CN101238351B - 用于图像-引导放射外科学的成像几何关系 - Google Patents

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Abstract

一种用于在放射治疗系统中的多个位置采用可变成像几何关系对患者进行立体成像的系统和方法，所述系统和方法用于在多个治疗角度范围内启动放射治疗的传递而不阻碍成像系统或放射治疗。

Description

用于图像-引导放射外科学的成像几何关系
技术领域
本发明一般涉及图像-引导放射治疗系统，特别涉及用于引导放射治疗的成像系统的几何关系。
背景技术
放射外科学和放射疗法是使用外部放射波束通过将指定放射(如X-射线或伽马射线)剂量传递到病理组织同时最小化对周围组织和重要组织结构(如脊骨腱)的放射暴露来对病理组织进行处理(如癌症、损伤、动脉畸形、神经错乱等)的放射治疗系统。放射外科学和放射疗法两者都被设计成使病理组织结构坏死同时不伤害健康组织和重要结构。放射疗法以一次治疗和多次治疗(如30天到50天的治疗)的低放射剂量为特征。放射外科学以在一次或最多几次治疗中的相对高放射剂量为特征。在放射疗法和放射外科学两者中，放射剂量从多个角度被传递到病理组织处。由于每一放射波束的角度都是不同的，每一波束交叉贯穿由病理组织占用的目标区域，但在其去向或来自目标区域的路径中通过健康组织的不同区域。因此，在目标区域中累积的放射剂量很高，并且到达健康组织和重要结构的平均剂量很低。
在用于诊断和治疗计划的预治疗成像期间(如使用CT扫描或其他3-D成像形式，例如MRI或PET)以及在后续的放射治疗期间，基于构架的放射疗法和放射外科学治疗系统使用硬性植入的立体构架来使患者固定不动。这些系统只限于颅骨内的治疗，因为硬性构架必须被附在与目标区域有固定的空间关系的骨骼结构上，并且头骨和脑是仅有的满足这一标准的组织部件。
在一种类型的基于构架的放射外科系统中，分布式放射源(如钴60伽马射线源)被用于产生通过在波束形成装配中的孔的同步放射波束的近似半球分布。放射波束的轴成一定角度以在单一的点(治疗标准中心)处交叉，并且所述波束共同形成高密度放射的近似球状轨迹。分布式放射源需要巨大的防护罩，并因此设备是巨大的和固定的。由此，系统只限于单一治疗标准中心。
在另一类型的基于构架的放射疗法系统中，该类型放射疗法系统公知为调强适形放射治疗(IMRT)，放射治疗源是设置在支架结构的x-射线波束设备(如线性加速器)，该支架结构在旋转的固定平面上围绕患者旋转。IMRT涉及当放射波束围绕患者移动时，使用多叶片瞄准仪(来阻挡部分波束)或补偿组块(来削弱部分波束)来塑造放射波束的穿过部件强度的能力。每一波束的轴在旋转中心(治疗标准中心)交叉以将剂量分布传递到目标区域。由于支架旋转的中心不移动，这一类型的系统也只限于单一治疗中心。
图像-引导放射疗法和放射外科系统(合称为图像-引导放射治疗(IGRT)系统)通过跟踪在预治疗成像阶段和治疗移交阶段(治疗中阶段)之间的患者位置的改变而消除了对于植入构架固定的需要。这一校正伴随着在治疗移交阶段期间获取实时立体X-射线图像并将它们记录为参考图像，公知为从预治疗CAT扫描实施的数字重构放射照片(DRR)。DRR是通过结合来自CAT扫描部分的数据而产生的并且通过接近实时成像系统的几何关系的部分来估计二维(2-D)投影的综合X-射线。
基于支架的IGRT系统将成像x-射线源和探测器添加到位于LINAC的旋转平面(从LINAC偏移，如以90度)并且与LINAC一起旋转的治疗系统。成像x-射线波束通过与治疗波束相同的标准中心，因此所述成像标准中心与治疗标准中心一致，并且两个标准中心在空间固定。
图1说明了图像-引导、基于机器人技术的放射治疗系统100的配置，例如由加利福尼亚的Accuray公司制造的(射波刀)放射外科手术系统(Radiosurgery system)。在这一系统中，治疗x-射线波束的轨迹独立于成像x-波束的位置。在图1中，放射治疗源是设置在机器人臂102的端部的直线加速器(LINAC)101，所述机器人臂102具有多个(如5个或更多个)自由度，以便放置LINAC 101以在患者周围的操作体的许多平面的许多角度传递的波束来照射病理组织(目标区域或体)。治疗可以引入具有单一标准中心、多个标准中心或具有非标准中心途径(即波束仅需要与病理目标体交叉且不必汇聚在目标内部的单一的点或标准中心)的波束路径。
在图1中，成像系统包括X-射线源103A和103B以及X-射线探测器(成像器)104A和104B。典型地，两个x-射线源103A和103B设置在操作间的天花板上的固定位置，并且被校准到从两个不同的角度位置(如分开90度)来发射成像x-射线波束以在机械标准中心105交叉(其中患者将在治疗期间被放置在治疗床106上)并且在通过患者后照射各自探测器104A和104B的成像表面(如无形态的硅探测器)。图2说明了放射治疗系统100的几何关系。典型地，x-射线探测器104A和104B以相互90度的关系被设置在操作间的地板109上，并且垂直于它们各自的成像x-射线波束的轴107A和107B。这一正交立体成像几何关系可具有很大的精确度，并且可将配准误差减少到低于毫米级。然而，当在可能具有不多于9或10英尺高的天花板的典型的操作间中进行安装时，则具有一些与所述成像几何关系相关的内在限制。
如图2所示，LINAC 101是高度机动的和相对紧凑的，但仍然需要患者108和操作间的天花板100之间存在最小间隔，以便从患者上方施以治疗。由于LINAC可能阻挡成像x-射线波束中的一个，或由于x-射线探测器中的一个可能阻挡放射治疗波束，则也有LINAC不能够占用的特定区域。更进一步地，由于患者必须至少被放置在距离天花板某一最小距离来实现上述通路，则在患者下方可能没有足够的空间来从下方施以治疗，即使从患者下方施以的治疗将更加有益(例如当患者脸朝上躺时，治疗背部区域)。因此，成像系统的成像中心的位置需要被选为在治疗通路和成像通路之间的折衷。
附图说明
本发明以实例进行举例说明而并非加以限制，附图包括：
图1说明了传统的图像-引导放射治疗系统；
图2说明了传统的成像-引导放射治疗系统的几何关系；
图3A说明了在成像几何关系的一种实施方式中的成像系统；
图3B说明了图3A的实施方式的一种应用；
图3C说明了图3A的实施方式的另一种应用；
图4A和图4B说明了在成像几何关系的第二种实施方式中的成像系统；
图5说明了在成像几何关系的第三种实施方式中的成像系统；
图6说明了在成像几何关系的第四种实施方式中的成像系统；
图7说明了在成像几何关系的第五种实施方式中的成像系统；
图8A说明了在成像几何的第六种实施方式中的成像系统；
图8B和8C说明了结合图8A的实施方式的治疗传递系统；
图9A和9B说明了在成像几何关系的第七种实施方式中的成像系统；
图10是说明在成像几何关系的一种实施方式中的方法的流程图；
图11说明了一个可以实施成像几何关系的实施方式的系统。
图12是说明在成像几何关系的一种实施方式中的方法的流程图。
具体实施方式
描述了一种在放射治疗系统中用于成像几何关系的设备和方法。在以下描述中，出于解释的目的，多个特定细节例如特定组件、设备、方法等被提出以提供对本发明的全面理解。然而，对于本领域技术人员来说，显而易见的是，不需要某些所述特定细节即可实施本发明。在其他情况下，为了避免不必要的遮蔽本发明的实施方式，不对公知的材料或方法进行详细描述。这里使用的术语“耦合”可以表示直接的耦合或者通过一个或多个插接组件或系统间接耦合。这里使用的术语“X-射线图像”可以表示可视的X-射线图像(如在视频屏幕上显示的)或X-射线图像的数字化标识(如对应于X-射线探测器的像素输出的文件)。这里使用的术语“治疗中图像”或“实时图像”涉及在放射外科或放射治疗过程的治疗传递阶段期间在任意点及时捕获的图像，可以包括在放射源或者开启或者关闭时的时间。这里使用的术语IGR涉及图像-引导放射治疗、图像-引导放射外科，或两者都涉及。
图3A说明了在与诸如由加利福尼亚的Accuray公司制造的
Figure DEST_PATH_G200680028676501D00031
放射外科手术系统的基于机器人技术的IGRT系统相关的成像几何关系的一种实施方式中的成像系统300。成像系统300包括用以生成第一x-射线波束302A和第二x-射线波束302B的第一对x-射线源301A和301B，其中第一x-射线波束的轴303A和第二x-射线波束的轴303B定义了第一成像平面。成像系统300也可包括用以生成第三x-射线波束302C和第四x-射线波束302D的第二对x-射线源301C和301D，其中第三x-射线波束的轴303C和第四x-射线波束的轴303D定义了第二成像平面。第一x-射线波束302A和第二x-射线波束302B可以被以第一角度β1交叉放置于第一成像中心304。第三x-射线波束302C和第四x-射线波束302D可以被以第二角度β2交叉放置于第二成像中心305。成像系统300还可包括在第一成像平面中的用以探测第一x-射线波束302A和第二x-射线波束302B的第一对x-射线探测器306A和306B，以及包括在第二成像平面中的用以探测第三x-射线波束302C和第四x-射线波束302D的第二对x-射线探测器306C和306D。
因此，如图3A所示，成像系统300的成像几何关系可提供位于不同立面的两个成像中心304和305。X-射线源301A和301B可位于成像中心之上，并且x-射线源301C和301D可位于成像中心之下。角度β1和β2可以被选择(例如，通过改变在x-射线源之间的间隔和/或x-射线探测器之间的间隔)来确定一个成像中心相对于另一成像中心的位置，以及成像中心相对于x-射线源和x-射线探测器的位置。特别地，角度β1和β2可以被选择为相等的角度(如90度)以使得x-射线波束302A和x-射线波束302B的交叉与x-射线波束302C和302D的交叉对称。
两个成像中心、例如成像中心304和305可以建立多个参考治疗构架并从患者上方和从患者下方启动图像-引导放射治疗。例如，如图3B所示，x-射线源301A和301B，以及x-射线探测器306C和306D可以被设置在操作间的天花板307上。X-射线源301C和301D，以及x-射线探测器306A和306B可以被设置在操作间的地板308上。如果患者309被放置(例如，通过在机器人床、例如治疗床310上移动患者)在第一机械中心304附近，当由机器人技术来控制的LINAC 311从患者上方的区域312执行放射治疗时，患者被成像。区域312可以包括预定治疗节点组或位置，其中LINAC 311被放置以从一个或多个角度实施放射治疗。例如，区域312可以包括100个节点，并且LINAC 311可以被放置在每一个节点的12个不同的角度以传递总共1200个单独的治疗波束。在一种实施方式中，在颅骨放射治疗的情况下，例如，区域312可以是中心在患者309头部的近似半球的区域，其半径从近似650毫米到近似800毫米。在替换实施方式中，在对患者309的身体施以放射治疗的情况下，区域312可以是近似圆柱，其半径从近似900mm到1000mm。相反地，如图3C所示，如果患者309被放置在第二机械中心305附近，当由机器人技术控制的LINAC 311从患者下方的区域313执行治疗时，患者可以被成像，其中区域313可以映射与区域312相同的通用维度。
图3A说明了成像系统300，其中第一成像平面和第二成像平面为共面平面。第一成像平面和第二成像平面的其他配置可以是有利的(例如，用于最好地利用操作间中有限的地板空间或减少被阻挡的治疗节点的数目)。图4A说明了系统400的替换实施方式，其中第一成像平面314相对于第二成像平面315被以角度γ旋转。在一种实施方式中，如图4B所示的作为系统400的自上而下的概观，γ可以为90度。图4B说明了治疗床310如何相对于机器人臂318上的LINAC 311，相对于成像平面314和315，并且相对于机械中心304和305而被以多角度放置。可以理解的是，由系统400配置所提供的位置的灵活性能消除上述的被阻挡的治疗节点的问题。
返回图3A，可注意到x-射线探测器306A可相对于x-射线波束302A的轴303A以成像角度θ1放置。相似地，x-射线探测器306B、306C和306D相对于x-射线波束302B、302C和302D的轴303B、303C和303D以成像角度θ2、θ3和θ4放置。在一种实施方式中，成像角度θ1到θ4可以为90度，从而x-射线探测器306A到306D的成像表面都垂直于它们各自的x-射线波束的轴。在另一种实施方式中，成像角度θ1到θ4可以为锐角，该锐角被选择以沿着在第一成像平面314的基线316放置x-射线探测器306A和306B，并且沿着第二成像平面315的背线317放置x-射线探测器306C和306D。在一种实施方式中，基线316和背线317对应于图3B和3C的天花板307和地板308。
在成像几何关系的一种实施方式中，如图5所示，成像系统500可包括三个x-射线源和三个x-射线探测器。在图5中，第一x-射线源501A可将具有轴503A的x-射线波束502A发射到第一x-射线探测器506A的成像表面508A上。第二x-射线源501B可将具有轴503B的x-射线波束502B发射到第二x-射线探测器506B的成像表面508B上。X-射线波束502B被与x-射线波束502A交叉放置，从而轴503B在第一成像中心504以角度α1与轴503A交叉。第三x-射线源501C可将具有轴503C的第三x-射线波束发射到第三x-射线探测器506C的成像表面508C上。X-射线波束502C可以与x-射线波束502A交叉放置，从而轴503C在第二成像中心505以第二角度α2与轴503A交叉。X-射线波束502C也可被与x-射线波束交叉放置，从而轴503C在第三成像中心507以角度α3与轴503B交叉。
在一种实施方式中，成像表面508A被相于轴503A以成像角度
Figure 2006800286765_0
1放置，成像表面508B被相对于轴503B以成像角度
Figure 2006800286765_1
2放置，并且成像表面508C被相对于轴503C以成像角度 3放置。在一种实施方式中，角度
Figure 2006800286765_3
1、
Figure 2006800286765_4
2和
Figure 2006800286765_5
3可以为直角。在其他实施方式中，角度
Figure 2006800286765_6
1、
Figure 2006800286765_7
2和
Figure 2006800286765_8
3可以被选择，从而成像表面508A、508B和508C平行于基线509。
在一种实施方式中，x-射线源501A和x-射线探测器506A均可被配置为一起或单独地水平移动，以调整第一x-射线波束502A与第二x-射线波束502B和第三x-射线波束502C的交叉点，从而调整第一成像中心504和第二成像中心505的位置，和/或在第一成像中心504和第二成像中心505之间的间隔Δ。
图6说明了在成像几何关系的另一种实施方式中的成像系统600。成像系统600包括具有间隔δ1的第一对x-射线源601A和601B，第一对x-射线源601A和601B用以发射第一x-射线波束602A和第二x-射线波束602B以在第一成像中心604以角度ρ1交叉，该第一成像中心604以高度h1位于x-射线源之上。成像系统600还包括具有第二间隔δ2的第二对x-射线源601C和601D，第二对x-射线源601C和601D用以发射第三x-射线波束602C和第四x-射线波束602D以在第二成像中心605以角度ρ2交叉，该第二成像中心605以高度h2位于x-射线源之上。间隔δ1、δ2和δ3可以被选择以调整角度ρ1和ρ2，以及调整成像中心604和605的位置。如图6所示，成像中心604包括在成像体(imaging volume)V1之中，成像体V1由x-射线波束602A和602B对向形成(subtended)。成像中心605包括在成像体V2之中，成像体V2由x-射线波束602C和602D对向形成。成像体V1和V2也可以通过选择间隔δ1、δ2和δ3来进行调整。可以理解的是，尽管没有说明，图6的几何关系可以被翻转。也就是说，x-射线源和x-射线探测器的位置可以被颠倒。
图7说明了在成像几何关系的另一种实施方式中的系统700。系统700包括单对可移动x-射线源，该可移动x-射线源可以被配置为当x-射线源701A和701B具有间隔δ1或δ2时，采用x-射线探测器606A和606B来维持校准。通过线性置换来维持有角度的校准的方法为本领域技术人员所公知，这里不再描述。因此，可以理解的是，由于成像系统600仅具有两个x-射线源，成像系统700可以提供相同的功能。
图8A说明了在成像几何关系的另一种实施方式中的成像系统800。成像系统800包括设置在地板线808之下并且由x-射线透明材料809覆盖的两对x-射线源801A和801B，以及801C和801D。可以理解的是，将x-射线源设置在地板线之下可以最大化在操作手术室内放置LINAC、如用于治疗的LINAC 311的可用空间。X-射线源801A和801B可以发射在成像中心804交叉的x-射线波束802A和802B，并分别照射(illuminate)x-射线探测器806A和806B。X-射线源801C和801D可发射在成像中心805交叉的x-射线波束802C和802D，并分别照射x-射线探测器806A和806B。
图8B和8C说明了结合图8A的成像系统的放射治疗传递系统825的实例。放射治疗传递系统825包括设置在机器人臂810上的LINAC 311。该系统还包括机器人臂组合装置811，该组合装置811具有多个自由活动角度(如五个或更多个)以将治疗床310放置在多个与成像中心804和805相关的位置。图8B说明了被放置在接近于成像中心804的位置的治疗床310，并且图8C说明了被放置在接近于成像中心805的位置的治疗床310。
图9A和9B说明了在成像几何关系的进一步的实施方式中的成像系统900。成像系统900包括可以被直线平移以将x-射线源之间的间隔从σ1变为σ1′的一对可移动x-射线源901A和901B。成像系统900还包括可以被直线平移以将x-射线探测器之间的间隔从σ2变为σ2′的一对可移动x-射线探测器906A和906B。在图9A中，x-射线波束902A和902B在成像中心904交叉。如图9A所示，在x-射线源和x-射线探测器的位置，可以看出治疗不可以由LINAC 911(以点线表示)提供，这是因为如所示对LINAC的放置将阻挡x-射线波束902B并阻止成像系统900获取立体图像。图9B说明了具有x-射线源901A和901B以及x-射线探测器906A和906B的成像系统900，所述探x-射线探测器906A和906B被重新放置以生成在成像中心904交叉而不被LINAC 911阻挡的x-射线波束。
图10是说明成像几何关系的一种实施方式的方法925的流程图。参照图3A-3C和图4A，所述方法包括在第一位置h1建立第一成像中心304以从参考治疗构架中的第一区域312启动对目标组织309的放射治疗(步骤1001)。所述方法还包括在第二位置h2建立第二成像中心305以从参考治疗构架的第二区域313启动对目标组织309的放射治疗(步骤1002)。
在一种实施方式中，建立第一成像中心(步骤1001)可以包括生成具有第一轴303A的第一成像波束302A，以及具有第二轴303B的第二成像波束302B，所述第一轴和所述第二轴定义了第一成像平面314，所述第二成像波束被相对于第一成像波束以第一角度β1放置，以在第一位置与第一成像波束交叉。在一种实施方式中，建立第二成像中心(步骤1002)可以包括生成具有第三轴303C的第三成像波束302C，以及具有第四轴303的第四成像波束302D，所述第三轴和所述第四轴定义了第二成像平面315，所述第四成像波束被相对于第三成像波束以第二角度β2放置，以在第一位置与第三成像波束交叉。
图11说明了可以在放射治疗的执行中使用的系统的一种实施方式，在该放射治疗中本发明的特征可以被实施。如下述和在图10中所说明的，系统4000包括诊断成像系统1000、治疗计划系统2000和治疗传递系统3000。
诊断成像系统1000可以是任何能够在患者上产生感兴趣的体(VOI)(volume ofinterest)的医疗诊断图像的系统，所述医疗诊断图像可以被用于接下来的医疗诊断、治疗计划和/或治疗传递。例如，诊断成像系统1000可以是电子计算机X射线断层扫描(CT)系统、核磁共振成像(MRI)系统、正电子发射型计算机断层显像(PET)系统、单光子发射CT(SPECT)、超声波系统或类似的。为方便讨论，所述诊断成像系统1000可以在下面关于CT x-射线成像形式时被讨论。然而，如上面所述的其他的成像系统也可以被使用。
诊断成像系统1000包括用以生成成像波束(如x-射线、超声波、射频波等)的成像源1010和用以探测和接收由成像源1010生成的波束，或第二波束或由来自成像源的波束所激发的发射(如在MRI中或PET扫描中)的成像探测器1020。在一种实施方式中，诊断成像系统1000可包括两个或更多个诊断x-射线源和两个或更多个对应的成像探测器。例如，两个x-射线源可被置于将被成像的患者周围，相互之间成角度(如90度、45度等)的间隔固定，并且以通过患者到达成像探测器(一个或多个)为目标，所述成像探测器可以与x-射线源直接相对。也可以使用单一大型成像探测器或多个成像探测器以便由每一x-射线成像源来对其进行照射。可替换地，也可以使用其他数量和配置的成像源和成像探测器。
成像源1010和成像探测器1020被耦合到数字处理系统1030以控制成像操作和处理图像数据。诊断成像系统1000包括总线或其他装置1035，所述其他装置1035用于在数字处理系统1030、成像源1010和成像探测器1020之间转移数据和命令。数字处理系统1030可包括一个或多个通用处理器(如微处理器)、诸如数字信号处理器(DSP)之类的专用处理器或诸如控制器或现场可编程门阵列(FPGA)之类的其他类型设备。数字处理系统1030也可包括其他组件(未示出)，例如内存、存储设备、网络自适应器及类似的。数字处理系统1030可以被配置为以标准格式、如DICOM(医用数字成像和通信)格式生成数字诊断图像。在其他实施方式中，数字处理系统1030可以生成其他标准的或非标准的数字图像格式。数字处理系统1030可通过数字链路1500将诊断图像文件(如前面提及的DICOM格式的文件)传输到治疗计划系统2000，该数字链路可以是如直接链路、局域网(LAN)链路或诸如因特网之类的广域网(WAN)链路等。另外，在系统之间传送的信息可以通过连接系统的通信媒介来被拉出或推进，例如在远程诊断或治疗计划配置中。在远程诊断或治疗计划中，用户可以利用本发明的实施方式来诊断或进行治疗计划而不管在系统用户和患者之间的物理间隔的存在。
治疗计划系统2000包括用以接收和处理图像数据的处理设备2010。处理设备2010可代表一个或多个通用处理器(如微处理器)、诸如数字信号处理器(DSP)之类的专用处理器或诸如控制器或现场可编程门阵列(FPGA)之类的其他类型设备。处理设备2010可被配置以执行指令，该指令用于执行此处讨论的治疗计划操作。
治疗计划系统2000也可以包括系统存储器2020，该系统存储器2020可以包括随机存取存储器(RAM)或其他通过总线2055耦合到处理设备2010并用于存储将由处理设备2010执行的信息和指令的动态存储设备。系统存储器2020也可以被用于通过处理设备2010在指令执行期间来存储临时变量或其他中间信息。系统存储器2020也可以包括只读存储器(ROM)和/或其他耦合到总线2055以存储用于处理设备2010的静态信息和指令的静态存储设备。
治疗计划系统2000也可以包括存储设备2030，该存储设备2030代表一个或多个耦合到总线2055以用于存储信息和指令的存储设备(如磁盘驱动器或光盘驱动器)。存储设备2030可以被用于存储指令，所述指令用于执行此处讨论的治疗计划步骤。
处理设备2010也可以被耦合到如电子射线管(CRT)或液晶显示器(LCD)的显示设备2040，以用于向用户显示信息(例如VOI的2D或3D表现)。如键盘的输入设备2050可以被耦合到处理设备2010以用于将信息和/或命令选择传达到处理设备2010。一个或多个其他用户输入设备(如鼠标、轨迹或指针方向键)也可以被用于传达直接信息以选择用于处理设备2010的命令并控制在显示器2040上的指针移动。
可以理解的是，治疗计划系统2000仅代表了治疗计划系统的一个实例，该系统可以具有许多不同的配置和架构，所述配置和架构可以包括比治疗计划系统2000更多的组件或更少的组件，并且可以被应用到本发明。例如，一些系统经常具有多个总线，如外围总线、专用缓冲总线等。治疗计划系统2000可以包括MIRIT(医疗图像查看和输入工具)以支持DICOM输入(因此图像可以被融合，并且可以被在不同的系统上描述并随后被输入到用于计划和剂量计算的治疗计划系统)，扩展图像融合能力以允许用户进行治疗计划并以多个成像形式(如MRI、CT、PET等)中的任一个来查看剂量分配。治疗系统为本领域技术人员所公知。因此，不提供更加详细的讨论。
治疗计划系统2000可以用诸如治疗传递系统3000之类的治疗传递系统来共享其数据库(如存储在存储设备2030中的数据)，从而不必在治疗传递之前从治疗计划系统输出。治疗计划系统2000可以经由数据链路2500链接到治疗传递系统3000，如上面所讨论的数据链路1500一样，该链路可以为直接链路、LAN链路或WAN链路。应当注意的是当数据链路1500和2500作为LAN或WAN连接来实施时，诊断成像系统1000、治疗计划系统2000和/或治疗传递系统3000中的任何一个可以位于分散的位置，从而所述系统相互之间在物理上相距较远。可替换地，诊断成像系统1000、治疗计划系统2000和/或治疗传递系统3000中的任何一个可以在一个或多个系统中相互集成。
治疗传递系统3000包括治疗的和/或外科放射源3010(如LINAC 311)以执行与治疗计划一致的到目标体的指定放射剂量。治疗传递系统3000也可以包括成像系统3020以捕获患者体(包括目标体)的治疗内部图像来与上述的诊断图像进行配准或校正以便相对于放射源来放置患者。成像系统3020可以包括上述的成像系统和成像几何关系(如系统300、400、500、600、700、800和900)中的任一个。治疗传递系统3000也可以包括数字处理系统3030以控制放射源3010、成像系统3020和诸如治疗床3040之类的患者支持设备。数字处理系统3030可以包括一个或多个通用处理器(如微处理器)、诸如数字信号处理器(DSP)之类的专用处理器或诸如控制器或现场可编程门阵列(FPGA)之类的其他类型设备。数字处理系统3030也可以包括其他组件(未示出)，如存储器、存储设备、网络自适应器及类似的等等。数字处理系统3030可以通过总线3045或其他类型的控制和通信接口被耦合到放射源3010、成像系统3020和治疗床3040。
数字处理系统3030可以执行算法以将从成像系统3020获取的图像与预操作治疗计划图像进行配准以便对在治疗传递系统3000之内的治疗床上的患者进行，并相对于目标体来精确地放置放射源。
治疗床3040可以被耦合到具有多个(5个或更多个)自由度的机器人臂(未示出)。床臂可具有五个旋转自由度和一个基本垂直的、线性的自由度。可替换地，床臂可以具有6个旋转自由度和一个基本垂直的、线性的自由度或至少四个旋转自由度。所述床臂可以被垂直于柱子或墙设置，或水平于底座、地板或天花板设置。可替换地，治疗床3040可以为另一机械机制的组件，如由加利福尼亚的Accuray公司开发的Axum
Figure 2006800286765_9
治疗床，或其他类型的本领域普通技术人员公知的常规治疗工作台。
图12是说明成像几何关系的一种实施方式的方法950的流程图。再参照图3B和3C，所述方法通过生成第一成像波束302A而在步骤951开始。在步骤952，第二成像波束302B被生成以在第一成像中心304与第一成像波束交叉。在步骤953，患者309被放置在接近于第一成像中心。在步骤954，第一图像用以第一成像波束的生成并且第二图像以第二成像波束的生成。在步骤955，第一图像和第二图像被与第一组预治疗参考图像进行配准。在步骤956，配准结果被用于放置放射治疗源(如LINAC 311)。在步骤957，放射治疗在第一角度范围312内被传递到患者309的目标组织。在步骤958，第三成像波束303C被生成。在步骤959，第四成像波束302D被生成以在第二成像中心305与第三成像波束交叉。在步骤960，患者309被放置在接近于第二成像中心。在步骤961，第三图像以第三成像波束生成并且第四图像以第四成像波束生成。在步骤962，第三图像和第四图像被与第二组预治疗参考图像进行配准。在步骤963，配准结果被用于放置放射治疗源(如LINAC311)。在步骤964，放射治疗在第二角度范围313内被传递到患者309的目标组织。
应当注意的是此处描述的方法和设备不仅限于用于医疗诊断成像和治疗。在替换实施方式中，这里的方法和设备可以在医疗技术领域之外的应用中使用，如工业成像和材料的非破坏测试(如在自动化工业中的发动机组块、航空工业中的机身、构造工业中的焊接和石油工业中的钻空心)以及地震勘查。在这些应用中，所述“治疗”可以通用地涉及放射波束的应用。
虽然以特定实施方式对本发明进行描述，本发明不限于这些实施方式。可以理解的是，本发明不限于所述特定实施方式，而仅限于所附权利要求。

Claims (35)

1.一种用于在系统中进行立体成像的方法，该方法包括：
通过生成第一对成像波束来在第一位置建立第一成像中心，所述第一位置与在参考治疗构架中的第一区域内的目标组织相关联；以及
通过生成第二对成像波束来在第二位置建立第二成像中心，所述第二位置与在所述参考治疗构架中的第二区域内的目标组织相关联，其中所述第一位置和所述第二位置是不同的位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述建立第一成像中心包括生成具有第一轴的第一成像波束和具有第二轴的第二成像波束，所述第一轴和所述第二轴定义了第一成像平面，所述第二成像波束被设置成相对于所述第一成像波束呈第一角度，以在所述第一位置与所述第一成像波束交叉。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述建立第二成像中心包括在所述第一成像平面上生成具有第三轴的第三成像波束，该第三成像波束被设置成相对于所述第一成像波束呈第二角度，以在所述第二位置与所述第一成像波束交叉。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述第三成像波束被设置成相对于所述第二成像波束呈第三角度，所述方法还包括在第三位置建立第三成像中心，所述第三位置包括所述第二成像波束与所述第三成像波束在所述第一成像平面上所形成的交叉点。
5.根据权利要求2所述的方法，其中所述建立第二成像中心包括生成具有第三轴的第三成像波束和具有第四轴的第四成像波束，所述第三轴和所述第四轴定义了第二成像平面，所述第四成像波束被设置成相对于所述第三成像波束呈第二角度，以在所述第二位置与所述第三成像波束交叉。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述第一成像平面和所述第二成像平面为共面平面。
7.根据权利要求5所述的方法，其中所述第一成像平面和所述第二成像平面为非共面平面。
8.根据权利要求3所述的方法，该方法还包括：
将所述目标组织放置在接近于所述第一成像中心；
以所述第一成像波束生成第一图像并以所述第二成像波束生成第二图像；
将所述第一图像和所述第二图像与第一多个参考图像配准以获得第一配准结果；
利用所述第一配准结果来放置放射源；以及
在第一角度范围内将放射传递至所述目标组织。
9.根据权利要求8所述的方法，该方法还包括：
将所述目标组织放置在接近于所述第二成像中心；
以所述第三成像波束生成第三图像并以所述第一成像波束生成第四图像；
将所述第三图像和所述第四图像与第二多个参考图像配准以获得第二配准结果；
利用所述第二配准结果来放置所述放射源；以及
在第二角度范围内将所述放射传递至所述目标组织。
10.根据权利要求4所述的方法，该方法还包括：
将所述目标组织放置在接近于所述第三成像中心；
以所述第二成像波束生成第一图像并以所述第三成像波束生成第二图像；
将所述第一图像和所述第二图像与多个参考图像配准以获得配准结果；
利用所述配准结果来放置放射源；以及
在第三角度范围内将放射传递至所述目标组织。
11.根据权利要求5所述的方法，该方法还包括：
将所述目标组织放置在接近于所述第一成像中心；
以所述第一成像波束生成第一图像并以所述第二成像波束生成第二图像；
将所述第一图像和所述第二图像与第一多个参考图像配准以获得第一配准结果；
利用所述第一配准结果来放置放射源；以及
在第一角度范围内将放射传递至所述目标组织。
12.根据权利要求11所述的方法，该方法还包括：
将所述目标组织放置在接近于所述第二成像中心；
以所述第三成像波束生成第三图像并以所述第四成像波束生成第四图像；
将所述第三图像和所述第四图像与第二多个参考图像配准以获得第二配准结果；
利用所述第二配准结果来放置所述放射源；以及
在第二角度范围内将所述放射传递至所述目标组织。
13.一种成像系统，该成像系统包括：
第一对x-射线源，用于生成具有第一轴的第一x-射线波束和具有第二轴的第二x-射线波束，所述第一轴和所述第二轴定义了第一成像平面，所述第一x-射线波束与所述第二x-射线波束被设置成在第一成像中心以第一角度交叉；
第二对x-射线源，用于生成具有第三轴的第三x-射线波束和具有第四轴的第四x-射线波束，所述第三轴和所述第四轴定义了第二成像平面，所述第三x-射线波束与所述第四x-射线波束被设置成在第二成像中心以第二角度交叉，其中所述第一成像中心和所述第二成像中心是不同的成像中心；
在所述第一成像平面上的第一对x-射线探测器，用于分别探测所述第一x-射线波束和所述第二x-射线波束；以及
在所述第二成像平面上的第二对x-射线探测器，用于分别探测所述第三x-射线波束和所述第四x-射线波束。
14.根据权利要求13所述的成像系统，其中所述第一对x-射线源位于所述第一成像中心和所述第二成像中心之上，其中所述第二对x-射线源位于所述第一成像中心和所述第二成像中心之下，并且其中所述第二成像中心位于所述第一成像中心之上。
15.根据权利要求14所述的成像系统，其中所述第一角度与所述第二角度相等。
16.根据权利要求15所述的成像系统，其中所述第一角度与所述第二角度为九十度角。
17.根据权利要求14所述的成像系统，其中所述第一成像平面和所述第二成像平面为共面平面。
18.根据权利要求14所述的成像系统，其中所述第一成像平面是被从所述第二成像平面旋转了一个角度的。
19.根据权利要求14所述的成像系统，其中所述第一成像平面和所述第二成像平面为垂直平面。
20.根据权利要求13所述的成像系统，其中
所述第一对x-射线探测器包括具有第一成像表面的第一x-射线探测器和具有第二成像表面的第二x-射线探测器，所述第一成像表面被设置成与所述第一轴呈第一成像角度，所述第二成像表面被设置成与所述第二轴呈第二成像角度；
所述第二对x-射线探测器包括具有第三成像表面的第三x-射线探测器和具有第四成像表面的第四x-射线探测器，所述第三成像表面被设置成与所述第三轴呈第三成像角度，所述第四成像表面被设置成与所述第四轴呈第四成像角度。
21.根据权利要求20所述的成像系统，其中所述第一成像角度、所述第二成像角度、所述第三成像角度以及所述第四成像角度中的每一个都是直角。
22.根据权利要求17所述的成像系统，其中所述第一成像角度、所述第二成像角度、所述第三成像角度以及所述第四成像角度中的每一个都是锐角。
23.一种成像系统，该成像系统包括：
第一x-射线源和第一x-射线探测器，所述第一x-射线源用于生成具有第一轴的第一x-射线波束，所述第一x-射线探测器具有用于探测所述第一x-射线波束的第一成像表面；
第二x-射线源和第二x-射线探测器，所述第二x-射线源用于生成具有第二轴的第二x-射线波束，所述第二x-射线探测器具有用于探测所述第二x-射线波束的第二成像表面，所述第一轴和所述第二轴定义了成像平面，所述第一x-射线波束与所述第二x-射线波束被设置成在所述成像平面上的第一成像中心以第一角度交叉；以及
第三x-射线源和第三x-射线探测器，所述第三x-射线源用于生成具有第三轴的第三x-射线波束，所述第三x-射线探测器具有用于探测所述第三x-射线波束的第三成像表面，所述第三x-射线波束被设置成与所述第一x-射线波束在所述成像平面上的第二成像中心以第二角度交叉，并且所述第三x-射线波束被设置成与所述第二x-射线波束在所述成像平面上的第三成像中心以第三角度交叉，其中所述第一成像中心和所述第二成像中心是不同的成像中心。
24.根据权利要求23所述的成像系统，其中所述第一成像表面被设置成与所述第一轴呈第一成像角度，所述第二成像表面被设置成与所述第二轴呈第二成像角度，并且所述第三成像表面被设置成与所述第三轴呈第三成像角度。
25.根据权利要求24所述的成像系统，其中所述第一成像角度、所述第二成像角度以及所述第三成像角度中的每一个都是直角。
26.根据权利要求24所述的成像系统，其中所述第一成像角度、所述第二成像角度以及所述第三成像角度中的一个或多个被选择以将所述第一成像表面、所述第二成像表面以及所述第三成像表面对准在一个水平平面上。
27.根据权利要求24所述的成像系统，其中所述第一x-射线源是可移动的x-射线源且所述第一x-射线探测器是可移动的x-射线探测器，所述第一x-射线源和所述第一x-射线探测器构成可移动的源-探测器对，所述可移动的源-探测器对用于调整在所述成像平面上的所述第一成像中心和所述第二成像中心的位置。
28.一种成像系统，该成像系统包括：
具有第一间隔的第一对x-射线源，用于在成像平面上生成第一x-射线波束和第二x-射线波束，所述第一x-射线波束和所述第二x-射线波束被设置成在第一成像中心以第一角度交叉；
具有第二间隔的第二对x-射线源，用于在所述成像平面上生成第三x-射线波束和第四x-射线波束，所述第三x-射线波束和所述第四x-射线波束被设置成在第二成像中心以第二角度交叉，其中所述第一成像中心和所述第二成像中心是不同的成像中心；以及
具有第三间隔的一对x-射线探测器，包括第一x-射线探测器和第二x-射线探测器，所述第一x-射线探测器用于探测所述第一x-射线波束和所述第三x-射线波束，所述第二x-射线探测器用于探测所述第二x-射线波束和所述第四x-射线波束。
29.根据权利要求28所述的成像系统，其中所述第一对x-射线源和所述第二对x-射线源位于所述第一成像中心和所述第二成像中心之上，而其中所述一对x-射线探测器位于所述第一成像中心和所述第二成像中心之下。
30.根据权利要求28所述的成像系统，其中所述第一对x-射线源和所述第二对x-射线源位于所述第一成像中心和所述第二成像中心之下，而其中所述一对x-射线探测器位于所述第一成像中心和所述第二成像中心之上。
31.一种成像系统，该成像系统包括：
一对可移动的x-射线源，用于在成像平面上以第一间隔生成第一x-射线波束和第二x-射线波束，所述第一x-射线波束和所述第二x-射线波束被设置成在第一成像中心以第一角度交叉，所述一对可移动的x-射线源用于在所述成像平面上以第二间隔生成第三x-射线波束和第四x-射线波束，所述第三x-射线波束和所述第四x-射线波束被设置成在第二成像中心以第二角度交叉，其中所述第一成像中心和所述第二成像中心是不同的成像中心；以及
在成像平面上的具有第三间隔的一对x-射线探测器，所述一对x-射线探测器包括第一x-射线探测器和第二x-射线探测器，所述第一x-射线探测器用于探测所述第一x-射线波束和所述第三x-射线波束，所述第二x-射线探测器用于探测所述第二x-射线波束和所述第四x-射线波束。
32.根据权利要求31所述的成像系统，其中所述一对可移动的x-射线源位于所述第一成像中心和所述第二成像中心之上，并且其中所述一对x-射线探测器位于所述第一成像中心和所述第二成像中心之下。
33.根据权利要求31所述的成像系统，其中所述一对可移动的x-射线源位于所述第一成像中心和所述第二成像中心之下，并且其中所述一对x-射线探测器位于所述第一成像中心和所述第二成像中心之上。
34.一种成像系统，该成像系统包括：
一对可移动的x-射线源，包括在成像平面上具有第一间隔的用于生成第一x-射线波束的第一x-射线源和用于生成第二x-射线波束的第二x-射线源，所述第一x-射线波束和所述第二x-射线波束被设置成在成像中心以第一角度交叉，所述一对可移动的x-射线源用于在所述成像平面上以第二间隔生成第三x-射线波束和第四x-射线波束，所述第三x-射线波束和所述第四x-射线波束被设置成在所述成像中心以第二角度交叉，其中所述第一x-射线源和所述第二x-射线源在所述第一间隔与所述第二间隔之间直线移动；以及
一对可移动的x-射线探测器，包括第一x-射线探测器和第二x-射线探测器，所述第一x-射线探测器和所述第二x-射线探测器用于在所述成像平面上以第一探测器间隔探测所述第一x-射线波束和所述第二x-射线波束以及用于在所述成像平面上以第二探测器间隔探测所述第三x-射线波束和所述第四x-射线波束，其中所述第一x-射线探测器和所述第二x-射线探测器在所述第一探测器间隔与所述第二探测器间隔之间直线移动。
35.根据权利要求34所述的成像系统，所述第一x-射线源用于跟踪所述第一x-射线探测器从所述一对x-射线探测器的所述第一探测器间隔到所述一对x-射线探测器的所述第二探测器间隔的位置，所述第二x-射线源用于跟踪所述第二x-射线探测器从所述一对x-射线探测器的所述第一探测器间隔到所述一对x-射线探测器的所述第二探测器间隔的位置。
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