CN103892862B - 用于侦查图像的自动扫描定位装置 - Google Patents

Abstract

本发明名称为“用于侦查图像的自动扫描定位装置”。公开了一种用于侦查图像的自动扫描定位装置，包括：接收装置，其用于接收通过侦查扫描获得的受检者的侦查图像；检查及确定装置，其根据侦查图像中包含的多个信息，自动检查侦查图像中的至少一个位置，并基于至少一个位置来自动确定扫描范围；以及执行装置，其基于所确定的扫描范围对受检者执行轴向扫描。

Description

用于侦查图像的自动扫描定位装置

技术领域

本发明一般涉及医疗领域的扫描定位装置，更具体地，涉及用于人脸部侦查图像(scout image)的自动CT扫描定位装置。

背景技术

在医院中的鼻窦扫描(sinuses scan)主要用于诊断外伤、畸形、恶性肿瘤和炎症。医生首先扫描侦查图像以从额窦(frontal sinus)到鼻子（包含外鼻、鼻腔）末端定位鼻窦的位置。目前上述定位是由医生完成的手动操作。医生需要手动点击或拖拽鼠标以在侦查图像上改变最终的轴向扫描的起始位置和最终位置。在鼻窦扫描的手动定位中存在诸多缺陷。

另一方面，在医院中的眼眶扫描(orbit scan)主要用于诊断眼眶的结构疾病和眼眶的成分、外伤、异物。医生同样需要扫描侦查图像，以通过手动操作来从眼窝的0.5cm之下到0.5cm之上定位眼眶。医生需要手动点击或拖拽鼠标以在侦查图像上改变最终的轴向扫描的起始位置和最终位置。在眼眶扫描的手动定位中存在诸多缺陷。

图1更详细地示出了现有技术中对侦查图像进行手动定位的流程图100。在流程的开始步骤102中，将诸如受检者的患者定位在方便进行扫描的位置，例如患者通常被运送并定位于扫描系统的台架上。接着，在步骤104处，对患者执行侦查扫描，以获得侦查图像。作为该步骤的非限制性示例，可以采用如下方式获取侦查图像：利用X射线CT设备中的操作控制台来控制X射线CT设备的扫描架，使得扫描架中的X射线管发射X射线（该X射线例如通过孔隙成形而表现为扇状扇形射束、锥形射束等）；成形的X射线朝向台架上定位的患者传播，穿过患者并施加到位于台架另一侧的、X射线CT设备的X射线检测器（该检测器可以是在扇状X射线束的扩展方向(通道方向)及其厚度方向(列方向)上具有多个二维设置的X射线检测元件）；最后，X射线CT设备的数据获取段从各X射线检测元件获取检测的数据，将其作为投影数据，并基于投影数据得到“侦查图像”。顺便提到，指示侦查图像的图像本身和承载图像的图像数据在本文中均称作侦查图像，之间没有任何区别。

接下来，步骤106处，使用者（例如，医生）根据自身经验和视觉、手动地调整和定位步骤104处产生的侦查图像。然后，在步骤108处，手动地在侦查图像上设置最终的轴向扫描的范围，例如，通过手动点击或拖拽鼠标的方式来设置、改变、调整轴向扫描的起始位置和最终位置。在其它情况中，使用者也可以通过键盘输入、语音输入或其它公知的方式对扫描的范围（例如起始位置和最终位置）进行任何改变和调整。最后，在步骤110处，使用者通过点击图形用户界面（未示出）上的确认按钮等方式对调整的侦查图像及扫描范围进行确认，并基于扫描范围来执行轴向扫描（例如，CT断层扫描），以形成轴向扫描图像供进一步的处理或诊断。

目前已知上述手动定位侦查图像100（例如，鼻窦扫描和眼眶扫描）的缺陷包括但不限于：手动定位100费时费力；它主要依赖于医生的经验和视觉；以及在操作者不够熟悉的情况下，手动定位100可能存在不准确，从而不能执行期望的轴向扫描。进一步地，由于受检者的眼睛通常对X射线敏感并希望最少的辐射剂量入射到眼睛中，因此本领域中还格外期望高精度地自动定位眼眶扫描。

在本领域中已经有一些方法、装置，用于对扫描图像进行定位：

●例如，公布于2008年8月6日（CN101234028A）的中国专利申请呈现了一种在基于SPECT-CT的多模态扫描系统中生成CT扫描定位像的方法。该方法利用SPECT侧的图像信息（例如，loid）来填充CT侧的扫描协议的扫描项，并利用填充后的扫描协议在CT侧读出SPECT图像作为CT侧的定位像。然而，上述方法专注于SPECT模态对CT模态的补偿，从而实现更小的剂量和更高的可用性，其不能用于本公开希望解决的自动定位侦查图像的技术问题。

●又例如，公布于2012年2月29日（CN102365655A）的中国专利申请呈现了一种基于ICP法（迭代最近点法）的图像核对装置，其通过避免使ICP法陷入局部解（即，只保证误差函数达到局部极小值）来可靠收敛到最优解。然而，该专利申请并不涉及本公开所要描述的自动定位侦查图像的装置。

●再例如，公布于2012年2月8日（CN102342847A）的中国专利申请呈现了一种通过同时调节待重构倾斜图像的倾斜角和倾斜图像重构范围（通过倾斜图像重构范围输入接收单元602）以及调节非倾斜扫描的扫描范围（通过非倾斜扫描范围输入单元603），来降低对对象8的不必要暴露的扫描范围。然而，对倾斜图像重构范围和非倾斜扫描范围的调节仍然需要人工进行，因此其无法解决本公开希望解决的问题。

总之，本领域目前不存在用于侦查图像扫描（例如，前面提到的鼻窦扫描和眼眶扫描）的、具有高精度的自动定位装置。因此，希望高效地自动定位诸如鼻窦扫描和眼眶扫描的侦查扫描的装置。

发明内容

为了解决上述和其他技术问题，提供了一种用于侦查图像的自动扫描定位装置。

根据一个方面，呈现了一种用于侦查图像的自动扫描定位装置，其包括：接收装置，其用于接收通过侦查扫描获得的受检者的侦查图像；检查及确定装置，其根据侦查图像中包含的多个信息，自动检查侦查图像中的至少一个位置，并基于该至少一个位置来自动确定扫描范围；以及执行装置，其基于所确定的扫描范围对所述受检者执行轴向扫描。

利用本公开中提到的自动扫描定位装置，能节省时间、提高成像的速度，进而在给定时间内获得更高的图像产量并且避免过高的人力消耗。与现有技术的手动定位相比，本公开的自动扫描定位装置使用了多信息模糊算法，从而更加准确、具有更好的成像性能以及给予临床医生更佳的用户体验。

另外，本公开的自动扫描定位装置在应用于眼眶扫描时还额外地具备以下优势：其降低了X射线的辐射剂量、从而避免对人眼的潜在伤害。

附图说明

当参考附图阅读下面的详细描述时，将更好地理解本公开的这些和其他特征、方面和优点，在所有附图中，相似的符号表示相似部件，在附图中：

图1是现有技术中手动定位侦查图像的原理框图；

图2A-图2C是根据本公开的自动定位侦查扫描的原理框图，其中侦查扫描例如包括鼻窦扫描和眼眶扫描；

图3A描述了临床应用中手动标明(landmark)鼻窦扫描范围的示意图；

图3B-3D更详细地描绘了根据本公开的、鼻窦扫描自动定位的过程；

图4示意性示出了根据本公开的、鼻窦检测算法的原理框图；

图5A描述了临床应用中手动标明眼眶扫描范围的示意图；

图5B-图5C更详细地描绘了根据本公开的、眼眶扫描自动定位的过程；以及

图6示意性示出了根据本公开的、眼眶检测算法的原理框图。

具体实施方式

下文将描述本技术的一个或多个实施例。为了尽量提供对这些实施例的简明描述，本说明书中并未描述真实实现的所有特征。应该意识到在任何此类真实实现的开发中，当在任何工程项目或设计项目中时，必须作出多种实现特定的决策以便达到开发者的特定目标，例如与系统相关的约束以及与业务相关的约束相符，这对于不同的实现可能是有所变化的。再者，应该意识到，对于从本公开获益的本领域普通技术人员来说，此类开发成果可能是复杂且耗时的，但是尽管如此仍是设计、制造和加工的例行工作。

如本文所使用的、以单数形式引述且跟随不定冠词“一”的元件或步骤应当被理解为不排除多个元件或步骤，除非明确说明了这种排除。此外，本公开对“一个实施例”的引用无意于解释为排除同样结合了引用特征的额外实施例的存在。此外，除非另加相反的明确说明，否则，“包括”或“具有”带特定性质的元件或多个元件的实施例可包括没有那种性质的附加元件。

根据本公开的一个实施例并参见图2A，为了对手动定位侦查图像的流程100（见图1）加以改进，本公开提出了一种自动定位侦查扫描的方法200，该方法采用相应的装置来实现。自动定位侦查扫描的方法200的前两个步骤202和204（对应于定位患者和侦查扫描）与上文结合图1描述的步骤102和步骤104类似，并可采用相同的现有技术装置来实现，本文中不再进行重复性描述。即，通过类似于步骤102和104的方式，本文可以获得如正位（AP）侦查图像的、受检者的侦查图像。

接下来，在步骤206中，本文公开的方法利用诸如接收器的接收装置（未示出）来接收受检者的侦查图像；以及采用诸如处理器的装置来根据侦查图像中包含的多个信息、自动检查侦查图像中的至少一个位置（优选地，鼻窦或眼眶）、并基于至少一个位置来自动确定扫描范围。本领域技术人员能够理解，该确定的扫描范围可以进一步被自动设置到目前使用的扫描协议，以供下一步处理。

最后，在步骤208，操作者通过图形用户界面（未示出）来确认扫描范围设置的是否合理，并在合理的情况下启动轴向扫描以获得所需的CT图像。本领域技术人员能够理解，方法200结束之后，所获得的轴向扫描图像可以通过输出装置（例如，显示器、打印机等）输出，也可以通过存储器进行存储以备将来使用。

根据一个优选实施例，在图2B中描述了一种自动定位侦查扫描的原理框图210，其中侦查扫描是对人脸部的“鼻窦”的扫描。在自动定位侦查扫描210中，步骤212、214、和218与前文结合图2A描述的步骤202、204、和208分别对应，所不同之处主要在于步骤216是针对鼻窦扫描来进行的，下文将结合图3B-3D及图4进行更详细的说明。

在对步骤216进行详细说明之前，首先结合图3A简要描述在目前临床应用是如何手动标明鼻窦扫描范围的。如图3A所示，通过侦查扫描处理可以获得AP侦查图像300；随后在需要进行鼻窦扫描时，临床医师根据自身经验在图像300上标明人脸部的额窦水平线302和鼻子末端水平线304，并在它们之间确定要扫描的鼻窦306。上述鼻窦部位306的选择是示意性的，根据不同的需要，可以选择处于额窦和鼻子末端范围内的、其它位置处的鼻窦部位。

参见图4所示的鼻窦检测算法400，为了自动定位鼻窦扫描，首先需要根据侦查图像中包含信息来定位额窦，然后根据模板匹配来自动得到扫描范围。具体来说，算法400始于步骤402，在其中读取侦查图像。然后在步骤404，额窦检测模块（未示出）可以基于侦查图像中所带有的头骨的梯度信息和灰度信息来进行圆形拟合（见图3B），从而得到头骨轮廓312、314和头骨中心点316的位置信息。由于头骨的中心点接近人脸的额窦，因此可以将其选为额窦检测的参考点。接下来，在步骤406，额窦检测模块基于该参考点并利用读取的头骨的梯度信息和灰度信息自动确定额窦的最终位置，例如确定额窦相对于参考点是否有上下偏差以及确定额窦在水平方向中的宽度等。图3D示意性描绘了额窦检测结果332，其位于人脸示图330中的头骨轮廓中心位置附近。

回到步骤402，图像信息处理的另一个分支进入模板匹配模块418，在该模块中步骤402中获得的图像信息与模板库416中的多分辨率模板324进行匹配，以获得鼻子（末端）位置326的检测。根据一个实施例，模板库416是基于之前存在的正位侦查图像上手动标明的鼻子区域412来生成的；为了获得更好的识别效果，本公开还优选对手动生成的模板412进行了多分辨率处理，生成了N分辨率水平图像414，并由它们组成模板库416。具体地，在模板匹配模块418中，使用与模板库416中的N分辨率水平图像对应的不同搜索窗口324、对步骤402中获得的图像信息（例如，梯度信息和灰度信息）进行相关匹配，并以达到最高相关度的那个模板作为侦查图像的最佳匹配326。

如何生成分辨率水平图像以及如何采用相关匹配找到最佳匹配都是本领域公知的方法，本文不再赘述。

最后，在步骤420中，根据额窦检测模块得到的额窦检测332及模板匹配模块418中生成的最佳匹配326，自动确定了鼻窦扫描范围330，其包括额窦检测332和鼻子末端范围334。该鼻窦扫描范围可通过写入协议的方式来控制针对鼻窦的最终轴向扫描，例如可自动控制最终的轴向扫描的起始位置和最终位置。

现在转到图2C，根据另一个优选实施例，在其中描述了另一种自动定位侦查扫描的原理框图220，其中侦查扫描是对人脸部的“眼眶”的扫描。在自动定位侦查扫描220中，步骤222、224、和228与前文结合图2A描述的步骤202、204、和208分别对应，所不同之处主要在于步骤226是针对眼眶扫描来进行的，下文将结合图5B-5C及图6进行更详细的说明。

在对步骤226进行详细说明之前，首先结合图5A简要描述在目前临床应用是如何手动标明眼眶扫描范围的。如图5A所示，通过侦查扫描处理可以获得AP侦查图像510；随后在需要进行眼眶扫描时，临床医师根据自身经验在图像510上标明人脸部的眼眶界限512和514，并在它们之间确定要扫描的眼眶516。

参见图6所示的眼眶检测算法600，根据一个实施例，为了进行自动确定眼眶扫描范围530（图5C），首先采用粗检测模块（未示出）来定位眼眶的粗位置（图5B），然后采用精确检测模块（未示出）来定位眼眶的精确位置（图5C）。简而言之，算法600始于步骤602，在其中读取侦查图像。然后在步骤604-608，通过粗检测模块执行眼眶的粗检测；在步骤610，通过精确检测模块执行眼眶的精确检测。

根据一个实施例并参见图5B，粗检测模块使用步骤602中的侦查图像中包含的人脸图像的梯度信息、灰度信息来获得作为参考的位置信息。例如，粗检测模块可采用类似上文结合图3B描述的方法来获得604头骨轮廓（进而可以得到头骨的半径）和头骨中心点524的位置信息。本领域技术人员能够理解，其它位置信息也可被粗检测模块用作参考。

以获得的位置信息为参考，粗检测模块进一步利用梯度信息等来检测眼眶位置的明显的部分轮廓522，并进而获得眼眶中心和眼眶半径。如图5B所示，根据梯度信息可能只能获得606整个眼眶靠近头骨中心点524附近的部分轮廓522。粗检测模块基于部分轮廓522可以进行圆形拟合以获得眼眶中心（即，图5B中两个小圆形的圆心）和眼眶半径，从而生成608粗眼眶。

接下来，在步骤610，精确检测模块根据步骤608中的眼眶中心、眼眶半径以及步骤602中的梯度信息，采用纹理分割方法来获得眼眶的精确检测530，其包括眼眶界限532、534和眼眶大致位置536等。纹理分割方法基于构成眼眶的物质和构成眼睛的物质在侦查图像中不同的纹理特征，在图5B的基础上进行精细计算，以较小计算量得到较精确的眼眶扫描范围530。该眼眶扫描范围可通过写入协议的方式来控制针对眼眶的最终轴向扫描，例如可自动控制最终的轴向扫描的起始位置和最终位置。

上述示例只是说明本公开的多种方面的若干可能实施例，其中等效变更和/或修改将是本领域技术人员在阅读和理解本说明书及附图时将会想到的。具体关于由上述组件(组装件、装置、系统、电路等等)所执行的多种功能，除非另加说明，否则用于描述这类组件的术语(包括提到“装置”)意在对应于诸如硬件、软件及其组合的任何组件，其执行所述组件的指定功能(即，是功能等效的)，即使与执行本公开的所示实现中功能的、公开的结构不是结构等效的。另外，虽然可能仅针对若干实现其中之一示出和/或描述了本公开的具体特征，但是，这种特征可与对于任何给定或具体应用可能是预期或有利的其它实现的一个或多个其它特征相结合。此外，除非另加说明，否则提到单数组件或项预计包含两个或更多这类组件或项。另外，在术语“包括”、“具有”、“带有”或者其变体用于详细描述和/或权利要求的方面，这类术语意在表示包含在内，其方式与术语“包含”相似。参照优选实施例描述了本公开。显而易见，一旦阅读和理解前面的详细描述，修改和变更将是本领域技术人员会想到的。预计本公开将被解释为包括所有这类修改和变更。

本文使用的术语处理器指的是中央处理器、微处理器、微控制器、精简指令集电路(RISC)、专用集成电路(ASIC)、逻辑电路、以及能够执行本文所述功能的任何其它电路或处理器。

本书面描述使用示例来公开包括最佳模式的本公开，并还使本领域技术人员能实践本公开，包括制作和使用任何装置或系统及执行任何结合的方法。本公开可取得专利的范围由权利要求定义，且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例具有与权利要求字面语言无不同的结构要素，或者如果它们包括与权利要求字面语言无实质不同的等效结构要素，则它们规定为在权利要求的范围之内。

Claims (11)

1.一种用于侦查图像的自动扫描定位装置，包括：

接收装置，其用于接收X射线CT设备通过侦查扫描获得的受检者的侦查图像；

检查及确定装置，其根据所述侦查图像中包含的多个信息，自动检查所述侦查图像中的至少一个位置，并基于所述至少一个位置来自动确定扫描范围；以及

执行装置，其基于所确定的扫描范围对所述受检者执行轴向扫描；

其中，所述至少一个位置包括：

所述受检者的额窦位置和鼻子末端位置，或者，

所述受检者的眼眶位置；

所述检查及确定装置包括：

分别用于检测额窦位置和鼻子末端位置的额窦检测模块和鼻子检测模块，或者，

分别用于进行所述眼眶位置的粗检测和精确检测的粗检测模块和精确检测模块。

2.如权利要求1所述的装置，其中，所述多个信息包含所述受检者的头骨的梯度信息、灰度信息、以及位置信息。

3.如权利要求2所述的装置，其中，所述额窦检测模块使用所述梯度信息和灰度信息来获得所述位置信息，并以所述位置信息为参考、利用所述梯度信息和灰度信息来检测所述额窦位置。

4.如权利要求3所述的装置，其中，所述位置信息包括所述头骨的中心点。

5.如权利要求4所述的装置，其中，通过组合所述梯度信息和灰度信息来对所述头骨进行圆形拟合，从而获得所述中心点。

6.如权利要求1所述的装置，其中，所述鼻子检测模块采用多分辨率模板匹配算法来检测所述鼻子末端位置。

7.如权利要求6所述的装置，其中，所述多分辨率模板匹配算法根据以下方式执行：

通过在多个已有的正位侦查图像上标明鼻子区域，生成多个模板；

将所述多个模板处理为N分辨率水平图像；以及

使用根据所述N分辨率水平图像的不同搜索窗口、通过相关匹配方法执行匹配处理，以找到所述侦查图像的最佳匹配。

8.如权利要求2所述的装置，其中，所述粗检测模块使用所述梯度信息和灰度信息来获得所述位置信息，并以所述位置信息为参考、利用所述梯度信息来检测所述眼眶位置的明显的部分轮廓，并进而获得眼眶中心和眼眶半径。

9.如权利要求8所述的装置，其中，所述位置信息包括所述头骨的中心点和头骨半径。

10.如权利要求9所述的装置，其中，通过组合所述梯度信息和灰度信息来对所述头骨进行圆形拟合，从而获得所述中心点和所述头骨半径。

11.如权利要求9或10所述的装置，其中，所述精确检测模块根据所述眼眶中心、所述眼眶半径和所述梯度信息，采用纹理分割方法来获得所述精确检测。