专利名称：一种用于异机pet/ct图像融合的头颈部定位框架的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于放射诊断、治疗的辅助设备，具体涉及一种用于异机 PET/CT图像融合的头颈部定位框架。
背景技术：
放射治疗技术经历了普通放疗、立体定向放射外科(SRS)、三维适形放射治疗 (3DCRT)、调强放射治疗(MRT)和图像引导的放射治疗(IGRT)几个发展阶段，现已进入了 精确放疗的时代，精确放疗能最大程度地减少肿瘤周围正常组织的照射，大大提高肿瘤的 照射剂量，提高肿瘤的局部控制率。 肿瘤的放射治疗是医学图像融合应用的一大领域，准确的靶区勾画是保证精确治 疗的基础。随着分子影像技术的发展和普及，可将解剖和功能细胞分子变化的影像结合起 来进行肿瘤的临床诊断与治疗。 PET，也就是正电子发射断层扫描，可以显示肿瘤的生物学方面的特性。PET成像技 术可以提供人体新陈代谢的功能图像，但PET图像信噪比和空间分辨率都很低，图像所显 示的病变高代谢区域很难进行精确的解剖定位。而CT成像清晰、空间分辨率高，可为病灶 的定位起到良好的参照作用，但其对病灶本身的显示却比较差。因此可以将PET的代谢功 能图像和CT的解剖图像进行融合从而实现PET图像中高代谢区域的解剖定位。 PET图像和CT图像的融合分为异机和同机融合两种方式。尽管同机融合图像已经 成为图像融合应用技术的金标准，能达到高精度的图像融合，但是同机图像融合成本是异 机图像融合成本的20倍。相比而言，异机融合成本低廉。随着计算机技术及更先进的图像 融合软件的开发，异机融合在临床中的应用空间越来越广阔。 异机图像融合通过通用的DICOM格式在不同工作站之间进行数据的传递，采用全 数字化的方式，信息丢失少，图像对准精确度高。异机图像融合的步骤大致为特征提取，设 计误差评估方法，对图像数据进行处理使误差最小，将变换后的图像数据进行对位和综合 显示，分析综合数据。其中对位技术是图像融合的关键和难点，有赖于特征点的提取。外部 特征是为进行融合处理特制在两幅图像上均可见的体表标记物。
实用新型内容本实用新型目的在于提供一种用于异机PET/CT图像融合的头颈部定位框架。 本实用新型是对一种放射治疗精确CT扫描定位装置的改进，设计思想来源于目 前临床上应用的体部CT扫描定位架和头颈部定位框，其结构通常为呈倒U字型，左右和上 方均由三块长方形的有机玻璃板组合而成的三块有机玻璃板上开设Z型的凹槽，里面镶嵌 Z型的标记杆，标记杆的材料分别为金属铝和碳素纤维。这样的结构在CT图像中能得到清 晰的九个标记点。但在PET图像中则无法成像，故只能实现CT扫描时的定位。 我们自行设计了一种适合精确放疗特点的立体定位装置-PET/CT异机图像融合 头颈部定位框架，依据外部标记点获取图像的定位信息，采集PET图像和CT图像，进行图像配准和融合，较好地解决了放疗中头颈部肿瘤的精确定位问题。 由于采用同一定位床和真空垫固定，来保证不同时间的同一体位，所以要求用于 扫描的定位框架在分别进行CT和PET扫描时位置不能偏差。由此申请人创新的提出PET/ CT 一体化扫描定位框架的设计思想。即将原CT扫描架的Z型的标记杆由实心铝杆或碳素 纤维杆改为空心杆，在CT扫描时灌注一般液体(如硫酸铜溶液)，仍可得到清晰的九个标记 点的CT图像，而在应用该框架进行同一体位的PET扫描时，现场灌注PET显像剂(具有放 射性和衰变)，即可得到同一圆心位置的九个标志点的PET图像。 结构特征是在框架三面的定位板1、2、3内镶嵌有灌注试剂的N形塑料圆形空心 小管4，空心小管4两端向外伸出带管塞5的开口塑料小管9 ;在左、上、右定位板1、2、3上 刻画网格和刻度。 开口塑料小管9和定位板板面垂直。 对采集到的图像进行预处理对获取的PET和CT图像数据分别进行去噪、增强以 及分割图像特征的提取等处理。 PET和CT图像的配准在分别对PET图像和CT图像进行预处理后，图像配准的过
程就是在浮动图像上寻求一种空间变换，使它与另一幅参考图像上的对应点达到空间上的
一致，也就是同一解剖点在两张匹配图像上有相同的空间位置。只有两幅图像中的九个特
征点(圆心)坐标偏差平方和最小时，这两幅图像才认为是同一解剖位置的图像。
配准图像的融合对PET图像和CT图像进行配准后，进行图像的融合工作根据
一般基于小波变换的图像融合框架，首先对待融合的PET/CT图像进行小波分解；然后在选
择图像融合规则时，根据PET/CT图像的特性，提出两个假设一是假设融合后的图像应尽
可能多的同时包含PET/CT图像的信息，据此我们对小波的低频系数根据加权平均的方法
进行低频系数子图像的融合。二是假设融合后图像的解剖定位信息主要由CT图像提供，进
而根据CT图像提供的几何特征信息(曲率流)进行高频子图像的融合。这两个假设统一
在变分的框架内进行融合，最后应用变分的方法求解，到融合后的PET/CT图像。 本实用新型的头颈部定位框架具有下列突出的优点和效果 (1)采用外部特征点提取方法，特征明确，易于实现融合自动化处理。 (2)系统操作简单，成本合理，有利于异机融合的推广使用。
(3)提高了头颈部肿瘤放射治疗的效果。
图1为一种用于精确放射治疗的头颈部CT扫描定位框设计主视图。 图2为一种用于精确放射治疗的头颈部CT扫描定位框设计左视图。 图3为该头颈部CT扫描定位框实物图。 图4为新设计的PET/CT扫描一体定位框设计主视图。 图5为新设计的PET/CT扫描一体定位框设计左视图。 图6为新设计的PET/CT扫描一体定位框的立体结构图。
具体实施方式下面将结合附图和实施列对本实用新型做进一步的详述。[0027] 图1是我们自行研制的一种放射治疗精确定位装置的头颈部定位框的主视图，它 主要由连接板8和上板7、固定旋钮6、扫描定位框组成。扫描定位框由前环、后环、左定位 板1、上定位板2、右定位板3组成，均采用有机玻璃材料。在左、右、上定位板中均埋有直径 为4mm的CT扫描定位标记杆4，呈N形布置。在连接板中开有凹槽用于安装头枕，用四个安 装螺钉将该连接板固定在真空垫定位床上，使用面膜固定上下板将面膜夹紧并将其成型后 与连接板连接。 图2是该放射治疗精确定位装置的头颈部定位框的左视图，如图2所示，左定位板 的外侧的上端和后端位置均标有刻度，单位为mm。在中间标记区刻有由水平线和十字线组 成的网格，网线间距为10mm。 图3是基于图1和图2所设计的CT扫描定位架和头颈部定位框的实物图。两者 的定位标记底板材料均为有机玻璃，在有机玻璃板上由数控铣方法加工精确的N形定位槽 孔。镶嵌在CT扫描定位架中的标记物为进口特制标准碳素纤维圆柱直杆，镶嵌在头颈部定 位框中的标记物为金属铝圆柱直杆，标准碳素纤维圆柱直杆和铝杆为处处实心。 图4是新设计的PET/CT扫描头部外基准框架的主视图，扫描定位框由前环、后环、 左定位板1、上定位板2、右定位板3组成，均采用有机玻璃材料。如图所示，其中每个面的 N形标记杆由外孔径为0. 6cm、内孔径为0. 4cm的塑料圆形空心小管组成，镶嵌在三块长方 形定位板(其中上定位板2平行的有机玻璃板长33cm，宽24cm，两边垂直的左定位板1和 右定位板3有机玻璃板长33cm，宽25cm)的透明有机玻璃板上N形的凹槽内，三块有机玻璃 板组合而成一个U字型的结构，在每一面的有机玻璃板上都刻画有坐标刻度网格，整个框 架长34cm，宽30cm，高27cm，框架内宽25cm，高25cm。 图5是新设计的PET/CT扫描头部外基准框架的左视图，框架三面1 、2、3的有机玻 璃板中的N形塑料标记杆由两部分组成，一部分为镶嵌在有机玻璃板内的N形塑料圆形空 心小管4， 一部分为有机玻璃板外N形标记管两端的长度均为5cm的开口塑料小管9和管塞 5组成，它和有机玻璃定位板板面垂直。最下面是连接板8和上板7，用于固定U字型扫描 定位框，两者用固定旋钮6连接。 图6为新设计的PET/CT扫描头部外基准框架的立体结构图。 使用方法 1)病灶定位在模拟定位机下初步确定肿瘤位置，在病人头颈部相应位置勾画标
记。将真空垫定位床放置在CT扫描床，调节水平和左右位置并固定。将头枕及面膜固定板
安装在定位床上部，再将真空垫放入。病人双手侧放躺入真空垫。面膜软化后行面膜固定。
特别要注意下颚和鼻部成型，其部位轮廓分明是保证分次照射重复定位准确的关键环节。
由于颈部活动度较大，有时需要加强面膜固定强度，可采取多层面膜固定。病人肩部以下用
真空垫抽真空固定，并注意保证病人足够舒适以减少身体的活动。 2)CT扫描 首先进行CT扫描给塑料标记管灌注硫酸铜溶液时，先打开垂直小管的一端，进 行空气排空，然后进行灌注，进而封闭另一端的垂直小管，分别对三面的空心标记管分别进 行硫酸铜溶液的灌注，完成三面有机玻璃板中的N形软塑料标记杆中的硫酸铜溶液灌注。 将头颈部定位框安装在面膜固定板上，在病人面膜和固定板之间、真空垫和定位 床之间做好足够标记以便更准确的重复定位后，即可进行CT扫描定位。注意要在CT图像中得到在病灶和头部之外有清晰的9个定位小圆点。 3)PET扫描 然后病人将头框取下，移至PET扫描中心，进行PET扫描给塑料标记管灌注显影 剂时，先打开垂直小管的一端，进行空气排空，然后进行灌注，进而封闭另一端的垂直小管， 分别对三面的空心标记管分别进行显影剂的灌注，完成三面有机玻璃板中的N形软塑料标 记杆中的PET显影剂灌注。 将头颈部定位框再次安装在面膜固定板上，并依据在病人面膜和固定板之间、真 空垫和定位床之间的标记进行准确的重复定位后，即可进行PET扫描定位。注意要在PET 图像中得到在病灶和头部之外有清晰的9个定位小圆点。 4)对PET图像和CT图像进行配准后，进行两者图像的融合。 利用CT图像中的9个定位小圆点和PET图像中得到的9个定位小圆点圆心的准确 配准，能迅速找到扫描的同层位置，可有效解决异机CT/PET扫描中体位不同造成的误差。
权利要求一种用于异机PET/CT图像融合的头颈部定位框架，包括N型定位框、前环、后环、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)内镶嵌有灌注试剂的N形塑料圆形空心小管(4)，空心小管(4)两端向外伸出带管塞(5)的开口塑料小管(9)；在左、上、右定位板(1)、(2)、(3)上刻画网格和刻度。
2. 根据权利要求1所述的用于异机PET/CT图像融合的头颈部定位框架，其特征是开口塑料小管(9)和定位板板面垂直。
专利摘要本实用新型提供了一种用于异机PET/CT图像融合的头颈部定位框架，结构特征是在框架三面的定位板内镶嵌有灌注试剂的N形塑料圆形空心小管，空心小管两端向外伸出带管塞的开口塑料小管；在左、上、右定位板上刻画网格和刻度。本实用新型的头颈部定位框架具有下列突出的优点和效果采用外部特征点提取方法，特征明确，易于实现融合自动化处理。系统操作简单，成本合理，有利于异机融合的推广使用。提高了头颈部肿瘤放射治疗的效果。
文档编号A61B6/04GK201524354SQ200920141229
公开日2010年7月14日 申请日期2009年8月21日 优先权日2009年8月21日
发明者周凌宏, 夏邦传, 廖福锡, 徐子海, 童蕾, 胡赟, 陈超敏 申请人:徐子海;陈超敏