專利名稱：一種用于準(zhǔn)確確定腫瘤形狀的影像融合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于準(zhǔn)確確定腫瘤形狀的影像融合方法。
背景技術(shù)：
腫瘤放射治療已經(jīng)由普通放療或常規(guī)放療發(fā)展到精確放療的階段。
精確放療包括三個(gè)方面含義精確定位、精確計(jì)劃、精確治療；為了達(dá)到精確計(jì)劃、精確治療的目的，在計(jì)劃系統(tǒng)中正確勾畫腫瘤(靶區(qū))輪廓是精確治療的根本，而準(zhǔn)確計(jì)算腫瘤的幾何形狀和尺寸是確定治療方案(如確定分次照射劑量、總照射劑量)的前提。
隨著科技的發(fā)展，用于診斷目的的影像除常見的解剖學(xué)影像CT、MRI外，還有功能性影像PET，以及其它的醫(yī)學(xué)影像。由于這些醫(yī)學(xué)影像的成像的物理原理不同，在醫(yī)學(xué)影像上同一生理結(jié)構(gòu)在影像上顯示并不相同，如顱骨在CT影像上顯示為白色，而在MRI上顯示為黑色；同一病人的病灶在CT和MRI影像上，形狀和尺寸存在較大差異，如在MRI可以清楚看到水腫，而CT上看不到。又如在CT和MRI檢測(cè)不到的前列腺腫瘤，而在功能性影像PET上能清楚顯示。在這些醫(yī)學(xué)影像中CT具有很好的定位精度和空間分辨率，因此CT影像常用于放射治療計(jì)劃系統(tǒng)。
如何將多種醫(yī)學(xué)影像的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)精確放射治療，為醫(yī)生提供強(qiáng)有力的工具，為患者造福。在腫瘤放射治療計(jì)劃系統(tǒng)中腫瘤(靶區(qū))的準(zhǔn)確勾畫是精確計(jì)劃、精確治療達(dá)到良好治療效果的前提。在腫瘤放射治療計(jì)劃系統(tǒng)中，有一種所謂影像配準(zhǔn)技術(shù)，其特點(diǎn)是將同一患者的兩種不同影像序列(以CT/MRI為例)，按解剖學(xué)結(jié)構(gòu)將腫瘤區(qū)的掃描影像層對(duì)應(yīng)起來，然后比照MRI影像在CT影像上勾畫腫瘤輪廓。用于采用的是兩幀不同影像層的配準(zhǔn)的方法，因此無法改變兩種掃描影像由于掃描參數(shù)的差異引起誤差，這些差異包括影像的象素矩陣不同、掃描間距不同、掃描時(shí)患者的體位相對(duì)于掃描設(shè)備坐標(biāo)系的差異，等等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于避免上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，而提出一種將不同影像的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來用于準(zhǔn)確確定腫瘤形狀的影像融合方法。
本發(fā)明所提供的技術(shù)方案是一種用于準(zhǔn)確確定腫瘤形狀的影像融合方法，該方法包括以下步驟對(duì)患者的腫瘤部位進(jìn)行多種影像掃描設(shè)備掃描，得到相應(yīng)的多種類型的影像序列；將所得到的影像序列傳輸至腫瘤放射治療計(jì)劃系統(tǒng)，該系統(tǒng)對(duì)影像序列進(jìn)行三維影像重建，以其中某個(gè)影像序列的三維重建影像為基準(zhǔn)，得出其它影像序列的三維影像的坐標(biāo)系的相對(duì)空間坐標(biāo)的變化量；在基準(zhǔn)的三維影像坐標(biāo)下，根據(jù)相對(duì)空間坐標(biāo)的變化量，以基準(zhǔn)影像序列的掃描參數(shù)將待融合的影像序列的三維重建影像重新掃描，得到相應(yīng)的新的影像序列；在腫瘤放射治療計(jì)劃系統(tǒng)中，將新的影像序列的影像層與基準(zhǔn)影像序列的影像層進(jìn)行疊加，由此得到基準(zhǔn)影像序列中的影像層上的腫瘤的形狀、大小。
進(jìn)一步地，所述的掃描方式采用了在患者的腫瘤部位設(shè)有2～3個(gè)標(biāo)記；在三維影像重建時(shí)，通過標(biāo)記的空間位置和基準(zhǔn)三維影像得出其它影像序列的三維影像的相對(duì)空間坐標(biāo)的變化量。
進(jìn)一步地，腫瘤放射治療計(jì)劃系統(tǒng)得到其它影像序列的三維影像的相對(duì)空間坐標(biāo)的變化量方法為該計(jì)劃系統(tǒng)將所有影像序列的三維重建影像，在某個(gè)重建影像的坐標(biāo)系中的三個(gè)正交截面上進(jìn)行疊加；計(jì)劃系統(tǒng)疊加顯示基準(zhǔn)影像序列和待融合的影像序列的三個(gè)正交截面影像，根據(jù)解剖學(xué)結(jié)構(gòu)，調(diào)整待融合的影像序列的三維影像坐標(biāo)系的中心位置和旋轉(zhuǎn)角度，使得每個(gè)截面影像上疊加顯示在解剖學(xué)結(jié)構(gòu)重合，確定出待融合的影像序列的三維影像的相對(duì)空間坐標(biāo)的變化量。
進(jìn)一步地，所述的影像掃描方式為CT影像、核磁共振影像、功能性影像。
本發(fā)明有如下優(yōu)點(diǎn)以影像三維重建為基礎(chǔ)的，在三個(gè)正交截面影像上按標(biāo)志和解剖學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行校準(zhǔn)，因此具有很高的精度，其誤差在影像象素范圍內(nèi)，并且節(jié)省了物理師的時(shí)間；集中兩種或多種醫(yī)學(xué)影像的優(yōu)點(diǎn)，更好、更準(zhǔn)確、更方便地勾畫靶區(qū)；也可以不同時(shí)期同種影像的病變或治療結(jié)果的比較。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。
實(shí)施例一有標(biāo)志點(diǎn)融合的影像融合方法1、在CT掃描前，在患者的腫瘤部位粘貼兩個(gè)或三個(gè)CT專用微型交叉線標(biāo)記板(或魔十字標(biāo)記板)，并標(biāo)記交叉線(或魔十字)的位置，然后掃描患者。
2、在MRI掃描前，撤下CT用魔十字標(biāo)記板，在標(biāo)記的相同位置粘貼一組兩個(gè)或三個(gè)MRI專用魔十字標(biāo)記板；然后掃描患者。(以上CT和MRI的掃描順序可以交換)3、將二者的影像序列傳輸至腫瘤放射治療計(jì)劃系統(tǒng)，在計(jì)劃系統(tǒng)中分別標(biāo)志魔十字中心位置。系統(tǒng)分別重建三維CT和MRI影像。然后按三維空間中CT和MRI三維重建影像上魔十字的空間位置，計(jì)算出MRI坐標(biāo)系相對(duì)于CT坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換關(guān)系平移和旋轉(zhuǎn)參量。
4、根據(jù)計(jì)算出的平移和旋轉(zhuǎn)參量，以CT坐標(biāo)系為基準(zhǔn)，計(jì)劃系統(tǒng)按CT掃描參數(shù)對(duì)MRI三維重建影像重新“掃描”，建立新的MRI影像序列，這樣在腫瘤區(qū)范圍內(nèi)，每個(gè)MRI層與CT層嚴(yán)格對(duì)應(yīng)。
5、在MRI影像層上勾畫腫瘤輪廓，該輪廓直接對(duì)應(yīng)到CT影像上。在計(jì)劃系統(tǒng)中可以疊加顯示二者圖像。
其中魔十字標(biāo)記板是一個(gè)由兩根呈直線相交擺放的專用微細(xì)金屬絲或?qū)Ｓ靡后w管(注能確保在影像上清晰成像的材料)固定在一起的裝置。通常在CT定位時(shí)采用金屬絲，在MRI上所用的魔十字線狀物為塑性管，其中灌注MRI顯像清晰的液體。在功能性影像PET上用的魔十字與MRI上用的類似，但灌注的液體為放射性核素，也即為了在PET影像上能清晰顯示標(biāo)志的材料。魔十字的兩條交叉線之間角度通常為45度，并不是真正意義上的十字。通常CT用金屬絲的直徑約0.5～2毫米；在MRI上所用的魔十字的塑性管的直徑約1.5mm。
具體操作流程如下1、影像掃描掃描前，在腫瘤部位粘貼兩(三)個(gè)魔十字。為保證高精度，在CT影像室借助激光燈，使得每個(gè)魔十字的一根金屬絲與其一激光線重合，另一激光線過魔十字的交點(diǎn)，然后固定在患者頭膜或體膜上。下一步，用專用墨水標(biāo)記每個(gè)魔十字的位置。然后掃描病人。然后在MRI影像室，換上MRI專用魔十字，重復(fù)上面過程。
2、影像融合a、將CT和MRI影像序列依次傳輸至計(jì)劃系統(tǒng)，并作影像預(yù)處理，確保影像空間尺度準(zhǔn)確；b、分別讀入CT和MRI影像序列；c、在CT影像序列上找到魔十字兩點(diǎn)重合的影像層，并作標(biāo)志1，2；類似地，在MRI影像層上作標(biāo)志3，4；d、影像融合計(jì)劃系統(tǒng)根據(jù)魔十字影像融合的原理，通過三維影像重建和魔十字的空間位置關(guān)系，計(jì)算出MRI的掃描坐標(biāo)系相當(dāng)于CT的掃描坐標(biāo)系的關(guān)系；e、按CT掃描參數(shù)，新建MRI影像序列；f、重新讀入新的MRI影像序列；g、顯示兩個(gè)影像序列重疊的效果h、在重疊的影像上得到腫瘤的位置和形狀大小。
實(shí)施例二無標(biāo)志點(diǎn)融合的影像融合方法1、將CT影像序列和MRI影像序列傳輸至腫瘤放射治療計(jì)劃系統(tǒng)，系統(tǒng)分別重建三維CT和MRI影像。
2、由于CT掃描和MRI掃描分別有一個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)，反映患者掃描時(shí)的體位。計(jì)劃系統(tǒng)以CT坐標(biāo)系為基準(zhǔn)，顯示CT三維重建影像在CT坐標(biāo)系的三個(gè)正交截面的影像在三個(gè)圖像窗口(即顯示其橫斷面、失狀面和冠狀面三個(gè)正交截面)，然后將MRI三維重建影像在CT坐標(biāo)系的三個(gè)正交截面的影像對(duì)應(yīng)地疊加顯示在以上三個(gè)圖像窗口。兩種正交截面影像以不同的顏色顯示；3、根據(jù)解剖學(xué)結(jié)構(gòu)知識(shí)，仔細(xì)調(diào)整MRI的坐標(biāo)系的中心位置(X，Y，Z)和旋轉(zhuǎn)角度(α，β，γ)，通過觀察三個(gè)窗口顯示的截面影像，使得三個(gè)窗口顯示的截面影像重合，由此計(jì)算出MRI坐標(biāo)系相對(duì)于CT坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換關(guān)系平移和旋轉(zhuǎn)參量。
4、根據(jù)計(jì)算出的平移和旋轉(zhuǎn)參量，以CT坐標(biāo)系為基準(zhǔn)，計(jì)劃系統(tǒng)按CT掃描參數(shù)對(duì)MRI三維重建影像重新“掃描”，建立新的MRI影像序列，這樣在腫瘤區(qū)范圍內(nèi)，每個(gè)MRI層與CT層嚴(yán)格對(duì)應(yīng)。
5、在MRI影像層上勾畫腫瘤輪廓，該輪廓直接對(duì)應(yīng)到CT影像上。在計(jì)劃系統(tǒng)中可以疊加顯示二者圖像。
無標(biāo)志點(diǎn)影像融合技術(shù)操作流程1、在計(jì)劃系統(tǒng)中讀取CT影像序列和MRI影像序列；2、在三個(gè)窗口以不同顏色疊加顯示它們的三維重建影像在各自坐標(biāo)系的三個(gè)正交截面上的影像；3、調(diào)整MRI掃描坐標(biāo)系相對(duì)于CT掃描坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)的位置和相對(duì)角度，從而改變二者的三維重建影像的重合程度；4、從解剖學(xué)結(jié)構(gòu)知識(shí)判斷，如果二者重合符合要求。計(jì)劃系統(tǒng)對(duì)MRI的三維重建影像重新“掃描”，生成新的MRI影像序列，它與CT影像序列在腫瘤區(qū)的影像在空間上具有好的對(duì)應(yīng)關(guān)系；5、然后按獲得的坐標(biāo)變換參數(shù)，對(duì)MRI三維重建影像重新“掃描”MRI，生成新的MRI影像序列；6、重新讀入新建影像序列，即可方便而清晰地勾畫病灶等器官輪廓。
上述方法和步驟對(duì)CT和PET的融合是類似一樣的。
權(quán)利要求
1.一種用于準(zhǔn)確確定腫瘤形狀的影像融合方法，該方法包括以下步驟對(duì)患者的腫瘤部位進(jìn)行多種影像掃描設(shè)備掃描，得到相應(yīng)的多種類型的影像序列；將所得到的影像序列傳輸至腫瘤放射治療計(jì)劃系統(tǒng)，該系統(tǒng)對(duì)影像序列進(jìn)行三維影像重建，以其中某個(gè)影像序列的三維重建影像為基準(zhǔn)，得出其它影像序列的三維影像的坐標(biāo)系的相對(duì)空間坐標(biāo)的變化量；在基準(zhǔn)的三維影像坐標(biāo)下，根據(jù)相對(duì)空間坐標(biāo)的變化量，以基準(zhǔn)影像序列的掃描參數(shù)將待融合的影像序列的三維重建影像重新掃描，得到相應(yīng)的新的影像序列；在腫瘤放射治療計(jì)劃系統(tǒng)中，將新的影像序列的影像層與基準(zhǔn)影像序列的影像層進(jìn)行疊加，由此得到基準(zhǔn)影像序列中的影像層上的腫瘤的形狀、大小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于準(zhǔn)確確定腫瘤形狀的影像融合方法，其特征在于所述的掃描方式采用了在患者的腫瘤部位設(shè)有2～3個(gè)標(biāo)記；在三維影像重建時(shí)，通過標(biāo)記的空間位置和基準(zhǔn)三維影像得出其它影像序列的三維影像的相對(duì)空間坐標(biāo)的變化量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于準(zhǔn)確確定腫瘤形狀的影像融合方法，其特征在于腫瘤放射治療計(jì)劃系統(tǒng)得到其它影像序列的三維影像的相對(duì)空間坐標(biāo)的變化量方法為該計(jì)劃系統(tǒng)將所有影像序列的三維重建影像，在某個(gè)重建影像的坐標(biāo)系中的三個(gè)正交截面上進(jìn)行疊加；計(jì)劃系統(tǒng)疊加顯示基準(zhǔn)影像序列和待融合的影像序列的三個(gè)正交截面影像，根據(jù)解剖學(xué)結(jié)構(gòu)，調(diào)整待融合的影像序列的三維影像坐標(biāo)系的中心位置和旋轉(zhuǎn)角度，使得每個(gè)截面影像上疊加顯示在解剖學(xué)結(jié)構(gòu)重合，確定出待融合的影像序列的三維影像的相對(duì)空間坐標(biāo)的變化量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求所述的用于準(zhǔn)確確定腫瘤形狀的影像融合方法，其特征在于所述的影像掃描方式為CT影像、核磁共振影像、功能性影像。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于準(zhǔn)確確定腫瘤形狀的影像融合方法。本發(fā)明以影像三維重建為基礎(chǔ)的，在三個(gè)正交截面上按魔十字標(biāo)志和解剖學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行校準(zhǔn)，因此具有很高的精度，其誤差在影像像素范圍內(nèi)，并且節(jié)省了物理師的時(shí)間；集中兩種或多種醫(yī)學(xué)影像的優(yōu)點(diǎn)，更好、更準(zhǔn)確、更方便地勾畫靶區(qū)；也可以不同時(shí)期同種影像的病變或治療結(jié)果的比較。
文檔編號(hào)A61B5/055GK1911175SQ20051008987
公開日2007年2月14日 申請(qǐng)日期2005年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月10日
發(fā)明者史榮, 謝虎臣 申請(qǐng)人:史榮, 謝虎臣