CN117042695A - 断层扫描的基于图像的规划 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于规划待由断层成像扫描仪(20)成像的物体的断层图像获取的系统(10)和相关方法。该系统包括用于接收物体的3D预扫描图像的输入装置(12)和用于捕获物体的3D图像信息的相机系统(14)。该系统包括处理器(16)，其用于确定相机图像和预扫描图像中的相应图像特征。该处理器确定图像变换，其将相应图像特征相互关联，使得由预扫描图像表示的物体可被变换为在相机图像中表示的物体的取向、位置和/或变形。该处理器规划图像获取，其中预扫描图像被用于确定包括扫描范围的参数。输出装置(18)输出代表所确定的规划的信号。

Description

断层扫描的基于图像的规划

技术领域

本发明涉及用于断层扫描仪的获取规划领域，更具体地说，本发明涉及一种用于根据先前获取的图像(例如平片扫描图像)准确规划用于这种扫描仪的图像获取的方法和相关装置。

背景技术

在断层成像中，如计算机断层扫描(CT)和磁共振成像(MRI)，扫描参数通常是根据平片扫描(surview scan)来确定的，平片扫描也可被称为先导扫描、概览扫描、侦察扫描、预扫描或定位扫描。要应用的参数可取决于各种因素，例如断层图像获取的预期目的、待成像物体的位置及其尺寸，例如患者的体重、体形和/或体积。除了相对于扫描仪的待成像体积，例如确定视场和/或待扫描的纵向长度外，其他各种参数也可受到待检查的具体物体(例如患者)的特性的影响，例如CT的波束设置(峰值波束能量、波束过滤、X射线管电流......)和MRI的磁场梯度和/或射频(RF)脉冲序列参数。

在计算机断层扫描中，平片扫描通常可由投影图像组成，投影图像是在X射线源和检测器保持固定时使患者(或其他待成像物体)平移通过扫描仪的CT门架来获取的。这样获得患者整个长度的2D投影图像。替代性地，可获取低剂量(因此分辨率低、噪音大和/或对比度低)的CT扫描，以指导操作员选择用于高质量扫描的合适的成像体积和/或其他成像参数。类似地，在MRI中，低质量(且快速)的概览扫描可被用作定位器，以用于规划后续的高质量扫描或扫描序列。

本领域中已知有许多方法用于根据这种平片图像来确定合适的扫描参数。例如，CT操作员可评估平片图像，并在该图像上手动定义一个框，以指示待扫描的区域。为此，考虑到扫描的预期目的(例如，使具体的身体区域、生理和/或解剖状况，和/或具体的疑似疾病可视化)，操作员可以依靠一般指南来确定待成像的合适体积，且也可以确定其他扫描参数，例如，以规定的方式针对可识别的解剖学界标放置规划框。

US2016/012586公开了一种计算机辅助方法，用于确定待扫描的受试者的扫描区域，其中空间变换是通过平片图像和模板图像相对于彼此的图像配准来确定的。配准操作通过初始依靠平片图像上的要素位置指示标记(如参考几何学或解剖学界标(如大脑中心)的位置指示标记)来辅助，该指示标记在模板中具有已知位置。相对于模板图像限定模板扫描区域，使得可以通过确定的空间变换将模板扫描区域投影到概览图像上，从而确定规划的扫描区域。

然而，不管被用于确定合适的成像体积和/或其他成像参数的方法(手动或其他)如何，在已获取平片图像后，待扫描物体可能已被移动(尤其是在人或动物受试者的情况下)，使得规划的扫描操作会相对于改变的位置而成为次优的。此外，优选避免捕获另一个平片图像来替换先前捕获的图像，即使操作员会被提示这样做，例如在注意到明显移动之后。例如，这可能会造成不期望的时间损失，增加操作成本，尤其是在CT的情况下，会给被成像的受试者造成附加的辐射剂量。

本领域还已知，例如US2017/0316562中所述，通过使用相机成像来确定造影剂辅助的图像获取的参数。在该文献中描述的方法中，获得患者外部的相机图像以确定至少一个身体尺寸，然后使用该身体尺寸来确定造影剂方案的参数，例如给患者注射的造影剂的量和/或在注射造影剂后使用扫描仪获取诊断图像之前的延迟。

JP 2007007255 A公开了一种方法，其中操作员在身体上的参考点处安装参考标记，以获取扫描图。随后，摄像机生成显示受试者的外部外观的相机图像，在该图像上，参考点由光点指示出。由于参考标记在之前采集的扫描图中清晰可见，因此扫描图图像和相机图像可以通过相应的参考点来对准。

US2020/029919 A1描述了在获得初始X射线图像的大约相同时间，获得视场中患者位置的图像。如果证明有必要利用更新的视场设置(例如准直参数)来获得后续的X射线图像，则在提供更新的视场设置时会考虑患者在拍摄第二幅图像时的移动。

EP 3633622 A1涉及一种由神经网络基于输入光学图像生成伪放射图像的方法。

发明内容

本发明的实施例的目的是提供良好、准确和/或快速的断层扫描规划，例如，用于确定所期望的扫描区域和/或其他成像参数。

本发明的实施例的优点是，可以基于先前获得的图像(如平片扫描)规划图像获取，即使关注的物体(如患者)在先前获得的图像获取后已移动。

本发明的实施例的优点是，可以避免因待成像物体的移动而必须重新捕获平片扫描所造成的时间和/或其他操作资源的损失。

本发明的实施例的优点是，如果关注的物体的前次扫描是可用的，则可以避免获取平片图像，即使该前次扫描是在不同的扫描期间中采集的，例如可能是几小时、几天或甚至更长时间之前采集的。

本发明的实施例的优点是，可以避免在诊断扫描中因患者相对于成像规划的移动而遗漏重要的解剖学信息。

本发明的实施例的优点是，3D平片图像上的三维(3D)成像操作规划可以容易地与3D相机数据(例如测距相机数据)相结合，以针对被成像物体的移动或重新定位来校正平片图像和/或成像操作规划。例如，通过使用与3D相机数据结合的3D平片，可以检测并补偿围绕患者的纵向轴线的旋转分量。还有一个优点是，3D平片图像显示了患者的空间内部结构(但不必是高对比度和/或高分辨率)，使得可以准确地规划成像操作。还有一个优点是，3D平片图像允许容易地提取身体轮廓，即身体表面，其可以与3D相机成像数据相关联。

根据本发明的实施例的系统和方法实现了上述目的。

在第一方面中，本发明涉及一种用于规划待由断层成像扫描仪成像的物体的断层图像获取的系统。该系统包括：用于接收物体的预扫描图像的输入装置、用于捕获物体的至少一个图像的相机系统、处理器和输出装置。处理器适于确定由相机系统捕获的至少一个图像和预扫描图像中的相应图像特征；确定将相应图像特征相互关联以使得由预扫描图像表示的物体能够通过变换(或等同地通过其逆变换)而被变换为相机图像中表示的物体的取向、位置和/或变形的图像变换；自动和/或交互式地规划断层图像获取，其中预扫描图像被用于确定图像获取的参数，这些参数至少包括沿一个维度的扫描范围；以及通过输出装置输出代表所确定的规划(或其相关参数)的信号。

预扫描图像包括三维断层平片扫描图像。

该相机系统包括：

-测距相机，使得提供给处理器的至少一个图像包括三维信息，和/或

-用于从多个不同视角对物体成像的多个相机以及装置，即深度信息处理器，以从由多个相机捕获的多个图像中确定深度信息以使得提供给处理器的至少一个图像包含三维信息。

根据本发明的实施例的系统可包括用户界面装置，其与处理器可操作连接，以使用户能够通过使用用户界面装置交互式地规划图像获取和/或监督和/或审查自动生成的规划。

在根据本发明的实施例的系统中，处理器可适于重复执行利用相机系统捕获至少一个图像、确定相应图像特征和确定图像变换的步骤，其中通过最近确定的变换重复更新预扫描图像和/或成像规划。

根据本发明的实施例的系统可包括存储装置，其中输入装置适于从存储装置中检索预扫描图像。

根据本发明的实施例的系统可包括断层成像扫描仪，其中相机系统被相对于断层成像扫描仪配置成预定的成像几何形状。

在根据本发明的实施例的系统中，输入装置可与断层成像扫描仪可操作地连接，以从断层成像扫描仪获得预扫描图像。

在根据本发明的实施例的系统中，断层成像扫描仪可包括计算机断层扫描仪或磁共振成像扫描仪。

根据本发明的实施例的系统可包括用于操作断层成像扫描仪的控制台和/或用于为断层成像扫描仪准备成像规划的工作站。

在第二方面中，本发明涉及一种用于规划待由断层成像扫描仪成像的物体的图像获取的方法。该方法包括获得物体的预扫描图像；使用相对于断层成像扫描仪被配置成预定的成像几何形状的相机系统捕获物体的至少一个图像；确定由相机系统捕获的至少一个图像和预扫描图像中的相应图像特征；确定将相应图像特征相互关联以使得由预扫描图像表示的物体可通过所述变换或通过其逆变换而被变换为在相机图像中表示的物体的取向、位置和/或变形的图像变换；以及规划断层图像获取，其中预扫描图像被用于确定图像获取的参数，这些参数至少包括沿一个维度的扫描范围。

图像获取的规划包括根据确定的图像变换对预扫描图像进行变换，使得预扫描图像中的物体的位置、取向和/或变形与由相机系统观测到的物体的位置、取向和/或变形相对应，和/或根据确定的图像变换对确定的参数进行变换，使得相对于预扫描图像确定的所述扫描范围被变换为由相机系统观测到的物体的相同体积。

捕获至少一个图像包括捕获包含深度信息的图像，且获得预扫描图像包括获得三维断层扫描图像，例如3D断层平片扫描图像。

在根据本发明的实施例的方法中，获得预扫描图像可包括从存储装置中检索物体的预扫描图像，该预扫描图像在由相同或不同的断层成像扫描仪采集后被存储在该存储装置中。

在根据本发明的实施例的方法中，获得预扫描图像可包括使用所述断层成像扫描仪获得预扫描图像。

在根据本发明的实施例的方法中，确定相应图像特征可包括分别在预扫描图像和相机图像中检测物体的表面的多个表面特征，并通过比较每个检测到的表面特征周围的身体表面的局部表面几何形状来确定所述图像之间检测到的相应成对的表面特征。

在根据本发明的实施例的方法中，确定相应图像特征可包括使用检测到的图像特征的相对位置的星座模型来识别和去除检测到的虚假特征。

根据本发明的实施例的方法可包括根据所述规划的所确定的参数，使用所述断层成像系统来执行断层图像获取。

在根据本发明的实施例的方法中，可重复执行利用相机系统捕获至少一个图像、确定相应图像特征和确定图像变换的步骤，其中通过最近确定的变换重复更新预扫描图像和/或成像规划。

根据本发明的实施例的方法可包括在确定的变换指示出物体的大幅度移动时向操作员发出警报。

在第三方面中，本发明涉及一种计算机程序产品，其用于在被于计算机上执行时执行根据本发明的第二方面的实施例所述的方法。

独立权利要求和从属权利要求描述了本发明的具体和优选特征。从属权利要求中的特征可以与独立权利要求中的特征以及其他从属权利要求中的特征相结合，只要认为合适即可，而不必仅在权利要求中明确表述。

附图说明

图1示出了根据本发明的实施例的方法。

图2示意性地示出了预扫描图像和相机图像，根据本发明的实施例的方法可以在这两幅图像上识别相应特征。

图3示出了根据本发明的实施例的系统。

图4示出了根据本发明的实施例的计算机断层扫描仪。

附图是示意性的而不是限制性的。图中的要素不必按比例绘示。本发明不必限于图中所示的本发明的具体实施例。

具体实施方式

尽管下文描述了示例性实施例，但本发明仅受所附权利要求的限制。所附权利要求在此明确并入该具体实施方式部分中，其中每项权利要求以及由权利要求所限定的从属结构所允许的每种权利要求组合形成本发明的单独的实施例。

权利要求中使用的“包括”一词并不限于下文所述的特征、要素或步骤，也不排除附加的特征、要素或步骤。因此，这只指出了所提及的特征的存在，而并不排除一个或多个特征的进一步存在或添加。

在该具体实施方式部分中，给出了各种具体细节。本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下执行。此外，为使本发明公开清楚简洁，不必详细描述众所周知的特征、要素和/或步骤。

在第一方面中，本发明涉及一种方法，其用于根据物体的预扫描图像(例如至少一个先前获得的投影和/或断层图像)来规划待由断层成像扫描仪成像的物体的图像获取。

参照图1，示出了根据本发明的实施例的方法100的示例。根据本发明的实施例的方法可以是计算机实现的方法。

方法100是一种用于规划图像获取(例如，断层(体积)图像获取)的方法，以可视化关注的物体(通常是用于诊断或研究目的的人或动物受试者)的内部结构。规划的图像获取将由断层成像扫描仪(例如计算机断层(CT)扫描仪或磁共振成像(MRI)扫描仪)来获取。

方法100包括获得110被研究物体的预扫描图像，以帮助规划。预扫描图像可由相同的断层成像扫描仪获取。预扫描图像可包括投影图像、投影图像的组合或断层(体积)图像。例如，如本领域所知，预扫描图像可以是平片(先导；侦察；定位)图像。预扫描图像可以是二维投影(或横截面)图像，例如2D平片扫描图像，类似于常规的投影X射线图像。如本领域所知，这种投影图像可以在没有使门架旋转的情况下通过使物体相对于CT扫描仪的门架平移(例如使用自动平移诊察台)来获取。然而，优选地，预扫描图像可以是三维断层图像，例如3D平片扫描图像。3D预扫描的示例是低剂量体积CT扫描，由于隐含的低图像质量(如低信噪比、低分辨率和/或低图像对比度)，这种扫描通常不适合用于诊断目的。

与常规的2D平片扫描相比，超低剂量的3D CT平片扫描提供了许多优势。物体的几何形状(如解剖结构)可以被详细辨别，而不会因为投影重叠而混合或遮挡信息。此外，用于常规的2D平片扫描的波束投影几何形状可能会扭曲图像，例如，由于波束的扇形形状，这在确定用于详细扫描的精确划定的关注区域时可能导致不准确。

获得110预扫描图像可包括从存储装置中检索112同一物体的预扫描图像，该预扫描图像在过去被采集后被存储在存储装置中。这种预先记录的预扫描图像可以通过使用相同的断层成像扫描仪来获取，但不必是这种情况。预存储的图像可以通过相同类型的另一个断层成像扫描仪来获取，例如不同的CT扫描仪，或者甚至可以由不同类型的断层成像扫描仪来获取，例如，在规划的操作是为CT扫描仪准备的情况下可由MRI扫描仪来获取，反之亦然。在一些情况下，使用跨模态参考图像作为预扫描图像可能更为优选。例如，在CT预扫描图像上可以容易地识别出身体中的解剖学界标(针对这些解剖学界标定义了规定的操作)，而在不同模态(如MRI)上可以使关注的特征更好地可视化。

获取110预扫描图像还可包括使用断层成像扫描仪(操作是为其规划的)获取114预扫描图像。这是一种常见的方法，其中通过扫描仪在原位获取预扫描图像(例如平片扫描)，然后根据预扫描图像规划操作，且随后执行规划的成像操作。

然而，在原位采集的预扫描图像(见步骤114)通常质量较低的情况下，例如由于时间和/或剂量约束，需要注意的是，如果可以从以前的成像操作中获得同一物体的图像，则重复使用这种以前获得的图像(见步骤112)的进一步好处是，这些图像可以是以比通常用于单纯平片更高的分辨率和/或更好的图像质量获取的。尽管如此，存储的图像也可以是在以前检查中获得的平片扫描，使得与在原位采集新的平片扫描相比，并不一定意味着质量的提高。然而，这并不否认通过重复使用以前获得的平片扫描图像可以避免时间损失和/或增加对患者的辐射剂量的优点。

该方法包括利用相机系统(其相对于断层成像扫描仪被配置成已知的、例如预定的成像几何形状)捕获120待扫描物体的至少一个图像。相机系统可以是光学和/或红外成像系统。优选地，相机系统适于采集深度信息，例如除二维成像之外的深度信息。例如，相机系统可包括测距相机，如飞行时间深度成像系统、结构光成像系统、激光雷达系统等。替代性地(或另外)，相机系统可包括用于从不同视角对物体成像的多个相机，使得可从图像中的对应关系推断出深度信息，例如适用于不止两个相机的立体成像系统或其概括。虽然测距相机可具有以直接或易于推导的形式提供深度信息的优点，例如关于每个图像像素(或其子集或图像中不排除的有限数量的点)沿光路的距离的信息，但本领域已知的是，这种信息也可以通过处理图像信息来提供，例如通过使用合适的现有算法将多个相机视角关联起来。虽然相机系统可以适于除了在逐个像素基础上采集其他图像信息(如光强度和/或颜色或光谱信息)之外采集深度信息，但并不必是这种情况。例如，相机系统可适于采集标量图像(scalar image)，其中像素值表示沿其光路到被成像点的距离。如上所述，相机系统可采集矢量值图像信息(直接或经过适当处理)，其中这种距离(范围)信息由强度和/或颜色和/或光谱信息补充。尽管如此，也不必排除相机系统只捕获强度和/或颜色信息而不捕获附加的深度信息的实施例。

该方法包括在由相机系统捕获的至少一个图像和预扫描图像中确定130相应图像特征(例如至少两个，例如优选至少三个，例如至少五个，甚至更优选至少十个这样的图像特征)。例如，这些图像特征可包括被成像物体的显著图像特征，如患者身体的表面上的界标特征。此类界标可包括骨性特征，例如头盖骨的额骨、鼻骨、颧弓、下颌骨、锁骨、肩突、肱骨结节、胸骨、胸弓、骨盆的髂嵴、髌骨和/或胫骨结节，但不限于这些示例，和/或影响表面形状的软组织，例如肌肉、脂肪组织、肌腱、软骨和/或韧带，它们形成可识别的特征，如表面凹陷、沟壑、褶皱和/或凸起。界标还可与整体解剖学特征有关，如关节、颈部、头部、肋骨(或其部分)、身体区域(如头部、躯干、四肢......)的几何中心等。图像特征还可包括不必实际上是点状的特征，例如身体表面(的至少一部分)的表面模型和/或线(例如躯干的纵向中线)的描述符。

虽然可以基于每个类型的点的具体检测方法来检测图像中具有先验已知对应关系的特定点，但并不必是这种情况。例如，基于更通用的特性，如表面上的局部最大值/最小值(如突出部的顶部或凹陷部的底部)、鞍点、褶皱和/或隆起的中心等，可以在相机图像和预扫描图像中检测出多个点。如下文进一步论述的，利用物体的表面的几何局部特性检测到的点可以相互匹配，即在相机图像和预扫描图像中，以建立对应关系。

确定130这些相应图像特征可包括从预扫描图像中确定物体的表面的模型，例如患者身体的模型。在2D预扫描图像的情况下，物体的一般形状的模型可以与投影图像信息匹配，而表面模型可以容易地从3D预扫描图像中构建，例如使用图像分割和表面提取方法，这些方法的示例在本领域是众所周知的。作为另一个示例，如果预扫描图像是2D X射线投影图像，则通过非骨性区域的像素强度可被用于近似估计沿投影射线的身体厚度。这样允许估算出近似的表面模型，例如，尤其是在与身体形状的参数模型相结合时。此外，即使只使用2D相机图像和2D预扫描图像，根据实施例的方法仍可被用于检测图像平面上的均匀位移和/或旋转。

需要注意的是，这些图像特征可以仅指被提取的表面(或其选定区域)本身。例如，本领域已知的方法是将一个表面规格映射到另一个表面规格，例如，其中每个表面都是以合适的表示形式来限定的，例如表面网格。即使这类方法可能容易出现过拟合，也可以应用合适的正则化方法来强制执行更简单的映射模式，即避免不现实或不可行的映射。

该方法还包括确定140图像变换，该图像变换将相应图像特征相互关联，使得由预扫描图像表示的物体可被变换为由相机图像表示的物体的取向、位置和/或变形。这种与相应图像特征相关的图像变换不必将每个特征与其相应特征完全匹配，例如，该变换可以由多个参数来描述，这些参数不允许所有特征集体地完全匹配，而只是近似匹配，并且/或者可以考虑(硬性和/或软性)约束，以避免或减少选择不现实的变换。图像变换可包括刚性坐标变换，例如在两个或更多个正交方向上的平移和/或围绕两个或更多个正交方向的旋转，以及/或仿射变换和/或非线性变形，例如使用位移向量的内插网格(例如B样条变形图、薄板样条......)和/或另一种非线性变形(扭曲)模型。

确定140图像变换可包括通过优化算法估算图像变换的参数(例如位移向量、样条参数、坐标变换矩阵元素......)，例如根据估算中的变换参数，在对预扫描图像或相机图像应用图像变换(不排除结合两个图像的局部变换的方案)后，使指示相应图像特征的位置和/或取向匹配的合适成本函数最小化(或使合适目标函数最大化)。如所知的，这种优化可以进一步考虑一个或多个约束，例如，确保非刚性变换的期望平滑水平或其他可行性标准。

例如，可以在相机图像和预扫描图像中检测到多个相应图像特征，如突出点。这些图像特征周围的局部表面几何形状可被用于检测相机图像和预扫描图像之间的成对特征的对应关系。此外，图像特征的相对位置的星座模型可被用于完善推定的相应特征，例如，拒绝由相似的局部表面几何形状确定的假阳性匹配。应理解的是，该方法还可包括局部匹配和全局星座匹配的联合优化、两个步骤交替进行的迭代方法、最初给予局部匹配较高权重以最终给予星座匹配较高权重的金字塔方法或其变体。一旦建立了一组良好的对应关系，应理解的是，确定合适的图像变换就像将所考虑的变换类别的参数拟合到相应点上一样直接。此外，在基于高度选择性标准来检测具体特征的情况下，例如，靠近躯干正面中心的鞍点以检测剑突，在图像之间检测这样一组良好的对应关系可能也尤其容易，从而避免了上文所述的更复杂的匹配(例如，基于局部表面几何形状)和假阳性拒绝(例如，基于星座匹配)。

作为示例，图2左侧示出了预扫描图像的示意图。该预扫描图像可以是前-后投影射线照片。右侧示意性地示出了相机图像。从预扫描图像中可以容易地提取出人体轮廓，或者，在预扫描图像是体积图像的情况下，可以提取出身体的外表面。在提取的该轮廓/表面上，可以检测出显著的特征，例如，通过具体地识别特定的解剖学界标或通过检测轮廓/表面的几何学特征。例如，此类几何学特征可包括突起部的峰、脊的中心、褶皱的中心、鞍点、基本平坦区域的中心等。在本示例中，颅骨的顶部、腹股沟区的下点、三角肌隆起的顶部、躯干中心和腰线最窄处的点被指示为例示说明性图像特征，但不限于此。此外或替代性地，一些(或所有)特征可以不是点特征，例如，躯干的正面中心线可作为线特征而被检测出。同样，类似的特征检测方法也可应用于相机图像。尽管这个简单的示例只是示出了可以基于身体轮廓来检测的特征，但需要注意的是，当相机图像包含深度信息(例如这可由测距相机提供)时，特征的检测可以被尤其好地执行。

因此，可以检测到成对的特征之间的对应关系，其中一对中的一个要素在预扫描图像中，另一个要素在相机图像中(在没有通过检测具体的界标点而已隐含的情况下)，并可确定位移矢量，以便将其中一个图像中的特征映射到另一个图像中的相应特征。这通过图2的示例性预扫描图像中绘示的位移向量示出。这些位移矢量可被用于确定图像变换，例如，在图像上施加(2D或3D)节点网格，确定每个节点的相关位移，该相关位移可被优化，直到整个图像上的位移场的插值实现了相应图像特征彼此之间的适当映射。需要注意的是，本领域已知有许多替代性方法可用于描述和确定图像变换，这些方法同样可以应用。

方法100还包括规划150断层图像获取，其中预扫描图像被用于确定该图像获取的参数，这些参数至少包括沿一个维度的扫描范围，例如待扫描的扫描范围或(2D或3D)边界框。这还可包括选择扫描体积的取向，例如围绕一个或多个轴线旋转边界框，以选择待成像的体积。这还可包括确定其他参数，如X射线束的特性、检测器设置等。

规划该获取可包括向操作员提供用户界面，以便基于预扫描图像交互式地限定待使用的参数，例如，允许操作员在预扫描图像上画出待扫描的框。规划该获取还可包括自动操作，其中参数是基于预扫描图像确定的，例如取决于所选的成像操作类型。也可以提供自动规划和手动规划的组合，例如，进行自动选择，其可交互地进行完善。

规划该获取150包括根据确定的图像变换对预扫描图像进行变换，使得预扫描图像中的物体的位置、取向和/或非线性形状(变形)与由相机系统观测到的物体的位置、取向和/或非线性形状相对应。替代性地或另外，规划150该获取可包括根据确定的图像变换对确定的参数(例如扫描范围或边界框)进行变换，使得由相机系统观测到的物体相对于预扫描图像中的初始位置/取向/变形的移动得到补偿。

该方法可包括根据规划150步骤中所确定的参数执行160断层图像获取。因此，根据一些实施例，操作员可基于初始的预扫描图像选择(或监督选择)成像参数，然后在执行图像获取之前针对被成像物体/受试者的移动自动校正这些参数。根据一些实施例，预扫描图像可以针对移动进行校正，使得操作员可以基于待成像物体/受试者的当前位置/取向/变形来规划(或监督规划)操作。

根据实施例的方法100可以重复执行利用相机系统捕获120图像、确定130相应图像特征和确定140图像变换的步骤，例如，使得可以重复更新预扫描图像和/或成像规划，以符合被检查物体的最近已知的位置/取向/变形。

因此，成像操作的规划可以在符合待成像的受试者的当前空间构造的扭曲(优选为3D)平片图像上进行。如果已经制定了规划，则可以对规划进行扭曲，以补偿当前的空间构造。如果在检查过程中，例如在获取预扫描图像和执行规划的图像获取之间，物体(例如患者)移动或再次移动，则可对规划进行变换以进行补偿。此外，如上文所提及的，相机系统与断层成像扫描仪具有已知的空间关系(即相对于CT/MRI坐标系进行了校准)，使得该变换可以将坐标直接映射到与扫描仪操作相关的坐标空间，或者可以在执行前应用附加的已知和预定的变换。因此，在患者移动的情况下，可继续进行具有规划的重建区域(体积)的诊断扫描，而不会损失用于重新扫描或重新规划的额外时间。

本发明的实施例的附加优点是，可以使用受试者的先前的断层扫描(如CT或MRI)来规划新的操作。因此，假定受检者的形态没有发生显著变化，则可以检索同一受试者的先前的3D CT扫描(其可以是较早获取的3D平片，但也可以是高质量的诊断扫描)，而不是3D平片扫描。然后，可以使用上文详述的表面和/或界标特征对应方法对该3D扫描进行变换，例如扭曲。

根据本发明的实施例的方法100还可包括在所确定的变换超过预定量度指标时，例如检测到大幅度移动时，向操作员发出警报170，例如使用音频和/或视觉提示。

根据本发明的实施例的方法100还可包括基于检测到的图像特征(例如检测到的图像特征的空间构造)来检测患者姿势，并在用户界面中使用该姿势信息。例如，可以基于检测到的姿势对可用操作的选择列表进行删减，例如去除与检测到的姿势不兼容的选项。这还可以(另外或替代性地)包括向操作员发出警报：预扫描图像将需要进行大量扭曲处理才能符合当前姿势，例如，可取的是重新捕获另一预扫描图像。还需要注意的是，后者并不必需要检测姿势，例如，从有限的一组可能的一般姿势中确定一个姿势。例如，可以将所确定的变换的平均量度、离散度(如方差)、最大值或其他合适的度量与阈值进行比较，以确定是否应向操作员发出警报：可取的是重新捕获新的预扫描图像。

在第二方面中，本发明涉及一种用于规划待由断层成像扫描仪成像的物体的图像获取的系统。图3示意性地示出了根据本发明的实施例的例示说明性系统。

考虑到在上文提供的与根据本发明的实施例的方法相关的描述，根据本发明的实施例的系统的特征或特征的细节应是清楚的。

系统10包括用于接收物体的预扫描图像的输入装置12。优选地，预扫描图像可以是三维断层扫描图像，例如3D平片图像，例如低剂量3D平片图像。

输入装置可从存储装置22接收预扫描图像。存储装置可被包含在该系统中，或者可以在该系统外部。

输入装置可以从(相同的)断层成像扫描仪接收预扫描图像，该扫描仪可被包含在该系统中，或者可以在该系统外部。

系统10包括用于捕获物体的至少一个图像的相机系统14。相机系统14可包括光学和/或红外成像系统。相机系统14可包括测距相机(如飞行时间深度成像系统、结构光成像系统、激光雷达系统或类似系统)。相机系统可包括用于从多个不同视角对物体成像的多个相机以及装置，以从由多个相机捕获的多个图像中确定深度信息。例如，相机系统可包括立体成像系统或多相机深度成像系统。因此，该至少一个图像可以是包含深度信息的图像，例如三维图像和/或带有描述表面上的点的三维(非平面)数据的表面图像。

该系统包括处理器16，例如适合执行下文进一步描述的功能的计算机或其他处理装置。该系统可包含可执行指令，例如存储在存储器中的指令，以执行这些功能。处理器可以在硬件上进行专门设计和/或通过软件编程，以执行下文所述的功能。

处理器16适于确定(例如，被配置成用于确定)由相机系统捕获的至少一个图像和预扫描图像中的相应图像特征。确定相应图像特征可包括分别在预扫描图像和相机图像中检测物体的表面的多个表面特征，并通过比较每个检测到的表面特征周围的物体表面的局部表面几何形状来确定所述图像之间检测到的相应成对的表面特征。

此外，确定相应图像特征可包括使用检测到的图像特征的相对位置的星座模型来识别和取除检测到的虚假特征(或特征对)。

本发明的实施例不必限于确定相应图像特征的具体方法，因为正如技术人员所理解的，本领域已知晓许多合适的方法。关于合适方法的更详细描述在上文结合根据实施例的方法100进行了论述。

处理器16适于确定图像变换，该图像变换将相应图像特征相互关联，使得由预扫描图像表示的物体可通过该变换(或等同地通过其逆变换)而被变换为在相机图像中表示的物体的取向、位置和/或变形。

处理器16适于自动和/或交互式地规划断层图像获取，其中预扫描图像被用于确定图像获取的参数，这些参数至少包括沿一个维度的扫描范围。例如，该系统还可包括用户界面装置17，例如，其包括显示监视器、键盘、触摸敏感显示器、数字笔和/或指针装置中的任一个或多个(不限于特定形式的人机接口装置的实施例)，以允许用户交互式地规划图像获取和/或监督和/或审查自动生成的规划。

图像获取的这种规划包括根据所确定的图像变换对预扫描图像进行变换，使得预扫描图像中的物体的位置、取向和/或变形与由相机系统观测到的物体的位置、取向和/或变形相对应。另外或替代性地，图像获取的规划包括根据所确定的图像变换对规划的获取的所确定的参数进行变换，使得相对于预扫描图像确定的扫描范围被变换为由相机系统观测到的物体的相同体积。

该系统包括输出装置18，其用于输出所确定的规划，例如以指令和/或信号的形式输出，这些指令和/或信号可由断层成像扫描仪20解释，以执行规划的成像操作。例如，处理器可适于通过控制断层成像扫描仪来执行规划的图像获取。

处理器16可适于重复执行利用相机系统捕获至少一个图像、确定相应图像特征和确定图像变换的步骤，其中通过最近确定的变换对预扫描图像和/或成像规划进行重复更新(例如，在呈现给系统的操作员的用户界面中)。

当确定的变换指示出相机图像中的物体发生了大幅度移动时(例如相对于预扫描图像)，处理器16可适于例如使用用户界面装置向操作员发出警报。

该系统可包括用于操作断层成像扫描仪的控制台系统和/或用于为断层成像扫描仪准备成像规划的工作站。

该系统可包括断层成像扫描仪20，其中相机系统可相对于断层成像扫描仪被配置成预定的成像几何形状，例如，使得由相机系统捕获的图像中的空间信息可与断层成像扫描仪的坐标系相关联。断层成像扫描仪可包括计算机断层扫描仪或磁共振成像扫描仪。

图4示意性地示出了本领域已知的示例性计算机断层扫描仪20。CT扫描仪可包括通常固定的固定门架51和旋转门架52。旋转门架52可由固定门架51可旋转地支撑，并可围绕检查区域53绕纵轴Z旋转。

辐射源54(例如X射线管)可由旋转门架52可旋转地支撑，例如以便随旋转门架52旋转，并可适于发出穿过检查区域53的多能辐射。辐射源54可包括或由单个宽谱X射线管组成。替代性地，辐射源可适于在扫描期间在至少两个不同的光子发射光谱之间可控地切换，例如在至少两个不同的峰值发射电压(如80kVp、140kVp等)之间切换。在另一种变体中，辐射源54可包括两个或更多个X射线管，其被配置为发射具有不同平均光谱的辐射。

辐射敏感检测器阵列55可对着在检查区域53对过与辐射源54相对的角弧。阵列55可包括沿Z轴方向相对于彼此排列的一排或多排检测器。阵列55可适于检测穿过检查区域53的辐射，并生成指示该辐射的信号。阵列55可包括具有多个像素化的辐射敏感检测器元件的检测器。可选地，不同的检测元件可具有不同的X射线能量灵敏度，例如，至少两个闪烁体和至少两个具有相应光学灵敏度的相应光敏元件和/或直接转换检测元件(直接能量分辨检测器元件)，例如，允许对不同(平均)光子能量进行消歧(disambiguation)，以允许光谱图像检测。此外或替代性地，可以通过在不同能量设置之间切换辐射源54来获得光谱信息。

该系统可包括用于重建由检测器阵列55输出的信号的重建器56。重建器56可适于重建断层图像，如横截面图像(如垂直于Z轴)。

该系统可包括受试者支撑件57，如诊察台，用于在检查区域内支撑物体或受试者。该系统还可包括操作员控制台58，例如通用计算机，其被编程以用于控制或监控扫描仪系统和/或为操作员提供用户界面。控制台可包括人类可读输出装置，如监视器或显示器，以及输入装置，如键盘和鼠标。驻留在控制台上的软件可允许操作员通过图形用户界面(GUI)或其他方式与扫描仪进行交互。这种交互可包括选择成像方案、启动扫描等。

成像系统59可被可操作地连接到工作站，例如计算机之类的计算系统，该工作站可包括输入/输出(I/O)接口，其用于促进与CT扫描仪的通信。扫描仪系统可包括作为系统级集成部件的计算系统，或者成像系统可适于与独立的计算系统通信，例如将图像数据传输到计算系统。计算系统还可包括输出装置。一个或多个输出装置可包括例如显示监视器、胶片打印机、纸张打印机和/或用于音频反馈的音频输出装置。计算系统还可包括一个或多个输入装置，例如鼠标、键盘、触摸界面和/或语音识别接口。计算系统还可包括至少一个处理器，例如中央处理器(CPU)、微处理器、用于处理的专用集成电路(ASIC)和/或适当配置的可编程硬件处理器，例如现场可编程门阵列。计算系统可包括计算机可读存储介质，例如非暂时性存储器，如物理数字存储器。计算机可读存储介质可存储计算机可读指令和数据。该至少一个处理器可适于执行计算机可读指令。该至少一个处理器还可以执行由信号、载波或其他暂时性介质承载的计算机可读指令。替代性地或另外，该至少一个处理器还可以在物理上被配置成包含指令(例如全部或部分)，而不一定需要存储器来存储这些指令，例如通过专门设计成用于执行至少部分指令的现场可编程门阵列或ASIC的构造。

例如，可以根据计算机可读指令对计算系统进行编程，该计算机可读指令包括用于执行上文所公开的方法的指令，以实现根据本发明的实施例的系统10。

在第三方面中，本发明还涉及一种计算机程序产品，例如，其包括上文提及的计算机可读指令，在被于计算机上执行时，该计算机可读指令用于执行根据本发明的第二方面的实施例所述的方法。本发明的实施例还可涉及包含所述计算机程序产品的数据载体或其它非暂时性介质，和/或涉及承载计算机程序产品的暂时性介质，例如数字网络传输信号。

Claims (15)

1.一种用于规划待由断层成像扫描仪(20)成像的物体的断层图像获取的系统(10)，所述系统包括：

输入装置(12)，其用于接收所述物体的预扫描图像；

相机系统(14)，其用于捕获所述物体的至少一个图像；

处理器(16)，以及

输出装置(18)，

其中，所述处理器适于：

确定由所述相机系统捕获的所述至少一个图像和所述预扫描图像中的相应图像特征；

确定图像变换，所述图像变换将所述相应图像特征相互关联，使得由所述预扫描图像表示的所述物体能够通过所述变换或通过其逆变换而被变换为在所述相机图像中表示的所述物体的取向、位置和/或变形；

自动和/或交互式地规划所述断层图像获取，其中所述预扫描图像被用于确定所述图像获取的参数，所述参数至少包括沿一个维度的扫描范围；

通过所述输出装置输出代表所确定的规划的信号，

其中，所述预扫描图像包括三维断层平片扫描图像，

其中，所述相机系统(14)包括测距相机和/或包括用于从多个不同视角对所述物体进行成像的多个相机以及深度信息处理器，以从由所述多个相机捕获的多个图像中确定深度信息，

其中，被提供给所述处理器的所述至少一个图像包括三维信息。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理器适于在确定所述相应图像特征的过程中，分别在所述预扫描图像和所述相机图像中检测所述物体的表面的多个表面特征，并通过比较每个检测到的表面特征周围的身体表面的局部表面几何形状来确定所述图像之间检测到的相应成对的所述表面特征。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述处理器适于使用检测到的所述图像特征的相对位置的星座模型来确定所述相应图像特征，以识别和去除检测到的虚假特征。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述系统包括用户界面装置(17)，其与所述处理器(16)可操作地连接，以使用户能够使用所述用户界面装置交互式地规划所述图像获取和/或监督和/或审查自动生成的规划。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述系统包括存储装置(22)，其中所述输入装置(12)适于从所述存储装置中检索所述预扫描图像。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述系统包括所述断层成像扫描仪(20)，其中所述相机系统相对于所述断层成像扫描仪被配置成预定的成像几何形状。

7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述输入装置(12)与所述断层成像扫描仪可操作地连接，以便从所述断层成像扫描仪获得所述预扫描图像。

8.根据权利要求6或7所述的系统，其中，所述断层成像扫描仪(20)包括计算机断层扫描仪或磁共振成像扫描仪。

9.据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述系统包括用于操作所述断层成像扫描仪(20)的控制台和/或用于为所述断层成像扫描仪准备成像规划的工作站。

10.一种用于规划待由断层成像扫描仪成像的物体的图像获取的方法(100)，所述方法包括：

获得(110)所述物体的预扫描图像；

使用相对于所述断层成像扫描仪被配置成预定的成像几何形状的相机系统捕获(120)所述物体的至少一个图像；

确定(130)在由所述相机系统捕获的所述至少一个图像和所述预扫描图像中的相应图像特征；

确定(140)图像变换，所述图像变换将所述相应图像特征相互关联，使得由所述预扫描图像表示的所述物体能够通过所述变换或通过其逆变换而被变换为在所述相机图像中表示的所述物体的取向、位置和/或变形，以及

规划(150)所述断层图像获取，其中所述预扫描图像被用于确定所述图像获取的参数，所述参数至少包括沿一个维度的扫描范围，

其中，所述图像获取的所述规划包括：

根据确定的所述图像变换对所述预扫描图像进行变换，使得所述预扫描图像中的所述物体的位置、取向和/或变形与由所述相机系统观测到的所述物体的位置、取向和/或变形相对应，和/或

根据确定的所述图像变换对确定的所述参数进行变换，使得相对于所述预扫描图像确定的所述扫描范围被变换为由所述相机系统观测到的所述物体的相同体积，

其中，所述至少一个图像的所述捕获(120)包括捕获包含深度信息的图像，且所述获取(110)所述预扫描图像包括获取三维断层平片扫描图像。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述确定(130)相应图像特征包括分别在所述预扫描图像和所述相机图像中检测所述物体的表面的多个表面特征，以及通过比较每个检测到的表面特征周围的身体表面的局部表面几何形状来确定所述图像之间检测到的相应成对的所述表面特征。

12.根据权利要求10至11中的任一项所述的方法，其中，所述确定(130)相应图像特征包括使用检测到的所述图像特征的相对位置的星座模型来识别和去除检测到的虚假特征。

13.根据权利要求10至12中的任一项所述的方法，其中，所述方法包括根据所述规划(150)的所确定的所述参数，使用所述断层成像系统执行(160)所述断层图像获取。

14.根据权利要求10至13中的任一项所述的方法，其中，重复执行利用所述相机系统捕获(120)所述至少一个图像、确定(130)相应图像特征和确定(140)图像变换的所述步骤，其中通过最近确定的所述变换重复更新所述预扫描图像和/或所述成像规划。

15.一种计算机程序产品，其用于在被于计算机上执行时执行根据权利要求10至14中的任一项所述的方法。