CN103055424A - 一种基于ct/mri双体位扫描自动配准与融合放射治疗疗效评价装置及方法 - Google Patents

一种基于ct/mri双体位扫描自动配准与融合放射治疗疗效评价装置及方法 Download PDF

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本发明公开了一种基于CT/MRI双体位扫描自动配准与融合放射治疗疗效评价装置及方法，属于医疗技术领域，装置包括CT/MRI机体、CT/MRI扫描床、四象限扫描板、装有图像配准与融合软件的计算机；四象限扫描板为正方形，在正方形对角线嵌有两根相交斜杆；两斜杆端部均密封、内部均开设有空腔，且空腔互通并装有油脂；计算机连接CT/MRI机体；方法步骤包括头模的制作与佩戴、四象限扫描板协助CT/MRI定位、CT/MRI定位扫描、基于像素点的配准、融合和疗效评价。有益效果是利用像素值，实现双体位任意放疗定位扫描图像的自动配准与融合，便于医护对放射治疗疗效进行客观评价。

Description

一种基于CT/MRI双体位扫描自动配准与融合放射治疗疗效评价装置及方法
技术领域
本发明涉及一种基于CT/MRI双体位扫描自动配准与融合放射治疗疗效评价装置及方法，属于医疗技术领域。
背景技术
图像配准与融合在放射治疗中具有重要意义，CT/MRI定位图像融合用于放射治疗计划系统可显著提高肿瘤靶区的识别与勾画的准确性。但是，由于CT/MRI图像扫描参数不一致，病人体位的重合性难于掌握，扫描获得的图像往往很难找到一致体位，这给后续的图像配准和融合带来了很大的困难和不确定性。
现今的研究主要集中在如何实现CT、MRI、ECT等图像的配准与融合在放射治疗计划设计中的应用。如基于特征点的配准研究大多采用近似体位特征点进行配准，图像的配准不够精确，融合和评价过程较为繁杂，从而限制了融合图像在临床的实际应用；又如体外标记点辅助方案可以较有效地解决CT/MRI图像体位一致性问题，人工标记点在CT/MRI图像上均可显像，但是这种仅仅依靠有限的体外标记点存在致命的弱点，即很难实现在CT/MRI图像上均显示到某一人工标记点，体位一致性仍存在不确定性。同时由于横断位和矢状位扫描体位特征点也不太方便确定，两种体位在CT或MRI单机融合还难于实现，更不用说是CT/MRI双体位任意扫描图像之间的自动配准与融合。另一个现实是在实现客观快速的放射治疗疗效评价准确方法很少有人研究，目前放射治疗疗效评价主要是依靠临床医生肉眼主管判断，客观性差，给出量化评价困难，如何找到客观快速的放射治疗疗效评价准确方法是急需解决的问题。
发明内容
针对上述现存的CT/MRI双体位定位扫描图像在配准与融合中体位一致性的技术问题，本发明提供一种基于CT/MRI双体位扫描自动配准与融合放射治疗疗效评价装置及方法，以实现双体位放射治疗前后任意定位扫描图像之间的自动配准与融合，为放射治疗疗效评价提供依据。
本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：一种基于CT/MRI双体位扫描自动配准与融合放射治疗疗效评价装置，包括CT/MRI机体和CT/MRI扫描床，还包括放置在CT/MRI扫描床前部的四象限扫描板，以及安装有图像配准与融合软件的计算机；四象限扫描板为正方形薄板，在正方形的对角线位置嵌有两根相交的斜杆；两斜杆的端部均密封、内部均开设有空腔，两斜杆的内部空腔互通，空腔中装有油脂；计算机连接CT/MRI机体。
一种利用基于CT/MRI双体位扫描自动配准与融合放射治疗疗效评价装置进行放射治疗疗效评价的方法，包括如下步骤：
A、放疗新病人时，首先进行头模的制作与佩戴：患者取仰卧位，热塑头模成形并固定在患者头部，使头模不可随意移动；已放疗的病人直接佩戴前次放疗保存的头模即可；
B、利用四象限扫描板进行CT/MRI定位：将患者头部放置于四象限扫描板上，先利用摆位十字激光线确定头模左右两侧的位置，并做好标记；再利用CT/MRI机房顶部的摆位十字激光线确定头模面部的位置，并做好标记； 
C、利用 CT/MRI机体进行定位扫描：在相同定位条件下，对患者分别进行横断位和矢状位扫描，获取CT/MRI横断位扫描图像和CT/MRI矢状位扫描图像，并传送至安装有图像配准与融合软件的计算机上；
D、基于像素点的配准：图像配准与融合软件利用像素值分别对CT/MRI横断位扫描图像和CT/MRI矢状位扫描图像同一体位进行自动配准，即找到两种扫描图像上的相同坐标点； 
E、基于像素点的的融合：对已配准的图像进行融合，即融合两种扫描图像上相同坐标点的像素值；
F、融合结果用于疗效评价：医生根据已融合的放射治疗前后的扫描图像，分析患者放射治疗前后病灶的变化情况。
本发明的有益效果是：四象限扫描板配合图像配准与融合软件，利用空间直角坐标系中的像素值，使得图像任一点空间坐标的表达和计算简单直接，实现了CT/MRI横断位和矢状位或冠状位双体位任意放疗定位扫描图像的自动配准与融合，提高了CT/MRI图像配准和定位的精确度，达到了放疗前后病灶变化情况突出显示，从而方便了医护人员对放射治疗疗效进行客观评价，且操作方便快捷，体位定位准确。
附图说明
图1为本发明放射治疗疗效评价方法的流程图；
图2为本发明装置的结构示意图；
图3为本发明装置在MRI上的放置示意图；
图4为本发明装置在CT上的放置示意图；
图5为患者头部的摆位示意图；
图6为CT/MRI的扫描线示意图；
图7为CT/MRI扫描切面及象限坐标示意图；
图8为CT/MRI的横断位扫描图像；
图9为CT/MRI的矢状位扫描图像；
图10为本发明方法中融合过程的流程图。
图中：1、四象限扫描板，2、连接板，3、斜杆，4、空腔，5、CT/MRI床，51、CT/MRI床移动板，6、CT/MRI头部托架，7、头部，8、头模，9、横断位扫描线，10、矢状位扫描线，11、X轴，12、Y轴，13、Z轴，14、CT/MRI横断位切图，15、CT/MRI矢状位切图，16、摆位十字激光线，17、切面交线，18、CT/MRI横断位扫描图像，19、CT/MRI矢状位扫描图像，20、原点，21、交点，22、图像配准与融合软件。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图2、图3和图4所示，一种基于CT/MRI双体位扫描自动配准与融合放射治疗疗效评价装置，包括CT/MRI机体和CT/MRI扫描床5，还包括放置在CT/MRI扫描床5前部的四象限扫描板1，进一步实施时，如图3和图4所示，四象限扫描板1通过连接板2紧固连接CT/MRI扫描床5上CT/MRI床移动板51靠近CT/MRI机体的一端。四象限扫描板1为正方形薄板，在正方形的对角线位置嵌有两根相交的斜杆3，两斜杆3的直径范围为3mm-5mm，两斜杆3的端部均密封、内部均开设有空腔4，两斜杆3的内部空腔4互通，空腔4中装有油脂，其中，油脂采用植物油脂，也可是其他能使CT/MRI扫描成像但不产生伪影的材料。此外，还包括安装有图像配准与融合软件22的计算机，且计算机连接CT/MRI机体。安装时，四象限扫描板1一端设有连接板2，CT/MRI扫描床5上设置有CT/MRI床移动板51，连接板2紧固水平连接CT/MRI床移动板51；四象限扫描板1上还放置CT头部托架6或MRI头部扫描线圈。
一种利用基于CT/MRI双体位扫描自动配准与融合放射治疗疗效评价装置进行放射治疗疗效评价的方法，简要流程如图1所示：
A、对于欲放疗的新病人甲，首先进行头模8的制作与佩戴：患者取仰卧位，热塑头模8成形并固定在患者头部7，注意保存患者头部7的头模8。而且头模8不可随意移动，但整个头模8无需固定在基础环等固定物上，如图5所示。对于之前已经进行过放疗的病人乙，则直接佩戴前次放疗保存的头模8即可。
B、利用四象限扫描板1进行CT/MRI定位：将四象限扫描板1通过连接板2安装在CT/MRI床移动板51靠近CT/MRI机体的一端，使患者头部放置于四象限扫描板1上或者其上的CT/MRI头部托架上，如图3和图4所示。在扫描开始前，先利用摆位十字激光线16确定头模8左右两侧位置，并做好标记，再利用CT/MRI机房顶部的摆位十字激光线16确定头模8面部位置，并做好标记，如图5所示。放射治疗前后激光定位标记位置将不再改变，放疗后仍然利用该激光定位标记进行摆位扫描操作即可。
C、利用 CT/MRI机体进行定位扫描：在相同定位条件下，对患者分别进行横断位和矢状位扫描，如图6所示，从而获取CT/MRI横断位扫描图像18和CT/MRI矢状位扫描图像19，如图8和图9所示。此外，四象限扫描板1上的斜杆3 在进行CT/MRI 定位扫描时可以成像，并在CT/MRI横断位扫描图像18和CT/MRI矢状位扫描图像19中以横断位扫描线9和矢状位扫描线10分别与斜杆3的交点21显示。
D、基于像素点的配准：将CT/MRI机体与安装有图像配准与融合软件22的计算机通过网络连接，CT/MRI横断位扫描图像18和CT/MRI矢状位扫描图像19通过网络直接提供给图像配准与融合软件22，图像配准与融合软件22利用像素值分别对CT/MRI横断位扫描图像18和CT/MRI矢状位扫描图像19同一体位进行自动配准与融合，具体原理和方法如下：四象限扫描板1的中心为原点20，分别做垂直于四象限扫描板1相邻两边的两垂线作为X轴11和Y轴12，形成平面直角坐标系。对患者分别进行横断位和矢状位扫描时，在X轴11和Y轴12确定的四象限平面内形成横断位扫描线9和矢状位扫描线10，且两条扫描线分别与两斜杆3切出两个交点21（特殊情况下，即经过两斜杆3交点时切出1个交点），如果每条扫描线上的两个交点21之间的距离可知，则每个交点21分别距X轴11和Y轴12的垂直距离也就自动得出。
如图6所示，在平面直角坐标系中，以横断位扫描线8位于第一第二象限、矢状位扫描线9位于第二第三象限为例，定义原点20的平面坐标为（0，0），CT/MRI横断位扫描线9与斜杆3的两个交点21之间的距离为S1，矢状位扫描线10与斜杆3的两个交点21之间的距离为S2，则CT/MRI横断位扫描线9两个交点21的坐标分别为（-S1/2，S2/2）、（S1/2，S2/2），矢状位扫描线10两个交点21的坐标分别为（-S1/2， S2/2）、（-S1/2，-S2/2）。同时，CT/MRI横断位切图14和CT/MRI矢状位切图15交于切面交线17，对于切面交线17而言，其在X轴11和Y轴12的平面投影坐标都为（-S1/2，S2/2）。此时，若加入经过原点（20）垂直于四象限扫描板（1）的一垂线Z轴，建立空间直角坐标系，如图7所示，则原点20坐标为（0，0，0），切面交线17上任一点的坐标为（-S1/2，S2/2，z），z的值即为该任一点距离X轴11和Y轴12所在平面的垂直距离。这样一来，对于CT/MRI横断位扫描图像18和CT/MRI矢状位扫描图像19同一体位的任意一点而言，该点在切面交线17上，z的值也可确定，则该点的坐标即为（-S1/2，S2/2，z）。
在进行CT/MRI横断位扫描图像18和CT/MRI矢状位扫描图像19同一体位配准与融合时，配准即找到两种扫描图像上的相同坐标点（-S1/2，S2/2，z），图像配准与融合软件22根据四象限扫描板1分别在CT/MRI横断位扫描图像18和CT/MRI矢状位扫描图像19中显示的交点21之间的距离是否一致，即S1、S2的大小是否一致，并且相同坐标点的z值是否一致，来确定相同坐标点和体位的一致性。
E、基于像素点的的融合：在上述基础上对已配准的图像进行融合，即融合两种扫描图像上相同坐标点（-S1/2，S2/2，z）的像素值。而每一个相同坐标点都可通过图像配准与融合软件22自动确定，从而完成了CT/MRI横断位扫描图像18和CT/MRI矢状位扫描图像19同一体位的自动配准与融合。
综上，如图10所示，可以实现CT/MRI横断位和矢状位双体位定位图像的自动配准与融合。图像配准与融合软件22处理的可以是CT与MRI横断位和矢状位双体位任意放疗定位扫描图像的自动配准与融合，也可以是CT或MRI单一机器横断位和矢状位双体位任意放疗定位扫描图像的自动配准与融合。
F、融合结果用于疗效评价：扫描图像配准与融合后，能够突出显示患者放射治疗前后病灶变化情况，医生根据已融合的放射治疗前后的扫描图像，评价患者放射治疗的疗效，评价结果更加客观准确，操作简单便捷。
此外，当四象限扫描板1的连接板2紧固垂直连接CT/MRI床移动板51任意一侧时；CT头部托架6或MRI扫描线圈居中放置在CT/MRI床移动板51上，并正对于四象限扫描板1，此时进行CT/MRI扫描，按照上述方法也可以完成CT与MRI横断位和冠状位双体位任意放疗定位扫描图像的自动配准与融合，也可以是CT或MRI单一机器横断位和冠状位双体位任意放疗定位扫描图像的自动配准与融合。

Claims (6)

1.一种基于CT/MRI双体位扫描自动配准与融合放射治疗疗效评价装置，包括CT/MRI机体和CT/MRI扫描床（5），其特征在于，还包括放置在CT/MRI扫描床（5）前部的四象限扫描板（1），以及安装有图像配准与融合软件（22）的计算机；四象限扫描板（1）为正方形薄板，在正方形的对角线位置嵌有两根相交的斜杆（3）；两斜杆（3）的端部均密封、内部均开设有空腔（4），两斜杆（3）的内部空腔（4）互通，空腔（4）中装有油脂；计算机连接CT/MRI机体。
2.根据权利要求1所述的一种基于CT/MRI双体位扫描自动配准与融合放射治疗疗效评价装置，其特征在于，所述空腔（4）中装的油脂是植物油脂。
3.根据权利要求1所述的一种基于CT/MRI双体位扫描自动配准与融合放射治疗疗效评价装置，其特征在于，所述的斜杆（3）的直径范围为3mm-5mm。
4.根据权利要求1所述的一种基于CT/MRI双体位扫描自动配准与融合放射治疗疗效评价装置，其特征在于，所述的四象限扫描板（1）一端设有连接板（2），CT/MRI扫描床（5）上设置有CT/MRI床移动板（51），连接板（2）水平连接CT/MRI床移动板（51）。
5.根据权利要求1所述的一种基于CT/MRI双体位扫描自动配准与融合放射治疗疗效评价装置，其特征在于，所述的四象限扫描板（1）上还放置有CT头部托架（6）或MRI头部扫描线圈。
6.一种利用如权利要求1所述的基于CT/MRI双体位扫描自动配准与融合放射治疗疗效评价装置进行放射治疗疗效评价的方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、放疗新病人时，首先进行头模（8）的制作与佩戴：患者取仰卧位，热塑头模（8）成形并固定在患者头部（7），使头模（8）不可随意移动；已放疗的病人直接佩戴前次放疗保存的头模（8）即可； 
B、利用四象限扫描板（1）进行CT/MRI定位：将患者头部放置于四象限扫描板（1）上，先利用摆位十字激光线（16）确定头模（8）左右两侧的位置，并做好标记；再利用CT/MRI机房顶部的摆位十字激光线（16）确定头模（8）面部的位置，并做好标记； 
C、利用 CT/MRI机体进行定位扫描：在相同定位条件下，对患者分别进行横断位和矢状位扫描，获取CT/MRI横断位扫描图像（18）和CT/MRI矢状位扫描图像（19），并传送至安装有图像配准与融合软件（22）的计算机上；
D、基于像素点的配准：图像配准与融合软件（22）利用像素值分别对CT/MRI横断位扫描图像（18）和CT/MRI矢状位扫描图像（19）同一体位进行自动配准，即找到两种扫描图像上的相同坐标点； 
E、基于像素点的融合：对已配准的图像进行融合，即融合两种扫描图像上相同坐标点的像素值；
F、融合结果用于疗效评价：医生根据已融合的放射治疗前后的扫描图像，分析患者放射治疗前后病灶的变化情况。
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