基于配準(zhǔn)的肺4d-ct圖像吸氣過(guò)程中間相位圖像的重建方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了基于配準(zhǔn)的肺4D-CT圖像吸氣過(guò)程中間相位圖像的重建方法，包括步驟(1)由肺4D-CT圖像數(shù)據(jù)獲得呼氣末和吸氣末兩個(gè)相位的肺3D-CT圖像；(2)選定呼氣末相位的肺3D-CT圖像作為參考圖像，吸氣末相位的肺3D-CT圖像作為浮動(dòng)圖像，對(duì)兩個(gè)相位圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，得到兩個(gè)相位圖像之間的運(yùn)動(dòng)變形場(chǎng)；(3)以步驟(2)得到的運(yùn)動(dòng)變形場(chǎng)為基礎(chǔ)，重建出肺4D-CT圖像吸氣過(guò)程的中間相位圖像。本發(fā)明利用已知的兩個(gè)特殊相位圖像，就可重建肺4D-CT圖像吸氣過(guò)程的中間相位圖像，避免了肺4D-CT數(shù)據(jù)因采集相位多，掃描時(shí)間長(zhǎng)，導(dǎo)致病人吸收劑量高的缺點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于配準(zhǔn)的肺4D-CT圖像吸氣過(guò)程中間相位圖像的重建方 法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)圖像處理【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于配準(zhǔn)的肺4D-CT圖像吸氣 過(guò)程中間相位圖像的重建方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 4D-CT是近年來(lái)出現(xiàn)的一種評(píng)價(jià)腫瘤和器官運(yùn)動(dòng)的一項(xiàng)新技術(shù)。與傳統(tǒng)的3D-CT 相比，4D-CT加入了時(shí)間軸，它動(dòng)態(tài)的采集了病人呼吸時(shí)的CT圖像，然后通過(guò)圖像的重建和 重新排列得到病人在不同呼吸相位的3D-CT圖像。肺4D-CT真實(shí)地再現(xiàn)了腫瘤和器官的空 間結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)情況，較好的解決了運(yùn)動(dòng)偽影和呼吸運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的劑量誤差，成為放射治療中 目標(biāo)精確定位的關(guān)鍵。
[0003] 然而，肺4D-CT數(shù)據(jù)的獲取通常要采集多個(gè)相位的3D-CT圖像，這使得掃描時(shí)間 長(zhǎng)，需要包含整個(gè)呼吸周期，導(dǎo)致病人將接受高于常規(guī)CT掃描幾倍的劑量。其次，最終獲取 的一組4D-CT數(shù)據(jù)就包括1000?3000張圖片，每一組數(shù)據(jù)就要占去上百兆的空間。另外， 實(shí)時(shí)相位處理系統(tǒng)（RPM)與掃描設(shè)備是否準(zhǔn)確同步，也會(huì)對(duì)獲取的CT圖像質(zhì)量有較大影 響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提出一種基于配準(zhǔn)的肺4D-CT圖像吸氣過(guò)程中間相位圖像的 重建方法，該方法利用已知的兩個(gè)特殊相位圖像，就可重建肺4D-CT圖像吸氣過(guò)程的中間 相位圖像，避免了肺4D-CT數(shù)據(jù)因采集相位多，掃描時(shí)間長(zhǎng)，導(dǎo)致病人吸收劑量高的缺點(diǎn)。
[0005] 本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下的技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)：基于配準(zhǔn)的肺4D-CT圖像吸氣過(guò) 程中間相位圖像的重建方法，該方法包括如下步驟：
[0006] (1)由肺4D-CT圖像數(shù)據(jù)獲得呼氣末和吸氣末兩個(gè)相位的肺3D-CT圖像；
[0007] (2)選定呼氣末相位的肺3D-CT圖像作為參考圖像，吸氣末相位的肺3D-CT圖像作 為浮動(dòng)圖像，對(duì)兩個(gè)相位圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，得到兩個(gè)相位圖像之間的運(yùn)動(dòng)變形場(chǎng)；
[0008] (3)以步驟⑵得到的運(yùn)動(dòng)變形場(chǎng)為基礎(chǔ)，重建出肺4D-CT圖像吸氣過(guò)程的中間相 位圖像。
[0009] 本發(fā)明中，所述步驟（2)采用Active Demons配準(zhǔn)方法對(duì)參考圖像和浮動(dòng)圖像這 兩個(gè)相位圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，得到兩個(gè)相位圖像之間的運(yùn)動(dòng)變形場(chǎng)，具體過(guò)程如下：
[0010] (2. l)Active Demons配準(zhǔn)方法是在光流場(chǎng)理論基礎(chǔ)上提出的一種彈性配準(zhǔn)方法， 該理論的前提假設(shè)是呼吸運(yùn)動(dòng)過(guò)程中肺部圖像的灰度值不變，即：
[0011] I (x(t), y (t), z (t), t) = C......式（1)
[0012] 式中，I表示肺部圖像的灰度值，t為時(shí)間，（x，y，z)表示坐標(biāo)，C為一常量；
[0013] (2. 2)根據(jù)⑴式得到驅(qū)動(dòng)力：

【權(quán)利要求】
1. 基于配準(zhǔn)的肺4D-CT圖像吸氣過(guò)程中間相位圖像的重建方法，該方法包括如下步 驟： (1) 由肺4D-CT圖像數(shù)據(jù)獲得呼氣末和吸氣末兩個(gè)相位的肺3D-CT圖像； (2) 選定吸氣末相位的肺3D-CT圖像作為參考圖像，呼氣末相位的肺3D-CT圖像作為浮 動(dòng)圖像，對(duì)兩個(gè)相位圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，得到兩個(gè)相位圖像之間的運(yùn)動(dòng)變形場(chǎng)； (3) 以步驟（2)得到的運(yùn)動(dòng)變形場(chǎng)為基礎(chǔ)，重建出肺4D-CT圖像吸氣過(guò)程的中間相位圖 像。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于配準(zhǔn)的肺4D-CT圖像吸氣過(guò)程中間相位圖像的重建方 法，其特征在于：所述步驟（2)采用Active Demons配準(zhǔn)方法對(duì)參考圖像和浮動(dòng)圖像這兩個(gè) 相位圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，得到兩個(gè)相位圖像之間的運(yùn)動(dòng)變形場(chǎng)，具體過(guò)程如下： (2. l)Active Demons配準(zhǔn)方法是在光流場(chǎng)理論基礎(chǔ)上提出的一種彈性配準(zhǔn)方法，該理 論的前提假設(shè)是呼吸運(yùn)動(dòng)過(guò)程中肺部圖像的灰度值不變，即： I (x(t), y (t), z (t), t) = C......式（1) 式中，I表示肺部圖像的灰度值，t為時(shí)間，（X，y，z)表示坐標(biāo)，C為一常量； (2. 2)根據(jù)（1)式得到驅(qū)動(dòng)力：
其中，下標(biāo)為r的代表參考圖像的參數(shù)，下標(biāo)為f的代表浮動(dòng)圖像的參數(shù)，V表示任一 點(diǎn)從If到仁所需的偏移量，仁和If分別代表參考圖像和浮動(dòng)圖像的灰度值，▽仁是參考 圖像的灰度梯度矢量； (2. 3)當(dāng)參考圖像梯度信息不足時(shí)會(huì)引起配準(zhǔn)誤差，故引入浮動(dòng)圖像的灰度梯度信息 作為新作用力，得到Active Demons算法的驅(qū)動(dòng)力：
其中，a為均化系數(shù)，VIf是浮動(dòng)圖像在（x，y，z)處的灰度梯度； (2. 4)根據(jù)式（3)估計(jì)呼氣末相位的肺3D-CT圖像和吸氣末相位的肺3D-CT圖像之間 的運(yùn)動(dòng)變形場(chǎng)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于配準(zhǔn)的肺4D-CT圖像吸氣過(guò)程中間相位圖像的重建方 法，其特征在于：所述步驟（3)具體是根據(jù)呼吸運(yùn)動(dòng)過(guò)程的線性假設(shè)求出浮動(dòng)圖像到中間 相位圖像的運(yùn)動(dòng)位移，繼而重建出肺4D-CT圖像吸氣過(guò)程的中間相位圖像，具體過(guò)程如下： (3. 1)肺4D-CT圖像吸氣過(guò)程的中間相位的重建方法是基于呼吸運(yùn)動(dòng)過(guò)程的線性假 設(shè)，即假設(shè)吸氣過(guò)程中肺部圖像的運(yùn)動(dòng)位移是線性變化的； (3. 2)根據(jù)呼吸運(yùn)動(dòng)過(guò)程的線性假設(shè)，浮動(dòng)圖像到中間相位圖像的運(yùn)動(dòng)位移表示為 Tp = SpT, p = I, 2L n ......式⑷ 其中，T是用Active Demons配準(zhǔn)方法得到的呼氣末相位的肺3D-CT圖像和吸氣末相 位的肺3D-CT圖像之間的運(yùn)動(dòng)位移，n為插值中間圖像個(gè)數(shù)，TP為第p個(gè)插值相位圖像相對(duì) 于浮動(dòng)圖像的位移場(chǎng)，sp為插值系數(shù)，Sp e [0, 1]; (3.3)由⑷式得出吸氣末相位的肺3D-CT圖像到中間相位圖像的運(yùn)動(dòng)位移Tp后，對(duì) 浮動(dòng)圖像進(jìn)行線性插值，即可得到重建的肺4D-CT圖像吸氣過(guò)程的中間相位圖像。
【文檔編號(hào)】A61B6/03GK104361567SQ201410478331
【公開(kāi)日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月18日
【發(fā)明者】張煜, 耿丹丹 申請(qǐng)人:南方醫(yī)科大學(xué)