用于在醫(yī)學(xué)成像掃描期間追蹤和補(bǔ)償患者運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)、設(shè)備和方法技術(shù)方案

用于在醫(yī)學(xué)成像掃描期間追蹤和補(bǔ)償患者運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)包括：光標(biāo)記物，其包括光學(xué)可見圖案和安裝部分；第一光檢測器，其被定位以沿第一視線對光學(xué)可見圖案進(jìn)行數(shù)字成像；第二光檢測器，其被定位以沿第二視線對光學(xué)可見圖案進(jìn)行數(shù)字成像；追蹤引擎，其被配置成通過分析來自第一和第二光檢測器的圖像來確定物體在六個(gè)自由度上的姿態(tài)；以及控制器接口，其被配置成基于姿態(tài)產(chǎn)生追蹤信息并將追蹤信息以電子方式發(fā)送至掃描儀控制器以使得得以在醫(yī)學(xué)成像掃描儀中對物體運(yùn)動(dòng)做出補(bǔ)償。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】用于在醫(yī)學(xué)成像掃描期間追蹤和補(bǔ)償患者運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)、設(shè)備和方法關(guān)聯(lián)申請的援引加入本申請是一件PCT申請，它要求2013年3月14日提交的題為“system，deviceandmethodfortrackingmovingtargets(用于追蹤移動(dòng)目標(biāo)的系統(tǒng)、設(shè)備和方法)”的美國專利申請No.13/831,115的優(yōu)先權(quán)，并要求2013年1月24日提交的題為“sixdegreesoffreedomopticaltracker(六自由度光學(xué)追蹤器)”的美國臨時(shí)專利申請No.61/849,338的權(quán)益。本申請也要求2013年6月12日提交的題為“systems,devicesandmethodsfortrackingmovingtargets(用于追蹤移動(dòng)目標(biāo)的系統(tǒng)、設(shè)備和方法)”的美國臨時(shí)專利申請No.61/834,382的優(yōu)先權(quán)。前述每篇申請完整地以引用的方式包含于此
本專利技術(shù)涉及一種用于在醫(yī)學(xué)成像掃描期間追蹤和補(bǔ)償患者運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)、設(shè)備和方法。
技術(shù)介紹
本公開文本總體涉及運(yùn)動(dòng)追蹤領(lǐng)域，更具體地涉及在醫(yī)學(xué)成像掃描期間追蹤和補(bǔ)償患者運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)、設(shè)備和方法。有多種模式可執(zhí)行對患者的醫(yī)學(xué)成像。例如，核磁共振成像(MRI)是放射學(xué)中使用的醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，以詳細(xì)地圖像化身體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。MRI掃描儀是一種設(shè)備，其中患者或患者身體的一部分被定位在強(qiáng)磁體下，其中使用磁場來對準(zhǔn)某些原子核(一般是氫原子核——質(zhì)子)的磁化，并且施加射頻磁場以系統(tǒng)地改變這種磁化對準(zhǔn)。這使得原子核產(chǎn)生可由掃描儀檢測到的旋轉(zhuǎn)磁場，并且該信息被記錄以構(gòu)造身體的受掃描區(qū)域的圖像。這些掃描通常花費(fèi)若干分鐘(在一些掃描儀內(nèi)高達(dá)大約40分鐘)，并且在現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備中，任何顯著移動(dòng)都可能損毀這些圖像并需要重復(fù)掃描。2012年2月21日頒證的題為“motiontrackingsystemforrealtimeadaptiveimagingandspectroscopy(用于實(shí)時(shí)適應(yīng)性成像和光譜分析的運(yùn)動(dòng)追蹤系統(tǒng))”的美國專利No.8,121,361描述了適應(yīng)性地補(bǔ)償目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)，并且其公開內(nèi)容被援引加入于此。另外，有多種放射療法、質(zhì)子療法和其它療法可施加至患者。例如，放射療法可施加至目標(biāo)組織區(qū)域。在一些系統(tǒng)中，可響應(yīng)于患者運(yùn)動(dòng)而動(dòng)態(tài)地施加放射療法。然而，在許多這樣的系統(tǒng)中，患者運(yùn)動(dòng)的追蹤不具有高的精確度。因此，這些系統(tǒng)的使用可能導(dǎo)致將放射療法施加至非目標(biāo)組織區(qū)域，由此在有意地影響病變組織的同時(shí)無意地傷害到健康組織。前述問題對于質(zhì)子療法和其它療法而言也是如此。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本公開文本提供了在醫(yī)學(xué)成像掃描期間(例如在核磁共振成像掃描期間)追蹤和補(bǔ)償患者運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)、設(shè)備和方法。一種在MRI掃描或治療期間確定患者頭部或其它身體部分的動(dòng)態(tài)位置和取向的準(zhǔn)確且可靠的方法是在這些期間補(bǔ)償目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的任何嘗試中的必要條件。為此，本文披露了包括實(shí)踐性光學(xué)頭部追蹤能力的系統(tǒng)和方法，它們使用至少第一傳感器(例如第一相機(jī))和第二傳感器(例如第二相機(jī))，比如一對相機(jī)，例如常見的CCD相機(jī)、常見的白光或LED照明以及標(biāo)記物或目標(biāo)，比如可舒適地和牢固地安裝在對象骨架上的緊湊的、不昂貴的目標(biāo)。相機(jī)可配置為檢測任何要求的波長或波長范圍內(nèi)的能量，包括例如紅外、近紅外、可見或外光譜中的一個(gè)或多個(gè)。一些優(yōu)選實(shí)施例可追蹤具有多達(dá)和包括六個(gè)自由度(有時(shí)被稱為6-DOF)的頭部和其它身體運(yùn)動(dòng)。出于概括該專利技術(shù)的目的，本文描述了本專利技術(shù)的某些方面、優(yōu)勢和新穎性特征。要理解，不一定所有這些優(yōu)勢都能根據(jù)本專利技術(shù)的任何具體實(shí)施例來獲得。因此，例如本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，本專利技術(shù)可以這樣一種方式實(shí)現(xiàn)：它取得本文教導(dǎo)的一個(gè)優(yōu)勢或一組優(yōu)勢，但不一定取得本文可能教導(dǎo)或暗示的其它優(yōu)勢。在某些實(shí)施例中，在醫(yī)學(xué)成像掃描期間追蹤和補(bǔ)償患者運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)包括：光標(biāo)記物，其包括光學(xué)可見圖案和安裝部分，所述安裝部分被配置成將光標(biāo)記物固定至被追蹤的物體，所述光學(xué)可見圖案包括多個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)定位器，每個(gè)定位器被配置成限定基準(zhǔn)形狀的單個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)；第一光檢測器，其沿第一視線定位以數(shù)字成像光學(xué)可見圖案，所述第一光檢測器被配置成產(chǎn)生光學(xué)可見圖案的第一數(shù)字圖像；第二光檢測器，其沿第二視線定位以數(shù)字成像光學(xué)可見圖案，所述第二光檢測器被配置成產(chǎn)生光學(xué)可見圖案的第二數(shù)字圖像；追蹤引擎，其被配置成通過分析第一和第二圖像來確定六個(gè)自由度上的物體姿態(tài)；以及控制器接口，其被配置成基于姿態(tài)產(chǎn)生追蹤信息并將追蹤信息以電子方式發(fā)送至掃描儀控制器，以在醫(yī)學(xué)成像掃描儀中實(shí)現(xiàn)物體運(yùn)動(dòng)的補(bǔ)償；其中追蹤引擎和控制器接口包括計(jì)算機(jī)處理器和電子存儲(chǔ)介質(zhì)。在一些實(shí)施例中，安裝部分被配置成將光標(biāo)記物牢固地連接至被追蹤的物體。在一些實(shí)施例中，安裝部分被配置成將光標(biāo)記物附于患者的頂齒。在一些實(shí)施例中，安裝部分被配置成定制配合患者的頂齒。在一些實(shí)施例中，安裝部分包括粘合劑。在一些實(shí)施例中，光學(xué)可見圖案位于單個(gè)單元結(jié)構(gòu)上。在一些實(shí)施例中，光學(xué)可見圖案分布在至少兩個(gè)非連接結(jié)構(gòu)之間。在一些實(shí)施例中，光標(biāo)記物是內(nèi)部發(fā)光的。在一些實(shí)施例中，多個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)定位器包括交替的暗淡和明亮的橢圓形。在一些實(shí)施例中，橢圓形被配置成當(dāng)被追蹤的物體處于原始位置并沿第一和第二視線觀察時(shí)呈圓形。在一些實(shí)施例中，第一和第二視線隔開90°。在一些實(shí)施例中，橢圓形被配置成當(dāng)沿著與光學(xué)可見圖案的法線相隔45°的視線觀察時(shí)呈圓形。在一些實(shí)施例中，第一和第二視線相隔30°。在一些實(shí)施例中，第一和第二視線相隔60°。在一些實(shí)施例中，第一和第二視線相隔30-100°的角度。在一些實(shí)施例中，第一視線與光學(xué)可見圖案的法線具有第一角度的角偏移而第二視線與光學(xué)可見圖案的法線具有第二角度的角偏移，其中第一角度的大小與第二角度的大小相同。在一些實(shí)施例中，第一視線與光學(xué)可見圖案的法線具有第一角度的角偏移而第二視線與光學(xué)可見圖案的法線具有第二角度的角偏移，其中第一角度的大小與第二角度的大小不同。在一些實(shí)施例中，橢圓形被配置成當(dāng)沿著與光學(xué)可見圖案的法線相隔15°的視線觀察時(shí)呈圓形。在一些實(shí)施例中，基準(zhǔn)形狀是三角形。在一些實(shí)施例中，基準(zhǔn)形狀是等邊三角形。在一些實(shí)施例中，基準(zhǔn)形狀是具有0.5英寸邊長的等邊三角形。在一些實(shí)施例中，每個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)離開另一基準(zhǔn)點(diǎn)不超過0.5英寸。在一些實(shí)施例中，每個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)由基準(zhǔn)點(diǎn)定位器的質(zhì)心定義。在一些實(shí)施例中，基準(zhǔn)形狀是三角形，該三角形被配置成當(dāng)被追蹤的物體處于原始位置并沿第一和第二視線觀察時(shí)呈等邊三角形。在一些實(shí)施例中，基準(zhǔn)形狀不是光學(xué)可見的。在一些實(shí)施例中，基準(zhǔn)形狀是具有限定虛擬基準(zhǔn)形狀的頂點(diǎn)的基準(zhǔn)點(diǎn)的虛擬基準(zhǔn)形狀。在一些實(shí)施例中，追蹤引擎被配置成花費(fèi)不超過8毫秒來確定物體的姿態(tài)。在一些實(shí)施例中，追蹤引擎被配置成花費(fèi)不超過10毫秒來確定物體的姿態(tài)。在一些實(shí)施例中，追蹤引擎被配置成在至少100Hz的頻率下重復(fù)地確定物體的姿態(tài)。在一些實(shí)施例中，追蹤引擎被配置成在不低于醫(yī)學(xué)成像掃描儀的掃描速率的速率下確定物體的姿態(tài)。在一些實(shí)施例中，第一和第二光檢測器被配置成連接至醫(yī)學(xué)成像掃描儀。在一些實(shí)施例中，第一和第二光檢測器被配置成連接至頭籠。在一些實(shí)施例中，第一和第二視線中的至少一個(gè)是間接視線。在一些實(shí)施例中，使用鏡子重新導(dǎo)向該間接視線。在一些實(shí)施例中，本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種用于在醫(yī)學(xué)成像掃描期間追蹤和補(bǔ)償患者運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)，所述運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)包括：光標(biāo)記物，其包括光學(xué)可見圖案和安裝部分；所述安裝部分配置為將光標(biāo)記物固定至被追蹤的物體，所述光學(xué)可見圖案包括多個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)定位器，每個(gè)定位器配置為定義基準(zhǔn)形狀的單個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)；第一光檢測器，其被定位以沿第一視線對光學(xué)可見圖案進(jìn)行數(shù)字成像，所述第一光檢測器配置為產(chǎn)生所述光學(xué)可見圖案的第一數(shù)字圖像；第二光檢測器，其被定位以沿第二視線對光學(xué)可見圖案進(jìn)行數(shù)字成像，所述第二光檢測器配置為產(chǎn)生所述光學(xué)可見圖案的第二數(shù)字圖像；追蹤引擎，配置為通過分析所述第一和第二圖像來確定物體在六個(gè)自由度上的姿態(tài)；以及控制器接口，配置為基于姿態(tài)產(chǎn)生追蹤信息并將所述追蹤信息以電子方式發(fā)送至掃描儀控制器以使得得以在醫(yī)學(xué)成像掃描儀中對物體運(yùn)動(dòng)做出補(bǔ)償；其中所述追蹤引擎和控制器接口包括計(jì)算機(jī)處理器和電子存儲(chǔ)介質(zhì)。

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】2013.01.24 US 61/849,338;2013.03.14 US 13/831,115;1.一種用于在醫(yī)學(xué)成像掃描期間追蹤和補(bǔ)償患者運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)，所述運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)包括：光標(biāo)記物，其包括光學(xué)可見圖案和安裝部分；所述安裝部分配置為將光標(biāo)記物固定至被追蹤的物體，所述光學(xué)可見圖案包括多個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)定位器，每個(gè)定位器配置為定義基準(zhǔn)形狀的單個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，其中，每個(gè)單個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)由所述多個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)定位器中的一個(gè)定義，且其中多個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)定位器中的每個(gè)包括交替的暗和亮的橢圓形形狀，交替的暗和亮的橢圓形形狀中的每個(gè)被配置成從45°觀察角看來是圓形圖案；第一光檢測器，其被定位以沿第一視線對光學(xué)可見圖案進(jìn)行數(shù)字成像，所述第一光檢測器配置為產(chǎn)生所述光學(xué)可見圖案的第一數(shù)字圖像；第二光檢測器，其被定位以沿第二視線對光學(xué)可見圖案進(jìn)行數(shù)字成像，所述第二光檢測器配置為產(chǎn)生所述光學(xué)可見圖案的第二數(shù)字圖像；追蹤引擎，配置為通過分析所述第一和第二圖像來確定物體在六個(gè)自由度上的姿態(tài)；以及控制器接口，配置為基于姿態(tài)產(chǎn)生追蹤信息并將所述追蹤信息以電子方式發(fā)送至掃描儀控制器以使得得以在醫(yī)學(xué)成像掃描儀中對物體運(yùn)動(dòng)做出補(bǔ)償；其中所述追蹤引擎和控制器接口包括計(jì)算機(jī)處理器和電子存儲(chǔ)介質(zhì)。2.如權(quán)利要求1所述的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于，所述安裝部分配置為將所述光標(biāo)記物剛性地固定至被追蹤的物體。3.如權(quán)利要求1所述的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于，所述安裝部分被配置成將所述光標(biāo)記物固定至患者的頂齒。4.如權(quán)利要求3所述的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于，所述安裝部分配置為定制以和患者的頂齒匹配。5.如權(quán)利要求1所述的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于，所述安裝部分包括粘合劑。6.如權(quán)利要求1所述的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于，所述光學(xué)可見圖案位于單個(gè)一體結(jié)構(gòu)上。7.如權(quán)利要求1所述的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于，所述光學(xué)可見圖案分布在至少兩個(gè)非連接的結(jié)構(gòu)之中。8.如權(quán)利要求1所述的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于，所述光標(biāo)記物是內(nèi)部發(fā)光的。9.如權(quán)利要求1所述的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于，所述交替的暗和亮的形狀配置為當(dāng)被追蹤的物體處于原始位置且沿第一和第二視線觀察時(shí)，呈圓形。10.如權(quán)利要求1所述的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于，所述第一和第二視線相隔90°。11.如權(quán)利要求1所述的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于，所述第一視線與光學(xué)可見圖案的法線具有第一角度的角偏移而所述第二視線與光學(xué)可見圖案的法線具有第二角度的角偏移，其中所述第一角度的大小與所述第二角度的大小相同。12.如權(quán)利要求1所述的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于，所述基準(zhǔn)形狀是三角形。13.如權(quán)利要求1所述的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于，所述基準(zhǔn)形狀是等邊三角形。14.如權(quán)利要求1所述的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于，所述基準(zhǔn)形狀是具有0.5英寸邊長的等邊三角形。15.如權(quán)利要求1所述的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)距離另一基準(zhǔn)點(diǎn)不超過0.5英寸。16.如權(quán)利要求1所述的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于，所述基準(zhǔn)形狀是三角形，所述三角形配置為當(dāng)被追蹤的物體處于原始位置并沿第一和第二視線觀察時(shí)，呈等...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：杰弗里·N·于，約翰·亞瑟·洛夫貝格，小江·杰森·潘，
申請(專利權(quán))人：凱內(nèi)蒂科爾股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：美國;US