CN102160064B - 用于估计轨道和监控靶的位置的顺序立体成像 - Google Patents

Abstract

一种确定靶的位置的方法，包括：获得靶的第一图像，获得靶的第二图像，其中第一和第二图像具有不同图像平面，并且在不同时间产生，处理第一和第二图像以确定第一图像中的靶是否空间对应于第二图像中的靶；以及基于处理行动的结果确定靶的位置。还描述了执行该方法的系统和计算机产品。

Description

用于估计轨道和监控靶的位置的顺序立体成像

技术领域

本发明涉及使用成像技术来确定靶的位置的系统和方法。

背景技术

辐射疗法已经被用于治疗肿瘤组织。在辐射疗中，高能光束从外源施加朝向患者。可旋转的外源(如在用于电弧疗法的情况下)产生定向到患者中至靶点的准直的辐射束。剂量和剂量的设置必须被精确地控制以确保肿瘤接受足够的辐射，并且使周围健康组织的损害最小化。

有时，在进行辐射疗法前，患者的靶区使用CT系统进行成像为用于诊断目的或用于治疗计划。对于其中靶区以周期运动移动的情况(例如，由于呼吸)，当靶处于不同呼吸状态时，CT系统可用于确定靶的体积图像，使得体积图像可重放为视频流。为此目的，当靶处于不同呼吸状态时获得靶的投射图像，并且当CT系统获得投射图像时，呼吸监控装置用于确定患者的呼吸状态。在成像期后，当获得对应的投射图像时，然后根据患者的记录的呼吸状态来对投射图像进行分类。呼吸监控装置被要求精确地追踪呼吸状态。追踪的呼吸状态不能太粗糙(例如，它们不能仅指示患者是处于吸气状态还是在呼气状态)，因为否则所得视频流对于诊断和治疗计划目的而言太粗糙。

此外，有时在辐射疗法的过程中，患者也可经历呼吸运动。在这些情况下，可期望的是确定移动的靶的位置，使得辐射束可因此被调节以治疗靶。确定对象的三维位置的现有技术要求通过两种或多种成像系统进行靶的同时成像。在这些情况下，当只有一种成像系统可得时，不能确定3D靶的位置。此外，被设计以同时使用两种成像系统的现有系统不能使用在不同时间获取的图像，以确定靶的位置。另外，被设计以同时使用两种成像系统的现有系统要求两种成像系统的帧速率是相同的，并且它们可同时发生。在这些情况下，如果两种成像系统具有不同帧速率，或者如果通过两种成像系统的图像获取不是同时发生的，现有系统不能一直确定靶的位置。

发明内容

依照一些实施方案，一种确定靶的位置的方法，包括：获得所述靶的第一图像；获得所述靶的第二图像，其中所述第一和第二图像具有不同图像平面并且在不同时间产生；处理所述第一和第二图像以确定所述第一图像中的所述靶是否空间对应于所述第二图像中的所述靶；以及基于处理行动的结果确定所述靶的位置。

依照其他实施方案，一种确定靶的位置的系统，包括：处理器，其中所述处理器被构造用于获得所述靶的第一图像；获得所述靶的第二图像，其中所述第一和第二图像具有不同图像平面并且在不同时间产生；处理所述第一和第二图像以确定所述第一图像中的所述靶是否空间对应于所述第二图像中的所述靶；以及基于处理行动的结果确定所述靶的位置。

依照其他实施方案，一种具有用于存储执行引起方法进行的一组指令的介质的计算机产品，所述方法包括：获得所述靶的第一图像；获得所述靶的第二图像，其中所述第一和第二图像具有不同图像平面并且在不同时间产生；处理所述第一和第二图像以确定所述第一图像中的所述靶是否空间对应于所述第二图像中的所述靶；以及基于处理行动的结果确定所述靶的位置。

依照其他实施方案，一种确定靶的位置的方法，包括：获得所述靶的第一图像；获得所述靶的第二图像，其中所述第一和第二图像在不同时间产生；处理所述第一图像以确定交叉所述第一图像的平面的第一路线；处理所述第二图像以确定交叉所述第二图像的平面的第二路线；确定所述第一和第二路线之间的第一距离；以及至少部分基于所述确定的第一距离来确定所述靶的位置。

依照其他实施方案，一种确定靶的位置的系统，包括：处理器，其中所述处理器被构造用于：获得所述靶的第一图像；获得所述靶的第二图像，其中所述第一和第二图像在不同时间产生；处理所述第一图像以确定交叉所述第一图像的平面的第一路线；处理所述第二图像以确定交叉所述第二图像的平面的第二路线；确定所述第一和第二路线之间的第一距离；以及至少部分基于所述确定的第一距离来确定所述靶的位置。

依照其他实施方案，一种具有用于存储执行引起方法进行的一组指令的介质的计算机产品，所述方法包括：获得所述靶的第一图像；获得所述靶的第二图像，其中所述第一和第二图像在不同时间产生；处理所述第一图像以确定交叉所述第一图像的平面的第一路线；处理所述第二图像以确定交叉所述第二图像的平面的第二路线；确定所述第一和第二路线之间的第一距离；以及至少部分基于所述确定的第一距离来确定所述靶的位置。

从阅读实施方案的下列详述，其他和另外的方面和特征将是明显的，其旨在示出而非限制本发明。

附图说明

附图示出实施方案的设计和实用性，其中类似的元件由共同的附图标记来表示。这些附图不必按比例绘制。为了更好地意识到如何获得上述和其他优点和目标，将提供实施方案的更具体的描述，这示于附图中。附图仅示出典型的实施方案，并且因此不被认为限制其范围。

图1示出辐射系统，使用该辐射系统可实施本文中所述的实施方案；

图2示出关联彼此空间对应的两个图像的方法；

图3示出确定两个图像是否彼此空间对应的技术；

图4示出另一辐射系统，使用该辐射系统可实施本文中所述的实施方案；

图5A示出荧光镜，使用该荧光镜可实施本文中所述的实施方案；

图5B示出图5A的荧光镜，其示出在不同位置的x-射线源和成像器；

图6示出依照一些实施方案确定靶的位置的方法；

图7示出选择空间对应输入图像的参考图像的技术；

图8示出依照一些实施方案和对应位置图对齐的相图；

图9示出包括位置监控系统的另一辐射系统，使用该辐射系统可实施本文中所述的实施方案；以及

图10是计算机系统体系结构的流程图，使用该计算机系统体系结构可实施本文中所述的实施方案。

具体实施方式

下文中参照附图描述了各种实施方案。应该注意，附图并非按比例绘制，并且在整个附图中类似结构或功能的元件由类似附图标记来表示。还应注意到，附图仅旨在促进实施方案的描述。它们不旨在为本发明的排他性描述，或为本发明的范围的限制。另外，示出的实施方案不需要具有所有示出的方面或优点。结合特定实施方案描述的方面或优点不必限制为该实施方案，并且即使未这样示出也可在任意其他实施方案中实施。

图1依照一些实施方案示出计算机化层析X射线照相术系统10。系统10包括机架12和支持患者28的面板14。机架12包括x-射线源20，其投射x-射线的光束26朝向机架12的相对侧面上的检测器24，同时患者28定位至少部分在x-射线源20和检测器24之间。通过非限制性例子，x-射线的光束可以是锥形光束或扇形光束。检测器24具有多个传感器元件，所述传感器元件被构造用于传感穿过患者28的x-射线。各传感器元件产生电信号，所述电信号表示在x-射线光束穿过患者28时其的强度。

系统10还包括控制系统18。在示出的实施方案中，控制系统18包括耦合控制40的处理器54，例如计算机处理器。控制系统18还可包括用于显示数据的监控器56和用于输入数据的输入装置58(例如键盘或鼠标)。辐射源20和机架12的运行由控制40控制，其提供功率和定时信号至辐射源20，并且基于从处理器54接收的信号来控制机架12的旋转速度和位置。尽管控制40示出为独立于机架12和处理器54的组件，但是在可替换的实施方案中，控制40可以是机架12或处理器54的部件。

应该注意，系统10不限于上述构造，并且在其他实施方案中系统10可具有其他构造。例如，在其他实施方案中，系统10可具有不同形状。在其他实施方案中，系统10的辐射源20可具有不同范围的运动和/或自由度。例如，在其他实施方案中，辐射源20可围绕患者28完全在360°的范围内或部分在小于360°的范围内旋转。t此外，在其他实施方案中，辐射源20可相对于患者28平移。此外，辐射源20不限于递送x-射线形式的诊断能量，并且可递送治疗能量用于治疗患者。

在扫描以获取x-射线投射数据(即，CT图像数据)的过程中，机架12围绕患者28以不同机架角度旋转，使得辐射源20和成像器24可用于获得在不同机架角度的图像。在系统10被操作以获得在不同机架角度的图像时，患者28呼吸。因此，在不同机架角度的所得图像可对应患者28的呼吸周期的不同相。在完成扫描后，对在不同机架角度的投射图像进行分类，例如在存储器中，并且投射图像被加工以对图像进行分类，使得对应呼吸周期的相同相的不同机架角度的图像被拣选(例如，彼此相关)。呼吸周期的特定相的拣选图像然后可用于产生用于该相的重建的三维CT图像。

图2和3示出依照一些实施方案关联两个或多个图像的方法。首先获得第一图像(步骤202)。第一图像可以是由系统10产生的投射图像。其次获得第二图像(步骤204)。第二图像可以是由系统10产生的投射图像，或由不同于系统10的另一系统产生的投射图像。处理器54然后处理第一和第二图像以确定第一和第二图像是否彼此空间对应(步骤206)。在示出的实施方案中，当第一图像产生时，如果3D空间中的靶位于的位置相同或大致相同于当第二图像产生时靶的位置，第一和第二图像被认为彼此空间对应。靶可以是解剖特征物、一个或多个移植物(例如射线不透明标记)、医学装置(例如，外科夹钳)、或能够成像的其他对象。在其他实施方案中，靶可以是被选择以追踪对象的任何追踪点。例如，追踪点可以是多个标记的质心。因此，靶无需是对象本身。

如果第一和第二图像彼此空间对应，处理器54然后关联第一图像和第二图像(步骤208)。在一些实施方案中，彼此关联的第一和第二图像可用在三角测量技术中以估计/确定靶的位置，如下所述。在其他实施方案中，第一和第二图像可用于重建三维CT图像。这是因为第一图像中靶的位置相同或大致相同于当第二图像产生时其的位置，即使第一和第二图像在不同时间获得。在示出的实施方案中，关联第一和第二图像的行动通过处理器54实时进行。例如，随着系统10产生投射图像的顺序，处理器54可被构造为实时(在产生当前图像后短暂，例如少于1秒)关联当前投射图像(输入图像)和之前获取的投射图像(以相同顺序或之前获取的顺序)。在其他实施方案中，关联第一和第二图像的行动可通过处理器54回顾地进行。

图3示出依照一些实施方案确定两个图像是否彼此空间对应的技术。在示出的例子中，图像302，304使用系统10通过以不同机架角度旋转辐射源20来产生。因此，获得在不同时间的图像302，304。成像的对象(为了清楚未示于附图中)显示为图像312和图像314，其分别为图像帧302，304。对象可以是患者、移植物、医学装置或能够成像的任何对象的一部分。在图像302，304产生时，对象可经历运动。当第一图像302产生时对象的位置可通过下列方式来确定：产生第一路线322，其从源20延伸至第一图像帧302的对象图像312(例如，靶)；和产生第二路线324，其从源20延伸至第二图像帧304的对象图像314(例如，靶)。然后确定距离330(核距)，其沿垂直于第一路线322和第二路线324的方向测量。如果距离330低于预定的阈值例如5mm或更小，可假设当第一和第二图像302，304产生时对象处于大致相同的位置。在一些情况下，假设可使用其他假定来证实，例如假定对象在重复-但不需周期性-轨道上移动，特别是当仅使用两个图像时。在一些实施方案中，核线处中点322的位置可用作对象的位置。对于其中路线322，324彼此交叉的情况，交叉点的位置可用作对象的位置。

应该注意，可用于产生用于在方法200中使用的图像的系统10不限于之前所述的例子。在其他实施方案中，可使用具有不同构造的其他成像系统。例如，图4示出可使用的系统10的另一实施方案。图4的系统10是治疗系统，包括机架12、用于支持患者的患者支持14、和控制机架12的运行的控制系统18。机架12为臂的形式。系统10还包括：辐射源20，其投射辐射束26朝向患者28同时患者28支持在支持14上；以及控制辐射束26的递送的准直器系统22。辐射源20可被构造为在不同实施方案中产生锥形光束、扇形光束或其他类型的辐射束。

在示出的实施方案中，辐射源20是用于提供治疗能量的治疗辐射源。在其他实施方案中，除了是治疗辐射源，辐射源20还可以是用于提供诊断能量的诊断辐射源。在这些情况下，系统10包括成像器例如成像器100，其位于相对于源20的运行位置(例如，在支持14下)。在一些实施方案中，治疗能量通常是160千-电子-伏特(keV)或更大的那些能量，更典型为1兆-电子-伏特(MeV)或更大的那些能量，并且诊断能量通常是低于高能范围的那些能量，更典型为低于160keV的能量。在其他实施方案中，治疗能量和诊断能量可具有其他能量水平，并且是指分别用于治疗和诊断目的的能量。在一些实施方案中，辐射源20能够产生X-射线辐射，该X-射线辐射在约10keV至约20MeV之间任意范围内的多个光子能量水平。能够产生不同能量水平的X-射线辐射的辐射源在2001年11月2日提交的、题目为“RADIOTHERAPY APPARATUS EQUIPPED WITH ANARTICULABLE GANTRY FOR POSITIONING AN IMAGINGUNIT”的美国专利申请序列No.10/033,327和在2003年10月15日提交的、题目为“MULTI-ENERGY X-RAY SOURCE”的美国专利申请序列No.10/687,573中有所描述。在其他实施方案中，辐射源20可以是诊断辐射源。在示出的实施方案中，辐射源20耦合臂机架12。可选择地，辐射源20可位于孔内。

在一些实施方案中，当使用图4的系统10时，辐射源20围绕患者28旋转以从多个机架角度递送治疗辐射，例如如在电弧疗法中。在各机架角度，在治疗辐射已经被递送以治疗患者后，系统10还可递送辐射以产生辐射。这可在治疗以证实靶的位置之前、或在递送治疗光束以证实辐射递送(例如，证实剂量和/或递送的辐射的位置)之后来进行。用于产生图像的辐射可是具有诊断能量的光束(如果源能够递送诊断光束)，或可选择地，其可是具有治疗能量的光束。因此，可用于进行方法200的图像(步骤202中的第一图像和/或步骤204中的第二图像)可以是使用诊断能量或治疗能量产生的图像。

在其他实施方案中，取代于图4中所示的构造，系统10可包括彼此分离的治疗辐射源和诊断辐射源。例如，系统10可具有用于使用高能光束产生图像的成像系统(例如，MV成像系统)和用于使用低能光束产生图像的成像系统(例如，kV成像系统)。高能成像系统和低能成像系统可整合到相同机架中(例如，彼此相对以90°取向)，或可选择地可以是彼此相邻放置的分离机械。在使用中，以交织方式产生高能图像和低能图像。然后所得图像可用在方法200中。因此，步骤202中的图像可以是低能图像，步骤204中的图像可以是高能图像，或者反之亦然。

图5A和5B依照一些实施方案示出另一系统500，其可用于提供图像以用在方法200中。系统500是荧光系统，并且包括x-射线源502、成像器504、与耦合源502和成像器504的臂506。当使用荧光系统500以进行方法200时，x-射线源502和成像器504可放置在第一位置(图5A)。然后x-射线源502递送x-射线光束以使用成像器504产生第一顺序的图像，同时患者28经历呼吸运动。然后x-射线源502和成像器504放置在不同位置(图5B)，使得对于不同角度的患者28可获取图像。x-射线源502然后递送x-射线光束以使用成像器504产生第二顺序的图像，同时患者28经历呼吸运动。当进行方法200时，处理器54可从第一顺序选择一个图像作为第一图像(步骤202)，并且可从第二顺序选择一个图像作为第二图像(步骤204)。在这些情况下，方法200中的第一和第二图像是荧光或x-射线图像。

在其他实施方案中，其他类型的成像装置也可用于进行方法200，例如产生PET图像的PET机械、产生SPECT图像的SPECT机械、产生MRI图像的MRI系统、产生层析X射线照相组合图像的层析X射线照相组合系统、或相机(例如，CCD相机)。

在其他实施方案中，可使用第一成像装置获得方法200中的第一图像，并且可使用不同于第一成像装置的第二成像装置获得第二图像。例如，第一成像装置可以是CT机械、辐射治疗机械、PET机械、SPECT机械、MRI系统、层析X射线照相组合系统和相机中的任一种，而第二成像装置可以是不同于第一成像装置的上述装置中的任一种。

如所讨论，在一些实施方案中，参照图2和3所述的图像处理技术可用于确定靶的位置。图6依照一些实施方案示出确定靶的位置的方法600。靶可以是解剖特征物、一个或多个移植物(例如射线不透明标记)、医学装置(例如，外科夹钳)、或能够成像的其他对象。在其他实施方案中，靶可以是被选择以追踪对象的任何追踪点。例如，追踪点可以是多个标记的质心。因此，靶无需是对象本身。

获得第一组参考图像(步骤602)。在示出的实施方案中，参考图像组可以是使用图1的系统10获得的投射图像。特定地，当患者28经历生理运动时之前获得投射图像。因此，当靶在不同位置时，投射图像具有靶的各自图像。投射图像然后被处理为使得对于各投射图像，确定相对于一些任意坐标系统的靶的位置。本领域中已知的各种技术可用于这种目的。因此，各参考图像具有彼此关联的靶的位置。

然后获得输入图像(步骤604)。在示出的实施方案中，输入图像可使用相同系统10获得。在这些情况下，当产生输入图像时，患者28可相对于系统10定位，使得当在步骤602中产生参考图像时，其相同于患者28和系统10之间的相对位置。可选择地，在步骤604中患者28和系统10之间的相对位置可不同于步骤602。在这些情况下，处理器54可被构造为在步骤602中注册患者28的位置、在步骤604中注册患者28的位置、和使用这些信息来处理图像，例如进行坐标转换、图像偏移、目标区域选择等。

在其他实施方案中，输入图像和参考图像可使用不同图像系统获得。例如，输入图像可使用用于在治疗方法的过程中追踪靶的位置的成像系统(其不同于产生参考图像的情况)来获得。在这些情况下，在步骤602中患者28和图像系统10(例如，源20或成像器平面)之间的相对位置可相同于患者28和用于产生输入图像的系统之间的相对位置。可选择地，患者28和系统10之间的相对位置可不同于患者28和用于产生输入图像的系统之间的相对位置。在这些情况下，处理器54可使用用于产生输入图像的系统的坐标系统来注册图像系统10的坐标系统。

处理器54然后从空间对应输入图像(步骤606)的参考图像组选择一个或多个参考图像。图7依照一些实施方案示出用于选择空间对应输入图像的参考图像的技术。在该例子中，图像704a，704b是参考图像，并且图像702是输入图像。参考图像704a，704b可以之前使用系统10通过以不同机架角度旋转辐射源20来产生，同时靶经历运动。因此，获得在不同时间的图像704a，704b。成像的对象(为了清楚未示于附图中)显示为图像714a和图像714b，其分别为图像帧704a，704b。靶还显示为当前输入图像702中的图像712。在步骤606中，处理器54确定投影线722，其在源20和图像帧702的靶图像712之间延伸。处理器54还确定用于各参考图像704的多个投影线724，其中各投影线724在源20和对应参考图像704中的靶图像714之间延伸。对于各投影线724，处理器54然后确定核距730，其在输入图像702的投影线722和对应参考图像704的投影线724之间。核距730在垂直于投影线722和投影线724的方向上测量。在示出的例子中，示出两个参考图像704a，704b、两个对应投影线724a，724b、和两个对应核距730a，730b。然而，在一些实施方案中，参考图像704的数量、投影线724的数量、和核距的数量可多于两个。

在一些实施方案中，处理器54被构造为通过比较距离730a，730b和预定的阈值例如5mm或更小来选择空间对应输入图像702的参考图像704。如果参考图像704的距离730低于预定的阈值，其可确定当产生输入图像702时靶的位置(例如，相同相对于某些任意坐标系统)对应于当产生参考图像时靶的位置。在示出的例子中，参考图像的704a投影线724a和投影线722之间的距离730a小于预定的阈值，并且参考图像的704b投影线724b和投影线722之间的距离730b高于预定的阈值。因此，处理器54选择参考图像704a作为空间对应输入图像702。

在其他实施方案中，处理器54可基于其他技术或标准来选择参考图像704。例如，在其他实施方案中，处理器54可被构造为通过使点和全部(或所有的亚组-例如，生理周期的预定相范围的图像的亚组)核线730之间的均方距离最小化来确定靶的位置。在一些情况下，核距可发挥作用以提供至少两个图像(例如，3个图像)之间的立体匹配的量度。在这些情况下，确定所有图像中与靶的位置的核线间隔最小均方距离的点-该测定的点是三角测量结果。处理器确定作为立体匹配的量度与确定的点的所得距离的均方根。在其他实施方案中，处理器还确定与该方案具有最大距离的路线，然后进行测试以观察是否其是溢出值。一种证实溢出值的方式是从用于计算三角测量结果的组中排出投射图像，并且观察是否立体匹配的量度明显提高。例如，如果保留距离的均方根(对于各保留图像)减小，-指明减小40％，然后除去的输入图像确定为溢出值。在另外的实施方案中，处理器还可被构造为通过确定当前图像的核线的距离至之前组的三角测量结果来检查是否在刚捕获的图像中的靶匹配前面的组。

回到图6，处理器54然后确定靶的位置(步骤608)。使用上述例子，在一些实施方案中，选择的参考图像704a的投影线722和投影线724a之间核线730处中点的位置可用作靶的位置。对于其中路线722，724a彼此交叉的情况，交叉点的位置可用作靶的位置。在一些情况下，处理器54可选择空间对应输入图像702的两个或多个参考图像704。这可以是下列情况例如：当对于两个或多个参考图像704的核距300满足用于选择参考图像704的预定的标准。在这些情况下，靶的位置可通过下列方式来确定：计算在核距300处的中点位置的平均值，对于核距300参考图像704已经被确定为空间对应输入图像702。在其他实施方案中，靶的位置可使用其他标准来确定。例如，在其他实施方案中，靶的位置可使用在确定的核距300处的中点位置的平均值来确定。通过处理器54确定靶的位置的行动可实时进行(在产生输入图像后短暂，例如少于1秒)，或回顾地进行。

在一些实施方案中，产生另外输入图像，并且方法600重复步骤604-608。在这些情况下，在其接收另外输入图像时，处理器54连续地确定靶的位置。靶的确定的位置可用于各种目的。在一些实施方案中，靶的位置通过处理器54实时确定(在产生输入图像后短暂，例如少于1秒)。在这些情况下，靶的位置可被处理器54使用以成为医学装置的运行的大门，例如以打开治疗或诊断辐射束、开闭治疗或诊断辐射束、操作准直器、至位置机架、至位置辐射源、至位置患者支持等。

在其他实施方案中，确定的位置也可用于其他目的。例如，在涉及周期性运动的其他实施方案中，确定的位置可用于确定生理周期的对应相。生理周期的相表示生理周期的完成程度。在一些实施方案中，呼吸周期的相可由相变量表示，其具有的值在0°至360°之间。图8示出对齐对应位置图802的相图800的例子。位置图802包括使用本文中所述的技术的实施方案确定的靶的位置点。在示出的例子中，相值0°(和360°)表示吸气状态的峰值，并且相值在生理周期中在0°至360°之间线性改变。

确定靶的位置的上述技术是有利的，因为其不需要使用单独位置监控系统以保持追踪对象的位置，同时产生图像。上述技术也是有利的，因为其不需要比较相同平面中的图像。相反，如所述实施方案中所示，输入图像702可产生在不同图像平面作为用于参考图像的图像平面。在一些情况下，使用上述技术确定靶的位置可产生在0.1mm精确度内或更佳的结果。此外，上述技术有利地允许确定靶的位置，即使当用于产生输入图像的图像系统不同于用于产生参考图像的图像系统时也是如此。

应该注意，在上述实施方案中参考图像和输入图像不需使用相同成像装置或成像模式来获得。在其他实施方案中，参考图像可使用第一成像装置获得，并且输入图像可使用不同于第一成像装置的第二成像装置获得。例如，第一成像装置可以是CT机械、辐射治疗机械、PET机械、SPECT机械、MRI系统、层析X射线照相组合系统和相机中的任一种，而第二成像装置可以是不同于第一成像装置的上述装置中的任一种。此外，在其他实施方案中，参考图像和/或输入图像中的任一种可以是从一组投射图像重建的图像，例如以形成层析X射线照相组合图像。例如，在短机架电弧上获取的数个投射图像用于重建层析X射线照相组合图像，其中由于联合数个图像的结果移植的标记可高度增强。然后层析X射线照相组合图像在本文中所述的顺序立体技术中用作输入图像或参考图像。

在方法600的上述实施方案中，靶的运动被描述为周期性的。然而，在其他实施方案中，上述技术可用于确定对于经历非周期运动例如，随机运动的靶的靶的位置。在这些情况下，处理器54被构造为施用整个组的参考图像。在一些实施方案中，处理器4还被构造(例如，编程和/或构建)为接收来自运动监控系统的信号，其关于靶的运动的速度和/或方向，并且使用这样的信息来选择空间对应输入图像的参考图像。特别地，靶(在之前时刻)的运动的速度和/或方向可允许处理器54预测靶的当前位置。基于此，处理器54可变窄可得的参考图像的库，其可能可以空间对应输入图像。

在上述实施方案中，参考图像704组通过当患者28在相对于系统10的某些位置时旋转源20而产生。在其他实施方案中，可提供两组参考图像704，其中第一组参考图像704通过当患者28在相对于系统10的第一位置时旋转源20而产生，并且第二组参考图像704通过当患者28在相对于系统10的第二位置时旋转源20而产生。这可通过在产生第一组参考图像后但在产生第二组参考图像前通过相对于源20定位患者28或患者支持14而完成。可选择地，这可通过相对于患者28定位系统10或系统10的部件(例如，源20和/或机架12)而完成。在一些实施方案中，当使用两组参考图像704来进行方法600时，对于两组参考图像704，处理器54被构造为通过使点和全部(或所有的亚组)核线730之间的均方距离最小化来确定靶的位置。在其他实施方案中，处理器54可被构造为使用其他技术来确定靶的位置。例如，在其他实施方案中，处理器54可被构造为：对于第一组参考图像704，通过使第一点和全部(或所有的亚组)核线730之间的均方距离最小化来确定靶的第一位置，对于第二组参考图像704，通过使第二点和全部(或所有的亚组)核线730之间的均方距离最小化来确定靶的第二位置，然后确定第一和第二位置的平均值作为靶的位置。使用两组参考图像704是有利的，因为其允许处理器54更精确地确定靶的三维位置。

在本文中所述的任一实施方案中，系统10还可包括用于当图像(例如，方法600中的参考图像和输入图像或方法200中的任意图像)产生时监控患者28的呼吸状态的运动监控系统。运动监控系统可包括用于观察耦合患者28的具有标记906的标记块904的相机902(图9)。可选择地，相机可被构造为使用其他物质作为标记，例如患者的衣物、患者28的生理特征物等。运动监控系统的例子包括Varian’s RPM产品，其能够记录呼吸信号连同图像数据的幅度和相位。在其他实施方案中，运动监控系统可以是本领域中已知的其他系统，例如测量扩胸的应变计等，只要系统可确定患者28的呼吸状态。

在包括运动监控系统的系统10的使用中，运动监控系统确定患者28的呼吸状态，同时系统10产生多个图像(例如，方法200中的图像，或方法600中的参考和输入图像)，并且记录呼吸状态。在一些实施方案中，当确定两个图像是否彼此空间对应时，处理器54考虑当产生两个图像时靶的呼吸状态。例如，当确定第一图像(方法200中的步骤202)是否空间对应第二图像(方法200中的步骤204)时，处理器54比较当产生第一图像时靶的呼吸状态与当产生第二图像时靶的呼吸状态。类似地，对于方法600，当确定参考图像是否空间对应输入图像时，处理器54比较当产生参考图像时靶的呼吸状态与当产生输入图像时靶的呼吸状态。在一些情况下，如果图像大致对应相同呼吸状态，例如呼气、吸气、在吸气时屏气、在呼气时屏气等，然后处理器54确定两个图像是用于匹配的可能的候选者。如果这样，处理器54可进行进一步分析，例如确定核距等，以确定两个图像是否彼此空间对应，如本文中所述。使用运动监控系统是有利的，因为其使下列可能性最大化：三角测量中使用的图像大致对应于相同靶的位置。还有利的在于其允许处理器54确定给定靶的位置是在吸入相还是在呼气相。为了这样的目的，因为处理器54仅需要在吸入相和呼气相之间进行区别，运动监控系统不需提供具有高精确度的传感的运动的结果。这进而可简化运动监控系统的设计和计算时间。此外，运动监控系统有利地允许处理器54变窄可空间对应另一图像的可得的图像的库。

此外，在本文中所述的任意实施方案中，处理器54可使用标准|a|＞30°和|a-180°|＞30°作为确定两个图像是否彼此空间对应的标准的部分，其中“a”表示图像对之间的立体分离角度(例如，各个图像的轴之间的角度分离)。

在其他实施方案中，上述三角法可用于确定是否靶经历运动。例如，在一些情况下，靶可被期望在过程中保持静止。在这些情况下，处理器54接收靶的输入图像，确定输入图像的投影线，并且确定输入图像的投影线和一个参考图像的投影线之间的核距。如果核距在预定的阈值例如5mm内，处理器54确定靶未移动。另一方面，如果核距多于预定的阈值，处理器54确定靶已经移动。在这些情况下，处理器54可引起警报例如视觉或听觉警报的产生。在一些情况下，相反或除了产生警报，当其确定靶已经移动时处理器54可中断医学过程。

应该注意，本文中所述的方法的实施方案不限于确定经历周期性运动(例如，关联呼吸或心跳的运动)的靶的位置，本文中所述的方法的实施方案可用于确定经历任何类型的运动的靶的位置，无论其是周期性还是非周期性的。例如，在一些实施方案中，本文中所述的系统和方法可用于监控和追踪前列腺运动，其可包括成像或治疗期之间的转换和多个漂移-例如，前列腺可数秒移动至不同位置并然后回到初始位置。

计算机系统体系结构

图10是示出计算机系统1200的实施方案的流程图，在该系统上可实施本发明的实施方案。计算机系统1200包括：总线1202或用于通信信息的通信机理；以及耦合总线1202以处理信息的处理器1204。处理器1204可以是图1的处理器54或用于进行本文中所述的各种功能的另一处理器的例子。在一些情况下，计算机系统1200可用于实施处理器54。计算机系统1200还包括主存储器1206例如随机存取存储器(RAM)或其他动态存储装置，其耦合总线1202以存储待由处理器1204执行的信息和指令。主存储器1206还可用于在执行待由处理器1204执行的指令的过程中存储临时变量或其他中间信息。计算机系统1200还包括只读存储器(ROM)1208或其他静态存储装置，其耦合总线1202以存储静态信息和指令以用于处理器1204。数据存储装置1210例如磁盘或光盘被提供并耦合总线1202，以存储信息和指令。

计算机系统1200可通过总线1202耦合显示器1212例如阴极射线管(CRT)，以显示信息给用户。输入装置1214包括字母数字和其他键耦合总线1202以通信信息和命令选择至处理器1204。另一种类型的用户输入装置是光标控制1216例如鼠标、追踪球、或光标方向键，以通信方向信息和命令选择至处理器1204并用于控制显示器1212上的光标运动。该输入装置典型地具有在两个轴第一轴(例如，x)和第二轴(例如，y)的两种自由度，其允许装置指定平面中的位置。

计算机系统1200可用于依照本文中所述的实施方案进行各种功能(例如，计算)。根据一个实施方案，该应用响应于处理器1204由计算机系统1200提供，所述处理器1204执行主存储器1206中包含的一个或多个指令的一个或多个顺序。这种指令可从另一计算机可读介质例如存储装置1210读取到主存储器1206中。主存储器1206中包含的指令的顺序的执行引起处理器1204进行本文中所述的处理步骤。多处理配置中的一个或多个处理器还可用于执行主存储器1206中包含的指令的顺序。在可替换的实施方案中，硬连线电路系统可用于代替或联合软件指令以实施本发明。因此，本发明的实施方案不限于硬件电路系统和软件的任何特定组合。

本文中使用的术语″计算机可读介质″是指参与提供指令至处理器1204用于执行的任何介质。这种介质可采用多种形式，包括但不限于非易发性介质、易发性介质、和传输介质。非易发性介质包括例如光盘或磁盘，例如存储装置1210。易发性介质包括动态存储器，例如主存储器1206。传输介质包括同轴电缆、铜线和光纤，包括包含总线1202的电线。传输介质还可采用声波或光波的形式，例如在无线电波和红外数据通信的过程中产生的那些。

计算机可读介质的通常形式包括例如闪盘、挠性盘、硬盘、磁带、或任何其他磁性介质、CD-ROM、任意其他光学介质、穿孔卡片、纸带、具有孔的图案的任何其他物理介质、RAM、PROM和EPROM、FLASH-EPROM、任何其他存储器片或盒式存储器、下文中所述的载波、或计算机可读取的任何其他介质。

各种形式的计算机可读介质可包括承载一个或多个指令的一个或多个顺序至处理器1204以用于执行。例如，指令可初始承载在远程计算机的磁盘上。远程计算机可上载指令至其动态存储器并且通过电话路线使用调制解调器来发送指令。计算机系统1200局部的调制解调器可接收电话路线上的数据，并且使用红外发射机以转化数据至红外信号。耦合总线1202的红外检测器可接收红外信号中承载的数据，并且将数据设置在总线1202上。总线1202承载数据至主存储器1206，从主存储器1206处理器1204接收和执行指令。在由处理器1204执行之前或之后，由主存储器1206接收的指令可任选地存储在存储装置1210上。

计算机系统1200还包括耦合总线1202的通信接口1218。通信接口1218提供耦合网络链接1220的双向数据通信，所述网络链接1220连接局域网络1222。例如，通信接口1218可以是综合业务服务网(ISDN)卡或调制解调器以提供数据通信连接至对应类型的电话路线。作为另一例子，通信接口1218可以是局域网(LAN)卡以提供数据通信连接至相容LAN。无线链接还可实施。在任意这种实施中，通信接口1218发生和接收承载代表各种类型的信息的数据流的电、电磁或光信号。

网络链接1220典型地通过一个或多个网络提供数据通信至其他装置。例如，网络链接1220可通过局域网络1222提供连接至宿主计算机1224或设备1226例如辐射束源或操作性地耦合辐射束源的开关。通过网络链接1220传输的数据流可包括电、电磁或光信号。通过各种网络的信号和网络链接1220上并通过通信接口1218的信号(其承载数据至和来自计算机系统1200)，是传输信息的载波的示例性形式。计算机系统1200可通过网络、网络链接1220和通信接口1218发送信息和接收数据包括程序代码。

尽管已经示出和描述了本发明的特定实施方案，但将理解其不旨在将本发明限制为优选实施方案，并且本领域技术人员明显的是在不偏离本发明的精神和范围的情况下可进行各种修改和改变。例如，术语“图像”不需限制为视觉显示的图像，并且可是指存储的图像数据。此外，术语“处理器”可包括一个或多个处理单元，并且可是指能够进行使用硬件和/或软件实施的数学计算的任意装置。此外，在本文中所述的任意实施方案中，代替使用处理器54以进行所述的各种功能，可使用单独处理器。另外，应该注意，术语“第一图像”和“第二图像”是指不同或分离的两个图像，并且因此不必是指其中产生图像的次序。因此，说明书和附图被认为是示意性而不是限制性感觉的。本发明旨在覆盖替换、修改和等同形式，这可包括在所附权利要求书限定的本发明的精神和范围内。

Claims (45)

1.一种确定靶的位置的方法，包括：

获得所述靶的第一图像；

获得所述靶的第二图像，其中所述第一和第二图像具有不同图像平面并且在不同时间产生；

处理所述第一和第二图像以确定所述第一图像中的所述靶是否空间对应于所述第二图像中的所述靶，其中处理所述第一和第二图像的行动包括：确定垂直于所述第一图像的所述图像平面的第一路线与垂直于所述第二图像的所述图像平面的第二路线之间的第一距离；以及

基于处理行动的结果确定所述靶的位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其中当确定的第一距离是多个计算的距离中的最小距离时，所述第一图像中的所述靶被确定为对应于所述第二图像中的所述靶。

3.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述靶的位置的行动包括使用垂直于所述第一和第二路线的路线上中点的坐标。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括：

获得所述靶的第三图像，其中所述第三图像的图像平面不同于所述第一图像的所述图像平面和所述第二图像的图像平面；

处理所述第三图像以确定垂直于所述第三图像的图像平面的第三路线；以及

确定所述第三路线和相关于所述第一和第二路线中的一者或两者的参照点之间的第二距离；

其中确定所述靶的位置的行动包括使用所述第一距离和所述第二距离。

5.根据权利要求1所述的方法，还包括：

获得所述靶的第三图像，其中所述第一、第二和第三图像在不同时间产生；

确定垂直于所述第三图像的图像平面的第三路线；

确定所述第一和第三路线之间的第二距离；以及

比较所述第一和第二距离。

6.根据权利要求5所述的方法，其中确定所述靶的位置的行动包括确定所述第一和第二距离哪个更小。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述靶在未限定的路径移动。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述靶经历移动。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述移动相关于呼吸。

10.根据权利要求8所述的方法，其中所述移动相关于心脏运动。

11.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一图像和所述第二图像使用相同成像装置产生。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述第一图像和所述第二图像在所述成像装置的不同机架角度产生。

13.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一图像和所述第二图像使用不同成像装置产生。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述第一图像使用诊断装置产生，并且所述第二图像使用治疗装置产生。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述诊断装置和所述治疗装置整合到辐射系统中。

16.根据权利要求13所述的方法，其中所述成像装置中的一种包括相机。

17.根据权利要求13所述的方法，其中所述成像装置中的一种包括x-射线机。

18.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一图像是在以不同机架角度产生的一组中的多个图像中的一个。

19.根据权利要求1所述的方法，还包括确定所述靶的另外位置，其中所述确定的位置和所述确定的另外位置统一地形成用于所述靶的轨道。

20.根据权利要求1所述的方法，还包括基于所述确定的位置确定所述靶的状态。

21.根据权利要求20所述的方法，其中所述状态包括生理周期的相。

22.根据权利要求21所述的方法，其中所述生理周期包括呼吸周期。

23.根据权利要求21所述的方法，其中所述生理周期包括心动周期。

24.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一和第二图像中的一种包括使用多个投射图像重建的层析X射线照相组合图像。

25.一种确定靶的位置的系统，包括：

用于获得所述靶的第一图像的装置；

用于获得所述靶的第二图像的装置，其中所述第一和第二图像具有不同图像平面并且在不同时间产生；

用于处理所述第一和第二图像的装置，用于确定所述第一图像中的所述靶是否空间对应于所述第二图像中的所述靶，其中用于处理所述第一和第二图像的装置包括：用于确定垂直于所述第一图像的所述图像平面的第一路线与垂直于所述第二图像的所述图像平面的第二路线之间的第一距离的装置；以及

用于基于处理行动的结果确定所述靶的位置的装置。

26.一种确定靶的位置的方法，包括：

获得所述靶的第一图像；

获得所述靶的第二图像，其中所述第一和第二图像在不同时间产生；

处理所述第一图像和所述第二图像以确定所述第一图像中的靶与所述第二图像中的靶是否彼此空间对应，其中处理所述第一图像和所述第二图像的动作包括：

处理所述第一图像以确定垂直于所述第一图像的图像平面的第一路线，

处理所述第二图像以确定垂直于所述第二图像的图像平面的第二路线，及

确定所述第一和第二路线之间的第一距离；以及至少部分基于所述确定的第一距离来确定所述靶的位置。

27.根据权利要求26所述的方法，还包括：

获得所述靶的第三图像，其中所述第一、第二和第三图像在不同时间产生；

确定垂直于所述第三图像的图像平面的第三路线；

确定所述第一和第三路线之间的第二距离；以及

比较所述第一和第二距离。

28.根据权利要求27所述的方法，其中确定所述靶的位置的行动包括确定所述第一和第二距离哪个更小。

29.根据权利要求26所述的方法，其中确定所述靶的位置的行动包括使用垂直于所述第一和第二路线的路线上中点的坐标。

30.根据权利要求26所述的方法，其中所述靶在未限定的路径移动。

31.根据权利要求26所述的方法，其中所述靶经历移动。

32.根据权利要求31所述的方法，其中所述移动相关于呼吸。

33.根据权利要求31所述的方法，其中所述移动相关于心脏运动。

34.根据权利要求26所述的方法，其中所述第一图像和所述第二图像使用相同成像装置产生。

35.根据权利要求34所述的方法，其中所述第一图像和所述第二图像在所述成像装置的不同机架角度产生。

36.根据权利要求26所述的方法，其中所述第一图像和所述第二图像使用不同成像装置产生。

37.根据权利要求36所述的方法，其中所述第一图像使用诊断装置产生，并且所述第二图像使用治疗装置产生。

38.根据权利要求37所述的方法，其中所述诊断装置和所述治疗装置整合到辐射系统中。

39.根据权利要求36所述的方法，其中所述成像装置中的一种包括相机。

40.根据权利要求36所述的方法，其中所述成像装置中的一种包括x-射线机。

41.根据权利要求26所述的方法，其中所述第一图像是在以不同机架角度产生的一组中的多个图像中的一个。

42.根据权利要求26所述的方法，还包括确定所述靶的另外位置，其中所述确定的位置和所述确定的另外位置统一地形成用于所述靶的轨道。

43.根据权利要求26所述的方法，还包括：

获得所述靶的第三图像，其中所述第三图像的图像平面不同于所述第一图像的图像平面和所述第二图像的图像平面；

处理所述第三图像以确定垂直于所述第三图像的图像平面的第三路线；以及

确定所述第三路线和相关于所述第一和第二路线中的一者或两者的参照点之间的第二距离；

其中确定所述靶的位置的行动包括使用所述第一距离和所述第二距离。

44.根据权利要求26所述的方法，其中所述第一和第二图像中的一种包括使用多个投射图像重建的层析X射线照相组合图像。

45.一种确定靶的位置的系统，包括：

用于获得所述靶的第一图像的装置；

用于获得所述靶的第二图像的装置，其中所述第一和第二图像在不同时间产生；

用于处理所述第一图像和所述第二图像的装置，用于确定所述第一图像中的靶与所述第二图像中的靶是否彼此空间对应，其中所述用于处理所述第一图像和所述第二图像的装置包括：

用于处理所述第一图像以确定垂直于所述第一图像的图像平面的第一路线的装置，

用于处理所述第二图像以确定垂直于所述第二图像的图像平面的第二路线的装置，及

用于确定所述第一和第二路线之间的第一距离的装置；以及

用于至少部分基于所述确定的第一距离来确定所述靶的位置的装置。