專利名稱：錐形束ct圖像用于放療劑量計(jì)算的個(gè)體化ct值校正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種錐形束CT圖像用于放療劑量計(jì)算的個(gè)體化CT值校正方法，更具體的說，尤其涉及一種利用扇形束CT值-電子密度值映射關(guān)系和個(gè)體化CT值校正表獲取錐形束CT圖像電子密度值并用于劑量計(jì)算的方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代放射治療技術(shù)，比如三維適形放療、調(diào)強(qiáng)放療，通常依靠扇形束CT掃描來完成放療定位，并據(jù)此制定放療計(jì)劃。這是由于定位扇形束CT圖像的CT值與成像目標(biāo)的電子密度之間具有相對(duì)穩(wěn)定的映射關(guān)系。這種映射關(guān)系通常被事先測(cè)定并被存儲(chǔ)在放療計(jì)劃系統(tǒng)，以便放療計(jì)劃系統(tǒng)在獲得扇形束CT圖像后，將其CT值轉(zhuǎn)換為電子密度值，從而進(jìn)行劑量計(jì)算。各種調(diào)強(qiáng)放療技術(shù)利用這些電子密度信息，可以在患者的用于放療定位的扇形束CT圖像上制訂調(diào)強(qiáng)放療計(jì)劃，將高度適形的劑量分布投射到靜止靶區(qū)。然而，放射治療過程通常采用分割照射技術(shù)，即放療需要分若干次進(jìn)行。分次放療過程中，腫瘤及其周圍重要器官的位置和形狀可能產(chǎn)生變化(比如腫塊的位移、增大、退縮或扭曲)。另外，每次治療前的擺位也會(huì)引起患者身體的位移或扭曲?；趯?duì)這些變化的考慮，常規(guī)的做法是將腫瘤區(qū)域外放一定范圍作為照射靶區(qū)，結(jié)果是造成腫瘤周圍更多正常組織的放射損傷。當(dāng)腫瘤的位置和形狀發(fā)生較大變化時(shí)，通常需要重新采集定位CT，重新制定放療計(jì)劃。利用集成在醫(yī)用直線加速器上的錐形束CT，可以在患者躺在治療床上時(shí)采集在線的錐形束CT圖像，從而允許醫(yī)生在放療擺位后立即獲取患者的體內(nèi)腫瘤和其周圍正常組織器官的位置和形狀的變化信息。根據(jù)體內(nèi)腫瘤和周圍組織器官的變化信息，利用在線獲取的錐形束CT修改初始放療計(jì)劃或者重新制訂放療計(jì)劃，可以避免腫瘤和周圍組織器官的分次間變化引起的錯(cuò)誤的劑量投放和相關(guān)的放療副反應(yīng)。然而，由于錐形束CT固有的電子散射的原因，使得重建的錐形束CT圖像的CT值和成像目標(biāo)的電子密度之間的映射關(guān)系不確定。錐形束CT圖像的CT值和成像目標(biāo)的電子密度之間的映射關(guān)系不僅隨成像目標(biāo)的不同而變化，而且同一個(gè)成像目標(biāo)的不同部位的CT值與其對(duì)應(yīng)電子密度之間的映射關(guān)系也會(huì)變化。這使得通常使用在扇形束CT圖像上的通過建立一個(gè)普適的CT值與電子密度轉(zhuǎn)換表的方法不能適用于錐形束CT。理論上，精確地配準(zhǔn)扇形束CT和錐形束CT圖像產(chǎn)生的變形場(chǎng)后，可以將扇形束CT 圖像中的CT值映射到對(duì)應(yīng)的錐形束CT圖像的解剖結(jié)構(gòu)，使融合的圖像既包含扇形束CT準(zhǔn)確的CT值，又具有錐形束CT的解剖結(jié)構(gòu)。然而，精確地三維圖像配準(zhǔn)通常需要很大的計(jì)算量和較長(zhǎng)的計(jì)算時(shí)間，同時(shí)，根據(jù)選用的配準(zhǔn)算法和不同的扇形束CT和錐形束CT圖像中配準(zhǔn)目標(biāo)變化反應(yīng)的配準(zhǔn)難易程度的不同，會(huì)產(chǎn)生不同程度的配準(zhǔn)誤差，較大的配準(zhǔn)誤差需要進(jìn)一步的手工調(diào)整，這就需要花費(fèi)更多的時(shí)間，因此，對(duì)于在患者躺在治療床上等待治療的時(shí)間內(nèi)，通過精確地圖像配準(zhǔn)來完成在線射野調(diào)整或重新計(jì)劃是非常困難的。同時(shí)我們注意到，每個(gè)分次放療利用錐形束CT采集影像前，都需要對(duì)病人進(jìn)行擺位，在每次錐形束CT圖像采集時(shí)，病人的體位狀態(tài)都有較好的重復(fù)性。這使得針對(duì)特定的錐形束CT掃描參數(shù)和特定的病人，不同分次獲取的錐形束CT圖像相同的局部區(qū)域CT值到電子密度的映射關(guān)系是穩(wěn)定的。利用這個(gè)特點(diǎn)，我們發(fā)明了一種包涵局部信息的錐形束CT 影像CT值的個(gè)體化校正方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服上述技術(shù)問題的缺點(diǎn)，提供了一種利用扇形束CT值-電子密度值映射關(guān)系和個(gè)體化CT值校正表獲取錐形束CT圖像電子密度值并用于劑量計(jì)算的方法。本發(fā)明的錐形束CT圖像用于放療劑量計(jì)算的個(gè)體化CT值校正方法，其特別之處在于，包括以下步驟(1)確定CT值到電子密度映射關(guān)系，即確定由定位扇形束CT圖像的 CT值到成像目標(biāo)的電子密度之間的映射關(guān)系；(2) CT圖像采集，采集患者同一身體部位的錐形束CT圖像和定位扇形束CT圖像，并將兩套CT圖像進(jìn)行配準(zhǔn)；(3)區(qū)域分割，將錐形束 CT圖像和扇形束CT圖像配準(zhǔn)后重疊的三維區(qū)域按指定尺寸的長(zhǎng)方體分割為N級(jí)局部區(qū)域；
設(shè)第η級(jí)長(zhǎng)方體的長(zhǎng)、寬和高分別為 、4和。，第η+1級(jí)局部區(qū)域包含于第η級(jí)局部區(qū)
域，且第η+1級(jí)局部區(qū)域的邊長(zhǎng)分別為、和^ ；N和η均為正整數(shù)，且1彡η彡N，
NS 3 ;(4)獲取個(gè)體化多級(jí)CT值校正表，通過統(tǒng)計(jì)和計(jì)算該患者各個(gè)局部區(qū)域內(nèi)錐形束CT 圖像中像素的CT值與扇形束CT圖像中對(duì)應(yīng)像素的CT值，獲得N級(jí)局部區(qū)域錐形束CT圖像CT值到扇形束CT圖像CT值的校正表；(5)錐形束CT值的校正，對(duì)于之后每一次獲取的該患者的錐形束CT圖像，利用步驟(4)獲取的個(gè)體化多級(jí)CT值校正表對(duì)其進(jìn)行校正，以便使校正后的錐形束CT圖像可用于電子密度信息計(jì)算；(6)映射至電子密度，對(duì)校正后的錐形束CT圖像利用步驟(1)中獲得的映射關(guān)系，計(jì)算出成像目標(biāo)的電子密度，由電子密度信息可進(jìn)行劑量計(jì)算。步驟(1)用于確定由扇形束CT圖像的CT值到電子密度之間的轉(zhuǎn)換映射關(guān)系，以便以后的調(diào)取使用。步驟(2)用于實(shí)現(xiàn)錐形束CT圖像和扇形束CT圖像的配準(zhǔn)。 步驟(3)中的第η+1級(jí)局部區(qū)域?yàn)榈讦羌?jí)局部區(qū)域的一部分，且第η級(jí)局部區(qū)域體積為第 η+1級(jí)局部區(qū)域體積的8倍。利用步驟(4)中獲得的CT值校正表，可以把錐形束CT圖像的 CT值轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的扇形束CT圖像的CT值，以便進(jìn)行劑量計(jì)算。步驟(5)和(6)利用CT值校正表以及步驟(1)中獲得的映射關(guān)系，把錐形束CT圖像的CT值轉(zhuǎn)化為了電子密度信息， 以便進(jìn)行劑量計(jì)算。根據(jù)計(jì)算的劑量信息，可以對(duì)放療計(jì)劃作出評(píng)估，確定是否需要優(yōu)化放療方案。本發(fā)明的錐形束CT圖像用于放療劑量計(jì)算的個(gè)體化CT值校正方法，所述步驟的配準(zhǔn)方法為剛體配準(zhǔn)方法或采用基于梯度場(chǎng)的變約束圖像變形配準(zhǔn)方法。剛體配準(zhǔn)方法是指通過患者整體的平移或旋轉(zhuǎn)，來實(shí)現(xiàn)配準(zhǔn)的目的；所述的基于梯度場(chǎng)的變約束圖像變形配準(zhǔn)方法為專利號(hào)為CN201010520917. 6的專利中所公開的一種配準(zhǔn)方法。本發(fā)明的錐形束CT圖像用于放療劑量計(jì)算的個(gè)體化CT值校正方法，所述步驟(4 ) 中，錐形束CT圖像中像素與定位扇形束CT圖像中對(duì)應(yīng)像素是由步驟O)中的圖像配準(zhǔn)產(chǎn)生的變形場(chǎng)確定的。本發(fā)明的錐形束CT圖像用于放療劑量計(jì)算的個(gè)體化CT值校正方法，所述步驟(4 ) 中，統(tǒng)計(jì)和計(jì)算該患者各個(gè)局部區(qū)域內(nèi)錐形束CT圖像中像素的CT值與扇形束CT圖像中對(duì)應(yīng)像素的CT值，包括以下步驟(4-1)各個(gè)局部區(qū)域建立各自的錐形束CT圖像CT值到扇
5CN 102327126 A
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形束CT圖像CT值的校正表；(4-2)對(duì)于一個(gè)局部區(qū)域，分別統(tǒng)計(jì)局部區(qū)域內(nèi)存在的各個(gè)錐形束CT值對(duì)應(yīng)的像素?cái)?shù)；(4-3)對(duì)于一個(gè)局部區(qū)域，特定的錐形束CT值對(duì)應(yīng)的像素?cái)?shù)大于設(shè)定值Nmin，則這些錐形束CT值相同的圖像像素所對(duì)應(yīng)的扇形束CT圖像像素的CT值的平均值作為校正表中此錐形束CT值對(duì)應(yīng)的扇形束CT校正值；特定的錐形束CT值對(duì)應(yīng)的像素?cái)?shù)小于Nmin，則此錐形束CT值不參與此局部區(qū)域校正表的建立；(4-4)對(duì)于錐形束CT圖像中像素通過變形場(chǎng)對(duì)應(yīng)的扇形束CT圖像中像素位置不為整數(shù)時(shí)，利用與待計(jì)算像素相鄰的八個(gè)頂點(diǎn)像素的CT值，通過三線差值的方法獲得待計(jì)算像素的CT值；(4-5)如果錐形束CT圖像中像素CT值與對(duì)應(yīng)扇形束CT圖像中像素CT值相差超過設(shè)定值Diff，此像素不參與平均值的計(jì)算。所述的“錐形束CT圖像中像素通過變形場(chǎng)對(duì)應(yīng)的扇形束CT圖像中像素位置不為整數(shù)”即錐形束CT圖像中像素通過變形場(chǎng)對(duì)應(yīng)的扇形束CT圖像中坐標(biāo)位于幾個(gè)相鄰像素之間。步驟(4-3)通過確保校正表中的每個(gè)校正數(shù)據(jù)至少對(duì)應(yīng)Nmin個(gè)像素值， 以使校正數(shù)據(jù)更緊接真實(shí)值；步驟(4-4)利用八個(gè)相鄰頂點(diǎn)像素的CT值并通過三線差值的算法獲得待計(jì)算扇形束CT像素的CT值，實(shí)現(xiàn)了對(duì)待計(jì)算像素CT值的合理近似；步驟(4-5) 認(rèn)為差值過大的錐形束CT圖像像素與對(duì)應(yīng)扇形束CT圖像像素是錯(cuò)誤的對(duì)應(yīng)，進(jìn)行舍去。本發(fā)明的錐形束CT圖像用于放療劑量計(jì)算的個(gè)體化CT值校正方法，所述步驟(5 ) 中錐形束CT圖像采集參數(shù)與步驟(1)中錐形束CT圖像的采集參數(shù)相同。只有保證采集的參數(shù)相同，才能保證之后采集的錐形束CT圖像與第一次采集的錐形束CT圖像具有一致的對(duì)應(yīng)關(guān)系，保證圖像CT值計(jì)算的準(zhǔn)確性。本發(fā)明的錐形束CT圖像用于放療劑量計(jì)算的個(gè)體化CT值校正方法，所述步驟(5 ) 中利用步驟(4)獲取的個(gè)體化多級(jí)CT值校正表對(duì)其進(jìn)行校正時(shí)，優(yōu)先采用局部信息進(jìn)行校正，既當(dāng)一個(gè)錐形束CT圖像像素的CT值在其所處的n+1級(jí)和η級(jí)校正表中都存在對(duì)應(yīng)的扇形束CT校正值時(shí)，優(yōu)先選用n+1級(jí)校正表中的校正值進(jìn)行校正。由于錐形束CT圖像像素CT值到扇形束CT圖像像素CT值的對(duì)應(yīng)關(guān)系在不同位置會(huì)有所不同，優(yōu)先采用局部信息進(jìn)行校正進(jìn)一步保證了 CT值校正的準(zhǔn)確性。對(duì)于錐形束CT圖像各個(gè)局部區(qū)域CT值到電子密度的映射關(guān)系的獲取，由于病人的電子密度信息不方便直接獲得，而用于放療定位的扇形束CT圖像與成像目標(biāo)的電子密度之間有穩(wěn)定的轉(zhuǎn)換關(guān)系。為制定放療計(jì)劃，首先病人在放療前進(jìn)行扇形束CT圖像的掃描，我們可以通過圖像配準(zhǔn)獲取錐形束CT和扇形束CT圖像各個(gè)局部區(qū)域CT值之間的映射關(guān)系來代替獲取錐形束CT圖像各個(gè)局部區(qū)域CT值到電子密度的映射關(guān)系。以后獲取的錐形束CT圖像直接用這些映射關(guān)系來將錐形束CT圖像CT值校正為對(duì)應(yīng)扇形束CT圖像CT 值，校正后的圖像利用計(jì)劃系統(tǒng)中扇形束CT的CT值到電子密度的映射表轉(zhuǎn)換得到電子密度信息，以進(jìn)行劑量計(jì)算。于是，上面所述的錐形束CT圖像用于放療劑量計(jì)算的個(gè)體化CT 值校正方法法中，首先進(jìn)行扇形束CT掃描和第一次錐形束CT掃描，并建立由扇形束CT圖像到成像目標(biāo)的電子密度之間的映射關(guān)系以及由錐形束CT圖像CT值到扇形束CT圖像個(gè)體化CT值的校正表。在以后的錐形束CT圖像中直接用這個(gè)映射關(guān)系來進(jìn)行CT值到電子密度的轉(zhuǎn)換，不但可以節(jié)約大量的在線配準(zhǔn)和處理時(shí)間，而且可以避免每次配準(zhǔn)都產(chǎn)生的配準(zhǔn)誤差。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明建立了由定位扇形束CT圖像到成像目標(biāo)的電子密度信息的映射關(guān)系以及由錐形束CT圖像到定位扇形束CT圖像的個(gè)體化CT值校正表，并利用獲得的映射關(guān)系和個(gè)體化CT值校正表實(shí)現(xiàn)了把每次采集的錐形束CT圖像信息快速、 方便地轉(zhuǎn)化為電子密度信息，實(shí)現(xiàn)了基于錐形束CT圖像的放療劑量計(jì)算；本發(fā)明把錐形束 CT圖像與扇形束CT圖像重疊的區(qū)域分割為N級(jí)局部區(qū)域來獲取多級(jí)CT值校正表，使得CT 值校正信息更加準(zhǔn)確和完善；本發(fā)明多級(jí)CT值校正表的建立基于患者的具體解剖結(jié)構(gòu)，因此，患者的多級(jí)CT值校正表具有個(gè)體化特征，使得CT值校正過程更加準(zhǔn)確。


圖1為錐形束CT圖像和扇形束CT圖像三級(jí)區(qū)域分割示意圖； 圖2為第一級(jí)校正表的示意圖3為第二級(jí)校正表的示意圖； 圖4為第三級(jí)校正表的示意圖。
具體實(shí)施例方式配準(zhǔn)某個(gè)病人放療定位時(shí)采集的扇形束CT圖像和第一次放療時(shí)采集的錐形束CT 圖像，病人在第一次治療時(shí)，由于兩CT圖像之間的采集間隔很短，通常情況下腫瘤及其周圍正常組織器官的變化不大，可以通過剛體配準(zhǔn)和精確的擺位完成治療，本發(fā)明中所述的為獲取錐形束CT中像素和扇形束CT中像素的對(duì)應(yīng)關(guān)系而進(jìn)行的剛體或變形配準(zhǔn)可以離線完成。對(duì)于少數(shù)病人在第一次治療時(shí)，腫瘤及其周圍正常組織器官就有較大變化需要修改治療計(jì)劃的情況，本發(fā)明中描述的配準(zhǔn)過程需要在線完成，為重新制訂治療計(jì)劃提供錐形束CT圖像對(duì)應(yīng)的電子密度信息，這需要花費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間，但以后治療中的錐形束CT圖像的 CT值校正則可以利用這次建立的一系列包含局部校正信息的校正表快速完成。為獲取錐形束CT中像素和扇形束CT中像素的對(duì)應(yīng)關(guān)系而進(jìn)行的配準(zhǔn)可以采用剛體配準(zhǔn)的方法和(或)變形配準(zhǔn)的方法。對(duì)于在扇形束CT掃描和第一次錐形束CT掃描之間幾乎沒有解剖結(jié)構(gòu)變形的情況，比如顱內(nèi)病變，只需要?jiǎng)傮w配準(zhǔn)就可以獲得足夠準(zhǔn)確的錐形束CT和扇形束CT中像素的對(duì)應(yīng)關(guān)系。對(duì)于存在解剖結(jié)構(gòu)變形的情況，則需要單獨(dú)采用變形配準(zhǔn)或者采用剛體配準(zhǔn)與變形配準(zhǔn)相結(jié)合的方法來獲得像素之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。根據(jù)配準(zhǔn)結(jié)果產(chǎn)生的錐形束CT中像素和扇形束CT中像素的對(duì)應(yīng)關(guān)系，依據(jù)錐形束CT中像素和扇形束CT中像素的對(duì)應(yīng)關(guān)系自動(dòng)生成多個(gè)具有局部校正信息的錐形束CT 圖像CT值校正表。在生成校正表的過程中，對(duì)不滿足條件的錯(cuò)誤的像素對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行濾除。這些錯(cuò)誤的對(duì)應(yīng)關(guān)系可能由配準(zhǔn)誤差或其它的原因造成。具有局部校正信息的錐形束 CT圖像CT值校正表的建立，要優(yōu)先使用局部得到的CT值校正信息。同一個(gè)病人以后獲取的錐形束CT需要和第一次采集的錐形束CT使用相同的掃描參數(shù)。將第一次錐形束CT掃描后獲取的一系列包含局部校正信息的校正表應(yīng)用于同一個(gè)病人以后獲取的錐形束CT的CT值校正，即對(duì)于新采集的錐形束CT中某個(gè)局部區(qū)域采用先前獲取的對(duì)應(yīng)的包含此區(qū)域局部信息的CT值校正表進(jìn)行校正，以使這些校正后的錐形束 CT可以通過計(jì)劃系統(tǒng)中預(yù)存的扇形束CT值到電子密度轉(zhuǎn)換表獲得準(zhǔn)確的電子密度信息。 下面給出一個(gè)具體的實(shí)施步驟
(1)確定CT值到電子密度映射關(guān)系，即確定由扇形束CT圖像的CT值到成像目標(biāo)的電子密度之間的映射關(guān)系，以便在后面調(diào)取使用；通常此映射關(guān)系儲(chǔ)存在放療計(jì)劃系統(tǒng)；
7(2)CT圖像采集，采集患者同一身體部位的錐形束CT圖像和扇形束CT圖像，采用基于梯度場(chǎng)的變約束圖像變形配準(zhǔn)方法將兩CT圖像進(jìn)行配準(zhǔn)；該變形配準(zhǔn)方法在申請(qǐng)?zhí)枮?CN201010520917. 6的專利中有詳細(xì)公開；
(3)區(qū)域分割，將錐形束CT圖像和扇形束CT圖像配準(zhǔn)后重疊的三維區(qū)域按指定尺寸的長(zhǎng)方體分割為N級(jí)局部區(qū)域；設(shè)第η級(jí)長(zhǎng)方體的長(zhǎng)、寬和高分別為~入和Q，第n+1級(jí)
局部區(qū)域包含于第η級(jí)局部區(qū)域，且第n+1級(jí)局部區(qū)域的邊長(zhǎng)分別為、 、和；N和 η均為正整數(shù)，且1彡η彡N，N彡3 ；
(4)獲取個(gè)體化多級(jí)CT值校正表，通過統(tǒng)計(jì)和計(jì)算各個(gè)局部區(qū)域內(nèi)錐形束CT圖像中像素的CT值與扇形束CT圖像中對(duì)應(yīng)像素的CT值，獲得N級(jí)局部區(qū)域錐形束CT圖像CT值到扇形束CT圖像CT值的個(gè)體化校正表；
(5)錐形束CT值的校正，對(duì)于之后每一次獲取的錐形束CT圖像，利用步驟(4)獲取的 CT值校正表對(duì)其進(jìn)行校正，以便使校正后的錐形束CT圖像可用于電子密度信息計(jì)算；
(6)映射至電子密度，對(duì)校正后的錐形束CT圖像利用步驟(1)中獲得的映射關(guān)系，計(jì)算出成像目標(biāo)的電子密度，由電子密度信息可進(jìn)行劑量計(jì)算。如圖1、圖2、圖3和圖4所示，給出了 N等于3時(shí)由錐形束CT圖像CT值到扇形束 CT圖像CT值校正表的示意圖，所示的錐形束CT圖像和扇形束CT圖像均為三維圖像，所示的第一級(jí)校正表包含整個(gè)容積圖像內(nèi)錐形束CT圖像CT值到扇形束CT圖像CT值的映射關(guān)系，而第二級(jí)和更小的第三級(jí)則只包含對(duì)應(yīng)局部范圍的映射關(guān)系。如圖所示，第一級(jí)校正區(qū)域?yàn)榈诙?jí)校正區(qū)域的8倍，第二級(jí)校正區(qū)域?yàn)榈谌?jí)校正區(qū)域的8倍；如果N的值大于3， 則級(jí)數(shù)越大，對(duì)應(yīng)的區(qū)域就越小。從圖2、圖3和圖4中還可以看出，從第一級(jí)校正表到第三級(jí)校正表對(duì)應(yīng)的校正信息逐漸減少。在此實(shí)施例中，參數(shù)Nmin設(shè)定為10，既對(duì)于一個(gè)局部區(qū)域，特定的錐形束CT值對(duì)應(yīng)的像素?cái)?shù)大于10，則這些錐形束CT值相同的圖像像素所對(duì)應(yīng)的扇形束CT圖像像素的CT值的平均值作為校正表中此錐形束CT值對(duì)應(yīng)的扇形束CT 校正值。特定的錐形束CT值對(duì)應(yīng)的像素?cái)?shù)小于10，則此錐形束CT值不參與此局部區(qū)域校正表的建立。在上述過程中，如錐形束CT圖像中像素通過變形場(chǎng)對(duì)應(yīng)的扇形束CT像素位置不為整數(shù)時(shí)，我們利用相鄰的八個(gè)頂點(diǎn)像素的CT值，通過三線插值的方法獲得對(duì)應(yīng)的CT 值。在此實(shí)施例中參數(shù)Diff設(shè)定為700，既對(duì)于錐形束CT圖像中像素CT值與對(duì)應(yīng)扇形束 CT圖像中像素CT值相差超過700的情況，我們認(rèn)為是錯(cuò)誤的對(duì)應(yīng)，此像素不參與平均值的統(tǒng)計(jì)。以后進(jìn)行同一個(gè)病人的錐形束CT采集時(shí)，掃描參數(shù)要和第一次錐形束CT圖像掃描時(shí)相同。獲取的錐形束CT圖像，直接利用已經(jīng)獲得的多級(jí)錐形束CT圖像CT值到扇形束 CT圖像CT值的校正表，逐像素的進(jìn)行校正。校正優(yōu)先采用所屬區(qū)域?qū)?yīng)的最低級(jí)的校正表(這里為第三級(jí)校正表)。因?yàn)榈图?jí)的校正表只包含較少的校正信息，當(dāng)校正過程中當(dāng)前級(jí)局部校正表不包含需要的CT值校正信息時(shí)，則使用當(dāng)前局部所在的上一級(jí)(第二級(jí)校正表)的校正表，直到獲得對(duì)應(yīng)的校正信息。在整個(gè)三維錐形束CT影像校正完成后，校正后的圖像信息根據(jù)扇形束CT值到電子密度的映射表再進(jìn)行劑量計(jì)算。對(duì)于四維錐形束CT圖像，是由多個(gè)不同呼吸狀態(tài)的三維錐形束CT圖像構(gòu)成。使用基于梯度場(chǎng)的變約束圖像變形配準(zhǔn)方法，配準(zhǔn)第一次采集的四維錐形束CT圖像中某個(gè)參考呼吸狀態(tài)的三維錐形束CT影像和先前采集的扇形束CT影像。
根據(jù)上述配準(zhǔn)結(jié)果獲取各級(jí)局部區(qū)域錐形束CT圖像CT值到扇形束CT圖像CT值的校正表的方法與上面所述的方法相同。以后進(jìn)行同一個(gè)病人的四維錐形束CT采集時(shí)，獲取方法和掃描參數(shù)要和第一次掃描時(shí)相同。利用多級(jí)校正表對(duì)四維錐形束CT中表示每個(gè)呼吸狀態(tài)的三維錐形束CT影像進(jìn)行校正的方法與上面所述的方法相同。在整個(gè)四維錐形束CT影像校正完成后，校正后的圖像可以直接在計(jì)劃系統(tǒng)中進(jìn)行劑量計(jì)算(計(jì)劃系統(tǒng)中存有扇形束CT值到電子密度的映射表)。
權(quán)利要求
1.一種錐形束CT圖像用于放療劑量計(jì)算的個(gè)體化CT值校正方法，其特征在于，包括以下步驟(1)確定CT值到電子密度映射關(guān)系，即確定由定位扇形束CT圖像的CT值到成像目標(biāo)的電子密度之間的映射關(guān)系；(2)CT圖像采集，采集患者同一身體部位的錐形束CT圖像和定位扇形束CT圖像，并將兩套CT圖像進(jìn)行配準(zhǔn)；(3)區(qū)域分割，將錐形束CT圖像和扇形束CT圖像配準(zhǔn)后重疊的三維區(qū)域按指定尺寸的長(zhǎng)方體分割為N級(jí)局部區(qū)域；設(shè)第η級(jí)長(zhǎng)方體的長(zhǎng)、寬和高分別為 、K和。，第n+1級(jí)局部區(qū)域包含于第η級(jí)局部區(qū)域，且第η+1級(jí)局部區(qū)域的邊長(zhǎng)分別為 K、iK和K ；N和η均為正整數(shù)，且1 < η < N，N > 3 ；(4)獲取個(gè)體化多級(jí)CT值校正表，通過統(tǒng)計(jì)和計(jì)算該患者各個(gè)局部區(qū)域內(nèi)錐形束CT圖像中像素的CT值與扇形束CT圖像中對(duì)應(yīng)像素的CT值，獲得N級(jí)局部區(qū)域錐形束CT圖像 CT值到扇形束CT圖像CT值的校正表；(5)錐形束CT值的校正，對(duì)于之后每一次獲取的該患者的錐形束CT圖像，利用步驟(4) 獲取的個(gè)體化多級(jí)CT值校正表對(duì)其進(jìn)行校正，以便使校正后的錐形束CT圖像可用于電子密度信息計(jì)算；(6)映射至電子密度，對(duì)校正后的錐形束CT圖像利用步驟(1)中獲得的映射關(guān)系，計(jì)算出成像目標(biāo)的電子密度，由電子密度信息可進(jìn)行劑量計(jì)算。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的錐形束CT圖像用于放療劑量計(jì)算的個(gè)體化CT值校正方法， 其特征在于所述步驟(2)的配準(zhǔn)方法為剛體配準(zhǔn)方法或采用基于梯度場(chǎng)的變約束圖像變形配準(zhǔn)方法。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的錐形束CT圖像用于放療劑量計(jì)算的個(gè)體化CT值校正方法， 其特征在于所述步驟(4)中，錐形束CT圖像中像素與定位扇形束CT圖像中對(duì)應(yīng)像素是由步驟O)中的圖像配準(zhǔn)產(chǎn)生的變形場(chǎng)確定的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的錐形束CT圖像用于放療劑量計(jì)算的個(gè)體化CT值校正方法， 其特征在于所述步驟(4)中，統(tǒng)計(jì)和計(jì)算該患者各個(gè)局部區(qū)域內(nèi)錐形束CT圖像中像素的 CT值與定位扇形束CT圖像中對(duì)應(yīng)像素的CT值，包括以下步驟(4-1)各個(gè)局部區(qū)域建立各自的錐形束CT圖像CT值到扇形束CT圖像CT值的校正表；(4-2)對(duì)于一個(gè)局部區(qū)域，分別統(tǒng)計(jì)局部區(qū)域內(nèi)存在的各個(gè)錐形束CT值對(duì)應(yīng)的像素?cái)?shù)；(4-3)對(duì)于一個(gè)局部區(qū)域，特定的錐形束CT值對(duì)應(yīng)的像素?cái)?shù)大于設(shè)定值Nmin，則這些錐形束CT值相同的圖像像素所對(duì)應(yīng)的扇形束CT圖像像素的CT值的平均值作為校正表中此錐形束CT值對(duì)應(yīng)的扇形束CT校正值；特定的錐形束CT值對(duì)應(yīng)的像素?cái)?shù)小于Nmin，則此錐形束CT值不參與此局部區(qū)域校正表的建立；(4-4)對(duì)于錐形束CT圖像中像素通過變形場(chǎng)對(duì)應(yīng)的扇形束CT圖像中像素位置不為整數(shù)時(shí)，利用與待計(jì)算像素相鄰的八個(gè)頂點(diǎn)像素的CT值，通過三線差值的方法獲得待計(jì)算像素的CT值；(4-5)如果錐形束CT圖像中像素CT值與對(duì)應(yīng)扇形束CT圖像中像素CT值相差超過設(shè)定值Diff，此像素不參與平均值的計(jì)算。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的錐形束CT圖像用于放療劑量計(jì)算的個(gè)體化CT值校正方法， 其特征在于所述步驟(5)中錐形束CT圖像采集參數(shù)與步驟(1)中錐形束CT圖像的采集參數(shù)相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的錐形束CT圖像用于劑量計(jì)算的個(gè)體化CT值校正方法，其特征在于所述步驟(5)中利用步驟(4)獲取的個(gè)體化多級(jí)CT值校正表對(duì)其進(jìn)行校正時(shí)，優(yōu)先采用局部信息進(jìn)行校正，即當(dāng)一個(gè)錐形束CT圖像像素的CT值在其所處的n+1級(jí)和η級(jí)校正表中都存在對(duì)應(yīng)的定位扇形束CT校正值時(shí)，優(yōu)先選用n+1級(jí)校正表中的校正值進(jìn)行校正。
全文摘要
本發(fā)明的錐形束CT圖像用于放療劑量計(jì)算的個(gè)體化CT值校正方法，包括(1)建立由扇形束CT圖像CT值到成像目標(biāo)的電子密度值之間的映射關(guān)系；(2)采集錐形束和扇形束CT圖像；(3)將錐形束和扇形束CT圖像重疊區(qū)域分割為N級(jí)局部區(qū)域；(4)獲得個(gè)體化多級(jí)CT值校正表；(5)利用個(gè)體化CT值校正表對(duì)后續(xù)采集的錐形束CT圖像進(jìn)行校正；(6)利用步驟(1)中的映射關(guān)系進(jìn)行放療劑量的計(jì)算。本發(fā)明利用CT值校正方法，把錐形束CT圖像信息快速、方便地轉(zhuǎn)化為電子密度信息，實(shí)現(xiàn)了基于錐形束CT圖像的放療劑量計(jì)算；本發(fā)明通過建立多級(jí)CT值校正表，使得CT值校正信息更加準(zhǔn)確和完善；本發(fā)明多級(jí)CT值校正表的建立基于患者的具體解剖結(jié)構(gòu)，使得CT值校正過程更加準(zhǔn)確。
文檔編號(hào)A61B6/03GK102327126SQ20111020583
公開日2012年1月25日 申請(qǐng)日期2011年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月22日
發(fā)明者李寶生, 李洪升, 梁月強(qiáng) 申請(qǐng)人:李寶生, 梁月強(qiáng)