專利名稱：分次放射治療間放療系統(tǒng)的精確影像定位系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)療設(shè)備，特別涉及放射治療設(shè)備使用過(guò)程中的定位系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
放療是治療癌癥(病灶)最有效的手段之一，隨著三維適形放療(3D conformal radiotherapy)和調(diào)強(qiáng)放療(IMRT)的發(fā)展，對(duì)于放療過(guò)程的精確性要求越來(lái)越高，其中一 個(gè)重要環(huán)節(jié)就是盡量減少臨床靶區(qū)(CTV)和計(jì)劃靶區(qū)(PTV)的差別。近年來(lái)影像引導(dǎo)動(dòng) 態(tài)追蹤放療(IGRT)技術(shù)的提出和應(yīng)用正是為了解決這一難題。臨床靶區(qū)和計(jì)劃靶區(qū)的差 別主要反映在放療過(guò)程的兩個(gè)環(huán)節(jié)，一是分次放療間的病灶位置的變化，二是分次放療中 病灶位置的運(yùn)動(dòng)和形狀的改變。分次放療間的病灶位置的變化主要來(lái)自以下因素放療師 在治療床上安置病人的技巧、消化器官和泌尿器官的不同充盈狀況、體重的變化、或者甚至 病人的神志狀態(tài)。不僅在分次放療間，病灶的位置會(huì)產(chǎn)生變化，同時(shí)在放療的分次治療過(guò)程 中，病灶的位置和形狀也會(huì)產(chǎn)生變化，其主要來(lái)自以下因素正常的呼吸、心跳、和胃腸等能 蠕動(dòng)的器官的運(yùn)動(dòng)，和病人的不自主運(yùn)動(dòng)，例如咳嗽等。對(duì)于分次放療間的病灶位置的確定，臨床可以采用病人體表的標(biāo)記定位、體內(nèi)植 入標(biāo)記、正交的KV級(jí)前后(AP)和側(cè)位(LR)的X射線影像，參考治療計(jì)劃的相應(yīng)標(biāo)記和影像 進(jìn)行二維配準(zhǔn)，得到控制病人治療床的三維空間坐標(biāo)和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)，從而這些信息反饋下載 到治療床的位置和方向控制系統(tǒng)，對(duì)治療床的空間位置進(jìn)行調(diào)整。但是由于體表標(biāo)記和植 入標(biāo)記都不是直接的病灶，同時(shí)目前KV級(jí)前后(AP)和側(cè)位(LR)的X射線影像的二維影像 匹配是基于骨結(jié)構(gòu)特征的，所以都不是直接的對(duì)于病灶本身的定位。而利用機(jī)載影像處理 器(OBI)的CT的三維成像，使得放療師可以直接利用病灶本身的解剖學(xué)特性，參考治療計(jì) 劃中的三維影像進(jìn)行三維影像匹配定位，或二維影像匹配定位，直接對(duì)病灶本身進(jìn)行定位， 但是機(jī)載影像處理器實(shí)現(xiàn)上復(fù)雜度較高，同時(shí)利用機(jī)載影像處理器的CT三維成像精度，相 對(duì)于治療計(jì)劃CT影像的精度較差，此外，對(duì)于小孔徑的CT機(jī)來(lái)說(shuō)，要由于受到徑向空間的 限制，要調(diào)整移動(dòng)治療床的位置也是比較困難的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種分次放射治療間放療系統(tǒng)的精確影像定位系統(tǒng)及方法，采用移動(dòng) 治療床架、床板和CT機(jī)在CT機(jī)掃描成像平面內(nèi)相對(duì)位置固定，而在垂直掃描成像平面方向 上可調(diào)，配合分步定位的方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中應(yīng)用小孔徑CT機(jī)的困難、影像處理復(fù)雜度 高、機(jī)載影像處理器的CT三維成像精度相對(duì)于治療計(jì)劃CT影像精度較差的技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題而提供的放療系統(tǒng)包括移動(dòng)治療床架和床板、放療設(shè) 備、CT機(jī)以及控制上述設(shè)備工作的控制系統(tǒng)，所述CT機(jī)和移動(dòng)治療床架與床板之間活動(dòng)連 接，所述控制系統(tǒng)包括影像匹配系統(tǒng)和位置控制系統(tǒng)，本發(fā)明的具體方案是CT機(jī)與移動(dòng)治 療床架之間固定連接，而移動(dòng)治療床架與床板之間通過(guò)軸向移動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，在與CT機(jī)掃描 成像平面垂直方向上可相對(duì)移動(dòng)。
這種分次放射治療間放療系統(tǒng)的精確影像定位方法包括以下步驟A.首先在放 療設(shè)備、CT機(jī)以及移動(dòng)治療床架和床板均固定的情況下，CT機(jī)進(jìn)行第一次掃描，獲得病灶 的掃描斷層影像，所述放療設(shè)備包括但不限于伽瑪?shù)逗椭本€加速器；B.將A步驟所獲得的 影像信息輸入控制系統(tǒng)的影像匹配系統(tǒng)中，以斷層影像中心與治療計(jì)劃中斷層影像中心進(jìn) 行影像匹配，獲得當(dāng)前斷層影像中心與治療計(jì)劃中斷層影像中心三維坐標(biāo)中三個(gè)坐標(biāo)的偏 差值，進(jìn)而計(jì)算得到當(dāng)前斷層影像中心與放療設(shè)備焦點(diǎn)的三維坐標(biāo)中三個(gè)坐標(biāo)的偏差值； C.分至少兩步調(diào)整CT機(jī)和移動(dòng)治療床架和床板與放療設(shè)備在掃描斷層平面內(nèi)的相對(duì)位置 以及床板與移動(dòng)治療床架和CT機(jī)在垂直于掃描斷層平面方向上的相對(duì)位置，直至消除步 驟B中所述三個(gè)坐標(biāo)的偏差值。本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于步驟C還可以分為以下分步驟Cl.調(diào)整CT機(jī)和移動(dòng) 治療床架與放療設(shè)備在掃描斷層平面內(nèi)的相對(duì)位置；C2.調(diào)整床板與放療設(shè)備之間在垂 直于掃描斷層平面方向上的相對(duì)位置。本發(fā)明中放射治療系統(tǒng)包括放療設(shè)備、移動(dòng)治療床架和床板、CT機(jī)，影像匹配加速 卡及工作站；移動(dòng)治療床架和床板和CT機(jī)相連接，其連接方式是，在CT機(jī)掃描成像平面內(nèi)， 移動(dòng)治療床架和床板和CT機(jī)相對(duì)位置固定不變，而在與CT機(jī)掃描成像平面垂直方向上，相 對(duì)位置可以改變。本發(fā)明的方法直接利用病灶影像，經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟進(jìn)行病灶的精確定位。第一個(gè)步 驟是在分次放療開始時(shí)，病人、移動(dòng)治療床架和床板和CT機(jī)的相對(duì)位置和絕對(duì)位置均固 定不變，此時(shí)利用CT機(jī)獲取當(dāng)前病人病灶的掃描斷層影像，經(jīng)過(guò)影像匹配，得到病灶影像 中心位置和治療計(jì)劃中斷層影像中心位置的三個(gè)坐標(biāo)偏差、和；第二個(gè)步驟是在CT機(jī)掃 描成像平面內(nèi)，同時(shí)移動(dòng)病人、移動(dòng)治療床架和床板和CT機(jī)的位置，即病人、移動(dòng)治療床架 和床板和CT機(jī)的相對(duì)位置不變，但是絕對(duì)位置發(fā)生改變，使得和得到補(bǔ)償，即將病灶影像 中心位置的CT機(jī)掃描成像平面坐標(biāo)和治療計(jì)劃中斷層影像中心位置的CT機(jī)掃描成像平面 坐標(biāo)重合；第三個(gè)步驟是在與CT機(jī)掃描成像平面垂直的方向上，同時(shí)移動(dòng)病人和床板，CT 機(jī)的絕對(duì)位置不變，但是與床板的相對(duì)位置發(fā)生改變，移動(dòng)，其中是治療計(jì)劃中斷層影像中 心位置和放療設(shè)備焦點(diǎn)在與CT機(jī)掃描成像平面垂直方向的位移值，因此使得得到補(bǔ)償，即 將病灶影像中心位置和放療設(shè)備焦點(diǎn)與CT機(jī)掃描成像平面垂直方向的坐標(biāo)重合。經(jīng)過(guò)上 述三個(gè)步驟的病灶定位，病灶影像中心位置的三維坐標(biāo)和放療設(shè)備焦點(diǎn)的三維坐標(biāo)完全重 合。本發(fā)明的影像匹配結(jié)果，包括CT機(jī)獲得的斷層影像中病灶影像中心位置和放療設(shè)備焦 點(diǎn)位置的三個(gè)坐標(biāo)偏差ΔΧ、Ay和Δζ。本發(fā)明步驟C中的步驟Cl和步驟C2的順序可以對(duì)調(diào)。本發(fā)明的再進(jìn)一步改進(jìn)在于所述步驟Cl還可以進(jìn)一步分解為以下步驟Cll. 調(diào)整CT機(jī)和移動(dòng)治療床架和床板與放療設(shè)備在掃描斷層平面內(nèi)的水平向相對(duì)位置；C12. 調(diào)整CT機(jī)和移動(dòng)治療床架和床板與放療設(shè)備在掃描斷層平面內(nèi)的垂直向相對(duì)位置。本發(fā)明的更進(jìn)一步改進(jìn)在于步驟B中的影像匹配定位系統(tǒng)包括有影像匹配加速 卡以及影像匹配工作站，，所述影像匹配采用影像匹配加速卡和影像匹配工作站進(jìn)行匹配， 所述控制系統(tǒng)還包括位置控制系統(tǒng)，所述位置控制系統(tǒng)控制調(diào)整CT機(jī)和移動(dòng)治療床架和 床板。所述的影像匹配加速卡和影像匹配工作站，是將治療計(jì)劃掃描斷層影像數(shù)動(dòng)治療床架和床板的位置控制系統(tǒng)，從而調(diào)整移動(dòng)治療床架和床板移動(dòng)的位移量。本發(fā)明中的CT機(jī)用于在分次放療開始時(shí)，對(duì)病灶進(jìn)行斷層掃描成像，所述的CT機(jī) 獲得的斷層影像，與治療計(jì)劃中的斷層影像進(jìn)行影像匹配，得到影像匹配結(jié)果。本發(fā)明中的CT機(jī)掃描成像平面，是CT機(jī)內(nèi)徑園所在的平面，也是CT機(jī)X射線球 管沿園周軌跡運(yùn)動(dòng)形成的平面。本發(fā)明中的與CT機(jī)掃描成像平面垂直的方向，是所述CT機(jī)掃描成像平面相垂直 的矢量方向。本發(fā)明中，由于病人、移動(dòng)治療床架和床板和CT機(jī)在CT機(jī)掃描成像平面內(nèi)相對(duì)位 置不發(fā)生改變，因此克服了在精確影像定位過(guò)程中，應(yīng)用小孔徑CT機(jī)的困難；本發(fā)明中，CT 機(jī)可以直接選用市場(chǎng)上技術(shù)成熟的中低端CT機(jī)，關(guān)鍵部分不需要進(jìn)行重新設(shè)計(jì)或進(jìn)一步 改造，因此，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高、造價(jià)低的優(yōu)點(diǎn)。


圖1是一種分次放射治療間，直接應(yīng)用病灶影像進(jìn)行精確影像定位系統(tǒng)的Y坐標(biāo) 方向截面示意圖；圖2是一種分次放射治療間，直接應(yīng)于病灶影像進(jìn)行精確影像定位系統(tǒng)的X坐標(biāo)方向 截面示意圖；圖3是本發(fā)明方法中第一個(gè)步驟時(shí)的精確影像定位系統(tǒng)Y坐標(biāo)方向截面示意圖； 圖4是本發(fā)明方法中第二個(gè)步驟時(shí)的精確影像定位系統(tǒng)Y坐標(biāo)方向截面示意圖； 圖5是本發(fā)明方法中第二個(gè)步驟時(shí)的精確影像定位系統(tǒng)X坐標(biāo)方向截面示意圖； 圖6是本發(fā)明方法中第三個(gè)步驟時(shí)的精確影像定位系統(tǒng)X坐標(biāo)方向截面示意圖。圖中標(biāo)記放療設(shè)備一 1 : CT機(jī)一2 ；移動(dòng)治療床架一3 ；影像匹配工作站一4 ；影 像匹配加速卡一5 ；床板一6 ；病人病灶一M。
具體實(shí)施例方式結(jié)合上述

本發(fā)明的具體實(shí)施例。在病人體表做標(biāo)記后，將病人放置在床板上，用CT機(jī)獲取治療計(jì)劃影像。如圖1和圖3中所示；在分次放射治療開始時(shí)，首先核對(duì)標(biāo)記，然后將病人放置在 放療系統(tǒng)中的床板6上，在分次放射治療開始時(shí)，病人、移動(dòng)治療床架3和床板6和CT機(jī)2 的相對(duì)位置和絕對(duì)位置均固定不變，此時(shí)利用CT機(jī)獲取當(dāng)前病人病灶的掃描斷層影像。在影像匹配加速卡5和影像匹配工作站4中，經(jīng)過(guò)影像匹配，得到病灶影像中心位 置和治療計(jì)劃中斷層影像中心位置的三個(gè)坐標(biāo)偏差ΔΧ、Ay和Δζ。將坐標(biāo)偏差Δ χ和Δ ζ輸入到位置控制系統(tǒng)，在CT機(jī)掃描成像平面內(nèi)，如圖4所 示，即在X-Z平面中，同時(shí)移動(dòng)病人、移動(dòng)治療床架和床板和CT機(jī)的位置，即病人、移動(dòng)治療 床架、床板和CT機(jī)的相對(duì)位置不變，但是絕對(duì)位置發(fā)生改變，使得ΔΧ和Δ Z得到補(bǔ)償，即 將病灶影像中心位置的CT機(jī)掃描成像平面坐標(biāo)和治療計(jì)劃中斷層影像中心位置的CT機(jī)掃 描成像平面坐標(biāo)重合，即如圖4所示，在X-Z平面中同時(shí)移動(dòng)ΔΧ和Δζ，使得病灶影像中心 位置的X和Z坐標(biāo)和治療計(jì)劃中斷層影像中心位置的X和Z坐標(biāo)重合，同時(shí)也就是使得病 灶影像中心位置的X和Z坐標(biāo)和放療設(shè)備1焦點(diǎn)位置的X和Z坐標(biāo)重合。
將坐標(biāo)偏差A(yù)y輸入到位置控制系統(tǒng)，在與CT機(jī)掃描成像平面垂直的方向上，如 圖5和6所示，即在Y方向上，同時(shí)移動(dòng)病人和床板，CT機(jī)的絕對(duì)位置不變，但是與床板的 相對(duì)位置發(fā)生改變，移動(dòng)Z+Δ y，其中Z是治療計(jì)劃中斷層影像中心位置和放療設(shè)備焦點(diǎn)在 與CT機(jī)掃描成像平面垂直方向的位移值，因此使得Ay得到補(bǔ)償，即將病灶影像中心位置 的與CT機(jī)掃描成像平面垂直方向的坐標(biāo)和放療設(shè)備焦點(diǎn)與CT機(jī)掃描成像平面垂直方向的 坐標(biāo)重合，如圖6所示，即病灶影像中心位置的Y坐標(biāo)和放療設(shè)備焦點(diǎn)位置的Y坐標(biāo)完全重I=I O經(jīng)過(guò)以上步驟，應(yīng)用病灶影像進(jìn)行病人病灶的精確定位，使得病灶影像中心位置 的三維坐標(biāo)和放療設(shè)備焦點(diǎn)位置的三維坐標(biāo)完全重合。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定 本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在 不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的 保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種分次放射治療間放療系統(tǒng)的精確影像定位方法，其特征在于該方法包括以下 步驟A.首先在放療設(shè)備、CT機(jī)以及移動(dòng)治療床架和床板均固定的情況下，CT機(jī)進(jìn)行第一 次掃描，獲得病灶的掃描斷層影像；B.將A步驟所獲得的影像信息輸入控制系統(tǒng)的影像匹 配定位系統(tǒng)中，以斷層影像中心與治療計(jì)劃中斷層影像中心進(jìn)行影像匹配，獲得當(dāng)前斷層 影像中心與治療計(jì)劃中斷層影像中心三維坐標(biāo)中三個(gè)坐標(biāo)的偏差值，進(jìn)而計(jì)算得到當(dāng)前斷 層影像中心與放療設(shè)備焦點(diǎn)的三維坐標(biāo)中三個(gè)坐標(biāo)的偏差值；C.分至少兩步調(diào)整CT機(jī)和 移動(dòng)治療床架和床板與放療設(shè)備在掃描斷層平面內(nèi)的相對(duì)位置以及移動(dòng)床板與放療設(shè)備 在垂直于掃描斷層平面方向上的相對(duì)位置，直至消除步驟B中所述的當(dāng)前斷層影像中心與 放療設(shè)備焦點(diǎn)的三個(gè)坐標(biāo)的偏差值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述分次放射治療間放療系統(tǒng)的精確影像定位方法，其特征在于 步驟C還可以分為以下分步驟Cl.調(diào)整CT機(jī)、移動(dòng)治療床架和床板與放療設(shè)備在掃描斷 層平面內(nèi)的相對(duì)位置；C2.調(diào)整床板與放療設(shè)備在垂直于掃描斷層平面方向上的相對(duì)位 置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述分次放射治療間放療系統(tǒng)的精確影像定位方法，其特征在于 步驟C中的步驟Cl和步驟C2的順序?qū)φ{(diào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述分次放射治療間放療系統(tǒng)的精確影像定位方法，其特征在 于所述步驟Cl還可以進(jìn)一步分解為以下步驟Cll.調(diào)整CT機(jī)、移動(dòng)治療床架和床板與 放療設(shè)備在掃描斷層平面內(nèi)的水平向相對(duì)位置；C12.調(diào)整CT機(jī)、移動(dòng)治療床架和床板與 放療設(shè)備在掃描斷層平面內(nèi)的垂直向相對(duì)位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述分次放射治療間放療系統(tǒng)的精確影像定位方法， 其特征在于步驟B中的影像匹配定位系統(tǒng)包括有影像匹配加速卡以及影像匹配工作站， 所述影像匹配采用影像匹配加速卡和影像匹配工作站進(jìn)行匹配，所述控制系統(tǒng)還包括位置 控制系統(tǒng)，所述位置控制系統(tǒng)控制調(diào)整CT機(jī)和移動(dòng)治療床架和床板。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述分次放射治療間放療系統(tǒng)的精確影像定位方法， 其特征在于所述放療設(shè)備包括伽瑪?shù)逗椭本€加速器。
7.一種采用權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述方法的放療系統(tǒng)，包括移動(dòng)治療床架和床板、 放療設(shè)備、CT機(jī)以及控制上述設(shè)備工作的控制系統(tǒng)，其特征在于所述CT機(jī)和移動(dòng)治療床 架與床板之間活動(dòng)連接，所述控制系統(tǒng)包括影像匹配系統(tǒng)和位置控制系統(tǒng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的放療系統(tǒng)，其特征在于所述CT機(jī)與移動(dòng)治療床架之間固定 連接，床板與移動(dòng)治療床架之間為活動(dòng)連接，CT機(jī)與移動(dòng)治療床架之間在CT機(jī)掃描成像 平面內(nèi)的相對(duì)位置固定，移動(dòng)治療床架和床板之間在與CT機(jī)掃描成像平面垂直方向上可 相對(duì)移動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于放療設(shè)備分次放療間的直接應(yīng)用病灶影像的精確影像定位系統(tǒng)及方法。包括放療設(shè)備1、移動(dòng)治療床架和床板3、CT機(jī)2、影像匹配加速卡4及工作站5；移動(dòng)治療床架和CT機(jī)之間固定連接，床板和移動(dòng)治療床架在CT機(jī)掃描成像平面內(nèi)相對(duì)位置固定，而在掃描成像平面垂直方向上相對(duì)位置可調(diào)；本發(fā)明第一個(gè)步驟是在分次放療開始時(shí)，移動(dòng)治療床架、床板和CT機(jī)不動(dòng)，進(jìn)行CT機(jī)的斷層掃描成像；第二個(gè)步驟是治療床架、床板和CT機(jī)在CT機(jī)的掃描成像平面中同時(shí)移動(dòng)；第三個(gè)步驟是床板在與CT機(jī)的掃描成像平面垂直的方向移動(dòng)，使得病人病灶中心位置和放療設(shè)備焦點(diǎn)坐標(biāo)完全重合。本發(fā)明克服了應(yīng)用小孔徑CT機(jī)的困難，同時(shí)可以應(yīng)用現(xiàn)有的CT機(jī)，因此技術(shù)可靠性高、結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格低廉。
文檔編號(hào)A61N5/10GK102049106SQ20101058711
公開日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2010年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月14日
發(fā)明者張巖 申請(qǐng)人:張巖