CN103327898B - Ct成像设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种在设备中对病人成像的方法，该设备包含：病人支撑，病人可定位在所述病人支撑上，和可旋转台架，所述可旋转台架支撑：成像辐射源，用于产生朝向病人的辐射束，和检测仪，用于在与病人相互作用后检测辐射束，所述检测仪在暴露阶段后面是读出阶段的循环模式中操作。所述方法包含：对于其中台架具有第一旋转角度的第一检测仪循环，控制辐射源在暴露阶段期间发射第一辐射束脉冲，以及在读出阶段期间读出相应的第一成像数据。所述方法进一步包含：对于第二随后的检测仪循环，确定台架是否已经旋转通过了相对于所述第一旋转角度的至少阈值角位移，如果是，则控制辐射源在暴露阶段期间发射第二辐射束脉冲，以及在读出阶段期间读出相应的第二成像数据。

Description

CT成像设备和方法

技术领域

本发明涉及用于计算机断层（CT）扫描的方法和设备。描述了各个实施例，包括适宜用于在放射治疗期间监视病人的方法。

背景技术

已知的是人类或动物组织暴露于电离辐射会杀死被因此暴露的细胞。这例如在病理细胞的治疗中找到了应用。为了治疗深入在病人身体内的肿瘤，辐射必须首先穿透健康组织以便照射并消灭病理细胞。在常规的辐射治疗中，大量的健康组织可能因此暴露于有害剂量的辐射，导致病人的恢复期延长。因此希望设计用于用电离辐射治疗病人的器件和治疗方案以便将病理组织暴露于将导致这些细胞死亡的辐射剂量，同时使健康组织的暴露保持到最小。

先前已经了采用几种方法以达到希望的消灭病理细胞的暴露同时使健康细胞的暴露保持到最小。许多方法通过从许多方向将辐射引导在肿瘤上（或者同时地从多个源或者从单一源多个暴露）工作。从每个方向发出的辐射强度因此低于实际消灭细胞将要求的量（尽管仍足够损害细胞），但是在来自多个方向的辐射束聚集的地方，辐射的强度足够递送治疗剂量。通过从多个方向提供辐射，递送到周围健康细胞的辐射量可被最小化。

当然，辐射应准确地对准在要求治疗的区域上也是重要的。为了这个原因，病人在治疗期的持续时间内要求保持静止，以使对包围目标区域的健康组织损害的风险最小化。然而，一些移动是不可避免的，例如通过呼吸，或其他不自主的移动。

为克服这个问题，已知的是将图像获取系统与辐射治疗设备集成，以提供区域的实时成像（即监视）和保证由放射治疗设备发射的辐射不被错误引导。

一个这样集成的图像获取系统是计算机断层（CT）扫描仪。在这些系统中，kV辐射源朝向病人发射锥形辐射束，其中分散的辐射由定位得基本上与源相对的成像仪检测出。在围绕病人的角度范围上获取的投影图像随后可使用已知的技术被重建以提供经受治疗的区域的三维图像。另外，单一投影图像可被用于检测出在放射治疗期间病人身体的瞬时位置。

随着在治疗期间台架围绕等中心（isocentre）旋转，目前以恒定速率获取3D体积/CBCT扫描所要求的kV投影图像。例如，对监视（即保证病人在治疗期间没有移动）所要求的kV投影图像可以检测仪的读出速率获取。

发明内容

以恒定速率获取投影图像的限制是如果台架在3D体积/CBCT扫描期间变慢或停止，则获取的投影图像的数量将超过为达到要求的图像质量所需要的数量。这意味着病人将已经接收了不必要的kV暴露，导致递送到病人的过度且不一致的剂量。

本发明的实施例通过提供用于减少递送到病人的剂量的量同时维持可接受的图像质量和有效地监测病人的位置的图像获取方法论而寻求克服这些和其他问题。

在本发明的第一方面中，提供了在设备中对病人成像的方法，该设备包含：病人支撑，病人可定位在所述病人支撑上；和可旋转台架，所述可旋转台架支撑：成像辐射源，用于产生朝向病人的辐射束，和检测仪，用于在与病人相互作用后检测辐射束，所述检测仪在暴露阶段后面是读出阶段的循环模式中操作。所述方法包含：对于其中台架具有第一旋转角度的第一检测仪循环，控制辐射源在暴露阶段期间发射第一辐射束脉冲，以及在读出阶段期间读出相应的第一成像数据。所述方法进一步包含：对于第二随后的检测仪循环，确定台架是否已经旋转通过了相对于所述第一旋转角度的至少阈值角位移，如果是，则控制辐射源在暴露阶段期间发射第二辐射束脉冲，以及在读出阶段期间读出相应的第二成像数据。

因此，本发明的实施例提供成像方法，其中一旦从获取上一个图像起台架已经旋转通过了特定角位移（例如5度），就获取进一步的图像。该方法与台架的绝对角度（即相对于设备的静止部分的角度）无关，仅与从获取上一个图像起的相对角度有关。这个构思将在下面进一步详细地讨论。

在本发明的实施例中，即使还没有到达阈值角位移，也可发射辐射束。例如，如果台架的旋转显著地变慢（或者甚至反向），则在连续的图像获取之间的时间量可能太长以致不能正确地监测病人的当前位置。在这些实施例中，方法进一步包含：对于所述第二检测仪循环，确定从第一辐射束脉冲起是否已经经过阈值时间段，并且，如果是，则控制辐射源在暴露阶段期间发射所述第二辐射束脉冲。

本发明的实施例对于监视（其中个别图像用于监测病人的位置）和更常规的CT成像（其中结合二维图像以重建三维图像）两者都是有用的。因此，在本发明的实施例中，设备进一步包含治疗辐射源，并且根据指定可变的旋转速率的治疗计划来控制治疗辐射源和可旋转台架。

在本发明的实施例中，获取的投影图像可被独立地用于在二维图像中确定病人的位置，或者结合到数据集中并用于重建病人的体积图像。

第二检测仪循环可连续地跟随在第一循环之后，或者晚于第一循环。例如，在本发明的实施例中，设备可仅在整数多个检测仪循环（例如每两个或每三个循环）时检验台架的角位移。

附图说明

本发明的实施例现在将通过实例的方式参照附图描述，其中：

图1示出根据本发明实施例的设备；

图2是根据本发明实施例的方法的流程图；和

图3a和图3b是根据本发明实施例的示出信号定时的信号发送图。

具体实施方式

图1是示出根据本发明实施例的设备的示意图。

病人10支撑在检查台12上，检查台12可为任何适宜的设计。检查台一般允许调整病人的高度、横向和纵向位置，并且这可视需要提供。检查台12也可允许在多达三个旋转自由度（俯仰、偏航和滚转）上旋转。

x-射线源14设置为投射通常指向系统的等中心18的宽辐射束16。源14是在旋转支撑20上围绕等中心18可旋转的。支撑可为围绕病人10和检查台12的源安装于其中的例如环形或圆环的形式，或者它可为C-臂、或者允许源旋转的任何适宜的支撑、或它们的任何组合。辐射束16将通常具有在kV范围内的能量，因为那最适宜用于成像目的。

二维平板检测仪22也安装在支撑20上，与源14相对并且设置为与之同步旋转。如果支撑包括C-臂，那么这可通过在相对臂上安装检测仪而实现。因此，由源14发射的辐射被病人部分地吸收并且减弱的散射信号被平板检测仪22检测出。

设备进一步包含将源14、检测仪22和旋转支撑20连接到处理装置24的电缆，处理装置24控制它们各自的操作，并且处理产生的包括图像、源强度（等）、和旋转支撑位置（包括，例如，旋转角、平移位置等）的数据。除了执行这些功能，处理装置24包含定时电路25和定位电路26，其将在下面更加详细地解释。数据经由任何适宜的装置（例如监测器但不限于此）输出，并且系统由任何适宜的输入装置（例如键盘但同样尤其不限于此）控制。

在图示的实施例中，设备进一步包含设置为发射适宜地校准的治疗辐射束40的治疗辐射源38。因此，在治疗期间可发生成像。然而，在其他实施例中，设备可为“纯”成像设备而不带有治疗辐射源。

图2是根据本发明实施例的方法的流程图。图3a和图3b示出用于检测仪22、定位电路26、定时电路25和源14的信号发送图的实例。

上面已经提到，检测仪22在暴露后面是读出的连续循环中操作。这在图3a和3b中示出得最清楚，其中最上面的线代表检测仪22的状态。图中的“高”信号代表暴露阶段；检测仪接收任何进入的辐射，其中累积的电荷存储在像素阵列中。图中的“低”信号代表读出阶段；像素不再对进入的辐射打开，并且扫描电子系统使在每个像素中累积的电荷能被读出并传递到处理装置24。用这种方式，存储在检测仪22的像素中的电荷不断地复位到零（或一些其他空值）。所谓的暗电流和其它噪声没有时间在像素中积累，并且使图像质量保持为高。

方法在步骤100当检测仪进入暴露阶段时开始。对于这个（任意选择的）暴露阶段，辐射源14被控制为发射辐射脉冲（步骤102）。脉冲定时为与暴露阶段一致以便从病人散射的辐射能被检测出。而且作为步骤102的一部分，θ在定位电路26中被设置为0，并且t在定时电路中设置为0。θ代表台架20相对于其在由源14发射的先前脉冲时的角度的旋转。在这一情境下，θ是角位移，即依赖于旋转方向，它可以是正的或负的。t代表从源14发射先前脉冲起所经过的时间。

在步骤104中，检测仪22进入随后的读出阶段。在检测仪中的扫描电子系统读出在先前暴露阶段期间累积的电荷，并且将数据传递到处理装置24。

在适当的时候（步骤106），检测仪22进入作为它的连续循环的一部分的下一个暴露阶段。在这一点上，处理装置24必须做出关于是否用源14发射进一步的辐射脉冲的决定。在步骤108中，定位电路26将当前的相对旋转θ与阈值θ_th相比较。如果台架20从先前辐射脉冲（在步骤102）起已经至少旋转了那么远，则辐射源14被激活并且方法移动回到步骤102。θ和t像以前一样复位。注意θ和θ_th是具有方向以及幅值的矢量。如果θ_th等于+5^o（例如）并且θ的瞬时值是-6^o，则θ不被认为比θ_th大。注意这些没有一个旨在传达优选的旋转方向。台架20可主要地以顺时针方向或主要地以逆时针方向旋转，其中在任一种情况中，阈值角位移θ_th都相应地被设置。

如果台架没有旋转那么远，方法进行到步骤110，其中定时电路25将当前经过的时间t与阈值t_th相比较。如果从上一个辐射脉冲起已经经过了充足的时间（即是t等于或大于t_th），则辐射源14被激活并且方法移动回到步骤102。θ和t像以前一样复位。

如果t小于t_th，则方法进行到步骤104。那就是，处理装置24不采取任何动作，并且检测仪只是向前移动到它的下一个读出阶段。对于这个阶段，没有重要的数据将被获得；来自检测仪22的数据读出将是空的或者可能被丢弃。

本领域的技术人员将认识到，在不脱离如在附加到这里的权利要求中限定的本发明范围的情况下，在图2中呈现的方法可经受更改。步骤的顺序在实践中可显著地更改。例如，为了清晰，流程图示出处理装置24仅在检测仪已经进入暴露阶段后检验θ和t。在实践中，为了有时间适当地控制辐射源，在检测仪进入这样的暴露阶段之前执行步骤108和110可能是很必要的。此外，步骤108和110可以相反的顺序执行而不影响设备的操作。

为了与每个暴露阶段一致，处理装置24可不检验θ和t。虽然这代表有点理想的情况，因为在那种方式下，在已经满足要求的旋转或定时阈值之后，辐射脉冲将被尽快地发射，但不断地处理那个信息可能是不现实的。为了减少计算复杂性，θ和t可每整数多个暴露阶段（例如每两个、三个或五个暴露阶段等）仅被检验一次。

从上面将清楚的是，图像获取的绝对角度对于本发明的目的是不重要的，因为检测仪在暴露（后面是读出）的连续循环中操作并且辐射脉冲被定时为与暴露阶段一致。重复的检测仪循环具有最小化暗电流或其他噪声的积累的优点，但是以减少在台架绝对角度上的确定性为代价。那就是，在台架已经旋转通过阈值角位移后，设备发射定时为与暴露阶段一致的辐射束。因此，在图像获取时的角位移将通常等于阈值加上某一进一步的移动。

图3a示出信号发送的实例，其中台架以不同的但是合理并且一致的速度旋转。检测仪22循环通过暴露（后面是读出）。在各个点，定位电路26检测出台架已经旋转了大于θ_th。在这些点，定位电路信号变高，并且在下一个可用的暴露阶段，该源被激活。在这个实例中旋转的速度使得在没有点上达到t_th。设备只基于台架的旋转发送辐射脉冲。

图3b示出其中台架的旋转更不稳定的实例。在第一初始辐射脉冲之后，台架20为旋转通过θ_th花费了太长时间。例如，它已经旋转得太慢，已经完全停止，或者甚至反向。在这个实例中，在台架旋转通过θ_th前达到了t_th。因此，定时电路25的信号变高，并且在下一个可用的暴露阶段，该源被控制为发射辐射脉冲。随后，台架的旋转加速，因为在t_th之前达到θ_th（相对于第二辐射脉冲）。

因此，本发明的实施例提供方法和设备用于对病人成像而不使他或她暴露于不必要的辐射剂量。另外，如果从上一次图像获取起已经经过不可接受的时间段，则本发明的实施例包括故障保险，从而允许该方法用于例如治疗期间的病人监视。

当然将被理解的是，在不脱离本发明范围的情况下，可对上面描述的实施例进行许多变化。

Claims (11)

1.一种在设备中对病人成像的方法，

所述设备包含：

病人支撑，病人能定位在所述病人支撑上，和

可旋转台架，所述可旋转台架支撑：

成像辐射源，用于产生朝向病人的辐射束，和

检测仪，用于在与病人相互作用后检测辐射束，所述检测仪以暴露阶段后面是读出阶段的连续循环模式操作，

所述方法包含：

对于其中台架具有第一旋转角度的第一检测仪循环，

控制辐射源在暴露阶段期间发射第一辐射束脉冲，以及

在读出阶段期间读出相应的第一成像数据；

对于随后的第二检测仪循环，

确定台架是否已经旋转通过了相对于所述第一旋转角度的至少阈值角位移，

如果是，则控制辐射源在暴露阶段期间发射第二辐射束脉冲，以及

在读出阶段期间读出相应的第二成像数据。

2.根据权利要求1的方法，所述第一辐射束脉冲在第一时间点发射，方法进一步包含：

对于所述第二检测仪循环，确定从所述第一时间点起是否已经经过阈值时间段，并且，如果是，则控制辐射源在暴露阶段期间发射所述第二辐射束脉冲。

3.根据权利要求1或2的方法，其中可旋转台架根据计划被控制，该计划以可变的旋转速率被表达。

4.根据权利要求1的方法，其中所述第二检测仪循环连续地跟随所述第一检测仪循环。

5.根据权利要求1的方法，进一步包含：

使用数据集重建所述病人的体积图像，所述数据集至少包含来自所述第一检测仪循环和第二检测仪循环的成像数据。

6.一种用于对病人成像的设备，所述设备包含：

病人支撑，病人能定位在所述病人支撑上；

可旋转台架，所述可旋转台架支撑：

成像辐射源，用于产生朝向病人的辐射束；和

检测仪，用于在与病人相互作用后检测辐射束，所述检测仪以暴露阶段后面是读出阶段的连续循环模式操作；以及

控制和成像电路，设置为：

对于其中台架具有第一旋转角度的第一检测仪循环，

控制辐射源在暴露阶段期间发射第一辐射束脉冲，以及

在读出阶段期间读出相应的第一成像数据；

对于随后的第二检测仪循环，

确定台架是否已经旋转通过了相对于所述第一旋转角度的至少阈值角位移，

如果是，则控制辐射源在暴露阶段期间发射第二辐射束脉冲，以及

在读出阶段期间读出相应的第二成像数据。

7.根据权利要求6的设备，所述第一辐射束脉冲在第一时间点发射，所述控制和成像电路进一步设置为：

对于所述第二检测仪循环，确定从所述第一时间点起是否已经经过阈值时间段，并且，如果是，则控制辐射源在暴露阶段期间发射所述第二辐射束脉冲。

8.根据权利要求6或7的设备，其中可旋转台架根据计划被控制，该计划以可变的旋转速率被表达。

9.根据权利要求6的设备，其中所述第二检测仪循环连续地跟随所述第一检测仪循环。

10.根据权利要求6的设备，其中所述控制和成像电路进一步设置为：

使用数据集重建所述病人的体积图像，所述数据集至少包含来自所述第一检测仪循环和第二检测仪循环的成像数据。

11.根据权利要求6的设备，进一步包含：第二辐射源，安装在所述可旋转台架上，并且适合于发射治疗辐射束。