BG65991B1 - Multifunctional marker and method for image accretion - Google Patents
Multifunctional marker and method for image accretion Download PDFInfo
- Publication number
- BG65991B1 BG65991B1 BG108921A BG10892104A BG65991B1 BG 65991 B1 BG65991 B1 BG 65991B1 BG 108921 A BG108921 A BG 108921A BG 10892104 A BG10892104 A BG 10892104A BG 65991 B1 BG65991 B1 BG 65991B1
- Authority
- BG
- Bulgaria
- Prior art keywords
- markers
- images
- marker
- carrier
- detector
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Област на техниката 5Technical field 5
Методът и маркерът, съгласно изобретението, намират приложение при наслагване на образи, получени от различни системи за сканиране при образни медицински изследвания, ко- 10 ито носят различната информация в зависимост от използвания тип детекторна система. Такива например са образите визуализиращи структури, получени от рентгеновите системи; образите от нуклеарно-медицински изследвания, посредст- 15 вом гама детектори, отразяващи някои функционални особености на изследваните обекти или части от тях; образите получени от ядрено-магнитно резонансни (ЯМР) изследвания. Фотографските образи регистриращи форми, конту- 20 ри и детайли получени при заснемане с инфрачервена (ИЧ) светлина на точкови обекти могат да служат за изчисляване на координати. Чрез прилагане на координатни корекции образите от различни медицински изследвания могат да се 25 наслагват като дават по-пълна и по-точна картина.The method and the marker according to the invention find application in the overlay of images obtained from different imaging scanning systems, which carry different information depending on the type of detector system used. Such are, for example, imaging structures derived from X-ray systems; images from nuclear medical research, using 15 gamma detectors, reflecting some functional features of the studied objects or parts thereof; images obtained from nuclear magnetic resonance (NMR) studies. Photographic images of recording shapes, contours, and details obtained by infrared (IR) capture of point objects can be used to calculate coordinates. By applying coordinate adjustments, the images of different medical studies can be 25 superimposed, giving a more complete and accurate picture.
Предшестващо състояние на техникатаBACKGROUND OF THE INVENTION
При анализа на образите от важно значе- 30 ние е сравняването на едни и същи зони на дадена част от човешкото тяло, получени чрез прилагане на различни методи за визуализация. Рентгенографските методи дават възможност за визуализиране на вътрешни структури от тялото. 3 5 Те носят информация за отслабването на рентгеновите лъчи преминаващи през обекта и имат много добър контраст и разделителна способност. Методите, които проследяват разпределението на радио-фармацевтичен комплекс са свър- 40 зани с определен физиологичен или биохимичен процес, и изобразяват различни функционални особености на организма. При тях комплексът е свързан с радионуклид, чието разпределение се регистрира от детектори за гама лъчи. Те 45 имат по-слаба разделителна способност, поради разсейването на лъчите и тяхната енергийната характеристика, но са много отчетливи при определени нива на натрупване нададено вещество в комбинация с радионуклида в отделни ор- 50 гани или цялото тяло. Това са два метода, които носят взаимно допълваща се информация по отношение на структурата и функцията на организма. При наслагването на образи получени чрез тези методи, разпределението на радиоактивното вещество се показва върху изследваните структури като върху карта и дава представа за местонахождението на дадена формация или хода на даден физиологичен процес.In the analysis of the images, it is important to compare the same areas of a part of the human body, obtained by applying different visualization methods. Radiographic methods make it possible to visualize the internal structures of the body. 3 5 They carry information about attenuation of X-rays passing through the object and have very good contrast and resolution. The methods that trace the distribution of a radio-pharmaceutical complex are associated with a particular physiological or biochemical process and depict various functional features of the organism. They are associated with a radionuclide whose distribution is detected by gamma ray detectors. They have a lower resolution due to the light scattering and their energy characteristics, but they are very clear at certain levels of accumulation of a substance in combination with the radionuclide in separate organs or the whole body. These are two methods that carry complementary information regarding the structure and function of the body. In the overlay of images obtained by these methods, the distribution of the radioactive substance is shown on the studied structures as a map and gives an idea of the location of a formation or the course of a physiological process.
Първоначално стремежът е бил насочен към сравняване на образите, като впоследствие започва тяхното комбиниране и наслагване /5/. Работата, свързана с наслагването на образи отбелязва значителен напредък с навлизането на компютърните системи за архивиране и осъществяване на комуникации.Initially, the aim was to compare the images, and then begin to combine and overlay them / 5 /. Work on image overlay has made significant progress with the advent of computerized backup and communication systems.
Проблемът, свързан с прехвърлянето на образите от изследванията от различни компютърни системи и тяхното наслагване е разрешен чрез въвеждането на универсалния формат за работа с медицински изображения DICOM 3. Този формат, известен първоначално под името ARC NEMA, е публикуван през 1985 г. под No 3001985 и е усъвършенстван и преименуван на DICOM 3 през 1993 г.The problem of transferring research images from different computer systems and overlaying them was solved by introducing the universal DICOM 3. format for medical imaging. This format, originally known as ARC NEMA, was published in 1985 under No. 3001985 and was refined and renamed DICOM 3 in 1993.
Основното при наслагването е да се реши пространствена геометрична задача, точно поставяща отделни образи един върху друг, като за целта са разработени алгоритми и процедури: /1, 2, 6, 7, 8/. Те използват като маркери анатомични структури, които служат за ориентири върху образа като чрез тях се търси съответствие между образите от различни изследвания. Недостатък при това е, че визуализирането на такива структури не винаги е достатъчно отчетливо. Друг недостатък е наличието на пространствени отклонения между две отделни изображения от един и същи обект, при прехвърлянето му от една детекторна система на друга.The main thing with overlay is to solve a spatial geometric problem, precisely placing individual images on top of one another, for this purpose algorithms and procedures have been developed: / 1, 2, 6, 7, 8 /. They use as markers anatomical structures that serve as reference points for the image, thereby seeking to match the images from different studies. The downside is that the visualization of such structures is not always sufficiently clear. Another disadvantage is the presence of spatial deviations between two separate images from the same object, when transferring it from one detector system to another.
Пространствената геометрична задача е свързана с позиционирането на обекта в полето на съответната детекторна система. За да се реши задача от подобен род е необходимо да се определи положението на няколко точки, наймалко три, които да дефинират координатна система в пространството и те да се фиксират спрямо един неподвижен елемент от детекторите. Координатите на горните точки се изчисляват и от тях се определят параметрите на отместванията (транслация, ротация и мащаб на размерите).The spatial geometric task is related to the positioning of the object in the field of the respective detector system. In order to solve a problem of this kind, it is necessary to determine the position of several points, at least three, which define the coordinate system in space and fix them with respect to a fixed element of the detectors. The coordinates of the above points are calculated and determine the parameters of the offsets (translation, rotation and scale of dimensions).
65991 Bl65991 Bl
C тези параметри образите се коригират един спрямо друг.These parameters adjust the images against each other.
От предшестващото състояние на техниката е известно за определянето на такива точки да се използват маркери, които биват, както вътрешни, така и външни, и могат да се регистрират при всяко едно от изследванията. Вътрешни маркери се използват при сравняване положението на различни обекти от човешкото тяло чрез рентгеноскопични образи, регистриращи анатомични структури или маркери, предварително въведени по интервенционален път. От тези образи се получават относителните координати на обекта и те се сравняват с абсолютните координати, регистрирани чрез външни маркери, които се позиционират посредством външна система, използваща лазерни визьори. Такива приложения са характерни за лъчевата терапия, също както и при някои ангиографски изследвания.It is known from the prior art to determine such points to use markers that are both internal and external and can be recorded in any of the studies. Internal markers are used when comparing the position of different objects in the human body through X-ray images, registering anatomical structures or markers previously introduced through an intervention pathway. From these images, the relative coordinates of the object are obtained, and they are compared with the absolute coordinates recorded by external markers, which are positioned by an external system using laser viewfinders. Such applications are characteristic of radiation therapy, as is the case with some angiographic studies.
Като външни маркери в практиката се използват малки метални сфери за точна локализация върху изображения от рентгенови детекторни системи или ултразвукови излъчватели, подаващи сигнал към пространствен локализатор. Такива маркери се използват и в съчетание със светлоотразителни стикери за регистрация от фото или видеокамери. Така се постига корекция на координатите при манипулации в две независими координатни системи, като първата е ориентираща, а втората е тази, в която се извършва основната процедура. Тези приложения са типични за стереотактичната неврохирургия при локализирането на мозъчни тумори. В тези случаи най-напред локализирането на тумора е образно, (посредством компютърно томографско или ядрено-магнитно резонансно изследване), което дава относителните координати, чрез металните маркери. Това е последвано от образномеханично определяне на положението на тумора, посредством отразяващите маркери и система фото или видеокамери в пространството, където се извършва основната невро-хирургическа процедура.In practice, small metal spheres are used as external markers for precise localization on X-ray image systems or ultrasonic emitters signaling to a spatial localizer. Such tags are also used in conjunction with reflective stickers to register from cameras or camcorders. In this way, the correction of the coordinates during manipulations in two independent coordinate systems is achieved, the first is orientative and the second is the one in which the basic procedure is performed. These applications are typical of stereotactic neurosurgery in the localization of brain tumors. In these cases, the location of the tumor is first imaged (by computed tomography or nuclear magnetic resonance imaging), which gives the relative coordinates via the metal markers. This is followed by imaging mechanically determining the position of the tumor, by means of reflective markers and a photo or video camera system in the space where the basic neuro-surgical procedure is performed.
Познати са и нуклеарно-медицински методи за маркиране, при които с две радиофармацевтични вещества се визуализират различни близко разположени области от тялото, чийто образи впоследствие чрез комбиниране или субтракция дават областта представляваща интерес. Други методи използват един радиофармацев тичен комплекс, образно проследен през определени интервали от време, което е свързано с развитието нададен физиологичен процес. Тези методи също използват външни маркери или вътрешни, анатомични маркери за ориентация върху образите, но страдат от споменатите недостатъци, свързани с индивидуалните особености на обектите и възможни пространствени отклонения.Nuclear medical marking methods are also known in which two radiopharmaceutical substances visualize different closely spaced areas of the body, whose images subsequently, by combination or subtraction, give the area of interest. Other methods use a radiopharmaceutical complex, figuratively traced at specific intervals, which is related to the development of a given physiological process. These methods also use external markers or internal, anatomical image orientation markers, but suffer from the aforementioned disadvantages associated with the individual features of the objects and possible spatial deviations.
Понастоящем съществуват рентгенови и гама детекторни системи, осъществяващи наслагване на образи, които ползуват една и съща координатна база и са интегрирани в едно общо устройство. Тези медицински системи за регистриране на образи не ползуват маркери, тъй като те работят в едно геометрично пространство и при тях не се налагат размествания по време на изследванията.There are currently x-ray and gamma-ray imaging systems that use the same coordinate base and are integrated into one common device. These medical imaging systems do not use markers because they operate in a single geometric space and do not require displacements during research.
По предварителни данни на “Радиологичното Общество на Северна Америка” (Radiological Society of North America - RSNA) от m. ноември 2000 г., методът c наслагване на образи от различни изследвания води до промяна на първоначалните заключения от изследванията в около 25% от случаите, когато се използват хибридни (насложени) образи. В друго проучване на Университета в Питсбьрг се посочва, че случаите, при които изследванията се потвърждават са до 30%, при използване на гореспоменатия метод.According to preliminary data from the Radiological Society of North America (RSNA) from m. November 2000, the method of overlaying images from different studies changes the initial research findings in about 25% of cases where hybrid (overlay) images are used. Another study by the University of Pittsburgh states that the cases in which the studies are confirmed are up to 30% using the method mentioned above.
Най-близкото известно решение от състоянието на техниката е дадено в ЕР 0591712А относно “Устройство за маркиране чрез поставяне върху тялото за медицински изследвания”. В известното решение се използват външни, свалящи се маркери закрепени на държатели, където държателите са неподвижно фиксирани за обекта (пациента) чрез завинтване в костни структури, а маркерите могат да се свалят и подменят в зависимост от каква система се регистрират. Метални сфери се използват за детектиране от рентгенови системи за рентгенови и комтютър-томографски изследвания. За магнитно-резонансни изследвания за маркиране може да се използват Гадолиниеви съединения. Предвидено е също и използването на сонди и електроди за други видове изследвания. Конструкцията на подобни маркери използва елементи, които механично се захващат, завинтват или втъкват в предварително направени отвори в специално израбоThe closest known solution to the state of the art is given in EP 0591712A on "Medical marking device for marking on the body". The known solution uses external, removable markers attached to holders, where holders are fixed to the subject (patient) by screwing in bone structures, and markers can be removed and replaced depending on what system they register. Metal spheres are used for detection by X-ray systems for X-ray and CT scans. Gadolinium compounds may be used for magnetic resonance imaging studies. The use of probes and electrodes for other types of research is also envisaged. The construction of such markers uses elements that are mechanically gripped, screwed or inserted into pre-made openings in a special design.
65991 Bl тена носеща конструкция или върху държателите. Върху един държател в частност могат да се разположат няколко маркиращи елемента върху една права, които да се разпознават от различни детекторни системи едновременно. Конструкцията на маркера в този случай е така оформена, че в нея да се поставят отделните маркиращи елементи. Всеки маркиращ елемент съдържа едно контрастно вещество.65991 Blank support structure or on holders. In particular, several marking elements may be affixed to a single holder on a single line, which can be recognized by different detection systems simultaneously. The construction of the marker in this case is so shaped that individual marking elements are placed therein. Each marker element contains one contrast agent.
Подобни методи на маркиране се използват при стереотактичните процедури, както и при т. нар. безрамкови операции. Такъв метод може да се използва и за наслагване на образи, получени от различни образни изследвания, като компютър-томографски и магнитно-резонансни.Such marking methods are used in stereotactic procedures as well as in so-called frameless operations. Such a method can also be used to overlay images obtained from various imaging studies, such as computed tomography and magnetic resonance imaging.
Чрез най-малко три различно позиционирани маркера може да се дефинира положението на пациента, по-специално неговата глава в пространството. След това на пациента могат да се направят няколко изследвания с различни образно регистриращи медицински метода, както горните посочени примерни изпълнения, и също както необходимите изследвания за хирургична интервенция подобряват и улесняват процедурата, така различните образни изследвания се допълват едно с друго. Както поради това, че с различните процедури даващи изображения в даден момент се определя точно положението на пациента (напр. неговата глава), така образите от различните образно регистриращи методи могат да се насложат един върху друг, например чрез изчисления от компютър.By means of at least three differently positioned markers, the position of the patient, in particular his head in space, can be defined. The patient may then be subjected to several examinations with different imaging modalities, such as the above exemplary embodiments, and just as necessary surgical intervention enhances and facilitates the procedure, so the different imaging examinations are complementary to one another. Just as the different imaging procedures at one time accurately determine the position of the patient (eg, his head), so the images of different imaging methods can be superimposed on one another, for example by computer calculations.
Техническа същност на изобретениетоSUMMARY OF THE INVENTION
Настоящото изобретение има за задача да създаде метод и многофункционален маркер, който се визуализира от различни независими системи за регистриране и наслагване на образи, при което да се гарантира необходимата точност на извършваните медицински диагностични и терапевтични методи и се осигурява комфорт на пациентите.The present invention is intended to provide a method and a multifunctional marker, which is visualized by various independent imaging and overlay systems, ensuring the necessary accuracy of the medical diagnostic and therapeutic methods performed and ensuring patient comfort.
Задачата на изобретението се реализира чрез предложения метод за наслагване на образи и изпълнението му, включващо различни независими детекторни системи за регистриране на образи. Предлаганият метод използва външни маркери, които се позиционират върху изследвания обект в дадена зона. След което мар керите се сканират визуално от повече от една различни и независими детекторни системи. Първата детекторна система е регистрираща система на базата на рентгенови лъчи, а втората детекторна система да е на базата на регистриране на гама лъчи. Образите, получени от независимите детекторни системи се наслагват и така да се допълва информационната картина за изследвания обект.The object of the invention is realized by the proposed method of image overlay and its implementation, including various independent image detection systems. The proposed method uses external markers that are positioned on the site under study. The markers are then visually scanned from more than one distinct and independent detector system. The first detector system is an X-ray based detection system and the second detector system is a gamma ray detection system. The images obtained from the independent detection systems are superimposed to supplement the information picture of the object under study.
Съгласно изобретението към различните независими детекторни системи за регистрация на образи са включени и детектори на видима светлина. В едно предпочитано изпълнение това е система от видеокамери, работещи във видимата и близката инфрачервена област в обхвата 400 - 1100 nm. Първоначално системата от детекторите на видима светлина - видеокамерите се калибрира и се сканира от образните детекторни системи. След това се извършва двустепенно сканиране. В първия етап от детекторите на видима светлина се заснемат външните маркери, а обектът с маркерите се сканира от рентгеновата детекторна система, при което се определят двумерните координати на маркерите върху двата образа. В следващия етап от детекторите на видима светлина отново се заснемат външните маркери и се сканира обекта с маркерите от гама детекторна система, при което се определят отново двумерните координати на маркерите върху двата образа. Съгласно предпочитаното изпълнение на метода положението на външните маркери в пространството се определя като се използва стереофотограметричен метод, използваш алгоритъм за директна линейна трансформация.According to the invention, visible light detectors are also included in the various independent image detection systems. In a preferred embodiment, it is a system of video cameras operating in the visible and near-infrared regions in the range 400 - 1100 nm. Initially, the system of visible light detectors - camcorders are calibrated and scanned by imaging detectors. A two-step scan is then performed. In the first stage of the visible light detectors, the external markers are captured, and the marker object is scanned by the X-ray detector system, which determines the two-dimensional coordinates of the markers on the two images. In the next stage of the visible light detectors, the external markers are again captured and the object is scanned with the markers from a gamma detector system, which again determines the two-dimensional coordinates of the markers on the two images. According to a preferred embodiment of the method, the position of the outer markers in space is determined using a stereophotogrammetric method, using a direct linear transformation algorithm.
Извършва се трансформация на координатите на регистрираните маркери върху един от образите от детекторните системи, като от получените двойка образи от детекторите на видима светлина се изчисляват корекциите за отместванията на координатите от транслация, ротация и мащаб.Transformation of the coordinates of the registered markers is performed on one of the images of the detection systems, and the corrections for the offsets of the coordinates of translation, rotation and scale are calculated from the obtained pairs of images by the detectors of visible light.
След трансформацията на координатите на регистрираните маркери образите от рентгеновата и гама детекторни системи се наслагват, така че центровете на гравитация на маркерите да съвпаднат, а получените образи се визуализират един върху друг.After the transformation of the coordinates of the registered markers, the images from the X-ray and gamma detection systems are superimposed so that the centers of gravity of the markers coincide and the resulting images are visualized on top of each other.
Основно предимство на предложения съгласно изобретението метод за наслагване на об5A major advantage of the method according to the invention is a method of overlaying ob5
65991 Bl рази осигурява необходимата точност при извършване на медицински диагностични и терапевтични методи, тъй като заснемането на обекта се извършва от независими детекторни системи и получените резултати се наслагват след корекция спрямо абсолютна координатна система. Съгласно методът едната от детекторните системи служи за определяне на абсолютни координати в пространството, с които се коригират относителните координати, получени от другите две детекторни системи. По този начин се реализира наслагване на образи от изследвания с различни системи за образна диагностика, направени в различни геометрични пространства.65991 B1 provides the necessary precision for performing medical diagnostic and therapeutic methods, since the imaging of the object is performed by independent detection systems and the results obtained are superimposed after correction to an absolute coordinate system. According to the method, one of the detection systems serves to determine the absolute coordinates in space, which correct the relative coordinates obtained from the other two detection systems. In this way, an overlay of images from studies with different imaging systems made in different geometric spaces is realized.
Задачата на изобретението е да се създаде и многофункционален маркер за наслагване на образи, получени от различни системи за регистриране в образната диагностика. Чрез неговото използване в метода за наслагване на образи от различни диагностични изследвания се елиминира възможността за загуба на важна информация и се увеличава точността при изследването на пациенти, като се създава по-пълна картина за структурните и функционалните особености на човешкото тяло при различни заболявания. Маркерът съгласно изобретението е външен и е предназначен да се използува от детекторни системи за регистриране на образи в медицината, изградени като отделни устройства, които физически са разположени на различни места и функционират в различни геометрични пространства. Чрез създаването на такъв маркер, който да позволява регистрирането му от различни детектори се осигурява точно описание на обектите чрез техните образи в пространството. Тук е в сила условието, че обектите се изследват от различните диагностични системи в техните отделни геометрични пространства и в този случай се налага те да бъдат премествани за всяко изследване.It is an object of the invention to provide a multifunctional image overlay marker obtained from various imaging recording systems. Using it in the imaging method of various diagnostic studies eliminates the possibility of losing important information and enhances accuracy in patient research, creating a more complete picture of the structural and functional features of the human body in various diseases. The marker according to the invention is external and is intended to be used by medical imaging detection systems, constructed as separate devices that are physically located in different places and function in different geometric spaces. By creating such a marker that allows it to be recorded by different detectors, an accurate description of the objects through their images in space is ensured. The condition here is that the objects are examined by the different diagnostic systems in their separate geometric spaces, in which case they have to be moved for each study.
Многофункционалният маркер включва носител, в който са предвидени повече от един маркиращи елемента за регистриране от различни детекторни системи при медицинско-диагностични и терапевтични методи.The multifunctional marker includes a carrier in which more than one marking element is provided for registration by different detection systems in medical diagnostic and therapeutic methods.
Съгласно изобретението носителят представлява тяло с оформена по оста му цилиндрична кухина, в която са поместени най-малко два маркиращи елемента за образно регистриране от различни системи. Външно върху носителя е предвиден и маркиращ елемент за заснемане от детектор на видима светлина - оптическа система.According to the invention, the carrier is a body with a cylindrical cavity shaped in its axis, in which at least two marking elements for image registration by different systems are placed. Externally, a marking element is provided on the carrier for capturing a visible light detector, an optical system.
Съгласно един вариант на изпълнение на изобретението в предлагания външен маркер за реализиране на метода за наслагване на образи първият маркиращ елемент представлява метална сфера. Тя е разположена плътно към сферично дъно, оформено в единия край на цилиндричната кухина в носителя. Металната сфера се регистрира от рентгенова детекторна система. Другият край на цилиндричната кухина е затворен плътно с капачка. Вторият маркиращ елемент представлява вещество, излъчващо гама лъчи и е разположено плътно в междината, образувана от първия маркиращ елемент - металната сфера и капачката, затваряща цилиндричната кухина на носителя. Вторият маркиращ елемент се регистрира от детекторна система за гама лъчи. Върху носителя е предвиден светоотражателен маркиращ елемент, който се регистрира от системата фото или видеокамери.According to an embodiment of the invention, in the proposed external marker for implementing the method of image overlay, the first marker element is a metal sphere. It is located tightly against a spherical bottom formed at one end of the cylindrical cavity in the carrier. The metal sphere is detected by an X-ray detector system. The other end of the cylindrical cavity is closed tightly with a cap. The second marker element is a substance emitting gamma rays and is located tightly in the gap formed by the first marker element - the metal sphere and the cap that closes the cylindrical cavity of the carrier. The second marker element is detected by a gamma ray detector system. A reflective marking element is provided on the carrier which is recorded by the camera or video camera system.
При това изпълнение съгласно изобретението, многофункционалният маркер за реализиране на метода за наслагване на образи позволява неговото местоположение да се регистрира от различните детекторни системи по време на изследванията. Той се регистрира независимо от три визуализиращи системи, една базова - рентгенова детекторна система, една допълваща - гама детекторна система и една трансформираща - детектор на видима светлина. В това предпочитано изпълнение визуализирането се извършва от базовата система, посредством металическите сфери; от допълващата система, посредством маркиращото вещество (радионуклид); и от трансформиращата система чрез фото или видеокамерите, приемащи сигнал от отразителния стикер.In this embodiment according to the invention, the multifunctional marker for implementing the image overlay method allows its location to be recorded by the various detection systems during the investigations. It is registered independently of three visualization systems, one basic - an X-ray detector system, one complementary - a gamma-ray detector system and one transformer - a visible light detector. In this preferred embodiment, visualization is performed by the base system, via the metal spheres; from the complementary system by the marker substance (radionuclide); and from the transformation system through cameras or camcorders that receive signal from the reflective sticker.
Съгласно друг вариант на изпълнение външният маркер, съгласно изобретението е изпълнен като носителят е с проходна цилиндрична кухина, която е затворена от двете страни с капачки. Кухината е разделена от преграда надве въздушни междини. В едната междина е предвидено маркиращото вещество, което е разтвор на съединение с парамагнитни свойства, предназначено да се регистрира от ядрено-магнитно резонансна (ЯМР) детекторна система, а в другата междина е разположено маркиращо вещество (радионуклид) за регистриране от гама-лъ6According to another embodiment, the outer marker according to the invention is made with the carrier having a cylindrical passage cavity, which is closed on both sides by caps. The cavity is separated by a bulkhead over the air gaps. In one gap is provided the marker substance, which is a solution of a compound with paramagnetic properties, intended to be registered by a nuclear magnetic resonance (NMR) detector system, and in the other gap is a marker (radionuclide) for gamma ray detection6.
65991 Bl чев детектор. В това изпълнение едно от изследванията, които се извършват е изображение от ядрено-магнитно резонансна (ЯМР) система, служеща като базова, като след това върху него се наслагват образи от нуклеарномедицинските изследвания с гама-лъчев детектор, служещ като допълваща система. Трансформиращата система отново са фото или видеокамери.65991 Bl detector. In this embodiment, one of the studies being carried out is an image of a nuclear magnetic resonance (NMR) system serving as a baseline, and then overlaying images of nuclear medical research with a gamma-ray detector serving as a complementary system. Transformers are again cameras or camcorders.
Съгласно едно предпочитано изпълнение на описаните варианти на изпълнение носителят и капачките са от неутрална пластмаса.According to a preferred embodiment of the described embodiments, the carrier and caps are made of neutral plastic.
Основно предимство на предложения съгласно изобретението многофункционален маркер е, че осигурява комфорт на пациентите, при които се използва, и осигурява условия за постигане на точност при извършваните медицински диагностични и терапевтични методи, тъй като:A major advantage of the multifunctional marker proposed according to the invention is that it provides comfort to patients in which it is used and provides conditions for achieving accuracy in the performed medical diagnostic and therapeutic methods, since:
- притежава пространствено-геометрична цялост, в която са предвидени повече от едно маркиращи вещества за различни образни методи на изследвания, което гарантира точност на резултатите;- has a spatial geometric integrity in which more than one marking substance is provided for different imaging methods, which guarantees the accuracy of the results;
- конструкцията на маркера е лека и сравнително с малки размери, което позволява използването на множество маркери в относително малък обем и удобство при манипулиране и транспортиране;- the design of the marker is lightweight and relatively small in size, which allows the use of multiple markers in a relatively small volume and is easy to handle and transport;
- предложеният маркер е лесен за изработване, при което може да бъде използван за многократна употреба и с различни модификации на маркиращите вещества, които могат да бъдат и в различни агрегатни състояния.- the proposed marker is easy to make and can be reused and with different modifications to the marking substances, which may also be in different aggregate states.
Методът за наслагване на образи се реализира чрез предложената последователност от стъпки, използването на многофункционални външни маркери, съгласно изобретението и три независими детекторни системи. Върху изследвания обект външно се закрепват многофункционалните маркери, след което се преминава през четири основни стъпки: калибриране, регистриране (сканиране), трансформиране и наслагване.The image overlay method is implemented by the proposed sequence of steps, the use of multifunctional external markers according to the invention and three independent detection systems. Multifunctional tags are affixed externally to the object under study, and then there are four basic steps: calibration, recording (scanning), transformation and overlay.
Образното регистриране на обекта или частта от обекта се осъществява, последователно от базовата регистрираща система, която найчесто е рентгенов тип, след това от допълващата, която е гама детектор. Така регистрацията на образи от обекта и маркерите, при изследването от базовата система е придружено от регистриране на образи само на маркерите от системата фото или видеокамери, за да се определят тримерните им координати в това геометрично пространство. Следва преместване на обекта в геометричното пространство на допълващата система, чийто детектор регистрира диагностични образи от обекта и маркерите, а фото или видеокамерите образи само от маркерите, за определяне на тримерните им координати в съответното геометрично пространство.The image registration of the object or part of the object is carried out sequentially by the basic recording system, which is most often the X-ray type, then by the complementary, which is a gamma detector. Thus, the registration of images of the object and the markers, in the study by the base system, is accompanied by the registration of images only of the markers from the system of cameras or camcorders, to determine their three-dimensional coordinates in this geometric space. This is followed by moving the object into the geometric space of the complementary system, whose detector registers diagnostic images of the object and markers, and the photo or camcorder images only of the markers, to determine their three-dimensional coordinates in the corresponding geometric space.
За да се постигне наслагване на образи от две независими изследвания с различни детекторни системи е необходимо да се определят трансформационните параметри при преминаване от едното геометрично пространство в друго. Тази стъпка се нарича калибриране и се осъществява от системата фото или видеокамери, които са регистрирали маркерите в предходната стъпка, поотделно във всяко от геометричните пространства на базовата и допълващата детекторна система.In order to achieve an overlay of images from two independent studies with different detector systems, it is necessary to determine the transformation parameters as they move from one geometric space to another. This step is called calibration and is performed by the system of cameras or camcorders that have registered the markers in the previous step, individually in each of the geometric spaces of the base and complementary detector system.
Трансформационните параметри дават връзката между координатните системи, в които са дефинирани отделните геометрични пространства. Тази връзка представлява отмествания, получени от транслация и ротация на изследвания обект във всяко едно от пространствата и мащаб на образа на обекта, получен от всяка детекторна система. Тези параметри се получават след пресмятането на тримерните координати на маркерите, поставени върху обекта за всяко едно от геометричните пространства на съответната система за регистриране на диагностични образи.The transformation parameters give the connection between the coordinate systems in which the individual geometric spaces are defined. This link represents the offsets obtained from the translation and rotation of the investigated object in each of the spaces and the scale of the object image obtained from each detector system. These parameters are obtained after calculating the three-dimensional coordinates of the markers affixed to the object for each of the geometric spaces of the respective diagnostic imaging system.
Броят на маркерите, необходими да се позиционират върху изследвания обект, когато изследването е в една равнина, перпендикулярна на оста на ротация на детектора, трябва да бъде най-малко два, за да се опишат транслацията, ротацията и мащаба на образите. Ако е необходимо да се отчете геометрията и да се компенсира евентуална транслация и ротация и около останалите координатни оси, тогава броят на маркерите трябва да бъде минимум три, за да се дефинира независима координатна система в съответно избраната точка.The number of markers required to be positioned on the object under study when the study is in a plane perpendicular to the axis of rotation of the detector shall be at least two in order to describe the translation, rotation and scale of the images. If it is necessary to take into account the geometry and to compensate for possible translation and rotation in the other coordinate axes, then the number of markers must be at least three in order to define an independent coordinate system at the selected point.
При следващата стъпка - трансформиране, преди наслагването на два образа, получени съответно от базовата и допълващата система за образна диагностика, единият от тях се компенсира посредством параметрите за транслация,In the next step - transformation, before the overlay of two images obtained respectively from the basic and complementary imaging systems, one of them is compensated by the translation parameters,
65991 Bl ротация и мащаб. При самото наслагване двата образа са един върху друг. Единият служи като карта, на която е изобразена допълващата го информация от другия.65991 Bl rotation and scale. In the overlay itself, the two images are on top of each other. One serves as a map showing the supplementary information from the other.
Пояснение на приложените фигуриExplanation of the annexed figures
Фигура 1. Схематично представяне на многофункционален маркер, съдържащ металически елемент, разтвор от радиоактивно вещество и светлоотразителен стикер за регистриране от три независими детекторни системи.Figure 1. Schematic representation of a multifunctional marker comprising a metallic element, a solution of a radioactive substance and a reflective sticker for registration by three independent detector systems.
Фигура 2. Схематично представяне на многофункционален маркер, съдържащ, разтвор от радиоактивно вещество, разтвор от съединения с парамагнитни свойства и светлоотразителен стикер за регистриране от три независими детекторни системи.Figure 2. Schematic representation of a multifunctional marker comprising, a solution of a radioactive substance, a solution of compounds with paramagnetic properties and a reflective sticker for registration by three independent detection systems.
Фигура 3. Геометрично пространство на базовата регистрираща система, състояща се от компютърен томограф с координатна система Χ,,Υ,Ζ, с начало в центъра на рентгеновия сноп и тестов обект с многофункционални маркери Мр М2, М3.Figure 3. Geometric space of the basic recording system consisting of a computer tomograph with coordinate system Χ ,, Υ, Ζ, beginning at the center of the x-ray beam and a test object with multifunctional markers M p M 2 , M 3 .
Фигура 4. Геометрично пространство на допълващата регистрираща система, състояща се от гама камера с координатна система с начало в центъра на обема, и тестов обект с многофункционални маркери Мр М2, М, който се регистрира при едно пълно кръгово движение на детектора.Figure 4. Geometric space of the complementary recording system, consisting of a gamma camera with a coordinate system beginning at the center of the volume, and a test object with multifunction markers M p M 2 , M, which is recorded in a single full circular motion of the detector.
Фигура 5. Схематично представяне на обект и зона на интерес в него, поставен в геометричното пространство на координатната система Χ2,Υ2Ζ2 и разположението на многофункционалните маркери Мр М2, М3.Figure 5. Schematic representation of an object and area of interest in it, placed in the geometric space of the coordinate system Χ 2 , Υ 2 Ζ 2 and the location of the multifunctional markers M p M 2 , M 3 .
Фигура 6. Схематично представяне на трансформиращата система, състояща се от две видеокамери, фиксирани върху рамка, снабдена с механизми за хоризонтална и вертикална настройка.Figure 6. Schematic representation of the transformer system consisting of two camcorders, fixed on a frame, equipped with mechanisms for horizontal and vertical adjustment.
Фигура 7. Последователност от стъпки за изпълнение на метода за наслагване на образи, посредством многофункционални маркери.Figure 7. Sequence of steps for implementing the image overlay method using multifunction markers.
Фигура 8. Изображения от срез на тестов обект, получени съответно от компютърен томограф 8.1, еднофотонно емисионно томографско изследване с гама камера 8.2 и резултат от наслагването на двата образа 8.3.Figure 8. Cross-section images of a test object obtained respectively from a computer tomograph 8.1, a one-photon emission tomography study with a gamma camera 8.2 and a result of the overlay of the two images 8.3.
Примери за изпълнение на изобретениетоExamples of carrying out the invention
Една конкретна структура на маркерите е показана на фигура 1 и фигура 2. В полиетиленовия носител 1 е поставена метална сфера 3. За да я запуши плътно, от другата страна се поставя капаче 2, така че да се оформи междина 4 между него и стоманения лагер. В междината се поставя капка от разтвор на радиоактивен изотоп от същия източник, с който се прави изследването на обекта. Върху маркера се залепва малка лепенка 5 от светлоотразяваща материя с формата на кръг. Готовите маркери могат да се закрепят на подходящо място върху обекта с помощта на залепващо средство. Когато се прави калибровка на системата, маркерите се поставят върху рамка с фиксирана геометрия.A specific structure of the markers is shown in Figure 1 and Figure 2. In the polyethylene carrier 1, a metal sphere is inserted 3. To seal it tightly, a cover 2 is placed on the other side so that a gap 4 is formed between it and the steel bearing. . A drop of a solution of radioactive isotope from the same source as the object of study is placed in the gap. A small, circular-shaped, light-reflective 5 adhesive tape is glued to the marker. The finished markers can be attached to the object in an appropriate place by means of an adhesive. When calibrating the system, the markers are placed on a fixed geometry frame.
Ако се разгледат образите, получени от един компютърен томограф, представящи трансверзалните срезове на даден обект и образите, получени от една еднофотонна емисионна томография (SPECT) от гама камера, представящи трансверзалните срезове на същия обект, то това са геометрични сечения на обемна фигура. Тогава, достатъчно е тези образи да бъдат представени в една координатна система, за да могат да бъдат насложени в една равнина. И в двата случая детекторната система на двата апарата обикаля около една мислена ос на ротация, която минава надлъжно през обекта, а полученото изображение лежи в равнина, перпендикулярна на нея. Тези оси на ротация са неподвижни, фиксирани при техния монтаж, при което тяхното местоположение не е трудно да бъде определено. Ако изберем координатна система Х^/р чиято ос Zj да съвпадне с оста на ротация и нейното начало 0! да бъде в центъра на полето на сканиране на компютърния томограф (фигура 3) и друга координатна система X2Y2Z2 с ocZ2, съвпадаща с оста на ротация на гама камерата и начало 02 в центъра на сканирания обем (фигура 4), то в тях могат да се представят образи, които ще се наслагват. Една равнина може да бъде дефинирана в пространството като преминаваща през точка и перпендикулярна на дадена права, която в случая е оста на ротация. Точката се избира върху обекта и там се поставя външния комбиниран маркер Мр така че равнината да минава през началото 02 на координатната система X2Y2Z2 (фигура 5). Срезът 9 идентифициращ зо8If we look at the images obtained from a single CT scanner representing the transverse sections of an object and the images obtained from a single-photon emission tomography (SPECT) gamma camera representing the transverse sections of the same object, then these are geometric sections of a volumetric figure. Then, it is sufficient for these images to be represented in one coordinate system so that they can be superimposed in one plane. In both cases, the detector system of the two devices orbits about a thought axis of rotation, which runs longitudinally through the object, and the resulting image lies in a plane perpendicular to it. These rotary axes are fixed, fixed at their installation, making their location difficult to determine. If we choose the coordinate system X ^ / p whose axis Zj coincides with the axis of rotation and its origin 0! be in the center of the scanning field of the computed tomograph (figure 3) and another coordinate system X 2 Y 2 Z 2 with ocZ 2 coinciding with the axis of rotation of the gamma camera and the origin 0 2 in the center of the scanned volume (figure 4) , they can present images that will overlay. A plane can be defined in space as passing through a point and perpendicular to a line, which in this case is the axis of rotation. The point is selected on the object and the outer combined marker M p is placed there so that the plane passes through the beginning 0 2 of the coordinate system X 2 Y 2 Z 2 (Figure 5). The slit 9 identifies zo8
65991 Bl ната на интерес 8 е на ниво по-високо от равнината X,O2Y2. На това ниво се поставят външните маркери М2 и М3. Те имат съответните X, Υ и Ζ координати, както в системата Χ2Υ2Ζ2 на гама камерата, така и в когато се сканират на компютърния томограф. След като обектът бъде преместен от единия апарат на другия местоположението на маркерите може да се промени вследствие на ротация и транслация относно всяка една от координатните оси. При условие, че се изчисли трансформацията на Χ2Υ2Ζ2β Χ,Υ,Ζρ отместванията върху образа получен при SPECT (в системата Χ2Υ2Ζ2) могат да се коригират, когато последния се прехвърля върху този от компютърния томограф (в системата X, У/Д За целта е необходимо параметрите на трансформацията на координатните системи да се установят чрез друг метод, който да е независим от образните изследвания посредством компютърния томограф и гама камерата.65991 Bl of interest 8 is at a level higher than the plane X, O 2 Y 2 . External markers M 2 and M 3 are placed at this level. They have the corresponding X, Υ and Ζ coordinates, both in the Χ 2 Υ 2 Ζ 2 system of the gamma camera and when scanned on a computer tomograph. Once the object is moved from one apparatus to the other, the location of the markers may change due to rotation and translation about each of the coordinate axes. Provided that the transformation of Χ 2 Υ 2 Ζ 2 β Χ, Υ, Ζρ, the offsets on the image obtained with SPECT (in the system Χ 2 Υ 2 Ζ 2 ) can be corrected when the latter is transferred to that of the computed tomograph (In System X, Y / D To do this, the transformation parameters of the coordinate systems need to be established by another method independent of imaging studies using a computed tomograph and a gamma camera.
Съгласно изобретението се предлагала се използва стереофотограметричен метод чрез директна линейна трансформация за определяне на тримерни координати в пространството чрез видеокамери, който ползва алгоритъма от Приложение 1. Чрез метода, съгласно Приложение 2 се установяват отместванията върху образите. По-важните от тях са транслациите по X и по Υ и ротация около Ζ. Останалите отмествания са: транслация по Ζ, която може да се компенсира с избор на срез на друго ниво, като за ориентир служат маркерите и ротациите около X и Υ. Последните дават като резултат коси (неперпендикулярни на оста на ротация) проекции с малки ъгли на ротация и могат да се пренебрегнат.According to the invention, a stereo-photogrammetric method was proposed by direct linear transformation to determine three-dimensional coordinates in space by video cameras, which uses the algorithm of Appendix 1. The displacements on images are determined by the method of Appendix 2. The more important of these are X and above translations and a rotation around Ζ. The other offsets are: translation by Ζ, which can be offset by the selection of a slice at another level, with markers and rotations around X and слу serving as a guide. The latter result in oblique (non-perpendicular to the axis of rotation) projections with small rotation angles and may be neglected.
За тази цел маркерите трябва да могат да се регистрират независимо от трите визуализиращи системи: базовата - на компютърния томограф, допълващата - на гама камерата и трансформиращата от системата видеокамера.For this purpose, the markers must be able to register independently of the three visualization systems: the base - on the CT scanner, the complementary - on the gamma camera and the camcorder transformed from the system.
Съгласно изобретението е създаден външен маркер за реализиране на метода за наслагване на образи. Външният маркер, показан на фигура 1 има следната структура: носител 1 (пластмасова тръбичка), първи маркиращ елемент - метална сфера 3 с малък диаметър, втори маркиращ елемент 4, капаче 2 и светлоотразителен стикер 5. Металната сфера 3 е разположена в единия край на предвидената цилиндрична кухина в носителя 1 и се регистрира от рентгенова детекторна система. В другия край на кухината в носителя 1, плътно до сферата 3, във въздушната междина, образувана между сферата 3 и капачето 2, е предвидено необходимото количество маркиращо вещество 4, например гама-излъчващ радионуклид, което се регистрира от детекторна система за гама лъчи. Капачето 2 затваря плътно кухината в носителя 1, задържайки в нея маркиращото вещество 4. Върху капачето 2 е поставен светлоотразителен стикер 5, който се регистрира от системата фото или видеокамери.According to the invention, an external marker has been created to implement the image overlay method. The outer marker shown in Figure 1 has the following structure: carrier 1 (plastic tube), first marking element - small diameter metal sphere 3, second marking element 4, lid 2 and reflective sticker 5. The metal sphere 3 is located at one end of the predicted cylindrical cavity in carrier 1 and is detected by an X-ray detector system. At the other end of the cavity in the carrier 1, tightly to the sphere 3, in the air gap formed between the sphere 3 and the lid 2, the required amount of marking agent 4 is provided, for example, gamma-emitting radionuclide, which is detected by a gamma-ray detector system. The cover 2 tightly closes the cavity in the carrier 1, holding the marking substance 4 therein. A reflective sticker 5 is placed on the cover 2, which is registered by the camera or video camera system.
В едно друго предпочитано изпълнение, показано на фигура 2, външният маркер, съгласно изобретението е изпълнен като носител 1, който е от пластмаса и е разделен от преграда 6 на две въздушни междини, като маркиращото вещество 3 в едната междина е разтвор на съединение с парамагнитни свойства, предназначено да се регистрира от ядрено-магнитно резонансна (ЯМР) детекторна система, а в другата междина е разположено маркиращо вещество 4 (радионуклид) за регистриране от гама-лъчев детектор. В това изпълнение едно от изследванията, които се извършват е изображение от ядрено-магнитна резонансна (ЯМР) система, служеща като базова, като след това върху него се наслагват образи от нуклеарно-медицински изследвания с гама-лъчев детектор, служещ като допълваща система. Трансформиращата система отново са фото или видеокамери.In another preferred embodiment shown in Figure 2, the outer marker according to the invention is constructed as a carrier 1, which is made of plastic and is separated by a barrier 6 into two air gaps, the marking substance 3 in one gap being a solution of a paramagnetic compound properties designed to be detected by a nuclear magnetic resonance (NMR) detector system, and in the other gap is a marker (radionuclide) for registration by a gamma-ray detector. In this embodiment, one of the studies being carried out is an image of a nuclear magnetic resonance (NMR) system serving as a baseline, then overlaying images of nuclear medical research using a gamma-ray detector serving as a complementary system. Transformers are again cameras or camcorders.
Броят на маркерите, необходими да се поставят, трябва да бъде най-малко два, тъй като в равнината на среза имаме транслация, ротация и мащабиране на образа, идващо от различията в детекторните системи на томографа и гама камерата. Ако искаме да отчетем и компенсираме евентуална ротация и около останалите координатни оси, тогава броят на маркерите трябва да бъде минимум три, за да дефинират координатна система. Векторите от фигура 5, свързващи маркерите М2 и М3 и центъра на зоната на интерес 8, определени в системата Χ2Υ2Ζ2 могат да се изчислят отново в системата Χ,Υ,Ζ, като върху тях се приложат параметрите на трансформацията.The number of markers needed to be placed must be at least two, since in the plane of the slice we have translation, rotation and image scaling, coming from differences in the tomograph detector systems and the gamma camera. If we want to account for and compensate for any rotation around the other coordinate axes, then the number of markers must be at least three to define the coordinate system. The vectors of Figure 5 connecting the markers M 2 and M 3 and the center of the area of interest 8 defined in the system Χ 2 Υ 2 Ζ 2 can be recalculated in the system Χ, Υ, Ζ by applying the transformation parameters .
По отношение на точността, изображенията от SPECT имат най-ниска разделителна способност, като при матрица на образа 128x128 пиксела тя е около 3.5-5 mm. При компютърнатаIn terms of accuracy, SPECT images have the lowest resolution, with an image matrix of 128x128 pixels that is about 3.5-5 mm. At the computer
65991 Bl томография, където в повечето случаи се използва матрица на образа 512x512 пиксела, разделителната способност е 1-1.5 mm. При визуално регистриране най-точен е метода на близката фотограметрия, при който съвременните системи са в състояние да достигнат точност при отчитането на тримерни координати до 0.2 mm.65991 Bl tomography, where in most cases a 512x512 pixel image matrix is used, the resolution is 1-1.5 mm. In visual recording, the method of close photogrammetry is the most accurate, in which modern systems are able to achieve accuracy in reading three-dimensional coordinates up to 0.2 mm.
Маркерите могат да бъдат визуализирани посредством три вида детекторни системи:The tags can be displayed using three types of detection systems:
1. Рентгеновият детектор на компютърния томограф идентифицира металната сфера с диаметър около 2 mm, като на образа той се появява с много висок контраст и може да служи като точков образ.1. An X-ray computer tomograph detector identifies a metal sphere about 2 mm in diameter, with a very high contrast in the image and can serve as a point image.
2. Радиоактивният изотоп, който се намира в междината на носителя, непосредствено до металната сфера се идентифицира от детектора на гама камерата и също се появява като точка, но с по-големи размери, поради разсейването на гама лъчите.2. The radioactive isotope located in the gap of the carrier, immediately adjacent to the metal sphere, is identified by the gamma detector and also appears as a point, but larger in size, due to the scattering of the gamma rays.
3. Третият тип детектиране на маркерите става посредством осветяване с инфрачервена светлина, която рефлектира обратно от светоотразителната материя. Двойка видеокамери снемат съответните образи от маркерите, които се виждат като точки.3. The third type of marker detection is by infrared illumination, which reflects back from the reflective material. A pair of camcorders capture the corresponding images from the markers that appear as dots.
На всеки един от изброените три образа маркерите могат да се представят с техните равнинни координати (х., у.). В случай, когато се снемат равнините координати и маркерът обхваща група пиксели, може да се намери центърът на гравитация на образа, което дава като резултат разделителна способност под 1 пиксел.For each of the three images listed, the markers can be represented by their plane coordinates (x, y). When the plane coordinates are taken and the marker spans a group of pixels, the center of gravity of the image can be found, resulting in a resolution of less than 1 pixel.
В съответствие с метода, използващ многофункционални маркери за наслагване на образи, съгласно изобретението се извършва следната последователност от стъпки за изпълнение на метода, показана на фигура 7:In accordance with the method using multifunctional image overlay markers according to the invention, the following sequence of steps is performed to execute the method shown in Figure 7:
1. Калибриране1. Calibration
Калибрирането 19 е операция, с която се определя положението на маркерите в пространството спрямо координатното начало с помощта на система видеокамери 10 и 11 от фигура 6, закрепени върху подвижна рамка с механизми за настройване в хоризонтална 13 и вертикална 14 позиция. Изчисляването на тримерните координати на маркерите в съответното геометрично пространство на апаратите от фигура 3 и фигура 4 се осъществява посредством стереофотограметричен метод, използващ алгоритъма за ди ректна линейна трансформация от ПриложениеCalibration 19 is an operation that determines the position of markers in space relative to the origin using a camcorder system 10 and 11 of Figure 6 mounted on a movable frame with adjusting mechanisms in horizontal 13 and vertical 14 positions. The calculation of the three-dimensional coordinates of the markers in the respective geometric space of the apparatus of Figure 3 and Figure 4 is carried out by means of a stereophotogrammetric method using the algorithm for direct linear transformation from Appendix
1. При калибрирането от важно значение е да се спазва следното: камерите да се монтират на едно и също място спрямо апаратите при всяка калибровъчна операция; маркерите да са поставени върху твърда неподвижна рамка; един от маркерите да е позициониран в началото на координатната система, а останалите да имат еднаква ориентация спрямо него. Оста на ротация се определя за всеки от апаратите, ако съответния не е снабден с такова средство от производителя. Тя се маркира с помощта на лазер 12, показан на фигура 6, който трябва да бъде перпендикулярен на равнината на сканиране. Двойката камери, монтирана на статив се насочва в посоката на лазерния лъч, така че да има изглед към началото на координатната система от определено място и ъгъл. Операцията по калибриране се прави независимо за всяко едно от геометричните пространства на компютърния томограф от фигура 3 и гама камерата от фигура 4. След Всяка калибровка като резултат се получават тримерните координати на всеки един маркер (Χ.,Υ.,Ζ.). Координатите, спрямо геометричния център на компютърния томограф трябва да съвпадат с тези, получени спрямо геометричния център на гама камерата.1. When calibrating, it is important to observe the following: mount the cameras in the same position relative to the apparatus during each calibration operation; the tags are placed on a rigid fixed frame; one of the markers should be positioned at the beginning of the coordinate system and the others have the same orientation towards it. The axis of rotation is determined for each of the apparatus if the instrument is not provided with such a device by the manufacturer. It is marked with the laser 12 shown in Figure 6, which must be perpendicular to the scan plane. A pair of cameras mounted on a tripod is pointing in the direction of the laser beam so that it has a view of the origin of the coordinate system from a specific location and angle. The calibration operation is performed independently for each of the geometric spaces of the computed tomograph of Figure 3 and the gamma camera of Figure 4. Following each calibration, the three-dimensional coordinates of each marker (Χ., Υ., Ζ.) Are obtained as a result. The coordinates with respect to the geometric center of the computed tomograph must coincide with those obtained with respect to the geometric center of the gamma camera.
2. Сканиране2. Scanning
Сканирането 20 на обекта се извършва в последователност, зависеща от вида на изследването. От това също зависи дали се налага едно от двете изследвания, компютьрно-томография или нуклеарно медицинското да се приложи два пъти - веднъж без маркери, за откриване на зона на интерес и повторно с тях. След сканирането се намират търсените срезове, на които най-добре се виждат едни и същи маркери.The scanning of the 20 object is performed in a sequence that depends on the type of study. It also depends on whether it is necessary to apply one of the two studies, computed tomography or nuclear medicine twice - once without markers, to open the area of interest and again with them. After scanning, you can find the sections you are looking for, which best show the same tags.
3. Трансформиране3. Transformation
По време на първото изследване, посредством видеокамерите се снемат позициите на маркерите и се изчисляват техните координати. Следващото изследване се прави непосредствено след първото, като отново се изчисляват координатите на маркерите за съответното геометрично пространство. От разликата между тях се определят трансформационните корекции 23 за транслация, ротация и мащаб, съгласно Приложение 2. След това е необходимо да се изпълнят няколко последователни стъпки. Първо се изравняват размерите на образните матрици.During the first survey, the positions of the markers are captured by the camcorders and their coordinates are calculated. The next study is made immediately after the first one, again calculating the coordinates of the markers for the respective geometric space. The difference between them determines the transformation adjustments 23 for translation, rotation, and scale according to Appendix 2. There are several steps to be followed. First, the dimensions of the image matrices are aligned.
65991 Bl65991 Bl
Обикновено компютърните томографски изображения се снемат при размер на матрицата 512x512 пиксела. Матрицата при тримерните нуклеарно-медицински образи може да бъде 64x64 пиксела или 128x128 пиксела. По-малката матрица се изравнява с по-голямата чрез екстраполация на пикселите, с което се цели загубата на информация да е минимална. След това се прилагат корекциите за мащаб, транслация и ротация. Като критерий за точност се използва разликата в разстоянията между центровете на гравитация на два или повече маркера, виждащи се и на двете изследвания. Той се постига, когато средно квадратичната грешка от пресметнатите разлики стане минимална.Typically, computed tomography images are taken at a matrix size of 512x512 pixels. The matrix for three-dimensional nuclear medical images can be 64x64 pixels or 128x128 pixels. The smaller matrix is aligned with the larger one by extrapolating the pixels to minimize information loss. Scale, translation, and rotation adjustments are then applied. As a criterion for accuracy, the difference in the distance between the centers of gravity of two or more markers visible on both surveys is used. It is achieved when the root mean square error of the calculated differences becomes minimal.
4. Наслагване на образите4. Overlay images
Крайният резултат след приключването на горните три стъпки е наслагване 24 на нуклеарно-медицинското изображение от допълващата образно-диагностична система, представено като полупрозрачно върху компютърния томографски образ от базовата образно-диагностична система, служещ като фон.The final result after completing the above three steps is the overlay 24 of the nuclear medical image from the complementary imaging system presented as translucent on the computed tomography image from the underlying imaging system serving as the background.
Наслагването на образи може да се осъществи върху трансверзални срезове, получени от компютърни томографски и еднофотонни емисионни компютърни томографски изследвания. Тази процедура е приложима също, и когато съществува възможност за получаване на сагитални и коси срезове от двете изследвания. Друго приложение е наслагването на планарни нуклеарно-медицински образи и рентгенови снимки, където маркерите по описания вече начин се използват за референтни точки. Като трето приложение може да се посочи наслагване между образи от тримерни нуклеарно медицински и ядрено-магнитно резонансни (ЯМР) изследвания. В този случай е необходимо да се използват маркери от типа, показан на фигура 2, с цел да се избегнат дефекти и артефекти в системата на апарата за магнитния резонанс. Като маркиращо вещество за тази детекторна система може да се използва съединения със съответните свойства в твърдо или разтворено състояние, които да осигурят добра визуализация на маркерите от двете детекторни системи.Imaging can be performed on transversal sections obtained from computed tomography and single-photon emission computed tomography studies. This procedure is also applicable when it is possible to obtain sagittal and oblique sections from both studies. Another application is the overlay of planar nuclear medical images and X-rays, where the markers are already used as reference points in the manner described. A third application may be the overlay between images from three-dimensional nuclear medical and nuclear magnetic resonance (NMR) studies. In this case, it is necessary to use markers of the type shown in Figure 2 in order to avoid defects and artifacts in the system of the magnetic resonance apparatus. Compounds with the corresponding solid or solute properties can be used as a marker for this detector system to provide a good visualization of the markers from the two detector systems.
Описаният метод за наслагване на образи, посредством многофункционални маркери е приложен върху цилиндричен фантом от плексиглас като последователно са проведени тример но нуклеарно-медицинско изследване и компютърна томография. Фантомът е с размери: височина 310 mm, диаметър 200 mm, като в него са разположени различни по форма и големина геометрични структури, които да се идентифицират върху изображението. Празното пространство между тях, което е с обем 8.51 е запълнено с 370 MBq радиоактивен разтвор на технеций-99м пергехнетат, получен от молибденов генератор. На фигура 8 са показани три външни маркера, които са прикрепени към околната стена на фантома, с помощта на които ще се наслагват образите. В междината на всеки от тях са инжектирани 3.5 MBq активност от технеций-99м пертехнетат. Различните секции на фантома са изработени, така че да съдържат пластмасови или металически форми, плуващи във водния разтвор, които се визуализират върху нуклеарно-медицинския образ като “студени зони”, или дупки в пластмасовия корпус, запълнени с радиоактивен разтвор, които се визуализират като “горещи зони”.The described method of image overlay, using multifunctional markers, was applied to a cylindrical plexiglass phantom and three-dimensional nuclear medical examination and computed tomography were performed sequentially. The phantom measures 310 mm in height and 200 mm in diameter, with geometric structures of varying shape and size to be identified on the image. The empty space between them, which is 8.51 in volume, is filled with 370 MBq of radioactive solution of technetium-99m pergonate, obtained from a molybdenum generator. Figure 8 shows three external markers, which are attached to the surrounding wall of the phantom, with the help of which the images will be overlaid. 3.5 MBq of technetium-99m pertechnetate activity was injected into each of them. The various sections of the phantom are constructed to contain plastic or metal forms floating in the aqueous solution, which are displayed on the nuclear medical image as "cold zones", or holes in the plastic housing filled with a radioactive solution, which are visualized as "Hot zones".
Калибрирането, направено преди всяко от изследванията включва снимане с двете видеокамери 10 и 11 от фигура 6. От получените двойка образи от видеокамерите са изчислени центровете на гравитация на регистрираните маркери и техните тримерни координати в геометричните пространства на апаратите от фигура 3 и фигура 4. След това са изчислени корекциите за транслация, ротация и мащаб на маркерите от координатната система X2Y2Z2 в координатната система X^jZj.The calibration done before each study involves taking pictures with the two camcorders 10 and 11 of Figure 6. From the pairs of images obtained from the camcorders, the centers of gravity of the registered markers and their three-dimensional coordinates in the geometric spaces of the apparatus of Figure 3 and Figure 4 are calculated. these are the calculated corrections for translation, rotation, and scale of the markers from the X 2 Y 2 Z 2 coordinate system to the X ^ jZj coordinate system.
Образът от компютърно-томографското изследване 8.1 от фигура 8 показва разположението на маркерите, регистрирани посредством металните сфери 3 от фигура 1 и вътрешните структури на фантома в равнината на сканиране. Образът от нуклеарно-медицинското изследване 8.2 от фигура 8 показва разположението на маркерите, регистрирани посредством количеството радиоактивно вещество 4 в междината на фигура 1 и съответно вътрешните структури от фантома, запълнени със същото радиоактивно вещество. Образът 8.3 от фигура 8 показва насложените образи 8.1 и 8.2 от същата фигура, след прилагане на корекциите за транслация, ротация и мащаб върху изображението 8.2. Последните корекции са изчислени чрез координатите на маркерите, определени от проекциите на светThe image from the CT scan 8.1 of Figure 8 shows the location of the markers recorded by the metal spheres 3 of Figure 1 and the internal structures of the phantom in the scan plane. The image of Nuclear Research 8.2 from Figure 8 shows the location of the markers recorded by the amount of radioactive substance 4 in the gap of Figure 1 and, respectively, the internal structures of the phantom filled with the same radioactive substance. Image 8.3 of Figure 8 shows the overlapped images 8.1 and 8.2 of the same figure, after applying translation, rotation, and scale adjustments on image 8.2. Recent adjustments are calculated using the coordinates of the markers determined by the projections of the world
65991 Bl лоотразителните стикери 5 на фигура 1, регистрирани от системата видеокамери.65991 Bl-reflective stickers 5 in Figure 1 recorded by the camcorder system.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BG108921A BG65991B1 (en) | 2004-11-01 | 2004-11-01 | Multifunctional marker and method for image accretion |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BG108921A BG65991B1 (en) | 2004-11-01 | 2004-11-01 | Multifunctional marker and method for image accretion |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| BG108921A BG108921A (en) | 2006-05-31 |
| BG65991B1 true BG65991B1 (en) | 2010-08-31 |
Family
ID=37022714
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| BG108921A BG65991B1 (en) | 2004-11-01 | 2004-11-01 | Multifunctional marker and method for image accretion |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| BG (1) | BG65991B1 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108478937B (en) * | 2018-03-27 | 2020-06-26 | 中国医学科学院北京协和医院 | Machine matter accuse device is installed after radiotherapy |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0591712A1 (en) * | 1992-10-08 | 1994-04-13 | Leibinger GmbH | Device for marking points on the body used for medical examination |
-
2004
- 2004-11-01 BG BG108921A patent/BG65991B1/en unknown
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0591712A1 (en) * | 1992-10-08 | 1994-04-13 | Leibinger GmbH | Device for marking points on the body used for medical examination |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| BG108921A (en) | 2006-05-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4782680B2 (en) | Calibration image alignment apparatus and method in PET-CT system | |
| US7664542B2 (en) | Registering intra-operative image data sets with pre-operative 3D image data sets on the basis of optical surface extraction | |
| JP4447460B2 (en) | Combined nuclear medicine and x-ray system | |
| CN101080746B (en) | Registration of multi-modality images | |
| US7755058B2 (en) | Patient treatment using a hybrid imaging system | |
| AU766301B2 (en) | A method and system for guiding a diagnostic or therapeutic instrument towards a target region inside the patient's body | |
| JP4604101B2 (en) | Image information creation method, tomographic image information creation method of tomography apparatus, and tomography apparatus | |
| US20010044574A1 (en) | Multidiagnostic rectilinear scanner | |
| US7635847B2 (en) | Non-invasive scanning device | |
| JP2001502047A (en) | How to overlay multi-modality data in a medical imaging system | |
| JP2009236793A (en) | Method for creating image information, method for creating tomographic image information for tomographic photographing apparatus, and tomographic photographing apparatus | |
| Murphy | The importance of computed tomography slice thickness in radiographic patient positioning for radiosurgery | |
| US20070019787A1 (en) | Fusion imaging using gamma or x-ray cameras and a photographic-camera | |
| Navab et al. | Camera-augmented mobile C-arm (CAMC) application: 3D reconstruction using a low-cost mobile C-arm | |
| JP2004313785A (en) | Combinational apparatus of tomography system and x-ray projection system | |
| JP5140810B2 (en) | Tomographic image overlay display method and computer program for displaying tomographic images superimposed | |
| RUBIN et al. | 1978 memorial award paper: a computer-aided technique for overlaying cerebral angiograms onto computed tomograms | |
| BG65991B1 (en) | Multifunctional marker and method for image accretion | |
| DE102011083853B4 (en) | Fusion SPECT / C-arm imaging | |
| Gong et al. | Comparison and evaluation of PET/CT image registration | |
| Hemm et al. | Thallium SPECT-based stereotactic targeting for brain tumor biopsies: a technical note | |
| US7030384B2 (en) | Adaptive opto-emission imaging device and method thereof | |
| Ji et al. | Accurate coregistration between ultra-high-resolution micro-SPECT and circular cone-beam micro-CT scanners | |
| Zhao et al. | Mobile x-ray tomography system with intelligent sensing for 3D chest imaging | |
| US20220296196A1 (en) | Method for Monitoring PET Readout Positions Using MRI Fiducials |