使用人工智能的低剂量数字断层合成系统和方法技术方案

一种移动射线摄影设备配置成使用人工智能网络以及与X射线源机械地分离的数字射线摄影检测器来对射线摄影投影图像进行稀疏采样以生成高分辨率断层合成体积图像。人工智能网络被训练成校正根据稀疏采样的投影图像生成的体积图像，以生成高分辨率断层合成体积图像。像。像。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用人工智能的低剂量数字断层合成系统和方法


[0001]本公开一般涉及医学成像领域，并且特别地涉及移动射线摄影成像设备。更特别地，本公开涉及具有断层合成和人工智能能力的移动X射线成像系统。

技术介绍

[0002]便携式射线摄影是被采用来用于对ICU中的患者进行成像以评估患者健康并且确定最佳治疗的常见模态。然而，ICU患者的便携式胸部X射线图像上的异常发现常常是非特异性的。非特异性的发现通常被可视化为肺中的具有不透明度的区域，但是关于病状是在气道中（肺萎陷）、气隙中（固结）还是在胸膜内（积液），没有任何明确指示。建立正确诊断对启动适当的患者管理至关重要。区分胸膜积液的类型是由ICU中的成像辅助的另一常见任务，并且可能对于患者护理而言是具有挑战性的并且是至关重要的。各种类型的流体可能引起多种积液，例如，血液（血胸）、脓（脓胸或积脓）以及水/浆液（水胸）。此外，每个原因要求不同的行动方案。因此，要求改进识别原因的能力。期望知道具有更大概率的原因，以加强患者护理。在其中发现便携式射线摄影不充分的情况下，因为CT提供完整3D图像，通常开具CT，然而这对于处于危重护理中的患者可能是破坏性的。在这样的情形下获得CT要求将不稳定的患者从ICU向外输送，这对于患者的已经危重的状况增加了风险。对于CT的备选方案可以是能够提供诸如数字断层合成之类的3D影像的形式的床边X射线成像系统，与标准便携式胸部射线摄影相比，该形式将改进发现的特异性。这样的系统将是有益的，因为它将减少输送不稳定的ICU患者以便进行CT检查的需要。
[0003]数字X射线断层合成是使用通常用于常规（单投影）射线摄影的大面积平板数字射线摄影检测器来实现对患者的三维成像的成像技术。通过使X射线管或X射线源、患者和检测器（通常是数字射线摄影（DR）检测器）的相对取向变化来采集在有限角度范围内（通常在20
°
与40
°
之间）的有限数量的投影图像。这通常通过使检测器和X射线源两者移动，或者通过使检测器或源的位置固定并且分别使X射线源或检测器移动来实现。根据捕获的投影来重建三维数据，并且可以以穿过患者解剖结构的任何数量的切片的形式来显示该三维数据，所述切片各自平行于检测器平面。有限角度扫描的结果是，深度（in
‑
depth）分辨率低于重建的对象的平面内分辨率。
[0004] 重建来自断层合成系统体积数据或3D X射线图像要求了解根本的捕获几何（geometry），包括检测器相对于X射线源的取向和空间位置、源相对于检测器的移动和位置以及潜在的患者运动。成像系统的精确几何信息（2D投影图像采集期间X射线管头相对于X射线检测器的相对位置以及X射线检测器的取向）影响重建的体积图像的图像质量。对象空间与采集的2D投影图像之间的误映射（mismapping）可能使空间分辨率降级，并且导致诸如环状伪影之类的图像缺陷。
[0005]在常规断层合成系统中，几何变量中的许多几何变量是已知的，因为检测器位置被精确地指定，并且源与检测器之间的关系也被良好地建立。对于静止成像扫描仪，由诸如C形臂配置或其它类型的台架布置中的源和检测器的机械耦合来固定采集几何。该几何的
校准是直接的，在图像采集之前使用校准体模（phantom）。
[0006]然而，对于使用移动射线摄影设备的床边断层合成系统，检测器与X射线源机械地分离。因而，捕获几何不由系统机械来固定，并且可能难以在期望的准确性的情况下确定。用于断层合成的移动X射线成像扫描仪针对不能被输送到具有固定几何的静止成像扫描仪、步行到该静止成像扫描仪或者站立于该静止成像扫描仪前面的病重患者而设计。相反，为了对这些患者进行成像，检测器通常人工地定位于卧床不起的患者下方。在该采集环境中，在没有机械地固定的源到检测器几何的益处的情况下，需要其它途径以便实时地准确地确定几何信息。
[0007]上文的讨论仅仅针对一般背景信息而提供，并且不旨在用作在确定要求保护的主题的范围方面的帮助。

技术实现思路

[0008]移动射线摄影设备配置成使用人工智能网络以及与X射线源机械地分离的数字射线摄影检测器来对射线摄影投影图像进行稀疏采样以生成高分辨率断层合成体积图像。人工智能模块被训练成根据稀疏采样的投影图像生成高分辨率体积图像。可以在本专利技术的一些公开的实施例的实践中实现的优点是对患者的减少的辐射剂量。
[0009]在一个实施例中，计算机实现的射线摄影图像处理方法包括训练卷积神经网络以校正根据稀疏捕获的断层合成投影图像重建的图像体积中的图像缺陷。患者解剖结构的稀疏捕获的断层合成投影图像使用移动射线摄影设备以及与移动射线摄影设备机械地分离的便携式DR检测器来获得。患者解剖结构的稀疏体积图像使用稀疏捕获的断层合成投影图像来重建，以及训练的卷积神经网络校正稀疏体积图像并且输出校正的高分辨率稀疏体积图像。
[0010]在一个实施例中，移动射线摄影成像系统包括：移动底座；支承臂，其附接到移动底座；X射线管头，其附接到支承臂的一端；以及便携式DR检测器，其与X射线管头机械地分离。该系统配置成在角度范围内稀疏捕获患者解剖结构的断层合成投影图像。该系统的处理部分使用稀疏捕获的断层合成投影图像来重建患者解剖结构的稀疏体积图像。被训练成校正重建的稀疏体积图像的人工智能模块输出校正的高分辨率体积图像。
[0011]本公开描述了独特地设计用于在低剂量下对患者身体部分进行高速数字断层合成采集的方法和系统。此外，系统提供用于合成在3D（体积）重建之前或之后在角度范围内采集的系列断层合成投影的方法、根据包含在所述角度范围内的任何指定视角的患者身体部分的标准的一般射线摄影投影图像切片。
[0012]该系统的部件包括：便携式数字X射线机，其配备有具有高检测量子效率和快速读出速度能力的便携式数字射线摄影（DR）检测器；静止X射线源阵列，其被准直以使得X射线源阵列可用于根据变化的角度位置以快速序列使身体的区域暴露，或者暴露通过使单个X射线源快速地移动通过变化的角度位置来实现；以及基于深度学习的算法，其用于根据以下项来重建高质量断层合成体积图像：稀疏采样的系列投影图像、或在有限角度范围内捕获的投影图像、或在更宽的角度间距内捕获的投影图像、或在当与标称地捕获的数字射线摄影断层合成检查中的剂量水平相比时减少的剂量（能量水平）下捕获的投影图像。
[0013]这样的系统将使断层合成图像能够在危重患者的床边处被捕获，以作为替代标准
便携式数字射线摄影的新护理标准，因为断层合成（3D）和一般投影图像两者可在与当前使用中的当前便携式数字射线摄影系统可比较的患者剂量水平下采集。常规断层合成利用每投影小于或等于一度的角度采样率。例如，标准胸部检查将使用跨+/
‑
15度角度的总共六十个投影，角度采样率是每投影大约0.5度。在本公开中，一种稀疏采样技术在从大约二度至大约五度的范围的断层合成投影图像捕获中间使用宽角度间距，这将极大地减少需要捕获的断层合成投影的数量。这将极大地减少总采集时间和患者运动伪影。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种计算机实现的射线摄影图像处理方法，所述方法包括：训练卷积神经网络，以校正根据稀疏捕获的断层合成投影图像重建的图像体积中的图像缺陷；使用附接到移动轮式射线摄影设备的至少一个X射线源以及与所述移动轮式射线摄影设备机械地分离的便携式DR检测器来稀疏捕获患者解剖结构的断层合成投影图像；使用所述患者解剖结构的所述稀疏捕获的断层合成投影图像来重建所述患者解剖结构的稀疏体积图像，并且向训练的卷积神经网络提供所述患者解剖结构的重建的稀疏体积图像；以及所述训练的神经网络输出所述患者解剖结构的校正的重建的稀疏体积图像。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述训练的步骤包括：根据采集的断层合成投影图像的完整集合重建完整断层合成体积图像；根据采集的断层合成投影图像的所述完整集合中的预先选择的子集重建稀疏断层合成体积图像；确定所述完整断层合成体积图像与所述稀疏断层合成体积图像之间的差异；以及向所述卷积神经网络提供所述重建的稀疏断层合成体积图像和确定的所述差异。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述稀疏捕获的步骤包括以下项中的至少一个：在预先选择的有限角度范围内捕获多个断层合成投影图像，以及在完整角度范围内捕获预先选择的稀疏数量的断层摄影投影图像。4.根据权利要求3所述的方法，还包括在完整角度范围的大约三分之二至所述完整角度范围的大约五分之四之间的角度范围内稀疏捕获所述患者解剖结构的断层合成投影图像。5.根据权利要求3所述的方法，还包括稀疏捕获所述患者解剖结构的断层合成投影图像的标准数量的大约三分之一至大约四分之一。6.根据权利要求3所述的方法，还包括在预先选择的角度范围内以大约每两度至大约每五度稀疏捕获所述患者解剖结构的断层合成投影图像。7. 根据权利要求1所述的方法，还包括：将多个不透射线标记定位于用于所述稀疏捕获的步骤的X射线束的路径中；以及根据所述不透射线标记在所述稀疏捕获的断层合成投影图像中的位置来计算所述便携式DR检测器相对于附接到所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓辉，W，
申请(专利权)人：锐珂医疗公司，
类型：发明
国别省市：