一种基于运动检测的CT扫描辅助系统及方法

一种基于运动检测的ct扫描辅助系统及方法
技术领域
1.本发明涉及ct扫描技术领域，尤其是一种基于运动检测的ct扫描辅助系统及方法。


背景技术：

2.当患者进行ct扫描时，理想情况下，患者应该是保持静止的，否则，扫描部位发生较大幅度运动，扫描后得到的ct图像会含有运动伪影（如果幅度较小，通过运动补偿算法是可以有效校正，不用二次扫描），ct图像中的器官组织结构信息模糊，影响医生的诊断，只能对患者重新进行ct扫描，这就造成患者接受了双倍的x射线辐射剂量。现有技术的解决方案包括：
①
技师对患者进行扫描后，根据重建的ct图像才能判断是否患者发生运动，从而决定是否需要重新扫描；
②
通过安装在ct扫描室的摄像头拍摄的视频，技师肉眼观看视频判断患者是否发生运动从而决定是否需要停止扫描。对于
①
，患者将会接受二次x射线辐射剂量；对于
②
，只凭医生肉眼主观判断，容易看漏，因为技师总不能时刻保持眼睛一直盯着视频看，同时也会产生视觉疲劳。因此，现有技术并不能有效解决患者运动造成ct图像运动伪影进而导致过量x射线辐射剂量的问题。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明实施例提供一种高效的，一种基于运动检测的ct扫描辅助系统及方法。
4.一方面，本发明的实施例提供了一种基于运动检测的ct扫描辅助系统，应用于ct扫描设备，包括x射线剂量检测模块、运动检测模块、曝光停止提示模块、补扫模块和配准模块；所述x射线剂量检测模块，用于对ct扫描设备进行x射线检测，当检测到x射线，输出第一检测信号；所述运动检测模块，用于对目标对象进行运动检测，当检测到所述目标对象发生运动，输出第二检测信号；所述曝光停止提示模块，用于根据所述第一检测信号和所述第二检测信号，输出中断信号；其中，ct扫描设备根据所述中断信号，输出第一扫描数据和中断释放x射线；所述补扫模块，用于根据所述中断信号，记录ct扫描设备的中断位置，根据所述中断位置确定补扫位置；响应于补扫指令，控制ct扫描设备从所述补扫位置进行补扫处理；其中，当所述补扫处理完成，ct扫描设备输出第二扫描数据；所述配准模块，用于对所述第一扫描数据和所述第二扫描数据进行配准处理，得到目标ct图像。
5.可选地，所述x射线剂量检测模块的输出端和所述运动检测模块的输出端均与所述曝光停止提示模块的输入端连接；所述曝光停止提示模块的输出端与所述补扫模块的输
入端和所述ct扫描设备的输入端连接；所述补扫模块的输出端与所述ct扫描设备的输入端连接；所述配准模块的输入端与所述ct扫描设备的输出端连接。
6.可选地，所述运动检测模块包括摄像单元、图像帧处理单元和判断输出单元；所述摄像单元，用于获取所述目标对象的视频流数据；所述图像帧处理单元，用于对所述视频流数据的相邻帧图像进行帧间差分处理；所述判断输出单元，用于对所述帧间差分处理的结果进行判断，当所述帧间差分处理的结果大于差分图像二值化阈值，输出第二检测信号。
7.可选地，所述配准模块包括获取单元、错位判断单元和配准单元；所述获取单元，用于获取所述第一扫描数据得到第一ct图像，和获取所述第二扫描数据得到第二ct图像；所述错位判断单元，用于对所述第一ct图像和所述第二ct图像进行错位判断；所述配准单元，用于根据所述错位判断的结果，对所述第一ct图像和所述第二ct图像进行配准，得到目标ct图像；其中，当所述错位判断的结果为错位，通过图像刚性配准算法对所述第一ct图像和所述第二ct图像进行配准；否则，在图像间断处连接所述第一ct图像和所述第二ct图像。
8.另一方面，本发明的实施例提供了一种基于运动检测的ct扫描辅助方法，应用于ct扫描设备，包括：对ct扫描设备进行x射线检测，当检测到x射线，输出第一检测信号；对目标对象进行运动检测，当检测到所述目标对象发生运动，输出第二检测信号；根据所述第一检测信号和所述第二检测信号，输出中断信号；其中，ct扫描设备根据所述中断信号，输出第一扫描数据和中断释放x射线；根据所述中断信号，记录ct扫描设备的中断位置，根据所述中断位置确定补扫位置；响应于补扫指令，控制ct扫描设备从所述补扫位置进行补扫处理；其中，当所述补扫处理完成，ct扫描设备输出第二扫描数据；对所述第一扫描数据和所述第二扫描数据进行配准处理，得到目标ct图像。
9.可选地，所述对目标对象进行运动检测，当检测到所述目标对象发生运动，输出第二检测信号，包括：获取所述目标对象的视频流数据；对所述视频流数据的相邻帧图像进行帧间差分处理；对所述帧间差分处理的结果进行判断，当所述帧间差分处理的结果大于差分图像二值化阈值，输出第二检测信号。
10.可选地，所述帧间差分处理的公式为：其中，表示第帧的图像，表示第帧的图像，表示差分图像二值化阈值，1表示第二检测信号。
11.可选地，所述对所述第一扫描数据和所述第二扫描数据进行配准处理，得到目标ct图像，包括：获取所述第一扫描数据得到第一ct图像，和获取所述第二扫描数据得到第二ct图
像；对所述第一ct图像和所述第二ct图像进行错位判断；根据所述错位判断的结果，对所述第一ct图像和所述第二ct图像进行配准，得到目标ct图像。
12.可选地，所述根据所述错位判断的结果，对所述第一ct图像和所述第二ct图像进行配准，得到目标ct图像，包括：当所述错位判断的结果为错位，通过图像刚性配准算法对所述第一ct图像和所述第二ct图像进行配准，得到目标ct图像；否则，在图像间断处连接所述第一ct图像和所述第二ct图像，得到目标ct图像。
13.可选地，所述图像刚性配准算法的公式为：其中，表示第一ct图像和第二ct图像根据空间变换函数变换后的均方误差，表示第一ct图像末尾预设张数的图像，表示第二ct图像根据空间变换参数变换后的前端预设张数的图像，表示空间变换参数，表示图像上第个像素点的坐标，表示图像像素总数，表示空间变换函数。
14.本发明的有益效果为：本发明的基于运动检测的ct扫描辅助系统，包括x射线剂量检测模块、运动检测模块、曝光停止提示模块、补扫模块和配准模块；所述x射线剂量检测模块，用于对ct扫描设备进行x射线检测，当检测到x射线，输出第一检测信号；所述运动检测模块，用于对目标对象进行运动检测，当检测到所述目标对象发生运动，输出第二检测信号；所述曝光停止提示模块，用于根据所述第一检测信号和所述第二检测信号，输出中断信号；其中，ct扫描设备根据所述中断信号，输出第一扫描数据和中断释放x射线；所述补扫模块，用于根据所述中断信号，记录ct扫描设备的中断位置，根据所述中断位置确定补扫位置；响应于补扫指令，控制ct扫描设备从所述补扫位置进行补扫处理；其中，当所述补扫处理完成，ct扫描设备输出第二扫描数据；所述配准模块，用于对所述第一扫描数据和所述第二扫描数据进行配准处理，得到目标ct图像。本发明能够客观判断患者在ct扫描过程中是否发生运动，并通过采取停止x射线，进而通过补扫模块实现ct设备的中断位置恢复扫描，最终通过配准模块对中断前后的扫描数据配准，防止二次扫描导致的过量x射线辐射剂量的问题。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1为本发明实施例提供的基于运动检测的ct扫描辅助系统的总体结构示意图；图2为本发明实施例提供的基于运动检测的ct扫描辅助方法的的流程示意图。
具体实施方式
17.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
18.一方面，参照图1，本发明的实施例提供了一种基于运动检测的ct扫描辅助系统，应用于ct扫描设备，包括x射线剂量检测模块、运动检测模块、曝光停止提示模块、补扫模块和配准模块；x射线剂量检测模块，用于对ct扫描设备进行x射线检测，当检测到x射线，输出第一检测信号；具体地，通过将一台x射线剂量仪放置在患者扫描部位附近，放置位置不能影响ct成像质量，同时又能判断是否ct球管是否释放出x射线。如果没检测到有x射线，就输出0信号，如果检测出有x射线，就输出1信号（即第一检测信号）。其中，x射线剂量仪设置在ct扫描设备上，并且不在成像范围内即可，放在成像范围的附近，因为x射线会有散射和反射等性质，所以剂量仪是可以检测到有辐射的。需要说明的是，x射线剂量仪也可以设置于其它地方，以实现检测ct扫描设备的x射线即可。
19.运动检测模块，用于对目标对象进行运动检测，当检测到目标对象发生运动，输出第二检测信号；需要说明的是，运动检测模块包括摄像单元、图像帧处理单元和判断输出单元；摄像单元，用于获取目标对象的视频流数据；图像帧处理单元，用于对视频流数据的相邻帧图像进行帧间差分处理；判断输出单元，用于对帧间差分处理的结果进行判断，当帧间差分处理的结果大于差分图像二值化阈值，输出第二检测信号。
20.具体地，摄像头（1个或多个）放置在患者扫描部位附近，放置位置不能影响ct成像质量，同时又能判断患者扫描部位是否发生运动。如果没检测到扫描部位运动，就输出0信号，如果检测出扫描部位运动，就输出1信号（即第二检测信号）。其中，将视频流中相邻两帧或相隔几帧图像的两幅图像像素值相减，并对相减后的图像进行阈值化来提取图像中的运动区域，来判断患者扫描部位是否发生运动。若相减两帧图像的帧数分别为第帧、第帧，其帧图像分别为，差分图像二值化阈值为，模块输出信号用d表示，则帧间差分法可用以下公式表示：曝光停止提示模块，用于根据第一检测信号和第二检测信号，输出中断信号；其中，ct扫描设备根据中断信号，输出第一扫描数据和中断释放x射线；具体地，曝光停止提示模块根据x射线剂量检测模块和运动检测模块2个模块输出的信号，只有两个信号都是1（即第一检测信号和第二检测信号），才会中断ct扫描设备的x射线继续释放。其中，曝光停止提示模块可以通过与门电路实现。
21.补扫模块，用于根据中断信号，记录ct扫描设备的中断位置，根据所述中断位置确定补扫位置；响应于补扫指令，控制ct扫描设备从补扫位置进行补扫处理；其中，当补扫处理完成，ct扫描设备输出第二扫描数据；具体地，在实际应用中，因为ct中断后会有个制动距离，不一定能够马上停下来，
所以会有移动偏差，则通过记录中断位置辅助重新定位。在中断后，首先需要通过技师摆位和十字线定位，使第二次扫描的时候患者在扫描床的位置和第一次扫描时候患者在扫描床的位置一致，然后，系统的操作者输入补扫指令，ct扫描设备从患者第一次发生扫描部位运动的那一时刻所对应的扫描层开始继续扫描，直到扫描完为止。其中，第一次扫描的中断位置，可以由计算机记录下来，假设前n张ct图像质量是可接受的，第n+1张时候患者才运动，每张ct图像是有层厚的，比如0.2mm，那么0.2mm*n指的就是从起始位置到0.2mm*n都是ct图像质量可接受的，第二次扫描时，计算机就指令ct设备从0.2mm*n这个位置继续扫描。需要说明的是，一些优选的实施例中，第二次扫描的起始位置相对于第一次扫描的中断位置需往前一点点，不然无法进行配准，配准的前提是两者有一定的重叠区域，则第二次扫描应该从0.2mm*(n-k)的位置扫描，其中k根据实际情况确定。
22.配准模块，用于对第一扫描数据和第二扫描数据进行配准处理，得到目标ct图像。
23.需要说明的是，配准模块包括获取单元、错位判断单元和配准单元；获取单元，用于获取第一扫描数据得到第一ct图像，和获取第二扫描数据得到第二ct图像；错位判断单元，用于对第一ct图像和第二ct图像进行错位判断；配准单元，用于根据错位判断的结果，对第一ct图像和第二ct图像进行配准，得到目标ct图像；其中，当错位判断的结果为错位，通过图像刚性配准算法对第一ct图像和第二ct图像进行配准；否则，在图像间断处连接第一ct图像和第二ct图像。
24.具体地，在两次扫描中，第一次结束扫描的位置和第二次开始扫描的位置若存在错位不连续情况，可通过图像刚性配准算法进行配准，使得两次重建ct图像在间断处是连续吻合的。否则，直接在间断处连接两次的ct图像即可。其中，第一次扫描的ct图像及第二次扫描的ct图像分别为，需要寻找一种空间六维刚性变换（三维平移，三维旋转），使两幅图像的对应点达到空间位置和解剖位置完全一致，假设空间变换函数为，为图像上第个像素点的坐标，通过空间变换及图像插值操作可以计算变换后的图像，建立如下的目标函数：，通过最优化算法使得目标函数最小求解出变换参数，将带入空间变换及图像插值函数中可以获取配准后的图像，从而达到两幅图像位置匹配的目的。
25.还需要说明的是，x射线剂量检测模块的输出端和运动检测模块的输出端均与曝光停止提示模块的输入端连接；曝光停止提示模块的输出端与补扫模块的输入端和ct扫描设备的输入端连接；补扫模块的输出端与ct扫描设备的输入端连接；配准模块的输入端与ct扫描设备的输出端连接。
26.另一方面，本发明实施例提供了一种基于运动检测的ct扫描辅助方法，应用于ct扫描设备，如图2所示，包括：对ct扫描设备进行x射线检测，当检测到x射线，输出第一检测信号；对目标对象进行运动检测，当检测到目标对象发生运动，输出第二检测信号；根据第一检测信号和第二检测信号，输出中断信号；其中，ct扫描设备根据中断信号，输出第一扫描数据和中断释放x射线；根据中断信号，记录ct扫描设备的中断位置；响应于补扫指令，控制ct扫描设备从
中断位置进行补扫处理；其中，当补扫处理完成，ct扫描设备输出第二扫描数据；对第一扫描数据和第二扫描数据进行配准处理，得到目标ct图像。
27.一些实施例中，对目标对象进行运动检测，当检测到目标对象发生运动，输出第二检测信号，包括：获取目标对象的视频流数据；对视频流数据的相邻帧图像进行帧间差分处理；对帧间差分处理的结果进行判断，当帧间差分处理的结果大于差分图像二值化阈值，输出第二检测信号。
28.帧间差分处理的公式为：其中，表示第帧的图像，表示第帧的图像，表示差分图像二值化阈值，1表示第二检测信号。
29.一些实施例中，对第一扫描数据和第二扫描数据进行配准处理，得到目标ct图像，包括：获取第一扫描数据得到第一ct图像，和获取第二扫描数据得到第二ct图像；对第一ct图像和第二ct图像进行错位判断；根据错位判断的结果，对第一ct图像和第二ct图像进行配准，得到目标ct图像。
30.一些实施例中，根据错位判断的结果，对第一ct图像和第二ct图像进行配准，得到目标ct图像，包括：当错位判断的结果为错位，通过图像刚性配准算法对第一ct图像和第二ct图像进行配准，得到目标ct图像；否则，在图像间断处连接第一ct图像和第二ct图像，得到目标ct图像。
31.图像刚性配准算法的公式为：其中，表示第一ct图像和第二ct图像根据空间变换函数变换后的均方误差，表示第一ct图像末尾预设张数的图像，表示第二ct图像根据空间变换参数（包括平移和旋转）变换后的前端预设张数的图像，表示空间变换参数，表示图像上第个像素点的坐标，表示图像像素总数，表示空间变换函数。
32.其中，空间变换函数公式为：
其中，分别为绕x方向，y方向，z方向的旋转角度，分别为x，y，z方向的平移量，第二ct图像像素位置[x0,y0,z0]经过旋转平移变换后得到[x1,y1,z1]，将变换后的像素位置映射回第二ct图像的像素值得到变换后的第三ct图像（此处定义第三ct图像为第二ct图像经过变换后生成的图像）。
[0033]
在一些具体实施例中，配准的步骤如下：第一步，建立刚性配准算法的均方误差目标函数及空间变换函数；第二步，根据最优化算法寻找最优的空间变换参数使得均方目标函数最小，实施例最优化算法使用梯度下降法；第三步，假设最优空间变换参数为，以第二ct图像为基础，利用变换参数计算第三ct图像；第四步，将第三ct图像与第一ct图像进行融合拼接，获得目标ct图像，此图像为最终患者扫描的图像，辅助医生诊断使用（目标ct图像）。
[0034]
本方法实施例的内容均基于本发明系统实施例实现，本方法实施例所具体实现的功能与上述系统实施例相同，并且达到的有益效果与上述系统达到的有益效果也相同。
[0035]
综上所述，本发明的有益效果包括：第一，客观更准。根据摄像头视频捕捉画面并自动进行是否患者扫描部位发生较大幅度运动的判断。第二，降低剂量。只要判断患者在扫描过程中扫描部位发生较大幅度运动，立即停止x射线曝光，并基于中断位置进行补扫处理，防止二次扫描，能够有效减少患者电离辐射。
[0036]
在一些可选择的实施例中，在方框图中提到的功能/操作可以不按照操作示图提到的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能/操作，连续示出的两个方框实际上可以被大体上同时地执行或所述方框有时能以相反顺序被执行。此外，在本发明的流程图中所呈现和描述的实施例以示例的方式被提供，目的在于提供对技术更全面的理解。所公开的方法不限于本文所呈现的操作和逻辑流程。可选择的实施例是可预期的，其中各种操作的顺序被改变以及其中被描述为较大操作的一部分的子操作被独立地执行。
[0037]
此外，虽然在功能性模块的背景下描述了本发明，但应当理解的是，除非另有相反说明，所述的功能和/或特征中的一个或多个可以被集成在单个物理装置和/或软件模块中，或者一个或多个功能和/或特征可以在单独的物理装置或软件模块中被实现。还可以理解的是，有关每个模块的实际实现的详细讨论对于理解本发明是不必要的。更确切地说，考虑到在本文中公开的装置中各种功能模块的属性、功能和内部关系的情况下，在工程师的常规技术内将会了解该模块的实际实现。因此，本领域技术人员运用普通技术就能够在无需过度试验的情况下实现在权利要求书中所阐明的本发明。还可以理解的是，所公开的特定概念仅仅是说明性的，并不意在限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求书及其等同方案的全部范围来决定。
[0038]
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说
对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器（rom，read-only memory）、随机存取存储器（ram，random access memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0039]
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行装置、装置或设备（如基于计算机的装置、包括处理器的装置或其他可以从指令执行装置、装置或设备取指令并执行指令的装置）使用，或结合这些指令执行装置、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行装置、装置或设备或结合这些指令执行装置、装置或设备而使用的装置。
[0040]
计算机可读介质的更具体的示例（非穷尽性列表）包括以下：具有一个或多个布线的电连接部（电子装置），便携式计算机盘盒（磁装置），随机存取存储器（ram），只读存储器（rom），可擦除可编辑只读存储器（eprom或闪速存储器），光纤装置，以及便携式光盘只读存储器（cdrom）。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
[0041]
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行装置执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电流的离散逻辑电流，具有合适的组合逻辑门电流的专用集成电流，可编程门阵列（pga），现场可编程门阵列（fpga）等。
[0042]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、
ꢀ“
示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0043]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
[0044]
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本发明权利要求所限定的范围内。