CN1911175A - 一种用于准确确定肿瘤形状的影像融合方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于准确确定肿瘤形状的影像融合方法。本发明以影像三维重建为基础的，在三个正交截面上按魔十字标志和解剖学结构进行校准，因此具有很高的精度，其误差在影像像素范围内，并且节省了物理师的时间；集中两种或多种医学影像的优点，更好、更准确、更方便地勾画靶区；也可以不同时期同种影像的病变或治疗结果的比较。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于准确确定肿瘤形状的影像融合方法。
背景技术
肿瘤放射治疗已经由普通放疗或常规放疗发展到精确放疗的阶段。 精确放疗包括三个方面含义：精确定位、精确计划、精确治疗；为了达到精确计划、精确治疗的目的，在计划系统中正确勾画肿瘤(靶区)轮廓是精确治疗的根本，而准确计算肿瘤的几何形状和尺寸是确定治疗方案(如确定分次照射剂量、总照射剂量)的前提。
随着科技的发展，用于诊断目的的影像除常见的解剖学影像CT、MRI外，还有功能性影像PET，以及其它的医学影像。由于这些医学影像的成像的物理原理不同，在医学影像上同一生理结构在影像上显示并不相同，如颅骨在CT影像上显示为白色，而在MRI上显示为黑色；同一病人的病灶在CT和MRI影像上，形状和尺寸存在较大差异，如在MRI可以清楚看到水肿，而CT上看不到。又如在CT和MRI检测不到的前列腺肿瘤，而在功能性影像PET上能清楚显示。在这些医学影像中CT具有很好的定位精度和空间分辨率，因此CT影像常用于放射治疗计划系统。
如何将多种医学影像的优势结合起来，实现精确放射治疗，为医生提供强有力的工具，为患者造福。在肿瘤放射治疗计划系统中肿瘤(靶区)的准确勾画是精确计划、精确治疗达到良好治疗效果的前提。在肿瘤放射治疗计划系统中，有一种所谓影像配准技术，其特点是将同一患者的两种不同影像序列(以CT/MRI为例)，按解剖学结构将肿瘤区的扫描影像层对应起来，然后比照MRI影像在CT影像上勾画肿瘤轮廓。用于采用的是两帧不同影像层的配准的方法，因此无法改变两种扫描影像由于扫描参数的差异引起误差，这些差异包括影像的象素矩阵不同、扫描间距不同、扫描时患者的体位相对于扫描设备坐标系的差异，等等。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于避免上述现有技术中的不足，而提出一种将不同影像的优点结合起来用于准确确定肿瘤形状的影像融合方法。
本发明所提供的技术方案是：一种用于准确确定肿瘤形状的影像融合方法，该方法包括以下步骤：
对患者的肿瘤部位进行多种影像扫描设备扫描，得到相应的多种类型的影像序列；
将所得到的影像序列传输至肿瘤放射治疗计划系统，该系统对影像序列进行三维影像重建，以其中某个影像序列的三维重建影像为基准，得出其它影像序列的三维影像的坐标系的相对空间坐标的变化量；
在基准的三维影像坐标下，根据相对空间坐标的变化量，以基准影像序列的扫描参数将待融合的影像序列的三维重建影像重新扫描，得到相应的新的影像序列；
在肿瘤放射治疗计划系统中，将新的影像序列的影像层与基准影像序列的影像层进行叠加，由此得到基准影像序列中的影像层上的肿瘤的形状、大小。
进一步地，所述的扫描方式采用了在患者的肿瘤部位设有2～3个标记；在三维影像重建时，通过标记的空间位置和基准三维影像得出其它影像序列的三维影像的相对空间坐标的变化量。
进一步地，肿瘤放射治疗计划系统得到其它影像序列的三维影像的相对空间坐标的变化量方法为：
该计划系统将所有影像序列的三维重建影像，在某个重建影像的坐标系中的三个正交截面上进行叠加；
计划系统叠加显示基准影像序列和待融合的影像序列的三个正交截面影像，根据解剖学结构，调整待融合的影像序列的三维影像坐标系的中心位置和旋转角度，使得每个截面影像上叠加显示在解剖学结构重合，确定出待融合的影像序列的三维影像的相对空间坐标的变化量。
进一步地，所述的影像扫描方式为CT影像、核磁共振影像、功能性影像。
本发明有如下优点：以影像三维重建为基础的，在三个正交截面影像上按标志和解剖学结构进行校准，因此具有很高的精度，其误差在影像象素范围内，并且节省了物理师的时间；集中两种或多种医学影像的优点，更好、更准确、更方便地勾画靶区；也可以不同时期同种影像的病变或治疗结果的比较。
具体实施方式
下面结合实施例来详细说明本发明。
实施例一：
有标志点融合的影像融合方法：
1、在CT扫描前，在患者的肿瘤部位粘贴两个或三个CT专用微型交叉线标记板(或魔十字标记板)，并标记交叉线(或魔十字)的位置，然后扫描患者。
2、在MRI扫描前，撤下CT用魔十字标记板，在标记的相同位置粘贴一组两个或三个MRI专用魔十字标记板；然后扫描患者。(以上CT和MRI的扫描顺序可以交换)
3、将二者的影像序列传输至肿瘤放射治疗计划系统，在计划系统中分别标志魔十字中心位置。系统分别重建三维CT和MRI影像。然后按三维空间中CT和MRI三维重建影像上魔十字的空间位置，计算出MRI坐标系相对于CT坐标系的坐标变换关系：平移和旋转参量。
4、根据计算出的平移和旋转参量，以CT坐标系为基准，计划系统按CT扫描参数对MRI三维重建影像重新“扫描”，建立新的MRI影像序列，这样在肿瘤区范围内，每个MRI层与CT层严格对应。
5、在MRI影像层上勾画肿瘤轮廓，该轮廓直接对应到CT影像上。在计划系统中可以叠加显示二者图像。
其中：魔十字标记板是一个由两根呈直线相交摆放的专用微细金属丝或专用液体管(注：能确保在影像上清晰成像的材料)固定在一起的装置。通常在CT定位时采用金属丝，在MRI上所用的魔十字线状物为塑性管，其中灌注MRI显像清晰的液体。在功能性影像PET上用的魔十字与MRI上用的类似，但灌注的液体为放射性核素，也即为了在PET影像上能清晰显示标志的材料。魔十字的两条交叉线之间角度通常为45度，并不是真正意义上的十字。通常CT用金属丝的直径约0.5～2毫米；在MRI上所用的魔十字的塑性管的直径约1.5mm。
具体操作流程如下：
1、影像扫描
扫描前，在肿瘤部位粘贴两(三)个魔十字。为保证高精度，在CT影像室借助激光灯，使得每个魔十字的一根金属丝与其一激光线重合，另一激光线过魔十字的交点，然后固定在患者头膜或体膜上。下一步，用专用墨水标记每个魔十字的位置。然后扫描病人。然后在MRI影像室，换上MRI专用魔十字，重复上面过程。
2、影像融合
a、将CT和MRI影像序列依次传输至计划系统，并作影像预处理，确保影像空间尺度准确；
b、分别读入CT和MRI影像序列；
c、在CT影像序列上找到魔十字两点重合的影像层，并作标志1，2；类似地，在MRI影像层上作标志3，4；
d、影像融合：计划系统根据魔十字影像融合的原理，通过三维影像重建和魔十字的空间位置关系，计算出MRI的扫描坐标系相当于CT的扫描坐标系的关系；
e、按CT扫描参数，新建MRI影像序列；
f、重新读入新的MRI影像序列；
g、显示两个影像序列重叠的效果：
h、在重叠的影像上得到肿瘤的位置和形状大小。
实施例二：
无标志点融合的影像融合方法：
1、将CT影像序列和MRI影像序列传输至肿瘤放射治疗计划系统，系统分别重建三维CT和MRI影像。
2、由于CT扫描和MRI扫描分别有一个坐标系统，反映患者扫描时的体位。计划系统以CT坐标系为基准，显示CT三维重建影像在CT坐标系的三个正交截面的影像在三个图像窗口(即显示其横断面、失状面和冠状面三个正交截面)，然后将MRI三维重建影像在CT坐标系的三个正交截面的影像对应地叠加显示在以上三个图像窗口。两种正交截面影像以不同的颜色显示；
3、根据解剖学结构知识，仔细调整MRI的坐标系的中心位置(X，Y，Z)和旋转角度(α，β，γ)，通过观察三个窗口显示的截面影像，使得三个窗口显示的截面影像重合，由此计算出MRI坐标系相对于CT坐标系的坐标变换关系：平移和旋转参量。
4、根据计算出的平移和旋转参量，以CT坐标系为基准，计划系统按CT扫描参数对MRI三维重建影像重新“扫描”，建立新的MRI影像序列，这样在肿瘤区范围内，每个MRI层与CT层严格对应。
5、在MRI影像层上勾画肿瘤轮廓，该轮廓直接对应到CT影像上。在计划系统中可以叠加显示二者图像。
无标志点影像融合技术操作流程：
1、在计划系统中读取CT影像序列和MRI影像序列；
2、在三个窗口以不同颜色叠加显示它们的三维重建影像在各自坐标系的三个正交截面上的影像；
3、调整MRI扫描坐标系相对于CT扫描坐标系的坐标原点的位置和相对角度，从而改变二者的三维重建影像的重合程度；
4、从解剖学结构知识判断，如果二者重合符合要求。计划系统对MRI的三维重建影像重新“扫描”，生成新的MRI影像序列，它与CT影像序列在肿瘤区的影像在空间上具有好的对应关系；
5、然后按获得的坐标变换参数，对MRI三维重建影像重新“扫描”MRI，生成新的MRI影像序列；
6、重新读入新建影像序列，即可方便而清晰地勾画病灶等器官轮廓。
上述方法和步骤对CT和PET的融合是类似一样的。
Claims (4)
1、一种用于准确确定肿瘤形状的影像融合方法，该方法包括以下步骤：
对患者的肿瘤部位进行多种影像扫描设备扫描，得到相应的多种类型的影像序列；
将所得到的影像序列传输至肿瘤放射治疗计划系统，该系统对影像序列进行三维影像重建，以其中某个影像序列的三维重建影像为基准，得出其它影像序列的三维影像的坐标系的相对空间坐标的变化量；
在基准的三维影像坐标下，根据相对空间坐标的变化量，以基准影像序列的扫描参数将待融合的影像序列的三维重建影像重新扫描，得到相应的新的影像序列；
在肿瘤放射治疗计划系统中，将新的影像序列的影像层与基准影像序列的影像层进行叠加，由此得到基准影像序列中的影像层上的肿瘤的形状、大小。
2、根据权利要求1所述的用于准确确定肿瘤形状的影像融合方法，其特征在于：所述的扫描方式采用了在患者的肿瘤部位设有2～3个标记；在三维影像重建时，通过标记的空间位置和基准三维影像得出其它影像序列的三维影像的相对空间坐标的变化量。
3、根据权利要求1所述的用于准确确定肿瘤形状的影像融合方法，其特征在于：肿瘤放射治疗计划系统得到其它影像序列的三维影像的相对空间坐标的变化量方法为：
该计划系统将所有影像序列的三维重建影像，在某个重建影像的坐标系中的三个正交截面上进行叠加；
计划系统叠加显示基准影像序列和待融合的影像序列的三个正交截面影像，根据解剖学结构，调整待融合的影像序列的三维影像坐标系的中心位置和旋转角度，使得每个截面影像上叠加显示在解剖学结构重合，确定出待融合的影像序列的三维影像的相对空间坐标的变化量。
4、根据权利要求1至3中任一权利要求所述的用于准确确定肿瘤形状的影像融合方法，其特征在于：所述的影像扫描方式为CT影像、核磁共振影像、功能性影像。
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| CNA2005100898716A CN1911175A (zh) | 2005-08-10 | 2005-08-10 | 一种用于准确确定肿瘤形状的影像融合方法 |
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|---|---|---|---|---|
| CN108922589A (zh) * | 2018-06-28 | 2018-11-30 | 上海联影医疗科技有限公司 | 一种放疗计划显示系统及存储介质 |
| CN111408066A (zh) * | 2020-03-19 | 2020-07-14 | 山东大学 | 基于磁共振影像的肿瘤位置标定系统及设备 |
| CN112085833A (zh) * | 2020-08-24 | 2020-12-15 | 南昌大学第一附属医院 | 一种锥束ct与影像融合结合的颈椎在体三维运动的分析方法 |
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2005
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