一种基于时空标签技术的医学成像方法及系统与流程

本发明涉及一种医学成像技术领域，具体说涉及一种基于时空标签技术的医学成像方法及系统。

背景技术：

计算机断层扫描(computedtomography，ct)是当前医学界公认的最先进的大型医疗诊断成像设备之一。从各形式ct的通用结构上讲，ct是由探测器，x射线球管与符合系统、计算机或服务器系统等构成。ct的球管放射出x射线穿过待测体，探测器接收经过衰减的x射线信号，经过扫描系统处理后，将得到的扫描数据进行存储，最后经过计算机调用这些扫描数据，进行图像重建，得出待测体的横切断层图像。

医学影像事件是指医学成像系统的成像物理过程。以ct扫描过程为例，医学影像事件是指x射线粒子与被扫描物体发生相互作用，最终湮灭在探测器上成像的物理过程。ct每次投影照射可以看作由一系列相互独立的影像事件所组成，一般来讲，单光子事件可以看作最细致、最小尺度的独立影像事件；与单光子影像事件相比，一束x射线的成像过程既可以看作是一系列独立的单光子影像事件，也可以看作是单次较大尺度的影像事件。

引入医学影像事件的概念，旨在针对普通临床ct、低剂量ct、光子计数型多能ct等不同放射剂量的ct成像过程进行统一的描述，使得可以根据具体情况决定在哪个尺度下表述和分析ct的成像过程。

在传统的ct采集方法中，扫描系统只对每个角度下得到的最终数据进行输出，例如单能扫描系统只在每个角度输出一幅投影图像，多能扫描系统的光子计数型探测器须在扫描前设定光子能量范围，也只在每个角度扫描结束时，对光子能量信息进行统计与输出。成像过程被简单地看成是一个串行处理的信号流。被探测到的成像信息被每个环节即时处理，部分来不及处理的信息不得不被遗失，因而使得在数据采集的过程中损失了细节信息，导致传统ct一旦成像完成后无法进一步改进算法提升图像质量。

技术实现要素：

鉴于已有技术存在的不足，本发明的目的是要提供一种基于时空标签技术精准记录和分析医学扫描系统全部成像过程、且能为后续进一步改善图像质量保留完整原始数据的医学成像方法。

为了实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种基于时空标签技术的医学成像方法，其特征在于包括如下步骤：

扫描系统生成系统参数，根据采集扫描设备特征和扫描系统设置方式自动生成系统基本参数及重建参数，并对系统基本参数及重建参数进行临时存储；

开启扫描过程，扫描设备开始工作，扫描系统自动记录当前系统在当前系统所能达到尺度下的影像事件信息以及空间信息和时间信息；

将影像事件信息与时空标签结合，在光子数据基础上对任意影像事件添加时间信息和空间信息，并整体结合扫描系统基本参数形成时空标签，并对标签数据进行打包传送；

后端计算机接收并解析数据包，还原出影像事件数据、时间信息、空间信息和系统基本参数，用于后续的数据预处理、扫描过程再现与数据重建。

进一步的，所述系统基本参数至少包括下述部分或全部参数：扫描系统形态、扫描角度总数、扫描角度间隔、放射源到旋转中心距离、放射源到探测器距离、旋转中心到探测器距离、探测器边长尺寸信息和探测器分辨率。

进一步的，所述重建参数包括但不限于重建图像分辨率和重建图像层数。

进一步的，所述影像事件包括光子属性与运动信息；所述空间信息包括放射源、旋转中心和探测器的空间位置信息；所述时间信息是指该次影像事件的开始时间、结束时间与影像事件中任意过程的时刻。

进一步的，所述将影像事件数据与时空标签结合包括：

建立每个扫描角度下的扫描数据文件；

将系统基本参数、重建参数、影像事件数据写入扫描数据文件的对于位置，并在影像事件数据中添加校验位；

在扫描系统端的高速存储器上临时存储上述扫描数据文件，并对文件完整性进行确认；

向后端计算机请求发送文件。

本发明另一目的是要提供一种实现上述方法的医学成像系统，其特征在于系统包括：

参数生成单元，根据采集扫描设备特征和扫描系统设置方式自动生成系统基本参数及重建参数，并对系统基本参数及重建参数进行临时存储；

扫描系统，用于自动记录当前系统在当前系统所能达到尺度下的影像事件信息以及空间信息和时间信息；

融合单元，在光子数据基础上对任意影像事件添加时间信息和空间信息，并整体结合扫描系统基本参数形成时空标签，并对标签数据进行打包传送；

解析单元，用以还原出影像事件数据、时间信息、空间信息和系统基本参数，用于后续的数据预处理、扫描过程再现与数据重建。

进一步的，所述系统基本参数至少包括下述部分或全部参数：扫描系统形态、扫描角度总数、扫描角度间隔、放射源到旋转中心距离、放射源到探测器距离、旋转中心到探测器距离、探测器边长尺寸信息和探测器分辨率。

进一步的，所述重建参数包括但不限于重建图像分辨率和重建图像层数。

进一步的，所述影像事件包括光子属性与运动信息；所述空间信息包括放射源、旋转中心和探测器的空间位置信息；所述时间信息是指该次影像事件的开始时间、结束时间与影像事件中任意过程的时刻。

进一步的，所述融合单元用于：

建立每个扫描角度下的扫描数据文件；

将系统基本参数、重建参数、影像事件数据写入扫描数据文件的对于位置，并在影像事件数据中添加校验位；

在扫描系统端的高速存储器上临时存储上述扫描数据文件，并对文件完整性进行确认；

向后端计算机请求发送文件。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

引入影像事件的记录方法，提供了一种统一描述各类型ct成像过程的方案，能够针对普通临床ct、低剂量ct、光子计数型多能ct等不同放射剂量的ct成像过程进行统一的描述，使得可以根据具体情况决定在哪个尺度下表述和分析ct的成像过程。同时记录每个独立影像事件与其标签信息，实现精准地记录和分析ct扫描全部成像过程，在保证当前成像质量的同时，还为后续进一步改善图像质量保留下更加完整全面的原始数据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明医学成像方法流程图；

图2为本发明数据结构示意图；

图3为传统医学成像方法信息记录图示；

图4a为本发明方法低尺度信息记录图示；

图4b为本发明方法高尺度信息记录图示。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，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作出创造性劳动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。

医学影像事件是指医学成像系统的成像物理过程。以ct扫描过程为例，医学影像事件是指x射线粒子与被扫描物体发生相互作用，最终湮灭在探测器上成像的物理过程。ct每次投影照射可以看作由一系列相互独立的影像事件所组成，一般来讲，单光子事件可以看作最细致、最小尺度的独立影像事件；与单光子影像事件相比，一束x射线的成像过程既可以看作是一系列独立的单光子影像事件，也可以看作是单次较大尺度的影像事件。

引入医学影像事件的概念，旨在针对普通临床ct、低剂量ct、光子计数型多能ct等不同放射剂量的ct成像过程进行统一的描述，使得可以根据具体情况决定在哪个尺度下表述和分析ct的成像过程。

医学影像事件可以用于记录和分析ct成像过程，精准地再现ct扫描过程。传统ct成像过程中没有引入影像事件概念，成像过程被简单地看成是一个串行处理的信号流。被探测到的成像信息被每个环节即时处理，部分来不及处理的信息不得不被遗失，因而使得在数据采集的过程中损失了细节信息，导致传统ct一旦成像完成后无法进一步改进算法提升图像质量。引入医学影像事件的记录方法，旨在实现精准地记录和分析ct扫描过程全部成像过程，在保证当前成像质量的同时，还为后续进一步改善图像质量保留下更加完整全面的原始数据。

通过获取扫描过程中每个独立影像事件的完整状态，依据不同探测器的不同性能，以不同尺度对整个扫描过程进行记录，建立起影像事件的数学模型，将对影像事件的表述和研究起着关键的作用。这将开启从新的视角描述和研究ct成像的物理过程新阶段，这是研究ct成像机理和成像过程的有效工具，是进一步理解成像机制，提升图像质量的有效途径。

该技术使得传统ct的工作模式与采集的目标数据发生了变化，专注于精准地记录成像过程中影像事件的状态，而不是像传统ct一样专注于实时处理与快速计算。它捕获的是当前影像事件的状态，包括“时间标签”、“空间标签”“能量标签”等各种必要的信息标签，然后记录到存储介质中。在后序的处理环节中，这些原始数据将按照这些特有标签被解析出来，用于还原与分析扫描过程和进一步处理。

影像事件的“信息标签”数据中需要包括该影像事件在某个尺度下采集和再现该影像事件需要的全部信息，如时间信息、空间位置信息、光子运动信息、光子能量信息，还包括成像系统相关的各种必要的信息，比如探测器中心实时位置，射线源中心实时位置，旋转中心实时位置等。

引入影像事件的记录方法，记录每个独立影像事件与其标签信息，旨在实现精准地记录和分析ct扫描过程全部成像过程，在保证当前成像质量的同时，还为后续进一步改善图像质量保留下更加完整全面的原始数据。

同时，影像事件提供了一种统一描述各类型ct成像过程的方法。影像事件的概念，旨在能够针对普通临床ct、低剂量ct、光子计数型多能ct等不同放射剂量的ct成像过程进行统一的描述，使得可以根据具体情况决定在哪个尺度下表述和分析ct的成像过程。

基于上述设计背景，本发明设计了一种基于影像事件的采集数据时空标签技术的方法，依照硬件水平获取不同尺度的影像事件，添加信息标签，实现一种新的记录扫描过程的方式。下面结合附图以及具体实施例进一步说明本发明的技术方案：

一种基于时空标签技术的医学成像方法，如图1所示，其包括如下步骤：

对系统进行扫描以生成系统参数，根据采集扫描设备特征和扫描系统设置方式自动生成系统基本参数及重建参数，并对系统基本参数及重建参数进行临时存储。所述系统基本参数至少包括下述部分或全部参数：扫描系统形态、扫描角度总数、扫描角度间隔、放射源到旋转中心距离、放射源到探测器距离、旋转中心到探测器距离、探测器边长尺寸信息和探测器分辨率；所述重建参数包括但不限于重建图像分辨率和重建图像层数。

开启扫描过程，扫描设备开始工作，扫描系统自动记录当前系统在当前系统所能达到尺度下的影像事件信息以及空间信息和时间信息。所述影像事件包括光子属性与运动信息；所述空间信息包括放射源、旋转中心和探测器的空间位置信息；所述时间信息是指该次影像事件的开始时间、结束时间与影像事件中任意过程的时刻。

将影像事件信息与时空标签结合，在光子数据基础上对任意影像事件添加时间信息和空间信息，并整体结合扫描系统基本参数形成时空标签，并对标签数据进行打包传送，其包括以下步骤：建立每个扫描角度下的扫描数据文件；将系统基本参数、重建参数、影像事件数据写入扫描数据文件的对于位置，并在影像事件数据中添加校验位；在扫描系统端的高速存储器上临时存储上述扫描数据文件，并对文件完整性进行确认；向后端计算机请求发送文件。

后端计算机接收并解析数据包，还原出影像事件数据、时间信息、空间信息和系统基本参数，用于后续的数据预处理、扫描过程再现与数据重建。

下面结合具体实施例，进一步说明本发明的技术方案。

步骤1、ct进入扫描阶段前，当扫描系统接收到控制端发送的请求扫描指令后，记录系统参数与重建参数，包括但不限于扫描系统形态、扫描角度总数、扫描角度间隔、放射源到旋转中心距离、放射源到探测器距离、旋转中心到探测器距离、探测器尺寸信息、探测器分辨率、重建图像分辨率和重建图像层数等能够体现扫面系统特性的参数，并进行临时存储，以备最终写入数据。

步骤2、ct扫描开始后，每个扫描角度下射线源开始工作，探测器开始接收数据时，扫描系统记录下每个影像事件以及时间标签、空间标签的组成信息，组成时间标签所需信息包括光子射出的时间与湮灭的时间，组成空间标签所需信息包括放射源、旋转中心和探测器的空间位置信息，湮灭位置信息。如图2所示，为本发明实施例优选的数据结构方案，其包括系统所需的所有信息，如系统参数、重建参数、空间标签、时间标签、光子信息、校验位。采集数据时，采集系统需要获取这些信息，以便在成像系统后端进行解析，还原出所需要的数据。

其中，时间标签可以选择从扫描开始时刻或从该扫描角度开始时刻，即光子出射时间和到达探测器的时间；影像事件包括了光子属性与其能量信息，即这个光子的能量是10kev、80kev或是其他数值；湮灭位置信息是指这个光子落在探测器的什么位置上，可以用空间位置表示，也可以用和探测器的相对位置或其他定位系统表示。

传统成像系统在一个角度下只输出一幅正投影图像，其数据存储结果如图3所示，其可理解成一个矩阵，越亮(数值越大)的位置表示接收到的光子数越多。而本实施例中成像系统以上述数据结构方案对信息进行提取和存储，其在不同的分辨率尺度下，记录结构见图4a、图4b所示，在探测器空间、时间分辨率较低的情况下，记录的影像事件尺度较大，部分和小尺度影像事件有区别的数据；在探测器空间、时间分辨率较高，记录的影像事件尺度较小，部分和大尺度影像事件有区别的数据。

步骤3、扫描完成后，建立每个扫描角度下的扫描数据文件，将系统参数与重建参数写入对应文件的文件头，方便与光子信息数据相区分，将每个扫描角度下所有光子的各项信息数据与其空间标签、时间标签写入对应信息数据位置上，并在光子的各项信息数据中适当位置加入校验位，方便后期对数据准确性进行确认，将该文件临时存储在扫描系统端的高速存储器上，计算并记录文件校验码等待后处理对数据完整性进行确认，然后向后端计算机请求发送文件。

步骤4、对扫描系统发来的数据，后端计算机通过数据校验位对数据进行完整性与正确性的验证，确认无误后对文件进行解析，分离出文件头中的系统参数与扫描参数，还原出影像事件的数据与其时间信息、空间信息和系统参数，用于后续的数据预处理、扫描过程再现与断层图像重建。

本发明还提供了一种实现上述方法的医学成像系统，其特征在于系统包括：

参数生成单元，根据采集扫描设备特征和扫描系统设置方式自动生成系统基本参数及重建参数，并对系统基本参数及重建参数进行临时存储。所述系统基本参数至少包括下述部分或全部参数：扫描系统形态、扫描角度总数、扫描角度间隔、放射源到旋转中心距离、放射源到探测器距离、旋转中心到探测器距离、探测器边长尺寸信息和探测器分辨率。所述重建参数包括但不限于重建图像分辨率和重建图像层数。

扫描系统，用于自动记录当前系统在当前系统所能达到尺度下的影像事件信息以及空间信息和时间信息。所述影像事件包括光子属性与运动信息；所述空间信息包括放射源、旋转中心和探测器的空间位置信息；所述时间信息是指该次影像事件的开始时间、结束时间与影像事件中任意过程的时刻。

融合单元，在光子数据基础上对任意影像事件添加时间信息和空间信息，并整体结合扫描系统基本参数形成时空标签，并对标签数据进行打包传送。所述融合单元用于：建立每个扫描角度下的扫描数据文件；将系统基本参数、重建参数、影像事件数据写入扫描数据文件的对于位置，并在影像事件数据中添加校验位；在扫描系统端的高速存储器上临时存储上述扫描数据文件，并对文件完整性进行确认；向后端计算机请求发送文件。

解析单元，用以还原出影像事件数据、时间信息、空间信息和系统基本参数，用于后续的数据预处理、扫描过程再现与数据重建。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。