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CN109562275A - 磁共振成像引导的治疗系统 - Google Patents

磁共振成像引导的治疗系统 Download PDF

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CN109562275A CN201780043573.4A CN201780043573A CN109562275A CN 109562275 A CN109562275 A CN 109562275A CN 201780043573 A CN201780043573 A CN 201780043573A CN 109562275 A CN109562275 A CN 109562275A
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Abstract

本发明的目的是改善关于感兴趣结构(例如，一个或多个器官和可能地其周围、治疗目标和/或危险器官)的位置的信息。该目的是通过一种被配置用于确定感兴趣结构是否在预定义感兴趣区域内的磁共振成像系统来实现的，其中，所述磁共振成像系统包括：‑存储器，其用于存储计算机程序代码模块，所述计算机程序代码模块用于使所述磁共振系统执行以下步骤：‑应用多频带磁共振成像序列，以便同时地采集来自第一切片位置的磁共振数据的第一切片以及来自第二且不同的切片位置的磁共振数据的第二切片，其中，所述第一切片位置和所述第二切片位置定义所述感兴趣区域；以及‑确定步骤，其用于基于磁共振数据的所述第一切片和所述第二切片以及关于所述感兴趣结构和/或其周围的先验知识来确定所述感兴趣结构是否在所述感兴趣区域内；其中，所述磁共振成像系统还包括处理器，所述处理器用于执行所述计算机程序代码模块。

Description

磁共振成像引导的治疗系统
技术领域
本发明在磁共振成像引导的领域中。
背景技术
在像例如辐射治疗或高强度聚焦超声(HIFU)治疗的处置递送期间必须考虑治疗目标的运动。关于治疗目标运动的信息例如能够被用于门控或位置特异性治疗计划选择。
运动门控或跟踪运动也能够在标准诊断磁共振(MR)成像中是相关的。例如，对下胸部和上腹部的成像需要某种方法来冻结隔膜运动。
US 2015/0169836描述了一种对导航器或对象的小区域进行成像并且该区域被配准到同一对象的4D图像集的方法。该方法例如可以被用于确定对象呼吸的阶段。
发明内容
本发明的目的是改善关于感兴趣结构(例如，一个或多个器官以及可能其周围、治疗目标和/或危险器官)的位置的信息。该目的是由一种被配置用于确定感兴趣结构是否在预定义感兴趣区域内的磁共振成像系统来实现的，其中，所述磁共振成像系统包括：
-存储器，其用于存储计算机程序代码模块，所述计算机程序代码模块用于使所述磁共振系统执行以下步骤：
-应用多频带磁共振成像序列，以便同时地采集来自第一切片位置的磁共振数据的第一切片以及来自第二且不同的切片位置的磁共振数据的第二切片，其中，所述第一切片位置和所述第二切片位置定义所述感兴趣区域；以及
-确定步骤，其用于基于磁共振数据的所述第一切片和所述第二切片以及关于所述感兴趣结构和/或其周围的先验知识来确定所述感兴趣结构是否在所述感兴趣区域内；
其中，所述磁共振成像系统还包括处理器，所述处理器用于执行所述计算机程序代码模块。
该目的进一步通过根据权利要求10所述的计算机程序产品来实现。
发明人的见解是，尽管导航器可以被用于获得对象的呼吸阶段的信息，但是其不提供与非刚性变换有关的信息。非刚性变换例如是当对对象的胰腺进行处置或成像时的问题。胰腺的部分位于心脏附近，而另一部分位于肝脏附近。因此，在呼吸期间，胰腺以非刚性方式变形。
同样地，导航器可以提供关于感兴趣结构的位置的一些信息。然而，当需要位置确定的更高准确度以用于成像或治疗的目的时，该信息可能是不足的。
同时地采集的第一切片和第二切片定义所述对象的身体中的感兴趣区域。优选地，该感兴趣区域是感兴趣结构需要被定位用于随后的图像采集或处置递送的区域。优选地，所述第一切片被定位在感兴趣区域的第一侧附近，并且所述第二切片被定位在所述感兴趣区域的第二侧附近。通过重复地同时采集所述第一切片和所述第二切片，如果所述感兴趣结构移动至所述感兴趣区域外部(或内部)，其能够被更可靠地检测到。该信息能够被用于对随后的MRI采集的门控或者被用于引导处置。
根据本发明的实施例，所述先验知识出自以下中的至少一项：所述感兴趣结构和/或其周围的至少部分的先前图像，或者所述感兴趣结构和/或其周围的至少部分的图集或形状模型。
根据本发明的另外的实施例，所述MRI系统还包括处置系统。该处置系统例如可以是放射治疗系统或HIFU系统。来自确定步骤的结果能够被用于引导治疗。例如，该结果可以被用于门控。以这种方式，仅在所述感兴趣结构在所述感兴趣区域内的情况下递送处置，或者仅在所述感兴趣结构不在所述感兴趣区域中的情况下递送处置。后者例如可以在试图不伤害危险器官时是相关的。
借助于本发明，除了刚性变换之外，也可以检测到非刚性变换。以这种方式，可以改善关于感兴趣结构的位置的信息。该信息优选组合危险器官的位置可以被所述治疗系统用于引导对患者的治疗递送。该引导可以包括例如门控、跟踪感兴趣结构(例如，在放射治疗系统的情况下通过移动准直器叶片)、从多个预先计算的治疗计划中选择治疗计划或者对选择针对所述对象的治疗计划(例如，放射治疗计划)的治疗计划进行实时计算，所述治疗计划考虑感兴趣结构和/或危险器官的位置和形状。
根据本发明的实施例，跟踪可以通过将所述第一切片位置和所述第二切片位置调节到所述感兴趣结构的预期位置来执行。所述预期位置可以基于在先前的运动循环期间采集的信息和/或借助于运动模型来确定。这种跟踪的结果可以被用于处置计划选择。相比于门控，跟踪具有优点，因为相比于门控，跟踪可以导致减少的处置递送时间。
对多个切片的同时采集可以借助于所谓的多频带成像来实现。多频带成像从Breuer FA、Blaimer M、Heidemann RM、Mueller MF、Griswold MA、Jakob PM的Magn ResonMed(2005Mar；53(3):684-91)和Setsompop K、Gagoski BA、Polimeni JR、Witzel T、WedeenVJ、Wald LL的Magn Reson Med(2012May；67(5):1210-24.doi:10.1002/mrm.23097.Epub2011Aug 19.)中获知。
目前，多频带成像被用于同时地采集多个平行的切片。然而，多个切片将来也可以具有不同的取向。
当关于刚性和/或非刚性变换和/或感兴趣结构的形状和位置的信息被采集时，该信息可以被直接用于引导治疗使得其将导致对治疗目标的估计的形状和位置的足够剂量，同时限制对(一个或多个)危险器官的估计的位置和形状的剂量。所述感兴趣结构的形状和位置可以单独基于所采集的信息来估计。另外，一些(简单的)器官运动模型可以被使用。
根据本发明的实施例，所述磁共振成像系统被配置用于借助于来自多个切片的磁共振成像数据与先前采集的感兴趣结构的4D图像数据集之间的图像配准来确定感兴趣结构的形状和位置。该实施例是有利的，因为其可以有助于基于所采集的多个切片做出对所述感兴趣结构的位置和形状的准确估计。
根据本发明的另外的实施例，所述磁共振成像引导的治疗系统被配置用于采集所述感兴趣结构的第二组多个切片。如果这被充分地重复，则常常能够覆盖所述感兴趣结构的完整3D体积。当跟踪缓慢移动的结构时，该实施例是尤其有利的。
根据本发明的另一实施例，所述磁共振成像引导的治疗系统被配置用于采集所述感兴趣结构的第二组多个切片，其中，所述第二组中的所述多个切片具有与所述第一组切片中的所述多个切片不同的取向和/或位置，并且其中，所述磁共振成像引导的放射治疗系统被配置用于使用来自所述第一组多个切片和所述第二组多个切片的所述磁共振成像数据以用于确定所述感兴趣结构的所述位置和形状。该实施例是有利的，因为其可以允许对所述感兴趣结构的位置和/或形状的更准确的估计。优选地，所述第二组多个切片基于上正交于所述第一组多个切片，因为这可以改善对非刚性变换的检测。
参考下文所描述的实施例，本发明的这些方面和其他方面将是显而易见的并且得到阐明。
附图说明
图1图解性地示出了根据本发明的实施例的磁成像引导的治疗系统，并且
图2图解性地示出了根据本发明的实施例的方法，并且
图3图解性地示出了根据本发明的实施例的能够如何执行跟踪的范例，并且
图4图解性地示出了根据本发明的另一实施例的方法。
具体实施方式
图1图解性地示出了根据本发明的实施例的包括处置递送系统的磁共振成像系统。
所述磁共振成像系统包括主磁体10，主磁体10在检查区14内生成稳定均匀的主磁场。该主磁场使要被检查的患者中的自旋的部分取向沿着主磁场的场线。RF系统12被提供有一个或多个RF天线，以将RF激励电磁场发射到检查区14中，以激励要被检查的患者的身体中的自旋。弛豫自旋发射由RF天线(尤其是RF接收线圈12的形式)拾取的在RF范围中的磁共振信号。所述RF系统可以被耦合到Tx/Rx开关11，Tx/Rx开关11继而被耦合到RF放大器13。此外，提供梯度线圈16以生成时间磁梯度场，尤其是读取梯度脉冲和相位编码梯度。这些梯度场通常被取向在相互正交的方向，并且对所述磁共振信号施予空间编码。提供梯度放大器18以激活梯度线圈，从而生成磁梯度编码场。由RF接收器天线12拾取的磁共振信号被应用到MRI数据采集系统19。MRI数据采集系统19将数据提供到主计算机20，主计算机20继而将其提供到重建器22，重建器22可以根据所述数据来重建多幅图像。这些数据可以被显示在显示器17上。主计算机还包括用于存储计算机代码模块的存储器50，所述计算机代码模块用于使所述磁共振成像系统执行应用多频带MRI序列的步骤，以便同时地采集具有第一切片位置的磁共振成像数据的第一切片以及具有第二切片位置的磁共振成像数据的第二切片(图2和图3，304)。计算机代码模块还使所述磁共振成像系统基于所述第一切片和所述第二切片以及关于所述感兴趣结构和/或其周围的先验知识来确定所述感兴趣结构是否在感兴趣区域内(图2和图3，401)。所述磁共振成像系统还包括用于执行计算机代码模块的处理器51。
所述磁共振成像系统任选地包括处置递送系统，在该范例中，所述处置递送系统是包括壳体30或其他支撑体或者支撑被布置为绕对象移动或回转的辐射源的主体的放射治疗系统32。放射治疗系统32可以包含多叶准直器(MLC)。所述多叶准直器与所述辐射源绕所述对象的运动的组合允许借助于例如弧形治疗或强度调制的辐射治疗对复杂剂量分布的递送。
结构运动能够例如借助于门控(在图像采集和处置递送两方面)、跟踪感兴趣结构、从多个预先计算的治疗计划中选择治疗计划或者对治疗计划进行实时计算来补偿。运动能够借助于硬件和/或软件来补偿。能够借助于硬件执行的运动补偿的范例是成像台34的移动或者MLC中的叶片的移动。借助于软件的运动补偿的范例可以是，例如借助于从预先计算的放射治疗计划的图集中的选取，借助于放射治疗计划计算器，对所述放射治疗计划的在线重新计算或更新。
图2图解性地示出了一种根据本发明的实施例的方法。在图2中，第一和第二切片304被用于门控的目的。所述第一切片和所述第二切片定义感兴趣区域401。感兴趣结构305可以如通过具有第一形状305a和变形形状305b的感兴趣结构反映的非刚性方式进行变换。在图2中借助于箭头来进一步指示所述变形。只要所述感兴趣结构在由401指示的体积(感兴趣区域)内(作为范例，参见305a)，治疗剂量将被递送至感兴趣结构305。每当感兴趣结构305移动出体积401(感兴趣区域)时(作为范例，参见305b)，处置递送就被停止。
图3图解性地示出了根据本发明的实施例的能够如何执行跟踪的范例。在确定步骤中，可以确定感兴趣结构401在感兴趣区域401中，其中，感兴趣区域401由第一和第二切片304来定义。基于例如针对感兴趣结构的先前运动循环和/或运动模型，可以预测感兴趣结构在随后的时间点将在感兴趣区域401c内。感兴趣区域401c能够由第一和第二切片304c来定义。通过从第一和第二切片位置304c采集数据，能够确定所述感兴趣结构是否确实已经移动到感兴趣区域401c中。如果预期到感兴趣结构的运动模式的不规律性，则选取第一切片位置和第二切片位置使得其定义更大的感兴趣区域则可能是有益的。从(随后的)第一切片和第二切片采集的数据可以被用于更新所述运动模型。
在图4中所示的方法包括准备阶段201和治疗阶段202。所述准备阶段包括已知的方法步骤，并且最可能由与执行治疗阶段202中的步骤的系统不同的系统来执行。在治疗之前，从治疗目标(图2和图3，305a、305b、30c)和危险的周围器官采集203 4D图像数据集，以便获得关于治疗目标和危险的周围器官的运动模式的信息。基于所述4D图像数据集来创建204一个或多个治疗计划。处置计划被创建为使得其考虑所述运动模式。这能够以多种方式来实现。一个或多个治疗计划可以被创建为使得其能够在治疗阶段期间的门控策略期间被使用(范例图2)。当使用门控策略时，如果目标位于特定区域内(图2，401)，则仅所述目标将被辐照。如果所述目标移出该区域，则处置将被停止。多个治疗计划将被创建为使得其考虑若干门控策略。取决于当患者在处置台上时所确定的实际运动模式，适合的治疗计划可以从该组治疗计划中选择。也能够创建旨在当治疗系统跟踪治疗目标时所使用的治疗计划(在图3中所示的范例)(例如，在放射治疗系统的情况下通过移动所述准直器叶片)。备选地，步骤204并且任选地步骤203和204可以被跳过，并且所述磁共振成像引导的治疗系统可以被配置为在处置递送期间(几乎实时地)计算治疗计划。
在治疗阶段202期间，在患者被定位在磁共振成像引导的治疗系统的图1的处置台34上时，对患者执行多频带成像205。在多频带成像期间，从目标或危险器官(感兴趣结构305)同时地采集图2和图3的多个成像切片304。由此，所述磁共振成像引导的治疗系统被配置为更准确地确定所述感兴趣结构的位置和形状。由此，所述磁共振成像引导的治疗系统也可以被配置为检测非刚性变换206。该信息可以以若干种方式用于引导治疗207。在图2和图3中更详细地解释了这些方法中的两种方法。
尽管已在附图和前文的描述中详细说明和描述了本发明，但是要将这样的说明和描述视为说明性或示范性的而非限制性的；本发明并不限于所公开的实施例。

Claims (15)

1.一种被配置用于确定感兴趣结构是否在预定义感兴趣区域内的磁共振成像系统，其中，所述磁共振成像系统包括：
-存储器，其用于存储计算机程序代码模块，所述计算机程序代码模块用于使所述磁共振系统执行以下步骤：
-应用多频带磁共振成像序列，以便同时地采集来自第一切片位置的磁共振数据的第一切片以及来自第二且不同的切片位置的磁共振数据的第二切片，其中，所述第一切片位置和所述第二切片位置定义所述感兴趣区域；以及
-确定步骤，其用于基于磁共振数据的所述第一切片和所述第二切片以及关于所述感兴趣结构和/或其周围的先验知识来确定所述感兴趣结构是否在所述感兴趣区域内；
其中，所述磁共振成像系统还包括处理器，所述处理器用于执行所述计算机程序代码模块。
2.根据权利要求1所述的磁共振成像系统，还被配置用于使用所述确定步骤的结果来门控随后的磁共振成像采集。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的磁共振成像系统，其中，所述先验知识出自以下中的至少一项：所述感兴趣结构和/或其周围的至少部分的先前图像，或者所述感兴趣结构和/或其周围的至少部分的图集或形状模型。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的磁共振成像系统，还包括处置递送系统，其中，所述处置递送系统被配置为基于所述确定步骤的结果来引导处置。
5.根据权利要求4所述的磁共振成像系统，其中，所述磁共振成像系统还被配置用于对所述感兴趣结构的跟踪，其中，所述跟踪是通过将所述第一切片位置和所述第二切片位置调节到所述感兴趣结构的预期位置来执行的。
6.根据权利要求5所述的磁共振成像系统，还被配置用于从多个预先计算的治疗计划中选择治疗计划或者基于所跟踪的位置对治疗计划进行实时计算。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的磁共振成像系统，其中，所述第一切片和所述第二切片是平行的切片。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的磁共振成像系统，被配置用于采集所述感兴趣结构的第二组多个切片，其中，所述第二组中的所述多个切片具有与所述第一切片和所述第二切片不同的取向和/或位置。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的磁共振成像系统，其中，所述感兴趣结构是治疗目标或危险器官。
10.一种被配置用于确定感兴趣结构是否在预定义感兴趣区域内的计算机程序产品，其中，所述计算机程序产品包括用于使磁共振系统执行以下步骤的程序代码模块：
-应用多频带磁共振成像序列，以便同时地采集来自第一切片位置的磁共振数据的第一切片以及来自第二且不同的切片位置的磁共振数据的第二切片，其中，所述第一切片位置和所述第二切片位置定义所述感兴趣区域；以及
-确定步骤，其用于基于磁共振数据的所述第一切片和所述第二切片以及关于所述感兴趣结构和/或其周围的先验知识来确定所述感兴趣结构是否在所述感兴趣区域内。
11.根据权利要求10所述的计算机程序产品，其中，所述计算机程序产品还包括用于使所述磁共振系统执行使用所述确定步骤的结果来门控随后的磁共振成像采集的步骤的程序代码模块。
12.根据权利要求10或11中的任一项所述的计算机程序产品，其中，所述计算机程序产品还包括用于使处置递送系统执行基于所述确定步骤的结果来引导处置的步骤的程序代码模块。
13.根据权利要求10-12中的任一项所述的计算机程序产品，其中，所述计算机程序产品还包括用于使所述磁共振系统执行对所述感兴趣结构的跟踪的步骤的程序代码模块，其中，所述跟踪是通过将所述第一切片位置和所述第二切片位置调节到所述感兴趣结构的预期位置来执行的。
14.根据权利要求13所述的计算机程序产品，其中，所述计算机程序产品还包括用于使所述磁共振系统执行从多个预先计算的治疗计划中选择治疗计划或者基于所跟踪的位置对治疗计划进行实时计算的步骤的程序代码模块。
15.根据权利要求10-14中的任一项所述的计算机程序产品，其中，所述感兴趣结构是治疗目标或危险器官。
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EP16179538 2016-07-14
PCT/EP2017/067693 WO2018011339A1 (en) 2016-07-14 2017-07-13 Magnetic resonance imaging guided therapy system

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