[發明專利]運動參數估計

有效

• 申請號: 201380034152.7
• 申請日: 2013-06-17
• 公開（公告）號: CN104395933B
• 公開（公告）日: 2017-05-17
• 發明（設計）人: S·卡布斯;C·洛倫茨;T·克林德;J·馮貝格
• 申請（專利權）人: 皇家飛利浦有限公司
• 主分類號: G06T7/20
• 分類號: G06T7/20;G06T7/00
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司72002
• 代理人: 李光穎,王英

技術領域

本發明總體涉及對移動目標的運動參數進行估計，并且利用計算機斷層攝影(CT)的具體應用來進行描述。然而，本發明也適于其他成像模態。

背景技術

由于通氣與肺體積的變化相聯系，所以肺通氣是呼吸系統功能的主要指示物。具體而言，對于診斷(例如對于疾病的早期檢測)，或對于治療規劃(例如對于肺癌放射治療中的功能性避免)，在局部或區域水平上評估通氣變得越來越重要。

諸如單光子發射計算機斷層攝影(SPECT)或正電子發射斷層攝影(PET)的核成像是對肺通氣的直接功能性評估的當前標準，其中，SPECT通氣/灌注(SPECT V/Q)是“黃金”標準。遺憾的是，SPECT和PET遭受低空間分辨率、高成本、長掃描時間和/或低可訪問性。

當前圖像配準方法在呼吸門控4D CT成像的基礎上使得可能對肺的區域體積變化(基本是通氣)進行評估。對于輻射治療規劃這是特別感興趣的，其中，識別功能良好的肺區域很重要，接著可以使所述肺區域免受輻射。基本思想是估計從選定的參考階段到所有其他階段的形變場，接著可以分析所述形變場以獲得在呼吸周期上的逐體素的體積變化。

越來越多的輻射治療中心已經采用4D CT作為標準成像模態來評估腫瘤運動。在每個輻射分數之前經常再次進行采集。因此，基于4D CT的肺通氣測量可以比使用額外模態(例如SPECT)更容易地被集成在當前輻射治療規劃工作流中。一般地，呼吸門控4D CT采集典型地由與呼吸周期中的十個階段點相對應的十幅3D CT圖像組成。

為了估計局部體積變化，選擇肺部的3D圖像并且使用非剛性配準對所述3D圖像進行配準，所述3D圖像僅與兩個階段相對應：最大呼出階段和最大吸入階段。可以以兩種方式：i)基于強度差，或ii)基于形變場的局部屬性來從經配準圖像提取局部體積變化信息。然而，所述估計可能受多個誤差來源影響，例如成像偽影、分箱(binning)偽影或圖像噪聲。

成像偽影或分箱偽影可以遍布在許多切片上，造成配準的非最優輸入數據，并且因此可以顯著影響局部體積變化估計。這些偽影的范例包括待配準的一個或全部兩個數據集中的重復隔膜輪廓或缺失結構。遺憾的是，當患病患者典型地具有呼吸再生問題時，成像偽影或分箱偽影在動態采集中非常常見。

另外，最大吸入階段和最大呼出階段可以局部地變化，導致通氣幅度的區域性低估。而且，通過僅集中在呼吸的兩個階段上或分開地檢查每個階段，通常不考慮呼吸系統的動態。估計相對于其他感興趣組織(例如，心臟，肌肉等)的局部體積變化和/或移動非解剖目標可能面對相似的障礙。

鑒于以上，存在對于用于估計局部體積變化的其他方法的未解決的需要。

發明內容

本文描述的方面解決了以上提到的問題和其他問題。

在一個方面中，一種目標運動參數確定器包括形變矢量場確定器，所述形變矢量場確定器確定4D圖像集的形變矢量場，所述4D圖像集包括與移動目標的運動的三個或更多個不同運動階段相對應的三幅或更多幅圖像。所述目標運動參數確定器還包括體積曲線生成器，所述體積曲線生成器基于所述形變矢量場來生成體素的體積曲線。所述目標運動參數確定器還包括模型擬合器，所述模型擬合器將預定的運動模型擬合到所述體積曲線。所述目標運動參數確定器還包括參數確定器，所述參數確定器基于擬合的模型來估計至少一個目標運動參數。

在另一方面中，一種系統包括確定4D圖像集的形變矢量場，所述4D圖像集包括與移動目標的運動的三個或更多個不同運動階段相對應的三幅或更多幅圖像。所述系統還包括基于所述形變矢量場來生成體素的體積曲線。所述系統還包括將預定的運動模型擬合到所述體積曲線。所述系統還包括基于擬合的模型來估計至少一個目標運動參數，并且生成指示其的信號。

在另一方面中，計算機可讀存儲介質被編碼有計算機可讀指令。所述指令在由處理器執行時，使得所述處理器進行以下中的至少一項：基于與不同運動階段相對應的至少三幅圖像來確定的運動周期幅度或階段、以及基于所述運動周期上的逐體素對應性來確定的運動周期幅度或階段。

附圖說明

本發明可以采取各種部件和各部件的布置以及各種步驟和各步驟的安排的形式。附圖僅出于圖示優選實施例的目的，并且不得被解釋為對本發明的限制。

圖1示意性地圖示了與目標運動參數確定器相連接的成像系統。

圖2圖示了目標運動參數確定器的范例。

圖3、圖4和圖5圖示了被擬合到測得的運動軌跡的運動模型的范例。

圖6圖示了范例方法。

具體實施方式