專利名稱：定量數(shù)據(jù)分析中的運動補償及治療的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及有關(guān)對對象實施治療的運動跟蹤。其還涉及對從移動對象
獲取的圖像數(shù)據(jù)進行量化。發(fā)現(xiàn)其在正電子發(fā)射斷層掃描(PET)數(shù)據(jù)量化 具有特殊應(yīng)用。還發(fā)現(xiàn)了其在使用PET數(shù)據(jù)以提供有關(guān)醫(yī)療應(yīng)用的對象運 動的實時跟蹤中具有特殊應(yīng)用。
背景技術(shù)：
手術(shù)、化療和放療傳統(tǒng)上已經(jīng)成為醫(yī)學腫瘤學中的三個主要治療選擇。 在放療情況中，調(diào)強放療(IMRT)設(shè)備作為一種治療選擇己經(jīng)得到廣泛的 認可。最近，使用粒子(諸如質(zhì)子或離子)的粒子治療已經(jīng)引起人們的注 意。射線和粒子治療背后的原理是通過能量的定位沉積來誘發(fā)腫瘤或其他 病變的死亡，同時使施加的劑量最小，從而對周圍健康組織的損害最小。
醫(yī)學成像和治療計劃技術(shù)的進步同樣導(dǎo)致了空間變化治療計劃的發(fā) 展。這樣，(例如)通過對病變相對更加嚴重或藥劑抵抗的區(qū)域施加相對更 高的劑量，而可按特殊情況的要求更加嚴密地定制治療計劃。
在相對靜態(tài)或其他靜態(tài)病變的情況中，治療輸送系統(tǒng)通常以相對高的 空間精度輸送預(yù)期的劑量。然而令人遺憾的是，運動(諸如周期性呼吸或 心臟運動)可引起病變表現(xiàn)為移動的目標。為了補償這種運動的影響，并 確保臨床目標體積接收預(yù)期的劑量，已經(jīng)確立了計劃余地(planning margin),并且將所述劑量施加到相對更大的體積上。然而令人遺憾的是， 這種方法可能會對其他健康組織造成損害。而且，這種運動還易于降低空 間變化劑量施加到預(yù)期腫瘤區(qū)域的精度。
已經(jīng)描述了處理分次內(nèi)(intra-fractional)運動(即，輸送特定治療分 次期間發(fā)生的運動)的若干方法。在呼吸選通輸送中，所述劑量輸送已經(jīng) 根據(jù)測定的呼吸階段進行選通(例如，使得將劑量輸送限制在對應(yīng)于整個 呼氣時段)。在另一技術(shù)中，已經(jīng)按與線性加速器公知的物理關(guān)系，安裝X線管和平板X線探測器，并且所述探測器得到示出內(nèi)部解剖學標志的圖像。 所述探測器還可跟蹤解剖運動，從而提供腫瘤在治療期間由于生理進程(諸 如呼吸)將如何運動的指示。在另一方法中，已經(jīng)將電磁應(yīng)答器植入到治 療部位中或其附近。所述應(yīng)答器信號由定位器探測，并且利用位置信息為 治療專家生成在治療前將患者的治療目標與等中心配準的部位指令。已經(jīng) 建議使用所述定位信息來識別治療期間所述目標距其規(guī)定部位的偏移，并 且實時在圖片上對在位置上超過預(yù)先確定的閾值的偏移進行高亮。
前述技術(shù)的每一種存在各種缺陷。例如，選通劑量輸送會導(dǎo)致延長的 治療時間。而且，這種方法的空間精度依賴對目標區(qū)域的部位和運動的估 計的精度。目標位置從一個呼吸周期到下一個呼吸周期的改變同樣會降低 空間的精度。基于X線探測器的技術(shù)需要施加普通的、非治療性X射線劑 量，并且還依賴識別合適的解剖學標志的能力，所述解剖學標志的位置和 運動可能不同于目標病變的位置和運動。基于應(yīng)答器的技術(shù)需要侵入性的 植入操作，并且同樣依賴將所述應(yīng)答器植入到其位置和運動與目標部位的 位置和運動相對應(yīng)的部位的能力。
雖然上述討論已經(jīng)關(guān)注于輸送預(yù)期治療的精度，但是適當?shù)闹委煹淖R
別和選擇同樣是重要的考慮因素。在PET成像中，已經(jīng)使用均值標準攝取 值(SUV)來提供對可疑的病理或其他感興趣特征的定量評估。由于SUV 連同其他定量或定性信息能夠影響對病理或其他感興趣特征的評估(例如 腫瘤是惡性還是良性的評估)和減影響對適當?shù)闹委熯^程的選擇，因此， 通常理想的是給臨床醫(yī)生或其他用戶提供相對準確的SUV信息。
均值SUV—般按各因子(諸如測定的特征活動、施加的放射性核素劑 量以及患者體重)進行計算。由于潛在的放射性衰變的統(tǒng)計學屬性，按給 定體素測量的活動相對雜亂，這樣導(dǎo)致了所計算的SUV中的變化。為了減 少變化的影響，已經(jīng)將屬于相同解剖學或形態(tài)學結(jié)構(gòu)上的體素進行組合， 從而得到相對更大的感興趣區(qū)域(ROI)。然后用所述更大ROI上的活動計 算SUV。令人遺憾的是，在圖像獲取期間更大ROI上的運動會使活動測量 結(jié)果的精度惡化，從而降低SUV計算的精度
發(fā)明內(nèi)容
本申請的各個方面解決了這些問題以及其他問題。根據(jù)本申請的一個方面， 一種裝置包括掃描儀，以獲取表示對象的投 影數(shù)據(jù)，并且所述對象包括在治療期間經(jīng)受運動的治療目標。所述裝置還 包括運動建模器，其使用治療期間獲取的投影數(shù)據(jù)對目標的運動進行建 模；和治療設(shè)備，其在治療期間治療所述目標。所述治療設(shè)備按照運動模 型改變所施加治療的空間部位。根據(jù)另一方面，計算機可讀存儲介質(zhì)包含有各種指令，當處理器執(zhí)行 所述指令時，其引起所述處理器執(zhí)行一種方法。所述方法包括對指示治療 期間對象感興趣區(qū)域中出現(xiàn)的放射性核素衰變的投影數(shù)據(jù)進行選擇，在所 述治療期中使用選定的投影數(shù)據(jù)對移動的對象目標施加治療，從而識別感 興趣區(qū)域的特有特征，對特有特征的運動進行建模，并在治療期間重復(fù)多 次所述選擇、使用選定的投影數(shù)據(jù)以及所述建模的步驟。根據(jù)另一方面， 一種方法包括生成對象的圖像數(shù)據(jù)，并使用所生成的 圖像數(shù)據(jù)來識別對象的感興趣區(qū)域，所述感興趣區(qū)域的運動指示目標的運 動。所述方法還包括在指示感興趣區(qū)域的對象的成像檢查中所獲取原始數(shù) 據(jù)中進行選擇，使用所述選定的原始數(shù)據(jù)對所述目標的運動進行建模，按 照運動模型調(diào)整對所述目標施加的治療的特性，以及重復(fù)所述選擇、使用 選定的原始數(shù)據(jù)、并在治療期間基本上實時地進行調(diào)整的步驟，以便將所 述特性調(diào)整為與目標運動相協(xié)調(diào)。根據(jù)另一方面， 一種運動跟蹤裝置包括用于獲取指示在對對象的病變 施加治療的治療期間對象體內(nèi)放射性核素衰變的原始數(shù)據(jù)，所述病變經(jīng)受 周期性的生理運動。所述裝置還包括器件，其對所述原始數(shù)據(jù)進行處理從 而在治療期間基本上實時地在三維空間上跟蹤病變的特有特征運動。根據(jù)另一方面， 一種裝置包括運動補償定量數(shù)據(jù)生成器，其使用代 表對象檢査期間探測的放射性核素衰變的空間變化活動；以及運動補償函 數(shù)，其生成指示對象的定量數(shù)據(jù)。所述運動補償函數(shù)在使用所述活動數(shù)據(jù) 生成定量數(shù)據(jù)的計算中對運動偽影誘發(fā)的誤差進行補償。根據(jù)另一方面， 一種計算機可讀存儲介質(zhì)包含有各種指令，當計算機 執(zhí)行所述指令時，其引起所述計算機執(zhí)行一種方法。所述方法包括使用代 表對象體內(nèi)放射性衰變的空間變化的活動數(shù)據(jù)，生成指示所述對象特征的經(jīng)運動補償?shù)亩繑?shù)據(jù)。所述使用步驟包括施加運動補償函數(shù)，其對在所 述空間變化的活動數(shù)據(jù)中的運動偽影引入的誤差進行補償。
根據(jù)另一方面， 一種方法包括使用代表放射性核素衰變的空間變化 的活動數(shù)據(jù)，生成指示對象病理的定量數(shù)據(jù)；以及根據(jù)運動補償函數(shù)來調(diào) 整所述定量數(shù)據(jù)，所述運動補償函數(shù)對在所述空間變化的活動數(shù)據(jù)中的運 動偽影引入的誤差進行補償。
根據(jù)另一方面， 一種方法包括給人類用戶呈現(xiàn)指示對象的第一圖像數(shù) 據(jù)。所述圖像數(shù)據(jù)包括多個特征。所述方法還包括選擇第一特征，生成指 示第一特征的定量數(shù)據(jù)，選擇第二特征，以及執(zhí)行對第二特征的運動進行 補償?shù)慕?jīng)運動補償?shù)闹亟ā?br> 根據(jù)另一方面， 一種裝置包括給人類用戶呈現(xiàn)指示對象第一圖像數(shù)據(jù) 的器件。所述圖像數(shù)據(jù)包括多個特征。所述裝置還包括用于選擇第一特征 的器件、用于生成指示第一特征的定量數(shù)據(jù)的器件、用于選擇第二特征的 器件以及用于執(zhí)行對第二特征的運動進行補償?shù)慕?jīng)運動補償?shù)闹亟ǖ钠?件。
根據(jù)另一方面，運動補償定量數(shù)據(jù)生成器使用代表對象體內(nèi)放射性核 素衰變的空間分布的數(shù)據(jù)，以生成經(jīng)運動補償?shù)亩繑?shù)據(jù)。所述定量數(shù)據(jù) 生成器應(yīng)用運動補償對代表所述空間分布的數(shù)據(jù)中的運動偽影進行補償。
在閱讀并理解了下面的詳細說明后，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會意識到本申 請的另外其他方面。
本發(fā)明將采取不同的部件和部件布置的形式，以及不同的步驟和步驟 布置的形式。各附圖僅為了說明各優(yōu)選的實施例，不能解釋為限制本發(fā)明。


圖1是診斷和治療系統(tǒng)的方框圖2是運動建模器的方框圖3描述了中間圖像；
圖4描述了用于生成中間圖像的技術(shù)的各個方面； 圖5描述了運動跟蹤方法； 圖6是運動建模器的方框圖；圖7描述了各個矢量；
圖8描述了運動對測定活動的影響；
圖9描述了運動補償函數(shù)；
圖IO描述了運動補償定量數(shù)據(jù)生成器；
圖IIA描述了運動補償定量數(shù)據(jù)生成器;
圖IIB描述了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；
圖12描述了運動補償定量數(shù)據(jù)生成器；
圖13描述了運動補償定量數(shù)據(jù)生成器；
圖14描述了一種方法；
圖15描述了特征分析系統(tǒng)。
具體實現(xiàn)方式
參考圖1，系統(tǒng)100包括第一或診斷掃描儀102、治療計劃器112、治 療設(shè)備114以及第二或治療掃描儀108。
第一掃描儀102提供了指示檢査中的對象內(nèi)部的圖像數(shù)據(jù)，基于諸如 成像中的對象的特性、待成像和/或待治療的區(qū)域等因素選擇所述掃描儀的 模式。合適的各掃描儀示例包括提供關(guān)于對象的功能信息的正電子發(fā)射斷 層掃描(PET)、單光子發(fā)射斷層掃描(SPECT)和功能磁共振成像(fMRI) 掃描儀、以及提供關(guān)于對象結(jié)構(gòu)信息的計算機斷層掃描(CT)、 MRI、超聲
(US)或各掃描儀。在需要不止一種模式的信息時，可提供多種掃描儀。 也可預(yù)期到混合掃描儀，諸如組合的PET/CT、 SPECT/CT以及PET/MR掃 描儀。
如所闡述的，第一掃描儀102包括重建器106，其使用分析、迭代或其 他合適的重建技術(shù)對成像檢査過程中生成的原始或投影數(shù)據(jù)進行重建，以 生成指示檢査中的對象的體積或圖像空間數(shù)據(jù)。在第一掃描儀102包括不 止一種模式時，也可提供不止一種重建器106。在一種實現(xiàn)方式中，第一掃 描儀102和重建器106協(xié)作以生成診斷質(zhì)量的圖像。
治療計劃制定器112使用來自第一掃描儀102的圖像數(shù)據(jù)和/或其他相 關(guān)信息，以計劃對治療目標所施加的治療。例如，在放射腫瘤學中使用的 輻射治療計劃(RTP)的情況中，所述治療計劃通常包括對腫瘤或其他病變施加的空間變化的輻射劑量。如同1所述，治療掃描儀108是PET掃描儀。PET掃描儀傳統(tǒng)上包括 一般以環(huán)形或圓柱形的布置置于圍繞檢查區(qū)域120的多個輻射敏感探測器 118。在有關(guān)PET檢查中，將包括正電子發(fā)射放射性核素的示蹤劑引入到檢 查中的對象體內(nèi)。當放射性核素衰變，發(fā)射的正電子在稱之為正電子湮滅 的現(xiàn)象中與電子發(fā)生相互作用，所述湮滅生成多對時間重合511千電子伏 特(keV)的伽馬射線，其沿響應(yīng)線(LOR) 122在基本相反的方向上行進。 在掃描儀108是飛行時間(TOF) PET掃描儀時，飛行時間探測器測量重 合的光子的到達時間，并將得到信息用于估計沿LOR122的湮滅位置。治療掃描儀108與治療設(shè)備114協(xié)同操作，以生成指示治療期間或分 次的過程中所探測的湮滅的原始或投影數(shù)據(jù)。在表模式獲取情況中，所述 數(shù)據(jù)包括一列在給定掃描過程中所探測的很多湮滅，并且所述列中的條目 通常包含指示LOR122的部位和取向、沿LOR122的事件部位(特別是在 TOF系統(tǒng)的情況中)、所探測的湮滅的時間、以及其他相關(guān)信息的信息。值 得注意的是，在所述投影數(shù)據(jù)主要用于運動跟蹤時，由所述掃描儀108產(chǎn) 生的投影數(shù)據(jù)可能其質(zhì)量不足以產(chǎn)生診斷圖像。可以提供重建器110以使用合適的迭代、分析或其他重建技術(shù)對所述 原始數(shù)據(jù)進行重建，從而生成指示對象的體積測定圖像數(shù)據(jù)，例如用于經(jīng) 由監(jiān)視器、膠片等以人類可察覺的形式進行顯示。如下面進一步所描述的，運動建模器116使用由治療掃描儀108在治 療期間、否則由治療設(shè)備114在施加治療期間獲取的投影數(shù)據(jù)，來跟蹤治 療目標的運動。更具體地，優(yōu)選地，基本上實時地執(zhí)行所述運動跟蹤，以 便在所述治療期的過程中跟蹤所述目標。在三維空間中對運動進行建模時，所述運動軌跡或模型根據(jù)如下關(guān)系 來表示公式l P(t)Kx(t)，y(t)，z(t))其中P(t)是作為時間函數(shù)的目標或感興趣區(qū)域的位置，而x(t)， y(t)和 z(t)代表沿各個x， y和z軸的感興趣區(qū)域的位置。除了以絕對位置(例如， 以位置不同、速度、加速度等的形式)和關(guān)于其他預(yù)期的坐標系統(tǒng)的形式表達所述運動模型外，也可用其它形式表達所述運動模型。
治療設(shè)備114(其相對于所述掃描儀而安置以便其治療區(qū)119至少部分 地與所述檢查區(qū)120對應(yīng))使用來自治療計劃器112和運動建模器116的 信息，對所述對象施加預(yù)期的治療。更具體地，治療設(shè)備114使用來自運 動模型P(t)的信息，以在施加治療的過程中基本上實時地對治療目標的運動 進行補償。
如圖1所示，治療設(shè)備114包括調(diào)制器121，其(例如)通過調(diào)制施加 劑量的空間、時間和/或其他特性，對施加給所述對象的治療強度或其他治 療特性進行調(diào)制，使得施加的治療逼近治療計劃器112所計算的施加的治 療。
再次有關(guān)腫瘤中的外部放療示例，治療設(shè)備114可包括調(diào)強放療設(shè)備。 這種設(shè)備通常包括多葉片準直器，其用于調(diào)制所施加的輻射，以便對腫瘤 施加預(yù)期的輻射劑量。也可預(yù)想到其他治理設(shè)備，包括但不限于線性加速 器、粒子治療設(shè)備、射頻消融或其他設(shè)備，以及高場(high field)超聲治療 設(shè)備。
將所述對象配準或以其他方式定位在治療設(shè)備114和與施加的治療(其 在分次治療的情況中可以是多個治療期的其中之一)有關(guān)的治療掃描儀120 的相應(yīng)治療區(qū)域119、 120。根據(jù)待治療的對象和所述治療的屬性，這種定 位可借助于基準標記、與對象的一部分相符的定位設(shè)備(例如，對人類患 者的頭部施加治療的情況中的適形面罩)、其他約束或其他合適的技術(shù)來協(xié) 助完成。還可使用來自運動模型P(t)的信息，或者獨自結(jié)合其他定位輔助， 合適地對與所述治療相關(guān)的患者進行定位。
現(xiàn)在回到圖2，運動建模器116包括分組器252、過濾器254、特性處 理器258以及位置確定器282。如上所述，當在掃描過程中獲取數(shù)據(jù)時，運 動建模器116基本上實時地接收來自治療掃描儀108的原始數(shù)據(jù)或投影數(shù) 據(jù)。
分組器252將來自治療掃描儀108的投影數(shù)據(jù)分到多個時間組中。例 如，在所述數(shù)據(jù)包括表模式PET數(shù)據(jù)時，所述分組器252將各LORs分到 各時間組中，并且各組的持續(xù)時間一般按各因素(諸如被建模的運動屬性 和速率、預(yù)期的時間分辨率、湮滅計數(shù)率、運動建模器116的速度以及治療設(shè)備114能夠操控或以其他方式對施加的治療進行調(diào)制的速率)而建立。在一種實現(xiàn)方式中，所述各組每一個都有相同的持續(xù)時間，并且LORs的數(shù)量從一組到另一組發(fā)生變化。在另一種實現(xiàn)方式中，每個組包含相同數(shù)量的LORs，并且持續(xù)時間從一組到另一組發(fā)生變化。在另一種實現(xiàn)方式中， 持續(xù)時間和LORs的數(shù)量都允許在限度內(nèi)發(fā)生變化。過濾器254濾除或忽略沒有橫穿用戶的投影數(shù)據(jù)(或者反過來陳述， 選擇橫穿用戶的投影數(shù)據(jù))或自動確定優(yōu)選地包括目標的感興趣區(qū)域(ROI) 的投影數(shù)據(jù)。再次在腫瘤應(yīng)用中的PET數(shù)據(jù)示例中，過濾器254選擇橫穿 包括被治療的腫瘤的ROI的那些LORs。在TOF數(shù)據(jù)可用時，可忽略湮滅 可能發(fā)生在ROI之外的那些LORs。特性處理器258確定特有特征，諸如過濾組的投影數(shù)據(jù)的質(zhì)心或其他 中心函數(shù)。如圖2的示例所示，特性處理器258的控制器260訪問簡化的 重建系統(tǒng)243。簡化的重建器243執(zhí)行各組過濾的投影數(shù)據(jù)的局部約束反投 影，以生成對應(yīng)于時間組的部分圖像。將所述部分圖像存儲在存儲部件278 (諸如存儲器)中。在一種實現(xiàn)方式中，對各投影橫穿ROI256的體素的距離進行計算，并 且簡化的重建器243按照所計算的距離來更新體素值。在一個簡化并因此 相對更快的實現(xiàn)方式中，在每次投影橫穿體素時，統(tǒng)一地增加或以其他方 式增大給定體素的值。這在圖4中再次以PET系統(tǒng)示例的情況進行闡述， 其中LOR264橫穿R01256的體素266、 268、 270、 272、 274和276。值得 注意的是，如果可能，也可將由簡化重建器243產(chǎn)生的體素權(quán)重考慮到TOF 數(shù)據(jù)中。回到圖2，特有特征生成器280計算部分圖像的質(zhì)心、活動中心或其他 特有特征。根據(jù)選定的簡化重建技術(shù)，并為了降低指示ROI256區(qū)域外的投 影數(shù)據(jù)影響，理想的是當計算所述特有特征時，只考慮ROI中的體素子集。 例如這可借助于閾值技術(shù)來實現(xiàn)，在所述閾值技術(shù)中不考慮具有小于用戶 選定值或小于最大ROI體素值的其他預(yù)期百分比的那些體素。運動確定器282使用所述特有特征數(shù)據(jù)生成運動模型P(t)，并且所述運 動模型存儲在治療設(shè)備114能夠訪問或以其他方式提供給治療設(shè)備114的 計算機可讀存儲器中。值得注意的是，運動確定器282 (例如)使用一個或多個過去運動的測量結(jié)果，通過執(zhí)行第一或更高階次的外推法，同樣可使 用運動數(shù)據(jù)來預(yù)測病變將來的位置或運動。如將會意識到的，所述過程基 本上實時地在掃描過程中獲取的多個時間組的每一個中重復(fù)。
圖3描述了由簡化的重建器243連同十個(10)連續(xù)時間組所生成的 ROI356和多幅中間圖像362,.u)的一個示例，可以理解一般將為每個組生成 運動模型P"t)。在圖3的示例中，腫瘤320在ROI356中經(jīng)受通常的環(huán)狀、 順時針方向的運動。雖然為了闡述性目的，在圖3中示出了十(10)幅中 間圖像362和運動模型Pn(t)，但是也可生成其他數(shù)量的時間組和/或中間圖 像。將會意識到，圖3描述了ROI356的圖像層。在ROI356包括體積時， 將對覆蓋所述體積的各中間圖像進行重建。
圖6描述了運動建模器116的備選實施例，相同的參考數(shù)字描述了有 關(guān)圖2中所描述的那些項類似的項。
如圖所示，特性處理器258包括矢量分析部件696，其接收由過濾器 254生成的過濾投影數(shù)據(jù)。再次在PET成像中生成的LORs的背景下，假 設(shè)通過LOR上的點A和單位矢量A (其描述它的方向)來描述每個LOR。 圖7闡述了兩個這樣的LORs，第一個LOR98由點戶98和單位矢量,98來描述， 而第二LOR100由點&。和單位矢量A。。來描述。
點( 表示連接第一 98和第二 100LORs的最短線段102的中點
<formula>formula see original document page 20</formula>
其中d是連接LORs98和100的線段長度
<formula>formula see original document page 20</formula>n是在指向連接LORs98和100線段的方向的單位矢:<formula>formula see original document page 20</formula>
并且將b定義為:
<formula>formula see original document page 20</formula><formula>formula see original document page 21</formula>As回到圖6，矢量分析部件696生成n個連續(xù)LORs對的聚集點(Cl， C2,... Cn}，由此生成點云。值得注意的是，對平行LORs或垂直于x軸的LORs分別對待。特有特征生成器280確定所述點云的質(zhì)心或其他預(yù)期特有特征。如果 需要，當確定質(zhì)心時可忽略邊遠的點。運動確定器282再次使用所述特有 特征數(shù)據(jù)來生成所述運動模型P(t)。在2006年2月28日提交的、題目為Local Motion Compensation Based on List Mode Data的、同屬于申請人的美國臨時專利申請序列號60/777,469 中也公開了用于確定感興趣區(qū)域運動的合適技術(shù)，該申請的全部內(nèi)容作為 參考明確地在本文引用。重建器110也可使用所述運動模型P(t)來對重建圖 像中的運動進行補償。例如，在數(shù)據(jù)來自PET掃描儀的情況中，所述運動 模型P(t)可用于偏移指示出現(xiàn)在ROI中的事件的LORs位置，從而補償所探 測的運動。然后對獲取數(shù)據(jù)集的所有或預(yù)期部分進行重建。可以預(yù)想到各種變型。雖然第一 102和第二 108掃描儀已經(jīng)作為單獨 的設(shè)備進行了描述，但它們還可以是同一個設(shè)備。第二掃描儀108并不限 于PET掃描儀，并且可以是SPECT或者其他模式的掃描儀、混合模式的掃 描儀等。上述各項技術(shù)同樣適用于除了腫瘤之外的其他醫(yī)學應(yīng)用以及適用 于需要對移動的對象實施處理的工業(yè)或其他非醫(yī)學應(yīng)用。還值得注意的是，可將上述一些或所有功能組合到單一設(shè)備中或可劃 分到多個設(shè)備中。例如， 一些或所有的運動建模器116可作為掃描儀108 的一部分來實施；重建器106、 110可除了作為掃描儀102、 108的一部分 外而實施。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員同樣會意識到的，上述各技術(shù)可借助于 存儲在合適的計算機可讀介質(zhì)中的計算機可讀指令來實施。當所述指令由 計算機處理器執(zhí)行時，所述指令弓I起計算機處理器執(zhí)行預(yù)期的技術(shù)。上述各項技術(shù)同樣可應(yīng)用于將所述原始數(shù)據(jù)或投影數(shù)據(jù)分類或分組到 多個組(bin)的獲取中。在這種實現(xiàn)方式中，分組器252將在數(shù)據(jù)獲取或 與之相關(guān)時進行操作，從而獲取對應(yīng)于預(yù)期時期的重組(rebinned)數(shù)據(jù)。還有很多情況，其中為了建立運動模型而有效地去識別對象的特定病變或其他特征是相對困難。例如，由于對象的運動而使所述病變或其他目 標模糊，并且這種模糊易于降低熱點的平均強度。強度的降低會潛在地導(dǎo) 致所述病變的不可識別或以其他方式使對它的探測復(fù)雜化。因而，可對已 知具有或懷疑含有所述病變的區(qū)域應(yīng)用運動校正。由于所述運動校正易于 強化相對較弱的區(qū)域，因此幫助識別可疑區(qū)域，可對所述運動校正數(shù)據(jù)進 行分析以識別預(yù)期的目標區(qū)域。
ROI還可在第二或運動ROI處建立，其運動用于目標運動的適當代表。
這種布置特別適于下述情況，即對所述目標具有親合力的示蹤劑產(chǎn)生相對
低強度熱點，所述示蹤劑對第二 ROI具有親和力或者治療掃描儀108為并 非特別適于對所述目標進行成像的模式時。
現(xiàn)在將描述有關(guān)圖5的操作。
在502獲得診斷掃描，并在504建立治療計劃。
所述對象準備好進行506的治療。將對所述目標具有親和力的示蹤劑 引入到所述對象的體內(nèi)。再次在醫(yī)學腫瘤的PET掃描儀示例中，將示蹤劑 (諸如指示相對更高癌性病變代謝率的FDG)引入到患者解剖結(jié)構(gòu)中。還 將患者加以定位，使得合適地將所述目標定位在治療區(qū)域119和檢查區(qū)域 120中。在這點上，治療掃描儀108可用來操控對所述對象的初始掃描，并 且得到的圖像數(shù)據(jù)可用于幫助所述對象的定位和/或確定ROI 。
如將會意識到的，所述目標在施加治療的過程中會經(jīng)受整體上的、周 期性的運動或其他運動。再次以人類患者為例，所述運動可歸因于周期性 生理運動，諸如呼吸或心臟運動、整體的患者運動、由諸如膀胱或結(jié)腸的 充盈的生理過程引起的位置偏移，或其他原因。
在508操控治療掃描。在510從時間上對所述投影數(shù)據(jù)進行分組，在 512過濾分組后的數(shù)據(jù)，在514識別所述特有特征，并且在516確定特有特 征的位置。如518處所指示的，在治療期的過程中基本上實時地重復(fù)步驟 508到516。
(例如)通過與特有特征的確定位置時間上協(xié)同地操縱或選通施加的 粒子束或光子束或者其他施加的治療，在520施加運動補償治療，并且使 用確定的特有特征的位置來對目標的運動進行補償。雖然施加所述治療和 操控所述治療掃描在時間上同時進行(即，將所述對象恰當?shù)囟ㄎ灰杂糜跈z査和治療)，但是將會意識到，可選通所述圖像獲取和治療應(yīng)用，使得操 控獲取和治療的時期互不包括、部分重疊等。簡要地回到圖1，治療計劃器112使用來自掃描儀102的圖像數(shù)據(jù)和/或其他相關(guān)信息來展開預(yù)期的治療。例如，在PET或SPECT掃描儀中，所 述信息可包括定量數(shù)據(jù)，諸如按測定活動進行計算的均值SUV。示例性均 值SUV計算可表示如下公式6I 。'o' 1 &。，其中V!^是屬于在其上計算SUV的ROI的體素集，IV一是相關(guān)聯(lián)的 體積測量，而oUx)是在體積或圖像空間中x位置上所測的活動。值得注意 的是，為了解釋清楚并容易被本領(lǐng)域普通技術(shù)人員進行合并，從公式6中 己經(jīng)忽略了一般在SUV計算中包括的其他因素，諸如放射性核素劑量、患 者體重等。可將公式6重寫如下公式7S丄肌r肌其中a(x)是測量時間T期間，位置x處測定活動(Xm的時間均值-公式8 1 r7 0現(xiàn)在回到圖8，在數(shù)據(jù)獲取期間出現(xiàn)的運動可導(dǎo)致活動測量中的不準確 以及SUV的低估。在圖8中，橫坐標或x軸描述了圖像或測量空間中的x 位置或部位，而縱坐標或y軸描述了標準化的活動測量。針對當前的解釋， 假設(shè)感興趣特征(諸如病變)具有尺寸802，并且在其整個體積上均勻的標 準化活動a(x) = l。曲線804描述了在病變處于靜態(tài)情況中的測定的活動(Xm(X)，并且為了 解釋清楚而忽略了其他誤差源。然而，如輪廓806、 808、 810所示，活動 測量結(jié)果(Xm(X)將受到病變運動的影響。輪廓806闡述了運動幅度等于尺寸 802的第一狀況。如所看到的，測定的活動(Xm(x)等于點812處的實際活動ot(x)。輪廓808闡述了運動幅度大于病變尺寸802的第二狀況。如所看到的， 測定的活動am(x)峰值小于實際活動a(x)。輪廓810闡述了運動幅度小于病
變尺寸的第三狀況。如所看到的，對于一部位范圍814，測定的活動(Xm(X)
對應(yīng)于實際活動a(x)。
這些變化可導(dǎo)致諸如降低的對比度以及模糊化的運動偽影。例如，在 第三狀況中，所述圖像數(shù)據(jù)可包括在其中測定活動的時間均值a(x)基本正 確的中心區(qū)域。然而，中心區(qū)域的尺寸(例如，尺寸814)將未被充分表示。 在不是很中心的區(qū)域(例如，在尺寸814外但在尺寸802內(nèi)的區(qū)域)中， 測定活動的時間均值a(x)將低于實際活動a(x)。在更不中心的區(qū)域(例如， 在尺寸802之外的區(qū)域)，測定活動a00 (及因此測定活動的時間均值a(x)) 將大于實際的活動a(x)。如從分析各曲線804、 806、 808、 810中可以意識 到，這些運動影響的幅度將按照所述病變尺寸和運動特性而改變。
此外，這些運動影響可使適當?shù)腞OI的識別復(fù)雜化。例如在病變大小 和運動為如曲線810中所描述的病變大小和運動時，如果ROI的尺寸小于 或等于尺寸814則將正確地計算SUV。然而，隨著所述狀況靠近曲線806 描述的狀況(例如，如果所述病變相對更小和/或所述運動相對更大)，尺寸 814易于減小，這樣會易于增加SUV計算中的統(tǒng)計噪聲。另一方面，如果 ROI的尺寸大于尺寸814，則SUV將被低估。隨著所述狀況靠近曲線808 描述的狀況，將不能界定在其中測定活動am(x)對應(yīng)于實際活動a(x)的ROI。
從圖8各示例的背景下看，所計算的均值SUV是在選定ROI的尺寸劃 分的相應(yīng)曲線804、 806、 808、 810下的面積。再次根據(jù)病變的大小和運動 以及選定ROI的大小和部位，根據(jù)公式6計算均值SUY會低估SUV，這 是因為存在一些測定活動的時間均值a(x)小于實際值的可能性。
假設(shè)可得到關(guān)于病變或其他感興趣特征的幾何形狀和運動信息，則可 生成經(jīng)運動補償?shù)亩繑?shù)據(jù)。現(xiàn)在將針對具有活動a(x)=l且半徑r-l的均 勻球體并且其經(jīng)受幅度為A的正弦運動的示例，來描述經(jīng)運動補償?shù)木?SUV計算的第一示例。將特征中心的位置P描述為(標準化的)時間函數(shù) te[O,l]-
公式9 P = P(t) = y0 + A sin(2兀t),其中yO是球體的平均位置。為了本示例的目的，假設(shè)選定的ROI是具有半徑r的球體。上面公式6 的均值SUV的計算可表達如下公式10其中1V,I是ROI的體積(即，為了本示例的目的為4兀r3/3)，而V(t) 是位置P①處的球體與ROI的相交體積。將會意識到對于球體和/或非球體 幾何形狀都容易計算所述V(t)。還可將來自公式10的值S看作施加給根據(jù)公式6計算的SUV的運動 補償函數(shù)，從而生成經(jīng)運動補償?shù)木礢UV:公式ll經(jīng)運動補償?shù)腟t/r均值-S-1.^^ / w0OL如前面的示例，現(xiàn)在假設(shè)所述特征具有半徑r=7mm，并且幅度A= 10mm。值得注意的是，在醫(yī)學成像中，10mm的幅度在隔肌附近處的病變 (例如，肺和肝中存在的病變)是普遍的。在這種情況下，根據(jù)上面公式6 或7計算的均值SUV將被低估達大約2.5倍。公式12SUV均值(r = 7 mm, A = 10 mm) = 0.395 根據(jù)公式6或7計算的均值SUV乘以大約2.5的補償因子，從而得到 經(jīng)運動補償?shù)木礢UV。參考圖9將對前述內(nèi)容進行更普遍地闡述，其中橫坐標描述了以mm 為單位的感興趣特征的幅度A，而縱坐標表示按上述公式IO計算的運動補 償函數(shù)S。曲線卯2、 904、 906、 908、 910、 912闡述了對于分別具有半徑 為5、 7.5、 10、 15、 20和30mm的感興趣特征而言，根據(jù)公式10生成的運 動補償函數(shù)S。如上面看到的，所需的運動補償易于隨運動幅度A的增加 及特征大小的減小而增大。現(xiàn)在將描述第二示例性經(jīng)運動補償?shù)木礢UV的計算。為了解釋清楚， 假設(shè)病變或其他特征具有均勻的活動(x，其對于小的病變近似是真實的。對 于具有空間非均勻活動的較大病變或特征而言，可將所述病變或特征再分成活動基本均勻的子區(qū)域。
PET、 SPECT或其他檢查中所測量的病變(或子區(qū)域)活動可表達如
下
公式13 A(x) = a . p(x)，
其中A(x)是測定的活動而p(x)是病變(或子區(qū)域)的活動處于位置x時 的獲取時間的分數(shù)。基于上述的病變運動和幾何形狀信息可計算函數(shù)P(x)， 其代表位置x處病變的概率密度。
如將會意識到的，目的一般是確定實際的活動a。因此，公式13可重 寫為-
公式14 =，
從另一角度看，概率密度p(x)可用作補償數(shù)據(jù)獲取期間病變運動的空
間變化運動補償函數(shù)。
類比于公式11，經(jīng)運動補償?shù)木礢UV可計算如下
公式15
經(jīng)運動補償?shù)? ^ f ，,
如果ROI包括獲取期間病變貫穿的整個區(qū)域(如下所表達的)，則統(tǒng)計 的置信度有所改善
公式16 VR0I := {x I p(x) > 0} 各種變化是可能的。例如，可截斷ROI以便對于p(x)大于閾值r，只包 括子集V肪hcVROI
公式17 V廳={x| p(x)> t }. 這種實現(xiàn)方式在概率密度p(x)的估計值在低數(shù)值時相對不可靠的情況 下特別有吸引力。對于相對于幅度而言相對較大的病變或其他特征，可將 閾值r設(shè)定為l或接近l，在此情況下，ROI于對應(yīng)圖8的區(qū)域814。現(xiàn)在將根據(jù)圖IO描述一種執(zhí)行經(jīng)運動補償?shù)亩繑?shù)據(jù)計算的裝置。如圖所示，運動補償定量數(shù)據(jù)生成器1004使用特征幾何形狀信息1008、特征 運動信息1006以及表示PET、 SPECT或?qū)ο蟮钠渌麢z查期間探測的放射性 核素衰變的空間變化活動數(shù)據(jù)1002，以生成指示對象特征的經(jīng)運動補償?shù)?定量數(shù)據(jù)1010。由于對象可能在檢查期間經(jīng)歷運動，因此在空間變化數(shù)據(jù) 中引入了運動偽影時，數(shù)據(jù)生成器1004對定量數(shù)據(jù)計算中運動偽影誘發(fā)的 誤差進行補償。運動校正定量數(shù)據(jù)1010和/或其他相關(guān)信息經(jīng)由用戶界面 1012 (諸如計算機實施的圖形用戶界面(GUI))呈現(xiàn)給人類用戶。使用來自各來源的信息可估計特征幾何形狀1008。作為一個示例，利 用合適的成像模式(諸如CT、 MR、 US、 X射線、混合成像模式)或者其 他成像或非成像檢査模式對對象進行的檢查中的數(shù)據(jù)可用于估計所述特征 的大小和/或形狀。還可從活動數(shù)據(jù)1002來估計特征幾何形狀1008。值得 注意的是，由人類用戶經(jīng)由用戶界面(諸如用戶界面1012)手動地利用分 割或其他特征探測算法自動或半自動地執(zhí)行特征幾何形狀1008的估計，或 其他合適的估計技術(shù)執(zhí)行所述估計。作為另一示例，特征仿真器可用于生成仿真特征，所述特征具有與活 動數(shù)據(jù)1002中呈現(xiàn)的那些特征相類似的幾何形狀和/或運動特性。如又一示 例，基于感興趣特征的先驗知識可對特征幾何形狀1008進行估計。例如， 在腫瘤學中，球形幾何形狀可提供病變形狀的合理近似，特別是在較小病 變的情況中。值得注意的是所述估計還可采用來自結(jié)合了各來源的信息。使用來自各來源的信息可同樣對特征運動1006進行估計。作為一個示 例，運動1006可借助對于相關(guān)運動適當?shù)?各)運動監(jiān)視器進行估計。在 醫(yī)學背景下，合適的傳感器包括呼吸、心臟和/或其他周期性或整體運動監(jiān) 視器。所述運動還可使用從對對象合適的成像或其他檢査、對象的先驗知 識及其運動特性等得到的數(shù)據(jù)進行估計。現(xiàn)在根據(jù)圖HA描述運動補償定量數(shù)據(jù)生成器的第一實現(xiàn)方式。如圖 所示，運動補償定量數(shù)據(jù)生成器包括定量數(shù)據(jù)生成器1102和運動補償器 1104。定量數(shù)據(jù)生成器1104生成可包括運動誘發(fā)誤差的定量數(shù)據(jù)。再次在 定量數(shù)據(jù)包括均值SUV的示例中，均值SUV可按上述有關(guān)公式6或7進 行計算。值得注意的是特征幾何形狀1008可按照上述有關(guān)圖IO進行估計。運動補償器1104 (其接收來自數(shù)據(jù)生成器1102的定量數(shù)據(jù))協(xié)同補償 函數(shù)1106進行操作以生成經(jīng)運動補償?shù)亩繑?shù)據(jù)1010。在一種實現(xiàn)方式中， 運動補償器按上述有關(guān)公式10計算合適的運動補償函數(shù)S。在圖11B示意 性闡述的另一種實現(xiàn)方式中，從存儲在適當計算機可讀存儲器中的查詢表 或其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1150中獲得補償函數(shù)1106。更具體而言，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)150包 括按上述有關(guān)公式10和圖9進行計算的多個運動補償值1152。運動補償值 1152是根據(jù)特征運動、特征大小、特征形狀和/和其他相關(guān)變量進行索引或 以其他方式進行訪問。可按需要執(zhí)行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中各條目1152間的插值。值 得注意的是，特征移動1006可按照上述有關(guān)圖IO進行估計。
運動補償器1104對所述定量數(shù)據(jù)(例如)按照上述有關(guān)公式11施加 補償函數(shù)1106。經(jīng)運動補償?shù)亩繑?shù)據(jù)1010可單獨或者與其他相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié) 合，經(jīng)由用戶界面1012呈現(xiàn)給臨床醫(yī)生或其他人類用戶。這樣，例如，所 述定量數(shù)據(jù)可與一個或多個活動數(shù)據(jù)1002、來自定量數(shù)據(jù)生成器1102的定 量數(shù)據(jù)、特征幾何形狀1008、補償因子或特征形狀或運動的表示同時進行 呈現(xiàn)。作為另一變化，可給用戶提供進入、確認和/或修正病變大小或運動、 補償值或其他相關(guān)數(shù)據(jù)的機會。
現(xiàn)在將根據(jù)圖12描述運動補償定量數(shù)據(jù)生成器的另一種實現(xiàn)方式。如 圖所示，運動補償定量數(shù)據(jù)生成器1202協(xié)同概率生成器1204進行操作， 以生成經(jīng)運動補償?shù)亩繑?shù)據(jù)1010。
概率生成器1204使用特征幾何形狀信息1008和/或特征運動信息 1006，例如通過按上面所述計算概率密度p(x)，確定圖像獲取期間在活動 數(shù)據(jù)1002空間中病變或其他特征訪問各部位的概率或可能性。運動補償定 量數(shù)據(jù)生成器1202使用活動數(shù)據(jù)1002和所述概率信息來生成所述經(jīng)運動 補償?shù)亩繑?shù)據(jù)。這樣所述概率信息用作對活動數(shù)據(jù)1002中的運動偽影進 行補償?shù)倪\動補償函數(shù)。在經(jīng)運動補償?shù)亩繑?shù)據(jù)IOIO包括經(jīng)運動補償?shù)?均值SUV時，SUV可按上述有關(guān)公式15進行計算。值得注意的是，在所 述特征包括多個子區(qū)域時，對每個子區(qū)域可執(zhí)行所述SUV計算，并且將結(jié) 果組合以生成合成的SUY。經(jīng)運動補償?shù)亩繑?shù)據(jù)1010和/或其他相關(guān)信 息可經(jīng)由用戶界面1012呈現(xiàn)給用戶。
il在將根據(jù)圖13描述運動補償數(shù)據(jù)生成器的另一種實現(xiàn)方式。如圖所示，所述系統(tǒng)與上面有關(guān)圖12的描述相類似。所述系統(tǒng)還包括特征仿真器1304，其生成與活動數(shù)據(jù)1002中存在的特征1302近似的仿真或虛擬特征。 在一種實現(xiàn)方式中，特征仿真器1304識別特征參數(shù)，諸如產(chǎn)生與實際特征 1302近似的虛擬特征的特征活動信息、特征幾何形狀信息1308和/或特征 運動信息1306。例如根據(jù)合適的優(yōu)化函數(shù)，通過迭代地調(diào)整所述活動、幾 何形狀1308和/或運動1306的參數(shù)可執(zhí)行這種仿真。在另一種實現(xiàn)方式中， 參數(shù)1306、 1308由人類用戶經(jīng)由用戶界面1012進行調(diào)整，并且相對于實 際特征1302適當?shù)仫@示仿真的特征，用于用戶的評估。在2005年5月3 日提交并在2006年11月19日作為WO2006/117706A1公開的、題目均為 "VirtualLesion Quantification"的、同屬于申請人的美國臨時專利申請序列 No.60/677，172中同樣描述了合適的仿真技術(shù)，其申請和公開中的全部內(nèi)容 作為參考在本文引用。值得注意的是，特征仿真器1304及其操作界面可在 不同的計算機上而非數(shù)據(jù)生成器1202和/和概率生成器1204上實施。 現(xiàn)在根據(jù)圖14描述操作。在1402，(例如)借助于核醫(yī)學成像掃描來獲取指示檢查中的人類患者 或其他對象的活動數(shù)據(jù)。至少對象的一部分在掃描期間會經(jīng)受周期性或整 體性的運動。在1404，估計所述活動數(shù)據(jù)中存在的一個或多個感興趣特征的幾何形 狀和/或運動。在1406，使用所述活動、幾何形狀和/或運動信息來生成指示(各)感 興趣特征的經(jīng)運動補償?shù)亩繑?shù)據(jù)。值得注意的是，可在從數(shù)據(jù)獲取和/或 估計步驟中去除的時間和地點上生成所述經(jīng)運動補償?shù)臄?shù)據(jù)。 在1408，所述經(jīng)運動補償?shù)臄?shù)據(jù)以人類可察覺的形式呈現(xiàn)。 在1410，所述經(jīng)運動補償?shù)臄?shù)據(jù)用于計劃對所述對象施加的適當治療。 在1412施加所計劃的治療。在一種實現(xiàn)方式中，所述治療包括如上所 述的運動跟蹤。在其他實現(xiàn)方式中，不采用這種跟蹤。值得注意的是，可 在從所述治療計劃操作中去除的時間和地方處施加所述治療。現(xiàn)在將參考圖15描述前述技術(shù)的另一應(yīng)用。如圖所示，系統(tǒng)包括計算 機輔助探測(CAD)系統(tǒng)1502、特征選擇器1508、運動補償重建器1510 和運動補償定量數(shù)據(jù)生成器1004。CAD系統(tǒng)1502識別在指示對象的圖像數(shù)據(jù)1500中存在可疑的病變、 病理或其他特征1506。值得注意的是，所述圖像數(shù)據(jù)1500可包括使用不止 一種成像模式(例如在混合PET/CT、 PET/MR、 SPECT/CT或其他系統(tǒng)的 情況中)所生成的數(shù)據(jù)。所述圖像數(shù)據(jù)1500可包括運動偽影。
在所闡述的示例中，將CAD系統(tǒng)1502配置成公知的肺結(jié)節(jié)探測系統(tǒng)， 其例如基于獲取的CT或X射線衰減數(shù)據(jù)對可疑的結(jié)節(jié)進行識別。在一些 情況中，CAD系統(tǒng)1502可識別多個可疑的特征1506。這些特征可用不同 的置信度進行識別或用臨床醫(yī)生或其他用戶不同的關(guān)注進行識別。
如1504通常所指示的，(例如)經(jīng)由計算機實施的GUI，給用戶呈現(xiàn) 圖像數(shù)據(jù)1500和/或一個或多個識別的特征1506。值得注意的是，呈現(xiàn)的 活動數(shù)據(jù)可包括由呼吸或其他運動造成的運動偽影。由于圖像數(shù)據(jù)1500可 能包含大量的這種特征1506，這種特征中的一些可能不會引起臨床醫(yī)生的 興趣，因此執(zhí)行所有特征1506的經(jīng)運動補償?shù)闹亟ㄔ谟嬎銠C資源和時間、 系統(tǒng)復(fù)雜性等方面可能得不到保證。
特征選擇器1508選擇各種特征用于分析。在一實現(xiàn)方式中，選擇特征 1506的所有或第一子集，并且運動補償定量數(shù)據(jù)生成器1004生成包括數(shù)據(jù) 獲取期間對那些特征運動進行補償?shù)慕?jīng)運動補償?shù)亩繑?shù)據(jù)。也可選擇特 征1506的第二子集，并且運動補償重建器1510執(zhí)行包括數(shù)據(jù)獲取期間對 那些特征1506的運動進行補償?shù)闹亟ā＠纾?007年7月26日提交的、 題目為"Motion Correction in Nuclear Imaging"的、同屬于申請人的美國臨 時專利申請序列No.60/951，968中公開了合適的經(jīng)運動補償?shù)闹亟夹g(shù)，該 申請的全部內(nèi)容作為參考在本文引用。經(jīng)由用戶界面以預(yù)期的格式給用戶 呈現(xiàn)定量數(shù)據(jù)和經(jīng)運動補償?shù)闹亟ā?br> 值得注意的是，可預(yù)想到各種特征選擇技術(shù)。例如，基于對大小、活 動和其他特征1506的特性的評估、用于CAD系統(tǒng)1502將特定的特征1506 識別為可疑對象的置信度以及/或者其他選擇標準，自動選擇包含在第一和 第二特征子集中的特征1506。值得注意的是， 一般這樣建立選擇標準，使 得在第二子集中包括更有可能需要進一步或更詳細評估的各特征(例如， 不明確或特別可疑的特征)。作為另一示例，由用戶識別包括在第一和/或第 二子集中的特征1506并且相應(yīng)地加以選擇。還值得注意的是，在臨床醫(yī)生或其他用戶可識別特征1506的情況下，可省略CAD系統(tǒng)1502。前述的各運動補償技術(shù)在經(jīng)受呼吸和/或心臟運動的器官中出現(xiàn)的病變 或其他特征的量化特別適用。這些器官的非限制性示例包括但不限于肝、 肺和心臟。各項技術(shù)還可應(yīng)用于經(jīng)受非周期性運動的其他器官和區(qū)域。例 如，前列腺由于膀胱的充盈、腸道氣體的聚集等而受到運動等。還將意識 到上述各項技術(shù)并不限于SUV的計算，并且可同樣應(yīng)用于生成指示特性(諸 如缺氧、凋亡和灌注)的經(jīng)運動補償?shù)亩繑?shù)據(jù)。各項技術(shù)并不限于與采用實時跟蹤的治療技術(shù)結(jié)合使用，而且可結(jié)合 化療、靶向放療、分子治療、內(nèi)部和/或外部放療以及缺少這種跟蹤的其他 治療模式進行使用。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會意識到的，上述各項技術(shù)可借助于存儲在 合適的計算機可讀介質(zhì)上的計算機可讀指令來實施。當由計算機處理器運 行時，所述指令引起計算機處理器執(zhí)行所述各項技術(shù)。參考各優(yōu)選實施例已經(jīng)描述了本發(fā)明。在閱讀并理解了前面詳細的描 述后其他人可想到多種修改或改動。意將本發(fā)明解釋為包括所有這些修改 和改動，只要它們落在附加權(quán)利要求及其等同物的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
已經(jīng)描述了優(yōu)選實施例，將本發(fā)明權(quán)利保護為1、一種裝置，包括掃描儀(108)，其獲取指示包括治療目標的對象的投影數(shù)據(jù)，其中，所述目標在治療期間經(jīng)受運動；運動建模器(116)，其使用所述治療期間獲取的投影數(shù)據(jù)，對所述目標的所述運動進行建模；治療設(shè)備(114)，其在所述治療期間對所述目標進行治療，其中，所述治療設(shè)備按照運動模型改變施加的治療的空間部位。
1、 一種裝置，包括掃描儀(108)，其獲取指示包括治療目標的對象的投影數(shù)據(jù)，其中， 所述目標在治療期間經(jīng)受運動；運動建模器(116)，其使用所述治療期間獲取的投影數(shù)據(jù)，對所述目 標的所述運動進行建模；治療設(shè)備(114)，其在所述治療期間對所述目標進行治療，其中，所 述治療設(shè)備按照運動模型改變施加的治療的空間部位。
2、 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中，所述投影數(shù)據(jù)包括指示所述對象 體內(nèi)放射性核素衰變的數(shù)據(jù)。
3、 如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述投影數(shù)據(jù)是表模式正電子湮 滅數(shù)據(jù)。
4、 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中，所述運動建模器對所述目標的所 述運動進行建模，所述治療設(shè)備基本上實時地改變所述治療的所述空間部 位，由此所述施加的治療的所述空間部位對所述目標的所述空間部位進行
5、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述運動建模器在所述治療期間 多次對活動中心的所述運動進行建模。
6、 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中，所述運動建模器在三維空間中對 所述目標的所述運動進行建模。
7、 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中，所述運動建模器對一區(qū)域的所述運動進行建模，所述區(qū)域用作所述目標的所述運動的代表。
8、 如權(quán)利要求1所述的裝置，包括過濾器(254)，其對所述投影數(shù)據(jù)進行過濾以識別指示所述對象的感 興趣區(qū)域的投影數(shù)據(jù)；特性處理器(258)，其對過濾后的投影數(shù)據(jù)進行處理，以識別所述感 興趣區(qū)域的特有特征，其中，操作所述過濾器和特性處理器以在所述治療 期間的多次中的每一次對所述特有特征進行識別。
9、 如權(quán)利要求8所述的裝置，其中，所述裝置包括重建器(243)，其 在所述治療期間多次對過濾后的投影數(shù)據(jù)進行重建，并且所述特性處理器 使用重建后的數(shù)據(jù)來識別所述特有特征。
10、 如權(quán)利要求8所述的裝置，其中，所述過濾器識別橫穿所述感興 趣區(qū)域的投影數(shù)據(jù)。
11、 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述投影數(shù)據(jù)包括響應(yīng)線，并 且其中，所述運動建模器計算所述各響應(yīng)線之間的距離。
12、 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述運動模型包括位置、速度 和加速度的至少一個。
13、 一種包含指令的計算機可讀存儲介質(zhì)，當由處理器運行時，所述 指令引起所述處理器執(zhí)行包括如下的方法選擇指示治療期間出現(xiàn)在對象的感興趣區(qū)域中的放射性核素衰變的投 影數(shù)據(jù)，在所述治療期間對所述對象的移動目標施加治療；使用選定的投影數(shù)據(jù)來識別所述感興趣區(qū)域的特有特征； 對所述特有特征的運動進行建模；在所述治療期間多次重復(fù)以下步驟選擇投影數(shù)據(jù)、使用所述選定的 投影數(shù)據(jù)以及建模。
14、 如權(quán)利要求13所述的計算機可讀存儲介質(zhì)，其中，所述方法包括 將所述運動模型存儲在能夠由施加所述治療的治療設(shè)備(114)進行訪問的 計算機可讀存儲器中。
15、 如權(quán)利要求13所述的計算機可讀存儲介質(zhì)，其中，所述投影數(shù)據(jù) 包括重組的投影數(shù)據(jù)。
16、 如權(quán)利要求13所述的計算機可讀存儲介質(zhì)，其中，選擇投影數(shù)據(jù) 包括忽略沒有橫穿所述感興趣區(qū)域的投影數(shù)據(jù)。
17、 如權(quán)利要求13所述的計算機可讀存儲介質(zhì)，其中，所述目標包括 病變，所述特有特征包括所述病變的特有特征。
18、 如權(quán)利要求13所述的計算機可讀存儲介質(zhì)，其中，使用所述選定 的投影數(shù)據(jù)包括對所述選定的投影數(shù)據(jù)進行反投影，并使用反投影數(shù)據(jù)來 識別所述特有特征。
19、 如權(quán)利要求13所述的計算機可讀存儲介質(zhì)，其中，所述投影數(shù)據(jù) 包括指示正電子湮滅的響應(yīng)線，并且使用所述選定的投影數(shù)據(jù)包括確定第 一響應(yīng)線和第二響應(yīng)線之間的距離。
20、 如權(quán)利要求13所述的計算機可讀存儲介質(zhì)，其中，對所述特有特 征的所述運動進行建模包括確定所述特有特征的空間位置。
21、 如權(quán)利要求13所述的計算機可讀存儲介質(zhì)，其中，對所述特有特 征的運動進行建模包括使用在所述治療期間生成的運動模型來預(yù)測所述特 有特征的預(yù)期運動。
22、 如權(quán)利要求13所述的計算機可讀存儲介質(zhì)，其中，重復(fù)包括基本上實時地重復(fù)多次以下步驟選擇投影數(shù)據(jù)、使用所述選定的投影數(shù)據(jù)、 以及建模，從而跟蹤所述特有特征的所述運動。
23、 如權(quán)利要求13所述的計算機可讀存儲介質(zhì)，其中，所述運動是由 于整體對象運動、非周期性生理運動，以及周期性生理運動中的至少一種 所導(dǎo)致的。
24、 一種方法，包括 生成對象的圖像數(shù)據(jù)；使用生成的圖像數(shù)據(jù)來識別所述對象的感興趣區(qū)域，其中，所述感興 趣區(qū)域的運動表示目標的運動；選擇指示所述感興趣區(qū)域的在所述對象的成像檢查中獲取的原始數(shù)據(jù)；使用選定的原始數(shù)據(jù)來對所述目標的運動進行建模； 按照運動模型，對施加給所述目標的治療的特性進行調(diào)整； 在治療期間基本上實時地重復(fù)以下步驟選擇、使用所述選定的原始 數(shù)據(jù)、以及調(diào)整，從而將所述特性調(diào)整為與所述目標的所述運動相協(xié)調(diào)。
25、 如權(quán)利要求24所述的方法，其中，使用生成的圖像數(shù)據(jù)包括接收 指示所述感興趣區(qū)域的人類輸入，并且其中，所述感興趣區(qū)域包括體積。
26、 如權(quán)利要求24所述的方法，其中，所述感興趣區(qū)域包括所述目標。
27、 如權(quán)利要求24所述的方法，其中，所述原始數(shù)據(jù)包括投影，并且 選擇包括忽略沒有橫穿所述感興趣區(qū)域的投影。
28、 如權(quán)利要求24所述的方法，其中，所述原始數(shù)據(jù)包括指示放射性 核素衰變的數(shù)據(jù)，并且使用所述選定的原始數(shù)據(jù)包括確定所述感興趣區(qū)域 的活動中心。
29、 如權(quán)利要求24所述的方法，其中，調(diào)整包括調(diào)整施加的治療的空 間位置。
30、 一種運動跟蹤裝置，包括器件(108)，其在對對象的病變施加治療的治療期間，獲取指示所述 對象體內(nèi)放射性核素衰變的原始數(shù)據(jù)，其中，所述病變經(jīng)受周期性生理運 動；器件(116)，其處理所述原始數(shù)據(jù)以在所述治療期間基本上實時地跟 蹤三維空間中的所述病變的特有特征的運動。
31、 如權(quán)利要求30所述的裝置，包括器件(114)，其借助于能量的定位沉積并按照跟蹤的運動在所述治療 期間對所述病變進行治療。
32、 一種方法，包括在對對象的目標施加治療的治療期間，選擇指示對象感興趣區(qū)域的、 在所述治療期間獲取的原始數(shù)據(jù)，其中，所述感興趣的運動表示所述目標 的運動；使用選定的原始來對所述目標的運動進行建模； 按照運動模型對施加的治療的特性進行調(diào)整； 在所述治療期間重復(fù)選擇、使用和調(diào)整的步驟。
33、 如權(quán)利要求32所述的方法，其中，所述感興趣區(qū)域包括所述目標。
34、 如權(quán)利要求32所述的方法，其中，所述治療包括對所述目標進行 能量的定位施加，并且調(diào)整包括調(diào)整施加所述能量的空間位置。
35、 一種裝置，包括運動補償定量數(shù)據(jù)生成器(1004)，其使用表示對象檢查期間探測到的 放射性核素衰變的空間變化活動數(shù)據(jù)，和運動補償函數(shù)(1106， p(x))以生成指示所述對象的定量數(shù)據(jù)，其中，所述運動補償函數(shù)(1106， p(X))對使 用所述活動數(shù)據(jù)生成所述定量數(shù)據(jù)的計算中的運動偽影誘發(fā)誤差進行補 償。
36、 如權(quán)利要求35所述的裝置，其中，所述定量數(shù)據(jù)包括標準攝取值。
37、 如權(quán)利要求35所述的裝置，包括定量數(shù)據(jù)生成器(1102)，其使用所述活動數(shù)據(jù)以生成指示所述對象的 第一定量數(shù)據(jù)；運動補償器(1104)，其對所述第一定量數(shù)據(jù)施加所述運動補償函數(shù)。
38、 如權(quán)利要求37所述的裝置，包括計算機可讀存儲介質(zhì)以及包括所 述運動補償函數(shù)的查詢表，其中，所述查詢表由所述介質(zhì)存儲。
39、 如權(quán)利要求37所述的裝置，其中，所述經(jīng)運動補償?shù)亩繑?shù)據(jù)指 示所述對象的特征，并且所述運動補償器按照所述特征的幾何形狀(1008) 和運動1006)函數(shù)，計算所述運動補償函數(shù)。
40、 如權(quán)利要求35所述的裝置，其中，所述運動補償函數(shù)包括空間變 化概率函數(shù)(p(x))。
41、 如權(quán)利要求35所述的裝置，其中，所述定量數(shù)據(jù)包括根據(jù)如下函 數(shù)生成的平均標準攝取值涯oc丄f^W. 均值K"丄P")
42、 如權(quán)利要求35所述的裝置，其中，所述定量數(shù)據(jù)包括表示所述對 象的特征的定量數(shù)據(jù)，所述裝置包括生成與所述對象的所述特征近似的仿 真特征的特征仿真器(1304)。
43、 如權(quán)利要求35所述的裝置，其中，所述定量數(shù)據(jù)包括表示所述對 象的特征的數(shù)據(jù)，所述裝置包括用于估計所述特征的運動和幾何形狀的器 件。
44、 如權(quán)利要求35所述的裝置，其中，所述運動偽影包括由所述對象 的生理運動造成的模糊。
45、 一種包含指令的計算機可讀存儲介質(zhì)，當由計算機運行時，所述 指令引起所述計算機執(zhí)行包括以下所述的方法使用表示對象體內(nèi)輻射衰變的空間變化活動數(shù)據(jù)(1002)，以生成指示 所述對象的特征的經(jīng)運動補償?shù)亩繑?shù)據(jù)(1010)，其中，使用步驟包括施 加運動補償函數(shù)(1106， p(x))，其對所述空間變化活動數(shù)據(jù)中由運動偽影 引入的誤差進行補償。
46、 如權(quán)利要求45所述的計算機可讀存儲介質(zhì)，其中，所述方法包括 使用所述活動數(shù)據(jù)以生成第一定量數(shù)據(jù)； 對所述第一定量數(shù)據(jù)施加所述運動補償函數(shù)。
47、 如權(quán)利要求46所述的計算機可讀存儲介質(zhì)，其中，所述方法包括 給人類用戶呈現(xiàn)所述第一定量數(shù)據(jù)和所述經(jīng)運動補償?shù)亩繑?shù)據(jù)。
48、 如權(quán)利要求45所述的計算機可讀存儲介質(zhì)，其中，所述方法包括 在獲取用來生成所述活動數(shù)據(jù)的投影數(shù)據(jù)期間，使用所述特征的估計運動， 以確定所述補償函數(shù)的值。
49、 如權(quán)利要求45所述的計算機可讀存儲介質(zhì)，其中，所述方法包括 使用所述特征的估計體積來確定所述補償函數(shù)的值。
50、 如權(quán)利要求45所述的計算機可讀存儲介質(zhì)，其中，所述方法包括 對于所述空間變化活動數(shù)據(jù)中的多個位置，根據(jù)空間變化補償函數(shù)(p(x))調(diào)整所述空間變化活動數(shù)據(jù)。
51、 如權(quán)利要求50所述的計算機可讀存儲介質(zhì)，其中，所述方法包括使用特征幾何形狀信息(1008)和特征運動信息(1006)來生成所述空間 變化補償函數(shù)。
52、 如權(quán)利要求50所述的計算機可讀存儲介質(zhì)，包括在如下條件的體 積上對調(diào)整后的空間變化活動數(shù)據(jù)進行積分VR01:={x|p(x)>O 其中，p(x)是所述空間變化補償函數(shù)，r是閾值。
53、 如權(quán)利要求50所述的計算機可讀存儲介質(zhì)，其中，所述空間變化 補償函數(shù)包括空間變化概率密度。
54、 如權(quán)利要求45所述的計算機可讀存儲介質(zhì)，其中，所述方法包括 對所述特征進行仿真；使用所述仿真的結(jié)果來估計所述特征的參數(shù)。
55、 如權(quán)利要求53所述的計算機可讀存儲介質(zhì)，其中，參數(shù)包括特征 運動和特征幾何形狀。
56、 如權(quán)利要求45所述的計算機可讀存儲介質(zhì)，其中，所述特征包括 肺病變和肝病變。
57、 一種方法，包括使用指示放射性核素衰變的空間變化活動數(shù)據(jù)(1002)以生成指示對 象病理的定量數(shù)據(jù)(1010);根據(jù)對所述空間變化活動數(shù)據(jù)中由運動偽影引入的誤差進行補償?shù)倪\ 動補償函數(shù)(1106， p(x))來調(diào)整所述定量數(shù)據(jù)。
58、 如權(quán)利要求57所述的方法，包括在調(diào)整步驟之前執(zhí)行使用的步驟。
59、 如權(quán)利要求57所述的方法，其中，調(diào)整包括根據(jù)概率函數(shù)調(diào)整測 定的活動值。
60、 如權(quán)利要求57所述的方法，其中，所述病理包括前列腺病變。
61、 一種包含數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(1150)的計算機可讀存儲介質(zhì)，所述數(shù)據(jù)結(jié) 構(gòu)(1150)包括多個運動補償值(1152)，當所述運動補償值(1152)與從 對象檢查期間探測到的放射性核素衰變中生成的活動數(shù)據(jù)結(jié)合使用時，其 對計算中的運動偽影誘發(fā)誤差進行補償，所述計算使用所述活動數(shù)據(jù)生成 指示所述對象的特征的定量數(shù)據(jù)。
62、 如權(quán)利要求61所述的計算機可讀存儲介質(zhì)，其中，所述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 中的所述值根據(jù)所述特征的運動進行索引。
63、 如權(quán)利要求62所述的計算機可讀存儲介質(zhì)，其中，所述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 中的所述值根據(jù)所述特征的大小進行索引。
64、 如權(quán)利要求62所述的計算機可讀存儲介質(zhì)，其中，所述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 中的所述值根據(jù)所述特征的形狀進行索引。
65、 一種方法，包括給人類用戶呈現(xiàn)指示對象的第一圖像數(shù)據(jù)(1504)，其中，所述圖像數(shù) 據(jù)包括多個特征(1506); 選擇第一特征；生成指示所述第一特征的定量數(shù)據(jù)； 選擇第二特征；執(zhí)行對所述第二特征的運動進行補償?shù)慕?jīng)運動補償?shù)闹亟ā?br> 66、 如權(quán)利要求65所述的方法，其中，選擇所述第二特征包括選擇由 所述人類用戶識別的特征。
67、 如權(quán)利要求65所述的方法，其中，所述方法包括評估特征的特性， 并且選擇所述第二特征包括基于所述評估的結(jié)果選擇所述第二特征。
68、 如權(quán)利要求65所述的方法，其中，所述特征包括可疑的肺部病理。
69、 如權(quán)利要求65所述的方法，包括使用計算機輔助探測系統(tǒng)來識別 所述特征。
70、 如權(quán)利要求65所述的方法，其中，所述定量數(shù)據(jù)包括經(jīng)運動補償 的攝取值。
71、 一種裝置，包括用于給人類用戶呈現(xiàn)指示對象的第一圖像數(shù)據(jù)(1504)的器件，其中， 所述圖像數(shù)據(jù)包括多個特征(1506); 用于選擇第一特征的器件(1508); 用于生成指示所述第一特征的定量數(shù)據(jù)的器件(1004); 用于選擇第二特征的器件(1508);用于執(zhí)行對所述第二特征的運動進行補償?shù)慕?jīng)運動補償?shù)闹亟ǖ钠骷?(1510)。
72、 一種運動補償定量數(shù)據(jù)生成器(1004)，其使用表示對象體內(nèi)放射 性核素衰變的空間分布的數(shù)據(jù)(1002)來生成經(jīng)運動補償?shù)亩繑?shù)據(jù)(1010)，其中，所述定量數(shù)據(jù)生成器施加運動補償以對表示所述空間分布 的所述數(shù)據(jù)中的運動偽影進行補償。
全文摘要
一種裝置包括診斷掃描儀(102)和治療計劃器(112)。所述治療計劃器(112)計劃給對象實施的治療。治療設(shè)備(114)根據(jù)所述治療計劃對對象進行治療。治療掃描儀(108)在治療器件掃描對象。運動建模器(116)使用來自治療掃描的信息，對對象的運動進行建模。運動補償定量數(shù)據(jù)生成器(1004)使用來自診斷(102)和其他掃描儀的數(shù)據(jù)，以及特征幾何(1008)和特征運動(1006)信息，生成指示對象特征的經(jīng)運動補償?shù)亩繑?shù)據(jù)。
文檔編號A61N5/10GK101600473SQ200780051005
公開日2009年12月9日 申請日期2007年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月7日
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