[发明专利]用于图像引导下辐射治疗的图像可变形配准

说明书

放射治疗是使用辐射(例如X射线辐射)治疗诸如癌瘤的疾病。在向 患病组织施予辐射的过程中，一些健康组织同样暴露在该辐射下。健康组 织暴露在辐射下能引起与治疗有关的并发症。同样，人们期望精确且准确 地描绘出患病区域的轮廓，以便将辐射主要施予至患病区域，而最小程度 地施于至周围的健康组织。

所治疗区域(计划靶体积或PTV)的精确且准确轮廓包括在分次治疗 (fractionatedtreatment)期间的靶运动。运动可以是患者的身体移动(摆 位误差(setuperror))，或是由诸如心脏、呼吸和消化系统的生理功能引起 的或者作为治疗反应的结果而引起的包括患病组织在内的内部组织的移动 和变形。在常规治疗计划中，PTV基于对患者群体的统计，这样产生过大 或者不精确的靶区。为了评估患者特异性的运动，拍摄一段时间内的一系 列图像，以获得对患病组织及周围器官的几何结构变化的3D描述。可以进 行数秒的时间采样以便例如使用4D门控成像技术监测呼吸运动，或者是进 行数天和数周的时间采样，或者是这些的组合，例如使用4D门控成像技术 进行每周的成像。在放射治疗中集成3D图像的时域采样通常称为图像引导 下放射治疗(IGRT)或适应性放射治疗。这种调整允许将辐射施加于更精 确的靶区。

为了累计4D剂量-体积直方图，需要计算危及器官和靶的体积元素之 间的空间相互关系。由于缺乏灰度值的对应性，难以应用基于体素的配准 方法。使三角网格变形成感兴趣对象的基于表面的方法已经成功地用于分 割解剖结构。在这种方法中，调整后网格的顶点界定出对象表面之间的相 应界标。这能够通过基于弹性点的配准方法估计出图像中所有体素的变形 场。

如果所成像对象内部的运动并不与其表面的运动很好相关，则插入仅 基于表面的运动场将产生错误的运动估计值。例如，在对肺进行成像时， 来自横膈膜、心脏和胸腔的运动将产生复杂的肺叶运动。另外，根据可能 附着于或并不附着于肺壁的肿瘤或感兴趣区域的位置，以及肿瘤的组织特 性(例如，准固态或柔软)，肿瘤运动可以与肺和/或心脏表面非常相关或 不相关。

合适的运动补偿在辐射治疗计划时是重要的，因为其允许正确的描绘 器官轮廓。而且，其允许正确地计算辐射剂量。因此，需要开发一种用于 辐射治疗计划的方法，其将精确地解决所成像对象的运动，以便允许开发 高度精确的辐射治疗计划以及由此进行的治疗。

本发明涉及一种用于制定辐射治疗计划的系统和方法以及一种用于制 定将在放射治疗中使用的辐射治疗计划的系统和方法。使用医学图像配准 来制定辐射治疗计划。基于识别位于人体内部结构中的界标进行该配准。

在并入本说明书且构成其一部分的附图中，示出了本发明的各实施例， 连同如上给出的本发明的大体描述和下文给出的详细描述用于说明本发明 的原理。本领域技术人员应当意识到，这些示意性实施例并不意在限制本 发明，而仅提供包括本发明原理的实例。

图1示出了辐射治疗计划和治疗系统的框图；

图2示出了辐射治疗计划和治疗系统的流程图。

本文公开的系统和方法提供图像配准来解决所成像对象的移动。这种 系统和方法允许进行精确的辐射治疗计划和治疗。

图1示出了本发明的系统的示意性实例的框图。该系统包括图像采集 部件10、辐射治疗计划部件(RTP)20、辐射治疗部件(RTT)30以及图 形用户界面(GUI)40。应当领会到，图1中所示的系统仅是示意性实例， 因而不应限制本公开的范围。例如，一些系统可以不包括RTT部件30和/ 或GUI40。在一些系统中，示为与所有三个其它部件界面连接的GUI40 可以仅与一个或两个其它部件界面连接。

图像采集部件10可以是任何成像系统，例如，CT系统、X射线系统、 核成像系统、超声系统、MR系统或其任意组合。优选地，该系统允许收 集门控成像信息并将其传递至RTP部件20。在一些实施例中，图像采集部 件10定位成远离RTP部件20或其它部件。在这点上，从图像采集部件10 收集的信息可以经由网络连接或经由数据存储介质传送至其它部件。此外， 图像采集可以发生在与制定辐射治疗计划相同的相对时间帧内，或者图像 采集可以发生在制定辐射治疗计划之前的任意时间。附加地，可以使用任 意的图像采集方法。例如，在Pan等人在MedPhys(31(2)：333-340页(2004)) 中公开了获得4DCT数据的方法，该文献的全部公开内容以引用方式并入 本文中。