CN117582239A - 用于将基于LiDAR的技术与计算机断层摄影系统结合的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种医学成像系统，其包括CT成像系统，该CT成像系统包括机架，该机架具有孔口，能够围绕旋转轴线旋转。该CT成像系统包括：工作台，该工作台被配置为将待成像的受检者移入和移出孔口；辐射源，该辐射源安装在机架上并被配置为发射X射线束；和检测器，该检测器被配置为检测X射线束。该医学成像系统包括LiDAR扫描系统，该LiDAR扫描系统物理耦接到CT成像系统。LiDAR扫描系统被配置为从相对于旋转轴线的不同角位置获取受检者的数据。该医学成像系统包括处理电路，该处理电路被配置为接收通过LiDAR扫描系统获取的数据，生成受检者的三维(3D)测量，并且在用于对受检者进行的CT扫描的后续工作流程过程中利用3D测量。

Description

用于将基于LiDAR的技术与计算机断层摄影系统结合的系统 和方法
背景技术
本文所公开的主题涉及医学成像系统，并且更具体地讲，涉及基于光检测和测距(LiDAR)的技术与计算机断层摄影(CT)成像系统的结合。
在CT中，X射线辐射跨越感兴趣的受检者(诸如人类患者)，并且一部分辐射冲击收集图像数据的检测器。在数字X射线系统中，光电检测器产生表示冲击检测器表面的离散像素区的辐射的量或强度的信号。然后可以处理信号以生成可显示以供查看的图像。在由此类系统产生的图像中，有可能识别并检查患者身体内部的内部结构和器官。在CT系统中，当机架在患者周围移位时，检测器阵列(包括一系列检测器元件或传感器)通过各个位置产生类似信号，从而允许获得体积重建。
在CT之前或期间的对患者的准确三维(3D)测量可显著地改进后续工作流程(例如，患者定位、自动定标等)。当前，通过常规相机获得的常规二维(2D)图像不能产生3D信息。3D侦察(例如，利用比在用于获取诊断信息的CT成像扫描期间通常利用的辐射剂量更低的辐射剂量来获取)可解决该问题，但以附加剂量为代价。
发明内容
下文概述了与最初要求保护的主题范围相称的某些实施方案。这些实施方案并非旨在限制要求保护的主题的范围，而是这些实施方案仅旨在提供该主题的可能形式的简要概述。实际上，该主题可包括多种形式，这些形式可类似于或不同于下文所述的实施方案。
在一个实施方案中，提供了一种医学成像系统。该医学成像系统包括CT成像系统。该CT成像系统包括机架，该机架具有孔口，能够围绕旋转轴线旋转。该CT成像系统还包括：工作台，该工作台被配置为将待成像的受检者移入和移出该机架的该孔口；辐射源，该辐射源安装在该机架上并被配置为发射X射线束；和检测器，该检测器被配置为检测由该辐射源发射的该X射线束。该医学成像系统还包括LiDAR扫描系统，该LiDAR扫描系统物理耦接到该CT成像系统。该LiDAR扫描系统被配置为从相对于该旋转轴线的不同角位置获取该受检者的数据。该医学成像系统还包括处理电路，该处理电路被配置为接收通过该LiDAR扫描系统获取的该数据，生成该受检者的三维(3D)测量，并且在用于通过该CT成像系统对该受检者进行的CT扫描的后续工作流程过程中利用该3D测量。
在另一个实施方案中，提供了一种CT成像系统。该CT成像系统包括机架壳体和机架，该机架耦接到该机架壳体并且具有孔口，能够围绕旋转轴线旋转。该CT成像系统还包括：工作台，该工作台被配置为将待成像的受检者移入和移出该机架的该孔口；辐射源，该辐射源安装在该机架上并被配置为发射X射线束；和检测器，该检测器被配置为检测由该辐射源发射的该X射线束。该CT成像系统包括LiDAR扫描系统。该LiDAR扫描系统包括一个或多个LiDAR扫描器，该一个或多个LiDAR扫描器被配置为从相对于该旋转轴线的不同角位置获取该受检者的数据。该LiDAR扫描系统还包括导轨系统，该导轨系统被配置为使一个或多个LiDAR扫描器相对于该机架移动。该CT成像系统甚至还包括处理电路，该处理电路被配置为接收通过该LiDAR扫描系统获取的该数据，生成该受检者的三维(3D)测量，并且在用于通过该CT成像系统对该受检者进行的CT扫描的后续工作流程过程中利用该3D测量。
在另一实施方案中，提供了一种医学成像系统。该医学成像系统包括CT成像系统。该CT成像系统包括机架壳体和机架，该机架耦接到该机架壳体并且具有孔口，能够围绕旋转轴线旋转。该CT成像系统还包括：工作台，该工作台被配置为将待成像的受检者移入和移出该机架的该孔口；辐射源，该辐射源安装在该机架上并被配置为发射X射线束；和检测器，该检测器被配置为检测由该辐射源发射的该X射线束。该医学成像系统还包括LiDAR扫描系统，该LiDAR扫描系统被配置为从相对于该旋转轴线的不同角位置获取该受检者的数据。该机架壳体包括围绕该孔口设置的扫描窗口和LiDAR窗口两者。该一个或多个LiDAR扫描器在该LiDAR窗口下方设置在该扫描窗口和面向该工作台的该机架壳体的侧面之间。该医学成像系统还包括处理电路，该处理电路被配置为接收通过该LiDAR扫描系统获取的该数据，生成该受检者的三维(3D)测量，并且在用于通过该CT成像系统对该受检者进行的CT扫描的后续工作流程过程中利用该3D测量。
附图说明
参考附图阅读以下详细描述时，将更好地理解所公开的本发明主题的这些和其他特征、方面和优点，附图中相同的符号在整个附图中表示相同的部分，其中：
图1是根据本公开的各方面的CT成像系统的绘图表示；
图2是根据本公开的各方面的图1中的CT成像系统的框图；
图3是根据本公开的各方面的CT成像系统的机架内的LiDAR窗口放置的示意图；
图4是根据本公开的各方面的相对于CT工作台上的患者的LiDAR扫描系统的示意图的透视图；
图5A至图5C描绘了根据本公开的各方面的在不同角位置处获得数据的单个LiDAR扫描器；
图6是根据本公开的各方面的跨患者旋转360度以用于数据获取的单个LiDAR扫描器的绘图表示；
图7是根据本公开的各方面的跨患者旋转以用于数据获取的多个LiDAR扫描器的绘图表示；
图8是同时在不同角位置处获得患者数据的多个LiDAR扫描器的示意图的透视图；流程图；
图9是根据本公开的各方面的跨患者360度放置以用于数据获取的多个LiDAR扫描器的绘图表示；
图10是根据本公开的各方面的耦接到CT工作台的外部LiDAR扫描系统的绘图表示；
图11是根据本公开的各方面的耦接到CT成像系统的机架壳体的外部LiDAR扫描系统的绘图表示；
图12是根据本公开的各方面的耦接到容纳CT成像系统的房间的墙壁(例如，天花板)的外部LiDAR扫描系统的绘图表示；
图13是根据本公开的各方面的图10至图12的外部LiDAR扫描系统的LiDAR扫描器相对于患者的放置的绘图表示；
图14是根据本公开的各方面的图10至图12的外部LiDAR扫描系统相对于导轨系统的旋转移动的绘图表示；
图15是根据本公开的各方面的用于获取和利用LiDAR数据的方法的流程图；
图16A至图16E是所获得的头部体模的LiDAR扫描的图像；并且
图17A至图17C是所获得的胸部体模的LiDAR扫描的图像。
具体实施方式
在下面将描述一个或多个具体的实施方案。为了提供这些实施方案的简明描述，并非实际具体实施的所有特征都要在说明书中进行描述。应当理解，在任何此类实际具体实施的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须做出许多特定于具体实施的决策以实现开发者的具体目标，诸如遵守可能因具体实施而不同的系统相关和业务相关约束。此外，应当理解，此类开发努力可能是复杂且耗时的，但对于受益于本公开的普通技术人员来说仍然是设计、制作和制造的常规任务。
介绍本发明主题的各种实施方案的要素时，冠词“一个”、“一种”、“该”和“所述”旨在表示存在一个或多个(种)所述要素。术语“包括”、“包含”和“具有”旨在是包含性的，并且意指除了列出的元件之外还可存在附加元件。此外，以下讨论中的任何数值示例旨在非限制性的，并且因此附加的数值、范围和百分比在所公开的实施方案的范围内。
虽然在医学成像的背景中可提供以下讨论的各方面，但是应当理解，本技术不限于这样的此类医学背景。实际上，在此类医学背景中提供示例和解释仅是为了通过提供现实具体实施和应用的实例来便于进行解释。然而，本方法也可以用于其他背景中，诸如用于在制成件或制成品的非破坏性检查(即，质量控制或质量审核应用)和/或包裹、箱盒、行李等的非侵入性检查(即，安检或筛检应用)中使用的工业计算机断层摄影(CT)的断层摄影图像重建。一般而言，本方法在任何成像或筛选背景中可用于提供目标的准确3D信息以改进工作流程过程和后处理步骤。
本公开提供了用于将基于LiDAR的技术与CT成像系统结合以更有效地帮助各种工作流程的系统和方法。LiDAR系统是用于测量与源相距可变距离的目标对象的遥感方法。随着LiDAR技术的进步，其现在可产生具有高空间分辨率(例如，亚毫米(mm)准确度)的受检者的3D渲染。所公开的技术不需要任何X射线辐射以对目标或患者成像，并且仅需要反射脉冲光(例如，激光)的飞行时间信息来计算和再现患者的3D信息(例如，深度相关信息)。利用多个视图来覆盖整个目标区域以再现高保真3D信息。在某些实施方案中，可通过跨目标(例如，沿着机架)移动数据获取系统(即，具有一个或多个LiDAR扫描器或仪器的LiDAR扫描系统)来获取光图像。在该实施方案中，数据获取系统可被集成在扫描窗口之外(并且因此物理地耦接到CT系统)并且被旋转以捕获多个视图。在某些实施方案中，多个LiDAR扫描器或仪器可围绕患者跨不同角位置放置以捕获整个感兴趣区域。在某些实施方案中，LiDAR扫描系统(例如，具有多个LiDAR扫描器或仪器)可相对于机架安装在外部(例如，在扫描器壳体或CT工作台上)，但仍然物理地耦接到CT系统。外部LiDAR扫描系统可根据导轨系统的需要放置在适当位置。可在目标或患者的CT扫描之前、期间和之后获取基于LiDAR的数据。基于LiDAR的数据可被处理并且用于后续(即，在LiDAR扫描之后)工作流程过程(例如，准确光侦察测量、适当患者定位和自动定标等)和后处理步骤(例如，图像重建)。所公开的实施方案提供了用于在CT系统中包括LiDAR扫描系统的整体框架，以改进工作流程过程和后处理步骤的整体效率和鲁棒性。
考虑到前述内容并参考图1和图2，通过示例的方式示出了CT成像系统10。CT成像系统10包括具有壳体13(例如，机架壳体)的耦接的机架12。机架12具有旋转部件和固定部件。机架12具有X射线源14，该X射线源朝向机架12的相对侧上的X射线检测器组件或X射线检测器阵列15(例如，具有多个检测器模块)投射一束X射线16。X射线源14和X射线检测器组件15设置在机架12的旋转部分上。X射线检测器组件15耦接到数据获取系统(DAS)33。X射线检测器组件15的多个检测器模块检测穿过患者或受检者22的投射X射线，并且DAS 33将该数据转换为数字信号以便进行后续处理。常规系统中的X射线检测器组件15的每个检测器模块产生模拟电信号，该模拟电信号表示入射的X射线束的强度以及因此当该入射的X射线束穿过患者22时经衰减的束的强度。在扫描以获取X射线投影数据期间，机架12和安装在其上的部件围绕旋转中心24(例如等中心)旋转，以便从相对于成像体积的多个视角收集衰减数据。
机架12的旋转以及X射线源14的操作由CT系统10的控制机构26控制。控制机构26包括X射线控制器28和机架马达控制器30，该X射线控制器向X射线源14提供功率和定时信号，该机架马达控制器控制机架12的旋转速度和位置。
成像系统10还包括物理耦接到成像系统10的光检测和测距(LiDAR)扫描系统32。LiDAR扫描系统32包括一个或多个LiDAR扫描器或仪器34。如所描绘，LiDAR扫描系统32具有一个LiDAR扫描器34。利用一个或多个LiDAR扫描器34以便以高空间保真度获取患者22的深度相关信息(LiDAR数据或光图像)。在用于CT扫描的后续工作流程过程中利用深度相关信息。一个或多个LiDAR扫描器34在患者22处发射脉冲光35(例如，激光)并且检测从患者22反射的脉冲光。LiDAR扫描系统32被配置为从多个不同视图(例如，在相对于旋转轴线24的不同角位置处)获取LiDAR数据。
在某些实施方案中，如图1和图2中描绘的，LiDAR扫描器34耦接到机架12。具体地，LiDAR扫描器34在机架壳体13内设置在扫描窗口外部。LiDAR扫描器34跨患者22旋转以在不同角位置处获取LiDAR数据。在某些实施方案中，多个LiDAR扫描器34可耦接到机架12并且旋转以在不同角位置处获取LiDAR数据。
在某些实施方案中，多个LiDAR扫描器34可在固定位置耦接到机架12，但设置在不同角位置(例如，相对于旋转轴线24)。固定位置中的LiDAR扫描器34可在保持静止的同时获取LiDAR数据。
在某些实施方案中，LiDAR扫描系统32可在机架12外部，但仍然物理地耦接到成像系统10。例如，多个LiDAR扫描器34可耦接到LiDAR面板(例如，在相对于旋转轴线24的不同角位置处)，该LiDAR面板耦接到导轨系统。导轨系统可耦接到系统10的机架壳体13或工作台36。导轨系统可被配置为使LiDAR面板朝向机架12移动和远离机架12移动。在某些实施方案中，导轨系统还可被配置为使LiDAR面板围绕旋转轴线24旋转。
LiDAR扫描系统32包括LiDAR控制器38，该LiDAR控制器被配置为向一个或多个LiDAR扫描器34提供定时和控制信号以用于在不同角位置处获取LiDAR数据。可在患者22的CT扫描之前、期间和/或之后获取LiDAR数据。LiDAR扫描系统32还包括从一个或多个LiDAR扫描器34接收或获得LiDAR数据的LiDAR数据处理单元40。LiDAR数据处理单元40利用反射脉冲光的飞行信息时间并且处理LiDAR数据(例如，在不同视图获得)以生成对患者22的准确3D测量。患者22的3D测量具有高空间分辨率(例如，亚毫米准确度)。如上所述，可在CT扫描的后续工作流程过程中利用3D测量。例如，3D测量可用作准确光侦察测量(例如，用于修改扫描获取参数)。3D测量还可用于适当的患者定位(例如，用于修改或优化患者位置参数)和自动定标。3D测量还可用于后处理，诸如CT扫描数据的图像重建(例如，修改重建参数)。
来自LiDAR扫描系统32(例如，来自LiDAR数据处理单元40)的3D测量信息和来自DAS 33的扫描数据被输入到计算机42。计算机42包括校准向量存储装置44(例如，用于存储用于获取CT扫描数据的校准参数和校准协议)。从LiDAR扫描系统32获得的3D测量信息可用于确定所利用的校准参数。计算机42还包括用于处理或校正来自DAS 33的CT扫描数据的数据校正单元46。计算机42还包括图像重建器48。图像重建器48从DAS 33接收采样并数字化的X射线数据，并且执行高速重建。将重建的图像作为输入应用于计算机42，该计算机将图像存储在大容量存储装置50中。计算机42还经由控制台52从操作员接收命令和扫描参数。相关联的显示器54允许操作员观察重建的图像以及3D测量数据和来自计算机42的其他数据。计算机42使用操作员提供的命令和参数来向DAS 33、X射线控制器28、机架马达控制器30和LiDAR控制器38提供控制信号和信息。此外，计算机42操作工作台马达控制器56，该工作台马达控制器控制电动工作台36以相对于机架12定位患者22。具体地，工作台36使患者22的各部分移动穿过机架开口或孔口58。
计算机42和LiDAR处理器单元40可各自包括处理电路。处理电路可以是一个或多个通用或专用微处理器。处理电路可被配置为执行存储在存储器中的指令以执行各种动作。例如，处理电路可用于接收或获得通过LiDAR扫描系统32获取的LiDAR数据。此外，处理电路还可生成患者22的3D测量。此外，处理电路可在用于通过CT成像系统32对患者进行的CT扫描的后续工作流程过程中利用3D测量。
图3是CT成像系统的机架12内的LiDAR窗口放置的示意图。机架12包括机架盖60，该机架盖被配置为位于邻近CT工作台的机架壳体的前部上。CT成像系统包括设置在机架12的内壁64内的环形扫描窗口62，该内壁形成在机架12的开口或孔口58内。扫描窗口62由X射线透明材料制成，该X射线透明材料使得从X射线源发射的X射线能够穿过被成像的对象或受检者以便由检测器检测。扫描窗口62被构造成装配在机架12的壳体的部件(例如，前盖和后盖)之间以填充间隙。在成像会话期间，受检者或患者在孔口58内移动。扫描窗口62自支撑并充当安全屏障以防止受检者或患者接触机架12内的旋转部件。
如所描绘，环形LiDAR窗口66也设置在形成于机架12的孔口58内的机架12的内壁64内。LiDAR窗口66由对脉冲光(例如，激光)透明的材料制成，该脉冲光由设置在机架12内的一个或多个LiDAR扫描器朝向对象或受检者发射并且被反射回到一个或多个LiDAR扫描器。LiDAR窗口66在Z方向上设置在扫描窗口62与机架盖60之间。具体地，LiDAR窗口66设置在扫描窗口62和邻近CT工作台的机架12的前部之间。在成像会话期间，受检者或患者在孔口58内移动。LiDAR窗口66也自支撑并充当安全屏障以防止受检者或患者接触机架12内的部件(例如，有时旋转部件)。一个或多个LiDAR扫描器可在机架12内位于LiDAR窗口66后面。在某些实施方案中，一个或多个LiDAR扫描器34在LiDAR数据的获取期间是固定的。在某些实施方案中，一个或多个LiDAR扫描器在LiDAR数据的获取期间旋转。LiDAR窗口66位于由CT系统扫描的受检者或对象的区域之外。
图4是相对于CT工作台36上的患者的LiDAR扫描系统32的示意图的透视图。除了LiDAR扫描系统32之外，为了简化未示出机架的部件。LiDAR扫描系统32包括环形面板68(例如，LiDAR面板)。一个或多个LiDAR扫描器34可耦接到LiDAR面板68。如所描绘，单个LiDAR扫描器34耦接到LiDAR面板68。在某些实施方案中，多个LiDAR扫描器34可沿着LiDAR面板68设置在不同的圆周位置处(例如，相对于图2中的旋转轴线24的不同角位置)。LiDAR面板68设置在形成于机架的孔口内的机架的内壁内。具体地，LiDAR面板68和相关联的一个或多个LiDAR扫描器34位于图3中的LiDAR窗口66下面。LiDAR面板68和相关联的LiDAR扫描器34以与LiDAR窗口66同心的方式布置(例如，相对于旋转轴线24)，其中LiDAR窗口66比LiDAR面板68和相关联的LiDAR扫描器34径向更靠近(在Y方向上)旋转轴线24定位。在某些实施方案中，LiDAR面板68和相关联的LiDAR扫描器34保持在固定位置，而LiDAR扫描器34在不同的角位置处获取LiDAR数据。在某些实施方案中，LiDAR面板68和一个或多个相关联的LiDAR扫描器34旋转以获取LiDAR数据。
图5A至图5C描绘了在不同角位置处获得数据的单个LiDAR扫描器34。除了LiDAR扫描系统32之外，为了简化未示出机架的部件。如图5A至图5C所描绘，单个LiDAR扫描器34耦接到LiDAR面板68。LiDAR扫描器34旋转(例如，围绕图2中的旋转轴线24)以获取LiDAR数据。具体地，LiDAR扫描器34(和LiDAR面板68)旋转到不同的角位置以获取LiDAR数据的不同视图。在不同角位置处获取的数据随后可被组合以生成患者22的3D测量。应当注意，尽管患者22被描绘为在LiDAR面板68所位于的机架的区域之外，但在某些实施方案中，患者22可经由工作台36被移动到机架中，使得LiDAR面板68被设置在患者22的一部分周围。如图6中描绘的，单个LiDAR扫描器34可跨目标(即，患者22)在圆周方向70上(例如，相对于旋转轴线24)旋转多至360度以在不同角位置处获取LiDAR数据。
在某些实施方案中，如图7中描绘的，多个LiDAR扫描器34可耦接到LiDAR面板68。如所描绘，两个LiDAR扫描器34耦接到LiDAR面板68。耦接到LiDAR面板68的LiDAR扫描器34的数量可变化(例如，2、3、4、5、6或其他数量的LiDAR扫描器34)。LiDAR扫描器34沿着LiDAR面板68在圆周70上彼此间隔开。每个LiDAR扫描器34(和LiDAR面板68)围绕旋转轴线24旋转。在某些实施方案中，每个LiDAR扫描器34仅跨患者22旋转360度的一部分以获取LiDAR数据。例如，如图7中描绘的，每个LiDAR扫描器34可在圆周70上仅旋转多至约180度。因此，两个LiDAR扫描器34一起可覆盖围绕患者22的360度。在某些实施方案中，在三个LiDAR扫描器34耦接到LiDAR面板68的情况下，每个LiDAR扫描器34可在圆周70上覆盖多至约120度。在某些实施方案中，在四个LiDAR扫描器34耦接到LiDAR面板68的情况下，每个LiDAR扫描器34可在圆周70上覆盖多至约90度。因此，无论耦接到LiDAR面板68的LiDAR扫描器34的数量如何，每个LiDAR扫描器34可覆盖围绕患者22的360度的相等部分。在某些实施方案中，当多个LiDAR扫描器34耦接到LiDAR面板68时，LiDAR扫描器34中的一者或多者相对于其他LiDAR扫描器34覆盖围绕患者22的不同角度范围。例如，在两个LiDAR扫描器34的情况下，一个LiDAR扫描器34可覆盖120度，并且另一LiDAR扫描器可覆盖240度。在某些实施方案中，当多个LiDAR扫描器34耦接到LiDAR面板68时，每个LiDAR扫描器34可覆盖多至360度以在所获取的数据中提供冗余。在某些实施方案中，当某些角位置被阻挡(例如，被CT工作台的底部阻挡)时，LiDAR扫描系统32可不覆盖围绕患者22的360度。
图8和图9示出了利用多个LiDAR扫描器34以同时在不同角位置处获得患者22的数据。除了LiDAR扫描系统32之外，为了简化未示出机架的部件。如所描绘，LiDAR扫描系统32包括耦接到LiDAR面板68的多个LiDAR扫描器34。LiDAR扫描器34沿着LiDAR面板68在圆周70上彼此间隔开(例如，相对于旋转轴线24)。LiDAR扫描器34沿着LiDAR面板68设置在固定位置(例如，不同角位置)。LiDAR扫描器34和LiDAR面板68两者在LiDAR数据的获取期间保持静止。具体地，LiDAR数据由LiDAR扫描器34扫描器中的每一者同时获取，因此提供不同视图(即，不同角位置)处的LiDAR数据。在不同角位置处获取的数据随后可被组合以生成患者22的3D测量。
在某些实施方案中，LiDAR扫描系统32可在机架12外部，但仍然物理地耦接到成像系统10。图10是耦接到CT工作台36的外部LiDAR扫描系统32的绘图表示。LiDAR扫描系统32耦接到导轨系统72。导轨系统72耦接到工作台36。导轨系统72被配置为使LiDAR扫描系统32朝向机架12移动和远离机架12移动(例如，在沿着患者22的纵向长度的Z方向上)。导轨系统72包括耦接到支撑结构76的主导轨74，该支撑结构支撑主导轨74。主导轨74在工作台36上方沿Z方向延伸(例如，沿着工作台36的纵向长度)。支撑结构76耦接到工作台36。支撑结构76从工作台36沿竖直方向(例如，在Y方向上)延伸，并且然后沿水平方向(例如，在X方向上)延伸以耦接到主导轨74。支撑结构76的配置以及其耦接到工作台36和主导轨74两者的方式可变化。
LiDAR扫描系统32包括LiDAR面板68(例如，具有弧形形状)。LiDAR面板68包括与其耦接的多个LiDAR扫描器(参见图13)。多个LiDAR扫描器在不同的角位置处沿着LiDAR面板68的弧周向地间隔开以使得能够获取LiDAR数据的不同视图。LiDAR面板68耦接到导轨系统72。具体地，LiDAR面板68经由竖直支撑支柱76(例如，柱或条)耦接到主导轨74。导轨系统72被配置为使LiDAR面板68(以及竖直支撑支柱)如箭头78所指示的那样(在Z方向上)沿主导轨74朝向机架12来回移动。主导轨74可包括致动系统(例如，链条致动器、机电线性致动器或用于促进沿主导轨74的线性移动的任何其他机构)。在某些实施方案中，导轨系统72被配置为使LiDAR面板68沿其弧周向地移动。具体地，导轨系统72可使得LiDAR面板68能够周向地旋转(例如，相对于图2中的旋转轴线24)，使得LiDAR面板68相对于竖直支撑支柱76移动。LiDAR面板68可顺时针和逆时针旋转(例如，相对于图2中的旋转轴线24)。LiDAR面板68的旋转移动使得能够从附加的不同角位置获取LiDAR数据。
图11是耦接到CT成像系统10的机架壳体13的外部LiDAR扫描系统32的绘图表示。LiDAR扫描系统32耦接到导轨系统72。导轨系统72耦接到机架壳体13。导轨系统72被配置为使LiDAR扫描系统32朝向机架12移动和远离机架12移动(例如，在沿着患者22的纵向长度的Z方向上)。导轨系统72包括直接耦接到机架壳体13的顶部部分80的主导轨74。在某些实施方案中，主导轨74可耦接到机架壳体13的不同部分(例如，前部部分82)。主导轨74在工作台36上方沿Z方向延伸(例如，沿着工作台36的纵向长度)。主导轨74耦接到机架壳体13的方式可变化。
LiDAR扫描系统32包括LiDAR面板68(例如，具有弧形形状)。LiDAR面板68包括与其耦接的多个LiDAR扫描器(参见图13)。多个LiDAR扫描器在不同的角位置处沿着LiDAR面板68的弧周向地间隔开以使得能够获取LiDAR数据的不同视图。LiDAR面板68耦接到导轨系统72。具体地，LiDAR面板68经由竖直支撑支柱76(例如，柱或条)耦接到主导轨74。导轨系统72被配置为使LiDAR面板68(以及竖直支撑支柱)如箭头78所指示的那样(在Z方向上)沿主导轨74朝向机架12来回移动。主导轨74可包括致动系统(例如，链条致动器、机电线性致动器或用于促进沿主导轨74的线性移动的任何其他装置)。在某些实施方案中，导轨系统72被配置为使LiDAR面板68沿其弧周向地移动。具体地，导轨系统72可使得LiDAR面板68能够周向地旋转(例如，相对于图2中的旋转轴线24)，使得LiDAR面板68相对于竖直支撑支柱76移动。LiDAR面板68可顺时针和逆时针旋转(例如，相对于图2中的旋转轴线24)。LiDAR面板68的旋转移动使得能够从附加的不同角位置获取LiDAR数据。
在某些实施方案中，LiDAR扫描系统32可在CT成像系统10的外部，但不物理地耦接到CT成像系统10。图12是耦接到容纳CT成像系统10的房间的墙壁的外部LiDAR扫描系统32的绘图表示。如所描绘，LiDAR扫描系统32和CT成像系统10被设置在房间84(例如，成像室)内。LiDAR扫描系统32耦接到导轨系统72。导轨系统72耦接到房间84的墙壁86(例如，天花板)。导轨系统72被配置为使LiDAR扫描系统32朝向机架12移动和远离机架12移动(例如，在沿着患者22的纵向长度的Z方向上)。导轨系统72包括直接耦接到或安装到墙壁86的主导轨74。主导轨74在工作台36上方沿Z方向延伸(例如，沿着工作台36的纵向长度)。主导轨74耦接到墙壁86的方式可变化。例如，主导轨74可由耦接到墙壁86并从该墙壁向下延伸的一个或多个支撑件支撑。
LiDAR扫描系统32包括LiDAR面板68(例如，具有弧形形状)。LiDAR面板68包括与其耦接的多个LiDAR扫描器(参见图13)。多个LiDAR扫描器在不同的角位置处沿着LiDAR面板68的弧周向地间隔开以使得能够获取LiDAR数据的不同视图。LiDAR面板68耦接到导轨系统72。具体地，LiDAR面板68经由竖直支撑支柱76(例如，柱或条)耦接到主导轨74。导轨系统72被配置为使LiDAR面板68(以及竖直支撑支柱)如箭头78所指示的那样(在Z方向上)沿主导轨74朝向机架12来回移动。主导轨74可包括致动系统(例如，链条致动器、机电线性致动器或用于促进沿主导轨74的线性移动的任何其他装置)。在某些实施方案中，导轨系统72被配置为使LiDAR面板68沿其弧周向地移动。具体地，导轨系统72可使得LiDAR面板68能够周向地旋转(例如，相对于图2中的旋转轴线24)，使得LiDAR面板68相对于竖直支撑支柱76移动。LiDAR面板68可顺时针和逆时针旋转(例如，相对于图2中的旋转轴线24)。LiDAR面板68的旋转移动使得能够从附加的不同角位置获取LiDAR数据。
图13是图10至图12的外部LiDAR扫描系统32的LiDAR扫描器32相对于患者22的放置的绘图表示。如所描绘，LiDAR扫描系统32包括具有相对于旋转轴线24在圆周70上延伸的弧形形状的LiDAR面板68。LiDAR扫描系统32包括耦接到LiDAR面板68的多个LiDAR扫描器34。具体地，LiDAR扫描器34沿着LiDAR面板68在周向70上间隔开以使得能够在不同角位置处获取LiDAR数据以便以不同视图提供信息。如所描绘，三个LiDAR扫描器34耦接到LiDAR面板68。在某些实施方案中，LiDAR扫描器34的数量可发生变化。例如，LIDAR扫描系统32可包括耦接到LiDAR面板68的2个、3个、4个、5个、6个或另一个数量的LiDAR扫描器34。在某些实施方案中，LiDAR面板68沿着弧(例如，在圆周方向70上)的长度可变化以适应耦接到LiDAR面板68的LiDAR扫描器34的数量和/或沿着LiDAR面板68的LiDAR扫描器34之间的期望间隔。
如上所述，在某些实施方案中，除了使LiDAR扫描系统朝向机架移动和远离机架移动之外，导轨系统还可使得LiDAR扫描系统能够进行其他类型的移动。图14是图10至图12的外部LiDAR扫描系统32相对于导轨系统72的旋转移动的绘图表示。外部LiDAR扫描系统32如图10至图13中所述。如所描绘，LiDAR面板68耦接到导轨系统72的竖直支撑支柱76。导轨系统72被配置为使LiDAR面板68沿箭头88所示的其弧在周向70上移动。具体地，导轨系统72可使得LiDAR面板68能够周向地旋转(例如，相对于图2中的旋转轴线24)，使得LiDAR面板68相对于竖直支撑支柱76移动。具体地，当LiDAR面板68相对于竖直支撑支柱移动时，竖直支撑支柱76保持竖直位置。LiDAR面板68可相对于旋转轴线24顺时针和逆时针旋转。LiDAR面板68的旋转移动使得能够从附加的不同角位置获取LiDAR数据。竖直支撑支柱76与LiDAR面板68之间的接口90可包括致动系统(例如，基于轴承的系统、机电系统、或用于使LiDAR面板68对于竖直支撑支柱76在周向70上旋转的任何其他机构)以促进LiDAR面板68的旋转。
图15是用于获取和利用LiDAR数据的方法92的流程图。方法92可由图1和图2中的LiDAR扫描系统32和/或CT成像系统10的一个或多个部件(例如，处理电路)执行。方法92的一个或多个步骤可同时执行和/或以与图15所示不同的顺序执行。
方法92包括执行LiDAR扫描(例如，利用图1和图2中的LiDAR扫描系统32)(框94)。当受检者或目标(例如，患者)被定位在CT成像系统的CT工作台上时，执行LiDAR扫描。取决于LiDAR数据正被用于CT扫描的什么后续工作流程过程，LiDAR扫描的定时可相对于目标的CT扫描而变化。在某些实施方案中，LiDAR扫描可在CT扫描之前发生。在某些实施方案中，LiDAR扫描可在CT扫描期间发生。在某些实施方案中，LiDAR扫描可在CT扫描之后发生。
方法92还包括从LiDAR扫描获得或接收LiDAR数据(框96)。LiDAR数据表示在不同角位置(例如，相对于图2中的旋转轴线24)获取的不同视图的光图像。方法92还包括处理LiDAR数据(框98)。处理LiDAR包括组合LiDAR数据以及生成目标的3D信息(即，3D测量)。LiDAR数据的处理还可包括改变坐标系、检查点分量和值、平铺LiDAR数据、修剪限定边界外的点、减少点的数量、按分量值分割、过滤LiDAR数据和/或其他处理技术。这些处理技术可在生成3D信息之前和/或之后执行。方法92还包括获得目标的3D信息(框100)。
方法92还包括利用3D信息(即，目标的3D测量)来执行用于CT扫描的后续工作流程过程(框102)。工作流程过程可以是扫描前工作流程过程或扫描后工作流程过程。在某些实施方案中，3D信息可用作光侦察测量。例如，3D信息可用于确定目标的尺寸以确定或修改获取参数或扫描协议。在某些实施方案中，3D信息可用于适当患者定位。例如，可利用3D信息来计算、修改或优化患者位置参数。3D信息还可用于自动定标。在某些实施方案中，3D信息可用于捕获运动信息(例如，在CT扫描期间)。3D信息可用于计算或修改用于根据CT扫描数据重建目标的图像的重建参数。在某些实施方案中，可在迭代过程中计算或修改参数(例如，扫描获取参数、重建参数、患者位置参数等)。在某些实施方案中，可在非迭代过程中计算或修改参数。在某些实施方案中，方法92的框94-100可在成像会话期间执行多次。
图16A至图16E是所获得的头部体模104的LiDAR扫描的图像106、108、110、112和114。图像106、108和110是头部体模104的LiDAR扫描的不同透视图。图像112和114分别是头体模104的LiDAR扫描的顶视图和端视图。图像106、108、110、112和114示出了在LiDAR扫描期间生成的LiDAR数据的3D渲染。
图17A至图17C是所获得的胸部体模116的LiDAR扫描的图像118、120和122。图像118和120是胸部体模116的LiDAR扫描的不同透视图。图像122是胸部体模116的LiDAR扫描的侧视图。图像118、120和122示出了在LiDAR扫描期间生成的LiDAR数据的3D渲染。
所公开的实施方案的技术效果包括提供用于在CT扫描之前或期间生成目标(例如，患者)的准确3D测量以在用于CT扫描的后续CT工作流程过程中利用的系统和方法。本公开提供了用于将基于LiDAR的技术与CT成像系统结合以更有效地帮助各种工作流程的系统和方法。所公开的实施方案提供了用于在CT系统中包括LiDAR扫描系统的整体框架，以改进工作流程过程和后处理步骤的整体效率和鲁棒性。
参考本文所提出的并受权利要求书保护的技术并将其应用于具有实际性质的实物和具体示例，所述实际性质明确地改善目前的技术领域，因此，不是抽象的、无形的或纯理论的。此外，如果附加到本说明书末尾的任何权利要求含有指定为“用于[执行]…功能的装置”或“用于[执行]…功能的步骤”的一个或多个元素，则旨在将此类元素根据U.S.C.第35条第112(f)款加以解释。然而，对于含有以任何其他方式指定的元素的任何权利要求，则不旨在将此类元素根据U.S.C.第35条第112(f)款加以解释。
本书面描述使用示例来公开本主题，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够实践主题，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何包含的方法。本主题的专利范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的其他示例。如果此类其他示例具有与权利要求书的字面语言没有区别的结构元素，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言具有微小差别的等效结构元素，则此类其他示例旨在落入权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种医学成像系统，所述医学成像系统包括：
计算机断层摄影(CT)成像系统，所述CT成像系统包括：
机架，所述机架具有孔口，能够围绕旋转轴线旋转；
工作台，所述工作台被配置为将待成像的受检者移入和移出所述机架的所述孔口；
辐射源，所述辐射源安装在所述机架上并被配置为发射X射线束；和
检测器，所述检测器被配置为检测由所述辐射源发射的所述X射线束；
光检测和测距(LiDAR)扫描系统，所述LiDAR扫描系统物理地耦接到所述CT成像系统，其中所述LiDAR扫描系统被配置为从相对于所述旋转轴线的不同角位置获取所述受检者的数据；和
处理电路，所述处理电路被配置为接收通过所述LiDAR扫描系统获取的所述数据，生成所述受检者的三维(3D)测量，并且在用于通过所述CT成像系统对所述受检者进行的CT扫描的后续工作流程过程中利用所述3D测量。
2.根据权利要求1所述的医学成像系统，其中所述CT成像系统包括机架壳体，其中所述LiDAR扫描系统包括被配置为获取所述数据的一个或多个LiDAR扫描器，并且所述一个或多个LiDAR扫描器设置在所述机架壳体内。
3.根据权利要求2所述的医学成像系统，其中所述机架壳体包括围绕所述孔口设置的扫描窗口和LiDAR窗口两者，并且其中所述一个或多个LiDAR扫描器在所述LiDAR窗口下方设置在所述扫描窗口与邻近所述工作台的所述机架壳体的侧面之间。
4.根据权利要求2所述的医学成像系统，其中所述一个或多个LiDAR扫描器被配置为围绕所述旋转轴线旋转以在所述不同角位置处获取所述数据。
5.根据权利要求2所述的医学成像系统，其中所述LiDAR扫描系统包括单个LiDAR扫描器。
6.根据权利要求2所述的医学成像系统，其中所述LiDAR扫描系统包括多个LiDAR扫描器。
7.根据权利要求6所述的医学成像系统，其中所述多个LiDAR扫描器围绕所述旋转轴线周向地设置，其中所述多个LiDAR扫描器中的每个LiDAR扫描器设置在不同固定角位置处，并且所述多个LiDAR扫描器被配置为在保持静止时同时在所述不同角位置处获取所述数据。
8.根据权利要求1所述的医学成像系统，其中所述LiDAR扫描系统包括被配置为获取所述数据的一个或多个LiDAR扫描器，并且所述一个或多个LiDAR扫描器被设置在所述CT成像系统的所述机架外部。
9.根据权利要求1所述的医学成像系统，其中所述LiDAR扫描系统包括导轨系统，其中所述LiDAR扫描系统包括面板，所述面板包括在所述不同角位置处的多个LiDAR扫描器，所述面板耦接到所述导轨系统，并且所述导轨系统物理地耦接到所述CT成像系统。
10.根据权利要求9所述的医学成像系统，其中所述导轨系统被配置为使所述面板朝向所述孔口移动和远离所述孔口移动。
11.根据权利要求10所述的医学成像系统，其中所述导轨系统被配置为使所述面板围绕所述旋转轴线旋转。
12.根据权利要求9所述的医学成像系统，其中所述CT成像系统包括机架壳体，并且所述导轨系统耦接到所述机架壳体。
13.根据权利要求9所述的医学成像系统，其中所述导轨系统耦接到所述工作台。
14.根据权利要求1所述的医学成像系统，其中所述LiDAR扫描系统被配置为在所述CT扫描之前、期间和/或之后获取所述数据。
15.根据权利要求1所述的医学成像系统，其中所述处理电路被配置为在修改用于所述CT扫描的扫描获取参数时利用所述3D测量。
16.根据权利要求1所述的医学成像系统，其中所述处理电路被配置为在修改重建参数时利用所述3D测量，所述重建参数用于根据在所述CT扫描期间获取的CT扫描数据生成重建图像。
17.根据权利要求1所述的医学成像系统，其中所述处理电路被配置为在修改或优化用于所述CT扫描的患者定位参数时利用所述3D测量。
18.一种计算机断层摄影(CT)成像系统，所述CT成像系统包括：
机架壳体；
机架，所述机架耦接到所述机架壳体并且具有孔口，能够围绕旋转轴线旋转；
工作台，所述工作台被配置为将待成像的受检者移入和移出所述机架的所述孔口；
辐射源，所述辐射源安装在所述机架上并被配置为发射X射线束；
检测器，所述检测器被配置为检测由所述辐射源发射的所述X射线束；
光检测和测距(LiDAR)扫描系统，所述LiDAR扫描系统包括：
一个或多个LiDAR扫描器，所述一个或多个LiDAR扫描器被配置为从相对于所述旋转轴线的不同角位置获取所述受检者的数据；和LiDAR
导轨系统，所述导轨系统被配置为使所述一个或多个LiDAR扫描器相对于所述机架移动；和
处理电路，所述处理电路被配置为接收通过所述LiDAR扫描系统获取的所述数据，生成所述受检者的三维(3D)测量，并且在用于通过所述CT成像系统对所述受检者进行的CT扫描的后续工作流程过程中利用所述3D测量。
19.一种医学成像系统，所述医学成像系统包括：
计算机断层摄影(CT)成像系统，所述CT成像系统包括：
机架壳体；
机架，所述机架耦接到所述机架壳体并且具有孔口，能够围绕旋转轴线旋转；
工作台，所述工作台被配置为将待成像的受检者移入和移出所述机架的所述孔口；
辐射源，所述辐射源安装在所述机架上并被配置为发射X射线束；和
检测器，所述检测器被配置为检测由所述辐射源发射的所述X射线束；
光检测和测距(LiDAR)扫描系统，所述LiDAR扫描系统包括一个或多个LiDAR扫描器，所述一个或多个LiDAR扫描器被配置为从相对于所述旋转轴线的不同角位置获取所述受检者的数据，其中所述机架壳体包括围绕所述孔口设置的扫描窗口和LiDAR窗口两者，并且其中所述一个或多个LiDAR扫描器在所述LiDAR窗口下方设置在所述扫描窗口与面向所述工作台的所述机架壳体的侧面之间；和
处理电路，所述处理电路被配置为接收通过所述LiDAR扫描系统获取的所述数据，生成所述受检者的三维(3D)测量，并且在用于通过所述CT成像系统对所述受检者进行的CT扫描的后续工作流程过程中利用所述3D测量。
20.根据权利要求19所述的医学成像系统，其中所述一个或多个LiDAR扫描器被配置为围绕所述旋转轴线旋转以在所述不同角位置处获取所述数据。
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