采用磁共振成像对体内目标的运动进行跟踪的方法技术

一种采用磁共振成像对体内目标的运动进行实时跟踪的方法。该方法可以应用于磁共振成像引导的放射治疗设备中。本发明专利技术包括一个实现对体内目标的运动进行跟踪的流程(图1)和一个实时图像与纹理地图集进行相似度比对的流程(图5)，以及在两个流程中所使用的方法，包括，从图像中分割出目标三维模型的方法(102)，计算三维目标(2)的中心(3)的方法，建立目标断层纹理地图集的方法(103)，对感兴趣区域进行实时成像的方法(104)，以及实时图像与纹理地图集进行相似度比对的方法(105)。

A method of tracking the motion of a target in the body by magnetic resonance imaging

A method of real-time tracking the motion of a target in the body by magnetic resonance imaging (MRI). This method can be applied to the radiation therapy equipment guided by magnetic resonance imaging. The present invention includes a realization of the target in tracking the movement of the process (Figure 1) for similarity comparison and a real-time image and texture atlas of the process (Figure 5), and includes method used in the two process, method of 3D model segmentation from the image (102) three (2), computing Center (3) method, method of establishing fault texture atlas (103), a method for real-time imaging of the region of interest (104), and a method of real-time image and texture atlas similarity comparison (105).

【技术实现步骤摘要】
采用磁共振成像对体内目标的运动进行跟踪的方法
本专利技术涉及一种对体内目标的运动进行跟踪的方法，这种方法可以应用于磁共振成像引导的放射治疗设备中。
技术介绍
在三维空间中，一个物体(刚体)的运动有六个自由度，即垂直移动，左右移动，前后移动，俯冲转动，盘旋转动和侧滚转动。在研究中，物体的复杂运动常被看作若干自由度上的运动的组合。对目标在三维空间中的运动进行跟踪也可简化为对其在六个自由度上的运动分别进行跟踪。对体内目标的运动进行跟踪在精准放射治疗方面有很大的意义。目前，采用磁共振成像进行实时引导的放射治疗设备(MRI-Linac)正在研发阶段。MRI-Linac的研究和使用将很大程度上减少放射治疗过程中对正常组织的损伤，同时可以提高对肿瘤位置的照射剂量，以达到对癌细胞更好的抑制效果。在一个MRI-Linac系统中，实现对病人体内肿瘤的自动跟踪是一个非常核心的功能。目前有几种不同的研究方案。比如：T.Bjerreetal在期刊PhysicsinMedicineandBiology，58(2013)上的文章，L.Brixetal在期刊MedicalPhysics，41(4)(2014)上的文章，和B.Stemkensetal在期刊PhysicsinMedicineandBiology，61(2016)上的文章，分别阐述了各自不同的实现方法。这些方法的共同缺点是只能检测体内目标的移动，而不能检测目标的转动，即只能跟踪人体内目标在三个自由度上的运动(垂直移动，左右移动和前后移动)。然而，实际病人体内的肿瘤的运动是在六个自由度上的运动，既有移动又有转动，比如肺癌病人在呼吸的过程中，肿瘤会随着肺的舒张和收缩进行复杂的移动和转动。本专利技术是一种对体内目标在六个自由度上的运动进行跟踪的方法。本专利技术采用独特的基于目标断层纹理比对的方法，具有较高的跟踪精度。在其他相关研究中，一种方法(US7260426)是采用X-ray实时图像与预先获得的多个目标区域图像进行比对，以找到目标区域的实时位置。这种方法的缺点有，第一，采用整个目标所在区域进行比对，存在较高的出错概率，第二，采用X-ray实时成像会对目标所在区域的病人身体造成多次额外辐射。一种方法(US9248316)采用在放射治疗过程中不断对目标所在区域进行Ultrasound超声成像，然后用超声图像比对来获得目标的位置。这种方法的缺点同样有跟踪精度低，以及不能对目标的转动进行检测。
技术实现思路
本专利技术公开的是一种采用磁共振成像对体内目标的运动进行实时跟踪的方法。包括一个实现对体内目标的运动进行跟踪的流程(图1)和一个实时图像与纹理地图集进行相似度比对的流程(图5)，以及在两个流程中所使用的方法，包括，从图像中分割出目标三维模型的方法(102)，计算三维目标(2)的中心(3)的方法，建立目标断层纹理地图集的方法(103)，对感兴趣区域进行实时成像的方法(104)，以及实时图像与纹理地图集进行相似度比对的方法(105)。本专利技术要求对目标所在的感兴趣区域进行三维医学成像(101)。成像方法可以是MRI成像，也可以是CT成像，或者MRI，CT，PET等成像方法所成的像的融合。在获得了目标所在的感兴趣区域的三维图像以后，使用一种图像分割方法把目标的三维模型(2)提取出来(102)。这种分割方法可以是全自动的图像分割算法，也可以是手动描绘边界的方法，也可以采用半自动的基于区域增长的算法。本专利技术要求使用三维目标的重心做为其中心(3)。本专利技术要求建立一个三维目标在不同断层上的纹理的地图集(103)。地图集的每一张图是目标在某一断层上的图像。所建立的地图集中，既要有目标在与三个坐标平面相平行的平面上的断层图像，也要有目标在与三个坐标平面非平行的平面上的断层图像。本专利技术要求在地图集中，记录每一张图像在三维坐标系中的位置和角度。本专利技术要求对目标所在区域的一个固定位置平面连续进行二维成像(104)。这个平面的位置可以是穿过磁共振系统ISO中心(7)的一个平面，也可以为相邻近的成像平面。在每一帧所成的图像(4)中，应包含病人身体的断层图像(5)和目标的断层图像(6)。用第一帧图像(4)中的目标断层图像(6)与地图集进行相似度比对(201)。根据最相似地图A的位置和角度信息，可以推算出目标中心(3)在三维坐标系中的位置和目标所转动的角度(202)。用以后各帧图像(4)中的目标断层图像(6)逐一与地图集进行相似度比对(203)。根据最相似地图B与上一帧的最相似地图A的关系(204)，推算目标的运动轨迹。本专利技术要求相似度比对使用“绝对误差和”做为评判尺度，也可采用其他的相似度评判尺度。附图说明图1是本专利技术中对体内目标的运动进行跟踪的方法的流程图。图2是本专利技术中体内目标的三维模型示例。图3A和图3B是本专利技术中目标断面纹理地图集的制作方法示例。图3A是在一个角度上的三个平行平面上的地图集，图3B是在另一个角度上的三个平行平面上的地图集。图4是本专利技术中实时磁共振成像的一种实施方式。图5是本专利技术中实时图像与纹理地图集相似度比对的流程图。具体实施方式在本专利技术的流程(图1)中，步骤101要求对目标所在的感兴趣区域进行三维成像。一种实施方式是采用磁共振成像。设置磁共振扫描的参数，使得所成的像有较高的空间分辨率。同时，扫描过程中采用呼吸门控或者心电门控来抑制由于生理运动造成的伪影。在可忽略目标自身形变的情况下(即视目标是刚体)，三维成像仅需在病人的一个生理运动周期内成一次像，最终得到目标的一个三维模型。在需要考虑目标自身形变的情况下，三维成像需要在病人的一个生理运动周期内重复多次，然后进行图像分割，得到目标在病人一个生理运动周期内不同时间点上的多个三维模型。例如，对肺癌病人的肺部进行三维成像，可以在肺的舒张期和收缩期分别成像，以得到两种不同的三维图象，进而分割出两个不同的目标模型。在本专利技术的流程(图1)中，步骤102要求从图像中分割目标的三维模型。具体实施中，可以用该三维模型做为制定放射治疗计划的参考。在本专利技术的流程(图1)中，步骤103要求从目标的三维模型中提取断层图像，并建立一个地图集。对断层平面的选择可以依照治疗计划中射线照射的角度进行。应尽量选择照射计划中规定的角度附近的平面上的图像。图3A是对目标进行断层图像提取的一个示例。平面301，302和303是三个互相平行的平面，他们的厚度相同，间隔为0，他们与坐标平面成一定角度。这三个平面上的图像互不相同，分别是目标在这三个平面上的断层图像。图3B是在另一组平行平面304，305和306上提取目标断层图像的示例。由图3A和3B中的方法所提取出来的断层图像，每一张都有一个确定的位置和角度。在地图集中，记录每一张地图的位置和角度信息。如果从步骤101和102中得到了目标的多个三维模型，则要在步骤103中分别在不同的模型上提取断层图像。图4是本专利技术中进行实时磁共振扫描(104)的一种实施方式。通过扫描病人的三平片，可以得到目标所在的感兴趣区域的图像。继而在三平片图像上选择一个包含目标的扫描平面进行扫描。在一种实施方式中，实时磁共振扫描(104)所用的脉冲序列是稳态自由进动序列(SSFP)，成像的时间分辨率为4帧每秒。在本专利技术的流程(图1)中，步骤105要进行实时图像与目本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用磁共振成像对体内目标的运动进行实时跟踪的方法。包括一个实现对体内目标的运动进行跟踪的流程(图1)和一个实时图像与纹理地图集进行相似度比对的流程(图5)，以及在两个流程中所使用的方法，包括，从图像中分割出目标三维模型的方法(102)，计算三维目标(2)的中心(3)的方法，建立目标断层纹理地图集的方法(103)，对感兴趣区域进行实时成像的方法(104)，以及实时图像与纹理地图集进行相似度比对的方法(105)。

【技术特征摘要】
1.一种采用磁共振成像对体内目标的运动进行实时跟踪的方法。包括一个实现对体内目标的运动进行跟踪的流程(图1)和一个实时图像与纹理地图集进行相似度比对的流程(图5)，以及在两个流程中所使用的方法，包括，从图像中分割出目标三维模型的方法(102)，计算三维目标(2)的中心(3)的方法，建立目标断层纹理地图集的方法(103)，对感兴趣区域进行实时成像的方法(104)，以及实时图像与纹理地图集进行相似度比对的方法(105)。2.按照权利要求1所述的方法，要对体内目标所在的感兴趣区域进行两次成像。第一次成像是高分辨率的三维成像，成像方式可以为MRI，也可以为MRI，CT，PET等医学成像方式所成的像的融合。第二次成像是MRI二维动态图像。3.按照权利要求1所述的方法，要分割出目标的三维模型...

【专利技术属性】
技术研发人员：张坤，
申请(专利权)人：张坤，吴全良，
类型：发明
国别省市：北京,11