[发明专利]在线锥形束CT重建

说明书

技术领域

本发明涉及锥形束CT重建，即，根据从不同的方向获取的结构的一 系列X射线图像重建三维结构。本发明还寻求得到关于周期性变化的结构 随时间的改变的信息，并寻求几乎实时地做到这一点。

背景技术

直线加速器上集成的锥形束CT的出现导致在治疗位置中解剖学运动 的更详细的信息。例如，大范围4D锥形束CT扫描导致发现在肺部肿瘤位 置处的显著的基线位移。这又突出了用于肺部放射治疗、特别是用于低分 割(hypofractionated)方案的图像引导的必要性。

我们以前的申请WO2004/066211描述了在患者腹部的二维图像中识 别周期性图案的途径，根据该二维图像计算锥形束层析成像(tomography)。 二维图像沿垂直于头-尾轴的轴进行折叠，以产生一维图像。多个这样的一 维图像按时间次序并排地组合以产生二维图像，在该二维图像中，一个轴 代表时间，而另一个与头-尾轴对准。该图像或其选定区域中的周期性指示 腹部中的特征在头-尾方向上的周期运动；呼吸周期是主要的例子。因此， 对最终图像的分析可以揭示特定的图像在呼吸周期中的位置；然后，图像 可被分配到适当的储存器(bin)，并且由特定储存器中的图像获得、以给出 在呼吸周期中所选择的点的精确的三维图像的重建不受呼吸伪像 (respiration artefact)的影响。

发明内容

本发明寻求提供在线4D锥形束CT重建算法，即，与图像获取并行工 作的算法。WO2004/066211的系统运行良好，但图像的分析是离线进行的， 即，在扫描完成以后进行的。为了有效的图像引导，需要4D扫描图像分析 算法，该4D扫描图像分析算法可以在治疗期间或紧接在治疗后，根据在治 疗周期期间获取的图像产生(一个或多个)图像。

对于低分割而言，肿瘤位置的在线验证和校正是极其重要的。锥形束 CT(CBCT)提供不用植入标记的软组织定位。然而，肺部区域的3D CBCT 在运动较大的情形下具有差的质量。

首先，该目的与WO2004/066211的方法相反。由最终的复合图像(即， 在收集所有图像以后)得到对于每个图像的相位确定，但计算层析成像需 要相位信息，并因此必须等待最终图像的产生。因此，处理(似乎)只能在治 疗结束后才开始。

因此，本发明提供一种用于对象的、呈现内部周期运动的成像系统， 包括穿透性放射源和对放射的二维检测器，所述源和检测器可围绕位于从 源到检测器的束路径上的轴旋转；用于从检测器得到的图像的存储装置； 控制装置，用于启动源和检测器的旋转，以及用于随时间在多个旋转角度 上从检测器获取图像；处理装置，用于(i)在垂直于轴的方向上压缩图像， 以产生一维图像，(ii)将直到该时刻(point)所获得的一维图像并排地合并 成二维图像，(iii)分析这样获得的二维图像以识别周期图案，(iv)基于该分 析，将相位信息分配给存储装置中的图像，(v)选择存储装置中具有同样相 位信息的图像，以及(vi)背面投影(backproject)所选择的图像，所述控制 装置被适配为在多个图像被放置在存储装置中后调用所述处理装置，然后 将另外的图像放置在存储装置中，并进一步调用所述处理装置。

在处理之前可以对图像进行滤波，以增强想要的特征的可见度。可以 应用一系列常规滤波器。

穿透性放射适当地是X放射，它可以由许多已知的平板检测器来检测。

以上涉及的对象典型地将是患者，在这种情形下，运动可能是呼吸运 动。然而，本发明可应用于其它环境。

可以通过把图像分配给多个储存器之一来选择图像，其中具有同样相 位信息的图像被分配给相同的储存器。

因此，我们选择对有限数目的预处理投影图像进行排队，以使得相位 确定算法可以有前瞻性，而不会在重建结束时产生太多等待时间。以有规 律的间隔扫描队列，并且对具有足够的前瞻性以获得相位、储存器和机架 速度的那些图像进行滤波和背面投影。该算法因此跟得上图像获取速度(典 型地，约为每秒5.5帧)，并在扫描结束的几秒内产生(比如说10×2563像素 的)4D重建。然后使用局部刚性配准算法来使在我们的4D计划CT的中间 通气帧(mid-ventilation frame)中定义的肿瘤区域与4D CBCT的每个相 位匹配。