一种基于加速器的能谱CT实现方法、装置及放射治疗设备与流程

一种基于加速器的能谱ct实现方法、装置及放射治疗设备
技术领域
1.本发明属于加速器放射治疗技术领域，具体涉及一种基于加速器的能谱ct实现方法、装置及放射治疗设备。


背景技术：

2.能谱ct是近年来一种比较高端的ct成像方法，其是利用物质对不同能量x线产生不同吸收的检查方法，该技术是在高能和低能两种x射线能量下，分别对被照射物质进行ct扫描，利用被扫描物质在不同x射线能量条件下产生的x射线衰减值的差异性，在二维能量空间内对被扫描物质进行定位和成像显示，可以较为准确地求解出被扫描物质的电子密度及等效原子序数的分布，对物质进行定性、定量分析，并根据所得到的结果进行物质识别和分辨，可比常规ct提供更多信息，对肿瘤早期发现、肿瘤分级、良恶性肿瘤鉴别提供更多信息。
3.医用直线加速器上通常配备有mv级成像系统或kv级成像系统构成普通的锥形束ct即所谓的cbct系统，其中mv级影像系统通常是利用治疗射线源作为成像射线源，成像装置位于治疗射线源的相对位置，工作时由治疗头发出的mv级x射线穿过人体后被对面的平板成像装置接收，kv级成像装置通常与mv级影像系统垂直放置。
4.现在医用直线加速器上虽然同时具备采用kv级和mv级不同能量x射线进行ct成像的装置，但是这两套ct成像装置是相互独立的两套成像系统，每个系统都是由各自单一的射线源进行常规锥形束ct成像，由此单一射线源得到的图像数据缺少进行能谱解析的相关信息，无法满足临床上对肿瘤发现和鉴别的需求。两套影像系统是各自独立工作的，只能得到常规的cbct图像，采用常规成像方式，也无法分辨物质组成。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题，本发明提出了一种基于加速器的能谱ct实现方法、装置及放射治疗设备。
6.为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
7.一方面，本发明公开一种基于加速器的能谱ct实现方法，包括以下步骤：
8.s1：系统初始化，启动能谱ct扫描程序，接收病人的ct扫描参数信息，将加速器旋转机架和治疗床移动到预置的初始位置；
9.s2：启动机架开始旋转，治疗床配合进行病人的相应移动，同时，能谱ct控制单元启动mv级成像系统和kv级成像系统进行射野成像并记录此时的机架角度信息和治疗床位置信息，获取病人所有的双能投影图像及对应的角度信息；
10.s3：对双能投影图像进行图像配准；
11.s4：求解病人物质材料系数的二维投影图像；
12.s5：根据每个投影角度下的病人物质材料系数的二维投影图像重建病人物质材料系数的三维图像；
13.s6：根据重建后得到的材料系数三维分布，计算并显示各种功能图像。
14.在上述技术方案的基础上，还可做如下改进：
15.作为优选的方案，s1中，ct扫描程序从信息系统接收病人的ct扫描参数信息。
16.作为优选的方案，s1中，接收病人的ct扫描参数信息后，对ct扫描参数信息进行确认无误，再将加速器旋转机架和治疗床移动到预置的初始位置。
17.作为优选的方案，s3中，图像配准过程如下：以两幅图像的差值函数设为目标函数，反复迭代，使得目标函数最小化。
18.作为优选的方案，s4中，使用查找表模型或函数求解法模型，将双能扫描的投影图像灰质值转换为相应的材料系数的投影值。
19.作为优选的方案，s5中，采用基于滤波反投影的fdk重建方法重建材料系数的三维分布。
20.作为优选的方案，s6中，各种功能图像包括以下一种或多种：病人的特征密度图像、有效原子序数图像以及单色能谱图像。
21.作为优选的方案，mv级成像系统包括：mv级成像平板以及加速器治疗；kv级成像系统包括：kv级成像平板以及x射线产生装置。
22.本发明还公开一种基于加速器的能谱ct实现装置，包括：加速器旋转机架、加速器治疗头、mv级成像平板、x射线产生装置及kv级成像平板，还包括：能谱ct控制单元，能谱ct控制单元分别与加速器旋转机架驱动器、加速器治疗出束系统、mv级成像平板、x射线产生装置及kv级成像平板通信连接，用于控制机架按照预定的起始角度和速度进行旋转，控制mv级射线产生和停止，控制kv级射线产生和停止，同时控制mv级成像平板和kv级成像平板进行成像并获取其成像数据。
23.作为优选的方案，还包括：操作控制台，与能谱ct控制单元通信连接。
24.另一方面，本发明还公开一种放射治疗设备，利用上述任一种基于加速器的能谱ct实现方法进行能谱ct扫描，或，包括：上述任一种基于加速器的能谱ct实现装置。
25.本发明一种基于加速器的能谱ct实现方法、装置及放射治疗设备，在不增加额外的硬件成像装置的前提下，依靠现有的mv级成像系统和kv级成像系统，通过增加能谱ct控制单元和对应的控制方法来达到实现能谱ct的目标。
26.本发明可以有效得到各种功能图像，可以实现对物质成分进行区分、识别和量化。后续也可以根据这些功能图像进行肿瘤分级、肿瘤鉴别等筛查动作，达到直线加速器实现能谱ct扫描的功能目标。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
28.图1为本发明实施例提供的基于加速器的能谱ct实现方法的流程图。
29.图2为本发明实施例提供的基于加速器的能谱ct实现装置的结构示意图。
30.其中：1
‑
加速器旋转机架，2
‑
加速器治疗头，3
‑
x射线产生装置，4
‑
mv级成像平板，
5
‑
kv级成像平板，6
‑
能谱ct控制单元，7
‑
操作控制台。
具体实施方式
31.下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式。
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.为了达到本发明的目的，一种基于加速器的能谱ct实现方法、装置及放射治疗设备的其中一些实施例中，如图1所示，能谱ct实现方法包括以下步骤：
34.s1：系统初始化，启动能谱ct扫描程序，接收病人的ct扫描参数信息，将加速器旋转机架1和治疗床移动到预置的初始位置；
35.s2：启动机架开始旋转，治疗床配合进行病人的相应移动，同时，能谱ct控制单元6启动mv级成像系统和kv级成像系统进行射野成像并记录此时的机架角度信息和治疗床位置信息，获取病人所有的双能投影图像及对应的角度信息；
36.s3：对双能投影图像进行图像配准；
37.s4：求解病人物质材料系数的二维投影图像；
38.s5：根据每个投影角度下的病人物质材料系数的二维投影图像重建病人物质材料系数的三维图像；
39.s6：根据重建后得到的材料系数三维分布，计算并显示各种功能图像。
40.mv级成像系统包括：mv级成像平板4以及加速器治疗头2；kv级成像系统包括：kv级成像平板5以及x射线产生装置3。
41.本发明在不增加额外的ct扫描成像硬件电路情况下即可在医用直线加速器上实现能谱ct功能，且能谱ct功能与放疗装置无缝集成，不影响直线加速器的原本治疗与成像功能。
42.为了进一步地优化本发明的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，s1中，ct扫描程序从信息系统接收病人的ct扫描参数信息。
43.进一步：信息系统可以但不限于为加速器计划系统或别的信息系统等等。
44.进一步，s1中，接收病人的ct扫描参数信息后，对ct扫描参数信息进行确认无误，再将加速器旋转机架1和治疗床移动到预置的初始位置。
45.其中，对ct扫描参数信息的确认可以由操作技师或相关医护人员操作。
46.为了进一步地优化本发明的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，s3中，图像配准过程如下：以两幅图像的差值函数设为目标函数，反复迭代，使得目标函数最小化。
47.当目标函数最小化时即认为图像配准已经最优化。
48.为了进一步地优化本发明的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，s4中，使用查找表模型或函数求解法模型，将双能扫描的投影图像灰质值转换为相应的材料系数的投影值。
49.为了进一步地优化本发明的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相
同，不同之处在于，s5中，采用基于滤波反投影的fdk(feldkamp
‑
davis
‑
kress)重建方法重建材料系数的三维分布。
50.为了进一步地优化本发明的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，s6中，各种功能图像包括以下一种或多种：病人的特征密度图像、有效原子序数图像以及单色能谱图像。
51.可以实现对物质成分进行区分、识别和量化的目标。
52.本发明实施例还公开一种基于加速器的能谱ct实现装置，如图2所示，包括：加速器旋转机架1、加速器治疗头2、mv级成像平板4、x射线产生装置3及kv级成像平板5，还包括：能谱ct控制单元6，能谱ct控制单元6分别与加速器旋转机架1驱动器、加速器治疗出束系统、mv级成像平板4、x射线产生装置3及kv级成像平板5通信连接，用于控制机架按照预定的起始角度和速度进行旋转，控制mv级射线产生和停止，控制kv级射线产生和停止，同时控制mv级成像平板4和kv级成像平板5进行成像并获取其成像数据。
53.x射线产生装置3可以但不限于为x射线球管。
54.为了进一步地优化本发明的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，还包括：操作控制台7，与能谱ct控制单元6通信连接。
55.操作控制台7可以更好地提供硬件支持。在能谱ct实现方法s1中，工作时，整机系统上电启动并进行系统初始化，在操作控制台7上启动能谱ct扫描程序。
56.本发明实施例还公开一种放射治疗设备，利用上述任一实施例公开的基于加速器的能谱ct实现方法进行能谱ct扫描，或，包括：上述任一实施例公开的基于加速器的能谱ct实现装置。
57.本发明一种基于加速器的能谱ct实现方法、装置及放射治疗设备，在不增加额外的硬件成像装置的前提下，依靠现有的mv级成像系统和kv级成像系统，通过增加能谱ct控制单元6和对应的控制方法来达到实现能谱ct的目标。
58.本发明可以有效得到各种功能图像，可以实现对物质成分进行区分、识别和量化。后续也可以根据这些功能图像进行肿瘤分级、肿瘤鉴别等筛查动作，达到直线加速器实现能谱ct扫描的功能目标。
59.上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让本领域普通技术人员能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。