一種校正醫學成像設備的機械失準狀態的方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發明實施例公開了一種校正醫學成像設備的機械失準狀態的方法和裝置。其中，該方法包括：在一個設備模態下對空間模體進行掃描，生成所述空間模體的成像；利用所述空間模體的成像在圖像坐標系的空間坐標信息，計算反映所述醫學成像設備的機械失準狀態的參數；根據計算得到的參數對醫學成像設備進行校正；其中，所述參數包括：成像設備坐標系到掃描床坐標系分別沿X軸方向、Y軸方向和Z軸方向的偏移距離，以及，成像設備坐標系到掃描床坐標系分別繞X軸、Y軸和Z軸旋轉的偏移角度。根據本發明實施例，不僅可以提高校正的工作效率，同時，還可以保證校正誤差不會隨機械失準狀態的改變而改變，從而將校正誤差控制在合理可信的范圍內。
【專利說明】一種校正醫學成像設備的機械失準狀態的方法和裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及醫學成像【技術領域】，特別是涉及一種校正醫學成像設備的機械失準狀態的方法和裝置。
【背景技術】
[0002]由于單一設備模態的醫學成像設備(如，單一的PET設備或單一的CT設備)僅能提供模體在單一設備模態下的醫學圖像(如，PET圖像或CT圖像)往往不能攜帶足夠多的信息，因此，醫學上常將模體在不同設備模態的多個醫學圖像通過圖形融合技術而融合在一個圖像上，以使得融合后的醫學圖像能夠同時攜帶更豐富的信息。例如，以將PET(正電子發射計算機斷層掃描)圖像和CT (計算機X射線斷層掃描)圖像做融合為例，CT圖像可以提供臟器的解剖結構信息，而PET圖像可以提供臟器的新陳代謝功能信息，融合后的圖像可以同時提供臟器的解剖結構信息以及新陳代謝功能信息。此外，CT圖像還可以為PET圖像提供用于衰減校正的數據。
[0003]當將在多個設備模態下的圖像進行融合時必須要考慮被融合圖像的空間一致性。多模態的醫學成像設備的出現則大大降低了將多模態的醫學圖像進行融合的難度。多模態的醫學成像設備就是將多個模態的醫學成像設備集成在一臺設備上，并共享一個掃描床。通過一次掃描患者，便可獲得該患者在多個模態下的醫學圖像，掃描過程中患者無需移動，從而避免了因患者移動、患者多次擺位和掃描床差異等問題帶來的空間不一致問題。
[0004]然而，多模態的醫學成像設備雖然為一體機，但是，各模態的醫學成像設備在空間上是各自獨立的，并且，各自擁有獨立的孔徑，如果因設備的機械失準而導致掃描床的運動方向與醫學成像設備的孔徑軸向不一致，也會進一步影響到空間一致性。
[0005]目前，雖然現有技術提供了一些對機械失準狀態進行校正的方法，但是，在校正的過程中需要采集多個模態 下的醫學圖像，使校正的工作效率較低。另外，校正誤差與機械失準狀態的嚴重程度有關，當機械失準狀態較嚴重時，校正誤差就會變大，校正結果也將變得不可信。

【發明內容】

[0006]為了解決上述技術問題，本發明實施例提供了一種校正醫學成像設備的機械失準狀態的方法和裝置，以提高校正的工作效率，同時，還可以保證校正誤差不會隨機械失準狀態的改變而改變，從而將校正誤差控制在合理可信的范圍內。
[0007]本發明實施例公開了如下技術方案:
[0008]一種校正醫學成像設備的機械失準狀態的方法，包括:
[0009]在一個設備模態下對空間模體進行掃描，生成所述空間模體的成像；
[0010]利用所述空間模體的成像在圖像坐標系的空間坐標信息，計算反映所述醫學成像設備的機械失準狀態的參數；
[0011]根據計算得到的參數對醫學成像設備進行校正；[0012]其中，所述參數包括:成像設備坐標系到掃描床坐標系分別沿X軸方向、Y軸方向和Z軸方向的偏移距離，以及，成像設備坐標系到掃描床坐標系分別繞X軸、Y軸和Z軸旋轉的偏移角度。
[0013]優選的，當所述醫學成像設備為PET、SPECT或MRI設備時，被掃描的空間模體包括:位于掃描床坐標系的Z軸上的Z向線性模體和位于掃描床坐標系的X軸上的X向線性模體；
[0014]則所述在一個設備模態下對空間模體進行掃描，生成所述空間模體的成像具體為:
[0015]在一個設備模態下，通過兩個掃描床的床位對所述空間模體進行掃描，生成所述空間模體的兩個床位成像，其中，至少通過一個床位對所述X向線性模體進行掃描。
[0016]進一步優選的，利用所述空間模體的成像在圖像坐標系的空間坐標信息，具體通過如下方式計算成像設備坐標系到掃描床坐標系分別繞X軸和Y軸旋轉的偏移角度:
[0017]計算Z向線性模體的第一床位成像和第二床位成像的空間直線；
[0018]按照關系式
【權利要求】
1.一種校正醫學成像設備的機械失準狀態的方法，其特征在于，包括: 在一個設備模態下對空間模體進行掃描，生成所述空間模體的成像； 利用所述空間模體的成像在圖像坐標系的空間坐標信息，計算反映所述醫學成像設備的機械失準狀態的參數； 根據計算得到的參數對醫學成像設備進行校正； 其中，所述參數包括:成像設備坐標系到掃描床坐標系分別沿X軸方向、Y軸方向和Z軸方向的偏移距離，以及，成像設備坐標系到掃描床坐標系分別繞X軸、Y軸和Z軸旋轉的偏移角度。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，當所述醫學成像設備為PET、SPECT或MRI設備時，被掃描的空間模體包括:位于掃描床坐標系的Z軸上的Z向線性模體和位于掃描床坐標系的X軸上的X向線性模體； 則所述在一個設備模態下對空間模體進行掃描，生成所述空間模體的成像具體為:在一個設備模態下，通過兩個掃描床的床位對所述空間模體進行掃描，生成所述空間模體的兩個床位成像，其中，至少通過一個床位對所述X向線性模體進行掃描。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，利用所述空間模體的成像在圖像坐標系的空間坐標信息，具體通過如下方式計算成像設備坐標系到掃描床坐標系分別繞X軸和Y軸旋轉的偏移角度: 計算Z向線性模體的第一床位成像和第二床位成像的空間直線；
按照關系式辦1-=4 0計算A1，根據A1確定成像設備坐標系到掃描床坐標系
分別繞X軸和Y軸旋轉的偏移角度； 其中，A1為當掃描床坐標系到成像設備坐標系分別繞X和Y軸旋轉相應的偏移角度時，空間模體在掃描床坐標系中的空間坐標轉換為所述空間模體在成像設備坐標系中的空間

xPlP坐標的旋轉矩陣，yP'P為位于所述Z向線性模體的第一床位成像的空間直線上的任意一

—尸圍P點在圖像坐標系的空間坐標，為位于所述Z向線性模體的第二床位成像的空間直線上的任意一點在圖像坐標系的空間坐標，且zP1P=zP2P。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，當掃描床坐標系到成像設備坐標系按照先后繞X、Y和Z軸的順序旋轉時，所述A為
5.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，利用所述空間模體的成像在圖像坐標系的空間坐標信息，具體通過如下方式計算成像設備坐標系到掃描床坐標系繞Z軸旋轉的偏移角度: 計算Z向線性模體的第一床位成像和第二床位成像的空間直線；xPiP ~ xPii'OI 按照關系式》.P2p'、.nr =4 0計算A1，再按照關系式Fr =44 O計算A2，根據A2兩—辦 確定成像設備坐標系到掃描床坐標系繞Z軸旋轉的偏移角度； 其中，A1為當掃描床坐標系到成像設備坐標系分別繞X和Y軸旋轉相應的偏移角度時，空間模體在掃描床坐標系中的空間坐標轉換為所述空間模體在成像設備坐標系中的空間坐標的旋轉矩陣，A2為當掃描床坐標系到成像設備坐標系繞Z軸旋轉相應的偏移角度時，空間模體在掃描床坐標系中的空間坐標轉換為所述空間模體在成像設備坐標系中的空間坐 標的旋轉矩陣，K為所述X向線性模體的成像在圖像坐標系的單位向量，ο為掃描床坐

xPir標系中X軸上的單位向量，JW為位于所述Z向線性模體的第一床位成像的空間直線上的_ 任意一點在圖像坐標系的空間坐標，為位于所述Z向線性模體的第二床位成像的空


間直線上的任意一點在圖像坐標系的空間坐標，且zP1P=zP2Q。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，當掃描床坐標系到成像設備坐標系按照先后繞X、Y和Z軸的順序旋轉時，所述A為 [-sin β 0 ms β 0 sin a cos a0 0 I
7.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，利用所述空間模體成像在圖像坐標系的空間坐標信息，具體通過如下方式計算成像設備坐標系到掃描床坐標系分別沿X軸方向、Y軸方向和Z軸方向的偏移距離: 計算Z向線性模體的第二床位成像與X向線性模體的成像的空間直線； 根據所述Z向線性模體的第二床位成像與所述X向線性模體的成像的空間直線確定一個交點，所述交點在圖像坐標系的空間坐標為成像設備坐標系到掃描床坐標系分別沿X軸方向、Y軸方向和Z軸方向的偏移距離。
8.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，當所述醫學成像設備為CT設備時，被掃描的空間模體包括:位于掃描床坐標系的X軸上的X向線性模體、位于掃描床坐標系的Y軸上的Y向線性模體和位于掃描床坐標系的Z軸上的Z向線性模體。
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，利用所述空間模體的成像在圖像坐標系的空間坐標信息，具體通過如下方式計算成像設備坐標系到掃描床坐標系繞X軸旋轉的偏移角度: 計算X向線性模體、Y向線性模體和Z向線性模體的成像的空間直線； 在位于所述X向線性模體、Y向線性模體和Z向線性模體的成像的空間直線上選取點，并根據所選取點在圖像坐標系的坐標以及所述關系式計算成像設備坐標系到掃描床坐標系分別繞X軸和Y軸旋轉的偏移角度； 其中，>V,?c.為Pm點在CT坐標系的空間坐標,yFmT為Pm點在掃描床坐標系的空間 坐標，A為當掃描床坐標系到成像設備坐標系分別繞X、Y軸和Z軸旋轉相應的偏移角度時，空間模體在掃描床坐標系中的空間坐標轉換為所述空間模體在成像設備坐標系中的空間

坐標的旋轉矩陣，JV,,,/為Pm點在圖像坐標系中的空間坐標，掃描床坐標系中的Z向線性模體在CT坐標系的向量為(1，m, η)。
10.根據權利要求9所述的方法，其特征在于，當掃描床坐標系到成像設備坐標系按照先后繞X、Y和Z軸的順序旋轉時，所述A為
11.根據權利要求10所述的方法，其特征在于，所述在位于所述X向線性模體、Y向線性模體和Z向線性模體的成像的空間直線上選取點，并根據所選取點在圖像坐標系的坐標以及所述關系式計算成像設備坐標系到掃描床坐標系分別繞X軸旋轉的偏移角度，具體包括: 選取所述Z向線性模體和Y向線性模體的成像的空間直線上的任意一點，以及選取X向線性模體、Y向線性模體和Z向線性模體中任意兩個線性模體的成像的空間直線的交點；按照關系式a =arctg((Zp51-Zp31)/(yP4I_yP5I))計算成像設備坐標系到掃描床坐標系繞X軸旋轉的角度； 其中，α為成像設備坐標系到掃描床坐標系繞X軸旋轉的角度，7[)51和Ζρ5Ι分別為位于所述Z向線性模體的成像的空間直線上的任意一點在圖像坐標系的Y軸和Z軸坐標，Zp31為X向線性模體、Y向線性模體和Z向線性模體中任意兩個線性模體的成像的空間直線的交點在圖像坐標系的Z軸坐標，yP4I為位于Y向線性模體的成像的空間直線上的任意一點在圖像坐標系的Y軸坐標，且，Zp51=Zp41, zP4I為位于Y向線性模體的成像的空間直線上的任意一點在圖像坐標系的Z軸坐標。
12.根據權利要求10所述的方法，其特征在于，所述在位于所述X向線性模體、Y向線性模體和Z向線性模體的成像的空間直線上選取點，并根據所選取點在圖像坐標系的坐標以及所述關系式計算成像設備坐標系到掃描床坐標系分別繞Y軸旋轉的偏移角度，具體包括: 選取X向線性模體和Z向線性模體的成像的空間直線上的任意一點，以及選取X向線性模體、Y向線性模體和Z向線性模體中任意兩個線性模體的成像的空間直線的交點； 按照關系式β =arcsin((Zp31-Zp21)/Xp11-Xp21))計算成像設備坐標系到掃描床坐標系繞Y軸旋轉的角度； 其中，β為成像設備坐標系到掃描床坐標系繞Y軸旋轉的角度，ζΡ3Ι為乂向線性模體、Y向線性模體和Z向線性模體中任意兩個線性模體的成像的空間直線的交點在圖像坐標系的Z軸坐標，Xp21和Ζρ2Ι分別為位于Z向線性模體的成像的空間直線上的任意一點在圖像坐標系的X軸和Z軸坐標，XpiI為位于X向線性模體的成像的空間直線上的任意一點在圖像坐標系的X軸坐標，且ΖΡ2Ι=ΖΡ1Ι，Zpii為位于X向線性模體的成像的空間直線上的任意一點在圖像坐標系的Z軸坐標。
13.根據權利要求10所述的方法，其特征在于，所述在位于所述X向線性模體、Y向線性模體和Z向線性模體的成像的空 間直線上選取點，并根據所選取點在圖像坐標系的坐標以及所述關系式計算成像設備坐標系到掃描床坐標系分別繞Z軸旋轉的偏移角度，具體包括: 選取X向線性模體的成像的空間直線上的任意一點，以及選取X向線性模體、Y向線性模體和Z向線性模體中任意兩個線性模體的成像的空間直線的交點； 按照關系式r = arcsin((>'Fl/ — yF?f)/(cos^(xt,u -X^1Y +(yn, -Vp^j)2+(ζη?))計算成像設備坐標系到掃描床坐標系繞Z軸旋轉的角度； 其中，Y為成像設備坐標系到掃描床坐標系繞Z軸旋轉的角度，11>31、71)31和Zp31分別為X向線性模體、Y向線性模體和Z向線性模體中任意兩個線性模體的成像的空間直線的交點在圖像坐標系的X軸、Y軸和Z軸坐標，Xp11 > Yp11和Zp11分別為位于X向線性模體的成像的空間直線上的任意一點在圖像坐標系的X軸、Y軸和Z軸坐標，cos β為成像設備坐標系到掃描床坐標系繞Y軸旋轉的角度余弦值。
14.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，利用所述空間模體關于所述一個設備模態的成像在圖像坐標系的空間坐標信息，具體通過如下方式計算成像設備坐標系到掃描床坐標系分別沿X軸方向、Y軸方向和Z軸方向的偏移距離: 計算所述空間模體中的X向線性模體、Y向線性模體和Z向線性模體中任意兩個線性模體的成像的空間直線； 根據所述空間模體中的X向線性模體、Y向線性模體和Z向線性模體中任意兩個線性模體的成像的空間直線確定一個交點，所述交點的空間坐標為成像設備坐標系到掃描床坐標系分別沿X軸方向、Y軸方向和Z軸方向的偏移距離。
15.一種校正醫學成像設備的機械失準狀態的裝置，其特征在于，包括: 圖像生成單元，用于在一個設備模態下對空間模體進行掃描，生成所述空間模體的成像； 參數計算單元，用于利用所述空間模體的成像在圖像坐標系的空間坐標信息，計算反映所述醫學成像設備的機械失準狀態的參數； 校正單元，用于根據計算得到的參數對醫學成像設備進行校正； 其中，所述參數包括:成像設備坐標系到掃描床坐標系分別沿X軸方向、Y軸方向和Z軸方向的偏移距離，以及，成像設備坐標系到掃描床坐標系分別繞X軸、Y軸和Z軸旋轉的偏移角度。
16.根據權利要求15所述的裝置，其特征在于，當所述醫學成像設備為PET、SPECT或MRI設備時，被掃描的空間模體包括:位于掃描床坐標系的Z軸上的Z向線性模體和位于掃描床坐標系的X軸上的X向線性模體； 所述圖像生成單元，具體用于在一個設備模態下，通過兩個掃描床的床位對所述空間模體進行掃描，生成所述空間模體的兩個床位成像，其中，至少通過一個床位對所述X向線性模體進行掃描。
17.根據權利要求16所述的裝置，其特征在于，所述參數計算單元包括: 空間直線第一計算子單元，用于計算Z向線性模體的第一床位成像和第二床位成像的空間直線；


「1尸2/> — XpU!O 偏移角度第一確定子單元，用于按照關系式=A O計算A1，根據A1確定

I — — ”/I



L—尸，Jy —尸IZi成像設備坐標系到掃描床坐標系分別繞X軸和Y軸旋轉的偏移角度； 其中，A1為當掃描床坐標系到成像設備坐標系分別繞X和Y軸旋轉相應的偏移角度時，空間模體在掃描床坐標系中的空間坐標轉換為所述空間模體在成像設備坐標系中的空間

xPlP坐標的旋轉矩陣，為位于所述Z向線性模體的第一床位成像的空間直線上的任意一


?

xPlP點在圖像坐標系的空間坐標，yP2P為位于所述z向線性模體的第二床位成像的空間直線


_^P2P _上的任意一點在圖像坐標系的空間坐標，且Zpip = Zp2po
18.根據權利要求16所述的裝置，其特征在于，所述參數計算單元包括: 空間直線第一計算子單元，用于計算Z向線性模體的第一床位成像和第二床位成像的空間直線；一.Y pipO偏移角度第二確定子單元，用于按照關系式ypnrynF =A1 O計算A1，按照關系式 K = A2A1 O計算A2,根據A2確定成像設備坐標系到掃描床坐標系繞Z軸旋轉的偏移角K] LOJ度； 其中，A1為當掃描床坐標系到成像設備坐標系分別繞X和Y軸旋轉相應的偏移角度時，空間模體在掃描床坐標系中的空間坐標轉換為所述空間模體在成像設備坐標系中的空間坐標的旋轉矩陣，A2為當掃描床坐標系到成像設備坐標系繞Z軸旋轉相應的偏移角度時，空間模體在掃描床坐標系中的空間坐標轉換為所述空間模體在成像設備坐標系中的空間坐P.'.]P]標的旋轉矩陣，K為所述X向線性模體的成像在圖像坐標系的單位向量，ο為掃描床—F」 坐標系中X軸上的單位向量，為位于所述Z向線性模體的第一床位成像的空間直線

Jpxr JP2P上的任意一點在圖像坐標系的空間坐標，為位于所述Z向線性模體的第二床位成像


^riP __的空間直線上的任意一點在圖像坐標系的空間坐標，且Zplp = Zp2qo
19.根據權利要求16所述的裝置，其特征在于，所述參數計算單元包括: 空間直線第二計算子單元，用于計算所述Z向線性模體的第二床位成像與X向線性模體的成像的空間直線； 偏移距離第一確定子單元，用于根據所述Z向線性模體的第二床位成像與所述X向線性模體的成像的空間直線確定一個交點，所述交點在圖像坐標系的空間坐標為成像設備坐標系到掃描床坐標系分別沿X軸方向、Y軸方向和Z軸方向的偏移距離。
20.根據權利要求15所述的裝置，其特征在于，當所述醫學成像設備為CT設備時，被掃描的空間模體包括:位于掃描床坐標系的X軸上的X向線性模體、位于掃描床坐標系的Y軸上的Y向線性模體和位于掃描床坐標系的Z軸上的Z向線性模體。
21.根據權利要求20所述的裝置，其特征在于，所述參數計算單元包括: 空間直線第三計算子單元，用于計算X向線性模體、Y向線性模體和Z向線性模體的成像的空間直線； 關系式構建子單元，用于構建關系式 fpmC = *4 JW-ZPmC J Lnr J偏移角度計算子單元，用于在位于所述X向線性模體、Y向線性模體和Z向線性模體的成像的空間直線上選取點，并根據所選取點在圖像坐標系的坐標以及所述關系式計算成像設備坐標系到掃描床坐標系分別繞X軸和Y軸旋轉的偏移角度； xPmCxPmT 其中，.Vhtic為Pm點在CT坐標系的空間坐標，為Pm點在掃描床坐標系的空間
坐標，A為當掃描床坐標系到成像設備坐標系分別繞X、Y軸和Z軸旋轉相應的偏移角度時，空間模體在掃描床坐標系中的空間坐標轉換為所述空間模體在成像設備坐標系中的空間
—jW —坐標的旋轉矩陣，ynnl為Pm點在圖像坐標系中的空間坐標，掃描床坐標系中的Z向線性模體在CT坐標系的向量為(1，m, η)。
22.根據權利要求21所述的裝置，其特征在于，當掃描床坐標系到成像設備坐標系按照先后繞X、Y和Z軸的順序旋轉時，所述A為
【文檔編號】A61B6/03GK103479377SQ201310393231
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月2日 優先權日:2013年9月2日
【發明者】劉月, 李明, 韓震, 常杰 申請人:沈陽東軟醫療系統有限公司