针对使用超声的四维计算机断层摄影成像的呼吸运动补偿制造技术

一种用于使用超声数据确定针对四维计算机断层摄影的代用呼吸信号的方法包括：利用计算机断层摄影成像系统(402)采集计算机断层摄影数据；在一个或多个呼吸周期期间与采集计算机断层摄影数据同时地利用超声成像系统(404)的超声探头来采集超声数据，其中，超声探头被对齐以采集对象的膈膜的图像；将所采集的计算机断层摄影数据和所采集的超声数据同步；并且根据所采集的超声数据确定代用呼吸信号。

Breathing motion compensation for four-dimensional computed tomography imaging using ultrasound

A method for determining substituting respiratory signals for four dimensional computed tomography using ultrasonic data includes the use of a computerized tomography system (402) to collect computed tomography data; the ultrasonic imaging system (404) is used simultaneously with the acquisition of computed tomography data during one or more respiratory cycles. The ultrasonic probe is used to collect the ultrasonic data, in which the ultrasonic probe is aligned to collect the image of the diaphragm of the object; the collected computed tomography data and the collected ultrasonic data are synchronized, and the substituting respiratory signal is determined according to the ultrasonic data collected.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】针对使用超声的四维计算机断层摄影成像的呼吸运动补偿
以下总体涉及计算机断层摄影，并且更具体而言涉及针对使用超声的四维计算机断层摄影(4DCT)成像的呼吸运动补偿。以下也适用于其他成像模态。
技术介绍
由于呼吸周期(即肺的吸入和呼出)引起的运动会在自由呼吸静态计算机断层摄影(CT)扫描期间在目标组织的几何形状上引起严重失真。自由呼吸通常意味着患者在扫描期间呼吸。也就是说，患者不需要屏住呼吸。静态是指患者支撑件被保持在相同的静态位置以进行扫描。运动引起的失真可以随机地缩短或延长感兴趣目标组织。失真还可能使感兴趣目标组织的中心脱位。图1显示了静态CT图像中感兴趣对象的几何失真。由于这些失真，自由呼吸静态CT扫描不适合针对辐射治疗的剂量计划，特别是对于肺癌肿瘤。4DCT是一种缓解该缺点的方法。在4DCT中，患者在每个感兴趣的对象支持位置沿着他/她的长轴过采样。然后将每个CT切片与呼吸周期的呼吸阶段相关。将具有相似呼吸阶段但在不同卧榻位置采集的CT切片分箱在一起，基于沙发卧榻分类，并连接成3D图像。这样，4DCT体积是在不同呼吸阶段采集的一系列静态CT图像。为了测量呼吸阶段，使用代用(surrogate)呼吸信号。一个代用项是经由肺活量测定来确定的。在肺活量测定中，通过呼吸通过具有封闭在管中的涡轮形风扇的装置来测量进出肺的空气流量。风扇的旋转速度决定了空气流量，并被测量为呼吸信号。另一个代用项是跟踪放置在患者胸部或腹部的反射标记物。随着患者呼吸和他们的运动而移动的反射标记物可以用作呼吸信号。另一个代用项是一个空气波纹带，其可以捕获呼吸时的腹部尺寸的变化。遗憾的是，以上提到的方法不与患者呼吸周期的实际呼吸阶段良好地相关。结果是，4DCT体积通常包含运动伪影。图2示出了一个4DCT四个不同阶段的运动伪影的示例，其中，目标在每幅图像的不同位置被描绘。图3示出了具有示例运动伪影302的患者的肺部、胸部和肩部的4DCT图像。鉴于至少以上情况，存在对用于确定与患者的呼吸周期的实际呼吸阶段良好相关的运动信号的另一种方法的未解决的需求。
技术实现思路
本申请的各方面解决了上面提及的问题和其它问题。根据一个方面，一种用于使用超声数据确定针对四维计算机断层摄影的代用呼吸信号的方法包括：利用计算机断层摄影成像系统采集计算机断层摄影数据；在一个或多个呼吸周期期间与采集所述计算机断层摄影数据同时地利用超声成像系统的超声探头来采集超声数据，其中，所述超声探头被对齐以采集对象的膈膜的图像；将所采集的计算机断层摄影数据与所采集的超声数据同步；并且根据所采集的超声数据来确定代用呼吸信号。在另一方面中，一种系统包括计算机断层摄影成像系统，超声成像系统，以及数据同步和四维计算机断层摄影体积处理器。所述计算机断层摄影成像系统和所述超声成像系统被配置为同时采集计算机断层摄影成像数据和超声成像数据。所述数据同步和四维计算机断层摄影体积处理器被配置为对所述超声成像数据进行变换并且确定表示被扫描的患者的实际呼吸周期的代用呼吸周期信号。所述数据同步和四维计算机断层摄影体积处理器被配置为使用所述代用呼吸周期信号来对所述计算机断层摄影成像数据进行变换以构建四维计算机断层摄影数据。在另一方面中，一种计算机可读存储介质被编码有计算机可读指令，所述计算机可读指令在由计算系统的处理器运行时，令所述处理器：同时采集计算机断层摄影数据和超声数据；根据所述超声数据来确定代用呼吸信号；将所采集的计算机断层摄影数据与所采集的超声数据同步；基于所述代用呼吸信号，将所述计算机断层摄影数据的具有相似幅度或相位的图像切片进行分箱；基于对象支撑件位置来对分箱的图像切片进行分类；并且通过将经分类的图像连接成对应于呼吸相位的三维体积来组合经分类的图像切片。本领域普通技术人员在阅读和理解以下详细描述后，将认识到本专利技术其他的方面。附图说明本专利技术可以采取各种部件和各部件的布置以及各种步骤和各步骤的安排的形式。附图仅出于图示优选的实施例的目的并且不应被解释为对本专利技术的限制。图1示出了四幅静态CT图像中感兴趣对象的几何失真。图2示出了4DCT四个不同阶段的运动伪影的示例，其中，目标在不同的位置。图3示出了具有示例运动伪影的患者的肺部、胸部和肩部的4DCT图像。图4示意性地示出了包括CT成像系统、US成像系统以及数据同步和4DCT体积处理器的系统。图5图示了对数据进行分类和组合以生成4DCT数据的范例。图6图示了作为呼吸阶段的函数的1DRF数据的高强度子部分。图7图示了2D超声图像数据中的分割的膈膜表面。图8图示了针对使用超声的用于4DCT的呼吸运动补偿的示例性方法。具体实施方式图4示意性地图示了包括CT成像系统402和超声(US)成像系统404的系统400。成像系统402包括大体固定机架406和旋转机架408，所述旋转机架由固定机架406可旋转地支撑并且关于z轴围绕检查区域410旋转。对象支撑件407，例如卧榻，在检查区域410中支撑目标或对象。辐射源412，例如X-射线管，由旋转机架408可旋转地支撑，随旋转机架408旋转，并且发出穿过检查区域410的辐射。辐射敏感探测器阵列414跨检查区域410与辐射源412相对，对向一角度弧。辐射敏感探测器阵列414探测穿过检查区域410的辐射，并且针对每个探测的辐射生成指示所述辐射的投影数据或信号。重建器416重建信号，并且生成指示位于检查区域410中的对象或目标的被扫描部分的体积图像数据。CT控制台418包括人类可读输出设备(例如监视器)和输入设备(例如键盘、鼠标等)。驻留在CT控制台418上的软件允许操作者经由图形用户接口(GUI)或以其他方式与CT成像系统402交互和/或操作CT成像系统402。US成像系统404包括容纳换能器阵列424的探头422。换能器阵列424包括换能器元件的阵列，每个换能器元件被配置为通过声学窗口426发送US信号并且接收回波信号，所述回波响应于US信号与视场中的结构的相互作用而被创建。换能器阵列424被配置为采集数据，所述数据可以被处理以产生1D、2D和/或3D数据。这包括M模式下的单个单元成像，B模式下的2D成像或B模式下的3D矩阵成像。在所示的示例中，探头422由设备429支撑，该设备在呼吸和扫描期间支撑探头422并将探头422保持在静态已知位置。替代地，将探头422连接到编码的臂，以在呼吸期间使用臂编码器测量其运动。替代地，探头422由机器人臂支撑和引导。替代地，采用光学、电磁(EM)等的跟踪、光学形状感测等的跟踪系统用于跟踪探头422。EM跟踪的范例在2013年12月28日提交的PCT/IB2013/054405中进行了描述，其全部内容通过引用并入本文。在图示的示例中，探头422通过线缆428与US控制台430连接。替代地，探头422可以包括无线接口。超声控制台430，类似于CT控制台418，包括诸如监控器的人类可读的输出设备和诸如键盘、鼠标等的输入设备。此外，类似于CT控制台418，驻留在US控制台430上的软件允许操作者经由图形用户接口(GUI)或以其他方式与成像系统404交互和/或操作成像系统404。数据同步和4DCT体积处理器432处理由CT成像系统402采集的CT数据和由US成像系统404采集的US数据。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于使用超声数据确定针对四维计算机断层摄影的代用呼吸信号的方法，包括：利用计算机断层摄影成像系统(402)采集计算机断层摄影数据；在一个或多个呼吸周期期间，与采集所述计算机断层摄影数据同时地利用超声成像系统(404)的超声探头来采集超声数据，其中，所述超声探头被对齐以采集对象的膈膜的图像；将所采集的计算机断层摄影数据与所采集的超声数据同步；并且根据所采集的超声数据来确定代用呼吸信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.16 US 62/219,1841.一种用于使用超声数据确定针对四维计算机断层摄影的代用呼吸信号的方法，包括：利用计算机断层摄影成像系统(402)采集计算机断层摄影数据；在一个或多个呼吸周期期间，与采集所述计算机断层摄影数据同时地利用超声成像系统(404)的超声探头来采集超声数据，其中，所述超声探头被对齐以采集对象的膈膜的图像；将所采集的计算机断层摄影数据与所采集的超声数据同步；并且根据所采集的超声数据来确定代用呼吸信号。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：使用所述代用呼吸信号来对所述计算机断层摄影数据进行分类；组合经分类的计算机断层摄影数据以生成所述四维计算机断层摄影。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述分类包括：基于所述代用呼吸信号来对所述计算机断层摄影数据的具有相似幅度的图像切片进行分箱；基于对象支撑件位置来对经分箱的图像切片进行分类；并且所述组合包括将经分类的图像连接到所述四维计算机断层摄影中。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，所采集的超声数据包括以M模式采集的一维射频数据，并且确定所述代用呼吸信号包括：识别所述一维射频数据的高强度子部分作为基线部分；在所述呼吸周期上跟踪所述高强度子部分相对于所述基线部分的移动；计算所述基线的位置与所述子部分的跟踪的移动中的每个之间的差异；并且利用计算出的差异来生成所述代用呼吸信号。5.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，所采集的超声数据包括以M模式采集的一维射频数据，并且确定所述代用呼吸信号包括：识别所述一维射频数据的高强度子部分作为基线部分；并且通过互相关或1-DDemons中的至少一种来跟踪所述高强度子部分在所述呼吸周期上的移动；并且基于跟踪的移动来生成所述代用呼吸信号。6.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，所采集的超声数据包括以M模式采集的一维射频数据，并且确定所述代用呼吸信号包括：识别第一时间的基线B模式图像；并且计算第二不同时间的M模式信号到所述基线B模式图像的互相关；并且采用所述互相关的值作为所述代用呼吸信号。7.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，所采集的超声数据包括以B模式采集的二维超声图像，并且确定所述代用呼吸信号包括：在所述B模式图像中分割膈膜表面；将经分割的膈膜表面识别为基线经分割的膈膜部分；在所述呼吸周期上跟踪所述经分割的膈膜表面相对于所述基线经分割的膈膜部分的移动；并且通过第一时间的膈膜位置与第二不同时间的基线膈膜位置之间的绝对距离测量结果来比较所跟踪的经分割的膈膜表面。8.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，所采集的超声数据包括以B模式采集的二维超声图像，并且确定所述代用呼吸信号包括：在所述B模式图像中分割膈膜表面；将经分割的膈膜表面识别为基线经分割的膈膜部分；在所述呼吸周期上跟踪所述经分割的膈膜表面相对于所述基线经分割的膈膜部分的移动；并且通过第一时间与先前时间之间的增量膈膜运动的加和来比较所跟踪的经分割的膈膜表面。9.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，所采集的超声数据包括以B模式采集的二维超声图像，并且确定所述代用呼吸信号包括：计算第一时间的B模式图像到第二不同时间的基线B模式图像...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·德赫甘马尔瓦斯特，
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