用于确定成像剂的分布的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于确定成像剂在体积中的分布的方法。所述方法包括采集体积的至少一个三维功能图像；将所述体积分割成一个或多个区划；由比例因子与模板成像剂活动的非仿射变换的乘积对来自所述功能图像的所述三维成像剂活动的表示；根据所述这样表示的成像剂活动来计算在平面表面上的投影成像剂活动；采集所述体积中的所述成像剂活动的平面图像；将所述投影成像剂活动与所述平面图像配准；将采集到的平面图像与计算出的投影成像剂活动进行比较；并且修改对所述三维成像剂活动的所述表示。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于确定成像剂的分布的方法
本专利技术涉及用于分析来自医学成像系统的图像的方法。更具体地，本专利技术应用于成像剂分布测量领域，并且进一步更具体地，本专利技术可以适用于在靶向放射治疗的递送中的剂量优化领域中测量放射性示踪剂的分布。
技术介绍
在医学成像领域中，对体内放射性示踪剂分布的测量被用来指示各种生物过程的功能。身体例如可以是人类或动物或其他有机体，并且放射性示踪剂可以是优选地被身体中的特定器官摄取的化学化合物。为了测量放射性示踪剂的空间分布，典型地使用诸如PET和SPECT的断层摄影成像，得到放射性示踪剂的高准确度三维图像。该图像还被分割成区划，例如器官、器官的子分段、或肿瘤，接下来处理图像以计算在特定区划内的总摄取。为了确定放射性示踪剂的累积随时间的变化，可以在一段时间的过程上生成多个这样的三维图像。随后，这样的图像可以被医生用于辅助对状况的诊断或规划医学处置。通过计算在不同时间点区划内的摄取，可以确定特定区划的生物功能。另外，放射性示踪剂可以被用在处置规划步骤中，其中，放射性示踪剂的活动和分布指示被用来瞄准癌或其他恶性肿瘤的放射性治疗剂的活动。通过测量放射性示踪剂的空间活动的演变且并计算特定区划的活动，可以针对每个区划来生成时间活动曲线或TAC，并且可以确定接下来在处置步骤期间被施予给身体的放射性治疗剂的必要剂量。TAC可以进一步地被数值积分，以产生曲线下的面积。这反映了在该区划中的放射性衰变事件的总数量，所述总数量可以被用来估计放射剂量。使用断层摄影方法来对这样的放射性示踪剂的分布进行三维成像产生可以被用来计算低误差TAC的高质量图像。然而，这是个耗时的操作，这是因为患者典型地必须被扫描，以便于根据遍历身体的多个切片来建立三维图像。另外，这种耗时的测量受测量过程期间放射性示踪剂分布的活动的变化影响，这导致测量不准确。在寻求解决这样的不足时，已经利用具有平面成像步骤(也称作闪烁扫描术)使用各种方法来代替以上概述的断层摄影成像步骤中的一些。闪烁扫描术具有较短的采集时间并且需要较不复杂且较不昂贵的装置，并且使用这样的二维成像装置进一步减少了对于三维成像装置的资源需求。三维与二维图像的组合接着被用来确定在不同时间点的区划放射性示踪剂分布，并且可以例如通过TAC来呈现。在出版物“Comparisonofconventional,model-basedquantitativeplanar,andquantitativeSPECTimageprocessingmethodsfororganactivityestimationusingIn-111agents,IOPPublishing,PhysMedBiol.51(2006)3967-3981”中，He和Frey报告了名为QPLANAR的技术，所述技术将快速2D成像的优势与与额外的3D成像融合。在QPLANAR中，作者使用三维CT图像和平面闪烁扫描作为起始点。CT图像是描述成像体积内的结构的三维图像，并且包括一组体素或更小的三维体积。在QPLANAR中，CT图像用作被成像的身体的三维参考结构，根据所述参考结构来在平面闪烁扫描成像系统的平面中确定源于均匀区划放射性示踪剂活动的活动。CT图像被分割成单独的区划，因此，成像体积中的每个体素都被分配到特定区划。每个区划中的放射性示踪剂活动由比例因子与归一化的齐次“基函数”的乘积来表示；三维矩阵，其中每个元素表示区划内的体素的放射性示踪剂活动。在QPLANAR中，假设每个区划具有均匀的放射性示踪剂活动；因此所有体素都具有相同的放射性示踪剂活动并且因此利用单个基函数来描述每个区划。接下来，投影模型被用来确定放射性示踪剂的均匀区划活动在被投影到与二维闪烁扫描的位置相对应的二维平面上时的活动。因此每个区划的基函数被投影到该平面上，以产生每个区划一个投影基函数。经分割的区划的平面投影接着被刚性共配准到闪烁扫描，以保证投影与闪烁扫描之间的空间对应性。最终，调节对每个区划(例如器官)中的比例因子的初始估计，直到在闪烁扫描中测得的活动或强度与通过投影基函数来建模的活动或强度之间获得最佳拟合。所述最佳拟合产生对每个区划中的放射性示踪剂活动的近似。通过随时间测量若干这样的闪烁扫描并且拟合在每个时间点的每个区划中的活动，可以估计在每个闪烁扫描时期望的区划活动。在Song等人的出版物“EQPLANAR:amaximumlikelihoodmethodforaccurateorganactivityestimationfromwholebodyplanarprojections.IOPPublishing,Phys.Med.Biol.56(2011)5503-5524”中，QPLANAR方法被进一步发展，其允许区划独立的配准。该出版物中的优化过程被公式化，以使得它不仅找到最可能的均匀器官独立活动，而且还找到最可能的器官位移，所述器官位移可能出现在对CT图像的采集与平面闪烁扫描之间。在出版物“Activityquantificationcombiningconjugate-viewplanarscintigraphiesandSPECT/CTdataforpatient-specific3-Ddosimetryinradionuclidetherapy.Eur.J.Nucl.Med.Mol.Imaging.2011Dec38(12)2173–2185”中，QPLANAR方法被更靠近临床应用进一步发展，其中Berker等人使用三维CT图像、两平面共轭视图闪烁扫描和三维SPECT图像作为起始点。三维SPECT图像是从在闪烁扫描中测得的相同放射性示踪剂被施予之后的时间点采集的，并且提供对每个区划内的放射性示踪剂分布的形状的更好估计。不是将每个区划内的活动描述为均匀的(因此被描述为其中所有体素都具有相同的放射性示踪剂活动的一个基函数)，而是通过两个比例因子和两个基函数来描述每个区划。一个基函数表示均匀背景体素放射性示踪剂活动，而另一个表示空间变化的体素放射性示踪剂活动。第一基函数等价于QPLANAR中的单个基函数。这样，通过同一组体素来描述每个区划，其中任意一个体素的总活动是由均匀体素活动与空间变化的体素活动的线性和来确定的。由第二基函数表示的空间变化的体素活动是从SPECT图像导出的，已经从施予放射性示踪剂之后的时间点采集了所述SPECT图像。由第二基函数表示的、SPECT导出的体素活动被归一化为由第一基函数表示的假设的均匀活动。对于每个区划，独立的比例因子被分配到每个基函数，并且可以通过调节所述比例因子中的每个来估计在任意时间点的任意区划内的放射性示踪剂活动分布。每个基函数接下来被投影到与二维共轭视图闪烁扫描的位置相对应的两个二维平面中的每个上。这针对两个闪烁扫描中的每个得到每个区划两个投影基函数。所述每个区划两个投影基函数接着被刚性共配准到它们的对应的闪烁扫描，以保证投影与闪烁扫描之间的空间对应性。最终，调节针对均匀放射性示踪剂活动和针对空间变化的放射性示踪剂活动两者的比例因子，直到在投影基函数的和与测得的闪烁扫描之间获得最佳拟合。所述最佳拟合又产生对每个区划中的放射性示踪剂活动的近似。通过随时间测量若干这样的闪烁扫描并拟合来自每个区划本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定成像剂在体积中的分布的方法，包括以下步骤：采集(1)具有分布在其中的成像剂的所述体积的至少一个三维功能图像；将所述体积分割(2)成一个或多个区划；将至少一个三维成像剂分布基函数分配(3)到所述体积内的一个或多个区划；针对至少一个平面表面上的至少一个区划，根据所分配的所述至少一个三维成像剂分布基函数来计算(4)投影成像剂活动；采集(5)所述体积中的所述成像剂活动的至少一个平面图像；将来自至少一个区划的所述投影成像剂活动与所述体积中的所述成像剂活动的所述至少一个平面图像的至少部分配准(6)；将采集到的所述体积中的所述成像剂的平面图像的至少部分的强度与计算出的基本在同一平面表面上的投影成像剂活动的至少部分进行比较(7)；所述方法的特征在于：所述三维成像剂分布基函数包括由比例因子与模板成像剂活动的非仿射变换的乘积对所述三维成像剂活动的表示，其中，所述模板成像剂活动是根据所述体积的所述三维功能图像的至少部分而被确定的；并且所述方法的特征还在于，继比较(7)所述强度的所述步骤之后，修改(8)以下中的至少一个以便于获得所述投影成像剂活动与所述成像剂活动的采集到的平面图像之间的更好的拟合：i)至少一个比例因子以及ii)所述模板成像剂活动的至少一个非仿射变换。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.08.22 EP 12181291.1;2012.08.22 US 61/691,8741.一种用于确定成像剂在体积中的分布的方法，包括以下步骤：采集(1)具有分布在其中的成像剂的所述体积的至少第一三维功能图像；将所述体积分割(2)成一个或多个区划；将至少一个三维成像剂分布基函数分配(3)到所述体积内的一个或多个区划；针对至少一个平面表面上的至少一个区划，根据所分配的所述至少一个三维成像剂分布基函数来计算(4)投影成像剂活动；采集(5)所述体积中的所述成像剂活动的至少第一平面图像；将来自至少一个区划的所述投影成像剂活动与所述体积中的所述成像剂活动的所述至少第一平面图像的至少部分配准(6)；将采集到的所述体积中的所述成像剂活动的第一平面图像的至少部分的强度与计算出的基本在同一平面表面上的投影成像剂活动的至少部分进行比较(7)；所述方法的特征在于：所述三维成像剂分布基函数包括由比例因子与模板成像剂活动的非仿射变换的乘积对所述三维成像剂活动的表示，其中，所述模板成像剂活动是根据所述体积的所述第一三维功能图像而被确定的；并且所述方法的特征还在于，继比较(7)所述强度的所述步骤之后，修改(8)以下中的至少一个以便于获得所述投影成像剂活动与采集到的所述成像剂活动的第一平面图像之间的更好的拟合：i)至少一个比例因子以及ii)所述模板成像剂活动的至少一个非仿射变换。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述模板成像剂活动的所述非仿射变换是以下组中的至少一个：分段常数、二次方、三次方、四次方、多项式、指数、平方根、立方根和四次方根。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述三维成像剂分布基函数还包括由另外的比例因子与模板成像剂活动的仿射变换的乘积对所述三维成像剂活动的表示，其中，所述模板成像剂活动是根据所述体积的所述第一三维功能图像而...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y·贝尔克，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL