專利名稱：一種基于雙能x射線圖像的軟組織病灶定位方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)方法及系統(tǒng)，尤其一種基于雙能X射線圖像的軟組織病灶定位方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
圖像引導(dǎo)放射治療(IGRT)是近十年逐步發(fā)展起來(lái)的腫瘤放射治療和腫瘤放射外科手術(shù)的最新理論和技術(shù)，是現(xiàn)代放射治療的一個(gè)里程碑。IGRT通過(guò)先進(jìn)的影像設(shè)備及圖像處理方法對(duì)患者的病灶在治療前和治療中進(jìn)行定位追蹤，實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤的精確放射治療， 降低對(duì)腫瘤周邊正常組織的損傷，改善對(duì)患者的治療效果。IGRT是所有現(xiàn)代新興放射治療技術(shù)的基礎(chǔ)，如立體定向神經(jīng)放射外科手術(shù)(SRS)、立體定向體部放射治療(SBRT)、圖像引導(dǎo)的調(diào)強(qiáng)放射治療(IG-IMRT)，而圖像引導(dǎo)是IGRT的核心技術(shù)。目前IGRT的圖像引導(dǎo)主要采用kV級(jí)X射線成像技術(shù)或機(jī)載椎形CT(CBCT)技術(shù)。 基于X射線成像技術(shù)的圖像引導(dǎo)技術(shù)，是通過(guò)單個(gè)或多個(gè)X射線透視圖像和治療計(jì)劃CT的 2D-3D (二維-三維)圖像配準(zhǔn)，來(lái)確定患者或病灶(例如，腫瘤)的位置，通過(guò)在治療前移動(dòng)治療床來(lái)調(diào)整患者位置、或在治療中調(diào)整治療射線，實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤的精確治療。而基于CBCT 技術(shù)的圖像引導(dǎo)技術(shù)，是通過(guò)在線生成的CBCT和治療計(jì)劃CT的三維-三維(3D-3D)圖像配準(zhǔn)來(lái)實(shí)現(xiàn)治療前的患者定位。使用現(xiàn)有的用于IGRT圖像引導(dǎo)的X射線成像技術(shù)對(duì)患者進(jìn)行放射治療(例如，對(duì)胸部腫瘤進(jìn)行放射治療)時(shí)，需要在患者的胸部腫瘤內(nèi)或腫瘤附近用手術(shù)方法植入-個(gè)或多個(gè)金屬標(biāo)記，通過(guò)探測(cè)金屬標(biāo)記位置來(lái)間接地估算腫瘤的移動(dòng)位置，這是一種有創(chuàng)并且不精確的方法，需要改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種無(wú)需預(yù)先植入金屬標(biāo)記即可在放射治療時(shí)準(zhǔn)確確定病灶(例如，腫瘤)位置的軟組織病灶定位方法及系統(tǒng)。為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于雙能X射線圖像的軟組織病灶定位方法，該方法包括A 生成患者的三維圖像，根據(jù)該三維圖像離線生成沿平面外平移方向的軟組織 DRR圖像庫(kù)；B 采集所述患者的高能量X射線圖像和低能量X射線圖像，并使用采集的高能量 X射線圖像和低能量X射線圖像生成患者的軟組織X射線圖像；C 將所述軟組織X射線圖像作為被配準(zhǔn)圖像，使用所述離線生成的軟組織DRR圖像庫(kù)中的DRR圖像，根據(jù)DRR圖像中包含病灶的配準(zhǔn)窗口，分別對(duì)平面內(nèi)平移參數(shù)、和/或平面外平移參數(shù)的值進(jìn)行估算；D 以對(duì)平面外平移參數(shù)的最新參數(shù)估算結(jié)果作為基準(zhǔn)位置對(duì)所述三維圖像進(jìn)行調(diào)整，在線生成沿平面外平移方向的軟組織DRR圖像庫(kù)；
E 將所述軟組織X射線圖像作為被配準(zhǔn)圖像，使用最新在線生成的軟組織DRR圖像庫(kù)中的DRR圖像，根據(jù)DRR圖像中包含病灶的配準(zhǔn)窗口，分別對(duì)平面內(nèi)平移參數(shù)、和/或平面外平移參數(shù)的值進(jìn)行進(jìn)一步估算。此外，在所述步驟B和C之間，還包括如下步驟Bl 以所述離線生成的軟組織DRR圖像庫(kù)中的DRR圖像為參考，對(duì)所述軟組織X射線圖像進(jìn)行圖像加強(qiáng)。此外，在所述步驟E之后還包括如下步驟F 判斷是否已滿足參數(shù)估算精度要求，如果未滿足，則重復(fù)執(zhí)行步驟E及后續(xù)步
馬聚ο此外，所述步驟F中，如果判定已滿足參數(shù)估算精度要求，則執(zhí)行如下步驟G 計(jì)算參數(shù)估算結(jié)果所對(duì)應(yīng)的質(zhì)量保證參數(shù)，并對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)，如果檢驗(yàn)通過(guò)，則輸出圖像配準(zhǔn)結(jié)果。此外，采用如下方式離線生成沿平面外平移方向的軟組織DRR圖像庫(kù)AOl 設(shè)定包含個(gè)不同的平移位置ζ⑴；z(i)滿足zL
^ z(i) ^ zH
；A02 對(duì)每一 ζ (i)生成一個(gè)對(duì)應(yīng)的DRR圖像，從而生成包含個(gè)不同ζ (i)所對(duì)應(yīng)的DRR圖像的軟組織DRR圖像庫(kù)；其中，zJO]和^
分別表示離線生成軟組織DRR圖像庫(kù)時(shí)平面外平移參數(shù)ζ⑴ 的取值范圍的下限和上限；i = 1，2，...， ; 為大于 1 的整數(shù)。此外，采用如下方式第k次在線生成沿平面外平移方向的軟組織DRR圖像庫(kù)DOl 設(shè)定&個(gè)不同的平面外平移值ζ (i) ；ζ (i)滿足zL[k] ^ z(i) ^ zH[k]；D02 對(duì)每一 ζ (i)值生成一個(gè)對(duì)應(yīng)的DRR圖像，從而生成包含仏個(gè)DRR圖像的DRR
圖像庫(kù)；其中，ZlM和^舊分別表示第k次在線生成沿平面外平移方向的DRR圖像庫(kù)時(shí)平面外平移參數(shù)z(i)的取值范圍的下限和上限；i = 1，2，...，仏；仏為大于1的整數(shù)決為大于0的整數(shù)。此外，zL[k+l]> zL[k], J.zH[k+l] < zH [k] ο此外，第k次在線生成沿平面外平移方向的DRR圖像庫(kù)時(shí)，各ζ (i)之間的差值為 Az[k]；且滿足Az[k+1] < Δ ζ [k] ο此外，步驟B中，采用如下方式采集所述患者的高能量X射線圖像和低能量X射線圖像在完成一次高能量X射線圖像的采集后的T毫秒內(nèi)完成一次低能量X射線圖像的采集；或在完成一次低能量X射線圖像的采集后的T毫秒內(nèi)完成一次高能量X射線圖像的采集；其中，T 彡 200ms。
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此外，步驟C和E中，使用軟組織DRR圖像庫(kù)中的基準(zhǔn)DRR圖像對(duì)平面內(nèi)平移參數(shù)的值進(jìn)行估算。此外，步驟A和C之間還包含如下步驟Al 在所述離線生成的軟組織DRR圖像庫(kù)的DRR圖像中確定包含病灶的配準(zhǔn)窗口。此外，步驟Al中，在所述離線生成的軟組織DRR圖像庫(kù)的基準(zhǔn)DRR圖像中確定所述包含病灶的配準(zhǔn)窗口。此外，步驟G中，采用如下方式之一判斷是否已滿足參數(shù)估算精度要求方式一判斷在線生成軟組織DRR圖像庫(kù)的次數(shù)k是否等于預(yù)先設(shè)定的值N，如果 k = N，則判定已滿足參數(shù)估算精度要求；如果k < N，則判定未滿足參數(shù)估算精度要求；方式二 判斷本次估算的參數(shù)值與上一次估算的相應(yīng)參數(shù)值的差值是否小于預(yù)先設(shè)定的參數(shù)差值，如果小于，則判定已滿足參數(shù)估算精度要求；否則，判定未滿足參數(shù)估算精度要求；所述參數(shù)值包括以下一種或多種平面內(nèi)平移參數(shù)，平面外平移參數(shù)。本發(fā)明還提供一種基于雙能X射線圖像的軟組織病灶定位系統(tǒng)，包含三維圖像生成單元，X射線圖像采集單元，該系統(tǒng)還包含DRR圖像庫(kù)生成單元，圖像配準(zhǔn)單元；其中所述三維圖像生成單元，用于生成患者的三維圖像，并將其輸出至DRR圖像庫(kù)生成單元；所述DRR圖像庫(kù)生成單元，用于根據(jù)接收到的三維圖像離線生成沿平面外平移方向的軟組織DRR圖像庫(kù)，并輸出其中包含的DRR圖像；所述X射線圖像采集單元，用于采集所述患者的高能量X射線圖像和低能量X射線圖像，并使用采集的高能量X射線圖像和低能量X射線圖像生成患者的軟組織X射線圖像，并輸出；所述圖像配準(zhǔn)單元，用于將接收到的軟組織X射線圖像作為被配準(zhǔn)圖像，使用所述離線生成的軟組織DRR圖像庫(kù)中的DRR圖像，根據(jù)DRR圖像中包含病灶的配準(zhǔn)窗口，分別對(duì)平面內(nèi)平移參數(shù)、和/或平面外平移參數(shù)的值進(jìn)行估算，并輸出參數(shù)估算結(jié)果；所述DRR圖像庫(kù)生成單元，還用于以接收到的對(duì)平面外平移參數(shù)的最新參數(shù)估算結(jié)果作為基準(zhǔn)位置對(duì)所述三維圖像進(jìn)行調(diào)整，在線生成沿平面外平移方向的軟組織DRR圖像庫(kù)，并將其中包含的DRR圖像輸出至所述圖像配準(zhǔn)單元；所述圖像配準(zhǔn)單元，還用于將接收到的所述軟組織X射線圖像作為被配準(zhǔn)圖像， 使用接收到的最新在線生成的軟組織DRR圖像庫(kù)中的DRR圖像，根據(jù)DRR圖像中包含病灶的配準(zhǔn)窗口，分別對(duì)平面內(nèi)平移參數(shù)、和/或平面外平移參數(shù)的值進(jìn)行進(jìn)一步估算，并輸出參數(shù)估算結(jié)果。此外，所述系統(tǒng)中還包含圖像加強(qiáng)單元；所述圖像加強(qiáng)單元，用于接收所述X射線圖像采集單元輸出的軟組織X射線圖像， 并接收所述離線生成的DRR圖像庫(kù)中包含的DRR圖像，并以接收到的DRR圖像為參考，對(duì)所述X射線圖像進(jìn)行圖像加強(qiáng)，并將加強(qiáng)后的軟組織X射線圖像輸出至所述圖像配準(zhǔn)單元。此外，所述圖像配準(zhǔn)單元，還用于判斷是否已滿足參數(shù)估算精度要求，如果未滿足，則所述圖像配準(zhǔn)單元和所述DRR圖像庫(kù)生成單元重復(fù)執(zhí)行如下操作，直至所述圖像配準(zhǔn)單元判定滿足參數(shù)估算精度要求
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所述圖像配準(zhǔn)單元將所述對(duì)平面外平移參數(shù)的值進(jìn)行估算得到的參數(shù)估算結(jié)果輸出至所述DRR圖像庫(kù)生成單元；所述DRR圖像庫(kù)生成單元以接收到的參數(shù)估算結(jié)果作為基準(zhǔn)位置對(duì)所述三維圖像進(jìn)行調(diào)整，在線生成沿平面外平移方向的軟組織DRR圖像庫(kù)，并將其中包含的DRR圖像輸出至所述圖像配準(zhǔn)單元；所述圖像配準(zhǔn)單元將接收到的軟組織X射線圖像作為被配準(zhǔn)圖像，使用接收到的最新在線生成的軟組織DRR圖像庫(kù)中的DRR圖像，根據(jù)DRR圖像中包含病灶的配準(zhǔn)窗口，分別對(duì)平面內(nèi)平移參數(shù)、和/或平面外平移參數(shù)的值進(jìn)行進(jìn)一步估算；所述圖像配準(zhǔn)單元判斷是否已滿足參數(shù)估算精度要求。此外，所述系統(tǒng)中還包含質(zhì)量保證參數(shù)檢驗(yàn)單元；所述圖像配準(zhǔn)單元在判定已滿足參數(shù)估算精度要求后，還用于將參數(shù)估算結(jié)果輸出至所述質(zhì)量保證參數(shù)檢驗(yàn)單元；所述質(zhì)量保證參數(shù)檢驗(yàn)單元，用于計(jì)算接收到的參數(shù)估算結(jié)果所對(duì)應(yīng)的質(zhì)量保證參數(shù)，并對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)，如果檢驗(yàn)通過(guò)，則輸出圖像配準(zhǔn)結(jié)果。此外，所述DRR圖像庫(kù)生成單元采用如下方式離線生成沿平面外平移方向的軟組織DRR圖像庫(kù)設(shè)定包含個(gè)不同的平移位置ζ (i) ；z(i)滿足zL
^ z(i) ^ zH
；對(duì)每一 z(i)生成一個(gè)對(duì)應(yīng)的DRR圖像，從而生成包含個(gè)不同ζ (i)所對(duì)應(yīng)的DRR 圖像的軟組織DRR圖像庫(kù)；其中，Ζ
和^
分別表示離線生成軟組織DRR圖像庫(kù)時(shí)平面外平移參數(shù)ζ⑴ 的取值范圍的下限和上限；i = 1，2，...， ; 為大于 1 的整數(shù)。此外，所述DRR圖像庫(kù)生成單元采用如下方式第k次在線生成沿平面外平移方向的軟組織DRR圖像庫(kù)設(shè)定&個(gè)不同的平面外平移值ζ (i) ；z(i)滿足zL[k] ^ z(i) ^ zH[k]；對(duì)每一 ζ (i)值生成一個(gè)對(duì)應(yīng)的DRR圖像，從而生成包含A個(gè)DRR圖像的DRR圖
像庫(kù)；其中，zjk]和^舊分別表示第k次在線生成沿平面外平移方向的DRR圖像庫(kù)時(shí)平面外平移參數(shù)z(i)的取值范圍的下限和上限；i = 1，2，...，仏；仏為大于1的整數(shù)決為大于0的整數(shù)。此外，zL[k+l]> zL[k], J.zH[k+l] < zH [k] ο此外，所述DRR圖像庫(kù)生成單元第k次在線生成沿平面外平移方向的DRR圖像庫(kù)時(shí)，各z(i)之間的差值為；且滿足Az[k+1] < Δ ζ [k] ο此外，所述X射線圖像采集單元采用如下方式采集所述患者的高能量X射線圖像和低能量X射線圖像在完成一次高能量X射線圖像的采集后的T毫秒內(nèi)完成一次低能量X射線圖像的采集；或在完成一次低能量X射線圖像的采集后的T毫秒內(nèi)完成一次高能量X射線圖像的采集；其中，T彡 200ms。此外，所述圖像配準(zhǔn)單元使用軟組織DRR圖像庫(kù)中的基準(zhǔn)DRR圖像對(duì)平面內(nèi)平移參數(shù)的值進(jìn)行估算。此外，所述圖像配準(zhǔn)單元采用如下方式之一判斷是否已滿足參數(shù)估算精度要求方式一判斷在線生成軟組織DRR圖像庫(kù)的次數(shù)k是否等于預(yù)先設(shè)定的值N，如果 k = N，則判定已滿足參數(shù)估算精度要求；如果k < N，則判定未滿足參數(shù)估算精度要求；方式二 判斷本次估算的參數(shù)值與上一次估算的相應(yīng)參數(shù)值的差值是否小于預(yù)先設(shè)定的參數(shù)差值，如果小于，則判定已滿足參數(shù)估算精度要求；否則，判定未滿足參數(shù)估算精度要求；所述參數(shù)值包括以下一種或多種平面內(nèi)平移參數(shù)，平面外平移參數(shù)。此外，所述DRR圖像庫(kù)生成單元還用于在所述離線生成的軟組織DRR圖像庫(kù)的DRR 圖像中確定包含病灶的配準(zhǔn)窗口，并將配準(zhǔn)窗口參數(shù)輸出至所述圖像配準(zhǔn)單元；所述圖像配準(zhǔn)單元根據(jù)接收到的所述配準(zhǔn)窗口參數(shù)確定DRR圖像的所述包含病灶的配準(zhǔn)窗口。此外，所述DRR圖像庫(kù)生成單元在所述離線生成的軟組織DRR圖像庫(kù)的基準(zhǔn)DRR 圖像中確定所述包含病灶的配準(zhǔn)窗口。綜上所述，本發(fā)明基于雙能量X射線成像技術(shù)的二維-三維醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)方法及系統(tǒng)(也可稱為軟組織病灶定位方法及系統(tǒng))，在生成沿平面外平移方向的軟組織DRR圖像庫(kù)，并在該圖像庫(kù)的DRR圖像(例如，基準(zhǔn)DRR圖像)中定義包含病灶(例如，腫瘤)的配準(zhǔn)窗口后，采用雙能量X射線成像技術(shù)生成患者的軟組織X射線圖像；然后，根據(jù)上述配準(zhǔn)窗口，對(duì)軟組織X射線圖像和軟組織DRR圖像進(jìn)行圖像配準(zhǔn)，探測(cè)出病灶(例如，腫瘤) 的移動(dòng)位置。本發(fā)明的方法及系統(tǒng)可在圖像引導(dǎo)放射治療中實(shí)現(xiàn)對(duì)胸部、肺部、食道等部位的病灶(例如，腫瘤)的直接定位和追蹤，而無(wú)需在放射治療時(shí)以植入的金屬標(biāo)記作參考， 減少了對(duì)患者的損傷，提高了配準(zhǔn)速度、配準(zhǔn)精度和配準(zhǔn)的成功率。


圖1為X射線成像幾何及坐標(biāo)系的示意圖；圖2是本發(fā)明基于雙能量X射線成像技術(shù)的二維-三維醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)方法(軟組織病灶定位方法)流程圖；圖3為在基準(zhǔn)DRR圖像上確定包含病灶(例如，腫瘤)的配準(zhǔn)窗口的示意圖；圖4為本發(fā)明基于雙能量X射線成像技術(shù)的二維-三維醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)系統(tǒng)(軟組織病灶定位系統(tǒng))的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的核心是，生成沿平面外平移方向的軟組織DRR圖像庫(kù)，并在該圖像庫(kù)的 DRR圖像(可稱為軟組織DRR圖像)中定義包含病灶(例如，腫瘤)的配準(zhǔn)窗口 ；采用雙能量X射線成像技術(shù)生成軟組織X射線圖像，將該軟組織X射線圖像作為被配準(zhǔn)圖像，根據(jù)上述配準(zhǔn)窗口，分別對(duì)平面內(nèi)平移參數(shù)、和/或平面外平移參數(shù)的值進(jìn)行估算。上述雙能量X射線成像技術(shù)是指用高、低兩種能量的X射線對(duì)人體同一部位連續(xù)采集兩個(gè)X射線圖像，由于人體組織對(duì)不同能量的X射線衰減系數(shù)不同，兩個(gè)圖像會(huì)有不同的光密度分布，對(duì)兩個(gè)圖像進(jìn)行加權(quán)相減，可以分別給出被成像結(jié)構(gòu)中的軟組織或骨骼的單一成分的分布圖像，從而產(chǎn)生一個(gè)軟組織X射線圖像和一個(gè)骨骼X射線圖像，軟組織X射線圖像去掉了骨骼投影部分，可清晰分辨胸部等部位的病灶(例如，腫瘤)的形狀。首先對(duì)本發(fā)明涉及的X射線成像幾何與坐標(biāo)系進(jìn)行描述。圖1描述了 X射線成像幾何及坐標(biāo)系。如圖1所示，X射線源發(fā)射的X射線穿透三維被成像體(患者)，在二維成像平面上產(chǎn)生一個(gè)透視圖像，該透視圖像稱為X射線圖像。 圖1中，S和Op分別表示X射線源中心和成像平面中心。圖1中，三維坐標(biāo)系(Oxyz)為患者坐標(biāo)系，病灶位移(例如，腫瘤位移)由三個(gè)參數(shù)來(lái)描述，即三個(gè)平移參數(shù)(x，y，z)。二維坐標(biāo)系(op xp yp)為成像平面坐標(biāo)系，腫瘤位移由三個(gè)參數(shù)來(lái)描述兩個(gè)平面內(nèi)平移參數(shù)Ov yp)和一個(gè)平面外平移參數(shù)ζ。在三維患者坐標(biāo)系和二維成像平面坐標(biāo)系之間，平面外平移參數(shù)ζ有直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系，而兩個(gè)平移參數(shù)可通過(guò)簡(jiǎn)單的幾何放大關(guān)系互相轉(zhuǎn)換
SOxp = ax, yp = ay ；其中，常數(shù)Ω = 一C為成像幾何的放大系數(shù)。
SO圖像配準(zhǔn)就是通過(guò)確定成像平面坐標(biāo)系中的三個(gè)參數(shù)up，yp，z)，來(lái)確定患者坐標(biāo)系中用于表示病灶位移(例如，腫瘤位移)的三個(gè)參數(shù)(X，1，ζ)。本發(fā)明的2D-3D圖像配準(zhǔn)是根據(jù)圖像之間器官組織的相似性，通過(guò)比較單個(gè)或多個(gè)實(shí)時(shí)采集的二維X射線圖像和預(yù)先產(chǎn)生的三維CT或MRI (磁共振成像)圖像，來(lái)確定患者(病灶)在掃描時(shí)和放射治療時(shí)的位置變化。在配準(zhǔn)過(guò)程中，首先對(duì)三維的CT圖像或MRI圖像進(jìn)行二維透視投影，生成數(shù)字重建透視圖(Digitally Reconstructed !Radiograph，簡(jiǎn)稱DRR)圖像庫(kù)，作為圖像配準(zhǔn)的基準(zhǔn)圖像；然后，將實(shí)時(shí)采集的X射線圖像作為被配準(zhǔn)圖像，用圖像相似性測(cè)量比較X射線圖像和DRR圖像庫(kù)，以探測(cè)患者(病灶)在X射線成像與在CT掃描之間的位置變化。下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。圖2是本發(fā)明基于雙能量X射線成像技術(shù)的二維-三維醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)方法(軟組織病灶定位方法)流程圖。如圖2所示，該方法包括如下步驟201，生成患者的三維圖像，沿平面外平移方向離線生成軟組織DRR圖像庫(kù)；平面外平移方向指圖1中的ζ坐標(biāo)軸方向。沿平面外平移方向離線生成的軟組織DRR圖像庫(kù)由沿ζ坐標(biāo)軸方向不同平移位置所對(duì)應(yīng)的多個(gè)DRR圖像(可稱為軟組織DRR圖像)組成。在三維CT圖像中，骨骼結(jié)構(gòu)的圖像灰度值一般在1700 2300之間，而軟組織的圖像灰度值一般在1100以下。在生成DRR圖像的投影過(guò)程中，只對(duì)CT圖像灰度值小于1200 的像元進(jìn)行投影，生成的DRR圖像只包含圖像中的軟組織結(jié)構(gòu)，這就稱為軟組織DRR圖像， 由軟組織DRR圖像組成的DRR圖像庫(kù)稱為軟組織DRR圖像庫(kù)。由于軟組織DRR圖像是去掉骨骼投影部分，僅包含軟組織部分的DRR圖像，因此可以清晰分辨胸部、肺部、食道等部位的病灶(例如，腫瘤)的形狀和位置，進(jìn)而便于在后續(xù)步
驟中通過(guò)人工或計(jì)算機(jī)圖像識(shí)別等方式在DRR圖像中查找病灶，并確定包含病灶的配準(zhǔn)窗□。本步驟中，離線生成軟組織DRR圖像庫(kù)時(shí)，需要在預(yù)先設(shè)定的平面外平移位置范圍內(nèi)定義仏個(gè)不同的平面外平移位置z(i)；其中，i = l，2，..， ;生成包含仏個(gè)不同z(i) 所對(duì)應(yīng)的DRR圖像的軟組織DRR圖像庫(kù)；Qtl為大于1的整數(shù)。本步驟中生成的軟組織DRR圖像庫(kù)包含在比較大的平移范圍內(nèi)定義的不同平面外平移參數(shù)ζ值所對(duì)應(yīng)的DRR圖像。本步驟中，ζ (i)滿足zL
^ z(i) ^ zH
o其中，zJO]和^
分別表示離線生成軟組織DRR圖像庫(kù)時(shí)平面外平移參數(shù)ζ (i) 的取值范圍的下限和上限。執(zhí)行本步驟時(shí)，可以在比較大的平移范圍內(nèi)定義多個(gè)不同平移，例如，令ZJ0] =-50mm, zH
=+50mm ；而各ζ (i)之間的差值(即位置間隔)Δ z
可以較大，例如，令 Δ ζ
= 5mm。202，在軟組織DRR圖像庫(kù)的DRR圖像中定義(確定)包含病灶(例如，腫瘤)的配準(zhǔn)窗口(即在DRR圖像中查找并定位病灶，并將包含病灶的區(qū)域確定為配準(zhǔn)窗口)；如圖3所示，本步驟中，可以在軟組織DRR圖像庫(kù)的基準(zhǔn)DRR圖像中定義包含病灶 (例如，腫瘤)的配準(zhǔn)窗口。由于軟組織DRR圖像庫(kù)沿平面外平移方向生成，因此基準(zhǔn)DRR 圖像的配準(zhǔn)窗口與非基準(zhǔn)DRR圖像的配準(zhǔn)窗口的位置相同。上述基準(zhǔn)DRR圖像可以是軟組織DRR圖像庫(kù)中平面外平移參數(shù)等于零所對(duì)應(yīng)的 DRR圖像。本步驟也可以在步驟203或204或205之后、步驟206之前執(zhí)行。203，實(shí)時(shí)采集患者的高、低能量X射線圖像(包含病灶位置)，分別生成高能量X 射線圖像和低能量X射線圖像；高能量X射線圖像通常指電壓在100 150KV之間采集的X射線圖像，而低能量 X射線圖像通常指電壓在40 80KV之間采集的X射線圖像。本步驟中，為了防止患者的呼吸等運(yùn)動(dòng)對(duì)采集X射線圖像的影響，造成高能量X射線圖像與低能量X射線圖像之間的位置差異過(guò)大，本步驟中可以連續(xù)采集一對(duì)高能量X射線圖像和低能量X射線圖像；例如，在完成一次高能量X射線圖像/低能量X射線圖像的采集后的τ毫秒內(nèi)完成一次低能量X射線圖像/高能量X射線圖像的采集；上述T彡200ms, 本實(shí)施例中T可以為100ms。204，對(duì)采集到的高能量X射線圖像和低能量X射線圖像進(jìn)行加權(quán)相減，生成患者的軟組織X射線圖像(包含病灶位置)。對(duì)高能量X射線圖像和低能量X射線圖像進(jìn)行加權(quán)相減，生成患者的軟組織X射線圖像的具體方法為現(xiàn)有技術(shù)，本文不再贅述。205,以離線生成的軟組織DRR圖像庫(kù)中的基準(zhǔn)DRR圖像作為參考，對(duì)軟組織X射線圖像進(jìn)行圖像加強(qiáng)，使加強(qiáng)后的X射線圖像與DRR圖像在視覺上相似，以提高圖像配準(zhǔn)的精度；本實(shí)施例中，可以采用如下方式實(shí)現(xiàn)對(duì)軟組織X射線圖像的加強(qiáng)以軟組織DRR圖像庫(kù)中的基準(zhǔn)DRR圖像的直方圖作為參考，調(diào)整軟組織X射線圖像的直方圖，使之與基準(zhǔn) DRR圖像的直方圖達(dá)到最大限度的相似。當(dāng)然，也可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的其他方法實(shí)現(xiàn)軟組織X射線圖像的加強(qiáng)。本步驟為可選步驟。206，采用二維QD)搜索法，將軟組織X射線圖像作為被配準(zhǔn)圖像，以離線生成的軟組織DRR圖像庫(kù)中的基準(zhǔn)DRR圖像為基準(zhǔn)，根據(jù)步驟202中定義的基準(zhǔn)DRR圖像的配準(zhǔn)窗口，對(duì)兩個(gè)平面內(nèi)平移參數(shù)Up，yp)的值進(jìn)行初步估算，得到估算值UpW]，ypW])；具體地說(shuō)，本步驟中可以根據(jù)步驟202中定義的配準(zhǔn)窗口，在比較大的平移搜索范圍內(nèi)(例如，-40mm +40mm)，對(duì)兩個(gè)平面內(nèi)平移參數(shù)(xp，yp)的值進(jìn)行初步估算(即以配準(zhǔn)窗口內(nèi)的特征在軟組織X射線圖像中尋找對(duì)應(yīng)的位置)，得到估算值Up
，yp
)；上述2D搜索法是指在規(guī)定的二維參數(shù)空間范圍內(nèi)，比較被配準(zhǔn)圖像與基準(zhǔn)圖像的相似性測(cè)量，以確定這兩個(gè)參數(shù)的數(shù)值。本步驟中采用2D搜索法確定的兩個(gè)參數(shù)為平面內(nèi)平移參數(shù)(xp，yp)。相似性測(cè)量可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的歸一化相關(guān)相似法或互信息相似法，本文不再贅述。207，采用一維(ID)搜索法，將軟組織X射線圖像作為被配準(zhǔn)圖像，基于離線生成的軟組織DRR圖像庫(kù)，在比較大的搜索范圍內(nèi)(例如，在整個(gè)離線生成的軟組織DRR圖像庫(kù)的搜索范圍內(nèi))，根據(jù)DRR圖像的配準(zhǔn)窗口，對(duì)平面外平移參數(shù)ζ的值進(jìn)行估算，得到估算值z(mì)W]；上述ID搜索法是指在規(guī)定的一維參數(shù)空間范圍內(nèi)，比較被配準(zhǔn)圖像與基準(zhǔn)圖像的相似性測(cè)量，以確定這個(gè)參數(shù)的數(shù)值。本步驟中采用ID搜索法確定的參數(shù)為平面外平移參數(shù)ζ。208，將對(duì)平面外平移參數(shù)ζ的最新估算結(jié)果作為CT基準(zhǔn)位置對(duì)三維圖像進(jìn)行調(diào)整，沿平面外平移方向在線生成軟組織DRR圖像庫(kù)；第1次沿平面外平移方向在線生成軟組織DRR圖像庫(kù)時(shí)，以步驟207中對(duì)平面外平移參數(shù)的估算結(jié)果z
為基準(zhǔn)位置，在線生成軟組織DRR圖像庫(kù)；第k+Ι次沿平面外平移方向在線生成軟組織DRR圖像庫(kù)時(shí)，則以步驟210中對(duì)平面外平移參數(shù)的估算結(jié)果z[k] 為基準(zhǔn)位置，在線生成軟組織DRR圖像庫(kù)；k為沿平面外平移方向在線生成軟組織DRR圖像庫(kù)的次數(shù)。沿平面外平移方向在線生成的軟組織DRR圖像庫(kù)由沿ζ坐標(biāo)軸方向不同的平移位置所對(duì)應(yīng)的多個(gè)DRR圖像(可以稱為軟組織DRR圖像)組成。本步驟中，第k次在線生成軟組織DRR圖像庫(kù)時(shí)，需要在預(yù)先設(shè)定的平移位置范圍內(nèi)定義A個(gè)不同的平移位置ζ (i)；其中，i = 1，2，..，仏，生成包含仏個(gè)不同2(1)所對(duì)應(yīng)的DRR圖像的軟組織DRR圖像庫(kù)；Qk為大于1的整數(shù)。本步驟中生成的軟組織DRR圖像庫(kù)包含不同的平面外平移參數(shù)ζ值所對(duì)應(yīng)的DRR 圖像。也就是說(shuō)，本步驟中，z(i)滿足zL[k] ^ z(i) ^ zH[k]0其中，zjk]和^[ 分別表示第k次在線生成軟組織DRR圖像庫(kù)時(shí)平面外平移參數(shù)z(i)的取值范圍的下限和上限。
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本步驟中，由于需要進(jìn)行更為精確的計(jì)算，zL[k]可以大于等于_5mm，zH[k]可以小于等于5mm，而各ζ (i)之間的差值(即位置間隔)Az[k]可以較小，例如，令Δ z [k]= 0. 5匪；并且，可以令zL[k+l] > zL[k], zH[k+l] < zH[k], Az[k+1] < Δ ζ [k] 209，采用2D搜索法，將軟組織X射線圖像作為被配準(zhǔn)圖像，以第k次在線生成的軟組織DRR圖像庫(kù)中的基準(zhǔn)DRR圖像為基準(zhǔn)，根據(jù)基準(zhǔn)DRR圖像的配準(zhǔn)窗口，對(duì)兩個(gè)平面內(nèi)平移參數(shù)Ov yp)的值進(jìn)行進(jìn)一步估算，得到估算值UpDO，ypl·])；具體地說(shuō)，本步驟中可以根據(jù)基準(zhǔn)DRR圖像的配準(zhǔn)窗口，用先前步驟估算的 (xp[k-l],yp[k-l])作為搜索起始點(diǎn)，在比較小的平移搜索范圍內(nèi)(例如，-2mm +2mm)，對(duì)兩個(gè)平面內(nèi)平移參數(shù)Ov yp)的值進(jìn)行進(jìn)一步估算(即以配準(zhǔn)窗口內(nèi)的特征在軟組織X射線圖像中尋找對(duì)應(yīng)的位置)，得到估算值Up[k]，yp[k])；需要注意的是，由于在線生成的軟組織DRR圖像庫(kù)與離線生成的軟組織DRR圖像庫(kù)之間的差別僅在于平面外平移參數(shù)的不同，因此在線生成的軟組織DRR圖像庫(kù)的DRR圖像(基準(zhǔn)DRR圖像和非基準(zhǔn)DRR圖像)的配準(zhǔn)窗口與離線生成的軟組織DRR圖像庫(kù)的基準(zhǔn) DRR圖像的配準(zhǔn)窗口位置相同。210，采用ID搜索法，將軟組織X射線圖像作為被配準(zhǔn)圖像，在第k次在線生成的整個(gè)軟組織DRR圖像庫(kù)的搜索范圍內(nèi)，根據(jù)DRR圖像的配準(zhǔn)窗口，對(duì)平面外平移參數(shù)ζ的值進(jìn)行進(jìn)一步估算，得到估算值z(mì)[k]。211，判斷當(dāng)前是否已滿足參數(shù)估算精度要求，如果已滿足，則執(zhí)行下一步，如果未滿足，則跳轉(zhuǎn)至步驟208;本步驟中，可以采用如下方式之一判斷當(dāng)前是否已滿足參數(shù)估算精度要求方式一迭代次數(shù)(即在線生成沿平面外平移方向的軟組織DRR圖像庫(kù)的次數(shù))k 是否等于預(yù)先設(shè)定的值N(例如，N = 2)，如果k = N，則判定已滿足參數(shù)估算精度要求；如果k < N，則判定未滿足參數(shù)估算精度要求。方式二 如果本次估算的參數(shù)值與上一次估算的相應(yīng)參數(shù)值的差值小于預(yù)先設(shè)定的參數(shù)差值，則判定已滿足參數(shù)估算精度要求；否則，判定未滿足參數(shù)估算精度要求；例如，當(dāng)滿足以下一個(gè)或多個(gè)條件時(shí)，判定已滿足參數(shù)估算精度要求(1) |xp[k]-xp[k-l] ( Δ χρ,八\為預(yù)先設(shè)定的參數(shù)^)的差值；(2) |yp[k]-yp[k-l] ( Ayp，Δ yp 為預(yù)先設(shè)定的參數(shù) yp 的差值；(3) |z[k]-z[k-ll] ^ Δζ, Δ ζ為預(yù)先設(shè)定的參數(shù)ζ的差值;其中，k(k彡1)表示沿平面外平移方向在線生成軟組織DRR圖像庫(kù)的次數(shù)，&&]、 yp[k], z[k]為基于第k次沿平面外平移方向在線生成的軟組織DRR圖像庫(kù)估算得到的參數(shù)；當(dāng)k = 1時(shí)，xp
,yp
,z
為基于沿平面外平移方向離線生成的軟組織DRR圖像庫(kù)估算得到的參數(shù)。212，計(jì)算圖像配準(zhǔn)結(jié)果(即參數(shù)估算結(jié)果)的質(zhì)量保證參數(shù)。213，對(duì)計(jì)算得到的質(zhì)量保證參數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)，如果檢驗(yàn)通過(guò)(即圖像配準(zhǔn)成功)，則執(zhí)行步驟214，否則執(zhí)行步驟215 ；計(jì)算和檢驗(yàn)質(zhì)量保證參數(shù)，是圖像配準(zhǔn)算法對(duì)自身配準(zhǔn)結(jié)果的自身驗(yàn)證，計(jì)算及檢驗(yàn)圖像配準(zhǔn)結(jié)果的質(zhì)量保證參數(shù)可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的多種方法實(shí)現(xiàn)，例如
當(dāng)采用歸一化相關(guān)相似法作為圖像配準(zhǔn)的相似性測(cè)量法，對(duì)平面內(nèi)平移參數(shù)、平面外平移參數(shù)的值進(jìn)行估算時(shí)，分別得到對(duì)應(yīng)于平面內(nèi)平移參數(shù)、平面外平移參數(shù)的歸一化相關(guān)系數(shù)，如果各歸一化相關(guān)系數(shù)大于預(yù)先設(shè)定的某門限值，則通過(guò)質(zhì)量保證參數(shù)的檢驗(yàn)。214，圖像配準(zhǔn)成功，輸出圖像配準(zhǔn)結(jié)果，本流程結(jié)束；本步驟中輸出的圖像配準(zhǔn)結(jié)果為三個(gè)平移參數(shù)，S卩(x，y，z)。215，圖像配準(zhǔn)失敗，沒(méi)有可輸出的圖像配準(zhǔn)結(jié)果，本流程結(jié)束。圖4為本發(fā)明基于雙能量X射線成像技術(shù)的二維-三維醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)系統(tǒng)(軟組織病灶定位系統(tǒng))的結(jié)構(gòu)示意圖；如圖4所示，該系統(tǒng)包含三維圖像生成單元，X射線圖像采集單元，DRR圖像庫(kù)生成單元，圖像配準(zhǔn)單元，圖像加強(qiáng)單元，質(zhì)量保證參數(shù)檢驗(yàn)單元。三維圖像生成單元，用于生成患者的三維圖像，并將其輸出至DRR圖像庫(kù)生成單元；DRR圖像庫(kù)生成單元，用于根據(jù)接收到的三維圖像離線生成沿平面外平移方向的軟組織DRR圖像庫(kù)，并輸出其中包含的DRR圖像；X射線圖像采集單元，用于采集患者的高能量X射線圖像和低能量X射線圖像，并使用采集的高能量X射線圖像和低能量X射線圖像生成患者的軟組織X射線圖像，并輸出；圖像配準(zhǔn)單元，用于將接收到的軟組織X射線圖像作為被配準(zhǔn)圖像，使用離線生成的軟組織DRR圖像庫(kù)中的DRR圖像，根據(jù)DRR圖像中包含病灶的配準(zhǔn)窗口，分別對(duì)平面內(nèi)平移參數(shù)、和/或平面外平移參數(shù)的值進(jìn)行估算，并輸出參數(shù)估算結(jié)果；DRR圖像庫(kù)生成單元，還用于以接收到的對(duì)平面外平移參數(shù)的最新參數(shù)估算結(jié)果作為基準(zhǔn)位置對(duì)三維圖像進(jìn)行調(diào)整，在線生成沿平面外平移方向的軟組織DRR圖像庫(kù)，并將其中包含的DRR圖像輸出至圖像配準(zhǔn)單元；圖像配準(zhǔn)單元，還用于將接收到的軟組織X射線圖像作為被配準(zhǔn)圖像，使用接收到的最新在線生成的軟組織DRR圖像庫(kù)中的DRR圖像，根據(jù)DRR圖像中包含病灶的配準(zhǔn)窗口，分別對(duì)平面內(nèi)平移參數(shù)、和/或平面外平移參數(shù)的值進(jìn)行進(jìn)一步估算，并輸出參數(shù)估算結(jié)果。圖像加強(qiáng)單元，用于接收X射線圖像采集單元輸出的軟組織X射線圖像，并接收離線生成的DRR圖像庫(kù)中包含的DRR圖像，并以接收到的DRR圖像為參考，對(duì)X射線圖像進(jìn)行圖像加強(qiáng)，并將加強(qiáng)后的軟組織X射線圖像輸出至圖像配準(zhǔn)單元。圖像配準(zhǔn)單元，還用于判斷是否已滿足參數(shù)估算精度要求，如果未滿足，則圖像配準(zhǔn)單元和DRR圖像庫(kù)生成單元重復(fù)執(zhí)行如下操作，直至圖像配準(zhǔn)單元判定滿足參數(shù)估算精度要求圖像配準(zhǔn)單元將對(duì)平面外平移參數(shù)的值進(jìn)行估算得到的參數(shù)估算結(jié)果輸出至DRR 圖像庫(kù)生成單元；DRR圖像庫(kù)生成單元以接收到的參數(shù)估算結(jié)果作為基準(zhǔn)位置對(duì)三維圖像進(jìn)行調(diào)整，在線生成沿平面外平移方向的軟組織DRR圖像庫(kù)，并將其中包含的DRR圖像輸出至圖像配準(zhǔn)單元；圖像配準(zhǔn)單元將接收到的軟組織X射線圖像作為被配準(zhǔn)圖像，使用接收到的最新在線生成的軟組織DRR圖像庫(kù)中的DRR圖像，根據(jù)DRR圖像中包含病灶的配準(zhǔn)窗口，分別對(duì)平面內(nèi)平移參數(shù)、和/或平面外平移參數(shù)的值進(jìn)行進(jìn)一步估算；圖像配準(zhǔn)單元判斷是否已滿足參數(shù)估算精度要求。此外，圖像配準(zhǔn)單元在判定已滿足參數(shù)估算精度要求后，還用于將參數(shù)估算結(jié)果輸出至質(zhì)量保證參數(shù)檢驗(yàn)單元；質(zhì)量保證參數(shù)檢驗(yàn)單元，用于計(jì)算接收到的參數(shù)估算結(jié)果所對(duì)應(yīng)的質(zhì)量保證參數(shù)，并對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)，如果檢驗(yàn)通過(guò)，則輸出圖像配準(zhǔn)結(jié)果。此外，DRR圖像庫(kù)生成單元采用如下方式離線生成沿平面外平移方向的軟組織 DRR圖像庫(kù)設(shè)定包含個(gè)不同的平移位置ζ (i) ；z(i)滿足zL
^ z(i) ^ zH
；對(duì)每一 z(i)生成一個(gè)對(duì)應(yīng)的DRR圖像，從而生成包含個(gè)不同ζ (i)所對(duì)應(yīng)的DRR 圖像的軟組織DRR圖像庫(kù)；其中，zJO]和^
分別表示離線生成軟組織DRR圖像庫(kù)時(shí)平面外平移參數(shù)ζ (i) 的取值范圍的下限和上限；i = 1，2，. . .，％ ；Q0為大于1的整數(shù)。此外，DRR圖像庫(kù)生成單元采用如下方式第k次在線生成沿平面外平移方向的軟組織DRR圖像庫(kù)設(shè)定&個(gè)不同的平面外平移值ζ (i) ；z(i)滿足zL[k] ^ z(i) ^ zH[k]；對(duì)每一 ζ⑴值生成一個(gè)對(duì)應(yīng)的DRR圖像，從而生成包含A個(gè)DRR圖像的DRR圖
像庫(kù)；其中，zjk]和^舊分別表示第k次在線生成沿平面外平移方向的DRR圖像庫(kù)時(shí)平面外平移參數(shù)ζ (i)的取值范圍的下限和上限；i = 1，2，. . .， ；仏為大于1的整數(shù)；k為大于0的整數(shù)。此外，zL[k+l]> zL[k], J.zH[k+l] < zH [k] ο此外，DRR圖像庫(kù)生成單元第k次在線生成沿平面外平移方向的DRR圖像庫(kù)時(shí)，各 z(i)之間的差值為Az[k]；且滿足Az[k+1] < Δ ζ [k] ο此外，X射線圖像采集單元采用如下方式采集患者的高能量X射線圖像和低能量X 射線圖像在完成一次高能量X射線圖像的采集后的T毫秒內(nèi)完成一次低能量X射線圖像的采集；或在完成一次低能量X射線圖像的采集后的T毫秒內(nèi)完成一次高能量X射線圖像的采集；其中，T ( 200ms。此外，圖像配準(zhǔn)單元使用軟組織DRR圖像庫(kù)中的基準(zhǔn)DRR圖像對(duì)平面內(nèi)平移參數(shù)的值進(jìn)行估算。此外，圖像配準(zhǔn)單元采用如下方式之一判斷是否已滿足參數(shù)估算精度要求方式一判斷在線生成軟組織DRR圖像庫(kù)的次數(shù)k是否等于預(yù)先設(shè)定的值N，如果 k = N，則判定已滿足參數(shù)估算精度要求；如果k < N，則判定未滿足參數(shù)估算精度要求；方式二 判斷本次估算的參數(shù)值與上一次估算的相應(yīng)參數(shù)值的差值是否小于預(yù)先設(shè)定的參數(shù)差值，如果小于，則判定已滿足參數(shù)估算精度要求；否則，判定未滿足參數(shù)估算精度要求；參數(shù)值包括以下一種或多種平面內(nèi)平移參數(shù)，平面外平移參數(shù)。此外，DRR圖像庫(kù)生成單元還用于在離線生成的軟組織DRR圖像庫(kù)的DRR圖像中確定包含病灶的配準(zhǔn)窗口，并將配準(zhǔn)窗口參數(shù)(例如，配準(zhǔn)窗口在DRR圖像中的坐標(biāo)值)輸出至圖像配準(zhǔn)單元；圖像配準(zhǔn)單元根據(jù)接收到的配準(zhǔn)窗口參數(shù)確定DRR圖像的包含病灶的配準(zhǔn)窗口。此外，DRR圖像庫(kù)生成單元在離線生成的軟組織DRR圖像庫(kù)的基準(zhǔn)DRR圖像中確定包含病灶的配準(zhǔn)窗口。上述各單元的具體功能和參數(shù)詳見圖2所示方法流程中的描述。綜上所述，采用本發(fā)明基于雙能量X射線成像技術(shù)的二維-三維醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)方法及系統(tǒng)，在生成沿平面外平移方向的軟組織DRR圖像庫(kù)，并在該圖像庫(kù)的DRR圖像(例如，基準(zhǔn)DRR圖像)中定義包含病灶(例如，腫瘤)的配準(zhǔn)窗口后，采用雙能量X射線成像技術(shù)生成患者的軟組織X射線圖像；然后，根據(jù)上述配準(zhǔn)窗口，對(duì)軟組織X射線圖像和軟組織DRR圖像進(jìn)行圖像配準(zhǔn)，探測(cè)出病灶(例如，腫瘤)的移動(dòng)位置。本發(fā)明的方法及系統(tǒng)可在圖像引導(dǎo)放射治療中實(shí)現(xiàn)對(duì)胸部、肺部、食道等部位的病灶(例如，腫瘤)的直接定位和追蹤，而無(wú)需在放射治療時(shí)以植入的金屬標(biāo)記作參考，減少了對(duì)患者的損傷，提高了配準(zhǔn)速度、配準(zhǔn)精度和配準(zhǔn)的成功率。
權(quán)利要求
1.一種基于雙能X射線圖像的軟組織病灶定位方法，其特征在于，該方法包括A 生成患者的三維圖像，根據(jù)該三維圖像離線生成沿平面外平移方向的軟組織DRR圖像庫(kù)；B 采集所述患者的高能量X射線圖像和低能量X射線圖像，并使用采集的高能量X射線圖像和低能量X射線圖像生成患者的軟組織X射線圖像；C 將所述軟組織X射線圖像作為被配準(zhǔn)圖像，使用所述離線生成的軟組織DRR圖像庫(kù)中的DRR圖像，根據(jù)DRR圖像中包含病灶的配準(zhǔn)窗口，分別對(duì)平面內(nèi)平移參數(shù)、和/或平面外平移參數(shù)的值進(jìn)行估算；D 以對(duì)平面外平移參數(shù)的最新參數(shù)估算結(jié)果作為基準(zhǔn)位置對(duì)所述三維圖像進(jìn)行調(diào)整， 在線生成沿平面外平移方向的軟組織DRR圖像庫(kù)；E 將所述軟組織X射線圖像作為被配準(zhǔn)圖像，使用最新在線生成的軟組織DRR圖像庫(kù)中的DRR圖像，根據(jù)DRR圖像中包含病灶的配準(zhǔn)窗口，分別對(duì)平面內(nèi)平移參數(shù)、和/或平面外平移參數(shù)的值進(jìn)行進(jìn)一步估算。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于， 在所述步驟B和C之間，還包括如下步驟Bl 以所述離線生成的軟組織DRR圖像庫(kù)中的DRR圖像為參考，對(duì)所述軟組織X射線圖像進(jìn)行圖像加強(qiáng)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于， 在所述步驟E之后還包括如下步驟F 判斷是否已滿足參數(shù)估算精度要求，如果未滿足，則重復(fù)執(zhí)行步驟E及后續(xù)步驟。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟F中，如果判定已滿足參數(shù)估算精度要求，則執(zhí)行如下步驟 G 計(jì)算參數(shù)估算結(jié)果所對(duì)應(yīng)的質(zhì)量保證參數(shù)，并對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)，如果檢驗(yàn)通過(guò)，則輸出圖像配準(zhǔn)結(jié)果。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，采用如下方式離線生成沿平面外平移方向的軟組織DRR圖像庫(kù) AOl 設(shè)定包含％個(gè)不同的平移位置ζ (i) ；z(i)滿足Zl
≤ Z(i) ≤ Zh
；A02 對(duì)每一 z(i)生成一個(gè)對(duì)應(yīng)的DRR圖像，從而生成包含個(gè)不同z(i)所對(duì)應(yīng)的DRR 圖像的軟組織DRR圖像庫(kù)；其中，zJO]和^
分別表示離線生成軟組織DRR圖像庫(kù)時(shí)平面外平移參數(shù)ζ (i)的取值范圍的下限和上限；i = 1，2，...，％丸為大于1的整數(shù)。
6.如權(quán)利要求3或5所述的方法，其特征在于，采用如下方式第k次在線生成沿平面外平移方向的軟組織DRR圖像庫(kù) DOl 設(shè)定&個(gè)不同的平面外平移值ζ (i) ；z(i)滿足ZL [k]≤Z(i) ≤ ZH [k]；D02 對(duì)每一 ζ (i)值生成一個(gè)對(duì)應(yīng)的DRR圖像，從而生成包含&個(gè)DRR圖像的DRR圖像庫(kù)；其中，zjk]和^[k]分別表示第k次在線生成沿平面外平移方向的DRR圖像庫(kù)時(shí)平面外平移參數(shù)z(i)的取值范圍的下限和上限；i = 1,2,..., Qk5Qk為大于1的整數(shù)；k為大于0的整數(shù)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于， zL[k+l] >、&]，且^&+1] < zH[k] ο
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，第k次在線生成沿平面外平移方向的DRR圖像庫(kù)時(shí)，各z(i)之間的差值為Az[k]；且 兩足Az[k+1] < Δ ζ [k] ο
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟B中，采用如下方式采集所述患者的高能量X射線圖像和低能量X射線圖像 在完成一次高能量X射線圖像的采集后的T毫秒內(nèi)完成一次低能量X射線圖像的采集；或在完成一次低能量X射線圖像的采集后的T毫秒內(nèi)完成一次高能量X射線圖像的采集；其中，T≤200ms。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟C和E中，使用軟組織DRR圖像庫(kù)中的基準(zhǔn)DRR圖像對(duì)平面內(nèi)平移參數(shù)的值進(jìn)行估算。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于， 步驟A和C之間還包含如下步驟Al 在所述離線生成的軟組織DRR圖像庫(kù)的DRR圖像中確定包含病灶的配準(zhǔn)窗口。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，步驟Al中，在所述離線生成的軟組織DRR圖像庫(kù)的基準(zhǔn)DRR圖像中確定所述包含病灶的配準(zhǔn)窗口。
13.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟G中，采用如下方式之一判斷是否已滿足參數(shù)估算精度要求 方式一判斷在線生成軟組織DRR圖像庫(kù)的次數(shù)k是否等于預(yù)先設(shè)定的值N，如果k = N，則判定已滿足參數(shù)估算精度要求；如果k < N，則判定未滿足參數(shù)估算精度要求；方式二 判斷本次估算的參數(shù)值與上一次估算的相應(yīng)參數(shù)值的差值是否小于預(yù)先設(shè)定的參數(shù)差值，如果小于，則判定已滿足參數(shù)估算精度要求；否則，判定未滿足參數(shù)估算精度要求；所述參數(shù)值包括以下一種或多種平面內(nèi)平移參數(shù)，平面外平移參數(shù)。
14.一種基于雙能X射線圖像的軟組織病灶定位系統(tǒng)，包含三維圖像生成單元，X射線圖像采集單元，其特征在于，該系統(tǒng)還包含DRR圖像庫(kù)生成單元，圖像配準(zhǔn)單元；其中所述三維圖像生成單元，用于生成患者的三維圖像，并將其輸出至DRR圖像庫(kù)生成單元；所述DRR圖像庫(kù)生成單元，用于根據(jù)接收到的三維圖像離線生成沿平面外平移方向的軟組織DRR圖像庫(kù)，并輸出其中包含的DRR圖像；所述X射線圖像采集單元，用于采集所述患者的高能量X射線圖像和低能量X射線圖像，并使用采集的高能量X射線圖像和低能量X射線圖像生成患者的軟組織X射線圖像，并輸出；所述圖像配準(zhǔn)單元，用于將接收到的軟組織X射線圖像作為被配準(zhǔn)圖像，使用所述離線生成的軟組織DRR圖像庫(kù)中的DRR圖像，根據(jù)DRR圖像中包含病灶的配準(zhǔn)窗口，分別對(duì)平面內(nèi)平移參數(shù)、和/或平面外平移參數(shù)的值進(jìn)行估算，并輸出參數(shù)估算結(jié)果；所述DRR圖像庫(kù)生成單元，還用于以接收到的對(duì)平面外平移參數(shù)的最新參數(shù)估算結(jié)果作為基準(zhǔn)位置對(duì)所述三維圖像進(jìn)行調(diào)整，在線生成沿平面外平移方向的軟組織DRR圖像庫(kù)，并將其中包含的DRR圖像輸出至所述圖像配準(zhǔn)單元；所述圖像配準(zhǔn)單元，還用于將接收到的所述軟組織X射線圖像作為被配準(zhǔn)圖像，使用接收到的最新在線生成的軟組織DRR圖像庫(kù)中的DRR圖像，根據(jù)DRR圖像中包含病灶的配準(zhǔn)窗口，分別對(duì)平面內(nèi)平移參數(shù)、和/或平面外平移參數(shù)的值進(jìn)行進(jìn)一步估算，并輸出參數(shù)估算結(jié)果。
15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于， 所述系統(tǒng)中還包含圖像加強(qiáng)單元；所述圖像加強(qiáng)單元，用于接收所述X射線圖像采集單元輸出的軟組織X射線圖像，并接收所述離線生成的DRR圖像庫(kù)中包含的DRR圖像，并以接收到的DRR圖像為參考，對(duì)所述X 射線圖像進(jìn)行圖像加強(qiáng)，并將加強(qiáng)后的軟組織X射線圖像輸出至所述圖像配準(zhǔn)單元。
16.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像配準(zhǔn)單元，還用于判斷是否已滿足參數(shù)估算精度要求，如果未滿足，則所述圖像配準(zhǔn)單元和所述DRR圖像庫(kù)生成單元重復(fù)執(zhí)行如下操作，直至所述圖像配準(zhǔn)單元判定滿足參數(shù)估算精度要求所述圖像配準(zhǔn)單元將所述對(duì)平面外平移參數(shù)的值進(jìn)行估算得到的參數(shù)估算結(jié)果輸出至所述DRR圖像庫(kù)生成單元；所述DRR圖像庫(kù)生成單元以接收到的參數(shù)估算結(jié)果作為基準(zhǔn)位置對(duì)所述三維圖像進(jìn)行調(diào)整，在線生成沿平面外平移方向的軟組織DRR圖像庫(kù)，并將其中包含的DRR圖像輸出至所述圖像配準(zhǔn)單元；所述圖像配準(zhǔn)單元將接收到的軟組織X射線圖像作為被配準(zhǔn)圖像，使用接收到的最新在線生成的軟組織DRR圖像庫(kù)中的DRR圖像，根據(jù)DRR圖像中包含病灶的配準(zhǔn)窗口，分別對(duì)平面內(nèi)平移參數(shù)、和/或平面外平移參數(shù)的值進(jìn)行進(jìn)一步估算； 所述圖像配準(zhǔn)單元判斷是否已滿足參數(shù)估算精度要求。
17.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于， 所述系統(tǒng)中還包含質(zhì)量保證參數(shù)檢驗(yàn)單元；所述圖像配準(zhǔn)單元在判定已滿足參數(shù)估算精度要求后，還用于將參數(shù)估算結(jié)果輸出至所述質(zhì)量保證參數(shù)檢驗(yàn)單元；所述質(zhì)量保證參數(shù)檢驗(yàn)單元，用于計(jì)算接收到的參數(shù)估算結(jié)果所對(duì)應(yīng)的質(zhì)量保證參數(shù)，并對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)，如果檢驗(yàn)通過(guò)，則輸出圖像配準(zhǔn)結(jié)果。
18.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述DRR圖像庫(kù)生成單元采用如下方式離線生成沿平面外平移方向的軟組織DRR圖像庫(kù)設(shè)定包含仏個(gè)不同的平移位置ζ (i) ；z(i)滿足Zl
^ Z(i) ^ Zh
；對(duì)每一 Z (i)生成一個(gè)對(duì)應(yīng)的DRR圖像，從而生成包含個(gè)不同ζ (i)所對(duì)應(yīng)的DRR圖像的軟組織DRR圖像庫(kù)；其中，zJO]和^
分別表示離線生成軟組織DRR圖像庫(kù)時(shí)平面外平移參數(shù)ζ (i)的取值范圍的下限和上限；i = 1，2，...，％丸為大于1的整數(shù)。
19.如權(quán)利要求16或18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述DRR圖像庫(kù)生成單元采用如下方式第k次在線生成沿平面外平移方向的軟組織 DRR圖像庫(kù)設(shè)定A個(gè)不同的平面外平移值ζ (i) ；z(i)滿足ZL [k] ^ Z(i) ^ ZH [k]；對(duì)每一 z (i)值生成一個(gè)對(duì)應(yīng)的DRR圖像，從而生成包含A個(gè)DRR圖像的DRR圖像庫(kù)； 其中，zjk]和^[k]分別表示第k次在線生成沿平面外平移方向的DRR圖像庫(kù)時(shí)平面外平移參數(shù)z(i)的取值范圍的下限和上限；i = 1,2,..., Qk5Qk為大于1的整數(shù)；k為大于0的整數(shù)。
20.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其特征在于， zL[k+l] >、&]，且^&+1] < ZH[k] O
21.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述DRR圖像庫(kù)生成單元第k次在線生成沿平面外平移方向的DRR圖像庫(kù)時(shí)，各ζ⑴ 之間的差值為ΔΖ[ ；且滿足 Az[k+1] < Δ ζ [k] ο
22.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述X射線圖像采集單元采用如下方式采集所述患者的高能量X射線圖像和低能量X 射線圖像在完成一次高能量X射線圖像的采集后的T毫秒內(nèi)完成一次低能量X射線圖像的采集；或在完成一次低能量X射線圖像的采集后的T毫秒內(nèi)完成一次高能量X射線圖像的采集；其中，T彡200ms。
23.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像配準(zhǔn)單元使用軟組織DRR圖像庫(kù)中的基準(zhǔn)DRR圖像對(duì)平面內(nèi)平移參數(shù)的值進(jìn)行估算。
24.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像配準(zhǔn)單元采用如下方式之一判斷是否已滿足參數(shù)估算精度要求 方式一判斷在線生成軟組織DRR圖像庫(kù)的次數(shù)k是否等于預(yù)先設(shè)定的值N，如果k = N，則判定已滿足參數(shù)估算精度要求；如果k < N，則判定未滿足參數(shù)估算精度要求；方式二 判斷本次估算的參數(shù)值與上一次估算的相應(yīng)參數(shù)值的差值是否小于預(yù)先設(shè)定的參數(shù)差值，如果小于，則判定已滿足參數(shù)估算精度要求；否則，判定未滿足參數(shù)估算精度要求；所述參數(shù)值包括以下一種或多種平面內(nèi)平移參數(shù)，平面外平移參數(shù)。
25.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述DRR圖像庫(kù)生成單元還用于在所述離線生成的軟組織DRR圖像庫(kù)的DRR圖像中確定包含病灶的配準(zhǔn)窗口，并將配準(zhǔn)窗口參數(shù)輸出至所述圖像配準(zhǔn)單元；所述圖像配準(zhǔn)單元根據(jù)接收到的所述配準(zhǔn)窗口參數(shù)確定DRR圖像的所述包含病灶的配準(zhǔn)窗口。
26.如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述DRR圖像庫(kù)生成單元在所述離線生成的軟組織DRR圖像庫(kù)的基準(zhǔn)DRR圖像中確定所述包含病灶的配準(zhǔn)窗口。
全文摘要
一種基于雙能X射線圖像的軟組織病灶定位方法及系統(tǒng)，該方法包括生成患者的三維圖像并離線生成沿平面外平移方向的軟組織DRR圖像庫(kù)；采集患者的高、低能量X射線圖像，并生成患者的軟組織X射線圖像；將軟組織X射線圖像作為被配準(zhǔn)圖像，使用離線生成的軟組織DRR圖像庫(kù)中的DRR圖像中包含病灶的配準(zhǔn)窗口，對(duì)平面內(nèi)平移參數(shù)、平面外平移參數(shù)的值進(jìn)行估算；以對(duì)平面外平移參數(shù)的最新參數(shù)估算結(jié)果對(duì)三維圖像進(jìn)行調(diào)整，在線生成沿平面外平移方向的軟組織DRR圖像庫(kù)；將軟組織X射線圖像作為被配準(zhǔn)圖像，使用在線生成的軟組織DRR圖像庫(kù)中的DRR圖像中包含病灶的配準(zhǔn)窗口，對(duì)平面內(nèi)平移參數(shù)、平面外平移參數(shù)的值進(jìn)行進(jìn)一步估算。
文檔編號(hào)A61B6/00GK102440789SQ201110265119
公開日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月8日
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