CN109260609A - 一种呼吸门控与核磁共振图像融合图像引导装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种呼吸门控与核磁共振图像融合图像引导装置，包括病人所需治疗床、呼吸门控传感器、核磁共振设备含核磁共振腔体、MR核磁共振图像工作站、图像融合采集装置、图像融合处理装置(图像融合算法的实现)，图像融合显示装置、连接呼吸门控感知装置和融合装置的同步信号线。融合算法利用门控设备得到当前MR帧图像作为静止的背景模型，并在不断更新患者正常呼吸情况下的MR图像中检测前景图像，提取出运动肿瘤目标，确保病人在身体呼吸状态下，肿瘤位置更加准确，且保证肿瘤靶区的照射剂量更加精确、适宜；该发明在医生对病人进行放射治疗时，患者只需要一次屏气获得门控信号，后期治疗只需正常呼吸即可，有利于病人的临床治疗。

Description

一种呼吸门控与核磁共振图像融合图像引导装置及其方法

技术领域

本发明属于医疗机械设备技术领域，涉及一种呼吸门控与核磁共振图像融合图像引导技术，具体是一种呼吸门控与核磁共振图像融合图像引导装置及其方法。

背景技术

目前，医疗电子机械设备的发展对先进治疗技术的发展起到了巨大的帮助，但是在某些治疗方式中还有很大的改进空间。例如在医生对病人进行放射治疗时，一般需要对病人进行摆位，将病床转移到指定位置，技师操作往往无法知晓病人躺在治疗床上的真实位置，如人体对旋转机架、治疗头等的距离。现有的放疗过程中，患者的呼吸会造成肿瘤位置及重要器官的移动，可能导致肿瘤靶区的低剂量照射，或重要器官的高剂量照射，产生放射性肺炎、肝炎等病症。而“呼吸门控”技术可在一定程度上控制呼吸对肿瘤靶区的影响，能精确勾画靶区位置，减少重离子束治疗的副作用。尤其在摆位过程中需要图像引导技术对肿瘤位置进行准确定位并实时爆破。尤其对人体软组织，如脑部、腹部、肺部及乳腺等部位，在身体呼吸状态下容易造成肿瘤位置不准确，现有技术下如果采用呼吸门控技术，需要病人长期屏住呼吸，人为改变呼吸参数，实现门控剂量分布的符合性和系统鲁棒性。通过引入相靶区和门控技术对靶区体积的减少作用。临床过程中，参与放疗治疗的患者，尤其晚期(III期,IV期)患者，相对身体较弱，难以获得准确的门控信号，尤其治疗过程中，患者需要一直屏气，非常不利于临床治疗。为解决上述缺陷，现提供一种解决方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种呼吸门控与核磁共振图像融合图像引导装置及其方法，在医生在通过本发明对病人进行放射治疗时，患者只需要一次屏气获得门控信号，后期治疗只需正常呼吸即可。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现；

一种呼吸门控与核磁共振图像融合图像引导装置，包括图像融合采集装置、图像融合处理装置完成图像融合算法的实现、图像融合显示装置、呼吸门控感知装置和融合装置的同步信号线、病人所需治疗床、呼吸门控传感器、核磁共振设备含核磁共振腔体和MR核磁共振图像工作站，该装置的具体使用步骤如下：

步骤一：通过启动呼吸门控感知装置，并获取呼吸门控传感器信号，病人屏气一次，MR图像工作站获取MR图像，启动连接呼吸门控感知装置和融合装置的同步信号线的信号传输，该图像为静止图像并通过图像融合采集装置传输给图像融合处理装置；

步骤二：关闭呼吸门控感知装置，病人保持正常呼吸，图像融合采集装置获取MR图像工作站的实时MR图像作为运动图像，图像融合处理装置启动呼吸门控感知装置与核磁共振图像融合算法，此图像作为前景基准并传送靶区图像进行引导摆位；

步骤三：该融合算法将启动呼吸门控感知装置得到的MR图像作为静止的背景模型；患者正常呼吸情况下获取MR图像，此作为运动图像，每一帧MR采集到的图像和启动呼吸门控感知装置下采集到的MR背景模型相减，得到图像中偏离背景图像的像素点，对二值化图像进行连通分析等处理；

步骤四：通过呼吸门控感知装置与核磁共振图像融合处理装置，在门控与MR图像融合引导的期间，患者在正常呼吸条件下对采集的MR图像进行融合，快速识别靶区目标图像。

进一步的，所述融合算法集成在所述图像融合处理装置内部，且所述图像融合处理装置与图像融合采集装置电性连接。

一种呼吸门控与核磁共振图像融合图像引导方法，该方法具体包括以下步骤：

步骤一：启动呼吸门控感知装置情况下采集到的MR图像存储或者实时获取的背景图像序列为每个像素统计建模，得到背景模型F_t-1(x,y)；

步骤二：将正常呼吸情况下，每一帧MR采集到的图像F_t(x,y)和门控信号下采集到的MR背景模型F_t-1(x,y)相减，得到图像中偏离背景图像的像素点，

D_t(x,y)＝|F_t(x,y)-F_t-1(x,y)| (1)；

其中，F_t(x,y)为实时MR采集的帧图像，F_t-1(x,y)为门控条件下获取的MR背景图像，Dt(x,y)为靶区目标图像；

步骤三：对图像进行二值化处理；

步骤四：对差分后的靶区图像D_t(x,y)进行二值化，认为当差分图像中像素值大于某一给定阈值时，即认为该像素可能为正常呼吸MR目标图像上的一个点，否则认为该像素为门控信号下MR背景中的一个像素，二值化后得到Pt(x,y)图像；

步骤五：对图像Pt(x,y)进行连通性分析，获得图像Rt(x,y)，当某个连通区域的面积大于某一给定的闭值，则检测到靶区目标，并认为该区域就为目标所占的区域。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、在医生对病人进行放射治疗时，先通过启动呼吸门控设备，获取门控信号，然后在启动呼吸门控设备情况下，MR图像工作站采集MR图像，在其上识别可疑组织，此图像作为背景基准并传输到该图像引导装置中，然后关闭呼吸门控设备，采集MR图像，此作为运动图像，设备启动呼吸门控与核磁共振图像融合算法，可以在门控与MR图像融合引导的期间，通过将其与正常呼吸条件下MR成像系统采集的图像融合，来使用MRI图像，该融合算法利用门控设备得到当前MR帧图像作为静止的背景模型，并在不断更新患者正常呼吸情况下的MR图像中检测前景图像，提取出运动肿瘤目标，在这种情况下，MRI图像确定靶区(例如，患者)中的预定最终位置，确保病人在身体呼吸状态下，肿瘤位置更加准确，且保证肿瘤靶区的照射剂量更加精确、适宜，避免引发放射性肺炎、肝炎等病症。

2、医学图像(例如，MRI图像)能够被用于处置规划，该图像确定用于处置的预定最终位置，这种位置例如可以是需要定位的位置，保证技师对病人治疗操作时，能够准确知晓病人躺在治疗床上的真实位置，该发明在医生对病人进行放射治疗时，患者只需要一次屏气获得门控信号，后期治疗只需正常呼吸即可，有利于病人的临床治疗。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的整体工作原理示意图。

图2为本发明的门控与MR图像融合引导算法的原理示意图。

图3为本发明的门控与MR图像融合引导算法的融合处理效果图。

图4为本发明的门控与MR图像融合引导算法的不处理效果图。

具体实施方式

如图1-4所示，一种呼吸门控与核磁共振图像融合图像引导装置，包括图像融合采集装置、图像融合处理装置(完成图像融合算法的实现)、图像融合显示装置、呼吸门控感知装置和融合装置的同步信号线4、以所需治疗床3、呼吸门控传感器1、核磁共振设备含核磁共振腔体2和MR核磁共振图像工作站，该装置的具体使用步骤如下：

步骤一：通过启动呼吸门控感知装置，并获取呼吸门控传感器1信号，病人屏气一次，MR图像工作站获取MR图像，启动连接呼吸门控感知装置和融合装置的同步信号线4的信号传输，该图像为静止图像并通过图像融合采集装置传输给图像融合处理装置；

步骤二：关闭呼吸门控感知装置，病人保持正常呼吸，图像融合采集装置获取MR图像工作站的实时MR图像作为运动图像，图像融合处理装置启动呼吸门控感知装置与核磁共振图像融合算法，此图像作为前景基准并传对靶区图像进行引导摆位；

步骤三：该融合算法将启动呼吸门控感知装置得到的MR图像作为静止的背景模型；患者正常呼吸情况下获取MR图像，此作为运动图像，每一帧MR采集到的图像和启动呼吸门控感知装置下采集到的MR背景模型相减，得到图像中偏离背景图像的像素点，对二值化图像进行连通分析等处理；

步骤四：通过呼吸门控感知装置与核磁共振图像融合处理装置，在门控与MR图像融合引导的期间，患者在正常呼吸条件下对采集的MR图像进行融合，快速识别靶区目标图像。

作为本发明较佳的实施例，所述融合算法集成在所述图像融合处理装置内部，且所述图像融合处理装置与图像融合采集装置电性连接。

一种呼吸门控与核磁共振图像融合图像引导方法，该方法具体包括以下步骤：

步骤一：启动呼吸门控感知装置情况下采集到的MR图像存储或者实时获取的背景图像序列为每个像素统计建模，得到背景模型F_t-1(x,y)；

步骤二：将正常呼吸情况下，每一帧MR采集到的图像F_t(x,y)和门控信号下采集到的MR背景模型F_t-1(x,y)相减，得到图像中偏离背景图像的像素点，

D_t(x,y)＝|F_t(x,y)-F_t-1(x,y)| (1)；

其中，Ft(x,y)为实时MR采集的帧图像，Ft-1(x,y)为门控条件下获取的MR背景图像，Dt(x,y)为靶区目标图像；

步骤三：对图像进行二值化处理；

步骤四：对差分后的靶区图像D_t(x,y)进行二值化，认为当差分图像中像素值大于某一给定阈值时，即认为该像素可能为正常呼吸MR目标图像上的一个点，否则认为该像素为门控信号下MR背景中的一个像素，二值化后得到P_t(x,y)图像；

步骤五：对图像P_t(x,y)进行连通性分析，获得图像R_t(x,y)，当某个连通区域的面积大于某一给定的闭值，则检测到靶区目标，并认为该区域就为目标所占的区域。

本发明的有益效果是：

1、在医生对病人进行放射治疗时，先通过启动呼吸门控设备，获取门控信号，然后在获取门控信号下，采集MR图像，在其上识别可疑组织，此图像作为背景基准并传输到该图像引导装置中，然后关闭呼吸门控设备，采集MR图像，此作为运动图像，设备启动呼吸门控与核磁共振图像融合算法，可以在门控与MR图像融合引导的期间，通过将其与正常呼吸条件下MR成像系统采集的图像融合，来使用MRI图像，该融合算法利用门控设备得到当前MR帧图像作为静止的背景模型，并在不断更新患者正常呼吸情况下的MR图像中检测前景图像，提取出运动肿瘤目标，在这种情况下，MRI图像确定靶区(例如，患者)中的预定最终位置，确保病人在身体呼吸状态下，肿瘤位置更加准确，且保证肿瘤靶区的照射剂量更加精确、适宜，避免引发放射性肺炎、肝炎等病症。

2、医学图像(例如，MRI图像)能够被用于处置规划，该图像确定用于处置的预定最终位置，这种位置例如可以是需要定位的位置，保证技师对病人治疗操作时，能够准确知晓病人躺在治疗床上的真实位置，且该发明在医生对病人进行放射治疗时，患者只需要一次屏气获得门控信号，后期治疗只需正常呼吸即可，有利于病人的临床治疗。

本发明在工作时，通过启动呼吸门控设备，获取门控信号，然后在获取门控信号下，采集MR图像，在其上识别可疑组织，此图像作为背景基准并传输到该图像引导装置中，然后关闭呼吸门控设备，采集MR图像，此作为运动图像，设备启动呼吸门控与核磁共振图像融合算法，可以在门控与MR图像融合引导的期间，通过将其与正常呼吸条件下MR成像系统采集的图像融合，来使用MRI图像，该融合算法利用门控设备得到当前MR帧图像作为静止的背景模型，并在不断更新患者正常呼吸情况下的MR图像中检测前景图像，提取出运动肿瘤目标，在这种情况下，MRI图像确定靶区(例如，患者)中的预定最终位置，确保病人在身体呼吸状态下，肿瘤位置更加准确，医学图像(例如，MRI图像)能够被用于处置规划，该图像确定用于处置的预定最终位置，这种位置例如可以是需要定位的位置，保证技师对病人治疗操作时，能够准确知晓病人躺在治疗床上的真实位置。

Claims (3)

1.一种呼吸门控与核磁共振图像融合图像引导装置，其特征在于，包括图像融合采集装置、图像融合处理装置、图像融合显示装置、呼吸门控感知装置和融合装置的同步信号线(4)、所需治疗床(3)、呼吸门控传感器(1)、核磁共振设备含核磁共振腔体(2)和MR图像工作站，该装置的具体使用步骤如下：

步骤一：通过启动呼吸门控感知装置，并获取呼吸门控传感器(1)信号，病人屏气一次，MR图像工作站获取MR图像，启动连接呼吸门控感知装置和融合装置的同步信号线(4)的信号传输，该图像为静止图像并通过图像融合采集装置传输给图像融合处理装置；

步骤二：关闭呼吸门控感知装置，病人保持正常呼吸，图像融合采集装置获取MR图像工作站的实时MR图像作为运动图像，图像融合处理装置启动呼吸门控感知装置与核磁共振图像融合算法，此图像作为前景基准并传送靶区图像进行引导摆位；

步骤三：该融合算法将启动呼吸门控感知装置得到的MR图像作为静止的背景模型；患者正常呼吸情况下获取MR图像，此作为运动图像，每一帧MR采集到的图像和启动呼吸门控感知装置下采集到的MR背景模型相减，得到图像中偏离背景图像的像素点，对二值化图像进行连通分析处理；

步骤四：通过呼吸门控感知装置与核磁共振图像融合处理装置，在门控与MR图像融合引导的期间，患者在正常呼吸条件下对采集的MR图像进行融合，快速识别靶区目标图像。

2.根据权利要求1所述的一种呼吸门控与核磁共振图像融合图像引导装置，其特征在于，所述融合算法集成在所述图像融合处理装置内部，且所述图像融合处理装置与图像融合采集装置电性连接。

3.一种呼吸门控与核磁共振图像融合图像引导方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

步骤一：启动呼吸门控感知装置情况下采集到的MR图像存储或者实时获取的背景图像序列为每个像素统计建模，得到背景模型F_t-1(x,y)；

步骤二：将正常呼吸情况下，每一帧MR采集到的图像F_t(x,y)和门控信号下采集到的MR背景模型F_t-1(x,y)相减，得到图像中偏离背景图像的像素点，

D_t(x,y)＝|F_t(x,y)-F_t-1(x,y)| (1)；

其中，F_t(x,y)为实时MR采集的帧图像，F_t-1(x,y)为门控条件下获取的MR背景图像，D_t(x,y)为靶区目标图像；

步骤三：对图像进行二值化处理；

步骤四：对差分后的靶区图像D_t(x,y)进行二值化，认为当差分图像中像素值大于某一给定阈值时，即认为该像素可能为正常呼吸MR目标图像上的一个点，否则认为该像素为门控信号下MR背景中的一个像素，二值化后得到P_t(x,y)图像；

步骤五：对图像P_t(x,y)进行连通性分析，获得图像R_t(x,y)，当某个连通区域的面积大于某一给定的闭值，则检测到靶区目标，并认为该区域就为目标所占的区域。