基于3D预扫描体积图像数据的协议相关的2D预扫描投影图像的制作方法

基于3d预扫描体积图像数据的协议相关的2d预扫描投影图像
技术领域
1.以下总体涉及成像，并且更具体而言涉及基于三维(3d)预扫描体积图像数据的协议相关的二维(2d)预扫描投影图像，并且利用计算机断层摄影(ct)的具体应用来描述。


背景技术：

2.计算机断层摄影(ct)扫描器包括x射线管，所述x射线管围绕检查区域旋转并且发射穿过检查区域的x射线辐射。探测器阵列探测穿过检查区域和其中的目标或对象(其衰减x射线辐射)并且入射在其上的x射线辐射。探测器阵列生成指示入射的x射线辐射的投影数据。重建器重建投影数据以生成指示检查区域和其中的目标或对象的三维(3d)体积图像数据。
3.在执行体积扫描之前，执行预扫描以生成2d预扫描投影图像来规划体积扫描。历史上，在x射线管发射x射线辐射的同时，利用以给定角度静态定位的x射线管并且使目标或对象沿着纵向扫描轴(z轴)移动通过检查区域来执行预扫描(也被称为侦察、引导或调查)。重建器重建所采集的数据以生成2d预扫描投影图像，所述2d预扫描投影图像模仿x射线图像并且示出目标或对象的内部。
4.在预扫描期间扫描的目标或对象的范围为使得用于体积扫描的感兴趣区域/组织在2d预扫描投影图像中是可见的。例如，针对肺部扫描的预扫描可以覆盖从肩部到骨盆。为了规划体积扫描，用户识别针对感兴趣区域/组织的2d预扫描投影图像上的z轴范围。这已经通过定义了针对要被扫描的感兴趣区域/组织的开始和结束扫描位置的扫描计划或边界框来进行。图1示出了具有叠加在其上的示例扫描计划或边界框104的现有技术2d预扫描投影图像102。
5.us10,045,754b2(其通过引用整体并入本文)讨论了低剂量3d预扫描，其类似于2d预扫描，除了x射线管在扫描期间旋转以采集断层摄影数据，所述断层摄影数据被重建以产生3d预扫描体积图像数据。该3d预扫描体积图像数据具有比来自诊断扫描的诊断3d体积图像数据更差的对比度分辨率，并且不用于诊断目的。为了规划，3d预扫描体积图像数据用于例如通过沿着射线路径对3d体积求和来生成2d预扫描投影图像。
6.根据在3d预扫描期间采集的数据生成的2d预扫描投影图像类似于根据在2d预扫描期间采集的数据生成的2d预扫描投影图像，并且可以类似地用于规划感兴趣区域/组织的体积扫描。例如，用户可以使用扫描计划或边界框来定义针对要被扫描的感兴趣区域/组织的开始和结束扫描位置。图2示出了这样的2d预扫描投影图像202的示例以及示例扫描计划或边界框204。
7.遗憾的是，在任一情况下(即，来自2d预扫描采集(例如，如图1所示)和来自3d预扫描采集(例如，如图2所示))的2d预扫描投影图像仅揭示了关于要被扫描的感兴趣组织的有限2d信息。例如，在图1和2中，在肺/隔膜界面处不存在肺和隔膜之间的清楚描绘。这样，扫描计划或边界框通常在z轴方向上延伸一定裕量以确保区域被扫描，例如，以避免由于未扫描整个感兴趣区域而必须重新扫描目标或对象。


技术实现要素：

8.本文描述的方面解决了上面提及的问题和/或其他问题。
9.例如，以下描述了一种方法，在一个实例中，所述方法使用不同的绘制算法来显示2d预扫描投影图像，以在视觉上增强所显示的2d预扫描投影图像中的感兴趣区域/组织，其中，感兴趣区域/组织是根据扫描协议确定的。
10.在一个方面中，一种成像系统包括：x射线辐射源，其被配置为发射穿过检查区域的辐射；探测器阵列，其被配置为探测穿过检查区域的辐射并生成指示所述辐射的信号，其中，探测到的辐射用于3d预扫描；以及重建器，其被配置为重建所述信号以生成2d预扫描投影图像。所述成像系统还包括控制台，所述控制台具有处理器和存储器，其中，所述处理器被配置为运行所述存储器中的3d体积规划指令，所述3d体积规划指令使所述处理器：显示所述2d预扫描投影图像和扫描计划或边界框，所述扫描计划或边界框用于基于针对正被规划的感兴趣区域/组织的3d体积扫描的选定协议来规划对感兴趣区域/组织的3d体积扫描，并且接收确认或调整所述扫描计划或边界框的输入，以创建用于所述感兴趣区域/组织的所述3d体积扫描的3d体积扫描计划。对所述感兴趣区域/组织的所述3d体积扫描是基于所述3d体积扫描计划来执行的。
11.在另一方面中，一种方法包括从3d预扫描获得投影数据。所述方法还包括重建所述投影数据以创建2d预扫描投影图像。所述方法还包括显示所述2d预扫描投影图像和扫描计划或边界框，所述扫描计划或边界框用于基于针对正被规划的感兴趣区域/组织的3d体积扫描的选定协议来规划对感兴趣区域/组织的3d体积扫描。所述方法还包括接收确认或调整所述扫描计划或边界框的输入，以创建用于所述感兴趣区域/组织的所述3d体积扫描的3d体积扫描计划。
12.在另一方面中，一种计算机可读存储介质存储计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在由计算机的处理器执行时使所述处理器：从3d预扫描获得投影数据，重建所述投影数据以创建2d预扫描投影图像，显示所述2d预扫描投影图像和扫描计划或边界框，所述扫描计划或边界框用于基于针对正被规划的感兴趣区域/组织的3d体积扫描的选定协议来规划对感兴趣区域/组织的3d体积扫描，并且接收确认或调整所述扫描计划或边界框的输入，以创建用于所述感兴趣区域/组织的所述3d体积扫描的3d体积扫描计划。
13.在阅读和理解所附描述后，本领域技术人员将认识到本技术的其他方面。
附图说明
14.本发明可以采取各种部件和部件的布置，以及各种步骤和步骤的调度的形式。附图仅出于图示实施例的目的，并且不应被解释为对本发明的限制。
15.图1示出了根据在2d预扫描期间采集的数据创建的现有技术2d预扫描投影图像和扫描计划或边界框。
16.图2示出了根据在3d预扫描期间采集的数据创建的现有技术2d预扫描投影图像和扫描计划或边界框。
17.图3图解地图示了根据本文中的(一个或多个)实施例的包括3d体积规划指令的示例成像系统。
18.图4示出了根据本文中的(一个或多个)实施例的根据在3d预扫描期间采集的数据
创建的正面肋骨mip 2d预扫描投影图像和扫描计划或边界框。
19.图5示出了根据在2d预扫描期间采集的数据创建的现有技术正面肋骨2d预扫描投影图像和扫描计划或边界框。
20.图6示出了根据本文中的(一个或多个)实施例的根据在3d预扫描期间采集的数据创建的侧向脊柱mip 2d预扫描投影图像和扫描计划或边界框。
21.图7示出了根据在2d预扫描期间采集的数据创建的现有技术侧向脊柱2d预扫描投影图像和扫描计划或边界框。
22.图8示出了根据本文中的(一个或多个)实施例的根据在3d预扫描期间采集的数据创建的正面肺mip 2d预扫描投影图像和扫描计划或边界框。
23.图9示出了根据在2d预扫描期间采集的数据创建的现有技术正面肺2d预扫描投影图像和扫描计划或边界框。
24.图10示出了根据本文中的(一个或多个)实施例的根据在3d预扫描期间采集的数据创建的侧向肺mip2d预扫描投影图像和扫描计划或边界框。
25.图11示出了根据在2d预扫描期间采集的数据创建的现有技术侧向肺2d预扫描投影图像和扫描计划或边界框。
26.图12示出了根据本文中的(一个或多个)实施例的示例方法。
具体实施方式
27.以下描述了一种用于根据利用3d预扫描采集的数据并且基于针对感兴趣区域/组织的扫描协议来生成2d预扫描图像的方法，所述扫描协议用于正被利用2d预扫描图像规划的感兴趣区域/组织的体积扫描。在一个实例中，这允许显示不同地绘制的2d预扫描图像以在视觉上增强2d预扫描图像中的感兴趣区域/组织。
28.图3图示了诸如计算机断层摄影(ct)扫描器的成像系统302。图示的成像系统302包括固定机架304和旋转机架306，旋转机架306由固定机架304可旋转地支撑。旋转机架306关于纵向轴线(“z”)围绕检查区域308旋转。对象支撑件310(诸如卧榻)支撑检查区域308中的对象或目标，并且引导对象或目标以用于对象或目标的装载、扫描和/或卸载。
29.x射线辐射源312(诸如x射线管)由旋转机架306支撑，并且与旋转机架306一起围绕检查区域308旋转，并且发射穿过检查区域308的x射线辐射。x射线辐射敏感探测器阵列314跨检查区域308与x射线辐射源312相对地定位。x射线辐射敏感探测器阵列314探测穿过检查区域308(以及其中的目标或对象)的x射线辐射，并且生成指示其的信号(即，投影数据或线积分)。
30.重建器316被配置为重建来自x射线辐射敏感探测器阵列314的信号以生成图像数据。例如，在一个实例中，重建器316被配置为利用从2d预扫描和/或3d预扫描采集的数据来重建2d预扫描图像。对于3d预扫描数据，这可以包括重建3d预扫描体积图像数据，并且然后根据其生成2d预扫描图像。额外地或替代地，重建器316被配置为利用从利用2d预扫描图像规划的诊断3d体积扫描采集的数据来重建诊断3d体积图像数据。
31.在一个实例中，重建器316利用被配置为执行在计算机可读存储介质和/或非瞬态存储器上存储、嵌入、编码等的计算机可执行指令的硬件(诸如中央处理单元(cpu)、微处理器(cpu)、图形处理单元(gpu)、专用集成电路(asic)等)来实施。重建器316可以是系统302
(如图所示)的部分和/或远离系统302(例如，在远程计算系统中、跨其他计算系统分布、基于“云”的资源的一部分等)。
32.操作者控制台318包括(一个或多个)人类可读输出设备320(诸如显示监视器、取景器等)和(一个或多个)输入设备322(诸如键盘、鼠标等)。操作者控制台318还包括处理器324(例如，cpu、μcpu等)和计算机可读存储介质(“存储器”)326(其不包括瞬态介质)(诸如物理存储器，如存储器器存储设备等)。计算机可读存储介质326包括计算机可读指令。处理器324被配置为至少执行计算机可读指令。
33.在一个实例中，计算机可读指令至少包括3d数据采集指令和重建指令。合适的数据采集的示例包括2d预扫描和/或3d预扫描、以及诊断3d体积扫描。合适的重建的示例包括来自利用2d预扫描采集的数据的2d预扫描投影图像和/或来自利用3d预扫描采集的数据的2d预扫描投影图像、以及来自从诊断3d体积扫描采集的数据的诊断3d体积图像数据。
34.计算机可读指令还包括3d体积规划指令328。如下面更详细地描述的，3d体积规划指令328包括用于创建和显示2d预扫描投影图像的指令，所述2d预扫描投影图像是根据利用3d预扫描采集的数据并且基于针对感兴趣区域/组织的扫描协议生成的，所述扫描协议用于利用2d预扫描图像规划的感兴趣区域/组织的3d体积扫描。在一个实例中，扫描协议从由临床医师(例如，转诊医师、放射科医师等)规定的命令获得，并且由设置成像系统302来扫描对象的用户经由控制台318的(一个或多个)输入设备322和/或以其他方式输入/选择。
35.接下来描述2d预扫描投影图像的非限制性示例，所述2d预扫描投影图像是根据利用3d预扫描采集的数据并且基于针对感兴趣区域/组织的扫描协议生成的，所述扫描协议用于利用2d预扫描图像规划的感兴趣区域/组织的3d体积扫描。
36.在一个示例中，所述扫描协议用于肋骨的扫描，并且运行指令328选择用于肋骨的绘制算法。在该示例中，所选择的绘制算法是最大强度投影(mip)绘制算法，因为感兴趣组织是极大地衰减x射线的骨骼，这导致具有表示骨骼或通过高强度表示的材料的值的体素。通常，mip是用于将具有最大强度的体素沿着射线从给定视点投影到投影平面的绘制技术。
37.在一个实例中，运行指令328从预定映射、查找表(lut)等确定用于肋骨的扫描协议的绘制算法。也就是说，映射等可以包括将每种类型的扫描协议映射到绘制算法并且存储在存储器326和/或其他存储设备中的数据结构。映射等可以基于经验和/或理论数据来预先确定。在另一实例中，用户指定感兴趣绘制算法。在又一示例中，指令328包括从个体临床医师和/或健康护理设施的用户选择/偏好学习映射等的人工智能(例如，机器学习)。
38.图4示出了根据在3d预扫描期间基于针对肋骨的扫描协议采集的数据生成的对象的正面视图的2d预扫描投影图像402以及扫描计划或边界框404。为了比较，图5示出了根据在2d或3d预扫描3d期间采集(其不是基于扫描协议)的数据生成的对象的正面视图的现有技术2d预扫描投影图像502以及扫描计划或边界框504。根据图4和5，相对于图5的2d预扫描投影图像，图4的2d预扫描投影图像中的肋骨在视觉上被增强(即，更亮)。在一个实例中，这允许操作者更容易地确认利用扫描计划或边界框404的充分覆盖和/或调整扫描计划或边界框404以便充分覆盖感兴趣肋骨。
39.在另一示例中，扫描协议是针对脊柱的扫描。在该示例中，运行指令328再次选择mip绘制算法，因为感兴趣组织是骨骼。图6示出了根据在3d预扫描期间基于针对脊柱的扫描协议采集的数据生成的对象的侧向视图的2d预扫描投影图像602以及扫描计划或边界框
604。为了比较，图7示出了根据在2d或3d预扫描期间采集(其不是基于扫描协议)的数据生成的对象的侧向视图的现有技术2d预扫描投影图像702以及扫描计划或边界框704。根据图6和7，相对于图7的2d预扫描投影图像，图6的2d预扫描投影图像中的脊柱在视觉上被增强(即，更亮)。同样地，这允许操作者更容易地确认利用扫描计划或边界框604的充分覆盖和/或调整扫描计划或边界框604以便充分覆盖感兴趣脊柱。
40.在另一示例中，扫描协议针对肺的扫描。在该示例中，运行指令328选择空气/软组织(st边缘)界面绘制算法，因为肺是填充有空气并且被空气包围的软组织。图8示出了根据在3d预扫描期间基于针对肺的扫描协议采集的数据生成的对象的正面视图的2d预扫描投影图像802以及扫描计划或边界框804。为了比较，图9示出了根据在2d或3d预扫描3d期间采集(其不是基于扫描协议)的数据生成的对象的正面视图的现有技术2d预扫描投影图像702以及扫描计划或边界框904。根据图8和9，相对于图9的2d预扫描投影图像，图8的2d预扫描投影图像中的肺在视觉上被增强(即，更亮)。这允许操作者更容易地确认利用扫描计划或边界框804的充分覆盖和/或调整扫描计划或边界框804以便充分覆盖肺。
41.在另一示例中，扫描协议再次是针对肺的扫描。运行指令328同样选择空气/软组织(st边缘)界面绘制算法，因为肺是填充有空气并且被空气包围的软组织。图10示出了根据在3d预扫描期间基于针对肺的扫描协议采集的数据生成的对象的横向视图的2d预扫描投影图像1002以及扫描计划框1004。为了比较，图11示出了根据在2d或3d预扫描3d期间采集(其不是基于扫描协议)的数据生成的对象的横向视图的现有技术2d预扫描投影图像702以及扫描计划框1104。根据图10和11，相对于图11的2d预扫描投影图像，图10的2d预扫描投影图像中的肺在视觉上被增强(即，更亮)。类似地，这允许操作者更容易地确认利用扫描计划或边界框1004的充分覆盖和/或调整扫描计划或边界框1004以便充分覆盖肺。
42.返回到图3，在一个实例中，控制台318在体积扫描规划期间仅显示视觉增强的2d预扫描投影图像(例如，2d预扫描投影图像402、602、802或1002)。在另一实例中，控制台318在体积扫描规划期间显示视觉增强的2d预扫描投影图像(例如，2d预扫描投影图像402、602、802或1002)和非视觉增强的2d预扫描投影图像(例如，2d预扫描投影图像502、702、902或1102)两者。在另一实例中，用户可以在视觉增强的2d预扫描投影图像与非视觉增强的2d预扫描投影图像之间切换。所显示的图像可以由指令328自动确定和/或由操作者经由操作者偏好或以其他方式针对每种不同类型的扫描和/或检查来定义。操作者可以确认和/或调整(例如，增加或减小z轴范围)，并且然后确认扫描计划或边界框。
43.合适的绘制算法包括用于将3d数据投影到2d平面中的算法。非限制性示例包括但不限于mip、st边缘、为mip的负值并且投影具有最低强度的体素的最小强度投影(minip)、重新格式化体积以在轴向、矢状、冠状和/或倾斜平面中生成2d预扫描投影图像的多平面重建(mpr)、有效地拉直弯曲结构(例如，脊柱、血管等)使得在同一平面中同时可视化区段的整个长度或整个弯曲结构的弯曲mpr(cmpr)、和/或其他体积绘制技术。
44.在一个实例中，本文描述的方法允许更准确的体积扫描计划，因为扫描计划或边界框的边界可以相对于使用现有技术2d预扫描投影图像规划的体积扫描计划更准确地适合感兴趣区域/组织，现有技术2d预扫描投影图像不在视觉上增强感兴趣区域/组织。在一个实例中，相对于以下配置，这可以通过减轻裕量来减少总体患者剂量：在所述配置中，通过添加裕量以确保感兴趣区域/组织在预扫描中被覆盖来创建现有技术的2d预扫描投影图
像。
45.除了规划体积扫描之外或作为规划体积扫描的备选方案，本文描述的2d预扫描投影图像(其基于在3d预扫描期间获取的数据和针对感兴趣区域/组织的选定扫描协议而生成)也可以在创伤或其他情况下使用，例如，以直接从2d预扫描投影图像中识别骨骼的骨折，在一个实例中，这节省了时间和/或减少了患者剂量。
46.在成像系统302被配置用于谱(多能量)成像的情况下，视觉增强的2d预扫描投影图像可以利用谱特性。例如，视觉增强的2d预扫描投影图像可以是仅对比度视觉增强的2d预扫描投影图像或虚拟非对比度视觉增强的2d预扫描投影图像，例如，其中，感兴趣区域/组织包括血管等。在这种情况下，预定映射等(或其他映射等)包括针对每个扫描协议的谱图像数据的类型，用户将选择感兴趣谱图像数据的类型，和/或人工智能算法还将从针对个体临床医师和/或健康护理设施的用户选择学习谱图像数据的类型。
47.通常，谱配置将包括被配置为针对感兴趣的单个选定峰值发射电压发射宽带(多色)辐射的x射线管，并且辐射敏感探测器阵列将包括能量分辨探测器(诸如多层闪烁体/光传感器探测器和/或光子计数(直接转换)探测器)、或者被配置为在扫描期间在至少两个不同的发射电压之间切换的x射线管和/或在旋转机架上角度偏移的两个或更多个x射线管，其中，每个x射线管被配置为发射具有不同平均能量谱的辐射，并且辐射敏感探测器阵列将包括非能量分辨探测器和/或能量分辨探测器。
48.图12图示了根据本文中的(一个或多个)实施例的示例方法。
49.应当理解，该方法中的动作的顺序不是限制性的。因此，本文设想了其他排序。另外，可以省略一个或多个动作，和/或可以包括一个或多个额外动作。
50.在1202处，执行3d预扫描，如本文中所描述的和/或以其他方式。
51.在1204处，从用于3d体积扫描的选定扫描协议识别用于3d体积扫描的感兴趣区域/组织，如本文描述的和/或以其他方式。
52.在1206处，基于针对感兴趣区域/组织的3d体积扫描的所选扫描协议来识别绘制算法，如本文中所描述的和/或以其他方式。
53.在1208处，使用所识别的绘制算法利用3d预扫描数据创建用于规划3d体积扫描的2d预扫描投影图像，如本文中所描述的和/或以其他方式。
54.在1210处，使用2d预扫描投影图像创建用于3d体积扫描的扫描计划，如本文中所描述的和/或以其他方式。
55.在1212处，基于用于3d体积扫描的扫描计划来执行感兴趣区域/组织的3d体积扫描，如本文中所描述的和/或以其他方式。
56.在1214处，根据在3d体积扫描期间采集的数据来重建感兴趣区域/组织的3d体积图像数据，如本文中所描述的和/或以其他方式。
57.以上可以以计算机可读指令的方式实施，所述计算机可读指令被编码或嵌入在计算机可读存储介质上，所述计算机可读指令当由(一个或多个)计算机处理器执行时，(一个或多个)处理器执行所描述的动作。额外地或替代地，计算机可读指令中的至少一个由信号、载波或不是计算机可读存储介质的其他瞬态介质携带。
58.尽管已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是图示性或示范性的，而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。本领域
技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践请求保护的发明时能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。
[0059]“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现在权利要求中记载的若干项的功能。尽管特定措施是在互不相同的从属权利要求中记载的，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。
[0060]
计算机程序可以被存储/分布在合适的介质上，例如与其他硬件一起或作为其他硬件的部分供应的光学存储介质或固态介质，但是也可以被以其他形式分布，例如经由互联网或其他有线或无线的电信系统。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围进行限制。