[發(fā)明專利]追蹤三維物體的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380051530.2
• 申請(qǐng)日: 2013-09-05
• 公開（公告）號(hào): CN104718563B
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: F·波里克里;李馮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 三菱電機(jī)株式會(huì)社
• 主分類號(hào): G06T7/20
• 分類號(hào): G06T7/20
• 代理公司: 北京三友知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11127
• 代理人: 呂俊剛,劉久亮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體上涉及圖像引導(dǎo)放射治療，更具體地講，涉及在治療期間追蹤腫瘤。

背景技術(shù)

圖像引導(dǎo)放射治療(IGRT)系統(tǒng)使用腫瘤追蹤。通過準(zhǔn)確的追蹤，由于呼吸而增加給計(jì)劃目標(biāo)體積的大邊緣可被消除，以使放射線對(duì)健康組織的不利影響最小化。另外，連續(xù)放射可通過消除呼吸門控(respiration gating)和主動(dòng)呼吸控制(ABC)而縮短治療活動(dòng)的持續(xù)時(shí)間。

傳統(tǒng)腫瘤追蹤從內(nèi)部和外部代用物(surrogate)確定腫瘤位置。例如，可在腫瘤周圍植入多個(gè)被動(dòng)(金屬)或主動(dòng)(電磁)基準(zhǔn)標(biāo)記，以利用X射線視頻連續(xù)監(jiān)測(cè)腫瘤的運(yùn)動(dòng)。還可使用外部標(biāo)記(例如，利用光學(xué)成像系統(tǒng)可見的胸部和腹部指示物)的對(duì)應(yīng)模型，參見相關(guān)的美國專利申請(qǐng)13/039,906。間接估計(jì)腫瘤位置的內(nèi)部基準(zhǔn)標(biāo)記也是可能的。

然而，植入的基準(zhǔn)標(biāo)記具有許多缺點(diǎn)。標(biāo)記需要侵入式手術(shù)，可損傷健康組織，引起肺虛脫，并且可移位從而導(dǎo)致位置的不確定。實(shí)際上，可由于人呼吸的復(fù)雜性而擾亂外部或內(nèi)部標(biāo)記與腫瘤位置之間的相關(guān)性。

無標(biāo)記腫瘤追蹤方法獲得多個(gè)代用物區(qū)域的運(yùn)動(dòng)模式的參數(shù)表示以估計(jì)腫瘤位置。然而，該方法需要長時(shí)間的代用物區(qū)域和地面實(shí)況腫瘤位置的標(biāo)記以用于模型訓(xùn)練。

另一方法描述了正交X射線圖像的多模板匹配，參見Mei等人的“Robust visual tracking using L1minimization”(第2屆國際計(jì)算機(jī)視覺會(huì)議，IEEE，1436-1443，2009)。該方法使用粒子濾波器、稀疏模板和貝葉斯?fàn)顟B(tài)干涉框架。對(duì)于圖像質(zhì)量較低的低對(duì)比度腫瘤區(qū)域，模板匹配可失敗。

相關(guān)的美國專利申請(qǐng)13/039,906公開了這樣一種方法，其在放射治療期間通過對(duì)從通過單個(gè)運(yùn)動(dòng)傳感器(例如，激光掃描儀或3D計(jì)算機(jī)斷層掃描)獲取的患者皮膚的3D運(yùn)動(dòng)信號(hào)選擇的特征應(yīng)用回歸，來定位諸如腫瘤的移動(dòng)目標(biāo)物體。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的實(shí)施方式提供一種在放射治療期間追蹤例如患者體內(nèi)的腫瘤的物體的方法。該方法不需要基準(zhǔn)標(biāo)記或者患者的主動(dòng)呼吸控制。該方法生成多個(gè)隨機(jī)運(yùn)動(dòng)假設(shè)，并且在正交軸圖像區(qū)域中確定對(duì)應(yīng)特征向量。所述假設(shè)可在3D中聯(lián)合地生成以訓(xùn)練單個(gè)3D回歸模型，或者在2D中通過反投影生成以分別訓(xùn)練兩個(gè)2D模型。所述假設(shè)在運(yùn)動(dòng)約束的限制內(nèi)。

回歸模型通過使測(cè)地距離最小化來將特征映射到3D腫瘤運(yùn)動(dòng)。對(duì)于運(yùn)動(dòng)先驗(yàn)概率，線性軌跡約束被合并成運(yùn)動(dòng)約束以將估計(jì)結(jié)果正則化。還描述了用于特征計(jì)算的最佳窗口大小選擇技術(shù)。

附圖說明

[圖1]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的追蹤3D腫瘤運(yùn)動(dòng)的投影和多個(gè)成像傳感器的示意圖。

[圖2]圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的追蹤腫瘤運(yùn)動(dòng)的方法的流程圖。

[圖3]圖3是本發(fā)明的實(shí)施方式所使用的變換的示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的實(shí)施方式提供一種追蹤物體的方法。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述物體是腫瘤，在放射治療期間執(zhí)行追蹤。所述方法不需要基準(zhǔn)標(biāo)記并且是無創(chuàng)的。腫瘤追蹤使用2D圖像特征與腫瘤運(yùn)動(dòng)之間的回歸模型擬合。

圖1示出多個(gè)圖像101-102。例如，從矢狀傳感器和冠狀傳感器獲得所述圖像。例如，傳感器可使用X線透視或超聲檢查。換言之，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的追蹤是無創(chuàng)的。各個(gè)傳感器獲取圖像(視頻)序列101-102。使所述序列同步以使得在各個(gè)成像時(shí)間(幀頻)傳感器獲取圖像的集合，在所述集合中針對(duì)各個(gè)傳感器存在一個(gè)圖像。傳感器可彼此傾斜或正交。然而，這不是必須的。唯一要求是傳感器的視點(diǎn)不同。例如，圖像提供矢狀面視圖103和冠狀面視圖104，以利用正交成像確定腫瘤運(yùn)動(dòng)105。由于呼吸，多個(gè)視圖的投影的腫瘤區(qū)域明顯移動(dòng)。

發(fā)明人的直觀感覺是，對(duì)運(yùn)動(dòng)敏感的圖像特征變化可與腫瘤運(yùn)動(dòng)線性相關(guān)。因此，我們從第一圖像集合開始在優(yōu)化各個(gè)圖像中提取特征的窗口大小的同時(shí)利用隨機(jī)生成的運(yùn)動(dòng)假設(shè)訓(xùn)練線性回歸函數(shù)。各個(gè)視圖存在窗口。另外，回歸函數(shù)可為非線性的。然后，我們將回歸模型應(yīng)用于為追蹤到下一位置的物體的窗口內(nèi)的各個(gè)當(dāng)前圖像集合確定的特征。

追蹤方法

如圖2所示，追蹤使用訓(xùn)練模塊220來確定回歸函數(shù)，并且使用追蹤模塊230來確定3D位置209。當(dāng)獲取新圖像時(shí)，重新訓(xùn)練回歸函數(shù)。如本領(lǐng)域中已知的，本方法可在連接到存儲(chǔ)器和輸入/輸出接口的處理器中執(zhí)行。