CN103284743B - 确定标记物位置和患者呼吸曲线的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及确定标记物位置和患者呼吸曲线的方法及装置。所述方法包括：从身上放置有标记物的患者的定位图像获取标记物的粗略位置，并根据所述粗略位置确定标记物位置的搜索范围；对从CT设备的探测器阵列连续地采集的身上放置有标记物的患者的多组投影数据求和以得到投影数据和；从所述投影数据和判断落在所述搜索范围内的可能标记物位置；以及针对每个可能标记物位置：确定所述多组投影数据中每组投影数据的与该可能标记物位置相应的精确位置；如果所述多组投影数据的所述相应的精确位置之间具有一致性，则将该可能标记物位置判断为与所述多组投影数据相对应的真正的标记物位置。通过本发明，可以增强在低剂量X射线的情况下检测标记物位置的可靠性。

Description

确定标记物位置和患者呼吸曲线的方法及装置

技术领域

本发明涉及CT(Computerized tomography，计算机断层扫描)领域，具体地涉及确定标记物位置和患者呼吸曲线的方法及装置。

背景技术

在自由呼吸CT扫描期间，患者的呼吸运动可能会导致胸腔和上腹部的3D图像中肿瘤的目标轮廓的显著失真。为了消除或者减少患者的呼吸运动引起的伪影对胸腹部脏器CT扫描的影响，达到准确诊断和治疗的目的，提出了四维CT(4D CT)的概念。4D CT技术已广泛应用于胸腹部癌症放射疗法的治疗模拟。4D CT可以通过在每个床位(Z方向)处过采样CT切片、然后把全部的图像(切片)拣选到对应不同呼吸状态的多个CT容积中来实现。每个CT系列(容积)是特定呼吸状态的3D图像，每个3D图像是由选自不同床位的层叠切片(每个床位处一个切片)形成的。

对于4D CT来说，确定精确的患者呼吸曲线至关重要。

发明内容

本发明的发明人提出了实时呼吸运动曲线测量解决方案。根据本发明，利用CT扫描仪的X射线产生和检测性能，监视系统无需外部传感器装置就可以从患者细微的呼吸运动中提取出实时呼吸信号。作为典型的应用，本发明的系统可在无设备4D(D4D)电影扫描之前在非常低的X射线辐射剂量的情况下实时地测量、显示和分析患者的呼吸模式。在本发明中，可以将合适的外部标记物放置在患者胸部上面来辅助检测患者的呼吸运动以确定呼吸曲线。

在检测时，需要少量(尽管非常少)的X射线剂量。由于X射线剂量的量与所接收数据的信噪(S/N)比成正比，因此在X射线剂量与检测可靠性之间存在折衷。

本发明提供确定标记物位置和患者呼吸曲线的方法及装置，其可以提高低X射线剂量情况下呼吸运动检测的准确性和可靠性。

根据本发明的一方面，提供一种用于确定标记物的位置的方法，其中所述标记物在CT扫描时放置在患者的身上并随着患者的呼吸运动而运动，所述方法包括：

从身上放置有标记物的患者的定位图像获取标记物的粗略位置，并根据所述粗略位置确定标记物位置的搜索范围；

对从CT设备的探测器阵列连续地采集的身上放置有标记物的患者的多组投影数据求和以得到投影数据和；

从所述投影数据和判断落在所述搜索范围内的可能标记物位置；以及

针对每个可能标记物位置：

确定所述多组投影数据中每组投影数据的与该可能标记物位置相应的精确位置；

如果所述多组投影数据的所述相应的精确位置之间具有一致性，则将该可能标记物位置判断为与所述多组投影数据相对应的真正的标记物位置。

根据本发明的一个实施例，在连续地采集所述多组投影数据期间，所述CT设备的球管角固定在78度。

根据本发明的一个实施例，所述标记物被选择为具有易于识别的形状，以及/或者具有区别于软组织的X射线衰减系数。

根据本发明的一个实施例，当所述粗略位置大于第一预定阈值时，增大所述CT设备的球管电流值。

根据本发明的一个实施例，在连续地采集所述多组投影数据期间，在采集的同时移动所述患者所位于的CT设备的床架。

根据本发明的一个实施例，所述定位图像是利用CT设备以90度的球管角获得的。

根据本发明的一个实施例，从定位图像获取标记物的粗略位置包括：从定位图像估计标记物通过CT设备的X射线被投影到的探测器通道数作为标记物的粗略位置。

根据本发明的一个实施例，根据所述粗略位置确定标记物位置的搜索范围包括：根据所估计的标记物被投影到的探测器通道数，确定在整个呼吸周期期间所述标记物可能被投影到的探测器通道数范围作为标记物位置的搜索范围。

根据本发明的一个实施例，所述多组投影数据是以足够高的速度连续地采集而获得的，所述足够高的速度使得在采集所述多组投影数据期间，随着患者的呼吸运动而运动的标记物保持在基本不变的位置。

根据本发明的一个实施例，所述多组投影数据中的每组投影数据是数据对的集合，所述数据对包括探测器阵列中每个探测器通道的探测器通道数以及表示投影到该探测器通道上的X射线的衰减程度的衰减数据。

根据本发明的一个实施例，对所述多组投影数据求和以得到投影数据和包括：对于每个探测器通道数，将所述多组投影数据中对应于该探测器通道数的衰减数据加在一起，作为对应于该探测器通道数的新衰减数据，从而形成作为探测器通道数及与其对应的新衰减数据的数据对的集合的投影数据和。

根据本发明的一个实施例，从所述投影数据和判断落在所述搜索范围内的可能标记物位置包括：确定落在所述搜索范围内的所述新衰减数据出现峰值时所对应的探测器通道数并将其作为可能标记物位置。

根据本发明的一个实施例，确定落在所述搜索范围内的所述新衰减数据出现峰值时所对应的探测器通道数包括：确定所述搜索范围内大于第二预定阈值的所述新衰减数据的峰值并确定这些峰值对应的探测器通道数。

根据本发明的一个实施例，所述第二预定阈值为所述搜索范围内新衰减数据的最大值的60％。

根据本发明的一个实施例，确定所述多组投影数据中每组投影数据的与该可能标记物位置相应的精确位置包括：确定每组投影数据中与该可能标记物位置大致相对应的衰减数据的峰值，并将该衰减数据的峰值所对应的探测器通道数作为所述精确位置。

根据本发明的一个实施例，所述多组投影数据的所述相应的精确位置之间具有一致性包括：所述多组投影数据的所述相应的精确位置中最大的精确位置与最小的精确位置之间的差值小于第三预定阈值。

根据本发明的一个实施例，所述第三预定阈值为1。

根据本发明的一个实施例，所述多组投影数据的所述相应的精确位置之间具有一致性包括：所述多组投影数据的所述相应的精确位置中的大部分精确位置基本相等。

根据本发明的一个实施例，在对于所述多组投影数据存在多个可能标记物位置的情况，按照可能标记物位置的值从大到小的顺序依次判断所述多个可能标记物位置是否为真正的标记物位置。

根据本发明的一个实施例，在将所述多个可能标记物位置中的一个判断为真正的标记物位置后，不再对所述多个可能标记物位置中剩余的可能标记物位置进行判断。

根据本发明的一个实施例，如果所有的可能标记物位置都不是真正的标记物位置，则中止所述方法。

根据本发明的一个实施例，如果所有的可能标记物位置都不是真正的标记物位置，则通知放射医师。

根据本发明的一个实施例，从身上放置有标记物的患者的定位图像获取标记物的粗略位置包括：从在90度球管角的情况下获得的定位图像获取所述粗略位置，以及将所述粗略位置变换成78度球管角的情况下的粗略位置。

根据本发明的另一方面，提供一种确定患者的呼吸曲线的方法，包括：

利用上面所述的方法确定遍布患者的呼吸周期的多个离散时刻所对应的标记物位置；以及

根据所述多个离散时刻及所确定出的对应的标记物位置拟合出患者的呼吸曲线。

根据本发明的又一方面，提供一种确定患者的呼吸曲线的方法，包括：

利用上面所述的方法确定患者的呼吸周期的初始时刻所对应的初始标记物位置；

对于呼吸周期中除初始时刻之外的其它多个离散时刻中的每个离散时刻，根据紧挨在该离散时刻之前的对应标记物位置确定该离散时刻的对应标记物位置；以及

根据呼吸周期的初始时刻及所述其它多个离散时刻以及所确定出的对应标记物位置拟合出患者的呼吸曲线。

根据本发明的一个实施例，根据紧挨在该离散时刻之前的对应标记物位置确定该离散时刻的对应标记物位置包括：在以紧挨在该离散时刻之前的对应标记物位置为中心的一定范围内搜索衰减数据的峰值，并将该峰值所对应的探测器通道数作为该离散时刻的对应标记物位置。

根据本发明的另一方面，提供一种用于确定标记物的位置的装置，其中所述标记物在CT扫描时放置在患者的身上并随着患者的呼吸运动而运动，所述装置包括：

从身上放置有标记物的患者的定位图像获取标记物的粗略位置并根据所述粗略位置确定标记物位置的搜索范围的单元；

对从CT设备的探测器阵列连续地采集的身上放置有标记物的患者的多组投影数据求和以得到投影数据和的单元；

从所述投影数据和判断落在所述搜索范围内的可能标记物位置的单元；以及

针对每个可能标记物位置：

确定所述多组投影数据中每组投影数据的与该可能标记物位置相应的精确位置的单元；以及

如果所述多组投影数据的所述相应的精确位置之间具有一致性、则将该可能标记物位置判断为与所述多组投影数据相对应的真正的标记物位置的单元。

附图说明

为了更透彻地理解本公开的内容，下面参考结合附图所进行的下列描述，在附图中：

图1是示出根据本发明的确定标记物位置的方法的示意图；

图2是示出身体上放置有标记物的患者的CT扫描图像的视图；

图3A-3C是示出三组投影数据的示例的示意图；

图4是示出根据本发明的一个实施例的90度定位图像的视图。

图5A-5B图5A-5B分别示出球管角为90度(图5A)和78度(图5B)时患者身上的标记物(在图5A和5B中以笑脸图形来表示)被投影到不同探测器通道处的情况；

图5C示出根据本发明的一个实施例的两种不同的球管角情况下标记物被投影到的探测器通道数之间的变换关系；

图6示出了从探测器阵列采集到的一组原始投影数据；

图7示出了将10组原始投影数据求和而得到的投影数据；以及

图8A-8B分别示出了可能标记物位置C₁和C₂各自的10个精确位置之间的一致性情况。

具体实施方式

对于使用CT扫描仪的集成呼吸曲线测量，本发明提出5个创造性的改进手段来提高超低剂量下的检测可靠性。这些创新的特征覆盖了系统设计的各个方面，包括标记物选择、监视扫描硬件设置和数据处理算法设计，充分利用了现有的CT系统。并且，这些改进措施有效地将当前的CT扫描仪在无需额外硬件的情况下转换成精确但可靠的呼吸监视器。

下面将详细描述本发明的具体实施例，但本发明并不限于下述具体实施例。

图1示出了根据本发明的确定呼吸曲线的方法的实施例的基本步骤的示意图。如图1中所示，首先利用CT设备对患者的呼吸运动进行测量，其中在患者身上放置标记物。该标记物随着患者的呼吸运动而运动，因此标记物的运动准确指示了患者的呼吸运动。然后，对利用CT设备采集的身上放置有标记物的患者的投影数据或投影图进行分析，以确定与采集时刻相对应的标记物的位置。然后，根据与各个时刻相对应的标记物的位置，作出呼吸运动的曲线图。

下面详细描述本发明的几个改进措施。

1、标记物的选择

为了准确地测量患者的呼吸运动，需要选择合适的标记物。一般地，可以选择块状标记物，但是也可以使用具有各种形状和尺寸的其它类型的标记物。选择标记物的一个基本原则是所选的标记物应当具有易于识别的形状，或具有区别于软组织的X射线衰减系数，或者最好两者都具备。这是因为，标记物与患者解剖结构之间的区别越大，检测就会越可靠。

在市场上存在完全符合这一标准的若干种皮肤标记物。它们容易获得、易于使用并产生几乎没有伪影的可辨识的X射线投影信号(参见图2)，这使得这些市售标记物成为本发明中的一次性外部标记物的良好候选。

在下文中，介绍了其它四个改进之处，其中仅仅为了说明的目的而使用了0.8mm的市售线状皮肤标记物。但应当理解的是，使用其它类型的合适标记物同样可以取得一样的效果。

2、78度的静态球管角

由于标记物在整个呼吸周期期间在上下方向上精确地复制患者胸部的运动，因此通过使CT扫描仪的X射线发生器和X射线球管处于静态位置，可以从使用CT扫描仪的X射线检测器所捕获的投影图中实时地提取出呼吸运动曲线。

由于标记物具有区别于软组织的X射线衰减系数，因此在表征X射线的衰减程度的投影数据中，与标记物被X射线投影到的探测器通道相对应的投影数据表现为峰值。在下文中，将其称为标记物峰值。

利用市售线状标记物，可以在投影图中观察到清晰的标记物峰值，其位置用来表示患者的实时呼吸状态。一般地，标记物峰值的位置用CT设备的探测器阵列的探测器通道数来表示。在实际的临床应用中，由于使患者身体位于图像中心是常规操作，因此通常标记物峰值位于探测器通道数444之上。在一些极端情况下(虽然不是很经常)，对于身体尺寸非常大的患者来说，可能标记物峰值出现在非常高的探测器通道数(例如大于探测器通道数700)处或者甚至超出50cm宽的SFOV(scan field of view，扫描视场)。

从许多实验和分析中，发现成功的呼吸运动检测依赖于良好的信噪比和标记物与患者身体之间的最小重叠。为了减小对患者的辐射剂量，在CT设备中一般使用蝴蝶结滤波器。该滤波器对投影数据的信噪比有很大影响。图3A-C示意性地示出了蝴蝶结滤波器对投影数据的信噪比的影响。在图3A-C中，横坐标表示CT设备的探测器阵列的探测器通道数，纵坐标表示从各个探测器通道采集的表示X射线穿过被扫描物(患者/体模、标记物等)后的衰减程度的投影数据。在该实施例中，探测器阵列具有900个探测器通道，探测器阵列的中心为通道数为450的探测器通道。图3A-C的标记物峰值分别位于通道数796、通道数735、通道数676处。由图3可以看出，标记物峰值的位置越靠近探测器阵列的中心，标记物峰值就越清晰，即信噪比就越好。

由于CT设备的蝴蝶结滤波器的X射线阻挡效应，在标记物被投影到具有较高探测器通道数(例如大于800)的探测器通道处的情况下无法以低剂量识别标记物峰值(如图3A所示)。

除了由于蝴蝶结过滤器导致的低信噪比，被扫描物与标记物之间的过度重叠进一步使得该问题更严重。即使可以通过增大球管电流值来恢复标记物峰值的可见性，但伴随信噪比增大出现的X射线剂量的增大也是不期望的。

使球管固定在不同的球管角(90度以外的)可以部分地解决该问题。本发明的发明人经过理论和实验验证发现，如果球管角被固定在78度而不是90度，那么在大多数情况下，可以预期较少的标记物-身体重叠。较小的球管角将减少标记物与身体之间的重叠，但同时会使得标记物峰值移动得更远离探测器的中心通道。因此，为了选择最佳球管角，在标记物-身体重叠问题与信噪比问题之间存在折衷。本发明的发明人在经过理论和实验验证后，选择78度的静态球管角作为这两个问题的平衡解决方案，并且可以期望与90度的球管角相比提供更好的检测可靠性。

3、用于从投影数据提取呼吸曲线的智能方法

为了提高超低计量剂量下的检测可靠性，本发明的发明人设计了智能方法来识别埋藏在噪声背景中的标记物峰值。在一个实施例中，被扫描的患者平躺在CT扫描仪的床架上，在患者胸部上方放置有线状标记物。该标记物的长度方向与患者的身体长度方向平行。

在对患者正式进行扫描之前，一般会先对患者拍摄定位图像(scout image)。通常会利用CT设备以90度的球管角拍摄一张定位图像。图4示出了这样的一张定位图像，其中用体模代替了患者进行扫描。如图4所示，图中的横坐标表示CT设备的探测器阵列的探测器通道数，纵坐标表示定位图扫描过程中CT扫描床在Z向上移动的区间范围。根据如图4所示的定位图像，可以粗略地估计出在定位图像中线性标记物的位置所对应的探测器通道数，将其称为标记物的粗略位置。

如上所述，在本发明的一个实施例中，在确定患者的呼吸曲线时，将CT设备的球管角固定在78度，而不是90度，以便获得标记物与患者身体之间的最小重叠。在这种情况下，需要将从90度的定位图像获得的标记物粗略位置换算成在78度的情况下的粗略位置。对于同一台CT设备，在患者及标记物给定的情况下，患者及标记物在90度球管角的情况下被投影到的探测器通道数与在78度球管角的情况下被投影到的探测器通道数之间存在固定的关系。本领域普通技术人员将认识到，根据CT设备内部部件(例如探测器阵列、球管等)之间的几何关系，可以用公式表示出该关系。或者通过多次实验，可以根据实验数据拟合出表示该关系的曲线。图5A-5B示意性地示出了球管角为90度(图5A)和78度(图5B)时患者身上的标记物(在图5A和5B中以笑脸图形来表示)被投影到不同探测器通道处的情况。图5C示出了根据本发明的一个实施例的根据CT设备的内部部件之间的几何关系而得出的两种不同的球管角情况下标记物被投影到的探测器通道数之间的变换关系，其中横坐标“通道A”表示球管角为90度的情况下标记物被投影到的探测器通道数，纵坐标“通道B”表示球管角为78度的情况下标记物被投影到的探测器通道数。如图5C所示，在本实施例中，通道A和通道B之间的关系为“B＝1.0459A-14.282”，其中的R²是线性回归各点的线性相关程度，R²越接近1，越线性相关。

根据上述关系，可以将从90度的定位图像得到的标记物粗略位置换算成78度球管角情况下标记物的粗略位置。当然，如果在利用CT设备检测患者的呼吸运动的过程中球管被固定在90度，则无需进行上述变换。另外，本领域技术人员还将理解的是，也可以直接拍摄球管角为78度的定位图像，从而可以直接从该定位图像得出78度球管角情况下的标记物粗略位置。

定位图像通常是在患者保持在完全吸气的状态下拍摄的。在患者的自由呼吸周期期间，标记物不是固定在该位置，而是会上下浮动一定的范围。假设标记物的粗略位置为通道Y处，则在本发明的一个实施例中，通过临床统计实验可知，在患者的自由呼吸周期期间，标记物的位置通常在Y-40通道至Y+10通道的范围内波动。因此，在获得标记物的上述粗略位置Y后，为了获得在患者的自由呼吸周期期间标记物的各个位置，对于从探测器阵列采集的投影数据，可以在Y-40通道至Y+10通道的范围内搜索表征标记物投影的标记物峰值，然后将该标记物峰值所对应的探测器通道数作为标记物的位置(即标记物被X射线投影到探测器阵列上的位置，该位置同样表征被扫描患者的呼吸运动)。可以理解的是，Y-40通道至Y+10通道的搜索范围仅仅是一个示例，在实际应用中，用户可以根据经验、统计数据或实际需要而选择其它的搜索范围。在本发明的一个实施例中，经过估计、换算之后得到的标记物的粗略位置为探测器通道792，从而将标记物的搜索范围确定为探测器通道752到802。

在超低剂量的X射线的情况下，在从CT设备的探测器阵列采集到的投影数据中，标记物的峰值通常被掩埋在噪声数据中而难以辨别，如图6所示。在图6中，P₁和P₂为运用下文所述的本发明的方法而识别出来的可能的标记物峰值，它们被淹没在噪声之间，很容易与噪声峰值混淆。由于目标标记物峰值可能被噪声峰值围绕，因此基于单个投影图进行任何调整都是不安全的。尤其是在低剂量情况下，当标记物峰值的位置远离探测器阵列的中心时，标记物峰值的幅度可能远远小于周围的噪声峰值。因此仅仅基于峰值幅度信息来进行标记物峰值搜索是不可靠的。

由于随机的噪声峰值不会重复地出现在同一地方，因此标记物峰值区别于随机噪声峰值的内在差异是连续投影数据之间的位置一致性水平。因此，在本发明中，使用以高速(例如984Hz)采样出的10个连续投影图(即连续10次从探测器阵列采集到的10组投影数据V₁-V₁₀)来计算精确的标记物峰值位置。每组投影数据V₁-V₁₀是探测器通道数及其对应的采集数据的数据对的集合，所采集的数据为表示投影到对应探测器通道上的X射线的衰减程度的衰减数据。这10个投影图被以足够高的速度采集，该足够高的速度使得在采集这10组投影数据期间，随着患者的呼吸运动而运动的标记物保持在基本不变的位置。本发明的发明人设计了一个2步骤处理来将真实的标记物峰值从所有类型的背景信号和噪声中区分出来。

首先，计算这10组投影数据的和(V_sum)，即，对于每个探测器通道，将这10组投影数据中与该探测器通道相对应的衰减数据相加，作为与该探测器通道相对应的新的衰减数据，从而形成作为探测器通道数及与其对应的新衰减数据的数据对的集合的投影数据和。这样可以放大标记物峰值幅度，而那些随机噪声在求和过程中将被平均，如图7所示。与图6相比，图7中的两个可能的标记物峰值P₁和P₂更明显了。当然，在图7中还存在除这两个峰值之外的其它峰值，但这些峰值大部分位于上面所确定的搜索范围探测器通道752到802之外。在本发明的一个实施例中，将投影数据和中位于搜索范围内的峰值识别为可能的标记物峰值。在另一实施例中，将投影数据和中位于搜索范围内的大于预定阈值的峰值识别为可能的标记物峰值。该预定阈值可以通过统计分析或其它方法来获得。在本发明的一个实施例中，将该预定阈值选择为搜索范围内求和后的投影数据幅度的最大值的60％。在图7的示例中，通过上述方法识别出两个可能的标记物峰值P₁和P₂。确定这两个可能的标记物峰值分别对应的探测器通道数C₁和C₂，作为可能标记物位置。

应当理解的是，通过上述方法识别出的可能标记物峰值可能多于或少于两个。在这些可能标记物峰值中，只有一个是真实的标记物峰值。通过下面的处理步骤可以将该真实的标记物峰值挑选出来。

接下来，对于每个可能标记物位置C₁和C₂，判断其是否为真正的标记物位置。由图7可知，通道数C₁＞C₂。在本发明的一个实施例中，按照通道数从大到小的顺序依次判断多个可能标记物位置是否是真正的标记物位置。这是因为，与噪声峰值相比，标记物峰值总是位于远离检测器中心的位置。下面，先对C₁进行判断，再对C₂进行判断。

对于可能标记物位置C₁，确定每组投影数据(V₁-V₁₀)中与该通道数C₁相对应的精确的探测器通道数。根据本发明的一个实施例，先确定每组投影数据的与C₁大致对应的衰减数据峰值，然后确定该衰减数据峰值所精确对应的探测器通道数来作为该组投影数据的精确标记物位置。这样，针对C₁确定出10个精确位置C1₁-C1₁₀。

然后，判断这10个精确位置之间是否具有一致性。例如，判断C1₁-C1₁₀中的最大值与最小值之间的差是否小于预定阈值，如果小于预定阈值，则判断为具有一致性，否则判断为不具有一致性。该预定阈值可以通过统计实验或其它合适的方式而获得。在本发明的一个实施例中，将该预定阈值选择为1。如图8A所示，这10个精确位置C1₁-C1₁₀中的最大值为794.8，最小值为794，它们之间的差为0.8＜1，则判断为这10个精确位置之间存在一致性。在本发明的另一实施例中，如果这10个精确位置中的大部分精确位置(例如多于一半的精确位置)基本相等，则判断为具有一致性。如图8A所示，10个精确位置中有9个基本相等，则这10个精确位置之间具有一致性。

如果精确位置C1₁-C1₁₀之间具有一致性，则意味着它们相对应的峰值在采集期间位于几乎相同的位置，不具有随机性。因此，在这种情况下将C₁判断为是真正的标记物位置。否则，将其判断为不是真正的标记物位置。

上面描述了对可能标记物位置C₁的判断过程。对于另一可能标记物位置C₂，进行同样的判断过程。如图8B所示，与C₂对应的10个精确位置C2₁-C2₁₀之间不具有精确性，因此，将C₂判断为不是真正的标记物位置。根据本发明的另一实施例，如果C₁被判断为是真正的标记物位置，则该方法中止，不再对剩下的可能标记物位置(C₂)进行判断。

对于标记物峰值与噪声峰值混合在一起的投影图而言，上面所述的简单方法尤其有用。该方法的上述步骤一般仅仅花费10ms，因此对整个算法的实时性能有非常小的影响。

另外，发明人还设计了故障保证机制。万一所有的可能标记物位置都无法满足一致性要求，这意味着上述智能方法无法识别出标记物峰值，则可以在早期阶段自动地中断检测的进一步执行。可以产生警告消息以将该失败通知给医生，医生可以选择重新调整标记物或在重复监视阶段之前消除可能的干扰。

在确定患者的呼吸曲线时，可以利用上述方法确定遍布患者的呼吸周期的多个离散时刻所对应的标记物位置，并根据这多个离散时刻及所确定出的对应的标记物位置拟合出患者的呼吸曲线。

根据本发明的另一实施例，也可以先利用上述方法确定出患者的呼吸周期的初始时刻所对应的初始标记物位置，然后，对于呼吸周期中除初始时刻之外的其它多个离散时刻中的每个离散时刻，根据紧挨在该离散时刻之前的对应标记物位置确定该离散时刻的对应标记物位置。然后，根据呼吸周期的初始时刻及其它离散时刻以及所确定出的对应标记物位置拟合出患者的呼吸曲线。其中，在以紧挨在该离散时刻之前的对应标记物位置为中心的一定范围内搜索衰减数据的峰值，并将该峰值所对应的探测器通道数作为该离散时刻的对应标记物位置。例如，将上一时刻确定的标记物位置C分别加、减1通道作为所述一定范围。

上面所述的确定标记物的位置的方法可以以软件的形式来实现，也可以以硬件或固件或者它们与软件的组合的形式来实现。例如，根据本发明的另一方面，提供一种用于确定标记物的位置的装置，其中所述标记物在CT扫描时放置在患者的身上并随着患者的呼吸运动而运动，所述装置包括：

从身上放置有标记物的患者的定位图像获取标记物的粗略位置并根据所述粗略位置确定标记物位置的搜索范围的单元；

对从CT设备的探测器阵列连续地采集的身上放置有标记物的患者的多组投影数据求和以得到投影数据和的单元；

从所述投影数据和判断落在所述搜索范围内的可能标记物位置的单元；以及

针对每个可能标记物位置：

确定所述多组投影数据中每组投影数据的与该可能标记物位置相应的精确位置的单元；以及

如果所述多组投影数据的所述相应的精确位置之间具有一致性、则将该可能标记物位置判断为与所述多组投影数据相对应的真正的标记物位置的单元。

4、用于扫描的智能球管电流值控制

为了确保扫描的可靠性，也可以对扫描实现智能球管电流值控制。例如，由于从定位图像可以知道标记物在Y方向上的位置(即标记物粗略位置，也就是标记物在探测器阵列上被投影到的探测器通道数)，因此可以在从定位图像获得的标记物粗略位置高于预设阈值(例如通道700)时增大球管电流值。一般地，这仅在患者的身体尺寸大于正常尺寸时才发生。

5、床架的移动

单个呼吸监视扫描会占用延长的时间，例如，1分钟之长。即使总的X射线剂量是可忽略的，但是由于所有的剂量集中在相同的地方，因此对于被辐射的患者身体部位来说，单位面积的辐射量可能非常高。

本发明的发明人采用了一种巧妙的手段来避免单位面积的高辐射量。在使用线状或块状标记物的情况下，可以在1分钟的呼吸监视扫描期间通过缓慢地移动床架来减小单位面积的辐射量。例如，如果床架以0.5mm/秒的速度移动，则在1分钟的呼吸监视扫描之后床架仅产生3cm的位移。只要标记物的长度长于3cm，这种简单的床架移动就有助于降低单位面积的辐射量。

上面所述的5种手段是简单易行的，并且通过它们中的一种或多种，可以有效地提高超低剂量X射线辐射情况下检测患者呼吸运动的可靠性。

虽然上述已经结合附图描述了本实用新型的具体实施例，但是本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，可以对本实用新型进行各种改变、修改和等效替代。这些改变、修改和等效替代都意为落入随附的权利要求所限定的精神和范围之内。

Claims (26)

1.一种用于确定标记物的位置的方法，其中所述标记物在CT扫描时放置在患者的身上并随着患者的呼吸运动而运动，所述方法包括：

从身上放置有标记物的患者的定位图像获取标记物的粗略位置，并根据所述粗略位置确定标记物位置的搜索范围；

对从CT设备的探测器阵列连续地采集的身上放置有标记物的患者的多组投影数据求和以得到投影数据和；

从所述投影数据和判断落在所述搜索范围内的可能标记物位置；以及

针对每个可能标记物位置：

确定所述多组投影数据中每组投影数据的与该可能标记物位置相应的精确位置；

如果所述多组投影数据的所述相应的精确位置之间具有一致性，则将该可能标记物位置判断为与所述多组投影数据相对应的真正的标记物位置，

其中，所述多组投影数据是以足够高的速度连续地采集而获得的，所述足够高的速度使得在采集所述多组投影数据期间，随着患者的呼吸运动而运动的标记物保持在基本不变的位置。

2.如权利要求1所述的方法，其中，在连续地采集所述多组投影数据期间，所述CT设备的球管角固定在78度。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述标记物被选择为具有易于识别的形状，以及/或者具有区别于软组织的X射线衰减系数。

4.如权利要求1所述的方法，其中，当所述粗略位置大于第一预定阈值时，增大所述CT设备的球管电流值。

5.如权利要求1所述的方法，其中，在连续地采集所述多组投影数据期间，在采集的同时移动所述患者所位于的CT设备的床架。

6.如权利要求2所述的方法，其中，所述定位图像是利用CT设备以90度的球管角获得的。

7.如权利要求1所述的方法，其中，从定位图像获取标记物的粗略位置包括：从定位图像估计标记物通过CT设备的X射线被投影到的探测器通道数作为标记物的粗略位置。

8.如权利要求7所述的方法，其中，根据所述粗略位置确定标记物位置的搜索范围包括：根据所估计的标记物被投影到的探测器通道数，确定在整个呼吸周期期间所述标记物可能被投影到的探测器通道数范围作为标记物位置的搜索范围。

9.如权利要求1所述的方法，其中，所述多组投影数据中的每组投影数据是数据对的集合，所述数据对包括探测器阵列中每个探测器通道的探测器通道数以及表示投影到该探测器通道上的X射线的衰减程度的衰减数据。

10.如权利要求9所述的方法，其中，对所述多组投影数据求和以得到投影数据和包括：对于每个探测器通道数，将所述多组投影数据中对应于该探测器通道数的衰减数据加在一起，作为对应于该探测器通道数的新衰减数据，从而形成作为探测器通道数及与其对应的新衰减数据的数据对的集合的投影数据和。

11.如权利要求10所述的方法，其中，从所述投影数据和判断落在所述搜索范围内的可能标记物位置包括：确定落在所述搜索范围内的所述新衰减数据出现峰值时所对应的探测器通道数并将其作为可能标记物位置。

12.如权利要求11所述的方法，其中，确定落在所述搜索范围内的所述新衰减数据出现峰值时所对应的探测器通道数包括：确定所述搜索范围内大于第二预定阈值的所述新衰减数据的峰值并确定这些峰值对应的探测器通道数。

13.如权利要求12所述的方法，其中，所述第二预定阈值为所述搜索范围内新衰减数据的最大值的60％。

14.如权利要求12所述的方法，其中，确定所述多组投影数据中每组投影数据的与该可能标记物位置相应的精确位置包括：确定每组投影数据中与该可能标记物位置大致相对应的衰减数据的峰值，并将该衰减数据的峰值所对应的探测器通道数作为所述精确位置。

15.如权利要求1-14中任一项所述的方法，其中，所述多组投影数据的所述相应的精确位置之间具有一致性包括：所述多组投影数据的所述相应的精确位置中最大的精确位置与最小的精确位置之间的差值小于第三预定阈值。

16.如权利要求15所述的方法，其中，所述第三预定阈值为1。

17.如权利要求1-14中任一项所述的方法，其中，所述多组投影数据的所述相应的精确位置之间具有一致性包括：所述多组投影数据的所述相应的精确位置中的大部分精确位置基本相等。

18.如权利要求1-14中任一项所述的方法，其中，在对于所述多组投影数据存在多个可能标记物位置的情况，按照可能标记物位置的值从大到小的顺序依次判断所述多个可能标记物位置是否为真正的标记物位置。

19.如权利要求18所述的方法，其中，在将所述多个可能标记物位置中的一个判断为真正的标记物位置后，不再对所述多个可能标记物位置中剩余的可能标记物位置进行判断。

20.如权利要求1-14中任一项所述的方法，其中，如果所有的可能标记物位置都不是真正的标记物位置，则中止所述方法。

21.如权利要求1-14中任一项所述的方法，其中，如果所有的可能标记物位置都不是真正的标记物位置，则通知放射医师。

22.如权利要求6所述的方法，其中，从身上放置有标记物的患者的定位图像获取标记物的粗略位置包括：从在90度球管角的情况下获得的定位图像获取所述粗略位置，以及将所述粗略位置变换成78度球管角的情况下的粗略位置。

23.一种确定患者的呼吸曲线的方法，包括：

利用权利要求1-22中任一项所述的方法确定遍布患者的呼吸周期的多个离散时刻所对应的标记物位置；以及

根据所述多个离散时刻及所确定出的对应的标记物位置拟合出患者的呼吸曲线。

24.一种确定患者的呼吸曲线的方法，包括：

利用权利要求1-22中任一项所述的方法确定患者的呼吸周期的初始时刻所对应的初始标记物位置；

对于呼吸周期中除初始时刻之外的其它多个离散时刻中的每个离散时刻，根据紧挨在该离散时刻之前的对应标记物位置确定该离散时刻的对应标记物位置；以及

根据呼吸周期的初始时刻及所述其它多个离散时刻以及所确定出的对应标记物位置拟合出患者的呼吸曲线。

25.如权利要求24所述的方法，其中，在权利要求25引用权利要求8-22中任一项的情况下，根据紧挨在该离散时刻之前的对应标记物位置确定该离散时刻的对应标记物位置包括：在以紧挨在该离散时刻之前的对应标记物位置为中心的一定范围内搜索衰减数据的峰值，并将该峰值所对应的探测器通道数作为该离散时刻的对应标记物位置。

26.一种用于确定标记物的位置的装置，其中所述标记物在CT扫描时放置在患者的身上并随着患者的呼吸运动而运动，所述装置包括：

从身上放置有标记物的患者的定位图像获取标记物的粗略位置并根据所述粗略位置确定标记物位置的搜索范围的单元；

对从CT设备的探测器阵列连续地采集的身上放置有标记物的患者的多组投影数据求和以得到投影数据和的单元；

从所述投影数据和判断落在所述搜索范围内的可能标记物位置的单元；以及

针对每个可能标记物位置：

确定所述多组投影数据中每组投影数据的与该可能标记物位置相应的精确位置的单元；以及

如果所述多组投影数据的所述相应的精确位置之间具有一致性、则将该可能标记物位置判断为与所述多组投影数据相对应的真正的标记物位置的单元，

其中，所述多组投影数据是以足够高的速度连续地采集而获得的，所述足够高的速度使得在采集所述多组投影数据期间，随着患者的呼吸运动而运动的标记物保持在基本不变的位置。