超声与c或mri图像融合定位标记物的研究

超声与c或mri图像融合定位标记物的研究

高强度聚焦超声（改良后的超级sond，hif）逐渐成为治疗正常和恶性肿瘤的有效手段之一。图像融合技术是上个世纪90年代发展起来的一种新兴的医学图像后处理技术,它将来自不同时间和设备的图像在空间上配对合并,充分利用多模式图像,获得互补信息,使临床诊断和治疗更加准确完善。图像融合的前提是图像配准,参考放疗、外科等立体定向技术,配准方法中基于相关标记点的配准是对正两幅图像最基本最直观的方法。故本研究将探索一种应用于HIFU治疗中的超声与CT或MRI图像融合定位标记物,增加图像配准的准确性。数据和方法一、研究主题选择志愿者12人,男9例,女3例,年龄13～69岁,平均42岁;体重25～72kg,平均41.5kg。二、实验材料和设备1.造影剂和模拟材料鱼肝油酸钠、化猪油、饱和硫酸铜、50%硫酸铜、30%硫酸铜MRI造影剂(马根维显)、鱼肝油(维生素AD胶丸),金属物体为金属钛夹和回形针。2.连续多层扫描JC型聚焦超声肿瘤治疗系统(重庆海扶技术有限公司),机载超声频率2.8MHz,连续多层扫描;CT(LightSpeed16,GE公司),MRI(Signa1.5TEXCITEⅡ,GE公司)矩阵为512×512,以3.75mm层厚,快速连续螺旋扫描矩阵为205×256,以5mm层厚连续扫描。三、实验方法和步骤1.塑料圆形空心管的超声与mri检查除金属钛夹和回形针直接检查外,将其余实验材料逐一注入塑料圆形空心管(长3cm,直径5mm)中,尽量排除管中的空气,密封后行超声、CT和MRI检查,观察这些材料在3种影像学检查中的显像情况。2.外部标记形状直线形、V形和N形,其中V形及N形标记的角度分别制成30°、45°及60°。3.确定关健位的确定将外部标记物直接置于受试者检查部位体表皮肤上,根据受试者体位确定体表标记物的具体摆放位置。受试者体位分为俯卧位和右侧卧位;要求易于定位和测量长度,不易受其它影响因素(如体位的变动)干扰。4.重复性实验和材料验证①标记物在超声-CT或超声-MRI上均能显像。②图像质量:无伪影或伪影小,不影响对肿瘤的诊断和治疗。③重复性实验:仅对同时符合上述两个要求的材料进行检验;将筛选出的标记物进行超声、MRI或CT多次检查,均能够显像者。④有效期实验:仅对通过重复性实验的材料进行检验;将筛选出的标记物分别于当天,第10,20,30,40天进行超声、CT或MRI检查,观察其有效期。⑤经济简便:医院常用材料,成本低,制作简便易行。超声、ct检查中二、三应影响的检查,有以下几种一、各种材料的显像情况1.超声检查:塑料圆形空心管呈两条清晰线状高回声,管内物质呈低回声,无伪影及后方声影;金属物质的横切面为点状高回声,无伪影。2.MRI检查:鱼肝油酸钠、饱和硫酸铜、化猪油在T1WI和T2WI上均不能显影;马根维显、金属钛夹在T1WI和T2WI上均为高信号,但是伪影较大,影响图像质量;50%硫酸铜、30%硫酸铜和鱼肝油在T1WI和T2WI上均为高信号,且无伪影。3.CT检查:金属物质在CT上的显像为高密度影,无伪影;未进行其他物质的CT检查。二、各种材料的重复性与有效期在超声和CT的检查中,所有材料均能够重复使用,成像稳定。在MRI检查中,50%硫酸铜在连续的5次MRI检查中,T1WI和T2WI上均显像3次,未显影的2次,1次为T1WI未显影,1次为T2WI未显影;30%硫酸铜在连续2次MRI检查中,1次为T1WI和T2WI上均显影,1次为T2WI未显影;鱼肝油在连续的5次MRI检查中,在T1WI和T2WI上均显影。在超声和CT的检查中,塑料圆形空心管及金属物质性质稳定,有效期无限制。在MRI检查中,鱼肝油在检查当天、第10,20,30天时均可以显影,在第40天检查时不能显影。三、外部标记物的形状和摆放位置外部标记物的形状:①直线形:在横切面上为1个点;②V形:中间部分在横切面上为2个点,其中30°两点在同一层面显像的横切面最多,45°次之,60°最少;③N形:中间部分在横切面上为3个点。外部标记物的摆放位置:受试者取俯卧位时,V形标记物尖端向下,一边贴于前正中线平胸骨体下端1cm处,中轴与前正中线重合;受试者取右侧卧位时,V形标记物尖端向下,一边贴于右腋中线第7,8肋间。二、V形标记物(图1):1.V形标记物在机载超声中的图像(图2):显示为高回声的两个点。2.V形标记物在MRI中的图像(图3):T1WI+FS和T2WI均显示为高信号的两个点。3.V形标记物在超声-CT中的显像情况(图4):在超声图像中显示为高回声的两个点,在CT图像中显示为高密度影的两个点。标记物的投放和固定外部标记物的配准原理是利用相对固定在受试者身体上的人工标记物,把不同模态的影像进行间接配准。所以,标记物的设计和固定对图像融合的质量有重要的作用。在识别并定位二维图像上的两个标记点之后,就可实现二维图像的配准。如果增加标记点的数目,定位标记点的配准平均误差将会减小;所以在实际应用中,选择的标记点一般会多于2点。由于本实验将内部点和外部点的配准结合应用,故实际标记点远远不止2点;直线形标记在横切面上仅1点,且不易定位肝脏层面;N形标记在切面上虽然有3点,但是其制作时的定形较V形困难,V形标记在横切面上有2点且能够易于定位,容易制作,故选用V形标记。在确定V形标记的角度时,目的是可以根据CT和MRI断层上的外标记点之间距离确定相对应的层面,从而将三维配准过程简化为二维配准,故选用30°、45°及60°这3个特殊的角度。但在实验中发现由于在MRI及CT检查时多用横切面图像,标记物摆放是一边垂直于横切面的,故在保证其横切面的两点在一个层面同时显影,且尽可能多层面同时显影时,45°及60°角较30°角达到要求的层面少,故选用V形标记30°夹角。在固定标记物时,需要在配准的所有图像模态中均能精确检测到标记物,并且保证在几次成像过程中标记物在体表的位置不变。基于外部特征的配准方法只能用于同一患者的不同影像模式之间的配准。虽然该方法有许多不足,但对于一些本身图像模糊,或难以提取其内部特征的图像之间的匹配,采用基于外部标记物的匹配方法将会显得简便而有效。由于标记物将应用于机载超声上显像,故应直接贴于体表皮肤上。标记物的摆放位置应是根据受试者的检查体位,在检查部位的体表投影区内不易变形,易于定位的的骨性标志附近。由于HIFU肝癌治疗体位较特殊,故特别进行二种体位的标记物摆放,肝脏的体表投影上界在右腋中线平第7肋。故在右侧卧位时,可以将标记物摆放在右腋中线第7、8肋间;在前正中线平胸骨体下端,至左锁骨中线稍内侧平第5肋间隙;在俯卧位时,可以将标记物摆放在前正中线平胸骨体下端1cm处。另外,应用外标记法进行肝脏图像配准,必须保持外标记在检查部位上的固定,及其在两种检查模式中保持相对位置不发生变化,故应准确记录在MRI或CT检查时外部标记物对应的肋骨、胸骨和皮肤标记线,并作好标记,便于在进行HIFU治疗的图像配准时标记位置不变。医学图像配准的最终目的是将互为补充的不同模态的医学图像融合在同一个坐标系中显示,以增加病灶部位的可视性。由实验结果可知,鱼肝油酸钠、化猪油、饱和硫酸铜在MRI图像上均不能显影;马根维显、金属钛夹能显影但是伪影较大,且马根维显价格昂贵;50%硫酸铜、30%硫酸铜显影效果不稳定,重复性差,故以上均淘汰。鱼肝油在超声-MRI图像上均能显影且无伪影、重复性好,在30d内检查可以显影,第40天检查不能显影。因此,鱼肝油可以作为外部标记物的充填剂应用于超声-MRI的图像融合,有效期为30d。50%硫酸铜、30%硫酸铜显影重复性差,考虑与加热密封有关;在制作鱼肝油标记物时,有少量空气气泡混入,但这些气泡没有影响显影效果;鱼肝油的有效期为2年,但是制得的标记物有效期却为1个月,考虑与加热密封加速其变质有关。金属钛夹及回形针在超声-CT中的显影,重复性及有效性均较理想;但是金属钛夹较回形针价格昂贵且多为成品,其长度不能达到在多个层面显影的要求;而回形针易于获得,且