CN103126703B - 用于ct系统的体激光定位系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于CT系统的体激光定位系统和方法。该用于CT系统的体激光定位系统包括：激光定位装置，用于向待扫描对象发射激光并利用所发射的激光对CT扫描进行初始化定位；和激光片产生装置，用于使所发射的激光在CT扫描平面内扩散为激光片，激光片的沿传播方向的边缘至少与CT系统的扫描视野SFOV的圆周相切。该用于CT系统的体激光定位方法包括：向待扫描对象发射激光并利用所发射的激光对CT扫描进行初始化定位；和使所发射的激光在CT扫描平面内扩散为激光片，激光片的沿传播方向的边缘至少与CT系统的扫描视野SFOV的圆周相切。
Description
技术领域
本发明涉及计算机断层扫描(CT)系统，尤其涉及用于CT系统的体激光定位系统和方法。
背景技术
各种CT过程，尤其是用于放射治疗计划过程、介入过程和针对肥胖者的过程的成像要求在扫描视野(SFOV，scan field of view)中精确地定位特定的人体组织。准确和快速的病人定位对于成功曝光是必要的，并且可以节省这些过程的时间，还可以避免多余的曝光。
通常的CT过程如下：
步骤1：CT扫描前，医生采用激光定位灯对扫描进行初始化定位。激光定位灯用于在三个面内辅助病人定位和定标，包括轴平面、冠状面和矢状面。(图1)
步骤2：采用X光定位片进行0度定位扫描和90度定位扫描，并且在定位图像中准确定义扫描长度和CT重建图的范围即显示视野(DFOV，display field of view)。
步骤3：在定位图像中的指定的组织区域中进行CT轴向/螺旋/电影扫描。
图1示出目前用于CT系统的激光定位系统。CT系统包括X射线管110、扫描床120、检测器130。如图1所示，病人140躺在扫描床120上。激光定位系统发射轴平面、冠状面和矢状面激光用于辅助病人定位和定标。图1示出矢状面激光150和轴平面激光160以及X射线170。X射线将对病人进行定位扫描和之后的轴向、螺旋和电影扫描。
尽管激光定位灯和X光定位片能够为医生提供扫描范围参考，从而帮助医生进行病人摆位和定义扫描区域，但是它们的准确度可能不能满足某一临床情形，例如当X光定位片扫描的范围与实际的CT轴向、螺旋或者电影扫描的成像范围不一致时。图2示出了用于定位的成像视野与CT轴向SFOV不一致的情形。如图2中所示，在采用X光定位片进行0度定位扫描260(对应于X射线焦点230)和90度定位扫描270(对应于X射线焦点240)时，感兴趣区域(例如箭头所示的区域)在定位片扫描范围内，但是却未含在真正的SFOV 250中，造成SFOV边界处出现截断伪影，从而影响诊断。这种情况常常出现在肥胖病人CT扫描或者放疗CT扫描中。
例如，在放疗CT扫描中，需要在CT扫描图像中示出金属标记，这些金属标记附在病人皮肤上。有时，金属标记能够在定位图像中成像，但由于它处在SFOV的边缘或外部而在CT扫描图像中造成截断伪影，从而导致在CT扫描图像中几乎不可分辨该金属标记。在这种情况下，医生只能对病人进行重新摆位和扫描，这将引起额外的X光照射和扫描时间。图3a示出的是由于金属标志点A在SFOV外而导致的CT轴向扫描图像中的截断伪影。图3b示出的是在SFOV中看不见金属标志点A的情形，这对于放疗CT扫描应用是不可接受的。图3c示出的是金属标志点A的实际位置。
因此，需要一种用于CT系统的改进的激光定位系统和方法，以提供更准确的CT扫描范围参考，从而帮助医生更准确地且更快速地进行病人摆位和定义扫描区域。
发明内容
为解决上面提到的问题，本发明提供了用于CT系统的体激光定位系统和方法以辅助医生更好地定位病人。可以使用透镜系统来只在一个方向上扩散光。通过透镜系统产生的体激光线至少与SFOV的圆周相切。
本发明提供一种用于CT系统的体激光定位系统，包括：激光定位装置，用于向待扫描对象发射激光并利用所发射的激光对CT扫描进行初始化定位；和激光片产生装置，用于使所发射的激光在CT扫描平面内扩散为激光片，激光片的沿传播方向的边缘至少与CT系统的扫描视野SFOV的圆周相切。
根据本发明的至少一个实施例，用于CT系统的体激光定位系统还包括：设置在激光片的内部边缘的光传感器，用于在激光片随CT系统的扫描架旋转时检测激光片的内部边缘是否被待扫描对象阻挡，其中，当激光片的内部边缘被待扫描对象阻挡时，光传感器发出报警信号以指示待扫描对象未完全处于SFOV中。
根据本发明的至少一个实施例，用于CT系统的体激光定位系统还包括：设置在激光片的外部边缘的光传感器，用于在激光片随CT系统的扫描架旋转时检测激光片的外部边缘是否被待扫描对象阻挡，其中，当激光片的外部边缘被待扫描对象阻挡时，光传感器发出报警信号以指示待扫描对象未完全处于SFOV中。
根据本发明的至少一个实施例，用于CT系统的体激光定位系统还包括：光阻挡装置，用于阻挡激光片进入SFOV中
根据本发明的至少一个实施例，在用于CT系统的体激光定位系统中，激光片的厚度与CT系统的旋转轴的轴向上的X光成像宽度相同。
根据本发明的至少一个实施例，用于CT系统的体激光定位系统还包括：分光装置，用于在激光片的厚度方向上将激光片分成多个部分，从而指示当前CT扫描的图像位于多个部分中的哪个部分。
根据本发明的至少一个实施例，在用于CT系统的体激光定位系统中，分光装置为光栅。
根据本发明的至少一个实施例，在用于CT系统的体激光定位系统中，激光片产生装置为一个或多个透镜系统。
根据本发明的至少一个实施例，在用于CT系统的体激光定位系统中，透镜系统包括一个或多个柱面透镜、球面透镜和/或非球面透镜，用于改变激光片的扩散角度。
本发明还提供一种用于CT系统的体激光定位方法，包括：向待扫描对象发射激光并利用所发射的激光对CT扫描进行初始化定位；和使所发射的激光在CT扫描平面内扩散为激光片，激光片的沿传播方向的边缘至少与CT系统的扫描视野SFOV的圆周相切。
根据本发明的至少一个实施例，用于CT系统的体激光定位方法还包括：在激光片随CT系统的扫描架旋转时检测激光片的内部边缘是否被待扫描对象阻挡，当激光片的内部边缘被待扫描对象阻挡时发出报警信号，以指示待扫描对象未完全处于SFOV中。
根据本发明的至少一个实施例，用于CT系统的体激光定位方法还包括：在激光片随CT系统的扫描架旋转时检测激光片的外部边缘是否被待扫描对象阻挡，当激光片的外部边缘被待扫描对象阻挡时发出报警信号，以指示待扫描对象未完全处于SFOV中。
根据本发明的至少一个实施例，用于CT系统的体激光定位方法还包括：阻挡激光片进入SFOV中。
根据本发明的至少一个实施例，在用于CT系统的体激光定位方法中，激光片的厚度与CT系统的旋转轴的轴向上X光的成像宽度相同。
根据本发明的至少一个实施例，用于CT系统的体激光定位方法还包括：在激光片的厚度方向上将激光片分成多个部分，从而指示当前CT扫描的图像位于多个部分中的哪个部分。
根据本发明的至少一个实施例，用于CT系统的体激光定位方法还包括：借助于激光片来调整待扫描对象的位置以使待扫描对象完全位于SFOV中。
通过在激光束的片分布的内部边缘或外部边缘放置一个或多个光传感器，当病人位于SFOV区域外时，光传感器可以向医生报警。
激光束的片分布还在CT旋转轴的轴向上有一定厚度。当该厚度与CT成像厚度相一致时，可以通过使扩散后的激光束经过分光装置来在介入过程中为医生指示在CT旋转轴的轴向上的X射线扫描范围，即提供更准确的CT成像区域。
本发明改进了常规的激光定位系统，一方面在医生对病人进行准确定位时减小了医生的工作负荷并提高了定位效率，还为医生更准确地指示CT成像区域；另一方面因避免了额外的扫描和重新定位而减少了对病人的X光照射。
附图说明
通过结合以下附图，并且参考以下对具体实施方式的详细说明，可以对本发明有更透彻的理解。
图1示出的是目前用于CT系统的激光定位系统。
图2示出的是用于定位的成像视野与CT轴向SFOV不一致的情形。
图3a示出的是由于金属标志点A在SFOV外而导致的CT轴向扫描图像中的截断伪影。
图3b示出的是在SFOV中看不见金属标志点A的情形。
图3c示出的是金属标志点A的实际位置。
图4示出的是柱面透镜调节激光分布的原理。
图5示出的是获得目标激光片宽度的柱面透镜设计。
图6示出的是根据本发明的体激光定位系统的基本几何原理。
图7示出的是根据本发明的一个实施例的体激光定位系统。
图8示出的是根据本发明的另一个实施例的体激光定位系统。
图9示出的是根据本发明的一个实施例的应用分光装置的体激光定位系统。
图10示出的是根据本发明的一个实施例的透镜系统的扩散效应。
具体实施方式
为解决上面提到的问题，本发明采用透镜系统来产生体激光定位光束，使得激光分布在CT扫描x-y平面内至少与CT的SFOV的圆周相切，还可以在z方向上产生与CT旋转轴的轴向上X光的成像宽度相同的激光体分布。
下面以柱面透镜系统为例来描述本发明。值得注意的是，本发明并不限于柱面透镜系统，可以根据需要选择其他适当的透镜系统。
首先描述柱面透镜系统设计的基本原理。图4示出的是柱面透镜调节激光分布的原理。在图4中，各符号的含义如下：
r0：入射激光半径，
-f：柱面透镜焦距，
θ：激光发散半径角，
s：扩散光束离柱面透镜中心的距离，
L：扩散光束的长度。
如图4所示，半径为r0的准直激光束430入射到焦距为-f的半面柱面凹透镜420上。在图4中，为清楚起见，激光束的半径被放大示出。激光束经过半面柱面凹透镜后以半角θ＝r0/f扩散。激光束看似是从距柱面透镜f处的虚源410扩散。在光束经过半面柱面凹透镜后传播距离s处，有厚度为2r0(忽略高斯光束的扩散)、长度为L的线：
L＝2r0(s+f)/f (1)
如果s的大小远大于f，则扩散比L/2r0非常接近s/f。这样，在特定距离处将激光束投射成激光线，激光线的长度L与s成比例。
图5示出的是获得目标激光片宽度L的更复杂的柱面透镜系统设计。在图5中，各符号的含义如下：
r0：入射激光半径，
d：柱面透镜中心之间的距离，和
L：扩散光束的长度。
在图5中，焦距为f1的半面柱面凸透镜510和焦距为-f2的半面柱面凹透镜520中心之间的距离为d。通过调整这两个透镜的焦距f1和-f2以及距离d，可以调整在目标距离处激光束的长度L。还可以采用更为复杂的多透镜设计方式，从而校正光学系统的相差和激光分布的均匀性。
图6示出的是根据本发明的体激光定位系统的基本几何原理。图6所示的体激光定位系统包括激光定位装置610，用于向扫描床上的待扫描对象630发射激光并利用所发射的激光对CT扫描进行初始化定位；和激光片产生装置620，用于使所发射的激光在CT扫描平面内扩散为激光片，激光片的沿传播方向的边缘至少与CT系统的扫描视野SFOV的圆周相切。
激光定位装置(例如，激光二极管)610发出的激光经过激光片产生装置(例如，透镜系统)620之后在x方向上扩束，也可以同时在z方向上扩束，其中在x方向上扩束后的激光片的沿传播方向的边缘至少与SFOV 640的圆周相切，在z方向上扩束后的激光片的厚度与CT在z方向上的成像宽度相同。将激光定位装置610和激光片产生装置620安装在CT扫描架的旋转部件(图中未示出)之上。在CT扫描之前，打开激光定位装置610，将激光定位装置随着CT扫描架从-90度转到90度，如图中箭头650所示，通过下文描述的方法来判断激光在CT扫描架旋转过程中是否有被物体阻挡。CT系统中的计算机(例如，操作员控制台)将记录激光被阻挡的角度。可以在用户界面上显示激光被阻挡的方向，提示操作员病人调整的方向；也可以将CT扫描架自动旋转到激光被阻挡的角度，打开激光定位装置，由操作员根据激光的分布调整病人位置，保证病人在SFOV的范围之内。
图7示出的是根据本发明的一个实施例的体激光定位系统，称为“SFOV内部边缘体激光定位系统”。激光定位灯710发出的激光经过具有适当焦距的一个或多个透镜系统(图中未示出)之后扩散为与轴向或螺旋SFOV 740的圆周相切的激光片750。在激光片的内部边缘，将光传感器A 770和B 780放在CT扫描架(图中未示出)上与X光成像范围的边缘相交处，它们可以将光信号转换为电信号。在CT扫描开始前，待扫描对象760的初始设置工作流程如下。
将激光片750随着CT扫描架从-90度旋转到90度。在旋转过程中，如果激光片在某一角度被阻挡，则光传感器A和/或B向CT系统发送报警信号以提醒医生待扫描对象760并没有完全位于轴向或螺旋SFOV740中。这样，医生可以调整病人的位置。CT系统还可以记录被阻挡的角度和被阻挡的一侧(A或B)，然后旋转激光定位灯710到该角度。操作员可以借助于激光片和来自光传感器A和B的信号来对病人进行重新摆位。
图8示出的是根据本发明的另一个实施例的体激光定位系统，称为“SFOV外部边缘体激光定位系统”。激光定位灯810发出的激光经过具有适当焦距的一个或者多个透镜系统(图中未示出)之后扩散为宽于轴向或螺旋SFOV 840的激光片850。另一光阻挡器870被添加到激光片中，它阻挡激光进入轴向或螺旋SFOV区域840。将光传感器A 880和B 890放在与SFOV 840的圆周相切的线的外部。在CT扫描开始前，待扫描对象860的初始设置工作流程如下。
将激光片850随着CT扫描架从-90度旋转到90度。在旋转过程中，如果激光片在某一角度被阻挡，则光传感器A和/或B向CT系统发送报警信号以提醒医生待扫描对象860并未完全位于轴向或螺旋SFOV 840中，这样医生可以调整病人的位置。CT还可以记录被阻挡的角度和阻挡侧(A或B)，然后旋转激光器到该角度。借助于激光定位灯，操作员可以找到阻挡激光的病人身体区域，然后对病人进行重新摆位以确保目标病人身体不被激光束照射。
图9示出的是根据本发明的一个实施例的应用分光装置的体激光定位系统。与图7所示的体激光定位系统相比，图9所示的体激光定位系统在激光片产生装置的前方设置了分光装置(例如，光栅)，用于调整激光片在z方向上的厚度(2r0)，分光装置与x方向平行并且与激光片厚度相一致。如果激光片在z方向上的厚度等于z轴上X光的成像宽度，则图9所示的体激光定位系统除了具备与图7所示的体激光定位系统相同的功能外，分光装置还可以将与激光片厚度相一致的示出区域分成若干段，以引导医生在z方向上定位CT图像。这将对医生执行介入过程有益。
图10示出的是根据本发明的一个实施例的透镜系统的扩散效应。如图10所示，在CT系统中，原激光线1010在经过透镜系统调整后扩展为激光片1020。各种焦距的柱面透镜、球面透镜和/或非球面透镜的组合可以用于控制激光的扩散和厚度。
以上通过特定的实施例对本发明进行了详细的描述，但本发明并不限于上述实施例。在不脱离本发明范围的前提下，可以对本发明进行各种修改和变更。本发明的范围由所附权利要求书限定。
Claims (17)
1.一种用于CT系统的体激光定位系统，包括：
激光定位装置，用于向待扫描对象发射激光并利用所发射的激光对CT扫描进行初始化定位；
激光片产生装置，用于使所发射的激光在CT扫描平面内扩散为激光片，所述激光片的沿传播方向的边缘至少与所述CT系统的扫描视野SFOV的圆周相切；和
设置在所述激光片的内部边缘的光传感器或设置在所述激光片的外部边缘的光传感器，设置在所述激光片的内部边缘的光传感器用于在所述激光片随所述CT系统的扫描架旋转时检测所述激光片的内部边缘是否被所述待扫描对象阻挡，其中，当所述激光片的内部边缘被所述待扫描对象阻挡时，所述光传感器发出报警信号以指示所述待扫描对象未完全处于所述SFOV中，设置在所述激光片的外部边缘的光传感器用于在所述激光片随所述CT系统的扫描架旋转时检测所述激光片的外部边缘是否被所述待扫描对象阻挡，其中，当所述激光片的外部边缘被所述待扫描对象阻挡时，所述光传感器发出报警信号以指示所述待扫描对象未完全处于所述SFOV中。
2.如权利要求1所述的体激光定位系统，还包括：光阻挡装置，用于阻挡所述激光片进入所述SFOV中。
3.如权利要求1-2中任一项所述的体激光定位系统，其中所述激光片的厚度与所述CT系统的旋转轴的轴向上的X光成像宽度相同。
4.如权利要求3所述的体激光定位系统，还包括：分光装置，用于在所述激光片的厚度方向上将所述激光片分成多个部分，从而指示当前CT扫描的图像位于所述多个部分中的哪个部分。
5.如权利要求4所述的体激光定位系统，其中，所述分光装置为光栅。
6.如权利要求1-2、4-5中任一项所述的体激光定位系统，其中，所述激光片产生装置为一个或多个透镜系统。
7.如权利要求3所述的体激光定位系统，其中，所述激光片产生装置为一个或多个透镜系统。
8.如权利要求6中所述的体激光定位系统，其中，所述透镜系统包括一个或多个球面透镜和/或非球面透镜。
9.如权利要求6中所述的体激光定位系统，其中，所述透镜系统包括一个或多个柱面透镜和/或球面透镜。
10.如权利要求7中所述的体激光定位系统，其中，所述透镜系统包括一个或多个球面透镜和/或非球面透镜。
11.如权利要求7中所述的体激光定位系统，其中，所述透镜系统包括一个或多个柱面透镜和/或球面透镜。
12.一种用于CT系统的体激光定位方法，包括：
向待扫描对象发射激光并利用所发射的激光对CT扫描进行初始化定位；
使所发射的激光在CT扫描平面内扩散为激光片，所述激光片的沿传播方向的边缘至少与所述CT系统的扫描视野SFOV的圆周相切；和
在所述激光片随所述CT系统的扫描架旋转时检测所述激光片的内部边缘是否被所述待扫描对象阻挡，当所述激光片的内部边缘被所述待扫描对象阻挡时发出报警信号，以指示所述待扫描对象未完全处于所述SFOV中，或者在所述激光片随所述CT系统的扫描架旋转时检测所述激光片的外部边缘是否被所述待扫描对象阻挡，当所述激光片的外部边缘被所述待扫描对象阻挡时发出报警信号，以指示所述待扫描对象未完全处于所述SFOV中。
13.如权利要求12所述的体激光定位方法，还包括：阻挡所述激光片进入所述SFOV中。
14.如权利要求12-13中任一项所述的体激光定位方法，其中所述激光片的厚度与所述CT系统的旋转轴的轴向上X光的成像宽度相同。
15.如权利要求14所述的体激光定位方法，还包括：在所述激光片的厚度方向上将所述激光片分成多个部分，从而指示当前CT扫描的图像位于所述多个部分中的哪个部分。
16.如权利要求12-13、15中任一项所述的体激光定位方法，还包括：借助于所述激光片来调整所述待扫描对象的位置以使所述待扫描对象完全位于所述SFOV中。
17.如权利要求14所述的体激光定位方法，还包括：借助于所述激光片来调整所述待扫描对象的位置以使所述待扫描对象完全位于所述SFOV中。
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