專利名稱：用于自動確定掃描對象中區域的方法和系統的制作方法
技術領域：
本發明一般地涉及一種成像方法和系統，更特別地涉及用于通過特別地使用醫療成像系統來自動確定掃描對象中區域的方法和系統。
背景技術：
成像系統通常用于掃描對象，并經常用于識別對象內感興趣的區域。例如，在特定已知的計算機斷層(CT)成像系統，x射線源發射x射線束經過感興趣的對象。x射線束穿過被成像的對象，比如患者。射束在由對象衰減之后撞擊到輻射檢測器的陣列上。在檢測器陣列上接收的衰減的束輻射強度取決于對象對x射線束的衰減。陣列中的每個檢測器元件產生分離的電信號，該電信號是在檢測器位置處射束衰減的檢測。對于每個檢測器元件分別獲取來自檢測器的衰減量度，并共同地定義投影數據集或傳輸輪廓。
x射線源和檢測器陣列可在成像平面內的臺架上圍繞要成像的對象旋轉，使得x射線束與對象相交的角度始終變化。來自檢測器陣列以一個臺架角度的一組x射線衰減量度(例如，投影數據集)被稱為“視圖”。對象的“掃描”包括在x射線源和檢測器一次旋轉期間以不同臺架角度或視角得到的一組視圖。投影數據集被處理，以構建與在各種角度通過對象得到的二維薄片相對應的圖像。一種根據投影數據集來形成圖像的示例方法被稱為濾波反投影技術。
獲得的最佳掃描，例如以最低可能劑量的最佳CT掃描依賴于取決于患者的信息。X射線通量管理系統已知用于獲得取決于患者的信息，以便確定用于掃描的各種操作參數，諸如適當的管電流、蝶形濾波器、和患者中心。其它信息，諸如在哪里掃描患者，必須由技術員確定并以某種方式被手工輸入到系統中。通常，該手工操作是利用圖形Rx顯示器通過用鼠標和光標在定位圖(scout image)上標記位置來執行的。定位圖是當對象在Z軸中被轉換時用固定在固定位置處的x射線管所獲得對象的射線照相投影圖像。在定位圖上標記位置可能是非常耗時和復雜的過程，這取決于技術員的經驗。這不僅降低了掃描吞吐量，而且還可能增加錯誤，例如基于在技術員判斷中的錯誤。
此外，許多潛在劑量管理特征當前不能實施或者對于用戶來說很難用和耗時，因為需要識別所請求的解剖信息。例如，劑量敏感器官的劑量減低當前在CT掃描儀上不可用。一個原因在于技術員必須識別和手工標記比如乳房、甲狀腺、眼睛、子宮等敏感器官在圖像Rx顯示器上的位置。利用平均定位投影(scout projection)來理想地確定調整大小的噪聲指數和患者中心，只在身體的軀干(從肺部頂端到臀部)上均分該平均定位投影。如果頸部或腿部部分包括在平均數中，那么會相反地影響結果，利用已知的手工標記方法會發生上述情況。此外，放射科醫師可能想對螺旋掃描的不同區域使用不同的掃描參數。例如，在胸部-腹部協議中，較高的噪聲指數對于肺部可能是期望的，因為結節病變相比于肝部的病變具有更高的對比度。不同的區域(比如肺部)可在圖形Rx顯示器上由技術員手工地識別，并且導致包括比臨床的感興趣區域所需還要多的解剖體，由此增加了患者劑量和導管負載。
此外，解剖體的一些區域可能需要專門的計算密集的圖像重構預處理校正步驟。例如，頭部要求校正來補償骨射線束硬化現象和檢測器光譜誤差，否則會產生存在于頭骨中的偽像。該校正是十分計算密集的，因為該計算要求迭代方法。如果為每個圖像應用該校正，那么圖像重構時間將非常長。一些醫院在一遍中執行包括頭部和體部的外傷掃描，在該情況下，可能對不需要校正的數據進行校正，因為這些區域由于技術員在手工識別過程中的錯誤而不能被正確地識別。并且，有效劑量是允許估計生物學危險和允許劑量與不同的成像模態進行比較的通用度量。存在許多已知的方式來計算有效劑量，但是所有方法都需要知道已經暴露給x射線的器官，以便可確定適當的器官劑量。精確的器官劑量要求很長的Monte Carlo模擬。為了加速計算，可在仿真人體模型和確定性等式上來表征器官劑量，所述等式被推導以便將給定的身體區域的曝光轉換為器官劑量估計。并且，手工確定和識別器官還增加了該過程的時間。
因此，用于識別掃描對象中的區域的已知方法通常是耗時且容易發生人為錯誤的。此外，該手工識別還增加了利用手工識別信息處理的時間和復雜度。
發明內容
根據一個實施例，提供了一種用于控制成像系統的方法。該方法包括執行對象的定位掃描(scout scan)并基于來自定位掃描的衰減信息來自動確定對象內的區域。
根據本發明的另一個實施例，提供一種用于確定用醫療成像系統掃描的人體中區域的位置的方法。該方法包括用該醫療成像系統來執行對人的定位掃描并使用定位掃描來自動確定人體內的解剖位置。
根據又另一個實施例，提供一種醫療成像系統，包括配置為執行定位掃描的掃描儀，和配置為基于定位掃描來自動確定人體內解剖位置的解剖體確定單元。
圖1是根據本發明的一個實施例操作的示例成像系統的透視圖。
圖2圖示了圖1所示的成像系統的框圖。
圖3是根據本發明的一個實施例自動確定掃描對象中區域的方法的流程圖。
圖4是圖示根據本發明的一個實施例確定的投影面積的圖表。
具體實施例方式
圖1是示例成像系統10的透視圖。圖2是成像系統10(圖1所示)的示意方框圖。在一個示例實施中，成像系統10是單模態成像系統，例如計算機斷層(CT)系統。但是，應當理解，可結合具有多于一個模態的成像系統(即多模態成像系統)來實現各種實施例。此外，盡管結合特定成像模態，例如CT成像來描述各種實施例，但可使用不同的醫學和非醫學的成像模態，例如正電子發射型計算機斷層掃描(PET)以及通常任何類型的x射線或核成像。
現在專門參考圖1和2，所示的計算機斷層(CT)成像系統10包括CT掃描儀的臺架12。臺架12包括x射線源14，其朝臺架12相對側上的檢測器陣列18投影x射線束16。檢測器陣列18由檢測器元件20形成(例如多個檢測器行)，所述檢測器元件20一起感應穿過對象22，例如內科患者的透鏡x射線。檢測器陣列18能以單薄片或多薄片結構來制作。每個檢測器元件20產生表示撞擊x射線束強度并由此表示射線束穿過對象22時射線束的衰減的電信號。在為了采集x射線投影數據的掃描期間，臺架12和安裝在其上的部件圍繞旋轉中心24旋轉，繞旋轉中心24可定義檢查軸。
臺架12的旋轉和x射線源14的操作由成像系統10的控制機構26來控制，在一個實施例中，成像系統10是CT成像系統。在一個示例實施例中，控制機構26包括x射線控制器28，其提供功率和定時信號給x射線源14，還包括臺架馬達控制器30，其控制臺架12的旋轉速度和位置。控制機構26的數據采集系統(DAS)32采樣來自檢測器元件20的數據(例如模擬數據)并轉換(或約束)數據為數字信號，以用于隨后處理。DAS32輸出投影數據集，包括例如來自定位掃描的在特定臺架旋轉角度獲得的衰減量度。一組投影數據集形成對象22的完整掃描。重構模塊34從DAS32接收采樣和數字化的x射線數據并執行下面解釋的圖像重構。由重構模塊34輸出的重構數據集作為輸入被提供給將重構數據集存儲在存儲器38中的計算機36或者其它處理單元。重構數據集可表示容積數據集和/或經過對象22的圖像薄片。計算機36還經由操作員控制臺40從操作員接收命令和掃描參數，操作員控制臺40可包括一個或多個使用輸入端，例如鍵盤(未示出)。相關聯的顯示器，例如陰極射線管顯示器42允許操作員觀察重構的圖像和其它來自計算機36的數據。此外操作員提供的命令和參數可由計算機36用來提供控制信號和信息給DAS32、x射線控制器28和臺架控制器30。此外，計算機36操作工作臺馬達控制器44，工作臺馬達控制器44控制機動化的工作臺46定位臺架12中的對象22。尤其，工作臺46移動對象22的部分穿過臺架開口48。
在一個實施例中，計算機36包括讀/寫設備(未示出)，例如軟盤驅動器、CD-ROM驅動、DVD驅動器、磁光盤(MOD)驅動器，或其它任何設備，包括網絡連接設備，比如以太網設備，用于從計算機可讀介質中讀取指令和/或數據，計算機可讀介質例如是軟盤、CD-ROM、DVD或其它任何數字源，比如網絡或互聯網，以及還未開發的數字裝置。在另一個實施例中，計算機36執行存儲在固件(未示出)中的指令。計算機36被編程用來執行這里所述和這里所使用的功能，術語計算機不限于本領域稱為計算機的集成電路，而是廣義地稱為計算機、處理器、微控制器、微型計算機、可編程邏輯控制器、特定用途集成電路、和其它可編程電路，并且在這里可交換地使用這些術語。
確定對象22特定區域的單元可通信地耦合到計算機36，并且在一個示例實施例中，該單元是解剖體確定單元21。盡管解剖體確定單元21被圖示為分離的部件，應當理解，由解剖體確定單元21執行的功能可合并到例如由計算機36所執行的功能中。由此，解剖體確定單元21可體現為在多功能處理器上執行的軟件代碼段或體現為硬件和軟件的組合。
此外，盡管在醫學設置中進行描述，但是可以理解，本發明的實施例可連同其它成像系統來實現，包括工業成像系統，比如通常在諸如機場或火車站的運輸中心中使用的行李掃描CT系統。
各種實施例提供基于初步掃描來自動確定對象區域。使用由投影面積或橢圓率確定的各種閾值，可確定對象內至少一個界標的位置，并根據此來確定其它識別的區域。圖3是敘述了由解剖體確定單元21執行的示例方法60的流程圖，用于自動確定人體內的解剖區域或界標。應當理解，方法60可結合人體外其它對象的掃描和醫學成像系統外的其它成像系統被修改和使用。
特別地，方法60圖示了結合醫學成像系統使用的自動解剖體確定過程，醫學成像系統更具體的為CT成像系統。尤其，在62，執行已知的定位掃描，以生成實質上是衰減圖像的定位圖像，定位掃描是橫向或前面/后面(A/P)定位掃描。然后，定位掃描的投影面積(PA)和橢圓率(OR)用于識別人體內的解剖區域或界標。應當注意到，在示例實施例中，如圖4所示的人體100的橫截面可看作為橢圓102，其具有維度x和y的橢圓橫截面。患者投影由一組單個的檢測器信道量度組成。信道量度表示x射線沿著穿過患者的線路傳輸。傳輸值被處理以便表示與效率μ和對象沿著傳輸路徑的長度有關的衰減單位。各個信道量度的總和是PA106。在投影中一組最高值的量度被稱為投影量度(PM)104。橢圓率是有效橢圓的x/y比率。使用用于橢圓面積的等式來確定橢圓率的x維度，其中PA106是橢圓面積并且PM104是橢圓的y軸。實質上，來自由成像系統的CT掃描儀執行的定位掃描的每個薄片是一個投影。投影集合產生定位圖像。
例如對于每個沿著掃描的薄片，一旦沿著整個投影的每個投影或采樣的衰減PA被確定，那么在64確定在掃描開始時初始的PA衰減是否小于第一閾值，或者大于第一并小于第二閾值。例如，對于CT掃描，在64確定初始PA的衰減是否小于160或在160和400之間。應當注意，包括用于這里所述不同閾值的衰減值的這些值可按期望或需要(例如基于要掃描的對象)來變化或修改。如果衰減小于160，那么在66，掃描的開始位置被識別為CT掃描儀的頭部固定器，并且更特別地是支持人頭部的掃描床的頭部固定器。識別可例如基于頭部固定器的平均投影面積的分布。接著通過找到圓形對象，例如橢圓率等于1的點來定位頭部的起始處。如果橢圓率不等于1，那么對象不是圓形并不被識別為頭部的起始處。橢圓率是掃描體的長度和寬度的比率，例如圖4所示的x和y維度。
如果在64確定初始PA衰減在160和400之間(并且，衰減基本上在該區域上是平滑或平坦的)，那么在68處，掃描的開始位置被識別為CT掃描儀的工作臺，并且通過定位在PA衰減大于第三閾值的定位掃描中的點來確定頭部的起始處，在該例子中，PA衰減大于420。工作臺的識別例如基于掃描儀工作臺的平均投影面積的分布。應當注意，例如當在預定數目中，例如在定位掃描中測量的前十個數據點中出現標準偏差時，識別為基本平坦。
如果初始PA衰減不小于第一閾值或在第一和第二閾值之間，那么掃描開始位置被識別為對象內的某個點，并且在70處確定初始PA衰減是否小于沿著掃描對象的預定距離(例如長度)內的第四閾值。在該例子中，在70處確定在初始掃描點大約300毫米內的點處，初始PA衰減是否小于850。如果初始PA衰減不小于沿著預定距離的點處的第四閾值，那么在72處，將掃描的開始位置識別為對象體內的起始處。如果初始PA衰減小于沿著預定距離的點處的第四閾值，那么在74處，將掃描的開始位置識別為對象的頭部。
實質上，如果在64處確定定位掃描起始于未占據的工作臺部分，那么確定PA衰減的第一顯著增加例如高于400出現在哪里，這識別了頭部的起始處。如果頭部固定器被識別為定位掃描的起始點，那么橢圓率基本上為1或更大的第一個點被確定和識別為頭骨的開始。如果確定定位掃描起始于沿著對象的某個點，那么通過確定在定位掃描開始時是否存在衰減量實質降低來確定掃描是起始于頭部還是體部一部分，該量級足夠低以致被識別為對象的頸部。
在確定或識別定位掃描的起始點的身體內的位置后，在該示例實施例中，接著確定識別身體的橫膈膜。橫膈膜區域通常由投影面積中衰減的急劇增加來表征。例如，一旦最大PA衰減的位置被確定，就例如基于從確定最大PA衰減的身體開始處起的距離來確定距離是否合理。如果頭部被識別，那么識別最大PA衰減的該距離，并且更特別地，最大斜率被限制到從頭部頂部起的預定距離，否則該距離被限制到更小的量。特別地并再次參考圖3，如果頭部的起始處位于66或68，或者如果在74處已經確定定位掃描起始于頭部，那么在76處識別從頭部頂部起的預定距離處的點，其中出現PA衰減的最大斜率。在該例子中，在76處確定從所識別的頭部頂部起大約400mm到大約600mm內的點，其中PA衰減斜率最大，并且該點被識別為橫膈膜的位置。如果在72處已經確定定位掃描起始于體部，那么在78處，識別從體部起始處起另一預定距離處的點，其中出現PA衰減的最大斜率。在該例子中，在78處確定從所識別的體部起始處起大約400mm內的點，其中PA衰減斜率最大，并且該點被識別為橫膈膜的位置。
還可能確定橫膈膜處各個投影的寬度。例如，寬度閾值可用于確保投影不包含手臂或肩膀部分并且可解決最大斜率的確定。
當在76或78處識別PA衰減的最大斜率的點之后，在80處確定橢圓率是否大于預定值，在該例子中為.55(通常用更低的橢圓率來識別人的頸部區域)。如果橢圓率不大于.55，那么在82處確定肩部或頸部被識別并且PA衰減的最大斜率出現的點被再次確定以用于預定附加距離，在本例子中大約為200mm到大約300mm。因此，或者如果橢圓率大于.55，那么在84處例如基于定位掃描的已知長度來確定出現最大斜率的位置的點是否在已知位于定位掃描內。如果在84處確定點位于定位掃描內，這就識別了橫膈膜的位置，那么在86處基于這個位置以及此點處的PA衰減，識別身體其它部分的位置，例如包括臀部和其它感興趣的區域。此外，患者的身體大小可由PA衰減值來估計，例如使用臨床評估或研究所確定的橫膈膜處大小不同的患者的平均PA衰減值。實質上，PA衰減與人的高度有關并且還與中間距離，例如從隔膜到臀部的距離有關。應當注意，各個線性擬合函數可用于估計從橫膈膜到其它感興趣區域的距離，例如從橫膈膜到其它感興趣的器官的距離。此外，從橫膈膜到臀部的面積可用于例如基于年齡和性別來計算中心誤差和蝶形選擇濾波器，蝶形選擇濾波器用于基于與橫膈膜有關的典型距離的量度來識別人體中其它區域的位置。這種信息可由臨床量度或使用已知圖表/表格來計算，例如在“The Measure of Man & Woman”，Henry Dreyfuss，2002或1996年由Pergamon出版的“IGRP Publication 70Basic Anatomical &Physiological Data for Use in Radiologic Protection”中所描述的，，兩者都全部合并在此作為參考。
如果在84處確定點不在定位掃描內，那么在88處確定該點是否在定位掃描以及按上述所識別的頭部起始處上。如果位置被識別為頭部的起始處，那么在90處基于上述的PA衰減來識別身體其它部分的位置，例如包括眼睛、肩部或感興趣的其它區域。如果在88處確定點不在定位掃描和/或上述的頭部起始處上，那么在92處確定沒有界標可被識別用來定位身體內的其它區域。可提供一個出錯指示(例如視覺或聽覺的)。
因此，使用x射線數據大小、變化率(斜率)和對稱性，以及表格或者對所期望人類解剖體(相對年齡、性別、尺寸等)的確定，本發明的各種實施例提供了對掃描體中區域的自動確定。例如，可利用定位掃描來自動確定人體內的解剖位置。此外，先驗協議和患者信息還可用來提高預測精確性。
對象區域的解剖位置，并且更特別地，人體內的解剖位置或區域可結合其它過程來使用。例如，可結合CT劑量減低對劑量敏感器官使用各種實施例。利用所識別的敏感器官的位置，系統可接著分別在自動識別敏感器官區域之前和之后降低和增加mA。自動識別可降低或消除在圖形Rx顯示器上手工標記位置的需要。此外，人體軀干的自動識別可提供更一致的輔助患者中心和調整大小的噪聲指數性能。還可在圖形Rx顯示器上自動識別不同的區域(例如肺部)，以最小化要掃描的區域的手工識別。精確掃描區域的自動識別可最小化額外的掃描區域并節省患者劑量和導管負載。
此外，要求特定計算密集的圖像重構預處理校正步驟的解剖體區域可被自動識別。并且，有效地CT劑量通過自動確定已經暴露給x射線的器官來計算。自動識別的位置信息，比如取決于患者的解剖位置和界標還可用于自動調整起始位置或界標位置，以及醫療成像掃描儀的加載和卸載的位置。該信息還用于基于界標位置或解剖結構來將人定位在成像掃描儀中心。
盡管已經根據各種特定實施例描述了本發明，但是本領域技術人員將認識到，本發明可通過權利要求的精神和范圍內的修改來實施。
零件列表
權利要求
1.一種用于控制成像系統(10)的方法，所述方法包括執行定位掃描對象(22)；并基于來自定位掃描的衰減信息來自動確定對象內的區域。
2.根據權利要求1的方法，其中定位掃描包括x射線掃描。
3.根據權利要求1的方法，其中衰減信息包括衰減數據大小。
4.根據權利要求1的方法，其中自動確定區域還包括使用來自定位掃描的變化率和對稱信息。
5.根據權利要求1的方法，其中對象(22)是人并且自動確定區域包括自動確定人橫隔膜的位置。
6.根據權利要求1的方法，其中對象(22)是人并且自動確定區域包括自動確定人頭部的位置。
7.根據權利要求1的方法，其中對象(22)是人并且自動確定區域包括基于期望的人解剖信息來自動確定人體內的多個器官。
8.根據權利要求7的方法，其中期望的人解剖信息包括性別、年齡和尺寸信息中的至少一個。
9.根據權利要求1的方法，其中對象(22)是人并且還包括利用自動確定來映射患者的解剖界標。
10.一種醫療成像系統(10)，包括配置為執行定位掃描的掃描儀；和配置為基于定位掃描來自動確定人體內解剖位置的解剖體確定單元(21)。
全文摘要
提供一種用于自動確定掃描對象(22)中區域的方法和系統。所述方法包括執行對象的定位掃描并基于來自定位掃描的衰減信息來自動確定對象內的區域。
文檔編號A61B6/03GK1969757SQ200610160560
公開日2007年5月30日 申請日期2006年11月23日 優先權日2005年11月23日
發明者T·L·托思, M·P·達利 申請人:通用電氣公司