CN109199424A - 一种基于pet-ct图像确定待消融区域的方法及手术引导方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于PET‑CT图像确定待消融区域的方法，包括：采用PET‑CT成像方式，重建出待测人体的分子影像三维分布图像，所述三维分布图像包括：与待测人体内的示踪剂聚集信息对应的区域；对三维分布图像进行分析，获取微创手术的待消融区域，所述待消融区域包括：病灶区域和紧邻所述病灶区域的卫星灶区域。上述方法可以更准确的获取待消融区域，以减少不必要的器官灭活范围，提升病人生活质量。
Description
技术领域
本发明涉及医学领域，具体涉及一种基于PET-CT图像确定待消融区域的方法及手术引导方法。
背景技术
在临床上，特别是肿瘤治疗的临床上，越来越广泛的使用医学图像做引导，进行手术工具的定位，从而进行微创手术。与传统的手术切除相对比，微创方法可以有效的减少病人创面，加速病人康复速度。根据医学图像，勾画出治疗对应的目标点和入针方向是手术得以顺利进行能够手术的关键所在。在目前的医疗实践中，已有使用超声，CT，核磁进行手术工具引导。
然而，基于超声，CT，核磁等的手术工具引导微创手术中，均存在无法精确确定手术的病灶范围的缺陷。当前在微创手术中，通过超声，CT，核磁等确定病灶范围，对病灶范围和预设病灶扩展的范围(如人为直接增加1～2cm直径)进行操作，导致不必要的病人器官损失，且无法确定手术后的效果。
以人体内肿瘤变化举例来说，从正常细胞转变为肿瘤细胞，进而形成病变乃至全身扩散是一个过程。在前期，仅在细胞层面和器官层面的病变初期，在超声，CT，核磁结构成像上根本看不出来，只有在后期出现大量的正常细胞被破坏，正常的组织转变为囊肿，甚至由于缺乏血供形成空心化组织，才能通过超声、CT及核磁等成像设备分辨出来。而在后期的这个阶段，由于肿瘤周边的卫星灶还是处于早期病变，此时，卫星灶在CT及核磁等结构成像设备上无法分辨。
由此，上述的超声、CT及核磁等结构成像设备存在如下的缺陷：只能在器官结构发生组织病变时才能在图像中显现出来，导致手术中无法明确需要进行微创手术的消融区域。进一步地，在手术之后，也无法通过上述结构成像设备确定消融结果。
为此，亟需一种能够在微创手术中确定包括病灶和卫星灶的消融区域的方法。
发明内容
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一方面，本发明提出一种基于PET-CT图像确定待消融区域的方法，包括：
S1、采用PET-CT成像方式，重建出待测人体的分子影像三维分布图像，其中，所述三维分布图像包括：与待测人体内的示踪剂聚集信息对应的放射性活度分布信息；
S2、对三维分布图像进行分析，获取微创手术的待消融区域，所述待消融区域包括：病灶区域和紧邻所述病灶区域的卫星灶区域。
所述步骤S2包括：
S21、针对微创手术的指定位置，对三维分布图像中匹配指定位置的区域进行灰度分析，确定所述待消融区域。
优选地，所述步骤S21包括：
S210、对匹配指定位置的区域进行图像增强及灰度预处理，获取与示踪剂放射性活度分布对应的处理区；
S211、对所述处理区的灰度进行分析，获取活度值直方图；
S212、采用直方图双峰法，基于所述活度值直方图获取用于判断病灶和卫星灶区域的为灰度阈值；
S213、将所述处理区中高于图像阈值的部分作为待消融区域。
可选地，所述步骤S212包括，计算所述活度值直方图中双峰的中值，将中值作为灰度阈值。
可选地，所述步骤S1包括：
S11、通过分子影像成像系统，获取LOR计数；
S12、对采集到所有LOR计数进行累计，形成正弦图；
S13、对PET数据进行校正；
S14、利用三维重建算法对校正后的正弦图进行计算处理，重建出三维分布图像。
另一方面，本发明还提提供出一种辅助微创手术的手术引导方法，包括：
M1、在微创手术之前，采用上述方法获取微创手术的待消融区域；
M2、借助于消融设备，并依据所述待消融区域，确定微创手术的消融功率和消融时间；
M3、在微创手术完成之后，基于PET-CT成像方式重建三维分布图像，并判断该三维分布图像中微创手术的消融区域是否完全消融。
第三方面，本发明还提供一种处理装置，包括：存储器、处理器、总线以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述基于PET-CT图像确定待消融区域的方法的任意一项的步骤。
第四方面，本发明还提供一种分子影像成像系统，包括上述处理装置。
本发明所述方法通过PET-CT成像方式获取的分子影像三维分布图像，可精确识别三维分布图像中的病灶区域和紧邻病灶区域的卫星灶区域，由此可精确确定微创手术需要的待消融区域，由此基于确定的待消融区域进行微创手术，可操作更准确，可减少不必要的器官灭活范围，提升病人生活质量。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明一种基于PET-CT图像确定待消融区域的方法的步骤流程示意图；
图2为本发明一种基于PET-CT图像确定待消融区域的方法步骤S21的流程示意图；
图3为本发明一种辅助微创手术的手术引导方法的步骤流程示意图；
图4为本发明一种辅助微创手术的手术引导方法的装置示意图。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
当前，CT的基本原理是图像重建，根据人体各种组织(包括正常和异常组织)对X射线吸收不等这一特性，将人体某一选定层面分成许多立方体小块(也称体素)X射线穿过体素后，测得的密度或灰度值称为像素。X射线束穿过选定层面，探测器接收到沿X射线束方向排列的各体素吸收X射线后衰减值的总和为已知值，形成该总量的各体素X射线衰减值为未知值，当X射线发生源和探测器围绕人体做圆弧或圆周相对运动时，用迭代方法求出每一体素的X射线衰减值并进行图像重建，得到该层面不同密度组织的灰度图像。
另外，PET(正电子发射成像)已广泛用于多种疾病的诊断与鉴别诊断、病情判断、疗效评价、脏器功能研究和新药开发等方面，作为临床，是目前国际上最尖端的医学影像诊断设备之一，PET与CT的结合产品PET-CT被誉为肿瘤检测的金标准，PET-CT能在肿瘤细胞在细胞处于分子层面的变化的时候，就能判断出来是否有病变。可以在病变的早期，没有任何结构变化的时候提供足够的诊断信息。
本发明一种基于PET-CT图像确定待消融区域的方法及手术引导方法，通过分子影像成像系统特别是使用PET-CT成像方式，进行消融区域确定和手术引导。由于分子影像成像系统可以直接对于病人的新陈代谢过程进行监控，能够在病灶没有结构变化之前就可以检测出病灶的存在，可以在肿瘤组织周边检测出卫星灶；因此，可以更准确的判定病灶区大小，获取的待消融区域完全覆盖病灶区域，特别是紧邻所述病灶区域的卫星灶区域，可以在结构没有明显变化的情况下，检测病灶是否已经灭活。
如图1所示，一种基于PET-CT图像确定待消融区域的方法，包括：
S1、采用PET-CT成像方式，重建出待测人体的分子影像三维分布图像，所述三维图像包括：与待测人体内的示踪剂聚集信息对应的放射性活度分布信息。
目前，PET临床显像过程为：将发射正电子的放射性核素(如F－18等)标记到能够参与人体组织生化过程的化合物分子上作为示踪剂，将标记带正电子放射性核素的化合物分子注射到受检者体内。让受检者在PET的有效视野范围内进行PET显像。
由于使用的示踪剂，例如FDG(部分特异的组织和器官有其他的特征示踪剂)参与人体的葡萄糖代谢的前一阶段，肿瘤细胞相比于正常细胞会大量吸收葡萄糖，因而在对应的细胞组织附近形成FDG的聚集，在PET图像上形成高摄取区域，通过获取分子影像三维分布图像，可以获得与待测人体内的示踪剂聚集信息对应的放射性活度分布信息。
因此，根据上述PET成像原理，所述步骤S1包括：
S11、通过分子影像成像系统，获取LOR计数。
所述LOR(line of response)即分子影像成像系统中两个互成180°的探头探测湮没光子构成的一条符合线，称为响应线。示踪剂中放射核素发射出的正电子在体内移动大约0.2mm后与组织中的负电子结合发生湮灭辐射。从而产生两个能量相等(511KeV)、方向相反的γ光子，这两个γ光子可以确定一条相应线，LOR。由于两个γ光子在体内的路径长度不同，到达两个探测器的时间也有一定差别，如果在规定的时间窗内，例如0－2ns的时间内，探头系统中LOR两端的一对探测器分别探测到两个互成180度(士0.25度)的光子时，即为一个符合事件，形成一个LOR计数。
S12、对采集到的所有LOR计数进行累计，形成正弦图。在PET系统扫描过程中，通过对采集到所有LOR进行累计，形成正弦图，再利用三维重建算法对正弦图进行计算处理，可以重建出关于示踪剂的放射性活度的三维分布图像，示踪剂的放射性活度分布区域与待测人体内的示踪剂聚集信息的区域对应。
S13、对PET数据进行校正。
在实际使用的过程中，由于PET系统的原因，采集到的计数会有影像出现误差，因此，需要对PET数据继续校正。本实施例中，对PET数据的校正包括：衰减校正，衰变校正，归一化校正与随机校正等。
S14、利用三维重建算法对校正后的正弦图进行计算处理，重建出三维分布图像。
在实际应用中，为了方便手术引导，需要对获取的待消融区域进行定位，后进行后续的手术规划，确定消融针位置。因此，需要结合CT/MRI扫描对PET图像进行配准。
可选地，所述步骤S1还包括，
S0、通过分子影像成像系统，获取待微创手术的人员待手术部位的CT结构图像和分子影像PET图像，并对PET图像和CT图像进行配准，获得待手术部位三维PET-CT图像。
S2、对三维分布图像进行分析，获取待微创手术的待消融区域，所述待消融区域包括：病灶区域和紧邻所述病灶区域的卫星灶区域。
对三维分布图像进行分析，获取病灶区域和紧邻所述病灶区域的卫星灶区域，为待微创手术的待消融区域。
所述步骤S2包括：
S21、针对微创手术的指定位置，对三维分布图像中匹配指定位置的区域进行灰度分析，确定所述待消融区域。
实际应用中，在微创手术前，已经初步的确定需要进行微创手术的位置，因此，为了减少运算量，本步骤中可以对微创手术的指定位置匹配的图像进行分析，获取待消融区域。
例如，在微创手术前，通过分子影像三维分布图像分析，需要对肝部进行微创手术，此时，可以对肝部区域的三维分布图像进行分析。
其中，所述指定位置匹配区域的图像，包括正常区域及病灶区域。指定位置匹配区域的图像中，放射性活度可以用灰度来表示，所以，通过灰度分析，可以确定待消融区域。
具体地，如图2所示，所述步骤S21包括：
S210、对匹配指定位置的区域进行图像增强及灰度预处理，获取与示踪剂放射性活度分布对应的处理区。
将三维分布图像中，对匹配指定位置的区域，每一层的二维PET-CT图像进行灰度调整、平滑滤波、锐化滤波等增强处理，再进行三维重建。
S211、对所述处理区的灰度进行分析，获取活度值直方图。
所述活度值直方图即示踪剂放射性活度直方图，由于灰度值与示踪剂的放射性活度值一一对应，因此，所述活度值直方图即灰度值直方图。
S212、通过直方图双峰法，基于所述活度值直方图获取用于判断病灶和卫星灶区域的灰度阈值
如上所述，处理区的图像包括正常区域及病灶区域，在一种可选的实现方式中，通过直方图双峰法，分析整个处理区的直方图，获取病灶区直方图峰值与正常区域直方图峰值，计算所述活度值直方图中双峰的中值，将中值作为灰度阈值。
S213、将所述处理区中高于灰度阈值的部分作为所述待消融区域。
对所述处理区的图像进行阈值划分，将高于灰度阈值的部分作为获取的待消融区域。
与传统的方法相比，本发明所述方法确定的待消融区域包括病灶区域和紧邻病灶区域的卫星灶区域，由此可精确确定微创手术需要的待消融区域，无需特意增加消融半径。
另一方面，根据上述获取待微创手术待消融区域的方法，本发明实施例还提出一种辅助微创手术的手术引导方法，具体地，如图3所示，包括：
M1、在微创手术之前，采用上述方法获取待微创手术的待消融区域；
M2、借助于消融设备，并依据所述待消融区域，确定微创手术的消融功率和消融时间；
M3、在微创手术完成之后，基于PET成像方式重建放射性活度三维分布图像，并判断该三维分布图像中微创手术的消融区域是否完全消融。
在具体实现过程中，上述方法可以通过一种辅助微创手术的手术引导装置实现。
如图4所示，所述辅助微创手术的手术引导装置包括分子影像成像系统1，承载病人的支撑系统2，以及装载手术工具的机械臂3，以及中控计算机4。
在微创手术之前，通过分子影像成像系统获取待测人体的分子影像三维分布图像，并获取待手术部位的CT结构图像。
通过分子影像三维分布图像基于上述方法，使用中控计算机确定待消融区域，并确定微创手术的消融功率和消融时间，并对手术工具进行定位和引导。
在微创手术完成之后，使用分子影像成像系统重建三维分布图像，并判断该三维分布图像中微创手术的消融区域是否完全消融。
具体的，以引导肝部肿瘤消融手术为例，通过如图4所示辅助微创手术的手术引导装置，本发明基于PET-CT图像辅助肝部肿瘤消融引导方法包括：
M1、在微创手术之前，采用上述方法获取待微创手术的待消融区域。
在手术之前，通过分子影像成像系统，获取病人手术前的肝部影像PET-CT图像。
通过本发明方法判定病灶位置和大小，确定消融区域。由于PET-CT图像已经包括了所有的病变区域，也包含可能的卫星灶。可以按照实际的图像显示的病灶大小，获取消融区域。
M2、借助于消融设备，并依据所述待消融区域，确定微创手术的消融功率和消融时间。
按上述方法获取的消融区域，确定微创手术的消融功率和消融时间。
此时，还可以通过分子影像系统生成的图像，对手术工具的定位进行引导，以实现准确的定位。
M3、在微创手术完成之后，基于PET成像方式重建放射性活度三维分布图像，并判断该三维分布图像中微创手术的消融区域是否完全消融。
在微创手术完成之后，可以通过分子影像扫描，再次获取PET-CT图像，确认是否病灶均已完全灭活。
具体地，可以判断再次获取的PET-CT图像中消融区域是否存在异常摄取点，若不存在，则表示该组织已经被成功灭活，病灶区域完全消融。本步骤，可以在手术完成后，即可在结构没有明显变化的情况下，检测病灶是否已经灭活。
目前，一般的CT引导肝部肿瘤消融方法包括：
1.在手术之前，通过增强CT，核磁等各种影像方法，获取病人手术前的肝部影像，判定病灶位置和大小，确定待消融区域。
在目前的医疗实践中，手术计划的待消融区域通常为图像上的病变区域直径各扩大1cm～2cm，以包含可能的卫星灶。
2.通过消融设备，根据手术规划过程中确定的待消融区域，设定消融功率和消融时间，对病灶进行消融。
3.在手术完成后，通过CT增强扫描，判断对应病灶区域是否已经完成消融(被覆盖)。
在手术完成后1个月，3个月等阶段，需要重新进行CT增强扫描，以确认对应区域被消融，肿瘤细胞没有残留。
与传统的方法很大的区别在于本发明第1步中可以按照实际的病灶大小确定待消融区域，无需特意增加消融半径，以保护病人器官的健康部分。而在第3步中则可以在手术完成后即可通过PET-CT扫描确认病灶是否已经被灭活。
另外，本发明实施例提出一种处理装置。
所述处理装置包括：存储器、处理器、总线以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述实施例中基于PET-CT图像确定待消融区域的方法的任一步骤。
此外，结合如图4所示辅助微创手术的手术引导装置，本发明一种基于PET-CT图像确定待消融区域的方法可以由一种分子影像成像系统来实现，所述分子影像成像系统包括上述处理装置。
所述分子影像系统在获取待测人体的分子影像三维分布图像后，所述处理装置执行上述实施例中的确定待消融区域的方法获取待消融区域。
最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (8)
1.一种基于PET-CT图像确定待消融区域的方法，其特征在于，包括：
S1、采用PET-CT成像方式，重建出待测人体的分子影像三维分布图像，所述三维分布图像包括：与待测人体内的示踪剂聚集信息对应的放射性活度分布信息；
S2、对三维分布图像进行分析，获取微创手术的待消融区域，所述待消融区域包括：病灶区域和紧邻所述病灶区域的卫星灶区域。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
S21、针对微创手术的指定位置，对三维分布图像中匹配指定位置的区域进行灰度分析，确定所述待消融区域。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S21包括：
S210、对匹配指定位置的区域进行图像增强及灰度预处理，获取与示踪剂放射性活度分布对应的处理区；
S211、对所述处理区的灰度进行分析，获取活度值直方图；
S212、采用直方图双峰法，基于所述活度值直方图获取用于判断病灶和卫星灶区域的灰度阈值；
S213、将所述处理区中高于灰度阈值的部分作为所述待消融区域。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S212包括：
计算所述活度值直方图中双峰的中值，将中值作为灰度阈值。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1包括：
S11、通过分子影像成像系统，获取LOR计数；
S12、对采集到所有LOR计数进行累计，形成正弦图；
S13、对PET数据进行校正；
S14、利用三维重建算法对校正后的正弦图进行计算处理，重建出三维分布图像。
6.一种辅助微创手术的手术引导方法，其特征在于，包括：
M1、在微创手术之前，采用上述权利要求1至5任一所述的方法获取微创手术的待消融区域；
M2、借助于消融设备，并依据所述待消融区域，确定微创手术的消融功率和消融时间；
M3、在微创手术完成之后，基于PET-CT成像方式重建三维分布图像，并判断该三维分布图像中微创手术的消融区域是否完全消融。
7.一种处理装置，其特征在于，包括：
存储器、处理器、总线以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-5任意一项的步骤。
8.一种分子影像成像系统，其特征在于，包括权利要求7所述的处理装置。
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