[發明專利]揀選CT切片圖像的方法和構建CT三維圖像的方法

有效

• 申請號: 201210031483.2
• 申請日: 2012-01-31
• 公開（公告）號: CN103222874A
• 公開（公告）日: 2013-07-31
• 發明（設計）人: 劉平;董加勤;王爽
• 申請（專利權）人: GE醫療系統環球技術有限公司
• 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: 柯廣華;朱海煜

技術領域

本發明涉及CT(Computerized?tomography，計算機斷層掃描)領域，具體地涉及揀選CT切片圖像的方法和使用所述揀選CT切片圖像的方法來構建CT三維圖像的方法。

背景技術

在自由呼吸CT掃描期間，患者的呼吸運動可能會導致胸腔和上腹部的3D圖像中腫瘤的目標輪廓的顯著失真。為了消除或者減少患者的呼吸運動引起的偽影對胸腹部臟器CT掃描的影響，達到準確診斷和治療的目的，提出了四維CT(4D?CT)的概念。4D?CT技術已廣泛應用于胸腹部癌癥放射療法的治療模擬。4D?CT可以通過在每個床位(Z方向)處過采樣CT切片、然后把全部的圖像(切片)揀選到對應不同呼吸狀態的多個CT容積中來實現。每個CT系列(容積)是特定呼吸狀態的3D圖像，每個3D圖像是由選自不同床位的層疊切片(每個床位處一個切片)形成的。圖1示意性地示出了該揀選機制。

當前研究了兩種類型的4D?CT方法，一種是基于外部設備的4D?CT，另一種是無設備4D?CT方法。基于外部設備的方法以利用外部呼吸信號的先進4D?CT(A4D?CT)為代表，無設備方法以基于患者內部解剖結構的4D?CT揀選為代表(無設備4D，即D4D)，其呼吸信號是從患者的內部圖像特征提取出來的。

先進的4D?CT(A4D)已被廣泛用于呼吸運動的移除，其需要諸如RPM(Real-time?Position?Management，實時位置管理)設備(包括復雜的硬件和軟件)的外部設備來監測患者的呼吸運動。A4D?CT的一般過程為：在圖像采集時利用與CT設備相連接的呼吸監控系統來監測患者的呼吸運動，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(即呼吸相位)，然后按呼吸相位分別對所有CT圖像進行分組和三維重建，其中各呼吸相位的三維圖像構成一個隨時間變化的三維圖像序列，即4D?CT。

現有的A4D?CT系統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致的壓力差，將這些測量信號轉換為呼吸周期信號。采集CT圖像的方式大多采用電影模式(即CINE模式)，在每個掃描床位處在某個持續時間期間連續進行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，重復同樣的CINE模式掃描，反復進行，直到覆蓋整個需要掃描的范圍為止。

近來，一些無設備4D?CT(D4D?CT)方法被發布，最具代表性的一個是Ruijiang?Li的論文“4D?CT?sorting?based?on?patient?internal?anatomy(PHYSICS?IN?MEDICINE?AND?BIOLOGY，54(2009)4821-4833)”。Li等人在該文中提議了一種基于D4D?CT的揀選方法，通過引用將該論文整體合并于此。Li等人引入了四個內部解剖學特征，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性的量度來選擇在每個床位位置的最優內部特征以及基于所選最優內部特征來生成呼吸曲線以進行4D?CT揀選。該方法不需要外部呼吸監測設備來同步地記錄呼吸運動，在降低成本的同時能夠在醫療設備中實現。

有關4D?CT的一些現有技術也可以參見美國專利申請US20090225957、US20100202673、US20070286331等。

對于4D?CT來說采樣率是一個重要參數，更密集的采樣意味著在一個呼吸周期上采集更多的CT切片，所以這對于提高4D揀選精確度以及減少兩個鄰近Z位置(床位)之間的圖像失配是很有幫助的。但是，在大多數臨床4D?CT掃描中，總是由于種種原因使得采樣率不能太過密集，例如由于減小對患者的X射線劑量的需要，或者由于總的CT切片數和存儲能力的限制，或者由于提高掃描和處理速度的需要。因此，4D?CT切片大多是稀疏采樣，在3D圖像中經常發生沿著Z方向的失配，這導致一定的腫瘤輪廓缺陷或者一定的器官表面斷裂，如圖2A-2B中的圓圈所標注的那樣。