本發(fā)明實施例涉及放療設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及一種靶區(qū)實時追蹤方法、電子設(shè)備、系統(tǒng)及存儲介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、在對腫瘤進行放射治療時，由于呼吸運動會帶來腫瘤目標(biāo)的移動，需要獲取準(zhǔn)確的腫瘤靶區(qū)位置再發(fā)射治療束以實現(xiàn)精準(zhǔn)放療。目前的解決方案包括：（1）控制呼吸運動，比如在深呼氣屏氣或者深吸氣屏氣下出束，例如，使用腹壓板減少運動幅度，然而這種方式需要人為干預(yù)呼吸運動，無法保證呼吸運動的控制效果；（2）通過影像觀察靶區(qū)的運動范圍，例如，定位時用4dct（four-dimensional?computed?tomography?，四維計算機斷層掃描），治療時用4dcbct（four-dimensional?cone?beam?computed?tomography?，四維錐形束計算機斷層掃描），進而確定靶區(qū)的運動范圍，在此運動范圍內(nèi)發(fā)射治療束，但這種方式獲取的靶區(qū)位置存在誤差；（3）呼吸門控技術(shù)，此方式下患者可以自由呼吸，患者佩戴呼吸檢測設(shè)備進行呼吸相位監(jiān)測，僅在呼吸周期中的某一特定呼吸時相發(fā)射治療束。然而，這種方式中，呼吸時相和靶區(qū)的運動關(guān)系是變化的，即：在同一呼吸時相下靶區(qū)的運動位置可能不一致，因此，獲得的靶區(qū)位置存在誤差；（4）實時追蹤技術(shù)，治療束跟隨靶區(qū)一起移動，此方式需要提前預(yù)測靶區(qū)的運動位置。然而，目前的實時追蹤技術(shù)，需要通過位置固定的兩個球管發(fā)射交叉的x射線，通過投影位置固定的兩個正交的投影圖像進行靶區(qū)位置確定，拍攝角度受限且計算繁瑣，實時追蹤的靶區(qū)位置不夠精確，因此實時追蹤效果難以滿足放療引導(dǎo)的高精度要求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于至少提供一種靶區(qū)實時追蹤方法、電子設(shè)備、系統(tǒng)及存儲介質(zhì)，至少可以解決提升實時追蹤靶區(qū)的準(zhǔn)確性問題，至少可以達到在實時追蹤靶區(qū)的治療階段根據(jù)監(jiān)測信息動態(tài)修正預(yù)測模型，以提升靶區(qū)追蹤準(zhǔn)確性的效果。

2、為解決上述技術(shù)問題，本技術(shù)的至少一個實施例提供了一種靶區(qū)實時追蹤方法，基于圖像引導(dǎo)放療系統(tǒng)實現(xiàn)，所述圖像引導(dǎo)放療系統(tǒng)包括主機械臂和輔機械臂，主機械臂的末端安裝有用于發(fā)射錐形成像束的發(fā)射裝置和用于發(fā)射治療束的治療裝置，輔機械臂的末端安裝有用于接收錐形成像束的接收裝置；主機械臂帶動治療裝置和發(fā)射裝置運動的同時，輔機械臂帶動接收裝置同步運動以使錐形成像束能夠穿過靶區(qū)到達接收裝置且接收裝置避開治療束的照射；所述靶區(qū)實時追蹤方法包括：利用當(dāng)前的預(yù)測模型和呼吸相位變化，通過控制主機械臂和輔機械臂同步運動實時追蹤靶區(qū)，所述預(yù)測模型用于表征呼吸相位與靶區(qū)運動信息之間對應(yīng)關(guān)系，所述靶區(qū)運動信息包括六自由度信息；按照預(yù)設(shè)頻率，利用發(fā)射裝置和接收裝置成像，獲取單張投影圖像；利用所述單張投影圖像得到靶區(qū)運動信息的監(jiān)測值；將所述監(jiān)測值與所述預(yù)測模型中相同呼吸時相靶區(qū)運動信息的預(yù)測值進行匹配；在匹配結(jié)果表明所述監(jiān)測值與所述預(yù)測值不一致的情況下，重新建立預(yù)測模型，將重新建立的預(yù)測模型確定為當(dāng)前的預(yù)測模型，以繼續(xù)利用當(dāng)前的預(yù)測模型和呼吸相位變化，通過控制主機械臂和輔機械臂同步運動實時追蹤靶區(qū)。

3、本技術(shù)的至少一個實施例還提供了一種電子設(shè)備，包括：至少一個處理器；以及，與所述至少一個處理器通信連接的存儲器；其中，所述存儲器存儲有可被所述至少一個處理器執(zhí)行的指令，所述指令被所述至少一個處理器執(zhí)行，以使所述至少一個處理器能夠執(zhí)行上述的靶區(qū)實時追蹤方法。

4、本技術(shù)的至少一個實施例還提供了一種圖像引導(dǎo)放療系統(tǒng)，包括：主機械臂，其末端安裝有用于發(fā)射錐形成像束的發(fā)射裝置和用于發(fā)射治療束的治療裝置，主機械臂能夠帶動治療裝置和發(fā)射裝置同步運動；輔機械臂，其末端安裝有用于接收錐形成像束的接收裝置，輔機械臂在主機械臂帶動治療裝置和發(fā)射裝置運動的同時，帶動接收裝置同步運動，以使錐形成像束能夠穿過靶區(qū)到達接收裝置且接收裝置避開治療束的照射；控制裝置，用于利用當(dāng)前的預(yù)測模型和呼吸相位變化，通過控制主機械臂和輔機械臂同步運動實時追蹤靶區(qū)；按照預(yù)設(shè)頻率，利用發(fā)射裝置和接收裝置成像，獲取單張投影圖像；利用所述單張投影圖像得到靶區(qū)運動信息的監(jiān)測值；將所述監(jiān)測值與所述預(yù)測模型中相同呼吸時相靶區(qū)運動信息的預(yù)測值進行匹配；在匹配結(jié)果表明所述監(jiān)測值與所述預(yù)測值不一致的情況下，重新建立預(yù)測模型，將重新建立的預(yù)測模型確定為當(dāng)前的預(yù)測模型，以繼續(xù)利用當(dāng)前的預(yù)測模型和呼吸相位變化，通過主機械臂和輔機械臂同步運動實時追蹤靶區(qū)；所述預(yù)測模型用于表征呼吸相位與靶區(qū)運動信息之間對應(yīng)關(guān)系，所述靶區(qū)運動信息包括六自由度信息。

5、本技術(shù)的至少一個實施例還提供了一種計算機可讀存儲介質(zhì)，存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)上述的靶區(qū)實時追蹤方法。

6、本技術(shù)的實施例提供的靶區(qū)實時追蹤方法、電子設(shè)備、系統(tǒng)及存儲介質(zhì)，通過主機械臂帶動治療裝置實時投照實時追蹤的靶區(qū)，與此同時，也帶動了發(fā)射裝置的同步旋轉(zhuǎn)運動，以及通過輔機械臂帶動接收裝置到達能夠接收穿過靶區(qū)的成像束的對應(yīng)位置，為了提升靶區(qū)投照的準(zhǔn)確性，在達到設(shè)定的頻率時獲得單張投影圖像，僅依據(jù)該張投影圖像即可得到靶區(qū)運動信息的監(jiān)測值，進而實現(xiàn)治療階段的靶區(qū)動態(tài)監(jiān)測，以根據(jù)監(jiān)測結(jié)果及時修正預(yù)測模型，使得實時追蹤始終采用能夠預(yù)測精準(zhǔn)靶區(qū)的預(yù)測模型，提升了靶區(qū)實時追蹤的準(zhǔn)確性。

7、在一些可選的實施例中，利用當(dāng)前的預(yù)測模型和呼吸相位變化，通過控制主機械臂和輔機械臂同步運動實時追蹤靶區(qū)，包括：獲取實時監(jiān)測的表征呼吸時相變化的呼吸運動曲線；利用當(dāng)前的預(yù)測模型和呼吸相位變化，實時預(yù)測靶區(qū)運動信息；根據(jù)預(yù)測的靶區(qū)運動信息，控制所述主機械臂帶動所述治療裝置運動，以使所述治療裝置發(fā)射的治療束投照靶區(qū)。通過呼吸相位變化與預(yù)測模型相結(jié)合，實現(xiàn)靶區(qū)的動態(tài)追蹤，保證治療階段靶區(qū)的準(zhǔn)確性。

8、在一些可選的實施例中，所述的靶區(qū)實時追蹤方法，還包括：主機械臂和輔機械臂分別帶動發(fā)射裝置和接收裝置同步旋轉(zhuǎn)運動，旋轉(zhuǎn)運動的同時進行成像，得到錐束ct投影圖像序列；根據(jù)所述錐束ct投影圖像序列重建4d錐束ct投影圖像；根據(jù)所述4d錐束ct投影圖像計算每個呼吸相位下的靶區(qū)運動信息；根據(jù)每個呼吸相位下的靶區(qū)運動信息，建立用于表征呼吸相位與靶區(qū)運動信息之間對應(yīng)關(guān)系的預(yù)測模型。通過重建4d錐束ct投影圖像能夠構(gòu)建出準(zhǔn)確的預(yù)測模型，以供動態(tài)追蹤靶區(qū)使用。

9、在一些可選的實施例中，所述的靶區(qū)實時追蹤方法，還包括：?主機械臂和輔機械臂分別帶動發(fā)射裝置和接收裝置同步旋轉(zhuǎn)運動，旋轉(zhuǎn)運動的同時進行成像，得到錐束ct投影圖像序列；將所述錐束ct投影圖像序列中相同呼吸相位的圖像劃分為一組；根據(jù)每組相同呼吸相位的圖像計算靶區(qū)運動信息，將計算的靶區(qū)運動信息取平均值，將所述平均值確定為相應(yīng)呼吸相位下的靶區(qū)運動信息；根據(jù)每個呼吸相位下的靶區(qū)運動信息，建立用于表征呼吸相位與靶區(qū)運動信息之間對應(yīng)關(guān)系的預(yù)測模型。通過對同一呼吸相位的錐束ct投影圖像進行靶區(qū)運動信息計算后取平均值，獲得不同呼吸相位下較為準(zhǔn)確的靶區(qū)運動信息，實現(xiàn)建模。

10、在一些可選的實施例中，利用所述單張投影圖像得到靶區(qū)運動信息的監(jiān)測值，包括：獲取用于生成治療計劃的參考ct圖像；基于所述單張投影圖像和所述參考ct圖像進行2d-3d配準(zhǔn)，得到所述單張投影圖像的投影位置；基于單張投影圖像和參考ct圖像進行2d-3d配準(zhǔn)，得到當(dāng)前時刻靶區(qū)相對于參考ct圖像的位置變化，將根據(jù)當(dāng)前時刻靶區(qū)相對于參考ct圖像的位置變化確定的患者坐標(biāo)系下的靶區(qū)運動信息，確定為靶區(qū)運動信息的監(jiān)測值。

11、在一些可選的實施例中，當(dāng)前時刻靶區(qū)相對于參考ct圖像的位置變化包括靶區(qū)在投影坐標(biāo)系下相對于參考ct圖像的平移變化和旋轉(zhuǎn)變化，通過如下投影坐標(biāo)系與患者坐標(biāo)系的幾何關(guān)系式，確定患者坐標(biāo)系下的靶區(qū)運動信息：

12、

13、

14、

15、

16、

17、

18、式中，（）表示靶區(qū)在投影坐標(biāo)系下相對于參考ct圖像的平移變化和旋轉(zhuǎn)變化，表示幾何放大因子，（）表示靶區(qū)在投影坐標(biāo)系下相對于參考ct圖像的平移變化和旋轉(zhuǎn)變化，表示投影平面a繞x軸旋轉(zhuǎn)的角度。

19、在一些可選的實施例中，利用所述單張投影圖像得到靶區(qū)運動信息的監(jiān)測值，包括：利用所述單張投影圖像與所述錐束ct投影圖像序列中的每張圖像進行2d配準(zhǔn)，從所述錐束ct投影圖像序列中確定與所述單張投影圖像最匹配的第二目標(biāo)圖像；根據(jù)所述第二目標(biāo)圖像的呼吸相位確定所述4d錐束ct投影圖像中相同呼吸相位下的靶區(qū)運動信息，將該靶區(qū)運動信息確定為靶區(qū)運動信息的監(jiān)測值。通過從錐束ct投影圖像序列中確定與當(dāng)前拍攝的單張投影圖像最匹配的圖像，能夠從4d錐束ct投影圖像中快速確定出相同呼吸相位下的靶區(qū)運動信息，作為監(jiān)測值。