CN114269236A - 具有运动检测系统的断层摄影成像系统 - Google Patents

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Abstract

一种断层摄影成像系统包括承载图像数据采集系统并定义参考坐标系的支撑件。扫描计划控件设置图像数据采集系统以从所述参考坐标系中的所选择的成像区采集图像数据。一种运动检测系统，其用于检测运动并且包括：(i)动态相机系统，其用于接收在动态相机系统的图像坐标系中配准的动态图像信息，(ii)运算单元，其被配置为将所选择的成像区从参考坐标系变换到图像坐标系，以及(iii)运动分析器，其用于从经变换的所选择的成像区中的配准的动态图像信息导出运动信息。在由所述运动分析器在成像区内或附近检测到运动的情况下，检测到的运动可用于运动校正。

Description

具有运动检测系统的断层摄影成像系统
技术领域
本发明涉及具有运动检测系统的断层摄影成像系统。
背景技术
这样的断层摄影成像系统根据美国专利申请US2011/0201916已知。
该已知的断层摄影成像系统被配置为与利用相机获得的图像同时获得MRI图像。利用相机获得的图像与MRI图像相关联，产生运动校正数据。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种具有更可靠的运动检测系统的断层摄影成像系统。
该目的通过一种断层摄影成像系统来实现，所述系统包括：
支撑件，其承载图像数据采集系统并且定义参考坐标系，
扫描计划控件，其用于设置所述图像数据采集系统以从所述参考坐标系中的所选择的成像区采集图像数据，
运动检测系统，其用于检测运动并且包括
动态相机系统，其用于接收所述动态系统的图像坐标系中配准的动态图像信息，
运算单元，其被配置为将所选择的成像区从所述参考坐标系变换到所述图像坐标系，
运动分析器，其用于从经变换的所选择的成像区中的配准的动态图像信息导出运动信息。
本发明的断层摄影成像系统例如是磁共振检查系统、计算机断层扫描(CT)系统、X射线成像系统或核医学成像系统。这样的断层摄影成像系统包括机架，所述机架形成承载例如计算机断层摄影系统的X射线源和X射线探测器的支撑件或者承载磁共振检查系统的主磁体的支撑件。可以将本发明并入的断层摄影成像系统的其他示例是核医学断层摄影成像系统，例如正电子发射断层成像(PET)系统、单光子发射计算机断层成像(SPECT)系统，以及混合断层摄影成像系统，例如PET-CT系统和MRI-CT系统。本发明还可以被并入到断层摄影图像引导的放射治疗系统中，例如MR-LINAC系统。支撑件定义了参考坐标系。断层摄影图像数据(例如衰减概况或k空间概况)是在参考坐标系中采集的。扫描计划控制被配置(例如在软件中)为设置图像数据采集系统以在例如要被检查的患者的解剖结构的部分要被放置的参考坐标系中从所选择的成像区采集断层摄影图像数据。所选择的成像区可以基于用户对扫描计划控制的输入来设置，或者可以基于来自更早的调查图像的区域识别被应用于扫描计划控制。
运动检测系统是基于相机的并且包括用于从相机系统的相机范围接收动态图像信息的动态相机系统。相机范围是如下的体积，对于所述体积，相机系统是敏感的以从其采集动态图像信息，即动态相机系统的视场。相机系统的动态图像信息在相机系统的图像坐标系中被配准，即相机的图像传感器的正确坐标系中(即图像像素坐标中)。当动态相机系统被安装在支撑件上时，在参考坐标系与相机系统的图像坐标系之间固有地存在定义的几何变换。该变换根据系统的几何配置导出；这可能包含移动部件，例如患者支撑件或旋转机架，并且几何变换可能考虑系统的几何配置的这些变化。当动态相机系统没有被固定地安装在支撑件上时，则一旦设置了动态相机系统，就需要校准参考坐标系与图像坐标帧之间的几何变换。
所选择的成像区在参考坐标系中被定义，并且与相机系统的图像坐标系在几何上可靠、鲁棒和稳定地相关。值得注意的是，几何变换可以是从参考坐标系的三维体积到相机系统的图像坐标系的二维区域的3D到2D投影。通过几何变换的方式，可以将所选择的成像区变换到图像坐标系上，产生相机系统的图像坐标系中的经变换的所选择的成像区。换言之，所选择的成像区作为感兴趣区域被投影到图像坐标帧的图像像素坐标上。
运动分析器被配置为从由相机系统从从所选择的成像区变换的所述感兴趣区域内采集的动态图像信息导出运动。这使得能够确定在成像区内或附近是否发生运动；成像区是在支撑件的参考坐标系中定义的。运动分析器被配置为识别来自动态相机系统的动态图像信息中的特征的对象的变化。成像区内或附近的这种运动可能干扰由图像数据采集系统采集的图像信息，例如，在于运动损坏可能混淆由X射线探测器采集的计算机断层扫描衰减概况或由磁共振检查系统的RF接收系统采集的k空间概况。因此，在由运动分析器在成像区内或附近检测到运动的情况下，检测到的运动可以被采用以用于图像信息的运动校正，或者在根据所采集的图像信息重建最终图像中被采用。另一方面，成像流程不被由动态相机系统拾取并且发生在成像区之外并且不在成像区中发生并且不需要校正的运动所干扰。
支撑件(即机架)限定检查区，特别是X射线源和X射线探测器可以围绕其旋转的区域或磁共振检查系统的膛。检查区域是可以定位要被成像的对象(即，要被检查的患者)的空间。在断层摄影成像期间，从检查区中的要被成像的对象(要被检查的患者)采集数据概况(X射线衰减、k空间概况)。成像区限定义了对象的体积区域，从所述体积区域采集数据概况以重建(一幅或多幅)断层摄影图像。根据这些概况，可以重建断层摄影图像(例如计算机断层摄影图像或磁共振图像)。这些概况是从要被检查的患者的解剖结构的部分(即，在所选择的成像区中)采集的。重建的图像被应用于断层摄影成像系统的输出。从所采集的k空间概况或衰减概况重建磁共振图像可以在断层摄影成像系统的面板上进行。替代地，可以将重建外包给与断层摄影成像系统在线对应的重建设施。即，可以将采集的概况数据以及任选地还有运动校正数据上传到重建设施(例如，在云中)，并且运动校正以及图像重建可以由场外重建设施完成，并且重建的图像数据被返回到用户，例如，返回到断层摄影成像系统或单独的工作站。
在本发明的另一个详细的实施例中，运动检测系统可以访问要被成像的对象的体积轮廓。体积轮廓可以由图像数据集表示，并表示参考坐标系中对象的三维外表面。对象例如是要被检查的患者的身体(的部分)。
借助于扫描计划控件，可以在参考坐标系中选择要由断层摄影成像系统进行的以断层摄影方式成像的成像区。所述选择可以基于对象的哪个区域要被检查的指令自动进行，或者所述选择可以手动地进行。扫描计划控件可以在软件中实现并且可以是经由图形用户接口的用户控制控制的，用户可以在图形用户接口处指示随后被规划以被成像的选择。
区域分析器被配置为在参考坐标系/框架中确定所选择的成像区中的体积轮廓的(一个或多个)感兴趣区。区域分析器在软件中实现，所述软件能够在参考坐标系中配准体积轮廓和所选择的成像体积。所述运算单元还被配置为将感兴趣部分变换到动态相机系统的图像坐标系上。这为运动检测系统定义了图像坐标系中的感兴趣区域以用于运动分析。
设置运动相机系统以在参考坐标系中从感兴趣区域采集动态图像信息。以这种方式，动态相机系统可以捕捉其范围内的运动，所述范围可能包括所选择的成像区(的部分)。运动分析器仅或主要从感兴趣区域导出运动，而动态相机系统也可以在检查区域之外成像。主要应当理解，在特定情况下，运动分析器可以包括取自比感兴趣区域稍大的区域(例如，在一维或多维中大1％、3％、5％或10％)的数据，以便也捕获恰在所选择的成像区外的运动，因为这些运动可能仍会对断层摄影扫描系统采集的图像产生一些影响。
动态相机系统的采集范围的位置和大小可以根据图像坐标帧中体积轮廓中感兴趣区域的所确定的部分进行调整，从而使动态图像信息主要涉及感兴趣部分的运动。因此，动态图像信息是用于检测对断层摄影图像信息的运动校正实际上重要的运动的适当基础。对运动的检测可以通过运动分析器的软件实现来完成，所述软件实现可以对动态图像信息的相继图像帧进行比较以检测图像信息中的特征已经移动。在对断层摄影图像信息的运动校正中避免了可能在动态相机系统的范围内但不在感兴趣的(成像)区域内的任何运动。也就是说，任何可能在动态相机系统范围内但不会或不太可能混淆断层摄影图像的图像质量的运动将不被考虑用于运动检测。因此，实现了更可靠的运动检测。
本发明消除了对(例如手动地)将相机范围限制到成像区以及其附近周围的需要。
将参考从属权利要求中限定的实施例来进一步详细说明本发明的这些和其他方面。
在本发明的断层摄影成像系统的优选示例中，支撑件的固有坐标系被用作参考坐标系。支撑件的固有坐标系可以是由限定磁体膛的磁体结构或承载X射线源和X射线探测器的安装支撑件限定的坐标系。替代地，参考坐标系可以相对于明确定义的断层摄影成像系统的另一个部件来定义。在一个示例中，参考坐标系可以被链接到患者载体。然后参考坐标系随着患者载体移动，并且图像坐标系上的几何变换将考虑患者载体相对于动态相机系统的移动。以此方式，参考坐标系是实用的并且直接与检查区域相关。
在断层摄影成像系统的实际示例中，动态照相机系统被安装到支撑件上，使得其成像范围覆盖对象的位置或者甚至至少覆盖整个检查区域。因此，动态相机可以用于监测检查区域中的情况，不仅用于运动，还用于例如辅助设备的定位，并且能够观察在检查区域中的要被检查的患者。
在断层摄影成像系统的另一个实际示例中，提供了单独的深度相机来采集体积轮廓。可以安装深度相机，使得可以在对象(例如，要检查的患者)在检查区域之外时采集体积轮廓。深度相机也针对支撑件的坐标系被校准。在另一个实施例中，动态相机系统被配置为还采集体积轮廓。
在又一个示例中，体积轮廓可以由断层摄影成像系统本身采集。替代地，体积轮廓可以从先前的断层摄影(例如，MR或CT)检查中导出，其中，数据从PACS系统访问。在磁共振检查系统的情况下，体积轮廓可以从以相对低的空间分辨率对磁共振信号进行的调查扫描得出。在计算机断层扫描系统的情况下，可以从低X射线剂量和粗糙空间分辨率的衰减概况采集体积轮廓。
在进一步的实现中，体积轮廓在支撑件的参考坐标系中被配准。以这种方式，可以在独立于动态相机系统的坐标系的参考系中采集体积轮廓。例如，可以通过安装以查看检查区域之外的区域的深度相机来采集体积轮廓。
本发明还涉及一种运动检测方法。根据本发明的方法，要被断层摄影成像的对象的体积轮廓被访问(从存储器)或者已经被例如深度相机采集。规划要进行断层摄影成像的感兴趣成像区。该规划可以根据要对什么部分进行成像的指令自动完成，或者可以通过显示例如已经采集的调查图像信息的用户接口手动完成。在断层摄影图像采集期间，还采集动态图像信息，例如通过动态相机系统。体积轮廓和成像区在断层摄影成像系统的支撑件的成像坐标系中被配准。动态图像信息在动态相机系统的参考坐标系中被配准。在参考坐标系中，确定了体积轮廓与成像区的交叠。这种重叠从参考坐标系几何变换到图像坐标系中的感兴趣区域上。3D交叠中的点到2D图像坐标系的几何变换是可以通过针对参考坐标系校准动态相机系统来确定的投影，在参考坐标系中，断层摄影图像数据也由断层摄影成像系统采集。然后通过所述动态图像信息来监测感兴趣区域中的体积轮廓部分的运动。监测到的运动对于校正断层摄影图像数据的运动效应可能特别有意义。可以使用针对感兴趣区域内检测到的运动的运动校正来校正k空间概况或衰减概况。替代地，运动校正可以在从概况重建图像中使用。进一步，运动检测可以用于在检测到运动时暂停扫描并在运动后恢复数据采集。在另一另外的示例中，可以采用检测到的运动来停止数据采集并重新采集数据。
本发明还涉及一种计算机程序，包括用于以下操作的指令：
选择要进行断层摄影成像的成像区，
在参考坐标系中从所选择的成像区采集断层摄影图像数据，
接收在动态相机系统的图像坐标系中配准的动态图像信息，
将所选择的成像区的至少部分从所述参考坐标系投影到所述图像坐标系上，并且
从所投影的所选择的成像区中的配准的动态图像信息导出运动信息。
当安装到断层摄影成像系统的控制处理器中时，所述断层摄影成像系统能够避免可能在动态相机系统的范围内但不在断层摄影图像信息的运动校正的(成像)感兴趣区内的运动。也就是说，任何可能在动态相机系统范围内但不会或不太可能混淆断层摄影图像的图像质量的运动将不被考虑用于运动检测。本发明消除了对(例如手动地)将相机范围限制到成像区以及其附近周围的需要。相应地，当所述计算机程序被安装在控制处理器中时，所述断层摄影成像系统能够以更可靠的方式进行运动检测。本发明的计算机程序可以被提供在诸如CD-ROM或USB棒的数据载体上。替代地，本发明的计算机程序可以从诸如万维网或基于云的数据网络下载。
参考下文描述的实施例并参考附图，将阐明本发明的这些和其它方面。
附图说明
图1示出了本发明的断层摄影成像系统的示意侧视图；
图2和图3示出了本发明的断层摄影成像系统的实施例的示意性侧视图。
具体实施方式
图1示出了本发明的断层摄影成像系统的示意侧视图。断层摄影成像系统的支撑件10限定了检查区13，在检查区13中可以放置对象(例如要被检查的患者)以进行成像。借助于扫描计划控件11，成像区12，即要被成像的对象的部分，在参考坐标系中被定义，并且断层摄成像系统被控制以从该选择的成像区采集断层摄影图像数据12。运动检测系统20包括动态相机系统21和运动分析器22。动态相机的相机范围23延伸到检查区域13中并且包括所选择的成像区，但是可以延伸超出成像区12甚至超出检查区域13。所选择的成像区被应用于相机控件27以控制动态相机21在其范围23中捕捉所选择的成像区12。动态相机系统的动态图像信息26被应用到运动分析器22。当动态相机系统被固定地安装到支撑件上时，则存在参考坐标系到动态相机系统本身的成像坐标系之间的固有的几何变换。当动态相机系统相对于支撑件是可移动的时，那么每次动态相机系统的相对定向和位置被改变时可能需要校准这样的几何变换。运算单元24，例如计算处理器，被配置为或编程为将参考坐标系中的所选择的成像区中的位置计算到动态相机系统21的图像坐标系上。即，将所选择的成像区中的位置投影到动态图像的图像像素坐标上。运动分析器22还被配置为检测动态图像中的运动，即动态图像中特征的位置和取向的变化。此外，运动分析器22被配置为区分在图像坐标系中检测到的运动是在所选择的成像区12中还是在所选择的成像区12附近。然后，将发现的在成像区中的检测到的运动被应用到断层摄影成像系统的(或针对其的)重建器14。重建器10还从断层摄影成像系统10接收断层摄影图像数据，例如k空间概况或衰减概况。在从这些k空间概况或衰减概况重建的图像中，考虑了在成像区中或附近检测到的运动，并且针对这样的运动对重建图像进行校正或补偿。替代地，可以将运动检测数据传递给扫描控制单元以暂停/恢复图像数据采集过程。重建的图像具有低水平的残余(如果有的话)运动伪影，因此具有良好的诊断质量。
图2和图3示出了本发明的断层摄影成像系统的实施例的示意性侧视图。图2示意性地示出了本发明的断层摄影成像系统的实施方式，其采用了要被检查的患者的体积轮廓31。如图2所示，可以在要被检查的患者仍在检查区域13之外时采集体积轮廓。为此，例如将3D相机25安装到检查室的天花板上，使得当要检查的患者被放置在患者载体16上但尚未进入断层摄影成像系统的检查区域13中的位置时，要被检查的患者处于3D相机的视场中。3D相机25在参考坐标系中被校准。当已经由3D相机25采集了体积轮廓时，可以将带有要被检查患者的患者支撑件16移动到检查区域13中，如双箭头所指示。
图3的断层摄影成像系统利用要被检查的患者的体积轮廓31。3D相机25将其以3D相机数据形式的输出应用到体积轮廓单元32，所述体积轮廓单元32在软件中被配置为根据参考坐标系中的3D相机数据将要被检查患者的体积轮廓31计算为体积轮廓数据集33。当患者载体16处于其最终位置并且成像区包含要被成像的要检查的患者的解剖结构的部分时，区域分析器34分析落入所选择的成像区12的参考坐标系中由体积轮廓31的(一个或多个)部分形成的感兴趣区域。为此，向区域分析器34提供要被检查的患者的位置数据。从扫描计划控件11接收与所选择的扫描协议相关联的所选择的成像区12的信息。即，当要被检查的患者处于其要被成像的位置，区域分析器34在断层摄影成像系统的参考坐标系中计算由体积轮廓31的落在成像区12内的(一个或多件)部分形成的体积感兴趣区域。成像区12内的体积轮廓31的该感兴趣区被馈送到相机控件27以引导相机21聚焦在体积轮廓的那部分上。然后由运算单元24将参考坐标系中的感兴趣区应用于到图像坐标系上的几何变换。即，由区域分析器34导出的体积感兴趣区域被投影到2D图像坐标系上，作为图像像素坐标中的感兴趣区域。为此目的，运算单元24在软件中被配置为将成像区内的体积轮廓31的感兴趣区域从断层摄影成像系统10的支撑件或机架变换到相机系统的图像坐标系上。将体积轮廓的2D感兴趣区域35应用于运动分析器22。也将来自相机21的动态图像信息26应用到运动分析器22。运动分析器22通过将2D感兴趣区域与动态图像信息进行比较来确定动态图像信息与2D感兴趣区域的交叠。该交叠确定了动态图像信息中检测到的运动的部分，所述部分可能对磁共振图像的诊断图像质量产生负面影响，并且需要在所采集的数据概况或重建14中进行校正。根据所确定的运动，可以导出可用于校正断层摄影图像数据的运动校正。替代地，运动校正可以被采用以用于从断层摄影图像数据重建断层摄影图像的运动校正，以暂停、恢复、停止或重复数据采集。

Claims (8)

1.一种断层摄影成像系统，包括：
支撑件，其承载断层摄影图像数据采集系统并定义参考坐标系，
扫描计划控件，其用于设置所述断层摄影图像数据采集系统以在所述参考坐标系中从所选择的成像区采集断层摄影图像数据，
运动检测系统，其用于检测运动并且包括：
动态相机系统，其用于接收在所述动态系统的图像坐标系中配准的动态图像信息，
运算单元，其被配置为将所选择的成像区从所述参考坐标系变换到所述图像坐标系，
运动分析器，其用于从经变换的所选择的成像区中的配准的动态图像信息导出运动信息，
所述运动检测系统能访问来自调查扫描数据或来自所述动态相机系统的体积轮廓，包括所述参考坐标系中的所选择的成像区；
区域分析器，其用于确定所述参考坐标系中的所选择的成像区内的所述体积轮廓的感兴趣区，
所述运算单元被配置为将所述感兴趣区从所述参考坐标系变换到所述动态相机系统的所述图像坐标系上，从而确定经变换的感兴趣区，以及，
相机控件，其用于设置所述动态相机系统的所述采集，以从至少所确定的经变换的感兴趣区采集动态图像信息，以及
运动分析器，其用于主要从来自经变换的感兴趣区的所述动态图像信息导出运动。
2.根据权利要求1所述的断层摄影成像系统，具有定义所述参考坐标系的机架。
3.根据权利要求1所述的断层摄影成像系统，其中，所述动态相机系统被安装到所述支撑件上，使得所选择的成像区的至少部分在所述动态相机系统的范围内。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的断层摄影成像系统，其中，所述运动检测系统被提供有深度相机以采集所述体积轮廓。
5.根据权利要求3所述的断层摄影成像系统，其中，所述深度相机是所述动态相机系统的部分。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的断层摄影成像系统，被配置为将所导出的或所采集的体积轮廓变换到由所述支撑件定义的所述参考坐标系。
7.一种在断层摄影成像期间检测对象的运动的方法，包括以下步骤，
选择要进行断层摄影成像的成像区，
在参考坐标系中从所选择的成像区采集断层摄影图像数据，
接收在动态相机系统的图像坐标系中配准的动态图像信息，
将所选择的成像区的至少部分从所述参考坐标系投影到所述图像坐标系上，并且
从所投影的所选择的成像区中的配准的动态图像信息导出运动信息，
在所述参考坐标系中访问要进行断层摄影成像的所述对象的体积轮廓，
确定所选择的成像区内的所述体积轮廓的一个或多个感兴趣部分的感兴趣区，
将所述感兴趣区投影到所述动态图像信息的图像坐标系中的感兴趣区域，
从主要在所投影的感兴趣区域中的所述动态图像信息导出运动。
8.一种计算机程序，包括用于以下操作的指令：
选择要进行断层摄影成像的成像区，
在参考坐标系中从所选择的成像区采集断层摄影图像数据，
接收在动态相机系统的图像坐标系中配准的动态图像信息，
将所选择的成像区的至少部分从所述参考坐标系投影到所述图像坐标系上，并且
从所投影的所选择的成像区中的配准的动态图像信息导出运动信息，
在所述参考坐标系中访问要进行断层摄影成像的所述对象的体积轮廓，
确定所选择的成像区内的所述体积轮廓的一个或多个感兴趣部分的感兴趣区，
将所述感兴趣区投影到所述动态图像信息的图像坐标系中的感兴趣区域，
从主要在所投影的感兴趣区域中的所述动态图像信息导出运动。
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