具有擴展的視場的c型臂系統的製作方法

2023-05-19 00:41:11

具有擴展的視場的c型臂系統的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種C型臂X射線成像系統。為了提供具有擴展的三維視場的C型臂系統，提供了一種被提供為採集對象的擴展的三維圖像的C型臂X射線成像系統(10)，其包括：C型臂結構(12)，所述C型臂結構具有X射線源(14)和被安裝在所述X射線源對面的X射線探測器(16)；電動驅動器(22)，所述電動驅動器用於所述C型臂結構的旋轉運動；以及控制單元(26)。所述C型臂結構被提供為執行繞旋轉軸並繞ISO中心旋轉掃描，從而採集多個X射線投影，以便生成針對重建的三維視場的圖像數據。所述控制單元被配置為控制所述電動驅動器，並引起所述C型臂結構的所述旋轉運動，以執行繞具有針對第一視場的第一旋轉軸的第一ISO中心(56)的第一旋轉X射線掃描(50)，並執行繞具有針對第二視場的第二旋轉軸的第二ISO中心(62)的至少第二旋轉X射線掃描(60)。第一旋轉中心和第二旋轉中心相對於彼此發生移位，使得所述第一ISO中心與所述第二ISO中心之間的連接線橫向於所述第一旋轉軸和所述第二旋轉軸被布置。
【專利說明】具有擴展的視場的C型臂系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種C型臂X射線成像系統，一種用於採集對象的3D X射線圖像數據的方法，以及涉及一種電腦程式單元和一種計算機可讀介質。
【背景技術】
[0002]在C型臂系統中，三維視場受到源與探測器之間的距離的幾何布置以及探測器自身尺寸的限制。針對在提供斷層攝影X射線圖像數據的C型臂系統上的成像流程(該流程也被稱作CT類成像流程)，該限制在感興趣區域沒有完全被三維視場覆蓋時是不利的。例如，在與肝臟相關的手術介入中(例如在血管過多的肝臟病變處置中)，感興趣區域可能沒有被三維視場完整覆蓋。US2011/0255657A1涉及CT圖像採集，並且描述探測器的側向移位，以增大3D視場。然而，探測器必須被提供為可移動的，從而需要機械器件以允許移位。

【發明內容】

[0003]因此，需要提供具有擴展的三維視場的C型臂系統，其要求減小的機械作用。
[0004]本發明的目的是通過獨立權利要求的主題得以解決的，其中，進一步的實施例包含在從屬權利要求中。
[0005]應注意，下文描述的本發明的各方面也應用於C型臂X射線成像系統，用於採集對象的3D X射線圖像數據的方法，以及用於電腦程式單元和計算機可讀介質。
[0006]根據本發明的第一方面，提供了一種被提供為採集對象的擴展的三維圖像的C型臂X射線成像系統，其包括:c型臂結構，所述C型臂結構具有X射線源和被安裝在所述X射線源對面的X射線探測器；電動驅動器，所述電動驅動器用於所述C型臂結構的旋轉運動；以及控制單元。所述C型臂結構被提供為執行繞旋轉軸且繞ISO中心的旋轉掃描，從而採集多個X射線投影，以便生成針對重建的三維視場的圖像數據。所述控制單元被配置為控制所述電動驅動器。所述控制單元還被配置為引起所述C型臂結構的所述旋轉運動，以執行:
[0007]-繞具有針對第一視場的第一旋轉軸的第一ISO中心的第一旋轉X射線掃描；以及
[0008]-繞具有針對第二視場的第二旋轉軸的第二ISO中心的至少第二旋轉X射線掃描。
[0009]所述第一 ISO中心與所述第二 ISO中心相對於彼此發生移位，使得所述第一 ISO中心與所述第二 ISO中心之間的連接線橫向於所述第一旋轉軸和所述第二旋轉軸被布置。
[0010]術語「橫向」指連接線，其為直線，並且其側向於所述第一旋轉軸和所述第二旋轉軸行進，即以與所述第一旋轉軸和所述第二旋轉軸交叉的方式行進。
[0011]例如，所述第一旋轉軸和所述第二旋轉軸發生移位，使得所述第一視場和所述第二視場彼此接近或臨近，例如為相鄰視場。
[0012]例如，所述第一旋轉軸和所述第二旋轉軸通過平行移動發生移位。所述連接線則垂直於所述第一旋轉軸和所述第二旋轉軸。[0013]例如，所述第一旋轉軸和所述第二旋轉軸通過橫向移動發生移位，其中，移動具有垂直於兩個旋轉軸的第一垂直向量分量，以及平行於兩個軸的第一平行向量分量。
[0014]例如，所述第一旋轉軸和所述第二旋轉軸通過橫向移動發生移位，其中，移動具有垂直於兩個軸之一的第一垂直向量分量，以及垂直於兩個軸中另一個的第二垂直向量分量。
[0015]例如，提供第一垂直向量分量和第二垂直向量分量與平行向量分量的組合。
[0016]所述第一旋轉軸和所述第二旋轉軸也可以通過旋轉發生移位。
[0017]所述第一旋轉軸和所述第二旋轉軸也可以通過平行和/或垂直於兩個軸之一的移動以及通過旋轉發生移位。
[0018]應注意，術語「C型臂」涉及這樣的系統，其中，X射線源被布置為與X射線探測器相對，並且對象能夠被布置在源與探測器之間。源與探測器能夠一起繞所述對象移動，例如每個以旋轉方式在弧上旋轉。因此，術語「C型臂」也指所謂的O型臂系統，其中，兩個為「C型」的臂閉合，以形成「O型」。術語「C型臂」還包括這樣的系統，其中，源與探測器被安裝到獨立的機器人臂上，所述機器人臂被配置為提供像在C型臂中那樣的運動。
[0019]針對所述第一旋轉掃 描和所述第二旋轉掃描，所述C型臂具有固定的ISO中心。或者通過對象支撐物相對於所 述C型臂結構的移位，或者通過所述C型臂結構相對於所述對象支撐物的移位，提供所述第一旋轉中心與所述第二旋轉中心的移位(例如，移動和/或旋轉)。然而，針對移位，可以提供所述C型臂結構和所述對象支撐物兩者相對於彼此的移位的組合。
[0020]例如，所述第一旋轉X射線掃描和所述第二旋轉X射線掃描被提供有多個X射線投影，所述多個X射線投影的每個均具有在旋轉平面中具有扇形形式的束，所述旋轉平面分別覆蓋第一體積的投影和第二體積的投影，以用於分別重建第一三維視場和第二三維視場。
[0021 ] 例如，所重建的三維視場具有圓柱形的形狀。
[0022]例如，所述控制單元被配置為引起所述C型臂結構的所述旋轉運動，以執行除所述第一旋轉X射線掃描和所述第二旋轉X射線掃描以外的另外的旋轉X射線掃描。
[0023]根據示範性實施例，所述C型臂結構被配置為以第一軌跡執行所述第一旋轉X射線掃描，並且以第二軌跡執行所述第二旋轉X射線掃描，所述第二軌跡與所述第一軌跡發生移位，其中，所述第一軌跡和所述第二軌跡具有相同的軌跡形狀。
[0024]根據示範性實施例，所述控制單元被配置為引起所述C型臂結構的所述旋轉運動，以執行所述旋轉掃描，使得所述第一視場與所述第二視場彼此接觸。
[0025]例如，所述第一視場和所述第二視場具有至少一個共有體素。
[0026]例如，所述第一視場和所述第二視場彼此觸及或交疊。
[0027]根據示範性實施例，所述第一旋轉軸和所述第二旋轉軸被平行於彼此發生移位，使得所述第一 ISO中心與所述第二 ISO中心之間的連接線垂直於所述第一旋轉軸和所述第
二旋轉軸被布置。
[0028]術語「平行」和「垂直」也指第一軸與第二軸的布置，其包括與精確平行和精確90°的偏差，例如小的偏差，例如±5°或±10°。
[0029]根據另一示範性實施例，所述C型臂結構被提供為分別按圓弧執行所述第一旋轉掃描和所述第二旋轉掃描。
[0030]可以以源和/或探測器到旋轉中心的變化的距離，執行旋轉，例如得到橢圓形弧。
[0031]根據另一範例，所述控制單元被配置為引起所述C型臂結構的所述旋轉運動，以在至少140°，例如在大於180°的扇形角上執行所述第一旋轉掃描和至少所述第二旋轉掃描。
[0032]因此，能夠達到高的重建精確度。
[0033]根據另一示範性實施例，所述控制單元被配置為提供凸包，作為圍合所述第一視場和所述第二視場以及剩餘區域的擴展的三維視場，所述剩餘區域位於所述凸包內部，但在所述第一視場和第二視場的外部。所述控制單元被配置為針對所述第一視場的重建，使用來自所述第一旋轉X射線掃描的投影數據，並且針對所述第二視場的重建，使用來自所述第二旋轉X射線掃描的投影數據。所述控制單元被配置為針對所述剩餘區域的重建，使用來自所述第一視場的至少一部分的投影數據和來自所述第二視場的至少一部分的投影數據。
[0034]根據示範性實施例，所述控制單元被配置為使用來自體素覆蓋區段的投影數據，以重建所述剩餘區域內部的體素，其中，所述體素覆蓋區段為所述第一旋轉X射線掃描和/或所述第二旋轉X射線掃描的區段，所述區段包括採集點，針對所述採集點，要被重建的體素位於特定採集點的各自的第一視場和/或第二視場的內部。
[0035]根據本發明的第二個方面，提供一種用於採集對象的3D X射線圖像數據的方法，包括以下步驟: [0036]a)執行繞第一 ISO中心的第一旋轉X射線掃描。
[0037]b)執行繞第二 ISO中心的至少第二旋轉X射線掃描。
[0038]第一旋轉中心和第二旋轉中心相對於彼此發生移位，使得所述第一 ISO中心與所述第二 ISO中心之間的連接線橫向於所述第一旋轉軸和所述第二旋轉軸被布置。
[0039]術語「視場」也被稱作「投影體積」。所述視場，或投影體積，指在各自的旋轉掃描的X射線投影的每個中可見的體素，其中，可見意指能由探測器探測到。
[0040]例如，所述弧按圓弧被執行，例如被提供為在大於180°的扇形角上的半圓。
[0041]根據示範性實施例，凸包被提供為圍合所述第一視場和所述第二視場以及剩餘區域的擴展的三維視場，所述剩餘區域位於所述凸包內部，但在所述第一視場和所述第二視場的外部。針對所述第一視場的重建，使用來自所述第一旋轉X射線掃描的投影數據；並且針對所述第二視場的重建，使用來自所述第二旋轉X射線掃描的投影數據。針對所述剩餘區域的重建，使用來自所述第一視場的至少一部分的投影數據和來自所述第二視場的至少一部分的投影數據。
[0042]根據示範性實施例，為了重建在所述剩餘區域內部的體素，使用來自體素覆蓋區段的投影數據。所述體素覆蓋區段為所述第一旋轉X射線掃描和/或所述第二旋轉X射線掃描的區段，所述區段包括採集點，針對所述採集點，要被重建的體素位於特定採集點的各自的第一視場和/或第二視場的內部。
[0043]根據另一示範性實施例，為了重建所述剩餘區域內部的體素，使用沿所述體素覆蓋區段的微分的反投影的投影數據。
[0044]例如，能夠通過提供以下條件，達到最佳設置:所述第一旋轉X射線掃描和所述第二旋轉X射線掃描具有相同的軌跡形狀；並且i)所述第一 ISO中心與所述第二 ISO中心發生移位，使得所述第一視場與所述第二視場彼此接觸；ii)所述第一旋轉軸和所述第二旋轉軸平行於彼此發生移位，使得所述第一 ISO中心與所述第二 ISO中心之間的連接線垂直於所述第一旋轉軸和所述第二旋轉軸被布置；以及iii)第一旋轉掃描和第二旋轉掃描分別按圓弧被執行。
[0045]然而必須注意，還提供與這些條件的偏差和變型，如所解釋的。例如，通過不滿足，或調整這些參數中的一個或多個，可以以略有降低的質量達到針對擴展的視場的結果，但對於根據本發明的目的仍是有價值的。
[0046]根據本發明的一個方面，擴展的視場(XFOV)基於兩個獨立的採集，它們每個均被提供為繞固定的旋轉中心，即繞ISO中心的旋轉掃描的形式。然而，至少兩個採集的路線，即它們的旋轉中心，彼此發生移位，因此以從不同視向的掃描覆蓋更大的區域，從而提供充足的圖像數據用於重建。基於特定的各自的旋轉掃描，重建由各自的旋轉掃描充分覆蓋的那些區域。針對凸包內的剩餘區域，以如下方式使用來自兩個旋轉掃描的圖像數據:只要各自的體素(即圖像點)被來自旋轉掃描之一(即來自旋轉掃描的各自的區段或軌跡)的視野覆蓋，則該圖像數據用於重建更大的體積。一旦各自的體素不再被各自的軌跡上的下一視野覆蓋，則使用來自其他軌跡，或旋轉掃描的圖像數據，因為所述體素現在被該各自的視野看到。在移位的情況中(其中，旋轉X射線掃描的三維視場不彼此接觸)，體素可以不被各自的旋轉X射線掃描中的任一個所覆蓋。在這種情況中，重建仍然可以被執行，儘管得到較低的精確度，然而，仍足以提供針對擴展的視場的三維圖像數據。然而，當三維視場彼此接觸時，並且在旋轉掃描在至少大於180°的扇形角上的情況中，保證所述凸包內部的所有體素均能夠通過來自不同旋轉X射線掃描的採集數據的組合來重建。例如，可以利用相繼的標準FDK重建(一種已知的由Feldkamp、Davis和Kress提出的重建算法)，重建三維視場內部的區域。然而，三維視場可能受截斷偽影影響。例如，圓形反投影濾波算法(BPF)能夠被修改為使得不僅能夠重建三維視場，而且還能夠重建剩餘區域。例如，能夠使用沿軌跡的體素覆蓋區段的微分的反投影的投影數據(DBP)，重建剩餘區域中的體素。因此，如果對象沿側向方向嵌合擴展的視場，則在整個視場的中心平面中提供數學上精確的重建。
[0047]本發明的這些以及其他方面將從下文描述的實施例變得顯而易見，並將參考下文描述的實施例得以闡明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0048]下面將參考附圖描述本發明的示範性實施例。
[0049]圖1示意性地描述根據本發明的C型臂X射線成像系統的示範性實施例。
[0050]圖2示意性地描述至少兩個旋轉X射線掃描的布置。
[0051]圖3示意性地示出至少兩個旋轉X射線掃描的另一實施例。
[0052]圖4示出根據本發明的兩個旋轉X射線掃描的另一示範性實施例。
[0053]圖5示意性地圖示根據本發明的用於採集對象的三維圖像數據的方法的基本方法步驟。
[0054]圖6示意性地示出根據本發明的方法的另一範例。【具體實施方式】
[0055]如上文指示的，本發明提出一種採集與重建方法，以從兩個弧形採集(例如從兩個圓弧採集)實現擴展的視場(XFOV)。本發明包括兩個或更多個弧形採集，例如圓弧採集，這些弧形採集具有在採集之間發生移位的(例如移動的)ISO中心，其中，第一 ISO中心和第二 ISO中心相對於彼此發生移位，使得第一 ISO中心與第二 ISO中心之間的連接線橫向於第一旋轉軸和第二旋轉軸被布置。ISO中心的移位(例如移動)能夠通過整個C型臂系統的移位，或者通過患者臺的移位，或者通過兩者的組合得以實現。
[0056]圖1示出C型臂X射線成像系統10，其包括C型臂結構12，C型臂結構12具有X射線源14和被安裝在所述X射線源對面的，即在C型臂的相對端18、20上的X射線探測器
16。此外，提供電動驅動器22，以用於所述C型臂結構的旋轉運動。此外，可以提供為患者臺形式的對象支撐物24。此外，提供控制單元26。
[0057]另外，圖1還示出照明裝備28和顯示布置30。
[0058]所述C型臂結構能夠繞被布置在對象支撐物24上的對象32旋轉。患者相對於旋轉中心(其形成ISO中心)的定位是可調節的。所述C型臂結構允許繞水平軸34的運動，以及繞垂直軸36的旋轉運動。此外，以雙箭頭38指示的弧狀滑行運動也是可能的。還利用指示水平運動的第一雙箭頭40，以及指示垂直運動的第二雙箭頭42，指示所述患者臺的運動。為了提供根據本發明的ISO中心的運動或移位，提供所述臺垂直於由兩個箭頭40和42指示的方向的移位，例如移動。此外，還提供了臺繞垂直軸的旋轉運動，儘管未進一步示出。ISO中心由垂直軸36與水平軸34的交叉點指示，該交叉點以附圖標記44指示。
[0059]根據本發明，所述C型臂結構被提供為執行繞旋轉軸且繞ISO中心的旋轉掃描，從而採集多個X射線投影，以便生成針對重建的三維視場的圖像數據。
[0060]「橫向」移位涉及連接線，其為直線，並且其側向於第一旋轉軸和第二旋轉軸行進，即以與第一旋轉軸和第二旋轉軸交叉的方式行進。例如，第一旋轉軸和第二旋轉軸發生移位，使得第一視場和第二視場彼此接近或臨近，例如為相鄰視場。
[0061]例如，第一旋轉軸和第二旋轉軸通過平行移動發生移位。
[0062]根據另一範例(未不出)，第一旋轉軸和第二旋轉軸通過橫向移動發生移位，其中，移動具有垂直於兩個旋轉軸的第一垂直向量分量，以及平行於兩個軸的第一平行向量分量。
[0063]根據又一範例(未不出)，第一旋轉軸和第二旋轉軸通過橫向移動發生移位，其中，移動具有垂直於兩個軸之一的第一垂直向量分量，以及垂直於兩個軸中另一個的第二
垂直向量分量。
[0064]根據再一範例(未不出)，提供第一垂直向量分量和第二垂直向量分量與平行向量分量的組合。
[0065]第一旋轉軸和第二旋轉軸也可以通過旋轉發生移位(未示出)。
[0066]第一旋轉軸和第二旋轉軸也可以通過平行和/或垂直於兩個軸之一的移動以及通過旋轉發生移位(也未示出)。
[0067]控制單元26控制電動驅動器22，並且還引起C型臂結構12的旋轉運動。下面將參考圖2至圖6描述根據本發明的旋轉運動。
[0068]圖2示意性地示出針對不同旋轉掃描的幾何布置的範例。應注意,旋轉掃描被示為涉及例如X射線源的運動路徑的軌跡的形式。為了更好理解，沒有進一步示出X射線源的各自的運動，其由於源和探測器在C型臂的相對端上的安裝而同時發生。
[0069]圖2示出被布置在支撐結構48上的患者的橫截面46，支撐結構48表示例如對象支撐物24。
[0070]根據本發明，繞第一 ISO中心56的第一旋轉X射線掃描50由第一軌跡示意性地圖示，並且還以附圖標記50指示，第一 ISO中心56具有針對第一視場的第一旋轉軸。沿所述軌跡，採集多個X射線投影(其每個例如均具有在旋轉平面中具有扇形形式的束)，從而覆蓋第一投影體積，以重建第一三維視場。例如，針對第一點52，以第一角度54指示X射線投影，該角度由探測器相對於探測器與源之間的距離的寬度來限定。
[0071]在圖2中，第一旋轉軸垂直於圖紙表面，通過第一 ISO中心被布置。第二旋轉軸也垂直於圖紙表面，但通過第二 ISO中心被布置。
[0072]第一 ISO中心與第二 ISO中心的連接線(未示出)因此也是第一旋轉軸和第二旋轉軸之間的連接線。
[0073]X射線源沿軌跡50移動，並且同時繞第一 ISO中心56，即第一旋轉中心56旋轉。因此，當以旋轉方式繞旋轉中心移動角度54時，提供由第一虛線圓指示的第一視場58，即第一投影體積58,以重建第一三維視場。
[0074]利用第二軌跡指示繞具有針對第二視場的第二旋轉軸的第二 ISO中心62的第二旋轉X射線掃描60，針對所述第二軌跡也使用附圖標記60。所述第二旋轉X射線掃描也包括多個X射線投影(其具有在旋轉平面中具有扇形形式的束)，從而覆蓋第二投影體積，以重建第二三維視場。旋轉也是在繞第二 ISO中心62，即第二旋轉中心62的弧形上執行的，例如繞對象的至少140°上。例如，第一旋轉和第二旋轉兩者均在至少140°上執行，例如在大於180°的各自的扇形角54上。
[0075]第二角度64指示各自的所謂的視角，因此提供第二視場66，即投影體積66，以重建第二三維視場。利用第二虛線圓指示第二投影體積66。
[0076]第一旋轉中心56和第二旋轉中心62相對於彼此發生移位，如以距離雙箭頭68指示的，使得第一 ISO中心與第二 ISO中心之間的連接線橫向於第一旋轉軸和第二旋轉軸被布置。
[0077]作為第一旋轉X射線掃描50和第二旋轉X射線掃描60的結果，提供凸包70作為圍合第一視場58和第二視場66以及剩餘區域72的擴展的三維視場，剩餘區域72位於凸包70內部，但在第一視場58和第二視場66的外部。
[0078]在圖2示出的範例中，所述C型臂結構的旋轉運動按圓弧形式的弧形被執行。
[0079]根據另一未示出的示範性實施例，分別地，以源和/或探測器到旋轉中心的變化的距離執行所述旋轉，從而得到橢圓形弧，而圓弧基於源和探測器到旋轉中心的恆定不變的距離。
[0080]獨立於源和/或探測器到旋轉中心的距離的變化，根據本發明，旋轉中心保持固定。換言之，所述C型臂具有針對各自的旋轉掃描(在理論上)固定的ISO中心。「理論上」指以下事實:可能因彎曲力等而發生旋轉中心的非常小的運動。
[0081] 可以通過對象支撐物24相對於C型臂結構12的移位，或者通過C型臂結構12相對於對象支撐物24的移位，提供第一旋轉中心56和第二旋轉中心62的移位，例如移動和/或旋轉。根據另一範例，提供C型臂結構12和對象支撐物24兩者相對於彼此的運動的組
口 ο
[0082]根據另一未進一步示出的示範性實施例，代替C型臂結構12，提供所謂的O型臂系統，其中，X射線探測器相對於X射線源布置，並且對象能夠被布置在兩者之間。源與探測器的運動以旋轉方式一起發生。
[0083]根據另一範例，代替C型臂系統，提供兩個獨立的機器人臂，所述機器人臂被配置為提供類似在C型臂中的運動，即X射線源與探測器繞旋轉中心的組合運動。
[0084]在圖2中，第一三維視場和第二三維視場彼此接觸，例如以交疊方式，如所示的。
[0085]根據另一範例，第一視場與第二視場具有至少一個共有體素。
[0086]根據又一範例，第一視場和第二視場可以發生移位，使得兩個虛線圓58、66不再彼此接觸。然而，在這種情況中，得到的體素信息導致針對在兩個圓之間的區域中的像素的至少某種程度的模糊。然而，即使在這種情況中，對擴展的視場的重建也是可能的。
[0087]針對由虛線圓58指示的第一視場或第一投影體積的重建，使用來自第一旋轉X射線掃描50的投影數據。 因此，被布置在第一視場內部，即第一虛線圓58內部的所有體素從沿第一旋轉X射線掃描50以及各自的軌跡的所有方向上被看到。
[0088]相應地，為了重建第二視場或第二投影體積66，使用來自第二旋轉X射線掃描60的投影數據。
[0089]針對在剩餘區域72中的體素的重建，使用來自旋轉X射線掃描50、60兩者的投影數據。
[0090]例如，針對在剩餘區域72中的體素74，該體素74在第一軌跡50的第一區段上被看見，第一軌跡50的第一區段即為從以附圖標記76指示的所謂的起始點直到點78。在後者(即點78)的位置中，體素74仍可見，但在下一採集點將是不可見的，因為體素74被布置在各自的視角的第一邊線80上，所述視角由跨過視角84的第一邊線80和第二邊線82指示。
[0091]然而，體素74從第二軌跡60上的點86也是可見的，即以各自的投影信息被探測到。這是因為，體素74現在被布置在各自的點86的扇形角88內部。針對重建，從起始點76直到點78使用來自第一軌跡50的圖像數據，並且之後從點86直到由附圖標記90指示的各自的終點使用來自第二軌跡60的圖像數據。
[0092]必須注意，當從第二軌跡的終點90開始時，當在軌跡上確定這樣的點時:直到該點，點都是可見的，將到達被布置超越點86的點。換言之，在所示的範例中，存在交疊區域，其中，能夠使用來自兩個投影軌跡50和60的圖像數據。
[0093]為了確定所第二軌跡中各自的點，能夠使用在第一軌跡上從體素74到第二點78的連接線的延續，該延續以虛線區段92指示。
[0094]第一軌跡中在第一點76與第二點78之間的區段也被稱作第一軌跡50的體素覆蓋區段94。分別地，第二軌跡60中在點86與終點90之間的部分被稱作第二軌跡的體素覆蓋區段96。體素覆蓋區段94、96因此為第一旋轉X射線掃描和/或第二旋轉X射線掃描的區段，所述區段包括採集點，針對所述採集點，要被重建的體素位於特定採集點的各自的第一視場(即投影體積)和/或第二視場(即投影體積)的內部。
[0095]根據另一儘管未進一步示出的範例，提供除第一旋轉X射線掃描和第二旋轉X射線掃描以外的另外的旋轉X射線掃描。因此，提供另外的視場，即另外的投影體積，以重建另外的三維視場。例如，該視場能夠以類似方式被提供，例如以接觸或交疊的方式。針對重建，為視場外部的體素確定軌跡的各自的區段。
[0096]能夠例如在旋轉弧的弦的方向中(如在圖2中所示)，或者在旋轉弧的角平分線的方向中(如在圖3中所示)，或者橫向於所述弧(即橫向於弦且橫向於角平分線，如在圖4中所示)，來提供移位。
[0097]應進一步注意，針對被布置在所述剩餘區域中的體素的重建，使用來自各自的軌跡的多個區段。
[0098]例如，參考圖3，通過使用來自第一軌跡的第一區段100的投影數據，重建體素98，第一區段100始於起始點102直到第一區段終點104。針對另外的重建，使用來自第二軌跡的投影數據，即來自第二軌跡60上的點106的投影數據，點106由第一軌跡50上的終點104與體素98連接的 連接線確定。下文中，使用來自第二軌跡的圖像或投影數據，直到第二終點108,第二終點108表示第二軌跡上的這樣的點:從該點體素仍可見。之後，通過由體素98與第二軌跡上的點108之間的連接線的延續112來確定第一軌跡50上的另外的起始點110，再次移動回第一軌跡。此外，之後，將來自在第一軌跡50上的第二起始點110到終點114之間的區段的投影數據用於重建體素98。換言之，使用第一軌跡上的兩個不同體素覆蓋區段和第二軌跡上的一個覆蓋區段來重建體素98。
[0099]以附圖標記116指示第二軌跡60上的點106與點108之間的體素覆蓋區段，並且軌跡50上在第二起始點110與終點114之間的區段被稱作體素覆蓋區段118。
[0100]在圖3中，相對於從上到下的繪製的取向，以垂直的方式示出移位，其中，圖4示意性地示出以箭頭120指示的橫向移位。對各自的體素的確定在圖4中未進一步被示出，但據上文提供的解釋能夠被容易地理解。此外，移位被示出在限定第一視場(投影體積)和第二視場(投影體積)的橫軸方向上的圓形橫截面的交疊結果中。第一三維視場直徑和第二三維視場直徑的寬度由在旋轉中心處的有效輻射束的寬度限定，該有效輻射束為X射線束擊中探測器並被用於採集圖像數據的部分。所述圓形橫截面具有直徑。移位能夠等於或小於所述直徑。因此，所述圓形橫截面彼此接觸，或至少具有一個或多個共有體素。
[0101]當然，本發明也可應用於大於所述直徑的移位。
[0102]應進一步注意，以上給出的解釋指的是圓弧運動的範例，即針對第一 X射線掃描和第二X射線掃描的圓弧軌跡的範例。然而，也能夠在不同形狀的弧上執行旋轉掃描，例如在橢圓弧上。當然，在這樣的情況中，得到的投影體積將不由圓表示，而是由橢圓或其他形狀的形式表示。
[0103]圖5示出用於採集對象的3D X射線圖像數據的方法200的基本步驟，其包括以下步驟:在第一步驟210中，執行繞第一 ISO中心的第一旋轉X射線掃描212。
[0104]例如，利用多個X射線投影執行第一旋轉X射線掃描，所述多個X射線投影每個均具有在覆蓋第一視場(投影體積)的旋轉平面中具有扇形形式的束，以重建第一三維視場，其中，在繞第一 ISO中心的弧上，在繞對象的至少140°上，執行旋轉。
[0105]在第二步驟214中，執行繞第二 ISO中心的至少第二旋轉X射線掃描216。
[0106]例如，利用多個X射線投影執行第二旋轉X射線掃描，所述多個X射線投影具有在覆蓋第二視場(投影體積)的旋轉平面中具有扇形形式的束，以重建第二三維視場，其中，在繞第二旋轉中心的弧上，在繞對象的至少140°上，執行旋轉。
[0107]第一旋轉中心和第二旋轉中心相對於彼此發生移位，如以雙箭頭218指示的，使得第一 ISO中心與第二 ISO中心之間的連接線橫向於第一旋轉軸和第二旋轉軸被布置。
[0108]箭頭220指示對如此採集的圖像數據的進一步使用。
[0109]例如，第一視場和第二視場具有至少一個共有體素，或彼此接觸。
[0110]第一旋轉掃描和第二旋轉掃描每個均以靜態ISO中心被執行。
[0111]根據另一範例，提供凸包作為圍合所述第一視場和所述第二視場以及剩餘區域的擴展的三維視場，所述剩餘區域位於凸包內部，但在所述第一視場和第二視場的外部。
[0112]例如，以雙楔狀形式提供所述剩餘區域。所述剩餘區域也可以被稱作剩餘區。
[0113]圖6示出根據本發明的方法的另一實施例，其中，除虛線矩形224圍合的圖像採集步驟以外，還提供重建步驟222。針對第一視場的重建226，使用來自第一旋轉X射線掃描的投影數據，該投影數據以箭頭228指示。針對第二視場的重建230，使用來自第二旋轉X射線掃描的投影數據，如由箭頭232指示的。針對剩餘區域的重建234，使用來自所述第一視場的至少一部分的投影數據，如以附圖標記236指示的，並且還使用來自第二視場的至少一部分的投影數據，如以箭頭238指示的。
[0114]根據另外一方面，還能夠使用各自的其他弧的投影數據，以改善信噪比(SNR)。
[0115]為了重建剩餘區 域內部的體素，使用來自體素覆蓋區段的投影，其中，所述體素覆蓋區段為第一旋轉X射線掃描和/或第二旋轉X射線掃描的區段，所述段包括採集點，針對所述採集點，要被重建的體素位於特定採集點的各自的視場內部。
[0116]例如，為了重建剩餘區域內部的體素，使用沿所述體素覆蓋區段的微分的反投影的投影數據。
[0117]根據本發明，提供一種用於3D X射線成像的擴展的視場，而無需更大的探測器或其他機械器件。
[0118]結果，例如在參考圖2時，與兩個圓相比提供了增大大致14%的視場，Ur2Mr2)/(2 n r2) ^ 1.14。
[0119]因此，擴展的視場可應用於多個不同的應用，從而提供改進的應用情況，例如，用於肝臟TACE、脊柱介入、子宮動脈栓塞形成、一次對兩個股動脈的成像。
[0120]擴展的視場被提供有多個弧。因此，本發明旨在通過在一次，即單次重建中以移動的ISO中心掃描兩個或更多個弧，來實現更大的視場。提供了三種候選解決方案:
[0121]第一，提供具有平滑羽化的兩個獨立的FDK重建:兩個重建被單獨執行，之後通過平滑拼接被縫合在一起。優點是，該解決方案對掃描間運動不敏感。然而，截斷偽影可能存在於兩個重建中。
[0122]第二，提供對針對多個弧的Defrise-Clack重建算法的修改。這意味著到相同的體積中的FBP。優點是，與兩個圓相比，視場能夠最高被增大到14%。然而，因投影中的長程濾波造成的截斷問題仍可能發生。此外，掃描間運動可能引入偽影。
[0123]第三，提供對針對多個弧的BPF重建算法的修改。來自兩個圓弧的微分的投影被反投影到相同的體積。之後對該單一體積應用希爾伯特反變換。優點是，如果擴展的視場沿PI線為非截斷的，則視場利用精確重建被增大高達14%。然而，掃描間運動可能引入偽影。[0124]根據另一範例，提供迭代重建。
[0125]優點是，提供較大的視場，例如提供視場中的體表面，以用於針路徑規劃與跟蹤、完整肝成像等。
[0126]在本發明的另一示範性實施例中，提供一種電腦程式或電腦程式單元，特徵在於，其適於在合適的系統上執行根據前述實施例之一的方法的方法步驟。
[0127]所述電腦程式單元因此可以被存儲在計算機單元上，所述計算機單元也可以為本發明的實施例的一部分。該計算單元可以適於執行或誘發執行上述方法的步驟。而且，其可以適於操作上述裝置的部件。所述計算單元能夠適於自動地操作和/或執行用戶的命令。電腦程式可以被載入數據處理器的工作存儲器中。所述數據處理器因此可以被裝配為執行本發明的方法。
[0128]本發明的該示範性實施例覆蓋以下兩者:從一開始就使用本發明的電腦程式，以及藉助於更新將現有程序轉變為使用本發明的程序的電腦程式。
[0129]此外，所述電腦程式單元可以能夠提供履行上述方法的示範性實施例的流程的所有必要步驟。
[0130]根據本發明另一示範性實施例，提供一種計算機可讀介質，例如CD-ROM，其中，所述計算機可讀介質具有存儲於其上的電腦程式單元，該電腦程式單元是由前面段落描述的。
[0131]電腦程式可以被存儲和/或分布在適當的介質上，所述介質例如為與其他硬體一起提供的或作為其他硬體的一部分提供的光學存儲介質或固態介質，但電腦程式也可以以其他形式分布，例如經由網際網路或者其他有線或無線的遠程通信系統。
[0132]電腦程式也可以被提供在諸如全球資訊網的網絡上，並能夠從這樣的網絡被下載到數據處理器的工作存儲器中。根據本發明的另一個示範性實施例，提供一種用於使電腦程式單元可用於下載的介質，該電腦程式單元被布置為執行根據本發明的前述實施例之一的方法。
[0133]應注意，本發明的實施例是參考不同的主題進行描述的。具體而言，一些實施例是參考方法類型權利要求描述的，而其他實施例是參考設備類型權利要求描述的。然而，本領域技術人員將會從上文以及下文的描述中總結出，除非另外指出，除屬於一種類型的主題的特徵的任意組合外，涉及不同主題的特徵之間的任何組合也被認為在本申請中公開。然而，所有的特徵能夠被組合以提供大於這些特徵的簡單相加的協同效應。
[0134]儘管已經在附圖和前面的描述中詳細說明並描述了本發明，但這樣的說明和描述應當被認為是說明性或示範性的，而不是限制性的。本發明不限於所公開的實施例。通過研究附圖、說明書以及從屬權利要求，本領域技術人員在實施要求保護的發明時可以理解和實現所公開實施例的其他變型。
[0135]在權利要求中，詞語「包括」不排除其他元件或步驟，並且量詞「一」或「一個」不排除多個。單個處理器或其他單元可以實現權利要求中記載的幾個項目的功能。在互不相同的從屬權利要求中記載特定措施並不指示不能有利地使用這些措施的組合。權利要求書中的任何附圖標記不得被解釋為對範圍的限制。
【權利要求】
1.一種C型臂X射線成像系統(10)，其被提供為採集對象的擴展的三維圖像，所述系統包括: -C型臂結構(12)，其具有X射線源(14)和被安裝在所述X射線源對面的X射線探測器(16)； -電動驅動器(22)，其用於所述C型臂結構的旋轉運動；以及 -控制單元(26)， 其中，所述C型臂結構被提供為執行繞旋轉軸並繞ISO中心的旋轉掃描，從而採集多個X射線投影，以便生成針對重建的三維視場的圖像數據； 其中，所述控制單元被配置為控制所述電動驅動器；並且 其中，所述控制單元被配置為引起所述C型臂結構的所述旋轉運動，以執行: -繞具有針對第一視場的第一旋轉軸的第一 ISO中心(56)的第一旋轉X射線掃描(50);以及 -繞具有針對第二視場的第二旋轉軸的第二 ISO中心(62)的至少第二旋轉X射線掃描(60);並且 其中，所述第一 ISO中心與所述第二 ISO中心相對於彼此發生移位，使得所述第一 ISO中心與所述第二 ISO中心之間的連接線橫向於所述第一旋轉軸和所述第二旋轉軸被布置。
2.根據前述權利要求中之一所述的C型臂X射線成像系統，其中，所述C型臂結構被配置為以第一軌跡執行所述第一旋轉X射線掃描；並且以第二軌跡執行所述第二旋轉X射線掃描，所述第二軌跡與所述第一軌跡發生移位；其中，所述第一軌跡和所述第二軌跡具有相同的軌跡形狀。
3.根據權利要求1或2所述的C型臂X射線成像系統，其中，所述控制單元被配置為引起所述C型臂結構的所述旋轉運動，以執行所述旋轉掃描，使得所述第一視場與所述第二視場彼此接觸。
4.根據權利要求1、2或3所述的C型臂X射線成像系統，其中，所述第一旋轉軸和所述第二旋轉軸被平行於彼此發生移位，使得所述第一 ISO中心與所述第二 ISO中心之間的所述連接線垂直於所述第一旋轉軸和所述第二旋轉軸被布置。
5.根據前述權利要求中之一所述的C型臂X射線成像系統，其中，所述C型臂結構被提供為分別按圓弧執行所述第一旋轉掃描和所述第二旋轉掃描。
6.根據前述權利要求中之一所述的C型臂X射線成像系統， 其中，所述控制單元被配置為提供凸包(70)，作為圍合所述第一視場和所述第二視場以及剩餘區域(72)的擴展的三維視場，所述剩餘區域位於所述凸包內部，但在所述第一視場和所述第二視場的外部；並且 其中，所述控制單元被配置為針對所述第一視場的重建，使用來自所述第一旋轉X射線掃描的投影數據；並且針對所述第二視場的重建，使用來自所述第二旋轉X射線掃描的投影數據；並且 其中，所述控制單元被配置為針對所述剩餘區域的重建，使用來自所述第一視場的至少一部分的投影數據和來自所述第二視場的至少一部分的投影數據。
7.根據前述權利要求中之一所述的C型臂X射線成像系統，其中，所述控制單元被配置為使用來自體素覆蓋區段(94、96;100、116、118)的投影數據，以重建所述剩餘區域內部的體素，其中，所述體素覆蓋區段為所述第一旋轉X射線掃描和/或所述第二旋轉X射線掃描的區段，所述區段包括採集點，針對所述採集點，要被重建的體素位於特定採集點的各自的第一視場和/或第二視場的內部。
8.一種用於採集對象的3D X射線圖像數據的方法(200)，包括以下步驟: a)執行(210)繞第一ISO中心的第一旋轉X射線掃描(212)； b)執行(214)繞第二ISO中心的至少第二旋轉X射線掃描(216)； 其中，第一旋轉中心和第二旋轉中心相對於彼此發生移位，使得在所述第一 ISO中心與所述第二 ISO中心之間的連接線橫向於所述第一旋轉軸和所述第二旋轉軸被布置。
9.根據權利要求8所述的方法，其中，以第一軌跡執行步驟a)中的所述第一旋轉X射線掃描；並且以第二軌跡執行步驟b)中的所述第二旋轉X射線掃描，所述第二軌跡與所述第一軌跡發生移位；其中，所述第一軌跡和所述第二軌跡具有相同的軌跡形狀。
10.根據權利要求8或9所述的方法，其中，提供以下組中的至少一組: i)所述第一 ISO中心與所述第二 ISO中心發生移位，使得所述第一視場與所述第二視場彼此接觸； ?)所述第一旋轉軸與所述第二旋轉軸平行於彼此發生移位，使得所述第一 ISO中心與所述第二 ISO中心之間的所述連接線垂直於所述第一旋轉軸和所述第二旋轉軸被布置； iii)分別按圓弧執行所述第一旋轉掃描和所述第二旋轉掃描。
11.根據權利要求8、9或10所述的方法，其中，提供凸包作為圍合所述第一視場和所述第二視場以及剩餘區域的擴展的三維視場，所述剩餘區域位於所述凸包內部，但在所述第一視場和所述第二視場的外部； 其中，針對所述第一視場的重建(226)，使用來自所述第一旋轉X射線掃描的投影數據(228);並且其中，針對所述第二視場的重建(230)，使用來自所述第二旋轉X射線掃描的投影數據(232);並且 其中，針對所述剩餘區域的重建(234)，使用來自所述第一視場的至少一部分的投影數據(236、238)和來自所述第二視場的至少一部分的投影數據。
12.根據權利要求8、9、10或11所述的方法，其中，為了重建所述剩餘區域內部的體素，使用來自體素覆蓋區段的投影數據；其中，所述體素覆蓋區段為所述第一旋轉X射線掃描和/或所述第二旋轉X射線掃描的區段，所述區段包括採集點，針對所述採集點，要被重建的所述體素位於特定採集點的各自的第一視場和/或第二視場的內部。
13.根據權利要求12所述的方法，其中，為了重建所述剩餘區域內側的所述體素，使用沿所述體素覆蓋區段的微分的反投影的投影數據。
14.一種用於控制根據權利要求1至7中之一的裝置的電腦程式單元，所述電腦程式單元當由處理單元執行時，適於執行根據權利要求8至13中之一所述的方法步驟。
15.一種計算機可讀介質，其存儲有根據權利要求14所述的程序單元。
【文檔編號】A61B6/03GK103945764SQ201280054827
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2012年11月9日 優先權日:2011年11月11日
【發明者】D·舍費爾, M·格拉斯 申請人:皇家飛利浦有限公司