專利名稱：成像裝置以及放射治療設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有X射線源和X射線探測器的成像裝置，諸如尤其是用于制作醫(yī)學(xué)圖像。本發(fā)明還涉及一種具有此類成像裝置的放射治療設(shè)備。
背景技術(shù)：
放射治療是一種為了治療腫瘤而建立的方法。在此，將治療射束(例如兆伏級高能X射線輻射的X射線束)對準待照射的患者。因此必須將患者在空間上盡可能精確地相對于治療射束進行定位，從而能夠盡可能精確地照射待照射的組織。眾所周知的是如下的放射治療設(shè)備其除了具有一個治療射線源之外，還具有一個可用來借助診斷用X射線輻射制作醫(yī)學(xué)圖像的成像裝置。診斷用X射線輻射(不同于治療用兆伏X射線輻射)通常也稱作千伏X射線輻射。在治療之前和/或治療期間可以利用這種成像裝置來監(jiān)視患者的位置。US 6，842，502公開了一種放射治療設(shè)備，在該放射治療設(shè)備上設(shè)置了一個成像裝置，后者可以用于所謂的錐形束CT(CT表示計算機斷層造影)。利用該成像裝置可以記錄患者的三維數(shù)據(jù)組。尤其在放射治療領(lǐng)域時需要進一步擴展成像裝置，以便保證使用更加靈活，并且能盡可能精確地制作患者的圖像。但是這種擴展并非僅限于放射治療設(shè)備中的成像裝置， 而是也可以在成像裝置中被普遍采用。
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的技術(shù)問題在于，提供能夠精確成像而且使用靈活的一種成像裝置和一種放射治療設(shè)備。按照本發(fā)明的成像裝置具有一個X射線源，一個X射線探測器，以及一個旋轉(zhuǎn)裝置，其被構(gòu)造為圍繞旋轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動X射線源和X射線探測器，其中，成像裝置還具有一個用于移動X射線源的平移裝置，該平移裝置這樣構(gòu)造， 使得X射線源沿著其可以移動的方向具有與通過X射線源圍繞旋轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動所描繪的旋轉(zhuǎn)圓相切的分量?？梢岳闷揭蒲b置將X射線源定位在不同的位置上。通過直線平移X射線源可以到達不同的位置。就此可以選擇X射線源的不同位置，也就是，從其將X射線輻射對準探測器的位置。由此可產(chǎn)生不同的射束幾何形狀，例如利用這些不同的射束幾何形狀可以執(zhí)行不同的成像模態(tài)(Bildgebungs-modalitaten)。為了在不同的成像位置之間進行變換，可以借助平移裝置例如純直線的移動X射線源。為此，平移裝置可以具有一種軌道結(jié)構(gòu)，其能夠以簡單的機械措施來實現(xiàn)。利用平移裝置可以將X射線源作為整體移動，也就是將X射線輻射器作為整個的結(jié)構(gòu)單元；由此從X射線輻射產(chǎn)生的射束斑的位置也會隨之移動。平移裝置尤其可以沿著與旋轉(zhuǎn)圓相切的方向移動X射線源。由此能將從X射線源射出的輻射錐體一方面(從第一個成像位置開始)居中對準旋轉(zhuǎn)中心，另一方面(從下一個成像位置開始)偏心地對準，也就是從旋轉(zhuǎn)中心旁邊經(jīng)過。從X射線源射出的輻射錐體中心射束可以垂直射向X射線探測器，而且即使在X 射線源的不同位置也是如此。而從X射線源射出的穿過旋轉(zhuǎn)中心的射束則以不同的角度射向X射線探測器，而且取決于X射線源的位置。在其中一個位置上，穿過旋轉(zhuǎn)中心的射束可以垂直射向探測器。而在其它位置上，該射束則以不等于90°的角度射向探測器。成像裝置還可以具有另一個用來移動X射線探測器的平移裝置。該另一個平移裝置這樣構(gòu)造，使得X射線探測器沿著其可以移動的方向具有與X射線探測器圍繞旋轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動所描繪的旋轉(zhuǎn)圓相切的分量。通過該實施方式可以將X射線探測器類似于X射線源移動。由此能將X射線探測器的位置與X射線源的位置相匹配，以便例如優(yōu)化射束幾何形狀。然后就能使用比較小的探測器?？梢葬槍腦射線源射出的射束路徑的位置，調(diào)整和/或調(diào)諧被照射的探測器表可以這樣布置用于X射線源的平移裝置和用于X射線探測器的平移裝置，使得可以平行于X射線源移動X射線探測器。X射線探測器沿著其移動的方向尤其可以平行于X 射線源沿著其移動的方向。成像裝置可以在第一運行模式下運行，在該第一運行模式下可記錄X射線源和X 射線探測器圍繞旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)期間的圖像數(shù)據(jù)，并且可在該第一運行模式下將X射線源和 X射線探測器這樣相互對齊，使得X射線源的中央射線基本上穿過旋轉(zhuǎn)中心。成像裝置可以在第二運行模式下運行，在該第二運行模式下可記錄X射線源和X射線探測器圍繞旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)期間的圖像數(shù)據(jù)，并且可在該第二運行模式下相對于第一運行模式借助平移裝置沿著方向移動X射線源，使得從X射線源射出的中央射線從旋轉(zhuǎn)中心旁邊經(jīng)過。在第一運行模式下，X射線錐體的中央射線基本上穿過成像裝置的旋轉(zhuǎn)中心。在該運行模式下可以重建一個能反映一定視野(英語F0V表示“Field ofView”/視野)的待檢查對象的三維圖像。與此相比，在第二運行模式下可以重建一個反映擴展視野(“extended F0V")的三維圖像。允許重建放大的圖像容積。原則上可以考慮，如下地獲得擴展視野僅轉(zhuǎn)動(而不是移動)從X射線源射出的輻射錐體，使得偏心地經(jīng)過旋轉(zhuǎn)中心。但是已經(jīng)認識到包括移動X射線源的按照本發(fā)明的解決方案具有優(yōu)點。所建議的解決方案要求如下必須稍微移動X射線探測器(或者如果要通過探測器尺寸補償改變了的射束幾何形狀，則必須延長X射線探測器)，以便獲得類似的擴展FOV。另一方面這意味著由于用于擴展FOV模式的位置很少偏心，X射線探測器具有較小的杠桿臂(Hebelarm)，因此整體系統(tǒng)所承受的機械晃動比較小。由此對圖像質(zhì)量的影響也很少。成像裝置可以具有一個計算機單元，用于根據(jù)旋轉(zhuǎn)期間所記錄的圖像數(shù)據(jù)重建三維圖像。計算機單元尤其可以被構(gòu)造為在重建中對記錄的圖像數(shù)據(jù)進行加權(quán)，其中在對第
5一運行模式下記錄的圖像數(shù)據(jù)重建圖像時進行的加權(quán)不同于在對第二運行模式下記錄的圖像數(shù)據(jù)重建圖像時進行的加權(quán)。通過這種方式可以改善圖像質(zhì)量，因為加權(quán)考慮到改變了的射束幾何形狀的所記錄的原始圖像數(shù)據(jù)?？梢允钩上裱b置在斷層合成模式(Tomosynthese-Modus)下運行，其中在不同的平移位置上激活X射線源，用于產(chǎn)生多個可用來重建斷層合成圖像的圖像數(shù)據(jù)記錄。在不同成像位置上移動X射線源的過程中，可以將成像裝置保持在某一固定的旋轉(zhuǎn)角?？梢砸韵鄳?yīng)的方式反向移動X射線探測器。除了平移X射線源之外，如有需要，還可以擺動從X射線源射出的X射線錐體，從而使其射向探測器。利用在此處理記錄圖像數(shù)據(jù)的計算機單元可以重建斷層合成圖像。與那些借助多個相鄰靜態(tài)布置的射線源進行模糊斷層成像 (Verwischimgstomographie)/斷層合成的解決方案相比，或者與那些可利用機架圍繞患者轉(zhuǎn)動的固定的源探測器裝置的解決方案相比，該解決方案具有較小的結(jié)構(gòu)開銷，以及能加速記錄圖像數(shù)據(jù)。通過控制平移裝置可以這樣調(diào)整X射線源的位置，使得均衡通過在成像裝置上的支架扭曲所形成的定位誤差。尤其可以自動調(diào)整X射線源的位置，例如借助一個控制裝置進行調(diào)整。尤其可以在成像裝置圍繞旋轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動的過程中動態(tài)地調(diào)整X射線源的位置，以便均衡旋轉(zhuǎn)過程中由于各部件(例如機械支架)不同的彎曲程度而產(chǎn)生的定位誤差。可以直接在設(shè)備上均衡定位誤差。由此射線源始終處在沒有誤差的理想位置上。這與那些僅僅通過相應(yīng)的構(gòu)造具有所屬的校準的記錄軟件均衡機械扭曲的系統(tǒng)相比具有優(yōu)勢。避免了成本高的校準。按照本發(fā)明的放射治療設(shè)備具有一個治療射線源，從該射線源可以將治療射束對準待照射的對象，并且具有一個按照本發(fā)明的成像裝置。這種放射治療設(shè)備可以將治療射線源安裝在一個可圍繞對稱中心(Isozentrum) 旋轉(zhuǎn)的機架上。機架可以具有例如包括一個懸臂的結(jié)構(gòu)，從該懸臂將治療X射線輻射指向?qū)ΨQ中心?？梢詫⒊上裱b置安裝在這種機架上，由此可以通過旋轉(zhuǎn)機架將成像裝置圍繞旋轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動。成像裝置的旋轉(zhuǎn)中心由此可以與放射治療設(shè)備的對稱中心重合?？梢詫⒊上裱b置這樣布置在放射治療設(shè)備中，使得通過平移裝置在至少兩個成像位置之間移動X射線源，其中一個成像位置位于治療射線源對面，或者處在治療輻射的對稱中心中央射線的軸線上。以這種方式可以這樣布置一些成像位置，使得射出的X射線束的射束路徑正好與治療射束反向。這特別有利于定位患者。平移裝置尤其可以沿著平行或者處在機架旋轉(zhuǎn)平面之中并且垂直于治療射束中心軸線的方向移動X射線源。放射治療設(shè)備可以具有一個X射線源支架，該支架這樣構(gòu)造，使得X射線源可以從某一停放位置移動到成像位置之中。因此該支架允許X射線源這樣遠地移動到停放位置，使得不再通過治療用X射線輻射將其射中。例如支架可以垂直于機架的旋轉(zhuǎn)平面執(zhí)行直線運動，以便將X射線源移動到停放位置中。與此相反，平移裝置則可以執(zhí)行垂直于該方向的平移運動。尤其可以將平移裝置集成在支架中。
根據(jù)下面的附圖對具有有利擴展的本發(fā)明的實施方式做進一步解釋，但本發(fā)明并非僅限于此。附圖中圖1示出了放射治療設(shè)備的正視圖，其中千伏射線源布置在治療用兆伏射線源對圖2示出了放射治療設(shè)備的正視圖，僅具有移動后的X射線源和X射線探測器，圖3示出了放射治療設(shè)備的正視圖，僅具有旋轉(zhuǎn)后的X射線路徑和移動后的X射線探測器，圖4示出了放射治療設(shè)備的側(cè)視圖，圖5示出了放射治療設(shè)備的側(cè)視圖，具有已駛?cè)氲腦射線源和已駛?cè)氲腦射線探測器，以及圖6和圖7示出了在居中以及偏心的成像裝置的情況下的射線路徑示意圖。
具體實施例方式圖1示出了放射治療設(shè)備11的正視圖?？梢钥闯龌颊?3居中平躺在患者臥榻15上。承載放射治療設(shè)備11部件的機架 17可以圍繞患者13轉(zhuǎn)動。機架17在圖1中以垂直位置示出。在該位置中，機架17上方具有一個懸臂19，在該懸臂中布置了加速器的部件和射束成形元件。治療輻射的初始焦點在懸臂19之中，從中可以將治療輻射指向患者13。為了簡明起見，圖1中沒有示出治療輻射的射線路徑。放射治療設(shè)備11具有一個成像裝置。其包括一個用于診斷X射線輻射的X射線源21，該X射線源布置在患者13的另一側(cè)(與懸臂19相對)。與治療用輻射的方向相反的診斷用X射線輻射從X射線源21指向X射線探測器23?？梢越柚摮上裱b置制作患者的透視圖像?？梢允钩上裱b置在所謂的錐形束模式下運行。在此，將機架17圍繞患者13轉(zhuǎn)動， 并且從多個不同的角度制作患者13的投影圖像?？梢愿鶕?jù)投影圖像重建三維的錐形束計算機斷層造影。在機架17轉(zhuǎn)動時，X射線源21沿著虛擬的旋轉(zhuǎn)圓25運動。放射治療設(shè)備11此外還具有一個平移裝置27，利用該平移裝置可以將X射線源21運動或者直線移動。X射線源21沿著其移動的方向在此與虛擬的旋轉(zhuǎn)圓25相切。除了移動X射線源21之外，同樣也可以移動X射線探測器23。該運動也可以是方向與虛擬旋轉(zhuǎn)圓25相切的平移運動。X射線源21和X射線探測器23尤其能夠相互平行運動同樣的大小。圖2所解釋的就是這個情況。這里可看出，與治療射線路徑的主軸線相比，已經(jīng)平行移動了從X射線源21射出的錐形束四。如果現(xiàn)在轉(zhuǎn)動機架17并且利用成像裝置制作投影圖像，則可以據(jù)此制作具有較大視野(extended field ofview/擴展視野)的錐形束計算機斷層造影。這樣尤其能夠更好地對例如較胖的患者或者較大的腫瘤進行成像。為此，也可以直線移動X射線源21和X射線探測器23，例如在機架的角位置相同
7時制作斷層合成圖像。為此在平移運動過程中激活X射線源和X射線探測器。圖3所示為以另一種方式達到增大的視野的方案。這里僅僅移動X射線探測器 23，并且僅僅轉(zhuǎn)動從X射線源21射出的錐形束四，使其射向移動后的探測器23。由于X射線源21本身不可移動，而是只能轉(zhuǎn)動，因此無法制作斷層合成圖像。圖4所示為按照圖1和圖2所示的放射治療設(shè)備的側(cè)視圖。可以看出，機架17具有懸臂19。X射線源21和X射線探測器23位于成像位置。 這意味著，只要X射線源21和X射線探測器23從后縮的停放位置向外伸出，則X射線源21 也能透視已經(jīng)基本上為了照射調(diào)整定位的患者13。相反，圖5所示的X射線源21和X射線探測器23位于后縮的停放位置之中。如果治療射束31指向患者13，則可以采取這一停放位置，使得成像裝置離開治療射束31。按照圖4所示的示圖不僅對應(yīng)于圖1所示的放射治療設(shè)備11 (具有布置在中間的 X射線源21和X射線探測器23)，而且也對應(yīng)于圖2所示的放射治療設(shè)備11 (具有偏心布置的X射線源21和X射線探測器23)。圖6所示為X射線源21布置在中間的情況下針對以下解釋使用的坐標。這意味著，X射線源21和X射線探測器23這樣相對設(shè)置，使得中央X射線束35穿過旋轉(zhuǎn)中心33， 并且同時是對稱中心射束37。相反，圖7所示則為X射線源21以及X射線探測器23平行移動后的布置結(jié)構(gòu)。射出的中央X射線束35不再穿過旋轉(zhuǎn)中心33，或者換句話說，穿過旋轉(zhuǎn)中心33的對稱中心射束37沒有居中射向X射向探測器23。以下觀察涉及重建方面以及在重建之前可以進行的加權(quán)方面。為了增大視野，與居中布置相比偏置平面圖像探測器。由于X射線源的射束角度有限，因此可以平行于平面圖像探測器移動X射線源，使得射束路徑可以覆蓋一個增大的視野。例如，如果存在180°的平行射束投影，則借助反投影方法可獲得三維圖像。如果輻射錐體四覆蓋一半視野，則足以獲得擴展視野。這意味著，輻射錐體四始終涵蓋對稱中心或者說旋轉(zhuǎn)中心33。與傳統(tǒng)的錐形束成像的區(qū)別在于，對稱中心射束37 (也就是從X射線源21穿過對稱中心33的射束)現(xiàn)在不再垂直射向平面圖像探測器23?？梢约訖?quán)所記錄的原始圖像數(shù)據(jù)。例如可以通過處理記錄的圖像數(shù)據(jù)和重建例如錐形束CT的計算機單元進行加權(quán)。如果利用居中布置的X射線源重建圖像，則可以借助以下公式進行預(yù)加權(quán)
DflpxDpreWeight(u,ν,β) = ,= ι, f. . , , , . , , 、·"7
V/2+Χ, +Λ V(Z7A)+ (^/Λ)+ (Λ/Λ) Jf 表示 SID(英語:source imager distance/ 源像距)；D 表示 SAD(英語 source-to-axis distance/源軸距)；β表示射出的輻射錐體的旋轉(zhuǎn)角；(u，ν)表示像素的坐標以及1表示相對于對稱中心射束37的入射點(U(1，v0)的相對坐標。如果已經(jīng)移動了 X射線源，則可以更改預(yù)加權(quán)。替代參考對稱中心射束37進行加權(quán)，也可以參考垂直射向平面圖像探測器23的射束35對像素進行加權(quán)。因此建議以下算法
-移動后的探測器將在計算時使用的投影矩陣與平面圖像探測器的平移相匹配。-確定垂直射向平面圖像探測器的射束(入射點(u'，ν'))。-進行預(yù)加權(quán)，而且是使用涉及(u'，ν')的坐標(xr，yr)。也能以不同的程度偏置平面圖像探測器和X射線源。該算法適用于在平行方向偏置的情況。如果將射線源例如偏置大小d，則可以根據(jù)投影矩陣確定新的點(u' , ν')。進行推導(dǎo)時將位于中心的X射線源的投影矩陣P0以及移動后的X射線源的投影矩陣Q0相互比較。P0和Q0的區(qū)別僅在于平移參數(shù)。所有其它系數(shù)沒有變化。投影對稱中心的位置按照-SID/SAD · d變化。結(jié)果為q03 = p03+SID/SAD · d例如，在用于擴展視野的幾何校準過程中可以利用移動后的X射線源來確定投影矩陣Q0。點(u。，V0)與系數(shù)(p。3，pi3)始終一致，也就是與投影矩陣的投影中心始終一致 (坐標(0，0，0)的圖像)。因此(u'，ν' ) = (q03_SID/SAD · d，q13)。最后一個方程與投影角β無關(guān)。為了制作用于重建的各個投影，例如可以從不同的投影方向記錄大約400個投影圖像。有利的是，將X射線源的平移保持在盡可能小的程度，以便提高機械精度的穩(wěn)健性，尤其是在需要極高圖像質(zhì)量之處減小加權(quán)系數(shù)對對稱中心射束的影響。附圖標記清單
11放射治療設(shè)備
13 患^"
15患者臥榻
17機架
19懸臂
21Χ射線源
23Χ射線探測器
25旋轉(zhuǎn)圓
27平移裝置
29錐形束
31治療射束
33旋轉(zhuǎn)中心
35中央X射線束
37對稱中心射束
權(quán)利要求
1.一種成像裝置，具有一個X射線源01)，一個X射線探測器(23)，以及一個旋轉(zhuǎn)裝置(17)，其被構(gòu)造為圍繞旋轉(zhuǎn)中心(33)轉(zhuǎn)動X射線源和X射線探測器(23)，其中，所述成像裝置還具有一個用于移動X射線源的平移裝置(27)，其中所述平移裝置(XT)這樣構(gòu)造，使得X射線源沿著其可移動的方向具有與通過X射線源圍繞旋轉(zhuǎn)中心(3 轉(zhuǎn)動所描繪的旋轉(zhuǎn)圓0 相切的分量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像裝置，還具有用于移動X射線探測器的另一個平移裝置，其中，所述另一個平移裝置這樣構(gòu)造，使得X射線探測器沿著其可移動的另一個方向具有與通過X射線探測器圍繞旋轉(zhuǎn)中心(3 轉(zhuǎn)動所描繪的旋轉(zhuǎn)圓0 相切的分量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的成像裝置，其中，用于所述X射線源的平移裝置和用于所述X射線探測器的平移裝置被這樣布置，使得所述X射線探測器可以平行于 X射線源移動。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的成像裝置，其中，所述成像裝置可以在第一運行模式下運行，在該第一運行模式下記錄X射線源和X射線探測器圍繞旋轉(zhuǎn)中心(33)旋轉(zhuǎn)期間的圖像數(shù)據(jù)，并且在該第一運行模式下將X射線源與X射線探測器 (23)這樣相互對齊，使得X射線源的中央射線(3 基本上穿過旋轉(zhuǎn)中心(33)，以及其中，所述成像裝置可以在第二運行模式下運行，在該第二運行模式下記錄X射線源 (21)和X射線探測器圍繞旋轉(zhuǎn)中心(3 旋轉(zhuǎn)期間的圖像數(shù)據(jù)，并且在該第二運行模式下相對于第一運行模式借助平移裝置(XT)沿著方向移動X射線源(21)，使得從X射線源 (21)射出的中央射線(35)從旋轉(zhuǎn)中心(33)旁邊經(jīng)過。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的成像裝置，其中，所述成像裝置具有一個用于根據(jù)旋轉(zhuǎn)過程中所記錄的圖像數(shù)據(jù)重建三維圖像的計算機單元(39)，其中，所述計算機單元(39)被構(gòu)造為在重建中對記錄的圖像數(shù)據(jù)進行加權(quán)，其中在對第一運行模式下記錄的圖像數(shù)據(jù)重建圖像時進行的加權(quán)不同于在對第二運行模式下記錄的圖像數(shù)據(jù)重建圖像時進行的加權(quán)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的成像裝置，其中，所述成像裝置可以在斷層合成模式下運行，在該模式下在不同的平移位置上激活X射線源(21)，用于產(chǎn)生多個可用來重建斷層合成圖像的圖像數(shù)據(jù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的成像裝置，其中，通過控制平移裝置(XT)能夠這樣調(diào)整X射線源的位置，使得均衡通過在成像裝置上的支架扭曲所形成的定位誤差。
8.一種具有治療放射源和根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的成像裝置的放療設(shè)備 (11)，從所述放射源可以將治療射束(31)對準待照射的對象(13)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的放射治療設(shè)備(11)，其中，將所述成像裝置這樣布置在放射治療設(shè)備(11)中，使得通過平移裝置(XT)可以在至少兩個成像位置之間移動X射線源 (21)，其中一個成像位置位于治療射線源對面。
10.根據(jù)權(quán)利要求8至9中任一項所述的放射治療設(shè)備(11)，其中，這樣構(gòu)造所述X射線源的支架(27)，使得X射線源可以從停放位置移動到成像位置之中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種成像裝置，具有一個X射線源(21)、一個X射線探測器(23)、以及一個旋轉(zhuǎn)裝置(17)，其被構(gòu)造為圍繞旋轉(zhuǎn)中心(33)轉(zhuǎn)動X射線源(21)和X射線探測器(23)，其中，所述成像裝置還具有一個用于移動X射線源(21)的平移裝置(27)，其中所述平移裝置(27)這樣構(gòu)造，使得X射線源(21)沿著其可移動的方向具有與通過X射線源(21)圍繞旋轉(zhuǎn)中心(33)所描繪的旋轉(zhuǎn)圓(25)相切的分量。本發(fā)明還涉及一種具有此類成像裝置的放射治療設(shè)備。
文檔編號A61B6/03GK102415897SQ20111026491
公開日2012年4月18日 申請日期2011年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月9日
發(fā)明者A·帕辛, G·萊克塞爾, M·古特弗雷什, T·克諾菲爾, T·圖京 申請人:西門子公司