超聲與c或mri圖像融合定位標記物的研究

超聲與c或mri圖像融合定位標記物的研究

高強度聚焦超聲（改良后的超級sond，hif）逐漸成為治療正常和惡性腫瘤的有效手段之一。圖像融合技術(shù)是上個世紀90年代發(fā)展起來的一種新興的醫(yī)學(xué)圖像后處理技術(shù),它將來自不同時間和設(shè)備的圖像在空間上配對合并,充分利用多模式圖像,獲得互補信息,使臨床診斷和治療更加準確完善。圖像融合的前提是圖像配準,參考放療、外科等立體定向技術(shù),配準方法中基于相關(guān)標記點的配準是對正兩幅圖像最基本最直觀的方法。故本研究將探索一種應(yīng)用于HIFU治療中的超聲與CT或MRI圖像融合定位標記物,增加圖像配準的準確性。數(shù)據(jù)和方法一、研究主題選擇志愿者12人,男9例,女3例,年齡13～69歲,平均42歲;體重25～72kg,平均41.5kg。二、實驗材料和設(shè)備1.造影劑和模擬材料魚肝油酸鈉、化豬油、飽和硫酸銅、50%硫酸銅、30%硫酸銅MRI造影劑(馬根維顯)、魚肝油(維生素AD膠丸),金屬物體為金屬鈦夾和回形針。2.連續(xù)多層掃描JC型聚焦超聲腫瘤治療系統(tǒng)(重慶海扶技術(shù)有限公司),機載超聲頻率2.8MHz,連續(xù)多層掃描;CT(LightSpeed16,GE公司),MRI(Signa1.5TEXCITEⅡ,GE公司)矩陣為512×512,以3.75mm層厚,快速連續(xù)螺旋掃描矩陣為205×256,以5mm層厚連續(xù)掃描。三、實驗方法和步驟1.塑料圓形空心管的超聲與mri檢查除金屬鈦夾和回形針直接檢查外,將其余實驗材料逐一注入塑料圓形空心管(長3cm,直徑5mm)中,盡量排除管中的空氣,密封后行超聲、CT和MRI檢查,觀察這些材料在3種影像學(xué)檢查中的顯像情況。2.外部標記形狀直線形、V形和N形,其中V形及N形標記的角度分別制成30°、45°及60°。3.確定關(guān)健位的確定將外部標記物直接置于受試者檢查部位體表皮膚上,根據(jù)受試者體位確定體表標記物的具體擺放位置。受試者體位分為俯臥位和右側(cè)臥位;要求易于定位和測量長度,不易受其它影響因素(如體位的變動)干擾。4.重復(fù)性實驗和材料驗證①標記物在超聲-CT或超聲-MRI上均能顯像。②圖像質(zhì)量:無偽影或偽影小,不影響對腫瘤的診斷和治療。③重復(fù)性實驗:僅對同時符合上述兩個要求的材料進行檢驗;將篩選出的標記物進行超聲、MRI或CT多次檢查,均能夠顯像者。④有效期實驗:僅對通過重復(fù)性實驗的材料進行檢驗;將篩選出的標記物分別于當天,第10,20,30,40天進行超聲、CT或MRI檢查,觀察其有效期。⑤經(jīng)濟簡便:醫(yī)院常用材料,成本低,制作簡便易行。超聲、ct檢查中二、三應(yīng)影響的檢查,有以下幾種一、各種材料的顯像情況1.超聲檢查:塑料圓形空心管呈兩條清晰線狀高回聲,管內(nèi)物質(zhì)呈低回聲,無偽影及后方聲影;金屬物質(zhì)的橫切面為點狀高回聲,無偽影。2.MRI檢查:魚肝油酸鈉、飽和硫酸銅、化豬油在T1WI和T2WI上均不能顯影;馬根維顯、金屬鈦夾在T1WI和T2WI上均為高信號,但是偽影較大,影響圖像質(zhì)量;50%硫酸銅、30%硫酸銅和魚肝油在T1WI和T2WI上均為高信號,且無偽影。3.CT檢查:金屬物質(zhì)在CT上的顯像為高密度影,無偽影;未進行其他物質(zhì)的CT檢查。二、各種材料的重復(fù)性與有效期在超聲和CT的檢查中,所有材料均能夠重復(fù)使用,成像穩(wěn)定。在MRI檢查中,50%硫酸銅在連續(xù)的5次MRI檢查中,T1WI和T2WI上均顯像3次,未顯影的2次,1次為T1WI未顯影,1次為T2WI未顯影;30%硫酸銅在連續(xù)2次MRI檢查中,1次為T1WI和T2WI上均顯影,1次為T2WI未顯影;魚肝油在連續(xù)的5次MRI檢查中,在T1WI和T2WI上均顯影。在超聲和CT的檢查中,塑料圓形空心管及金屬物質(zhì)性質(zhì)穩(wěn)定,有效期無限制。在MRI檢查中,魚肝油在檢查當天、第10,20,30天時均可以顯影,在第40天檢查時不能顯影。三、外部標記物的形狀和擺放位置外部標記物的形狀:①直線形:在橫切面上為1個點;②V形:中間部分在橫切面上為2個點,其中30°兩點在同一層面顯像的橫切面最多,45°次之,60°最少;③N形:中間部分在橫切面上為3個點。外部標記物的擺放位置:受試者取俯臥位時,V形標記物尖端向下,一邊貼于前正中線平胸骨體下端1cm處,中軸與前正中線重合;受試者取右側(cè)臥位時,V形標記物尖端向下,一邊貼于右腋中線第7,8肋間。二、V形標記物(圖1):1.V形標記物在機載超聲中的圖像(圖2):顯示為高回聲的兩個點。2.V形標記物在MRI中的圖像(圖3):T1WI+FS和T2WI均顯示為高信號的兩個點。3.V形標記物在超聲-CT中的顯像情況(圖4):在超聲圖像中顯示為高回聲的兩個點,在CT圖像中顯示為高密度影的兩個點。標記物的投放和固定外部標記物的配準原理是利用相對固定在受試者身體上的人工標記物,把不同模態(tài)的影像進行間接配準。所以,標記物的設(shè)計和固定對圖像融合的質(zhì)量有重要的作用。在識別并定位二維圖像上的兩個標記點之后,就可實現(xiàn)二維圖像的配準。如果增加標記點的數(shù)目,定位標記點的配準平均誤差將會減小;所以在實際應(yīng)用中,選擇的標記點一般會多于2點。由于本實驗將內(nèi)部點和外部點的配準結(jié)合應(yīng)用,故實際標記點遠遠不止2點;直線形標記在橫切面上僅1點,且不易定位肝臟層面;N形標記在切面上雖然有3點,但是其制作時的定形較V形困難,V形標記在橫切面上有2點且能夠易于定位,容易制作,故選用V形標記。在確定V形標記的角度時,目的是可以根據(jù)CT和MRI斷層上的外標記點之間距離確定相對應(yīng)的層面,從而將三維配準過程簡化為二維配準,故選用30°、45°及60°這3個特殊的角度。但在實驗中發(fā)現(xiàn)由于在MRI及CT檢查時多用橫切面圖像,標記物擺放是一邊垂直于橫切面的,故在保證其橫切面的兩點在一個層面同時顯影,且盡可能多層面同時顯影時,45°及60°角較30°角達到要求的層面少,故選用V形標記30°夾角。在固定標記物時,需要在配準的所有圖像模態(tài)中均能精確檢測到標記物,并且保證在幾次成像過程中標記物在體表的位置不變?；谕獠刻卣鞯呐錅史椒ㄖ荒苡糜谕换颊叩牟煌跋衲Ｊ街g的配準。雖然該方法有許多不足,但對于一些本身圖像模糊,或難以提取其內(nèi)部特征的圖像之間的匹配,采用基于外部標記物的匹配方法將會顯得簡便而有效。由于標記物將應(yīng)用于機載超聲上顯像,故應(yīng)直接貼于體表皮膚上。標記物的擺放位置應(yīng)是根據(jù)受試者的檢查體位,在檢查部位的體表投影區(qū)內(nèi)不易變形,易于定位的的骨性標志附近。由于HIFU肝癌治療體位較特殊,故特別進行二種體位的標記物擺放,肝臟的體表投影上界在右腋中線平第7肋。故在右側(cè)臥位時,可以將標記物擺放在右腋中線第7、8肋間;在前正中線平胸骨體下端,至左鎖骨中線稍內(nèi)側(cè)平第5肋間隙;在俯臥位時,可以將標記物擺放在前正中線平胸骨體下端1cm處。另外,應(yīng)用外標記法進行肝臟圖像配準,必須保持外標記在檢查部位上的固定,及其在兩種檢查模式中保持相對位置不發(fā)生變化,故應(yīng)準確記錄在MRI或CT檢查時外部標記物對應(yīng)的肋骨、胸骨和皮膚標記線,并作好標記,便于在進行HIFU治療的圖像配準時標記位置不變。醫(yī)學(xué)圖像配準的最終目的是將互為補充的不同模態(tài)的醫(yī)學(xué)圖像融合在同一個坐標系中顯示,以增加病灶部位的可視性。由實驗結(jié)果可知,魚肝油酸鈉、化豬油、飽和硫酸銅在MRI圖像上均不能顯影;馬根維顯、金屬鈦夾能顯影但是偽影較大,且馬根維顯價格昂貴;50%硫酸銅、30%硫酸銅顯影效果不穩(wěn)定,重復(fù)性差,故以上均淘汰。魚肝油在超聲-MRI圖像上均能顯影且無偽影、重復(fù)性好,在30d內(nèi)檢查可以顯影,第40天檢查不能顯影。因此,魚肝油可以作為外部標記物的充填劑應(yīng)用于超聲-MRI的圖像融合,有效期為30d。50%硫酸銅、30%硫酸銅顯影重復(fù)性差,考慮與加熱密封有關(guān);在制作魚肝油標記物時,有少量空氣氣泡混入,但這些氣泡沒有影響顯影效果;魚肝油的有效期為2年,但是制得的標記物有效期卻為1個月,考慮與加熱密封加速其變質(zhì)有關(guān)。金屬鈦夾及回形針在超聲-CT中的顯影,重復(fù)性及有效性均較理想;但是金屬鈦夾較回形針價格昂貴且多為成品,其長度不能達到在多個層面顯影的要求;而回形針易于獲得,且