CN117598785A - 一种用于术中导航的分子影像成像系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种用于术中导航的分子影像成像系统和方法，包括辐射信号探测模块、数据处理模块和三维成像模块。首先获取组织放射区域外在一预设的辐射探测平面上不同入射角的辐射分布数据；再依据不同入射角的辐射分布数据获取组织放射区域中每个放射源点相对辐射探测平面的空间分布数据；最后依据每个放射源点的空间分布数据，对组织放射区域进行三维重建，以获取相对辐射探测平面的组织放射区域的三维影像数据。由于可以实时动态显示组织放射区域的三维影像，使得术中对功能性器官的空间定位更准确。

Description

一种用于术中导航的分子影像成像系统和方法
技术领域
本申请涉及医学治疗辅助设备技术领域，具体涉及一种用于术中导航的分子影像成像系统和方法。
背景技术
肿瘤手术切除是肿瘤的核心治疗方式之一，尤其是对于早期体积较小的肿瘤具有良好的治疗效果，而肿瘤手术精准切除的前提是肿瘤的精准定位和识别。现有技术中，术中的肿瘤边界定位是依据术前的医学影像（CT、MRI、PET/CT等）数据，在手术计划系统中进行定位和识别，以依据术前计划和术中导航的方式来辅助治疗。但是在手术过程中患者按手术需要要重新摆位，原本通过术前影像获得的肿瘤边界和识别将产生很大的形变误差，尤其是对于软组织，这都直接影响导航精度。虽然术中影像作为术前影像的补充，能够在手术过程中对于肿瘤进行实时定位成像、边界确认，为肿瘤的手术治疗提供精准导航，但是，这对手术室环境、手术设备和手术人员的技能都有非常苛刻的要求，例如，术中CT或术中X射线，都会对医护人员和患者带来健康隐患，对手术器械也有严苛的要求。如何设计一种易于实现且能实现术中精准导航的定位方法，一直是医疗设备研发的主要研究方向。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是如何实现术中对功能性器官的空间定位。
根据第一方面，一种实施例中提供一种用于术中导航的分子影像成像系统，包括：
辐射信号探测模块，用于分别获取组织放射区域外在一预设的辐射探测平面上不同入射角的辐射分布数据；所述组织放射区域由组织中的细胞代谢放射性示踪剂产生；
数据处理模块，用于依据不同入射角的辐射分布数据获取所述组织放射区域中每个放射源点相对所述辐射探测平面的空间分布数据；所述放射源点为所述组织中的所述放射性示踪剂累积的细胞；
三维成像模块，用于依据每个所述放射源点的所述空间分布数据，对所述组织放射区域进行三维重建，以获取相对所述辐射探测平面的所述组织放射区域的三维影像数据；所述组织放射区域的三维影像数据用于对所述组织放射区域进行术中切除时的实时定位。
一实施例中，分子影像成像系统还包括：
手术导航模块，用于依据所述组织放射区域的三维影像数据，实时标识显示所述组织放射区域相对所述辐射探测平面的二维和/三维影像。
一实施例中，所述手术导航模块还用于实时显示手术器械与所述组织放射区域的空间位置关系。
一实施例中，所述辐射信号探测模块包括准直器、辐射探测板和数据获取单元；
所述辐射探测板设置在所述辐射探测平面上，用于将接收的辐射信号转换为电信号；
所述准直器设置在所述组织放射区域和所述辐射探测板之间，用于将不同入射角度的所述辐射信号分时辐射到所述探测板上；
所述数据获取单元，用于依据转换所述辐射信号获取的所述电信号，获取辐射分布数据。
一实施例中，所述辐射探测板为半导体探测器，应用半导体材料接收辐射信号时电信号的电参数发生改变的原理将所述辐射信号转换为所述电信号。
一实施例中，所述辐射探测板包括光电转换器，将所述辐射信号转换为光信号后，再由光电转换器将所述光信号转换为所述电信号。
一实施例中，所述准直器将不同入射角度的所述辐射信号分时辐射到所述探测板上，包括：
所述准直器通过沿一维方向进行步进式偏转运动，使所述准直器与所述辐射探测板接收面形成特定的角度，以实现所述辐射探测板分时探测来自不同入射角度的辐射信号。
一实施例中，所述数据处理模块依据不同入射角的辐射分布数据获取所述组织放射区域中每个放射源点相对所述辐射探测平面的空间分布数据，包括：
所述数据处理模块通过能量筛选算法和散射校正算法将所述辐射分布数据按角度排列成待重建的投影数据，再应用图像重建算法依据所述投影数据获取所述组织放射区域中每个放射源点相对所述辐射探测平面的空间分布数据。
根据第二方面，一种实施例中提供一种用于术中导航的分子影像成像方法，包括：
分别获取组织放射区域外在一预设辐射探测平面上不同入射角的辐射分布数据；所述放射源点为所述组织中的所述放射性示踪剂累积的细胞；
依据不同入射角的辐射分布数据获取所述组织放射区域中每个放射源点相对所述辐射探测平面的空间分布数据；所述放射源点为所述组织中的所述放射性示踪剂累积的细胞；
依据每个所述放射源点的所述空间分布数据，对所述组织放射区域进行三维重建，以获取相对所述辐射探测平面的所述组织放射区域的三维影像数据；所述组织放射区域的三维影像数据用于对所述组织放射区域进行术中切除时的实时定位。
据上述实施例的分子影像成像系统，可以实时动态显示组织放射区域的三维影像，使得术中对功能性器官的空间定位更准确。
附图说明
图1为一种实施例中分子影像成像系统的结构框图；
图2为一种实施例中辐射信号探测模块的结构示意图；
图3为一种实施例中分子影像成像方法的流程示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。
术中对肿瘤边界的定义精准，是直接影响手术成功与否的关键，若肿瘤边界定义过大则会切除较多正常组织，会极大的影响患者正常功能，若肿瘤边界定义过小则会残留较多肿瘤细胞，失去手术治疗意义。
核医学影像是目前主流的分子生物影像手段，其利用注射或者口服由核素和靶向药物合成的放射性示踪剂，放射性示踪剂中核素在人体内产生伽马光子，通过在人体外探测伽马光子来获得靶向药物在人体内的分布及变化信息，从而反映人体内的功能代谢、生化信息等，是肿瘤的定位和定性的影像新标准。需要指出的是，放射性示踪剂在核医学领域已经应用很广泛了，主要用于肿瘤，神经系统的诊断、放射治疗等应用，已经被临床证明属于安全使用范围，其常规使用剂量范围在10mSV-20mSV范围内。本申请实施例中用于于术中导航成像的放射性示踪剂剂量要比用于诊断所用的放射性示踪剂剂量更低。有鉴于此，在本申请一实施例中，依据肿瘤区域的伽马光子分布与正常组织有明显区别的特征，通过对伽马光子的空间定位和识别，来对肿瘤组织进行空间定位和识别，以解决目前术中影像系统对于肿瘤定位精度和可靠性不高的问题。
实施例一：
请参考图1，为一种实施例中分子影像成像系统的结构框图，该分子影像成像系统用于实现术中对功能性组织的三维定位，以实现术中导航功能，具体包括辐射信号探测模块10、数据处理模块20、三维成像模块30和手术导航模块40。辐射信号探测模块10用于分别获取组织放射区域外在一预设的辐射探测平面上不同入射角的辐射分布数据，其中，所述放射源点为所述组织中的所述放射性示踪剂累积的细胞。数据处理模块20用于依据不同入射角的辐射分布数据获取组织放射区域中每个放射源点相对辐射探测平面的空间分布数据，所述放射源点为所述组织中的所述放射性示踪剂累积的细胞。三维成像模块30用于依据每个放射源点的空间分布数据，对组织放射区域进行三维重建，以获取相对辐射探测平面的组织放射区域的三维影像数据。组织放射区域的三维影像数据用于对组织放射区域进行术中切除时的实时定位。手术导航模块40用于依据组织放射区域的三维影像数据，实时标识显示组织放射区域相对辐射探测平面的二维和/三维影像。一实施例中，手术导航模块40还用于实时显示手术器械与组织放射区域的空间位置关系。
请参考图2，为一种实施例中辐射信号探测模块的结构示意图，一实施例中，辐射信号探测模块包括准直器、辐射探测板和数据获取单元。辐射探测板设置在辐射探测平面上，用于将接收的辐射信号转换为电信号。准直器设置在组织放射区域和辐射探测板之间，用于将不同入射角度的辐射信号分时辐射到探测板上。数据获取单元用于依据转换辐射信号获取的电信号，获取辐射分布数据。一实施例中，辐射探测板为半导体探测器，应用半导体材料接收辐射信号时电信号的电参数发生改变的原理将辐射信号转换为电信号。一实施例中，辐射探测板包括光电转换器，将辐射信号转换为光信号后，再由光电转换器将光信号转换为电信号。在本申请实施例中，辐射探测板用于辐射信号获取，将探测到的射线转换成电信号，即可以采用传统的闪烁体探测器（结构由闪烁晶体+光电转换器件组成），其通过闪烁晶体（如碘化钠NaI，LYSO等）收到的射线转换成光信号，然后光信号通过光电转换器转换成电信号，还可以是半导体探测器（如碲锌镉CZT，碲化镉等），该类型辐射探测板将收集到的射线直接转换成电信号。一实施例中，准直器通过沿一维方向进行步进式偏转运动，使准直器与辐射探测板接收面形成特定的角度，以实现辐射探测板分时探测来自不同入射角度的辐射信号。一实施例中，数据处理模块通过能量筛选算法和散射校正算法将辐射分布数据按角度排列成待重建的投影数据，再应用图像重建算法依据投影数据获取组织放射区域中每个放射源点相对辐射探测平面的空间分布数据。基于不同入射角的辐射分布状态获取放射源点的空间位置是相对成熟的技术，本申请不再进行赘述。
请参考图3，为一种实施例中的分子影像成像方法的流程示意图，本申请一实施例中还公开了一种分子影像成像方法，具体包括：
步骤101，获取辐射分布数据。
分别获取组织放射区域外在一预设辐射探测平面上不同入射角的辐射分布数据，所述放射源点为所述组织中的所述放射性示踪剂累积的细胞。
步骤102，获取空间分布数据。
依据不同入射角的辐射分布数据获取组织放射区域中每个放射源点相对辐射探测平面的空间分布数据，所述放射源点为所述组织中的所述放射性示踪剂累积的细胞。
步骤103，三维重建。
依据每个放射源点的空间分布数据，对组织放射区域进行三维重建，以获取相对辐射探测平面的组织放射区域的三维影像数据，组织放射区域的三维影像数据用于对组织放射区域进行术中切除时的实时定位。
利用上述软组织成像方法能够对肿瘤边界进行精准成像，引导手术对于肿瘤区域进行精准治疗。
本申请实施例中公开的分子影像成像系统，包括辐射信号探测模块、数据处理模块和三维成像模块。首先获取组织放射区域外在一预设的辐射探测平面上不同入射角的辐射分布数据；再依据不同入射角的辐射分布数据获取组织放射区域中每个放射源点相对辐射探测平面的空间分布数据；最后依据每个放射源点的空间分布数据，对组织放射区域进行三维重建，以获取相对辐射探测平面的组织放射区域的三维影像数据。由于可以实时动态显示组织放射区域的三维影像，使得术中对功能性器官的组织空间定位更准确。
本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分功能可以通过硬件的方式实现，也可以通过计算机程序的方式实现。当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘、光盘、硬盘等，通过计算机执行该程序以实现上述功能。例如，将程序存储在设备的存储器中，当通过处理器执行存储器中程序，即可实现上述全部或部分功能。另外，当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序也可以存储在服务器、另一计算机、磁盘、光盘、闪存盘或移动硬盘等存储介质中，通过下载或复制保存到本地设备的存储器中，或对本地设备的系统进行版本更新，当通过处理器执行存储器中的程序时，即可实现上述实施方式中全部或部分功能。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种用于术中导航的分子影像成像系统，其特征在于，包括：
辐射信号探测模块，用于分别获取组织放射区域外在一预设的辐射探测平面上不同入射角的辐射分布数据；所述组织放射区域由组织中的细胞代谢放射性示踪剂产生；
数据处理模块，用于依据不同入射角的辐射分布数据获取所述组织放射区域中每个放射源点相对所述辐射探测平面的空间分布数据；所述放射源点为所述组织中的所述放射性示踪剂累积的细胞；
三维成像模块，用于依据每个所述放射源点的所述空间分布数据，对所述组织放射区域进行三维重建，以获取相对所述辐射探测平面的所述组织放射区域的三维影像数据；所述组织放射区域的三维影像数据用于对所述组织放射区域进行术中切除时的实时定位。
2.如权利要求1所述的分子影像成像系统，其特征在于，还包括：
手术导航模块，用于依据所述组织放射区域的三维影像数据，实时标识显示所述组织放射区域相对所述辐射探测平面的二维和/三维影像。
3.如权利要求2所述的分子影像成像系统，其特征在于，所述手术导航模块还用于实时显示手术器械与所述组织放射区域的空间位置关系。
4.如权利要求1所述的分子影像成像系统，其特征在于，所述辐射信号探测模块包括准直器、辐射探测板和数据获取单元；
所述辐射探测板设置在所述辐射探测平面上，用于将接收的辐射信号转换为电信号；
所述准直器设置在所述组织放射区域和所述辐射探测板之间，用于将不同入射角度的所述辐射信号分时辐射到所述探测板上；
所述数据获取单元，用于依据转换所述辐射信号获取的所述电信号，获取辐射分布数据。
5.如权利要求4所述的分子影像成像系统，其特征在于，所述辐射探测板为半导体探测器，应用半导体材料接收辐射信号时电信号的电参数发生改变的原理将所述辐射信号转换为所述电信号。
6.如权利要求4所述的分子影像成像系统，其特征在于，所述辐射探测板包括光电转换器，将所述辐射信号转换为光信号后，再由光电转换器将所述光信号转换为所述电信号。
7.如权利要求4所述的分子影像成像系统，其特征在于，所述准直器将不同入射角度的所述辐射信号分时辐射到所述探测板上，包括：
所述准直器通过沿一维方向进行步进式偏转运动，使所述准直器与所述辐射探测板接收面形成特定的角度，以实现所述辐射探测板分时探测来自不同入射角度的辐射信号。
8.如权利要求4所述的分子影像成像系统，其特征在于，所述数据处理模块依据不同入射角的辐射分布数据获取所述组织放射区域中每个放射源点相对所述辐射探测平面的空间分布数据，包括：
所述数据处理模块通过能量筛选算法和散射校正算法将所述辐射分布数据按角度排列成待重建的投影数据，再应用图像重建算法依据所述投影数据获取所述组织放射区域中每个放射源点相对所述辐射探测平面的空间分布数据。
9.一种用于术中导航的分子影像成像方法，其特征在于，包括：
分别获取组织放射区域外在一预设辐射探测平面上不同入射角的辐射分布数据；所述组织放射区域由组织中的放射性示踪剂产生；
依据不同入射角的辐射分布数据获取所述组织放射区域中每个放射源点相对所述辐射探测平面的空间分布数据；所述放射源点为所述组织中的所述放射性示踪剂累积的细胞；
依据每个所述放射源点的所述空间分布数据，对所述组织放射区域进行三维重建，以获取相对所述辐射探测平面的所述组织放射区域的三维影像数据；所述组织放射区域的三维影像数据用于对所述组织放射区域进行术中切除时的实时定位。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述介质上存储有程序，所述程序能够被处理器执行以实现如权利要求9所述的分子影像成像方法。
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