CN101061520A - 改进的实时位置数据表示 - Google Patents

Abstract

一种成像系统(10)包括成像模态，如PET成像系统(12)和CT扫描器(14)。CT扫描器(14)用于生成用于形成初级轮廓的第一图像(62)。PET系统(12)用于提供第二图像(56)，其提供关于相同或重叠解剖学区域的互补信息。在第一和第二图像(62，56)彼此配准之后，第一和第二图像(62，56)同时被分割以画出锁眼(76)。将第二图像(56)的锁眼部分插入到第一图像(62)的锁眼(76)内。用户可观察合成图像并通过鼠标(52)使锁眼(76)的边界(78)变形以更好地集中在事先定义的锁眼内的感兴趣区域上。

Description

改进的实时位置数据表示

本发明涉及诊断成像技术。其尤其与肿瘤研究中的放射治疗方案联合应用，并将具体参照其进行描述。然而，应当意识到，本发明还可应用于诊断成像模态的更广的范围以及用于为了各种原因对各种器官的研究。

在肿瘤治疗方案中，肿瘤学家典型生成待治疗区域的CT图像或多个X射线投影图像。这些图像显示出骨骼和其它内部结构，但不需要使肿瘤与非癌组织区分开。肿瘤处置方法中的一个优选方法是使高功率肿瘤杀死X射线束准确对准内部肿瘤。如果选定的轨迹恰好有轻微的偏移，则X射线束将会治疗大部分肿瘤，但会遗留未受到照射的一段并且同时损伤健康组织。相反地，一些组织易于受射线的损伤，而且致密组织，例如骨骼，会吸收相当大部分的射线，从而改变射线剂量。轨迹被选择为避开这些组织，但通常需要靠近它们以到达目标。如果轨迹轻微偏移，这些组织就会受到损伤或者剂量发生未知的改变。

射线束与待治疗体的形状相适应，以使对相邻区域的射线最小化。操纵每个射线束使其以不同的强度到达患者。束直径形成得过大的害处是其会照射和伤害健康组织。束直径形成得较小会增加癌症组织未受到照射的概率。肿瘤的尺寸、形状和位置知道得更准确，就可使治疗束准直得更窄，以在确保照射全部癌症组织的同时使周围组织的照射最小化。对精确目标和“风险中的组织”的描绘是重要的。

对医学诊断图像进行轮廓绘制和分割以从周围组织中描绘出目标解剖学器官，如膀胱或肺部，或者描绘出要避免的组织。典型地，该轮廓绘制实现为CT数据。CT数据使得可以定义出患者区域的场界限和轮廓，在该患者区域中对参考点，如基准或解剖学标记进行投影。CT数据的优点在于其提供关于组织密度的信息，从而允许计算射线剂量。然而，CT不能提供足够的对比度以清楚地识别某些解剖学位置中的软组织结构。例如，在头颈区，需要描绘出CT数据中许多低对比度或者甚至是不可见的结构，这是一个艰巨的任务。此外，一些患者对获得关于肿瘤扩散的信息所需要的碘造影剂过敏。

所述CT图像的缺点可利用来自CT数据集之外的数据源的图像，通过增加关于肿瘤及其周围组织的生理和功能性信息来克服。本申请考虑一种新颖的和改进的自动配准技术，该技术克服了上述问题及其它问题。

根据本发明的一个方面，公开一种诊断成像系统。第一扫描器获得对象感兴趣区域的第一图像。第二扫描器获得对象感兴趣区域的第二图像。一装置使第一和第二图像彼此配准，从而第一和第二图像重合。一装置同时分割第一和第二图像以画出锁眼(keyhole)。合并装置将第二图像的锁眼部分插入到第一图像的锁眼内。

根据本发明的另一方面，公开一种诊断成像方法。获得对象感兴趣区域的第一图像。获得对象感兴趣区域的第二图像。使第一和第二图像彼此配准，从而第一和第二图像重合。同时分割第一和第二图像以画出锁眼。将第二图像的锁眼部分插入到第一图像的锁眼内。

本发明的一个优点是在基于与CT数据融合的互补信息的射线治疗方案中改进了数据表示。

另一个优点在于提高了常规手动轮廓绘制工具的效率。

另一个优点在于提高了自动轮廓绘制工具的效率。

另一个优点在于改进了显示，该显示简化了活动肿瘤的识别。

在阅读和理解下列优选实施例的详细说明后，对本领域技术人员而言，本发明的其它优点和有益效果将变得更为明显。

本发明可采用各种部件和部件设置，以及各种步骤和步骤设置形式。附图仅用于解释说明优选实施例的目的，而不应解释为限制本发明。

图1是包括两个模态的成像系统的示意表示；

图2是形成封闭系统的两个模态的示意表示；

图3A和3B示意性示出由两个模态生成的两个图像；

图3C示意性示出合成图像；和

图4是另一成像系统的示意表示。

参见图1，多模态系统10包括互补模态，如PET成像系统12，和计算机断层摄影(CT)扫描器14。CT扫描器14用于生成初级数据集，该初始数据集用于由轮廓绘制或分割装置16绘制轮廓。互补模态12用于提供互补或二级数据集，该二级数据集提供关于相同或重叠解剖学区域的互补信息。该互补数据集还可由被标记的解剖学地图、其它图像模态，例如MRI、SPECT等，以及功能图像，例如fMRI提供。互补数据用于通过将重点放在图像特征空间的其它方面来支持自动轮廓绘制算法，以检测感兴趣解剖学结构的边界，以及通过向用户提供增强的观察环境来增加手动轮廓绘制的效率。例如，在PET-CT系统中，PET创建体内高代谢活动的图像，而不是创建周围解剖学结构的图像。PET-CT系统在难于治疗的区域(例如头颈区，纵隔，术后腹部)内是特别有帮助的。典型地，在进行PET-CT扫描之前，对象接受一定剂量的放射性药物。该药物集中在特定器官或区域并使射线从该器官或区域发出。在扫描期间，射出射线的轨迹由PET系统检测，创建成放射性药物在对象内的分布图像。该图像可显示循环系统和/或放射性药物在各个区域或器官内的相对吸收。来自CT扫描的解剖学数据与来自PET扫描的代谢数据在PET-CT图像中的组合向医生给出额外的可视信息以确定是否存在病变，病变的位置和程度，并建立合适的治疗方案。

继续参见图1，CT扫描器14包括非旋转台架18。X射线管20安装在旋转台架22上。孔24形成CT扫描器14的检查区域26。辐射检测器阵列设置在旋转台架22上以在X射线穿过检查区域26后接收来自X射线管20的射线。可替换地，检测器阵列28可位于非旋转台架18上。

PET成像系统12包括安装在轨道32上的正电子发射断层摄影(PET)扫描器30。轨道32平行于对象支架或床34的纵轴延伸，从而使CT扫描器14和PET扫描器30形成如图2所示的闭合系统。设置移动装置36，如电机或驱动器用于使扫描器30移进和移出闭合位置。检测器38优选在形成检查区域42的孔40周围排列成静止环。还可考虑采用可旋转检测器头。床移动装置44，如电机和驱动器，提供床34在检查区域26，42内的纵向移动和垂直调整。

继续参见图1并进一步参见图3A和3B，成像工程师利用工作站46进行扫描，工作站46包括用于实现图像处理功能和操作的CPU处理器或硬件装置48和软件装置50。工作站46优选包括一个或多个输入设备52(例如计算机键盘、鼠标等)，以及一个或多个监视器或显示器54。用户通过输入设备52可选择性地控制工作站46和/或整个系统10。载有对象的床34由床移动装置44移入检查区域42，用于由PET扫描器30产生互补图像或PET图像56。电子数据由PET重建处理器58重建成PET图像并存储到PET图像存储器60内。床移动装置44移动床34以将载有对象的床放置到CT扫描器检查区域26内，在此拍摄初级或CT图像62。更具体地，载有对象的床34移动到CT检查区域26内在几何上和机械上预测为与其在PET成像区域42内的成像位置相同的位置。电子数据由CT重建处理器64重建成3D CT图像并存储在CT图像存储器66内。

互补和CT图像56，62通过对准处理器或装置70彼此对准，从而使互补和CT图像56，62中的共同参考点重合。更具体地，对准处理器70实现图像的相对缩放、平移和/或旋转以补偿扫描器30，14之间的对象移动并施加额外的缩放、平移、旋转和其它线性和非线性变换，以达到两个图像中共同参考点的配准。这些参考点优选易于识别，如定义清楚的解剖学地标，其从互补图像56到CT图像62相对于彼此只会产生极小的移动或相对位移或者不会产生移动或相对位移。例如，这些参考点可以是骨骼尖端，其在考虑或相对于受检查组织块进行的运动是基本上静止的。可选择地，在成像期间可施加能够在图像中可视化的基准或其它类似人工地标，并用作供对准目的的参考点。

在一个实施例中，对准处理器70响应用户在每个图像内的参考点选定自动配准图像56，62。可选择地，对准处理器70使得用户能够进行手动配准或配准调整。无论哪种情况下，对准可发生在图像已被标记之后，或者在标记之前。经对准的图像存储在对准图像存储器72内。为提供对准图像56，62的人类可观察描述(例如，3D表示、2D横截面、表面再现(surface rendering)等)，对准图像存储器72内的图像数据由视频处理器74转换成合适格式以显示在监视器54上。优选地，PET和CT图像56，62在显示器54上呈现为并排关系。可替换地，图像56，62以覆盖方式呈现。用户采用输入装置52控制图像56，62的显示。

继续参见图1、3A和3B，并进一步参见图3C，轮廓绘制装置16分割CT图像62以描绘锁眼76，例如以指定带有目标边界78的特定解剖学目标体积，如感兴趣器官。目标边界78由用户通过采用手动图像修正装置80进行调整。手动图像修正装置80包括手动局部工具，其允许用户控制CT图像62中的局部界面区域以采用输入装置52建立目标边界78。例如，例如铅笔的手动工具可用于使边界78变形或拖曳边界78，或者一系列变钝或变形工具等。虽然操作者典型地对CT图像进行轮廓绘制或分割，也可在PET图像中同时定义相同的轮廓绘制或分割。当然，调整PET图像中的轮廓和分割可在CT图像中产生相同的变化。

合并装置82用PET图像的对应部分替换轮廓绘制或分割部分，即，CT图像中绘制出轮廓的锁眼76。以这种方式，PET扫描中的感兴趣区域由CT图像包围，该CT图像更易于读出解剖学信息以帮助相对于对象定位感兴趣区域。可替换地，被插入的感兴趣区域可通过使其合并或叠加到来自另一模态或者其它增强技术的图像来得到增强。合并装置82采用如本领域所公知的图像合并和/或叠加技术和其它算法。以这种方式，合并的图像84优选可显现以下二者：(i)被关注的组织块或目标器官的准确尺寸和形状以及代谢信息(即来自互补图像56)；和(ii)包括可能被治疗束损伤的风险组织的相对位置在内的周围组织的精确地图(即来自CT图像62)。继续使用手动修正装置80，用户可通过鼠标52移动边界78，例如，以更好地集中在事先定义的锁眼内的感兴趣区域上。以这种方式，操作者可采用代谢信息使锁眼更精确地与目标器官内的目标组织吻合。在一个实施例中，用户可采用鼠标52的左键86来拉动CT图像62，而采用鼠标52的右键88来拉动PET图像56。以这种方式，用户可在锁眼中在PET图像56和CT图像62之间来回翻动。

在一个实施例中，合并装置82将来自两个或多个不同模态的融合图像叠加到锁眼76上。来自不同模态的图像的融合在本领域中是已知的。将融合图像叠加到锁眼76在采用自动分割处理的一个实施例中是特别有利的，因为CT数据的自动分割由于一些软组织对比度不足而可能很困难。自动分割典型采用诊断图像内感兴趣区域的3D预定模型。这样，在一个实施例中，自动分割可开始于选定的模型并进一步通过将多模态的融合图像叠加到锁眼76上并且手动调整边界78来精确地手动完成。

来自合并装置82的3D合并或叠加图像84存储在合并图像存储器90(或类似电子、磁性、光学或其它存储设备)内，在此其可有选择地由工作站46访问。优选地，图像存储器90结合在工作站46内。

在一个实施例中，建立工作站46以提供治疗计划。更具体地，合并装置82将计划图像叠加到合并图像84上，包括锁眼76。这能够使肿瘤块更加清晰，形成最佳的用于放射疗法的感兴趣体积，以更准确地设计射线束的几何形状。如放射疗法这类的治疗在硬件48上进行模拟，其结果显示在监视器54上。

例如，在一个模拟中，对各种射线剂量做出计划以将它们输送到合并图像84中的选定区域。该模拟使用户能够实际在对象上实施前设计治疗方案并回顾模拟结果。第一剂量可计划成使第一轨迹穿过对应于锁眼76内目标组织的区域或体积，例如肿瘤。该目标组织可以小于锁眼76或者锁眼76的尺寸可设计成与目标组织相匹配。从而，第一剂量输送在该计划中得到精确的模拟，并可在对象上精确地实行。同样地，第二剂量可计划成使第二轨迹穿过对应于目标组织的区域或体积。沿多个轨迹重复该处理过程以确保全部束正好相交于目标组织并避开风险组织。

参见图4，例如，接受肺癌治疗的患者位于CT扫描器14内进行后续检查以使肺部得到重新检查。肿瘤学家比较存储在CT图像器66内来自CT扫描器的当前图像与患者在早些时间拍摄的图像。基于该比较，肿瘤学家可确定病变发展速度、治疗进度、其是否得到减轻，以及相应地调整放射疗法的治疗。

来自医院存档或来自另一存储介质100的同一患者的锁眼区域的图像经检索并存储到存档3D体积测量图像存储器102内。当然，CT图像和存档图像存储器66，102都可以是共用存储介质的一部分。对准装置70检索当前和存档图像并自动配准这两个图像以同时显示在监视器54上。当对准处理器70发现当前和存档图像中的差异时，轮廓绘制装置16自动将锁眼76放置到具有主要畸变的区域上。引导用户对锁眼76内的图像进行再核查以确定该变化是响应治疗而在肿瘤中的实际改变导致的还是由患者的运动导致的。而后，治疗师可评估和/或修改治疗方案。

在另一个实施例中，锁眼76显示一系列时间变化图像。例如，如果图像是在多个前述治疗阶段生成的，则对全部前述图像进行轮廓绘制以形成相同的锁眼。由当前图像包围的锁眼76按时间顺序连续显示前述图像的相应区域。作为另一实施例，锁眼76显示随着放射性药物被吸收或排出，PET或SPECT图像随时间的演变。

在另一实施例中，定义两个或多个锁眼76。每个锁眼76可定义不同的肿瘤或者一些可定义肿瘤而其它定义风险组织。虽然已参照CT和PET图像进行描述，还考虑采用诊断成像技术(超声、MRI、SPECT、荧光透视和数字X射线等)的其它组合。

本发明已参照优选实施例进行描述。显然，在阅读和理解前面详细描述后，其他人可进行修改和替换。本发明应当解释为包括全部这些修改和替换，只要它们落入所附的权利要求书及其等效表述的范围内。

Claims (21)

1、一种诊断成像系统(10)，包括：

用于获得对象感兴趣区域的第一图像(62)的第一扫描器(14)；

用于获得对象感兴趣区域的第二图像(56)的第二扫描器(30)；

用于使第一和第二图像(62，56)彼此配准，从而第一和第二图像(62，56)重合的装置(70)；

用于同时分割第一和第二图像(62，56)以画出锁眼(76)的装置(16)；和

用于将第二图像(56)的锁眼部分插入到第一图像(62)的锁眼(76)内的合并装置(82)。

2、根据权利要求1所述的系统，其中第一和第二扫描器(14，30)用不同模态生成诊断图像。

3、根据权利要求2所述的系统，其中这些模态包括PET、SPECT、MRI、超声、荧光透视、CT和数字X射线中的至少两种。

4、根据权利要求1所述的系统，其中合并装置(82)将至少两个成像模态的锁眼部分融合在第一图像(62)的锁眼(76)内。

5、根据权利要求1所述的系统，其中分割装置(16)包括：

用于手动修正锁眼(76)的边界(78)的装置(80)。

6、根据权利要求1所述的系统，其中第一扫描器(14)与第一存储装置(66)相连以生成对象感兴趣区域的第一图像(62)并且还包括：

存档装置(100)，从该存档装置提取在早些时间拍摄的对象锁眼区域的第二图像(56)，并将该图像载入第二存储装置(102)，以及配准装置(70)自动触发分割装置(16)来选定第一和第二图像(62，56)之间的主要畸变区作为锁眼(76)。

7、根据权利要求1所述的系统，其中第一扫描器(14)与第一存储装置(66)相连以生成对象感兴趣区域的第一图像(62)并且还包括：

存档装置(100)，从该存档装置提取对象锁眼区域的一系列在前第二图像(56)，并将该图像载入第二存储装置(102)，所述第二图像(56)对于第二扫描器(30)的发展和随时间生长的肿瘤的治疗是通用的，并且其中合并装置(82)将每个第二图像(56)的锁眼部分按时间顺序插入到第一图像(62)的锁眼(76)内。

8、根据权利要求1所述的系统，其中合并装置(82)添加对象的计划图像并且还包括：

放射疗法计划工作站(46)，其由用户使用以模拟放射疗法治疗阶段。

9、根据权利要求1所述的系统，其中第一和第二扫描器(14，30)对应地是CT扫描器和PET扫描器。

10、一种诊断成像方法，包括：

获得对象感兴趣区域的第一图像；

获得对象感兴趣区域的第二图像；

使第一和第二图像彼此配准，从而第一和第二图像重合；

同时分割第一和第二图像以画出锁眼(76)；和

将第二图像的锁眼部分插入到第一图像的锁眼内。

11、根据权利要求10所述的方法，其中用不同模态生成第一和第二诊断图像。

12、根据权利要求11所述的方法，其中这些模态包括PET、SPECT、MRI、超声、荧光透视、CT和数字X射线中的至少两种。

13、根据权利要求10所述的方法，其中插入步骤包括：

将至少两个模态的锁眼部分融合在第一图像的锁眼内。

14、根据权利要求10所述的方法，其中分割步骤包括：

手动修正锁眼的边界(78)。

15、根据权利要求10所述的方法，还包括：

生成对象感兴趣区域的第一图像；

从存档装置(100)获得对象感兴趣区域的早先生成的第二图像；和

自动选定第一图像和第二图像之间的主要畸变区作为锁眼。

16、根据权利要求10所述的方法，还包括

用第一扫描器(14)生成对象感兴趣区域的初级图像；

从存档装置(100)获得对象锁眼区域的一系列在前第二图像(56)，所述第二图像是用第二扫描器(30)生成的并且以随时间的肿瘤治疗和发展为特征；和

将每个第二图像的锁眼部分按时间顺序插入到第一图像(62)的锁眼(76)内。

17、根据权利要求10所述的方法，其中插入部步骤包括添加对象的计划图像并且还包括：

在放射疗法工作站模拟放射疗法治疗阶段。

18、根据权利要求10所述的方法，其中第一图像是用CT扫描器生成的并且获得第二图像的步骤包括：

用PET扫描器生成第二图像。

19、根据权利要求10所述的方法，还包括：

使第一和第二图像固定于锁眼(76)。

20、一种用于执行权利要求10的方法的成像设备。

21、一种诊断成像系统(10)，包括：

用于获得对象感兴趣区域的第一图像(62)的第一扫描器(14)；

用于获得对象感兴趣区域的第二图像(56)的第二扫描器(30)；

被编程以便执行以下步骤的处理器(48)：

使第一和第二图像(62，56)彼此配准，从而第一和第二图像(62，56)重合；

同时分割第一和第二图像(62，56)以画出锁眼(76)；和

将第二图像(56)的锁眼部分插入到第一图像(62)的锁眼(76)内。

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