一种CT成像视野调整方法、CT成像方法、CT成像系统

摘要

本发明公开了一种CT成像视野调整方法、CT成像方法、CT成像系统，CT成像视野调整方法包含步骤A1：获取患者拍摄部位各角度的二维图像数据并进行分析、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结构；步骤A2：对各角度的点云进行配准，得到拍摄部位的完整点云三维数据，重建拍摄部位的三维图像；步骤A3：根据重建的三维图像选择成像范围；步骤A4：根据成像范围确定CT扫描射线覆盖范围的扫描参数；步骤A5：根据扫描参数调整CT扫描射线的覆盖范围；通过结构光三维表面重建技术在CT扫描前获得物体的三维结构信息，获得成像视野调整参数，无需X射线额外扫描，减少病人接收额外的剂量。

说明书

技术领域

本发明涉及CT成像领域，具体涉及一种CT成像视野调整方法、CT成像方法、CT成像系统。

背景技术

在CT(Computed Tomography,计算机断层成像)扫描前，需要确定被扫描部位的成像区域，通过限束器的控制来让X射线只扫描感兴趣区域ROI(region of interest)。传统方法是通过拍摄一张或多张二维图像定位片来获得和调整成像视野的参数，这种方法额外增加了病人接受的剂量，在调整成像视野时也不够直观。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有技术中通过扫描一张或多张定位片后选择成像视野，不但增加了病人接受的剂量，同时也使成像视野调整不够直观准确的情况，本发明提供一种CT成像视野调整方法，通过结构光三维表面重建技术在CT扫描前获得物体的三维结构信息，获得成像视野调整参数，而无需X射线额外扫描，减少病人接收额外剂量的同时，对于操作人员可以用更加直观的方法获得更加准确的结果，用以解决现有技术导致的缺陷。

本发明还提供一种CT成像视野调整方法；

本发明还提供一种结构光三维表面重建CT成像系统；

本发明还提供一种结构光三维表面重建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成像视野调整方法，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并进行分析、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结构；

步骤A2：对各角度的点云进行配准，得到拍摄部位的完整点云三维数据，重建拍摄部位的三维图像；

步骤A3：根据重建的三维图像选择成像范围；

步骤A4：根据成像范围确定CT扫描射线覆盖范围的扫描参数；

步骤A5：根据扫描参数调整CT扫描射线的覆盖范围。

上述的一种CT成像视野调整方法，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成像视野调整方法，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，根据完整点云计算得到三维数据；

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成像视野调整方法，其中，步骤A3中选择的所述成像范围为一个圆柱体。

上述的一种CT成像视野调整方法，其中，步骤A4根据所述扫描参数调整射线源覆盖范围的方法为通过所述扫描参数调整限束器。

上述的一种CT成像视野调整方法，其中，所述限束器内置有两个纵向移动的第一挡板与两个横向移动的第二挡板，两个所述第一挡板与两个所述第二挡板围成的中间区域为CT扫描射线穿过区域；

所述扫描参数为两个所述第一挡板之间的开口长度与两个所述第二挡板之间的开口长度；

两个所述第一挡板之间的开口长度计算公式为：l

两个所述第二挡板之间的开口长度计算公式为：l

其中，d为成像范围圆柱体的直径；

L为成像范围圆柱体的高度；

f

f

第二方面，一种结构光三维表面重建CT成像方法，其中，包含以下步骤：

步骤B1：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B2：根据CT成像视野调整方法步骤A1-步骤A4获取CT扫描射线覆盖范围的扫描参数；

步骤B3：控制CT扫描射线源工作发出X射线；

步骤B4：探测器同步接收经过患者的X射线；

步骤B5：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。

第三方面，一种结构光三维表面重建CT成像系统，其中，包含主机、射线源、探测器、3D相机模组、限束器、旋转支架、旋转平台、控制器，所述主机上设有连接所述旋转支架的机械臂，所述射线源、所述探测器、所述3D相机模组、所述限束器均安装于所述旋转支架的底部，所述旋转平台设置于所述射线源与所述探测器之间，所述限束器设置于所述射线源与所述旋转平台之间，所述3D相机模组设置于所述旋转平台的一侧，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、所述限束器、所述机械臂；

所述旋转支架的旋转轴与所述旋转平台的旋转轴同轴；

所述限束器内置有两个纵向移动的第一挡板与两个横向移动的第二挡板，两个所述第一挡板与两个所述第二挡板围成的中间区域为CT扫描射线穿过区域。

上述的一种结构光三维表面重建CT成像系统，其中，所述3D相机模组包含数字光处理结构光源、相机，所述相机包含有一个或多个摄像头，所述数字光处理结构光源为数字光处理投影仪，所述控制器分别控制连接所述结构光源、所述相机。

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

步骤C1：患者位于射线源与所述探测器之间；

步骤C2：选择扫描拍摄部位；

步骤C3：控制器控制旋转平台或旋转支架旋转的同时控制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C4：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结构；

步骤C5：对各角度的点云进行配准，得到拍摄部位的完整点云三维数据，根据完整点云三维数据重建患者拍摄部位的三维图像；

步骤C6：在三维图像上用圆柱体选定CT扫描的成像范围；

步骤C7：控制器依据成像范围控制并调整限束器内第一挡板与第二挡板的位置；

步骤C8：控制旋转平台旋转或旋转支架旋转的同时探测器同步接收经过患者的X射线；

步骤C9：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成像视野调整方法、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成像视野调整方法的流程图；

图2为本发明一种CT成像视野调整方法中调整两个第一挡板之间距离的原理结构示意图；

图3为本发明一种CT成像视野调整方法中调整两个第二挡板之间距离的原理结构示意图；

图4为本发明一种结构光三维表面重建CT成像方法的流程图；

图5为本发明一种结构光三维表面重建CT成像系统的结构示意图；

图6为本发明一种结构光三维表面重建CT成像系统操作方法的流程图；

图7为本发明一种结构光三维表面重建CT成像中调整成像范围的示意图。

其中，附图标记如下：

射线源101、第一挡板102、X射线103、旋转轴104、第二挡板201、旋转平台301、探测器302、3D相机模组303、控制器304、主机305、旋转支架306、机械臂307、限束器308。

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成像视野调整方法，目的是通过结构光三维表面重建技术在CT扫描前获得物体的三维结构信息，获得成像视野调整参数，而无需X射线103额外扫描，减少病人接收额外剂量的同时，对于操作人员可以用更加直观的方法获得更加准确的结果。

如图1所示，第一方面，第一实施例，一种CT成像视野调整方法，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并进行分析、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结构；

步骤A2：对各角度的点云进行配准，得到拍摄部位的完整点云三维数据，重建拍摄部位的三维图像；

步骤A3：根据重建的三维图像选择成像范围；

步骤A4：根据成像范围确定CT扫描射线覆盖范围的扫描参数；

步骤A5：根据扫描参数调整CT扫描射线的覆盖范围。

其中，步骤A1中采用3D相机模组303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303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303内部基线距离；

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，根据完整点云计算得到三维数据；

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7所示，其中，步骤A3中选择的成像范围为一个圆柱体，在通过结构光三维重建得到的患者拍摄部位的三维图像中，用一个圆柱体标记出成像范围，操作人员可以通过调整该圆柱体的大小与位置来确定想要得到的成像范围，从而让X射线精准扫描这一区域，得到成像范围内的三维CT重建图像。

其中，步骤A4根据扫描参数调整射线源101覆盖范围的方法为通过扫描参数调整限束器308。

如图2-3所示，其中，限束器308内置有两个纵向移动的第一挡板102与两个横向移动的第二挡板201，两个第一挡板102与两个第二挡板201围成的中间区域为CT扫描射线穿过区域；

扫描参数为两个第一挡板102之间的开口长度与两个第二挡板201之间的开口长度；

两个第一挡板102之间的开口长度计算公式为：l

两个第二挡板201之间的开口长度计算公式为：l

其中，d为成像范围圆柱体的直径；

L为成像范围圆柱体的高度；

f

f

如图4所示，第二方面，第二实施例，一种结构光三维表面重建CT成像方法，其中，包含以下步骤：

步骤B1：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B2：根据CT成像视野调整方法步骤A1-步骤A4获取CT扫描射线覆盖范围的扫描参数；

步骤B3：控制CT扫描射线源101工作发出X射线103；

步骤B4：探测器302同步接收经过患者的X射线103；

步骤B5：获取相应角度下X射线103透视图像或经重建算法得到三维CT重建图像。

如图5所示，第三方面，第三实施例，一种结构光三维表面重建CT成像系统，其中，包含主机305、射线源101、探测器302、3D相机模组303、限束器308、旋转支架306、旋转平台301、控制器304，主机305上设有连接旋转支架306的机械臂307，射线源101、探测器302、3D相机模组303、限束器308均安装于旋转支架306的底部，旋转平台301设置于射线源101与探测器302之间，限束器308设置于射线源101与旋转平台301之间，3D相机模组303设置于旋转平台301的一侧，控制器304分别控制连接射线源101、旋转平台301、探测器302、3D相机模组303、限束器308、机械臂307；

旋转支架306的旋转轴104与旋转平台301的旋转轴104同轴；

限束器308内置有两个纵向移动的第一挡板102与两个横向移动的第二挡板201，两个第一挡板102与两个第二挡板201围成的中间区域为CT扫描射线穿过区域。

上述的一种结构光三维表面重建CT成像系统，其中，3D相机模组303包含数字光处理结构光源、相机，相机包含有一个或多个摄像头，数字光处理结构光源为数字光处理投影仪，控制器304分别控制连接结构光源、相机。

如图6所示，第四方面，第四实施例，一种结构光三维表面重建CT成像系统的操作方法，其中，包含以下步骤：

步骤C1：患者位于射线源101与探测器302之间；

步骤C2：选择扫描拍摄部位；

步骤C3：控制器304控制旋转平台301或旋转支架306旋转的同时控制3D相机模组303工作，扫描拍摄患者各角度的目标二维图像数据；

步骤C4：控制器304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结构；

步骤C5：对各角度的点云进行配准，得到拍摄部位的完整点云三维数据，根据完整点云三维数据重建患者拍摄部位的三维图像；

步骤C6：在三维图像上用圆柱体选定CT扫描的成像范围；

步骤C7：控制器304依据成像范围控制并调整限束器308内第一挡板102与第二挡板201的位置；

步骤C8：控制旋转平台301旋转或旋转支架306旋转的同时探测器302同步接收经过患者的X射线103；

步骤C9：得到相应角度下X射线103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成像视野调整方法、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扫描前获得物体的三维结构信息，获得成像视野调整参数，而无需X射线额外扫描，减少病人接收额外剂量的同时，对于操作人员可以用更加直观的方法获得更加准确的结果。

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。