CN106097410B - 一种扫描数据处理方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种扫描数据处理方法和装置，其中方法包括：接收CT扫描得到的扫描数据；确定所述扫描数据是CT倾斜扫描得到，且倾斜扫描的数据场是正立方体；通过变换矩阵对所述扫描数据进行逆变换，所述变换矩阵用于表示倾斜扫描的数据场与标准摆位数据场之间的坐标系转换关系。本申请提高了CT倾斜扫描时的后处理图像显示质量。
Description
技术领域
本申请涉及医疗设备技术，特别涉及一种扫描数据处理方法和装置。
背景技术
CT(Computed Tomography，电子计算机断层扫描)扫描时，可以获得扫描对象(例如，该扫描对象可以是人体)的一系列横断面扫描数据，该横断面扫描数据可以称为数据切片，CT设备可以通过后处理系统处理这些数据切片，其中，该后处理系统通常用于人体诊查图像的处理，该后处理系统可以在数据切片的基础上通过插值、分割、投影等处理，显示处理后的图像。
后处理系统的分析处理只能依据与CT设备的扫描床水平面垂直的数据切片，而目前有些扫描采用倾斜扫描时可以得到更好的效果，倾斜扫描即在扫描时CT设备的机架进行一定角度的倾斜。但是，CT倾斜扫描产生的数据切片不与扫描床的水平面垂直，那么，相关技术中，需要对倾斜扫描得到的数据切片进行数据插值处理，获得与扫描床水平面垂直的横断面数据后，再由后处理系统显示。这种方式中，后处理系统的数据质量较低，将使得后处理系统显示的图像质量下降。
发明内容
为解决现有存在的技术问题，本申请期望提供一种扫描数据处理方法和装置，以提高CT倾斜扫描时的后处理图像显示质量。
具体地，本申请是通过如下技术方案实现的：
第一方面，提供一种扫描数据处理方法，所述方法包括：
接收CT扫描得到的扫描数据；
确定所述扫描数据是CT倾斜扫描得到，且倾斜扫描的数据场是正立方体；
通过变换矩阵对所述扫描数据进行逆变换，所述变换矩阵用于表示倾斜扫描的数据场与标准摆位数据场之间的坐标系转换关系。
第二方面，提供一种扫描数据处理装置，所述装置包括：
数据接收模块，用于接收CT扫描得到的扫描数据；
数据分析模块，用于确定所述扫描数据是CT倾斜扫描得到，且倾斜扫描的数据场是正立方体；
数据变换模块，用于通过变换矩阵对所述扫描数据进行逆变换，所述变换矩阵用于表示倾斜扫描的数据场与标准摆位数据场之间的坐标系转换关系。
本申请提供的扫描数据处理方法和装置的有益效果：通过将倾斜扫描的数据场调整为正立方体，使得可以通过变换矩阵对扫描数据进行逆变换，即可得到正常扫描时的数据，由于这种方式得到的扫描数据是原始扫描数据，从而提高了CT倾斜扫描时的后处理图像显示质量。
附图说明
图1是本申请一示例性实施例示出的一种倾斜扫描的状态示意图；
图2是本申请一示例性实施例示出的一种人体的横截面示意图；
图3是本申请一示例性实施例示出的一种正常扫描时的扫描位置示意图；
图4是本申请一示例性实施例示出的一种正常扫描时的切片示意图；
图5是本申请一示例性实施例示出的一种倾斜扫描时的扫描位置示意图；
图6是本申请一示例性实施例示出的一种倾斜扫描时的数据场示意图；
图7是本申请一示例性实施例示出的一种数据场变换原理示意图；
图8是本申请一示例性实施例示出的一种扫描范围调整示意图；
图9是本申请一示例性实施例示出的数据场立体示意图；
图10是本申请一示例性实施例示出的扫描范围调整的操控界面图；
图11是本申请一示例性实施例示出的一种扫描数据转换的流程图；
图12是本申请一示例性实施例示出的一种扫描数据处理装置的结构图；
图13是本申请一示例性实施例示出的一种扫描数据处理装置的结构图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
CT倾斜扫描也是目前可以采用的一种CT扫描方式，如图1的示例，示例了一种倾斜扫描时的扫描状态，扫描对象11躺在扫描床12上，扫描架13倾斜着对该扫描对象11进行扫描，即扫描架13具有一定的倾斜角度。如图1中的示意，扫描架13应架设成w1线所处的位置，这种架设位置可以称为标准摆位，而在倾斜扫描时扫描架13可以处于w2线的位置，w1线与w2线之间可以具有a的夹角，即该倾斜扫描的倾斜角度是a。
当CT扫描采用标准摆位扫描时，扫描得到的数据切片是扫描对象的横截面扫描数据。可以参见图2至图4的示意，以扫描对象是人体为例，人体的横截面可以是当人体躺在扫描床上时，垂直于人体由头到脚的方向切下的截面。CT扫描的射线可以沿着该横截面扫描，也可以将该横截面的位置称为切片位置，扫描得到的数据可以称为数据切片，根据该数据切片的数据重建图像就可以得到人体在该横截面的扫描图像。可以看到，当标准摆位扫描时，由扫描对象的侧面来看，切片位置和数据切片都是与扫描床水平面垂直。
而当CT扫描采用倾斜扫描时，切片位置和数据切片不与扫描床水平面垂直，而是与扫描床水平面之间具有一定的夹角，该夹角即倾斜扫描的倾斜角度，参见图5和图6所示。此外，结合图6，对扫描对象进行扫描得到的一系列的数据切片，可以组成一个扫描的数据场，当标准摆位扫描时，该数据场是一个标准的立方体，而当倾斜扫描时，该数据场是一个平行立方体。
本例子的扫描数据处理方法，将通过调整扫描范围，使得倾斜扫描时得到标准的正立方体的数据场，只是该正立方体的数据场与标准摆位时的数据场相比，倾斜了一定的角度；此时再通过数据转换的方式，将倾斜的正立方体数据场转换为标准摆位的正立方体数据场即可，转换后的数据场中的数据切片就可以直接用于后处理系统的数据处理。
结合图7的示意来看数据场的转换：图7示例了三种类型的数据场，分别包括：标准摆位时的扫描数据场，倾斜角度为a时的倾斜扫描数据场、以及假设将标准摆位数据场旋转a角度得到的数据场。并且，在CT扫描中，不论是标准摆位数据场还是倾斜扫描数据场，数据场的上下边缘线(例如图7中的平行线L1和L2)是与扫描床的水平面平行的。
经过分析，如果将标准摆位的数据场绕Y轴旋转a角度，得到的数据场与倾斜扫描的平行数据场是不一致的。假设将标准摆位数据场旋转a角度后得到的数据场称为第一数据场，将倾斜角度为a的倾斜扫描的平行数据场称为第二数据场，那么，该第一数据场和第二数据场尽管中心轴线都是与Y轴夹角a角度，但是，第一数据场比第二数据场的扫描范围要大。如图7的示意，第二数据场需要补齐两个数据场部分后才能得到第一数据场，这两个需要补齐的数据场部分已在图7中示出。
上述需要补齐的数据场扫描范围，如果以切片位置来示意，可以参见图8，在图8中，实线显示的切片位置是倾斜扫描时的实际扫描范围，而点线显示的切片位置是本例子中增加的扫描范围，相当于将倾斜扫描时的扫描范围进行了扩大，使得扫描得到的数据范围相当于图7中的第一数据场。如图9所示，如果以三维结构来示意，那么补齐后的第一数据场是一个倾斜的正立方体，而不是通常的CT倾斜扫描时的平行立方体。
经过上述的CT倾斜扫描时的扫描范围的扩大调整，使得调整后的数据场就相当于标准摆位的数据场绕Y轴旋转了a角度，即第一数据场与标准摆位数据场的坐标系之间存在转换关系，就可以通过数据转换方式，将第一数据场进行逆变换，绕Y轴再反向旋转a角度，就可以得到标准摆位数据场，可以用于后处理系统的数据分析。而且这种方式得到的后处理系统用于分析的数据，实际上即为原始扫描得到的扫描数据，而不是传统方式中的经过插值处理得到的数据，从而显著提高了数据质量，进而也使得后处理系统在根据这些数据进行分析处理时的处理质量也提高，比如图像质量得到提升。
在如上原理描述的基础上，下面详细说明如下实现该方法：
首先，可以进行倾斜扫描的数据场范围(也可以称为扫描范围)的调整，该扫描范围的调整可以结合参见图10所示。图10示例了用户通过操控界面调整扫描范围，在操控界面1001中，示例了扫描对象1002，界面中还示出了扫描范围包围盒1003，该扫描范围包围盒1003即相当于数据场范围。其中，扫描范围包围盒1003中显示的虚线1004即为切片位置。
在标准摆位扫描时，扫描范围包围盒1003为一个矩形，当倾斜扫描时，在传统方式中，用户可以在操控界面1001中，将扫描范围包围盒1003进行倾斜，例如倾斜角度可以为a，扫描范围包围盒1003由矩形变为平行四边形，并且切片位置也变为倾斜，则CT设备可以开始执行倾斜角度为a的扫描。
本例子中，如图10所示，在进行倾斜扫描时，用户可以直接将扫描范围包围盒1003作为一个整体旋转倾斜角度a，CT设备可以开始执行倾斜角度为a的扫描，这种扫描形成的数据场仍然保持为正立方体，显示在图10的界面上即为扫描范围包围盒1003仍旧是一个矩形。
具体的，上述倾斜扫描时的数据场范围的调整，可以通过如下方式实现：可以计算更新后的两个扫描参数，包括：“扫描起始位置”和“扫描长度”。
请结合图8所示，假设第一幅图像(即第一个数据切片)的扫描起始位置是一个已知的起始点Q1，该起始点Q1是一个位于XYZ三维空间中的位置点，并假设第七幅图像的扫描起始位置是起始点Q2，该Q2是新扫描起始位置，那么可以根据如下公式计算Q2：
Qn＝Qs+(n-1)×dis
其中，上述公式中的n表示图像数量，且n为自然数；当以Q2为例时，Qs即替换为Q1，Qn即替换为Q2，“n-1”即替换为“7-1”，其中的“dis”是一个单位向量，参见图8所示，该dis是在原扫描位置垂直的方向f上，每相邻的两幅图像之间的间隔向量，相当于扫描起始位置的单位变化量。该dis的计算可以是，用图8中的S(即两个相邻图像之间沿扫描床水平方向的距离)乘以cos a，a为CT倾斜扫描的扫描角度。对于其他图像，比如第三幅图像、或者第四幅图像等，n将相应改变即可。
而“扫描长度”即图8中所示的长度L，该L是更新后的新扫描长度，其可以按照如下公式计算：
L＝l+sina×|Pn-Ps|
其中，l即为图8中所示的原扫描长度，而当前调整后的扫描长度将增加，“sina×|Pn-Ps|”即为图8中的“增加长度”(即扫描长度的增加量)，a为CT倾斜扫描的扫描角度。Pn和Ps为图8中所示的两个位置点，|Pn-Ps|为三角形(Po-Pn-Ps)的斜边，也是Pn和Ps两个位置点沿扫描床水平方向上的距离。
使用上述计算更新后的“扫描起始位置”和“扫描长度”进行扫描，就可以得到倾斜的正立方体的数据场范围，其中，对于数据场中的每一个数据切片，可以根据该数据切片对应的扫描起始位置和扫描长度进行扫描，该数据场是原始扫描得到的数据，数据质量较高。可以将CT倾斜扫描得到的该扫描数据，传输至后处理系统。
后处理系统可以先对该扫描数据进行数据转换，即进行倾斜的正立方体到标准摆位的立方体的转换，相当于将图7中的第一数据场绕Y轴旋转得到标准摆位数据场，然后再对转换后的数据进行处理。由于对转换后的数据的处理过程与传统的后处理系统的数据处理方式相同，因此不再详述，如下只描述如何对扫描数据进行转换的过程。
图11示例了后处理系统如何对扫描数据进行转换的过程：
在步骤1101中，后处理系统接收到CT扫描的扫描数据。
例如，在调整扫描参数后，CT扫描根据调整后的参数进行扫描，该扫描参数的调整可以参见前述的“扫描起始位置”和“扫描长度”的计算，不再详述；扫描后可以得到倾斜的正立方体数据场的数据，可以将这些数据传输至后处理系统。
在步骤1102中，后处理系统可以判断扫描数据是否是倾斜扫描得到。
本步骤中，后处理系统可以判断其接收到的数据是否是倾斜扫描得到的数据。如果判断结果是标准摆位的扫描数据，可以按照通常的处理方式进行处理即可；而如果判断结果是倾斜扫描的扫描数据，则继续执行步骤1103。
在一个例子中，判断扫描数据是否是倾斜扫描的数，可以按照如下方式：
后处理系统可以选择接收到的一系列数据切片中的其中一个数据切片，由该切片中选择一个行向量R，再选择一个列向量C。该行向量R可以表示为“(Rxi+Ryj+Rzk)”，该列向量C可以表示为“(Cxi+Cyj+Czk)”。而向量中的三个部分分别表示该向量在x、y、z三个方向的分量，以R为例，Rxi表示行向量R在x方向的分量，Ryj表示行向量R在y方向的分量，Rzk表示行向量R在z方向的分量。
本例子中，后处理系统可以将该切片的行向量R和列向量C进行叉乘，如下面的公式所示：
V＝(Rxi+Ryj+Rzk)×(Cxi+Cyj+Czk)
叉乘得到结果向量V，该向量V同样可以包括分别在x、y、z三个方向的分量，例如V＝Vxi+Vyj+Vzk。如果V的x和y分量不是零，则说明是倾斜的数据。如果V的x和y分量是零，说明是标准摆位的数据。
在步骤1103中，后处理系统可以判断倾斜扫描的数据场是否是立方体。
例如，即使在步骤1102中可以确定得到的扫描数据是倾斜扫描的扫描数据，但是也有两种可能。一种可能是该倾斜扫描的数据是按照传统方式扫描得到，数据场是平行立方体，此时这样的数据是不适合后处理系统处理的。另一种可能是该倾斜扫描的数据是按照本例子的方式扫描得到，数据场是正立方体，则后处理系统可以继续执行步骤1104。
本步骤中，后处理系统判断数据场是否是正立方体时，可以由接收到的一系列数据切片中，选择两个数据切片，并在这两个数据切片对应的扫描对象横截面图像中，选择两个位置相同的点进行连接，比如可以将这两幅图像的左上角起点进行联线，可以得到一个向量。
例如，d＝P0-P1，其中，P0和P1表示两个起点，d表示联线得到的向量。然后，再由上述的两幅图像中选择其中一幅，获得该幅图像的一个行向量和一个列向量，假设行向量为R，列向量为C，该R和C的解释可以参见步骤1102中的相关描述。后处理系统可以判断d与R、C之间的夹角，其中，如果两个夹角都是90度，例如，(d*R＝＝0)可以表示d与R这两个向量之间的夹角是90度，(d*C＝＝0)可以表示d与C这两个向量之间的夹角为90度。则说明虽然数据场是倾斜的，但数据场在空间中是一个立方体，通过变换即可让数据场的中心轴与标准摆位的数据场中心轴重合。
经过步骤1102和步骤1103，后处理系统可以确定接收到的CT扫描的扫描数据，是倾斜扫描得到的数据，并且该倾斜扫描的数据场已经是立方体，那么表明该倾斜扫描的数据场相当于将标准摆位的数据场绕Y轴旋转a角度后得到，则可以继续执行步骤1104，进行数据变换。
在步骤1104中，后处理系统通过变换矩阵，对扫描数据进行逆变换，所述变换矩阵用于表示立方体与标准摆位数据场之间的坐标系转换关系。
例如，本例子中使用的变换矩阵可以是：
根据上述矩阵，假设一个标准摆位的扫描数据场绕Y轴旋转a角度后，得到本例子中的倾斜扫描时的立方体数据场，该立方体数据场可以由本例子中的倾斜扫描方法扫描得到；那么，该立方体数据场乘以上述的变换矩阵，就相当于将该立方体数据场绕Y轴反向旋转a角度，又回到原标准摆位的数据场，可以直接用于后续的数据处理。也可以说，标准摆位数据场与本例子中的倾斜扫描数据场的坐标系之间存储上述的变换矩阵所述的转换关系，通过上述的数据转换，可以使得倾斜扫描的立方体数据场与标准摆位数据场的中心轴重合。
本例子的扫描数据处理方法，通过在CT倾斜扫描时扩大扫描范围，使得倾斜扫描得到的数据场为三维立方体，就可以通过数据变换将该数据场转换为标准摆位的数据场，从而可以被后处理系统执行处理。这种方式得到的数据，是原始扫描的数据，只是通过数据变换对数据的方向性进行了改变，将扫描数据绕Y轴旋转了a角度，数据的质量较高，因此根据该数据处理得到的显示图像的质量也得到提高。
为了实现上述的扫描数据处理方法，本申请实施例还提供了一种扫描数据处理装置，如图12所示，该装置可以包括：数据接收模块1201、数据分析模块1202和数据变换模块1203。
数据接收模块1201，用于接收CT扫描得到的扫描数据；
数据分析模块1202，用于确定所述扫描数据是CT倾斜扫描得到，且倾斜扫描的数据场是正立方体；
数据变换模块1203，用于通过变换矩阵对所述扫描数据进行逆变换，变换矩阵用于表示倾斜扫描的数据场与标准摆位数据场之间的坐标系转换关系。
在一个例子中，数据分析模块1202，在用于确定所述扫描数据是CT倾斜扫描得到时，包括：将所述扫描数据中的一个数据切片的行向量和列向量进行叉乘，若得到的结果向量的x分量和y分量不为零，则确定扫描数据是倾斜扫描得到。
在一个例子中，数据分析模块1202，在用于确定倾斜扫描的数据场是正立方体时，包括：若所述扫描数据中的两个数据切片中，相同位置点联线与其中一个数据切片中的一个行向量和一个列向量的夹角均为直角，则确定所述倾斜扫描的数据场是正立方体。
在一个例子中，所述变换矩阵是根据倾斜扫描的倾斜角度得到。
在一个例子中，如图13所示，该装置还可以包括：参数计算模块1204和扫描执行模块1205。
参数计算模块1204，用于根据所述倾斜扫描的倾斜角度，计算扫描长度的增加量，并根据所述增加量和原扫描长度，得到更新后的新扫描长度；根据所述倾斜扫描的倾斜角度，计算扫描起始位置的单位变化量，并根据所述单位变化量和所述数据场中的任一数据切片的位置，得到所述数据切片对应的新扫描起始位置；
扫描执行模块1205，用于对于任一数据切片，根据数据切片对应的新扫描起始位置、以及所述新扫描长度，扫描得到所述数据切片对应的扫描数据。
本申请实施例的扫描数据处理的功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台数据处理设备执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。
Claims (8)
1.一种扫描数据处理方法，其特征在于，所述方法包括：
接收CT扫描得到的扫描数据；
确定所述扫描数据是CT倾斜扫描得到，且确定倾斜扫描的数据场是正立方体；
通过变换矩阵对所述扫描数据进行逆变换，所述变换矩阵用于表示倾斜扫描的数据场与标准摆位数据场之间的坐标系转换关系；
所述方法还包括：
根据所述倾斜扫描的倾斜角度，计算扫描长度的增加量，并根据所述增加量和原扫描长度，得到更新后的新扫描长度；
根据所述倾斜扫描的倾斜角度，计算扫描起始位置的单位变化量，并根据所述单位变化量和所述数据场中的任一数据切片的位置，得到所述数据切片对应的新扫描起始位置；
对于任一数据切片，根据所述数据切片对应的新扫描起始位置、以及所述新扫描长度，扫描得到所述数据切片对应的扫描数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述扫描数据是CT倾斜扫描得到，包括：
将所述扫描数据中的一个数据切片的行向量和列向量进行叉乘，若得到的结果向量的x分量和y分量不为零，则确定所述扫描数据是倾斜扫描得到。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定倾斜扫描的数据场是正立方体，包括：
若所述扫描数据中的两个数据切片中，相同位置点连线与其中一个数据切片中的一个行向量和一个列向量的夹角均为直角，则确定所述倾斜扫描的数据场是正立方体。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述变换矩阵是根据倾斜扫描的倾斜角度得到。
5.一种扫描数据处理装置，其特征在于，所述装置包括：
数据接收模块，用于接收CT扫描得到的扫描数据；
数据分析模块，用于确定所述扫描数据是CT倾斜扫描得到，且确定倾斜扫描的数据场是正立方体；
数据变换模块，用于通过变换矩阵对所述扫描数据进行逆变换，所述变换矩阵用于表示倾斜扫描的数据场与标准摆位数据场之间的坐标系转换关系；
所述装置还包括：
参数计算模块，用于根据所述倾斜扫描的倾斜角度，计算扫描长度的增加量，并根据所述增加量和原扫描长度，得到更新后的新扫描长度；根据所述倾斜扫描的倾斜角度，计算扫描起始位置的单位变化量，并根据所述单位变化量和所述数据场中的任一数据切片的位置，得到所述数据切片对应的新扫描起始位置；
扫描执行模块，用于对于任一数据切片，根据所述数据切片对应的新扫描起始位置、以及所述新扫描长度，扫描得到所述数据切片对应的扫描数据。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，
所述数据分析模块，在用于确定所述扫描数据是CT倾斜扫描得到时，包括：将所述扫描数据中的一个数据切片的行向量和列向量进行叉乘，若得到的结果向量的x分量和y分量不为零，则确定扫描数据是倾斜扫描得到。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，
所述数据分析模块，在用于确定倾斜扫描的数据场是正立方体时，包括：若所述扫描数据中的两个数据切片中，相同位置点连线与其中一个数据切片中的一个行向量和一个列向量的夹角均为直角，则确定所述倾斜扫描的数据场是正立方体。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述变换矩阵是根据倾斜扫描的倾斜角度得到。
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| CN104952043A (zh) * | 2014-03-27 | 2015-09-30 | 株式会社日立医疗器械 | 图像滤波方法及ct 系统 |
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2016
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