用于在医学成像扫描期间追踪和补偿患者运动的系统、设备和方法技术方案

一种用于在磁共振扫描期间动态追踪和补偿患者运动的运动追踪系统包括：第一相机，其被定位以沿第一视线观察光标记物；第二相机，其被定位以沿第二视线观察光标记物；以及计算机系统，其被配置为分析由第一和第二相机产生的图像来确定光标记物的位置变化，并生成磁共振扫描仪用以动态调整扫描以补偿光学标记物的位置变化的追踪数据，其中计算机系统被配置为动态调整图像分析以利用来自所有相机的当前正在观察的光标记物的图像。

System, device and method for tracking and compensating patient movement during medical imaging scanning

For a period in the MRI scan, dynamic tracking and compensation with motion tracking system includes a first camera, the first sight is positioned along the observation marker; second camera, its position in second along the line of sight marker; and a computer system configured to analyze the image generated by the first and second cameras to determine the label position change of the tracking data and generates a magnetic resonance scanner with position change to adjust the scan to compensate optical markers, the computer system is configured to dynamically adjust the image by using image analysis is currently the observation marker from all cameras.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于在医学成像扫描期间追踪和补偿患者运动的系统、设备和方法关联申请的援引加入本申请是一件PCT申请，它要求2014年7月23日提交的题为“systems，devicesandmethodsfortrackingandcompensatingforpatientmotionduringamedicalimagingscan(用于在医学成像扫描期间追踪和补偿患者运动的系统、设备和方法)”的美国临时专利申请No.62/028,194的优先权。本申请涉及2014年1月23日提交的题为“systems,devicesandmethodsfortrackingandcompensatingforpatientmotionduringamedicalimagingscan(用于在医学成像扫描期间追踪和补偿患者运动的系统、设备和方法)”的PCT申请No.PCT/US2014/012806，其要求2013年3月14日提交的题为“systems，devices，andmethodsfortrackingmovingtargets(用于追踪移动目标的系统、设备和方法)”的美国专利申请No.13/831,115,的优先权，并要求2013年1月24日提交的题为“sixdegreesoffreedomopticaltracker(六个自由度光学追踪器)”的美国临时专利申请No.61/849,338的权益。PCT申请No.PCT/US2014/012806也要求2013年6月12日提交的题为“systems,devicesandmethodsfortrackingmovingtargets(用于追踪移动目标的系统、设备和方法)”的美国临时专利申请No.61/834,382的优先权。前述每篇申请完整地以引用的方式包含于此。
本专利技术涉及一种用于在医学成像扫描期间追踪和补偿患者运动的系统、设备和方法。
技术介绍
本公开文本总体涉及运动追踪领域，更具体地涉及在医学成像扫描期间追踪和补偿患者运动的系统、设备和方法。有多种模式可执行对患者的医学成像。例如，核磁共振成像(MRI)是放射学中使用的医学成像技术，以详细地图像化身体的内部结构。MRI扫描仪是一种设备，其中患者或患者身体的一部分被定位在强磁体下，其中使用磁场来对准某些原子核(一般是氢原子核——质子)的磁化，并且施加射频磁场以系统地改变这种磁化对准。这使得原子核产生可由扫描仪检测到的旋转磁场，并且该信息被记录以构造身体的受扫描区域的图像。这些扫描通常花费若干分钟(在一些扫描仪内高达大约40分钟)，并且在现有技术的设备中，任何显著移动都可能损毁这些图像并需要重复扫描。2012年2月21日颁证的题为“motiontrackingsystemforrealtimeadaptiveimagingandspectroscopy(用于实时适应性成像和光谱分析的运动追踪系统)”的美国专利No.8,121,361描述了适应性地补偿目标运动的系统，并且其公开内容被援引加入于此。另外，有多种放射疗法、质子疗法和其它疗法可施加至患者。例如，放射疗法可施加至目标组织区域。在一些系统中，可响应于患者运动而动态地施加放射疗法。然而，在许多这样的系统中，患者运动的追踪不具有高的精确度。因此，这些系统的使用可能导致将放射疗法施加至非目标组织区域，由此在有意地影响病变组织的同时无意地伤害到健康组织。前述问题对于质子疗法和其它疗法而言也是如此。
技术实现思路
本公开文本提供了在医学成像扫描期间(例如在核磁共振成像扫描期间)追踪和补偿患者运动的系统、设备和方法。一种在MRI扫描或治疗期间确定患者头部或其它身体部分的动态位置和取向的准确且可靠的方法是在这些期间补偿目标运动的任何尝试中的必要条件。为此，本文披露了包括实践性光学头部追踪能力的系统和方法，它们使用至少第一传感器(例如第一相机)和第二传感器(例如第二相机)，比如一对相机，例如常见的CCD相机、常见的白光或LED照明以及标记物或目标，比如可舒适地和牢固地安装在对象骨架上的紧凑的、不昂贵的目标。相机可配置为检测任何要求的波长或波长范围内的能量，包括例如红外、近红外、可见或外光谱中的一个或多个。一些优选实施例可追踪具有多达和包括六个自由度(有时被称为6-DOF)的头部和其它身体运动。出于概括该专利技术的目的，本文描述了本专利技术的某些方面、优势和新颖性特征。要理解，不一定所有这些优势都能根据本专利技术的任何具体实施例来获得。因此，例如本领域内技术人员将认识到，本专利技术可以这样一种方式实现：它取得本文教导的一个优势或一组优势，但不一定取得本文可能教导或暗示的其它优势。根据一些实施例，在医学成像扫描期间追踪和补偿患者运动的运动补偿系统包括：光标记物，其配置为附于患者，其中光标记物包括多个光学可见界标，所述多个光学可见界标确认多个基准点；多个光检测器，其中多个光检测器中的每一个被定位于沿不同的视线观察光标记物；用于确定标记物基准点的位置的标记物位置过滤器，所述标记物位置过滤器配置为：从多个光检测器中的每一个接收数字图像，其中每个数字图像代表沿不同的视线的视图；针对每个数字图像，确定所述数字图像是否包括所述光标记物的视图；以及对于包括所述光标记物的视图的每个数字图像，确定所述数字图像中的多个基准点的位置；用于估计患者的三维姿态的患者取向过滤器，所述患者取向过滤器被配置成:计算与多个基准点关联的多个基准属性，所述多个基准属性是基于多个基准点的确定位置计算出的，并重复地估计患者的三维姿态，直到误差测量落在阈值内为止，所述误差测量是基于与多个对比属性相比的多个基准属性而计算出的，所述多个对比属性是通过假设物体处于估计的姿态而计算出的，并且一个或多个计算机被配置成运行界标位置过滤器和患者取向过滤器，其中一个或多个计算机包括计算机处理器和电子存储介质。在一些实施例中，患者取向过滤器被配置成在至少100Hz的频率下重复地估计患者的三维姿态。在一些实施例中，多个基准属性包括一组主要量，该组主要量包括与基准点位置之间的关系相关联的值。在一些实施例中，确定每个数字图像是否包括光学标记包括：将数字图像中的每个像素作为两种颜色之一进行分类；将一个或多个连接区域分组，其中所述连接区域由具有同样颜色的相邻的像素组成；基于大小阈值筛选出一个或多个连接区域；计算一个或多个连接区域的质心；和通过所计算的质心，将一个或多个连接区域分组在一起。在一些实施例中，运动追踪系统还包括坐标系转换器，所述坐标系转换器被配置为重新映射与由患者取向过滤器估计的患者三维姿态相关的坐标系；在一些实施例中，将一个或多个连接区域分组在一起包括：确认连接区域，所述连接区域具有出现在彼此的像素内质心，并计算一个或多个连接区域的每个组的质心。在一些实施例中，运动追踪系统在将每个数字图像中的像素分类为白色或者黑色前，二值化处理每个数字图像。在一些实施例中，计算一个或者多个连接区域的每个组的质心包括平均一个或多个连接区域的组内的每个连接区域的质心。在一些实施例中，运动追踪系统还包括：追踪过滤器，其被配置成根据估计的患者的三维姿态产生追踪数据以及将追踪数据传送至医学成像扫描仪控制器，使医学成像扫描控制器动态调整医学成像扫描来补偿患者运动。在一些实施例中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在医学成像扫描期间追踪和补偿患者运动的运动追踪系统，所述运动追踪系统包括：光标记物，其被配置为附于患者，其中所述光标记物包括多个光学可见界标，所述多个光学可见界标限定多个基准点；多个光检测器，其中所述多个光检测器中的每一个被定位以沿不同的视线观察所述光标记物；标记物位置过滤器，所述标记物位置过滤器用以确定标记物基准点位置，其被配置为：从所述多个光检测器中的每一个接收数字图像，其中每个数字图像代表沿着不同视线的视图；为每个数字图像确定所述数字图像是否包括所述光标记物的视图；以及为包括所述光标记物的视图的每个数字图像，确定所述数字图像中的多个基准点的位置；一种用于估计所述患者的三维姿态的患者取向过滤器，所述患者取向过器配置为：计算与多个基准点关联的多个基准属性，基于多个基准点的确定位置计算出所述多个基准属性；以及迭代地估计所述患者的三维姿态，直到误差标准落在阈值量内为止，所述误差标准是基于与多个对比属性相比的所述多个基准属性而计算出的，所述多个对比属性是通过假设物体处于估计的姿态而计算出的；以及一个或多个计算机，其配置为运行所述标记物位置过滤器和所述患者取向过滤器，其中所述一个或多个计算机包括计算机处理器和电子存储介质。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.23 US 62/028,1941.一种用于在医学成像扫描期间追踪和补偿患者运动的运动追踪系统，所述运动追踪系统包括：光标记物，其被配置为附于患者，其中所述光标记物包括多个光学可见界标，所述多个光学可见界标限定多个基准点；多个光检测器，其中所述多个光检测器中的每一个被定位以沿不同的视线观察所述光标记物；标记物位置过滤器，所述标记物位置过滤器用以确定标记物基准点位置，其被配置为：从所述多个光检测器中的每一个接收数字图像，其中每个数字图像代表沿着不同视线的视图；为每个数字图像确定所述数字图像是否包括所述光标记物的视图；以及为包括所述光标记物的视图的每个数字图像，确定所述数字图像中的多个基准点的位置；一种用于估计所述患者的三维姿态的患者取向过滤器，所述患者取向过器配置为：计算与多个基准点关联的多个基准属性，基于多个基准点的确定位置计算出所述多个基准属性；以及迭代地估计所述患者的三维姿态，直到误差标准落在阈值量内为止，所述误差标准是基于与多个对比属性相比的所述多个基准属性而计算出的，所述多个对比属性是通过假设物体处于估计的姿态而计算出的；以及一个或多个计算机，其配置为运行所述标记物位置过滤器和所述患者取向过滤器，其中所述一个或多个计算机包括计算机处理器和电子存储介质。2.如权利要求1所述的运动追踪系统，其中所述患者取向过滤器配置为以至少100Hz的频率重复地估计所述患者的三维姿态。3.如权利要求1或2中任一项所述的运动追踪系统，其中所述多个基准属性包括一组主要量，该组主要量包括与所述基准点位置之间的关系相关联的值。4.如权利要求1-3中任一项所述的运动追踪系统，其中确定每个数字图像是否包括所述光标记物包括：将所述数字图像中的每个像素分类为两种颜色之一；将一个或多个连接区域分组，其中所述连接区域由具有同样颜色的相邻的像素组成；基于大小阈值筛选出一个或多个连接区域；计算一个或多个连接区域的质心；和通过所计算的质心，将一个或多个连接区域分组在一起。5.如权利要求1-4中任一项所述的运动追踪系统，其中，所述运动追踪系统还包括一个坐标系转换器、所述坐标系转换器配置为重新映射与由所述患者取向过滤器估计的所述患者的三维姿态相关的坐标系。6.如权利要求4所述的运动追踪系统，其中将一个或多个连接区域分到一起包括：识别连接区域，所述连接区域具有出现在彼此的像素内的质心；和计算一个或多个连接区域的每个组的质心。7.如权利要求4所述的运动追踪系统，其中所述运动追踪系统在将所述数字图像中的每个像素分类为白色或黑色前，二值化处理每个数字图像。8.如权利要求6所述的运动追踪系统，其中计算所述一个或多个连接区域的每个组的质心，包括对一个或多个连接区域的组中的每个连接区域的质心进行平均。9.如权利要求1-8的运动追踪系统，进一步包括：追踪过滤器，所述追踪过滤器配置为基于所述估计的所述患者的三维姿态产生追踪数据并发送所述追踪数据到医学成像扫描仪控制器使医学成像扫描仪来动态调整医学成像扫描以补偿患者运动。10.如权利要求9所述的运动追踪系统，进一步包括：所述医学成像扫描仪，其中，所述医学成像扫描仪配置为基于所述追踪数据动态调整医学成像扫描以补偿患者运动。11.一种用于在磁共振扫描中动态追踪和补偿患者运动的运动追踪系统，所述运动追踪系统包括：光标记物，其配置为附于正被扫描的患者；第一相机，其被定位为沿第一视线观察所述光标记物；第二相机，其被定位为沿第二视线观察所述光标记物；以及，计算机系统，其配置为分析由所述第一和第二相机生成的图像，以确定所述光标记物的位置变化，并生成磁共振扫描仪使用的追踪数据来动态调整扫描以补偿所述光标记物的位置变化；其中，所述计算机系统配置为动态地确定所述第一相机、所述第二相机或者两个相机是否都正在观察所述光标记物；以及其中，所述计算机系统配置为动态地调整图像分析，以利用来自当前正在观察所述光标记物的所有相机的图像。12.如权利要求11所述的运动追踪系统，进一步包括：一个或多个附加相机，每个所述附加相机被定位于沿不同...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰弗里·N·于，威廉·赫尔曼·艾美达，约翰·亚瑟·洛夫贝格，小江·杰森·潘，迈克尔·恩格尔曼，
申请(专利权)人：凯内蒂科尔股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US