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1、(10)申请公布号 CN 102460514 A (43)申请公布日 2012.05.16 CN 102460514 A *CN102460514A* (21)申请号 201080026938.0 (22)申请日 2010.05.12 61/218,088 2009.06.18 US G06T 11/00(2006.01) (71)申请人 皇家飞利浦电子股份有限公司 地址 荷兰艾恩德霍芬 (72)发明人 K埃哈德 M格拉斯 D舍费尔 (74)专利代理机构 永新专利商标代理有限公司 72002 代理人 王英 刘炳胜 (54) 发明名称 成像程序规划 (57) 摘要 一种方法包括基于普通三维模型和。
2、由成像 系统 (100) 采集的预扫描图像数据利用处理器 (122) 生成要被扫描的受检者的感兴趣结构的三 维受检者特异性模型， 以及基于该三维受检者特 异性模型利用该处理器 (122) 生成该受检者的成 像规划。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2011.12.16 (86)PCT申请的申请数据 PCT/IB2010/052125 2010.05.12 (87)PCT申请的公布数据 WO2010/146483 EN 2010.12.23 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 5 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 。
3、权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 5 页 1/2 页 2 1. 一种方法， 其包括 ： 基于普通三维模型和由成像系统(100)采集的预扫描图像数据利用处理器(122)生成 要被扫描的受检者的感兴趣结构的三维受检者特异性模型 ； 以及 基于所述三维受检者特异性模型利用所述处理器 (122) 生成针对所述受检者的成像 规划。 2. 如权利要求 2 所述的方法， 其中， 所述预扫描包括针对一次旋转的少于五十个视图。 3. 如权利要求 1-2 中任一项所述的方法， 其中， 生成所述三维受检者特异性模型还包 括 ： 将所述普通模型拟合至所述预扫描图像数据。 4. 如权利要求 3 所述的方法， 还。
4、包括 ： 采用迭代算法来将所述普通模型拟合至所述预扫描图像数据， 其中， 所述迭代算法最 小化所选择的模型与所述预扫描图像数据之间的残差。 5. 如权利要求 1-4 中任一项所述的方法， 还包括 ： 显示所述三维受检者特异性模型 ； 接受指示所述规划的改变的用户输入， 其中， 所述改变是基于所述三维受检者特异性 模型的 ； 以及 基于所述用户输入更新所述规划。 6. 如权利要求 1-5 中任一项所述的方法， 还包括 ： 基于所述三维受检者特异性模型确 定用于所述成像规划的扫描视场。 7. 如权利要求 1-6 中任一项所述的方法， 还包括 ： 基于所述三维受检者特异性模型利 用所述成像规划估计要。
5、被扫描的所述受检者的施加剂量。 8. 如权利要求 1-7 中任一项所述的方法， 还包括 ： 基于所述三维受检者特异性模型确 定管电流或电压调制中的至少一个。 9. 如权利要求 1-8 中任一项所述的方法， 其中， 所述普通三维模型是由多个隔室限定 的， 所述隔室通过构成所述隔室的三角形表面网格的顶点的三维坐标描述。 10. 如权利要求 1-8 中任一项所述的方法， 其中， 所述普通三维模型是由多个隔室限定 的， 所述隔室通过控制所述隔室的形状的几何参数描述。 11. 一种系统， 其包括 ： 患者特异性模型生成器 (208)， 其基于普通三维解剖模型和预扫描图像数据生成患者 的患者特异性三维解剖。
6、模型 ； 以及 规划部件 (210)， 其基于所述患者特异性三维解剖模型生成用于对所述患者成像的成 像规划。 12. 如权利要求 12 所述的系统， 其中， 所述预扫描是低剂量螺旋或轴向三维扫描。 13. 如权利要求 11-12 中任一项所述的系统， 其中， 所述患者特异性模型生成器 (208) 通过将所述普通模型拟合至所述预扫描图像数据生成所述患者特异性三维解剖模型。 14. 如权利要求 11-13 中任一项所述的系统， 还包括视场确定器 (212)， 其基于所述患 者特异性三维解剖模型确定用于所述成像规划的扫描视场。 15. 如权利要求 11-14 中任一项所述的系统， 还包括剂量估计器 。
7、(216)， 其基于所述患 者特异性三维解剖模型估计用于所述成像程序的施加剂量。 16.如权利要求15所述的系统， 还包括扫描参数确定器(214)， 其基于所述患者特异性 权 利 要 求 书 CN 102460514 A 2 2/2 页 3 三维解剖模型和所估计的施加剂量确定管电流或电压调制中的至少一个。 17. 如权利要求 11-16 中任一项所述的系统， 其中， 所述普通三维解剖模型是由网格或 几何参数限定的。 18. 一种包含指令的计算机可读存储介质， 所述指令在被计算机执行时促使所述计算 机执行以下步骤 ： 基于由患者特异性三维解剖模型确定的估计的施加剂量规划辐射治疗处理， 所述患者 。
8、特异性三维解剖模型是基于普通三维解剖模型和预扫描图像数据生成的。 19. 一种包含指令的计算机可读存储介质， 所述指令在被计算机执行时促使所述计算 机执行以下步骤 ： 基于由患者特异性三维解剖模型确定的估计的施加剂量跟踪针对多个成像程序施加 到对象或受检者的剂量， 所述患者特异性三维解剖模型是基于普通三维解剖模型和预扫描 图像数据生成的。 20. 一种包含指令的计算机可读存储介质， 所述指令在被计算机执行时促使所述计算 机执行以下步骤 ： 基于患者特异性三维解剖模型生成成像规划， 所述患者特异性三维解剖模型是基于普 通三维解剖模型和预扫描图像数据生成的。 21. 如权利要求 20 所述的计算机。
9、可读存储介质， 其还包含在被所述计算机执行时促使 所述计算机执行以下步骤的指令 ： 接受指示所述成像规划的改变的输入 ； 以及 更新所述规划以反映所述改变。 22. 如权利要求 21 所述的计算机可读存储介质， 其中， 所述改变与扫描视场、 管电流、 管电压或扫描螺距中的至少一个相关。 权 利 要 求 书 CN 102460514 A 3 1/5 页 4 成像程序规划 0001 本发明总体涉及成像程序规划并且具体适用于计算机断层摄影 (CT)。然而， 它也 适合其他医学成像应用和非医学成像应用。 0002 计算机断层摄影(CT)扫描器一般包括发射辐射的X射线管， 该辐射横穿检查区域 和经由患者。
10、支架支撑于其中的患者。探测器阵列探测横穿检查区域和患者的辐射。探测器 阵列生成指示所探测的辐射的信号。 重建器重建该信号并且生成指示该患者的体积图像数 据。该体积图像数据可以被处理以生成患者的一个或多个图像。所述一个或多个图像可以 被显示在监测器上和 / 或印刷在胶片上。 0003 为了规划患者的成像程序， 首先执行覆盖患者的感兴趣区域的预扫描。该预扫描 通常涉及用固定在一角位置处的 X 射线管扫描患者， 同时经由患者支架推进患者穿过检查 区域。 预扫描覆盖范围一般大于预期成像程序覆盖范围并且提供示出所扫描的解剖结构的 二维轮廓的图像。根据该预扫描， 操作者能够识别感兴趣解剖结构沿着 z 轴的。
11、起始和终止 扫描位置。然后基于所选择的扫描协议以及起始和终止位置执行该成像程序。 0004 遗憾的是， 预扫描图像是二维图像， 而患者的解剖结构是三维的。因此， 可能难以 从预扫描图像中识别感兴趣解剖结构的起始和终止扫描位置。例如， 感兴趣解剖结构的一 部分可能在其他解剖结构的后面或以其他方式被遮挡， 从而使得感兴趣解剖结构的范围是 不清楚的。一种解决方案是为规划添加余量或者增加 z 轴覆盖范围以便确保感兴趣解剖结 构被扫描。但是， 这可能导致照射感兴趣解剖结构之外的患者部分并且增加患者剂量。 0005 本申请的各方面解决了上述及其他问题。 0006 根据一个方面， 一种方法包括 ： 基于普通。
12、三维模型和由成像系统采集的预扫描图 像数据利用处理器生成要被扫描的受检者的感兴趣结构的三维受检者特异性模型 ； 以及基 于所述三维受检者特异性模型利用所述处理器生成针对所述受检者的成像规划。 0007 根据另一方面， 一种系统包括 ： 患者特异性模型生成器， 其基于普通三维解剖模型 和预扫描图像数据生成患者的患者特异性三维解剖模型 ； 以及规划部件， 其基于所述患者 特异性三维解剖模型生成用于对所述患者成像的成像规划。 0008 根据另一方面， 一种计算机可读存储介质包含指令， 所述指令在被计算机执行时 促使所述计算机执行以下步骤 ： 基于由患者特异性三维解剖模型确定的估计的施加剂量规 划辐射。
13、治疗处理， 所述患者特异性三维解剖模型是基于普通三维解剖模型和预扫描图像数 据生成的。 0009 根据另一方面， 一种计算机可读存储介质包含指令， 所述指令在被计算机执行时 促使所述计算机执行以下步骤 ： 基于由患者特异性三维解剖模型确定的估计的施加剂量跟 踪针对多个成像程序施加到对象或受检者的剂量， 所述患者特异性三维解剖模型是基于普 通三维解剖模型和预扫描图像数据生成的。 0010 根据另一方面， 一种计算机可读存储介质包含指令， 所述指令在被计算机执行时 促使所述计算机执行以下步骤 ： 基于患者特异性三维解剖模型规划成像规划， 所述患者特 异性三维解剖模型是基于普通三维解剖模型和预扫描图。
14、像数据生成的。 0011 本发明可以体现为各种部件和部件布置以及各种步骤和步骤布置。 附图仅用于图 说 明 书 CN 102460514 A 4 2/5 页 5 示说明优选实施例而不应被解读为限制本发明。 0012 图 1 图示说明一种示例性成像系统 ； 0013 图 2 图示说明一种示例性成像程序规划器 ； 0014 图 3 图示说明简单三维解剖模型的示例 ； 0015 图 4 图示说明三维患者特异性解剖模型的示例 ； 0016 图 5 图示说明复杂三维解剖模型的示例 ； 0017 图 6 图示说明一种示例性方法 ； 0018 图 7 图示说明一种示例性方法。 0019 图1图示说明成像系统。
15、100， 诸如计算机断层摄影扫描器。 成像系统100包括静止 扫描架 102 和由静止扫描架 102 可旋转地支撑的旋转扫描架 104。旋转扫描架 104 被配置 为交替地绕纵轴或 z 轴 108 围绕检查区域 106 旋转或者相对于检查区域 106 保持静止以进 行扫描。 0020 辐射源 110 被旋转扫描架 104 支撑并且随旋转扫描架 104 一起绕 z 轴 108 围绕检 查区域 106 旋转。准直器 112 准直所发射的辐射以产生大致圆锥形、 扇形、 楔形或其他形状 的辐射束。辐射敏感探测器阵列 114 探测横穿检查区域 106 的辐射并且生成指示该辐射的 信号。 0021 重建器。
16、 116 重建投影数据并且生成指示检查区域 106 的体积图像数据。诸如躺椅 的患者支架 118 支撑患者以用于扫描。通用计算系统 120 用作操作者控制台。驻存于控制 台 120 上的软件允许操作者控制系统 100 的操作。 0022 系统 100 能够被用于执行预扫描以及在此基础上的成像程序。预扫描的示例包 括 ： 侦察扫描， 其中在经由患者支架 118 推进患者时辐射源 110 保持静止 ； 低剂量螺旋、 轴 向 ( 步进并拍摄 ) 和 / 或其他扫描， 其中每次旋转采集相对少量的视图 ( 例如 5 个到 50 个 ) ； 和 / 或其他预扫描。一般地， 预扫描可以被用于促进规划或者生成。
17、对象或受检者的成 像程序的规划。 0023 规划器 122 允许诸如临床医生或放射学技术人员的用户规划用于对象或受检者 的成像程序。如下面更详细地描述的， 在一个示例中， 规划器 122 基于预定普通三维解剖模 型和来自诸如低剂量螺线或螺旋扫描的预扫描的三维数据生成患者特异性三维解剖模型。 所生成的三维模型相对于系统 100 不采用该三维模型的配置提供用于规划的额外信息。 0024 在一个示例中， 该额外信息允许操作者识别三维中的扫描起始和终止位置， 这可 能导致针对特定感兴趣解剖结构的更精确的 z 轴覆盖范围或视场 (FOV)。这进而可以相对 于三维模型未被用于确定起始和终止位置的配置减少患。
18、者剂量。 所生成的三维模型也可以 被用于估计患者剂量、 调整扫描参数如管电流和 / 或电压调制、 促进规划放射治疗处理和 / 或确定其他信息。 0025 所图示的规划器 122 被示出为与系统 100 分离。在这一示例中， 规划器 122 可以 是专用工作站或通用计算机的一部分， 其中处理器执行存储在计算机可读介质上的计算机 可读指令以生成患者特异性三维解剖模型和 / 或呈现用户界面， 用户可以通过该用户界面 进行交互以设置扫描参数、 创建成像程序规划等。在另一实施例中， 规划器 122 可以是系统 100 的一部分， 例如由控制台 120 的处理器执行的应用程序。 0026 图 2 图示规划。
19、器 122 的示例。所图示的规划器 122 包括具有 N 个三维解剖模型 说 明 书 CN 102460514 A 5 3/5 页 6 2041至 204N( 在此统称为三维模型 204) 的模型库 202， 其中 N 是等于或大于 1 的整数。可 以针对患者年龄、 性别、 种族、 病理学和 / 或其他患者相关信息来调节三维模型 204 中的一 个或多个。三维模型 204 也可以包括相对简单的三维模型和 / 或相对复杂的三维模型。 0027 短暂转向图3， 其示出简单三维解剖模型300的示例。 三维模型300包括表示各种 感兴趣解剖结构的多个隔室。 所图示的三维模型300包括表示身体轮廓304。
20、、 肺306和心脏 308 的各隔室。在另一实施例中， 三维模型 300 包括表示更多、 更少和 / 或一个或多个其他 解剖结构的隔室。 0028 在图 3 中， 通过多个参数来描述隔室。例如， 在一个实施例中， 通过构成隔室的三 角形表面网格的顶点的三维坐标来描述这些参数。在另一实施例中， 通过控制隔室的形状 的几何参数来描述这些参数， 所述几何参数例如隔室的半径、 高度、 长度、 位置、 取向等。本 文也可预期其他方案。 0029 接下来短暂转向图4， 其图示更复杂的三维解剖模型400的示例。 这一示例包括表 示诸如肺、 肝脏、 心脏、 肋廓、 脊骨、 横膈膜、 胸腔等的不同感兴趣解剖结构。
21、的若干额外隔室。 0030 返回图2， 模型选择器206基于诸如患者数据、 用户输入、 预定默认模型和/或其他 信息的信息从模型库 202 中选择模型 204。 0031 患者特异性模型生成器208基于所选择的模型204和预扫描图像数据生成三维患 者特异性解剖模型， 所述预扫描图像数据例如来自在每次回转中具有有限数量的视图 ( 诸 如少于五十 (50) 个视图 ) 的低剂量扫描的图像数据。 0032 在一个示例中， 患者特异性模型生成器 208 采用将所选择的模型 204 拟合至预扫 描图像数据的迭代算法来生成患者特异性模型 204。适当算法的非限制性示例被示出在等 式 1 中 ： 0033 。
22、等式 1 ： 0034 0035 其中 I 是目标函数，表示模型 M 到具有投影视图数 j(j 1， .， N) 的第 k 个探测器元件 (k 1， .， D) 上的前向投影。等式 1 被用于确定所选择的模型与预扫描 图像数据之间的差异， 并且被迭代地用于确定该差异直到所选择的模型与预扫描图像数据 之间的残差被最小化或者预定阈值被满足为止。 0036 通过等式 1， 模型表面和模型隔室内部的恒定平均吸收系数被重建。因此， 非常低 数量的投影可以被用于这一算法。在这一示例中， 所述投影具有相等的角分布以及沿着旋 转轴对感兴趣对象的全覆盖范围。在另一实施例中， 投影不具有相等的角分布和 / 或沿着。
23、 旋转轴对感兴趣对象的全覆盖范围。 0037 在另一实施例中， 通过关于表面网格模型的顶点坐标的梯度下降算法来最小化目 标函数。在又一实施例中， 要被优化的参数被给定为形状参数， 如几何体 ( 球体、 圆柱体、 椭 圆体 ) 的半径、 长度、 位置、 取向。在再一实施例中， 采用其他方案。 0038 2008 年 12 月 16 日提交的名称为 “ITERATIVE RECONSTRUCTION OF POLYHEDRAL OBJECTS FROM FEW PROJECTIONS” 的序列号为PCT/IB2008/0955348的国际专利申请中描述 了用于生成三维患者特异性解剖模型的另一适当技。
24、术， 其整体以引用的方式并入本文。 0039 短暂转向图 5， 其图示示例性三维患者特异性解剖模型 500。所图示的患者特异性 说 明 书 CN 102460514 A 6 4/5 页 7 解剖模型 500 是基于三维解剖模型 300( 图 3) 和预扫描图像数据生成的。要注意， 患者特 异性解剖模型 500 中的隔室形状与三维解剖模型 300 中的隔室形状不相同。 0040 患者特异性解剖模型 500 可以被存储在本地存储器和 / 或远程存储器中， 例如远 程数据库或归档系统如图片归档和通信系统 (PACS)、 放射学信息系统 (RIS)、 医院信息系 统 (HIS) 和 / 或数据储存器中。
25、。所存储的信息可以被用于后续研究、 利用不同模态的检查、 进一步的处理和 / 或其他用途。例如， 患者特异性解剖模型 500 可以被用于不同成像模态 之间的图像配准。 0041 参考图 2 和图 5， 规划部件 210 促进规划成像程序。在图示的实施例中， 这包括利 用三维患者特异性解剖模型 500 来确定用于扫描感兴趣解剖组织的适当扫描覆盖范围或 视场 (FOV)。在一个示例中， 通过由显示器、 监测器等呈现三维患者特异性解剖模型 500 并 接收指示期望 FOV 的输入来识别 FOV。 0042 例如， 在一个非限制性示例中， 三维患者特异性解剖模型 500 被显示在显示器上 并且用户基于。
26、三维患者特异性解剖模型 500 通过鼠标、 键盘和 / 或其他输入设备来识别扫 描起始位置和扫描终止位置(FOV)。 在这一示例中， 用户可以平移和/或旋转三维患者特异 性解剖模型 500 以识别起始和停止位置。类似于三维患者特异性解剖模型 500， FOV 可以被 存储在本地和 / 或远程存储器中。 0043 在另一示例中， 由 FOV 确定器 212 识别 FOV。在图示的实施例中， FOV 确定器 212 确定用户或对应于患者特异性解剖模型 500 中的感兴趣解剖区域的被识别隔室的质心， 并 且在质心周围限定FOV。 对于基于表面网格的模型， 这可以通过计算属于感兴趣隔室的顶点 的质心来。
27、实现。 对于基于几何学的模型， 可以从诸如位置、 取向、 长度、 半径等的模型参数提 取各种感兴趣隔室。 0044 剂量估计器216基于FOV、 三维患者特异性解剖模型500和/或基于该模型500的 仿真来估计模型的各个隔室的施加剂量和 / 或隔室的合计剂量。类似于患者特异性解剖模 型500和FOV， 所估计的剂量可以被存储在本地和/或远程存储器中。 所存储的剂量信息可 以被用于连同后续检查并结合放射治疗规划等跟踪整体的总患者剂量。例如， 可以基于所 估计的施加剂量生成放射治疗处理规划。 0045 扫描参数确定器 214 基于 FOV、 所估计的剂量和 / 或三维患者特异性解剖模型 500 来。
28、确定各种扫描参数。 这种参数的示例包括但不限于管电流调制、 管电压调制、 扫描螺距和 / 或一个或多个其他扫描参数。扫描参数确定器 214 可以自动地或基于用户输入和 / 或交 互来确定扫描参数中的一个或多个。 0046 在一个示例中， 通过优化管电压和电流来从三维患者特异性解剖模型 500 导出视 图相关的剂量调制。例如， 可以从模型 500 中识别具有大衰减和小衰减的投影方向， 并且适 当的管设置可以是视图特异性的和患者特异性的。由此， 可以避免探测器信号的下溢和溢 出， 并且可以调整每一视图的剂量以便在最小施加的整体剂量下得到最大图像质量。 0047 图 6 图示示例性方法。 0048 。
29、在 602 中， 执行对象或受检者的感兴趣区域的预扫描。如本文所述， 该预扫描可以 是针对每次旋转具有相对低剂量和少量视图的螺旋扫描、 轴向扫描等。 0049 在 604 中， 识别针对患者的普通三维模型。如本文所述， 所选择的模型可以针对患 者的年龄、 性别、 种族和 / 或其他特性进行调节。 说 明 书 CN 102460514 A 7 5/5 页 8 0050 在 606 中， 基于所选择的普通三维模型和来自预扫描的数据生成患者特异性三维 模型。如本文所述， 这可以包括利用使普通三维模型适应于患者解剖结构的自适应算法来 将普通三维患者模型拟合至预扫描的患者解剖结构。 0051 在 608。
30、 中， 基于三维患者特异性模型生成成像规划。这包括基于三维患者特异性 模型确定扫描视场 (FOV)。 0052 在另一实施例中， 动作 602 被省略， 并且预扫描数据是从另一系统、 数据储存器等 中获得的。 0053 图 7 图示另一示例性方法。 0054 在 702 中， 基于三维患者特异性模型生成成像规划， 如结合图 6 所述， 该三维患者 特异性模型是基于普通三维解剖模型和预扫描图像数据而生成的。 0055 在 704 中， 基于三维患者特异性解剖模型 500 和 / 或在此基础上的仿真来估计对 对象或受检者的结构的施加剂量。 0056 在 706 中， 所估计的施加剂量被用于调整成像。
31、规划的一个或多个参数。如本文所 述， 适当的参数包括但不限于管电流源调制、 管电压调制、 扫描螺距等。 0057 上述内容可以以计算机可读指令的方式来实现， 这些指令在被 ( 多个 ) 计算机处 理器执行时促使所述 ( 多个 ) 处理器实施在此描述的动作。在这种情况下， 所述指令被存 储在计算机可读存储介质中， 例如与相关计算机相关联的存储器和 / 或相关计算机以其他 方式可访问的存储器中。 0058 已经参考优选实施例描述了本发明。 本领域技术人员在阅读和理解上述详细描述 之后可能想到各种修改和变化。希望本发明被解读为包括所有这些修改和变化， 只要它们 落在随附的权利要求及其等价物的范围内。 说 明 书 CN 102460514 A 8 1/5 页 9 图 1 说 明 书 附 图 CN 102460514 A 9 2/5 页 10 图 2 说 明 书 附 图 CN 102460514 A 10 3/5 页 11 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 102460514 A 11 4/5 页 12 图 5 说 明 书 附 图 CN 102460514 A 12 5/5 页 13 图 6 图 7 说 明 书 附 图 CN 102460514 A 13 。