CN111789621A - 用于患者定位监视的光学相机 - Google Patents

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Abstract

用于患者定位监视的光学相机。一种方法包括当主体躺在磁共振（MR）扫描仪的台上的时候捕获主体的光学图像的第一集合。在没有任何MR相控阵列线圈被安置在主体上的情况下获取光学图像的该第一集合。当主体继续躺在MR扫描仪的台上的时候，在具有MR相控阵列线圈被安置在主体上的情况下获取主体的光学图像的第二集合。除了光学图像之外，使用MR扫描仪来获取主体的MR图像的集合。光学图像的所述第一和第二集合被配准到MR图像。在配准之后，光学图像的所述第一和第二集合用于确定MR图像集合中的MR相控阵列线圈的元件定位。

Description

用于患者定位监视的光学相机
技术领域
本发明一般地涉及患者定位系统，并且更具体地涉及用于患者定位监视以及用于其它图像获取/重构任务的光学相机。本文中所述的技术可适用于各种模态的图像扫描仪，无限制地包括磁共振成像（MRI）扫描仪以及组合MRI/正电子发射断层造影术（PET）扫描仪。
背景技术
改进用于医学成像过程的工作流对于最大化患者吞吐量以及还最小化来自手动数据录入和其它取决于操作者的操作的误差而言是关键的。尽管有在医学成像工作流方面的技术开发和品质改进努力，误差的普遍率仍保持很高。这些误差中的许多有关于技术员在成像参数的手动输入期间做出的错误。技术员典型地承担多任务以处置从患者处置、成像系统预备和操作、与患者、放射科医师、转介医师和其他相关人员的通信到图像后期处理的整个过程。该复杂度可在工作流的各种阶段引入误差。
定位任务是在执行成像工作流的时候发生的许多错误的起源。例如，在配准阶段期间，需要技术员手动地录入患者定位参数，而同时还与患者交互，以及可能地还执行其它成像预备任务。此外，取决于成像模态和在执行的研究，可以向技术员委派将各种装置定位在患者身上的任务。这样的装置的一个示例是在磁共振成像（MRI）期间使用的相控阵列线圈。
MRI依赖于本地线圈来从目标器官收集信号。精确的线圈定位对于通过最大化来自目标成像对象的信号而同时最小化来自其它器官的信号贡献来优化图像品质而言是重要的。此外，使相关的线圈元件并且仅使那些相关的线圈元件激活也可以贡献于最优结果。实际上，在单独的线圈元件与解剖体之间的准确关系对于用户而言不总是透明的。因此，在次优线圈元件选择的情况中，可以权衡图像SNR和品质。另外，对于诸如PET-MR之类的混合成像系统，需要线圈的准确定位来计及由于对发射（PET）信号的线圈所致的衰减。虽然可以使用CT扫描或其它方法来计算线圈的衰减特性，但是必须为每个扫描独立地进行这些线圈的实时定位，以准确地补偿由MR线圈和其它硬件引起的PET信号衰减。
因此，患者定位、线圈的相对定位以及总体患者监视对于减轻来自手动操作的误差、有助于成像过程的自动化、改进工作流和吞吐量以及创建用于扫描协议的更个体化的途径而言越来越必要。
发明内容
本发明的实施例通过提供与在MRI和其它类似的医学成像过程期间使用光学成像来用于患者监视有关的方法、系统和装置而解决和克服上述缺点和弊端中的一个或多个。
根据一些实施例，一种方法包括当主体躺在磁共振（MR）扫描仪的台上的时候捕获主体的光学图像的第一集合。在没有任何MR相控阵列线圈被安置在主体上的情况下获取光学图像的该第一集合。当主体继续躺在MR扫描仪的台上的时候，在具有MR相控阵列线圈被安置在主体上的情况下获取主体的光学图像的第二集合。除了光学图像之外，使用MR扫描仪来获取主体的MR图像的集合。光学图像的所述第一和第二集合被配准到MR图像。在配准之后，光学图像的所述第一和第二集合用于确定MR图像集合中的MR相控阵列线圈的元件定位。
根据其它实施例，一种系统包括MR扫描仪，所述MR扫描仪包括台、多个MR相控阵列线圈以及光学图像相机。当主体躺在MR扫描仪的台上的时候，所述光学在没有MR相控阵列线圈被安置在主体上的情况下捕获主体的光学图像的第一集合，以及在具有MR相控阵列线圈被安置在主体上的情况下捕获主体的光学图像的第二集合。所述MR扫描仪使用MR扫描仪来捕获主体的MR图像的集合，并且将光学图像配准到MR图像。在配准之后，MR扫描仪使用光学图像的所述第一和第二集合来用于确定MR图像集合中的MR相控阵列线圈的元件定位。
根据本发明的另一方面，一种方法包括当主体躺在医学成像扫描仪的台上的时候捕获主体的光学图像集合。所述光学图像集合用于自动地确定对台上主体的身体定位进行描述的定位信息。然后，所述定位信息可以与医学图像扫描仪配准，以用于在以一个或多个非光学成像模态获取主体的附加图像中使用。
从参考附图进行的对说明性实施例的以下详细描述中将使得本发明的附加的特征和优点清楚。
附图说明
从当结合附图阅读的以下详细描述中最好地理解本发明的前述和其它方面。出于说明本发明的目的，在附图中示出有目前优选的实施例，然而，理解到本发明不限于所公开的特定手段。在附图中包括的是以下各图：
图1示出了根据本发明的一些实施例的利用光学成像的工作流；
图2示出了这样的系统如何可以用于改进图像品质的示例；
图3A示出了将光学相机定位在钻孔（bore）上用于在他或她被定位在台上时获取主体的图像的示例；
图3B示出了将光学相机定位在扫描仪室的天花板上用于在他或她被定位在台上时获取主体的图像的示例；
图4示出了根据一些实施例的用于利用光学相机来执行患者监视的方法；以及
图5是与所公开的实施例中的一些相一致的示例性MRI系统的示意图。
具体实施方式
在本文中描述了系统、方法和装置，其一般地涉及简化磁共振成像（MRI）工作流，以及使用在他或她被定位在MRI扫描仪中时捕获患者快照的光学相机来优化图像品质。
更具体地，本文中所述的技术使用被安装在台架上或扫描仪室的另一区域中的光学相机来当他或她在成像之前被定位时捕获主体的图像。随后，可以得出重要的信息用于简化工作流以及优化图像品质。本文中所述的技术提供在常规成像系统之上的许多益处。例如，从光学相机获取的图像可以用于自动地限定患者定位（例如俯卧、仰卧、头先、脚先）。光学图像还可以与患者解剖模型相组合以引导线圈定位和患者台（例如等中心（iso-center））定位。光学图像还可以与生理传感器组合使用，以生成更个体化的患者特定的SAR模型。此外，在组合MRI/正电子发射断层造影术（PET）扫描的上下文中，光学图像可以用于将发射/PET扫描配准到线圈定位，以准确地计及由于线圈所致的信号衰减。
图1示出了根据本发明的一些实施例的利用光学成像的工作流。所述工作流以3个阶段被示出：105-115。在阶段105期间，主体躺在扫描仪的台上，并且光学成像系统（即相机）开始收集图像并且得出相关信息。图像可以是静止图像或视频图像。相关信息可以包括例如人类姿态信息。例如，在图1中，主体处于头先、仰卧定位中。人类姿态信息一旦被确定，就可以在没有如在常规MR系统中那样来自操作者的手动输入的情况下被自动地馈送到扫描仪的患者配准系统中。
可以采用用于人类姿态检测以及本领域中一般已知的技术、以及一般地可由扫描仪的计算系统（或所连接的计算系统）执行的任何技术来确定人类姿态信息。例如，OpenPose是人类姿态估计库，其使用神经网络和深度学习技术来联合地检测人类身体、头部、手部、面部和足部关键点。OpenPose可以实时地操作。因而，可以在患者被定位在台上时收集关键点。机器学习模型或基于规则的系统然后可以被应用到这些关键点以得到人类姿态。例如，基于可以得自图1中所示的图像的关键点，人类姿态可以被标明为“头先仰卧”。作为对于提供显式人类姿态的可替换方案，在一些实施例中，患者配准系统可以被配置成直接从OpenPose（或类似的估计系统）接收关键点。
此外，可以通过检测台的边缘（例如使用台上的标记或通过简单的边缘检测算法）并且评估关键点相对于那些边缘的位置来确定主体相对于台的定位。例如，在已知了主体的头部的关键点之后，在该关键点与顶部边缘之间的距离可以用于确定主体在台上多远处。可以通过计算在足部关键点与底部边缘之间的距离来确定类似的测量。类似地，在左和右手关键点之间的距离可以相应地与台的左和右边缘进行比较，以确定主体被定位成距台上的左侧或右侧多远。
继续参考图1，一旦指定了检查（例如肾脏MRI扫描），光学图像就可以用于基于被构建到扫描仪中的人类模型来确定感兴趣的解剖区域（例如肾）的定位。例如，在其中确定关键点的实施例中，关键点可以被用作用以确定主体的解剖体的几何特性的模型参数。一旦已知了几何结构，解剖对象就使用该信息和人类输入来定位感兴趣的解剖区域。例如，基于针对肩部、肘部和骨盆的关键点，可以基于人类解剖体内的肾定位的知识来粗略地近似肾的位置。然后，如在图1的阶段110和115中所示出的，可以生成界标以引导最优的线圈定位。这有助于改进线圈安置的一致性和准确性。在图1的示例中，界标是由扫描仪使用激光投影的线。然而，应当理解到，可以类似地采用本领域中一般已知的其它界标。
除了使用在患者定位任务中之外，描述患者定位的关键点或其它信息还可以用于其它成像任务。例如，当前MRI系统测量以瓦特/千克为单位的、被沉积到成像场的能量，其经常被称为SAR（特定吸收率）。这使用标准人类模型来被计算并且仅仅针对每个个体患者的身高和体重来被校正。这限制人们使用MRI的所有特征，并且由于未经个体化的患者模型经常还错失局部热点。对于模型的附加参数、比如躯干长度、头部周界可以从光学图像被添加到模型以进一步精细调谐SAR计算算法。
图2示出了这样的系统如何可以用于改进图像品质的示例。如同图1，图2的示例以3个阶段205-215来被示出。在第一阶段期间，获取图像的3个集合：在没有任何MR相控阵列线圈被安置在主体上的情况下的主体的光学图像的第一集合，在具有被安置在主体上的MR相控阵列线圈的情况下的主体的光学图像的第二集合，以及一个或多个MR图像。可以例如使用快速定位扫描来获取MR图像，所述快速定位扫描使用诸如FastView之类的协议。如本领域中一般理解的，FastView是经质子密度加权的2D轴向获取技术，其中在患者台的连续移动期间获取图像数据。在阶段210处，光学图像和MR图像被共配准。因为表面线圈连同主体的图像一起也在光学图像中可见，所以光学图像和MR图像的这样的共配准导致在阶段215处线圈位置参照MR图像的准确映射。
图3A和图3B示出了定位光学相机用于在他或她被定位在台上时获取主体的图像的两个示例。在图3A中，光学相机被定位在钻孔的顶部并且成角度以捕获主体的图像。在图3B中，光学相机被安装到台上方的天花板以捕获紧接在它下方的图像。应当注意到，这些不是用于相机安置的仅有可能性。另外，在一些实施例中可以使用多个相机。例如，在一个实施例中，一起使用图3A和图3B中所示出的相机。可替换地（或附加地），相机可以被安装在扫描仪室的其它定位中（例如在拐角中）以收集甚至更多的图像数据。
图4示出了根据一些实施例的用于利用光学相机来执行患者监视的方法400。该示例假定扫描仪是组合MRI/PET扫描仪。开始于步骤405处，主体被安置在扫描仪的台上，并且在必要时被定位以用于在执行的研究。
在主体躺在台上的时候，在步骤410处捕获主体的光学图像的第一集合。接下来，在步骤415处，MR相位线圈被定位在主体上、在与研究有关的感兴趣的解剖区之上。在一些实施例中，扫描仪自动地检测台上主体的定位，并且MR相位线圈的安置基于该定位。在一个实施例中，用户输入将被执行的检查的类型。在410中捕获的光学图像结合解剖模型被使用，以标识感兴趣的解剖区域相对于台的位置。然后，生成界标（例如激光），用于引导被安置在感兴趣的解剖区域的主体位置上的MR相控阵列线圈相对于台的安置。
继续参考图4，在步骤420处，扫描仪在具有被安置在主体上的MR相控阵列线圈的情况下捕获主体的光学图像的第二集合。然后，在步骤425处，获取MR图像的集合。在步骤430处，使用本领域中已知的一种或多种多模态图像配准技术将光学图像配准到MR图像。一旦图像集合被配准，光学图像就在步骤435处被用于确定MR图像集合中的MR相控阵列线圈的元件定位。
如果成像设备是MRI机器，则方法400可以在步骤435处结束。然而，如果采用组合MRI/PET扫描仪，则在步骤440处，覆盖感兴趣的解剖区的对主体的发射扫描被获取。这些发射扫描在步骤445处被配准到元件定位，以计及由于MR相控阵列线圈所致的信号衰减。除了发射扫描之外，元件定位也可以用于增强MR成像。例如，在一个实施例中，MR相控阵列线圈的元件定位用于选择与同使用MR扫描仪来执行的研究相关联的感兴趣的解剖区最相关的MR相控阵列线圈的子集。然后，覆盖感兴趣的解剖区的主体的新MR图像被获取。在该获取期间，来自MR相控阵列线圈的子集的信号在获取期间被最大化，而同时最小化来自其它MR相控阵列线圈、例如远离目标器官的那些线圈元件的信号和噪声。
图5示出了在本发明的示例实施例中使用的已知的组合MRI/PET扫描仪500。组合MRI/PET扫描仪的优点是：可以在目标器官位于MR和PET检测器二者的等中心定位处的情况下等中心地获得MRI和PET数据二者。此外，可以同时记录测量数据。原则上，如果MRI/PET扫描仪没有等中心设计，则还可以从事并行记录。在该情况中，可以利用两种模态、相应地为不同的区同时记录测量数据。
MRI/PET扫描仪500包括已知的管状MRI单元505。MRI单元505仅仅被示意性地指示，并且限定纵向方向z，所述纵向方向z与图5中的图的平面正交地延伸。PET单元510在MRI单元505内同轴地被布置。PET单元510包括多个PET检测单元515，所述多个PET检测单元515被布置成关于纵向方向z成对地与彼此相对。PET检测单元515优选地包括APD光电二极管阵列520，与由LSO晶体所制成的上游阵列519以及电放大器电路521。然而，本发明的至少一个实施例不被限制到具有APD光电二极管阵列520和LSO晶体的上游阵列519的PET检测单元515；不同地设计的光电二极管、晶体和器件可以同样地用于检测的目的。最后，光学相机525在由光学相机525的透镜以及其它硬件部件所指定的视场内捕获静止图像或记录区域的移动图像。
在MRI和/或PET检查期间，主体513通过台517而被接连地移动到不同的定位，以便在每种情况中将待检查的区段移动到MRI单元505和/或PET单元510的检查区（视场）中。如上所述，当他或她在台517上的时候，光学相机525捕获主体513的光学图像。该数据然后可以用于例如支持主体513或有关装置（例如相控阵列线圈）在成像期间的定位。
由控制设备523来控制MRI/PET扫描仪500。在该示例中的控制设备523包括用于控制MRI单元505的第一部件525，以及用于控制PET单元510以供实施PET测量数据记录的第二部件527。部件525、527可以同样地致动患者台517并且恰当地定位它。此外，控制设备523此外包括评估计算机529，所述评估计算机529分析所记录的测量数据并且能够生成检查主体的混合图像，所述检查主体的混合图像然后可以被呈现在显示计算机531上。控制设备523还可以管理涉及将光学相机525捕获的图像整合到成像工作流中的各种任务（例如关键点平移、图像共配准等等）。在一些实施例中，该功能性可以被集成到评估计算机529中；在其它实施例中，可以采用附加的部件（未在图5中示出）。
可以利用硬件和软件的任何组合来实现本公开的实施例。另外，本公开的实施例可以被包括在具有例如计算机可读、非暂时性介质的制品（例如一个或多个计算机程序产品）中。介质已经在其中具体化了例如用于提供和促进本公开的实施例的机制的计算机可读程序代码。所述制品可以作为计算机系统的部分被包括或者被分离地出售。
虽然在本文中已经公开了各种方面和实施例，但是对于本领域技术人员而言，其它方面和实施例将是清楚的。本文中公开的各种方面和实施例用于说明的目的并且不意图是限制性的，其中真实的范围和精神由随后的权利要求书指示。
如本文中所使用的可执行的应用包括代码或机器可读指令，用于调节处理器以例如响应于用户命令或输入来实现预定功能，诸如操作系统、上下文数据获取系统或其它信息处理系统的那些预定功能。可执行过程是用于执行一个或多个特定过程的代码段或机器可读指令、子例程、或代码的其它不同区段或可执行应用的部分。这些过程可以包括：接收输入数据和/或参数，在所接收的输入数据上执行操作和/或响应于所接收的输入参数而执行功能，以及提供结果得到的输出数据和/或参数。
如本文中所使用的图形用户接口（GUI）包括一个或多个显示图像，所述显示图像由显示处理器生成并且使能实现与处理器或其它设备的用户交互以及相关联的数据获取和处理功能。GUI还包括可执行过程或可执行应用。可执行过程或可执行应用调节显示处理器以生成表示GUI显示图像的信号。这些信号被供给到显示设备，所述显示设备显示图像以供用户查看。处理器在可执行过程或可执行应用的控制之下，响应于从输入设备接收的信号而操纵GUI显示图像。这样，用户可以使用输入设备而与显示图像交互，从而使能实现与处理器或其它设备的用户交互。
本文中的功能和过程步骤可以自动地或者完全或部分地响应于用户命令而被执行。自动执行的活动（包括步骤）在没有用户对该活动的直接发起的情况下、响应于一个或多个可执行指令或设备操作而被执行。
各图的系统和过程不是排他性的。根据本发明的原理可以得到其它系统、过程和菜单以实现相同目标。尽管已经参考特定实施例描述了本发明，但是要理解到本文中所示和描述的实施例和变型仅仅用于说明目的。在不偏离本发明范围的情况下，可以由本领域技术人员实现对当前设计的修改。如本文中所述，可以使用硬件部件、软件部件和/或其组合来实现各种系统、子系统、代理、管理器和过程。本文中没有任何权利要求要素将在35U.S.C. 112（f）的规定之下被解释，除非使用短语“means for（用于……的构件）”明确地记载了该要素。

Claims (20)

1.一种方法，包括：
当主体躺在磁共振（MR）扫描仪的台上的时候，在没有任何MR相控阵列线圈被安置在所述主体上的情况下获取所述主体的光学图像的第一集合；
当所述主体躺在所述MR扫描仪的所述台上的时候，在具有所述MR相控阵列线圈被安置在所述主体上的情况下获取所述主体的光学图像的第二集合；
使用所述MR扫描仪来获取所述主体的MR图像集合；
将光学图像的所述第一和第二集合配准到所述MR图像；
在配准之后，使用光学图像的所述第一和第二集合来用于确定所述MR图像集合中的所述MR相控阵列线圈的元件定位。
2.根据权利要求1所述的方法，此外包括：
使用光学图像的所述第一集合来检测所述台上所述主体的定位，其中所述MR相控阵列线圈在所述主体上的安置基于所述定位。
3.根据权利要求2所述的方法，此外包括：
使用所述MR扫描仪来接收待执行的检查的类型的用户输入，其中所述检查需要对感兴趣的解剖区域进行成像；
使用图像的所述第一集合和解剖模型来标识所述感兴趣的解剖区域相对于所述台的位置；以及
生成界标，用于引导被安置在所述感兴趣的解剖区域的所述主体位置上的所述MR相控阵列线圈相对于所述台的安置。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述界标是跨所述感兴趣的解剖区域而投影的激光。
5.根据权利要求1所述的方法，此外包括：
使用所述MR相控阵列线圈的所述元件定位来用于选择与同使用所述MR扫描仪来执行的研究相关联的感兴趣的解剖区最相关的所述MR相控阵列线圈的子集；
获取覆盖了所述感兴趣的解剖区的所述主体的新MR图像，其中来自所述MR相控阵列线圈的子集的信号在所述获取期间被最大化，而同时最小化来自其它MR相控阵列线圈的信号和噪声。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述MR扫描仪是组合MR/正电子发射断层造影术（PET）扫描，并且所述方法此外包括：
获取覆盖了所述感兴趣的解剖区的对所述主体的发射扫描；以及
将所述发射扫描配准到所述元件定位，以计及由于所述MR相控阵列线圈所致的信号衰减。
7.根据权利要求1所述的方法，其中使用快速定位扫描来获取所述MR图像集合。
8.根据权利要求7所述的方法，其中使用FastView定位器协议来执行快速定位扫描。
9.一种系统，包括：
磁共振（MR）扫描仪，其包括台；
多个MR相控阵列线圈；
光学图像相机，其被配置成：
当主体躺在所述MR扫描仪的所述台上的时候，在没有所述MR相控阵列线圈被安置在所述主体上的情况下捕获所述主体的光学图像的第一集合；
当所述主体躺在所述MR扫描仪的所述台上的时候，在具有所述MR相控阵列线圈被安置在所述主体上的情况下捕获所述主体的光学图像的第二集合，其中所述MR扫描仪被配置成：
使用所述MR扫描仪来捕获所述主体的MR图像集合；
将光学图像的所述第一和第二集合配准到所述MR图像；
在配准之后，使用光学图像的所述第一和第二集合来用于确定所述MR图像集合中的所述MR相控阵列线圈的元件定位。
10.根据权利要求9所述的系统，其中所述光学图像相机被定位在所述MR扫描仪上。
11.根据权利要求9所述的系统，其中所述光学图像相机被定位在所述MR扫描仪上方的天花板上。
12.根据权利要求9所述的系统，此外包括：
使用光学图像的所述第一集合来检测所述台上所述主体的定位，其中所述MR相控阵列线圈的安置基于所述定位。
13.根据权利要求12所述的系统，此外包括：
使用所述MR扫描仪来接收待执行的检查的类型的用户输入，其中所述检查需要对感兴趣的解剖区域进行成像；
使用图像的所述第一集合和解剖模型来标识所述感兴趣的解剖区域相对于所述台的位置；以及
生成界标，用于引导被安置在所述感兴趣的解剖区域的所述主体位置上的所述MR相控阵列线圈相对于所述台的安置。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述界标是跨所述感兴趣的解剖区域而投影的激光。
15.根据权利要求9所述的系统，此外包括：
使用所述MR相控阵列线圈的所述元件定位来用于选择与同使用所述MR扫描仪来执行的研究相关联的感兴趣的解剖区最相关的所述MR相控阵列线圈的子集；
获取覆盖了所述感兴趣的解剖区的所述主体的新MR图像，其中来自所述MR相控阵列线圈的子集的信号在所述获取期间被最大化，而同时最小化来自其它MR相控阵列线圈的信号和噪声。
16.根据权利要求9所述的系统，其中所述MR扫描仪是组合MR/正电子发射断层造影术（PET）扫描，并且所述系统此外包括：
获取覆盖了所述感兴趣的解剖区的所述主体的新PET图像，其中所述元件定位用于补偿由所述MR相控阵列线圈引起的PET信号衰减。
17.根据权利要求9所述的系统，其中使用快速定位扫描来获取所述MR图像集合。
18.根据权利要求17所述的系统，其中使用FastView定位器协议来执行快速定位扫描。
19.一种方法，包括：
当主体躺在医学成像扫描仪的台上的时候，捕获所述主体的光学图像集合；
使用所述光学图像集合来自动地确定对所述台上所述主体的身体定位进行描述的定位信息；
将所述定位信息与医学图像扫描仪配准，以用于在以一个或多个非光学成像模态获取所述主体的附加图像中使用。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述定位信息包括与所述主体的解剖体相关联的多个关键点。
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