成像方法及系统与流程

本发明属于成像技术领域，特别涉及一种在CT定位像上进行扫描规划的成像方法及系统。

背景技术：

一般在成像系统进行成像扫描之前，需要对病人扫一副定位像，以通过该定位像来确定扫描范围以及进行图像重建的定位。然后对病人的被检查部位进行扫描得到原始数据来进行图像重建从而产生医学图像。

以正电子发射断层成像/计算机断层成像(简称：PET/CT)系统为例，在进行成像扫描前，通常需要对病人扫一副CT定位像,用户在定位像上确定总扫描区域，即是用户实际感兴趣的区域，也是最终进行图像重建的区域。请参考图1，其为对待成像区域定位扫描后得到的定位像100示意图。在显示所述定位像100的界面上，采用鼠标拖画的方式，在定位像100上拖画出代表总扫描区域110的矩形框。拖画完成后，矩形框的覆盖范围就是总扫描区域110。利用这个扫描范围110，感兴趣的检查部位被包括在成像扫描和重建图像中，病人的其他部位免于扫描。PET/CT设备将根据上述矩形设定的范围110进行随后的成像扫描以及进行图像重建。

上述的手工调整扫描范围的设置具有很大的不足之处，首先，采取人工调整扫描范围的边界往往不够精确，并由此产生不必要的CT剂量；其次，采取人工调整扫描范围的边界需要花费较长的时间，导致整个扫描过程时间的延长，降低了扫描的效率；再次，由于扫描过程时间的延长会增加病人生理和心理上的负担。

技术实现要素：

本发明要解决的是现有的成像方法及系统中设定的扫描范围不精确，且设定扫描范围耗时长的问题。

为解决上述问题，本发明提供了一种成像方法，包括以下步骤：确定第一扫描区域；对所述第一扫描区域进行定位扫描，获取定位像；叠加所述定位像在垂直于轴向的方向上的像素值，根据叠加得到的像素值生成像素值分布曲线；计算所述像素值分布曲线上各点的曲率，并选取曲率大于阈值的点；根据所述曲率大于阈值的点确定第二扫描区域；对所述第二扫描区域进行成像扫描。

在本发明的一种实施方式中，所述根据所述曲率大于阈值的点确定第二扫描区域包括：根据所述曲率大于阈值的点确定第二扫描区域的上边界和下边界。

在本发明的一种实施方式中，所述第二扫描范围包括多个子扫描区域，所述根据所述曲率大于阈值的点确定第二扫描区域包括：根据所述曲率大于阈值的点确定每个所述子扫描区域的上边界和下边界。

在本发明的一种实施方式中，所述对所述第一扫描区域进行定位扫描，获取定位像包括：对所述第一扫描区域进行进行CT定位扫描或PET定位扫描，获取CT定位像或PET定位像。

在本发明的一种实施方式中，所述对所述第二扫描区域进行成像扫描包括：对所述第二扫描区域进行CT扫描和/或PET扫描。

在本发明的一种实施方式中，所述叠加所述定位像在垂直于轴向的方向上的像素值，根据叠加得到的像素值生成像素值分布曲线包括：将所述定位像转换为二值图；叠加所述二值图在垂直于轴向的方向上的像素值，生成叠加得到的像素值分布曲线。

在本发明的一种实施方式中，还包括：获取所述定位像之后，将所述定位像减去背景值。

在本发明的一种实施方式中，所述将所述定位像减去背景值包括：获取所述定位像的像素值分布直方图；根据所述定位像的像素值分布直方图确定所述定位像的背景值，所述背景值为所述像素值分布直方图中最高峰值所对应的像素值；将所述定位像减去所述背景值。

为解决上述问题，本发明还提供了一种成像系统，包括扫描设备和主控计算机，所述扫描设备与主控计算机通讯，用于响应主控计算机发出的扫描指令，进行原始数据采集，并将所采集的原始数据发送给主控计算机；所述主控计算机包括输入装置、数据处理装置，所述输入装置可设定第一扫描区域；所述扫描设备可对所述第一扫描区域进行定位扫描；所述数据处理装置可对所述定位扫描采集的数据进行成像以获取定位像，并对所述定位像进行以下处理：叠加所述定位像在垂直于轴向的方向上的像素值，根据叠加得到的像素值生成像素值分布曲线，计算所述像素值分布曲线上各点的曲率，并选取曲率大于阈值的点，根据所述曲率大于阈值的点确定第二扫描区域；所述扫描设备可对所述第二扫描区域进行成像扫描。

在本发明的一种实施方式中，所述扫描设备包括CT扫描单元和PET扫描单元，所述CT扫描单元可对所述第一扫描区域进行定位扫描和/或对所述第二扫描区域进行成像扫描，所述PET扫描单元可对所述第一扫描区域进行定位扫描和/或所述第二扫描区域进行成像扫描。

与现有技术相比，本发明根据定位像提供的像素值信息，确定成像扫描的扫描范围，定位准确、耗时少。

附图说明

图1是现有技术中的定位像示意图；

图2是本发明一实施例中的成像系统的结构示意图；

图3是本发明一实施例中的扫描设备的示意图；

图4是本发明一实施例中的主控计算机的示意图；

图5是本发明一实施例中的成像方法的流程图；

图6是本发明一实施例中的CT定位像的示意图；

图7是本发明一实施例中的对定位像执行去背景值处理的流程图；

图8是本发明一实施例中的定位像的像素值分布直方图；

图9是本发明一实施例中的像素值分布曲线；

图10是图9中的像素值分布曲线对应的曲率图。

图11是图10中的像素值分布曲线对应的曲率图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

图2是本发明一实施例中的成像系统的结构示意图。成像系统200可以对一个目标物体进行扫描，并基于扫描数据生成相关图像。在一些实施例中，成像系统100可以是一个医学成像系统。成像系统200可以包括一个扫描设备210和一个主控计算机120。扫描设备210可以对目标物体进行扫描，并获取相应的扫描数据。扫描设备210可以是或者包括一个扫描单元。所述扫描单元可以包括一个正电子发射断层成像扫描单元、计算机断层成像扫描单元、磁共振成像扫描单元、B超成像扫描单元、热断层扫描成像扫描单元等中的一个或多个。在一些实施例中，扫描设备210可以包括多个PET扫描单元和一个CT扫描单元。

在一些实施例中，扫描设备210可以进一步包括一个扫描床和一个驱动装置。所述扫描床可以用于支撑目标物体。所述驱动装置可以用于驱动一个或多个扫描单元运动。扫描设备210的具体实施方式可以参见本申请其他部分的描述。

主控计算机设备220可以与扫描设备210关联。在一些实施例中，主控计算机220可以接收扫描设备210采集的扫描数据，并基于所述扫描数据生成相应的图像。在一些实施例中，主控计算机220可以包括一个控制台。通过所述控制台，用户(例如，医生，成像技师等)可以控制扫描设备210对目标物体(例如，患者)进行扫描。主控计算机220的具体实施方式可以参见本申请其他部分的描述。

图3是本发明一实施例中的扫描设备的示意图。扫描设备210可以包括一个PET扫描部件310、一个CT扫描单元320。PET扫描部件310可以包括一个或多个PET扫描单元，如PET扫描单元1，PET扫描单元2，...，PET扫描单元n。在一些实施例中，所述一个或多个PET扫描单元可以是相互独立的单元。在一些实施例中，所述一个或多个PET扫描单元至少部分可以是相互关联的。所述PET扫描单元可以对目标物体进行PET扫描，并获取相应的PET扫描数据。在一些实施例中，所述PET扫描单元可以对目标物体进行定位扫描，得到PET定位像，所述PET定位像可用于下一步的扫描区域规划。

CT扫描单元320可以对目标物体进行CT扫描，并获取CT扫描数据。CT扫描单元320可以包括放射源和探测器。所述放射源可以面向目标物体发射放射性射线。所述探测器可以接收透过所述目标物体的射线，并将其转变为计算机可处理的信号。在一些实施例中，CT扫描设备320可以对目标物体进行定位扫描。在定位扫描时，CT设备中作为X射线源的球管位置不变，而病床移动，从而得到CT定位像，所述CT定位像可用于下一步的扫描区域规划。

在一些实施例中，所述扫描设备210还可以包括一个驱动装置330，驱动装置330可以用于驱动PET扫描部件310和CT扫描单元320。在一些实施例中，PET扫描部件310和/或CT扫描单元320可以安装在驱动装置330上。驱动装置330可以驱动一个或多个PET扫描单元(例如，PET扫描单元2，...，PET扫描单元n)沿轴向移动，对患者躯干、四肢等其他部位进行扫描。

图4是本发明一实施例中的主控计算机的示意图。计算机设备220可以包括一个输入装置410、一个数据处理装置420、一个显示界面430、一个存储器440和一个通信接口450。

所述输入装置410可以用于接收用户输入信息，或将主控计算机设备220产生的信息输出至用户。通过输入装置410输入的信息可以被保存至存储器440，或被发送至数据处理装置420进行进一步处理等。主控计算机220可以通过显示界面430输出处理结果，或向用户发送获取信息的请求。用户输入信息可以是控制指令。在一些实施例中，所述控制指令可以被发送至扫描设备210，用于设置扫描参数和/或驱动各扫描单元移动。例如，在一些实施例中，所述输入装置用于输入定位扫描或成像扫描的扫描范围。在一些实施例中，所述控制指令可以被发送至主控计算机220中的一个或多个部件。例如，所述控制指令可以被发送到显示界面430，用于提示用户进行输入或其他控制操作。

数据处理装置420可以用于处理数据。数据处理装置420可以从扫描设备210获取信息，通过输入装置410获取信息，从存储器440中获取信息。在一些实施例中，数据处理装置420可以通过一种或多种处理方法对获取到的信息进行处理。所述处理方法可以包括拟合、插值、离散、模数转换、叠加、傅里叶变换、滤波、投影、去噪、特征提取、图像重建、图像增强等。在一些实施例中，数据处理装置420可以接收CT扫描单元的定位扫描数据，并重建CT定位像。在一些实施例中，数据处理装置420可以对重建的CT定位像进行处理，包括但不限于，去背景值、滤波降噪、将CT定位像转化为二值图、投影叠加等中的一种或多种。

存储器440可以为主控计算机220提供存储信息的功能。存储器440还可以储存数据处理装置420执行的指令或代码，当数据处理装置420执行这些代码时，导致主控计算机220执行本发明中披露的主控计算机220的一个或多个功能。

图5是本发明一实施例中的成像方法的流程图。在501中，确定第一扫描区域。在一些实施例中，输入装置410可用于设定第一扫描区域。在一些实施例中，所述第一扫描区域的设定可以与目标物体的待检查部位、扫描单元的轴向和/或径向扫描范围等相关。在一些实施例中，所述目标物体为病人，所述第一扫描区域可以为包括头部、躯干部分、腹部、胸腔、全身等区域中的一种或多种。

在502中，对第一扫描区域进行定位扫描，获取定位像。成像设备210对所述对第一扫描区域进行定位扫描。在一些实施例中，成像设备210为PET/CT设备，由CT扫描单元对目标物体进行定位扫描。在定位扫描时，CT设备中作为X射线源的球管位置不变，而病床移动，从而得到CT定位扫描数据。在一些实施例中，由PET扫描单元对目标物体进行定位扫描。成像设备210对第一扫描区域进行定位扫描后，将采集的扫描数据发送至主控计算机220。数据处理装置420接收来自成像设备210的数据，重建定位像。在一些实施例中，数据处理装置420接收来自PET扫描单元进行定位扫描时采集的PET数据，重建PET定位像。在一些实施例中，数据处理装置420接收来自CT扫描单元进行定位扫描时采集的CT数据，重建CT定位像。PET定位像或CT定位像可用于规划进行成像扫描或图像重建的扫描区域。

在一些实施例中，可以对头部及躯干进行CT定位扫描，获取如图6所示的CT定位像600。图中定位像600为冠状面的图像(也可以为矢状面图像)，方向a为待成像区域，即第一扫描范围，的轴向方向(本专利中的轴向方向即指的是人体长轴方向)，所述定位像600用于进一步进行扫描规划，供用户确定成像扫描的第二扫描区域。

在503中，叠加定位像在垂直于轴向的方向上的像素值，根据叠加得到的像素值生成像素值分布曲线。在一些实施例中，步骤503至505可以由数据处理装置402执行。在一些实施例中，在叠加定位像在垂直于轴向的方向上的像素值之前，可以将所述定位像减去背景值。图7是本发明一实施例中的对定位像执行去背景值处理的流程图。过程700可以由数据处理装置420执行。在701中，获取定位像的像素值分布直方图。如图8所示，其为定位像500的像素值分布直方图，图中横坐标为像素值，纵坐标为像素数量。在702中，根据定位像的像素值分布直方图，确定定位像的背景值。在一些实施例中，所述背景值可以为像素值分布直方图中最高峰值所对应的像素值，如图8中的箭头所指峰A，获取峰A所对应的像素值。在703中，将所述定位像减去所述背景值。在一些实施例中，可以根据经验或样本数据库确定定位像的背景值。在一些实施例中，可以将定位像转换为二值图，叠加所述二值图在垂直于轴向的方向上的像素值，生成叠加得到的像素值分布曲线，如图9所示。人体颈部、肺部、腹部、臀部等区域由于组织成分、密度等的不同，在像素值分布曲线上表现为具有不同的像素值强度，各部位的分区是比较明显的曲线。

在504中，计算像素值分布曲线上各点的曲率，并选取曲率大于阈值的点。在一些实施例中，可以对像素值分布曲线进行滤波降噪后，再求曲率。人体器官的起始或结束位置具有较高的曲率值，可以通过与阈值比较，选取高于阈值的点，并进一步获取曲率大于阈值的点所对应的位置，即可获得人体器官的起始或结束位置。例如，可以获得头部起始点或结束点、颈部起始点或结束点、肺部起始点或结束点、腹部起始点或结束点等。在一些实施例中，可以将阈值设定为曲率为1.0，从图10中选取高于阈值1.0的峰值的一个或多个点，例如，选取峰值B1、B2、B3、B4，峰值B1对应头部起始位置，峰值B2对应头部结束位置或颈部起始位置，峰值B3对应腹部起始位置、峰值B4对应腹部结束位置。

在505中，根据曲率大于阈值的点确定第二扫描区域。在一些实施例中，可以选取曲率大于阈值的一个或多个点，根据选取的一个或多个点确定第二扫描范围，即成像扫描范围。在一些实施例中，峰值B1对应头部起始位置，峰值B2对应头部结束位置,根据峰值B1和峰值B2可以确定一个扫描范围长度，该扫描范围长度对应头部位置。在一些实施例中，峰值B3对应腹部起始位置，峰值B4对应腹部结束位置,根据峰值B3和峰值B4可以确定另一个扫描范围长度，该扫描范围长度对应腹部位置。根据曲率峰值所确定的扫描范围长度与人体器官位置的对应关系可以基于经验或样本训练获取。在一些实施例中，可以预先生成查找表，所述查找表用于记录扫描范围长度与人体器官位置的对应关系。在执行步骤504后，通过所述查找表可以获取曲率大于阈值的点所确定的扫描范围长度所对应的人体器官位置。在一些实施例中，可以根据所述曲率大于阈值的点确定第二扫描区域的上边界和下边界。例如，峰值B1对应头部起始位置，根据峰值B1可以确定第二扫描范围的上边界，同理根据峰值B2可以确定第二扫描区域的下边界。

在一些实施例中，可以选取峰值B1、B2、B3、B4，根据峰值B1和B2可以确定头部位置，将头部位置作为第一子扫描区域，根据峰值B3和B4可以确定腹部位置，将腹部位置作为第二子扫描区域。在一些实施例中，可以根据所述曲率大于阈值的点确定每个子扫描区域的上边界和下边界，例如，可以根据峰值B1和B2确定第一扫描区域的上边界和下边界；根据峰值B3和B4确定第二子扫描区域的上边界和下边界。

在一些实施例中，可以将阈值设定为其他值。在一些实施例中，可以选取多个曲率大于阈值的点，并根据选取的点确定一个或多个器官的位置。在一些实施例中，可以将确定的一个或多个器官的位置设定为一个或多个子扫描区域，每个子扫描区域可以对应一个或多个扫描床位。

在506中，对第二扫描区域进行成像扫描。步骤506可以由成像设备210执行。在一些实施例中，第二扫描区域可以为由峰值B1和峰值B2确定的头部位置。扫描设备210可以对所述第二扫描区域进行成像扫描，并将采集的数据发送至主控计算机220，主控计算机220根据接收的扫描数据重建图像。在一些实施例中，扫描设备210可以包括PET扫描部分和CT扫描单元，PET扫描部分和CT扫描单元可以对第二扫描区域分别进行成像扫描，并将扫描数据发送至主控计算机220以重建PET图像和CT图像。

在一些实施例中，子扫描区域可以对应一个或多个PET扫描床位，例如子扫描区域包括肺的整体区域，以PET扫描单位的轴向扫描视野为200mm为例，该子扫描区域对应约3至4个PET扫描床位，一个PET扫描床位对应一次PET扫描，进行完一个PET床位的扫描后，检查床载置患者移动到下一个床位处(即将患者下一个床位对应的扫描区域移入PET成像空间内)进行PET扫描。

在一些实施例中，PET扫描部件310可以包括一个或多个PET扫描单元，如PET扫描单元1，PET扫描单元2，...，PET扫描单元n。在一些实施例中，所述一个或多个PET扫描单元至少部分可以是相互关联的。驱动所述多个PET扫描单元至多个子扫描区域处，所述多个PET扫描单元可以对多个子扫描区域同时进行扫描，并获取相应的PET扫描数据。

单光子发射计算机断层成像(SPECT，Single-Photon Emission computed Tomography)的成像原理和PET相似，都是对人体内发射的伽马射线进行成像，其和PET技术统称为发射型计算机断层成像技术。上述提到的存在于PET成像中的扫描规划的问题在SPECT中同样存在。并且和PET-CT的情况相同，SPECT技术也可以与CT结合，组成SPECT-CT多模成像形式进行对人体的成像。PET成像技术也可以与磁共振(MR，Magnetic Resonance)成像技术相结合，组成多模成像系统，在PET-MR扫描成像中也存在对应于PET扫描成像中的问题。

虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。