[发明专利]双影像C臂系统

权利要求书

1.一种双影像C臂系统，主要由C臂环（1）和两组影像系统组成；其特征在于所述C臂环（1）安装在支撑轴（2）上，并且具有三个自由度：绕C臂环（1）中心轴线的自转自由度、绕支撑轴（2）轴线的旋转自由度和沿支撑轴（2）安装面的线性移动自由度；两组影像系统每组包括一个X射线源（3）和一个平板探测器（4）；X射线源（3）直接安装在C臂环（1）上，或通过安装支架（6）安装在C臂环（1）上；平板探测器（4）直接安装在C臂环（1）上，或通过微调机构（5）安装在C臂环（1）上，或通过微调机构（5）和横向安装支架（7）安装在C臂环（1）上；安装支架（6）和横向安装支架（7）关于C臂中心轴线相位相差180°；

所述双影像C臂系统配置有剂量验证系统，由数据传输模块、图像配准模块、轮廓映射模块、组织变化分析模块、四维图像建模模块、剂量重建模块和剂量评估模块组成，其中，数据传输模块与数据服务器相连，数据传输模块还分别与图像配准模块、轮廓映射模块、四维图像建模模块和剂量重建模块相连；图像配准模块分别与轮廓映射模块、四维图像建模模块和剂量评估模块相连；轮廓映射模块经患者在线组织轮廓分别与组织变化分析模块和剂量评估模块相连；组织变化分析模块与数据传输模块和四维放射治疗计划系统相连；四维图像建模模块与剂量重建模块相连；剂量重建模块与剂量评估模块相连；剂量评估模块与数据传输模块和四维放射治疗计划系统相连；

所述数据传输模块通过网络连接与数据服务器通信，获取剂量验证所需的相关数据，将验证结果存储到数据服务器；

图像配准模块提供刚体和形变配准方法，用于四维图像建模模块中四维CT/CBCT不同呼吸时相三维图像的配准；用于轮廓映射模块中计划CT图像与CBCT图像的形变配准；

轮廓映射模块利用患者的计划轮廓信息、数据配准模块提供的计划CT和在线CBCT图像之间的形变向量场，计算计划轮廓向CBCT图像的映射；对轮廓映射结果进行修改后，得到患者在线组织轮廓；轮廓映射模块包括以下子模块：

a）三维网格构建子模块：根据组织三维轮廓线，构建组织的三维网格表面模型；具体为：首先利用组织的原始三维轮廓线重建出组织的三维网格表面，然后利用形变场插值技术，从配准得到的形变向量场中得到每个三维网格顶点处的形变向量，并对网格顶点进行坐标变换，得到轮廓映射目标图像坐标系下的三维网格表面模型；

b）三维模块剖切子模块：利用形变后的三维网格表面模型剖切出任意平面上的三维轮廓线；具体为：根据目标图像切片所在平面，对三维网格表面模型进行剖切，计算剖切与每个三维网格的剖切位置，并通过有序连接网格剖切点，得到对应的轮廓线；

c）轮廓距离变换子模块：利用组织三维轮廓线得到其对应的三维距离图；具体为：首先根据原始轮廓线计算轮廓二值图以及轮廓距离图，轮廓距离图的图像坐标系与用于勾画轮廓线的图像一致，距离图像中位于轮廓内部的体素值为正，轮廓外部的体素值为负，其绝对值为该体素到三维轮廓表面的最近距离；然后利用形变向量场对三维距离图进行形变变换，得到轮廓映射目标图像空间坐标下的轮廓距离图；最后提取距离图中每个断层图像上像素值为0的等值线，该等值线即为三维轮廓线的映射结果；

组织变化分析模块通过定量比较患者计划轮廓以及患者在线组织轮廓来分析组织器官在位置、体积和形状方面的变化，并通过数据传输模块将患者在线组织轮廓保存到数据服务器；还可同时查看和分析在多个分次下组织的形态，直观显示组织随着治疗过程的变化情况；

四维图像建模模块利用图像配准模块提供的四维CT影像不同时相之间的形变向量场，建立患者的四维图像模型；包括图像配准和四维运动建模两个子模块：

a）图像配准子模块对4DCT/4DCBCT中各组三维图像按照呼吸时相的顺序进行两两配准，得到相邻两组三维图像之间的形变向量场；

b）四维运动建模子模块综合利用图像配准子模块得到的各组形变向量场，依据呼吸运动的连续性、周期性特点，构建B样条运动模型或者基于主成分分析的运动模型，从而改善运动信息的准确度；

剂量重建模块利用四维图像模型或者三维CBCT图像重建出当前分次患者承受的剂量，包括电子密度标定子模块和剂量计算子模块：

a）电子密度标定子模块通过将计划CT图像配准到CBCT图像上，得到CBCT图像中体素在计划CT图像上的对应位置，然后利用处的HU值代替CBCT图像中体素处的HU值，最终生成一组模拟的HU图像用于组织电子密度的确定以及剂量计算；

b）剂量计算子模块基于已标定电子密度的CBCT进行剂量计算，估计患者在分次治疗中实际接受的剂量；

对于静止靶区的分次剂量重建，剂量计算子模块考虑了治疗过程中患者体位变化对接受剂量的影响；

对于运动靶区的分次剂量重建，剂量计算子模块考虑了靶区和其他有关组织在治疗过程中的实际运动情况、靶区追踪治疗的情况，从而估计出更准确的患者接受剂量，具体为：针对每一个射野，从治疗过程文件中分析针对每个射野运动补偿时准直器的运动轨迹和运动范围，并将运动轨迹分成等距离间隔的N个子弧；获取每个子弧平均位置处靶区中心的位置，并根据靶区中心位置从四维图像模型中插值获取对应的三维图像数据，最后根据该数据进行剂量计算；每个子弧的射线照射机器跳数，为治疗头往返多个周期运动过程中，在该子弧间跳数之和；通过分别对每一个子弧进行上述剂量计算，得到N组三维剂量场，对进行加权求和得到对于每一个射野的三维剂量场；然后针对所有射野进行上述剂量计算、累加，最终得到整个治疗计划的剂量场；其中，从四维图像模型中插值获取对应的三维图像数据的操作流程为：首先根据靶区中心位置对靶区四维运动模型进行插值，得到在四维图像模型中对应的呼吸时相；然后根据与相邻两个三维图像对应时相的距离确定插值权重；最后利用这两组三维图像之间运动向量场对参考时相进行形变变换，最终得到用于该治疗子弧对应的三维图像；

剂量评估模块利用剂量重建结果分析患者计划剂量与分次治疗剂量、多个分次累加剂量之间的差异；包括剂量映射子模块和剂量分析子模块：

a）剂量映射子模块利用图像配准模块获取的计划CT图像与CBCT图像之间的形变向量场，将剂量重建模块计算的分次剂量场映射到计划CT图像坐标系下，得到分次映射剂量场；利用多个分次的映射剂量场来计算患者的累积承受剂量，用于与计划剂量进行比较；

b）剂量分析子模块对计划剂量场和重建剂量场下有关组织的照射受量进行分析和比较，对治疗计划进行调整，修正患者实际受量与计划受量的偏差；通过比较模体计划的计划剂量和重建剂量来对系统进行质量保证；提供的功能包括：等剂量线、等剂量面的对比显示，剂量体积直方图的对比显示，剖面剂量的对比显示和差值显示，剂量场3D伽马分析。