CN113164135B 用于改善成像中的散射估计和校正的方法和设备 （爱可瑞公司）

2021.05.31PCT/US2019/0630732019.11.25WO2020/112673EN2020.06.04用于改善成像中的散射估计和校正的方法提供了一种x射线成像设备和关联的方法，用于接收从宽轴向区域的宽孔径扫描和该宽轴向区域内的窄轴向区域的窄孔径扫描测得的投是基于窄轴向区域中测得的散射与窄轴向区域估计/校正技术进行拟合，以最小化窄轴向区域于核的散射估计/校正应用于宽轴向区域2US2012263360A1,2012.10.183射束成形器，被配置为调整由所述成像源发出的放射束的使用通过最小化所述窄轴向区域中的测得的散射与所述窄轴向区域中的估计的散射使用通过最小化所计算的无散射的窄区域图像和散射校正后的窄区域图像之间的差使用基于核的技术确定所述宽轴向区域中的所接收从宽轴向区域的宽孔径扫描和所述宽轴向区域内的窄轴向区域的窄孔径扫描测基于窄孔径扫描的投射数据和与所述窄轴向区域重叠的宽孔径扫使用散射估计技术，基于与所述窄轴向区域重叠的宽孔径计算所述窄轴向区域中的所述测得的散射与所述窄轴向区域中的所述估计的散射之通过最小化所述窄轴向区域中的所述测得的散射与所述窄轴向区域中的所述估计的使用优化后的散射估计技术，基于所述宽孔径扫描的投射数据来从与所述窄轴向区域重叠的所述宽孔径扫描的投射数据中减去所述窄孔径扫描的投射数4窄轴向区域中的所述测得的散射和所述窄轴向区域中的所述估计的散射之间的差异与阈接收从宽轴向区域的宽孔径扫描和所述宽轴向区域内的窄轴向区域的窄孔径扫描测使用散射校正技术，基于与所述窄轴向区域重叠的所述宽孔径扫计算所述无散射的窄区域图像和所述散射校正后的窄通过最小化所述无散射的窄区域图像和所述使用优化后的散射校正技术，基于所述宽孔径扫描的投射数述无散射的窄区域图像和所述散射校正后的窄区域图像之间的差异与阈17.根据权利要求14所述的方法，其中，所述散射校正技术包括基于核的散射校正技18.根据权利要求14所述的方法，还包括：基于先前的图像确定所述窄轴向区域的位第二放射源，耦接到所述可旋转的门架系统，所述第二放射源射束成形器，被配置为调整由所述第二放射源发出的放射束的形状被配置用于宽轴向区域的宽孔径扫描和所述宽轴向区域内的窄轴向区域的窄孔径5接收所述宽轴向区域和所述窄轴向区域中的测得使用通过最小化所述窄轴向区域中的测得的散射与所述窄轴向区域中的估计的散射基于所述估计的散射重建患者图像，其中，所述重建包括使用通在自适应图像引导放射治疗IGRT期间，基于所述患者图像6列号为62/773,712的美国临时专利申请(代理人案卷号为38935/04001)；2018年11月30日提交的序列号为62/773,700的美国临时专利申请(代理人案卷号为38935/04002)；2019年1月25日提交的序列号为62/796,831的美国临时专利申请(代理人案卷号为38935/04004)；2019年2月1日提交的序列号为62/800,287的美国临时专利申请(代理人案卷号为38935/04003)；2019年2月5日提交的序列号为62/801,260的美国临时专利申请(代理人案卷号为38935/04006)；2019年3月4日提交的序列号为62/813,335的美国临时专利申请(代理人案卷号为38935/04007)；2019年3月20日提交的序列号为62/821,116的美国临时专利申请(代理人案卷号为38935/04009)；2019年4月19日提交的序列号为62/836,357的美国临时专利申请(代理人案卷号为38935/04016)；2019年4月19日提交的序列号为62/836,352的美国临时专利申请(代理人案卷号为38935/04017)；2019年5月6日提交的序列号为62/843,796的美国临时专利申请(代理人案卷号为38935/04005)；以及2019年7月25日提交的序列号为62/878,364的美国临时专利申请(代理人案卷号为38935/04008)。本申请还与同一天提交的十件非临时性美国专利申请有关，包括：代理人案卷号为38935/04019的题为“MULTIMODALRADIATIONAPPARATUSANDMETHODS(多模式放射装置和方法)”的非临时性美国专利申请；代理人案卷号为38935/04020的题为“APPARATUSANDMETHODSFORSCALABLEFIELDOFVIEWIMAGINGUSINGAMULTI-SOURCESYSTEM(使用多源系统进行可缩放视场成像的装置和方法)”的非临时性美国专利申请；代理人案卷号为38935/04011的题为“INTEGRATEDHELICALFAN-BEAMCOMPUTEDTOMOGRAPHYINIMAGE-GUIDEDRADIATIONTREATMENTDEVICE(图像引导放射治疗设备中的集成螺旋扇形射束计算机断层扫描)”的非临时性美国专利申请；代理人案卷号为38935/04010的题为“COMPUTEDTOMOGRAPHYSYSTEMANDMETHODFORIMAGEIMPROVEMENTUSINGPRIORIMAGE(使用先前号为38935/04013的题为“OPTIMIZEDSCANNINGMETHODSANDTOMOGRAPHYSYSTEMUSINGREGIONOFINTERESTDATA(使用关注区域数据的最佳扫描方法和断层扫描系统)”的非临时性美国专利申请；代理人案卷号为38935/04015的题为“HELICALCONE-BEAMCOMPUTEDTOMOGRAPHYIMAGINGWITHANOFF-CENTEREDDETECTOR(使用偏心检测器的螺旋锥形射束计算机断层扫描成像)”的非临时性美国专利申请；代理人案卷号为38935/04021的题为“MULTI-PASSCOMPUTEDTOMOGRAPHYSCANSFORIMPROVEDWORKFLOWANDPERFORMANCE 案卷号为38935/04012的题为“METHODANDAPPARATUSFORSCATTERESTIMATIONINCONE-BEAMCOMPUTEDTOMOGRAPHY(用于锥形射束计算机断层扫描中的散射估计的方法和装置)”的非临时性美国专利申请；代理人案卷号为38935/04014的题为“ASYMMETRICSCATTERFITTINGFOROPTIMALPANELREADOUTINCONE-BEAMCOMPUTEDTOMOGRAPHY(在锥形射束计算机断层扫描中用于优化面板读取的非对称散射拟合)”的非临时性美国专利7申请；以及代理人案卷号为38935/04022的题为“METHODANDAPPARATUSFORIMAGERECONSTRUCTIONANDCORRECTIONUSINGINTER-FRACTIONALINFORMATION(利用段间信息像技术(包括x射线扫描、计算机断层成像(CT)扫描和锥形射束计算机断层成像(CBCT)扫描)期间利用窄孔径扫描来估计较宽孔径扫描[0007]基于软件的散射减少/校正可以使用物理模型来估计采集到的数据中的散射。这些方法可以对数据采集系统以及x射线与材料之间的相互作用过程进行建模。前者需要详8技术是在给定的x射线波谱和孔径下测量具有不同水层厚度的散射核。投射到检测器平面射束的形状被配置为用于宽轴向区域的宽孔径扫描和宽轴向区域内的窄轴向区域的窄孔[0011]相对于一个实施例所描述和/或示出的特征可以在一个或多个其他实施例中以相同的方式或以类似的方式使用，和/或与其他实施例的特征组合使用或替代其他实施例的[0012]本发明的描述不以任何方式限制权利要求中使用的词语或权利要求或本发明的附图与以上给出的本发明的总体描述以及以下给出的详细描述一起用于举例说明本发明[0015]图2是根据公开的技术的一个方面的集成到示例性放射治疗装置中的x射线成像[0017]图4是描绘使用具有宽扫描区域内的窄扫描区域的扫描设计在投射数据域中进行[0018]图5是描绘使用具有宽扫描区域内的窄扫描区域的扫描设计在投射数据域中进行[0019]图6是描绘使用具有宽扫描区域内的窄扫描区域的扫描设计在投射数据域中进行[0020]图7是描绘使用具有宽扫描区域内的窄扫描区域的扫描设计在重建域中进行散射9[0021]图8是描绘使用具有宽扫描区域内的窄扫描区域的扫描设计在重建域中进行散射[0022]图9是描绘从先前的图像数据确定窄扫描以用于窄/宽扫描设计的示例性方法的[0023]图10是描绘从宽扫描数据确定窄扫描以用于窄/宽扫描设计的示例性方法的流程[0026]图13是描绘可在成像或施照前的基于图像的步骤期间使用的示例性数据源的框微处理器、诸如专用集成电路(ASIC)之类的离散逻辑、或其他编程的逻辑装置和/或控制取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦可编程只读存储器[0031]如本文所使用的，“信号”包括但不限于一个或多个电信号(包括模拟或数字信置执行功能、动作和/或以期望的方式作出反应的一个或多个计算机可读和/或可执行指[0034]如下面更详细地讨论的，公开的技术的实施例涉及估计例如连续扫描(例如，具有围绕中心轴的螺旋源轨迹以及患者支撑物通过门架孔的纵向移以通过高门架速率/速度(例如，使用快速滑环旋转，包括例如每分钟高达10转(rpm)、像放射源上使用可调整的射束成形器/准直器和/或优化检测器的读取范围来改善(如下所[0042]患者支撑物18定位成与可旋转门架12相邻，并被配置为通常在水平位置支撑患物18可以可操作地耦接到患者支撑控制器，该控制器用于控制患者和患者支撑物18的移控制可旋转门架12和患者支撑物18，使得随着支撑物被控制为相对于可旋转门架12移动[0044]可以利用各种其他类型的放射源和/或患者支撑物移动来实现放射源和患者的相他方式由可旋转门架12支撑。成像放射源30发出用于生成高质量图像的放射束(通常表示大约20kV至大约150kV的范围内的临床x射线源)。在一个实施例中，kV放射源包括高达150keV的千电子伏特峰值光子能量(keV)。成像放射源可以是适用于成像的任何类型的透[0046]x射线成像设备10还可以包括另一个放射源20，其耦接到可旋转门架12或以其他个实施例中，放射源20包括1MeV或更大的兆电子伏特峰值光子能量(MeV)。在一个实施例射源20可以根据治疗计划向被支撑在患者支撑物18上的患者内的关注区域(ROI)发出一个[0049]尽管图1和图2描绘了具有安装到环形门架12的放射源30的x射线成像设备10，但是其他实施例可以包括其他类型的可旋转成像设备，包括例如基于C形臂门架的系统和基射，并且可以与x射线源30一起旋转。检测器34可以检测或以其他方式测量未衰减的放射[0052]相对于成像(x射线)源30对准直器或射束成形器组件(通常表示为36)进行定位，以选择性地控制和调整由x射线源30发出的放射束32的形状，从而选择性地暴露检测器34[0053]可以控制射束成形器36以按照许多几何形状动态地调整由x射线源30发出的放射的3-4厘米(在检测器平面中在纵向方向上测得)可以选择性地暴露于成像放射32。在该实[0054]在其他实施例中，有效检测器的或多或少的一部分可以选择性地暴露于成像放露区域大小和有效区域大小或暴露的检测器区域与有效的检测器区域的比率可能是合适射束成形器36的形状/位置和检测器34的读取范围，使得基于正在执行的特定成像任务和散射估计过程，来自x射线源30的放射束32尽可能多地或尽可能少地覆盖x射线检测器34，[0056]可以以各种方式配置射束成形器，以允许其调整由x射线源30发出的放射束32的[0060]治疗性放射源20可以被安装、配置和/或移动到与成像源30相同的平面或不同的治疗性放射源20以及控制可旋转门架12的旋转速度和位置的门架马达控制器提供功率和多个例程或过程来直接或间接地控制一个或多个装置和/或组件。直接控制的示例是与成备相关联的各种控制器的层级结构可以以任何合适的方式布置，以将合适的命令和/或信起使用。[0068]x射线成像设备10可以利用示例性环境来实现本发明的各个方面，该示例性环境患者支撑物，使得在将支撑物控制为(以恒定或可变的速度)相对于可旋转门架12移动时，[0071]可以利用各种其他类型的放射源和/或患者支撑物移动来实现放射源和患者的相[0073]在其他实施例中，这些特征可以与一个或多个其他基于图像的活动或程序相结以基于在宽aFOV区域内的窄aFOV区域中获取的(相对无散射的)投射数据来估计在检测器可用于改善在宽区域中获取的CBCT数据的基于核的散射估计和校正。如下面详细讨论的，具有轴向长度W。小/窄aFOV射束316用于扫描窄区域318，窄区域318示出为具有轴向长度N1有散射)与窄区域318中来自窄扫描的投射数据(无散射)进行比较(例如，找到它们之间的[0078]在该比较之后，窄区域318的真实散射可用于以高置信度优化被应用于整个宽区域318中来自宽扫描的投射数据的基于核的散射估计技术可以受约束，使得由基于核的散射估计技术生成的散射估计产生针对窄区域318的确定的准确散射估计，因为已知针对窄区域318的真实散射。然后，受约束的(优化的)基于核的散射估计技术可以应用于宽区域基于患者相关的和/或系统相关的因素来提[0081]如图3所示，扫描设计300的一个实施例可以包括患者胸部的大aFOVCBCT扫描[0083]以下流程图和框图示出了与根据上述系统的散射估计和校正相关联的示例性配些)在投射数据域中进行散射估计的示例性方法400的流程图。来自窄区域的窄扫描数据410和来自宽区域的宽扫描数据420例如从使用上述成像设备10的数据获取中提供或接收。在步骤414处，方法400从宽扫描数据420中与窄区域相对应的隔离部分(具有散射)中减去些)在投射数据域中进行散射估计的另一个示例性方法500的流程图。方法500类似于方法些)在投射数据域中进行散射估计的示例性迭代方法600的流程图。方法600类似于方法[0089]如果步骤632处的分析确定来自步骤430的差异需要进一步修正，则方法600进行[0090]如果步骤632处的分析确定来自步骤430的差异不需要进一步修正，则方法600进同角度/视角下的相同区域处的散射的数据中减去窄孔径扫描的无散射[0092]可以通过最小化估计的散射和测得的散射之间的差异来优化基于核的散射估对比度恢复对于用于剂量计划的肿瘤检测和轮些)在重建域中进行散射校正的示例性方法700的流程图。来自窄区域的窄扫描数据410和来自宽区域的宽扫描数据420例如从使用上述成像设备10的数据采集中提供或接收。如上该散射校正技术可以包括例如基于核的散射估计/校正技术。所得到的图像是散射校正后无散射的窄区域图像714和散射校正后的窄区域图像724之间的差异来优化散射校正技术。来以提高的准确度使用宽扫描数据420重修正，来自步骤730的差异(其表示使用散射校正技术的散射校正后的窄区域图像724与无散射的窄区域图像714的接近程度)可以经受各种条件/分析，包括例如可以将该差异与阈[0098]如果步骤832处的分析确定来自步骤730的差异需要进一步修正，则方法800进行小化无散射的窄区域图像714和散射校正后的窄区域图像724之间的差异来优化散射校正[0099]如果步骤832处的分析确定来自步骤730的差异不需要进一步修正，则方法800进应用于宽扫描数据420的其余部分来重建宽来自狭窄孔径重建的图像进行比较。可以优化大aFOV数据(宽区域)的基于核的散射校正，过使用临床上期望的标准在患者的相同部位(窄区域)匹配大aFOV(宽区域)图像和窄孔径是匹配定量准确度用于自适应放射治疗的剂量模拟和剂量计划。[0101]可以考虑各种因素来确定是否在投射数据域和/或重建域中执行上述方法，包括用临床协议或仅用于散射校正的协议(其可以包括用于螺旋扫描的较小的投射角、较大的[0105]例如，图9是描绘从先前的图像数据确定窄扫描以用于窄/宽扫描设计(诸如以上域扫描和宽区域扫描。所得到的数据是窄区域的窄扫描数据410和宽区域的宽扫描数据[0106]在另一个实施例中，图10是描绘从宽扫描数据确定窄扫描以用于窄/宽扫描设计述成像设备10对患者执行宽区域扫描以支持成像和/或治疗目的。所得到的数据是宽区域的数据是窄区域的窄扫描数据410。可以根据上述散射估计和校正方法来使用扫描数据(宽区域扫描)仍在进行的同时的图像重建(同时重建/采集)或在大aFOV扫描完成之后的重域的并具有较大轴向视场的扫描的背景下体[0113]各种实施例可以利用不同的扫描几何形状、检测器定位(包括偏移检测器)和/或包括或以其他方式利用螺旋源轨迹(例如，围绕中心轴的连续源旋转以及患者支撑物通过以根据特定的应用和/或临床需要进行权衡或以其他方式改变图像采集时间与图像质量的于运动跟踪)的半旋转或单旋转锥形射束CT扫描(由于散射而可能降低图像质量)，以及通过窄/狭缝扇形射束进行圆形或连续螺旋采集，其具有更长的采集时间但由于散射减少而[0116]图11是描绘了使用放射治疗装置(包括例如成像设备10)的IGRT的示例性方法执行治疗性处理实施。步骤1140根据治疗计划给予患者治疗剂量1145。在一些实施例中，使用能够进行自适应治疗的一个设备10来产生和利用高质量的成像数据1115。如上所述，[0119]IGRT可以包括至少两个总体目标：(i)将高度保形的剂量分布施照给目标体积；能少的时间内完成两个总体目标。准确地施照治疗束需要通过高质量图像标识和/或跟踪[0120]图12是描绘了可以与以上步骤1130相关联的示例性的施照前的基于图像的步骤/为放射治疗装置的一部分)可以生成可按照多种方式使用的kV图像，包括用于施照前的基者(1210)。患者对准可以包括将当前的成像数据1115和与较早的治疗前的扫描和/或计划[0