CN1969757A - 用于自动确定扫描对象中区域的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于自动确定扫描对象(22)中区域的方法和系统。所述方法包括执行对象的定位扫描并基于来自定位扫描的衰减信息来自动确定对象内的区域。

Description

用于自动确定扫描对象中区域的方法和系统
技术领域
本发明一般地涉及一种成像方法和系统，更特别地涉及用于通过特别地使用医疗成像系统来自动确定扫描对象中区域的方法和系统。
背景技术
成像系统通常用于扫描对象，并经常用于识别对象内感兴趣的区域。例如，在特定已知的计算机断层(CT)成像系统，x射线源发射x射线束经过感兴趣的对象。x射线束穿过被成像的对象，比如患者。射束在由对象衰减之后撞击到辐射检测器的阵列上。在检测器阵列上接收的衰减的束辐射强度取决于对象对x射线束的衰减。阵列中的每个检测器元件产生分离的电信号，该电信号是在检测器位置处射束衰减的检测。对于每个检测器元件分别获取来自检测器的衰减量度，并共同地定义投影数据集或传输轮廓。
x射线源和检测器阵列可在成像平面内的台架上围绕要成像的对象旋转，使得x射线束与对象相交的角度始终变化。来自检测器阵列以一个台架角度的一组x射线衰减量度(例如，投影数据集)被称为“视图”。对象的“扫描”包括在x射线源和检测器一次旋转期间以不同台架角度或视角得到的一组视图。投影数据集被处理，以构建与在各种角度通过对象得到的二维薄片相对应的图像。一种根据投影数据集来形成图像的示例方法被称为滤波反投影技术。
获得的最佳扫描，例如以最低可能剂量的最佳CT扫描依赖于取决于患者的信息。X射线通量管理系统已知用于获得取决于患者的信息，以便确定用于扫描的各种操作参数，诸如适当的管电流、蝶形滤波器、和患者中心。其它信息，诸如在哪里扫描患者，必须由技术员确定并以某种方式被手工输入到系统中。通常，该手工操作是利用图形Rx显示器通过用鼠标和光标在定位图(scout image)上标记位置来执行的。定位图是当对象在Z轴中被转换时用固定在固定位置处的x射线管所获得对象的射线照相投影图像。在定位图上标记位置可能是非常耗时和复杂的过程，这取决于技术员的经验。这不仅降低了扫描吞吐量，而且还可能增加错误，例如基于在技术员判断中的错误。
此外，许多潜在剂量管理特征当前不能实施或者对于用户来说很难用和耗时，因为需要识别所请求的解剖信息。例如，剂量敏感器官的剂量减低当前在CT扫描仪上不可用。一个原因在于技术员必须识别和手工标记比如乳房、甲状腺、眼睛、子宫等敏感器官在图像Rx显示器上的位置。利用平均定位投影(scout projection)来理想地确定调整大小的噪声指数和患者中心，只在身体的躯干(从肺部顶端到臀部)上均分该平均定位投影。如果颈部或腿部部分包括在平均数中，那么会相反地影响结果，利用已知的手工标记方法会发生上述情况。此外，放射科医师可能想对螺旋扫描的不同区域使用不同的扫描参数。例如，在胸部-腹部协议中，较高的噪声指数对于肺部可能是期望的，因为结节病变相比于肝部的病变具有更高的对比度。不同的区域(比如肺部)可在图形Rx显示器上由技术员手工地识别，并且导致包括比临床的感兴趣区域所需还要多的解剖体，由此增加了患者剂量和导管负载。
此外，解剖体的一些区域可能需要专门的计算密集的图像重构预处理校正步骤。例如，头部要求校正来补偿骨射线束硬化现象和检测器光谱误差，否则会产生存在于头骨中的伪像。该校正是十分计算密集的，因为该计算要求迭代方法。如果为每个图像应用该校正，那么图像重构时间将非常长。一些医院在一遍中执行包括头部和体部的外伤扫描，在该情况下，可能对不需要校正的数据进行校正，因为这些区域由于技术员在手工识别过程中的错误而不能被正确地识别。并且，有效剂量是允许估计生物学危险和允许剂量与不同的成像模态进行比较的通用度量。存在许多已知的方式来计算有效剂量，但是所有方法都需要知道已经暴露给x射线的器官，以便可确定适当的器官剂量。精确的器官剂量要求很长的Monte Carlo模拟。为了加速计算，可在仿真人体模型和确定性等式上来表征器官剂量，所述等式被推导以便将给定的身体区域的曝光转换为器官剂量估计。并且，手工确定和识别器官还增加了该过程的时间。
因此，用于识别扫描对象中的区域的已知方法通常是耗时且容易发生人为错误的。此外，该手工识别还增加了利用手工识别信息处理的时间和复杂度。
发明内容
根据一个实施例，提供了一种用于控制成像系统的方法。该方法包括执行对象的定位扫描(scout scan)并基于来自定位扫描的衰减信息来自动确定对象内的区域。
根据本发明的另一个实施例，提供一种用于确定用医疗成像系统扫描的人体中区域的位置的方法。该方法包括用该医疗成像系统来执行对人的定位扫描并使用定位扫描来自动确定人体内的解剖位置。
根据又另一个实施例，提供一种医疗成像系统，包括配置为执行定位扫描的扫描仪，和配置为基于定位扫描来自动确定人体内解剖位置的解剖体确定单元。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例操作的示例成像系统的透视图。
图2图示了图1所示的成像系统的框图。
图3是根据本发明的一个实施例自动确定扫描对象中区域的方法的流程图。
图4是图示根据本发明的一个实施例确定的投影面积的图表。
具体实施方式
图1是示例成像系统10的透视图。图2是成像系统10(图1所示)的示意方框图。在一个示例实施中，成像系统10是单模态成像系统，例如计算机断层(CT)系统。但是，应当理解，可结合具有多于一个模态的成像系统(即多模态成像系统)来实现各种实施例。此外，尽管结合特定成像模态，例如CT成像来描述各种实施例，但可使用不同的医学和非医学的成像模态，例如正电子发射型计算机断层扫描(PET)以及通常任何类型的x射线或核成像。
现在专门参考图1和2，所示的计算机断层(CT)成像系统10包括CT扫描仪的台架12。台架12包括x射线源14，其朝台架12相对侧上的检测器阵列18投影x射线束16。检测器阵列18由检测器元件20形成(例如多个检测器行)，所述检测器元件20一起感应穿过对象22，例如内科患者的透镜x射线。检测器阵列18能以单薄片或多薄片结构来制作。每个检测器元件20产生表示撞击x射线束强度并由此表示射线束穿过对象22时射线束的衰减的电信号。在为了采集x射线投影数据的扫描期间，台架12和安装在其上的部件围绕旋转中心24旋转，绕旋转中心24可定义检查轴。
台架12的旋转和x射线源14的操作由成像系统10的控制机构26来控制，在一个实施例中，成像系统10是CT成像系统。在一个示例实施例中，控制机构26包括x射线控制器28，其提供功率和定时信号给x射线源14，还包括台架马达控制器30，其控制台架12的旋转速度和位置。控制机构26的数据采集系统(DAS)32采样来自检测器元件20的数据(例如模拟数据)并转换(或约束)数据为数字信号，以用于随后处理。DAS32输出投影数据集，包括例如来自定位扫描的在特定台架旋转角度获得的衰减量度。一组投影数据集形成对象22的完整扫描。重构模块34从DAS32接收采样和数字化的x射线数据并执行下面解释的图像重构。由重构模块34输出的重构数据集作为输入被提供给将重构数据集存储在存储器38中的计算机36或者其它处理单元。重构数据集可表示容积数据集和/或经过对象22的图像薄片。计算机36还经由操作员控制台40从操作员接收命令和扫描参数，操作员控制台40可包括一个或多个使用输入端，例如键盘(未示出)。相关联的显示器，例如阴极射线管显示器42允许操作员观察重构的图像和其它来自计算机36的数据。此外操作员提供的命令和参数可由计算机36用来提供控制信号和信息给DAS32、x射线控制器28和台架控制器30。此外，计算机36操作工作台马达控制器44，工作台马达控制器44控制机动化的工作台46定位台架12中的对象22。尤其，工作台46移动对象22的部分穿过台架开口48。
在一个实施例中，计算机36包括读/写设备(未示出)，例如软盘驱动器、CD-ROM驱动、DVD驱动器、磁光盘(MOD)驱动器，或其它任何设备，包括网络连接设备，比如以太网设备，用于从计算机可读介质中读取指令和/或数据，计算机可读介质例如是软盘、CD-ROM、DVD或其它任何数字源，比如网络或互联网，以及还未开发的数字装置。在另一个实施例中，计算机36执行存储在固件(未示出)中的指令。计算机36被编程用来执行这里所述和这里所使用的功能，术语计算机不限于本领域称为计算机的集成电路，而是广义地称为计算机、处理器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器、特定用途集成电路、和其它可编程电路，并且在这里可交换地使用这些术语。
确定对象22特定区域的单元可通信地耦合到计算机36，并且在一个示例实施例中，该单元是解剖体确定单元21。尽管解剖体确定单元21被图示为分离的部件，应当理解，由解剖体确定单元21执行的功能可合并到例如由计算机36所执行的功能中。由此，解剖体确定单元21可体现为在多功能处理器上执行的软件代码段或体现为硬件和软件的组合。
此外，尽管在医学设置中进行描述，但是可以理解，本发明的实施例可连同其它成像系统来实现，包括工业成像系统，比如通常在诸如机场或火车站的运输中心中使用的行李扫描CT系统。
各种实施例提供基于初步扫描来自动确定对象区域。使用由投影面积或椭圆率确定的各种阈值，可确定对象内至少一个界标的位置，并根据此来确定其它识别的区域。图3是叙述了由解剖体确定单元21执行的示例方法60的流程图，用于自动确定人体内的解剖区域或界标。应当理解，方法60可结合人体外其它对象的扫描和医学成像系统外的其它成像系统被修改和使用。
特别地，方法60图示了结合医学成像系统使用的自动解剖体确定过程，医学成像系统更具体的为CT成像系统。尤其，在62，执行已知的定位扫描，以生成实质上是衰减图像的定位图像，定位扫描是横向或前面/后面(A/P)定位扫描。然后，定位扫描的投影面积(PA)和椭圆率(OR)用于识别人体内的解剖区域或界标。应当注意到，在示例实施例中，如图4所示的人体100的横截面可看作为椭圆102，其具有维度x和y的椭圆横截面。患者投影由一组单个的检测器信道量度组成。信道量度表示x射线沿着穿过患者的线路传输。传输值被处理以便表示与效率μ和对象沿着传输路径的长度有关的衰减单位。各个信道量度的总和是PA106。在投影中一组最高值的量度被称为投影量度(PM)104。椭圆率是有效椭圆的x/y比率。使用用于椭圆面积的等式来确定椭圆率的x维度，其中PA106是椭圆面积并且PM104是椭圆的y轴。实质上，来自由成像系统的CT扫描仪执行的定位扫描的每个薄片是一个投影。投影集合产生定位图像。
例如对于每个沿着扫描的薄片，一旦沿着整个投影的每个投影或采样的衰减PA被确定，那么在64确定在扫描开始时初始的PA衰减是否小于第一阈值，或者大于第一并小于第二阈值。例如，对于CT扫描，在64确定初始PA的衰减是否小于160或在160和400之间。应当注意，包括用于这里所述不同阈值的衰减值的这些值可按期望或需要(例如基于要扫描的对象)来变化或修改。如果衰减小于160，那么在66，扫描的开始位置被识别为CT扫描仪的头部固定器，并且更特别地是支持人头部的扫描床的头部固定器。识别可例如基于头部固定器的平均投影面积的分布。接着通过找到圆形对象，例如椭圆率等于1的点来定位头部的起始处。如果椭圆率不等于1，那么对象不是圆形并不被识别为头部的起始处。椭圆率是扫描体的长度和宽度的比率，例如图4所示的x和y维度。
如果在64确定初始PA衰减在160和400之间(并且，衰减基本上在该区域上是平滑或平坦的)，那么在68处，扫描的开始位置被识别为CT扫描仪的工作台，并且通过定位在PA衰减大于第三阈值的定位扫描中的点来确定头部的起始处，在该例子中，PA衰减大于420。工作台的识别例如基于扫描仪工作台的平均投影面积的分布。应当注意，例如当在预定数目中，例如在定位扫描中测量的前十个数据点中出现标准偏差时，识别为基本平坦。
如果初始PA衰减不小于第一阈值或在第一和第二阈值之间，那么扫描开始位置被识别为对象内的某个点，并且在70处确定初始PA衰减是否小于沿着扫描对象的预定距离(例如长度)内的第四阈值。在该例子中，在70处确定在初始扫描点大约300毫米内的点处，初始PA衰减是否小于850。如果初始PA衰减不小于沿着预定距离的点处的第四阈值，那么在72处，将扫描的开始位置识别为对象体内的起始处。如果初始PA衰减小于沿着预定距离的点处的第四阈值，那么在74处，将扫描的开始位置识别为对象的头部。
实质上，如果在64处确定定位扫描起始于未占据的工作台部分，那么确定PA衰减的第一显著增加例如高于400出现在哪里，这识别了头部的起始处。如果头部固定器被识别为定位扫描的起始点，那么椭圆率基本上为1或更大的第一个点被确定和识别为头骨的开始。如果确定定位扫描起始于沿着对象的某个点，那么通过确定在定位扫描开始时是否存在衰减量实质降低来确定扫描是起始于头部还是体部一部分，该量级足够低以致被识别为对象的颈部。
在确定或识别定位扫描的起始点的身体内的位置后，在该示例实施例中，接着确定识别身体的横膈膜。横膈膜区域通常由投影面积中衰减的急剧增加来表征。例如，一旦最大PA衰减的位置被确定，就例如基于从确定最大PA衰减的身体开始处起的距离来确定距离是否合理。如果头部被识别，那么识别最大PA衰减的该距离，并且更特别地，最大斜率被限制到从头部顶部起的预定距离，否则该距离被限制到更小的量。特别地并再次参考图3，如果头部的起始处位于66或68，或者如果在74处已经确定定位扫描起始于头部，那么在76处识别从头部顶部起的预定距离处的点，其中出现PA衰减的最大斜率。在该例子中，在76处确定从所识别的头部顶部起大约400mm到大约600mm内的点，其中PA衰减斜率最大，并且该点被识别为横膈膜的位置。如果在72处已经确定定位扫描起始于体部，那么在78处，识别从体部起始处起另一预定距离处的点，其中出现PA衰减的最大斜率。在该例子中，在78处确定从所识别的体部起始处起大约400mm内的点，其中PA衰减斜率最大，并且该点被识别为横膈膜的位置。
还可能确定横膈膜处各个投影的宽度。例如，宽度阈值可用于确保投影不包含手臂或肩膀部分并且可解决最大斜率的确定。
当在76或78处识别PA衰减的最大斜率的点之后，在80处确定椭圆率是否大于预定值，在该例子中为.55(通常用更低的椭圆率来识别人的颈部区域)。如果椭圆率不大于.55，那么在82处确定肩部或颈部被识别并且PA衰减的最大斜率出现的点被再次确定以用于预定附加距离，在本例子中大约为200mm到大约300mm。因此，或者如果椭圆率大于.55，那么在84处例如基于定位扫描的已知长度来确定出现最大斜率的位置的点是否在已知位于定位扫描内。如果在84处确定点位于定位扫描内，这就识别了横膈膜的位置，那么在86处基于这个位置以及此点处的PA衰减，识别身体其它部分的位置，例如包括臀部和其它感兴趣的区域。此外，患者的身体大小可由PA衰减值来估计，例如使用临床评估或研究所确定的横膈膜处大小不同的患者的平均PA衰减值。实质上，PA衰减与人的高度有关并且还与中间距离，例如从隔膜到臀部的距离有关。应当注意，各个线性拟合函数可用于估计从横膈膜到其它感兴趣区域的距离，例如从横膈膜到其它感兴趣的器官的距离。此外，从横膈膜到臀部的面积可用于例如基于年龄和性别来计算中心误差和蝶形选择滤波器，蝶形选择滤波器用于基于与横膈膜有关的典型距离的量度来识别人体中其它区域的位置。这种信息可由临床量度或使用已知图表/表格来计算，例如在“The Measure of Man & Woman”，Henry Dreyfuss，2002或1996年由Pergamon出版的“IGRP Publication 70：Basic Anatomical &Physiological Data for Use in Radiologic Protection”中所描述的，，两者都全部合并在此作为参考。
如果在84处确定点不在定位扫描内，那么在88处确定该点是否在定位扫描以及按上述所识别的头部起始处上。如果位置被识别为头部的起始处，那么在90处基于上述的PA衰减来识别身体其它部分的位置，例如包括眼睛、肩部或感兴趣的其它区域。如果在88处确定点不在定位扫描和/或上述的头部起始处上，那么在92处确定没有界标可被识别用来定位身体内的其它区域。可提供一个出错指示(例如视觉或听觉的)。
因此，使用x射线数据大小、变化率(斜率)和对称性，以及表格或者对所期望人类解剖体(相对年龄、性别、尺寸等)的确定，本发明的各种实施例提供了对扫描体中区域的自动确定。例如，可利用定位扫描来自动确定人体内的解剖位置。此外，先验协议和患者信息还可用来提高预测精确性。
对象区域的解剖位置，并且更特别地，人体内的解剖位置或区域可结合其它过程来使用。例如，可结合CT剂量减低对剂量敏感器官使用各种实施例。利用所识别的敏感器官的位置，系统可接着分别在自动识别敏感器官区域之前和之后降低和增加mA。自动识别可降低或消除在图形Rx显示器上手工标记位置的需要。此外，人体躯干的自动识别可提供更一致的辅助患者中心和调整大小的噪声指数性能。还可在图形Rx显示器上自动识别不同的区域(例如肺部)，以最小化要扫描的区域的手工识别。精确扫描区域的自动识别可最小化额外的扫描区域并节省患者剂量和导管负载。
此外，要求特定计算密集的图像重构预处理校正步骤的解剖体区域可被自动识别。并且，有效地CT剂量通过自动确定已经暴露给x射线的器官来计算。自动识别的位置信息，比如取决于患者的解剖位置和界标还可用于自动调整起始位置或界标位置，以及医疗成像扫描仪的加载和卸载的位置。该信息还用于基于界标位置或解剖结构来将人定位在成像扫描仪中心。
尽管已经根据各种特定实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将认识到，本发明可通过权利要求的精神和范围内的修改来实施。
零件列表
   10   成像系统
   12   台架
   14   x射线源
   16   x射线
   18   检测器阵列
   20   检测器元件
   21   解剖体确定单元
   22   对象
   24   旋转中心
   26   控制机构
   28   x射线控制器
   30   台架马达控制器
   32   DAS
   34   重构模块
   36   计算机
   38   存储器
   40   操作员控制台
   42   阴极射线管显示器
   44   工作台马达控制器
   46   机动化工作台
   48   台架开口
   60   示例方法
   100   人体
   102   椭圆
   104   量度(PM)
   106   PA

Claims (10)

1.一种用于控制成像系统(10)的方法，所述方法包括：
执行定位扫描对象(22)；并
基于来自定位扫描的衰减信息来自动确定对象内的区域。
2.根据权利要求1的方法，其中定位扫描包括x射线扫描。
3.根据权利要求1的方法，其中衰减信息包括衰减数据大小。
4.根据权利要求1的方法，其中自动确定区域还包括使用来自定位扫描的变化率和对称信息。
5.根据权利要求1的方法，其中对象(22)是人并且自动确定区域包括自动确定人横隔膜的位置。
6.根据权利要求1的方法，其中对象(22)是人并且自动确定区域包括自动确定人头部的位置。
7.根据权利要求1的方法，其中对象(22)是人并且自动确定区域包括基于期望的人解剖信息来自动确定人体内的多个器官。
8.根据权利要求7的方法，其中期望的人解剖信息包括性别、年龄和尺寸信息中的至少一个。
9.根据权利要求1的方法，其中对象(22)是人并且还包括利用自动确定来映射患者的解剖界标。
10.一种医疗成像系统(10)，包括：
配置为执行定位扫描的扫描仪；和
配置为基于定位扫描来自动确定人体内解剖位置的解剖体确定单元(21)。
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