專利名稱：一種用于異機pet/ct圖像融合的頭頸部定位框架的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用于放射診斷、治療的輔助設備，具體涉及一種用于異機 PET/CT圖像融合的頭頸部定位框架。
背景技術：
放射治療技術經歷了普通放療、立體定向放射外科(SRS)、三維適形放射治療 (3DCRT)、調強放射治療(MRT)和圖像引導的放射治療(IGRT)幾個發展階段，現已進入了 精確放療的時代，精確放療能最大程度地減少腫瘤周圍正常組織的照射，大大提高腫瘤的 照射劑量，提高腫瘤的局部控制率。 腫瘤的放射治療是醫學圖像融合應用的一大領域，準確的靶區勾畫是保證精確治 療的基礎。隨著分子影像技術的發展和普及，可將解剖和功能細胞分子變化的影像結合起 來進行腫瘤的臨床診斷與治療。 PET，也就是正電子發射斷層掃描，可以顯示腫瘤的生物學方面的特性。PET成像技 術可以提供人體新陳代謝的功能圖像，但PET圖像信噪比和空間分辨率都很低，圖像所顯 示的病變高代謝區域很難進行精確的解剖定位。而CT成像清晰、空間分辨率高，可為病灶 的定位起到良好的參照作用，但其對病灶本身的顯示卻比較差。因此可以將PET的代謝功 能圖像和CT的解剖圖像進行融合從而實現PET圖像中高代謝區域的解剖定位。 PET圖像和CT圖像的融合分為異機和同機融合兩種方式。盡管同機融合圖像已經 成為圖像融合應用技術的金標準，能達到高精度的圖像融合，但是同機圖像融合成本是異 機圖像融合成本的20倍。相比而言，異機融合成本低廉。隨著計算機技術及更先進的圖像 融合軟件的開發，異機融合在臨床中的應用空間越來越廣闊。 異機圖像融合通過通用的DICOM格式在不同工作站之間進行數據的傳遞，采用全 數字化的方式，信息丟失少，圖像對準精確度高。異機圖像融合的步驟大致為特征提取，設 計誤差評估方法，對圖像數據進行處理使誤差最小，將變換后的圖像數據進行對位和綜合 顯示，分析綜合數據。其中對位技術是圖像融合的關鍵和難點，有賴于特征點的提取。外部 特征是為進行融合處理特制在兩幅圖像上均可見的體表標記物。
實用新型內容本實用新型目的在于提供一種用于異機PET/CT圖像融合的頭頸部定位框架。 本實用新型是對一種放射治療精確CT掃描定位裝置的改進，設計思想來源于目 前臨床上應用的體部CT掃描定位架和頭頸部定位框，其結構通常為呈倒U字型，左右和上 方均由三塊長方形的有機玻璃板組合而成的三塊有機玻璃板上開設Z型的凹槽，里面鑲嵌 Z型的標記桿，標記桿的材料分別為金屬鋁和碳素纖維。這樣的結構在CT圖像中能得到清 晰的九個標記點。但在PET圖像中則無法成像，故只能實現CT掃描時的定位。 我們自行設計了一種適合精確放療特點的立體定位裝置-PET/CT異機圖像融合 頭頸部定位框架，依據外部標記點獲取圖像的定位信息，采集PET圖像和CT圖像，進行圖像配準和融合，較好地解決了放療中頭頸部腫瘤的精確定位問題。 由于采用同一定位床和真空墊固定，來保證不同時間的同一體位，所以要求用于 掃描的定位框架在分別進行CT和PET掃描時位置不能偏差。由此申請人創新的提出PET/ CT 一體化掃描定位框架的設計思想。即將原CT掃描架的Z型的標記桿由實心鋁桿或碳素 纖維桿改為空心桿，在CT掃描時灌注一般液體(如硫酸銅溶液)，仍可得到清晰的九個標記 點的CT圖像，而在應用該框架進行同一體位的PET掃描時，現場灌注PET顯像劑(具有放 射性和衰變)，即可得到同一圓心位置的九個標志點的PET圖像。 結構特征是在框架三面的定位板1、2、3內鑲嵌有灌注試劑的N形塑料圓形空心 小管4，空心小管4兩端向外伸出帶管塞5的開口塑料小管9 ;在左、上、右定位板1、2、3上 刻畫網格和刻度。 開口塑料小管9和定位板板面垂直。 對采集到的圖像進行預處理對獲取的PET和CT圖像數據分別進行去噪、增強以 及分割圖像特征的提取等處理。 PET和CT圖像的配準在分別對PET圖像和CT圖像進行預處理后，圖像配準的過
程就是在浮動圖像上尋求一種空間變換，使它與另一幅參考圖像上的對應點達到空間上的
一致，也就是同一解剖點在兩張匹配圖像上有相同的空間位置。只有兩幅圖像中的九個特
征點(圓心)坐標偏差平方和最小時，這兩幅圖像才認為是同一解剖位置的圖像。
配準圖像的融合對PET圖像和CT圖像進行配準后，進行圖像的融合工作根據
一般基于小波變換的圖像融合框架，首先對待融合的PET/CT圖像進行小波分解；然后在選
擇圖像融合規則時，根據PET/CT圖像的特性，提出兩個假設一是假設融合后的圖像應盡
可能多的同時包含PET/CT圖像的信息，據此我們對小波的低頻系數根據加權平均的方法
進行低頻系數子圖像的融合。二是假設融合后圖像的解剖定位信息主要由CT圖像提供，進
而根據CT圖像提供的幾何特征信息(曲率流)進行高頻子圖像的融合。這兩個假設統一
在變分的框架內進行融合，最后應用變分的方法求解，到融合后的PET/CT圖像。 本實用新型的頭頸部定位框架具有下列突出的優點和效果 (1)采用外部特征點提取方法，特征明確，易于實現融合自動化處理。 (2)系統操作簡單，成本合理，有利于異機融合的推廣使用。
(3)提高了頭頸部腫瘤放射治療的效果。
圖1為一種用于精確放射治療的頭頸部CT掃描定位框設計主視圖。 圖2為一種用于精確放射治療的頭頸部CT掃描定位框設計左視圖。 圖3為該頭頸部CT掃描定位框實物圖。 圖4為新設計的PET/CT掃描一體定位框設計主視圖。 圖5為新設計的PET/CT掃描一體定位框設計左視圖。 圖6為新設計的PET/CT掃描一體定位框的立體結構圖。
具體實施方式下面將結合附圖和實施列對本實用新型做進一步的詳述。[0027] 圖1是我們自行研制的一種放射治療精確定位裝置的頭頸部定位框的主視圖，它 主要由連接板8和上板7、固定旋鈕6、掃描定位框組成。掃描定位框由前環、后環、左定位 板1、上定位板2、右定位板3組成，均采用有機玻璃材料。在左、右、上定位板中均埋有直徑 為4mm的CT掃描定位標記桿4，呈N形布置。在連接板中開有凹槽用于安裝頭枕，用四個安 裝螺釘將該連接板固定在真空墊定位床上，使用面膜固定上下板將面膜夾緊并將其成型后 與連接板連接。 圖2是該放射治療精確定位裝置的頭頸部定位框的左視圖，如圖2所示，左定位板 的外側的上端和后端位置均標有刻度，單位為mm。在中間標記區刻有由水平線和十字線組 成的網格，網線間距為10mm。 圖3是基于圖1和圖2所設計的CT掃描定位架和頭頸部定位框的實物圖。兩者 的定位標記底板材料均為有機玻璃，在有機玻璃板上由數控銑方法加工精確的N形定位槽 孔。鑲嵌在CT掃描定位架中的標記物為進口特制標準碳素纖維圓柱直桿，鑲嵌在頭頸部定 位框中的標記物為金屬鋁圓柱直桿，標準碳素纖維圓柱直桿和鋁桿為處處實心。 圖4是新設計的PET/CT掃描頭部外基準框架的主視圖，掃描定位框由前環、后環、 左定位板1、上定位板2、右定位板3組成，均采用有機玻璃材料。如圖所示，其中每個面的 N形標記桿由外孔徑為0. 6cm、內孔徑為0. 4cm的塑料圓形空心小管組成，鑲嵌在三塊長方 形定位板(其中上定位板2平行的有機玻璃板長33cm，寬24cm，兩邊垂直的左定位板1和 右定位板3有機玻璃板長33cm，寬25cm)的透明有機玻璃板上N形的凹槽內，三塊有機玻璃 板組合而成一個U字型的結構，在每一面的有機玻璃板上都刻畫有坐標刻度網格，整個框 架長34cm，寬30cm，高27cm，框架內寬25cm，高25cm。 圖5是新設計的PET/CT掃描頭部外基準框架的左視圖，框架三面1 、2、3的有機玻 璃板中的N形塑料標記桿由兩部分組成，一部分為鑲嵌在有機玻璃板內的N形塑料圓形空 心小管4， 一部分為有機玻璃板外N形標記管兩端的長度均為5cm的開口塑料小管9和管塞 5組成，它和有機玻璃定位板板面垂直。最下面是連接板8和上板7，用于固定U字型掃描 定位框，兩者用固定旋鈕6連接。 圖6為新設計的PET/CT掃描頭部外基準框架的立體結構圖。 使用方法 1)病灶定位在模擬定位機下初步確定腫瘤位置，在病人頭頸部相應位置勾畫標
記。將真空墊定位床放置在CT掃描床，調節水平和左右位置并固定。將頭枕及面膜固定板
安裝在定位床上部，再將真空墊放入。病人雙手側放躺入真空墊。面膜軟化后行面膜固定。
特別要注意下顎和鼻部成型，其部位輪廓分明是保證分次照射重復定位準確的關鍵環節。
由于頸部活動度較大，有時需要加強面膜固定強度，可采取多層面膜固定。病人肩部以下用
真空墊抽真空固定，并注意保證病人足夠舒適以減少身體的活動。 2)CT掃描 首先進行CT掃描給塑料標記管灌注硫酸銅溶液時，先打開垂直小管的一端，進 行空氣排空，然后進行灌注，進而封閉另一端的垂直小管，分別對三面的空心標記管分別進 行硫酸銅溶液的灌注，完成三面有機玻璃板中的N形軟塑料標記桿中的硫酸銅溶液灌注。 將頭頸部定位框安裝在面膜固定板上，在病人面膜和固定板之間、真空墊和定位 床之間做好足夠標記以便更準確的重復定位后，即可進行CT掃描定位。注意要在CT圖像中得到在病灶和頭部之外有清晰的9個定位小圓點。 3)PET掃描 然后病人將頭框取下，移至PET掃描中心，進行PET掃描給塑料標記管灌注顯影 劑時，先打開垂直小管的一端，進行空氣排空，然后進行灌注，進而封閉另一端的垂直小管， 分別對三面的空心標記管分別進行顯影劑的灌注，完成三面有機玻璃板中的N形軟塑料標 記桿中的PET顯影劑灌注。 將頭頸部定位框再次安裝在面膜固定板上，并依據在病人面膜和固定板之間、真 空墊和定位床之間的標記進行準確的重復定位后，即可進行PET掃描定位。注意要在PET 圖像中得到在病灶和頭部之外有清晰的9個定位小圓點。 4)對PET圖像和CT圖像進行配準后，進行兩者圖像的融合。 利用CT圖像中的9個定位小圓點和PET圖像中得到的9個定位小圓點圓心的準確 配準，能迅速找到掃描的同層位置，可有效解決異機CT/PET掃描中體位不同造成的誤差。
權利要求一種用于異機PET/CT圖像融合的頭頸部定位框架，包括N型定位框、前環、后環、左定位板(1)、上定位板(2)、右定位板(3)和底部固定板，其特征是在框架三面的定位板(1)、(2)、(3)內鑲嵌有灌注試劑的N形塑料圓形空心小管(4)，空心小管(4)兩端向外伸出帶管塞(5)的開口塑料小管(9)；在左、上、右定位板(1)、(2)、(3)上刻畫網格和刻度。
2. 根據權利要求1所述的用于異機PET/CT圖像融合的頭頸部定位框架，其特征是開口塑料小管(9)和定位板板面垂直。
專利摘要本實用新型提供了一種用于異機PET/CT圖像融合的頭頸部定位框架，結構特征是在框架三面的定位板內鑲嵌有灌注試劑的N形塑料圓形空心小管，空心小管兩端向外伸出帶管塞的開口塑料小管；在左、上、右定位板上刻畫網格和刻度。本實用新型的頭頸部定位框架具有下列突出的優點和效果采用外部特征點提取方法，特征明確，易于實現融合自動化處理。系統操作簡單，成本合理，有利于異機融合的推廣使用。提高了頭頸部腫瘤放射治療的效果。
文檔編號A61B6/04GK201524354SQ200920141229
公開日2010年7月14日 申請日期2009年8月21日 優先權日2009年8月21日
發明者周凌宏, 夏邦傳, 廖福錫, 徐子海, 童蕾, 胡赟, 陳超敏 申請人:徐子海;陳超敏