，在所述检测器处于所述第二位置的情况下在第二扫描期间采集第二扫描数据，并且所述第一扫描数据和所述第二扫描数据被组合以提供与所述成像装置的有效视场相对应的数据集，所述有效视场单独地大于所述各种视场中的任何视场。

10.根据权利要求8或9所述的成像装置，还包括：重建处理器，所述重建处理器被配置为基于数据集，生成重建图像，所述数据集包括在所述第一位置处利用所述检测器的第一扫描期间采集的第一扫描数据和在所述第二位置处利用所述检测器的第二扫描期间采集的第二扫描数据，其中，与所述第一扫描数据和所述第二扫描数据相比，所述数据集具有减少的横轴截断或者没有横轴截断。

11.根据权利要求8-10中的任一项所述的成像装置，其中，所述辐射源被配置为产生锥形束几何形状。

12.根据权利要求8-11中任一项所述的成像装置，其中所述辐射源是第一辐射源，并且其中所述成像装置还包括第二辐射源，所述第二辐射源被配置为治疗辐射源。

13.根据权利要求12所述的成像装置，其中所述第二辐射源具有与所述第一辐射源相同或大于所述第一辐射源的能级。

14.根据权利要求12或13中任一项所述的成像装置，其中，所述辐射检测器包括平板辐射检测器。

15.一种使用成像装置的方法，包括：

接收与定位在患者支架上的患者的图像对应的数据；

接收在辐射检测器处来自辐射源的第一扫描数据，所述辐射源被配置用于对辐射进行成像，其中，所述第一扫描数据包括扫描视场(FOV)，并且所述第一扫描数据是在第一扫描期间在所述辐射检测器处于相对于所述辐射源的中心射束的第一位置中并且所述患者支架处于相对于至少部分地围绕所述患者支架的可旋转台架系统的中心轴的第一位置中时采集的；

基于所接收的对应于所述图像的数据和所述第一扫描数据，选择有效FOV，其中所述有效FOV被选择为最小化所述患者的投影中的横轴截断；以及

基于所选择的有效FOV，确定以下至少一者的第二位置：所述辐射检测器相对于所述辐射源的所述中心射束和所述患者支架相对于所述可旋转台架系统的所述中心轴，其中，所述第二位置从所述第一位置横向偏移。

16.根据权利要求15所述的方法，还包括：

接收在所述辐射检测器处来自所述辐射源的第二扫描数据，所述第二扫描数据是在所述辐射检测器和所述患者支架中的所述至少一者处于所述第二位置时在第二扫描期间采集的。

17.根据权利要求16所述的方法，还包括：基于包括所述第一扫描数据和所述第二扫描数据的数据集，生成重建图像，其中所述数据集在所述有效FOV内并且与所述第一扫描数据和所述第二扫描数据相比具有减少的横轴截断或不具有横轴截断。

18.根据权利要求16或权利要求17所述的方法，所述第一扫描包括第一螺旋扫描，所述第二扫描包括第二螺旋扫描，其中，所述患者支架在所述第一螺旋扫描期间相对于所述可旋转台架系统在第一纵向方向上移动，并且在所述第二螺旋扫描期间相对于所述可旋转台架系统在第二纵向方向上移动，所述第二纵向方向与所述第一纵向方向相反。

19.根据权利要求16-18中的任一项所述的方法，其中，所述第一扫描数据是在所述第一扫描期间在所述辐射检测器处于所述第一位置时采集的，并且所述第二扫描数据是在所述第二扫描期间在所述辐射检测器处于所述第二位置时采集的。

20.根据权利要求16-19中的任一项所述的方法，其中，所述第一扫描数据是在所述第一扫描期间在所述患者支架处于所述第一位置时采集的，并且所述第二扫描数据是在所述第二扫描期间在所述患者支架处于所述第二位置时采集的。