УСТРОЙСТВО И СПОСОБ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ПРИ ПЛАНИРОВАНИИ ЛУЧЕВОЙ ТЕРАПИИ НА ОСНОВЕ МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА Российский патент 2017 года по МПК A61B6/00 A61B5/55 G01R33/58 

Нижеописанное изобретение относится, в общем, к медицинской визуализации и планированию терапии с использованием магнитно-резонансной визуализации. В частности, изобретение находит применение в отношении контроля качества магнитно-резонансной визуализации и медицинских фантомов и описано ниже конкретно в отношении данных областей применения. Однако следует понимать, что изобретение находит применение также в других случаях и не обязательно ограничено вышеупомянутыми областями применения.

Планирование лучевой терапии (ЛТ), брахитерапии и операционного вмешательства предусматривает использование медицинских изображений для определения оптимальной процедуры ликвидации злокачественных опухолей. В ходе ЛТ, высокоэнергетические пучки должны по плану пересекать мишень, например, опухоль, под несколькими углами с таким расчетом, чтобы кумулятивная доза ионизирующего излучения в опухоли была достаточной для поражения опухолевой ткани, но доза, доставляемая под любым одним углом или по любой одной траектории пучка была ниже пороговой, чтобы не поражать неопухолевую ткань вдоль траектории. Системы с высокоэнергетическими пучками, применяемые в ЛТ, являются либо гамма-лучевыми системами (например, гамма-ножом), электроннолучевыми системами (например, LINAC), системами терапии пучками заряженных частиц, системами протонной терапии, системами рентгенотерапии, либо системами наружной дистанционной лучевой терапии. В системах брахитерапии, радиоактивные устройства имплантируют в тело в локализацию опухоли, чтобы производить воздействие локально. В хирургии разрабатывают план резекции опухоли наименее инвазивным путем. Для планирования упомянутых методов терапии требуются пространственно точные изображения. Часто используют компьютерно-томографические (КТ) изображения, так как КТ изображения являются геометрически точными. Однако, КТ предусматривает использование рентгеновского излучения, тогда как магнитный резонанс (MP) не использует рентгеновского излучения. MP часто распознает мягкие ткани лучше, чем КТ. Лучевая терапия также включает в себя оценку лучевых воздействий по изменениям, которые происходят в тканях в локализации мишени. Например, жизнеспособную опухолевую ткань, отечную ткань и некротическую ткань оценивают по-разному. Однако, магнитные поля и градиенты имеют тенденцию к наличию геометрических нелинейностей или искажений, в частности, к периферии области визуализации. До тех пор, пока упомянутые нелинейности или искажения точно отображаются в виде карты на периферии, получаемые изображения являются линейными и точными даже на краях.

Для создания плана эффективной лучевой терапии, искажения магнитных полей измеряют и оценивают, чтобы определить, получено ли какое-либо изменение. Если искажения изменяются, и применяют прежнюю коррекцию искажений, то неточности в изображениях для планирования наиболее выражены к краям. Планы лучевой терапии зависят от геометрической точности MP изображений. Искажение магнитного поля может значительно изменяться небольшими частями из металлов, особенно черных металлов, например, скрепками для бумаг, железными опилками, монетами, винтами, гвоздями и т.п., которые могут попадать в туннель магнита и оставаться необнаруженными.

Настоящая заявка предлагает процесс периодического контроля качества, который обеспечивает уверенное планирование ЛТ таким образом, что любые MP изображения, используемые в процессе планирования ЛТ, находятся в пределах приемлемого допуска. Обычно, для определения геометрической точности MP изображения применяют фантомы. Прежние фантомы часто были фантомами в виде 2-мерных сеток, которые устанавливали и визуализировали в разных плоскостях, например, 3 ортогональных плоскостях. Составление карты искажений с использованием 2-мерного фантома предусматривает многократную визуализацию с физическим перемещением фантома для представления возможных плоскостей визуализации. Процесс многократной визуализации и многократного физического перемещения фантома занимает ценное клиническое время и кадровые ресурсы. Кроме того, 2-мерные фантомы измеряли искажения, охватывающие не весь объем 3-мерной визуализации, а только положения, в которых размещен 2-мерный фантом. 3-мерные фантомы, применявшиеся для калибровки MP сканера, являются очень тяжелыми, а именно, 45-90 кг (100-200-фунтовыми). Тяжелые фантомы тяжело перемещать физически, и для безопасного перемещения фантома в заданное положение часто привлекают несколько человек и/или используют механические подъемные механизмы. По причине веса упомянутые фантомы не могут измерять все поле обзора. Современные промышленные стандарты предусматривают поднимаемые вручную контейнеры и упаковки с максимальным весом, приблизительно, 18 кг (40 фунтов). Меньшие веса намного легче для перемещения человеком и с меньшей вероятностью могут привести к травме спины или другим травмам. В настоящее время не существует обязательных стандартов по контролю качества MP изображений, используемых при планировании ЛТ, однако, стандарты предполагается создать и будут полезны в процессе планирования ЛТ.

Ниже описаны новый усовершенствованный фантом для медицинской визуализации и процесс контроля качества магнитно-резонансной визуализации, применяемой при планировании облучения, которые служат для решения вышеупомянутых и других вопросов.

В соответствии с одним аспектом система для контроля качества устройства магнитно-резонансной (MP) визуализации, применяемого при планировании лучевой терапии на основе магнитного резонанса, содержит фантом, имеющий вес менее 18,2 кг (40 фунтов). Фантом содержит трехмерное пространственное распределение элементов, визуализируемых методами MP и КТ (в дальнейшем, MP- и КТ-визуализируемых) и расположенных в пористой опоре, не воспринимаемой методами MP и КТ, (в дальнейшем, MP- и КТ-инертной) и MP- и КТ-инертную внешнюю несущую конструкцию, которая охватывает и герметично уплотняет пористую опору. Пространственное распределение выполнено с размерами для полного заполнения объема визуализации устройства магнитно-резонансной визуализации.

В соответствии с другим аспектом способ контроля качества, использующий фантом для планирования лучевой терапии содержит этап ручного подъема фантома для медицинской визуализации, который весит менее 18,2 кг, в устройство магнитно-резонансной (MP) визуализации. Фантом для медицинской визуализации содержит трехмерное пространственное распределение MP- и КТ-визуализируемых элементов, расположенных в MP- и КТ-инертной пористой опоре, и MP- и КТ-инертную внешнюю несущую конструкцию, которая охватывает и герметично уплотняет пористую опору. Пространственное распределение выполнено с размерами для полного заполнения объема визуализации устройства магнитно-резонансной визуализации. Изображение MP фантома получают устройством MP визуализации. Местоположения визуализируемых элементов из изображения MP фантома сравнивают с местоположениями визуализируемых элементов в ранее полученном опорном КТ изображении.

В соответствии с другим аспектом фантом для медицинской визуализации, имеющий вес менее 18,2 кг (40 фунтов), содержит трехмерное пространственное распределение MP- и КТ-визуализируемых элементов, расположенных в MP- и КТ-инертной пористой опоре, и MP- и КТ-инертную внешнюю несущую конструкцию, которая охватывает и герметично уплотняет пористую опору. Пространственное распределение выполнено с размерами для полного заполнения объема визуализации устройства магнитно-резонансной визуализации.

Одно преимущество состоит в периодической, например ежедневной, калибровке.

Другое преимущество состоит в облегченном и прочном фантоме, который охватывает объем визуализации в процессе одного сбора данных.

Другое преимущество состоит в низкой стоимости, малом весе и высокой стабильности фантома для медицинской визуализации.

Другое преимущество состоит в удобстве подъема и ежедневного применения фантома одним человеком.

Другое преимущество состоит в том, что фантом для медицинской визуализации не нуждается в высокой степени точности изготовления, но является высокоточным.

Другое преимущество состоит в обнаружении MP геометрических искажений в полном объеме MP визуализации.

Другое преимущество состоит в контроле качества, предусмотренном для лучевой терапии на основе MP.

Дополнительные преимущества будут очевидны средним специалистам в данной области техники после прочтения и изучения нижеследующего подробного описания.

Изобретение может быть реализовано в форме различных компонентов и схем расположения компонентов и различных этапов и конфигураций этапов. Чертежи предназначены только для иллюстрации предпочтительных вариантов осуществления и не подлежат истолкованию в смысле ограничения изобретения.

Фиг. 1 - схематическое изображение варианта осуществления фантома для медицинской визуализации.

Фиг. 2А-В - изображения различных, расположенных с равными интервалами материалов, испытанных в фантоме для измерения пространственных искажений.

Фиг. 3 - схематическое изображение одного варианта осуществления системы контроля качества.

Фиг. 4 - блок-схема варианта осуществления способа калибровки фантома.

Фиг. 5 - блок-схема варианта осуществления способа контроля качества магнитного резонанса на основе фантома.

Фиг. 6 - блок-схема варианта осуществления способа контроля качества лучевой терапии.

На фиг. 1 изображен вариант осуществления фантома 10 для медицинской визуализации. Фантом 10 для медицинской визуализации содержит трехмерное пространственное распределение элементов 12, визуализируемых методами магнитного резонанса и КТ, в пористой опоре 14, не воспринимаемой методами магнитного резонанса и КТ. Трехмерное пространственное распределение может содержать решетки, например, кубические решетки, гексагональные решетки, концентрические сферы, концентрические цилиндры, радиальные сетки, сочетания, размещение визуализируемых элементов в нулевых точках и плоскостях сферических гармонических функций и т.п. Активный материал визуализируемых элементов 12 содержится в контейнерах, например, капсулах в мягкой гелевой оболочке, которые вставлены в лунки в несущем пористом материале 14. В одном варианте осуществления, визуализируемые элементы размещены с, приблизительно, 2,5-см (1-дюймовыми) интервалами в направлениях х и у на листах пористого материала. Листы пористого материала, приблизительно, 2,5-см (1-дюймовой) толщины уложены в пакет. Размер интервалов можно изменять в соответствии с пространственными измерениями, измеряемыми для определения искажений, и степенью качества, которую следует обеспечить. Листы пористого материала смягчают производственные ограничения. В одном варианте осуществления, контейнеры активного материала имеют овальную форму, но могут иметь круглую, цилиндрическую или любую правильную форму, в частности, формы, геометрический центр которых несложно вычислить. Один пример содержит герметичные стеклянные микроампулы такого типа, который используют в спектрометрах высокого разрешения. Другим примером являются капсулы с закрепительными препаратами или витамином Е в мягкой гелевой оболочке. Количество активного материала в каждой капсуле является единообразным, но может изменяться. Фармацевтические стандарты достаточны для дозировки, например, капсулы стандартного размера №5. Допуск интервала приблизительно равен +/-0,0508 см или больше. Допуск может быть большим в сравнении с точностью, так как точность калибруют по опорному изображению фантома, а не по самому фантому. Выбранное пространственное распределение визуализируемых элементов может способствовать уменьшению объема вычислений для определения фактического положения визуализируемых элементов в MP изображении фантома. Кроме того, больший допуск упрощает и снижает стоимость изготовления.

Пористая опора 14 обеспечивает опору для визуализируемых элементов 12, при одновременной дополнительной минимизации веса. Размер фантома 10 и количество пористого материала и вес пористого материала для заполнения фантома определяют вес фантома. Конструкция обеспечивает фантом, который легче, чем, приблизительно, 18 кг (40 фунтов) и заполняет объем MP визуализации. Объем MP визуализации охватывает всю область в туннеле устройства MP визуализации, при этом MP градиентные катушки спроектированы с возможностью формирования линейных градиентов магнитного поля. Малый вес допускает удобство закладки и перемещения одним человеком. В одном варианте осуществления, фантом имеет размеры 40 см × 40 см × 40 см и весит меньше 9 кг. Размер фантома ограничен отверстиями туннелей устройств визуализации, в которых применяют фантом. Форма фантома может быть кубической, прямоугольной, цилиндрической, эллиптически цилиндрической или аппроксимирующей форму анатомии человека. Возможно применение пористого материала, например, полистирола, полиэтилена, поливинилхлорида (ПВХ), пористой(ого) резины или полиимида с закрытыми порами, которые уменьшают общий вес фантома. Другие пористые материалы содержат непластиковый пористый материал, например, аэрогель. Пористый материал можно формовать или разрезать в/на необходимые размеры. Заменители пористого материала могут содержать бумагу, картон, пробковую древесину и т.п. Характеристики пористой опоры включают в себя влагоизоляцию, прочность, жесткость, прочность к истиранию, слабый MP сигнал и проницаемость для радиочастотных волн.

Пористая опора 14 охвачена магнитно-инертной внешней несущей конструкцией 16, например, листами из акрилового пластика, которая является герметично изолированной. Другие материалы для внешней несущей конструкции содержат политетрафторэтилен (например, тефлон), полиоксиметилен (например, дельрин), поликарбонат, нейлон, стекловолоконный композитный материал, фанеру и т.п. Внешняя несущая конструкция 16 предотвращает повреждение пористого материала и сдвиг визуализируемых элементов и повышает долговечность и стабильность фантома. По желанию, внутри фантома можно герметично заделать осушитель. Другие дополнительные признаки включают в себя стойки, прикрепленные к основанию фантома, для регулирования уровня фантома после закладки в устройство визуализации. Другим дополнительным признаком является включение в состав уровней по двум направлениям, например, пузырьковых уровней. Уровни могут относиться к несущей конструкции или контрольному столбику 18. Другим дополнительным признаком являются направляющие, углубленные на внешней стороне фантома. Направляющие можно использовать для выравнивания фантома по внешней лазерной системе привязки, обычно используемой для выравнивания маркировки пациента в процессе ЛТ.

Внутри пористой опоры 14 находится контрольный столбик 18, например трубка круглого или прямоугольного сечения из акрилового пластика, наполненная материалом, видимым для устройства КТ и MP визуализации, например водой. Столбик 18 может быть размещен в положении между любыми двумя стенками внешней опорной конструкции. Столбик 18 обеспечивает пространственный ориентир и уменьшает объем вычислений для локализации визуализируемых элементов 12. Материал в контрольном столбике обеспечивает сильный опорный сигнал для центральной частоты магнитного резонанса и для калибровки радиочастотной мощности. Контрольный столбик обеспечивает также геометрический ориентир в плоскостях изображения. Материал в контрольном столбике может быть таким же, как в визуализируемых элементах, или отличаться от них.

На фиг. 2А-2В показаны различные визуализируемые элементы, используемые в фантоме для измерения пространственных искажений во время исследования. На фиг. 2А представлено MP изображение трех разных материалов, а на фиг. 2В представлено соответствующее КТ изображение тех же материалов. На изображениях представлен полистирольный лоток с секцией капсул с витамином Е в мягкой гелевой оболочке (т.е. секцией Е), капсул с докузатом натрия в мягкой гелевой оболочке (т.е. секцией S) и капсул с докузатом кальция в мягкой гелевой оболочке (т.е. секцией С). На MP изображении, секция Е едва заметна, а самым ярким является изображение секции S, после которого следует секция С. Все секции хорошо видны на КТ изображении, в частности, секция S или докузат натрия. Активный материал визуализируемых элементов содержит недорогие коммерчески доступные материалы, например, рыбий жир. Свойство активного материала включает в себя контраст как в КТ, так и в MP изображении.

На фиг. 3 схематически изображен один вариант осуществления системы 20 контроля качества. Система 20 содержит устройство 22 медицинской рентгеновской компьютерно-томографической (КТ) визуализации, устройство 23 магнитно-резонансной (MP) визуализации и устройство 24 лучевой терапии. Устройства визуализации могут быть комбинированными устройствами или отдельными устройствами. Комбинированные устройства обычно являются, в своей основе, совмещенными, а отдельные устройства нуждаются в этапе совмещения. Сначала, фантом 10 закладывают в туннель устройства 22 КТ визуализации для получения изображения или карты полного объема, заполненного целым фантомом 10. Устройство 22 медицинской КТ визуализации может находиться на месте изготовления или может соединяться на месте лечения с сетью 25, которая передает изображение и другие данные. Устройство КТ визуализации формирует опорное изображение фантома, которое представляет фактические местоположения визуализируемого элемента 12. Опорное КТ изображение фантома или карта геометрических центров элементов 12 на основе упомянутого изображения является уникальным(ой) для калиброванного фантома. Фантом и КТ изображение имеют уникальные идентификаторы, которые идентифицируют их как соответствующую пару. Если КТ изображение фантома создано дистанционно, его сохранить на машиночитаемом носителе данных, который поставляют вместе с фантомом.

Для ежедневной калибровки устройства 23 MP визуализации, фантом 10 закладывают в устройство MP визуализации и точно устанавливают в поле обзора. Устройство MP визуализации формирует изображение для контроля качества. Опорное изображение фантома и/или изображение для контроля качества хранятся в информационном массиве. Информационный массив может находиться в локальной памяти, на диске или в системе 26 управления памятью, например в системе передачи и архивации изображений (PACS), радиологической информационной системе (RIS) и т.п.

Рабочая станция 28 подключена к сети 25, и медицинский работник приводит в действие модуль 30 контроля качества, с использованием по меньшей мере одного устройства 32 ввода. Рабочая станция 28 содержит один или более электронный процессор или устройство 34 электронной обработки данных, устройство 36 отображения, которое отображает опорное изображение фантома, изображение для контроля качества и/или результаты контроля качества, меню, панели и элементы пользовательского управления, и по меньшей мере одно устройство 32 ввода, которое вводит выборы медицинского работника. Рабочая станция 28 может быть настольным компьютером, переносным компьютером, планшетным компьютером, мобильным компьютерным устройством, интеллектуальным телефоном и т.п. Устройство 32 ввода может быть клавиатурой, мышью, микрофоном, сенсорным экраном и т.п. Устройство отображения содержит по меньшей мере что-то одно из жидкокристаллического дисплея (ЖК-дисплея), дисплея на светоизлучающих диодах (СД-дисплея), плазменного дисплея, проекционного дисплея, сенсорного дисплея и т.п.

Модуль 30 контроля качества соответственно осуществляется устройством электронной обработки данных, например, одним или более электронным процессором или устройством 32 электронной обработки данных рабочей станции 28, или посредством сетевого служебного компьютера, имеющего рабочее соединение с рабочей станцией 28 по сети 25 и т.д. Кроме того, визуализация и сравнение предложенного фантома реализованы в подходящем случае в форме постоянного машиночитаемого носителя данных, хранящего команды (например, программное обеспечение), считываемые устройством электронной обработки данных и выполняемые устройством электронной обработки данных для выполнения раскрытых методов контроля качества.

Модуль 30 контроля качества управляет выполнением процесса контроля качества устройства MP визуализации для планирования лучевой терапии. Процесс контроля качества включает в себя визуализацию фантома устройствами КТ и MP визуализации, сравнение изображений фантома и создание отчета по результатам процесса контроля качества. Модуль контроля качества включает в себя сопровождение использования фантома, созданного опорного изображения фантома, идентификатора фантома, созданного изображения для контроля качества фантома, срока действия изображений, способа сравнения изображений и величину искажения изображения для контроля качества на основании опорного изображения. Результаты отображаются для медицинского специалиста на устройстве отображения. Результаты могут содержать рекомендации при благоприятном или неблагоприятном исходе, любые коррективные меры и/или связанные единицы информации.

На фиг. 4 приведена блок-схема варианта осуществления способа создания опорного изображения фантома или шаблона. На этапе 40 приводят в действие устройство КТ визуализации и получают КТ изображение фантома. Опорное изображение фантома является 3-мерным объемным изображением элементов 12. Шаблон формируют из опорного изображения фантома по следующим этапам.

На этапе 423-мерное КТ изображение исследуют для поиска местоположений элементов 12. Опорная стойка 18 и априори известные расчетные интервалы и допуски обеспечивают ориентиры, которые уменьшают объем вычислений для определения фактических положений визуализируемых элементов. Местоположение каждого элемента определяют по контрасту КТ изображения и любой доступной априорной информации. Поиск можно выполнять как грубую сегментацию или оценку элементов с использованием геометрической формы, например, куба.

Шаблон формируют на этапе 44. Центры каждого визуализируемого элемента идентифицируют с использованием центрирующей функции, например, как центр масс, и представляют в пространственных координатах. Центрирующая функция минимизирует погрешность, связанную с непостоянством размера и размещения каждого расположенного с равными интервалами материала. Например, капсула в мягкой гелевой оболочке будет изменяться в пределах некоторых допусков как материала, так и размера. При использовании центра вместо краев, опорное местоположение легче идентифицировать и связать с другими опорными местоположениями.

Шаблон центров элементов 12 и/или опорное КТ изображение фантома сохраняют на этапе 46. Опорное изображение фантома и/или шаблон могут сохраняться в системе 26 управления памятью. Шаблон может содержать идентификатор фантома, полученный либо из опорного изображения и/либо ручным вводом.

На фиг. 5 приведена блок-схема варианта осуществления способа контроля качества фантома для устройства MP визуализации. На этапе 48, фантом точно устанавливают в поле обзора, и устройство MP визуализации приводят в действие для получения MP изображения для контроля качества фантома. Контрольный столбик, например внутренняя трубка, наполненная материалом, может при необходимости обеспечить ориентир для процесса сбора данных. При необходимости на этапе 48 сигнал от центральной трубки используют для выполнения калибровки центральной частоты и/или калибровки РЧ мощности. На этапе 49 получают опорное КТ изображение фантома, и на этапе 50 совмещают опорное КТ изображение фантома и изображение для контроля качества MP.

Опорное КТ изображение фантома сегментируют на этапе 51. КТ изображение сегментируют на единичные ячейки на основании проектной спецификации и маркерам совмещения фантома. Каждая единичная ячейка содержит один визуализируемый элемент. На этапе 52 создают шаблон из сегментированных единичных ячеек.

На этапе 54 выполняют поиск визуализируемых элементов в MP изображении посредством вычисления корреляции местоположения каждого местоположения шаблона с соответствующими единичными ячейками в изображении для контроля качества (QA) MP. В MP изображении сопоставляют трехмерное упорядоченное распределение элементов. Определяют местоположение каждого визуализируемого элемента. Контрольный столбик и другая априорная информация, относящаяся к пространственному распределению, уменьшают объем для определения местоположения визуализируемых элементов. Центр каждого визуализируемого элемента вычисляют и сравнивают с координатой соответствующего шаблона опорного КТ изображения фантома. Например, центр каждого элемента в шаблоне представляют в прямоугольных координатах (x,y,z). Соответствующие координаты элемента, , в MP изображении можно представить в виде , где ν означает любое из пространственных измерений (x,y,z), и η_ν представляет вызванное искажение и задается выражением , где означает нелинейное магнитное поле, обусловленное каналом градиента υ, выраженным сферическими гармониками в виде:

и

,

где (r, θ, φ) являются сферическими координатами. В приведенных выражениях, a_ν(n,m) и b_ν(n,m) являются коэффициентами сферических гармоник степени n и порядка m. Аналогично, Р(_n,m) является соответствующим многочленом Лежандра степени n и порядка m. является линейной частью канала градиента υ и определяется выражением , , . На этапе 55 вычисляют максимальную корреляцию, которая обеспечивает сдвиг или искажение в 3 измерениях.

С использованием вычисленной разности между каждым центром элемента в MP изображении и центром элемента в шаблоне или опорном КТ изображении фантома создают карту искажений на этапе 56. Карта искажений содержит разности между центрами в опорном КТ изображении фантома или шаблоне и в MP изображении. Карту искажений можно интерполировать для всех точек в поле обзора. На этапе 58 сохраняют карту искажений.

На фиг. 6 представлена блок-схема варианта осуществления способа контроля качества (QA) MP для планирования лучевой терапии. Способ QA содержит как этапы, выполняемые медицинским специалистом, и этапы, выполняемые устройством медицинской визуализации и/или модулем контроля качества, так и этапы, выполняемые медицинским специалистом и направляемые модулем контроля качества. Модуль контроля качества направляет процесс в целом, начиная с этапа 60.

Модуль контроля качества проверяет срок действия опорной КТ карты фантома на этапе 62. Проверка срока действия КТ фантома включает в себя сравнение даты любого сохраненного опорного изображения фантома с текущей датой и предполагаемым интервалом по рекомендуемому стандарту. Например, если предполагается, что опорное КТ изображение фантома должно обновляться всякий раз, когда фантом является новым и/или заменяется, или ежегодно, то получают новое опорное изображение фантома, если данные изображения имеют срок больше одного года, или если изменился идентификатор фантома. Идентификатор фантома может быть физической меткой на фантоме и может также быть меткой, которая выделяется контрастом в изображении. Идентификатор может быть записан и/или закодирован, например, штриховым кодом.

Если следует создать новое опорное изображение фантома, то модуль контроля качества может выдать медицинскому специалисту указание заложить фантом в устройство КТ визуализации на этапе 64. Фантом закладывают в зону визуализации или поле обзора устройства КТ визуализации с таким расчетом, чтобы весь объем КТ изображения был заполнен фантомом. Дополнительные уровни и стойки на фантоме облегчают медицинскому специалисту задачу размещения и ориентации фантома в устройстве визуализации. Модуль контроля качества может при необходимости демонстрировать процесс с помощью короткого видео, отображаемого устройством отображения или просто обеспечивать письменные команды. Опорную КТ карту фантома создают на этапе 66, как описано со ссылкой на

фиг. 4.

Срок действия QA (контроля качества) MP проверяют на этапе 68. Срок действия QA MP содержит иную периодичность в сравнении с опорным КТ изображением фантома, например, посуточную. Модуль контроля качества может при необходимости проверять график, относящийся к MP изображениям для планирования ЛТ, и изменять периодичность. Например, если графиком не предусмотрено никаких MP изображений для планирования ЛТ на текущие сутки, или если изображение для QA MP уже получено с учетом даты изображения для QA MP, то получение изображения для QA MP не обязательно.

Если требуется новое изображение для QA MP, то фантом закладывается медицинским специалистом в устройство MP визуализации на этапе 70. Фантом размещают в туннеле устройства визуализации с таким расчетом, чтобы объем визуализации был заполнен фантомом. Размещение и ориентирование фантома в устройстве визуализации содержит этап 64, идентичный или подобный закладке фантома в устройство КТ визуализации. Если устройства составляют гибридное устройство и имеют общее поле обзора, то закладка идентична. Если устройства являются раздельными, то закладка является сходной.

На этапе 72 проверяют идентификатор фантома. Проверка может содержать визуальную идентификацию медицинским специалистом, ввод кода идентификатора в систему посредством устройства пользовательского ввода, использование метки, содержащейся в изображении контроля качества фантома и т.п.

Контроль качества (QA) фантома выполняют на этапе 74, как описано со ссылкой на фиг. 5. Этап дает карту искажений. Карта искажений содержит вычисленные разности между опорным КТ изображением фантома или шаблона и MP изображением фантома или изображением для QA MP. Карта искажений представляет изменения пространственных координат MP устройства, которые могут иметь место в MP изображении для планирования ЛТ.

Карту искажений проверяют на этапе 76. Для определения, находятся ли искажения в пределах допустимых уровней для контроля качества, применяют пороговые значения. Карта искажений может отображаться устройством отображения в виде графических изображений и/или статистических графиков, и/или числовых обозначений, например, среднего значения, дисперсии, максимальной дисперсии, средней дисперсии и т.п. Величина искажений или степень сдвига могут отображаться с использованием цветовых контрастов. Визуализация искажений поддерживается в любой произвольной плоскости посредством интерполяции, включаемой в карту искажений. Плоскость отображения может быть выделена из 3-мерной матрицы, полученной из интерполированной карты искажений.

Если искажения выходят за пределы допустимых уровней, то система представляет извещение на этапе 78. Извещение может содержать отображение сообщения на устройстве 36 отображения. Извещение может содержать запись статистических данных или другую информацию, относящуюся к измеренным искажениям для будущего анализа. Извещение может также содержать отображение карты искажений. Этап может обеспечивать итерационные корректировки и возврат на предыдущие этапы для определения, эффективны ли корректировки. Если искажения находятся в пределах

или приведены в пределы допустимых уровней, то уведомление выдается на этапе 80.

Если центры согласуются в пределах заданного допуска, то на этапе 80 на дисплее 36 выдается сообщение об успешном выполнении калибровки. Сообщение об успешном выполнении калибровки может содержать отображение карты искажений и/или других статистических данных, релевантных в отношении планирования лучевой терапии.

Созданная карта искажений может быть также создана сравнением КТ изображения фантома, полученного пользователем, с хранящимся в памяти опорным КТ изображением фантома, что обеспечивает проверку качества для механической целостности фантома. Карты искажений можно также сравнивать с течением времени, например, в течение курса терапии. Например, такие статистические данные, как минимальное значение, среднее значение, максимальное значение, могут вычерчиваться в виде кривых для вычисления разностей значений искажений для каждого визуализируемого элемента.

Следует понимать, что, в связи с конкретными наглядными вариантами осуществления, представленными в настоящем описании, некоторые конструктивные и/или функциональные признаки описаны входящими в заданные элементы и/или компоненты. Однако, предполагается, что упомянутые признаки могут быть также, с таким же или подобным успехом, аналогичным образом объединены с другими элементами и/или компонентами, в подходящем случае. Следует также понимать, что разные аспекты примерных вариантов осуществления можно выборочно использовать в качестве подходящих

для обеспечения других дополнительных вариантов осуществления, подходящих для требуемых применений, при этом другие дополнительные варианты осуществления тем самым реализуют соответствующие преимущества заложенных в них аспектов.

Следует также понимать, что конкретные элементы или компоненты, представленные в настоящем описании, могут иметь функции, соответственно реализуемые аппаратным обеспечением, программным обеспечением, встроенным программным обеспечением или их сочетанием. Кроме того, следует понимать, что некоторые элементы, представленные в настоящем описании в объединенной форме, могут быть в некоторых подходящих обстоятельствах автономными или иначе разделенными элементами. Аналогично, множество конкретных функций, выполняемых согласно настоящему описанию одним конкретным элементом, могут выполняться множеством отдельных элементов, работающих независимо для выполнения отдельных функций, или некоторые отдельные функции могут быть разбиты для выполнения множеством отдельных, совместно работающих элементов. В качестве альтернативы, некоторые элементы или компоненты, представленные и/или показанные в настоящем описании, напротив, отдельными друг от друга, можно физически или функционально объединять в подходящих случаях.

В краткой форме, настоящее описание изложено со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления. Очевидно, что специалистами после прочтения и изучения настоящего описания будут разработаны модификации и изменения. Предполагается, что настоящее изобретение следует интерпретировать как включающее в себя все упомянутые модификации и изменения в той степени, в которой они не выходят за пределы объема притязаний прилагаемой формулы изобретения или ее эквивалентов. То есть следует понимать, что многие из вышеописанных и других признаков и функций или их альтернативных вариантов можно при необходимости объединить во множестве других отличающихся систем или устройств, а также что специалистами в данной области техники могут быть предложены различные пока непредвиденные или непредусмотренные их альтернативные варианты, модификации, изменения или усовершенствования, которые, как также предполагается, не выходят за пределы объема притязаний нижеследующей формулы изобретения.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к средствам контроля качества устройств магнитно-резонансной визуализации. Устройство включает в себя фантом, имеющий вес менее 18,2 кг. Фантом содержит контрольный столбик, внешнюю несущую конструкцию и известное трехмерное пространственное распределение элементов, визуализируемых методами МР и компьютерной томографии, расположенных в пористой опоре. Внешняя несущая конструкция, как и пористая опора, не воспринимаемы методами МР и КТ, при этом пространственное распределение имеет размеры, позволяющие полностью заполнять объем визуализации устройства магнитно-резонансной визуализации. Способ контроля качества с использованием фантома содержит этапы, на которых вручную поднимают фантом для медицинской визуализации в устройство магнитно-резонансной визуализации, получают МР-изображение фантома и сравнивают местоположения визуализируемых элементов из МР-изображения фантома с местоположениями элементов в ранее получаемом опорном КТ изображении. Использование группы изобретений позволяет обеспечить контроль качества за счет планирования лучевой терапии таким образом, что любые МР-изображения, используемые в процессе планирования ЛТ, находятся в пределах приемлемого допуска. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Система (20) для контроля качества устройства (23) магнитно-резонансной (MP) визуализации, содержащая:

фантом (10), имеющий вес менее 18,2 кг (40 фунтов) и содержащий:

известное трехмерное пространственное распределение элементов (12), визуализируемых методами MP и компьютерной томографии (КТ) и расположенных в пористой опоре (14), не воспринимаемой методами MP и КТ, при этом пространственное распределение имеет такие размеры, чтобы полностью заполнять объем визуализации устройства магнитно-резонансной визуализации;

контрольный столбик; и

внешнюю несущую конструкцию (16), не воспринимаемую методами MP и КТ, которая охватывает и герметично уплотняет пористую опору.

2. Система (20) по п. 1, дополнительно содержащая:

один или более процессоров, выполненных с возможностью:

получения (50) MP-изображения фантома посредством устройства (23) MP-визуализации;

идентификации местоположений визуализируемых элементов в MP-изображении фантома;

сравнения (56) местоположений визуализируемых элементов из MP изображения фантома с местоположениями визуализируемых элементов в ранее полученном опорном КТ-изображении.

3. Система (20) по п. 1, в которой один или более процессоров дополнительно выполнены с возможностью

получения опорного КТ-изображения фантома из устройства КТ визуализации;

совмещения опорного КТ-изображения и MP-изображения;

сегментации КТ-изображения на единичные ячейки на основании пространственного распределения визуализируемых элементов таким образом, чтобы каждый визуализируемый элемент находился в одной единичной ячейке;

формирования шаблона, который включает в себя местоположение каждого визуализируемого элемента;

корреляции местоположения каждого визуализируемого элемента в шаблоне с соответствующим объемом в MP-изображении;

вычисления максимальной корреляции; и

формирования карты искажений на основании максимальной корреляции.

4. Система по п. 1, в которой фантом (10) дополнительно включает в себя:

контрольный столбик (18), наполненный материалом, который обеспечивает по меньшей мере одно из:

сильного опорного сигнала для центральной частоты магнитного резонанса;

сильного опорного сигнала для калибровки радиочастотной мощности; и

геометрического ориентира в плоскостях изображения.

5. Система по п. 2, дополнительно включающая в себя:

постоянный машиночитаемый носитель данных, содержащий по меньшей мере одно из КТ-изображения фантома или MP-изображения фантома.

6. Система (20) по п. 1, в которой фантом (10) имеет по меньшей мере 40 см в каждом из трех пространственных измерений.

7. Система (20) по п. 1, в которой фантом дополнительно включает в себя по меньшей мере одно из:

осушителя, герметизированного внутри фантома;

стоек, прикрепленных к основанию фантома, которые выравнивают фантом;

уровней по двум направлениям, которые указывают уровень фантома; и

направляющих, углубленных на внешней стороне фантома.

8. Система (20) по п. 1, в которой пористая опора (14) включает в себя по меньшей мере одно из:

полистирола;

полипропилена;

поливинилхлорида (ПВХ);

пористой резины с закрытыми порами;

аэрогеля;

бумаги;

картона;

пробковой древесины;

полиэтилена; и

полиимида.

9. Система (20) по любому из пп. 1-8, в которой внешняя несущая конструкция (16) содержит по меньшей мере одно из:

акрилового пластика;

политетрафторэтилена;

полиоксиметилена;поликарбоната;

политена;

полипропилена;

нейлона;

стекловолоконного композитного материала; и

фанеры.

10. Способ контроля качества с использованием фантома для планирования лучевой терапии, содержащий этапы, на которых

вручную поднимают (70) фантом для медицинской визуализации, который весит менее 18,2 кг, в устройство магнитно-резонансной (MP) визуализации, и фантом для медицинской визуализации включает в себя:

известное трехмерное пространственное распределение элементов (12), визуализируемых методами MP и компьютерной томографии (КТ) и расположенных в пористой опоре (14), не воспринимаемой методами MP и КТ, при этом пространственное распределение имеет такие размеры, чтобы полностью заполнять объем визуализации устройства магнитно-резонансной визуализации;

контрольный столбик; и

внешнюю несущую конструкцию (16), не воспринимаемую методами MP и КТ, которая охватывает и герметично уплотняет пористую опору;

получают (50) MP-изображение фантома посредством устройства MP визуализации;

сравнивают (56) местоположения визуализируемых элементов из MP изображения фантома с местоположениями визуализируемых элементов в ранее полученном опорном КТ-изображении.

11. Способ по п. 10, дополнительно включающий в себя этапы, на которых

получают опорное КТ-изображение фантома из устройства КТ-визуализации;

совмещают опорное КТ-изображение и MP-изображение;

сегментирует КТ-изображение на единичные ячейки на основании пространственного распределения визуализируемых элементов таким образом, чтобы каждый визуализируемый элемент находился в одной единичной ячейке;

формируют шаблон, который содержит местоположение каждого визуализируемого элемента;

коррелируют местоположение каждого визуализируемого элемента в шаблоне с соответствующим объемом в MP-изображении;

вычисляют максимальную корреляцию; и

формируют карту искажений на основании максимальной корреляции.

12. Способ по п. 10, в котором сравнивают карты искажений, формируемые с течением времени.

13. Способ по п. 10, дополнительно включающий в себя этап, на котором вычисляют центры каждого визуализируемого элемента в координатах MP изображения с использованием координат (x,y,z) КТ, представляемых в виде , где ν означает любое из пространственных измерений (x,y,z), и η_ν представляет вызванное искажение и задается выражением , где является линейной частью канала градиента υ, означает нелинейное магнитное поле, обусловленное каналом градиента выраженным сферическими гармониками в виде

и

,

где (r, θ, φ) являются сферическими координатами, a_ν(n,m) и b_ν(n,m) являются коэффициентами сферических гармоник степени n и порядка m, и P(_n,m) является соответствующим многочленом Лежандра степени n и порядка m.

14. Способ по п. 10, дополнительно включающий в себя этапы, на которых

проверяют (72), что фантом первого изображения тождественен фантому второго изображения, на основании идентификационных данных фантома; и

отображают на устройстве отображения сообщение, что калибровка выполнена успешно.

15. Способ по любому из пп. 10-14, в котором контрольный столбик (18) используют для выполнения по меньшей мере одного из:

идентификации опорного сигнала для центральной частоты магнитного резонанса;

идентификации опорного сигнала для калибровки радиочастотной мощности; и

идентификации геометрического ориентира в плоскостях изображения.