本發(fā)明涉及放射治療的領域。具體地，本發(fā)明涉及校準放射治療系統(tǒng)中的定位系統(tǒng)的方法，該放射治療系統(tǒng)包括具有固定放射焦點的放射治療單元。發(fā)明背景這些年來，外科技術的發(fā)展取得了很大的進步。例如，對于需要腦部手術的患者，現(xiàn)在可用非侵入性手術，該非侵入性手術對患者來說承受了非常小的創(chuàng)傷。非侵入性手術的一種系統(tǒng)是在LeksellGamma名下出售的，其借助于伽瑪輻射來提供這樣的手術。輻射是從大量固定的放射源發(fā)射的并且借助于準直器聚焦，即，用于獲得有限截面的光束的通路或通道，朝向限定的目標或治療區(qū)。每個源提供不足以損傷介入組織的伽瑪輻射劑量。然而，組織破壞發(fā)生在來自所有輻射源的輻射梁相交或會聚的地方，其促使輻射達到組織破壞性水平。在下文會聚點被稱為“焦點”。使用立體定向固定單元將要用放射治療的患者固定到定位系統(tǒng)。因此，立體定向固定單元使患者的治療區(qū)相對于定位系統(tǒng)進行固定，即，使患者的含有待治療的組織區(qū)域部分進行固定。例如，當治療區(qū)域或治療區(qū)是患者頭部內(nèi)的組織的一部分時，立體定向固定單元通常構成頭部固定框架，例如，該頭部固定框架可以例如，通過固定螺釘?shù)裙潭ǖ交颊叩念^骨。然后，立體定向固定單元的坐標由立體定向固定單元坐標系定義，該立體定向固定單元坐標系通過與治療區(qū)的固定關系，還用于定義治療區(qū)的輪廓。在操作中，立體定向固定單元以及因此立體定向固定單元坐標系相對于固定的放射焦點移動，使得該焦點精確地定位在固定單元坐標系的預定的坐標中。這樣的立體定向單元和坐標系的示例分別包括Leksell立體定向頭架和LeksellXYZ坐標系。LeksellXYZ坐標系是笛卡爾坐標系，該笛卡爾坐標系是由與立體定向固定單元的框架完全對準的三個正交軸定義的，該立體定向固定單元的框架設置有三個正交邊。相對于患者，x軸在患者的內(nèi)外方向中延伸，y軸在前后方向中延伸，以及z軸在顱尾方向中延伸。換言之，如果患者是正確地定位在LeksellXYZ坐標系中，x軸將從耳朵到耳朵延伸，z軸從頭到腳延伸，以及y軸從患者的背部延伸到前面。結合放射治療系統(tǒng)中的放射治療，該治療是在治療計劃系統(tǒng)中進行計劃。使用成像系統(tǒng)(例如，錐形束計算機斷層攝影(CBCT)系統(tǒng))來掃描患者的治療區(qū)，并且將掃描的圖像輸入到治療計劃系統(tǒng)。計算機斷層攝影(CT)成像(還被稱為計算機軸向斷層攝影(CAT)掃描)涉及結合數(shù)字計算機旋轉x射線設備的使用，以獲得身體的圖像。使用CT成像，可以產(chǎn)生人體器官和組織的橫截面圖像。使用CT成像，醫(yī)生不僅可以確認腫瘤存在，而且他們還可以定位腫瘤的位置，準確地測量腫瘤的大小并且確定腫瘤是否已經(jīng)擴散到鄰近的組織。除了某些癌癥的診斷外，CT成像還用于計劃并且管理放射癌癥治療以及用于計劃某些類型的手術。使用CBCT圖像，可以創(chuàng)建治療區(qū)的體積重構，該體積重建可以用在計劃治療中。為此目的，治療區(qū)的體積重建必須完全與放射治療系統(tǒng)的焦點位置和定位系統(tǒng)相關。然而，CBCT重建是相對于成像系統(tǒng)的旋轉軸和CBCT系統(tǒng)的旋轉軸進行的，并且立體定向固定單元坐標系沒有被對準而由于例如制造公差將具有變化。當患者被固定到定位系統(tǒng)并且定位在用于治療會話的放射單元內(nèi)時，在CBCT坐標系和立體定向固定單元坐標系之間的角度變化可以例如導致定位誤差。在現(xiàn)有技術中，已經(jīng)試圖解決上述問題。在相同申請人的WO2012/146301中，提出了用于校準成像系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法。根據(jù)WO2012/146301，基于多組圖像創(chuàng)建了校準工具的三維重建，并且然后將三維重建與立體定向坐標系中的校準工具的已知的位置和方位(即，位姿)進行比較，以獲得位置差。這種解決方案要求捕獲大量的圖像以便創(chuàng)建校準工具的足夠的體積重建。類似于對象之間的未對準的問題還在諸如計算機視覺和機器人的
技術領域：
中進行處理。在這些領域中，常見任務還包括識別圖像中的特定對象和確定每個對象相對于坐標系的位置和方位。例如，機器學習算法是用來基于大量的訓練事例學習從2D圖像特征到位姿變換的映射，或者試圖通過反饋機制來對擬合進行優(yōu)化。另一個方法是所謂的幾何方法，其中，對象上的多組控制點(通常是角點或其他表征特征)是在該對象的圖像中識別并且基于這個，可以解決位姿變換。這種方法要求對圖像傳感器(相機)進行校準并且來自場景中的3D點和圖像中的2D點的映射是已知的。然而，這些方法并不適合于醫(yī)療系統(tǒng)中的使用。因此，仍然需要用于確定諸如CBCT系統(tǒng)的成像系統(tǒng)的坐標系和立體定向固定單元坐標系之間的偏差并且對其進行補償?shù)母倪M的方法和系統(tǒng)。還需要具有改進的精度并且因此改進的且更精確的校準的用于確定并補償諸如CBCT系統(tǒng)的成像系統(tǒng)的坐標系和立體定向固定單元坐標系之間的偏差的方法和系統(tǒng)。發(fā)明概述本發(fā)明的目的是提供用于補償諸如CBCT系統(tǒng)的成像系統(tǒng)的坐標系和立體定向固定單元坐標系之間的偏差的系統(tǒng)和方法。目的還是提供具有改進的精度并且因此改進的且更精確的校準的用于確定并補償諸如CBCT系統(tǒng)的成像系統(tǒng)的坐標系和立體定向固定單元坐標系之間的偏差的方法和系統(tǒng)。這些目的和其他目的是通過提供具有在獨立權利要求中定義的特征的校準方法來實現(xiàn)的。在從屬權利要求中定義了優(yōu)選的實施例。在本申請的上下文中，術語“位姿”定義對象的位置和方位的組合。根據(jù)本發(fā)明的方面，提供了用于相對于放射治療系統(tǒng)校準用于捕獲患者的圖像的成像系統(tǒng)的方法。放射治療系統(tǒng)包括具有固定放射焦點的放射治療單元和用于對患者相對于放射治療單元中的固定焦點進行定位的定位系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的該方面，方法包括在圖像掃描過程期間使用成像系統(tǒng)的放射單元利用電離輻射來照射包括具有至少一個參考對象的校準工具。校準工具或校準工具的參考點以及至少一個參考對象在立體定向坐標系中具有已知的位置或坐標。此外，包括校準工具的參考對象的橫截面表示的至少一個二維圖像是在圖像掃描過程期間使用成像系統(tǒng)的檢測器捕獲的。確定捕獲的圖像中的每個參考對象的表示的圖像坐標以及確定校準工具的原點相對于成像單元的位置。基于參考對象圖像坐標、立體定向坐標系中的參考對象相對于校準工具的原點的位置和校準工具的原點相對于成像單元的的位置，計算出立體定向坐標系中的校準工具的位置和成像系統(tǒng)坐標系中的校準工具的位置之間的變換。換言之，基于參考對象圖像坐標、立體定向坐標系中的相應的參考對象相對于校準工具的原點的位姿和校準工具的原點相對于成像單元的位置，計算出立體定向坐標系中的校準工具的位姿和成像系統(tǒng)坐標系中的校準工具的位姿之間的變換。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了用于相對于放射治療系統(tǒng)校準用于捕獲患者的圖像的成像系統(tǒng)的系統(tǒng)，該放射治療系統(tǒng)包括具有固定放射焦點的放射治療單元和用于對患者相對于放射治療單元中的固定焦點進行定位的定位系統(tǒng)。成像系統(tǒng)被配置為在圖像掃描過程期間使用放射單元利用電離輻射來照射包括至少一個參考對象的校準工具，該校準工具或校準工具的參考點以及至少一個參考對象在立體定向坐標系中具有已知的位置或坐標。成像系統(tǒng)還被配置為在圖像掃描過程期間使用檢測器來捕獲包括校準工具的參考對象的橫截面表示的至少一個二維圖像。處理單元被配置為確定捕獲的圖像中的每個參考對象的表示的圖像坐標并且獲得校準工具的原點相對于成像單元的位置。此外，處理單元被配置為基于參考對象圖像坐標、立體定向坐標系中的參考對象相對于校準工具的原點的位置和校準工具的原點相對于成像單元的的位置，計算立體定向坐標系中的校準工具的位置和成像系統(tǒng)坐標系中的校準工具的位置之間的變換。換言之，基于參考對象圖像坐標、立體定向坐標系中的相應的參考對象相對于校準工具的原點的位姿和校準工具的原點相對于成像單元的的位置，計算立體定向坐標系中的校準工具的位姿和成像系統(tǒng)坐標系中的校準工具的位姿之間的變換。變換包括立體定向坐標系中的校準工具的位置和成像系統(tǒng)坐標系中的校準工具的位置之間的平移和旋轉位置差。本發(fā)明可以用在放射治療系統(tǒng)(諸如LINAC系統(tǒng)或LeksellGamma系統(tǒng))中。本發(fā)明是基于認識到由于例如制造公差在諸如CBCT系統(tǒng)的成像系統(tǒng)的坐標系和定義治療位置的立體定向坐標系之間存在角度變化或偏差。CBCT系統(tǒng)用于捕獲患者和治療區(qū)的圖像，以及因此治療區(qū)的重建圖像必定與治療單元的焦點和患者定位系統(tǒng)有關。CBCT坐標在物理上偏移于焦點并且不可能機械地從公差知道CBCT系統(tǒng)相對于焦點在什么位置。因此，當患者被轉移到用于治療的放射治療單元中時，這些變化或偏差造成定位誤差。如果患者被轉移大距離，即使非常小的正弦誤差，也可導致大偏差，并且因此可造成大的定位誤差。這些認識已經(jīng)導致了本發(fā)明和確定并補償諸如CBCT系統(tǒng)的成像系統(tǒng)的坐標系和定義治療位置的立體定向坐標系之間的偏差的想法。使用確定的偏差，可以確定重建的對象相對于立體定向坐標系的位置和旋轉。為了確定偏差，使用可以容易地對準并且在立體定向坐標系中被精確定位的并且從而在圖像采集期間牢固地保持靜止的校準工具。例如，校準工具可以被安裝或被附接到患者定位系統(tǒng)的立體定向固定單元。用于固定治療區(qū)的立體定向固定單元與患者定位系統(tǒng)固定接合并且不能相對于定位系統(tǒng)進行轉移或旋轉。使用借助于成像系統(tǒng)的檢測器捕獲的至少一個二維圖像來確定與成像系統(tǒng)有關的坐標系中的校準工具的位置。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，使用具有可附接到固定單元的至少三個球桿的校準工具。每個球桿在立體定向坐標系中并且相對于校準工具的原點具有已知的位置(坐標)。由于校準工具的參考對象的尺寸、形狀和材料，它們的投影將占據(jù)對背景具有高對比度并且在水平或垂直上沒有重疊的圖像中的區(qū)域。因此，可以識別相應的參考對象的投影并且可以確定它們的圖像坐標。由于立體定向坐標系中參考對象的坐標已知，且成像系統(tǒng)中檢測器的位置、參考對象的圖像坐標可以被確定。通過確定從成像系統(tǒng)的X射線源的點到每個圖像的參考工具的相應的參考對象的向量，可以確定校準工具相對于成像系統(tǒng)坐標系的位置或坐標。此后，可以計算成像系統(tǒng)坐標系中的校準工具的確定的位置和立體定向固定單元坐標系中的校準工具的已知位置之間的變換。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明提供了非常精確的校準。根據(jù)本發(fā)明的實施例，計算校準工具的原點相對于成像單元的位置。在可選實施例中，校準工具的原點相對于成像單元的位置是預定的且已知的。根據(jù)本發(fā)明的實施例，基于參考對象圖像坐標和檢測器相對于成像單元的位置，確定參考對象相對于成像單元的位置，并且基于參考對象相對于成像單元的位置、成像坐標系中參考對象的位置和校準工具相對于成像單元的位置，計算變換。根據(jù)本發(fā)明的實施例，變換的計算還基于成像單元和檢測器之間的距離以及檢測器旋轉。也就是說，檢測器的位置差或立體定向坐標系中的檢測器的位置和成像系統(tǒng)坐標系中的檢測器的位置之間的變換。根據(jù)本發(fā)明的實施例，基于相應的參考對象圖像坐標和對于相應的參考對象在參考對象位置和成像單元的位置之間的向量與參考對象圖像坐標的位置和成像單元的位置之間的向量是平行的的假設，確定參考對象位置和成像單元的位置之間的向量。參考對象位置和成像單元的位置之間的向量和參考對象圖像坐標的位置和成像單元的位置之間的向量之間的關系然后用在計算變換中。根據(jù)本發(fā)明的實施例，參考對象圖像坐標相對于成像單元的向量和參考對象位置相對于成像單元的向量之間的關系被定義為標量，并且基于參考對象相對于成像單元的位置、成像坐標系中參考對象的位置和校準工具相對于成像單元的位置，確定標量的值。根據(jù)本發(fā)明的實施例，基于參考對象相對于立體定向坐標系中的校準工具的原點的位置，計算參考對象相對于成像系統(tǒng)坐標系中的校準工具的原點的位置，并且基于參考對象圖像坐標、成像坐標系中的參考對象的坐標和校準工具相對于成像單元的坐標，計算變換。根據(jù)本發(fā)明的實施例，立體定向坐標系中的參考對象的位置和成像坐標系中該參考對象的位置之間的每個關系被計算為使用向量旋轉方法定義平移和旋轉位置差的向量。根據(jù)本發(fā)明的實施例，校準工具包括：用于實現(xiàn)與患者定位系統(tǒng)的固定裝置的可釋放的附接的附接裝置；以及具有能夠在六個維度中進行位置確定的形狀的參考對象。在本發(fā)明的實施例中，校準工具包括至少三個參考對象，每個參考對象包括附接到基板的桿，該基板包括附接裝置和附接到相應桿的鋼球。根據(jù)本發(fā)明的實施例，執(zhí)行成像系統(tǒng)的校準包括確定成像系統(tǒng)的旋轉軸。該校準步驟可以在確定在成像系統(tǒng)坐標系和立體定向坐標系之間的偏差的會話之前執(zhí)行。如本領域的技術人員容易理解的，可以使用用于確定放射焦點的各種已知的方法，其中的一些已經(jīng)在上面進行了描述。然而，本發(fā)明不限于本文示出和描述的特定示例，而是用于確定放射焦點的任何合適的測量方法被預期為落入在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。附圖簡述現(xiàn)在將參考附圖更詳細地描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中圖1示意性地圖示了使用本發(fā)明的、適合于校準的放射治療系統(tǒng)的一般原理；圖2根據(jù)本發(fā)明示意性地圖示了在圖1的放射治療系統(tǒng)中實現(xiàn)的系統(tǒng)的實施例；圖3根據(jù)本發(fā)明示意性地圖示了校準工具的實施例；圖4示意性地圖示了以反方向從圖1的放射單元的前面到立體定向坐標系的z軸的方向看到的幾何圖形；圖5示意性地圖示了以反方向從圖1的放射單元的前面到z軸的方向看到的幾何圖形的放大視圖；圖6圖示了相比于立體定向坐標系的檢測器旋轉；圖7是圖示根據(jù)本發(fā)明的方法的總體步驟的流程圖；圖8是圖示根據(jù)本發(fā)明的實施例的方法的步驟的流程圖；以及圖9是圖示根據(jù)本發(fā)明的實施例的方法的步驟的流程圖。優(yōu)選實施方式的描述參考圖1，適用本發(fā)明的放射治療系統(tǒng)1包括放射單元10和患者定位單元20。在放射單元10中，提供了放射源、放射源保持器、準直器主體以及外部屏蔽元件。準直器主體包括大量的準直器通道，該準直器通道以如本領域中所公知的方式指向共同焦點。準直器主體還用作輻射屏蔽，防止輻射除通過準直器通道外到達患者。可以在WO2004/06269A1中可以發(fā)現(xiàn)可應用于本發(fā)明的放射治療系統(tǒng)中的準直器布置的示例，其據(jù)此通過引用并入本文?；颊叨ㄎ粏卧?0包括剛性框架22、可滑動或可移動支架24以及用于使支架24相對于框架22移動的發(fā)動機(未示出)。支架24還配有用于承載和移動整個患者的患者床(未示出)。在支架24的一端處，提供了用于直接或者經(jīng)由適配器單元(未示出)接收并且固定立體定向單元(未示出)的固定裝置28，并且從而防止立體定向固定單元相對于可移動支架24的平移或旋轉運動。可以使用放射治療系統(tǒng)1的坐標系中的患者定位單元20或患者定位單元20來至少在沿著圖1示出的三個正交軸x、y和z軸中轉移患者。在一些實施例中，該患者還可以沿著例如旋轉軸進行轉移。用于捕獲患者例如與治療計劃或治療有關的圖像的成像系統(tǒng)50被布置或定位在放射單元10處，例如，錐形束計算機斷層攝影(CBCT)系統(tǒng)。成像系統(tǒng)50包括X射線源51和檢測器52。X射線源51和檢測器52被布置成圍繞成像系統(tǒng)50的坐標系(a,b,c)的旋轉軸c(見圖1)旋轉，以不同的角度捕獲定位在患者床26上的患者的圖像。理想情況下，X射線源51和檢測器52圍繞患者定位單元20的z軸旋轉，其與成像系統(tǒng)50的旋轉軸c對準。然而，實際上，例如，由于制造公差引起存在對準誤差，其導致患者定位單元20的坐標系和成像系統(tǒng)50之間的未對準，并且因此c軸與z軸并不對準。在計算機斷層攝影中，通過圍繞旋轉的單個軸以非常小的步幅(例如，<1°)在對象周圍旋轉成像系統(tǒng)同時拍攝一系列的二維X射線圖像來生成三維圖像。在其他應用中，以小步幅圍繞成像旋轉對象。通常，成像設備或對象是分別圍繞對象或成像設備旋轉例如，180°或360°。之后，基于二維圖像，可以數(shù)值重建最終的三維圖像，并且該最終的三維圖像可以被顯示為一系列的斷層圖像或三維圖像。如從圖1可以理解的，描述的實施例涉及用于向人類患者的頭部中的目標區(qū)提供伽瑪放射治療的放射治療系統(tǒng)。這樣的治療通常被稱為立體定向手術。在治療期間，例如，使用咬塊和以立體定向頭架的形式的固定單元來將患者頭部固定在立體定向固定單元中，該固定單元包括適合于與放射治療系統(tǒng)的固定裝置28接合的接合點。因此，在立體定向手術期間，患者的頭部被固定在立體定向框架中，該立體定向框架反過來經(jīng)由固定裝置28固定地附接到患者定位系統(tǒng)。在患者的頭部中的治療區(qū)相對于放射焦點例如沿著圖1示出的三個軸x，y和z運動期間，整個患者是移動的。因此，在頭架和患者定位系統(tǒng)20的支架24之間沒有相對運動?，F(xiàn)在轉向圖2，將討論根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的實施例。在圖2中，連同示意性圖示的放射單元10和成像系統(tǒng)50，示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)100。一般而言，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)1包括校準工具110和處理單元120(例如，個人電腦(PC))，該校準工具110被布置為可釋放地和牢固地附接到放射治療系統(tǒng)的固定裝置28。在圖3中，示出了校準工具110的實施例的更詳細的視圖。校準工具110被布置為容易地對準并且精確地定位在立體定向固定單元坐標系中。通過借助于附接裝置118牢固地附接校準工具110而使校準工具110沒有相對于患者定位單元20運動的任何可能，可以保證校準工具被定位在立體定向固定單元坐標系中的定義的且預定的位置xcal.tool、ycal.tool和zcal.tool處并且在圖像采集期間保持靜止。優(yōu)選地，當工具110被附接到固定裝置28時，校準工具110分別在立體定向固定單元坐標系中包括具有預定的或已知的位置的至少一個參考對象或標記112。也就是說，參考對象或標記112相對于校準工具110的預定的位置的是已知的并且因此在立體定向固定單元坐標系中具有預定的坐標。參考對象112其制成材料制使得并且參考對象112被布置和被成形為使得它們能夠在由成像系統(tǒng)50的檢測器52捕獲的二維圖像中被識別出。在圖2和圖3中示出的校準工具110的實施例中，校準工具110包括四個參考對象112，每個參考對象包括桿116，該桿116配有在板119上附接的鋼球115。當校準工具110被附接到固定裝置28時，每個參考對象112在立體定向固定單元坐標系中具有預定的位置。為了允許在由檢測器52捕獲的二維圖像中的參考對象的識別，參考對象112是由衰減從成像單元或X射線源51發(fā)射的X射線輻射的材料(諸如鋼)制成的。X射線是被參考對象112衰減，其要求每個參考對象的表示是由檢測器捕獲的并且其以陰影可以在每個圖像中看到表示。將在下面描述用于識別每個參考對象表示的過程。處理單元120可連接到成像系統(tǒng)50，使得允許例如使用例如藍牙或WLAN進行無線雙向通信。從而，例如，處理單元120可以從成像系統(tǒng)50獲得圖像信息并且向成像系統(tǒng)50發(fā)送指令來啟動圖像掃描過程。一般而言，處理單元120被配置為計算立體定向坐標系中的校準工具110的位置和成像系統(tǒng)坐標系中的校準工具110的位置之間的變換或平移位置差和旋轉位置差。由于例如制造公差，其中定位校準工具110的立體定向固定單元的坐標系(如由x軸、y軸和z軸定義)與成像系統(tǒng)的坐標系(由a軸、b軸和c軸定義)未對準。因此，處理單元120確定成像系統(tǒng)50的坐標系中的校準工具110的位置acal.tool、bcal.tool和ccal.tool，或者更確切的是參考對象的位置，即，獲得一組坐標，其中每個參考對象是與三個坐標相關。優(yōu)選地，確定每個參考對象114的坐標，產(chǎn)生位置坐標的陣列。此外，處理單元120被配置為計算相對于成像系統(tǒng)的坐標系中的校準工具的確定的位置acal.tool、bcal.tool和ccal.tool和立體定向固定單元坐標系中的校準工具的位置xcal.tool、ycal.tool和zcal.tool之間的變換，以確定相對于成像系統(tǒng)的坐標系和立體定向固定單元坐標系中的校準工具的位置之間的關系。優(yōu)選地，確定立體定向固定單元坐標系中的參考標記的已知位置和相對于成像系統(tǒng)的坐標系中的校準工具的確定位置之間的變換。計算基于參考對象圖像坐標dxy、立體定向坐標系中的參考對象112相對于校準工具110的原點o的位置rob和校準工具110的原點o相對于成像單元51的位置rso。在本發(fā)明的實施例中，變換的計算基于參考對象相對于成像單元51的位置rsd、成像坐標系中的參考對象的位置ro’b和校準工具相對于成像單元51的位置rso。在本發(fā)明的實施例中，變換的計算還基于成像單元51和檢測器52之間的距離SDD(見圖4)以及立體定向坐標系中的檢測器的位置和成像單元坐標系中的檢測器的位置之間的檢測器旋轉。參考圖6，向量旋轉是以三個參數(shù)定義的，其中，q和w是平面外的旋轉角而n是平面內(nèi)的旋轉角。檢測器平面被對準，使得v軸平行于z軸并且u軸平行于y軸。沿著u＝u0的軸的檢測器平面的旋轉角是q，沿著v＝v0的軸的檢測器平面的旋轉角是w，以及沿著(u0,v0)的點的檢測器平面的旋轉角是n。x軸、y軸、z軸與立體定向坐標系(見圖1)有關以及u和v與檢測器平面有關。在本發(fā)明的實施例中，基于相應的參考對象圖像坐標dxy以及對于相應的參考對象112的參考對象位置和成像單元51的位置之間的向量rsb與參考對象圖像坐標dxy的位置和成像單元51的位置之間的向量rsd平行的假設，并且將參考對象位置和成像單元51的位置之間的向量rsd和參考對象圖像坐標dxy的位置和成像單元51的位置之間的向量rsb的關系用在計算變換中，確定參考對象位置和成像單元51的位置之間的向量rsb。根據(jù)本發(fā)明的實施例，基于參考對象相對于立體定向坐標系中的校準工具110的原點o的位置rob，計算參考對象112相對于成像系統(tǒng)坐標系中的校準工具110的原點o的位置ro’b’，并且基于參考對象圖像坐標dxy、成像坐標系中的參考對象的坐標ro’b’和校準工具相對于成像單元51的坐標rso，計算變換。現(xiàn)在參考圖4-圖9，將描述根據(jù)本發(fā)明的用于校準用于捕獲與放射治療系統(tǒng)中的治療計劃或治療有關的患者的圖像的成像系統(tǒng)50的方法。例如，該方法可以在如圖2所述的系統(tǒng)中執(zhí)行。圖4-圖6示意性地示出了成像過程期間的幾何形狀，以及圖7-圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的實施例的流程圖。參考圖4和圖5，示意性地圖示從即反方向中放射單元10(在此實施例中為伽瑪?shù)?到圖1中示出的立體定向坐標系的z軸的方向看到的幾何形狀。在位置s處(即，在成像系統(tǒng)坐標系的坐標as、bs、cs處)的X射線源51發(fā)射輻射，該輻射由位置b處(即，在立體定向坐標系中的坐標xb、yb、zb)的參考對象112衰減。清晰可辨的陰影然后可以在位置d(dx，dy)處的檢測器52上檢測到?；趫D像，每個參考對象的表示在空間中的位置是d，即，立體定向坐標系中的xd、yd、zd。校準工具110定位在位置o處，即，校準工具110的參考點定位在立體定向坐標系中的點xo、yo、zo。成像系統(tǒng)50中的校準工具110的位置是o’，即，ao’、bo’、co’。向量rsb是從點s到點b的向量，即，從X射線源51到相應的參考對象112的向量。向量rob是從點o到點b的向量，即，從校準工具110的中心點到相應的參考對象112的向量。該向量rob是已知的。向量rso是從點s到點o的向量，即，從X射線源51到校準工具110的向量。向量ro’b’.SDD是“源到檢測器的距離”，即，X射線源51到檢測器52之間的距離。機架角β定義了X射線源51的當前位置s和y軸之間的角度。角α定義了要求校正的旋轉，因此，成像系統(tǒng)50的坐標系中的校準工具110的位置o’并且與立體定向坐標系中的校準工具110的位置o相比。圖5是圖4中示出的幾何形狀的更詳細的視圖。參考圖4，向量rsb可以被表示為：rsb＝rso+rob＝rso+roo’+ro’b(1)其中，如上所述，符號rsb表示從點s(X射線源51)到點b(相應的參考對象112)的向量。假設參考對象112相對于校準工具110的中心點o的位置是已知的。立體定向坐標系中的坐標和旋轉的坐標系(即，成像系統(tǒng)的坐標系)中的坐標之間的關系可以通過使用空間向量旋轉的算法來確定，例如，Rodrigues旋轉公式，給定軸^k和旋轉角度α：R(r,^k,α)＝rcosα+(^kxr)sinα+^k(^k·r)(1-cosα)(2)由于旋轉軸是單位向量，它可以用兩個參數(shù)θ和φ來表示為^k(θ,φ)＝(cosφsinθ,sinφsinθ,cosθ)(3)考慮到機架旋轉。假設如圖4定義的靜態(tài)的參考框架，這可以通過將具有^k＝^z和α＝β的方程(2)應用到rso(β＝0)和rsd(β＝0)來完成：rso＝R(rso(β＝0),^z,β)＝(yssinβ-xscosβ,-yscosβ-xssinβ,-zs)(4)rsd＝R(rsd(β＝0),),^z,β)＝(xdcosβ-ydsinβ,ydcosβ+xdsinβ,zd)(5)向量rsd＝(xd,yd,zd)可以根據(jù)圖像例如通過質(zhì)心計算來計算出。參考對象112的每個表示將占據(jù)大于像素的檢測器表面上(即，在圖像中)的區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明的實施例，在檢測器表面上中的一點或像素被選擇用于每個參考對象，每個參考對象精確地表示它的投影。基于檢測器表面上的選擇的點dx和dy，可以確定向量rsd(xd,yd,zd)。參考對象112對背景具有高對比度，并且因此閾值化是用于識別或確定投影的有效方法。校準工具110和參考對象112優(yōu)選地被設計成使得圖像中出現(xiàn)的不同的投影之間水平或垂直都沒有重疊。根據(jù)優(yōu)選的實施例，確定感興趣區(qū)域用于每個投影，并且確定精確地表示投影的點是例如使用質(zhì)心計算選自該感興趣區(qū)域的。由于向量rsb與rsd平行，以下應用：rsb＝λ·rsd(6)其中，λ是標量。該標量的值可以通過將余弦公式應用于圖5示出的三角形來表示，其得到：‖rsb‖2＝‖rsb‖2+‖rsb‖2-2‖rsb‖‖rsb‖cosγ(7)將方程(7)和方程(6)相結合并且將長度表示為標積，得到以下方程：λ=1||rsd||rso·rso+rob·rob+2rso·rob---(8)]]>λ=||rso+rob||||rsd||---(9)]]>基于方程(8)和方程(9)，方程(1)可以被表示為：rsd||rsd||=rso+roo′+ro′b||rso+roo′+ro′b||---(10)]]>自由度是變換roo’＝(x0,y0,z0)和旋轉，其由校準工具的θ、φ、α和源到軸的距離(SAD)確定。求解關于每個圖像中的每個參考對象的方程(10)。在優(yōu)選的實施例中，使用三個參考對象并且在成像會話期間捕獲300圖像。此外，根據(jù)優(yōu)選的實施例，可以在最小二乘意義上數(shù)值求解方程(10)。以下將說明利用高斯-牛頓算法的方程(10)的數(shù)值解的示例。為了簡單的符號，引入以下方程：x＝(RSAD,x0,y0,z0,θ,φ,α)(11)yi=rsd(β)i||rsd||---(12)]]>rso(RSAD,β)＝RSAD·(-sinβ,-cosβ,0)(13)v(x)＝rso(RSAD,β)+roo’(x0,y0,z0)+ro’b(θ,φ,α)(14)u(x)＝v·v(15)Fi=viu(x)---(16)]]>其中，對向量分量和參考對象兩者上的適當?shù)乃饕抢斫獾摹SAD是從源(即，X射線源51)通過校準工具110的源點(即，校準工具110的位置)到軸的距離。接下來，當求解方程(10)時，考慮殘差vi：vi＝y(tǒng)i–Fi(x)(17)高斯-牛頓算法致力于將平方和進行最小化。以初始猜測值x0開始，該算法根據(jù)以下方程迭代地更新解：xn+1＝xn+Δ(18)其中，Δ是通過求解正規(guī)方程確定的小階：(JTJ)Δ＝JTv(19)并且J反過來是關于x的F的雅可比行列式，即：Jij(xn)=∂Fi∂xj|x=xn---(20)]]>正規(guī)方程可以在一階中使用J的Cholesky分解或QR因式分解來求解。對于大系統(tǒng)，諸如共軛梯度法的迭代方法可以是更有效的。然后，J(x)的解析表達式可以被計算：J=▿F1▿F2...=▿viu-vi2u3/2·▿u---(21)]]>由于v(x)＝rso(RSAD,β)+roo’(x0,y0,z0)+ro’b(θ,φ,)，以下應用：∂v∂RSAD=∂rso∂RSAD=(-sinβ,-cosβ,0)---(22)]]>∂v∂x0=∂roo′∂x0=(1,0,0)---(23)]]>∂v∂y0=∂roo′∂y0=(0,1,0)---(24)]]>∂v∂z0=∂roo′∂z0=(0,1,0)---(25)]]>∂v∂θ=∂ro′b∂θ=(∂k^∂θ×ro′b)sinα+(∂k^∂θ(k^·ro′b+k^(∂k^∂θ·ro′b)(1-cosα)---(26)]]>∂v∂φ=∂ro′b∂φ=(∂k^∂φ×ro′b)sinα+(∂k^∂φ(k^·ro′b+k^(∂k^∂φ·ro′b)(1-cosα)---(27)]]>∂v∂α=∂ro′b∂α=(k^×ro′b)cosα+(k^(k^·ro′b)-ro′b)sinα---(28)]]>其中，∂k^∂θ=(cosφcosθ,sinφcosθ,-sinθ)---(29)]]>∂k^∂φ=(-sinφsinθ,cosφsinθ,0)---(30)]]>最后，以下應用：▿u=2(v·▿)v---(31)]]>其以分量形式變換成∂u∂xj=2Σn=17vn∂vn∂xj---(32)]]>因此，方程(21)可以寫成：J=▿viu-viu32(v·▿)v---(33)]]>現(xiàn)在參考圖7，將描述根據(jù)本發(fā)明的用于校準用于捕獲與放射治療系統(tǒng)中的治療計劃或治療有關的患者的圖像的成像系統(tǒng)50的方法的實施例的一般步驟。例如，該方法可以在如圖2所述的系統(tǒng)中執(zhí)行。第一步驟可以是執(zhí)行成像系統(tǒng)50的圖像質(zhì)量參數(shù)的校準，其包括確定成像系統(tǒng)50的旋轉軸。可替換地，如果早期已經(jīng)執(zhí)行校準，成像系統(tǒng)50可以不需要校準并且校準數(shù)據(jù)可以存儲在校準文件中。在步驟210處，啟動圖像掃描過程并且使用成像系統(tǒng)50的放射單元51來照射可釋放地附接的校準工具110。在步驟220處，包括校準工具110的參考對象112的橫截面表示的至少一個二維圖像是在圖像掃描過程期間使用成像系統(tǒng)50的檢測器52來捕獲的。在步驟230處，每個參考對象112的表示或投影的圖像坐標dxy是在捕獲的圖像中識別出的或確定的。如以上已經(jīng)描述的，確定每個對象112的點，確定表示它的投影的點。由于對象112的尺寸，它們的投影將占據(jù)圖像中大于像素的區(qū)域并且因此識別表示中心點的點將是有效的。例如，閾值化可以用于將投影與背景進行分離。參考對象112被布置在校準工具110上，使得在水平方向上或者在垂直方向上沒有投影重疊。執(zhí)行非重疊方向中的求和以及對連續(xù)的非零區(qū)域的識別。在兩個方向上重復關于每個分割條的該過程。所求點可以在產(chǎn)生的感興趣區(qū)域中發(fā)現(xiàn)。例如，質(zhì)心計算可以用于這個目的。在步驟240處，獲得校準工具110的原點o相對于成像單元51的位置或成像單元51和校準工具的原點o之間的向量rso。在本發(fā)明的實施例中，計算成像單元51和校準工具的原點o之間的向量rso，以及在本發(fā)明的其他實施例中，預定成像單元51和校準工具的原點o之間的向量rso。在步驟250處，包括在立體定向坐標系中的校準工具110的位置和成像系統(tǒng)坐標系中的校準工具110的位置之間的平移和旋轉位置差的變換是使用例如以上描述的方程(1)-(33)來計算出的。通常，計算是基于參考對象圖像坐標dxy、立體定向坐標系中的參考對象112相對于校準工具110的原點o的位置rob和校準工具110的原點o相對于成像單元51的位置rso。如果沒有預定SAD，在計算變換的同時計算SAD。在下面的步驟中，已經(jīng)計算的變換可以用于校準與放射治療系統(tǒng)1有關的成像系統(tǒng)50?，F(xiàn)在轉向圖8，將描述根據(jù)本發(fā)明的用于校準用于捕獲與放射治療系統(tǒng)中的治療計劃或治療有關的患者的圖像的成像系統(tǒng)50的方法的另一個實施例的步驟。例如，該方法可以在如圖2所述的系統(tǒng)中執(zhí)行。第一步驟可以是執(zhí)行成像系統(tǒng)50的圖像質(zhì)量參數(shù)的校準，其包括確定成像系統(tǒng)50的旋轉軸。可替換地，如果早期已經(jīng)執(zhí)行校準，成像系統(tǒng)50可以不需要校準并且校準數(shù)據(jù)可以存儲在校準文件中。在步驟310處，啟動圖像掃描過程并且使用成像系統(tǒng)50的放射單元51來照射可釋放地附接的校準工具110。在步驟320處，包括校準工具110的參考對象112的橫截面表示的至少一個二維圖像是在圖像掃描過程期間使用成像系統(tǒng)50的檢測器52來捕獲的。在步驟330處，每個參考對象112的表示或投影的圖像坐標dxy是在捕獲的圖像中識別出的或確定的。如以上已經(jīng)描述的，確定每個對象112的點，確定表示它的投影的點。由于對象112的尺寸，它們的投影將占據(jù)圖像中大于像素的區(qū)域并且因此識別表示中心點的點將是有效的。例如，閾值化可以用于將投影與背景進行分離。參考對象112被布置在校準工具110上，使得在水平方向上或者在垂直方向沒有投影重疊，見圖4。執(zhí)行非重疊方向中的求和以及對連續(xù)的非零區(qū)域的識別。在如圖4所示的兩個方向上重復關于每個分割條的該過程。所求點可以在產(chǎn)生的感興趣區(qū)域中發(fā)現(xiàn)。例如，質(zhì)心計算可以用于這個目的。在步驟340處，基于參考對象圖像坐標dxy和相對于成像單元或X射線源51的檢測器52的位置rsd，確定或計算參考對象112相對于成像單元51的位置rsd。在步驟350處，獲得與成像單元51有關的校準工具110的原點o的位置或成像單元51和校準工具的原點o之間的向量rso。在本發(fā)明的實施例中，計算成像單元51和校準工具的原點o之間的向量rso，以及在本發(fā)明的其他實施例中，預定成像單元51和校準工具的原點o之間的向量rso。在步驟360處，包括在立體定向坐標系中的校準工具110的位置和成像系統(tǒng)坐標系中的校準工具110的位置之間的平移和旋轉位置差的轉換是使用例如以上描述的方程(1)-(31)來計算的。通常，計算是基于參考對象相對于成像單元51的位置rsd、成像坐標系中的參考對象的位置ro’b和校準工具110的原點o相對于成像單元51的位置rso。如果沒有預定SAD，在計算變換的同時計算SAD。在下面的步驟中，已經(jīng)計算的變換可以用于校準與放射治療系統(tǒng)1有關的成像系統(tǒng)50?，F(xiàn)在轉向圖9，將描述根據(jù)本發(fā)明的用于校準用于捕獲與放射治療系統(tǒng)中的治療計劃或治療有關的患者的圖像的成像系統(tǒng)50的方法的又一個實施例的步驟。例如，該方法可以在如圖2所述的系統(tǒng)中執(zhí)行。第一步驟可以是執(zhí)行成像系統(tǒng)50的圖像質(zhì)量參數(shù)的校準，其包括確定成像系統(tǒng)50的旋轉軸。可替換地，如果早期已經(jīng)執(zhí)行校準，成像系統(tǒng)50可以不需要校準并且校準數(shù)據(jù)可以存儲在校準文件中。在步驟410處，啟動圖像掃描過程并且使用成像系統(tǒng)50的放射單元51來照射可釋放地附接的校準工具110。在步驟420處，包括校準工具110的參考對象112的橫截面表示的至少一個二維圖像是在圖像掃描過程期間使用成像系統(tǒng)50的檢測器52來捕獲的。在步驟430處，每個參考對象112的表示或投影的圖像坐標dxy是在捕獲的圖像中識別出的或確定的。如以上已經(jīng)描述的，確定每個對象112的點，確定表示它的投影的點。由于對象112的尺寸，它們的投影將占據(jù)圖像中大于像素的區(qū)域并且因此識別表示中心點的點將是有效的。例如，閾值化可以用于將投影與背景進行分離。參考對象112被布置在校準工具110上，使得在水平方向上或者在垂直方向上沒有投影重疊，見圖4。執(zhí)行非重疊方向中的求和以及對連續(xù)的非零區(qū)域的識別。在如圖4中所示的兩個方向上重復關于每個分割條的該過程。所求點可以在產(chǎn)生的感興趣區(qū)域中發(fā)現(xiàn)。例如，質(zhì)心計算可以用于這個目的。在步驟440處，基于相應的參考對象圖像坐標dxy并且對于相應的參考對象112的參考對象位置和成像單元51的位置之間的向量rsb與參考對象圖像坐標的位置和成像單元51的位置之間的向量rsd是平行的的假設，確定參考對象位置和成像單元51的位置之間的向量rsb。在步驟450處，獲得與成像單元51有關的校準工具110的原點o的位置或成像單元51和校準工具的原點o之間的向量rso。在本發(fā)明的實施例中，計算成像單元51和校準工具的原點o之間的向量rso，以及在本發(fā)明的其他實施例中，預定成像單元51和校準工具的原點o之間的向量rso。在步驟460處，包括在立體定向坐標系中的校準工具110的位置和成像系統(tǒng)坐標系中的校準工具110的位置之間的平移和旋轉位置差的轉換是使用例如以上描述的公式(1)-(31)來計算的，在計算該變換中還使用參考對象位置和成像單元51的位置之間的向量rsd和參考對象圖像坐標dxy的位置和成像單元51的位置之間的向量rsb之間的關系。如果沒有預定SAD，在計算變換的同時計算SAD。在下面的步驟中，已經(jīng)計算的變換可以用于校準與放射治療系統(tǒng)1有關的成像系統(tǒng)50。雖然以上已經(jīng)使用其示例性實施例描述了本發(fā)明，但是如本領域的技術人員理解的，可以做出改變、修改及其組合，而不偏離在所附權利要求中定義的本發(fā)明的范圍。當前第1頁1 2 3