一种基于投影图像的CT扫描实时运动监测方法技术

本发明专利技术涉及医学影像处理技术领域，公开了一种基于投影图像的CT实时监测方法，包括步骤如下：设定互信息经验阈值，实时获取患者CT扫描投影图像的互信息值，将当前帧的互信息值M和互信息经验阈值P进行对比，如M＜P，终止扫描；本发明专利技术通过对数据采集中患者的投影图像进行实时处理，采用实测互信息值与经验阈值对比，能够迅速灵敏地发现患者较大幅度的运动，实时判断该运动对图片质量影响，及时终止扫描；克服了现有重建技术存在操作复杂性和效果未知性的问题，从而最大限度的避免了不必要的辐射剂量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种医学影像处理
，本专利技术采用实测互信息值与经验阈值对 比，能够对患者运动对图像质量影响进行及时准确判断，从而最大限度避免了不必要的辐 射剂量的一种基于投影图像的CT实时监测方法。
技术介绍
计算机断层成像（CT)是一种重要的无损检测技术，能利用多个投影视角下的X射 线投影数据得到物体的内部和外部结构特征的二维或三维图像。它以无损、高精度、三维可 视等优点，已经广泛应用于临床医学影像诊断。 计算机X射线断层扫描的数学模型依赖于被扫描物体是静止的这一固有假设。在 CT扫描过程中，要求数据采集时，患者是绝对静止不动的，但事实上患者在扫描中都会发生 自主或非自主的运动从而破坏了投影数据的一致性和完整性，一旦数据采集过程中发生运 动，将会导致最终的CT图像上出现严重的伪影，甚至影响医生诊断。这一问题在数据采集 时间较长的锥束CT中更容易发生。通常由于操作人员和扫描患者不在同一房间，很难及时 发现扫描过程中的运动，往往根据重建图像的伪影来判断患者是否运动，一旦运动伪影造 成图像难以诊断，便会对患者重新扫描，这将导致患者受到的X射线辐射剂量增加。在CT扫 描过程中，过高的射线剂量对人体存在潜在的危险，容易造成辐射损伤、诱发恶性肿瘤等。 为了减轻X射线辐射给患者带来的危害性，减少病患者受辐射剂量已成为医学CT成像领域 研究的关键技术之一。 近年来，减轻患者受辐射剂量，为了抑制运动伪影，需要在图像重建过程中进行 校正。伊利克塔股份有限公司在其申请的专利"CT扫描中伪运动的减少"（专利申请号 20078005315. 9,公开号CN101842807A)中公开了一种丢弃包含运动结构的图像以获得投影 图像的一致子集。该方法通过自动监测标示出需要丢弃的有角区域，该方法可以处理偶发 性运动情况下的运动伪影校正。该方法存在的不足之处在于，这种处理方法只能抑制小幅 度运动引起的运动伪影，由于丢弃了包含运动结构的图像，从而致使图像处理过程复杂。 罗海在"CT图像重建及运动伪影校正方法研究算，中国科学技术大学，博士论文， 2011"中提出了一种基于有限差分变换的POCS-TVM重建方法，从而实现了从不完备投影数 据中重建出较高质量的图像。主要方法是将压缩传感理论应用于CT图像重建中。该方法 存在的不足是，计算工作量较大，不同重建模型获得的图像结果差异较大。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服现有重建技术的操作复杂和效果未知的不足，提供一种能够 对患者运动对图像质量影响进行及时准确判断、从而最大限度避免了不必要的辐射剂量的 基于投影图像的CT实时监测方法。 为了实现上述目的，本专利技术的具体步骤如下： 一种基于投影图像的CT实时监测方法，它是由如下步骤实现的： 步骤一、根据临床数据设定互信息经验阈值： 步骤二、在CT扫描过程中，使用照射台对固定在电控旋转台上的患者进行水平投影断 层扫描； 步骤三、使用探测仪实时采集患者的投影数据； 步骤四、选取当前帧的投影数据It，并计算当前帧的基准投影数据，其计算公式为： Itn=(Iti+It+i)/2 其中，It i为当前帧的前一帧的投影数据，11+1为当前帧的后一帧的投影数据，t为整数 且t > 1 ; 步骤五、计算当前帧的互信息值M，其计算公式为： M(I11In) =H (It)+H(Itn)- H(ItlItn) 其中，H(It)和H(Itni)分别是当前帧投影及其基准投影的图像信息熵，H(It，IJ为体模 当前投影与均值投影的联合信息熵，t为整数且t > 1 ; 步骤六、将当前帧的互信息值M和互信息经验阈值P进行对比：如M > P，扫描过程继 续，重复步骤二；如M < P，向医务人员发出报警信号并提请终止扫描。 优选的，所述的步骤一互信息经验阈值的设定过程如下： 1) 在CT扫描过程中，使用照射台对固定在电控旋转台上的临床实验者进行水平投影 断层扫描； 2) 使用探测仪采集临床实验者的投影数据； 3) 判断CT扫描过程中，临床实验者是否发生自主或非自主的运动从而破坏了投影数 据的一致性和完整性，如判断结果为是，放弃所采集的数据，如判断结果为否，利用所采集 的数据进行互信息值计算； 4) 选取待计算帧的投影数据^及其前一帧的投影数据I i i，后一帧的投影数据11+1，并 计算待计算帧的基准投影数据，其计算公式为： 1^=(1,1+1^)/2 其中，i为整数且i > 1 ; 5) 计算待计算帧的互信息值P1，其计算公式为： P1(I11In) =H (I1)+H (In)- H(I11In) 其中，H(I1)和H(Ini)分别是待计算帧投影及其基准投影的图像信息熵，H(I1J ni)为待 计算帧投影及其基准投影的联合信息熵，i为整数且i>l ; 6) 选取多个临床实验者，获得多组待计算帧的互信息值，将其中的最小值定义为互信 息经验阀值P。 优选的，所述的互信息经验阈值来源于对于同一人体的同一部位或不同人体的同 一部位的CT扫描，互信息经验阈值和步骤二中所测量的人体部位相对应。 本专利技术具有的优点和积极效果是： 第一、本专利技术的一种基于投影图像的CT实时监测方法简单快速，相对于现有重建技术 存在操作辐照且效果未知的问题，只需事前采集体模的数据并获取经验阈值，实际扫描过 程中，仅需采集数据获取实际互信息值，直接对比即可实时判断扫描的有效性，具备计算处 理量很小和可操作性强的优点；且实时监测方法只需常规测量采集数据，不需要增加额外 的运动伪影校正装置或其他硬件设备，具有成本较低易于实现等特点； 第二、本专利技术的一种基于投影图像的CT实时监测方法通过监测患者头部发生旋转、倾 斜和平移运动，验证了本专利技术的CT实时监测方法利用投影与前后帧的互信息对运动监测 灵敏度高，特别适合四肢、头部等含高密度物质替补的运动监测。 第三、本专利技术的一种基于投影图像的CT实时监测方法能在发生运动后及时终止 扫描，最大限度的避免不必要的辐射剂量，该方法能够使得患者在发生运动后受到的辐照 减少到一个投影。【附图说明】 图1为患者头部发生旋转运动时的互信息变化图； 图2为患者头部发生倾斜运动时的互信息变化图； 图3为患者头部发生平移运动时的互信息变化图。【具体实施方式】 CT扫描时，相邻两个投影的夹角很小，一般小于0.4度，最大在1度左右，因此投影 图像相似度很高。若扫描中没有发生运动，前后帧的均值和当前帧的相似度最高，互信息为 最大值，一旦发生运动，相似度降低，互信息减小。 本专利技术通过对数据采集中患者的投影图像进行实时处理，计算当前时刻投影帧与 其前后帧均值的互信息，当结果小于的设定阈值时，判定为患者发生了运动，及时终止扫 描。本专利技术能够在发生运动后及时终止扫描，最大限度避免不必要的辐射剂量，该方法能够 使得患者在发生运动后受到的辐照减少到一个投影。 下面结合附图对本专利技术作进一步的详细描述。 在对患者头部进行CT扫描实时监测的过程中，首先，需要设定互信息经验阈值， 其具体流程如下： 1) 在CT扫描过程中，使用照射台对固定在电控旋转台上的临床实验者的头部进行水 平投影断层扫描； 2) 使用探测仪采集临床实验者的投影数据； 3) 判断CT扫描过程中，临床当本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于投影图像的CT实时监测方法，其特征在于:它是由如下步骤实现的：步骤一、根据临床数据设定互信息经验阈值：步骤二、在CT扫描过程中，使用照射台对固定在电控旋转台上的患者进行水平投影断层扫描；步骤三、使用探测仪实时采集患者的投影数据；步骤四、选取当前帧的投影数据It，并计算当前帧的基准投影数据，其计算公式为：Itm=(It‑1+It+1)/2其中，It‑1为当前帧的前一帧的投影数据，It+1为当前帧的后一帧的投影数据，t为整数且t＞1；步骤五、计算当前帧的互信息值M，其计算公式为：M(Ii,Im) =H(It)+H(Itm)‑ H(It,Itm)其中，H(It)和H(Itm)分别是当前帧投影及其基准投影的图像信息熵，H(It,Itm)为体模当前投影与均值投影的联合信息熵，t为整数且t＞1；步骤六、将当前帧的互信息值M和互信息经验阈值P进行对比：如M＞P，扫描过程继续，重复步骤二；如M＜P，向医务人员发出报警信号并提请终止扫描。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张励，曹文田，李军，
申请(专利权)人：天津福斯特科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12