合成计算机断层摄影成像的制作方法

本发明涉及磁共振成像，具体涉及根据磁共振成像数据对合成计算机断层摄影图像的构建。

背景技术

合成或虚拟计算机断层摄影(ct)图像是使用于自一个或多个其他医学成像模态的数据计算的模拟ct图像。hsu、shu-hui等人的期刊文章“investigationofamethodforgeneratingsyntheticctmodelsfrommriscansoftheheadandneckforradiationtherapy”(physicsinmedicineandbiology58.23(2013):10.1088/0031–9155/58/23/8419.pmc.web.2015年10月14日)描述了一种生成虚拟ct图像的方法。

cocosco等人的期刊文章“afullyautomaticandrobustbrainmritissueclassificationmethod”(medicalimageanalysis7，2003年，第513-527页)描述了一种使用磁共振图像(mri)识别脑组织的不同组织类型的方法。

korhonen等人的期刊文章“adualmodelhuconversionfrommriintensityvalueswithinandoutsideofbonesegmentformri–basedradiotherapytreatmentplanningofprostatecancer”(med.phys.41,011704(2014)doi:10.1118/1.4842575)描述了一种将mri强度转换成男性骨盆中的亨氏单位(hu)的方法。所使用的模型针对两种患者特异性调节进行调谐：以绝对强度水平校正移位的mr信号归一化，以及准确表示低密度骨组织hu的截断值的应用。

技术实现要素：

本发明在独立权利要求中提供了计算机程序产品、医学成像方法和医学系统。在从属权利要求中给出了实施例。

本文描述的范例可以通过提供为皮质骨提供亨氏值的个性化估计的手段来提供对合成ct图像的改善的构建和/或改善的放射治疗规划。描述对象的骨矿化密度数据可以用于导出或计算亨氏值的个性化估计。对皮质骨的亨氏值进行个性化的替代方法是使用为对大量对象求平均的结果的皮质骨的亨氏值。然而，对于每个对象的皮质骨的亨氏值进行个性化可以是有益的，因为皮质骨是对象的致密部分中的一个。使用非特异于特定对象的皮质骨的亨氏值的平均值因此可能导致合成ct图像中的误差。校正特定对象的皮质骨的亨氏值因此可以得到为医生提供更准确信息的合成ct图像，并且/或者可以实现更准确的放射治疗规划。

磁共振(mr)数据在本文中被定义为是在磁共振成像扫描期间使用磁共振装置的天线对通过原子自旋发射的射频信号的记录的测量结果。磁共振数据是医学图像数据的范例。磁共振成像(mri)图像在本文中被定义为是对磁共振成像数据内包含的解剖数据的重建的二维或三维可视化。这种可视化能够使用计算机来执行。

本文使用的合成ct图像指的是已经使用不同成像模态的医学成像数据计算的模拟的或建模的计算机断层摄影(ct)图像。术语合成ct图像也与伪ct图像同义，其有时也在文献中使用。在本申请中，合成ct图像具体指的是使用磁共振数据和/或一幅或多幅磁共振图像计算的合成ct图像。单个mr图像能够用于计算合成ct图像，然而，不同mr参数(例如，t1弛豫时间、t2弛豫时间、质子密度或其他值)的各种映射能够用于对mr数据和/或图像到亨氏单位(hu)内的映射进行细化。在说明书和权利要求中对磁共振图像的引用因此被理解为可能指的是多幅图像或各种mr参数的图。

本文使用的术语亨氏单位包含表示目标或目标的部分的放射密度的定量尺度。术语亨氏单位与术语hu、亨氏尺度和ct数是可互换的。亨氏单位值是被分配给体素或区域的以亨氏单位给出的值。

在一个方面中，本发明提供了一种用于计算合成ct图像的计算机程序产品。本文使用的合成ct图像包含已经被构建为类似于ct或计算机断层摄影扫描的结果的医学图像。然而，该合成ct图像由不同的成像模态组成。所述计算机程序产品包括用于由处理器执行的机器可执行指令。

所述机器可执行指令的执行令所述处理器接收骨矿化密度数据。本文使用的骨矿化密度数据包含描述对象的骨的骨矿化的数据。骨矿化密度数据可以是在确定对象是否具有低骨密度的过程中采集的。例如医院尤其能够对骨矿化进行测试以诊断患有骨质疏松症的人。本文使用的骨矿化密度数据可以包含通过用于测量骨矿化的装置采集的数据。这通常可以用x射线或其他电离辐射来完成。所述机器可执行指令的执行还令所述处理器接收感兴趣区域的磁共振图像。所述机器可执行指令的执行还令所述处理器通过将所述磁共振图像分割成一组组织类型来计算图像分割。所述一组组织类型包括皮质骨分割。存在用于对磁共振图像进行分割并将所述磁共振图像分成各种或一组组织类型的标准成像分割技术。所述机器可执行指令的执行还令所述处理器使用所述骨矿化密度数据来计算皮质骨亨氏值。所谓的亨氏单位或亨氏单位尺度也可以被称为ct数。亨氏单位是用于描述特定组织类型的放射密度的定量尺度。亨氏单位值是诸如x射线的电离辐射的吸收的度量。通过计算皮质骨亨氏值，磁共振图像可以用于更准确地产生合成ct图像。

所述机器可执行指令的执行还令所述处理器通过将至少一个亨氏单位值分配给所述图像分割中的所述一组组织类型中的每种组织类型来计算亨氏单位映射。将所述皮质骨亨氏值分配给所述皮质骨分割。可以以若干不同的方式来执行亨氏单位映射的标准。在最简单的版本中，可以识别组织类型，并且可以将亨氏单位值简单地分配给那些区域。在其他范例中，可以识别组织区域，然后其他参数(例如，通过一幅或多幅磁共振图像测得的参数)可以用于分配亨氏单位值。例如，可以首先识别组织类型，然后mr参数(例如，t1、t2弛豫时间、质子密度或其他值)可以用于确定每个特定组织类型内的亨氏单位映射。如本文中所描述的，将通过所述处理器计算出的所述皮质骨亨氏值分配给所述皮质骨分割。所述机器可执行指令的执行还令所述处理器使用所述亨氏单位映射来计算所述合成ct图像。如果已经准确地计算或估计出亨氏单位映射，那么可以通过利用磁共振图像对透射通过被成像感兴趣区域的辐射进行建模来生成相当准确的合成ct图像。

该实施例可以是有益的，因为已经给对象内的皮质骨的区域分配了亨氏单位映射的更准确的值。该范例可以提供更准确计算的合成ct图像并且/或者可以实现更准确的放射治疗规划。

在另一实施例中，所述骨矿化密度数据是对象的骨矿化密度数据。在该实施例中，所述感兴趣区域的所述磁共振图像也针对与所述骨矿化密度数据相同的对象。

在另一实施例中，所述医学系统包括放射治疗单元。

在另一实施例中，所述机器可执行指令的执行还令所述处理器接收至少部分地描述所述感兴趣区域的辐射治疗处置数据。例如，所述辐射治疗处置数据可以是被提供给处理器的数据，或者可以经由用户接口来接收，所述辐射治疗处置数据详细描述这样的区域：旨在利用辐射治疗设备处置该区域，并且还旨在勾画希望使接收到的辐射量最小化的对象的区域(例如，对象的关键器官或其他解剖区域)。所述机器可执行指令的执行还令所述处理器使用至少所述合成ct图像和所述放射治疗处置数据来计算放射治疗控制指令。合成ct图像可以用于创建辐射吸收的映射，使得能够对由处置区域以及由处置区域外部的对象的多个部分吸收的辐射准确建模。这可以实现辐射到处置区域或目标区的准确递送，并且使被关键器官接收到的辐射量最小化。

在另一实施例中，所述骨矿化密度数据包括双能x射线吸收测定数据。当执行骨矿化密度测量以诊断骨质疏松症时，双能x射线吸收测定机器是可用的。该实施例可以是有益的，因为它赋予了通常用于检测骨质疏松症的数据新的用途以改善合成ct图像的质量。

在另一实施例中，计算所述皮质骨亨氏值包括根据所述双能x射线吸收测定数据来确定双能x射线吸收测定骨密度测量值。通过将经验传递函数应用于双能x射线吸收测定骨密度测量值来确定所述皮质骨亨氏值。例如，公式或查找表能够用于将双能x射线吸收测定骨密度测量值转化成皮质骨亨氏值。在其他范例中，还可以对此进行细化。例如，健康状态、性别、年龄和其他因素可以和皮质骨密度与测得的双能x射线吸收测定骨密度测量值之间的关系有关。该额外数据能够用于选择特定的经验传递函数以改善所提供的皮质骨亨氏值的质量。

经验传递函数的构建可以是简单直接的。对于许多测试对象，能够通过使用能够正确测量皮质骨密度的ct系统的测量来实施双能x射线吸收测定骨密度测量的测量。针对具有不同性别、年龄、健康和体重条件的大量测试对象的此类测量可以用于生成正确的经验传递函数。

在另一实施例中，所述双能x射线吸收测定数据包括双能x射线吸收测定图像。在这种情况下，计算所述皮质骨亨氏值包括首先通过分割所述双能x射线吸收测定图像在所述双能x射线吸收测定图像中定位皮质骨区域。例如，可以制作骨的简单模型，然后能够仅选择皮质骨区域或包含大量皮质骨的区域。计算所述皮质骨亨氏值还包括根据所述皮质骨区域来确定皮质骨密度。计算所述皮质骨亨氏值还包括使用所述皮质骨密度和查找表来分配所述皮质骨亨氏值。在这种情况下，尽管它并不是直接测量，但是该测量仅从主要包含皮质骨的区域获取数据。这实现了对皮质骨亨氏值的更准确确定，并且还可以使皮质骨亨氏值没有对诸如性别、年龄、体重和其他健康特性的值的依赖性。

在另一实施例中，所述骨矿化密度数据包括定量计算机断层摄影图像。所述机器可执行指令的执行还令所述处理器通过分割所述定量计算机断层摄影图像在所述定量计算机断层摄影图像中定位皮质骨区域。所述机器可执行指令的执行还令所述处理器使用所述定量计算机断层摄影图像中的所述皮质骨区域来分配所述皮质骨亨氏值。该实施例可以是有益的，因为可以根据定量计算机断层摄影图像来直接计算骨矿化密度数据。这可以以若干不同的方式执行。在一种情况下，首先计算骨矿化密度数据，然后使用骨矿化密度数据以转化成皮质骨亨氏值。由于利用ct系统来执行测量，因此也可以根据通过定量计算机断层摄影图像确定的ct值将该测量直接转化成亨氏值。

在另一方面中，本发明提供了一种医学成像方法。所述方法包括接收骨矿化密度数据。所述方法还包括接收感兴趣区域的磁共振图像。所述方法还包括通过将所述磁共振图像分割成一组组织类型来计算图像分割。所述一组组织类型包括皮质骨分割。所述方法还包括使用所述骨矿化密度数据来计算皮质骨亨氏值。所述方法还包括通过将至少一个亨氏单位值分配给所述图像分割中的所述一组组织类型中的每种组织类型来计算亨氏单位映射。将所述皮质骨亨氏值分配给所述皮质骨分割。所述方法还包括使用所述亨氏单位映射来计算合成ct图像。

在另一方面中，本发明提供了一种医学系统。所述医学系统包括用于存储机器可执行指令的存储器。所述医学系统还包括用于控制所述医学系统的处理器。所述机器可执行指令的执行令所述处理器接收骨矿化密度数据。所述机器可执行指令的执行还令所述处理器接收感兴趣区域的磁共振图像。所述机器可执行指令的执行还令所述处理器通过将所述磁共振图像分割成一组组织类型来计算图像分割。所述组组织类型包括皮质骨分割。

所述机器可执行指令的执行还令处理器使用所述骨矿化密度数据来计算皮质骨亨氏值。所述机器可执行指令的执行还令所述处理器通过将至少一个亨氏单位值分配给所述图像分割中的所述一组组织类型中的每种组织类型来计算亨氏单位映射。将所述皮质骨亨氏值分配给所述皮质骨分割。所述机器可执行指令的执行还令所述处理器使用所述亨氏单位映射来计算所述合成ct图像。

在另一实施例中，所述医学系统还包括磁共振成像系统。所述机器可执行指令的执行还令所述处理器通过控制所述磁共振成像系统从至少感兴趣区域采集磁共振数据来接收所述感兴趣区域的磁共振图像。所述机器可执行指令的执行还令所述处理器通过从所述磁共振成像系统重建所述磁共振图像来接收磁共振图像。

在另一实施例中，所述医学系统还包括放射治疗单元。本文使用的放射治疗单元包含被分配用于向所述对象内的目标区域递送电离辐射的装置。例如，所述放射治疗单元可以是使用钡放射性源来引导对象的目标区域处的电离辐射的钡系统。其他种类的辐射也是可能的。例如，放射治疗单元可以射击带电粒子，例如，来自目标区域处的直线加速器的那些带电粒子。

所述机器可执行指令的执行还令所述处理器接收至少部分地描述所述感兴趣区域的辐射治疗处置数据。所述机器可执行指令的执行还令所述处理器使用至少所述合成ct图像和所述放射治疗处置数据来计算用于控制所述放射治疗单元的放射治疗控制指令。使用合成ct图像来帮助计算放射治疗控制指令可以是有益的，因为提高合成ct图像的准确性可以提高计算放射治疗控制指令的准确性，使得向目标区递送辐射并且使被递送到对象的其他部分的电离辐射最小化。在另一范例中，所述机器可执行指令的执行还令所述处理器利用所述放射治疗控制指令来控制所述放射治疗单元。

在另一实施例中，所述医学系统还包括发射计算机断层摄影系统。发射计算机断层摄影系统可以包含通过探测对象内的放射性化合物来执行医学成像的系统。例如，正电子发射断层摄影系统或pet系统是一个范例。单光子发射计算机断层摄影系统或spect是发射计算机断层摄影系统的另一范例。所述机器可执行指令的执行还令所述处理器控制所述发射计算机断层摄影系统以采集伽马射线发射数据。所述机器可执行指令的执行还令所述处理器使用所述合成ct图像来计算伽马射线吸收图。所述机器可执行指令的执行还令所述处理器使用至少所述伽马射线发射数据和所述伽马射线吸收图来重建发射计算机断层摄影图像。由于皮质骨是相对致密的，因此计算密度是更准确的亨氏单位或ct值可以允许对发射计算机断层摄影图像的更准确的重建。

在另一实施例中，将所述发射计算机断层摄影系统的所述成像区域与所述磁共振成像系统的所述成像区共同配准。

在另一实施例中，所述发射计算机断层摄影系统的所述成像区域与所述磁共振成像系统的所述成像区至少部分地重叠。

在另一实施例中，所述医学系统还包括双能x射线吸收测定单元。所述辐射治疗处置数据包括双能x射线吸收测定图像。通过将经验传递函数应用于所述双能x射线吸收测定骨密度测量值来确定所述皮质骨亨氏值。

在另一实施例中，计算所述皮质骨亨氏值包括通过分割所述双能x射线吸收测定图像在所述双能x射线吸收测定图像中定位皮质骨区域。计算所述皮质骨亨氏值还包括根据所述皮质骨区域来确定皮质骨密度。计算所述皮质骨亨氏值还包括使用所述皮质骨密度和查找表来分配所述皮质骨亨氏值。

在另一实施例中，所述医学系统还包括定量计算机断层摄影单元。所述处理器从所述定量计算机断层摄影单元接收所述骨矿化密度数据。所述骨矿化密度数据包括定量计算机断层摄影图像。

在另一实施例中，所述机器可执行指令的执行还令所述处理器通过分割所述定量计算机断层摄影图像在所述定量计算机断层摄影图像中定位皮质骨区域。所述机器可执行指令的执行还令处理器使用所述定量计算机断层摄影图像中的所述皮质骨区域来分配所述皮质骨亨氏值。

应当理解，可以将前面提及的实施例中的一个或多个进行组合，只要所组合的实施例不相互排斥。

如本领域技术人员将意识到的，本发明的各个方面可以被实施为装置、方法或计算机程序产品。相应地，本发明的各个方面可以采取完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、驻留软件、微代码等)或将软件方面与硬件方面进行组合的实施例(在本文中都被统称为“电路”、“模块”或“系统”)的形式。此外，本发明的各个方面可以采取被实施在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，所述一个或多个计算机可读介质具有被实施在其上的计算机可执行代码。

可以使用一个或多个计算机可读介质的任何组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。本文使用的“计算机可读存储介质”涵盖可以存储能由计算设备的处理器执行的指令的任何有形存储介质。计算机可读存储介质可以被称为计算机可读非瞬态存储介质。计算机可读存储介质还可以被称为有形计算机可读介质。在一些实施例中，计算机可读存储介质还能够存储能够由计算设备的处理器访问的数据。计算机可读存储媒介的范例包括但不限于：软盘、磁硬盘驱动器、固态硬盘、闪速存储器、usb拇指驱动器、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、光盘、磁光盘，以及处理器的寄存器文件。光盘的范例包括压缩盘(cd)和数字多用盘(dvd)，例如，cd-rom、cd-rw、cd-r、dvd-rom、dvd-rw或dvd-r盘。术语计算机可读存储介质还指能够由计算机设备经由网络或通信链路进行存取的各种类型的记录媒介。例如，可以在调制解调器上、在互联特网上或在局域网上检索数据。可以使用任何适当的介质来发射在计算机可读介质上实施的计算机可执行代码，所述任何适当的介质包括但不限于：无线、有线、光纤缆线、rf等，或前面的任何合适的组合。

计算机可读信号介质可以包括具有被实施在其中的计算机可执行代码的传播数据信号，例如，在基带中或作为载波的部分。这样的传播信号可以采取任何各种形式，包括但不限于，电磁、光学或其任何合适组合。计算机可读信号介质可以是任何这样的计算机可读介质：其不是计算机可读存储介质，并且能够传达、传播或传输由指令执行系统、装置或设备使用的程序或与指令执行系统、装置或设备结合使用的程序。

“计算机存储器”或“存储器”是计算机可读存储介质的范例。计算机存储器是任何能由处理器直接访问的存储器。“计算机存储设备”或“存储设备”是计算机可读存储介质的另外的范例。计算机存储设备是任何非易失性计算机可读存储介质。在一些实施例中，计算机存储设备也可以是计算机存储器，或者反之亦然。

本文使用的“处理器”涵盖能够执行程序或机器可执行指令或计算机可执行代码的电子部件。对包括“处理器”的计算设备的引用应当被解读为可能包含多于一个处理器或处理核。处理器例如可以是多核处理器。处理器也可以指在单个计算机系统之内的或被分布在多个计算机系统之间的处理器的集合。术语计算设备也应当被解读为可能指多个计算设备的集合或网络，所述多个计算设备中的每个均包括一个或多个处理器。计算机可执行代码可以由可以在相同的计算设备之内或者甚至可以被分布在多个计算设备上的多个处理器来执行。

计算机可执行代码可以包括令处理器执行本发明的一方面的机器可执行指令或程序。用于执行针对本发明的各个方面的操作的计算机可执行代码可以被写成一种或多种编程语言的任何组合，包括面向对象的编程语言(例如，java、smalltalk、c++等)和常规程序编程语言(例如，“c”编程语言或类似的编程语言)，并且被编译成机器可执行指令。在一些实例中，计算机可执行代码可以是高级语言的形式或是预编译的形式，并且可以与解读器联合使用，所述解读器在执行中生成机器可执行指令。

计算机可执行代码可以完全在用户的计算机上，部分在用户的计算机上，作为独立软件包，部分在用户的计算机上并且部分在远程计算机上，或者完全在远程计算机或服务器上执行。在后一种场景中，远程计算机可以通过任何类型的网络连接到用户的计算机，所述网络包括局域网(lan)或广域网(wan)，或者可以连接到外部计算机(例如，通过使用互联网服务提供商的互联网)的连接。

参考根据本发明的实施例的流程图图示和/或方法、装置(系统)以及计算机程序产品的方框图描述了本发明的各方面。应当理解，在适当时能够由计算机可执行代码形式的计算机程序指令来实施流程图、图示和/或方框图的方框的每个方框或部分。还应当理解，当互不排斥时，可以对不同的流程图、图示和/或方框图中的方框进行组合。可以将这些计算机程序指令提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器以产生机器，使得经由计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行的指令创建用于实施流程图和/或方框图的一个或多个方框中指定的功能/动作的单元。

这些计算机程序指令也可以被存储在计算机可读介质中，所述计算机可读介质能够指导计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备来以特定方式起作用，使得被存储在计算机可读介质中的指令产生制造品，所述制造品包括实施在流程图和/或一个或多个方框图方框中指定的功能/动作的指令。

计算机程序指令可以被加载到计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备上，以引起要在计算机、其他可编程装置或其他设备上执行的一系列操作步骤，以产生计算机实施的过程，使得在计算机或其他可编程装置上运行的指令提供用于实施在流程图和/或一个或多个方框图方框中指定的功能/动作的过程。

本文使用的“用户接口”是允许用户或操作者与计算机或计算机系统交互的接口。“用户接口”还可以被称为“人机接口设备”。用户接口可以向操作者提供信息或数据和/或从操作者接收信息或数据。用户接口可以使得来自操作者的输入能够被计算机接收，并且可以从计算机向用户提供输出。换句话说，用户接口可以允许操作者控制或操纵计算机，并且接口可以允许计算机指示操作者的控制或操纵的效果。显示器或图形用户接口上对数据或信息的显示是向操作者提供信息的范例。通过键盘、鼠标、跟踪球、触控板、指点杆、图形输入板、操纵杆、游戏手柄、网络摄像头、头戴式设备、脚踏板、有线手套、跳舞毯、遥控器以及加速度器来接收数据是使得能够从操作者接收信息或数据的用户接口部件的全部范例。

本文使用的“硬件接口”涵盖使得计算机系统的处理器能够与外部计算设备和/或装置交互并且/或者控制外部计算设备和/或装置的接口。硬件接口可以允许处理器向外部计算设备和/或装置发送控制信号或指令。硬件接口还可以使得处理器能够与外部计算设备和/或装置交换数据。硬件接口的范例包括但不限于：通用串行总线、ieee1394端口、并行端口、ieee1284端口、串行端口、rs-232端口、ieee-488端口、蓝牙连接、无线局域网连接、tcp/ip连接、以太网连接、控制电压接口、midi接口、模拟输入接口，以及数字输入接口。

本文使用的“显示器”或“显示设备”涵盖适用于显示图像或数据的输出设备或用户接口。显示器可以输出视觉、听觉和/或触觉的数据。显示器的范例包括，但不限于：计算机监视器、电视屏幕、触摸屏、触觉电子显示器、盲文屏幕、阴极射线管(crt)、存储管、双稳显示器、电子纸、矢量显示器、平板显示器、真空荧光显示器(vf)、发光二极管(led)显示器、电致发光显示器(eld)、等离子显示面板(pdp)、液晶显示器(lcd)、有机发光二极管显示器(oled)、投影仪，以及头戴式显示器。

附图说明

在下文中，将仅通过范例的方式并且参考附图来描述本发明的优选实施例，在附图中：

图1图示了医学系统的范例；

图2图示了使用图1的医学系统的方法的范例；

图3图示了医学系统的另外的范例；

图4图示了使用图3的医学系统的方法的范例；

图5图示了医学系统的另外的范例；

图6图示了使用图5的医学系统的方法的范例；

图7图示了医学系统的另外的范例；

图8图示了使用图7的医学系统的方法的范例；

图9图示了医学系统的另外的范例；并且

图10示出了股骨的草图，其图示了能够使用图9的医学系统的不同范例来确定骨矿化密度数据的不同方式。

附图标记列表

100医学系统

102计算机

104处理器

106计算机存储设备

108计算机存储器

110用户接口

112硬件接口

114骨矿化密度数据

116磁共振图像

118图像分割

120皮质骨亨氏值

122亨氏单位映射

124合成ct图像

130机器可执行指令

200接收骨矿化密度数据

202接收感兴趣区域的磁共振图像

204通过将磁共振图像分割成一组组织类型来计算图像分割

206使用骨矿化密度数据来计算皮质骨亨氏值

208通过将至少一个亨氏单位值分配给图像分割中的该组组织类型中的每种组织类型来计算亨氏单位映射

210使用亨氏单位映射来计算合成ct图像

300医学系统

302磁共振成像系统

304磁体

306磁体的膛

308测量区或成像区

309感兴趣区域

310磁场梯度线圈

312磁场梯度线圈电源

314射频线圈

316收发器

318对象

320对象支撑件

322脉冲序列命令

324磁共振数据

400控制磁共振成像系统从至少感兴趣区域采集磁共振数据

402从磁共振成像系统重建磁共振图像

500医学系统

502放射治疗单元

506机架

508放射治疗源

510准直器

514低温恒温器

516超导线圈

518超导屏蔽线圈

520机械定位系统

522目标区

524机架旋转轴线

526辐射射束

530辐射治疗处置数据

532辐射治疗控制指令

600接收至少部分地描述感兴趣区域的辐射治疗处置数据

602使用至少合成ct图像和放射治疗处置数据来计算用于控制放射治疗单元的放射治疗控制指令

700医学系统

702发射计算机断层摄影系统

704控制单元

706探测器环

708放射性同位素

710伽马辐射

712伽马射线发射数据

714伽马射线吸收图

716发射计算机断层摄影图像

800控制发射计算机断层摄影系统采集伽马射线发射数据

802使用合成ct图像来计算伽马射线吸收图

804使用至少伽马射线发射数据和伽马射线吸收图来重建发射计算机断层摄影图像

900医学系统

902x射线系统

904x射线源

906x射线探测器

908x射线

910软组织

912骨

914x射线数据

1000感兴趣区域

1002感兴趣区域

1004ct扫描的平面

具体实施方式

在这些附图中，相似的附图标记的元件或为等价元件或执行相同功能。如果功能等价，则先前已经讨论的元件将不必在后面的附图中进行讨论。

图1示出了医学系统100的范例。医学系统100被示为包括计算机102。计算机包括处理器104。处理器104与计算机存储设备106和计算机存储器108通信。计算机存储设备106和计算机存储器108的内容可以彼此复制。也就是说，计算机存储设备106的内容可以与计算机存储器108的内容互换。这是因为在其他变型中并不排除在计算机存储设备106或计算机存储器108中示出的特定元件。处理器104还被示为被连接到用户接口110。处理器104被示为与硬件接口112进一步接触。在一些范例中，可以存在使得处理器104能够控制外部部件并且接收数据的硬件接口112。

计算机存储设备106被示为包含骨矿化密度数据114。这例如可以经由硬件接口112来接收，或者可以经由用户接口110来接收。计算机存储设备106还被示为包含磁共振图像116。计算机存储设备106被示为包含磁共振图像118的图像分割118。计算机存储设备106还被示为包含皮质骨亨氏值120。皮质骨亨氏值120是根据骨矿化密度数据114计算出的。计算机存储设备106还被示为包含根据图像分割118计算出的亨氏单位映射122。在一些范例中，亨氏单位映射122可以是根据图像分割118并且还根据被包含在磁共振图像116内的其他数据计算出的。计算机存储设备106还被示为包含使用亨氏单位映射122计算出的合成ct图像124。

计算机存储器108被示为包含机器可执行指令130，机器可执行指令130使得处理器104能够控制医学系统100的操作和功能以及执行各种数值和计算任务。

图2示出了图示操作图1的医学系统100的方法的流程图。例如，图2的流程图可以图示机器可执行指令130令处理器104执行的步骤或步骤的至少部分。首先，在步骤200中，接收骨矿化密度数据114。接下来，在步骤202中，接收感兴趣区域的磁共振图像。接下来，在步骤204中，计算磁共振图像116的图像分割118。图像分割将磁共振图像分割成一组组织类型。该组组织类型包括皮质骨分割。接下来，在步骤206中，计算皮质骨亨氏值120。至少部分地使用骨矿化密度数据114来计算皮质骨亨氏值。接下来，在步骤208中，通过将至少一个亨氏单位值分配给图像分割118中的该组组织类型中的每种组织类型来计算亨氏单位映射122。给皮质骨分割分配皮质骨亨氏值。最后，在步骤210中，使用亨氏单位映射122来计算合成ct图像124。

图3示出了医学系统300的另外的范例。图3中示出的医学系统300类似于图1中示出的医学系统，除了该系统现在还包括磁共振成像系统302。磁共振成像系统302包括磁体304。磁体304是超导圆柱型磁体304，其具有穿过其的膛306。使用不同类型的磁体也是可能的，例如也可能使用分裂式圆柱形磁体和所谓的开放式磁体两者。分裂式圆柱形磁体类似于标准圆柱形磁体，除了低温保持器被分裂成两段以允许进入磁体的等平面，这种磁体例如可以与带电粒子射束治疗结合使用。开放式磁体具有两个磁体段，一个在另一个之上，之间有足够大的空间以接收对象：两个段区的布置类似于亥姆霍兹线圈的布置。开放式磁体是常见的，因为对象受到较少约束。在圆柱形磁体的低温保持器内部存在一系列超导线圈。在圆柱形磁体304的膛306内存在成像区308，在成像区308中，磁场足够强且足够均匀以执行磁共振成像。

在磁体的膛306内还存在一组磁场梯度线圈310，磁场梯度线圈310用于采集磁共振数据以对磁体304的成像区308内的磁自旋进行空间编码。磁场梯度线圈310连接到磁场梯度线圈电源312。磁场梯度线圈310旨在是代表性的。通常，磁场梯度线圈310包含三个独立的线圈组，以便在三个正交空间方向上进行空间编码。磁场梯度线圈电源向磁场梯度线圈供应电流。根据时间来控制被供应到磁场梯度线圈310的电流，并且该电流可以是斜坡变化的或脉冲的。

邻近成像区308的是射频线圈314，射频线圈314用于操纵成像区308内的磁自旋的取向，并且用于接收来自也在成像区308内的自旋的射频发射。通过使用脉冲序列命令，能够对成像区308的子集或感兴趣区域309进行成像。射频天线可以包含多个线圈元件。射频天线也可以被称为信道或天线。射频线圈314被连接到射频收发器316。射频线圈314和射频收发器316可以被单独的发射线圈和接收线圈以及单独的发射器和接收器替换。应当理解，射频线圈314和射频收发器316仅是代表性的。射频线圈314也旨在表示专用的发射天线和专用的接收天线。同样地，收发器316也可以表示单独的发射器和接收器。射频线圈314还可以具有多个接收/发射元件，并且射频收发器316可以具有多个接收信道/发射信道。例如，如果执行诸如sense的并行成像技术，则射频线圈314将会具有多个线圈元件。

收发器316和磁场梯度线圈电源312都被连接到计算机系统326的硬件接口328。

计算机存储设备被示为额外地包含脉冲序列命令322。本文使用的脉冲序列命令322是能够用于直接控制磁共振成像系统302的命令，或者是可以被转换为使得磁共振成像系统302能够采集磁共振数据的此类命令的其他数据。计算机存储设备106还被示为包含至少针对成像区308内的感兴趣区域309已经使用脉冲序列命令322从对象318采集的磁共振数据324。磁共振图像116所来自的感兴趣区域可以是成像区308的任一子集。

图4示出了图示操作图3的医学系统300的方法的流程图。图4中的流程图类似于图2中示出的流程图，除了步骤202被步骤400和402替换。步骤400和402图示了可以如何接收磁共振图像的一个特定范例。在这种情况下，磁共振成像系统302用于采集磁共振数据，所述磁共振数据然后由处理器104进行重建。在执行了步骤200之后，执行步骤400。在步骤400中，磁共振成像系统由处理器104控制以至少从感兴趣区域采集磁共振数据324。接下来，在步骤402中，根据磁共振数据324来重建磁共振图像116。接下来，该方法继续进行到如图2所示的步骤204。

图5示出了医学系统500的另外的范例。图5的医学系统500类似于图3中示出的医学系统，除了它额外地包含具有磁共振成像系统302的放射治疗单元502。

放射治疗单元502包括机架506和放射治疗源508。机架506用于围绕机架旋转轴线540旋转放射治疗源508。邻近放射治疗源508的是准直器510。

在该实施例中示出的磁体304也是标准圆柱形超导磁体。磁体304具有低温恒温器514，低温恒温器514在其内部具有超导线圈516。低温恒温器内还存在超导屏蔽线圈518。

对象支撑件320可以由机械定位系统520来进行定位。对象318内存在目标区522。在该特定实施例中，机架旋转轴线524与磁体304的圆柱轴线同轴。对象支撑件320已经被定位为使得目标区522位于机架旋转轴线524上。辐射源508被示为生成穿过准直器510并且穿过目标区522的辐射射射束526。随着辐射源508围绕轴线524旋转，目标区522将总是被辐射射束526对准。辐射射束526穿过磁体的低温恒温器514。磁场梯度线圈还可以具有将磁场梯度线圈分成两个区段的间隙。如果存在的话，该间隙减少了辐射射束526被磁场梯度线圈310的衰减。在一些实施例中，射频线圈314也可以具有间隙或者被分开以减少辐射射束526的衰减。

可以通过不同的技术来构建辐射源。在一个范例中，辐射源508是提供伽马辐射射束的放射性材料。在另一范例中，辐射源508是x射线源。在另一范例中，辐射源是带电粒子源。在其他范例中，辐射源由linac提供。还应当理解，圆柱形磁体是范例。分裂式线圈磁体或开放式磁体也可以用于提供辐射射束526到对象318的路径。

放射治疗单元102和机械定位系统520被额外地示为被连接到计算机系统102的硬件接口112。

计算机存储设备106被示为额外地包含至少部分地描述感兴趣区域并且包含用于辐照目标区522的计划的辐射治疗处置数据。计算机存储设备106还被示为包含已经使用辐射治疗处置数据530和合成ct图像124生成的放射治疗控制指令532。

图6示出了图示操作图5的医学系统500的方法的流程图。图6中示出的方法非常类似于图4中示出的具有若干额外步骤的方法。在执行了步骤210之后，接收辐射治疗处置数据530。辐射治疗处置数据至少部分地描述感兴趣区域。接下来，在步骤602中，处理器104使用至少合成ct图像124和辐射治疗处置数据530来计算用于控制放射治疗单元502的放射治疗控制指令532。

图7示出了医学系统700的另外的范例。图7中示出的医学系统700非常类似于图3中示出的医学系统300，除了其添加了发射计算机断层摄影系统702。发射计算机断层摄影系统702包括控制单元704和探测器环706。探测器环706可以包含用于探测伽马辐射的探测器。对象318可以吸收或接收在对象318的身体内具有一定分布的放射性同位素708。在正电子发射断层摄影的情况下，放射性同位素708发射正电子(其然后与电子结合)，并且发射两个伽马粒子710。这些然后可以由探测器环706中的探测器探测到。在单光子发射断层摄影中，单个伽马光子被发射并且由探测器环706探测到。机器可执行指令130然后可以通过记录由探测器环706接收到的数据来控制发射计算机断层摄影系统702以采集伽马射线发射数据712。伽马射线发射数据712被示为被存储在计算机存储设备106中。计算机存储设备106还被示为包含使用合成ct图像124计算出的伽马射线吸收图714。最后，计算机存储设备106还被示为包含使用伽马射线吸收图714和伽马射线发射数据712计算出的发射计算机断层摄影图像716。

图8示出了图示操作图7的医学系统700的方法的流程图。图8中示出的方法非常类似于图4中示出的具有若干额外步骤的方法。在执行了步骤210之后，执行步骤800。在步骤800中，控制发射计算机断层摄影系统702以采集伽马射线发射数据712。接下来，在步骤802中，使用合成ct图像124来计算伽马射线吸收图714。最后，在步骤804中，使用至少伽马射线发射数据712和伽马射线吸收图714来重建发射计算机断层摄影图像716。

图9示出了医学系统900的另外的范例。医学系统900类似于图1中示出的医学系统。医学系统900额外地包括x射线系统902。图9中示出的特征可以被并入到先前的范例中的任一个中。也就是说，图9中示出的特征可以被并入到图1、图3、图7和图5中。x射线系统902用于测量骨矿化密度数据114。x射线系统902可以例如是双能x射线吸收测定单元或定量计算机断层摄影单元。在任一情况下，x射线系统902将会包括至少一个x射线源904和至少一个x射线探测器906。x射线源生成穿过对象318的部分的x射线908。对象包括软组织910和骨912。机器可执行指令130可以控制处理器104，然后，处理器104继而控制x射线系统以采集x射线数据914。然后，x射线数据914能够被处理成骨矿化密度数据114。

图10用于图示可以确定骨矿化密度数据114的不同方式。图10示出了股骨912的区段。在第一种情况下，x射线系统902是双能x射线吸收测定单元。在这种情况下，通过获取感兴趣区域1000的x射线图像对股骨进行常规x射线吸收测定骨密度测量。该区域本身主要由松质骨构成。然后获取针对该区的测量结果，然后应用经验传递函数以确定双能x射线吸收测定骨密度测量值。

对此的替代方法也是利用双能x射线吸收测定单元来执行的。在这种情况下，对图像数据进行分割并且获取不同的感兴趣区域1002。感兴趣区域1002主要包括皮质骨。然后使用来自图像的该部分的测量结果以获得对皮质骨密度的更好估计。第三种替代方法是x射线系统902为定量计算机断层摄影单元。虚线1004指示获取股骨912的ct图像的平面。从ct图像能够看到，松质骨被更硬的皮质骨环绕。由于定量计算机断层摄影单元能够获取定量测量结果，因此，要么测得的亨氏值能够被转换成用于合成ct图像的亨氏值，要么来自皮质骨的测量结果能够首先被转换成皮质骨密度，所述皮质骨密度然后还被转换成用于合成ct图像的亨氏单位。

基于ct的辐射治疗计划(rtp)能够正确考虑软组织和骨中的辐射衰减。由于在肿瘤和器官勾画方面占优势，因此越来越多地使用仅基于mr的计划。然而，骨中的衰减的基于mr的评估是具有挑战性的，因为在真实的骨室中标准mri并不产生任何信号，而是仅产生来自松质骨内的水和脂肪的信号。然而，特别是皮质骨矿化存在宽的变化，因此相应的衰减也存在宽的变化。

范例可以提供测量针对每个rt患者的骨矿化密度(bmd)的手段，并且应用传递函数以确定用于mr-cat中的皮质骨室的批量密度分配(bulkdensityassignment)的hu值。因此，bmd扫描增强了mr-cat方法。

可以基于有限的训练患者队列中的bmd扫描和rtp-ct扫描两者的采集来定义传递函数，其中，年龄和性别匹配要被处置的患者。可以评价每个ct扫描以找到用于如mr-cat中的皮质骨部分的批量密度分配的平均hu值。传递函数被定义为将bdm值转化成该批量hu值的参数化函数。

可以利用广泛用于在最简单的实施例中管理骨质疏松症患者的常规bmd设备和算法来测量bmd。提出了用于bdm扫描的若干专用评价方法作为额外的实施例，以提高针对皮质骨室的bdm的选择性。

通常从计算机断层摄影(ct)扫描中导出用于在辐射治疗规划(rtp)中使用的衰减图。mri明显在对肿瘤和风险器官的勾画方面优于ct。然而，迄今为止，mri还没有在很大程度上用于独立的辐射治疗模拟，这是因为衰减图的基于mr的评估是困难的任务，尤其对于松质骨较为困难，而对于皮质骨更为困难。

在文献中已经报道了模拟ct图像并导出针对仅基于mr的rtp的相应衰减图的若干方法：

一种方法是使用基于图集的方法。在该方法中，通过将ct图像的队列非刚性地配准到彼此并将其组合来构建人群平均密度图(图集)。然后通过非刚性配准将该平均密度图映射到特定患者。

批量密度分配

该方法首先使用一种或多种不同的mri对比度以分类成几个主要组织类别(例如，空气、脂肪、富水组织、松质骨和皮质骨)。在下一步骤中，基于平均人群值与hu值的文献值的组合给每个体素分配密度值(伪hu值)。

基于模型的逐体素密度分配

该方法建立了一个或多个mr对比度与模拟的hu值之间的转换模型。该模型在有限数量的共同配准的ct和mr数据集上进行训练。该技术的范例使用高斯混合回归模型将ct对比度联系到从三种不同mr扫描获得的五种不同mr对比度：一个t2加权的基于3d自旋回波的序列和两个具有不同回波时间和翻转角的双回波超声回波时间mri序列。另外的范例在单独的模型中处置骨组织和其他组织。

骨矿化密度评估(bmd)

在下文中，给出了关于骨密度评估的简短介绍。骨矿物密度(bmd)是器官水平上的测量结果，并且是在临床护理中(例如在骨质疏松症患者中)规律执行的。bmd主要通过两种方法来测量：测量实际bmd的双能x射线吸收测定(dxa)，以及测量体积bmd的定量ct(qct)。两种方法都固有地提供了对骨矿化的全局评价，因为它们并不会将纯骨-组织矿物质从多孔性(哈佛氏管和骨狭窄空间)分离。

在dxa中，骨矿物含量(被测量为通过正被扫描的骨的x射线的总衰减)除以被投影到x射线图像上的骨的面积。因此，它并不是对实际骨矿物密度的准确测量结果，其为质量除以体积。qct能够测量骨的体积，并且因此不易受到dxa结果的方式中骨尺寸的混淆效果所影响。然而，dxa提供了在临床实践中对骨矿物含量的相当准确的测量，因为存在用于患者定位的标准和例如定义股骨颈中的roi并评价bdm的全自动算法。为了避免对骨矿物不足的过度估计，可以将dxa得分与相同性别和年龄的参考数据进行比较(通过计算z得分＝来自平均值的sd的带符号数)。

美国预防服务工作组推荐超过65岁的女性应当进行dxa扫描，以便筛查骨质疏松症并预防相关联的骨折。应当对男性进行测试的数据是不确定的，但是一些来源推荐70岁。dxa-bmd测量的成本低(德国为42欧元)。它持续大约15-30分钟，并且仅涉及1-2μs的辐射。相比之下，跨越大西洋的飞行与50μs的剂量相关联。

能够在标准ct扫描器和专用外围(pqct)扫描器上执行qct。在装备有特殊分析软件的所有临床目的的全身ct扫描器上执行对脊柱和臀部的qct测量。pqct扫描器已经被专门发展用于对前臂和胫骨中的bmd的定量确定。它们较不昂贵、更具移动性，并且涉及比用于非外围bdm的全身临床ct扫描器(0.2-1.5msv)少得多的辐射(3μsv每切片)。

骨矿物密度分布的评估

不同于bmd，能够使用通过骨活检获得的少量骨样本在微观水平下测量骨矿物密度分布(bmdd)，并且bmdd产生样本中的钙重量％的直方图。通常，这种分布的平均值和宽度用于比较不同的患者。qbei方法可以用于测量bmdd，并且可以例如具有分辨率为2×2×2μm³的分辨率，并且可以具有针对平均钙含量的0.3％c.v.的批间方差(方差的系数)。

健康个体和患病个体中的bmd数据

bmd可以在个体之间相当大地变化(sd近似为平均值的20％)，并且取决于年龄、性别、健康状况和其他参数。

健康个体和患病个体中的bmdd

在健康个体中分析的不同种族(非裔和高加索裔美国人)和性别的成年个体(25-90岁)的不同骨骼部位(髂骨、脊椎、股骨颈和股骨头、髌骨)的松质骨中的bmdd示出了明显小的生物学差异(平均ca重量％＝22.2±0.45引起2％相对差异)，表明进化优化相对于其生物力学性能的存在性。

虽然hu的基于mr的分配在软组织中较好地工作，但是上面描述的所有三种方法均遭受在骨组织中分配有意义hu的困难。基于ct图集的方法基于从ct图集导出的那些图集将相同的归一化hu分配给所有患者。另外，它还遭受配准误差的影响。

批量密度分配将单一hu分配给被识别为松质骨的所有体素，并且将第二hu值分配给被识别为皮质骨的所有体素。这两个值是从平均人群值和文献值中导出的。另外，该方法还遭受分割不准确性的影响，导致不正确的组织分配。

用于基于模型的逐体素密度分配的方法遭受难以找到从mr强度到hu值的传递函数的影响(尤其对于皮质骨)。另外，从有限的患者队列中导出的传递函数被应用于所有患者。

实质上，所有三种方法都不考虑骨密度和相应的hu值的任何患者间差异。然而，那些差异比在软组织中(尤其在皮质骨中)大得多。

范例可以提供了测量针对每个放射治疗(rt)患者的骨矿化密度(bmd)并且应用传递函数来确定用于mr-cat中的皮质骨室的批量密度分配的hu值的手段。因此，bmd扫描增强了mr-cat方法。

可以基于有限的训练患者队列中的bmd扫描和rtp-ct扫描两者的采集来定义传递函数，其中，年龄和性别匹配要被处置的患者。评价每个ct扫描以找到用于mr-cat中的皮质骨部分的批量密度分配的平均hu值。传递函数可以被定义为将bdm值转化成该批量hu值的参数化函数。

范例方法可以包含以下步骤中的一个或多个：

1、采集dxa扫描和常规ct扫描以用于表示实际患者(年龄、性别、体重、身形)的患者的训练队列中的rtp。

2、利用现有技术方法可能以手动方式对ct扫描中的皮质骨进行分割。优选地，对与衰减最相关的那些部分(例如，前列腺患者中的臀部和骶骨)进行分割。计算用于如mr-cat中的皮质骨的批量密度分配的hu值。

3、定义描述从dxabmd值到用于皮质骨中的批量分配的hu值的转化的传递函数。

4、对于(“训练”患者之外的)未来患者，仅采集dxa扫描和mr-cat所需的mri，但不采集ct扫描。

5、使用dxa值和训练的传递函数来确定用于皮质骨中的批量密度分配的hu值。

使用常规dxa会具有常规dxa的如下缺点：不能区别皮质骨与松质骨并且将用于如在股骨的颈部(股骨颈)中评价的两种类型的总bmd报告为具有单位g/cm²的一个值。已知股骨的顶部部分中的皮质骨的大部分质量位于前侧，并且它从股骨向颈部下方进一步变厚。

作为替代方法，可以评价bem，使得bdm仅用于如在图10中的区域1002中描绘的该区中的roi，其最接近地反映出皮质骨的bdm。该皮质roi应当作为邻近被勾画为绿色矩形的颈部roi的定义了宽度和长度的层而被找到。皮质roi的宽度可以被定义为例如颈部的最小宽度的5％宽度。皮质roi的长度可以被定义为例如颈部的最小宽度的50％宽度。宽度可以被定义为从更小的上部宽度向更大的下部宽度线性增加。

dxa能够区别不同的组织隔室，并且因此能够单独评价骨的密度，但是它是以g/cm²为单位报告某些roi中的平均bdm的投影技术。该限制通过以g/cm³为单位测量bdm的pqct来克服，并且能够以3d方式对体积进行求解。因此，能够单独评估皮质骨室和松质骨室。

在qct中，根据测得的ct参数来确定bmd。该步骤基于使用具有骨等效校准密度材料的体模的ct数到bmd的线性校准。可以省略该步骤，因为将在qct中测量的hu值与在标准ct中测量的hu值直接相关会更简单。

因此，在实施例3中，使用例如在股骨中采集的pqct来代替使用步骤1中的dxa。对皮质骨进行分割，并且对针对该分割中的平均hu进行评估。与实施例1类似地执行剩下的步骤2至5。因此，在步骤4中，用pqct代替dxa。

尽管已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是图示性或示范性的，而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。

本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践请求保护的发明时能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现在权利要求中记载的若干项的功能。尽管某些措施被记载在互不相同的从属权利要求中，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。计算机程序可以被存储/被分布在合适的介质上，例如与其他硬件一起或作为其他硬件的部分供应的光学存储介质或固态介质，但是也可以被以其他形式分布，例如经由互联网或其他有线或无线的电信系统。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。