本申請(qǐng)主張于2015年8月11日提交的日本專利申請(qǐng)NO.2015-158790的優(yōu)先權(quán)，在此通過引用將其全部?jī)?nèi)容并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

在本文中所描述的實(shí)施例總體涉及用于通過利用射束輻照病灶來處置病灶的輻射治療技術(shù)。

背景技術(shù)：

輻射治療是通過利用治療射束輻照病灶來破壞病灶的治療技術(shù)。因此，除非治療射束精確地輻照在目標(biāo)病灶的位置處，否則存在目標(biāo)病灶周圍的正常組織也被破壞的可能性。

出于這一原因，首先，在許多情況下，在治療射束的輻照之前，在患者上執(zhí)行CT(計(jì)算機(jī)斷層攝影)成像，以便采集患者的身體內(nèi)部的體積數(shù)據(jù)并且三維地識(shí)別病灶的位置。

接下來，基于在患者的身體內(nèi)部的體積數(shù)據(jù)來確定包括治療射束的輻照方向和輻照強(qiáng)度的處置計(jì)劃，使得正常組織經(jīng)受盡可能少的輻照。

然后，在治療射束的輻照階段中，患者躺在床上，所述床被移動(dòng)和調(diào)節(jié)，使得治療射束精確地瞄準(zhǔn)利用患者體積數(shù)據(jù)所識(shí)別的病灶位置、通過處置計(jì)劃采集的病灶位置。

并且然后，緊接在治療射束的輻照之前，執(zhí)行關(guān)于治療射束的瞄準(zhǔn)點(diǎn)實(shí)際上是否與所識(shí)別的躺在床上的患者的病灶位置相匹配的確認(rèn)。

對(duì)在治療射束的瞄準(zhǔn)點(diǎn)與病灶位置之間的匹配的確認(rèn)是基于通過使用永久安裝在輻射治療裝置上的X射線成像單元對(duì)躺在床上的患者進(jìn)行成像所獲得的X射線投影圖像與根據(jù)針對(duì)處置計(jì)劃所使用的體積數(shù)據(jù)而被重建為投影圖像的DRR(數(shù)字重建的放射圖像)之間的匹配處理來執(zhí)行的。具體而言，對(duì)在治療射束的瞄準(zhǔn)點(diǎn)與病灶位置之間的匹配的確認(rèn)是通過確定通過在以上描述的匹配處理中所確定兩者的病灶位置是否彼此匹配來執(zhí)行的。

盡管針對(duì)以上確認(rèn)提出了許多種方法，例如自動(dòng)化，但是，最終，檢查工程師視覺地核查治療射束的瞄準(zhǔn)點(diǎn)是否與實(shí)際病灶位置相匹配。

在一些情況中，輻射治療中治療射束在患者上的輻照在多天中改變患者在床上的位置而被執(zhí)行幾次到幾十次。因此，在對(duì)治療射束的瞄準(zhǔn)點(diǎn)與病灶位置之間的匹配的確認(rèn)在每次利用治療射束輻照患者時(shí)被執(zhí)行，例如，在執(zhí)行輻照的每天被執(zhí)行。

同時(shí)，永久安裝在輻射治療裝置上的X射線成像單元的位置、角度和其他成像狀態(tài)隨著時(shí)間而變化。因此，問題是，由X射線成像單元所成像的患者的X射線投影圖像不一定每次都匹配根據(jù)體積數(shù)據(jù)重建的投影圖像。

[專利文件1]日本未審查的專利申請(qǐng)公布NO.2014-171763。

附圖說明

圖1是圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的輻射治療裝置的配置的方框圖；

圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的原理的通過其導(dǎo)出變換參數(shù)的公式；

圖3是圖示導(dǎo)出變換參數(shù)的原理的示意性圖解；

圖4是圖示導(dǎo)出變換參數(shù)的原理的另一示意性圖解；并且

圖5是圖示本發(fā)明的實(shí)施例的輻射治療方法和輻射治療程序的流程圖。

具體實(shí)施方式

下文中，將參考以下附圖來描述本發(fā)明的實(shí)施例。

如在圖1中所示，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的輻射治療裝置包括放射性射線輻照系統(tǒng)30和被配置為控制該放射性射線輻照系統(tǒng)30的控制計(jì)算機(jī)10。

輻射治療裝置的控制計(jì)算機(jī)10包括：第一接收器(未示出)、存儲(chǔ)部分(未示出)、計(jì)算器22、第二接收器(未示出)、變換圖像生成器23、重建圖像生成器24以及匹配圖像生成器25。

所述第一接收器接收被加載在床32上的校準(zhǔn)對(duì)象的第一投影圖像11，床32已經(jīng)被移動(dòng)到處置患者31的治療射束35的輻照區(qū)域34，并且第一投影圖像11是通過執(zhí)行對(duì)所述校準(zhǔn)對(duì)象的X射線成像來獲得的。存儲(chǔ)部分存儲(chǔ)所述校準(zhǔn)對(duì)象的理想投影圖像18，理想投影圖像18是基于(a)被配置為執(zhí)行X射線成像的X射線成像結(jié)構(gòu)40的設(shè)計(jì)信息13、(b)在輻照區(qū)域34中的校準(zhǔn)對(duì)象的位置信息14以及(c)校準(zhǔn)對(duì)象的體積數(shù)據(jù)15來生成的。計(jì)算器22計(jì)算至少一個(gè)變換參數(shù)19，通過所述至少一個(gè)變換參數(shù)19，第一投影圖像11被變換為理想投影圖像18。第二接收器接收通過對(duì)躺在己被移動(dòng)到輻照區(qū)域34的床32上的患者31執(zhí)行X射線成像所獲得的第二投影圖像12。變換圖像生成器23生成患者31的經(jīng)變換的投影圖像26，其是基于所述變換參數(shù)19對(duì)所述第二投影圖像12進(jìn)行變換的結(jié)果圖像。重建圖像生成器24基于通過對(duì)患者身體的內(nèi)部進(jìn)行三維成像所獲得的體積數(shù)據(jù)17、在輻照區(qū)域34中的患者31的位置信息16以及設(shè)計(jì)信息13來生成重建的投影圖像20。匹配圖像生成器25生成匹配參考圖像，通過所述匹配參考圖像，執(zhí)行在變換的投影圖像26與重建的投影圖像20之間的匹配處理。

所述輻射治療裝置的放射性射線輻照系統(tǒng)30包括射束輻照器37、床驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)33、X射線成像結(jié)構(gòu)40以及X射線投影圖像生成器38。射束輻照器37從槍口36輸出治療射束35。床驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)33基于校準(zhǔn)對(duì)象的位置信息14和患者31的位置信息16通過在輻照區(qū)域34內(nèi)移動(dòng)床32來控制床32的位置。X射線成像結(jié)構(gòu)40包括X射線生成器41a和41b以及X射線接收器42a和42b。在下文中，X射線生成器41a和41b被任意地統(tǒng)稱為X射線生成器41。類似地，X射線接收器42a和42b被任意地統(tǒng)稱為X射線接收器42。X射線投影圖像生成器38輸出通過控制X射線成像結(jié)構(gòu)40的校準(zhǔn)對(duì)象的第一投影圖像11和患者31的第二投影圖像12。

在本文中，治療射束35是放射性射線的射束，其被輻照到例如腫瘤的患病部分并且殺死患病部分的細(xì)胞。作為這樣的放射性射線，包括X射線、γ射線、電子射線、質(zhì)子射線、中子射線以及重粒子射束。

通過將治療射束的槍口36圍繞患者31的身體軸旋轉(zhuǎn)，從而利用來自多個(gè)方向的治療射束35來輻照患病部分，能夠使在患病部分周圍的正常組織上的放射射線的劑量最小化。額外地或備選地，通過固定槍口36并且改變患者31的位置，使得從多個(gè)方向輻照所述患病部分，能夠使在患病部分周圍的正常組織上的放射射線的劑量最小化。

在利用放射性射線輻照系統(tǒng)30進(jìn)行處置之前的階段中，在患者31上以與利用治療射束35進(jìn)行輻照的時(shí)候的姿態(tài)相同的姿態(tài)執(zhí)行CT(計(jì)算機(jī)斷層攝影)成像，以采集包括患病部分的指示體內(nèi)立體成像圖像的患者體積數(shù)據(jù)37并且確定處置計(jì)劃。

在確定處置計(jì)劃的階段中，專業(yè)工作人員討論要在患病部分上輻照的放射性射線的輻照狀況，諸如劑量、輻照角度、輻照范圍以及輻照處置的次數(shù)，并且然后確定要被設(shè)置在輻照區(qū)域34中的患者31的位置信息16。

由于在床32與患者31之間的位置關(guān)系是通過例如固定部件來固定的，因此床驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)33能夠基于患者31的位置信息16來控制床32的位置，從而將床32移動(dòng)到治療射束35的瞄準(zhǔn)點(diǎn)與患者31的患病部分相匹配的位置處。

X射線成像結(jié)構(gòu)40的設(shè)計(jì)信息13是指示X射線生成器41a和41b以及X射線接收器42a和42b中的每個(gè)的布置的設(shè)計(jì)信息，諸如空間坐標(biāo)系中的機(jī)械位置和角度。

X射線成像結(jié)構(gòu)40(即，X射線生成器41和X射線接收器42)的數(shù)據(jù)以及體積數(shù)據(jù)17被設(shè)置到共同的空間坐標(biāo)系。因此，理想的是，X射線成像結(jié)構(gòu)40在公共空間坐標(biāo)系中的布置與其在真實(shí)空間中的布置相匹配，并且體積數(shù)據(jù)17在公共空間坐標(biāo)系中的布置與其在真實(shí)空間中的布置相匹配。

當(dāng)上文所描述的理想狀況被滿足時(shí)，從重建圖像生成器24輸出的重建的投影圖像20與從X射線投影圖像生成器38輸出的第二投影圖像12(即，患者31的投影圖像)相匹配。

然而，事實(shí)上，永久安裝的X射線成像結(jié)構(gòu)40的狀況隨時(shí)間變化，并且在通過X射線成像結(jié)構(gòu)40成像的患者31的第二投影圖像12與重建的投影圖像20之間的匹配不被保證。

同時(shí)，上文所描述的校準(zhǔn)對(duì)象在醫(yī)學(xué)實(shí)踐中一般被稱為QA(質(zhì)量保證)體模。諸如用于裝置校準(zhǔn)的對(duì)象模型的各種類型的測(cè)試對(duì)象、模擬惡性腫瘤和/或體內(nèi)組織的對(duì)象被設(shè)置在校準(zhǔn)對(duì)象中，并且所述校準(zhǔn)對(duì)象被用于采集諸如劑量和圖像質(zhì)量的裝置狀況。由于所述校準(zhǔn)對(duì)象是如上所述的人工地形成的，指示所述校準(zhǔn)對(duì)象的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的體積數(shù)據(jù)15是預(yù)先生成的。

使用該校準(zhǔn)對(duì)象對(duì)X射線成像結(jié)構(gòu)40的校準(zhǔn)是作為對(duì)輻射治療裝置的日常檢查來執(zhí)行的。

校準(zhǔn)對(duì)象的位置信息14是關(guān)于被設(shè)置在輻照區(qū)域34中以執(zhí)行上文所描述的校準(zhǔn)的所述校準(zhǔn)對(duì)象的初步確定的空間坐標(biāo)的信息。當(dāng)所述校準(zhǔn)對(duì)象被設(shè)置在床32上的預(yù)定位置上并且基于校準(zhǔn)對(duì)象的位置信息14令床驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)33操作時(shí)，所述校準(zhǔn)對(duì)象被自動(dòng)地設(shè)置在輻照區(qū)域34中己經(jīng)被設(shè)置為輻照狀況之一的位置處。

在如上文所描述的基于位置信息14將校準(zhǔn)對(duì)象移動(dòng)到輻照區(qū)域34之后，控制計(jì)算機(jī)10通過令X射線成像結(jié)構(gòu)40在所述校準(zhǔn)對(duì)象上執(zhí)行X射線成像來接收所述校準(zhǔn)對(duì)象的第一投影圖像11。

理想圖像生成器21基于X射線成像結(jié)構(gòu)40的設(shè)計(jì)信息13、校準(zhǔn)對(duì)象位置信息14以及校準(zhǔn)對(duì)象的體積數(shù)據(jù)15來生成校準(zhǔn)對(duì)象的理想投影圖像18，令控制計(jì)算機(jī)10的存儲(chǔ)部分存儲(chǔ)所生成的理想投影圖像18。

由于永久安裝的X射線成像結(jié)構(gòu)40的狀況如上文所描述地隨時(shí)間變化，X射線成像結(jié)構(gòu)40在真實(shí)空間中的位置在一些情形中與由其設(shè)計(jì)信息所指示的位置不匹配。因此，依賴于在X射線成像結(jié)構(gòu)40的設(shè)計(jì)信息13與在真實(shí)空間中的狀態(tài)之間的間隙，校準(zhǔn)對(duì)象的第一投影圖像11偏離于其理想投影圖像18。

計(jì)算器22計(jì)算多個(gè)變換參數(shù)19，通過所述多個(gè)變換參數(shù)，校準(zhǔn)對(duì)象的第一投影圖像11被變換為理想投影圖像18。只要X射線成像結(jié)構(gòu)40在真實(shí)空間中的狀況是恒定的，變換參數(shù)19就從不變化，并且具有消除在患者31的第二投影圖像12與患者體積數(shù)據(jù)17的重建的投影圖像20之間的間隙的效果。

變換圖像生成器23生成經(jīng)變換的投影圖像26，其是基于所述變換參數(shù)19對(duì)所述第二投影圖像12進(jìn)行變換的結(jié)果圖像。

匹配圖像生成器25生成匹配參考圖像，通過所述匹配參考圖像，執(zhí)行在患者31的經(jīng)變換的投影圖像26與經(jīng)重建的投影圖像20之間的匹配處理。當(dāng)患者31的變換的投影圖像26與重建的投影圖像20不相互匹配時(shí)，關(guān)注的是，出于某些原因，諸如床驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)33中的異常，治療射束25的瞄準(zhǔn)點(diǎn)偏離于患者31的患病部分。作為對(duì)此的另一可能原因，患者31可能己經(jīng)從預(yù)定位置移動(dòng)。

在這樣的情況下，床驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)33再次調(diào)節(jié)床位置，直到患者31的變換的投影圖像和重建的投影圖像20相互匹配，并且然后治療射束35從槍口36被輻射。

順帶地，在一些情況中，關(guān)于患者31的變換的投影圖像26是否與重建的投影圖像20相匹配的確定由處理器的圖像處理自動(dòng)地執(zhí)行，并且在一些情況中由醫(yī)務(wù)人員視覺地執(zhí)行。

在下文中，將根據(jù)圖2并根據(jù)需要參考圖1來描述導(dǎo)出變換參數(shù)19的原理。

在輻射治療中，需要對(duì)齊患者31的三維位置。如果患者31內(nèi)部的三維位置是僅基于一個(gè)投影圖像來確定的，則所確定的位置包括不確定性。因此，投影圖像是通過裝備有一對(duì)X射線生成器41a和41b以及一對(duì)X射線接收器42a和42b的X射線成像結(jié)構(gòu)來獲得的。

在X射線成像結(jié)構(gòu)40被安裝的三維空間中，包括X軸、Y軸、以及Z軸的坐標(biāo)系(其原點(diǎn)是合適的點(diǎn))被設(shè)置為裝置坐標(biāo)系。

當(dāng)指定了X射線生成器41a和41b以及X射線接收器42a和42b在裝置坐標(biāo)系中的各自的坐標(biāo)位置時(shí)，能夠確定如圖2中的公式(1)投影矩陣p。在公式(1)中，u和v指示構(gòu)成X射線接收器42的多個(gè)探測(cè)元件的中的每個(gè)探測(cè)元件的位置(u，v)。另外，公式(1)中的X、Y和Z指示裝置坐標(biāo)系中的坐標(biāo)(X，Y，Z)。此外，在公式(1)中，標(biāo)量分量λ是任意實(shí)數(shù)并且投影矩陣p由包括3行和4列的矩陣來指示。

在X射線成像中，從X射線生成器41a和41b輸出并且通過穿過患者或校準(zhǔn)對(duì)象而被衰減的X射線被投射到各自的X射線接收器42a和42b的平板探測(cè)平面上(即，F(xiàn)PD：平面面板探測(cè)器)。對(duì)應(yīng)于原始地生成的投影圖像的各自的像素的探測(cè)元件被二維地陣列化在X射線接收器42a和42b中的每個(gè)的平板探測(cè)平面上。

校準(zhǔn)對(duì)象的第一投影圖像11和患者31的第二投影圖像12能夠通過將由二維陣列化在X射線接收器42上的各自的探測(cè)元件探測(cè)到的能量強(qiáng)度值變換為位置地對(duì)應(yīng)于各自的探測(cè)元件的像素的亮度值來采集。

從X射線生成器41輻射并且到達(dá)X射線接收器42的平面面板上的探測(cè)元件的位置i∈R²的X射線的能量P_i能夠由圖2中的公式(2)來指示。

在公式(2)中，P₀是緊接在從X射線生成器41輻射之后的X射線的能量，并且μ(l，P)是在位置1處的患者31或校準(zhǔn)對(duì)象的線性衰減系數(shù)μ。注意，線性衰減系數(shù)μ是依賴于穿透校準(zhǔn)對(duì)象或患者31的X射線的能量P而變化的值。

根據(jù)公式(2)，通過執(zhí)行對(duì)在從X射線生成器41到X射線接收器42的一個(gè)指定探測(cè)元件的位置i的X射線的路徑上的每個(gè)物質(zhì)的線性衰減系數(shù)的線性積分而獲得的值變?yōu)樵谠撎綔y(cè)元件的位置i處探測(cè)到的X射線的能量。

通過X射線成像獲得的第一和第二投影圖像11和12的每個(gè)像素的亮度值是根據(jù)從X射線生成器41a和41b輸出并且到達(dá)位置地對(duì)應(yīng)于X射線接收器42a或42b中的該像素的探測(cè)元件的在X射線的路徑上的物質(zhì)(例如，患者)的乘積的和來確定的。

由X射線成像結(jié)構(gòu)40成像的患者31的第二投影圖像12(I(u，v))通過使用變換參數(shù)19和圖2中的公式(3)被幾何地變換到經(jīng)變換的投影圖像26(I'(u’，v’))。然后，確定由圖2中的公式(4)指示的映射f_x和f_y，并且根據(jù)投影矩陣p和p’來獲得由圖2中的公式(5)所指示的關(guān)系。

此外，由圖2中的公式(6)所指示的關(guān)系是根據(jù)圖2中的公式(5)的聯(lián)立方程來獲得的。在公式(6)中，H(λ)是由包括每個(gè)標(biāo)量分量λ的3行和3列構(gòu)成的矩陣，并且等價(jià)于變換參數(shù)19。

X射線成像結(jié)構(gòu)40的選定狀況的投影矩陣p是通過使用校準(zhǔn)對(duì)象進(jìn)行校準(zhǔn)來確定的。由于公式(1)中由3行和4列構(gòu)成的投影矩陣p包括恒定乘法λ的不確定性，確定了十一個(gè)元素。當(dāng)(u，v)和(X，Y，Z)在公式(1)中己知時(shí)，獲得了關(guān)于要被確定的十一個(gè)元素的約束的整個(gè)方程。換言之，如果存在能夠通過其確定至少六個(gè)(u，v)和(X，Y，Z)的對(duì)象，則能夠唯一地確定投影矩陣p。

因此，通過如下兩個(gè)步驟能夠唯一地確定矩陣p。在第一步驟中，對(duì)內(nèi)在地包括其三維位置己知的至少六個(gè)對(duì)象的校準(zhǔn)對(duì)象進(jìn)行成像。例如，金屬標(biāo)記物可以被用于校準(zhǔn)對(duì)象內(nèi)部的至少六個(gè)對(duì)象。然后，通過指定在第一步驟中所獲得的圖像上的校準(zhǔn)對(duì)象內(nèi)部的至少六個(gè)對(duì)象的每個(gè)對(duì)象的坐標(biāo)(u,v)，結(jié)合所述至少六個(gè)對(duì)象的己知的三維位置(X，Y，Z)，來確定投影矩陣p。

另外，p’是設(shè)計(jì)狀態(tài)并且被假定為預(yù)先獲得的。

接下來，將參考圖3來詳細(xì)地描述公式(6)。

圖3中的附圖標(biāo)記41’和42’分別指示基于設(shè)計(jì)信息13所確定的在裝置坐標(biāo)系中的X射線生成器41的位置和X射線接收器42的探測(cè)平面。類似地，圖3中的附圖標(biāo)記41和42分別指示基于X射線成像結(jié)構(gòu)40在真實(shí)空間中的選定狀況所確定的在裝置坐標(biāo)系中的X射線生成器41的位置和X射線接收器42的探測(cè)平面。注意，X射線接收器42的探測(cè)平面由直線42和42’指示，并且X射線接收器42的深度在圖3中未圖示以避免復(fù)雜化。在X射線接收器42的探測(cè)平面與連接目標(biāo)點(diǎn)51與附圖標(biāo)記41的直線的延長(zhǎng)線之間的交叉點(diǎn)被定義為參考點(diǎn)52。

目標(biāo)點(diǎn)51是探測(cè)元件在要由X射線接收器42’成像的第二投影圖像12上的位置(u’_d，v’_d)。這里，假設(shè)在裝置坐標(biāo)系中的目標(biāo)點(diǎn)51與在裝置坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為(X_d，Y_d，Z_d)的交叉點(diǎn)是相同的點(diǎn)。定位在要由該X射線接收器42成像的投影圖像上的X射線接收器42的參考點(diǎn)51處的探測(cè)元件的位置(u_d，v_d)能夠通過用(X_d，Y_d，Z_d，1)來替代圖2中的公式(5)的第一等式的右手側(cè)(即，(X，Y，Z，1)^T＝(X_d，Y_d，Z_d，1))來確定。在以上替代過程中，λ_d也能夠被確定。因此，通過將所確定的λ_d和位置(u’_d，v’_d)替代到公式(6)中，定位在要由X射線器42’成像的投影圖像上的X射線接收器42’的目標(biāo)點(diǎn)51處的探測(cè)元件的位置(u’_d，v’_d)能夠基于圖2中的公式(7)來確定。

當(dāng)裝置坐標(biāo)系中的一個(gè)點(diǎn)被提取時(shí)，確定各自的X射線接收器42和42’的探測(cè)平面的圖像坐標(biāo)，在所述X射線接收器42和42’上，從X射線生成器41輸出的X射線被使得入射通過所提取的點(diǎn)。在確定了以上兩個(gè)點(diǎn)的圖像坐標(biāo)時(shí)，經(jīng)變換的投影圖像26的像素I’(u’，v’)能夠基于公式(3)來確定。

因此，通過設(shè)置X射線接收器42’上的每個(gè)探測(cè)元件的位置處的交叉點(diǎn)，能夠生成經(jīng)變換的投影圖像26的每個(gè)像素I’(u’，v’)。注意，對(duì)交叉點(diǎn)的設(shè)置不限于X射線接收器42或42’上的位置。

將參考通過類似于圖3中的標(biāo)記繪制的圖4來描述對(duì)交叉點(diǎn)的設(shè)置方法的期望的情形。

圖4中的附圖標(biāo)記41’指示基于設(shè)計(jì)信息13所確定的X射線生成器41在裝置坐標(biāo)系中的位置。圖4中的附圖標(biāo)記41指示基于X射線成像結(jié)構(gòu)40在真實(shí)空間中的選定狀況所確定的X射線生成器41在裝置坐標(biāo)系中的位置。注意，X射線接收器42的探測(cè)平面由直線42和42’指示，并且X射線接收器42的深度在圖3中未圖示以避免復(fù)雜化。

盡管圖4圖示了基于X射線成像結(jié)構(gòu)40在真實(shí)空間中的選定狀況的X射線接收器42的探測(cè)平面位置地匹配基于X射線成像結(jié)構(gòu)40的設(shè)計(jì)信息13的X射線接收器42’的探測(cè)平面的情形，即使兩者不相互匹配，也能夠應(yīng)用下文所描述的相同的理論。

首先，確定經(jīng)變換的投影圖像26的像素I’(u’，v’)，其位置對(duì)應(yīng)于在目標(biāo)點(diǎn)51處的探測(cè)元件。

當(dāng)作為裝置坐標(biāo)系中的一個(gè)點(diǎn)的交叉點(diǎn)被以類似于圖3中的情況的方式設(shè)置為與目標(biāo)點(diǎn)51相同的點(diǎn)時(shí)，通過連接X射線生成器41與交叉點(diǎn)51的直線路徑61的X射線的能量被轉(zhuǎn)換為位置上對(duì)應(yīng)于目標(biāo)點(diǎn)51的像素的像素值。在這種情況下，參考點(diǎn)變?yōu)榕c目標(biāo)點(diǎn)51相同的點(diǎn)并且直線路徑61不通過患者31。

然而，連接X射線生成器41’與交叉點(diǎn)51的直線路徑61’通過患者31。因而，通過直線路徑61’的X射線的能量被轉(zhuǎn)換為遠(yuǎn)不同于以上描述的對(duì)應(yīng)于直線路徑61的像素值。

接下來，考慮交叉點(diǎn)51被改變?yōu)榻徊纥c(diǎn)52的情況。在這種情況中，位置地對(duì)應(yīng)于目標(biāo)點(diǎn)51處的探測(cè)元件的像素的像素值變?yōu)槲恢玫貙?duì)應(yīng)于在X射線接收器42的探測(cè)平面上的參考點(diǎn)53處的探測(cè)元件的像素的像素值。

位置地對(duì)應(yīng)于在參考點(diǎn)53處的探測(cè)元件的像素的像素值反映通過連接X射線生成器41與交叉點(diǎn)52的直線路徑62的X射線的能量。由于直線路徑62類似于直線路徑61穿過患者31，因而位置地對(duì)應(yīng)于在參考點(diǎn)53處的探測(cè)元件的像素的像素值變?yōu)楸任恢玫貙?duì)應(yīng)于在參考點(diǎn)51處的探測(cè)元件的像素的像素值更接近位置地對(duì)應(yīng)于在目標(biāo)點(diǎn)51處的探測(cè)元件的像素的像素值。

如上所述，關(guān)于成像，期望的是，通過患者31的直線路徑接近基于設(shè)計(jì)信息13的路徑。因此，交叉點(diǎn)被設(shè)置為患者31存在的位置。在著重處置目標(biāo)的位置時(shí)，在包括治療射束沿著其通過的直線的平面上設(shè)置多個(gè)交叉點(diǎn)。額外地或備選地，可以基于通過CT成像采集的在患者的身體內(nèi)部的體積數(shù)據(jù)17來設(shè)置每個(gè)交叉點(diǎn)的位置。

由于對(duì)構(gòu)成體積數(shù)據(jù)17的指定的體素的分析提供了對(duì)定位在這些指定的體素處的組織的名稱或類型，因而在投影圖像上利用更高的對(duì)比度成像的部分(諸如骨骼)的位置匹配通常在確定定位結(jié)果時(shí)被認(rèn)為是重要的。因此，交叉點(diǎn)被設(shè)置為體素值能夠從骨組織區(qū)分開的三維位置。

依賴于對(duì)每個(gè)交叉點(diǎn)的設(shè)置，不可能確定在經(jīng)變換的投影圖像I’中的所有探測(cè)元件的各自的位置，并且在一些情況中，經(jīng)變換的投影圖像的一些像素不被生成。在這樣的情況中，使用一般的像素插值方法，諸如最近鄰方法、雙線性方法以及雙立方方法，來完成經(jīng)變換的投影圖像中的所有像素。

變換圖像生成器23能夠通過使用矩陣H(λ)(其元素(即，標(biāo)量分量λ)是多個(gè)變換參數(shù)19并且在值上彼此不同)來生成多個(gè)變換的投影圖像26。然后，基于關(guān)于重建的投影圖像20匹配程度最高的匹配參考圖像，執(zhí)行關(guān)于治療射束35的瞄準(zhǔn)點(diǎn)是否與患者的患病部分相匹配的確定。

附帶地，用于在所生成的患者31的經(jīng)變換的投影圖像26與經(jīng)重建的投影圖像20之間的匹配處理的匹配參考圖像可以并行地顯示，并且兩者之間的相減圖像可以被顯示。另外，可以顯示多個(gè)經(jīng)變換的投影圖像26，使得所顯示的經(jīng)變換的投影圖像26中的一個(gè)是經(jīng)由輸入設(shè)備來選擇的并且執(zhí)行在經(jīng)重建的投影圖像20與所選擇的經(jīng)變換的投影圖像26之間的匹配。

接下來，將通過在需要時(shí)參考圖1根據(jù)圖5中示出的流程圖中的步驟號(hào)來描述本發(fā)明的實(shí)施例的輻射治療方法和輻射治療程序。

首先，從步驟S11到S15的例程是作為對(duì)輻射治療裝置的日常檢查要執(zhí)行的使用校準(zhǔn)對(duì)象對(duì)X射線成像結(jié)構(gòu)40的校準(zhǔn)。

在步驟S11中，校準(zhǔn)對(duì)象被加載到床32上的預(yù)定的位置。

在下一步驟S12中，床驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)33被使得基于位置信息14來驅(qū)動(dòng)，從而校準(zhǔn)對(duì)象被自動(dòng)地移動(dòng)到輻照區(qū)域34中先前設(shè)置的位置。

在接下來的步驟S13中，X射線成像結(jié)構(gòu)40在校準(zhǔn)對(duì)象上執(zhí)行X射線成像，從而生成校準(zhǔn)對(duì)象的第一投影圖像11。

在下一步驟S14中，計(jì)算器22采集校準(zhǔn)對(duì)象的第一投影圖像11和理想投影圖像18。理想圖像18是基于X射線成像結(jié)構(gòu)40的設(shè)計(jì)信息13、校準(zhǔn)對(duì)象的位置信息14以及校準(zhǔn)對(duì)象的體積數(shù)據(jù)15來預(yù)先生成和存儲(chǔ)的。

在下一步驟S15中，計(jì)算器22基于所生成的第一投影圖像11和理想投影圖像18來計(jì)算變換參數(shù)19，通過所述變換參數(shù)，第一投影圖像11被變換到理想投影圖像18。

接下來，從步驟S21到S31的例程是與患者31上的輻射治療相關(guān)的處理。

首先，在步驟S21中，制造固定部件，通過所述固定部件，患者31被固定到床32，以便利用治療射束來精確地輻照患病部分。

在下一步驟S22中，在輻射治療射束之前，在患者31上以與在安裝了固定部件的情況下經(jīng)受治療射束的輻照的時(shí)候相同的姿態(tài)執(zhí)行CT成像，并且從而采集患者體積數(shù)據(jù)17。

在下一步驟S23中，醫(yī)務(wù)人員討論針對(duì)該患者31的處置計(jì)劃。特別地，患病的部分的位置是基于在患者的身體內(nèi)部的體積數(shù)據(jù)17來三維地識(shí)別的。然后，諸如治療射束的輻照強(qiáng)度和輻照方向的主要輻照條件被確定，使得正常組織經(jīng)受盡可能少的輻照。

在接下來的步驟S24中，確定在輻照區(qū)域34中的患者31的位置信息16。由于患者31被固定到床32，因而基于患者31的位置信息16唯一地確定床驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)33的控制狀況。

這里，如下文所描述的，在步驟30之前的任意定時(shí)處，即在步驟16中，能夠基于輻照區(qū)域34中的患者31的位置信息和X射線成像結(jié)構(gòu)40的設(shè)計(jì)信息13，根據(jù)患者體積數(shù)據(jù)17(其為三維信息)來生成作為二維信息的重建的投影圖像。

從下一步驟S25，使用輻射治療裝置的處置階段開始。

在步驟S25中，利用固定部件將患者31固定到床32。

在下一步驟S26中，基于患者31的位置信息16，床32被移動(dòng)到輻照區(qū)域34中的預(yù)定位置。

在下一步驟S27中，X射線成像結(jié)構(gòu)40在患者31上執(zhí)行X射線成像，從而生成患者31的第二投影圖像12。

在下一步驟S28中，變換圖像生成器23采集所述第二投影圖像12和變換參數(shù)19。

在下一步驟S29中，變換圖像生成器23計(jì)算患者31的變換的投影圖像，其是通過使用所述變換參數(shù)19對(duì)所述第二投影圖像12進(jìn)行變換的結(jié)果圖像。

在下一步驟S30中，生成患者31的重建的投影圖像20與變換的投影圖像26的匹配參考圖像。此外，基于對(duì)這些圖像的自動(dòng)模式匹配分析來自動(dòng)地確定患者31的重建的投影圖像20與變換的投影圖像26是否相互匹配。注意，替代以上描述的自動(dòng)確定，醫(yī)務(wù)人員可以視覺的確定患者31的重建的投影圖像20與變換的投影圖像26是否相互匹配。

如果匹配確定結(jié)果是否定的(對(duì)應(yīng)于步驟30中的否)，則處理返回到步驟S26并且使床驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)33再次被驅(qū)動(dòng)，使得從步驟S26到S30的流程再次被執(zhí)行。

如果匹配確定結(jié)果是肯定的(對(duì)應(yīng)于步驟30中的是)，則處理進(jìn)行到步驟S31，其中，治療射束35從槍口36被輻射并且如圖5中所示的整個(gè)過程完成。

根據(jù)以上描述的實(shí)施例的至少一個(gè)的輻射治療裝置，在由X射線成像結(jié)構(gòu)所成像的患者的X射線投影圖像與根據(jù)患者的體積數(shù)據(jù)重建的投影圖像之間的匹配程度利用通過在校準(zhǔn)對(duì)象上執(zhí)行X射線成像所生成的投影圖像的每個(gè)變換參數(shù)而得以改進(jìn)，其增強(qiáng)了輻射在患病部分上的治療射束的準(zhǔn)確性。

盡管己經(jīng)描述了特定實(shí)施例，但是這些實(shí)施例僅通過范例的方式表示，并且不旨在限制本發(fā)明的范圍。事實(shí)上，本文中描述的新穎的方法和系統(tǒng)可以用多種其他形式來實(shí)現(xiàn)；此外，可以在不偏離本發(fā)明的精神的情況下進(jìn)行對(duì)本文中描述的方法和系統(tǒng)的形式的各種省略、替代和改變。所附權(quán)利要求和它們的等價(jià)方案旨在覆蓋如將落入本發(fā)明的范圍和精神之內(nèi)的這樣的形式或修改。

以上描述的輻射治療裝置的控制計(jì)算機(jī)10包括：控制設(shè)備，其中，集成有諸如專用芯片(即，集成電路)、FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)、GPU(圖形處理單元)或CPU(中央處理單元)；諸如ROM(只讀存儲(chǔ)器)和RAM(隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)的存儲(chǔ)設(shè)備；諸如HDD(硬盤驅(qū)動(dòng)器)和SSD(固態(tài)驅(qū)動(dòng)器)的外部存儲(chǔ)設(shè)備；諸如顯示器的顯示設(shè)備；諸如鼠標(biāo)和鍵盤的輸入設(shè)備；以及通信接口。控制計(jì)算機(jī)10能夠通過普通計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。

由輻射治療裝置的控制計(jì)算機(jī)10執(zhí)行的程序通過將它們預(yù)裝在諸如ROM的存儲(chǔ)器電路中而被提供。

額外地或備選地，由控制計(jì)算機(jī)10執(zhí)行的程序可以通過將其以可安裝或可執(zhí)行電子文件的形式存儲(chǔ)在能夠由計(jì)算機(jī)讀取的存儲(chǔ)器介質(zhì)中來提供。作為能夠被計(jì)算機(jī)讀取的以上存儲(chǔ)介質(zhì)的范例，包括CD-ROM、CD-R、存儲(chǔ)卡、DVD以及柔性盤。

此外，由本發(fā)明的實(shí)施例的輻射治療裝置的控制計(jì)算機(jī)10執(zhí)行的程序可以被存儲(chǔ)在連接到諸如互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)中并且通過經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)被下載而被提供。

此外，控制計(jì)算機(jī)10可以通過經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)或?qū)Ｓ镁€路來互聯(lián)實(shí)現(xiàn)控制計(jì)算機(jī)10的各自的功能的獨(dú)立的模塊并且組合互聯(lián)的模塊來進(jìn)行配置。