CN105147311B - 用于ct系统中的可视化设备辅助扫描定位方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开用于CT系统中的可视化设备辅助扫描定位方法和系统。本发明利用图像处理技术进行实时图像分析，可实现自动检测扫描对象在扫描床上的位置范围，自动完成移床定位，可减少医生频繁进入CT室，还可通过实时影像监控病人的碰撞风险，保障检查安全。

Description

用于CT系统中的可视化设备辅助扫描定位方法和系统

技术领域

本发明涉及医疗辅助技术领域，尤其涉及一种用于CT系统中的可视化设备辅助扫描定位方法和系统。

背景技术

在CT扫描过程中，一般分四个步骤：（1）医生按扫描要求请病人在扫描床上摆好体位；（2）医生根据CT定位激光的标记调节床高和床板位置，使得病人的扫描起始部位和中心与CT定位激光分别重合；（3）医生加载扫描协议，病床和CT扫描支架按协议完成扫描，反碰撞硬件模块实时监测床板、病人和支架外壳是否发生了碰撞；（4）结束扫描。

现有技术中，当病人在扫描床上以后，CT医生是通过肉眼和个人经验在CT激光定位的标定下手动调节扫描床的高度和水平位置。所以，现有定位方式主要缺点是操作繁琐，需要医生多次调整扫描床的位置关系。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于CT系统中的可视化设备辅助扫描定位方法和系统，旨在解决现有的CT定位方式操作繁琐、使用不便的问题。

本发明的技术方案如下：

一种用于CT系统中的可视化设备辅助扫描定位方法，其中，包括步骤：

A、预先通过床高摄像头获取扫描床的床高扫描图像，以及通过床板摄像头获取扫描床的床板扫描图像；

B、根据床高扫描图像中扫描床床高所占比例以及床板扫描图像中扫描床床板所占比例以及扫描床的实际床高和床板尺寸，分别计算出床高扫描图像中一个像素对应的实际长度和宽度以及床板扫描图像中一个像素代表的实际长度和宽度；

C、在检测对象的平面中心以及高度中心进行标记；

D、在进行定位时，利用床高摄像头实时获取检测对象的床高扫描图像和利用床板摄像头实时获取检测对象的床板扫描图像；

E、根据床高扫描图像和床板扫描图像中的标记区域的中心与对应图像中心点之间的距离以及对应图像每个像素代表的实际长度和宽度，对扫描床进行调整，使检测对象位于检测中心。

所述的用于CT系统中的可视化设备辅助扫描定位方法，其中，所述步骤E中标记区域的中心通过下述步骤获得：

将床高扫描图像和床板扫描图像分别二值化处理，将标记所属颜色置为1，其他颜色置为0；

通过边缘识别处理，绘制出标记区域的边界；

计算出标记区域的中心。

所述的用于CT系统中的可视化设备辅助扫描定位方法，其中，所述标记为红色。

所述的用于CT系统中的可视化设备辅助扫描定位方法，其中，所述步骤E具体包括：

E1’、根据床高扫描图像中的标记区域的中心与床高扫描图像的中心的像素距离以及床高扫描图像中每个像素代表的实际长度和宽度，对扫描床床高进行调整使检测对象与CT系统的扫描孔径中心重合；

E2’、根据床板扫描图像中的标记区域的中心与床板扫描图像的中心的像素距离以及床板扫描图像中每个像素代表的实际长度和宽度，对扫描床床板进行调整使检测对象移动到CT系统的CT扫描窗的位置。

所述的用于CT系统中的可视化设备辅助扫描定位方法，其中，所述步骤E还包括：

E1、对床高扫描图像和床板扫描图像进行预处理；

E2、预处理后，对床高扫描图像和床板扫描图像进行二值化处理；

E3、通过Canny算法计算得到CT外壳和扫描床的轮廓；

E4、在CT外壳和扫描床轮廓内的区域识别检测对象的轮廓；

E5、用背景去除和边界识别算法计算出检测对象的横断位轮廓和冠状位轮廓。

所述的用于CT系统中的可视化设备辅助扫描定位方法，其中，所述步骤E还包括：

E6、利用横断位轮廓和冠状位轮廓建立检测对象的三维模型；

E7、结合扫描床和CT外壳的三维模型以及检测对象的三维模型，建立三维场景；

E8、利用AABB层次包围盒对三维场景进行碰撞检测。

一种用于CT系统中的可视化设备辅助扫描定位系统，其中，包括：

扫描模块，用于预先通过床高摄像头获取扫描床的床高扫描图像，以及通过床板摄像头获取扫描床的床板扫描图像；

校准模块，用于根据床高扫描图像中扫描床床高所占比例以及床板扫描图像中扫描床床板所占比例以及扫描床的实际床高和床板尺寸，分别计算出床高扫描图像中一个像素对应的实际长度和宽度以及床板扫描图像中一个像素代表的实际长度和宽度；

标记模块，用于在检测对象的平面中心以及高度中心进行标记；

检测模块，用于在进行定位时，利用床高摄像头实时获取检测对象的床高扫描图像和利用床板摄像头实时获取检测对象的床板扫描图像；

调整模块，用于根据床高扫描图像和床板扫描图像中的标记区域的中心与对应图像中心点之间的距离以及对应图像每个像素代表的实际长度和宽度，对扫描床进行调整，使检测对象位于检测中心。

所述的用于CT系统中的可视化设备辅助扫描定位系统，其中，所述调整模块具体包括：

床高调整单元，用于根据床高扫描图像中的标记区域的中心与床高扫描图像的中心的像素距离以及床高扫描图像中每个像素代表的实际长度和宽度，对扫描床床高进行调整使检测对象与CT系统的扫描孔径中心重合；

床板调整单元，用于根据床板扫描图像中的标记区域的中心与床板扫描图像的中心的像素距离以及床板扫描图像中每个像素代表的实际长度和宽度，对扫描床床板进行调整使检测对象移动到CT系统的CT扫描窗的位置。

所述的用于CT系统中的可视化设备辅助扫描定位系统，其中，所述调整模块还包括：

预处理单元，用于对床高扫描图像和床板扫描图像进行预处理；

二值化处理单元，用于预处理后，对床高扫描图像和床板扫描图像进行二值化处理；

外轮廓计算单元，用于通过Canny算法计算得到CT外壳和扫描床的轮廓；

识别单元，用于在CT外壳和扫描床轮廓内的区域识别检测对象的轮廓；

部位轮廓计算单元，用于用背景去除和边界识别算法计算出检测对象的横断位轮廓和冠状位轮廓。

所述的用于CT系统中的可视化设备辅助扫描定位系统，其中，所述调整模块还包括：

三维模型建立单元，用于利用横断位轮廓和冠状位轮廓建立检测对象的三维模型；

三维场景建立单元，用于结合扫描床和CT外壳的三维模型以及检测对象的三维模型，建立三维场景；

碰撞检测单元，用于利用AABB层次包围盒对三维场景进行碰撞检测。有益效果：本发明利用图像处理技术进行实时图像分析，可实现自动检测扫描对象在扫描床上的位置范围，自动完成移床定位，可减少医生频繁进入CT室，还可通过实时影像监控病人的碰撞风险，保障检查安全。

附图说明

图1为本发明一种用于CT系统中的可视化设备辅助扫描定位方法较佳实施例的流程图。

图2为图1所示方法中步骤S105的具体流程图。

图3为图1所示方法中步骤S105的又一具体流程图。

具体实施方式

本发明提供一种用于CT系统中的可视化设备辅助扫描定位方法和系统，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，图1为本发明一种用于CT系统中的可视化设备辅助扫描定位方法较佳实施例的流程图，如图所示，其包括步骤：

S101、预先通过床高摄像头获取扫描床的床高扫描图像，以及通过床板摄像头获取扫描床的床板扫描图像；

S102、根据床高扫描图像中扫描床床高所占比例以及床板扫描图像中扫描床床板所占比例以及扫描床的实际床高和床板尺寸，分别计算出床高扫描图像中一个像素对应的实际长度和宽度以及床板扫描图像中一个像素代表的实际长度和宽度；

S103、在检测对象的平面中心以及高度中心进行标记；

S104、在进行定位时，利用床高摄像头实时获取检测对象的床高扫描图像和利用床板摄像头实时获取检测对象的床板扫描图像；

S105、根据床高扫描图像和床板扫描图像中的标记区域的中心与对应图像中心点之间的距离以及对应图像每个像素代表的实际长度和宽度，对扫描床进行调整，使检测对象位于检测中心。

具体来说，在步骤S101中，先通过床高摄像头获取扫描床的床高扫描图像，以及通过床板摄像头获取扫描床的床板扫描图像；

具体在CT扫描支架的孔径中心轴方向（水平方向）安装一个床高摄像头，作为床高碰撞监控源，此时该床高摄像头拍摄的床高扫描图像的中心就是CT扫描孔径的中心，在CT扫描床的中心位置对应到扫描室天花板（竖直方向）的位置安装一个摄像头，作为床板摄像头，此时床板扫描图像的中心就为床板中心。

在步骤S102中，将两个摄像头（床高摄像头和床板摄像头）的视频信号都接到CT操作电脑上，接下来需要校准计算拍摄的视频图像像素的比例尺，即计算整个病床在实际图像上显示成了多大尺寸，通过测量实际床高和床板尺寸（长度和宽度），分别计算出床高扫描图像中一个像素对应的实际长度和宽度（如以K1和K2表示）以及床板扫描图像中一个像素代表的实际长度和宽度（如以K3和K4表示），将这几个比例参数设置保存到软件中，完成了校准。

在步骤S103中，需对检测对象的平面中心以及高度中心进行标记；例如在对病人进行CT定位扫描前，病人在扫描床上摆好体位之后，需对病人的前胸到后背的中间位置做个标记（例如在病人脚底板用红色标记纸进行标记，高度中心），这样可保证人体中心与CT扫描孔径中心尽量重合，同时需用红色标记纸标记出病人扫描部位的起始和结束位置（例如用两条红色标记纸标记分别标记起始位置和结束位置，平面中心可以是起始位置的标记区域），这样就完成了自动定位的标记步骤；该标记优选为红色，以方便与图像中其他区域区分开。

进一步，所述步骤S105中标记区域的中心通过下述步骤获得：

将床高扫描图像和床板扫描图像分别二值化处理，将标记所属颜色置为1，其他颜色置为0；例如将红色置为1，其他颜色置为0。

通过边缘识别处理，绘制出标记区域的边界；

计算出标记区域的中心。

进一步，如图2所示，所述步骤S105具体包括：

S201、根据床高扫描图像中的标记区域的中心与床高扫描图像的中心的像素距离以及床高扫描图像中每个像素代表的实际长度和宽度，对扫描床床高进行调整使检测对象与CT系统的扫描孔径中心重合；

S202、根据床板扫描图像中的标记区域（红色标记纸标记的起始位置，简称起始标记位）的中心与床板扫描图像的中心的像素距离以及床板扫描图像中每个像素代表的实际长度和宽度，对扫描床床板进行调整使检测对象移动到CT系统的CT扫描窗的位置。

计算得到标记区域的中心得到之后，根据根据床高扫描图像中的标记区域的中心与对应图像中心的像素距离以及K1、K2的值，可计算出床高所需调整的高度才可使病人中心与扫描孔径中心重合；根据床板扫描图像中的标记区域的中心与对应图像中心的像素距离以及K3、K4的值，可计算出床板需要调整到哪个位置可将起始标记位移动到CT扫描窗的位置。还可将计算得到的调整量用运动路径表示，绘制出示意图，然后让医生确认路径正确后再执行对应的运动命令。

为了实时监控CT扫描支架与扫描床以及检测对象是否发生了碰撞同样需要采用图像分割算法，将检测对象的边界轮廓分割识别出来，CT扫描支架的位置关系可通过设备实时设备参数以及等比例3D模型模拟出来，通过实时的识别模拟可提前提示碰撞风险。具体如下所示。

进一步，如图3所示，所述步骤S105还包括：

S301、对床高扫描图像和床板扫描图像进行预处理；

所述的预处理为平滑、去噪处理。

S302、预处理后，对床高扫描图像和床板扫描图像进行二值化处理；

二值化处理可以是将扫描床和CT外壳所属的颜色置为1，将其他颜色置为0。

S303、通过Canny算法计算得到CT外壳和扫描床的轮廓；

Canny算法的具体步骤包括：

1、对原始图像进行灰度化

如果摄像头获取的是彩色图像，那首先进行灰度化。对一幅彩色图进行灰度化，就是根据图像各个通道的采样值进行加权平均。以RGB格式的彩图为例，例如采用如下方法：Gray=0.299R+0.587G+0.114B；

2、对图像进行高斯滤波

图像高斯滤波的实现可以用两个一维高斯核分别两次加权实现，也可以通过一个二维高斯核一次卷积实现。

3、用一阶偏导的有限差分来计算梯度的幅值和方向

关于图像灰度值得梯度可使用一阶有限差分来进行近似，这样就可以得图像在x和y方向上偏导数的两个矩阵。

4、对梯度幅值进行非极大值抑制

图像梯度幅值矩阵中的元素值越大，说明图像中该点的梯度值越大，在Canny算法中，非极大值抑制是进行边缘检测的重要步骤，是指寻找像素点局部最大值，将非极大值点所对应的灰度值置为0，这样可以剔除掉一大部分非边缘的点。

5、用双阈值算法检测和连接边缘

Canny算法中减少假边缘数量的方法是采用双阈值法。选择两个阈值，根据高阈值得到一个边缘图像，这样一个图像含有很少的假边缘，但是由于阈值较高，产生的图像边缘可能不闭合，所以为解决上述问题采用了另外一个低阈值。

在高阈值图像中把边缘链接成轮廓，当到达轮廓的端点时，该算法会在断点的8邻域点中寻找满足低阈值的点，再根据此点收集新的边缘，直到整个图像边缘闭合。

S304、在CT外壳和扫描床轮廓内的区域识别检测对象的轮廓；

检测对象轮廓的识别可以是二值化处理、绘制边界、然后得到轮廓。

S305、用背景去除和边界识别算法计算出检测对象的横断位轮廓和冠状位轮廓。

所述步骤S105还包括：

S306、利用横断位轮廓和冠状位轮廓建立检测对象的三维模型；

S307、结合扫描床和CT外壳的三维模型以及检测对象的三维模型，建立三维场景；

S308、利用AABB层次包围盒对三维场景进行碰撞检测。

这样可实时监控扫描床与CT扫描支架的距离避免发生碰撞；如果监控到扫描床与CT扫描支架可能发生碰撞时，需发送急停信号停止CT扫描。

基于上述方法，本发明还提供一种用于CT系统中的可视化设备辅助扫描定位系统，其包括：

扫描模块，用于预先通过床高摄像头获取扫描床的床高扫描图像，以及通过床板摄像头获取扫描床的床板扫描图像；

校准模块，用于根据床高扫描图像中扫描床床高所占比例以及床板扫描图像中扫描床床板所占比例以及扫描床的实际床高和床板尺寸，分别计算出床高扫描图像中一个像素对应的实际长度和宽度以及床板扫描图像中一个像素代表的实际长度和宽度；

标记模块，用于在检测对象的平面中心以及高度中心进行标记；

检测模块，用于在进行定位时，利用床高摄像头实时获取检测对象的床高扫描图像和利用床板摄像头实时获取检测对象的床板扫描图像；

调整模块，用于根据床高扫描图像和床板扫描图像中的标记区域的中心与对应图像中心点之间的距离以及对应图像每个像素代表的实际长度和宽度，对扫描床进行调整，使检测对象位于检测中心。

进一步，所述调整模块具体包括：

床高调整单元，用于根据床高扫描图像中的标记区域的中心与床高扫描图像的中心的像素距离以及床高扫描图像中每个像素代表的实际长度和宽度，对扫描床床高进行调整使检测对象与CT系统的扫描孔径中心重合；

床板调整单元，用于根据床板扫描图像中的标记区域的中心与床板扫描图像的中心的像素距离以及床板扫描图像中每个像素代表的实际长度和宽度，对扫描床床板进行调整使检测对象移动到CT系统的CT扫描窗的位置。

进一步，所述调整模块还包括：

预处理单元，用于对床高扫描图像和床板扫描图像进行预处理；

二值化处理单元，用于预处理后，对床高扫描图像和床板扫描图像进行二值化处理；

外轮廓计算单元，用于通过Canny算法计算得到CT外壳和扫描床的轮廓；

识别单元，用于在CT外壳和扫描床轮廓内的区域识别检测对象的轮廓；

部位轮廓计算单元，用于用背景去除和边界识别算法计算出检测对象的横断位轮廓和冠状位轮廓。

进一步，所述调整模块还包括：

三维模型建立单元，用于利用横断位轮廓和冠状位轮廓建立检测对象的三维模型；

三维场景建立单元，用于结合扫描床和CT外壳的三维模型以及检测对象的三维模型，建立三维场景；

碰撞检测单元，用于利用AABB层次包围盒对三维场景进行碰撞检测。

本发明为了提高CT扫描定位的便捷性、安全性和智能性，基于扫描室的监控影像、利用图像处理技术对检测对象进行实时图像分析，可实现自动检测检测对象在床板及床高上的位置范围，通过处理实时图像，自动计算床板床高移动距离和方向、同时通过实时影像分析床板、人体和支架外壳的位置关系，避免发生碰撞。本发明可减少医生频繁进入CT室，自动完成移床定位，并通过实时影像监控病人的碰撞风险，保障检查安全。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于CT系统中的可视化设备辅助扫描定位方法，其特征在于，包括步骤：

A、预先通过床高摄像头获取扫描床的床高扫描图像，以及通过床板摄像头获取扫描床的床板扫描图像；所述床高扫描图像的中心对应CT系统的扫描孔径中心，所述床板扫描图像的中心对应扫描床床板中心；

B、根据床高扫描图像中扫描床床高所占比例以及床板扫描图像中扫描床床板所占比例以及扫描床的实际床高和床板尺寸，分别计算出床高扫描图像中一个像素对应的实际长度和宽度以及床板扫描图像中一个像素代表的实际长度和宽度；

C、在检测对象的平面中心以及高度中心进行标记；

D、在进行定位时，利用床高摄像头实时获取检测对象的床高扫描图像和利用床板摄像头实时获取检测对象的床板扫描图像；

E、根据床高扫描图像和床板扫描图像中的标记区域的中心与对应图像中心点之间的距离以及对应图像每个像素代表的实际长度和宽度，对扫描床进行调整，使检测对象位于检测中心；

所述步骤E还包括：

E1、对床高扫描图像和床板扫描图像进行预处理；

E2、预处理后，对床高扫描图像和床板扫描图像进行二值化处理；

E3、通过Canny算法计算得到CT外壳和扫描床的轮廓；

E4、在CT外壳和扫描床轮廓内的区域识别检测对象的轮廓，所述检测对象的轮廓通过二值化处理并绘制边界来识别；

E5、用背景去除和边界识别算法计算出检测对象的横断位轮廓和冠状位轮廓；

E6、利用横断位轮廓和冠状位轮廓建立检测对象的三维模型；

E7、结合扫描床和CT外壳的三维模型以及检测对象的三维模型，建立三维场景；

E8、利用AABB层次包围盒对三维场景进行碰撞检测。

2.根据权利要求1所述的用于CT系统中的可视化设备辅助扫描定位方法，其特征在于，所述步骤E中标记区域的中心通过下述步骤获得：

将床高扫描图像和床板扫描图像分别二值化处理，将标记所属颜色置为1，其他颜色置为0；

通过边缘识别处理，绘制出标记区域的边界；

计算出标记区域的中心。

3.根据权利要求1所述的用于CT系统中的可视化设备辅助扫描定位方法，其特征在于，所述标记为红色。

4.根据权利要求1所述的用于CT系统中的可视化设备辅助扫描定位方法，其特征在于，所述步骤E具体包括：

E1’、根据床高扫描图像中的标记区域的中心与床高扫描图像的中心的像素距离以及床高扫描图像中每个像素代表的实际长度和宽度，对扫描床床高进行调整使检测对象与CT系统的扫描孔径中心重合；

E2’、根据床板扫描图像中的标记区域的中心与床板扫描图像的中心的像素距离以及床板扫描图像中每个像素代表的实际长度和宽度，对扫描床床板进行调整使检测对象移动到CT系统的CT扫描窗的位置。

5.一种用于CT系统中的可视化设备辅助扫描定位系统，其特征在于，包括：

扫描模块，用于预先通过床高摄像头获取扫描床的床高扫描图像，以及通过床板摄像头获取扫描床的床板扫描图像；所述床高扫描图像的中心对应CT系统的扫描孔径中心，所述床板扫描图像的中心对应扫描床床板中心；

校准模块，用于根据床高扫描图像中扫描床床高所占比例以及床板扫描图像中扫描床床板所占比例以及扫描床的实际床高和床板尺寸，分别计算出床高扫描图像中一个像素对应的实际长度和宽度以及床板扫描图像中一个像素代表的实际长度和宽度；

标记模块，用于在检测对象的平面中心以及高度中心进行标记；

检测模块，用于在进行定位时，利用床高摄像头实时获取检测对象的床高扫描图像和利用床板摄像头实时获取检测对象的床板扫描图像；

调整模块，用于根据床高扫描图像和床板扫描图像中的标记区域的中心与对应图像中心点之间的距离以及对应图像每个像素代表的实际长度和宽度，对扫描床进行调整，使检测对象位于检测中心；

所述调整模块还包括：

预处理单元，用于对床高扫描图像和床板扫描图像进行预处理；

二值化处理单元，用于预处理后，对床高扫描图像和床板扫描图像进行二值化处理；

外轮廓计算单元，用于通过Canny算法计算得到CT外壳和扫描床的轮廓；

识别单元，用于在CT外壳和扫描床轮廓内的区域识别检测对象的轮廓，所述检测对象的轮廓通过二值化处理并绘制边界来识别；

部位轮廓计算单元，用于用背景去除和边界识别算法计算出检测对象的横断位轮廓和冠状位轮廓；

三维模型建立单元，用于利用横断位轮廓和冠状位轮廓建立检测对象的三维模型；

三维场景建立单元，用于结合扫描床和CT外壳的三维模型以及检测对象的三维模型，建立三维场景；

碰撞检测单元，用于利用AABB层次包围盒对三维场景进行碰撞检测。

6.根据权利要求5所述的用于CT系统中的可视化设备辅助扫描定位系统，其特征在于，所述调整模块具体包括：

床高调整单元，用于根据床高扫描图像中的标记区域的中心与床高扫描图像的中心的像素距离以及床高扫描图像中每个像素代表的实际长度和宽度，对扫描床床高进行调整使检测对象与CT系统的扫描孔径中心重合；

床板调整单元，用于根据床板扫描图像中的标记区域的中心与床板扫描图像的中心的像素距离以及床板扫描图像中每个像素代表的实际长度和宽度，对扫描床床板进行调整使检测对象移动到CT系统的CT扫描窗的位置。