[發(fā)明專利]D4D?CT成像方法、設(shè)備和系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110358351.6
• 申請日: 2011-10-31
• 公開（公告）號: CN103083030B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉平;董加勤
• 申請（專利權(quán)）人: GE醫(yī)療系統(tǒng)環(huán)球技術(shù)有限公司
• 主分類號: A61B6/03
• 分類號: A61B6/03
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 葉曉勇,盧江

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及CT成像領(lǐng)域，具體而言，涉及一種改進的無設(shè)備四維CT(D4D-CT：Device-less?4?dimensional?CT)成像的方法、設(shè)備和系統(tǒng)。

背景技術(shù)

為了消除或者減少呼吸運動引起的偽影對胸腹部臟器CT掃描的影響，并反映胸腹部腫瘤隨時間變化的規(guī)律，達到準確診斷和治療的目的，提出了四維CT(4D-CT)的概念，將時間因素納入CT掃描圖像的三維重建中，可形成動態(tài)的四維CT圖像，即4D-CT。

目前，在CT機上實現(xiàn)胸腹部4D-CT的一般過程是：在圖像采集時利用與CT機相連接的呼吸監(jiān)控系統(tǒng)來監(jiān)測患者的呼吸運動，同步采集CT圖像和呼吸信號，在采集的每層CT圖像上均“烙上”在呼吸周期中所處的時間信息(即相位)，然后按相位分別對所有CT圖像進行分組和三維重建，其中各相位的三維圖像構(gòu)成一個隨時間變化的三維圖像序列，即4D-CT。

現(xiàn)有的4D-CT系統(tǒng)主要采用肺活量計來測量患者的呼吸量，用紅外攝像裝置來測量患者體表隨呼吸起伏的高度差，或者用壓力傳感器等測量患者呼吸導(dǎo)致的壓力差，將這些測量信號轉(zhuǎn)換為呼吸周期信號；采集CT圖像的方式大多采用電影模式(即CINE模式)，在每個掃描床位處按某個持續(xù)時間連續(xù)進行CT圖像采集，在一個床位完成一次CINE模式掃描之后，CT床行進至下一個掃描床位，重復(fù)同樣的CINE模式掃描，反復(fù)進行，直到覆蓋整個需要掃描的范圍為止。

上述4D-CT重建方法要求在圖像采集過程中，呼吸檢測設(shè)備必須與CT機進行數(shù)據(jù)通信，并且要求呼吸信號與CT圖像采集同步，并且，由于患者體表監(jiān)測信號與體內(nèi)臟器運動不同步，加上呼吸運動重復(fù)性較差，因此，有相當多的患者不能順利進行4D-CT重建。Ruijiang?Li等人在“4D?CT?sorting?based?on?patient?internal?anatomy”(Phys.Med.Biol.54(2009)4821-4833)一文中提議了一種基于無設(shè)備的4D-CT(即D4D-CT)檢選方法，通過引用將該論文整體合并于此。Li等人引入了四個內(nèi)部解剖學(xué)特征，即身體面積、肺部面積、空氣含量和肺部密度，并且使用又稱為空間相關(guān)性的量度來選擇在每個床位位置的最優(yōu)內(nèi)部特征以及基于所選最優(yōu)內(nèi)部特征來生成呼吸曲線以進行4D-CT檢選。該方法不需要外部呼吸監(jiān)測設(shè)備來同步地記錄呼吸運動，在降低成本的同時能夠在醫(yī)療設(shè)備中實現(xiàn)。

但是，在臨床應(yīng)用中，Li等人提議的方法具有以下缺點。

首先，在Li等人的方案中，身體面積表示CT切片中身體輪廓內(nèi)像素的總數(shù)量，肺部面積表示CT切片中肺部內(nèi)的像素的總數(shù)量，肺部密度表示肺部內(nèi)平均CT數(shù)量，而空氣含量表示肺部內(nèi)所有CT數(shù)量的總和。因此，Li等人使用的四個內(nèi)部特征均基于像素數(shù)量(在圖像分割之后)，并且假定CT切片內(nèi)的像素數(shù)量隨患者的呼吸運動同步變化。

然而，如圖2所示，在患者心臟區(qū)域，一些像素隨心臟的擴展或收縮和/或較厚血管的運動而在CT切片中頻繁地出現(xiàn)或消失，從而導(dǎo)致CT切片中肺部區(qū)域內(nèi)像素的數(shù)量隨不同于患者呼吸運動的規(guī)律(例如心臟的跳動規(guī)律)而減小或增大，從而影響上述四個內(nèi)部特征的準確性。而且，如果腫瘤位于患者心臟部位，則腫瘤隨心臟跳動的運動也將使腫瘤的圖像影響到CT切片內(nèi)的像素數(shù)量，同樣也會影響上述四個內(nèi)部特征的準確性。如圖1所示，根據(jù)Li等人提議的內(nèi)部特征生成的呼吸曲線與例如外部呼吸監(jiān)測設(shè)備的實時位置管理(RPM)系統(tǒng)記錄的基準呼吸曲線存在較大差異。

其次，Li等人使用空間相關(guān)性量度來從四個內(nèi)部特征中為每個床位位置選擇工作特征。該量度在一個床位的不同層之間計算每個內(nèi)部特征的相關(guān)值，并根據(jù)上述四個內(nèi)部特征中具有最高相關(guān)值的內(nèi)部特征生成該床位的呼吸曲線。這個量度在多數(shù)身體區(qū)域中是有效的，但是在某些腹部區(qū)域會失效。如圖9A與圖9B所示，由于腹部內(nèi)存在過量氣體，導(dǎo)致在明顯為腹部區(qū)域的位置使用了與肺部有關(guān)的具有最高相關(guān)值的內(nèi)部特征(例如肺部面積、肺部密度或空氣含量)來生成呼吸曲線，從而導(dǎo)致在CT切片中出現(xiàn)如圖9A中箭頭所示的偽影。

此外，Li等人提議使用幅度或經(jīng)平滑處理的幅度作為用于檢選CT切片的呼吸曲線。但是，從CT切片提取的內(nèi)部特征的幅度一般存在噪聲而且不穩(wěn)定，簡單的平滑處理得不到預(yù)期的呼吸曲線。如圖1所示，與從上述四個內(nèi)部特征得到的呼吸曲線均不同程度偏離了基準呼吸曲線，使用這樣的呼吸曲線必然造成檢選錯誤，從而在D4D-CT成像中產(chǎn)生圖像失真。

因此，需要一種至少克服上述問題的D4D-CT成像的方法、設(shè)備和系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容