用于腹盆部PET、CT及MR图像融合的立体定向框架

摘要

本发明公开了一种用于腹盆部PET、CT及MR图像融合的立体定向框架,包括U字型的第一、第二支架和托架，且U字型架的开口宽度可调，第一和第二支架平行，第一和第二支架之间的距离可调，托架与两支架垂直相交，一支架上设有尖头顶丝，尖头顶丝自U字型架的外侧顶向内侧；第一和第二支架之间连接有三条以上的定位棒，至少有两条定位棒相交，定位棒可拆卸，所述定位棒包括三套分别罐装有PET显像剂、CT显像剂和MR显像剂的定位棒；该定位棒为PET、CT或MR三种不同图像数据添加定位信息。本发明操作简便，可用于任意品牌、型号的PET、CT或MR机，实现了昂贵PET/CT、PET/MR机的主要功能，提升了单项设备的应用价值。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于医学影像学诊断、治疗的辅助设备，具体涉及一种腹盆部立体定 向框架。

背景技术

随着现代医学、放射学和计算机技术的不断进步，医学影像技术的发展日新月异，各 种基于不同成像原理的医学影像检查方式层出不穷。到目前为止医学影像学成像模式可分 为解剖结构成像及功能代谢成像两大类。其中，CT(电子计算机断层扫描)、MR(核磁共振) 能反映人体的解剖结构信息，可以进行三维成像。CT扫描速率快、空间分辨率高且对刚体 (骨、关节等)病灶成像清晰，但对软组织(血管、神经、前列腺、关节囊等)病灶的显像不 如MR；MR具有较高的组织结构分辨率，无辐射且可进行多序列成像，但对骨组织成像效果 较差。PET(正电子发射计算机断层显像)属于功能成像，可以反映人体组织细胞的功能变 化和活体分子水平的变化，从而能发现早期癌变、成功的鉴别肿瘤的良恶性，同时给出恶 性肿瘤的最大边界，属于功能成像，但其分辨率和信噪比较低，不能很好地满足临床诊断 要求。

PET、CT及MR有着明显的互补优势。但是，目前由于PET、CT、MRI检测是分别进行的， 因此无法做到精确定位扫描，即使得行到了同一层面的检测结果，两张分别的的影像进行 简单的重叠对比，也不可能得出相应的结论。且PET/CT机价格昂贵，CT/MR、PET/MR的同 机图像融合现阶段还未完善，临床使用范围较局限。如果能够将PET、CT及MR图像进行融 合，就可以将同层面、不同检查方法的直观图像对比，同时显示各自的影像结果，为医生 提供更科学更全面的诊断依据，制定出更合理的治疗方案。

目前，多模态图像的配准融合趋于自动化、精确化。但由于不同成像模式的图像之间 存在相当大的差异，如研究部位空间位置的变化、噪声影响不同、成像参数不同等，医学 图像配准融合依然存在大量的技术问题亟待解决，且现有的图像融合方式并不能实现任意 品牌、型号的PET、CT或MR机的图像配准融合，这些问题已经成为当前国内外医学图像分 析处理研究领域的热点。基于立体定位框架的外部特征法具有任何非侵入方法所无法比拟 的图像配准精度，且定位简单，较准确，成像后可以全自动进行配准，对位参数易于计算， 不需复杂的优化算法。此法作为一种主要的配准融合方式被广泛应用于头颈部，但目前尚 无体部(尤其是腹盆部)立体定向框架。

发明内容

本发明的目的是为了弥补现有技术的不足，提供一种用于腹盆部PET、CT及MR图像融 合的立体定向框架，通过其中定位棒的准确定位，使两种以上医学扫描图像可以精确地重 叠到相同的图像层面，实现两种以上扫描图像的融合，使现有的影像学检查发挥更大的作 用。本发明将各种单一功能的检查设备进行整合以替代PET/CT、PET/MR一体机的主要功能。

为了解决上述技术问题，本发明一种用于腹盆部PET、CT及MR图像融合的立体定向框 架，包括第一支架、第二支架和托架；所述第一支架、第二支架均分别为U字型架，所述 第一支架和第二支架的结构均分别由套筒和插接在套筒两侧的直角板构成，通过调整两侧 直角板与套筒的相对位置以确定U字型架的开口宽度；所述直角板与套筒之间用顶紧螺栓 固定，所述直角板上与套筒套接的一侧设有刻度；其中，第一支架中直角板的另一侧设有 螺纹通孔，所述螺纹通孔内设有尖头顶丝，所述尖头顶丝的旋进使尖头顶丝自U字型架的 外侧顶向内侧；所述第一支架和第二支架的套筒的轴向中心线平行，第一支架在上，第二 支架在下；所述第一支架和第二支架之间设有用于确定第一支架和第二支架两者之间距离 的直标尺，所述直标尺与所述第二支架之间用顶紧螺栓固定，所述第一支架的套筒套在所 述直标尺上、并可沿所述直标尺上下滑动，用以确定第一支架和第二支架之间的距离；所 述第一支架的套筒与直标尺之间用顶紧螺栓固定；所述托架由固定杆、直角套筒和所述直 标尺构成，所述固定杆的一端与第二支架的套筒固定，所述固定杆位于第二支架的U字型 开口内、并与所述直标尺垂直，所述固定杆的另一端与直角套筒的一侧连接，所述直角套 筒的另一侧弯折向上，所述直角套筒、固定杆和直标尺构成了一U字型的托架；所述直角 套筒上弯折向上的一端设有粘胶带；所述第一支架和第二支架之间连接有三条以上的定位 棒，其中至少有两条定位棒按照相交布置，所述定位棒与所述第一支架和第二支架之间的 连接为可拆卸连接，可拆卸连接采用弹性夹结构；所述定位棒由空心管和堵头构成，所述 定位棒包括三套分别罐装有PET显像剂、CT显像剂和MR显像剂的定位棒，同时在所述第 一支架和第二支架之间固定有一套定位棒。

进一步讲，所述弹性夹结构是：在第一支架和第二支架的外侧面上分别固定有Ω字型 的弹性夹子，所述定位棒通过第一支架和第二支架上的一对Ω字型的弹性夹子夹紧。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明立体定向框架安装操作简单，便于携带，可用于任意品牌、型号的PET、CT或 MR机，实现了PET/CT机、PET/MR机的主要功能，提升了单项设备的应用价值，且成本远 低于现有的PET/CT机、PET/MR机。使用本发明立体定向框架，能对腹盆腔内固定的解剖部 位如前列腺、宫颈、淋巴结，或相同病变区域同时显示出PET、CT和MR扫描结果。整合后 的图像比组成它的各个子图具有更优越的性能，综合整体信息大于各部分信息之和，即信 息论中1+1>2的效果。融合处理后的图像可以更加精确、直观、全面地为医生提供盆腔病 变范围、形态等解剖结构变化及代谢功能信息，提供单一影像检查难以发现或定位的疾病 诊断信息，突出各自的检测优势和特点，为科研、临床诊断和治疗提供了更有效、精确、 直观的帮助。

利用本发明立体定位框架所得到的融合图像在临床上可以用来帮助前列腺增生、前列 腺肿瘤、宫颈癌及转移性病变的鉴别；帮助判断肿瘤的良恶性，对肿瘤进行精确定位，明 确比邻关系；明确肿瘤增殖活跃地带、肿瘤细胞聚集地带和坏死地带；判断肿瘤临床分期， 提高临床诊断的效率和可靠性。更可以指导肿瘤外科治疗、内外放疗、基因治疗、伽马刀 治疗及粒子治疗等治疗计划的制定，有助于评估疗效，具有非常重要的临床应用价值。

附图说明

图1用于腹盆部PET、CT及MR图像融合的立体定向框架整体结构示意图；

图2用于腹盆部PET、CT及MR图像融合的立体定向框架的结构分解示意图；

图中：

1、3-套筒                        4-Ω字型的弹性夹子

2-直标尺                         21-刻度

22-固定杆                        5-定位棒

51-显像剂                        6、7、8、9-直角板

61、71、81、91-刻度              10-直角套筒

11-弯折向上一侧                  12、13、14、15、16、17、20-顶紧螺栓

18、19-尖头顶丝                  23-粘胶带

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述。

如图1和图2所示，本发明一种用于腹盆部PET、CT及MR图像融合的立体定向框架， 包括第一支架、第二支架和托架。

所述第一支架、第二支架均分别为U字型架，所述第一支架和第二支架的基本结构相 同，如图2所示，所述第一支架由套筒1和插接在套筒1两侧的直角板6、7构成，第二支 架由套筒3和插接在套筒两侧的直角板8、9构成。第一支架和第二支架中通过调整两侧直 角板与套筒的相对位置以确定U字型架的开口宽度；所述直角板6与套筒1之间用顶紧螺 栓13固定，所述直角板6上与套筒1套接的一侧设有刻度61；所述直角板7与套筒1之间 用顶紧螺栓14固定，所述直角板7上与套筒1套接的一侧设有刻度71；所述直角板8与套 筒3之间用顶紧螺栓15固定，所述直角板8上与套筒3套接的一侧设有刻度81；所述直角 板9与套筒3之间用顶紧螺栓16固定，所述直角板9上与套筒3套接的一侧设有刻度91。

第一支架中，两个直角板6、7的另一侧均分别设有螺纹通孔，螺纹通孔内设有尖头顶 丝18、19，所述尖头顶丝18、19的旋进使尖头顶丝18、19自U字型架的外侧顶向内侧。

如图1所示，所述第一支架的套筒1和第二支架的套筒3的轴向中心线平行，第一支 架在上，第二支架在下。所述第一支架和第二支架之间设有用于确定第一支架和第二支架 两者之间距离的直标尺2，所述直标尺2设有刻度21，所述直标尺2与所述第二支架之间 用顶紧螺栓20固定，所述第一支架的套筒1通过其上的通孔(如图2所示)套在所述直标 尺2上、并可沿所述直标尺2上下滑动，用以确定第一支架和第二支架之间的距离；所述 第一支架的套筒1与直标尺2之间用顶紧螺栓12固定。

所述托架由直标尺2、固定杆22和直角套筒10构成，所述直标尺2的长度至少为25cm， 所述固定杆22的一端与第二支架的套筒3固定，所述固定杆22位于第二支架的U字型开 口内、并与所述直标尺2垂直，所述固定杆22的另一端与直角套筒10的一侧连接，所述 固定杆22与直角套筒10的连接为套接，并采用顶紧螺栓17固定；所述直角套筒10的另 一侧弯折向上，所述直角套筒10、固定杆22和直标尺2构成了一U字型的托架；所述直角 套筒10上弯折向上的一端11设有粘胶带23。

所述第一支架和第二支架之间连接有三条以上的定位棒5，其中至少有两条定位棒按照 相交布置，将多条定位棒相对错开布置，有利于为后续图像融合中图层的叠加提供准确的 定位基准，因为，在图像处理中，三点可确定一个平面，通过倾斜排列的至少三条定位棒， 如选择四条定位棒，可以提供四个点以确定一个平面，使得PET或CT或MR所得图像中的 每层图像均拥有各自对应的四个点，以一种影像检查方法所得图像上某一层面为基础，根 据其上的四个基准点，在另外两种或一种检查方法的重建图像上找其对应的层面，并将二 者进行融合，以实现精确到点对点的图像融合。另外，可通过调节定位棒的长度以覆盖全 腹及盆部。

所述定位棒5与所述第一支架和第二支架之间的连接为可拆卸连接，可拆卸连接采用 弹性夹结构；所述弹性夹结构是：在第一支架和第二支架的外侧面上分别固定有Ω字型的 弹性夹子4，所述定位棒5通过第一支架和第二支架上的一对Ω字型的弹性夹子4夹紧。

所述定位棒5由空心管和堵头构成，所述定位棒5包括三套分别罐装有不同显像剂51 的定位棒，显像剂51包括PET显像剂、CT显像剂和MR显像剂，根据进行不同的扫描， 同时在所述第一支架和第二支架之间固定有一套定位棒。

本发明中各构件材料的选择原则是：只要是可同时应用于PET、CT、MR成像且不影 响成像效果的材料均可。

本发明用于腹盆部PET、CT及MR图像融合的立体定向框架的使用过程如下：

步骤一、将未安装有定位棒的立体定向框架固定于患者的双侧髂骨及骶、尾骨，即： 通过盆部3个固定部位双侧髂骨及骶尾骨将该立体定向框架固定于体外，并保持其整体的 稳定性。具体包括：

1-1初步组装：

将第二支架中的套筒3与两侧的直角板8、9套接后调整好位置后分别预紧顶紧螺栓15、 16；将直标尺2插入到套筒3中并用顶紧螺栓20固定；

将第一支架中的套筒1与两侧的直角板6、7套接后调整好位置后分别用预紧顶紧螺栓 13、14；第一支架的套筒1通过一通孔套在直标尺2上，调整好位置后预紧顶紧螺栓12；

将托架中的直角套筒10套在与第二支架固定连接的固定杆22上并预紧顶紧螺栓17；

将第一支架和第二支架安装于患者腹盆部，托架绕过患者的两腿之间；

1-2调整位置后固定：

旋进第一支架两侧的尖头顶丝18、19，与此同时，调整第一支架中套筒1与两侧的直 角板6、7的相对位置，当尖头顶丝18、19顶住患者的双侧髂骨时，拧紧用于固定套筒1 与两侧直角板的顶紧螺栓13、14；

记录第一支架中套筒1两侧直角板上的刻度61、71，并据此将第二支架中套筒3两侧 直角板8、9的刻度调整为一致，拧紧用于固定第二支架上套筒3两侧直角板8、9的顶紧 螺栓15、16；根据患者体型大小调节托架中直角套筒10的套入深度，拧紧顶紧螺栓17进 行固定，再将直角套筒10端部上的粘胶带23贴于患者背部加以固定。

由于构成本发明立体定向框架的第一支架、第二支架和托架的U字型开口的宽度是可 调的，可以满足不同体型人的要求。

步骤二、通过以下方法获取患者的腹盆部MR扫描图像、PET扫描图像和CT扫描图像 中的两种以上扫描图像，且无前后顺序：

2‐A、获得MR扫描图像：

患者仰卧于MR检查床上，将罐装有顺磁性对比剂的多个定位棒分别通过弹性夹结构 连接在第一支架和第二支架之间；对兴趣区进行三维MR扫描，记录扫描图像信息数据；

2‐B、获得PET扫描图像：

患者仰卧于PET检查床上，将罐装含有PET示踪剂的多个定位棒分别通过弹性夹结构 连接在第一支架和第二支架之间；进行PET扫描，并记录扫描图像信息数据；

2-C、获得CT扫描图像：

患者仰卧于CT检查床，将罐装有碘剂高密度造影剂的多个定位棒分别通过弹性夹结构 连接在第一支架和第二支架之间；进行CT扫描，并记录扫描图像信息数据；

步骤三、按外部特征提取法从步骤二获得的每幅扫描图像信息数据中提取定位棒所提 供的标记点，以该标记点作为图像融合的基准点；通过Photoshop计算机软件进行图像整合、 重构处理，如果有条件实现三维PET扫描时，在图像融合过程中，可以任选PET、CT或 MR扫描图像重建出所需角度的图像，并以此图像中的基准点为标准，重建另外一种或两种 扫描图像，把相同层面的PET、CT或MR重建图像进行两两融合或三者同时融合；当仅可 行二维PET扫描时，在图像融合过程中，则以PET标准轴位上的基准点为标准，重建CT 和/或MR检查图，最后将相同层面的PET扫描图像信息融合在CT和/或MR重建图像上， 从而实现在同一幅图像中显示上述两种以上的扫描图像信息。

下面通过一个案例以印证本发明立体定位框架在图像融合中起着至关重要的作用。

某患者3年前原诊为“良性前列腺增生”，药物治疗2年余。近日查体发现血清PSA升 高(PSA＝18.6ug/ml)，余无明显不适。

查体：DRE检查前列腺Ⅱ度增大，中央沟变浅，未扪及明显结节。全身检查未见明显异 常。

在患者腹盆部安装便携式立体定位框架后分别行PET和MR影像检查：

MR平扫显示前列腺中央带及移行带体积增大，信号欠均匀，呈混杂信号；外周带变薄， 高信号区内显示清晰，未见明显低信号影。MR诊断为：“前列腺增生，若PSA持续升高建议 进一步检查”。

PET扫描轴位像显示，前列腺内可见不规则结节样异常放射性浓聚影，浓聚影位于前列 腺右下部，浓聚程度早期显像最高SUV值为9.6，延迟显像时放射性浓聚程度下降，最高 SUV值为6.7。PET诊断为：“前列腺内异常葡萄糖代谢增强灶，恶性病变可能；前列腺增生”。

将PET横轴位图像与MR重建扫描获得的图像信息输入电脑，以定位棒为标记点按外部 特征提取法运用Photoshop软件，将PET影像精确融合于三维MR重建轴位影像上，PET-MR 融合后图像显示：原PET图像上显示的前列腺内异常浓聚影区位于前列腺中央区右下象限4 点处，结节完全位于中央区内，边缘与前列腺外周带分界清晰，大小约1.1×2.3cm，盆腔 内无淋巴结转移，所示诸骨未见异常。PET-MR诊断：“中央区前列腺癌；前列腺增生”。

患者于1月后行“前列腺癌根治术”，术后沿中央层面横断剖开标本观察显示，黄色病 变区位于前列腺体部偏右后方近尿道部，病理证实：前列腺癌。

PET-MR融合图像可明确病变位置及性质，指导临床治疗计划的制定。同时，融合后的 图像可在早期发现淋巴结转移，对评估前列腺癌的转移及分期具有重要价值。

尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式， 上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明 的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保 护之内。