本發(fā)明涉及放射治療領(lǐng)域，尤其涉及一種在放射治療過程中對腫瘤的運(yùn)動進(jìn)行實時監(jiān)控的方法及裝置以及具備該監(jiān)控裝置的門控治療系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

放射治療是利用放射線如放射性同位素產(chǎn)生的α、β、γ射線和各類X射線治療機(jī)或加速器產(chǎn)生的X射線、電子線、質(zhì)子束及其它粒子束等治療惡性腫瘤的一種方法。

由于射束能量高，在腫瘤細(xì)胞被殺死的同時正常細(xì)胞也會受到影響，因此在放射治療中要求，射束盡可能地只照射腫瘤區(qū)域而不影響周圍的正常組織，這就要求在治療之前對需要照射的區(qū)域進(jìn)行勾畫。

由于受到呼吸、心跳等運(yùn)動的影響腫瘤的位置可能會發(fā)生改變，在放射治療中，照射區(qū)域的勾畫需要考慮腫瘤位置的不確定性，選擇安全余量以保證足夠多的劑量照射到腫瘤區(qū)域。這種策略導(dǎo)致正常組織接收的劑量較多，產(chǎn)生副作用，并限制了可能的劑量提升。

為了實現(xiàn)精準(zhǔn)放療，腫瘤位置信息對于實時運(yùn)動跟蹤、自適應(yīng)放療、劑量計算、劑量驗證和門控技術(shù)等都具有重要意義。目前腫瘤位置在線跟蹤技術(shù)在實際應(yīng)用中仍具有挑戰(zhàn)，可大致分為三類：

(1)皮膚表面標(biāo)記或金屬植入物法。使用皮膚表面標(biāo)記或金屬植入物標(biāo)記靶區(qū)位置，在治療過程中使用射束方向視圖(Beam Eye View，簡稱BEV)進(jìn)行靶區(qū)在線跟蹤。皮膚表面標(biāo)記與內(nèi)在組織的關(guān)聯(lián)性并不穩(wěn)定，因此表面標(biāo)記往往不能準(zhǔn)確反映內(nèi)在靶區(qū)運(yùn)動；使用金屬植入物進(jìn)行靶區(qū)跟蹤時，植入金屬物必須足夠靠近靶區(qū)，始終在BEV范圍內(nèi)，并且金屬植入物標(biāo)記靶區(qū)位置是侵入式方法，其安全性依賴于金屬植入位置和植入方法。

(2)額外kV射線源法。在治療過程中使用獨(dú)立的kV射線源對靶區(qū)進(jìn)行在線跟蹤，典型模型是kV/MV影像系統(tǒng)，其使用一對正交投影圖像與計劃CT圖像做2D/3D配準(zhǔn)，能夠獲得六個方向的運(yùn)動監(jiān)控信息。該方法進(jìn)行在線靶區(qū)位置監(jiān)控精度較高(小于2mm),但其需要連續(xù)的kV影像，引起額外的患者輻射劑量；同時，大數(shù)據(jù)量的kV/MV圖像配準(zhǔn)計算量較大，會引起較大延遲，降低了跟蹤的準(zhǔn)確性。

(3)外監(jiān)控裝置法。治療前，通過外監(jiān)控裝置測量得到外監(jiān)控信號與腫瘤運(yùn)動的關(guān)聯(lián)性，例如通過外監(jiān)控裝置測量放置于患者身體表面的小球的移動，并將小球的移動與腫瘤的運(yùn)動進(jìn)行關(guān)聯(lián)；治療過程中，采集外監(jiān)控信號，利用治療前的關(guān)聯(lián)結(jié)果，得到實時腫瘤運(yùn)動情況。該方法要求運(yùn)動重復(fù)性較好、呼吸周期恒定。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種新的腫瘤實時監(jiān)控方法及裝置，其通過四維圖像結(jié)合EPID實時圖像、外監(jiān)控裝置的采集信息得到腫瘤的實時位置。

本發(fā)明提出了一種腫瘤實時監(jiān)控方法，包括獲取患者的四維圖像，所述四維圖像中包含腫瘤區(qū)域；通過監(jiān)控裝置采集患者表面信息；從所述四維圖像中選擇與所述患者表面信息匹配的圖像并得到腫瘤的位置信息。

可選的，從所述四維圖像中選擇與所述患者表面信息匹配的圖像包括從所述患者表面信息中得到點(diǎn)陣跟蹤信息，從所述四維圖像中選擇與所述點(diǎn)陣跟蹤信息匹配的圖像。

可選的，從所述四維圖像中選擇與所述患者表面信息匹配的圖像包括從所述患者表面信息中得到表面跟蹤信息，從所述四維圖像中選擇與所述表面跟蹤信息匹配的圖像。

可選的，所述腫瘤的位置信息至少包括腫瘤的深度信息。

可選的，所述腫瘤實時監(jiān)控方法還包括獲取患者表面與腫瘤位置的對應(yīng)關(guān)系。

可選的，所述患者表面與腫瘤位置的對應(yīng)關(guān)系包括患者表面與腫瘤在深度方向的對應(yīng)關(guān)系。

可選的，所述患者表面與腫瘤在深度方向的對應(yīng)關(guān)系包括所述四維圖像中，患者表面形狀與患者表面與腫瘤在深度方向的距離之間的對應(yīng)關(guān)系。

可選的，所述患者表面與腫瘤位置的對應(yīng)關(guān)系還包括患者表面與腫瘤繞深度方向之外的兩個坐標(biāo)軸方向的旋轉(zhuǎn)角度的對應(yīng)關(guān)系。

可選的，所述患者表面與腫瘤位置的對應(yīng)關(guān)系根據(jù)所述四維圖像確定。

可選的，所述腫瘤實時監(jiān)控方法還包括獲取所述腫瘤區(qū)域的實時圖像以校正腫瘤的位置信息。

可選的，利用EPID采集所述腫瘤區(qū)域的實時圖像。

可選的，所述獲取所述腫瘤區(qū)域的實時圖像以校正腫瘤的位置信息包括：將與所述患者表面信息匹配的圖像進(jìn)行正投影得到數(shù)字重建圖像，將所述實時圖像與所述數(shù)字重建圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，校正除深度方向之外的位置信息。

可選的，從所述四維圖像中選擇與所述患者表面信息匹配的圖像并得到腫瘤的位置信息包括：根據(jù)監(jiān)控裝置的采集信息從所述四維圖像中選擇與所述采集信息匹配的圖像，將所述圖像進(jìn)行正投影得到數(shù)字重建圖像，將所述實時圖像與所述數(shù)字重建圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，得到部分方向的位置信息，根據(jù)監(jiān)控裝置的采集信息得到患者表面的三維重建信息，根據(jù)所述患者表面與腫瘤位置的對應(yīng)關(guān)系，得到所述腫瘤在其它方向的位置信息。

可選的，所述根據(jù)監(jiān)控裝置的采集信息從所述四維圖像中選擇與所述采集信息匹配的圖像，包括根據(jù)監(jiān)控裝置的采集信息得到點(diǎn)陣跟蹤信息，從所述四維圖像中選擇與所述點(diǎn)陣跟蹤信息匹配的圖像。

可選的，所述根據(jù)監(jiān)控裝置的采集信息得到患者表面的三維重建信息包括根據(jù)監(jiān)控裝置的采集信息得到表面跟蹤信息，對所述表面跟蹤信息進(jìn)行三維表面重建得到患者表面的三維重建信息。

可選的，所述部分方向的位置信息包括除深度方向之外的位置信息，其它方向的位置信息包括深度方向的位置信息。

可選的，所述部分方向的位置信息包括深度方向之外的兩個坐標(biāo)軸方向的位置信息及繞深度方向的旋轉(zhuǎn)角度信息，其它方向的位置信息包括深度方向的位置信息及繞深度方向之外的兩個坐標(biāo)軸方向的旋轉(zhuǎn)信息。

可選的，所述四維圖像為4D-CT圖像或4D-CBCT圖像。

可選的，所述四維圖像為治療前的圖像。

可選的，所述監(jiān)控裝置包括至少三個互成角度的攝像機(jī)。

本發(fā)明還提出了一種腫瘤實時監(jiān)控裝置，包括跟蹤單元，用于通過監(jiān)控裝置采集患者表面信息；圖像采集單元，用于采集實時圖像；數(shù)據(jù)處理單元，用于進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，包括：獲取患者的四維圖像，從所述四維圖像中選擇與患者表面信息匹配的圖像，將所述與患者表面信息匹配的圖像進(jìn)行正投影得到數(shù)字重建圖像，將所述實時圖像與所述數(shù)字重建圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，得到部分方向的位置信息，根據(jù)所述患者表面信息得到患者表面的三維重建信息，根據(jù)患者表面與腫瘤位置的對應(yīng)關(guān)系，得到與三維重建信息對應(yīng)的腫瘤在其它方向的位置信息。

可選的，所述四維圖像為4D-CT圖像或4D-CBCT圖像。

本發(fā)明還提出了一種放射治療系統(tǒng)，包括直線加速器、病床及數(shù)據(jù)處理單元，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理單元包括條件設(shè)置子單元，用于設(shè)置所述直線加速器的出束條件，判斷子單元，用于將前述的腫瘤實時監(jiān)控裝置監(jiān)測到的腫瘤位置與所述出束條件進(jìn)行比較，判斷是否滿足所述出束條件，如果滿足所述出束條件，則直線加速器出束，否則，直線加速器不出束。

本發(fā)明還提出了一種門控治療系統(tǒng)，包括放射治療裝置及數(shù)據(jù)處理單元，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理單元包括條件設(shè)置子單元，用于設(shè)置所述放射治療裝置的出束條件，判斷子單元，用于將前述的腫瘤實時監(jiān)控裝置監(jiān)測到的腫瘤位置與所述出束條件進(jìn)行比較，判斷是否滿足所述出束條件，如果滿足所述出束條件，則放射治療裝置工作，否則，放射治療裝置不工作。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的腫瘤實時監(jiān)控方法及裝置，通過四維圖像和外監(jiān)控裝置配合使用，可以得到腫瘤的實時位置信息；進(jìn)一步地，可以得到腫瘤在六個方向的位置信息；

進(jìn)一步地，通過四維圖像、EPID實時圖像以及外監(jiān)控裝置的采集信息相結(jié)合，使得得到的腫瘤在六個方向的位置信息更加精確。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它附圖。

圖1是本發(fā)明實施例中的放射治療系統(tǒng)的示意圖；

圖2是本發(fā)明一實施例中的腫瘤實時監(jiān)控方法流程圖；

圖3是本發(fā)明另一實施例中的腫瘤實時監(jiān)控方法流程圖；

圖4是本發(fā)明再一實施例中的腫瘤實時監(jiān)控方法流程圖；

圖5是本發(fā)明一實施例中的腫瘤實時監(jiān)控裝置示意圖；

圖6是本發(fā)明一實施例中的腫瘤運(yùn)動軌跡示意圖；

圖7是本發(fā)明的放射治療系統(tǒng)中數(shù)據(jù)處理單元的示意圖。

具體實施方式

為讓本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作詳細(xì)說明。

在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其它不同于在此描述的方式來實施，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施例的限制。

本發(fā)明提供的腫瘤實時監(jiān)控方法適用于放射治療系統(tǒng)中，可以在放射治療過程中實時監(jiān)控腫瘤的位置，以保證放射治療的安全性及提高腫瘤的治愈率。

參考圖1所示，放射治療系統(tǒng)100包括直線加速器10、病床20及數(shù)據(jù)處理單元30。所述直線加速器10用于產(chǎn)生高能級(例如兆伏級)的射束(電子束或X射線)從而對靶區(qū)(包含腫瘤)進(jìn)行治療，其包括治療頭11及電子射野影像裝置12(Electronic Portal Imaging Device，簡稱EPID)。由于不同類型腫瘤的形狀不同或不同角度照射時腫瘤的形狀也不同，為了保護(hù)靶區(qū)外的正常組織和危及器官免受照射，并盡可能對靶區(qū)進(jìn)行高劑量的照射，所述直線加速器10還包括準(zhǔn)直器13，準(zhǔn)直器13安裝至治療頭11上，用于限定輻射范圍，使得射束的形狀與靶區(qū)匹配。所述直線加速器10不受本實施例公開的限制，其還可以產(chǎn)生千伏級的射束用于對靶區(qū)進(jìn)行成像。

所述病床20用于承載患者40，并將患者40移動至直線加速器10，所述治療頭11向患者40發(fā)出射束(例如錐形束)，電子射野影像裝置12接收穿過患者40的射束以產(chǎn)生有關(guān)患者40組織密度信息的投影圖像。

數(shù)據(jù)處理單元30典型地被設(shè)置在遠(yuǎn)離直線加速器10的位置，通常與直線加速器10位于不同的房間，從而保護(hù)操作者遠(yuǎn)離輻射。數(shù)據(jù)處理單元30可以包括計算機(jī)，用于對放射治療系統(tǒng)100進(jìn)行控制，還可以從電子射野影像裝置12中接收投影圖像，并對該投影圖像進(jìn)行處理，數(shù)據(jù)處理單元30可以包括輸入設(shè)備(例如鍵盤)，便于接收輸入信息，還可以包括顯示器，用于在放射治療前或放射治療過程中顯示信息。

放射治療系統(tǒng)100還包括監(jiān)控裝置，用于采集患者40的身體表面信息。監(jiān)控裝置包括至少兩個互成一定角度的光學(xué)系統(tǒng)，并安裝在固定位置處，且兩個光學(xué)系統(tǒng)的位置關(guān)系精確已知，用于從不同角度采集患者40身體上的同一區(qū)域的信息。由于在放射治療過程中，直線加速器10通常需要旋轉(zhuǎn)，可能會擋住其中一個光學(xué)系統(tǒng)，影響監(jiān)控裝置對患者40的身體表面信息的采集，因此優(yōu)選地，監(jiān)控裝置包括至少三個互成一定角度的光學(xué)系統(tǒng)。

在本實施例中，監(jiān)控裝置包括三個互成一定角度的攝像機(jī)(圖1中僅示出了其中兩個攝像機(jī)501及攝像機(jī)502)，用于從不同角度采集患者40身體上的同一區(qū)域的信息，且攝像機(jī)安裝于治療室的墻面上，從而保證攝像機(jī)的位置固定且精確已知，而且即使在放射治療過程中直線加速器旋轉(zhuǎn)，也可以保證監(jiān)控裝置可以采集患者40的身體表面信息。需要注意的是，攝像機(jī)的位置不受本實施例公開內(nèi)容的限制。

在放射治療過程中，由于呼吸等生理運(yùn)動的影響，腫瘤在患者身體內(nèi)處于運(yùn)動狀態(tài)。為了實現(xiàn)更精準(zhǔn)的放射治療，需要時刻掌握腫瘤的具體位置。圖2示出了利用本發(fā)明的放射治療系統(tǒng)實時監(jiān)控腫瘤運(yùn)動的方法。

參考圖2所示，一種腫瘤實時監(jiān)控方法包括：

步驟S201，獲取四維圖像。

四維圖像包含時間信息，即四維圖像能夠表示三維圖像隨時間的變化。在放射治療之前，可以利用能夠進(jìn)行四維成像的成像裝置對患者40進(jìn)行成像并采集數(shù)據(jù)，對采集得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行重建從而得到四維圖像，所述四維圖像中包含腫瘤區(qū)域。

例如，可以利用4D-CT裝置或4D-CBCT裝置對患者40進(jìn)行放射成像并采集投影數(shù)據(jù)，重建該投影數(shù)據(jù)從而得到4D-CT圖像或4D-CBCT圖像。從4D-CT圖像或4D-CBCT圖像中可以得到腫瘤隨時間變化的運(yùn)動信息。利用4D-CT裝置或4D-CBCT裝置獲取四維圖像為本領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。

將放射治療之前得到的四維圖像進(jìn)行存儲，在放射治療過程中只需從存儲器中直接獲取即可。

步驟S202，通過監(jiān)控裝置采集患者表面信息，從所述四維圖像中選擇與所述患者表面信息匹配的圖像并得到腫瘤的位置信息。

如上所述，監(jiān)控裝置用于采集患者40的身體表面信息。對監(jiān)控裝置的采集信息進(jìn)行處理，例如可以得到點(diǎn)陣跟蹤信息，即獲取患者40身體上某一點(diǎn)隨時間變化的運(yùn)動信息，將監(jiān)控裝置采集的該點(diǎn)的位置信息與步驟S201中獲取的四維圖像進(jìn)行比較，如果監(jiān)控裝置采集的位置與四維圖像在某一狀態(tài)下該點(diǎn)的位置匹配，則獲取在該狀態(tài)下四維圖像中的腫瘤位置作為腫瘤的位置信息，按照該方式可以得到放射治療過程中任一時刻的腫瘤位置；也可以得到表面跟蹤信息，即獲取患者40的身體表面隨時間的變化信息，根據(jù)該信息進(jìn)行三維表面重建從而得到患者40的身體表面隨時間變化的運(yùn)動信息，將監(jiān)控裝置采集的身體表面與步驟S201中獲取的四維圖像進(jìn)行比較，如果監(jiān)控裝置采集的身體表面與四維圖像在某一狀態(tài)下的身體表面匹配，則獲取在該狀態(tài)下四維圖像中的腫瘤位置作為腫瘤的位置信息，按照該方式也可以得到放射治療過程中任一時刻的腫瘤位置。

監(jiān)控裝置采集患者40的身體表面信息(如上所述，可以得到患者身體上某一點(diǎn)的位置信息，也可以得到患者的三維表面信息)，將該采集信息與步驟S201中的四維圖像進(jìn)行比較，從所述四維圖像中選擇與所述患者表面信息匹配的圖像，所述圖像中的腫瘤位置作為腫瘤的位置信息，該實施例中的方法可以快速地獲取腫瘤的位置，實現(xiàn)在放射治療過程中對腫瘤位置進(jìn)行實時監(jiān)控。

在本實施例中，得到的腫瘤位置至少包括腫瘤的深度信息；當(dāng)然，由于四維圖像中包含腫瘤在六個自由度方向的運(yùn)動情況，本實施例中得到的腫瘤位置為六個方向的位置，包括在直角坐標(biāo)系(可以為四維成像裝置的坐標(biāo)系，也可以為放射治療系統(tǒng)100的坐標(biāo)系)中沿三個坐標(biāo)軸的坐標(biāo)值以及繞三個坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)角度，例如，患者仰臥在病床的床板上，則豎直方向為深度方向，水平面內(nèi)沿床板長度方向為橫軸，水平面內(nèi)沿床板寬度方向為縱軸，繞橫軸的旋轉(zhuǎn)為翻滾角(roll)，繞縱軸的旋轉(zhuǎn)為俯仰角(pitch)，繞深度方向的旋轉(zhuǎn)角(yaw)，因此本實施例的方法可以獲得腫瘤沿橫軸、縱軸及深度方向的運(yùn)動以及腫瘤的翻滾角、俯仰角以及繞深度方向的旋轉(zhuǎn)角。

然而，雖然受生理運(yùn)動影響的腫瘤持續(xù)地進(jìn)行周期性運(yùn)動，但是每個周期性運(yùn)動幾乎都不是完全相同的，因此在放射治療過程中很難保持腫瘤的運(yùn)動與放射治療之前保存的腫瘤運(yùn)動完全一樣，優(yōu)選地，可以對患者采集多個周期的4DCT圖像，從這些4DCT圖像中選擇連續(xù)的多個周期中腫瘤運(yùn)動相似性較高的4DCT圖像用于計算腫瘤位置或者對采集得到的多個周期的4DCT圖像進(jìn)行處理，計算多個周期運(yùn)動的平均值并用于計算腫瘤位置；在放射治療之前需要對患者進(jìn)行擺位，每次患者擺位很難保持與之前完全相同，擺位誤差也會影響監(jiān)控裝置采集的患者40的身體表面信息，從而也會給腫瘤位置引入誤差。針對這些問題，圖3的實施例示出了另一種實時監(jiān)控腫瘤運(yùn)動的方法。

參考圖3所示，一種腫瘤實時監(jiān)控方法包括：

步驟S301，獲取四維圖像。

在放射治療之前，可以利用能夠進(jìn)行四維成像的成像裝置對患者40進(jìn)行成像并采集數(shù)據(jù)，對采集得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行重建從而得到四維圖像，所述四維圖像中包含腫瘤區(qū)域。

例如，可以利用4D-CT裝置或4D-CBCT裝置對患者40進(jìn)行放射成像并采集投影數(shù)據(jù)，重建該投影數(shù)據(jù)從而得到4D-CT圖像或4D-CBCT圖像。從4D-CT圖像或4D-CBCT圖像中可以得到腫瘤隨時間變化的運(yùn)動信息。利用4D-CT裝置或4D-CBCT裝置獲取四維圖像為本領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。

將放射治療之前得到的四維圖像進(jìn)行存儲，在放射治療過程中只需從存儲器中直接獲取即可。

步驟S302，采集實時圖像，同時通過監(jiān)控裝置采集患者表面信息。

在放射治療過程中，通過準(zhǔn)直器13將射束限定成希望的形狀，治療頭11向患者40發(fā)出射束，電子射野影像裝置12接收穿過患者40的射束以產(chǎn)生實時圖像。該實時圖像為二維投影圖像。

在電子射野影像裝置12采集實時圖像的同時，通過監(jiān)控裝置采集患者40的身體表面信息。

步驟S303，根據(jù)監(jiān)控裝置的采集信息從所述四維圖像中選擇與所述采集信息匹配的圖像。

從監(jiān)控裝置的采集信息中可以得到點(diǎn)陣跟蹤信息，也可以得到表面跟蹤信息?？紤]到點(diǎn)陣跟蹤計算速度較快，能更好地滿足實時性的要求，優(yōu)選地，從監(jiān)控裝置的采集信息中得到點(diǎn)陣跟蹤信息。監(jiān)控裝置通過點(diǎn)陣跟蹤獲取患者40身體上某一點(diǎn)的位置信息，將監(jiān)控裝置采集到的該點(diǎn)的位置與步驟S301中獲取的四維圖像進(jìn)行比較，如果監(jiān)控裝置采集的位置與四維圖像在某一狀態(tài)下該點(diǎn)的位置匹配，則該狀態(tài)下的四維圖像即為與所述點(diǎn)陣跟蹤信息匹配的圖像，并獲取該匹配圖像中腫瘤的位置信息，該位置信息包括腫瘤在六個方向的位置信息。

步驟S304，將所述圖像進(jìn)行正投影得到數(shù)字重建圖像。

由于四維圖像在每一時刻都包含了三維圖像信息，而EPID采集的實時圖像包含兩維信息，為了進(jìn)行后續(xù)的步驟，需要將三維圖像信息進(jìn)行正投影得到數(shù)字重建圖像(Digitally Reconstructed Radiography，簡稱DRR)，因此將步驟S303中選擇的圖像進(jìn)行正投影得到DRR圖像。

步驟S305，將所述實時圖像與所述數(shù)字重建圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，得到除深度方向之外的實時位置信息。

將步驟S302得到的實時圖像與步驟S304得到的DRR圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，得到實時圖像與DRR圖像之間的相對位置，再結(jié)合步驟S303中的匹配圖像中的腫瘤位置，從而得到除深度方向之外的實時位置信息。由于通過正投影得到DRR圖像，因此DRR圖像中不包含沿深度方向的位置信息，因此通過步驟S305可以得到除深度方向之外的五個方向的位置信息。

兩維圖像進(jìn)行配準(zhǔn)的方法也多種，在本實施例中優(yōu)選利用強(qiáng)度相似性對圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，而該方法為本領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。

步驟S306，將匹配圖像中腫瘤的深度信息與所述實時位置信息結(jié)合得到腫瘤的位置信息。

步驟S305得到腫瘤的除深度方向之外的五個方向的位置信息，步驟S303得到四維圖像中與所述實時圖像匹配的圖像，該圖像中包含腫瘤的深度信息，五個方向的位置信息與深度信息相結(jié)合即為腫瘤在六個方向的實時位置信息。

在本實施例中，通過圖像間的配準(zhǔn)消除了放射治療前采集的數(shù)據(jù)與放射治療過程中的實時數(shù)據(jù)之間的誤差，校正了腫瘤在除深度方向之外的位置信息，從而提高腫瘤運(yùn)動監(jiān)測的準(zhǔn)確性。

參考圖4所示，一種腫瘤實時監(jiān)控方法包括：

步驟S401，獲取四維圖像。

在放射治療之前，可以利用能夠進(jìn)行四維成像的成像裝置對患者40進(jìn)行成像并采集數(shù)據(jù)，對采集得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行重建從而得到四維圖像，所述四維圖像中包含腫瘤區(qū)域。從四維圖像中可以得到較多信息，例如可以得到腫瘤隨時間變化的運(yùn)動信息，也可以得到患者表面與腫瘤位置的對應(yīng)關(guān)系，例如患者表面與腫瘤在深度方向的對應(yīng)關(guān)系，該對應(yīng)關(guān)系包含每個狀態(tài)下患者表面形狀及對應(yīng)的患者表面與腫瘤在深度方向的距離，或者患者表面與腫瘤在深度方向及繞深度方向之外的兩個坐標(biāo)軸(橫軸和縱軸)方向的旋轉(zhuǎn)角度(翻滾角和俯仰角)的對應(yīng)關(guān)系，該對應(yīng)關(guān)系不僅包括每個狀態(tài)下患者表面形狀及對應(yīng)的患者表面與腫瘤在深度方向的距離，還包括對應(yīng)的腫瘤的翻滾角和俯仰角。

例如，可以利用4D-CT裝置或4D-CBCT裝置對患者40進(jìn)行放射成像并采集投影數(shù)據(jù)，重建該投影數(shù)據(jù)從而得到4D-CT圖像或4D-CBCT圖像。從4D-CT圖像或4D-CBCT圖像中可以得到腫瘤隨時間變化的運(yùn)動信息；對4D-CT圖像或4D-CBCT圖像進(jìn)行表面重建，可以得到患者表面與腫瘤位置的對應(yīng)關(guān)系，即可以得到不同時刻患者40的表面形狀及對應(yīng)的患者表面與腫瘤在深度方向的距離，在一些實施例中，除了可以得到不同時刻患者40的表面形狀及對應(yīng)的患者表面與腫瘤在深度方向的距離之外，還可以得到對應(yīng)的腫瘤的翻滾角和俯仰角。利用4D-CT裝置或4D-CBCT裝置獲取四維圖像為本領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。

將放射治療之前得到的四維圖像及患者表面與腫瘤位置的對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行存儲，在放射治療過程中只需從存儲器中直接獲取即可。

步驟S402，采集實時圖像，同時通過監(jiān)控裝置采集患者表面信息。

在放射治療過程中，通過準(zhǔn)直器13將射束限定成希望的形狀，治療頭11向患者40發(fā)出射束，電子射野影像裝置12接收穿過患者40的射束以產(chǎn)生實時圖像。該實時圖像為二維投影圖像。

在電子射野影像裝置12采集實時圖像的同時，通過監(jiān)控裝置采集患者40的身體表面信息。

步驟S403，根據(jù)監(jiān)控裝置的采集信息從所述四維圖像中選擇與所述采集信息匹配的圖像。

從監(jiān)控裝置的采集信息中可以得到點(diǎn)陣跟蹤信息，也可以得到表面跟蹤信息?？紤]到點(diǎn)陣跟蹤計算速度較快，能更好地滿足實時性的要求，優(yōu)選地，從監(jiān)控裝置的采集信息中得到點(diǎn)陣跟蹤信息。監(jiān)控裝置通過點(diǎn)陣跟蹤獲取患者40身體上某一點(diǎn)的位置信息，將監(jiān)控裝置采集到的該點(diǎn)的位置與步驟S401中獲取的四維圖像進(jìn)行比較，如果監(jiān)控裝置采集的位置與四維圖像在某一狀態(tài)下該點(diǎn)的位置匹配，則該狀態(tài)下的四維圖像即為與所述點(diǎn)陣跟蹤信息匹配的圖像，并獲取該匹配圖像中腫瘤的位置信息，該位置信息至少包括腫瘤的部分位置信息，例如包括腫瘤在除深度方向之外的兩個坐標(biāo)軸(橫軸和縱軸)方向的位置信息以及繞深度方向的旋轉(zhuǎn)角度信息，或者包括腫瘤在除深度方向之外的五個方向的位置信息，當(dāng)然，該位置信息也可以包括腫瘤在六個方向的位置信息。

步驟S404，將所述圖像進(jìn)行正投影得到數(shù)字重建圖像。

由于四維圖像在每一時刻都包含了三維圖像信息，而EPID采集的實時圖像包含兩維信息，為了進(jìn)行后續(xù)的步驟，需要將三維圖像信息進(jìn)行正投影得到數(shù)字重建圖像(Digitally Reconstructed Radiography，簡稱DRR)，因此將步驟S403中選擇的圖像進(jìn)行正投影得到DRR圖像。

步驟S405，將所述實時圖像與所述數(shù)字重建圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，得到部分方向的實時位置信息。

將步驟S402得到的實時圖像與步驟S404得到的DRR圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，得到實時圖像與DRR圖像之間的相對位置，再結(jié)合步驟S403中的匹配圖像中的腫瘤位置，從而得到腫瘤在部分方向的實時位置信息。由于通過正投影得到DRR圖像，因此DRR圖像中不包含沿深度方向的位置信息，因此通過步驟S405可以得到除深度方向之外的五個方向的位置信息。

由于正投影圖像中包含的腫瘤的翻滾角和俯仰角的信息可能較少，因此在一些實施例中，在該步驟S405中得到的實時位置信息包括沿橫軸和縱軸方向的位置信息及繞深度方向的旋轉(zhuǎn)角度信息。

兩維圖像進(jìn)行配準(zhǔn)的方法也多種，在本實施例中優(yōu)選利用強(qiáng)度相似性對圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，而該方法為本領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。

步驟S406，根據(jù)監(jiān)控裝置的采集信息得到患者表面的三維重建信息。

為了提高位置精度，優(yōu)選地，從監(jiān)控裝置的采集信息中得到表面跟蹤信息。監(jiān)控裝置通過表面跟蹤獲取患者40的身體表面隨時間的變化信息，根據(jù)該信息進(jìn)行三維表面重建從而得到患者40的身體表面的三維重建信息。

步驟S407，根據(jù)所述患者表面與腫瘤位置的對應(yīng)關(guān)系，得到所述腫瘤在其它方向的實時位置信息。

查找步驟S401中的患者表面與腫瘤位置的對應(yīng)關(guān)系，從而得到步驟S406采集得到的患者表面的三維重建信息對應(yīng)的腫瘤的部分位置信息。

例如，如果患者表面與腫瘤位置的對應(yīng)關(guān)系包括患者表面與腫瘤在深度方向的對應(yīng)關(guān)系，則通過查找該對應(yīng)關(guān)系可以得到步驟S406采集得到的患者表面的三維重建信息對應(yīng)的腫瘤的深度信息；如果患者表面與腫瘤位置的對應(yīng)關(guān)系還包括患者表面與繞橫軸和縱軸方向的旋轉(zhuǎn)角度(翻滾角和俯仰角)的對應(yīng)關(guān)系，則通過查找該對應(yīng)關(guān)系還可以得到步驟S406采集得到的患者表面的三維重建信息對應(yīng)的腫瘤的翻滾角和俯仰角。

將步驟S405得到的部分方向的實時位置信息與步驟S407得到的其它方向的實時位置信息相結(jié)合從而得到了腫瘤在六個方向的實時位置信息，從而可以在放射治療的過程中對腫瘤位置進(jìn)行實時監(jiān)控。

例如，將步驟S405得到的腫瘤在除深度方向之外的五個方向的位置信息與步驟S407得到的腫瘤的深度信息相結(jié)合得到腫瘤在六個方向的實時位置信息；或者將步驟S405得到的腫瘤在橫軸和縱軸方向的位置信息及繞深度方向的旋轉(zhuǎn)角度信息與步驟S407得到的腫瘤的深度信息及腫瘤的翻滾角和俯仰角信息相結(jié)合得到腫瘤在六個方向的實時位置信息。

由此可見，本實施例中的腫瘤實時監(jiān)控方法通過四維圖像、監(jiān)控裝置的采集信息與EPID采集的實時圖像相結(jié)合，可以得到腫瘤在六個方向的實時運(yùn)動信息，且獲取的腫瘤實時位置精度較高；

通過圖像間的配準(zhǔn)消除了放射治療前采集的數(shù)據(jù)與放射治療過程中的實時數(shù)據(jù)之間的誤差，校正了腫瘤在部分方向的位置信息，從而提高腫瘤運(yùn)動監(jiān)測的準(zhǔn)確性；

進(jìn)一步地，根據(jù)監(jiān)控裝置的采集信息得到身體表面的實時的三維重建信息，根據(jù)該實時的三維重建信息得到腫瘤在其它方向更精確的位置信息。

對應(yīng)的，本發(fā)明還提供了一種腫瘤實時監(jiān)控裝置500，包括：

跟蹤單元501，用于通過監(jiān)控裝置采集患者表面信息，

例如通過監(jiān)控裝置采集患者表面信息，對采集信息進(jìn)行處理可以得到點(diǎn)陣跟蹤信息和表面跟蹤信息，即通過點(diǎn)陣跟蹤獲取患者40身體上某一點(diǎn)的位置信息以及通過表面跟蹤獲取患者40的身體表面隨時間的變化信息，

圖像采集單元502，用于采集患者的實時圖像，

例如在放射治療過程中，通過電子射野影像裝置12接收穿過患者40的射束以產(chǎn)生實時投影圖像。該實時投影圖像為二維圖像。

數(shù)據(jù)處理單元30，用于進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，包括：

獲取患者的四維圖像及患者表面與腫瘤位置的對應(yīng)關(guān)系，

從所述四維圖像中選擇與患者表面信息匹配的圖像，

將所述與患者表面信息匹配的圖像進(jìn)行正投影得到DRR圖像，

將所述實時圖像與所述DRR圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，得到部分方向的實時位置信息，

根據(jù)所述患者表面信息得到患者表面的三維重建信息，

根據(jù)所述患者表面與腫瘤位置的對應(yīng)關(guān)系，得到與三維重建信息對應(yīng)的腫瘤在其它方向的實時位置信息。

將部分方向的實時位置信息與在其它方向的實時位置信息相結(jié)合得到腫瘤在六個方向的實時位置信息，從而可以在放射治療的過程中對腫瘤位置進(jìn)行實施監(jiān)控。

在本實施例中的具體技術(shù)細(xì)節(jié)可以參考如上的腫瘤實時監(jiān)控方法的實施例。

本發(fā)明中的腫瘤實時監(jiān)控方法及裝置適用于放射治療系統(tǒng)，可以在放射治療過程中對腫瘤的位置進(jìn)行實時追蹤，并將腫瘤位置的實時追蹤結(jié)果傳送給數(shù)據(jù)處理單元30，通過數(shù)據(jù)處理單元30控制直線加速器10的出束時間，從而可以更精確地將高劑量輸送至腫瘤區(qū)，保護(hù)腫瘤周圍的正常組織及危及器官免受傷害。

假定腫瘤運(yùn)動軌跡如圖6所示，雖然圖6中僅示出了腫瘤隨生理運(yùn)動沿其中一個方向的運(yùn)動軌跡，實際上本發(fā)明中的腫瘤的運(yùn)動軌跡可以為六個方向的運(yùn)動情況，圖6中僅以深度方向為例進(jìn)行示意說明。該腫瘤的運(yùn)動軌跡可以從四維圖像中得到，也可以通過其它方式得到，在此不作限定。

在圖6中，橫軸表示時間，縱軸表示腫瘤沿深度方向的位置。從圖6可以看出，在不同時刻，腫瘤的位置不同，如果不考慮腫瘤位置變化，則導(dǎo)致高劑量的射束不能被準(zhǔn)確輸送至腫瘤靶區(qū)，同時嚴(yán)重?fù)p傷腫瘤周圍的正常組織，嚴(yán)重影響放射治療的效果。

為了解決如上的技術(shù)問題，本發(fā)明中放射治療系統(tǒng)100利用實時監(jiān)控得到的腫瘤位置對出束時間進(jìn)行控制。

參考圖1所示，在本發(fā)明的放射治療系統(tǒng)100中，數(shù)據(jù)處理單元30根據(jù)預(yù)設(shè)出束條件控制直線加速器10進(jìn)行出束和停止出束。

結(jié)合圖7所示，數(shù)據(jù)處理單元30包括條件設(shè)置子單元3001，用于設(shè)置直線加速器出束所需滿足的條件，該條件依據(jù)腫瘤的運(yùn)動軌跡進(jìn)行設(shè)置，例如可以設(shè)置在圖6中的波峰601附近進(jìn)行出束，也可以設(shè)置在圖6中的波谷602附近進(jìn)行出束，當(dāng)然，也可以設(shè)置在其它腫瘤位置處進(jìn)行出束，操作者根據(jù)放射治療的要求進(jìn)行設(shè)置。

所述數(shù)據(jù)處理單元30還包括判斷子單元3002，用于將腫瘤監(jiān)控裝置所監(jiān)測的腫瘤的實時位置與條件設(shè)置子單元3001中的條件進(jìn)行比較，判斷是否滿足出束條件，如果滿足出束條件，則數(shù)據(jù)處理單元30控制直線加速器10進(jìn)行出束，如果不滿足出束條件，則數(shù)據(jù)處理單元30控制直線加速器10不出束。

本發(fā)明提供的放射治療系統(tǒng)不僅可以實時監(jiān)測患者體內(nèi)的腫瘤運(yùn)動，而且可以利用該監(jiān)測信號對放射治療系統(tǒng)的出束時間進(jìn)行控制，使得高劑量的射束更精確地被遞送至腫瘤靶區(qū)，保護(hù)腫瘤周圍的正常組織和危及器官免受傷害，提高放射治療的效率。

在本發(fā)明的其它實施例中，放射治療系統(tǒng)也可以為其它的門控治療系統(tǒng)，例如上述放射治療系統(tǒng)中的直線加速器可以為其它設(shè)備，例如gamma刀、鈷60治療機(jī)、質(zhì)子加速器、近距離后裝治療機(jī)等，利用上述實施例中的腫瘤實時監(jiān)控裝置對腫瘤位置進(jìn)行實時監(jiān)控，從而嚴(yán)格控制放射治療的時間。具體技術(shù)細(xì)節(jié)可參考其它實施例。

雖然本發(fā)明已參照當(dāng)前的具體實施例來描述，但是本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，以上的實施例僅是用來說明本發(fā)明，在沒有脫離本發(fā)明精神的情況下還可作出各種等效的變化或替換，因此，只要在本發(fā)明的實質(zhì)精神范圍內(nèi)對上述實施例的變化、變型都將落在本申請的權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。