用于放射治疗程序的移动式CT扫描仪的应用

摘要

本发明涉及一种由计算机(7)执行的用于确定患者体内的软组织体部分的位置的数据处理方法，该部分将使用在由治疗装置(1)发出的治疗光束的至少一个位置处的治疗光束布置通过放射疗法治疗，数据处理方法包括以下步骤：a.获取包括关于分配给移动式CT装置(3)的坐标系中的所述体部分的部位的信息的CT图像数据，其中，将患者的身体相对于治疗装置(1)定位，以及其中，CT装置(3)构造成相对于患者的身体和/或相对于治疗装置(1)定位；b.获取包括关于在分配给CT装置(3)的坐标系和分配给治疗装置(1)的坐标系之间的第一变换的信息的第一变换数据；c.基于CT图像数据和第一变换数据确定包括关于所述体部分在分配给所述治疗装置(1)的所述坐标系的所述位置的信息的位置数据。本发明还涉及用于确定患者体内的软组织体部分的部位的相应的计算机(7)和系统。

说明书

技术领域

本发明涉及一种计算机实施方法，其是借助于移动式CT扫描仪用于确定患者体内的相对于放射治疗装置位于治疗位置内的软组织体部分的位置，以及涉及相应的计算机程序及系统。

发明内容

本发明涉及医学领域，并且特别涉及光束(特别是放射束)的应用，来治疗身体的部分。出于此目的特别应用了电离辐射。特别地，治疗光束包括电离辐射或由电离辐射组成。电离辐射包括粒子(例如亚原子粒子或离子)或电磁波，或由粒子或电磁波组成，该粒子或电磁波的能量足以将电子从原子或分子中分离出来并使其电离。治疗光束(特别是治疗辐射)特别应用于放射治疗(也称为放射疗法)，特别是在肿瘤学领域。尤其为了治疗癌症，包括肿瘤的身体部分通过使用电离辐射来治疗。肿瘤是待治疗的软组织体部分的实例，也称为治疗体部分。将治疗光束优选地控制成通过治疗体部分。

光束位置的布置包括至少一个光束位置，特别是一组光束位置或连续的多个(多种)光束位置的离散集(尤其是由至少一个光束位置和一组光束位置或连续的多个(多种)光束位置的离散集组成)。在治疗期间，特别是在只有一个光束源发射治疗光束的情况下，治疗光束特别地按顺序采用由该装置限定的光束位置。如果在治疗期间存在多个光束源，则光束位置也可以由几个治疗光束同时采用。特别是在(实际)治疗期间(特别是在治疗环节期间，也称为部分)，将至少一个光束位置的布置称为实际布置，其中至少一个光束位置的装置相对于治疗装置限定了至少一个光束位置。特别地，该实际布置具有实际布置中的所有治疗光束(在多于一个的情况下)相交的交点。特别地，例如在参考系中，该参考系统在其源点中具有该交点，相对于该交点的位置描述了确定的位置。交点特别对应于治疗装置的等角点。

特别地，在治疗身体部分的计划相对位置和光束位置的计划装置之间存在限定的计划相对位置。特别地，治疗计划(在治疗前由治疗计划系统执行，例如基于计算断层扫描图像(称为计划CT图像))使得计划相对位置位于治疗身体部分与计划布置之间。特别地，将实际布置设置为包括与计划布置相同数量的光束位置。特别地，在计划布置包括两个或更多个光束位置的情况下，在光束位置之间的相对位置被设置成在计划布置和实际布置中是相同的。

通常，治疗计划是基于例如CT图像的治疗计划图像，治疗计划图像相比于放射治疗在另一个位置处进行，其中患者起初躺在分配给CT扫描仪的患者躺椅上。在已经取得计划CT图像并已经完成治疗计划后，然后将患者被放置在分配给诸如LINAC的治疗装置的患者躺椅上。通常即使如此，在放射治疗开始之前，在采用治疗计划所依据的图像之后，相当长的时间过去了。

通常假设均可在CT图像中可视化的软组织和骨性结构之间的空间关系保持不变，而与患者的位置或运动状态无关。当已经将患者放置在放射治疗的适当位置时，例如在躺椅或放射疗法治疗装置上，然后获得患者身体的x射线图像，并且依据软组织与骨性结构之间空间关系的信息，将骨性结构的位置与治疗光束的位置进行比较，因此可以建立软组织与治疗光束之间的空间关系。因此，可以确定软组织位置相对于治疗光束位置的偏移，并且可以相应地移动患者，以使患者相对于治疗光束正确定位，使得用治疗辐射照射所需的软组织。

然而，由于通过x射线成像可视化的骨体结构和软组织之间的精确空间关系可能不是已知的，所以这种方法可能导致软组织与期望位置的位置偏移。特别地，软组织例如由于其弹性特性已经改变其空间特性(特别是尺寸和/或形状)，使得其不再由治疗光束和期望的方法所覆盖。

本发明的目的是通过放射治疗确定待治疗的软组织体部分的当前位置，即确定患者的准备进行放射治疗并且位于治疗装置的患者床上的治疗身体部分的位置。

该目的是根据本发明的操作台通过本发明的方法、程序和系统来解决的。

该方法、程序和系统由所附的独立权利要求所限定。本发明的优点、有利特征、有利实施例和有利方面在下文中公开并包含在从属权利要求的主题中。根据本发明，无论在技术上的策略还是技术可行的情况下可组合不同的有利特征。具体来说，一个实施例的特征与另一实施例的另一特征具有相同或相似功能时，该特征可以与所述另一特征进行替换，并且一个实施例的特征向另一实施例中添加附加功能时，该特征可以特别地添加到所述另一实施例中。

本发明特别提供了一种由计算机执行的数据处理方法，用于确定患者体内的软组织体部分的位置，所述软组织体部分将通过放射疗法采用由治疗装置发出的治疗光束的至少一个位置的治疗光束装置进行治疗，所述数据处理方法包括以下步骤：获取CT图像数据，所述CT图像数据包括关于分配给移动式CT装置的坐标系内的所述身体部分的位置的信息，其中，患者的身体位于相对治疗装置的治疗位置，并且其中CT装置构造成相对于患者身体和/或相对于治疗装置进行定位；获取第一变换数据，第一变换数据包括关于分配给CT装置的坐标系和分配给治疗装置的坐标系之间的第一变换的信息；基于CT图像数据和第一变换数据，确定位置数据，位置数据包括关于分配给治疗装置的坐标系中的身体部分的位置的信息。

换句话说，制造躺在治疗装置的患者躺椅上的患者的至少一个CT图像，其中该治疗装置可以是用于放射治疗的LINAC。由于在放射治疗过程中患者将保持在患者躺椅上，所以希望患者体内的治疗身体部分并无实质位置变化。因此，从CT图像得到的目标位置将描述放射治疗期间的目标位置。由于CT图像参考移动式CT装置的坐标系，因此必须将目标的坐标变换到治疗装置的坐标系中。

提供了位于放射治疗装置的患者躺椅上的患者的CT图像与已知的用于放射治疗的成像方法相比，具有一系列优点，包括以下优点：

-与锥束CT图像相比，提高了软组织的对比度；

-提供了对计划辐射剂量至关重要的亨斯菲尔德单位(Hounsfields-Units)；

-改善了视野；

-减少图像采集时间；

-提供用于放射治疗的四维图像数据，这使得对于解剖结构的时间依赖性位置的考虑成为现实，特别是在治疗期间对于患者的呼吸周期的考虑成为现实，而这随和又可考虑用于控制/选通治疗光束。跟踪患者的呼吸曲线也可能意味着使用捕获患者的实时热图像的热成像相机。

十分重要的是应注意到，根据本发明的CT装置是可移动的并且因此可以相对于治疗装置和在治疗位置处支撑患者的患者躺椅二者自由移动。特别地，当在放射治疗过程中不使用移动式的CT装置时，移动式的CT装置可以存储在用于存放CT计划程序和/或用于诊断目的的模拟室中，该模拟室位于远离患者接受放射治疗的治疗室。通过这样做，对不同患者甚至可能同时进行的不同程序可以进入CT装置，而不需要搬运患者。为了能够在模拟或诊断部位与治疗部位之间运送CT装置，CT装置可以包括起落架，CT装置通过起落架可以在医院的地面上进行自由地二维移动。

由于移动式的CT装置可以进行自由地二维移动，因此当制造CT图像时，知道CT装置和治疗装置的精确相对位置是至关重要的，以使可以将分配给CT装置的坐标系中获取的目标的坐标变换为分配给治疗装置的坐标系。这种变换也可以考虑治疗装置在一段时间后可能发生的等角点的偏移。例如，如果通过诸如Winston-Lutz测试的已知程序来确定等角点的某个偏移，那么可以通过适当改变坐标变换来补偿该偏移。

出于此目的，获取所述第一变换数据可以包括使用位置检测单元，位置检测单元构造成确定CT装置相对于治疗装置的空间位置，特别是其中，该位置检测单元包括从由光学跟踪系统、EM跟踪系统、超声波跟踪系统组成的组中选择的至少一个元件；以及分配给致动元件的传感器，致动元件配置成为引起CT装置的传送运动，该传感器构造成确定致动元件相对于该致动元件的已知初始位置的当前位置；传感器装置，特别是照相机，被分配给CT装置(3)并且构造成为检测限定引导路径的标记；跟踪系统包括构造成为确定三维表面结构的3D范围的相机。

特别地，可以想到使用分配给治疗装置并且相对于治疗装置设置在固定位置的跟踪系统。为了能够通过跟踪系统进行位置跟踪，CT装置可以包括构造成为由跟踪系统检测到的至少一个跟踪标记。此外，跟踪系统可以是光学跟踪系统，其可以特别地检测红外范围的光线内的信号，或者也可以是EM跟踪系统或甚至是超声波跟踪系统。此外，CT装置可以包括至少一个传感器，传感器构造成确定起落架的至少一个车轮相对于其初始位置的当前位置，该初始位置对于位置检测单元而言是已知的。通过这样做，可以计算CT装置的当前位置。还可以想到的是使用3D范围的相机，该相机构造成确定三维表面结构。这样的3D系列相机以及关于设置在治疗部位的装置的三维表面的已知数据，能够确定所述装置相对于彼此的当前空间位置。

进一步，获取该第一变换数据可以包括使用引导单元，引导单元构造成沿CT装置的第一位置和CT装置的第二位置之间的路径引导允许获取CT图像数据的CT装置，，尤其其中，引导单元就像上述的位置检测单元一样构造成为确定CT装置相对于治疗装置的空间位置，和/或其中相对于治疗装置预先设定第二位置，和/或其中所述引导单元包括从由限定所述引导路径的感应线圈、分配给CT装置并构造成为检测限定所述引导路径的标记的传感器装置(特别是照相机)、发射电磁辐射的发射器、以及接收所述电磁辐射的互补接收器组成的组中选择的至少一个元件，其中，发射器或接收器安装到CT装置上，允许引导单元来确定到第二位置的路径，机械联接器限定CT装置相对于治疗装置的联接位置。

由于CT装置可以自由地二维移动，因此期望有助于将CT装置相对于患者/患者躺椅和治疗装置定位。可以想到的是从CT装置的预定义的停驻位置或存储位置开始，并且运行到CT装置能够拍摄患者的CT图像的位置，定义预定路径。例如，可以为医疗人员标记用于CT装置的初始停驻位置以使CT装置被带到初始位置。导向单元可以从那里开始接管，以使CT装置可以自动地从初始停驻位置行进到允许获取CT图像数据的终点位置。

利用CT装置相对于治疗装置已知的第二最终位置，可以将在第二位置拍摄的图像中看到的结构的坐标变换到治疗装置的坐标系中。

除了位置检测单元和/或引导单元之外或作为位置检测单元和/或引导单元的备选，本发明的方法还可以包括以下步骤：获取定位图像数据，该定位图形数据包括关于身体部分相对于治疗装置的位置信息，基于定位图像数据和CT图像数据确定所述第一变换数据；其中，将分配给治疗装置的定位成像装置(特别是X射线成像装置)用于获取定位图像数据，并且其中使定位图像数据与CT图像数据配准。

在将定位成像装置相对于治疗装置设置在已知且不变的位置的情况下，由定位成像装置制造的图像允许由在治疗装置的坐标系内的图像中看到的每个结构的三维坐标中获得。由定位成像装置制作的定位图像和由CT装置制作的任何CT图像的随后的配准将能够使CT图像中看到的任何结构的位置变换成治疗装置的坐标系。

通过这种图像配准，甚至不需要知道CT装置相对于治疗装置的精确位置，并且CT装置相对于治疗装置粗略定位就足够了。另一方面，位置检测单元和/或引导单元可以构造成以如此高的精度确定CT装置相对于治疗装置的位置，即对于从CT装置坐标系到治疗装置坐标系的坐标变换不需要如上所述的图像配准。

显然，如上所述的方法提供了患者相对于放射治疗装置定位的高度局部CT图像数据。因此，本发明还允许确定先前获取的图像数据对于躺在治疗患者躺椅上的患者是否仍然有效。出于此目的，本发明的方法还可以包括以下步骤：特别是患者的身体相对于治疗装置处于与治疗位置不同的位置时，获取计划CT图像数据，该数据包括关于身体部位的位置的信息；获取第二变换数据，第二变换数据包括关于分配给计划CT图像数据的坐标系和分配给治疗装置的坐标系之间的第二变换的信息；基于所述第二变换数据、所述计划CT图像数据和所述CT图像数据，确定一致性数据，一致性数据包括关于基于所述计划CT图像数据的所述软组织体部分的位置配准对于所述患者身体相对于所述治疗装置采取治疗位置是否有效的信息。

特别地，例如可以验证预先基于计划CT图像确定的目标位置是否仍然是恰当的，并且目标位置可以用于重置放射治疗装置的等角点。在目标位置同时发生变化的情况下，可以利用移动式CT装置获取的当前CT图像代替计划CT图像，并且可以基于从当前图像导出的更新的位置数据来执行治疗程序。

还可以想象的是，在放射治疗过程期间借助移动式CT装置多次获取CT图像数据以连续更新患者的图像数据。在本文中，CT装置可以在与治疗部位间隔开的第一位置和允许获取CT图像数据的第二位置之间来回移动。通过这样做，患者图像数据可以根据需要经常更新，并且可以基于最新定位的数据来执行放射治疗。此外，可以想象的是，例如在位置检测单元和/或引导单元的帮助下，CT装置相对于治疗装置可再现地放置在相同位置，以使从CT装置的坐标系到成像装置的坐标系的必要变换是已知的，并且不必为每个后续获取的CT图像计算所述变换。

然而，只要使用CT成像装置获取计划CT图像数据，且还未确定CT成像装置相对于治疗装置的位置，计划CT图像数据必须从分配给计划CT图像的坐标系变换到分配给治疗装置的坐标系。这可以通过将计划CT图像数据与由移动式CT装置获取的CT图像数据进行配准来完成。附加地或备选地，可以使计划CT图像数据与已经参考治疗装置的坐标系的定位图像数据配准。

关于CT图像的配准，甚至不需要在CT装置坐标系和治疗装置坐标系之间进行坐标变换。例如，由移动式CT装置制造的CT图像可以特别地使用图像配准来与在治疗装置的坐标系内位置已知的任何图像进行配准。这对于更新基于较旧的CT图像的治疗计划可能是特别需要的。在本文中，可以如本文所述使用移动式CT装置，但是不需要从CT装置坐标系变换位置数据。

由于放射疗法的治疗计划通常是基于将患者放置在治疗装置的患者躺椅上之前所获得的CT图像数据，所以本发明还可以提供这种治疗计划的更新。因此，本发明的方法还可以包括以下步骤：获取治疗约束数据，治疗约束数据包括关于用治疗光束装置对身体部分放射治疗的治疗约束的信息，该治疗约束特别是在计划CT图像数据的基础上限定的；根据治疗约束数据和一致性数据确定约束一致性数据，该约束一致性数据包括关于治疗约束对于采用相对于治疗装置处于治疗位置的所述患者的身体是否满足的信息。

例如，治疗计划可能要求患者身体的某些部位不能被治疗光束照射。由于根据计划CT图像数据来确定由治疗光束照射的目标和要避免的身体部位的相对位置，由位于治疗床上的患者制成的CT图像还允许更新治疗计划，也就是说，可以根据更新的CT图像检查治疗计划是否仍然有效，并且检查设定的约束是否仍然满足放置在治疗床上的患者。否则，治疗计划可以依据适应于从当前CT图像导出的数据的约束来更新。此外，还可以想到的是，借助于多个连续获取的CT图像数据，在放射治疗过程期间连续地更新治疗计划，其中患者仍留在治疗装置的治疗床上(治疗计划在线更新)，以便针对当前的放射治疗程序立即应用更新的治疗计划。

进一步可以想到的是，使定位图像数据与CT图像数据配准和/或使定位图像数据与计划CT图像数据配准和/或使CT图像数据与计划CT图像数据配准，包括特别是基于在待配准的图像数据中识别患者身体的骨性结构的图像配准程序。

进一步可以想到，配准图像数据包括弹性图像融合。备选地或附加地，配准图像数据也可以包括刚性图像融合。

由于用于将移动式CT装置放置在治疗位置附近的可用空间是非常有限的，因此本发明的方法还可以提供相对于治疗装置和/或支撑患者的患者躺椅来定位CT装置。这将有助于防止CT装置和/或患者躺椅/患者之间的碰撞。因此，本发明的方法可以包括以下步骤：获取成像布置数据，所述成像布置数据包括关于身体部分、治疗装置和移动式CT装置的空间布置的信息，该空间布置允许利用位于所述治疗装置的患者躺椅上的患者身体获取所述身体部位的CT图像数据；获取当前布置数据，所述当前布置数据包括关于身体部分、治疗装置和移动式CT装置的当前空间布置的信息；基于成像布置数据和当前布置数据确定重新布置数据，所述重新布置数据包括关于身体部分、治疗装置和/或移动式CT装置的重新布置的信息，以达到允许获取CT图像数据的空间布置。

利用已知的患者躺椅、治疗装置和CT装置的当前布置和所需的布置，可以向致动装置或医务人员提供关于必要的位置变化的信息，以便达到允许获取患者的CT图像的所需的布置以。例如，患者躺椅可以围绕垂直轴自动或手动旋转，使得CT装置可以靠近患者躺椅的头端移动，以获得患者头部的CT图像数据。此外，可能需要倾斜放疗治疗装置的加速器的头部，以便获得放置在患者周围的CT装置的机架的空间。

可以将重新布置数据(即描述患者躺椅、治疗装置和/或CT装置的位置布置的必要变化的数据)发送到至少一个重新定位单元，该重新定位单元随后可以自动地重新定位治疗装置、CT装置和/或连同患者身体的患者躺椅。附加地或备选地，可以将重新布置数据传送到诸如计算机显示器的输出单元，该计算机显示器配置成为向医务人员提供有关治疗装置、CT装置和/或连同患者身体的患者躺椅的重新布置所必需的信息。

本发明的另一方面涉及一种用于确定患者体内的软组织体部分的位置的系统，该软组织体部分将通过放射疗法由治疗装置发出的治疗光束的至少一个位置的治疗光束布置来治疗，该系统包括：配置成发出治疗光束布置的治疗装置；配置成在放射治疗期间支撑患者身体的患者躺椅；移动式CT装置，其配置成相对于治疗装置和/或患者躺椅移动而传送到放射治疗部位、，并获取患者身体的CT图像数据。

此外，该系统可以包括从组中选取的至少一个元件，该组包括：重新定位单元，其配置成为重新定位患者躺椅、治疗装置和/或移动式CT装置，以便达到允许获取CT图像数据的空间布置；引导单元，其构造成为沿着CT装置的第一位置和CT装置的第二位置之间的路径引导CT装置，允许获取CT图像数据，尤其其中，该引导单元构造成确定该CT装置相对于该治疗装置的空间位置，和/或其中相对于所述治疗装置、分配给所述治疗装置的定位图像装置预先定义该第二位置，并且第二位置设置在相对于治疗装置已知的空间位置，特别地配置成为产生X射线图像；位置检测单元，其配置成为确定CT装置相对于治疗装置的空间位置；计算机，其配置成为执行本文所述的任何数据处理方法。

如上所述的系统的每个元件可以配置成允许上面进一步描述的数据处理方法来执行包括相应元件或相应多个元件的任何方法步骤。

本发明的另一方面涉及一种相应的计算机程序，该计算机程序在计算机上运行时使计算机执行本文描述的任何方法的方法步骤，和/或所述计算机程序存储在一种程序存储介质上，特别是以非暂时性的形式存储在所述程序存储介质上。

本发明还涉及如本文所述的相应的系统，该系统包括计算机，在计算机上存储和/或运行该程序。

定义

根据本发明的方法是例如计算机实施方法。例如，根据本发明的方法的所有步骤或仅一些步骤(即小于步骤的总数)可由计算机执行。计算机实施方法的实施例是使用计算机执行数据处理方法。计算机例如包括至少一个处理器以及例如至少一个用于例如电子和/或光学地(技术上)处理数据的存储器。处理器例如由半导体的物质或组合物制成，例如至少部分地n-掺杂半导体和/或p-掺杂半导体，例如II-半导体材料、III-半导体材料、IV-半导体材料、V-半导体材料、VI-半导体材料中的至少一个半导体材料制成，例如(掺杂)硅和/或砷化镓。所描述的计算步骤例如由计算机执行。确定步骤或计算步骤是例如在技术方法的框架内(例如在程序的框架内)确定数据的步骤。计算机例如是任何类型的数据处理设备，例如电子数据处理设备。计算机可以是通常认为的例如台式PC、笔记本电脑、上网本等的设备，但也可以是任何可编程设备，例如移动电话或嵌入式处理器。计算机可以例如包括“子计算机”的系统(网络)，其中每个子计算机代表计算机本身。术语“计算机”包括云计算机，例如云服务器。术语“云计算机”包括云计算机系统，该云计算机系统包括例如至少一个云计算机的系统，以及例如多个可操作式互连的云计算机的系统(例如服务器农场)。这种云计算机优选地连接到诸如万维网(WWW)的广域网，并且位于所有连接到万维网的所谓的计算机云中。这种基础设施用于“云计算”，“云计算”描述了计算、软件，数据访问和存储服务，这些不要求终端用户知晓提供特定服务的计算机的物理位置和/或配置。例如，在这方面将术语“云”用作互联网(万维网)的隐喻。例如，云提供了作为服务的计算基础设施(IaaS)。云计算机可以用作用于执行本发明的方法的操作系统和/或数据处理应用的虚拟主机。云计算机例如是由亚马逊云计算服务(Amazon Web Services^TM)提供的弹性计算云(EC2)。计算机例如包括用于接收或输出数据和/或执行模数转换的接口。数据例如是表示物理特性的数据和/或从技术信号产生的数据。技术信号例如通过(技术)检测装置(例如用于检测标记装置的装置)和/或(技术)分析装置(例如用于执行成像方法的装置)产生，其中，技术信号例如是电信号或光信号。技术信号例如表示由计算机接收或输出的数据。计算机优选地可操作地耦合到显示装置，显示装置允许(例如向用户)显示由计算机输出的信息。显示装置的一个实例是可用作导航的“护目镜”的增强现实装置(也称为增强现实眼镜)。这种增强现实眼镜的具体实例是谷歌眼镜(Google>

表述“获取数据”例如包括(在计算机实施方法的框架内)场景，在该场景中由计算机实施方法或程序来确定数据。确定数据例如包括测量物理量并将测量值变换成数据，例如转换成数字数据，和/或通过计算机并且例如在根据本发明的方法的框架内计算数据。“获取数据”的含义还包括例如场景，在该场景中，计算机实施方法或程序例如从另一个程序接收或恢复数据，先前的方法步骤或数据存储介质例如由计算机实施方法或程序进一步处理。表述“获取数据”也可能因此意味着等待接收数据和/或接收数据。接收到的数据例如可以经由接口输入。表述“获取数据”也可以意味着计算机实施方法或程序执行步骤以便(主动地)从数据源(例如数据存储介质(例如ROM、RAM、数据库、硬盘驱动器等)接收或恢复数据，或通过接口(例如从另一台计算机或网络)接收或恢复数据。可以通过在获取步骤之前执行附加步骤使数据“准备使用”。根据该附加步骤，生成数据以便被获取。数据例如被检测或捕获(例如通过分析装置)。备选地或附加地，根据附加步骤例如经由接口输入数据。例如可以输入所生成的数据(例如，输入到计算机中)。根据附加步骤(其在该获取步骤之前)，也可以通过执行将数据存储在数据存储介质(例如ROM，RAM，CD和/或硬盘驱动器)中的附加步骤来提供数据，使得它们在根据本发明的方法或程序的框架内随时可用。“获取数据”的步骤也因此可以涉及命令装置获得和/或提供要获取的数据。特别是，获取步骤不包含侵入性步骤，侵入性步骤会对身体造成实质的物理干扰，需要专业的医疗专业知识，并且即使在实施所需的专业护理和专业知识的情况下也会产生实质的健康风险。特别是获取数据的步骤(例如确定数据)不涉及手术步骤，并且尤其不涉及使用手术或治疗来治疗人或动物体的步骤。为了区分本方法使用的不同数据，将数据表示(即称为)“XY数据”等，并根据数据所描述的信息来定义，然后将该信息优选地称为“XY信息”等。

图像配准是将不同数据集转换到一个坐标系的过程。数据可以是来自不同传感器、不同时间或不同视角的多张照片和/或数据。它用于计算机视觉、医学成像以及收集和分析来自卫星的图像和数据。有必要进行配准从而能够比较或整合从这些不同测量值中所获得的数据。

本发明还涉及一种程序，当该程序在计算机上运行时，使得该计算机执行本文所描述的方法步骤中的一个步骤或多个步骤或所有步骤，和/或本发明涉及一种程序存储介质，该程序(尤其以永久的形式)存储在该程序存储介质上，和/或本发明涉及一种包含所述程序存储介质的计算机，和/或本发明涉及一种(物理的，例如电的，例如技术上产生的)信号波(例如数字信号波)，该信号波携带象征程序(例如上述程序)的信息，该信息例如包括代码工具，代码工具适于执行本文所描述的任何或全部方法步骤。

本发明还涉及一种用于计算机辅助手术的导航系统，其包括：

上述权利要求的计算机，用于处理绝对点数据和相对点数据；

检测装置，用于检测主要的和辅助点的位置，以生成绝对点数据并向计算机提供绝对点数据；

数据接口，用于接收相对点数据并用于向计算机提供相对点数据；以及

用户接口，用于从计算机接收数据以向用户提供信息，其中，所接收的数据由计算机根据计算机执行的处理结果生成。

在本发明的框架内，计算机程序单元可以通过硬件和/或软件(这包括固件、常驻软件、微代码等)来实现。在本发明的框架内，计算机程序元件可以采取计算机程序产品的形式，计算机程序产品可以由计算机可用的(例如计算机可读的)数据存储介质来实现，数据存储介质包括用于在指令执行系统上使用或与指令执行系统结合使用的在所述数据存储介质中的计算机可用的(例如计算机可读的)程序指令、“代码”或“计算机程序”。这种系统可以是计算机，该计算机可以是包括用于执行根据本发明的计算机程序单元和/或程序的装置的数据处理装置，例如，数据处理装置包括执行计算机程序单元的数字处理器(中心处理单元或CPU)，以及可选择地用于存储用于执行计算机程序单元和/或通过执行计算机程序单元产生的数据的易失存储器(例如随机存取存储器或RAM)。在本发明的框架内，计算机可用的(例如计算机可读的)数据存储介质可以是任何的数据存储介质，其可以包括、存储、通信、传播或传送程序以用于在指令执行系统、装置或设备上使用或与指令执行系统、装置或设备结合使用。计算机可用的(例如计算机可读的)数据存储介质可以例如是但不限于电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统、装置或设备或诸如因特网的传播介质。计算机可用的或计算机可读的数据存储介质甚至可以是例如纸张或其他合适的介质上打印的程序，由于可以通过光学扫描纸张或其他合适的介质来电子地捕获程序，然后以合适的方式进行编辑、解读或以其他方式处理该程序。数据存储介质优选地是非易失性数据存储介质。这里描述的计算机程序产品和任何软件和/或硬件形成了用于在示例性实施例中执行本发明的功能的各种装置。计算机和/或数据处理装置可以例如包括引导信息装置，引导信息装置包括用于输出引导信息的装置。引导信息可以例如由视觉指示装置(例如，监视器和/或灯)通过视觉输出给用户，和/或由声音指示装置(例如，扬声器和/或数字语音输出装置)通过听觉输出给用户，和/或由触觉指示装置(例如，振动元件或并入仪器中的振动元件)通过触觉输出给用户。出于本文的目的，计算机是例如包括专门的例如有形组件、例如机械和/或电子部件的专门的计算机。本文中提及的任何设备都是专门的和例如有形的设备。

由标记检测装置(例如，相机或超声波接收器或诸如CT或MRI装置的分析装置)检测跟踪标记物的功能，以这种方式使得可以确定其空间位置(即其空间定位和/或对准)。检测装置例如是导航系统的一部分。标记物可以是有源的标记物。有源的标记物可以例如发射处于红外光谱范围、可见光谱范围和/或紫外光谱范围的电磁辐射和/或波。然而，标记物也可以是无源的，即可以例如在红外光谱范围、可见光谱范围和/或紫外光谱范围内反射电磁辐射，或者可以阻挡x射线辐射。为此，标记物可以具有相应反射性质的表面或者由金属制成以阻挡X射线辐射。标记物也可能在射频范围或超声波段内反射和/或发射电磁辐射和/或波。标记物优选具有球形和/或球体形状，并因此可以称为标记球；然而，标记物也可以呈现出有角的形状(例如立方体形状)。

优选地，获取的图谱数据描述了(例如，限定了，更具体地表示和/或是)解剖身体部分的一般三维形状。因此，图谱数据表示解剖学上的身体部位的图谱。图谱通常由对象的多个通用模型组成，其中对象的通用模型一起形成了复杂结构。例如，图谱构成了患者身体(例如，身体的一部分)的统计模型，该统计模型已经从多个人体收集的解剖信息中产生，例如从包含这些人体的图像的医学图像数据中产生。原则上，图谱数据因此代表了对于多个人体的这种医学图像数据的统计分析的结果。该结果可以作为图像输出-因此，图谱数据包含医学图像数据或与医学图像数据比较。这样的比较可以例如通过应用在图谱数据和医学图像数据之间进行图像融合的图像融合算法来进行。比较的结果可以是图谱数据和医学图像数据之间的相似度的大小。

人体的解剖结构作为生成图谱数据的输入，这有利地共享了诸如性别、年龄、种族、身体测量(例如身高和/或体重)和病理状态中的至少一个共同特征。解剖信息描述了例如人体的解剖结构，并且例如是从关于人体的医学图像信息中提取出来的。股骨的图谱例如可以包括头部、颈部、身体、大转子、小转子和下肢作为一起构成完整结构的对象。脑的图谱例如可以包括端脑、小脑、间脑、脑桥、中脑和髓质作为一起构成复杂结构的对象。这种图谱的一个应用是在医学图像的分割中，在该分割中，图谱与医学图像数据匹配，并且将图像数据与匹配的图谱进行比较，以将图像数据的点(像素或体素)分配给匹配图谱的对象，由此将图像数据分割成对象。

本发明涉及控制治疗光束的领域。治疗光束对待治疗的和下面称为“治疗身体部位”的身体部位进行治疗。这些身体部分例如是患者身体的部分，即解剖学上的身体部位。

本发明涉及医学领域并且例如涉及诸如辐射束的光束的使用，来治疗患者身体的部分，因此将光束称为治疗光束。治疗光束对待治疗的和下面称为“治疗身体部位”的身体部位进行治疗。这些身体部分例如是患者身体的部分，即解剖学上的身体部位。电离辐射例如用于治疗目的。例如，治疗光束包括电离辐射或由电离辐射组成。电离辐射包括粒子(例如，亚原子粒子或离子)或电磁波，或是由粒子或电磁波组成，粒子或电磁波的能量足以将电子从原子或分子中分离出来并使其电离。这种电离辐射的实例包括从放射性元件发射的X射线、高能粒子(高能粒子束)和/或电离辐射。治疗辐射(例如治疗光束)例如用于辐射治疗或放射治疗(例如在肿瘤学领域)。特别地为了治疗癌症，使用电离辐射来治疗包括诸如肿瘤的病理结构或组织的身体部位。那么肿瘤就是治疗身体部位的例子。

治疗光束优选地控制成以使其通过治疗身体部位。然而，治疗光束可能对治疗身体部位以外的身体部位产生负面影响。在这里将这些身体部位称为“身体部位以为”。通常，治疗光束必须通过身体部位以外，从而达到并因此通过治疗身体部位。

在这方面也参考以下网页：http://www.elekta.com/healthcare_us_elekta_vmat.php和http://www.varian.com/us/oncoiogy/treatments/treatment_techniques/rapidarc。

可以通过一次或多次从一个或多个方向发出的一个或多个治疗光束来治疗治疗身体部位。因此，通过至少一个治疗光束的治疗遵循具体的空间和时间模式。然后，术语“光束装置”用于覆盖通过至少一个治疗光束来治疗的空间和时间特征。光束装置是至少一个治疗光束的装置。

“光束位置”描述了光束装置的治疗光束的位置。将光束位置的布置称为位置布置。光束位置优选地由光束方向和附加信息来限定，附加信息允许将例如在三维空间中的具体位置分配给治疗光束，例如关于具体位置在所限定的坐标系中的坐标的信息。具体位置是点，优选地是直线上的点。然后将该线称为“光束线”，并且沿光束方向延伸，例如沿治疗光束的中心轴线延伸。所限定的坐标系优选地相对于治疗装置或相对于患者身体的至少一部分来限定。位置布置包括至少一个光束位置并且例如由至少一个光束位置组成，光束位置为例如光束位置的离散集(例如两个或多个不同光束位置)或连续的多重(多种)光束位置。

例如，一个或多个治疗光束在治疗期间同时或顺序地(例如，如果只有一个光束源发射治疗光束则顺序地)采用由位置布置所限定的治疗光束位置。如果存在多个光束源，则在治疗期间也有可能通过治疗光束同时采用光束位置的至少一个子集。例如，治疗光束的一个或多个子集可以根据预定义的顺序采用位置布置的光束位置。治疗光束的子集包括一个或多个治疗光束。那么，包括一个或多个治疗光束的整套治疗光束是该光束布置，该一个或多个治疗光束采用由位置的布置所限定的光束位置。

在医学领域，使用成像方法(也称为成像模式和/或医学成像模式)来生成人体的解剖结构(例如软组织、骨骼、器官等)的图像数据(例如，二维或三维图像数据)。应将术语“医学成像方法”理解为意指(有利的是基于装置的)成像方法(所谓的医学成像模式和/或放射学成像方法)，例如计算机断层扫描(CT)和锥形束计算机断层扫描(CBCT，例如容积CBCT)、x线断层扫描、磁共振断层扫描(MRT或MRI)、常规x射线、超声波扫描术和/或超声检查以及正电子发射断层扫描。由此产生的图像数据也称为“医学成像数据”。例如，分析装置用于在基于装置的成像方法中生成图像数据。成像方法例如用于医学诊断以分析解剖体，从而生成由图像数据描述的图像。成像方法还例如用于检测人体的病理变化。然而，解剖结构中的一些变化(例如结构(组织)的病理变化)可能是不可检测的，并且例如在由成像方法产生的图像中可能是不可见的。肿瘤代表了解剖结构变化的一个例子。如果肿瘤生长，则可以说它表示扩张的解剖结构。这种扩张的解剖结构可能无法检测到，例如，只有一部分扩张的解剖结构是可以检测到的。当使用造影剂渗透肿瘤时，原发性/高级别的脑肿瘤通常在MRI扫描下是可见的。MRI扫描代表成像方法的实例。在这种脑肿瘤的MRI扫描的情况下，将MRI图像中的信号增强(由于造影剂渗透肿瘤)认为代表实体肿瘤的质量。因此，肿瘤是可检测到的，并且例如在通过成像方法产生的图像中是可辨别的。除了称为“增强”肿瘤的这些肿瘤之外，认为大约10％的脑肿瘤在扫描中是不可辨别的，并且例如对于查看通过成像方法生成的图像的用户来说是不可见的。

图像融合可以是弹性图像融合或刚性图像融合。在刚性图像融合的情况下，2D图像的像素和/或3D图像的体素之间的相对位置是固定的，而在弹性图像融合的情况下，允许相对位置改变。

在本申请中，还将术语“图像变形”作为术语“弹性图像融合”的替代词，但具有相同的含义。

例如，弹性融合变换(例如，弹性图像融合变换)设计成能够实现一个数据集(例如第一数据集，例如第一图像)无缝转换到另一个数据集(例如第二数据集，例如，例如第二个图像)。该变换例如设计成使得将第一数据集(图像)和第二数据集(图像)中的一个数据集(图像)变形，以将相应的结构(例如，相应的图像元素)布置在与第一图像和第二图像中的另一个图像相同的位置。从第一图像和第二图像中的一个图像变换的变形(变换)图像例如尽可能地与第一图像和第二图像中的另一个图像相似。优选地，应用(数值)优化算法以找到导致最佳相似度的变换。相似度优选通过相似度测量(在下文中也称为“相似性度量”)的方式来测量。优化算法的参数是例如变形场的向量。这些向量由优化算法确定，以产生最佳的相似度。因此，最佳相似度表示对于优化算法的条件(例如约束)。向量的基础例如位于待变换的第一图像和第二图像之一的体素位置，并且向量的尖端位于变换图像中的相应体素位置。优选地，提供多个这样的向量，例如提供超过二十或一百个或一千个或一万个等等这样的向量。优选地，例如为了避免病理变形(例如，通过变换将所有体素转移到相同的位置)，对于变换(变形)存在(其他)约束。这些约束包括例如变换是规则的约束，这例如意味着从变形场(例如，矢量场)的矩阵计算的雅可比行列式大于零，以及还包括变换(变形)图像不是自相交的约束以及例如变换(变形)图像不包括缺陷和/或破裂的约束。约束包括例如这样的约束，即如果规则网格与图像同时变换并且以相应方式转换则网格不允许在其任何位置处交错。例如，优化问题通过例如一阶优化算法(如梯度下降算法)的优化算法进行迭代求解。优化算法的其他实例包括不使用导数的优化算法(例如下山单纯形算法)或使用诸如类似牛顿算法的高阶导数的算法。优化算法优选地执行局部优化。如果存在多个局部最优，则可以使用诸如模拟退火或通用算法的全局算法。在线性优化问题的情况下，例如可以使用单纯形法。

在优化算法的步骤中，体素例如是在某方向上偏移数量级以使相似度增加。该数量级优选小于预定义的限值，例如小于图像直径的十分之一或百分之一或千分之一，并且例如大约等于或小于相邻体素之间的距离。例如由于大量的(迭代)步骤，可以实现大的变形。

确定的弹性融合变换例如可用于确定第一数据集和第二数据集(第一图像和第二图像)之间的相似度(或相似性度量，见上文)。为此，确定了弹性融合变换与恒等变换之间的偏差。例如可以通过确定弹性融合变换与恒等变换的决定因素之间的差异来计算偏差度。偏差越高，相似度越低，因此偏差度可用于确定相似度。

例如，可以基于第一数据集和第二数据集之间确定的相关性来确定相似度。

本发明可以特别涉及使用德国AG的两种产品的和

附图说明

在下文中，参考表示本发明优选实施例的附图来描述本发明。然而，本发明的范围不限于图中公开的具体特征，附图示出了：

图1示出了根据本发明的系统，其包括治疗装置、患者躺椅和移动式CT装置；

图2示出了根据本发明的处理顺序的第一个实例；

图3示出了根据本发明的处理顺序的第二个实例。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的放射治疗系统，其包括移动式CT扫描仪3，即可自由移动的CT扫描仪3。放射治疗系统还包括常规治疗装置1，常规治疗装置1包括发射治疗光束的线性加速器(LINAC)，该治疗光束对躺在治疗装置1的治疗躺椅2上的患者体内的靶点进行照射。

如果必须获取躺在患者躺椅2上的患者的更新的CT图像，特别是在照射患者身体的靶点之前或之后，患者躺椅围绕垂直轴线旋转到图1所示的位置。为了获得移动式CT装置3的圆形台架的操纵空间，治疗装置1的加速器的头部可以如图1所示倾斜，从而远离原本计划将CT装置3定位以用于获取患者的CT图像的位置。此外，患者躺椅2可以相对于其底座移动并且远离治疗装置1的加速器的头部。

在治疗装置1和患者躺椅2定位成允许CT装置获取患者的至少一个CT图像之后，CT装置3相对于治疗装置1和患者躺椅2移动到预定位置。出于这个目的，感应线圈限定了起始于初始停驻位置(图1中未示出)的预定路径，在CT装置2在其他地方已经使用之后，医务人员可手动将CT装置2带到该停驻位置中。从该停驻位置开始，CT装置沿着由引导单元的感应线圈4限定的路径自动地移动到与患者躺椅2相邻的最终位置。

进一步地，该系统包括光学跟踪系统6，光学跟踪系统6具有配置成识别附接到CT装置3的台架的光学跟踪标记物8的相机阵列。由于相机阵列相对于治疗装置1以预定的位置安排进行设置，可以确定跟踪标记物8相对于治疗装置1的位置以及因此也可以确定CT装置3相对于治疗装置1的位置。基于该相对位置，可以将来源于由CT装置3获取的图像而得到的任何位置数据变换成治疗装置的坐标系。

在替代方案中，感应线圈4可以例如由光学跟踪标记物的阵列替代，光学跟踪标记物允许安装到CT装置上的跟踪相机精确地确定CT装置3相对于治疗装置1的位置。

如果能够通过引导单元以足够的精度确定该相对位置，则可以省略光学跟踪系统6，但也可以将其作为用于确定CT装置3的位置的冗余系统。

将位置数据从CT装置3的坐标系转换到治疗装置1的坐标系的另一可能性是通过定位成像装置5实现的，成像装置5拍摄躺在治疗躺椅2上的患者的x射线图像。这些x射线图像已经获取了关于成像装置1的坐标系，并且这些x射线图像可以与由CT装置3拍摄的CT图像配准。然后，图像配准将允许对来自于CT图像的任何位置数据转换成治疗装置1的坐标系。

进一步地，该系统包括计算机7，计算机7提供执行如上所述的方法步骤所需的计算能力，并且计算机7经由至少一个数据链路与图1所示的系统的其余组件连接。连接到计算机7的计算机显示器9可以设有用户界面，用户界面尤其可以帮助医务人员将CT-装置3手动地移动到患者躺椅2的旁边(在不需要使用感应线圈4自动地定位CT装置3的情况下)，以获取患者的CT图像。

图2和图3示出了根据本发明方法的处理顺序的两个实例，并且不需加以说明。