本發(fā)明涉及ct成像技術(shù)，尤其涉及一種快速ct成像裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、圖像引導(dǎo)治療和手術(shù)導(dǎo)航已成為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)成像技術(shù)的重要應(yīng)用，其中ct成像技術(shù)是目前最為廣泛應(yīng)用的圖像引導(dǎo)技術(shù)。然而，現(xiàn)有ct設(shè)備采用封閉式的成像空間且掃描孔徑較小，嚴(yán)重制約了手術(shù)的操作空間。因此，目前術(shù)中ct成像解決方案大多需要在成像視野(fov)外進(jìn)行手術(shù)，并在需要成像時(shí)通過移動(dòng)床位將患者移至成像fov中，無法在治療時(shí)同步成像，這在一定程度上限制了其應(yīng)用。

2、此外，臨床上廣泛使用的ct系統(tǒng)，尤其是術(shù)中ct，大多采用傳統(tǒng)的積分能量ct技術(shù)，例如使用120kev能量掃描成像時(shí)，使用的實(shí)際上是120kev—40kev(可能更低)能量段的所有x線光子進(jìn)行掃描，得到的是該能量段的積分x線ct影像。這種方式導(dǎo)致不同組織(或材料)具有相同的ct值，從而無法有效區(qū)分組織或?qū)M織進(jìn)行定量表征。而且，積分能量ct在區(qū)分軟組織對(duì)比度方面較弱，這可能影響精確的組織分界。最后，積分能量ct圖像通常會(huì)受到較大的噪聲和高密度組織(如手術(shù)中的穿刺針等金屬器械)偽影的影響，導(dǎo)致圖像質(zhì)量下降，使得醫(yī)生在術(shù)中導(dǎo)航時(shí)難以準(zhǔn)確地識(shí)別和區(qū)分組織。

3、最后，針對(duì)肺部、腹部腫瘤治療，為更好的應(yīng)對(duì)由呼吸引起的腫瘤運(yùn)動(dòng)和形變通常希望能夠?qū)\(yùn)動(dòng)腫瘤進(jìn)行實(shí)時(shí)定位。然而，常規(guī)ct成像技術(shù)需要掃描不同角度下的x射線投影數(shù)據(jù)后才能進(jìn)行重建，成像速度慢，無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)成像。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，為解決上述背景技術(shù)中至少一個(gè)技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種快速ct成像裝置及方法，避免了患者在手術(shù)中被流轉(zhuǎn)于不同影像設(shè)備之間，減少了手術(shù)準(zhǔn)備時(shí)間；可以覆蓋患者全身的檢查或者治療，在此過程中，無需移動(dòng)患者，避免了對(duì)患者的二次傷害；可以通過單幅x射線錐束投影重建該時(shí)刻三維ct和進(jìn)行腫瘤實(shí)時(shí)定位，實(shí)現(xiàn)低劑量快速成像。

2、一種快速ct成像裝置，包括：圓環(huán)支架、第一探測(cè)器、第一輻射源、第二探測(cè)器、第二輻射源、滑動(dòng)模塊、導(dǎo)軌、操作臺(tái)和旋轉(zhuǎn)升降模塊；所述圓環(huán)支架上由外至內(nèi)依次轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置有第三滑軌、第二滑軌、第一滑軌；所述第一探測(cè)器和第一輻射源設(shè)置在第一滑軌上，所述第二探測(cè)器設(shè)置在第二滑軌上，第二輻射源設(shè)置在第三滑軌上，且所述第一滑軌、第二滑軌及第三滑軌三者的運(yùn)動(dòng)相互獨(dú)立；所述滑動(dòng)模塊安裝在圓環(huán)支架底端，且所述滑動(dòng)模塊滑動(dòng)設(shè)置在導(dǎo)軌上，且圓環(huán)支架的中心軸線與導(dǎo)軌平行；所述旋轉(zhuǎn)升降模塊安裝在所述導(dǎo)軌的一側(cè)，所述操作臺(tái)安裝在所述旋轉(zhuǎn)升降模塊的輸出端；

3、利用第一探測(cè)器和第一輻射源采集x射線螺旋投影數(shù)據(jù)；利用第二探測(cè)器和第二輻射源采集x射線錐束投影數(shù)據(jù)；

4、還包括四維ct重建模塊和快速三維ct重建模塊；

5、四維ct重建模塊利用第一探測(cè)器和第一輻射源采集的x射線螺旋投影數(shù)據(jù)或者第二探測(cè)器和第二輻射源采集的x射線錐束投影數(shù)據(jù)進(jìn)行重建，重建多個(gè)三維ct的四維ct數(shù)據(jù)；

6、快速三維ct重建模塊將第二探測(cè)器和第二輻射源采集的單幅x射線錐束投影數(shù)據(jù)輸入訓(xùn)練好的深度學(xué)習(xí)模型，得到對(duì)應(yīng)的預(yù)測(cè)三維ct和腫瘤標(biāo)簽。

7、進(jìn)一步的，快速三維ct重建模塊利用深度學(xué)習(xí)模型進(jìn)行快速三維重建，包括訓(xùn)練和應(yīng)用兩個(gè)階段；

8、訓(xùn)練階段包括：

9、將患者或者被檢物通過操作臺(tái)定位在圓環(huán)支架的中心孔；控制滑動(dòng)模塊移動(dòng)到導(dǎo)軌的預(yù)定位置；控制第一探測(cè)器獲取投影數(shù)據(jù)；利用第一探測(cè)器和第一輻射源采集x射線螺旋投影數(shù)據(jù)重建包括多個(gè)三維ct的四維ct數(shù)據(jù)；

10、利用四維ct構(gòu)建呼吸運(yùn)動(dòng)模型，生成不同呼吸時(shí)相下的三維ctcti及腫瘤分割標(biāo)簽mi以及該時(shí)相下不同成像角度下的drr；

11、將單幅x射線錐束投影輸入深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)得到預(yù)測(cè)三維ct和腫瘤標(biāo)簽并通過最小化cti和之間的mse損失以及mi和之間的bce損失進(jìn)行深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的訓(xùn)練；

12、應(yīng)用階段包括：

13、將患者或者被檢物通過操作臺(tái)定位在圓環(huán)支架的中心孔；控制滑動(dòng)模塊移動(dòng)到導(dǎo)軌的預(yù)定位置；控制第二探測(cè)器獲取投影數(shù)據(jù)；通過將第二探測(cè)器和第二輻射源采集的單幅x射線錐束投影數(shù)據(jù)輸入訓(xùn)練好的深度學(xué)習(xí)模型得到對(duì)應(yīng)的預(yù)測(cè)三維ct和腫瘤標(biāo)簽。

14、一種快速ct成像方法，包括：

15、將患者或者被檢物通過操作臺(tái)定位在圓環(huán)支架的中心孔；控制滑動(dòng)模塊移動(dòng)到導(dǎo)軌的預(yù)定位置；控制第一探測(cè)器獲取投影數(shù)據(jù)，和/或控制第二探測(cè)器獲取投影數(shù)據(jù)；

16、第一探測(cè)器和第一輻射源采集x射線螺旋投影數(shù)據(jù)或者第二探測(cè)器和第二輻射源采集x射線錐束投影數(shù)據(jù)，通過四維ct重建模塊進(jìn)行重建，重建多個(gè)三維ct的四維ct數(shù)據(jù)；

17、利用快速三維ct重建模塊將第二探測(cè)器和第二輻射源采集的單幅x射線錐束投影數(shù)據(jù)輸入訓(xùn)練好的深度學(xué)習(xí)模型，得到對(duì)應(yīng)的預(yù)測(cè)三維ct和腫瘤標(biāo)簽。

18、進(jìn)一步的，快速三維ct重建模塊包括訓(xùn)練和應(yīng)用兩個(gè)階段；

19、訓(xùn)練階段包括：

20、利用四維ct構(gòu)建呼吸運(yùn)動(dòng)模型，生成不同呼吸時(shí)相下的三維ct?cti及腫瘤分割標(biāo)簽mi以及該時(shí)相下不同成像角度下的drr；

21、將單幅x射線錐束投影輸入深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)得到預(yù)測(cè)三維ct和腫瘤標(biāo)簽并通過最小化cti和之間的mse損失以及mi和之間的bce損失進(jìn)行深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的訓(xùn)練；

22、應(yīng)用階段，通過將第二探測(cè)器和第二輻射源采集的單幅x射線錐束投影數(shù)據(jù)輸入訓(xùn)練好的深度學(xué)習(xí)模型得到對(duì)應(yīng)的預(yù)測(cè)三維ct和腫瘤標(biāo)簽。

23、進(jìn)一步的，深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)針對(duì)重建和分割任務(wù)，分別通過圖像編碼器得到重建特征和分割特征，通過多任務(wù)學(xué)習(xí)模塊整合重建特征和分割特征，并通過偽編碼器構(gòu)建2d特征金字塔，通過反卷積對(duì)2d特征升維成3d特征后，使用全局代理注意力模塊更好的保留全局信息，通過兩個(gè)解碼器分別得到重建結(jié)果和分割結(jié)果。

24、進(jìn)一步的，圖像編碼器使用醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)對(duì)上預(yù)訓(xùn)練過的分割大模型medsam的圖像編碼器vit作為特征提取基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，并結(jié)合大模型微調(diào)技術(shù)lora對(duì)編碼器做特定患者的微調(diào)適應(yīng)。

25、進(jìn)一步的，多任務(wù)學(xué)習(xí)模塊通過在空間尺度應(yīng)用自注意力機(jī)制以更好的關(guān)注當(dāng)前任務(wù)，在通道尺度應(yīng)用互注意力機(jī)制以更好的借鑒另一個(gè)任務(wù)，通過加權(quán)求和的方式整合兩個(gè)任務(wù)的相關(guān)性特征。

26、進(jìn)一步的，偽編碼器使用cnn架構(gòu)對(duì)圖像特征進(jìn)行上采樣獲取特征金字塔，以彌補(bǔ)圖像編碼器vit結(jié)構(gòu)中缺乏逐級(jí)尺度壓縮的問題，并通過跳躍連接于解碼器交互增強(qiáng)上下文信息的記憶。

27、進(jìn)一步的，全局代理注意力模塊在傳統(tǒng)transformer自注意力中引入自適應(yīng)池化代理矩陣作為中間變量縮小尺度，通過將代理矩陣分別視作查詢和關(guān)鍵詞進(jìn)行softmax注意力的計(jì)算來獲取最終的注意力圖。

28、進(jìn)一步的，解碼器通過多尺度卷積模塊進(jìn)行上采樣得到重建結(jié)果和分割結(jié)果，其中多尺度卷積結(jié)構(gòu)采用雙路結(jié)構(gòu)，即在經(jīng)過核為1的卷積整合通道后，分別經(jīng)過核為3和核為5的卷積上采樣并聚合。

29、本發(fā)明的有益效果在于：

30、1.提供的成像裝置通過圓環(huán)支架的運(yùn)動(dòng)和/或操作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，可以形成完整的手術(shù)空間，從而支持手術(shù)前檢查、手術(shù)中治療及手術(shù)后預(yù)后，緩解了患者在不同設(shè)備間的流轉(zhuǎn)。

31、2.提供的成像裝置通過圓環(huán)支架的運(yùn)動(dòng)和/或操作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，可以在治療時(shí)同步成像，可以實(shí)現(xiàn)患者在手術(shù)前檢查、手術(shù)中治療及手術(shù)后預(yù)后保持位置不變，從而降低了對(duì)患者的二次傷害。

32、3.提供的成像裝置具備能譜ct成像功能和錐束ct成像功能，在術(shù)中導(dǎo)航時(shí)可以準(zhǔn)確地識(shí)別和區(qū)分組織。

33、4.提供的成像方法可以基于任意角度采集的單幅x射線錐束投影快速重建三維ct和定位腫瘤。