CN107789001B - 一种用于成像扫描的摆位方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于成像扫描的摆位方法和系统。所述方法包括：将待扫描对象置于患者台上；利用3D摄像装置获取包含目标扫描区域的所述待扫描对象的3D图像，所述3D图像包含所述待扫描对象的深度信息；利用扫描装置获取包括所述目标扫描区域的所述待扫描对象的定位像；基于所述定位像，确定所述目标扫描区域；以及基于所述定位像、所述3D图像和所述目标扫描区域在至少一个方向上移动所述患者台。摆位系统扫描前不需要用户手动对病人摆位，在定位片扫描完成后，可以直接自动摆位，提高扫描效率，利用3D景深摄像技术，可以提高摆位的准确性。

Description

一种用于成像扫描的摆位方法和系统
技术领域
本发明涉及医疗影像设备领域，特别涉及一种用于成像扫描的摆位方法和系统。
背景技术
根据电子计算机断层扫描(Computed Tomography,CT)的图像重建原理，扫描物体或者人体的目标扫描区域放置在扫描装置的旋转中心(即虚拟等中心(isocenter))时可以达到最佳的图像质量。在现有技术中，操作者通过扫描系统上的激光定位灯进行摆位，对于垂直方向摆位尤为不便。使用激光定位灯进行摆位的方法准确度较低、耗费时间较长，并且容易导致被测试物体或人体扫描过于偏心，从而在重建图像中产生伪影。
发明内容
为解决使用激光定位灯进行摆位时对于垂直方向摆位不方便，准确度低，耗费时间长的问题，本发明的目的在于提供一种用于成像扫描的摆位方法和系统，通过自动化的方法控制患者台位置，帮助医生摆位或者实现自动摆位。
为达到上述发明目的，本发明提供的技术方案如下：
一方面，本发明实施例提供了一种用于成像扫描的自动摆位方法，所述方法包括：将待扫描对象置于患者台上；利用3D摄像装置获取包含目标扫描区域的所述待扫描对象的3D图像，所述3D图像包含所述待扫描对象的深度信息；利用扫描装置获取包括所述目标扫描区域的所述待扫描对象的定位像；基于所述定位像，确定所述目标扫描区域；以及基于所述定位像、所述3D图像和所述目标扫描区域在至少一个方向上移动所述患者台。
在本发明中，所述方法还包括获取所述待扫描对象的至少两张初始3D图像；以及将所述待扫描对象的所述至少两张初始3D图像拼接为一张所述待扫描对象的3D图像。
在本发明中，所述方法还包括获取用户在所述定位像中选择的感兴趣区域，并将所述感兴趣区域作为所述目标扫描区域；或者基于所述定位像，自动识别所述目标扫描区域。
在本发明中，所述方法还包括确定所述定位像和所述3D图像之间的映射关系；基于所述定位像中的所述目标扫描区域和所述映射关系，在所述3D图像中确定所述目标扫描区域；基于所述3D图像中的所述目标扫描区域的深度信息，确定所述患者台在第一方向上需要移动的第一距离，使得在所述第一方向上，所述目标扫描区域的中心位于所述扫描装置的旋转中心，所述第一方向为垂直于所述患者台所在平面的方向；以及基于所述第一距离，产生第一控制信号，并基于所述第一控制信号在所述第一方向上移动所述患者台。
在本发明中，所述方法还包括利用图像识别技术，自动配准所述定位像和所述3D图像，以确定所述定位像和所述3D图像之间的映射关系。
在本发明中，所述方法还包括将至少一个参照物放置于所述患者台上，其中所述参照物在所述3D摄像装置和所述扫描装置中均可被探测；确定所述至少一个参照物在所述3D图像中的第一坐标；确定所述至少一个参照物在所述定位像中的第二坐标；以及基于所述至少一个参照物的所述第一坐标和所述第二坐标，确定所述定位像和所述3D图像之间的映射关系。
在本发明中，所述方法还包括基于所述目标扫描区域的中心像素或所有像素的深度信息确定所述患者台在所述第一方向上需要移动的第一距离。
在本发明中，所述至少一个方向还包括第二方向，所述第二方向包括平行于水平面并且与所述扫描装置的扫描通道的轴向方向垂直的方向，并且所述方法还包括基于所述定位像和所述3D图像中的至少一个，以及所述目标扫描区域，确定所述患者台在所述第二方向上需要移动的第二距离，使得在所述第二方向上，所述目标扫描区域的中心位于所述扫描装置的旋转中心；以及基于所述第二距离，产生第二控制信号，并基于所述第二控制信号在所述第二方向上移动所述患者台。
另一方面，本发明实施例提供了一种用于成像扫描的自动摆位系统，所述系统包括：3D摄像装置，配置为获取包含目标扫描区域的待扫描对象的3D图像；图像重建单元，配置为生成包括所述目标扫描区域的所述待扫描对象的定位像；扫描区域确定单元，配置为在定位像中确定所述待扫描对象的所述目标扫描区域；以及患者台控制单元，配置为基于所述定位像、所述3D图像和所述目标扫描区域在至少一个方向上移动患者台。
在本发明中，所述3D摄像装置布置于所述患者台的上方。
与现有技术相比，本发明的有益效果表现如下：
一、扫描前用户不需要基于使待扫描区域的中心逼近扫描装置的旋转中心的目的，手动对病人摆位，在定位片扫描完成后，可以直接自动摆位，提高扫描效率；
二、利用3D景深摄像技术进行摆位，可以在垂直方向上智能调节患者台的位置，从而提高摆位的准确性。
附图说明
图1是根据本发明提供的一种示例性摆位系统的配置示意图；
图2是根据本发明提供的一种示例性摆位系统的控制模块的示意图；
图3是根据本发明提供的一种摆位待扫描对象的流程示意图；
图4是根据本发明提供的一种示例性摆位系统的患者台控制单元的示意图；
图5是根据本发明提供的一种自动产生控制信号的流程示意图；
图6和图7是本发明的一个实施例提供的一种确定目标扫描区域中心像素的空间坐标的示意图；
图1标记：100为摆位系统，110为扫描装置，120为3D摄像装置，130为待扫描对象，112为机架，114为患者台，116为控制模块；
图2标记：210为图像重建单元，220为输入单元，230为显示单元，240为扫描区域确定单元，250为患者台控制单元，260为存储单元；
图4标记：410为映射子单元，420为坐标确定子单元，430为控制信号产生子单元。
具体实施方式
下面通过具体实施例并结合附图对本发明做进一步描述。
图1是根据本发明提供的一种示例性摆位系统的配置示意图。如图1所示，摆位系统100包括扫描装置110和3D摄像装置120，其中扫描装置110包括机架112、患者台114和控制模块116。
在一些实施例中，扫描装置110可以包括CT扫描装置、发射型计算机断层扫描(Emission Computed Tomography,ECT)装置(如正电子发射型计算机断层显像(PositronEmission Computed Tomography,PET)扫描装置或单光子发射计算机断层成像(Single-Photon Emission Computed Tomography,SPECT)扫描装置)、磁共振成像(MagneticResonance Imaging,MRI)扫描装置或多模态扫描装置，所述多模态扫描装置可以包括PET-CT扫描装置、SPECT-MRI扫描装置、PET-MRI等。扫描装置110可以对待扫描对象130进行扫描并获取扫描数据，根据扫描数据重建图像，接收3D摄像装置120获取的3D图像并处理，确定目标扫描区域，分析目标扫描区域并生成控制信号，控制患者台114移动等，将在下文中具体描述。
本说明书中以CT扫描装置为例对扫描装置110进行描述。机架112可以包括X射线球管、准直器、扫描孔径以及X射线探测器等部件，通常呈圆柱体形，包含一个中空腔室作为扫描通道，扫描通道可至少部分容纳患者台114。机架112可以旋转，产生X射线对待扫描对象130进行扫描。X射线探测器接收X射线信号以生成扫描数据，用于重建图像。
患者台114通常平行于地面，可以放置待扫描对象130。待扫描对象130可以是病人或者模体，也可以是其他被扫描的物体。患者台114能够基于控制模块116的控制信号，在至少两个方向上移动。在一些实施例中，所述至少两个方向可以包括垂直于患者台114平面的方向(即第一方向，如图1中Y轴方向)和平行于所述患者台114平面并且与所述扫描装置110的扫描通道的轴向方向平行的方向(即第三方向，如图1中Z轴方向)。在另一些实施例中，所述至少两个方向还可以包括平行于所述患者台114平面并且与所述扫描装置110的扫描通道的轴向方向垂直的方向(即第二方向，如图1中X轴方向)。可以理解的是，患者台114也可以设置手动移动模式，使用户可以直接在所述至少两个方向上移动患者台114。
控制模块116可以对摆位系统100进行控制、并对摆位系统100产生的数据进行处理。控制模块116可以配置为接收用户输入数据与摆位系统100中其他组件的数据、处理接收到的数据、产生控制信号、控制摆位系统100的运行等，将在下文中详细描述。显而易见的是，控制模块116与摆位系统100中的其他部件，如机架112、患者台114以及3D摄像装置120等都可以相互通信，以接收数据并发送控制信号。
3D摄像装置120可以配置为获取3D图像。在一些实施例中，3D摄像装置120可以安装在机架112或机架112的外壳上，例如安装于机架112的扫描通道内壁的上方，或者安装于机架112的外侧靠近扫描通道入口的地方。在一些实施例中，3D摄像装置120可以随机架112旋转。在一些实施例中，3D摄像装置120可以固定在机架外壳上，不随机架112旋转。对本领域内普通技术人员显而易见的是，3D摄像装置120的参数可以是已知的，如可获取的图像的分辨率，视场角等。
3D摄像装置120可以对待扫描对象130进行拍摄，得到待扫描对象130的3D图像。如图1中所示，待扫描对象130放置在患者台114上，3D摄像装置120可以获取待扫描对象130的3D图像。所述3D图像中包括待扫描对象130的深度信息，所述深度信息包括3D图像的像素点到3D摄像装置120的距离，即所述3D图像中每个像素点都包括该像素点代表的待扫描对象130表面的一点到3D摄像装置120的距离数据。例如，待扫描对象130表面某一点到3D摄像装置120的距离为d1。同样，3D摄像装置120也可以得到患者台114的表面到3D摄像装置120的距离d2。根据距离d1和d2可以得到待扫描对象130的厚度信息。因为3D摄像装置120可以安装在机架112上，其与机架112的相互位置关系是已知的，可以根据机架112旋转的角度确定3D摄像装置120在扫描装置110中的坐标数据，从而得到3D摄像装置120的高度，便可以得到待扫描对象130的厚度中心点的坐标数据，将在下文中详细描述。在一些实施例中，3D摄像装置120拍摄的3D图像中还可以附带包含床码信息(即3D图像在拍摄的时刻，患者台114相对于扫描装置110的位置信息)。在图1所示的以扫描装置110中某一点为原点的XYZ坐标系中，其中，Z轴沿患者台114平面并平行于扫描通道轴向，X轴沿患者台114平面并垂直于扫描通道轴向，XZ平面平行于患者台114平面，Y方向沿垂直于患者台114的方向。
在一些实施例中，3D摄像装置120可以包括拍摄单元、图像存储单元和/或图像处理单元。拍摄单元可以配置为对包含目标扫描区域的待扫描对象130拍照或录制视频，获取3D图像，并将图像发送至图像存储单元和/或图像处理单元。在一些实施例中，拍摄单元可以对待扫描对象130拍摄多张照片，例如，其中每张照片都包含所述目标扫描区域的至少一部分。图像存储单元配置为存储拍摄单元获取的3D图像。图像处理单元配置为对3D图像进行处理。例如，图像处理单元可以将拍摄单元拍摄的多张初始3D图像进行处理，拼接成一张3D图像。在一些实施例中，3D摄像装置120可以将3D图像发送至摆位系统100的控制模块116中。在另一些实施例中，3D摄像装置120中的图像处理单元和/或图像存储单元可以集成到扫描装置110中的控制模块116中。
图2是根据本发明提供的一种示例性摆位系统的控制模块的示意图。为描述方便，图2中同时示出了摆位系统100中的其他部件，如3D摄像装置120、机架112和患者台114。如图2所示，控制模块116包括图像重建单元210、输入单元220、显示单元230、扫描区域确定单元240、患者台控制单元250和存储单元260。控制模块116的各单元之间可以互相交换数据。
图像重建单元210配置为获取待扫描对象130的扫描数据并重建图像。例如，控制模块116可以控制扫描装置110的机架112(例如，机架112上的X射线球管、准直器、扫描通道以及X射线探测器等部件)和患者台114对待扫描对象130进行定位像扫描，得到扫描数据，并将得到的扫描数据发送至图像重建单元210和/或存储单元260。定位像扫描时，控制模块116可以固定机架112，即固定X射线球管、以及X射线探测器等部件，移动患者台114，控制X射线球管发出X射线，对待扫描对象130的至少包含目标扫描区域的部分进行扫描。定位像扫描完成后，产生扫描数据。患者台114可以停在定位像扫描结束时的位置或移动至其他位置。在一些实施例中，图像重建单元210可以从机架112获取扫描数据，并基于所述扫描数据重建得到定位像。在另一些实施例中，图像重建单元210可以从存储单元260中获取扫描数据并重建得到定位像。
输入单元220配置为接收用户输入信息，并将用户输入信息发送至控制模块116的其他单元(例如图像重建单元210、扫描区域确定单元240、患者台控制单元250、存储单元260等)，控制摆位系统100的运行。输入单元220可以包括键盘、鼠标、触摸板、触摸屏或类似设备等。例如，用户可以通过输入单元220选择扫描协议或重建参数。又如，用户可以在显示单元230显示的定位像中，通过输入单元220选择感兴趣区域。
显示单元230配置为显示摆位系统100的运行状态、3D摄像装置120获取的3D图像和图像重建单元210重建的定位像等信息。显示单元230可以是CRT显示器、LCD显示器、LED显示器或类似设备等。可以理解的是，当输入单元220包括触摸屏时，显示单元230和输入单元220可以集成在一个设备上。
扫描区域确定单元240配置为确定待扫描对象130的目标扫描区域。在一些实施例中，扫描区域确定单元240可以获取图像重建单元210重建的定位像，接收用户通过输入单元220在定位像中选择的感兴趣区域，并将该感兴趣区域确定为目标扫描区域。在另一些实施例中，扫描区域确定单元240可以获取图像重建单元210重建的定位像，基于重建的定位像自动确定目标扫描区域。扫描区域确定单元240还可以配置为基于确定的所述目标扫描区域，确定所述目标扫描区域的中心像素。所述中心像素可以是所述目标扫描区域的几何中心、质心，或者其他中心。进一步地，扫描区域确定单元240可以确定所述中心像素在X轴和/或Z轴方向的坐标值。
患者台控制单元250配置为基于3D图像、重建的定位像和目标扫描区域生成控制信号。在一些实施例中，患者台控制单元250配置为确定所述3D图像和定位像的映射关系，并基于所述映射关系，在所述3D图像中确定所述目标扫描区域和/或目标扫描区域的中心像素。映射关系是指代表同一物体(例如待扫描对象130或患者台114)的像素在3D图像中和定位像中的对应关系。例如，根据所述目标扫描区域的边界在定位像中的像素，确定在3D图像中对应的边界像素，即可在3D图像中确定所述目标扫描区域。进一步地，患者台控制单元250可以根据3D图像中的目标扫描区域，确定所述目标扫描区域的中心像素，并确定所述中心像素的坐标值。在一些实施例中，患者台控制单元250可以比较所述中心像素的坐标值和扫描装置110的旋转中心坐标值，确定患者台114在至少一个方向上需要移动的距离，基于所述距离产生控制信号。所述距离可以包括第一距离和/或第二距离。所述第一距离为患者台114在第一方向上需要移动的距离，使得在所述第一方向上，所述目标扫描区域的中心位于所述扫描装置110的旋转中心。所述第二距离为患者台114在第二方向上需要移动的距离，使得在所述第二方向上，所述目标扫描区域的中心位于所述扫描装置110的旋转中心。
存储单元260可以存储来自机架112、3D摄像装置120和患者台114，以及图像重建单元210、输入单元220、显示单元230、扫描区域确定单元240和患者台控制单元250的数据，也可以存储其他数据，如预设的扫描协议、扫描参数、重建参数、扫描装置110旋转中心的坐标值、3D摄像装置120在扫描装置110的坐标系中的坐标位置等信息。此外，存储单元260还可以存储3D摄像装置120的参数，如可获取的一个或多个图像分辨率、视场角等。进一步地，存储单元260还可以存储程序指令，所述程序指令被处理器处理时，可以执行本说明书所描述的方法流程。
图3是根据本发明提供的一种摆位待扫描对象的流程示意图。
在步骤310中，将待扫描对象130置于患者台114上。例如，可以使患者躺在患者台114上，或将模体放置于患者台114上。然后移动患者台114使其进入机架110的扫描通道内的预设位置。
在步骤320中，获取待扫描对象130的3D图像。在一些实施例中，获取待扫描对象130的3D图像前，可以通过控制模块116旋转机架112，以使3D摄像装置120位于坐标值已知的预设位置(例如，可以是机架112的最高处，患者台114的上方等)。在一些实施例中，3D摄像装置120可以实时获取图像，监控患者台114和/或待扫描对象130的位置，并实时发送到控制模块116的显示单元230中供用户查看。在拍摄过程中，患者台114可以沿着Z轴方向移动。当包含目标扫描区域的用户期望的待扫描区域(如患者的头部或胸腔等)出现在显示画面中(即出现在3D摄像装置120的拍摄视场内，例如，可以是出现在画面的大致中央位置时)，可以通过3D摄像装置120获取待扫描对象130的3D图像，并通过控制模块116接收所获取的3D图像。
在另一些实施例中，当患者台114在扫描装置110的扫描通道中移动时，3D摄像装置120可以连续获取多张初始3D图像，例如，每隔固定时间间隔(例如0.5s)获取一张初始3D图像，或者每隔固定距离(例如一个床位)获取一张初始3D图像(初始3D图像可以包含患者台114的位置信息，即床码信息)。其中相邻时刻的两张初始3D图像中都包含待扫描对象130的至少部分相同区域。3D摄像装置120可以将多张初始3D图像处理后拼接为一张3D图像，或者3D摄像装置120可以将多张初始3D图像发送至控制模块116中，控制模块116可以将多张初始3D图像处理后拼接为一张3D图像。在一些实施例中，可以采用图像拼接技术实现多张初始3D图像的拼接。图像拼接技术可以包括3D初始图像的预处理(例如，图像平滑与边缘锐化处理、相位相关算法、灰度图投影算法、基于模板匹配的算法、遗传算法估计碎片图像的拓扑排列等)、图像配准(例如，基于相关性的方法、基于小波变换的方法、地图集法、曲线法、曲面法、基于人工神经网络的方法、基于遗传算法的方法等)、图像融合(例如，加权平均融合法、多分辨样条融合法、基于小波变换的融合法等，以消除图像的亮度差异、拼接缝隙和伪影等)等。在一些实施例中，可以根据初始3D图像中包含的床码信息将多张初始3D图像拼接为一张3D图像。本发明不对图像拼接方法做限定。
3D摄像装置120获取的3D图像中包含待扫描对象130的目标扫描区域，并且含有待扫描对象130的深度信息，即获取的3D图像中的每个像素都包含该像素对应的待扫描对象130表面的一点到3D摄像装置120的距离。
在步骤330中，获取待扫描对象130的定位像。定位像中包含待扫描对象130的目标扫描区域。在一些实施例中，当患者台114移动到扫描通道中的预定位置时，扫描装置110可以对待扫描对象130的包含目标扫描区域的部分进行扫描。例如，扫描装置110可以控制机架112上的X射线球管产生X射线，固定机架112，同时使患者台114向扫描通道内移动，对待扫描对象130进行扫描。机架112上的X射线探测器接收X射线生成扫描数据。机架112可以将扫描数据发送至控制模块116中，例如图像重建单元210和/或存储单元260中。图像重建单元210可以从机架112和/或存储单元260中获取待扫描对象130的扫描数据，并基于扫描数据重建图像得到定位像。在一些实施例中，图像重建单元210可以将重建的定位像发送至显示单元230、扫描区域确定单元240、患者台控制单元250和/或存储单元260。
在步骤340中，可以基于所述定位像，确定目标扫描区域。在一些实施例中，显示单元230可以获取步骤330中获取的定位像并显示，用户可以通过输入单元220在所述定位像中选择感兴趣区域。例如，定位像中包含了患者的头部和躯干，用户可以使用鼠标在定位像中选择心脏作为感兴趣区域。用户可以使用系统中预设的规则或不规则图形(如圆形、椭圆形、矩形、三角形等)选取感兴趣区域，也可以使用自定义图形(如用户根据需要手动绘制的图形)选取感兴趣区域。扫描区域确定单元240可以从输入单元220中接收用户选择的感兴趣区域，并将其确定为目标扫描区域。在另一些实施例中，扫描区域确定单元240可以从图像重建单元210和/或存储单元260中获取定位像，然后对定位像进行处理，自动识别并确定目标扫描区域。例如，扫描区域确定单元240可以根据患者的诊断部位或者扫描协议中的扫描部位(例如，诊断部位或扫描部位为心脏)，对定位像进行自动图像分割(例如，自动心脏分割)，从而自动识别并确定目标扫描区域。图像分割的方法可以包括阈值分割、区域生长法、分水岭分割、形态学分割、统计学分割等中的一种或几种的组合。
在一些实施例中，扫描区域确定单元240可以确定定位像中每个像素在患者台114平面内(即如图1所示的XZ平面)的坐标值。扫描区域确定单元240还可以确定所述目标扫描区域的中心像素，并确定该中心像素在患者台114平面内的坐标值。定位像中的像素在XZ平面内的坐标值可以通过定位像产生时患者台114的位置(即床码信息)、系统内的几何位置关系、和/或扫描参数等信息来确定。
在步骤350中，患者台控制单元250可以基于所述3D图像、所述定位像和所述目标扫描区域生成控制信号。例如，患者台控制单元250可以确定所述3D图像和所述定位像的映射关系，配准所述3D图像和所述定位像，并基于所述映射关系在所述3D图像中确定所述目标扫描区域和/或所述目标扫描区域的中心像素。患者台控制单元250还可以基于3D图像确定所述目标扫描区域的中心像素及该中心像素的至少一个方向的坐标值，并基于中心像素的至少一个方向的坐标值确定患者台114在所述至少一个方向上需要移动的距离，从而产生控制信号。
显而易见地，根据CT图像重建原理，目标扫描区域在扫描装置110的旋转中心时可以得到最佳的图像质量。扫描装置110的旋转中心的坐标位置可以是固定的，因此可以预先将扫描装置110的旋转中心的坐标值存储在存储单元260中。患者台控制单元250确定目标扫描区域的中心像素的坐标值后，将其与旋转中心的坐标值比较，然后基于比较结果产生控制信号。所述控制信号可以发送给患者台114，用来控制患者台114进行移动。将目标扫描区域中心像素坐标值与旋转中心的坐标值比较，可以分别确定其在不同自由度方向上的距离差，产生控制信号。在一个实施例中，控制信号可以是在垂直于患者台114的方向(即第一方向，如图1中Y轴方向)上移动的距离，使目标扫描区域中心与旋转中心在Y轴方向上重合。在另一个实施例中，控制信号可以是在沿患者台114平面并垂直于扫描通道轴向的方向(即第二方向，如图1中X轴方向)上移动的距离，使目标扫描区域中心与旋转中心在X轴方向上重合。在另一个实施例中，也可以是在垂直于患者台114的方向(图1中Y轴方向)和沿患者台114平面并垂直于扫描通道轴向的方向(即第二方向，如图1中X轴方向)两个自由度上移动的距离，使目标扫描区域中心与旋转中心在所述第一方向和所述第二方向均重合。
在步骤360中，可以基于所述控制信号，控制患者台114移动，完成摆位。例如，控制模块116可以将控制信号发送至患者台114，患者台114可以基于控制信号在所述至少一个方向移动，到达预定位置，完成摆位。
图4是根据本发明提供的一种示例性摆位系统的患者台控制单元的示意图。如图4所示，患者台控制单元250包括映射子单元410、坐标确定子单元420和控制信号产生子单元430。患者台控制单元250的不同子单元间可以互相交换数据。
映射子单元410配置为确定3D图像和定位像的映射关系。例如，在一些实施例中，映射子单元410可以利用图像识别技术，自动将3D图像和定位像进行配准，得到映射关系。在另一些实施例中，映射子单元410可以基于参照物确定3D图像和定位像的映射关系。例如，可以在患者台114上放置至少一个参照物，所述参照物在3D摄像装置120和扫描装置110中均可被探测。映射子单元410可以根据所述至少一个参照物在3D图像中对应的像素的第一坐标和所述至少一个参照物在定位像中对应的像素的第二坐标，确定3D图像和定位像的映射关系。其中参照物在3D图像中对应的像素的第一坐标，是指其在3D摄像装置120坐标系中的坐标；参照物在定位像中对应的像素的第二坐标，是指参照物在扫描装置110坐标系中的坐标。其中，映射关系可以指第一坐标和第二坐标之间的转换关系。映射关系可以用一个或多个转换矩阵进行描述。在一些实施例中，参照物可以放置在患者台114上靠近待扫描对象130的位置，与待扫描对象130同时拍摄3D图像和/或扫描，待拍摄/扫描完成后，映射子单元410可以获取参照物在3D图像和定位像中的映射关系，该映射关系同样适用于待扫描对象130在3D图像和定位像中的映射。在另一些实施例中，参照物可以先于待扫描对象130进行拍摄/扫描，映射子单元410可以获取参照物在3D图像和定位像中的映射关系，并将该映射关系存储在存储单元260中，在待扫描对象130完成拍摄/扫描后，映射子单元410可以从存储单元260中提取该映射关系，并应用于待扫描对象130的3D图像和定位像，实现待扫描对象130的第一坐标和第二坐标的相互转换。其中，参照物可以采用在3D图像中容易识别的形状和/或尺寸(例如，具有明显轮廓边界的矩形、方形、三角形、星形、多边形等)，可以采用易于被扫描装置110识别的材料(例如，对于CT扫描，可以采用X射线衰减系数比较大的材料如有机玻璃、钢珠、钢柱等)。
映射子单元410还可以基于所述3D图像和定位像的映射关系，以及在定位像中确定的目标扫描区域，在3D图像中确定所述目标扫描区域和/或目标扫描区域的中心像素。例如，根据映射关系，映射子单元410可以确定定位像中目标扫描区域的边界所在像素对应于3D图像中的像素，即可在3D图像中确定所述目标扫描区域。在一些实施例中，映射子单元410还可以根据映射关系，将3D图像中的某一个区域映射至定位像中，从而实现在3D图像中选定某个区域，在定位像中也可以显示相应的区域。
坐标确定子单元420配置为确定3D图像中任一像素点在扫描装置110中的至少一个方向的坐标值。例如，坐标确定子单元420可以根据3D摄像装置120安装在机架112的位置确定3D摄像装置120的坐标，然后根据3D摄像装置120的坐标确定获取的3D图像中像素的坐标。坐标确定子单元420可以确定3D图像中所述目标扫描区域中心像素的至少一个方向的坐标值。又如，坐标确定子单元420可以根据3D图像与定位像的映射关系，确定3D图像中的像素在扫描装置110坐标系中的坐标位置。坐标确定子单元420还配置为确定定位像中任意像素点在扫描装置110中的坐标位置。坐标确定子单元420还可以确定3D图像中的像素点在3D摄像装置120坐标系中的坐标值。
控制信号产生子单元430配置为产生控制信号。例如，控制信号产生子单元430从坐标确定子单元420中获取3D图像中目标扫描区域的中心像素的至少一个方向的坐标值，并与扫描装置110的旋转中心的坐标值比较，确定患者台114在第一方向上需要移动的第一距离。根据第一距离，产生第一控制信号。并且基于第一控制信号，产生所述控制信号。在一些实施例中，控制信号产生子单元430还可以确定患者台114在第二方向上需要移动的第二距离。根据第二距离，产生第二控制信号。控制信号产生子单元430产生的控制信号可以至少包括所述第一控制信号和/或所述第二控制信号。
图5是根据本发明提供的一种自动产生控制信号的流程示意图。
在步骤510中，患者台控制单元250可以获取3D图像和定位像，其中定位像中已确定目标扫描区域。例如，患者台控制单元250可以从扫描区域确定单元240中获取已确定目标扫描区域的定位像，从3D摄像装置120和/或存储单元260中获取包含目标扫描区域的3D图像。
在步骤520中，映射子单元410可以确定所述3D图像和所述定位像之间的映射关系。在一些实施例中，映射子单元410可以利用图像识别技术，自动将3D图像和定位像进行配准，得到映射关系。在一些实施例中，利用图像识别技术自动将3D图像和定位像进行配准时，可以利用待扫描对象130的头部或未被衣物遮挡的身体部位进行配准。例如，映射子单元410可以自动识别3D图像和定位像中待扫描对象130的头部的边缘处的像素并配准，即可得到3D图像和定位像中每个像素的对应关系。在一些实施例中，可以在患者台114上放置至少一个参照物，所述参照物在3D摄像装置120和扫描装置110中均可被探测。映射子单元410可以利用图像识别技术，自动识别3D图像和定位像中的所述至少一个参照物，并将其配准，即可得到3D图像和定位像中每个像素的对应关系。
映射子单元410可以根据所述参照物在3D图像中的第一坐标(Xa,Za)和所述参照物在定位像中的第二坐标(Xb,Zb)，确定3D图像和定位像的映射关系。简单举例来说，假如3D摄像装置120安装在扫描通道的正上方，因为在患者台114移动过程中，待扫描对象130在X方向与Y方向没有移动，只是沿Z方向移动，因此Xa＝Xb；在Z方向移动的距离为：DZ＝Zb-Za。因此3D图像中任意像素与定位像中对应像素的映射关系为X方向坐标相同，Z方向坐标差值为DZ。其中参照物在3D图像中的第一坐标，可以由坐标确定子单元420确定。
在一些实施例中，扫描系统110可以记录患者台114在3D摄像装置120获取图像时在Z方向的位置Zc，也可以记录患者台114在预扫描结束后停止时在Z方向的位置Zd，因此3D图像任意像素与定位像中对应像素的映射关系为X方向坐标相同，Z方向坐标差值为DZ＝Zd-Zc。
在步骤530中，映射子单元410可以基于所述映射关系，将在扫描区域确定单元240确定的定位像中的目标扫描区域和/或所述目标扫描区域的中心像素映射到所述3D图像中。例如，映射子单元410可以根据所述目标扫描区域在定位像中的边缘像素，确定所述边缘像素对应于3D图像中的像素，即可在3D图像中确定目标扫描区域。又例如，映射子单元410可以根据定位像中所述目标扫描区域的中心像素和映射关系，确定该中心像素点在3D图像中对应的像素。
在步骤540中，坐标确定子单元420可以在所述3D图像中确定目标扫描区域的中心像素的至少一个方向的坐标值。在一些实施例中，坐标确定子单元420可以先在3D图像的目标扫描区域中确定中心像素(该中心可以是几何中心或质心等)。例如，当用户的选择区域是一个圆形时，中心点可以是圆心处的像素点；当用户选择的区域是一个椭圆形，其中心点是位于椭圆长轴与短轴的交点的像素点。坐标确定子单元420可以确定该中心像素的至少一个方向的坐标值。坐标确定子单元420确定目标扫描区域的中心像素的至少一个方向的坐标值的方法，将在下文中详述。
在步骤550中，控制信号产生子单元430可以基于所述目标扫描区域的中心像素的坐标，生成控制信号。在一些实施例中，控制信号产生子单元430可以从坐标确定子单元420中获取3D图像中目标区域的中心像素的至少一个方向的坐标值，并与扫描装置110的旋转中心坐标比较，确定患者台114在第一方向上需要移动的第一距离。也就是说，控制信号产生子单元430可以基于所述目标扫描区域的中心像素(或所有像素)的深度信息(如目标扫描区域的中心像素的深度信息、目标扫描区域中的所有像素的平均深度信息等)确定所述患者台在所述第一方向上需要移动的第一距离。例如，可以将扫描装置110的旋转中心的Y方向坐标值减去目标区域的中心像素的Y方向坐标值，得到的距离为第一距离。根据第一距离，产生第一控制信号。第一控制信号可以是控制患者台114沿Y轴方向正向移动或者逆向移动，例如，如果第一距离为正，则第一控制信号为控制患者台114沿Y轴正方向(即向上移动)所述第一距离；如果第一距离为负，则第一控制信号为控制患者台114沿Y轴负方向(即向下移动)所述第一距离。控制信号产生子单元430可以基于至少第一控制信号，产生控制信号。
在一些实施例中，控制信号产生子单元430还可以确定患者台114在第二方向上需要移动的第二距离。例如，可以将扫描装置110的旋转中心的X方向坐标值减去目标区域的中心像素的X方向坐标值，得到的距离为第二距离。根据第二距离，产生第二控制信号。第二控制信号可以是控制患者台114沿X轴方向正向移动或者逆向移动，例如，如果第二距离为正，则第二控制信号为控制患者台114沿X轴正方向(即面对扫描通道时，向左移动)所述第二距离；如果第二距离为负，则第二控制信号为控制患者台114沿X轴负方向(即面对扫描通道时，向右移动)所述第二距离。控制信号产生子单元430产生的控制信号可以至少包括所述第一控制信号和/或所述第二控制信号。
图6和图7是本发明的一个实施例提供的一种确定目标扫描区域中心像素的空间坐标的示意图。本领域内普通技术人员应当理解，如下描述的方法也可用于确定3D图像中任意像素的至少在患者台114平面内(即XZ平面)的坐标。
如图6所示，在本实施例中，步骤340中，用户选择的目标扫描区域可以是椭圆形，其中心像素是位于椭圆长轴与短轴的交点的像素点Pa。本发明不对确定目标扫描区域中心像素的方法做限定。下面将介绍确定感兴趣区域中心像素点Pa的坐标的方法。如前所述，根据获取3D图像时3D摄像装置120的坐标已知(例如，位于机架112上，且位于患者台114正上方)，可以得到3D图像的中心位置的像素(如图6中的像素点Pb)的坐标。在本实施例中，3D摄像装置120的预设位置是机架112的最高处，在患者台114正上方(如图1所示)，其坐标为(X1，Y1，Z1)，像素Pb在XZ平面内的坐标与3D摄像装置120在XZ平面内的坐标相同，即(X1，Yb，Z1)，其中Yb为像素Pb在Y方向的坐标值。像素Pb中包含该像素到3D摄像装置120的距离db，根据3D摄像装置120的视场角与图像的分辨率以及像素Pb到3D摄像装置120的距离db，可以确定3D图像代表的实际大小以及每个像素代表的实际尺寸。如图7所示，在本实施例中，已知3D摄像装置120到3D图像两个边缘的视场角分别为α和β(α和β可以相同，也可以不同)，根据距离db，可以确定图像中心像素Pb到图像边缘的实际距离d3和d4，其中d3为3D图像沿X轴方向的实际距离的一半，d4为3D图像沿Z轴方向的实际距离的一半(显而易见的，α和β相同时，d3与d4相同)。再根据3D图像分辨率(即图像的像素数量)，可以算出单个像素代表的实际距离。例如，3D图像分辨率是900*600时，每个像素的实际大小为(2×d4/900)*(2×d3/600)。然后可以进一步根据像素Pb在XZ平面内的坐标得到像素Pa在XZ平面内的坐标(依据像素Pb与像素Pa之间的像素数量)。
像素点Pa在Y轴方向上的坐标Ya，可按照如下方法确定。例如，参考图1，获取的3D图像中包括待扫描对象130的目标扫描区域的中心像素的深度信息，即待扫描物体130的目标扫描区域的中心像素中包括像素对应的物体到3D摄像装置120的距离d1以及患者台114上表面到3D摄像装置120的距离d2。据此可以得出待扫描对象的厚度为d＝d2-d1。进一步可得到像素点Pa的Y轴坐标为Ya＝Y1-d1-d/2＝Y1-(d1+d2)/2。
又例如，坐标确定子单元420可以获取3D图像中待扫描对象130的目标扫描区域中所有像素的深度信息，然后确定目标扫描区域中所有像素到3D摄像装置120的距离的平均值作为中心像素到3D摄像装置120的距离d1，或者选择其中最小的距离或者最大的距离作为中心像素到3D摄像装置120的距离d1。在一些实施例中，距离d2也可以通过患者台114的高度信息获得，例如，基于3D摄像装置120的Y轴坐标可以得到3D摄像装置120的高度，将3D摄像装置120的高度减去患者台114的高度，即可得到距离d2。然后根据上述方法确定像素点Pa的坐标。可以理解的是，还可以使用其他方法得到目标扫描区域的中心像素Pa的坐标，本发明对此不做限制。
以上所述仅为本发明的优选实施而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于成像扫描的摆位方法，其特征在于，所述方法包括：
将待扫描对象置于患者台上；
利用3D摄像装置获取包含目标扫描区域的所述待扫描对象的3D图像，所述3D图像包含所述待扫描对象的深度信息；
利用扫描装置获取包括所述目标扫描区域的所述待扫描对象的定位像；
基于所述定位像，确定所述目标扫描区域；
确定所述定位像和所述3D图像之间的映射关系；
基于所述目标扫描区域和所述映射关系，在所述3D图像中确定所述目标扫描区域；
在所述3D图像中，确定所述目标扫描区域的中心像素的坐标；
基于所述目标扫描区域的中心像素的坐标，产生控制信号；以及
基于所述控制信号，控制所述患者台移动；
其中所述确定所述目标扫描区域的中心像素的坐标，包括：
确定所述目标扫描区域的中心像素点Pa；
获取所述3D图像的中心位置的像素点Pb的坐标；
根据所述3D摄像装置到所述3D图像的两个边缘的视场角，以及所述像素点Pb到所述3D摄像装置的距离db，确定所述像素点Pb到所述3D图像的边缘的实际距离；
基于根据所述3D图像的边缘的实际距离，以及所述3D图像的分辨率，确定单个像素代表的实际距离；
根据所述像素点Pb在所述患者台的平面内的坐标，所述单个像素代表的实际距离，以及所述像素点Pb与所述像素点Pa之间的像素数量，确定所述像素点Pa在所述患者台的平面内的坐标；
所述基于所述目标扫描区域的中心像素的坐标，产生控制信号，包括：
比较所述目标扫描区域的中心像素的坐标值和所述扫描装置的旋转中心的坐标值，确定所述患者台在至少一个方向上需要移动的距离；
基于所述需要移动的距离产生控制信号，所述需要移动的距离包括第一距离，所述第一距离为所述患者台在第一方向上需要移动的距离，使得在所述第一方向上，所述目标扫描区域的中心位于所述扫描装置的旋转中心。
2.如权利要求1所述的用于成像扫描的摆位方法，其特征在于，所述利用3D摄像装置获取包含目标扫描区域的所述待扫描对象的3D图像，包括：
获取所述待扫描对象的至少两张初始3D图像；以及
将所述待扫描对象的所述至少两张初始3D图像拼接为一张所述待扫描对象的3D图像。
3.如权利要求1所述的用于成像扫描的摆位方法，其特征在于，所述基于所述定位像，确定所述目标扫描区域，包括：
获取用户在所述定位像中选择的感兴趣区域，并将所述感兴趣区域作为所述目标扫描区域；或者
基于所述定位像，自动识别所述目标扫描区域。
4.如权利要求1所述的用于成像扫描的摆位方法，其特征在于，所述第一方向为垂直于所述患者台所在平面的方向。
5.如权利要求1所述的用于成像扫描的摆位方法，其特征在于，确定所述定位像和所述3D图像之间的映射关系，包括：
利用图像识别技术，自动配准所述定位像和所述3D图像，以确定所述定位像和所述3D图像之间的映射关系。
6.如权利要求1所述的用于成像扫描的摆位方法，其特征在于，确定所述定位像和所述3D图像之间的映射关系，包括：
将至少一个参照物放置于所述患者台上，其中所述参照物在所述3D摄像装置和所述扫描装置中均可被探测；
确定所述至少一个参照物在所述3D图像中的第一坐标；
确定所述至少一个参照物在所述定位像中的第二坐标；以及
基于所述至少一个参照物的所述第一坐标和所述第二坐标，确定所述定位像和所述3D图像之间的映射关系。
7.如权利要求1所述的用于成像扫描的摆位方法，其特征在于，所述至少一个方向还包括第二方向，所述第二方向包括平行于水平面并且与所述扫描装置的扫描通道的轴向方向垂直的方向，并且所述方法还包括：
基于所述定位像和所述3D图像中的至少一个，以及所述目标扫描区域，确定所述患者台在所述第二方向上需要移动的第二距离，使得在所述第二方向上，所述目标扫描区域的中心位于所述扫描装置的旋转中心；以及
基于所述第二距离，产生第二控制信号，并基于所述第二控制信号在所述第二方向上移动所述患者台。
8.一种用于成像扫描的摆位系统，包括：
3D摄像装置，配置为获取包含目标扫描区域的待扫描对象的3D图像；
图像重建单元，配置为生成包括所述目标扫描区域的所述待扫描对象的定位像；
扫描区域确定单元，配置为在定位像中确定所述待扫描对象的所述目标扫描区域；以及
患者台控制单元，配置为：
确定所述定位像和所述3D图像之间的映射关系；
基于所述目标扫描区域和所述映射关系，在所述3D图像中确定所述目标扫描区域；
在所述3D图像中，确定所述目标扫描区域的中心像素的坐标，包括：确定所述目标扫描区域的中心像素点Pa，获取所述3D图像的中心位置的像素点Pb的坐标，根据所述3D摄像装置到所述3D图像的两个边缘的视场角，以及所述像素点Pb到所述3D摄像装置的距离db，确定所述像素点Pb到所述3D图像的边缘的实际距离，基于根据所述3D图像的边缘的实际距离，以及所述3D图像的分辨率，确定单个像素代表的实际距离，根据所述像素点Pb在所述患者台的平面内的坐标，所述单个像素代表的实际距离，以及所述像素点Pb与所述像素点Pa之间的像素数量，确定所述像素点Pa在所述患者台的平面内的坐标；
基于所述目标扫描区域的中心像素的坐标，产生控制信号，包括：比较所述目标扫描区域的中心像素的坐标值和扫描装置的旋转中心的坐标值，确定所述患者台在至少一个方向上需要移动的距离，基于所述需要移动的距离产生控制信号，所述需要移动的距离包括第一距离，所述第一距离为所述患者台在第一方向上需要移动的距离，使得在所述第一方向上，所述目标扫描区域的中心位于所述扫描装置的旋转中心；以及
基于所述控制信号，控制所述患者台移动。
9.如权利要求8所述的用于成像扫描的摆位系统，其特征在于，所述3D摄像装置布置于所述患者台的上方。
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