[發明專利]圖像引導放射治療的X射線圖像與錐束CT掃描的精密配準

有效

• 申請號: 200680028160.0
• 申請日: 2006-06-27
• 公開（公告）號: CN101248441A
• 公開（公告）日: 2008-08-20
• 發明（設計）人: 付東山;M·J·薩拉切恩;G·庫達瓦里
• 申請（專利權）人: 艾可瑞公司
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;A61B5/00
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司
• 代理人: 周建秋;王鳳桐

技術領域

本發明一般地涉及圖像引導的放射線治療系統，且特別地，涉及治療之前的X射線圖像與治療傳送期間所需的X射線圖像的配準。?

背景技術

腫瘤學是針對腫瘤的醫學分支，腫瘤學包括對腫瘤的發展、診斷、治療以及預防的學習。腫瘤是由不可控的愈來愈嚴重的細胞繁殖所引起的組織的異常生長，該細胞的生長不具有任何生理學功能。腫瘤可以是惡性的(癌變的)或良性的。惡性腫瘤通過血管或淋巴系統將癌變細胞傳播至身體的其他部分(即轉移)。良性腫瘤不會轉移，但若其生長在例如神經、血管和器官等重要的身體結構上則仍能夠造成生命威脅。?

放射外科學和放射線療法是通過將處方劑量的放射線(例如，X射線或伽馬射線)傳送到目標區域(感興趣的區域，即ROI)從而使用外部的放射線束治療腫瘤和其他損害的放射線治療系統，且在此過程中最小化發射線對周圍組織的暴露。放射外科學和放射線療法的共同目標是破壞腫瘤細胞并同時保留健康的組織和重要的結構。放射線療法的特點是每次治療采用較少的放射線劑量并進行多次這樣的治療(例如，治療30-45天)。放射外科學的特點是在一次或最多幾次治療中對腫瘤采用相對較高的放射線劑量。在放射外科學和放射線療法兩者中，放射線劑量均從多個角度傳送至腫瘤位置。由于每個放射線束的角度是不同的，因此每個線束均通過腫瘤位置，但在其到達腫瘤的途中穿過了健康組織的不同區域。因此，在腫瘤處積累的放射線劑量較高且健康組織所積累的平均放射線劑量較低。?

常規的放射線療法和放射外科學治療系統使用剛性的和植入的定向(三?維參考)框架以在采用診斷/治療計劃的計算機軸向X射線斷層攝影術(CAT)掃描或其他3D圖像形式(例如，磁共振成像(MRI)或正電子發射體層成像(PET)掃描)對感興趣的區域成像時使患者保持固定，并同樣在之后的放射線治療中用該法保持患者的固定。所述剛性框架附著在患者的多骨結構上(例如，頭骨處)從而使框架上的參考標記(基準的)與被照相的區域具有固定的空間關系。此后，在治療期間，該框架為放射線束(或射束)的位置提供參考點。在常規的放射線外科學的系統中，使用分布式的放射線源(例如，鈷60)以產生同時穿過位于機器定制的放射線防護物中的洞的大量的放射線束。在常規的放射線療法的系統中，放射線源是安裝在構臺結構上的單個的射束設備，該構臺結構圍繞處于旋轉的固定平面中的患者而旋轉。每個射束通過旋轉的中心(標準中心)且患者必須在每個放射線束被提供之前根據該標準中心而恰當地定位或重新定位。?

圖像引導的放射線療法和放射外科學系統(以及圖像引導的放射線治療或IGR治療系統)通過校正患者在治療計劃階段(治療成像階段之前)和治療傳送階段(治療階段中)間的位置偏差而避免了使用植入的框架固定。該校正由在治療傳送階段期間所需的實時X射線圖像來完成且將該X射線圖像與參考圖像配準，此過程即為數字重構射線照相(DRR)，該配準在治療CAT掃描前實施。?

圖1顯示了CAT掃描機的示意性圖示。如圖1所示，X射線源產生X射線扇束，該扇束穿過患者且與探測器接觸(impinge)。當治療臺是靜止的，通過在患者周圍旋轉X射線源和探測器可獲得患者的橫截面圖像并從不同角度位置掃描身體的橫截切片(slice)。在每個橫截切片完成之后，所述治療臺被推進(垂直于圖1的平面)且下一個橫截切片被獲取。三維(3D)圖像(計算機X射線斷層攝影術(CT)容積)通過結合來自所述切片的圖像數據而獲得。CAT掃描被用于實現治療計劃，該治療計劃計算傳送處方的放?射線劑量所需的X射線波束的角度、持續時間以及強度。?

DRR是通過結合來自CAT掃描切片和計算通過該切片的二維(2-D)影像的數據而產生合成的X射線圖像，該2-D影像是對實時圖像系統的幾何關系近似。在DRR和實時X射線圖像間進行的配準處理被設計以校正參考圖像和實時圖像間的移動和旋轉的未配準。?

配準的準確率受限于用于配準處理的DRR的準確率。接下來，DRR的準確率受限于診斷CAT掃描的分辨率。如上所述，DRR是一種合成的X射線。通過結合來自貫穿CT容積的切片與切片的軌跡線來獲得DRR。與X射線圖像相比，DRR是模糊不清的且一些圖像細節可能會丟失。因此，所述配準處理將高質量的實時X射線圖像與低質量的DRR圖像相比較，且配準的總質量受限于DRR的分辨率。?