CN102525525A

CN102525525A - 在定位图像上设置定位线的方法和装置及ct设备

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Publication number: CN102525525A
Application number: CN201010617335XA
Authority: CN
Inventors: 贾磊
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2010-12-31
Filing date: 2010-12-31
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2030-12-31
Also published as: CN102525525B

Abstract

本发明公开了一种在定位图像上设置定位线的方法和装置及CT设备。本发明在定位图像上设置定位线的装置包括在模板图像上设置控制点；将所述模板图像与所述定位图像进行全局配准；在进行全局配准之后，将所述模板图像与所述定位图像进行局部配准以得到所述模板图像对应所述定位图像的形变向量场；根据所述形变向量场将所述模板图像上的控制点映射到所述定位图像上相应的解剖学位置；根据在所述定位图像上映射的控制点计算出定位线的位置和角度。本发明在定位图像上设置定位线的装置的技术方案与本发明在定位图像上设置定位线的方法的技术方案相对应。采用本发明的技术方案来设置定位线的精度高，而且还可以提高扫描效率。

Description

在定位图像上设置定位线的方法和装置及CT设备

技术领域

本发明总体上涉及CT和MR成像领域，尤其涉及一种在定位图像上设置定位线的方法和装置及CT设备。

背景技术

由于CT和MR成像设备能够对人体的解剖部位进行清晰地成像，所以能够让医生对人体的解剖部位具有清晰的感观了解，从而对医生诊断和治疗疾病起到了很好的辅助作用，目前CT和MR成像设备已广泛用于医疗诊断及治疗领域。

下面以CT设备为例，来描述CT设备扫描的常规过程，其通常包括：

1）指导病人处于CT设备上的正确位置；

2）将激光线与体表解剖标志对准以为扫描定位图像进行定位；

3）选择/创建一项检查；

4）选择扫描参数协议；

5）扫描定位图像；

6）在定位图像上手动对定位线进行设置；

7）根据所述定位线，把床移动到扫描位置进行扫描；

8）查看所得图像并完成该检查；

9）帮助并指导病人离开。

从上述可知，现有CT设备通常是手动地在定位图像上设置定位线，如图1所示，其示出了人头颅的定位图像，通过手动来进行调节通常达不到所要求的精度，而且效率很低，这样非常影响最后得到的图像质量。

因此，如何在定位图像上设置定位线是目前业界研究的热点之一。

Siemens Corporate Research, Inc.等于2009年8月28日提交了美国专利申请US 2010/0067764 A1，题为“Method and System for Automatic Landmark Detection Using Discriminative Joint Context”，该文是在断层图像上对定位线进行设置，这是无法应用到定位图像上的。

发明内容

本发明要解决的主要技术问题是提供一种能够达到高精度的在定位图像上设置定位线的方法和装置及CT设备。

为了解决上述问题，在本发明的一个方面，本发明在定位图像上设置定位线的技术方案包括：

在模板图像上设置控制点；

将设有控制点的所述模板图像与所述定位图像进行全局配准；

在进行全局配准之后，将所述模板图像与所述定位图像进行局部配准以得到所述模板图像对应所述定位图像的形变向量场；

根据所述形变向量场将所述模板图像上的控制点映射到所述定位图像上相应的解剖学位置；

根据在所述定位图像上映射的控制点计算出定位线的位置和角度。

优选地，在进行全局配准和局部配准之前还包括步骤：

除去所述定位图像中的背景像素。

优选地，在除去所述定位图像中的背景像素之后还包括步骤：

对所述定位图像进行重新采样以便将像素深度缩小为较低深度。

优选地，在将像素深度缩小为较低深度之后还包括步骤：

将所述定位图像大小至少缩小50%。

优选地，在进行全局配准和局部配准之间还包括步骤：

验证经全局配准的模板图像与所述定位图像是否匹配。

此外，所述步骤根据在所述定位图像上映射的控制点设置定位线进一步包括步骤：

过每组控制点中的两个基点以形成基线；

以所述基线作为每组定位线的第一条定位线，由所述第一条定位线开始，向存在其他控制点的一侧递增扫描线，直到覆盖所有的控制点。

其中，每组定位线内任何相邻两条定位线之间的距离均一致并等于对应扫描协议的层厚。

每组定位线的数目为可以满足完全覆盖该组定位线所对应的所有控制点的最少线数。

每组定位线内所有定位线的长度均一致。

在本发明的另一方面，本发明在定位图像上设置定位线的装置的技术方案包括：

用于在模板图像上设置控制点的单元；

用于将设有控制点的所述模板图像与所述定位图像进行全局配准的单元；

用于在进行全局配准之后，将所述模板图像与所述定位图像进行局部配准以得到所述模板图像对应所述定位图像的形变向量场的单元；

用于根据所述形变向量场将所述模板图像上的控制点映射到所述定位图像上相应的解剖学位置的单元；

用于根据在所述定位图像上映射的控制点计算出定位线的位置和角度的单元。

优选地，本发明定位图像上设置定位线的装置还包括用于除去所述定位图像中的背景像素的单元。

优选地，本发明定位图像上设置定位线的装置还包括用于对所述定位图像进行重新采样以便将像素深度缩小为较低深度的单元。

优选地，本发明定位图像上设置定位线的装置还包括用于将所述定位图像大小至少缩小50%的单元。

优选地，本发明定位图像上设置定位线的装置还包括用于验证经全局配准的模板图像与所述定位图像是否匹配的单元。

此外，所述用于根据在所述定位图像上映射的控制点设置定位线的单元进一步包括：

用于过每组控制点中的两个基点以形成基线的单元；

用于以所述基线作为每组定位线的第一条定位线，由所述第一条定位线开始，向存在其他控制点的一侧递增扫描线，直到覆盖所有的控制点的单元。

另外，每组定位线内任何相邻两条定位线之间的距离均一致并等于对应扫描协议的层厚。

每组定位线内所有定位线的长度均一致。

在本发明的再一个方面，本发明CT设备包括本发明在定位图像上设置定位线的装置。

与现有技术相比，本发明在定位图像上设置定位线的方法和装置及CT设备的有益效果为：

首先，由于本发明不需要手动来设置定位线，所以定位线的设置能够达到较高的精度。

其次，经实验证明采用本发明的技术方案能够将CT设备进行一次检查的时间减少3% ~10%。

再者，采用本发明的技术方案能够降低操作者的逻辑判断和体力负荷。

最后，采用本发明的技术方案还能够提高用户工作效率和产能。

附图说明

为了对本公开内容更透彻的理解，下面参考结合附图所进行的下列描述，在附图中：

图1是依据现有技术在定位图像上设置定位线的方法得到的示意图；

图2是一个头颅的定位图像图示；

图3是本发明在定位图像上设置定位线的方法的流程图；

图4是依据本发明在定位图像上设置定位线的方法的一个实施例的模板图像的图示；

图5是依据本发明在定位图像上设置定位线的方法的一个实施例的经过处理的定位图像的图示；

图6是依据本发明在定位图像上设置定位线的方法的一个实施例的将经过全局配准所得到的模板图像与定位图像重合后所得到的图像的图示；

图7是依据本发明在定位图像上设置定位线的方法的一个实施例的经过局部配准后得到的形变向量场的图示；

图8是依据本发明在定位图像上设置定位线的方法的一个实施例的所得结果的示图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的具体实施例，但本发明并不限于下述具体实施例。

对于CT设备而言，都存在扫描参数协议库，不同的解剖部位对应不同的扫描参数协议，可参见文献R. Brüning等人: Protocols for Multislice CT, 2nd edition. Springer. ISBN-10: 3540272712和Evelyn M Teasdale等人: Multidetector CT in Neuroimaging: An Atlas and Practical Guide. ISBN-10: 1904392687。扫描参数协议一般包括：产生X射线的管电压和管电流、扫描层厚、机架转速等等。例如，如图2所示，示出的为头颅，其该扫描范围如图中平行四边形所示，第一层为枕骨大孔下1cm；角度为：平行于前颅窝底部；最后一层是颅顶；层厚为5-10mm等等。

在CT设备对解剖部位进行正式扫描之前，通常都是先扫出解剖部位的定位图像，然后在定位图像上设置定位线，最后再根据定位线对解剖部位进行CT断层扫描。

在本发明的一个方面，本发明公开了一种在定位图像上设置定位线的方法，如图3所示，该方法包括：

步骤10）在模板图像上设置控制点；

步骤20）将设有控制点的所述模板图像与所述定位图像进行全局配准；

步骤30）将所述模板图像与所述定位图像进行局部配准以得到所述模板图像对应所述定位图像的形变向量场；

步骤40）根据所述形变向量场将所述模板图像上的控制点映射到所述定位图像上相应的位置；

步骤50）根据在所述定位图像上映射的控制点设置定位线。

模板图像是在CT设备中预存的与解剖部位对应的一组图像，当然模板图像还可以由用户加载。本发明首先是在模板图像上设置控制点，这里的控制点是与扫描参数协议相对应的，可以用来定义扫描范围。接着将所述模板图像与所述定位图像进行全局配准，进行全局配准的目的是将模板图像转变成与定位图像上的目标部位最为接近。进行完全局配准后，将所述模板图像与所述定位图像进行局部配准以得到所述模板图像对应所述定位图像的形变向量场，这是基于全局配准的结果生成的模板图像与定位图像之间的解剖细节查的形变向量场，也就是说，形变向量场表示了模板图像上的点与定位图像上的点的对应关系。得到该形变向量场之后，就可以根据所述形变向量场将所述模板图像上的控制点映射到所述定位图像上相应的位置，最后根据在所述定位图像上映射的控制点设置定位线。因此，本方案能够达到高的精度，所得到的扫描图像很清晰。

对于步骤10）在模板图像上设置控制点而言，该步骤10）为参数设定行为，仅出现在设备最初使用的安装调试阶段，或者对于定位线要求发生改变时，才进行设置，并不出现在日常扫描中。换句话说，也就是该步骤10）并不是每次进行定位线设置时都必须要执行的步骤。

另外，在进行全局配准和局部配准之前，本发明在定位图像上设置定位线的方法还包括除去所述定位图像中的背景像素的步骤，从而提高本方案的运算速度。

优选地，本发明在定位图像上设置定位线的方法还包括步骤：

对所述定位图像进行重新采样以便将像素深度缩小为较低深度。此处的较低深度是相对于定位图像原来的像素深度而言的，本步骤是用来重新调节灰度强度（即像素深度），例如原来的像素深度为16位，将占用2个字节，现在可以将其调整为例如2~8位，减小了像素深度所占用的空间，从而减少了本方案的计算量。

为了进一步减少本方案的计算量，本发明在定位图像上设置定位线的方法还包括步骤：将所述定位图像大小至少缩小50%，这样大大加快了计算速度，此处采用线性插值方法就可以实现。

对于步骤20）将所述模板图像与所述定位图像进行全局配准而言，

已知进行全局配准的方法很多，可以采用刚性图像配准，例如对模板进行放射变换，也可以采用Joseph V. Hajnal等人发表的 Medical Image Registration (Biomedical Engineering) ISBN-10: 0849300649，2001中提出了一种非刚性图像配准算法（Non-rigid image registration algorithm）。

一般是将模板图像按照初始参数变换进行插值后根据所选的评价标准与定位图像进行相似度评价，如果符合预设标准则将模板图像和控制点位置按照当前的参数变换进行插值，否则按照预先选取的优化算法对变换参数进行优化后再次迭代上述运算，直到符合标准或达到迭代次数上限。所述评价标准可以选用 Mutual Information 方法(后面描述)。

在对模板图像进行全局配准后，优选地，本发明在定位图像上设置定位线的方法还包括步骤：验证经全局配准的模板图像与所述定位图像是否匹配。也就是用来验证全局配准的效果如何，可以采用本领域技术人员已知的任何方法，例如采用Josien P. W. Pluim等人发表的“Mutual-Information-Based Registration of Medical Images: A Survey”, IEEE Trans. Med. Imag., Vol. 22, No. 8, pp. 986-1004, 2003.文献中所公开了互有信息（Mutual information, MI）算法。

优选地，对于所述步骤30）将所述模板图像与所述定位图像进行局部配准以得到所述模板图像对应所述定位图像的形变向量场可以采用J. P. Thirion发表的 Fast non-rigid matching of 3D medical image. Technical report, Research Report RR-2547, Epidure Project, INRIA Sophia, May 1995.和Image matching as a diffusion process: an analogy with Maxwell’s demons. Medical Image Analysis, 2(3): 243–260, 1998.中公开的形变配准算法（Maxwell’s Demons Deformable Registration algorithms）。利用该Maxwell’s Demons可形变图像配准算法对于定位图像和全局配准结果进行有限次迭代即可得到形变向量场。

优选地，步骤50）根据在所述定位图像上映射的控制点设置定位线进一步包括步骤：过每组控制点中的两个基点以形成基线；

优选地，每组定位线内任何相邻两条定位线之间的距离均一致并等于对应扫描协议的层厚。

优选地，每组定位线的数目为可以满足完全覆盖该组定位线所对应的所有控制点的最少线数。

优选地，每组定位线内所有定位线的长度均一致。

我们知道，每个检查可以扫描一幅或不同角度的两幅定位图像，每幅定位图像都对应有唯一一幅模板图像，并且每幅模板图像包含至少一组控制点。每组控制点必须有且仅有两个基点，过两基点形成的直线称为基线。在每个控制点组内，除了基点以外的其他控制点必须都在基线的一侧，不能同时出现在两侧，也不能出现在基线上。

每组定位线由相对应的一组控制点生成。

每组定位线对应扫描协议中的一组图像。每条定位线对应一幅扫描图像。每组定位线中的第一条定位线是基线上的线段，其他定位线均平行于基线。每组定位线内任意相邻的两条定位线之间的距离均一致并等于对应扫描协议的层厚。每组定位线的数量为可以满足完全覆盖该组定位线所对应的所有控制点的最少线数。在每组定位线内的所有定位线的长度都一致。另外，每组定位线内的所有定位线的中点，在同一直线上。每组定位线的共有长度，为能够满足覆盖对应控制点组的所有控制点的最小长度。

对于控制点来说，每组控制点中都存在且只存在两个基点，本发明是将每组控制点中的两个基点连接成基线，此基线也就是第一条定位线，其它的定位线都要设置成与基线平行，而且仅在基线的一侧，所有定位线所覆盖的面积要大于或者等于同一控制点组中的控制点所能形成的最大多边形的面积，这样能够保证所设置的定位线可以覆盖整个目标区域。

从上述可知，基线的方向也就是定义了定位线的倾斜方向。

此外，在需要的情况下，一组控制点可以分成一个以上子组，用来定义不同的层厚，即不同子组内的定位线方向相同，长度相同，但相邻的距离(即层厚)不同。

另外，针对每个协议的控制点可以由用户配置。

下面以头颅的定位图像为例来描述本发明在定位图像上设置定位线的方法的技术方案。

例如，设图2为头颅的定位图像，其模板图像如图4所示。

首先，在模板图像上设置控制点，控制点如图4所示，其中两个“×”表示的是基点。为了加快本方案的计算速度，在本例中除去了该定位图像中的背景像素，并且还对该定位图像进行了重新采样以便将像素深度缩小为较低深度，本例是将像素深度缩小为8位，然后又将该定位图像大小缩小了50%，得到了调整后的定位图像。模板图像为预先已经按照上述方法进行调整后的图像，如图5所示然后将该模板图像与定位图像进行全局配准，本例采用Joseph V. Hajnal等人发表的 Medical Image Registration (Biomedical Engineering) ISBN-10: 0849300649，2001中提出的非刚性图像配准算法（Non-rigid image registration algorithm），在此不再赘述。

图6是将经过全局配准所得到的模板图像与如图5所示的定位图像重合后所得到的组合图像，从该图6可以看出，经过全局配准后，模板图像基本上与定位图像相配。

接着，将该模板图像与该定位图像进行局部配准以得到所述模板图像对应所述定位图像的形变向量场，本例采用Maxwell’s Demons可形变图像配准算法所得到的形变向量场，如图8所示，为同模板图像大小一致的图像，每个像素是一个向量值，表示从模板图像上此位置到定位图像上相对应的位置的位移向量。根据形变向量场可以将模板图像上的控制点按照其解剖学位置规律映射到定位图像上。

下面根据如图8所示的形变向量场将所述模板图像上的控制点映射到所述定位图像上相应的位置，如前所述，将控制点的坐标本身，与向量场控制点位置的向量值进行加法运算后得出定位图像上对应该点的坐标。

最后根据在所述定位图像上映射的控制点设置定位线，也就是过每组控制点中的两个基点以形成基线；以所述基线作为每组定位线的第一条定位线，由所述第一条定位线开始，向存在其他控制点的一侧递增扫描线，直到覆盖所有的控制点，所得到的定位线如图9所示, 该图具有二组定位线。

相应地，本发明还公开了一种在定位图像上设置定位线的装置，其包括：

用于在模板图像上设置控制点的单元；

优选地，本发明在定位图像上设置定位线的装置还包括用于除去所述定位图像中的背景像素的单元。

优选地，本发明在定位图像上设置定位线的装置还包括用于对所述定位图像进行重新采样以便将像素深度缩小为较低深度的单元。

优选地，本发明在定位图像上设置定位线的装置还包括用于将所述定位图像大小至少缩小50%的单元。

优选地，本发明在定位图像上设置定位线的装置还包括用于验证经全局配准的模板图像与所述定位图像是否匹配的单元。

用于过每组控制点中的两个基点以形成基线的单元；

每组定位线内所有定位线的长度均一致。

由于本发明在定位图像上设置定位线的装置的技术方案与本发明在定位图像上设置定位线的方法的技术方案相对应，因此，在此不再对本发明在定位图像上设置定位线的装置的技术方案予以详述。

在本发明的再一个方面，本发明还公开了一种CT设备，该CT设备的技术方案包括本发明在定位图像上设置定位线的装置的技术方案，由于同样原因，在此不对本发明CT设备的技术方案予以详述。

另外，本发明在定位图像上设置定位线的装置和方法可以应用于CT设备和MR设备。

综上所述，由于本发明不需要手动来设置定位线，所以定位线的设置能够达到较高的精度。

虽然上述已经结合附图描述了本发明的具体实施例，但是本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种改变、修改和等效替代。这些改变、修改和等效替代都意为落入随附的权利要求所限定的精神和范围之内。

Claims

1. 一种在定位图像上设置定位线的方法，其特征在于，包括步骤：

在模板图像上设置控制点；

2. 如权利要求1所述的在定位图像上设置定位线的方法，其特征在于，在进行全局配准和局部配准之前还包括步骤：

除去所述定位图像中的背景像素。

3. 如权利要求2所述的在定位图像上设置定位线的方法，其特征在于，在除去所述定位图像中的背景像素之后还包括步骤：

4. 如权利要求3所述的在定位图像上设置定位线的方法，其特征在于，在将像素深度缩小为较低深度之后还包括步骤：

将所述定位图像大小至少缩小50%。

5. 如权利要求4所述的在定位图像上设置定位线的方法，其特征在于，在进行全局配准和局部配准之间还包括步骤：

验证经全局配准的模板图像与所述定位图像是否匹配。

6. 如权利要求1至5所述的在定位图像上设置定位线的方法，其特征在于，所述步骤根据在所述定位图像上映射的控制点设置定位线进一步包括步骤：

过每组控制点中的两个基点以形成基线；

7. 如权利要求6所述的在定位图像上设置定位线的方法，其特征在于：

每组定位线内任何相邻两条定位线之间的距离均一致并等于对应扫描协议的层厚。

8. 如权利要求7所述的在定位图像上设置定位线的方法，其特征在于：

9. 如权利要求8所述的在定位图像上设置定位线的方法，其特征在于：

每组定位线内所有定位线的长度均一致。

10. 一种在定位图像上设置定位线的装置，其特征在于，包括：

用于在模板图像上设置控制点的单元；

11. 如权利要求10所述的在定位图像上设置定位线的装置，其特征在于，还包括：

用于除去所述定位图像中的背景像素的单元。

12. 如权利要求11所述的在定位图像上设置定位线的装置，其特征在于，还包括：

用于对所述定位图像进行重新采样以便将像素深度缩小为较低深度的单元。

13. 如权利要求12所述的在定位图像上设置定位线的装置，其特征在于，还包括：

用于将所述定位图像大小至少缩小50%的单元。

14. 如权利要求13所述的在定位图像上设置定位线的装置，其特征在于，还包括：

用于验证经全局配准的模板图像与所述定位图像是否匹配的单元。

15. 如权利要求10至14所述的在定位图像上设置定位线的装置，其特征在于，所述用于根据在所述定位图像上映射的控制点设置定位线的单元进一步包括：

用于过每组控制点中的两个基点以形成基线的单元；

16. 如权利要求15所述的在定位图像上设置定位线的装置，其特征在于：

17. 如权利要求16所述的在定位图像上设置定位线的装置，其特征在于：

18. 如权利要求17所述的在定位图像上设置定位线的装置，其特征在于：

每组定位线内所有定位线的长度均一致。

19. 一种CT设备，其特征在于，包括如权利要求10至18任一项所述的在定位图像上设置定位线的装置。