[发明专利]基于多模式增敏成像融合的早期肿瘤定位跟踪方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种医学图像处理技术领域的方法，具体涉及一种基于多模式增敏成像融合的早期肿瘤定位跟踪方法。

背景技术

图像导向微创介入治疗，是现代生物医学工程、生物物理、生物化学、现代信息处理、微电子技术、分子医学及临床医学等交叉学科发展的产物，代表了临床疾病治疗技术的必然发展方向。图像导向治疗根本目的是用术前或术中医学图像指导目标病灶的靶向治疗，帮助医生在治疗过程中了解目标病灶及其周围组织的形状结构及相互关系。对肿瘤病灶的精确跟踪定位是图像导向治疗的核心问题，当前国际上图像导向治疗研究的发展趋势就是努力提高目标病灶的靶向定位跟踪精度，这也是衡量一个图像导向治疗系统性能优劣的根本指标。现阶段临床早期肿瘤的介入治疗对早期肿瘤的定位及靶向动态跟踪精度还很不足。由于受呼吸、术中软组织形变、体位改变等因素影响，术中肿瘤的位置会动态改变，因此治疗中需要实时精确定位及动态跟踪早期肿瘤及周围组织结构的位置变化。而提高早期肿瘤的靶向跟踪精度，需要解决术中和术前增敏多模式医学图像的配准及形变补偿问题。

在图像导向治疗系统中，国内外还没有报道使用多模式增敏成像融合的早期肿瘤定位跟踪方法，使其应用于图像导向治疗中，利用术前术中靶向成像增敏剂的作用，增强术前医学成像和术中超声成像对肿瘤等病灶的成像效果；再引入基于联合显著区域的非刚性形变配准融合，完成早期肿瘤干预过程中的靶向精确定位和跟踪。

经对现有技术文献的检索发现，美国专利公开号：US2001/0007919 A1，公开日：Jul.12，2001，专利名称：“Method and Apparatus for Volumetric ImageNavigation”。该专利强调了利用术前核磁共振、CT图像和术中被跟踪的内窥镜、超声图像进行配准，并结合图像分割和三维模型重建技术，用于手术导航。但该专利没有提到利用多种模式造影剂对肿瘤目标病灶进行术前和术中成像靶向增敏，在对肿瘤目标病灶的治疗过程中，也没有考虑基于肿瘤目标病灶感兴趣显著区域，对多模式图像进行非刚性配准，以准确实时地对肿瘤靶向区域的治疗改变进行动态跟踪。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于多模式增敏成像融合的早期肿瘤定位跟踪方法，使其应用于图像导向治疗中，利用术前术中成像增敏剂的作用，增强术前医学成像和术中超声成像对肿瘤等病灶的成像效果；再引入术前和术中增敏图像基于联合显著区域的形变配准融合方法，进而对肿瘤目标病灶感兴趣区域进行精确跟踪定位。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤：

第一步，获得术前增敏图像

通过术前成像增敏剂与肿瘤的靶向结合，利用核磁共振医学成像手段，获得对目标病灶区域及周围组织结构进行成像增敏的术前核磁共振医学图像。选定该图像为配准的浮动图像；

第二步，获得术中增敏图像

术中增敏图像的获得是通过超声成像仪实现的。通过术中超声成像增敏剂与肿瘤的靶向结合，配合术中可控频率超声场对超声成像增敏剂的激发作用，获得能有效增敏目标病灶成像效果的术中三维超声图像；选定该图像为参考图像，用于实时跟踪术中目标病灶的改变；

第三步，在图像导向治疗时，利用全局刚性变换和肿瘤目标病灶四周局部非刚性变换组合作为形变配准的几何变换模型，对术前和术中增敏图像进行基于联合显著区域的形变配准，而后对术前和术中图像进行融合，重建出肿瘤病灶区域的三维可视化模型，对术中肿瘤目标病灶进行精确治疗定位；

第四步，利用上述基于联合显著区域的形变配准方法，结合术中超声成像的运动分析手段，完成对术前核磁共振图像的运动形变补偿，实时更新术中超声成像和术前核磁共振图像的配准关系，实时显示三维超声成像和术前医学图像在肿瘤病灶及周围组织结构四周的成像融合效果，进而自动完成肿瘤目标病灶的靶向跟踪。

所述的术前成像增敏剂，是指根据所采用的术前成像方法，选用对肿瘤目标病灶进行成像增敏的不同模式造影剂。选用核磁共振成像，可以采用磁性物质组成的、能对肿瘤目标病灶进行成像增敏的核磁共振成像造影剂。

所述的术中超声成像增敏剂，是指微胶囊造影剂，包括蛋白质空气微胶囊超声造影剂、氟碳气体微胶囊超声造影剂、可生物降解高分子微胶囊超声造影剂；微泡超声造影剂；包膜超声造影剂等。该成像增敏剂都能与肿瘤病灶精确主动或被动靶向结合，并且能有效提高超声成像效果。