D4D-CT成像方法、设备和系统技术方案

公开了一种改进的D4D-CT成像方法、设备和系统。该方法包括以下步骤：在采集的患者肺部区域的CT切片上确定肺部缩放值；根据肺部缩放值生成患者的呼吸曲线；以及，基于生成的呼吸曲线来检选采集的CT切片，以用于D4D-CT成像。本发明专利技术能够在无需外部呼吸监测设备的情况下检选出适当的CT切片来用于D4D-CT成像，从而克服现有D4D-CT技术中由于患者呼吸曲线误差带来的伪影，提高了D4D-CT图像的质量。

【技术实现步骤摘要】
D4D-CT成像方法、设备和系统
本专利技术涉及CT成像领域，具体而言，涉及一种改进的无设备四维CT(D4D-CT：Device-less4dimensionalCT)成像的方法、设备和系统。
技术介绍
为了消除或者减少呼吸运动引起的伪影对胸腹部脏器CT扫描的影响，并反映胸腹部肿瘤随时间变化的规律，达到准确诊断和治疗的目的，提出了四维CT(4D-CT)的概念，将时间因素纳入CT扫描图像的三维重建中，可形成动态的四维CT图像，即4D-CT。目前，在CT机上实现胸腹部4D-CT的一般过程是：在图像采集时利用与CT机相连接的呼吸监控系统来监测患者的呼吸运动，同步采集CT图像和呼吸信号，在采集的每层CT图像上均“烙上”在呼吸周期中所处的时间信息(即相位)，然后按相位分别对所有CT图像进行分组和三维重建，其中各相位的三维图像构成一个随时间变化的三维图像序列，即4D-CT。现有的4D-CT系统主要采用肺活量计来测量患者的呼吸量，用红外摄像装置来测量患者体表随呼吸起伏的高度差，或者用压力传感器等测量患者呼吸导致的压力差，将这些测量信号转换为呼吸周期信号；采集CT图像的方式大多采用电影模式(即CINE模式)，在每个扫描床位处按某个持续时间连续进行CT图像采集，在一个床位完成一次CINE模式扫描之后，CT床行进至下一个扫描床位，重复同样的CINE模式扫描，反复进行，直到覆盖整个需要扫描的范围为止。上述4D-CT重建方法要求在图像采集过程中，呼吸检测设备必须与CT机进行数据通信，并且要求呼吸信号与CT图像采集同步，并且，由于患者体表监测信号与体内脏器运动不同步，加上呼吸运动重复性较差，因此，有相当多的患者不能顺利进行4D-CT重建。RuijiangLi等人在“4DCTsortingbasedonpatientinternalanatomy”(Phys.Med.Biol.54(2009)4821-4833)一文中提议了一种基于无设备的4D-CT(即D4D-CT)检选方法，通过引用将该论文整体合并于此。Li等人引入了四个内部解剖学特征，即身体面积、肺部面积、空气含量和肺部密度，并且使用又称为空间相关性的量度来选择在每个床位位置的最优内部特征以及基于所选最优内部特征来生成呼吸曲线以进行4D-CT检选。该方法不需要外部呼吸监测设备来同步地记录呼吸运动，在降低成本的同时能够在医疗设备中实现。但是，在临床应用中，Li等人提议的方法具有以下缺点。首先，在Li等人的方案中，身体面积表示CT切片中身体轮廓内像素的总数量，肺部面积表示CT切片中肺部内的像素的总数量，肺部密度表示肺部内平均CT数量，而空气含量表示肺部内所有CT数量的总和。因此，Li等人使用的四个内部特征均基于像素数量(在图像分割之后)，并且假定CT切片内的像素数量随患者的呼吸运动同步变化。然而，如图2所示，在患者心脏区域，一些像素随心脏的扩展或收缩和/或较厚血管的运动而在CT切片中频繁地出现或消失，从而导致CT切片中肺部区域内像素的数量随不同于患者呼吸运动的规律(例如心脏的跳动规律)而减小或增大，从而影响上述四个内部特征的准确性。而且，如果肿瘤位于患者心脏部位，则肿瘤随心脏跳动的运动也将使肿瘤的图像影响到CT切片内的像素数量，同样也会影响上述四个内部特征的准确性。如图1所示，根据Li等人提议的内部特征生成的呼吸曲线与例如外部呼吸监测设备的实时位置管理(RPM)系统记录的基准呼吸曲线存在较大差异。其次，Li等人使用空间相关性量度来从四个内部特征中为每个床位位置选择工作特征。该量度在一个床位的不同层之间计算每个内部特征的相关值，并根据上述四个内部特征中具有最高相关值的内部特征生成该床位的呼吸曲线。这个量度在多数身体区域中是有效的，但是在某些腹部区域会失效。如图9A与图9B所示，由于腹部内存在过量气体，导致在明显为腹部区域的位置使用了与肺部有关的具有最高相关值的内部特征(例如肺部面积、肺部密度或空气含量)来生成呼吸曲线，从而导致在CT切片中出现如图9A中箭头所示的伪影。此外，Li等人提议使用幅度或经平滑处理的幅度作为用于检选CT切片的呼吸曲线。但是，从CT切片提取的内部特征的幅度一般存在噪声而且不稳定，简单的平滑处理得不到预期的呼吸曲线。如图1所示，与从上述四个内部特征得到的呼吸曲线均不同程度偏离了基准呼吸曲线，使用这样的呼吸曲线必然造成检选错误，从而在D4D-CT成像中产生图像失真。因此，需要一种至少克服上述问题的D4D-CT成像的方法、设备和系统。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供一种用于患者肺部区域的D4D-CT成像方法，包括：在采集的患者肺部区域的CT切片上确定肺部缩放值；根据肺部缩放值生成患者的呼吸曲线；以及，基于生成的呼吸曲线来检选采集的CT切片，以用于D4D-CT成像。根据本专利技术的第二方面，提供一种用于患者腹部和/或胸部区域的D4D-CT成像方法。该方法包括：在采集的患者腹部和/或胸部区域的CT切片上确定多个内部特征值；在所述CT切片上确定肺部身体比；确定多个内部特征值中每一个的空间相关值；基于肺部身体比，给多个内部特征值中与肺部有关和无关的内部特征值的空间相关值分配不同的加权值，得到加权相关值；选择多个内部特征值中具有最高加权相关值的内部特征值作为最优内部特征值；根据最优内部特征值生成患者的呼吸曲线；以及，基于生成的呼吸曲线来检选采集的CT切片，以用于D4D-CT成像。根据本专利技术的第三方面，提供一种用于患者腹部和/或胸部区域的D4D-CT成像方法。该方法包括：在采集的患者腹部和/或胸部区域的CT切片上确定包括肺部面积值、身体面积值、肺部密度值和空气含量值的内部特征值中的至少两个内部特征值以及肺部缩放值；在所述CT切片上确定肺部身体比；如果肺部身体比大于等于预定阈值，则根据肺部缩放值生成患者的呼吸曲线，并且根据生成的呼吸曲线来检选采集的CT切片，以用于D4D-CT成像；以及，如果肺部身体比小于预定阈值，则确定至少两个内部特征值中每一个的空间相关值，基于肺部身体比给所述至少两个内部特征值中与肺部有关和无关的内部特征值的空间相关值分配不同的加权值得到加权相关值，选择所述至少两个内部特征值中具有最高加权相关值的内部特征值作为最优内部特征值，根据最优内部特征值生成患者的呼吸曲线，并且基于生成的呼吸曲线来检选采集的CT切片，以用于D4D-CT成像。根据本专利技术的第四方面，提供一种用于患者肺部区域的D4D-CT成像装置，包括：用于在采集的患者肺部区域的CT切片上确定肺部缩放值的模块；用于根据肺部缩放值生成患者的呼吸曲线的模块；以及，用于基于生成的呼吸曲线来检选采集的CT切片以用于D4D-CT成像的模块。根据本专利技术的第五方面，提供一种用于患者腹部和/或胸部区域的D4D-CT成像装置，包括：用于在采集的患者腹部和/或胸部区域的CT切片上确定多个内部特征值的模块；用于在所述CT切片上确定肺部身体比的模块；用于确定多个内部特征值中每一个的空间相关值的模块；用于基于肺部身体比给多个内部特征值中与肺部有关和无关的内部特征值的空间相关值分配不同的加权值得到加权相关值的模块；用于选择多个内部特征值中具有最高加权相关值的内部特征值作为最优内部特征值的模块；用于根据最优内部特征值生成患者本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于患者肺部区域的D4D?CT成像方法，包括：在采集的患者肺部区域的CT切片上确定肺部缩放值；根据肺部缩放值生成患者的呼吸曲线；以及基于生成的呼吸曲线来检选采集的CT切片，以用于D4D?CT成像。

【技术特征摘要】
1.一种用于患者肺部区域的D4D-CT成像方法，包括：在采集的患者肺部区域的CT切片上确定肺部缩放值；根据肺部缩放值生成患者的呼吸曲线；以及基于生成的呼吸曲线来检选采集的CT切片，以用于D4D-CT成像。2.如权利要求1所述的方法，还包括：对生成的呼吸曲线进行基于能量谱的信号处理。3.如权利要求2所述的方法，所述基于能量谱的信号处理包括：预处理生成的呼吸信号；用傅立叶变换将时域的呼吸信号转换到频域的呼吸信号；计算频域的呼吸信号的能量谱；在所述能量谱上设置上下限截止频率；将能量谱中上下限截止频率范围内最大极值点对应的频率确定为呼吸信号的频率，并确定呼吸信号的周期；将频域的呼吸信号进行低通滤波；用傅立叶逆变换将经过滤波的呼吸信号转换为时域的呼吸信号，并在时域的呼吸信号曲线上查找谷底位置；以及用所述谷底位置和周期来通过线性规划确定各采样点的相位，以得到优化的呼吸曲线。4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中肺部缩放值由CT切片上包括肺部的最小包围矩形或最小包围椭圆来确定。5.一种用于患者腹部和/或胸部区域的D4D-CT成像方法，包括：在采集的患者腹部和/或胸部区域的CT切片上确定多个内部特征值；在所述CT切片上确定肺部身体比；确定多个内部特征值中每一个的空间相关值；基于肺部身体比，给多个内部特征值中与肺部有关和无关的内部特征值的空间相关值分配不同的加权值，得到加权相关值；选择多个内部特征值中具有最高加权相关值的内部特征值作为最优内部特征值；根据最优内部特征值生成患者的呼吸曲线；以及基于生成的呼吸曲线来检选采集的CT切片，以用于D4D-CT成像。6.如权利要求5所述的方法，其中所述多个内部特征值包括肺部面积值、身体面积值、肺部密度值和空气含量值中的至少两个，其中肺部面积值表示CT切片中肺部内的像素的总数量，身体面积值表示CT切片中身体轮廓内像素的总数量，肺部密度值表示CT切片中肺部内平均CT数量，而空气含量值表示CT切片中肺部内所有CT数量的总和，并且其中肺部身体比等于肺部面积值与身体面积值之比。7.如权利要求5所述的方法，其中分配加权值包括：将肺部身体比和与肺部相关的内部特征值相乘；以及将1与肺部身体比之差和与肺部无关的内部特征值相乘。8.如权利要求5-7中任一项所述的方法，还包括：对生成的呼吸曲线进行基于能量谱的信号处理。9.如权利要求8所述的方法，所述基于能量谱的信号处理包括：预处理生成的呼吸信号；用傅立叶变换将时域的呼吸信号转换到频域的呼吸信号；计算频域的呼吸信号的能量谱；在所述能量谱上设置上下限截止频率；将能量谱中上下限截止频率范围内最大极值点对应的频率确定为呼吸信号的频率，并确定呼吸信号的周期；将频域的呼吸信号进行低通滤波；用傅立叶逆变换将经过滤波的呼吸信号转换为时域的呼吸信号，并在时域的呼吸信号曲线上查找谷底位置；用所述谷底位置和周期来通过线性规划确定各采样点的相位，以得到优化的呼吸曲线。10.一种用于患者腹部和/或胸部区域的D4D-CT成像方法，包括：在采集的患者腹部和/或胸部区域的CT切片上确定包括肺部面积值、身体面积值、肺部密度值和空气含量值的内部特征值中的至少两个内部特征值以及肺部缩放值；在所述CT切片上确定肺部身体比；如果肺部身体比大于等于预定阈值，则根据肺部缩放值生成患者的呼吸曲线，并且根据生成的呼吸曲线来检选采集的CT切片，以用于D4D-CT成像；以及如果肺部身体比小于预定阈值，则确定至少两个内部特征值中每一个的空间相关值，基于肺部身体比给所述至少两个内部特征值中与肺部有关和无关的内部特征值的空间相关值分配不同的加权值，得到加权相关值，选择所述至少两个内部特征值中具有最高加权相关值的内部特征值作为最优内部特征值，根据最优内部特征值生成患者的呼吸曲线，并且基于生成的呼吸曲线来检选采集的CT切片以用于D4D-CT成像。11.如权利要求10所述的方法，其中肺部缩放值由CT切片...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘平，董加勤，
申请(专利权)人：GE医疗系统环球技术有限公司，
类型：发明
国别省市：