一種放射治療設備的成像裝置和方法
【技術領域】
[0001]本發明主要涉及醫療設備領域，尤其涉及一種放射治療設備的成像裝置和方法。
【背景技術】
[0002]圖像引導放射治療(IGRT，Image Guided Rad1therapy)技術將X射線成像與放射治療技術有機結合，大大提高了臨床放射治療過程中擺位的精度，顯著提高了治療效果。
[0003]IGRT裝置在工作時，既可以產生千伏(KV)級的電子束，也可以產生兆伏(MV)級的電子束。其中KV級的電子束打在成像靶上，可以產生用于成像的X射線。MV級的電子束可以用于對患者體內的病灶進行放射治療。其中KV級的電子束和MV級的電子束既可以由具有同一個放射源的IGRT裝置(S卩，同源的IGRT裝置)產生，也可以由具有不同放射源的IGRT裝置產生。電子束經過目標之后被電子射野成像設備(EPID)接收，EPID采集對應的KV級投影圖像和MV級投影圖像，并實時驗證患者擺位和射野位置。
[0004]目前的有三種IGRT技術兼顧成像和放射治療效果。
[0005]第一種方案采用兩套系統，一套KV級X射線系統用于成像，另一套MV級X射線系統用于放射治療。這一方案的缺點在于:1)兩套系統分屬不同坐標系，使得擺位誤差嚴重依賴于設備的校正周期和隨機誤差大小，降低了治療效果；2)成本高:KV級的X射線球管造價不菲，并且屬于易耗品；為了滿足治療中成像的需求，很多設備安裝針對KV級成像優化的平板探測器的同時，還安裝了針對MV級成像的平板探測器，進一步增加了圖像引導放射治療設備的總成本。
[0006]第二種方案采用同源MV設計，一般直接使用MV級X射線，結合針對MV射線優化的平板探測器在線驗證圖像。這一方案的缺點在于，MV級X射線在人體組織中的主要物理過程康普頓散射會降低圖像的對比度，而對組織分辨能力有貢獻的光電效應發生的概率則較小，這將導致治療X射線束的成像效果比KV級X射線圖像差很多，從而影響定位精度，進而降低圖像引導設備的放射治療效果。針對該方案中電子射野成像設備(EPID)圖像對比度差的問題，目前通常是在傳統的MV級EPID系統中，在探測器上方增加一定厚度的金屬板，提高進入探測器的電子數量，同時減少低能散射線，這有利于提高圖像質量。
[0007]第三種方案被業界稱為同源雙束的技術使得成像束與治療束共用一個坐標系統，同源共軸的設計可以提高擺位精度。醫療上往往使用4MV以上的X射線用于病人治療，成像效果較差；人們更傾向于使用能量更低的MV級X射線，甚至KV級X射線用于成像。可以預見，第三種方案克服了前兩種方案固有的缺陷，但該方案中1)若探測器針對成像束優化，而治療束的MV級X射線能量高，軟組織對比度差，其圖像質量反而不如第二種方案；或者2)若探測器針對治療束優化，成像束的圖像質量遠低于第一種方案。
【發明內容】
[0008]本發明提供了一種同時提高治療束和成像束的圖像質量且成本低廉的成像裝置及方法。
[0009]為解決上述技術問題，本發明提供了一種放射治療中的成像方法，包括:提供增強器并將增強器放置于探測器上方；在射線束掃描目標部位時使用探測器獲取對應圖像；以及對圖像進行處理。
[0010]可選地，所述提供增強器包括提供一個或多個并排放置的金屬材料板，該方法進一步包括:當射線束為治療束時，操作一個或多個金屬材料板以使其基本平行于探測器的上表面；以及當射線束為成像束時，操作一個或多個金屬材料板以使其基本平行于射線束方向。
[0011]可選地，所述增強器包括交錯的金屬區域和非金屬區域。所述對所述圖像進行處理包括:抽取金屬區域圖像I_black和非金屬區域圖像I_white ;如果所述射線束為治療束，則利用I_black對非金屬區域插值，得到非金屬區域插值圖像P_white，將所述P_white和所述I_white加權疊加以更新非金屬區域圖像；如果所述射線束為成像束，貝利用1_white對金屬區域插值，得到金屬區域插值圖像P_black，將所述P_black和所述I_black加權疊加以更新金屬區域圖像；對更新后的圖像進行邊界平滑。
[0012]本發明還提供了一種放射治療中的成像設備，包括:探測器，其在放射治療設備的治療頭發出的射線束掃描目標部位時獲取對應圖像；增強器，其被放置于探測器上方；以及圖像處理模塊，其對圖像進行處理。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發明的EPID系統的框圖。
[0014]圖2是根據本發明的一個實施例的成像裝置的示意圖。
[0015]圖3示出添加和移除增強器時的探測器能量響應曲線。
[0016]圖4是根據本發明的一個實施例的增強器設計的示意圖。
[0017]圖5是根據本發明的另一實施例的條狀或網格狀的增強器的示意圖。
【具體實施方式】
[0018]為讓本發明的上述目的、特征和優點能更明顯易懂，以下結合附圖對本發明的【具體實施方式】作詳細說明。
[0019]在下面的描述中闡述了很多具體細節以便于充分理解本發明，但是本發明還可以采用其它不同于在此描述的其它方式來實施，因此本發明不受下面公開的具體實施例的限制。
[0020]圖1示出了本發明的EPID系統。EPID系統是放射治療中用來實時驗證患者擺位和射野位置的成像系統，其包括治療頭、與治療頭相對的探測器以及置于探測器上方的增強器。其中治療頭作為射線源，生成對應的MV級射線束或KV級射線束。射線束穿過患者身體，通過增強器之后到達探測器。探測器接收射線束并產生有關病人身體內部信息的圖像。圖像處理單元從探測器接收多個圖像并處理圖像以得到相關數據。
[0021]實施例一
[0022]圖2是根據本發明的一個實施例的成像裝置的示意圖。如圖2所示，該成像裝置包括成像靶2、治療靶3、增強器8和平板探測器9。電子束1打在成像靶2或治療靶3上生成相應的X射線4，X射線4穿過患者5到達平板探測器9。
[0023]本發明在平板探測器9上方放置增強器8，該增強器8包括一個或多個并排放置的金屬材料板，該金屬材料板可根據X射線束的不同而旋轉到不同位置。具體而言，在治療束中添加增強器(即，使金屬材料板基本平行于探測器的上表面，較優地緊貼探測器)，提高了 IMeV以上光子的能量響應；在成像束中移除增強器(即，使金屬材料板旋轉至與射線束方向平行)，使得120KeV以下光子的能量響應得到提高。
[0024]圖3示出添加和移除增強器時的探測器能量響應曲線。從圖3可見，添加增強器時MeV級電子的能量響應顯著提高，而移除增強器時KeV級電子的能量響應提升較高。
[0025]根據本發明的圖像引導放射治療設備中的成像方法可包括以下步驟:
[0026]S11，提供增強器。
[0027]進一步，根據治療束的能量選擇性地確定該增強器的金屬材料及其厚度。
[0028]舉例而言，金屬材料通常可為低原子序數的金屬材料，諸如銅或鋁等。其厚度可根據治療束的能量和治療靶材料來選擇。當治療束的能量增加時，可增大增強器的厚度，提高IMeV以上光子的能量響應。舉例而言，當治療束能量為6MV時，銅層厚度可為1mm。
[0029]S12，將所提供的增強器放置于EPID內部感光元件上方。
[0030]圖4是一種增強器設計的示意圖。這里，增強器包括一個或多個并排放置的金屬材料板2，其中電機1控制數個金屬材料板2的旋轉。
[0031]優選地，各個金屬材料板2之間的間距與平板探測器的像素精度相當，優選為像素精度的整數倍，以簡化后續圖像處理。
[0032]S13，根據電子束的類型來控制增強器以形成不同形狀。
[0033]具體而言，當電子束為治療束時，使構成增強器的金屬材料板基本平行于探測器的上表面，較優地呈平面狀緊貼平板探測器，提高IMeV以上光子的能量響應，如圖4所示。
[0034]如上所述，當電子束為成像束時，使構成增強器的金屬材料板旋轉至與射線束方向平行，此時增強器用作濾線柵。如圖2所示，由此濾除散射線6、7，降低散射對圖像質量的影響，從而提高圖像對比度。
[0035]S14，使用平板探測器采集圖像。
[0036]優選地，可對平板探測器所獲取的圖像進行優化處理。
[0037]該處理可在圖1中所示的圖像處理單元中進行，可包括以下步驟:
[0038](1)對圖像進行處理以濾除構成增強器的金屬材料板之間的二維邊界輪廓，從而平滑構成增強器的金屬材料板之間邊界的階躍變化。
[0039]在本實施方式中，構成增強器的金屬材料板之間的邊界輪廓可預先提取。邊界輪廓由構成增強器的金屬材料板之間的邊界形狀定義，可通過在不放置患者的情況下使金屬材料板基本平行于探測器的上表面并產生X射線，對探測器所獲得的圖像取一階導數來獲取金屬材料板之間的邊界輪廓。
[0040](2)對上述圖像濾波，平滑邊界。舉例而言，可對圖像進行二維中值濾波。
[0041]實施例二
[0042]根據本發明的另一實施例，設計了一種包括交錯的金屬區域和非金屬區域的增強器，例如，條狀或網格狀的增強器，如圖5所示。金屬區域(即，黑色區域)和非金屬區域(即，白色區域)填充不同的材料。與以上所述的添加/移除增強器的方法不同，該增強器始終以基本平行于平板探測器的方位被布置，較優地其可