CN111458739A - 成像方法、装置及系统 - Google Patents

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CN111458739A CN202010182410.8A CN202010182410A CN111458739A CN 111458739 A CN111458739 A CN 111458739A CN 202010182410 A CN202010182410 A CN 202010182410A CN 111458739 A CN111458739 A CN 111458739A
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Abstract

本申请实施例提供了一种成像方法、装置及系统，所述方法应用于成像系统，所述成像系统包括探测器和射线源，所述方法包括：在第一时刻进行扫描，获取扫描图像，获取在第一时刻使用的目标锥束坐标系，确定在第二时刻的成像中心点在目标锥束坐标系中的位置坐标，基于位置坐标，在扫描图像中对在第二时刻的成像中心点进行位置标记。基于上述方法实现在已获取的扫描图像中实时显示当前时刻的成像中心点的位置标记信息，便于操作技师通过观察扫描图像中的位置标记信息，获知当前时刻的成像中心点的位置，基于此对扫描位置进行准确控制，得到高质量的扫描图像。

Description

成像方法、装置及系统
技术领域
本申请涉及医学技术领域，尤其涉及成像方法、装置及系统。
背景技术
成像系统主要包括射线源、探测器、扫描床和机架，射线源和探测器安装在机架上。在扫描过程中，射线源发射射线，射线穿过扫描床上的待扫描对象后入射至探测器的探测表面，成像系统基于探测器探测到的射线进行成像。
操作技师可以控制扫描床和机架移动，实现对不同待扫描部位进行扫描。由于显示器上只显示已获取的扫描图像，因此操作技师通过观察显示器无法获知当前的成像中心点的位置，无法准确控制扫描位置，导致成像质量较差。
发明内容
为克服相关技术中存在的问题，本申请提供了一种成像方法、装置及系统。
第一方面，提供一种成像方法，应用于成像系统，所述成像系统包括探测器和射线源，所述方法包括：
在第一时刻进行扫描，获取扫描图像；
获取目标锥束坐标系，所述目标锥束坐标系是基于在所述第一时刻所述探测器和所述射线源的位置构建的坐标系，所述目标锥束坐标系以所述射线源为原点，以所述射线源到所述探测器的方向为Z轴方向，以所述射线源的出射平面为XY平面；
确定在第二时刻的成像中心点在所述目标锥束坐标系中的位置坐标；
基于所述位置坐标，在所述扫描图像中对所述成像中心点进行位置标记。
第二方面，提供一种成像装置，应用于成像系统，所述成像系统包括探测器和射线源，所述装置包括：
第一获取模块，被配置为在第一时刻进行扫描，获取扫描图像；
第二获取模块，被配置为获取目标锥束坐标系，所述目标锥束坐标系是基于在所述第一时刻所述探测器和所述射线源的位置构建的坐标系，所述目标锥束坐标系以所述射线源为原点，以所述射线源到所述探测器的方向为Z轴方向，以所述射线源的出射平面为XY平面；
确定模块，被配置为确定在第二时刻的成像中心点在所述目标锥束坐标系中的位置坐标；
标记模块，被配置为基于所述位置坐标，在所述扫描图像中对所述成像中心点进行位置标记。
第三方面，提供一种成像系统，包括：内部总线，以及通过内部总线连接的存储器、处理器和外部接口；其中，
所述外部接口，用于获取数据；
所述存储器，用于存储成像对应的机器可读指令；
所述处理器，用于读取所述存储器上的所述机器可读指令，并执行所述指令实现如下操作：
在第一时刻进行扫描，获取扫描图像；
获取目标锥束坐标系，所述目标锥束坐标系是基于在所述第一时刻所述探测器和所述射线源的位置构建的坐标系，所述目标锥束坐标系以所述射线源为原点，以所述射线源到所述探测器的方向为Z轴方向，以所述射线源的出射平面为XY平面；
确定在第二时刻的成像中心点在所述目标锥束坐标系中的位置坐标；
基于所述位置坐标，在所述扫描图像中对所述成像中心点进行位置标记。
本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本申请实施例提供了一种成像方法，通过在第一时刻进行扫描，获取扫描图像，获取在第一时刻使用的目标锥束坐标系，确定在第二时刻的成像中心点在目标锥束坐标系中的位置坐标，基于位置坐标，在扫描图像中对在第二时刻的成像中心点进行位置标记，基于上述方法实现在已获取的扫描图像中实时显示当前时刻的成像中心点的位置标记信息，便于操作技师通过观察扫描图像中的位置标记信息，获知当前时刻的成像中心点的位置，基于此对扫描位置进行准确控制，得到高质量的扫描图像。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本申请的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1是本申请一示例性实施例示出的一种成像方法的流程图；
图2是本申请一示例性实施例示出的一种目标锥束坐标系的示意图；
图3是本申请一示例性实施例示出的一种成像系统的结构示意图；
图4是本申请一示例性实施例示出的一种成像原理的示意图；
图5是本申请一示例性实施例示出的一种成像装置的示意图；
图6是本申请一示例性实施例示出的一种成像系统的示意图。
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。
下面结合说明书附图，对本申请实施例进行详细描述。
本申请实施例提供了一种成像方法，应用于成像系统。成像系统包括探测器、射线源和扫描床等，射线源用于发射射线，如X射线，射线穿过扫描床上的待扫描对象后入射至探测器的探测表面，成像系统基于探测器探测到的射线进行成像。在医疗领域中，适用的成像系统有多种，例如CT系统、X线数字剪影血管造影系统等。
图1是本申请一示例性实施例示出的一种成像方法的流程图，图1所示的成像方法可以包括以下步骤：
在步骤101中，在第一时刻进行扫描，获取扫描图像。
成像系统可以在接收到扫描指令后，对待扫描对象进行扫描，获取扫描图像。
第一时刻可以是扫描过程中的任一时刻。
在步骤102中，获取目标锥束坐标系，目标锥束坐标系是基于在第一时刻探测器和射线源的位置，构建的锥束坐标系，目标锥束坐标系以射线源为原点，以射线源到探测器的方向为Z轴方向，以射线源的出射平面为XY平面。
在扫描过程中的每个时刻，成像系统可以基于探测器和射线源的当前位置，构建当前时刻所使用的锥束坐标系，在基于扫描指令进行扫描，获取扫描图像后，获取已经构建的在扫描时使用的目标锥束坐标系。
或者，成像系统可以在接收到扫描指令后，开始构建在扫描时使用的目标锥束坐标系。
图2是本申请一示例性实施例示出的一种目标锥束坐标系的示意图，图2中，X′Y′Z′坐标系为目标锥束坐标系，XYZ坐标系为成像系统的系统坐标系。
可以选择成像系统中机架上的某个位置作为系统坐标系的原点。成像系统使用的系统坐标系又称全局坐标系，是现有技术，本公开在此不再赘述。
在步骤103中，确定在第二时刻的成像中心点在目标锥束坐标系中的位置坐标。
第二时刻在第一时刻之后，晚于第一时刻发生。
探测器的探测平面通常具有规则形状，例如正方形等，探测平面具有几何中心，将探测平面的几何中心称为探测器中心。射线源设有孔结构，射线从孔中穿过，将孔的中心称为射线源中心。
可以将探测器中心与射线源中心之间的连线与扫描床的交点称为成像中心点。考虑到被扫描对象的厚度，可以将被扫描对象的厚度的一半和扫描床的高度相加，得到目标高度，确定一具有目标高度且与扫描床表面平行的目标平面，将探测器中心与射线源中心之间的连线与目标平面的交点称为成像中心点。
在扫描过程中机架和扫描床可能发生位置移动，导致成像中心点发生变化。
图3是本申请一示例性实施例示出的一种成像系统的结构示意图，图3所示的成像系统包括：探测器1和射线源2，标识3代表目标平面，探测器中心与射线源中心之间的连线与目标平面3相交于点O，点O成为成像中心点。图3中的箭头方向表示射线的传输方向。
在一个实施例中，确定在第二时刻的成像中心点在目标锥束坐标系中的位置坐标的操作，可以通过下面方式实现：
第一步骤，确定在第二时刻的成像中心点在系统坐标系中的坐标。
第二步骤，获取成像系统的系统坐标系与目标锥束坐标系之间的坐标转换矩阵。
成像系统可以确定在第一时刻射线源的位置相对于系统坐标系的原点的位移矩阵，以及确定目标锥束坐标系相对于系统坐标系的旋转矩阵，基于确定的位移矩阵和旋转矩阵，确定系统坐标系与目标锥束坐标系之间的坐标转换矩阵。
实现上，可以计算位移矩阵的逆矩阵，计算旋转矩阵的逆矩阵，相乘位移矩阵的逆矩阵和旋转矩阵的逆矩阵，获得坐标转换矩阵。
第三步骤，使用坐标转换矩阵，将该成像中心点在系统坐标系中的坐标转换成目标锥束坐标系中的坐标。
针对第一步骤，下面对确定成像中心点在系统坐标系中的坐标的过程进行说明。
a、计算直线方程。
获取探测器中心点在系统坐标系中的坐标：
Figure BDA0002413027460000051
获取射线源中心点在系统坐标系中的坐标：
Figure BDA0002413027460000052
计算方向向量
Figure BDA0002413027460000053
Figure BDA0002413027460000054
将方向向量单位化处理：
Figure BDA0002413027460000055
确定探测器中心点和射线源中心点所在的直线的参数方程如下：
Figure BDA0002413027460000056
b、计算平面方程。
在目标平面上选取第一坐标点：
Figure BDA0002413027460000061
在目标平面上选取第二坐标点：
Figure BDA0002413027460000062
基于P1和P2，获得向量
Figure BDA0002413027460000063
Figure BDA0002413027460000064
按照同样的方法获得向量
Figure BDA0002413027460000065
计算目标平面的法线向量：
Figure BDA0002413027460000066
法线向量单位化：
Figure BDA0002413027460000067
目标平面的平面方程如下：
xp(x-x1)+yp(y-y1)+zp(z-z1)＝0
c、计算成像中心点的坐标。
联立直线方程和平面方程，求得：
Figure BDA0002413027460000068
将求得的t代入直线方程中，基于已知的直线方程和平面方程，求得直线方程和平面方程的交点的坐标：
Figure BDA0002413027460000069
将交点的坐标确定为成像中心点的坐标。
针对第二步骤，下面对确定坐标转换矩阵的过程进行说明。
确定在第一时刻射线源的位置相对于系统坐标系的原点的位移矩阵：
Figure BDA0002413027460000071
计算位移矩阵的逆矩阵：
Figure BDA0002413027460000072
确定目标锥束坐标系相对于系统坐标系的旋转矩阵：
Figure BDA0002413027460000073
计算旋转矩阵的逆矩阵：
Figure BDA0002413027460000074
计算坐标转换矩阵：
Figure BDA0002413027460000075
其中，MaxisN为目标锥束坐标系中M轴相对于系统坐标系下N轴的夹角的余弦值,M轴为X轴、Y轴或Z轴，N轴为X轴、Y轴或Z轴；dot()为内积函数，F为由锥束坐标系中的原点在系统坐标系下的坐标构成的向量。
例如，Xaxisx为目标锥束坐标系中X轴相对于系统坐标系下X轴的夹角的余弦值；Xaxisy为目标锥束坐标系中X轴相对于系统坐标系下Y轴的夹角的余弦值。
针对第三步骤，使用坐标转换矩阵进行坐标转换：
Figure BDA0002413027460000076
在步骤104中，基于位置坐标，在扫描图像中对成像中心点进行位置标记。
在一个实施例中，基于位置坐标，在扫描图像中对成像中心点进行位置标记的操作，可以通过下面四个步骤实现：
首先，确定在第一时刻探测器上的目标探测区域，目标探测区域内探测的射线用于成像。
成像系统只对目标探测区域进行成像。
图4是本申请一示例性实施例示出的一种成像原理的示意图，图4中，标识a表示射线源中心点，标识b表示探测器的探测平面，标识c表示目标平面，za表示在第一时刻目标平面与射线源中心点之间的距离,zb表示在第二时刻目标平面与射线源中心点之间的距离，ha表示在第一时刻探测平面与射线源中心点之间的距离，hb表示在第二时刻目标平面与射线源中心点之间的距离，dl表示目标平面的升高距离，w表示扫描床的宽度的一半，0.2表示在第一时刻探测器上的成像宽度。图4中的箭头方向表示射线的传输方向。
确定目标探测区域的过程如下：
计算w：
Figure BDA0002413027460000081
Figure BDA0002413027460000082
计算在第二时刻探测器上的成像宽度i：
Figure BDA0002413027460000083
hb＝ha+dl
Figure BDA0002413027460000084
在探测器的探测平面上构建二维坐标系，二维坐标系以探测器中心点为原心，则目标探测区域为：
Figure BDA0002413027460000085
Figure BDA0002413027460000086
其次，确定在目标锥束坐标系中该位置坐标在探测器的探测平面上的投影坐标。
当探测器的探测平面与射线源的出射面平行时，即探测平面与目标锥束坐标系中的XY平面平行时，可以通过简单计算获得投影坐标。
再次，确定投影坐标是否在目标探测区域的坐标区间内，坐标区间是在目标锥束坐标系中确定的区间。
本步骤确定投影坐标对应的投影位置是否落在目标探测区域内
最后，根据确定结果，在扫描图像中对成像中心点的位置信息进行标记。
在实现上，若投影坐标在目标探测区域的坐标区间内，则可以在扫描图像中对投影坐标对应的图像位置进行标记。
标记方式有多种，例如，在图像位置处标记特殊颜色、特殊符号等。
目标锥束坐标系的原点为在第一时刻的成像中心点，操作技师通过查看扫描图像中标记的图像位置，即可获知在第二时刻的成像中心点与在第一时刻的成像中心点的相对位置，从而了解不同时刻的成像中心点的位置变化。
若投影坐标未在目标探测区域的坐标区间内，则可以在扫描图像中标记提示信息，提示信息指示投影坐标与目标探测区域的坐标区间的位置关系。
在扫描图像中标记提示信息的实现方式有多种，例如，一种方式，可以获取坐标区间内的特征坐标，特征坐标是目标探测区域内的特征点的坐标，特征点包括以下至少一项：中心点、边界点，基于特征坐标和投影坐标，确定目标方向，在扫描图像上标记目标方向的方向信息。边界点可以是顶点、一条边的中点等。
基于投影坐标确定一投影位置，目标方向可以为从特征点指向投影位置的方向。方向信息可以是指示目标方向的箭头，在扫描图像的边界或空白区域，标记此箭头。
另一种方式，可以确定投影坐标与特征坐标之间的位移矩阵，在扫描图像的边界或空白区域，标记此位移矩阵。
操作技师通过观察扫描图像上标记的提示信息，可以获知在第二时刻的成像中心点的大概位置，从而了解不同时刻的成像中心点的位置变化。
本申请实施例通过在第一时刻进行扫描，获取扫描图像，获取在第一时刻使用的目标锥束坐标系，确定在第二时刻的成像中心点在目标锥束坐标系中的位置坐标，基于位置坐标，在扫描图像中对在第二时刻的成像中心点进行位置标记，基于上述方法实现在已获取的扫描图像中实时显示当前时刻的成像中心点的位置标记信息，便于操作技师通过观察扫描图像中的位置标记信息，获知当前时刻的成像中心点的位置，基于此对扫描位置进行准确控制，得到高质量的扫描图像。
与前述成像方法相对应，本申请还提供了成像装置及系统的实施例。
参照图5是本申请一示例性实施例示出的一种成像装置的示意图，图5所示的成像装置应用于成像系统，所述成像系统包括探测器和射线源，所述装置包括：第一获取模块21、第二获取模块22、确定模块23和标记模块24；其中，所述第一获取模块21，被配置为在第一时刻进行扫描，获取扫描图像；
所述第二获取模块22，被配置为获取目标锥束坐标系，所述目标锥束坐标系是基于在所述第一时刻所述探测器和所述射线源的位置构建的坐标系，所述目标锥束坐标系以所述射线源为原点，以所述射线源到所述探测器的方向为Z轴方向，以所述射线源的出射平面为XY平面；
所述确定模块23，被配置为确定在第二时刻的成像中心点在所述目标锥束坐标系中的位置坐标；
所述标记模块24，被配置为基于所述位置坐标，在所述扫描图像中对所述成像中心点进行位置标记。
在一个可选的实施例中，在图5所示的装置的基础上，所述确定模块23，可以包括：确定子模块、获取子模块和转换子模块；其中，
所述确定子模块，被配置为确定所述成像中心点在所述系统坐标系中的坐标；
所述获取子模块，被配置为获取所述成像系统的系统坐标系与所述目标锥束坐标系之间的坐标转换矩阵；
所述转换子模块，被配置为使用所述坐标转换矩阵，将所述成像中心点在所述系统坐标系中的坐标转换成所述目标锥束坐标系中的坐标。
参照图6是本申请一示例性实施例示出的一种成像系统的示意图，该成像系统可以包括：内部总线310，以及通过内部总线310连接的存储器320、处理器330和外部接口340；
其中，外部接口340，用于获取数据；
存储器320，用于存储成像对应的机器可读指令；
处理器330，用于读取所述存储器320上的所述机器可读指令，并执行所述指令以实现如下操作：
在第一时刻进行扫描，获取扫描图像；
获取目标锥束坐标系，所述目标锥束坐标系是基于在所述第一时刻所述探测器和所述射线源的位置构建的坐标系，所述目标锥束坐标系以所述射线源为原点，以所述射线源到所述探测器的方向为Z轴方向，以所述射线源的出射平面为XY平面；
确定在第二时刻的成像中心点在所述目标锥束坐标系中的位置坐标；
基于所述位置坐标，在所述扫描图像中对所述成像中心点进行位置标记。
在公开实施例中，计算机可读存储介质可以是多种形式，比如，在不同的例子中，所述机器可读存储介质可以是：RAM(Radom Access Memory，随机存取存储器)、易失存储器、非易失性存储器、闪存、存储驱动器(如硬盘驱动器)、固态硬盘、任何类型的存储盘(如光盘、dvd等)，或者类似的存储介质，或者它们的组合。特殊的，所述的计算机可读介质还可以是纸张或者其他合适的能够打印程序的介质。使用这些介质，这些程序可以被通过电学的方式获取到(例如，光学扫描)、可以被以合适的方式编译、解释和处理，然后可以被存储到计算机介质中。
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 (11)

1.一种成像方法，其特征在于，应用于成像系统，所述成像系统包括探测器和射线源，所述方法包括：
在第一时刻进行扫描，获取扫描图像；
获取目标锥束坐标系，所述目标锥束坐标系是基于在所述第一时刻所述探测器和所述射线源的位置构建的坐标系，所述目标锥束坐标系以所述射线源为原点，以所述射线源到所述探测器的方向为Z轴方向，以所述射线源的出射平面为XY平面；
确定在第二时刻的成像中心点在所述目标锥束坐标系中的位置坐标；
基于所述位置坐标，在所述扫描图像中对所述成像中心点进行位置标记。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定在第二时刻的成像中心点在所述目标锥束坐标系中的位置坐标，包括：
确定所述成像中心点在所述系统坐标系中的坐标；
获取所述成像系统的系统坐标系与所述目标锥束坐标系之间的坐标转换矩阵；
使用所述坐标转换矩阵，将所述成像中心点在所述系统坐标系中的坐标转换成所述目标锥束坐标系中的坐标。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述确定所述成像系统的系统坐标系与所述目标锥束坐标系之间的坐标转换矩阵，包括：
确定在所述第一时刻所述射线源的位置相对于所述系统坐标系的原点的位移矩阵；
确定所述目标锥束坐标系相对于所述系统坐标系的旋转矩阵；
基于所述位移矩阵和所述旋转矩阵，确定所述坐标转换矩阵。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述位移矩阵和所述旋转矩阵，确定所述坐标转换矩阵，包括：
计算所述位移矩阵的逆矩阵；
计算所述旋转矩阵的逆矩阵；
相乘所述位移矩阵的逆矩阵和所述旋转矩阵的逆矩阵，获得所述坐标转换矩阵。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述位置坐标，在所述扫描图像中对所述成像中心点进行位置标记，包括：
确定在所述第一时刻所述探测器上的目标探测区域，所述目标探测区域内探测的射线用于成像；
确定在所述目标锥束坐标系中所述位置坐标在所述探测器的探测平面上的投影坐标；
确定所述投影坐标是否在所述目标探测区域的坐标区间内，所述坐标区间是在所述目标锥束坐标系中确定的区间；
根据确定结果，在所述扫描图像中对所述成像中心点进行位置标记。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据确定结果，在所述扫描图像中对所述成像中心点进行位置标记，包括：
若所述投影坐标在所述坐标区间内，则在所述扫描图像中对所述投影坐标对应的图像位置进行标记。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据确定结果，在所述扫描图像中对所述成像中心点进行位置标记，包括：
若所述投影坐标未在所述坐标区间内，则在所述扫描图像中标记提示信息，所述提示信息指示所述投影坐标与所述坐标区间的位置关系。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述在所述扫描图像中标记提示信息，包括：
获取所述坐标区间内的特征坐标，所述特征坐标是所述目标探测区域内的特征点的坐标，所述特征点包括以下至少一项：中心点、边界点；
基于所述特征坐标和所述投影坐标，确定目标方向；
在所述扫描图像上标记所述目标方向的方向信息。
9.一种成像装置，其特征在于，应用于成像系统，所述成像系统包括探测器和射线源，所述装置包括：
第一获取模块，被配置为在第一时刻进行扫描，获取扫描图像；
第二获取模块，被配置为获取目标锥束坐标系，所述目标锥束坐标系是基于在所述第一时刻所述探测器和所述射线源的位置构建的坐标系，所述目标锥束坐标系以所述射线源为原点，以所述射线源到所述探测器的方向为Z轴方向，以所述射线源的出射平面为XY平面；
确定模块，被配置为确定在第二时刻的成像中心点在所述目标锥束坐标系中的位置坐标；
标记模块，被配置为基于所述位置坐标，在所述扫描图像中对所述成像中心点进行位置标记。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述确定模块，包括：
确定子模块，被配置为确定所述成像中心点在所述系统坐标系中的坐标；
获取子模块，被配置为获取所述成像系统的系统坐标系与所述目标锥束坐标系之间的坐标转换矩阵；
转换子模块，被配置为使用所述坐标转换矩阵，将所述成像中心点在所述系统坐标系中的坐标转换成所述目标锥束坐标系中的坐标。
11.一种成像系统，其特征在于，包括：内部总线，以及通过内部总线连接的存储器、处理器和外部接口；其中，
所述外部接口，用于获取数据；
所述存储器，用于存储成像对应的机器可读指令；
所述处理器，用于读取所述存储器上的所述机器可读指令，并执行所述指令实现如下操作：
在第一时刻进行扫描，获取扫描图像；
获取目标锥束坐标系，所述目标锥束坐标系是基于在所述第一时刻所述探测器和所述射线源的位置构建的坐标系，所述目标锥束坐标系以所述射线源为原点，以所述射线源到所述探测器的方向为Z轴方向，以所述射线源的出射平面为XY平面；
确定在第二时刻的成像中心点在所述目标锥束坐标系中的位置坐标；
基于所述位置坐标，在所述扫描图像中对所述成像中心点进行位置标记。
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