目标器官的剂量优化的计算机断层摄影扫描的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及目标器官的剂量优化的计算机断层摄影扫描的方法和系统。公开了用于目标器官的计算机断层摄影（CT）扫描的剂量优化的采集的方法和系统。在目标器官之前的置信范围的开始处开始定位器螺旋CT扫描。自动地分析实时定位器扫描图像以基于实时定位器扫描图像预测目标器官的开始位置。在目标器官的预测开始位置处自动地开始诊断性螺旋CT扫描。自动地分析实时诊断性扫描图像以预测将达到对目标器官的完全覆盖的目标器官的结束位置。响应于到达目标器官的预测结束位置而自动地停止诊断性螺旋CT扫描。3D形貌可以使用3D相机来采集并且被用于确定在目标器官之前的置信范围。

【技术实现步骤摘要】
目标器官的剂量优化的计算机断层摄影扫描的方法和系统
技术介绍
本专利技术涉及目标器官的计算机断层摄影（CT）扫描的规划和采集，并且更具体地，涉及剂量优化的CT肺扫描的规划和采集。计算机断层摄影（CT）是利用从不同角度拍摄的许多X射线投影图像的计算机处理组合来产生所扫描对象的特定区域的横截面图像的医学成像技术。CT可以被用于根据围绕单个旋转轴拍摄的一系列二维投影图像生成所扫描对象的内部的三维（3D）图像。CT胸部或者肺扫描可以被用于检测在肺实质方面的急性和慢性变化。例如，因为CT能够检测肺中的非常小的结节，所以CT肺扫描经常被用于在肺癌的最早的、最可治愈的阶段诊断肺癌。CT扫描将病人暴露于辐射中，该辐射可能是有害的。肺扫描目前要求在实际采集诊断性CT肺扫描之前对病人进行地形扫描（topographicscans）。这样的地形扫描被用于获得定位片（topogram），该定位片是用低剂量的辐射以低分辨率获得的、被用于规划高剂量诊断性扫描的侦察图像（scoutimage）。定位片一般是在将CT机架（gantry）停止并将X射线管固定在较高位置处的情况下获得的全身平矢状切面。通过使用定位片，使用一系列手动步骤来规划诊断性CT肺扫描的扫描范围，以尝试在随后的诊断性CT扫描中将在肺以外的组织的暴露限制于尽可能小的x射线辐射剂量。然而，用于进一步限制在CT肺扫描期间病人所暴露于的辐射剂量的技术是值得期望的。
技术实现思路
本专利技术提供一种用于剂量优化的CT肺扫描采集的方法和系统。本专利技术的实施例提供完全自动的剂量优化的CT肺扫描采集，而不需要定位片采集并且不引起与机架旋转的减速和加速相关的延迟。本专利技术的实施例利用从3D相机获得的3D图像以及实时螺旋扫描数据界标检测，以确定用于CT肺采集的扫描范围。在本专利技术的一个实施例中，定位器螺旋CT扫描在病人的目标器官之前的置信范围的开始处开始。当病人相对于CT扫描设备的机架被移动时从定位器螺旋CT扫描接收实时定位器扫描图像。实时定位器扫描图像自动地被分析，以基于实时定位器扫描图像预测目标器官的开始位置。诊断性螺旋CT扫描在目标器官的预测开始位置处自动地开始。当病人相对于CT扫描设备的机架被移动时从诊断性螺旋CT扫描接收实时诊断性扫描图像。实时诊断性扫描图像自动地被分析，以基于实时诊断性扫描图像预测将达到对目标器官的完全覆盖的目标器官的结束位置。诊断性螺旋CT扫描响应于到达目标器官的预测结束位置而自动地被停止。在本专利技术的一个实施例中，在CT扫描设备的工作台上的病人的3D形貌使用3D相机来采集，使病人模型适应于该病人的3D形貌，并且基于该病人模型自动地确定在病人的目标器官之前的置信范围的开始。本专利技术的这些和其他优点通过参考以下详细描述和附图对于本领域普通技术人员来说将是显而易见的。附图说明图1图示按照本专利技术的一个示范性实施例的用于对病人的目标器官执行剂量优化的CT采集的系统；图2图示按照本专利技术的一个实施例的用于对目标器官的CT扫描的剂量优化的采集的方法；以及图3是能够实施本专利技术的计算机的高级框图。具体实施方案本专利技术涉及用于目标器官的CT扫描的剂量优化的采集的方法和系统。在本文中描述本专利技术的实施例以给出用于扫描范围确定和CT肺扫描采集的方法的视觉理解。数字图像经常由一个或者多个对象（或者形状）的数字表示构成。在本文中，对象的数字表示经常在识别和操纵对象的方面被描述。这样的操纵是在计算机系统的存储器或者其他电路/硬件中完成的虚拟操纵。因此，应理解的是，本专利技术的实施例可以在计算机系统内使用存储在该计算机系统内的数据来执行。肺扫描目前要求在实际采集诊断性CT肺扫描之前对病人进行地形扫描。这样的地形扫描被用于获得定位片，该定位片是用低剂量的辐射以低分辨率获得的、被用于规划高剂量诊断性扫描的侦察投影图像。为了执行普通肺扫描，病人一般躺在CT扫描设备的工作台上，并且工作台被定位以对准在病人的肩部水平的定位片扫描的开始位置。机架旋转必须被减速和停止，这可能花费2分钟。一旦机架旋转已经被停止，则采集定位片图像。定位片图像一般是在将CT机架停止并将X射线管固定在较高位置处的情况下获得的投影切面。在放射科医生确定肺被定位片扫描完全地覆盖之后手动地停止定位片采集。然后对定位片图像手动地执行扫描范围规划，以设置用于诊断性CT肺扫描的扫描范围。然后加载扫描模式，并且开始机架旋转，并且执行诊断性CT肺扫描。在放射科医生确定两个肺都完全地被采集之后手动地停止诊断性CT采集。本专利技术的实施例提供完全自动的剂量优化的CT肺扫描采集，而不需要定位片采集并且不引起与机架旋转的减速和加速相关的延迟。本专利技术的实施例利用从3D相机获得的3D图像以及实时螺旋扫描数据界标检测来确定用于CT肺采集的扫描范围。本专利技术的实施例允许扫描仪执行从病人定位到图像重构的肺检查，而没有人工干预并且没有由于机架的加速和/或停止时间而造成的时间惩罚。附加地，本专利技术的实施例与CT肺采集的常规方法相比减少总辐射剂量。图1图示按照本专利技术的一个示范性实施例的用于对病人的目标器官执行剂量优化的CT采集的系统。如在图1中所示的，CT扫描仪100包括工作台102和机架104。机架包括x射线源（例如，x射线管）和直接位于x射线源对面的x射线检测器。工作台102和机架104是机动化的，并且工作台102和机架104的移动由CT扫描仪100中的处理器或者控制器控制。在螺旋CT扫描期间，病人躺在工作台102上，该工作台缓慢地移动通过机架104，同时机架104围绕工作台102上的病人旋转。在机架104围绕病人旋转时，x射线源将窄的x射线束射穿病人的身体，并且在x射线束离开病人的身体时，所述x射线束被x射线检测器拾取并且被传输到计算机。计算机从所检测到的x射线束构造病人的2D图像切片，并且工作台102在机架104中递增地移动，直到螺旋CT扫描完成为止。2D图像切片可以被用于重构3DCT体积。如在图1中所示的，在一个有利的实施例中，3D相机200可以被定位于CT扫描仪100的工作台102之上。3D相机200是提供深度信息连同诸如RGB（红、绿、蓝）数据之类的典型图像信息的相机。例如，3D相机200可以是基于结构光的相机（诸如微软Kinect或者ASUSXtion）、立体相机、或者飞行时间相机（诸如CreativeTOF相机）。从3D相机200获得的图像数据一般被称为RGBD（RGB+深度）图像，该图像包括RGB图像，在该RGB图像中每个像素具有RGB值；和深度图像，在该深度图像中每个像素的值对应于该像素距相机的深度或者距离）。在一种有利的实施方案中，3D相机200可以位于相对于CT扫描仪100的固定位置处，使得在3D相机200的坐标系和CT扫描仪100的坐标系之间的变换是已知的。例如，3D相机200可以被安装在天花板上在CT扫描仪100的工作台102之上的固定点处。计算机可以与CT扫描仪100和3D相机200两者通信，以控制由CT扫描仪100和3D相机200两者进行的图像采集。在本专利技术的一个有利的实施例中，用于采集目标器官的CT扫描的扫描规划可以如下被执行。病人躺在CT扫描仪100的工作台102上，并且3D相机200采集在工作台102上的病人的3D形貌（例如，RGBD图像）。然后，可以使本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于目标器官的计算机断层摄影（CT）扫描的剂量优化的采集的方法，包括：在病人的目标器官之前的置信范围的开始处开始定位器螺旋CT扫描；当病人相对于CT扫描设备的机架被移动时从所述定位器螺旋CT扫描接收实时定位器扫描图像；自动地分析所述实时定位器扫描图像以基于所述实时定位器扫描图像预测所述目标器官的开始位置；在所述目标器官的预测开始位置处自动地开始诊断性螺旋CT扫描；当所述病人相对于所述CT扫描设备的机架被移动时从所述诊断性螺旋CT扫描接收实时诊断性扫描图像；自动地分析所述实时诊断性扫描图像以基于所述实时诊断性扫描图像预测将达到对所述目标器官的完全覆盖的所述目标器官的结束位置；以及响应于到达所述目标器官的预测结束位置而自动地停止所述诊断性螺旋CT扫描。

【技术特征摘要】
2017.02.10 US 15/4294591.一种用于目标器官的计算机断层摄影（CT）扫描的剂量优化的采集的方法，包括：在病人的目标器官之前的置信范围的开始处开始定位器螺旋CT扫描；当病人相对于CT扫描设备的机架被移动时从所述定位器螺旋CT扫描接收实时定位器扫描图像；自动地分析所述实时定位器扫描图像以基于所述实时定位器扫描图像预测所述目标器官的开始位置；在所述目标器官的预测开始位置处自动地开始诊断性螺旋CT扫描；当所述病人相对于所述CT扫描设备的机架被移动时从所述诊断性螺旋CT扫描接收实时诊断性扫描图像；自动地分析所述实时诊断性扫描图像以基于所述实时诊断性扫描图像预测将达到对所述目标器官的完全覆盖的所述目标器官的结束位置；以及响应于到达所述目标器官的预测结束位置而自动地停止所述诊断性螺旋CT扫描。2.根据权利要求1所述的方法，其中自动地分析所述实时定位器扫描图像以基于所述实时定位器扫描图像预测所述目标器官的开始位置包括：使用一个或者多个训练过的界标检测器在所述实时定位器扫描图像中检测在所述目标器官之前的置信范围中的一个或者多个解剖界标；基于在所述实时定位器扫描图像中所检测到的在所述目标器官之前的置信范围中的一个或者多个界标，自动地估计所述目标器官的开始位置。3.根据权利要求1所述的方法，其中自动地分析所述实时诊断性扫描图像以基于所述实时诊断性扫描图像预测将达到对所述目标器官的完全覆盖的所述目标器官的结束位置包括：自动地估计在所述实时诊断性扫描图像中所述目标器官的器官模型；以及根据所估计的所述目标器官的器官模型自动地估计所述目标器官的结束位置。4.根据权利要求3所述的方法，其中估计在所述实时诊断性扫描图像中所述目标器官的器官模型包括：使用一个或者多个训练过的界标检测器在所述实时诊断性扫描图像中检测一个或者多个解剖界标；以及基于在所述实时诊断性扫描图像中所检测到的一个或者多个解剖界标使所述目标器官的器官模型适应于所述实时诊断性扫描图像。5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：使用3D相机采集所述CT扫描设备的工作台上的所述病人的3D形貌；使病人模型适应于所述病人的3D形貌；以及基于所述病人模型自动地确定在所述病人的目标器官之前的置信范围的开始。6.根据权利要求5所述的方法，其中使用3D相机采集所述CT扫描设备的工作台上的所述病人的3D形貌包括：从所述3D相机接收所述CT扫描设备的工作台上的所述病人的RGBD图像；以及将所述RGBD图像转换成所述CT扫描设备的工作台的坐标系中的3D点云。7.根据权利要求6所述的方法，其中使病人模型适应于所述病人的3D形貌包括：将包括所述目标器官的解剖位置的病人身体的统计形状模型配准到所述CT扫描设备的工作台的坐标系中的3D点云。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述实时定位器扫描图像是2D投影图像、重构的横截面CT图像切片、或者重构的3D图像之一。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述实时诊断性扫描图像是2D投影图像、重构的横截面CT图像切片、或者重构的3D图像之一。10.根据权利要求1所述的方法，其中所述定位器螺旋CT扫描使用x射线强度，并且所述诊断性螺旋CT扫描使用大于第一x射线强度的x射线强度。11.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：根据所述诊断性螺旋CT扫描重构包括所述目标器官的3DCT体积。12.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：在由所述诊断性螺旋CT扫描产生的3DCT体积中检测所述目标器官的解剖学姿势；基于所检测到的所述目标器官的解剖学姿势，自动地将重构框对准目标器官；以及使用被对准的重构框，生成重构的3DCT体积，该3DCT体积具有被对准所述目标器官的解剖学姿势的轴。13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述目标器官是肺。14.根据权利要求13所述的方法，其中自动地分析所述实时定位器扫描图像以基于所述实时定位器扫描图像预测所述目标器官的开始位置包括：在肺尖位置出现在所述实时定位器扫描图像中之前，基于所述实时定位器扫描图像自动地预测所述肺尖位置。15.根据权利要求11所述的方法，其中自动地分析所述实时诊断性扫描图像以基于所述实时诊断性扫描图像预测将达到对所述目标器官的完全覆盖的所述目标器官的结束位置包括：在肺叶尖位置出现在所述实时定位器扫描图像中之前，基于所述实时诊断性扫描图像自动地预测所述肺叶尖位置。16.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：使用2D相机采集所述CT扫描设备的工作台上的所述病人的2D图像；将病人模型配准到所述病人的2D图像；以及基于所述病人模型自动地确定在所述病人的目标器官之前的置信范围的开始。17.一种用于目标器官的计算机断层摄影（CT）扫描的剂量优化的采集的设备，包括：用于在病人的目标器官之前的置信范围的开始处开始定位器螺旋CT扫描的装置；用于当病人相对于CT扫描设备的机架被移动时从所述定位器螺旋CT扫描接收实时定位器扫描图像的装置；用于自动地分析所述实时定位器扫描图像以基于所述实时定位器扫描图像预测所述目标器官的开始位置的装置；用于在所述目标器官的预测开始位置处自动地开始诊断性螺旋CT扫描的装置；用于当所述病人相对于所述CT扫描设备的机架被移动时从所述诊断性螺旋CT扫描接收实时诊断性扫描图像的装置；用于自动地分析所述实时诊断性扫描图像以基于所述实时诊断性扫描图像预测将达到对所述目标器官的完全覆盖的所述目标器官的结束位置的装置；以及用于响应于到达所述目标器官的预测结束位置而自动地停止所述诊断性螺旋CT扫描的装置。18....

【专利技术属性】
技术研发人员：F韦加，F绍尔，
申请(专利权)人：西门子保健有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE