[发明专利]针对使用超声的四维计算机断层摄影成像的呼吸运动补偿

说明书

一种用于使用超声数据确定针对四维计算机断层摄影的代用呼吸信号的方法包括：利用计算机断层摄影成像系统(402)采集计算机断层摄影数据；在一个或多个呼吸周期期间与采集计算机断层摄影数据同时地利用超声成像系统(404)的超声探头来采集超声数据，其中，超声探头被对齐以采集对象的膈膜的图像；将所采集的计算机断层摄影数据和所采集的超声数据同步；并且根据所采集的超声数据确定代用呼吸信号。

技术领域

以下总体涉及计算机断层摄影，并且更具体而言涉及针对使用超声的四维计算机断层摄影(4D CT)成像的呼吸运动补偿。以下也适用于其他成像模态。

背景技术

由于呼吸周期(即肺的吸入和呼出)引起的运动会在自由呼吸静态计算机断层摄影(CT)扫描期间在目标组织的几何形状上引起严重失真。自由呼吸通常意味着患者在扫描期间呼吸。也就是说，患者不需要屏住呼吸。静态是指患者支撑件被保持在相同的静态位置以进行扫描。运动引起的失真可以随机地缩短或延长感兴趣目标组织。失真还可能使感兴趣目标组织的中心脱位。图1显示了静态CT图像中感兴趣对象的几何失真。

由于这些失真，自由呼吸静态CT扫描不适合针对辐射治疗的剂量计划，特别是对于肺癌肿瘤。4D CT是一种缓解该缺点的方法。在4D CT中，患者在每个感兴趣的对象支持位置沿着他/她的长轴过采样。然后将每个CT切片与呼吸周期的呼吸阶段相关。将具有相似呼吸阶段但在不同卧榻位置采集的CT切片分箱在一起，基于沙发卧榻分类，并连接成3D图像。这样，4D CT体积是在不同呼吸阶段采集的一系列静态CT图像。

为了测量呼吸阶段，使用代用(surrogate)呼吸信号。一个代用项是经由肺活量测定来确定的。在肺活量测定中，通过呼吸通过具有封闭在管中的涡轮形风扇的装置来测量进出肺的空气流量。风扇的旋转速度决定了空气流量，并被测量为呼吸信号。另一个代用项是跟踪放置在患者胸部或腹部的反射标记物。随着患者呼吸和他们的运动而移动的反射标记物可以用作呼吸信号。另一个代用项是一个空气波纹带，其可以捕获呼吸时的腹部尺寸的变化。

遗憾的是，以上提到的方法不与患者呼吸周期的实际呼吸阶段良好地相关。结果是，4D CT体积通常包含运动伪影。图2示出了一个4D CT四个不同阶段的运动伪影的示例，其中，目标在每幅图像的不同位置被描绘。图3示出了具有示例运动伪影302的患者的肺部、胸部和肩部的4D CT图像。鉴于至少以上情况，存在对用于确定与患者的呼吸周期的实际呼吸阶段良好相关的运动信号的另一种方法的未解决的需求。

发明内容

本申请的各方面解决了上面提及的问题和其它问题。

根据一个方面，一种用于使用超声数据确定针对四维计算机断层摄影的代用呼吸信号的方法包括：利用计算机断层摄影成像系统采集计算机断层摄影数据；在一个或多个呼吸周期期间与采集所述计算机断层摄影数据同时地利用超声成像系统的超声探头来采集超声数据，其中，所述超声探头被对齐以采集对象的膈膜的图像；将所采集的计算机断层摄影数据与所采集的超声数据同步；并且根据所采集的超声数据来确定代用呼吸信号。

在另一方面中，一种系统包括计算机断层摄影成像系统，超声成像系统，以及数据同步和四维计算机断层摄影体积处理器。所述计算机断层摄影成像系统和所述超声成像系统被配置为同时采集计算机断层摄影成像数据和超声成像数据。所述数据同步和四维计算机断层摄影体积处理器被配置为对所述超声成像数据进行变换并且确定表示被扫描的患者的实际呼吸周期的代用呼吸周期信号。所述数据同步和四维计算机断层摄影体积处理器被配置为使用所述代用呼吸周期信号来对所述计算机断层摄影成像数据进行变换以构建四维计算机断层摄影数据。