用于校准成像系统的标记物、体模及关联方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及医学成像，尤其涉及校准成像系统的标记物、体模及关联方法，该成像 系统可以与放射治疗系统相集成。
【背景技术】
[0002] 放射治疗领域中的新近发展已经集中于将成像系统与治疗系统相集成。目标是提 供对患者体内的解剖特征(例如肿瘤)的位置的实时反馈，使得治疗放射束能够被更精确地 控制以将该特征作为目标。
[0003] -种提出的方法是将基于线性加速器的治疗系统与磁共振成像(MRI)系统组合在 称为MRI-Linac的单个装置内。该装置在本申请人的多个早期申请中被描述，该早期申请包 括编号12/704，944的美国专利申请（公开号2011/0201918)和编号2011/127947的PCT公开。 在这些早期申请的每个中所描述的系统中，MRI系统的磁线圈是分离的，留有一定的间隙， 治疗放射束能够穿过该间隙被输送到患者。以这种方式，患者能够在躺在同一位置时被基 本上同时成像和治疗。
[0004] 如果MRI系统将向治疗系统提供可靠的信息，则将这两个系统精确校准是重要的； 也就是说，MRI系统的坐标系统必须与治疗束的坐标系统配准，使得MRI系统中的测量结果 能够被转换成治疗系统中的指令。
[0005] 体模(phantom)是被扫描或成像以评估和调整各种医学成像设备的性能的已知设 备。Rhode等人的论文（"Registration and Tracking to Integrate X-Ray and MR Images in an XMR Facility"，IEEE Transactions on Medical Imaging，第22卷1369-1378页)描述了一种将X射线与MR图像配准的方法，其中体模首先在X射线系统中被成像，之 后被平移一定距离并且由MRI系统成像。测量两系统之间的该距离以使得两个坐标系被共 配准。当在X射线系统中时，滚珠轴承(ba11 bear ing)被用作体模内的标记物；当在MRI系统 中时，滚珠轴承被MR成像标记物所代替，以避免与强烈磁场的相互作用所产生的问题。
[0006] 该系统具有若干缺点。如果两个标记物没有在体模内被精确地共定位，则用MR成 像标记物代替滚珠轴承引入了潜在的误差源。此外，体模在该两个设备之间的平移引入了 另外的误差源。
【发明内容】
[0007] 根据本发明的第一方面，提供一种供医学成像系统的校准使用的标记物，包括:第 一部件，其具有第一氢质子密度和第一质量密度；以及第二部件，其具有不同于第一氢质子 密度的第二氢质子密度和不同于第一质量密度的第二质量密度，其中第一和第二部件是非 磁性的。
[0008] 在本发明的另外方面中，提供了校准成像系统的体模和方法。
【附图说明】
[0009] 为了更好地理解本发明，以及为了更加清楚地表明如何使本发明生效，现在将通 过示例的方式对以下的附图做出参考，其中：
[0010] 图1示出了根据本发明的实施例的标记物；
[0011] 图2a是图1的标记物的MR图像的示意图示；
[0012 ]图2b是图1的标记物的放射照相图像的示意图示；
[0013]图3示出了根据本发明的实施例的标记物；
[0014]图4a是图3的标记物的MR图像的示意图示；
[00?5 ]图4b是图3的标记物的放射照相图像的示意图示；
[0016]图5a示出了根据本发明的实施例的体模；
[0017]图5b示出了根据本发明的另外的实施例的体模；
[0018] 图6示出了组合的MRI放射治疗系统；以及
[0019] 图7是根据本发明的实施例的方法的流程图。 具体实施例
[0020] 图1示出了根据本发明的实施例的标记物10的截面。如下文将解释的，标记物10适 于供使用不同成像模态的各种医学成像系统所使用。
[0021] 为了理解标记物如何起作用，首先考虑可以医学成像中采用的不同成像机制是有 启发的。
[0022] 磁共振(MR)成像通过将成像对象置于高强度磁场中来运行。目前，场强密度通常 在0.2到3T之间从系统到系统而不同。在这种强磁场中，对象中的氢质子的磁矩变为与该磁 场对准。通过将具有共振频率的电磁信号施加到该对象，使那些质子的自旋翻转。当关闭电 磁信号时，质子往回翻转并且发射电磁信号，该电磁信号能够被接收线圈所接收。采用梯度 磁体来在空间上改变磁场，以便仅在该对象内从某些位置生成可检测的信号和/或使共振 频率在不同位置处不同，以使得能够实现对所接收的电磁信号的空间编码。不同材料中的 氢质子以不同的弛豫速率返回到其平衡态，并且这也能够用于在材料和构造图像之间进行 区分。
[0023] 以这种方式，具有高氢质子密度的材料，即具有高数量的自由翻转其磁矩的氢质 子的材料，在MR图像中是清晰且强力可见的。
[0024] 另一种成像模态采用放射，诸如X射线。用校准的X射线束将要成像的对象作为目 标;该射束通常是圆锥形的，但可以采用其他形状。置于主体的相对侧上的检测器在放射已 经穿过对象之后检测该放射。放射中的一些将已经被对象吸收，使得由该检测器收集的数 据以投影图像的形式提供关于对象位置的信息。该技术是本领域中已知的，并且在此被称 为放射照相术。使用计算机断层扫描(CT)技术可以组合多个投影图像以重建对象的体积图 像。注意，正电子发射断层扫描(PET)采用了以伽马射线形式的电磁辐射，但不是放射照相 技术。
[0025] 对象吸收给定能量的X射线的可能性随着对象的材料密度增加而增加，虽然该增 加是非线性的。高密度材料(诸如铅或钨）很容易吸收X射线，这导致将这些材料用于校准 器、放射护罩等等之中。低密度对象在基于放射的图像中可能是不可见的。吸收的可能性也 取决于放射的能量，其中不同的相互作用机制在不同的能量下进行支配。例如，在较低能量 X射线的情况下（即kv范围内），除材料密度的效应外，由于光电效应，X射线吸收可能是十分 材料敏感的。不同材料不同地吸收kV X射线(例如，如在kV X射线下在对骨骼的清晰成像中 所看到的那样）。然而，在较高能量水平下（即MV范围内），相对吸收主要取决于对象中材料 的相对材料密度。因此，在MV能量水平下，通过成像具有不同材料密度的材料可以获得高对 比度图像。材料密度中的区别越大，图像中的对比度越大。
[0026] 根据本发明的实施例的标记物10可以被用于采用这些或其他技术的成像系统中。
[0027] 标记物10包括第一标记物部件12,其是固体的，并且在所图示的实施例中具有球 形形状。然而，如下面将更加详细解释的，在本发明的不同实施例中第一标记物部件12可以 采取不同的形状。
[0028]第一标记物部件12是非磁性的，因为其对外部磁场没有显著影响（即它是非铁磁 的）。正是这一特征允许标记物10被用于磁共振(MR)成像系统中。进一步，在本发明的一些 实施例中，第一标记物部件12是不导电的，因为导电材料能够引起MR图像中的失真。在本发 明的情境中，如果由MRI系统生成的射频场能够穿透（即穿过)部件，则该部件被认为是不导 电的。部件材料在这种频率下的趋肤深度(skin de