用于醫(yī)學(xué)成像的移動校正的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)和移動跟蹤的領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及校正掃描數(shù)據(jù)以校正 患者移動，尤其是頭部移動。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來已經(jīng)開發(fā)出許多醫(yī)學(xué)掃描技術(shù)。這些技術(shù)中的一些具有相對長的數(shù)據(jù)采集 時間，在該時間期間，患者應(yīng)當(dāng)盡可能地保持靜止。在掃描期間患者的任何移動導(dǎo)致較低 的圖像質(zhì)量。這對于諸如計算機(jī)斷層攝像（CT)、磁共振成像（MRI)和正電子發(fā)射斷層攝影 (PET)的掃描模態(tài)能夠是重大的問題。對于這些模態(tài)，對圖像質(zhì)量的限制通常不是技術(shù)或裝 備固有的，而是患者移動。如果沒有在掃描的過程內(nèi)出現(xiàn)的患者移動，PET掃描能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu) 于2mm或3mm的分辨率。
[0003] 頭部的常規(guī)PET掃描可以花費(fèi)5至15分鐘，并且一些研宄掃描75分鐘或更多。針 對該時間段患者保持其頭部完全靜止是非常困難的?；颊咚浅Ｒ姷?，隨著身體放松，這 能夠?qū)е略?個自由度（6DoF，向前/向后、上/下、左/右、俯仰、翻滾或偏航）上的頭部的 移動。即使患者保持清醒，也能夠存在通過肌肉放松的頭部的移動。由于呼吸而引起的頭 部的正常移動還能夠降低PET或MRI掃描的可能分辨率。差的圖像質(zhì)量能夠?qū)е抡`診和/ 或漏診。
[0004] 移動也是用于對身體的其它部分的成像的問題。例如，對胸部區(qū)域的成像能夠被 呼吸移動降低，而對心臟的成像被心臟運(yùn)動降低。
[0005] 已經(jīng)做出通過對所獲得的數(shù)據(jù)校正移動來克服移動問題的嘗試。為了做到這一 點(diǎn)，必須準(zhǔn)確地跟蹤在掃描期間患者的移動。通常，已經(jīng)采取該方法以在身體上放置標(biāo)記， 并且使用跟蹤標(biāo)記的相機(jī)和圖像處理軟件來跟蹤標(biāo)記。該技術(shù)在研宄環(huán)境中獲得良好的結(jié) 果，但在臨床環(huán)境中完全是不切實(shí)際的。附著許多標(biāo)記所需的額外時間代價很高。附著標(biāo) 記的各種方式（膠水、膠帶、護(hù)目鏡、帽子、頭盔）是有創(chuàng)的、不舒服的，并且對于許多患者是 痛苦的。此外，即使忽視這些問題，也存在標(biāo)記獨(dú)立地移動并且因此使其目的失敗的風(fēng)險。 還存在這樣的問題：對于醫(yī)學(xué)成像模態(tài)，用于放置標(biāo)記并跟蹤裝備的空間是非常受限制的。
[0006] 最近已經(jīng)提出不需要標(biāo)記的移動跟蹤系統(tǒng)。其被描述在最近的期刊文章[運(yùn)動 Tracking for Medical Imaging ：A Nonvisible Structured Light Tracking Approach ； Olesen 等人；IEEE Transaction on Medical Imaging，第 31 卷，第 I 號，2012 年 I 月]中。 該文章描述一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)以由CCD相機(jī)查看的紅外光的模式來照亮患者的面部。該技 術(shù)依賴于生成尤其是鼻梁的關(guān)鍵面部特征的點(diǎn)云圖像并且跟蹤由于移動而引起的變化。
[0007] 該文章有用地列出在臨床環(huán)境中的成功移動跟蹤系統(tǒng)的要求。該要求是：
[0008] 1)必須同時估計位置的配準(zhǔn)使得能夠在PET圖像重建之前重新定位被稱為響應(yīng) 線（LOR)的檢測到的PET事件；
[0009] 2)跟蹤體積必須覆蓋在PET掃描器中的可能頭部運(yùn)動的范圍；
[0010] 3)系統(tǒng)必須適合PET掃描器的窄幾何結(jié)構(gòu)；
[0011] 4)跟蹤系統(tǒng)的準(zhǔn)確性必須優(yōu)于PET掃描器的空間分辨率，否則運(yùn)動校正將增加模 糊而不是減少模糊；
[0012] 5)系統(tǒng)不得干擾PET采集；
[0013] 6)根據(jù)尼奎斯特標(biāo)準(zhǔn)，樣品頻率必須至少是頭部運(yùn)動的頻率的兩倍高以避免混 疊。
[0014] 該文章繼續(xù)列出針對有效的跟蹤系統(tǒng)的臨床要求：
[0015] 1)簡單易用，同時優(yōu)先完全自動化的系統(tǒng)；
[0016] 2)跟蹤系統(tǒng)必須具有與PET掃描器的簡單接口；
[0017] 3)它必須是健壯的并具有將是日常工作的一部分的靈活設(shè)計；
[0018] 4)系統(tǒng)對于患者必須舒適，因為不舒服的患者將引入對患者的健康和圖像質(zhì)量兩 者適得其反的運(yùn)動；
[0019] 5)最后，必須滿足醫(yī)院使用的衛(wèi)生要求。
[0020] 已經(jīng)忽略至少一個額外的要求；該系統(tǒng)必須是經(jīng)濟(jì)上可行的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0021] 在一種形式中，盡管所述形式不必是唯一的或?qū)嶋H上最廣泛的形式，但是本發(fā)明 在于一種改善患者的醫(yī)學(xué)成像中的分辨率的方法，所述方法包括以下步驟：
[0022] 從醫(yī)學(xué)成像設(shè)備捕獲患者的掃描器數(shù)據(jù)；
[0023] 捕獲所述患者的視頻圖像數(shù)據(jù)；
[0024] 使用被應(yīng)用到所述視頻圖像數(shù)據(jù)的跟蹤算法來跟蹤所述患者的移動；
[0025] 從所述視頻圖像數(shù)據(jù)中提取移動校正數(shù)據(jù)；并且
[0026] 利用所述移動校正數(shù)據(jù)來校正所述掃描器數(shù)據(jù)以產(chǎn)生具有改善的分辨率的所述 患者的醫(yī)學(xué)圖像。
[0027] 提取移動校正數(shù)據(jù)的所述步驟優(yōu)選包括以下步驟：針對所述掃描器數(shù)據(jù)校準(zhǔn)所述 移動校正數(shù)據(jù)以獲得校準(zhǔn)因子，并且利用所述校準(zhǔn)因子來校準(zhǔn)所述視頻圖像數(shù)據(jù)。
[0028] 備選地，捕獲區(qū)域的視頻圖像的所述步驟可以包括通過包括基準(zhǔn)作為參考來解決 距離模糊性（ambiguity)。所述基準(zhǔn)能夠是所述患者的瞳孔間距離。備選地，捕獲視頻圖像 的所述步驟可以是通過立體相機(jī)的。
[0029] 優(yōu)選地，所述跟蹤算法是面部識別算法，并且所述醫(yī)學(xué)成像設(shè)備產(chǎn)生所述患者的 頭部的醫(yī)學(xué)圖像。
[0030] 所述視頻圖像由諸如網(wǎng)絡(luò)攝像頭的數(shù)碼相機(jī)適當(dāng)?shù)夭东@。
[0031] 所述移動校正數(shù)據(jù)跨六個自由度適當(dāng)?shù)乇挥嬎悴⒈粦?yīng)用。所述六個自由度是向前 /向后、上/下、左/右、俯仰、翻滾和偏航。
[0032] 在另一種形式中，本發(fā)明在于一種用于在醫(yī)學(xué)成像中使用的移動檢測系統(tǒng)，所述 移動檢測系統(tǒng)包括：
[0033] 相機(jī)；
[0034] 信號處理器，其適于分析從所述相機(jī)獲得的信號；
[0035] 在所述信號處理器上運(yùn)行的面部識別軟件，所述面部識別軟件識別面部特征并跟 蹤所識別的特征的移動以產(chǎn)生移動校正數(shù)據(jù)；以及
[0036] 圖像處理器，其從醫(yī)學(xué)成像設(shè)備采集掃描器數(shù)據(jù)并使用所述移動校正數(shù)據(jù)來校正 所述掃描器數(shù)據(jù)。
[0037] 本發(fā)明的進(jìn)一步的特征和優(yōu)點(diǎn)將變得從下文詳細(xì)描述中變得顯而易見。
【附圖說明】
[0038] 為了幫助理解本發(fā)明并且為了使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)⒈景l(fā)明實(shí)際生效，將通 過舉例的方式僅參考附圖來描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，在附圖中：
[0039] 圖1是PET掃描器上的移動校正硬件的簡圖；
[0040] 圖2例示移動問題；
[0041] 圖3是移動跟蹤系統(tǒng)的框圖；
[0042] 圖4描繪校準(zhǔn)過程；
[0043] 圖5是優(yōu)選的移動跟蹤系統(tǒng)的框圖；
[0044] 圖6是在掃描期間在X、Y和Z軸上的樣本患者的頭部移動的圖形；
[0045] 圖7是圖4中的數(shù)據(jù)的FFT圖形；
[0046] 圖8是在俯仰、偏航和翻滾上的移動的圖形；
[0047] 圖9是圖6中的數(shù)據(jù)的FFT圖形；并且
[0048] 圖10例示圖像中的改善。
【具體實(shí)施方式】
[0049] 本發(fā)明的實(shí)施例主要在于一種用于醫(yī)學(xué)成像的移動校正系統(tǒng)。因此，已經(jīng)在附圖 中以簡明示意形式圖示了元件和方法步驟，僅示出對于理解本發(fā)明的實(shí)施例必要的那些具 體細(xì)節(jié)，但是從而不利用對于受益于本描述的本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的過多的細(xì)節(jié) 模糊本公開。
[0050] 在本說明書中，諸如第一和第二、左和右等的形容詞可以單獨(dú)地被用來將一個元 件或動作與另一元件或動作區(qū)分開，而無需要求或暗示任何實(shí)際的這樣的關(guān)系或順序。諸 如"包括"或"包含"的詞語旨在限定非排它性的包括，使得包括元件列表的過程、方法、物 品或裝置不僅包括那些元件，而且可以包括沒有明確列出的其它元件，包括這樣的過程、方 法、物品或裝置固有的元件。
[0051 ] 參照圖1，示相機(jī)10的簡圖，相機(jī)10被定位在PET掃描器13中以在數(shù)據(jù)采集期間 觀察患者12的頭部11。出于解釋的目的，在獲得PET圖像的應(yīng)用中描述移動跟蹤系統(tǒng)，但 是本發(fā)明容易適用于任何醫(yī)學(xué)圖像模態(tài)，包括CT和MRI。
[0052] 圖Ia示出指示患者12的頭部11在掃描器13中的位置的端視圖。相機(jī)10被定 位在患者的上方中心。圖Ib示出圖Ia的頂視圖，并且圖Ic示出圖Ia的側(cè)視圖。如能夠 從圖Ib和圖Ic所看到的，相機(jī)被定位為以微小角度查看患者。微小角度是由于相機(jī)被定 位得與掃描器13的探測器晶體不一致而引