基于高光谱高维成像的辅助CT筛查的系统和方法与流程

基于高光谱高维成像的辅助ct筛查的系统和方法
技术领域
1.本发明涉及一种基于高光谱高维成像的辅助ct筛查的系统和方法。


背景技术：

2.ct具有客观、信息量丰富、检查便捷等特点；人工智能有利于辅助筛查、诊断、质控，特别是对心、肺、脊柱骨质的一次性胸部ct筛查、分层评估、预警预测和随访跟踪；高分辨、ai及低剂量使胸部ct智能检查取代直接数字化x线摄影（dr）胸部影像成为必然，特别是体检、筛查。我国ct普及率快速提升，2019年保有量2.5万台。为了得到良好的ct检测效果，患者在ct机上的体位是否准确是非常重要的。
3.新冠肺炎仍在流行，基层又缺少操作ct的熟练人员。 因此ct筛查室亟需提高智能化和无人化，以便显著提高筛查效率，有助于实现精准的疾病风险预警预测。另一方面， 新冠肺炎、流感等呼吸传染病属于弥漫性病灶。最近的技术可利用ai技术对这些呼吸传染病疾病患者ct图像的形状、灰度、纹理等影像组学特征进行自动化处理、分析鉴别（和预警，国际上基于深度学习的ct图像covid-19的计算机辅助诊断也已经在一些医院得到开发和部署（tan et al. health inf sci syst (2021) 9:10 ）。但这些高风险患者进入了ct检查室后，给ct检查室的消毒清理带来了麻烦。如果能够在被检查者进入ct检查室之前就通过生命体征参数无感监测技术分析鉴别这些呼吸传染病的风险，就可以让无人ct检查室更安全更方便维护。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术中的问题，本发明的目的是提供一种基于高光谱高维成像的辅助ct筛查的系统和方法。
5.一种基于高光谱高维成像的辅助ct筛查的系统，包括光机投影组件、成像相机、前置光学模块、光谱快速扫描模块、多目相机、人工智能信息处理模块；其中光机投影组件与成像相机组成投影结构光高维形貌探测功能单元，前置光学模块与光谱快速扫描模块组成图像的快速高光谱扫描功能单元，这两个功能单元组合成高光谱高维成像系统，所述的光机投影组件还用于根据采集的被检测者的高维人体形貌，把根据专家经验结合历史数据所训练出的模型共同确定的被检查者的最佳位姿投影到躺床环境以便引导被检查者摆正体位；所述的多目相机用于确定被检测者的当前体位并与最佳位姿作对比，以便进一步提醒被检查者矫正体位；所述的人工智能信息处理模块进行精细光谱重构及多维度生命体征参数的人工智能分析。
6.所述的前置光学模块由成像透镜、准直透镜、聚焦透镜组成， 所述的光谱快速扫描模块由所述的前置光学模块、基于液晶的可调滤光片及ccd相机组成，通过快速改变施加在液晶上的电压来改变到达ccd相机的透射光谱。
7.一种应用所述系统的方法，通过无感的方式，所述的高光谱高维成像系统实时无感监测被检查者的多维度生命体征参数，包括呼吸、心率、血氧、体温、面部微震颤及面部与
舌头的光谱，为医生获取更多被检查者的体征数据，让医生了解被检查者进行ct检查时的情绪和状态。
8.所述的高光谱高维成像系统实时无感采集的被检查者的血氧、 心率、呼吸、体温、面部微震颤及面部与舌头的光谱多维度生命体征参数与ct影像学鉴别结果进行深度学习关联训练，训练后的高光谱高维成像系统和/或联合ct影像分析给出被检查者呼吸传染病的鉴别与预警，从而避免传染。
9.本发明的有益效果：可提高ct检测的深度、广度和效率，可实现自动化和（操作）无人化，尤其适用于紧急或者危机时刻。
附图说明
10.图1 是本发明的系统的一个具体实例的结构示意图。
11.图2是本发明的一个应用流程图。
具体实施方式
12.以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。
13.如图1所示，一种基于高光谱高维成像的辅助ct筛查的系统，包括光机投影组件2、成像相机1、前置光学模块，光谱快速扫描模块，多目相机9，人工智能信息处理模块8。
14.其中光机投影组件2与成像相机1完成投影结构光高维形貌探测功能，前置光学模块与光谱快速扫描模块完成图像的快速高光谱扫描功能，这两个功能单元组合成高光谱高维成像系统，所述的光机投影组件2还用于根据采集的被检测者的高维人体形貌，把根据专家经验结合历史数据所训练出的模型共同确定的被检查者的最佳位姿投影到躺床环境以便引导被检查者摆正体位；所述的多目相机9用于确定被检测者的当前体位并与最佳位姿作对比，以便进一步提醒被检查者矫正体位；所述的人工智能信息处理模块8进行精细光谱重构及多维度生命体征参数的人工智能分析。
15.所述的前置光学模块由成像透镜3、准直透镜5、聚焦透镜6组成， 所述的光谱快速扫描模块由所述的前置光学模块、基于液晶的可调滤光片4 及ccd相机7组成，通过快速改变施加在液晶上的电压来改变到达ccd相机7的透射光谱。
16.本发明的一个应用场景和流程如图2所示。
17.本发明的方法可分成以下3个主要步骤/方面：（1）智能摆位为了得到良好的ct检测效果，患者在ct机上的体位是否准确是非常重要的。 根据专家经验结合历史数据训练出的模型可共同确定被检查者的最佳位姿。依据达到ct检查室门时高光谱高维成像系统采集的高维人体形貌等信息，将被检查者的最佳位姿投影到躺床等环境以便引导被检查者摆正体位。多目相机用于确定被检测者的当前体位并与最佳位姿作对比，以便进一步投影提醒（也可结合声音）被检查者矫正体位。也可发送指令给电动滑台，帮助患者准确地摆正体位，达到最好的ct成像效果。
18.多目相机的点匹配精度也是一个重要影响因素，在以往的方案中，点匹配要么精度不够，要么识别匹配速度太慢，可采用基于神经网络的点对匹配方案，该方案可快速准确
地对点进行识别和匹配，从而获得精确的高维定位结果。
19.（2）生命体征参数无感监测利用高速高光谱高维成像采集系统，实时无感监测血氧、心率、精神压力、呼吸及体温等特征，以及面部微震颤、微表情，获取被检查者的多维度生命体征参数，并对跌倒等危险情况作出预警。
20.对于高光谱数据分析，选择合适的神经网络结构建立高光谱特征光谱值与生命体征参数相关物质含量之间的反演模型。相邻波段的两幅图像之间有较强的相关性，造成高光谱图像数据中存在大量的冗余信息。通过主成分分析等方法对高光谱数据进行降维处理，寻找到最能表征生命体征参数指标的特征光谱信息。既可以提高后期数据处理的速度，又可以去除数据中的冗余信息。
21.（3）对呼吸传染病的鉴别预警新冠肺炎、流感等呼吸传染病属于弥漫性病灶。基于ai技术的智能ct图像分析可对新冠肺炎、流感等呼吸传染病做出基于影像学的鉴别（前期可拿核酸检测结果这个真值ground truth作训练）和预警。而我们的高光谱高维成像系统实时无感采集的被检查者的血氧、心率、呼吸、体温、面部微震颤及面部与舌头的光谱（对应于中医的面诊与舌诊）等多维度生命体征参数可与ct影像学鉴别结果进行深度学习关联训练，随着ct影像学鉴别数据的增多，关联训练的准确率会不断提升；训练后的高光谱高维成像系统可以有助于给出被检查者新冠肺炎、流感等呼吸传染病的鉴别与预警，从而避免新冠肺炎、流感等呼吸传染病的可疑患者（包括无症状感染者）通过ct检查室传染给其他被检查者。
22.利用高速高光谱高维成像采集系统，一方面可以结合投影技术协助引导被检查者准确地摆正体位，减少因为体位不正使得成像结果模糊而导致重复拍摄ct的问题，减少被检查者的痛苦和辐射剂量；另一方面，在拍摄ct的同时，通过无感的方式，从面部及其他部位实时无感监测被检查者的呼吸、心率、血氧、体温及面部微震颤等生理指标参数，能够为医生获取更多被检查者的体征数据，让医生了解被检查者进行ct检查时的情绪和状态，有助于准确地判断其病情，减少误诊和漏诊。最后，深度学习训练后的高光谱高维成像系统（或联合ct影像分析）可以给出被检查者新冠肺炎、流感等呼吸传染病的鉴别与预警，以免通过ct检查室传染给其他被检查者。ct影像学鉴别数据可用作基于深度学习的呼吸感染病的关联训练，随着ct影像学鉴别数据的增多，关联训练后的高光谱高维成像系统对呼吸传染病的鉴别预警的准确率会不断提升。
23.上述描述中的实施方案可以进一步组合或者替换，且实施方案仅仅是对本发明的优选实施例进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变化和改进，均属于本发明的保护范围。本发明的保护范围由所附权利要求及其任何等同物给出。