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

用于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，其包括光学可见图案和安装部分；第一光检测器，其被定位以沿第一视线对光学可见图案进行数字成像；第二光检测器，其被定位以沿第二视线对光学可见图案进行数字成像；追踪引擎，其被配置成通过分析来自第一和第二光检测器的图像来确定物体在六个自由度上的姿态；以及控制器接口，其被配置成基于姿态产生追踪信息并将追踪信息以电子方式发送至扫描仪控制器以使得得以在医学成像扫描仪中对物体运动做出补偿。

Systems, equipment and methods for tracking and compensating patient movements during medical imaging scans

The motion compensation system for tracking and compensating the movement of the patient during the medical imaging scanning includes: a cursor mark, which includes an optical visible pattern and an installation part; a first light detector, which is positioned to digitally image the optical visible pattern along the first line of sight; a second light detector, which is positioned to digitally image the optical visible pattern along the second line of sight; a tracking engine , configured to determine an object's attitude at six degrees of freedom by analyzing images from the first and second photodetectors, and a controller interface configured to generate tracking information based on the attitude and electronically send the tracking information to the scanner controller so as to compensate for the object's motion in the medical imaging scanner.

【技术实现步骤摘要】
用于在医学成像扫描期间追踪和补偿患者运动的系统、设备和方法本申请是以下申请的分案申请：申请日，2014年01月23日；申请号，201480018029.0；专利技术创造名称，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2013年3月14日提交的题为“system，deviceandmethodfortrackingmovingtargets(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(六自由度光学追踪器)”的美国临时专利申请No.61/849,338的权益。本申请也要求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。在某些实施例中，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，其包括光学可见图案和安装部分，所述安装部分被配置成将光标记物固定至被追踪的物体，所述光学可见图案包括多个基准点定位器，每个定位器被配置成限定基准形状的单个基准点；第一光检测器，其沿第一视线定位以数字成像光学可见图案，所述第一光检测器被配置成产生光学可见图案的第一数字图像；第二光检测器，其沿第二视线定位以数字成像光学可见图案，所述第二光检测器被配置成产生光学可见图案的第二数字图像；追踪引擎，其被配置成通过分析第一和第二图像来确定六个自由度上的物体姿态；以及控制器接口，其被配置成基于姿态产生追踪信息并将追踪信息以电子方式发送至扫描仪控制器，以在医学成像扫描仪中实现物体运动的补偿；其中追踪引擎和控制器接口包括计算机处理器和电子存储介质。在一些实施例中，安装部分被配置成将光标记物牢固地连接至被追踪的物体。在一些实施例中，安装部分被配置成将光标记物附于患者的顶齿。在一些实施例中，安装部分被配置成定制配合患者的顶齿。在一些实施例中，安装部分包括粘合剂。在一些实施例中，光学可见图案位于单个单元结构上。在一些实施例中，光学可见图案分布在至少两个非连接结构之间。在一些实施例中，光标记物是内部发光的。在一些实施例中，多个基准点定位器包括交替的暗淡和明亮的椭圆形。在一些实施例中，椭圆形被配置成当被追踪的物体处于原始位置并沿第一和第二视线观察时呈圆形。在一些实施例中，第一和第二视线隔开90°。在一些实施例中，椭圆形被配置成当沿着与光学可见图案的法线相隔45°的视线观察时呈圆形。在一些实施例中，第一和第二视线相隔30°。在一些实施例中，第一和第二视线相隔60°。在一些实施例中，第一和第二视线相隔30-100°的角度。在一些实施例中，第一视线与光学可见图案的法线具有第一角度的角偏移而第二视线与光学可见图案的法线具有第二角度的角偏移，其中第一角度的大小与第二角度的大小相同。在一些实施例中，第一视线与光学可见图案的法线具有第一角度的角偏移而第二视线与光学可见图案的法线具有第二角度的角偏移，其中第一角度的大小与第二角度的大小不同。在一些实施例中，椭圆形被配置成当沿着与光学可见图案的法线相隔15°的视线观察时呈圆形。在一些实施例中，基准形状是三角形。在一些实施例中，基准形状是等边三角形。在一些实施例中，基准形状是具有0.5英寸边长的等边三角形。在一些实施例中，每个基准点离开另一基准点不超过0.5英寸。在一些实施例中，每个基准点由基准点定位器的质心定义。在一些实施例中，基准形状是三角形，该三角形被配置成当被追踪的物体处于原始位置并沿第一和第二视线观察时呈等边三角形。在一些实施例中，基准形状不是光学可见的。在一些实施例中，基准形状是具有限定虚拟基准形状的顶点的基准点的虚拟基准形状。在一些实施例中，追踪引擎被配置成花费不超过8毫秒来确定物体的姿态。在一些实施例中，追踪引擎被配置成花费不超过10毫秒来确定物体的姿态。在一些实施例中，追踪引擎被配置成在至少100Hz的频率下重复地确定物体的姿态。在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在医学成像扫描期间追踪和补偿物体运动的运动补偿系统，所述运动补偿系统包括：/n光标记物，其配置为附着至被追踪的物体；所述光标记物包括光学可见图案，所述光学可见图案包括一个或多个同心椭圆形，其中所述一个或多个同心椭圆形中的每一个配置为从45°的视角可见为圆形图案；/n一个或多个光检测器，配置为生成所述光学可见图案的一个或多个图像；/n追踪引擎，配置为通过分析所述一个或多个图像来确定物体在六个自由度上的姿态；以及/n控制器接口，配置为基于姿态产生追踪信息并将所述追踪信息以电子方式发送至扫描仪控制器以使得得以在医学成像扫描仪中对物体运动做出补偿；/n其中所述追踪引擎和控制器接口包括计算机处理器和电子存储介质。/n

【技术特征摘要】
20130124 US 61/849,338;20130314 US 13/831,115;20131.一种用于在医学成像扫描期间追踪和补偿物体运动的运动补偿系统，所述运动补偿系统包括：
光标记物，其配置为附着至被追踪的物体；所述光标记物包括光学可见图案，所述光学可见图案包括一个或多个同心椭圆形，其中所述一个或多个同心椭圆形中的每一个配置为从45°的视角可见为圆形图案；
一个或多个光检测器，配置为生成所述光学可见图案的一个或多个图像；
追踪引擎，配置为通过分析所述一个或多个图像来确定物体在六个自由度上的姿态；以及
控制器接口，配置为基于姿态产生追踪信息并将所述追踪信息以电子方式发送至扫描仪控制器以使得得以在医学成像扫描仪中对物体运动做出补偿；
其中所述追踪引擎和控制器接口包括计算机处理器和电子存储介质。


2.如权利要求1所述的运动补偿系统，其特征在于，所述控制器接口配置为将物体的姿态从追踪坐标系转换到医学成像扫描仪坐标系。


3.如权利要求1所述的运动补偿系统，其特征在于，所述一个或多个检测器固定于所述医学成像扫描仪。


4.如权利要求1所述的运动补偿系统，其特征在于，所述一个或多个检测器中的至少一个固定于所述医学成像扫描仪的头部线圈的外表面。


5.如权利要求1所述的运动补偿系统，其特征在于，所述一个或多个检测器中的至少一个嵌套在所述医学成像扫描仪的头部线圈中。


6.如权利要求1所述的运动补偿系统，其特征在于，所述光标记物还包括用于将所述光标记物附着至所述物体的安装部分。


7.如权利要求1所述的运动补偿系统，其特征在于，所述医学成像扫描仪是磁共振扫描仪。


8.如权利要求1所述的运动补偿系统，其特征在于，所述光学可见图案包括多个同心椭圆形。


9.如权利要求6所述的运动补偿系统，其特征在于，所述多个同心椭圆形包括交替的暗和亮的椭圆形。


10.如权利要求1所述的运动补偿系统，其特征在于，包括两个光检测器，其中所述两个光检测器中...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰弗里·N·于，约翰·亚瑟·洛夫贝格，小江·杰森·潘，
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