一种CT成像自动剂量调整方法、CT成像方法、系统

摘要

本发明公开了一种CT成像自动剂量调整方法、CT成像方法、系统，剂量调整方法包含步骤A1：获取患者拍摄部位各角度的二维图像数据进行分析，计算各角度拍摄部位的目标深度数据，得到各角度的点云，恢复出各角度拍摄部位三维表面结构；步骤A2：对各角度的点云进行配准，得到扫描拍摄部位的完整点云三维数据，根据完整点云三维数据计算扫描拍摄部位各角度的平均厚度；步骤A3：根据扫描拍摄部位各角度的平均厚度计算各角度的曝光参数；步骤A4：根据曝光参数调整射线源发出射线。能够通过采集患者拍摄部位的二维图像数据进行各角度的扫描曝光参数的预估，进而自动调整射线源进行CT扫描，在保证图像质量的同时，减少患者的辐射剂量。

说明书

技术领域

本发明涉及CT成像领域，具体涉及一种CT成像自动剂量调整方法、CT成像方法、系统。

背景技术

CT(Computed Tomography,计算机断层成像)通过射线源发出X射线扫描物体获得衰减后的X射线得到物体解剖结构信息，曝光参数影响获得的图像质量，传统方法(如专利US5003572)通过反复扫描获得二维图像亮度信息调节曝光参数，该种方法不但由于额外扫描增加了病人接收的剂量，同时也无法预估扫描曝光参数，在三维重建过程中仅通过某个角度的二维图像信息确定整个扫描的曝光参数，对于各扫描角度厚度差异较大的物体，存在某个扫描角度过曝或曝光不足的情况，影响重建图像质量或者给患者带来不必要的过度辐射剂量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有技术中反复扫描获得的二维图像亮度信息调节曝光参数不但由于额外扫描增加了病人接收的剂量，同时也无法预估扫描曝光参数，在三维重建过程中仅通过某个角度的二维图像信息确定整个扫描的曝光参数，对于各扫描角度厚度差异较大的物体，存在某个扫描角度过曝或曝光不足的情况，本发明提供一种CT成像自动剂量调整方法，通过采集患者拍摄部位的二维图像数据进行各角度的扫描曝光参数的预估，进而自动调整剂量，无需额外的辐射，便能够根据曝光参数自动提供适宜的射线，能够在保证图像质量的同时，尽量减少不同患者的辐射剂量；通过结构光三维表面重建技术在CT扫描前获得患者扫描部位的三维结构数据，并恢复出拍摄部位的三维表面结构，用以解决现有技术导致的缺陷。

本发明还提供一种结构光三维表面重建自动剂量控制CT成像方法；

本发明还提供一种结构光三维表面重建自动剂量控制CT成像系统；

本发明还提供一种结构光三维表面重建自动剂量控制CT成像系统的操作方法。

为解决上述技术问题本发明提供以下的技术方案：

第一方面，一种CT成像自动剂量调整方法，其中，包含以下步骤：

步骤A1：获取患者拍摄部位各角度的二维图像数据进行分析，计算各角度拍摄部位的目标深度数据，得到各角度的点云，恢复出各角度拍摄部位三维表面结构；

步骤A2：对各角度的点云进行配准，得到扫描拍摄部位的完整点云三维数据，根据完整点云三维数据计算扫描拍摄部位各角度的平均厚度；

步骤A3：根据扫描拍摄部位各角度的平均厚度计算各角度的曝光参数；

步骤A4：根据曝光参数调整射线源发出射线进行CT扫描。

上述的一种CT成像自动剂量调整方法，其中，步骤A1中采用3D相机模组获取患者拍摄部位各角度的二维图像数据，并根据三角测量法视差原理重建得到目标深度数据，计算公式如下：

D＝B*f/d；

其中D为根据3D相机模组采集得到的二维图像数据最终恢复得到的目标深度信息；

B为3D相机模组内部基线距离；

f为摄像头焦距；

d为目标点的视差值。

上述的一种CT成像自动剂量调整方法，其中，步骤A2中对各角度的点云通过迭代最近点算法(Iterative Closest Point简称ICP)进行配准；

具体配准过程如下：

通过迭代最近点算法计算相邻两个角度点云间的刚体变换矩阵，将各角度的点云依次进行刚体变换，并统一到摄像头初始位置坐标系，处理得到完整点云，根据完整点云计算拍摄部位的三维数据；

计算完整点云三维数据的公式如下：

p

其中，R和t分别为刚体变换矩阵中的旋转分量和平移分量；

p

p

上述的一种CT成像自动剂量调整方法，其中，步骤A3中曝光参数包含电压、电流、曝光时间，当仅获取二维图像数据时，电压、电流、曝光时间均可改变；当进行三维重建时，扫描过程中电压保持不变，仅改变电流和曝光时间，且不同扫描拍摄部位的电流和曝光时间的乘积与平均厚度成正比；

三维重建时计算曝光参数的具体步骤如下：

步骤B1：根据扫描拍摄部位确定电压、单位平均厚度下的参考电流和参考曝光时间；

步骤B2：判断参考曝光时间与实际平均厚度的乘积是否超出曝光时间极限；

步骤B3：若是，扫描曝光时间设定为极限值，根据该极限值，实际平均厚度及参考曝光参数计算扫描电流；

若否，扫描曝光时间为实际平均厚度与参考曝光时间乘积，扫描电流为参考电流。

上述的一种CT成像自动剂量调整方法，其中，步骤B1中的电压、单位平均厚度下的参考电流和参考曝光时间根据不同部位物质的特性及平均衰减系数确定。

上述的一种CT成像自动剂量调整方法，其中，步骤B3中扫描电流的计算公式为：

C

其中C

T

T

C

L为物体在该扫描角度的平均厚度。

第二方面，一种结构光三维表面重建自动剂量控制CT成像方法，其中，包含以下步骤：

步骤C1：选择扫描拍摄部位，对患者拍摄部位进行各角度的拍摄，得到患者拍摄部位各角度的目标二维图像数据；

步骤C2：根据CT成像自动剂量调整方法步骤A1-步骤A4获取射线源曝光参数；

步骤C3：控制射线源工作发出射线，扫描患者时每个角度可以用相同的电流和曝光时间参数进行扫描，也可以用不同的电流和曝光时间参数进行扫描；

对患者拍摄部位进行各角度的CT扫描需进行校准，校准时预先获取不同电压(kV)、电流(mA)、曝光时间(ms)的空气图像，建立电压(kV)、电流(mA)、曝光时间(ms)与探测器像素值的对应关系；

步骤C4：探测器同步接收经过患者的X射线；

步骤C5：获取相应角度下X射线透视图像或经重建算法得到三维CT重建图像，重建时，根据每个扫描角度的电流和曝光时间，对每个投影角的投影数据做相应的数值修正。

上述的一种结构光三维表面重建自动剂量控制CT成像方法，其中步骤C5中的三维CT重建图像依据比尔定律获得三维CT重建图像解剖结构，计算公式如下：

其中I

μ为衰减系数；

x为射线经过物体的长度；

I

L

第三方面，一种结构光三维表面重建自动剂量控制CT成像系统，其中，包含射线源、旋转平台、探测器、3D相机模组、控制器，所述旋转平台设置于所述射线源与所述探测器之间，所述3D相机模组设置于所述旋转平台的一侧，可靠近射线源放置，也可靠近探测器放置，所述控制器分别控制连接所述射线源、所述旋转平台、所述探测器、所述3D相机模组。

上述的一种结构光三维表面重建自动剂量控制CT成像系统，其中，所述3D相机模组包含结构光源、相机，所述相机包含有一个或多个摄像头，所述控制器分别控制连接所述结构光源、所述相机，所述控制器顺序控制所述结构光源投射编码结构光以及控制所述相机采集二维图像数据。

上述的一种结构光三维表面重建自动剂量控制CT成像系统，其中，所述结构光源为数字光处理投影仪。

第四方面，一种结构光三维表面重建自动剂量控制CT成像系统的操作方法，其中，包含以下步骤：

步骤D1：患者位于射线源与探测器之间的旋转平台上；

步骤D2：选择扫描拍摄部位；

步骤D3：控制器控制旋转平台旋转的同时控制3D相机模组工作，扫描拍摄患者各角度的目标二维图像数据；

步骤D4：控制器对采集的目标二维图像数据进行分析，计算各角度拍摄部位的目标深度数据，得到各角度的点云，恢复出各角度拍摄部位三维表面结构；

步骤D5：对各角度的点云进行配准，得到扫描拍摄部位的完整点云三维数据，根据完整点云三维数据计算扫描拍摄部位各角度的平均厚度；

步骤D6：控制器根据扫描拍摄部位各角度的平均厚度计算各角度的曝光参数；

步骤D7：控制器将曝光参数传输至射线源，控制器控制射线源工作发出射线；

步骤D8：控制旋转平台旋转的同时探测器同步接收经过患者的X射线；

步骤D9：得到相应角度下X射线透视图像或经重建算法得到三维CT重建图像。

本发明一种CT成像自动剂量调整方法、CT成像方法、CT成像系统及CT成像系统操作方法提供的技术方案具有以下技术效果：

通过结构光三维表面重建技术在CT扫描前获得患者扫描部位的三维结构数据，并恢复出拍摄部位的三维表面结构；

通过对三维表面结构数据的分析进行各角度的扫描曝光参数的预估，进而自动调整射线源进行CT扫描，无需额外的辐射，便能够根据曝光参数自动提供适宜的射线，能够在保证图像质量的同时，尽量减少不同患者的辐射剂量。

附图说明

图1为本发明一种CT成像自动剂量调整方法的流程图；

图2为本发明一种CT成像自动剂量调整方法中计算曝光参数的流程图；

图3为本发明一种结构光三维表面重建自动剂量控制CT成像方法的流程图；

图4为本发明一种结构光三维表面重建自动剂量控制CT成像系统的结构示意图；

图5为本发明一种结构光三维表面重建自动剂量控制CT成像系统的操作方法流程图。

其中，附图标记如下：

射线源101、旋转平台102、探测器103、3D相机模组104、控制器105。

具体实施方式

为了使发明实现的技术手段、创造特征、达成目的和功效易于明白了解，下面结合具体图示，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

本发明的第一实施例是提供一种CT成像自动剂量调整方法，目的是通过采集患者拍摄部位的二维图像数据进行各角度的扫描曝光参数的预估，进而自动调整射线源的剂量，无需额外的辐射，便能够根据曝光参数自动提供适宜的射线，能够在保证图像质量的同时，尽量减少不同患者的辐射剂量；通过结构光三维表面重建技术在CT扫描前获得患者扫描部位的三维结构数据，并恢复出拍摄部位的三维表面结构。

如图1所示，第一方面，第一实施例，一种CT成像自动剂量调整方法，其中，包含以下步骤：

步骤A1：获取患者拍摄部位各角度的二维图像数据进行分析，计算各角度拍摄部位的目标深度数据，得到各角度的点云，恢复出各角度拍摄部位三维表面结构；

步骤A2：对各角度的点云进行配准，得到扫描拍摄部位的完整点云三维数据，根据完整点云三维数据计算扫描拍摄部位各角度的平均厚度；

步骤A3：根据扫描拍摄部位各角度的平均厚度计算各角度的曝光参数；

步骤A4：根据曝光参数调整射线源101发出射线进行CT扫描。

其中，步骤A1中采用3D相机模组获取患者拍摄部位各角度的二维图像数据，并根据三角测量法视差原理重建得到目标深度数据，计算公式如下：

D＝B*f/d；

其中D为根据3D相机模组104(双目摄像头同步采集)采集得到的二维图像数据最终恢复得到的目标深度信息；

B为3D相机模组104内部双目摄像头的基线距离，即两个摄像头水平方向的安装距离；

f为摄像头焦距；

d为目标点的视差值。

其中，步骤A2中对各角度的点云通过迭代最近点算法(Iterative Closest Point简称ICP)进行配准；

具体配准过程如下：

通过迭代最近点算法计算相邻两个角度点云间的刚体变换矩阵，将各角度的点云依次进行刚体变换，并统一到摄像头初始位置坐标系，处理得到完整点云，根据完整点云计算拍摄部位的三维数据；

计算完整点云三维数据的公式如下：

p

其中，R和t分别为刚体变换矩阵中的旋转分量和平移分量；

p

p

如图2所示，其中，步骤A3中曝光参数包含电压、电流、曝光时间，当仅获取二维图像数据时，电压、电流、曝光时间均可改变；当进行三维重建时，扫描过程中电压保持不变，仅改变电流和曝光时间，且不同扫描拍摄部位的电流和曝光时间的乘积与平均厚度成正比；

三维重建时计算曝光参数的具体步骤如下：

步骤B1：根据扫描拍摄部位确定电压、单位平均厚度下的参考电流和参考曝光时间；

步骤B2：判断参考曝光时间与实际平均厚度的乘积是否超出曝光时间极限；

步骤B3：若是，扫描曝光时间设定为极限值，根据该极限值，实际平均厚度及参考曝光参数计算扫描电流；

若否，扫描曝光时间为R2与参考曝光时间乘积，扫描电流为参考电流。

其中，步骤B1中的电压、单位平均厚度下的参考电流和参考曝光时间根据不同部位物质的特性及平均衰减系数确定。

其中，步骤B3中扫描电流的计算公式为：

C

其中C

T

T

C

L为物体在该扫描角度的平均厚度。

如图3所示，第二方面，第二实施例，一种结构光三维表面重建自动剂量控制CT成像方法，其中，包含以下步骤：

步骤C1：选择扫描拍摄部位，对患者拍摄部位进行各角度的拍摄，得到患者拍摄部位各角度的目标二维图像数据；

步骤C2：根据CT成像自动剂量调整方法步骤A1-步骤A4获取射线源101曝光参数；

步骤C3：控制射线源101工作发出射线，扫描患者时每个角度可以用相同的电流和曝光时间参数进行扫描，也可以用不同的电流和曝光时间参数进行扫描；

对患者拍摄部位进行各角度的CT扫描需进行校准，校准时预先获取不同电压(kV)、电流(mA)、曝光时间(ms)的空气图像，建立电压(kV)、电流(mA)、曝光时间(ms)与探测器像素值的对应关系；

步骤C4：探测器103同步接收经过患者的X射线；

步骤C5：获取相应角度下X射线透视图像或经重建算法得到三维CT重建图像，重建时，根据每个扫描角度的电流和曝光时间，对每个投影角的投影数据做相应的数值修正。

其中，步骤C5中的三维CT重建图像依据比尔定律获得三维CT重建图像解剖结构，计算公式如下：

其中I

μ为衰减系数；

x为射线经过物体的长度；

I

L

如图4所示，第三方面，第三实施例，一种结构光三维表面重建自动剂量控制CT成像系统，其中，包含射线源101、旋转平台102、探测器103、3D相机模组104、控制器105，旋转平台102设置于射线源101与探测器103之间，3D相机模组104设置于旋转平台102的一侧，可靠近射线源101放置，也可靠近探测器103放置，控制器105分别控制连接射线源101、旋转平台102、探测器103、3D相机模组104。

其中，3D相机模组104包含结构光源、相机，相机包含有一个或多个摄像头，控制器105分别控制连接数字光处理结构光源、相机，控制器105顺序控制结构光源投射编码结构光以及控制相机采集二维图像数据。

其中，结构光源为数字光处理投影仪。

如图5所示，第四方面，第四实施例，一种结构光三维表面重建自动剂量控制CT成像系统的操作方法，其中，包含以下步骤：

步骤D1：患者位于射线源101与探测器103之间的旋转平台102上；

步骤D2：选择扫描拍摄部位；

步骤D3：控制器105控制旋转平台102旋转的同时控制3D相机模组104工作，扫描拍摄患者各角度的目标二维图像数据；

步骤D4：控制器105对采集的目标二维图像数据进行分析，计算各角度拍摄部位的目标深度数据，得到各角度的点云，恢复出拍摄部位三维表面结构；

步骤D5：对各角度的点云进行配准，得到扫描拍摄部位的完整点云三维数据，根据完整点云三维数据计算扫描拍摄部位各角度的平均厚度；

步骤D6：控制器105根据扫描拍摄部位各角度的平均厚度计算各角度的曝光参数；

步骤D7：控制器105将曝光参数传输至射线源101，控制器105控制射线源101工作发出射线；

步骤D8：控制旋转平台102旋转的同时探测器103同步接收经过患者的X射线；

步骤D9：得到相应角度下X射线透视图像或经重建算法得到三维CT重建图像。

综上，本发明的一种CT成像自动剂量调整方法、CT成像方法、CT成像系统及CT成像系统操作方法，通过结构光三维表面重建技术在CT扫描前获得患者扫描部位的三维结构数据，并恢复出拍摄部位的三维表面结构；通过对三维表面结构数据的分析进行各角度的扫描曝光参数的预估，进而自动调整射线源进行CT扫描，无需额外的辐射，便能够根据曝光参数自动提供适宜的射线，能够在保证图像质量的同时，尽量减少不同患者的辐射剂量。

以上对发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改做出若干简单推演、变形或替换，这并不影响发明的实质内容。