一种校正医学成像设备的机械失准状态的方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明实施例公开了一种校正医学成像设备的机械失准状态的方法和装置。其中，该方法包括：在一个设备模态下对空间模体进行扫描，生成所述空间模体的成像；利用所述空间模体的成像在图像坐标系的空间坐标信息，计算反映所述医学成像设备的机械失准状态的参数；根据计算得到的参数对医学成像设备进行校正；其中，所述参数包括：成像设备坐标系到扫描床坐标系分别沿X轴方向、Y轴方向和Z轴方向的偏移距离，以及，成像设备坐标系到扫描床坐标系分别绕X轴、Y轴和Z轴旋转的偏移角度。根据本发明实施例，不仅可以提高校正的工作效率，同时，还可以保证校正误差不会随机械失准状态的改变而改变，从而将校正误差控制在合理可信的范围内。
【专利说明】一种校正医学成像设备的机械失准状态的方法和装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及医学成像【技术领域】，特别是涉及一种校正医学成像设备的机械失准状态的方法和装置。
【背景技术】
[0002]由于单一设备模态的医学成像设备(如，单一的PET设备或单一的CT设备)仅能提供模体在单一设备模态下的医学图像(如，PET图像或CT图像)往往不能携带足够多的信息，因此，医学上常将模体在不同设备模态的多个医学图像通过图形融合技术而融合在一个图像上，以使得融合后的医学图像能够同时携带更丰富的信息。例如，以将PET(正电子发射计算机断层扫描)图像和CT (计算机X射线断层扫描)图像做融合为例，CT图像可以提供脏器的解剖结构信息，而PET图像可以提供脏器的新陈代谢功能信息，融合后的图像可以同时提供脏器的解剖结构信息以及新陈代谢功能信息。此外，CT图像还可以为PET图像提供用于衰减校正的数据。
[0003]当将在多个设备模态下的图像进行融合时必须要考虑被融合图像的空间一致性。多模态的医学成像设备的出现则大大降低了将多模态的医学图像进行融合的难度。多模态的医学成像设备就是将多个模态的医学成像设备集成在一台设备上，并共享一个扫描床。通过一次扫描患者，便可获得该患者在多个模态下的医学图像，扫描过程中患者无需移动，从而避免了因患者移动、患者多次摆位和扫描床差异等问题带来的空间不一致问题。
[0004]然而，多模态的医学成像设备虽然为一体机，但是，各模态的医学成像设备在空间上是各自独立的，并且，各自拥有独立的孔径，如果因设备的机械失准而导致扫描床的运动方向与医学成像设备的孔径轴向不一致，也会进一步影响到空间一致性。
[0005]目前，虽然现有技术提供了一些对机械失准状态进行校正的方法，但是，在校正的过程中需要采集多个模态 下的医学图像，使校正的工作效率较低。另外，校正误差与机械失准状态的严重程度有关，当机械失准状态较严重时，校正误差就会变大，校正结果也将变得不可信。
【发明内容】
[0006]为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种校正医学成像设备的机械失准状态的方法和装置，以提高校正的工作效率，同时，还可以保证校正误差不会随机械失准状态的改变而改变，从而将校正误差控制在合理可信的范围内。
[0007]本发明实施例公开了如下技术方案:
[0008]一种校正医学成像设备的机械失准状态的方法，包括:
[0009]在一个设备模态下对空间模体进行扫描，生成所述空间模体的成像；
[0010]利用所述空间模体的成像在图像坐标系的空间坐标信息，计算反映所述医学成像设备的机械失准状态的参数；
[0011]根据计算得到的参数对医学成像设备进行校正；[0012]其中，所述参数包括:成像设备坐标系到扫描床坐标系分别沿X轴方向、Y轴方向和Z轴方向的偏移距离，以及，成像设备坐标系到扫描床坐标系分别绕X轴、Y轴和Z轴旋转的偏移角度。
[0013]优选的，当所述医学成像设备为PET、SPECT或MRI设备时，被扫描的空间模体包括:位于扫描床坐标系的Z轴上的Z向线性模体和位于扫描床坐标系的X轴上的X向线性模体；
[0014]则所述在一个设备模态下对空间模体进行扫描，生成所述空间模体的成像具体为:
[0015]在一个设备模态下，通过两个扫描床的床位对所述空间模体进行扫描，生成所述空间模体的两个床位成像，其中，至少通过一个床位对所述X向线性模体进行扫描。
[0016]进一步优选的，利用所述空间模体的成像在图像坐标系的空间坐标信息，具体通过如下方式计算成像设备坐标系到扫描床坐标系分别绕X轴和Y轴旋转的偏移角度:
[0017]计算Z向线性模体的第一床位成像和第二床位成像的空间直线；
[0018]按照关系式
【权利要求】
1.一种校正医学成像设备的机械失准状态的方法，其特征在于，包括: 在一个设备模态下对空间模体进行扫描，生成所述空间模体的成像； 利用所述空间模体的成像在图像坐标系的空间坐标信息，计算反映所述医学成像设备的机械失准状态的参数； 根据计算得到的参数对医学成像设备进行校正； 其中，所述参数包括:成像设备坐标系到扫描床坐标系分别沿X轴方向、Y轴方向和Z轴方向的偏移距离，以及，成像设备坐标系到扫描床坐标系分别绕X轴、Y轴和Z轴旋转的偏移角度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述医学成像设备为PET、SPECT或MRI设备时，被扫描的空间模体包括:位于扫描床坐标系的Z轴上的Z向线性模体和位于扫描床坐标系的X轴上的X向线性模体； 则所述在一个设备模态下对空间模体进行扫描，生成所述空间模体的成像具体为:在一个设备模态下，通过两个扫描床的床位对所述空间模体进行扫描，生成所述空间模体的两个床位成像，其中，至少通过一个床位对所述X向线性模体进行扫描。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，利用所述空间模体的成像在图像坐标系的空间坐标信息，具体通过如下方式计算成像设备坐标系到扫描床坐标系分别绕X轴和Y轴旋转的偏移角度: 计算Z向线性模体的第一床位成像和第二床位成像的空间直线；
按照关系式办1-=4 0计算A1，根据A1确定成像设备坐标系到扫描床坐标系
分别绕X轴和Y轴旋转的偏移角度； 其中，A1为当扫描床坐标系到成像设备坐标系分别绕X和Y轴旋转相应的偏移角度时，空间模体在扫描床坐标系中的空间坐标转换为所述空间模体在成像设备坐标系中的空间
xPlP坐标的旋转矩阵，yP'P为位于所述Z向线性模体的第一床位成像的空间直线上的任意一
—尸圍P点在图像坐标系的空间坐标，为位于所述Z向线性模体的第二床位成像的空间直线上的任意一点在图像坐标系的空间坐标，且zP1P=zP2P。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当扫描床坐标系到成像设备坐标系按照先后绕X、Y和Z轴的顺序旋转时，所述A为
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，利用所述空间模体的成像在图像坐标系的空间坐标信息，具体通过如下方式计算成像设备坐标系到扫描床坐标系绕Z轴旋转的偏移角度: 计算Z向线性模体的第一床位成像和第二床位成像的空间直线；xPiP ~ xPii'OI 按照关系式》.P2p'、.nr =4 0计算A1，再按照关系式Fr =44 O计算A2，根据A2两—辦 确定成像设备坐标系到扫描床坐标系绕Z轴旋转的偏移角度； 其中，A1为当扫描床坐标系到成像设备坐标系分别绕X和Y轴旋转相应的偏移角度时，空间模体在扫描床坐标系中的空间坐标转换为所述空间模体在成像设备坐标系中的空间坐标的旋转矩阵，A2为当扫描床坐标系到成像设备坐标系绕Z轴旋转相应的偏移角度时，空间模体在扫描床坐标系中的空间坐标转换为所述空间模体在成像设备坐标系中的空间坐 标的旋转矩阵，K为所述X向线性模体的成像在图像坐标系的单位向量，ο为扫描床坐
xPir标系中X轴上的单位向量，JW为位于所述Z向线性模体的第一床位成像的空间直线上的_ 任意一点在图像坐标系的空间坐标，为位于所述Z向线性模体的第二床位成像的空
间直线上的任意一点在图像坐标系的空间坐标，且zP1P=zP2Q。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，当扫描床坐标系到成像设备坐标系按照先后绕X、Y和Z轴的顺序旋转时，所述A为 [-sin β 0 ms β 0 sin a cos a0 0 I
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，利用所述空间模体成像在图像坐标系的空间坐标信息，具体通过如下方式计算成像设备坐标系到扫描床坐标系分别沿X轴方向、Y轴方向和Z轴方向的偏移距离: 计算Z向线性模体的第二床位成像与X向线性模体的成像的空间直线； 根据所述Z向线性模体的第二床位成像与所述X向线性模体的成像的空间直线确定一个交点，所述交点在图像坐标系的空间坐标为成像设备坐标系到扫描床坐标系分别沿X轴方向、Y轴方向和Z轴方向的偏移距离。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述医学成像设备为CT设备时，被扫描的空间模体包括:位于扫描床坐标系的X轴上的X向线性模体、位于扫描床坐标系的Y轴上的Y向线性模体和位于扫描床坐标系的Z轴上的Z向线性模体。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，利用所述空间模体的成像在图像坐标系的空间坐标信息，具体通过如下方式计算成像设备坐标系到扫描床坐标系绕X轴旋转的偏移角度: 计算X向线性模体、Y向线性模体和Z向线性模体的成像的空间直线； 在位于所述X向线性模体、Y向线性模体和Z向线性模体的成像的空间直线上选取点，并根据所选取点在图像坐标系的坐标以及所述关系式计算成像设备坐标系到扫描床坐标系分别绕X轴和Y轴旋转的偏移角度； 其中，>V,?c.为Pm点在CT坐标系的空间坐标,yFmT为Pm点在扫描床坐标系的空间 坐标，A为当扫描床坐标系到成像设备坐标系分别绕X、Y轴和Z轴旋转相应的偏移角度时，空间模体在扫描床坐标系中的空间坐标转换为所述空间模体在成像设备坐标系中的空间
坐标的旋转矩阵，JV,,,/为Pm点在图像坐标系中的空间坐标，扫描床坐标系中的Z向线性模体在CT坐标系的向量为(1，m, η)。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，当扫描床坐标系到成像设备坐标系按照先后绕X、Y和Z轴的顺序旋转时，所述A为
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述在位于所述X向线性模体、Y向线性模体和Z向线性模体的成像的空间直线上选取点，并根据所选取点在图像坐标系的坐标以及所述关系式计算成像设备坐标系到扫描床坐标系分别绕X轴旋转的偏移角度，具体包括: 选取所述Z向线性模体和Y向线性模体的成像的空间直线上的任意一点，以及选取X向线性模体、Y向线性模体和Z向线性模体中任意两个线性模体的成像的空间直线的交点；按照关系式a =arctg((Zp51-Zp31)/(yP4I_yP5I))计算成像设备坐标系到扫描床坐标系绕X轴旋转的角度； 其中，α为成像设备坐标系到扫描床坐标系绕X轴旋转的角度，7[)51和Ζρ5Ι分别为位于所述Z向线性模体的成像的空间直线上的任意一点在图像坐标系的Y轴和Z轴坐标，Zp31为X向线性模体、Y向线性模体和Z向线性模体中任意两个线性模体的成像的空间直线的交点在图像坐标系的Z轴坐标，yP4I为位于Y向线性模体的成像的空间直线上的任意一点在图像坐标系的Y轴坐标，且，Zp51=Zp41, zP4I为位于Y向线性模体的成像的空间直线上的任意一点在图像坐标系的Z轴坐标。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述在位于所述X向线性模体、Y向线性模体和Z向线性模体的成像的空间直线上选取点，并根据所选取点在图像坐标系的坐标以及所述关系式计算成像设备坐标系到扫描床坐标系分别绕Y轴旋转的偏移角度，具体包括: 选取X向线性模体和Z向线性模体的成像的空间直线上的任意一点，以及选取X向线性模体、Y向线性模体和Z向线性模体中任意两个线性模体的成像的空间直线的交点； 按照关系式β =arcsin((Zp31-Zp21)/Xp11-Xp21))计算成像设备坐标系到扫描床坐标系绕Y轴旋转的角度； 其中，β为成像设备坐标系到扫描床坐标系绕Y轴旋转的角度，ζΡ3Ι为乂向线性模体、Y向线性模体和Z向线性模体中任意两个线性模体的成像的空间直线的交点在图像坐标系的Z轴坐标，Xp21和Ζρ2Ι分别为位于Z向线性模体的成像的空间直线上的任意一点在图像坐标系的X轴和Z轴坐标，XpiI为位于X向线性模体的成像的空间直线上的任意一点在图像坐标系的X轴坐标，且ΖΡ2Ι=ΖΡ1Ι，Zpii为位于X向线性模体的成像的空间直线上的任意一点在图像坐标系的Z轴坐标。
13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述在位于所述X向线性模体、Y向线性模体和Z向线性模体的成像的空 间直线上选取点，并根据所选取点在图像坐标系的坐标以及所述关系式计算成像设备坐标系到扫描床坐标系分别绕Z轴旋转的偏移角度，具体包括: 选取X向线性模体的成像的空间直线上的任意一点，以及选取X向线性模体、Y向线性模体和Z向线性模体中任意两个线性模体的成像的空间直线的交点； 按照关系式r = arcsin((>'Fl/ — yF?f)/(cos^(xt,u -X^1Y +(yn, -Vp^j)2+(ζη?))计算成像设备坐标系到扫描床坐标系绕Z轴旋转的角度； 其中，Y为成像设备坐标系到扫描床坐标系绕Z轴旋转的角度，11>31、71)31和Zp31分别为X向线性模体、Y向线性模体和Z向线性模体中任意两个线性模体的成像的空间直线的交点在图像坐标系的X轴、Y轴和Z轴坐标，Xp11 > Yp11和Zp11分别为位于X向线性模体的成像的空间直线上的任意一点在图像坐标系的X轴、Y轴和Z轴坐标，cos β为成像设备坐标系到扫描床坐标系绕Y轴旋转的角度余弦值。
14.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，利用所述空间模体关于所述一个设备模态的成像在图像坐标系的空间坐标信息，具体通过如下方式计算成像设备坐标系到扫描床坐标系分别沿X轴方向、Y轴方向和Z轴方向的偏移距离: 计算所述空间模体中的X向线性模体、Y向线性模体和Z向线性模体中任意两个线性模体的成像的空间直线； 根据所述空间模体中的X向线性模体、Y向线性模体和Z向线性模体中任意两个线性模体的成像的空间直线确定一个交点，所述交点的空间坐标为成像设备坐标系到扫描床坐标系分别沿X轴方向、Y轴方向和Z轴方向的偏移距离。
15.一种校正医学成像设备的机械失准状态的装置，其特征在于，包括: 图像生成单元，用于在一个设备模态下对空间模体进行扫描，生成所述空间模体的成像； 参数计算单元，用于利用所述空间模体的成像在图像坐标系的空间坐标信息，计算反映所述医学成像设备的机械失准状态的参数； 校正单元，用于根据计算得到的参数对医学成像设备进行校正； 其中，所述参数包括:成像设备坐标系到扫描床坐标系分别沿X轴方向、Y轴方向和Z轴方向的偏移距离，以及，成像设备坐标系到扫描床坐标系分别绕X轴、Y轴和Z轴旋转的偏移角度。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，当所述医学成像设备为PET、SPECT或MRI设备时，被扫描的空间模体包括:位于扫描床坐标系的Z轴上的Z向线性模体和位于扫描床坐标系的X轴上的X向线性模体； 所述图像生成单元，具体用于在一个设备模态下，通过两个扫描床的床位对所述空间模体进行扫描，生成所述空间模体的两个床位成像，其中，至少通过一个床位对所述X向线性模体进行扫描。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述参数计算单元包括: 空间直线第一计算子单元，用于计算Z向线性模体的第一床位成像和第二床位成像的空间直线；
「1尸2/> — XpU!O 偏移角度第一确定子单元，用于按照关系式=A O计算A1，根据A1确定
I — — ”/I
L—尸，Jy —尸IZi成像设备坐标系到扫描床坐标系分别绕X轴和Y轴旋转的偏移角度； 其中，A1为当扫描床坐标系到成像设备坐标系分别绕X和Y轴旋转相应的偏移角度时，空间模体在扫描床坐标系中的空间坐标转换为所述空间模体在成像设备坐标系中的空间
xPlP坐标的旋转矩阵，为位于所述Z向线性模体的第一床位成像的空间直线上的任意一
?
xPlP点在图像坐标系的空间坐标，yP2P为位于所述z向线性模体的第二床位成像的空间直线
_^P2P _上的任意一点在图像坐标系的空间坐标，且Zpip = Zp2po
18.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述参数计算单元包括: 空间直线第一计算子单元，用于计算Z向线性模体的第一床位成像和第二床位成像的空间直线；一.Y pipO偏移角度第二确定子单元，用于按照关系式ypnrynF =A1 O计算A1，按照关系式 K = A2A1 O计算A2,根据A2确定成像设备坐标系到扫描床坐标系绕Z轴旋转的偏移角K] LOJ度； 其中，A1为当扫描床坐标系到成像设备坐标系分别绕X和Y轴旋转相应的偏移角度时，空间模体在扫描床坐标系中的空间坐标转换为所述空间模体在成像设备坐标系中的空间坐标的旋转矩阵，A2为当扫描床坐标系到成像设备坐标系绕Z轴旋转相应的偏移角度时，空间模体在扫描床坐标系中的空间坐标转换为所述空间模体在成像设备坐标系中的空间坐P.'.]P]标的旋转矩阵，K为所述X向线性模体的成像在图像坐标系的单位向量，ο为扫描床—F」 坐标系中X轴上的单位向量，为位于所述Z向线性模体的第一床位成像的空间直线
Jpxr JP2P上的任意一点在图像坐标系的空间坐标，为位于所述Z向线性模体的第二床位成像
^riP __的空间直线上的任意一点在图像坐标系的空间坐标，且Zplp = Zp2qo
19.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述参数计算单元包括: 空间直线第二计算子单元，用于计算所述Z向线性模体的第二床位成像与X向线性模体的成像的空间直线； 偏移距离第一确定子单元，用于根据所述Z向线性模体的第二床位成像与所述X向线性模体的成像的空间直线确定一个交点，所述交点在图像坐标系的空间坐标为成像设备坐标系到扫描床坐标系分别沿X轴方向、Y轴方向和Z轴方向的偏移距离。
20.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，当所述医学成像设备为CT设备时，被扫描的空间模体包括:位于扫描床坐标系的X轴上的X向线性模体、位于扫描床坐标系的Y轴上的Y向线性模体和位于扫描床坐标系的Z轴上的Z向线性模体。
21.根据权利要求20所述的装置，其特征在于，所述参数计算单元包括: 空间直线第三计算子单元，用于计算X向线性模体、Y向线性模体和Z向线性模体的成像的空间直线； 关系式构建子单元，用于构建关系式 fpmC = *4 JW-ZPmC J Lnr J偏移角度计算子单元，用于在位于所述X向线性模体、Y向线性模体和Z向线性模体的成像的空间直线上选取点，并根据所选取点在图像坐标系的坐标以及所述关系式计算成像设备坐标系到扫描床坐标系分别绕X轴和Y轴旋转的偏移角度； xPmCxPmT 其中，.Vhtic为Pm点在CT坐标系的空间坐标，为Pm点在扫描床坐标系的空间
坐标，A为当扫描床坐标系到成像设备坐标系分别绕X、Y轴和Z轴旋转相应的偏移角度时，空间模体在扫描床坐标系中的空间坐标转换为所述空间模体在成像设备坐标系中的空间
—jW —坐标的旋转矩阵，ynnl为Pm点在图像坐标系中的空间坐标，扫描床坐标系中的Z向线性模体在CT坐标系的向量为(1，m, η)。
22.根据权利要求21所述的装置，其特征在于，当扫描床坐标系到成像设备坐标系按照先后绕X、Y和Z轴的顺序旋转时，所述A为
【文档编号】A61B6/03GK103479377SQ201310393231
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月2日 优先权日:2013年9月2日
【发明者】刘月, 李明, 韩震, 常杰 申请人:沈阳东软医疗系统有限公司