CN1185935A - 一种用于放射治疗的立体实时定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种立体实时定位方法,在B超引导下进行肿瘤穿刺注射碘化油;用X光束对病灶进行透视成像,得到肿瘤的图像;通过计算机对图像进行实时识别,实时地计算出病灶的空间坐标值;利用计算机通过通信网络将此坐标值传递给控制计算机,控制计算机对病灶的位移进行实时跟踪补偿,实现实时定位。本发明对立体定位放射治疗具有重要意义,解决了以往对运动病灶无法跟踪治疗的问题。
Description
本发明涉及一种立体实时定位方法，特别是用于放射治疗的实时定位方法。
在放射治疗过程中，需要对病人以及待照射的病灶点进行精确的定位。目前用于放射治疗的定位方法一般有两种：1)对头部肿瘤进行治疗时，采用带定位标志杆的侵入式定位框架；2)对体部肿瘤进行治疗时，采用含有定位标志杆的体部定位框架对病灶进行定位，如专利文献WO94/28817所公开的立体定位装置，就是一个例子。
利用以上两种定位***的定位方法具有明显的局限性。侵入式定位框架不但给病人带来了一定程度的痛苦，而且只能适用于颅内病灶的定位。用带标志杆的体部定位装置虽可以对体部的病灶进行定位，但由于人的呼吸等原因，往往会引起体部病灶组织的运动，而现有技术获得的是病灶的一系列静态坐标，不能对病灶随呼吸引起的偏移进行实时监测及定位。由此带来的定位误差有时是无法忍受的。
实现立体实时定位的主要困难之一，是获得一个动态的、实时的人体立体图象，该图象中还要包含病灶的清晰的成象。目前的成象设备大致有CT、MRI、超声波诊断设备和X光成象设备等。其中CT和MRI等断层扫描图象设备在任一时刻只能显示人体一个断层的图象，无法形成实时动态立体图象，因而无法用于立体实时定位；超声波诊断设备虽然可以获得病人的实时动态立体图象，但由于超声波诊断设备扫描范围的限制和它本身固有的非线形，使超声波诊断设备用于立体实时定位时难以取得满意的效果；X光成象设备可以很容易地获得病人的实时动态立体图象，但病灶在该图象上的显示是很不明显的，因此在这种图象上对病灶进行识别是极为困难的。
本发明弥补现有技术的上述不足，提出一种立体实时定位方法，用于在放射治疗中对病灶进行实时定位，以减小因呼吸等原因引起的定位误差。
为实现上述发明目的，本发明提出的技术方案是：一种立体实时定位方法，包括以下步骤：
在B超引导下进行肿瘤穿刺注射碘化油；
利用X光成象设备，将两束相互垂直的X光束对已注射过碘化油的病灶进行透视成像，得到肿瘤在两相互正交的平面内的图像；
通过计算机对这两个平面的图像进行实时处理和图像分割；
对病灶进行识别，从而可以实时地计算出病灶的空间坐标X、Y、Z值；即实现实时定位。
由于采用了以上的技术方案，在肿瘤中注入了碘化油，从而可以使原本无法在X光下获得清晰的图象的肿瘤通过碘化油在X光图象上呈现一个或数个清晰的象点，加强了图象显示效果；这样，利用计算机进行图象识别就变得极为容易；由于实现了对病灶的实时识别，实时地计算其坐标X，Y，Z的值，通过控制计算机进行实时跟踪补偿，这样就最终实现了实时定位。
图1是X光成象的原理图；
图2是呼吸传感器探头1在人体上的分布示意图；
图3是呼吸波形分割原理图。
下面结合附图并通过实施例对本发明在做进一步详细的说明。
如前所述，本发明主要目的是能在放射治疗时，对人体脏器的肿瘤随人体呼吸时所产生的运动进行实时监测和校正。临床实验证明，人在平稳呼吸的状态下，随呼吸而产生运动的幅度较大的脏器是肝脏，肝脏的运动主要是在平行于脊椎方向(称为Z向，下同)的平动，运动的幅度大约为10mm。而在与脊椎垂直相交的两个方向(称为X向及Y向，下同)的运动幅度很小，可以忽略不计。为简便起见，本发明的下述实施例中谈到的方法主要适用的脏器(包括肝脏、肿瘤及病灶)运动均为平动，例如对肝脏的运动主要是考虑在Z向的运动(一维)。
实施例一：X光实时成像跟踪
包括以下步骤：
在B超引导下进行肿瘤穿刺注射碘化油，由于肿瘤的新陈代谢能力比正常组织的新陈代谢能力差，所以碘化油在肿瘤内可以停留一段较长的时间(至少有十天)；
如图1所示，利用X光成象设备，将两束相互垂直的X光束对已注射过碘化油的病灶进行透视成像，可以得到肿瘤在两相互正交的平面内的图像(即XZ平面及YZ平面的图像)；
通过计算机对这两个平面的图像进行实时处理和图像分割，对病灶进行识别，从而可以实时地计算出病灶的空间坐标X、Y、Z值；即实现实时定位。
在放射治疗中，则可由计算机通过通信网络将此坐标值传递给控制计算机，控制计算机将根据治疗计划对病灶的位移进行实时跟踪补偿，并控制放射治疗装置对病灶进行实时放射治疗。
临床资料证明，人在平稳状态下，正常呼吸的周期约为3秒钟，期间肝脏的最大位移约为10mm，运动路程为20mm，肝脏在1秒内的运动距离是：20÷3＝6.67mm。成像设备的成像速率按25帧/秒计算，每帧图像肝脏的运动距离是：6.67÷25＝0.267mm。这即为图像的X、Y、Z值的固有误差值(即≤0.267mm)，可见为计算机计算出来的病灶中心的X、Y、Z值的误差很小，可以认为它就是病灶的实时空间坐标。
在实际应用中，根据需要可以对注射碘化油的位置和数量做出选择，从而派生出不同的定位方法，例如：
1)只在体内某一点或多点注射碘化油，而且注射碘化油的点不一定在肿瘤的正中。这样，就需要找到注射碘化油的点的运动和肿瘤的运动在空间位置上的相互关系，该关系可以通过如下方法找到：
将已注射了碘化油的病人进行计算机断层扫描或核磁共振成像，根据此平面图像由治疗计划***软件进行三维重建，获得含有碘化油的病灶的三维图像；其中含有碘化油的点可在图象上清晰地成象。
通过治疗计划***的计算，获得***的治疗计划参数(包括肿瘤的几何参数和空间位置参数)；
获取含有碘化油的点的空间坐标与整体病灶的空间对应关系。
2)如果要想将肿瘤的整个轮廓或大致都显示出来，可以对肿瘤进行多点穿刺注射碘化油，如此即可将肿瘤的轮廓显示出来。这样就可以直接对肿瘤进行识别、跟踪、定位。实施例二： (呼吸信号同步跟踪)
包括如下步骤：
在B超引导下进行肿瘤穿刺注射碘化油；
利用X光成象设备，将两束相互垂直的X光束对已注射过碘化油的病灶进行透视成像，得到肿瘤在两相互正交的平面内的图像；
通过计算机对这两个平面的图像进行实时处理和图像分割；
对病灶进行识别，从而可以实时地计算出病灶的空间坐标X、Y、Z值；
将呼吸传感器的探头1贴在人体如图2所示的位置上；
由呼吸传感器得到与病灶随呼吸运动同步的呼吸波形，如图3所示，t为呼吸时间，V为病灶运动幅值；
根据获取的图像以及实时得到的空间坐标X、Y、Z与同步呼吸波形，找出呼吸波形与病灶位移的对应关系，从而也就可以掌握到病灶运动与呼吸波形的对应规律；
此规律找到后，就可以不依赖对图象的实时处理而可以直接利用呼吸波形来进行实时定位，即靠如下步骤代替：
关闭X光束，仅靠呼吸传感器得到与病灶运动同步的呼吸波形；
在与病灶运动同步的呼吸波形上的各点，利用计算机分别找到相对应的病灶的空间坐标X，Y，Z，即实现实时定位。
在放射治疗中，则可由控制计算机根据治疗计划结合上述实时定位结果，对放射治疗装置进行实时调整，从而对病灶进行实时放射治疗。
如图3所示，把呼吸波形的幅值分隔为m部分，对每一部分的n次同步X光图像进行分割，并对病灶进行识别，分别计算出n次的坐标值(如表1所示)。表1：根据实验证明：
也就是说，在呼吸波形上同一幅值的同一矢量的1～n次坐标值的误差都≤2mm。所以，由呼吸波形计算出相对应的病灶实时空间坐标的最大误差为2mm。因此，定位的误差是可以接受的。
前文提及的图象识别技术、呼吸传感技术、治疗计划(及其***软件)、X光成象技术等都是现有技术可以实现的，因此不再赘述。
Claims (6)
1、一种立体实时定位方法，包括以下步骤：
在B超引导下进行肿瘤穿刺注射碘化油；
利用X光成象设备，将两束相互垂直的X光束对已注射过碘化油的病灶进行透视成像，得到肿瘤在两相互正交的平面内的图像；
通过计算机对这两个平面的图像进行实时处理和图像分割；
对病灶进行识别，从而可以实时地计算出病灶的空间坐标X、Y、Z值；即实现实时定位。
2、如权利要求1所述的立体实时定位方法，其特征是：在B超引导下对肿瘤进行多点穿刺注射碘化油，以将肿瘤的轮廓显示出来。
3、如权利要求1或2所述的立体实时定位方法，其特征是：还包含如下步骤：
将已注射了碘化油的病人进行计算机断层扫描或核磁共振成像，根据此平面图像由治疗计划***软件进行三维重建，获得含有碘化油的病灶的三维图像；其中含有碘化油的点可在图象上清晰地成象。
通过治疗计划***的计算，获得***的治疗计划参数；
获取含有碘化油的点的空间坐标与整体病灶的空间对应关系。
4、如权利要求1所述的立体实时定位方法，其特征是：还包含如下步骤：
将呼吸传感器的探头(1)贴在人体表面上；
由呼吸传感器得到与病灶随呼吸运动同步的呼吸波形；
根据实时计算出的病灶空间坐标X、Y、Z值和同步呼吸波形，找出呼吸波形与病灶位移的对应关系，从而掌握到病灶运动与呼吸波形的对应规律；
关闭X光束，仅靠呼吸传感器得到与病灶运动同步的呼吸波形；
在与病灶运动同步的呼吸波形上的各点，利用计算机分别找到相对应的病灶的空间坐标X，Y，Z，即实现实时定位。
5、如权利要求4所述的立体实时定位方法，其特征是：在B超引导下对肿瘤进行多点穿刺注射碘化油，以将肿瘤的轮廓显示出来。
6、如权利要求4或5所述的立体实时定位方法，其特征是：还包含如下步骤：
将已注射了碘化油的病人进行计算机断层扫描或核磁共振成像，根据此平面图像由治疗计划***软件进行三维重建，获得含有碘化油的病灶的三维图像；其中含有碘化油的点可在图象上清晰地成象，
通过治疗计划***的计算，获得***的治疗计划参数；
获取含有碘化油的点的空间坐标与整体病灶的空间对应关系。
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1997
- 1997-09-27 CN CN97115898A patent/CN1185935A/zh active Pending
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