CN102697560A - 一种无创肿瘤定位系统及定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无创肿瘤定位系统及定位方法，在三维放疗技术的基础上引进了时间的概念，充分考虑了解剖组织在治疗过程中的运动和分次治疗间的位移误差，如呼吸蠕动运动、日常摆位误差、靶区收缩等引起放疗剂量分布的变化和对治疗计划的影响等方面的情况，在患者治疗前、治疗中利用各种先进的影像设备对肿瘤及正常器官进行实时的监控，并能根据器官位置的变化调整治疗条件使照射野紧随靶区，使之能做到真正意义上的精确治疗。

Description

一种无创肿瘤定位系统及定位方法

技术领域

本发明涉及一种无创肿瘤定位系统及定位方法，尤其涉及一种通过定位标记点减少移位误差的无创肿瘤定位系统及定位方法。

背景技术

肿瘤越来越成为现代社会人们健康的最大威胁，随着科技的发展，肿瘤治疗技术也有了长足的发展。由于肿瘤大多位于身体内，因此，对于肿瘤精确定位仍然是难点所在。由于身体表面的皮肤容易移动，因此，仅仅通过皮肤表面进行定位是存在比较大的误差的。现有技术中，通常将外部器件固定在身体上进行定位，但这样会给病患带极大的痛苦。由于患者在在拍CT图像进行肿瘤定位后，治疗系统通常依据该CT图像肿瘤的位置制定治疗计划，但通常在拍CT图像和正式上治疗床治疗有一段时间，重新上治疗床后，其身体位置都会有些变化，不可能与拍CT图像时位置完全一样，因此，存在比较大的定位误差。

发明内容

本发明解决的技术问题是：构建一种无创肿瘤定位系统及定位方法，克服现有技术在肿瘤定位过程中，定位不精确，存在比较大的定位误差影响治疗效果的技术问题。

本发明的技术方案是：构建一种无创肿瘤定位系统，包括用于定位患者肿瘤的定位标记点、根据患者的CT图像重建生成DDR图像的图像重建单元、拍摄患者肿瘤区域DR图像的拍摄单元、对DR图像和DDR图像进行匹配计算的匹配单元、获取定位参数的获取单元、对肿瘤重新定位的定位单元，所述拍摄单元分别从不同角度拍摄患者肿瘤区域至少两张DR图像，所述图像重建单元重建的DDR图像含有所述定位标记点的记号，所述匹配单元根据至少两张DR图像将定位标记点的坐标转换为治疗坐标，然后将该治疗坐标与所述对应角度的DDR图像定位标记点的坐标进行匹配计算，所述获取单元根据匹配计算的结果及所述治疗计划确定的肿瘤坐标获取定位参数，所述定位单元根据所述获取单元获取的定位参数对肿瘤重新定位。

本发明的进一步技术方案是：所述定位标记点为多个，所述多个定位标记点分别固定在患者身上的不同位置，在所述拍摄单元拍摄的多张DR图像上所述定位标记点互不重合。

本发明的进一步技术方案是：所述匹配单元将多个定位标记点分别与所述DDR图像对应的定位标记点的匹配计算结果进行平均，取其均值作为最终匹配计算结果。

本发明的进一步技术方案是：还包括固定所述定位标记点的基座，所述基座固定在所述患者身上。

本发明的进一步技术方案是：所述基座包括牙托，所述牙托与患者牙齿咬合。

本发明的进一步技术方案是：所述图像重建单元以所述CT图像的中心点作为DRR图像的中心进行DDR图像重建。

本发明的技术方案是：提供一种无创肿瘤定位方法，所述肿瘤定位系统包括用于定位患者肿瘤的定位标记点，所述肿瘤定位方法包括如下步骤：

设置定位标记点：将定位标记点固定设置在患者体表；

重建DDR图像：根据拍摄含有定位标记点的CT图像重建生成DDR图像；

拍摄DR图像：分别从不同角度拍摄患者肿瘤区域至少两张DR图像；

匹配计算：根据至少两张DR图像定位标记点的坐标转换为治疗坐标，然后将该治疗坐标与所述对应角度的DDR图像定位标记点的坐标进行匹配计算得到匹配计算结果；

获取定位参数：根据匹配计算结果及所述治疗计划确定的肿瘤坐标获取定位参数；

定位：根据所述定位参数对肿瘤重新定位。

本发明的进一步技术方案是：在设置定位标记点步骤中，所述定位标记点为多个，所述多个定位标记点分别固定在患者身上的不同位置，在所述拍摄单元拍摄的多张DR图像上所述定位标记点互不重合。

本发明的进一步技术方案是：在匹配计算步骤中，将多个定位标记点分别与所述DDR图像对应的定位标记点的匹配计算结果进行平均，取其均值作为最终匹配计算结果。

本发明的进一步技术方案是：在重建DDR图像步骤中，以所述CT图像的中心点作为DRR图像的中心进行DDR图像重建。

本发明的技术效果是：构建一种无创肿瘤定位系统及定位方法，在三维放疗技术的基础上引进了时间的概念，充分考虑了解剖组织在治疗过程中的运动和分次治疗间的位移误差，如呼吸蠕动运动、日常摆位误差、靶区收缩等引起放疗剂量分布的变化和对治疗计划的影响等方面的情况，在患者治疗前、治疗中利用各种先进的影像设备对肿瘤及正常器官进行实时的监控，并能根据器官位置的变化调整治疗条件使照射野紧随靶区，使之能做到真正意义上的精确治疗。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的基座结构图。

图3为本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明技术方案进一步说明。

如图1所示，本发明的具体实施方式是：构建一种无创肿瘤定位系统，包括用于定位患者肿瘤的定位标记点、根据患者的CT图像重建生成DDR图像的图像重建单元1、拍摄患者肿瘤区域DR图像的拍摄单元2、对DR图像和DDR图像进行匹配计算的匹配单元3、获取定位参数的获取单元4、对肿瘤重新定位的定位单元5，所述拍摄单元2分别从不同角度拍摄患者肿瘤区域至少两张DR图像，所述图像重建单元1重建的DDR图像含有所述定位标记点的记号，所述匹配单元3根据至少两张DR图像将定位标记点的坐标转换为治疗坐标，然后将该治疗坐标与所述对应角度的DDR图像定位标记点的坐标进行匹配计算，所述获取单元4根据匹配计算的结果及所述治疗计划确定的肿瘤坐标获取定位参数，所述定位单元5根据所述获取单元4获取的定位参数对肿瘤重新定位。

如图1所述，本发明的具体实施过程如下：治疗计划系统通过网络或其它方式接收患者的CT图像，图像重建单元1将患者的CT图像计算生成DRR图像，所述图像重建单元1以所述CT图像的中心点作为DRR图像的中心进行DDR图像重建。所述DRR图像上有患者定位标记点信息。当患者进行定位时，治疗机上的拍照单元2实时拍摄患者病患部位两个角度的DR图像。具体实施例中，所述拍照单元2包括平板探测器和发出X光线的光球管。治疗时，由辐射头对焦点发出射线。

所述匹配单元3将这两个DR图像分别与对应角度的DRR 图像进行匹配计算，具体过程如下：

所述匹配单元3根据至少两张DR图像将定位标记点的坐标转换为治疗坐标：

$x=\frac{(x_3\×\cos \mathrm{\α}-a\×\sin \mathrm{\α})\×(z-a\×\cos \mathrm{\α})}{a\×\sin \mathrm{\α}-x_3\×\sin \mathrm{\α}-b\×\cos \mathrm{\α}}$

$y=\frac{y_3\×(x-a\×\sin \mathrm{\α})}{x_3\×\cos \mathrm{\α}-b\×\sin \mathrm{\α}}$

$z=\frac{(x_3\×\sin \mathrm{\α}+b\×\cos \mathrm{\α})\×(X_3\×\sin \mathrm{\β}+b\×\cos \mathrm{\β})\×(a\×\sin \mathrm{\α}-a\×\sin \mathrm{\β})+a\×\cos \mathrm{\α}\×}{(x_3\×\cos \mathrm{\α}-b\×\sin \mathrm{\α})\×(X_3\sin \mathrm{\β}+b\×\cos \mathrm{\β})-(X_3\×\cos \mathrm{\β}-a\×\sin \mathrm{\β})\×}$

$\frac{(x_3\×\cos \mathrm{\α}-b\×\sin \mathrm{\α})\×(X_3\×\sin \mathrm{\β}+b\×\cos \mathrm{\β})-a\×\cos \mathrm{\β}\×(X_3\×\cos \mathrm{\β}-b\×\sin \mathrm{\β})\×}{(x_3\×\sin \mathrm{\α}+b\×\cos \mathrm{\α})}$

$\frac{(x_3\×\sin \mathrm{\α}+b\×\cos \mathrm{\α})}{}$

其中：a为治疗焦点到平板探测器之间的距离，b为辐射头和平板探测器之间的距离。(这地方感觉还是不妥。)

(x₃,y₃)为定位标记点在角度α下DR图像中的点坐标变换而来，其坐标系以图像中心为原点，向右为x轴，向上为y轴；

$\left\{\begin{array}{c}{x}_3=x_1-\frac{\mathrm{imagewidth}}{2}\\ y_3=y_1-\frac{\mathrm{imagelength}}{2}\end{array}\right.$

(x₁,y₁)为定位标记点在角度α下DR图像中点的坐标；

(X₃,Y₃)为定位标记点在角度β下DR图像中点坐标变换而来，其坐标系以图像中心为原点，向右为x轴，向上为y轴：

$\left\{\begin{array}{c}{X}_3=X_1-\frac{\mathrm{imagewidth}}{2}\\ Y_3=Y_1-\frac{\mathrm{imagelength}}{2}\end{array}\right.$

(X₁,Y₁)为定位标记点在角度β下DR图像中点的坐标。

由此，得到该定位标记点的治疗坐标（x、y、z）。根据该定位标记点的DDR图像，将该定位标记点的治疗坐标（x、y、z）与该定位标记点的DDR图像的三维坐标分别相减，得到该定位标记点治疗坐标（x、y、z）与该定位标记点的DDR图像的三维坐标的坐标差，即患者的定位参数，然后，所述定位单元5将该定位参数增加到DDR图像肿瘤坐标的相应坐标上，得到肿瘤新的治疗坐标，以肿瘤新的治疗坐标对肿瘤重新定位。

本发明优选实施方式中，所述定位标记点为多个，所述多个定位标记点分别固定在患者身上的不同位置，在所述拍摄单元2拍摄的多张DR图像上所述定位标记点互不重合。所述匹配单元3将多个定位标记点分别与所述DDR图像对应的定位标记点的匹配计算结果进行平均，取其均值作为最终匹配计算结果。具体过程如下：若定位标记点为多个，则分别计算，由每个定位标记点得到一个该点的治疗坐标，然后分别得出各自定位标记点的坐标差，取坐标差的均值作为定位参数，然后，所述定位单元5将该定位参数增加到DDR图像肿瘤坐标的相应坐标上，得到肿瘤新的治疗坐标，以肿瘤新的治疗坐标对肿瘤重新定位。这样能得到更加精确的定位。

如图2所示，本发明优选实施方式中，还包括固定所述定位标记点的基座A，所述基座A固定在所述患者身上。具体实施例中，所述基座A包括牙托C，所述牙托C与患者牙齿咬合。由于牙托C与患者牙齿咬合，能起到很好地固定作用，避免了基座与人身体的接触不稳固或者给患者带来痛苦的技术问题。

如图3所示，本发明的具体实施方式是：提供一种肿瘤定位方法，所述肿瘤定位系统包括用于定位患者肿瘤的定位标记点，所述肿瘤定位方法包括如下步骤：

步骤100：设置定位标记点，即，将定位标记点固定设置在患者体表。

步骤200：重建DDR图像：根据拍摄含有定位标记点的CT图像重建生成DDR图像。具体过程如下：由于定位标记点固定设置在患者体表，CT图像中含有定位标记点，构建三维坐标系，根据拍摄含有定位标记点的CT图像重建生成DDR图像，其重建生成的DDR图像上，定位标记点及肿瘤位置分别得到其在该三维坐标系中的坐标，然后治疗计划系统制定出治疗计划，即得到治疗靶点的三维坐标，定位标记点也具有在该三维坐标系中的三维坐标。重建过程中，以所述CT图像的中心点作为DRR图像的中心进行DDR图像重建。

步骤300：拍摄DR图像，即：分别从不同角度拍摄患者肿瘤区域至少两张DR图像。

步骤400：匹配计算，即：根据至少两张DR图像定位标记点的坐标转换为治疗坐标，然后将该治疗坐标与所述对应角度的DDR图像定位标记点的坐标进行匹配计算得到匹配计算结果。

具体过程如下：根据至少两张DR图像将定位标记点的坐标转换为治疗坐标：

$x=\frac{(x_3\×\cos \mathrm{\α}-a\×\sin \mathrm{\α})\×(z-a\×\cos \mathrm{\α})}{a\×\sin \mathrm{\α}-x_3\×\sin \mathrm{\α}-b\×\cos \mathrm{\α}}$

$y=\frac{y_3\×(x-a\×\sin \mathrm{\α})}{x_3\×\cos \mathrm{\α}-b\×\sin \mathrm{\α}}$

$z=\frac{(x_3\×\sin \mathrm{\α}+b\×\cos \mathrm{\α})\×(X_3\×\sin \mathrm{\β}+b\×\cos \mathrm{\β})\×(a\×\sin \mathrm{\α}-a\×\sin \mathrm{\β})+a\×\cos \mathrm{\α}\×}{(x_3\×\cos \mathrm{\α}-b\×\sin \mathrm{\α})\×(X_3\sin \mathrm{\β}+b\×\cos \mathrm{\β})-(X_3\×\cos \mathrm{\β}-a\×\sin \mathrm{\β})\×}$

$\frac{(x_3\×\cos \mathrm{\α}-b\×\sin \mathrm{\α})\×(X_3\×\sin \mathrm{\β}+b\×\cos \mathrm{\β})-a\×\cos \mathrm{\β}\×(X_3\×\cos \mathrm{\β}-b\×\sin \mathrm{\β})\×}{(x_3\×\sin \mathrm{\α}+b\×\cos \mathrm{\α})}$

$\frac{(x_3\×\sin \mathrm{\α}+b\×\cos \mathrm{\α})}{}$

其中：a为治疗焦点到平板探测器之间的距离，b为辐射头和平板探测器之间的距离。

(x₃,y₃)为定位标记点在角度α下DR图像中的点坐标变换而来，其坐标系以图像中心为原点，向右为x轴，向上为y轴，

$\left\{\begin{array}{c}{x}_3=x_1-\frac{\mathrm{imagewidth}}{2}\\ y_3=y_1-\frac{\mathrm{imagelength}}{2}\end{array}\right.$

(x₁,y₁)为定位标记点在角度α下DR图像中点的坐标；

(X₃,Y₃)为定位标记点在角度β下DR图像中点坐标变换而来，其坐标系以图像中心为原点，向右为x轴，向上为y轴：

$\left\{\begin{array}{c}{X}_3=X_1-\frac{\mathrm{imagewidth}}{2}\\ Y_3=Y_1-\frac{\mathrm{imagelength}}{2}\end{array}\right.$

(X₁,Y₁)为定位标记点在角度β下DR图像中点的坐标。

步骤500：获取定位参数，即：根据匹配计算结果及所述治疗计划确定的肿瘤坐标获取定位参数。具体过程如下：得到该定位标记点的治疗坐标（x、y、z）。根据该定位标记点的DDR图像，将该定位标记点的治疗坐标（x、y、z）与该定位标记点的DDR图像的三维坐标分别相减，得到该定位标记点治疗坐标（x、y、z）与该定位标记点的DDR图像的三维坐标的坐标差，即患者的定位参数。

步骤600：定位：根据所述定位参数对肿瘤重新定位。具体过程如下：将该定位参数增加到DDR图像肿瘤坐标的相应坐标上，得到肿瘤新的治疗坐标，以肿瘤新的治疗坐标对肿瘤重新定位。

本发明优选实施方式中，所述定位标记点为多个，所述多个定位标记点分别固定在患者身上的不同位置，在所述拍摄单元2拍摄的多张DR图像上所述定位标记点互不重合。所述匹配单元3将多个定位标记点分别与所述DDR图像对应的定位标记点的匹配计算结果进行平均，取其均值作为最终匹配计算结果。具体过程如下：若定位标记点为多个，则分别计算，由每个定位标记点得到一个该点的治疗坐标，然后分别得出各自定位标记点的坐标差，取坐标差的均值作为定位参数，然后，所述定位单元5将该定位参数增加到DDR图像肿瘤坐标的相应坐标上，得到肿瘤新的治疗坐标，以肿瘤新的治疗坐标对肿瘤重新定位。这样能得到更加精确的定位。

本发明的技术效果是：构建一种无创肿瘤定位系统及定位方法，在三维放疗技术的基础上引进了时间的概念，充分考虑了解剖组织在治疗过程中的运动和分次治疗间的位移误差，如呼吸蠕动运动、日常摆位误差、靶区收缩等引起放疗剂量分布的变化和对治疗计划的影响等方面的情况，在患者治疗前、治疗中利用各种先进的影像设备对肿瘤及正常器官进行实时的监控，并能根据器官位置的变化调整治疗条件使照射野紧随靶区，使之能做到真正意义上的精确治疗。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种无创肿瘤定位系统，其特征在于，包括用于定位患者肿瘤的定位标记点、根据患者的CT图像重建生成DDR图像的图像重建单元、拍摄患者肿瘤区域DR图像的拍摄单元、对DR图像和DDR图像进行匹配计算的匹配单元、获取定位参数的获取单元、对肿瘤重新定位的定位单元，所述定位标记点设置在患者体表，所述拍摄单元分别从不同角度拍摄患者肿瘤区域至少两张DR图像，所述图像重建单元重建的DDR图像含有所述定位标记点的记号，所述匹配单元根据至少两张DR图像将定位标记点的坐标转换为治疗坐标，然后将该治疗坐标与所述对应角度的DDR图像定位标记点的坐标进行匹配计算，所述获取单元根据匹配计算的结果及所述治疗计划确定的肿瘤坐标获取定位参数，所述定位单元根据所述获取单元获取的定位参数对肿瘤重新定位。

2.根据权利要求1所述的无创肿瘤定位系统，其特征在于，所述定位标记点为多个，所述多个定位标记点分别固定在患者身上的不同位置，在所述拍摄单元拍摄的多张DR图像上所述定位标记点互不重合。

3.根据权利要求2所述的无创肿瘤定位系统，其特征在于，所述匹配单元将多个定位标记点分别与所述DDR图像对应的定位标记点的匹配计算结果进行平均，取其均值作为最终匹配计算结果。

4.根据权利要求1所述的无创肿瘤定位系统，其特征在于，还包括固定所述定位标记点的基座，所述基座固定在所述患者身上。

5.根据权利要求4所述的无创肿瘤定位系统，其特征在于，所述基座包括牙托，所述牙托与患者牙齿咬合。

6.根据权利要求1所述的无创肿瘤定位系统，其特征在于，所述图像重建单元以所述CT图像的中心点作为DRR图像的中心进行DDR图像重建。

7.一种无创肿瘤定位方法，其特征在于，所述肿瘤定位系统包括用于定位患者肿瘤的定位标记点，所述肿瘤定位方法包括如下步骤：

设置定位标记点：将定位标记点固定设置在患者体表；

重建DDR图像：根据拍摄含有定位标记点的CT图像重建生成DDR图像；

拍摄DR图像：分别从不同角度拍摄患者肿瘤区域至少两张DR图像；

匹配计算：根据至少两张DR图像定位标记点的坐标转换为治疗坐标，然后将该治疗坐标与所述对应角度的DDR图像定位标记点的坐标进行匹配计算得到匹配计算结果；

获取定位参数：根据匹配计算结果及所述治疗计划确定的肿瘤坐标获取定位参数；

定位：根据所述定位参数对肿瘤重新定位。

8.根据权利要求7所述无创肿瘤定位方法，其特征在于，在设置定位标记点步骤中，所述定位标记点为多个，所述多个定位标记点分别固定在患者身上的不同位置，在所述拍摄单元拍摄的多张DR图像上所述定位标记点互不重合。

9.根据权利要求8所述无创肿瘤定位方法，其特征在于，在匹配计算步骤中，将多个定位标记点分别与所述DDR图像对应的定位标记点的匹配计算结果进行平均，取其均值作为最终匹配计算结果。

10.根据权利要求7所述无创肿瘤定位方法，其特征在于，在重建DDR图像步骤中，以所述CT图像的中心点作为DRR图像的中心进行DDR图像重建。

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