專利名稱：用于快速可變形的基于點成像的點次選取的制作方法
用于t^I可z，的基于點成像的點次選取
描述
放療是一種利用諸如X光射線的射線治療例如癌癥腫瘤的疾病的療法。在 對病變組織執(zhí)行射線照射期間， 一纖康組織也會暴露在射線下。健康組織在 射線下的暴露會造成治療的相關(guān)并發(fā)癥。因此，希望正確并且精準地勾勒出病 變區(qū)域的輪廓，使f謝線主要施加到病變組織而最低程度地作用于周邊的健康 組織。
治療區(qū)域的正確并且精準的輪廓(計劃目標體積或PTV)在分次治療中包 含了目標的運動。運動可以是病人的身體移動(擺位誤差)，或者由生理官能
(例如心臟、呼吸和消化系統(tǒng))造成或者治療反應(yīng)的結(jié)麟成的包括病變組織 在內(nèi)的內(nèi)部組織的移動和變形。在傳統(tǒng)的治療方案中，PTV基于患者群體的統(tǒng) 計，皿過大或者不準確的目標區(qū)域。為了評估特定病人的運動，在一定時間 內(nèi)獲取一系列圖像以得至瞞變組織和周圍器官的幾何變化的3D描述。時間采 樣可以間隔數(shù)秒進行以便使用4D 成像來監(jiān)控例如呼吸運動，或者間隔數(shù) 日和數(shù)周或者這些的組合(例如一周一次)鵬4D艦成像技術(shù)鄉(xiāng)控。將3D 圖像的時間釆樣結(jié)合到放療中通常被稱為圖像引導(dǎo)放療(IGRT)或適應(yīng)性放療。 此種調(diào)整允許將射線施加至哽精確的目標區(qū)域。
治療期間發(fā)生的變形M^呈的定量測量對于IGRT中的許多應(yīng)用是必須的。 劑量體積直方圖(DVH)是一種評估治療質(zhì)量的重要手段，統(tǒng)計性地描述了目 標區(qū)域和危險器官的劑量分布。所述DVH傳^il是基于單一 3D圖像。為了累 積四維劑si:方圖，所有圖像中的目標區(qū)域與周圍器官的體積元素之間的空間 對應(yīng)關(guān)系都需要計算出來。這可以由可 配準來完成。由于運動和塊體移動
(例如腸道氣體和大便)造成的變化，基于體元的配準方法典型地是無效的， 因為!歐隹匹配圖像中的對應(yīng)點?？商鎿Q地，可以^頓基于幾何對應(yīng)關(guān)系(例如 點或面之間的對應(yīng)關(guān)系)的配準方法。基于模型的分割方法已經(jīng)M自動地將 三角形表面網(wǎng) L變形為感興W"象的表面而成功地用于分割感興趣區(qū)域中的結(jié) 構(gòu)。如果這種方法運用于所有圖像中的所有結(jié)構(gòu)，那么卵周整的網(wǎng)孔的頂點定
義了參照x^明和成像x^面之間的對應(yīng)地標。所m標魏準的，并且
圖像中所有體元的變形場肯獬用基于點的可變形配準方法來估計，導(dǎo)致描述圖 像中旨體元的運動的體積變形場。
可變形的模型能夠適應(yīng)生物結(jié)構(gòu)的顯著可變性，但是這種，IM是復(fù)雜的。 典型地，為解剖對象定義的頂點數(shù)量有數(shù)千個。根據(jù)數(shù)千頂點或者地標使用基 于點的配準技術(shù)來計算體積變形場需要大量的處理時間，這在臨床應(yīng)用中是不 可行的。因此，需要一種 過程，這種變形過程可以在臨床上可接受的時間 段內(nèi),針對解剖，的估計的術(shù)只變形。
本發(fā)明旨在衛(wèi)共一種用于在臨床上可接受的時間段內(nèi)產(chǎn)生體積圖像對象的 變形模型。所述變形模型系統(tǒng)地選擇將在可變形配準中使用的數(shù)目減少的頂 點。所用的所述數(shù)目減少的頂點允許可接受的處理時間。待使用的頂點的系統(tǒng) 選擇給出了在被成像對象的整，面上所選定頂點的分布并且減少了由鄰近頂 點造成的地形i^。
在一個實施例中，提供了一種方法用于基于選定距離 >對應(yīng)頂點對的數(shù) 目。所述方法根據(jù)頂點對的頂點之間的距離將對應(yīng)的頂點對降序排列。具有最 対巨離的對應(yīng)頂點對被給予最高優(yōu)先權(quán)。位于選定距離內(nèi)的頂點對被拋棄，從 而減少了在可變形準配中所用的對應(yīng)頂點對的數(shù)量。在一些實施例中，所Mii 定距離就是所選擇的對應(yīng)頂點對的頂點之間的距離。在另一些實施例中，所述 選定距離是預(yù)先確定的。在一些實施例中，所淑巨離可以變化。
在合并到本說明書中并且鄉(xiāng)I^本說明書一部分的附圖中，示出了本發(fā)明的 實施例，這些實施例與上面給出的本發(fā)明的一般描述以及下面給出的詳細描述 一起，用于說明本發(fā)明的原理。本領(lǐng)域i^人員應(yīng)當(dāng)意識到，這些說明性的實 施例并不意在限制本發(fā)明，而僅僅是提供包含了本發(fā)明原理的例子。
圖l示出了作為具有頂點子集的三角形表面模型的第一成像膀胱。
圖2示出了作為具有頂點子集的三角形表面模型的第二成像膀胱。
圖3示出了基于頂點子集的第一成像膀胱和第二成像膀胱之間的對應(yīng)關(guān)系。
圖4示出了用于計算成像對象的懶只郷的一個示范性方法漸呈圖，所述 成 象的體積變形是基于對象的三角形網(wǎng)孔頂點的選定子集而計算的。 圖5示出了一種確定對應(yīng)頂點對的被選定子集的示范性方法。 這里公開的 提供了在臨床上可接受的時間段內(nèi)的體積圖像對象的
產(chǎn)生。所述變形模型允許考慮了運動的成像對象的重建。所述娜模型允許得 至憾興趣目標的更精確的輪廓，從而允許更精確的射線治療處理。雖然本公開 討論的是本發(fā)明在圖像弓l導(dǎo)射線療法中的適用性，本領(lǐng)嫩術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白， 所公開的 模型同樣可應(yīng)用至唭他成像過程和模式中，尤其是可應(yīng)用到那些 考慮了感興趣區(qū)域鄉(xiāng)S^—定時間間隔的運動的成像a^呈和模式中。
所公開的變斜莫型提供了一種 >在^^里{柳的頂點數(shù)量的方法，從而
允許供臨床iOT的合理處理時間。所述頂點的減少必須使得允許處理時間的減 少而不會降低成像的精度。在這點上，這里公開的變艦?zāi)徒o出了頂點的減少， 使得所選定頂點沿成像對象的表面分布。所述被選定頂點代表了所述表面的所 有部分并且間隔足夠遠以充分地M^由位置就的地標的基于點的彈性配準而 造成的拓撲侵害。
在本發(fā)明的一個實施例中，所述變形，魏開始于圖4中的10。對艦象 的一對三角形表面網(wǎng)孔，如

圖1和圖2所示的膀胱，是在20輸入的。三角形 表面網(wǎng)孔中的每個頂點的^fi被記錄在頂點索引中，在圖4的30示出。需要 注意的是，雖然在許多情形中，對象確實具有相同的頂點數(shù)量，但是為了使該 方法有效，兩個對象并不需要具有相同的頂點數(shù)量。在35,匹配所述兩個三角 形表面網(wǎng)孔中^對應(yīng)頂點以產(chǎn) 應(yīng)頂點對的集合。如果所述兩個網(wǎng)孔擁有 相同的拓撲結(jié)構(gòu)，那么通過頂點的索引來確定相應(yīng)頂點對。否則，所，應(yīng)頂 點可以通過例如在歐幾里得(Euclidean)距離意義上最接近或者沿頂點位置 的表面法線方向最,M某個其它方法來確定。
在38計算^相應(yīng)頂點對之間的歐幾里得距離，并且然后在40按照遞減 JI,排列所淑B離。這樣，具有最大距離的對應(yīng)頂點對被賦予最高優(yōu)先權(quán)。在 45中選擇具有最対巨離的對應(yīng)頂點對。位于所選定對應(yīng)頂點對的^t內(nèi)的任 一對應(yīng)頂點對都會在48中被丟棄。參考圖5可以得到最好的理解，其 ^~ 些對應(yīng)頂點對的覆蓋圖，其中來自第一對象的頂點用實^示并且來自第二對 象的頂點用虛線g。如果點A和點B被確定為具有最力巨離的對應(yīng)頂點沐 那么就確定了〗 *，^應(yīng)頂點對之間的距離的半徑R。 M31圍繞點A以半 徑R掃描，可以看到點C、 D位于半徑R之內(nèi)，而點E位于半徑R外。步驟48 會A腐應(yīng)頂點對歹U表中丟棄點C和點D，以及它們的來自第二成頓象的對應(yīng) 頂點。被丟棄的點不在可 配準中使用。一旦位于所選定頂點對半《經(jīng)內(nèi)的對應(yīng)頂點對被丟棄，該方法前進到50， 其中確定是否有任何其它的對應(yīng)頂點對保持在頂點對列表中。如果沒有，艮咖 果所有頂點對都或者被選中或者被丟棄，另卩么該方法前啦IJ 60微行所述可 鄉(xiāng)配準。如果仍然有對應(yīng)頂點對殘留在所fej"應(yīng)頂點對列表中，則該方法返 回到步驟45并且確定下一個具有最大距離的對應(yīng)頂點對，其之前未被選中或 被丟棄。該方法然后前進到48，其中丟雜新的被艦應(yīng)頂點對的^t內(nèi)的 對應(yīng)點。itbl程重復(fù)執(zhí)行直到所有對應(yīng)頂點對赫被選中或者被丟棄。
.此過程的結(jié)果是，典型地數(shù)以千計的對應(yīng)頂點對的數(shù)量系統(tǒng)地減少了大約 10倍到大約100倍，甚至更多。例如， 一個具有幾千個對應(yīng)頂點對的解剖對象 可以被減少到50或100個對應(yīng)頂點對。被選定的頂點對的數(shù)量因許多因素而 變化，這些因素包括對象的大小和圖像間的相對幾何變化的數(shù)量。頂點減少的 MM及了用于成像對象可變形配準的臨床上可接受的處理時間。該方法還給 出了在對象的整個表面上展開的頂點的選擇。這就確保了在可變配準中表示對 象的所有部分并且避免fOT可旨媳成地形誤差的近鄰頂點對。
在另一種可 配準方法的實施例中，所述被丟棄的對應(yīng)頂點對不是由選 定的對應(yīng)頂點對的半徑?jīng)Q定，而是基于予Bfe確定的距離來決定。在一些實施例 中，所述預(yù)先確定的距離可以由臨床醫(yī)生改變。在一些實施例中，可以增加一 個要求臨床醫(yī)生輸入某個距離的步驟。然后運行該方法并且確定多個選定的對 應(yīng)頂點對。所述方法然后在執(zhí)行可 配準之前詢問臨床醫(yī)生所選定對應(yīng)頂點 對的M是否在期望的范圍內(nèi)。如果所選定對應(yīng)頂點對的數(shù)量不在期望的范圍 內(nèi)，那么臨床醫(yī)生可以改變該預(yù)先確定的距離并且允許所述方法確定一個新的 所選^t應(yīng)頂點的數(shù)量?？商鎿Q地，所選定對應(yīng)頂點對的數(shù)量可以有一個閾值 范圍。如果所選定對應(yīng)頂點對的數(shù)量落入該閾值范圍之內(nèi)，那么就執(zhí)行所述可 配準。如果所選定對應(yīng)頂點對的數(shù)量落入該閾值范圍之外，那么就改^^f
述預(yù)先確定的距離，U斷選^t應(yīng)頂點對的M落入所述閾值范圍內(nèi)。
本領(lǐng)嫩術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，可以實現(xiàn)以上描述的方法以執(zhí)行圖像中的單一 )( ^#圖像中的多個對象的可郷配準。如果多個對象存在于圖像中，那么
所有m的頂點都被合并到對應(yīng)頂點云團中，每^h對象對應(yīng)一個云團。之后針 對^h對應(yīng)頂點云團執(zhí)行戶，方法。還需要注意的是，所述成像對象不需要具 有相同數(shù)量的頂點。如，應(yīng)對象中頂點的數(shù)量不同，貝何以基于具，少數(shù)
量的頂點的對象定義所，應(yīng)關(guān)系。具有較大數(shù)量的頂點的，會將多余頂點 (也就是那些不產(chǎn)頓應(yīng)頂點對的頂點)丟棄。
已經(jīng)參考一個或多^NM實施例描述了本發(fā)明。顯然，在閱讀和理解本說 明書基礎(chǔ)上可以想到一些修改和改進。本發(fā)明旨在包括所有這類修改和改進， 只要它們落入由附加權(quán)利要求或其等同的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種選擇用于在成像對象上執(zhí)行可變形配準的頂點的方法，所述方法包括確定(20，30)第一和第二成像對象上的多個頂點的位置；確定(35)對應(yīng)頂點對(A-B，C，D)集合，每個對應(yīng)頂點對包括來自第一成像對象的一個頂點和來自第二成像對象的一個頂點；確定(38)每個對應(yīng)頂點對(A-B，C，D)之間的距離(R)；基于每個對應(yīng)頂點對(A-B，C，D)之間的距離(R)來對所述對應(yīng)頂點對(A-B，C，D)集合進行排序(40)；選取(45)具有最大距離的對應(yīng)頂點對(A-B)；丟棄(48)位于所選定頂點對(A-B)的選定距離之內(nèi)的對應(yīng)頂點對(C，D)；以及重復(fù)所述選取(45)和丟棄(48)步驟，直到所有的對應(yīng)頂點對(A-B，C，D)或者被選擇或被丟棄；
2、 權(quán)利要求1中所述方法，其中所縱定距離為選定頂點對(A-B)的頂 點之間的距離(R)。
3、 權(quán)利要求1中所述方法，其中所鵬定距離是預(yù)先確定的值。
4、 權(quán)利要求1中所述方法，其中所鵬超巨離是可變的。
5、 權(quán)利要求1中所述方法，進一步包括確定選定對應(yīng)頂點對(A-B， C， D) .的驢。
6、 權(quán)利要求5中所述方法，進一步包括如 定頂點對的數(shù)量沒皿入 一4^預(yù)先確定的閾值范圍內(nèi)，則修改所,定距離。
7、 權(quán)利要求i中所述方法，其中戶;M第一成艦象中頂點的數(shù)量不等于所述第二成像對象中頂點的數(shù)量。
8、 權(quán)利要求1中所述方法，其中所述第一成^t斜Q第二成像對象中的 每一個都由多，剖對象組成。
9、 權(quán)利要求1中所述方法，其中在所述第一成像對象和第二成像對象上 的所述多個頂點由三角形表面網(wǎng)孔導(dǎo)出。
10、 一種用于選擇頂點的設(shè)備，戶腿頂點用于^i像對象上執(zhí)行可z郷配 準，所述設(shè)備包括用于確定(20， 30)第一和第二成像對象上的多個頂點位置的裝置；用于確定(35)對應(yīng)頂點對(A-B，C，D)集合的裝置，每個對應(yīng)頂點對包括來自第一成像對象的一個頂點和來自第二成像對象的一個頂點；用于基于所述每個對應(yīng)頂點對(A-B， C， D)之間的距離(R)對所 應(yīng)頂 點對(A-B，C，D)集^ij行排序(40)的裝置；用于選取(45)具有最大距離的對應(yīng)頂點對(A-B)的裝置；用于丟棄(48)位于所選定頂點對(A-B)的選定距離之內(nèi)的對應(yīng)頂點對 (C， D)的裝置；以及用于選取具有下一個最対B離的對應(yīng)頂點對并且丟棄位于所述親M定頂點 對的所述選定距離之內(nèi)的對應(yīng)頂點對的裝置，所述裝置可以重復(fù)執(zhí)行(50)對 應(yīng)頂點對的選取(45)和丟棄(48)步驟，直至lj所有的對應(yīng)頂點對或者被選擇 或被丟棄。
11、 權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所鵬定距離為選定頂點^t (A-B)的 頂點之間的距離(R)。
12、 權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所 定距離是預(yù)先確定的值。
13、 權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所鵬定距離是可變的。
14、 權(quán)利要求10所述的設(shè)備，進一步包括用于確定選定對應(yīng)頂點對(A-B， C, D)的,的，。
15、 權(quán)利要求14所述的設(shè)備，進一步包括如，定頂點對的數(shù)量沒有落入一^hf頁先確定的閾值范圍內(nèi)，貝U修e^ 皿定距離的^S。
16、 權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述第一成像對象中頂點的縫不等 于所，二成像^中頂點的M。
17、 權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述第一成像對斜卩第二成 ^中的每一個都由多l(xiāng)iif剖自纟皿。
18、 權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所鄉(xiāng)一劍樹斜嗨二成艦象上的 所述多個頂點由三角形表面網(wǎng)孔導(dǎo)出。
19、 一種在成像X^^上執(zhí)行可z，配準的方法，所述方,括 確定(20, 30)第一和第二成Mm上的多個頂點的位置；確定(35)對應(yīng)頂點對(A-B，C,D)集合，每個對應(yīng)頂點對包括來自第一 成像對象的一個頂點和來自第二成像對象的一個頂點；確定(38) ^h對應(yīng)頂點對(A-B，C，D)之間的距離；基于所述每個對應(yīng)頂點對(A-B,C,D)之間的距離排序(40)所艦應(yīng)頂 點對(A-B, C， D)集合；選取(45)具有最;^巨離的對應(yīng)頂點對(A-B);丟棄(48)位于所選定頂點對(A-B)的選定距離之內(nèi)的對應(yīng)頂點對(C， D); 重^^f鵬取(45)禾瞎棄(48)步驟，直到所有的對應(yīng)頂點對或者卞雌 擇^被丟棄；頓(60)鵬鵬定對應(yīng)頂點對在所述成像對象上執(zhí)行可郷配準。
全文摘要
提供一種用于選擇頂點的方法，所述頂點用于執(zhí)行成像對象的可變形配準。所述被選定頂點形成對應(yīng)對，每對包括來自第一成像對象的一個頂點和來自第二成像對象的一個頂點。所述對應(yīng)頂點對按照構(gòu)成對應(yīng)頂點對的頂點之間的距離順序進行排列。具有最大距離的對應(yīng)頂點對被給予最高優(yōu)先權(quán)。位于所選定對應(yīng)頂點對的選定距離之內(nèi)的對應(yīng)頂點對被丟棄。這樣，用于成像對象的可變形配準的對應(yīng)頂點對數(shù)量就減少了，并且因此允許臨床上可接受的處理時間。
文檔編號G06T7/00GK101194288SQ200680020194
公開日2008年6月4日 申請日期2006年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月8日
發(fā)明者M·考斯, T·努特, V·佩卡 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司