用于校準(zhǔn)成像系統(tǒng)的幻影器和相關(guān)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)成像，并且特別地涉及校準(zhǔn)可與放射治療系統(tǒng)集成的成像系統(tǒng)的 幻影器（phantom)和相關(guān)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在放射治療領(lǐng)域中的最新進(jìn)展已經(jīng)專注于將成像系統(tǒng)與治療系統(tǒng)集成。目標(biāo)是提 供在患者的解剖特征（例如，腫瘤）的位置上的實(shí)時(shí)反饋，從而能夠更準(zhǔn)確地控制治療放射 (radiation)光束以目苗準(zhǔn)該特征。
[0003] 提出的一種方法是在單個(gè)設(shè)備內(nèi)將基于直線加速器的治療系統(tǒng)與磁共振成像 (MRI)系統(tǒng)相結(jié)合，已知為MRI-Linac。在本申請(qǐng)人的多個(gè)較早的申請(qǐng)中描述這種設(shè)備，包 括美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?2/704, 944 (公開號(hào)2011/0201918)和PCT公開號(hào)2011/127947。在這 些較早申請(qǐng)的每一個(gè)中描述的系統(tǒng)中，MRI系統(tǒng)的磁性線圈分裂開，留出間隙，通過(guò)該間隙 治療放射光束能夠被傳遞到患者。以這種方式，患者能夠被成像并且基本同時(shí)地被治療同 時(shí)躺在相同位置。
[0004] 如果MRI系統(tǒng)要將可靠的信息提供到治療系統(tǒng)，準(zhǔn)確地校準(zhǔn)兩個(gè)系統(tǒng)是非常重要 的；即，MRI系統(tǒng)的坐標(biāo)系必須對(duì)準(zhǔn)（register)到處理光束的坐標(biāo)系，因此在MRI系統(tǒng)中的 測(cè)量能夠轉(zhuǎn)化為治療系統(tǒng)中的指令。
[0005] 幻影器是已知的裝置，其被掃描或成像以估計(jì)并協(xié)調(diào)各種醫(yī)學(xué)成像裝置的性能。 Rhode 等人的論文（"Registration and Tracking to Integrate X-Ray and MR Images in an XMR Facility"，IEEE Transactions on Medical Imaging，第 22 卷，第 1369-1378 頁(yè)）描述了對(duì)準(zhǔn)X射線和MR圖像的方法，其中，在被轉(zhuǎn)化為距離并且通過(guò)MRI系統(tǒng)成像之 前，幻影器首先在X射線系統(tǒng)中成像。測(cè)量在兩個(gè)系統(tǒng)之間的距離以使兩個(gè)坐標(biāo)系能夠被 對(duì)準(zhǔn)。當(dāng)在X射線系統(tǒng)中時(shí)，球軸承（ball bearing)在幻影器內(nèi)被用作標(biāo)記物（marker); 當(dāng)在MRI系統(tǒng)中時(shí)，球軸承被MR成像標(biāo)記物替代以避免由于與強(qiáng)烈磁場(chǎng)的交互而引起的問(wèn) 題。
[0006] 這個(gè)系統(tǒng)具有若干缺點(diǎn)。如果兩個(gè)標(biāo)記物不精確地共同定位在幻影器內(nèi)，則球軸 承與MR成像標(biāo)記物的替換引入潛在的誤差源。此外，在兩個(gè)裝置之間的幻影器的轉(zhuǎn)化引起 另一誤差源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了用于醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)的校準(zhǔn)的幻影器，其包括：具有 第一外部形狀的第一部件，第一外部形狀的一部分限定至少一個(gè)袋狀部的一部分；以及耦 接至第一部件并且具有第二外部形狀的第二部件，第二外部形狀的一部分限定至少一個(gè)袋 狀部的另一部分。第一部件和第二部件的至少一個(gè)包括儲(chǔ)液器，該儲(chǔ)液器具有其至少一部 分定位至少一個(gè)袋狀部的中心的形狀。
【附圖說(shuō)明】
[0008] 現(xiàn)在將通過(guò)舉例的方式進(jìn)行對(duì)以下附圖的參考，以更好地理解本發(fā)明并且更清晰 地示出本發(fā)明可以如何付諸實(shí)施，其中：
[0009] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的幻影器；
[0010] 圖2更詳細(xì)地示出了圖1中示出的幻影器的截面圖；
[0011] 圖3是示出幻影器如何成像的示意性圖；
[0012] 圖4示出了組合的MRI放射治療系統(tǒng)；以及
[0013] 圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的幻影器10。如以下將說(shuō)明的，幻影器10適合 用于使用不同成像模式的各種醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)。
[0015] 為了理解標(biāo)記物如何工作，有益的是首先考慮在醫(yī)學(xué)成像中可采用的不同成像機(jī) 制。
[0016] 磁共振（MR)成像通過(guò)將成像目標(biāo)（object)放置在高強(qiáng)度磁場(chǎng)中來(lái)操作。當(dāng)前， 場(chǎng)強(qiáng)密度通常從系統(tǒng)到系統(tǒng)在〇. 2和3T之間變化。在該強(qiáng)磁場(chǎng)中，在目標(biāo)中的氫質(zhì)子的磁 矩（magnetic moment)與磁場(chǎng)對(duì)齊。通過(guò)將具有共振頻率的電磁信號(hào)施加到目標(biāo)，可翻轉(zhuǎn) 那些質(zhì)子的旋轉(zhuǎn)。當(dāng)切斷電磁信號(hào)時(shí)，質(zhì)子翻轉(zhuǎn)回并且發(fā)射能夠在接收器線圈中接收的電 磁信號(hào)。采用梯度磁以空間地改變磁場(chǎng)，從而產(chǎn)生僅來(lái)自在目標(biāo)內(nèi)的特定位置的可檢測(cè)的 信號(hào)和/或使共振頻率在不同位置不同以實(shí)現(xiàn)接收電磁信號(hào)的空間編碼。在不同材料的氫 質(zhì)子以不同的松馳率（relaxation rate)返回至其平衡狀態(tài)，并且這也可用于在材料之間 區(qū)分并且構(gòu)造圖像。
[0017] 以這種方式，具有高氫質(zhì)子密度的材料，即具有大量的可自由翻轉(zhuǎn)它們的磁矩的 氫質(zhì)子的材料，在MR圖像中是清晰并且強(qiáng)烈可見的。
[0018] 另一種成像模式采用諸如X射線的放射。利用準(zhǔn)直的X射線光束瞄準(zhǔn)待成像的目 標(biāo)；通常光束是錐形的，但是可采用其他形狀。位于主體的相對(duì)側(cè)的檢測(cè)器檢測(cè)在其穿過(guò)目 標(biāo)之后的放射。某些放射已經(jīng)被目標(biāo)吸收，因此通過(guò)檢測(cè)器收集的數(shù)據(jù)以投影圖像的形式 提供關(guān)于目標(biāo)位置的信息?？山M合多個(gè)投影圖像，以使用計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT)技術(shù)再構(gòu)造 目標(biāo)的立體圖像（volume image)。
[0019] 雖然增加不是線性的，但是隨著目標(biāo)材料密度的增加目標(biāo)吸收給定能量的X射線 的可能性增加。諸如鉛或鎢的高密度材料非常容易地吸收X射線，這導(dǎo)致它們被用于準(zhǔn)直 器、放射屏蔽等。低密度目標(biāo)在放射類圖像中可能不是可見的。吸收的可能性還取決于放射 的能量，具有不同的交互機(jī)制來(lái)支配不同的能量。例如，在較低能量X射線（即keV范圍） 的情況下，除了材料密度的影響之外，由于光電效應(yīng)X射線吸收可以是十分敏感的材料。不 同的材料不同地吸收keV X射線（例如，如在KeV射線的骨頭的清晰成像中所見的）。然 而，在較高的能量級(jí)別（即MeV范圍），相對(duì)吸收主要取決于目標(biāo)中的材料的相對(duì)材料密度。 因此，在MeV能量級(jí)別，通過(guò)對(duì)具有不同材料密度的材料進(jìn)行成像能夠獲得高對(duì)比度圖像。 材料密度的差異越大，圖像中的對(duì)比度越大。
[0020] 在采用這些和其他技術(shù)的成像系統(tǒng)中可采用根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的幻影器10。
[0021] 幻影器10包括兩個(gè)部件12、14。在所示的實(shí)施方式中，這兩個(gè)部件包括類似的特 征并且具有互補(bǔ)的形狀。
[0022] 第一部件12包括直立的、基本上平坦的支撐件12a，具有從支撐件12a的底座延 伸的凸緣13以允許第一部件12在使用期間保持直立。多個(gè)細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件在遠(yuǎn)離支撐件12a的 平面的方向上延伸。在所示的實(shí)施方式中，細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件包括相對(duì)長(zhǎng)的構(gòu)件16a和相對(duì)短的構(gòu) 件16b，并且這些被布置成環(huán)。相對(duì)長(zhǎng)的構(gòu)件16a與相對(duì)短的構(gòu)件16b圍繞環(huán)沿圓周方向 交替。在所示的實(shí)施方式中，每個(gè)細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件（即長(zhǎng)的16a和短的16b兩者）朝向離支撐件 12a最遠(yuǎn)的端逐漸變細(xì)（taper)。
[0023] 第二部件14類似地包括直立的、基本上平坦的支撐件14a，具有從底座延伸的凸 緣15以允許第二部件14在使用期間保持直立。多個(gè)細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件在遠(yuǎn)離支撐件14a的平面的 方向上延伸，并且在所示的實(shí)施方式中，細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件再次包括相對(duì)長(zhǎng)的構(gòu)件18a和相對(duì)短的 構(gòu)件18b。細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件18a、18b布置成環(huán)。相對(duì)長(zhǎng)的構(gòu)件18a與相對(duì)短的構(gòu)件18b圍繞環(huán)沿 圓周方向交替。在所示的實(shí)施方式中，每個(gè)細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件（即長(zhǎng)的18a和短的18b兩者）朝向 離支撐件14a最遠(yuǎn)的端逐漸變細(xì)。
[0024] 第一和第二部件12、14耦接在一起，從而第一構(gòu)件12的相對(duì)長(zhǎng)的構(gòu)件16a和第二 部件14的相對(duì)短的構(gòu)件18b嚙合，同時(shí)第一部件12的相對(duì)短的構(gòu)件16b和第二部件14的 相對(duì)長(zhǎng)的構(gòu)件18a嚙合。這樣，在兩個(gè)部件12、14之間嚙合的點(diǎn)形成兩個(gè)環(huán)：在支撐件12a 附近由在第一部件12的相對(duì)長(zhǎng)的構(gòu)件16a和第二部件14的相對(duì)短的構(gòu)件18b之間的嚙合 點(diǎn)形成的一個(gè)環(huán)；以及在支撐件14a附近由在第一部件12的相對(duì)短的構(gòu)件16b和第二部件 14的相對(duì)長(zhǎng)的構(gòu)件18a之間的嚙合點(diǎn)形成的第二個(gè)環(huán)。
[0025] 鑒于以下描述，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見的是，在不偏離本發(fā)明的范圍的前 提下，可為細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件選擇替代性尺寸，只要一個(gè)部件的每個(gè)細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件與另一個(gè)部件的對(duì)應(yīng) 構(gòu)件相嚙合。例如，部件的構(gòu)件元件可全部具有相同的長(zhǎng)度，從而創(chuàng)建嚙合點(diǎn)的單個(gè)環(huán)?？?替換地，細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件均可具有不同的長(zhǎng)度，從而創(chuàng)建不同的圖案；例如，嚙合點(diǎn)可遵