CN101237818A - 用于固定焦点长格式数字放射线照相术的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种X射线成像系统，包括相对于待成像对象(14)位于固定焦点位置(12)处的机动化X射线管，和机动化检测器(18)，用于检测发射穿过该对象的辐射的强度分布。提供有控制系统(22)用于计算两个或更多角度(Ot1)，从该角度将对象(14)暴露在辐射中从而覆盖对象(14)占据的整个曝光场(H)并使X射线管绕固定焦点位置(12)旋转从而从各个角度(Ot1)中的每个将对象(14)暴露在辐射中。检测器(18)的移动还是自动进行的以便与曝光角度一致，从而产生对象(14)相应的区的两个或更多相应的图像，该图像随后被拼合在一起产生其完整的图像。

Description

用于固定焦点长格式数字放射线照相术的系统和方法
本发明大体涉及长格式数字放射线照相术(radiography)，更具体的，涉及一种实施固定焦点长格式放射线照相检查的系统和方法。
例如，可能在例如脊柱侧凸或下肢变形评估之类的整形外科应用中需要整个脊柱和整个腿放射线照相检查。这种检查需要比正常尺寸的放射线照相胶片的长度更长的图像。通过使用超长、非标准胶片从相当大的距离曝光可能克服这个问题，但是这种方法是昂贵的且不方便。
在另一种解决方案中，用若干正常尺寸的胶片获得两个或三个腿或脊柱不同部分的子图像，然后用数字图像处理技术把子图像拼合在一起产生整个脊柱或腿的图像。在这点上两种不同技术是公知的，即“平行移动”和“固定焦点位置”。参照附图的图1，在平行移动方法中，X射线管(焦点)和检测器100一起平行移动略小于图像长度(以便相邻图像略微重叠)的距离。管或焦点和检测器保持在中心，且准直程度和管角度不需调整。虽然这种解决方案技术上最容易实现，但是因为在重叠区102内不同的投射角度而使其具有不能图像无缝拼合的缺点，并且随着场长度的增加及焦距的减少而增加误差。
EP-A-1484016描述了一种X射线系统，用于获取大于X射线检测器视野的患者的视图。覆盖待成像区的曝光场由用户手工地输入。X射线源曝光待成像患者的整个区域，同时检测器以步进方式移动以收集待成像区的各个部分的子图像。然后把这些子图像拼合在一起产生整个区域的合成图像。
参照附图的图2，在简化的固定焦点位置方法中，焦点X是固定的，X射线管绕焦点X手工地旋转，检测器100沿脊柱104移动到略微重叠的位置，从而一个接一个地获得脊柱104的图像。然后用已知的图像处理技术把向后图像拼合在一起。对便利性和精确度这二者来说，显然需要使X射线管绕焦点的旋转自动化和据此确定最优的检测器运动。
因此，本发明的目的是提供借助固定焦点位置方法实施长格式放射线照相术的系统和方法，其中X射线管绕焦点的旋转及相应的检测器定位是以优化方式自动操作的。
根据本发明的第一方面，提供了一种获取对象图像的成像系统，该系统包括相对于所述对象位于固定焦点位置处的辐射产生装置和检测器，检测器具有激活区用于检测发射穿过所述对象的辐射的强度分布并产生代表其的图像，其中所述对象占据了大于所述检测器的激活区的曝光场，该系统进一步包括用于计算两个或更多角度的装置，从该角度将所述对象暴露在对应于所述曝光场的两个或更多相应的区域的辐射中，用于自动绕所述固定焦点位置旋转所述辐射产生装置从而相继地将所述对象从所述相应的两个或更多角度暴露在辐射中的装置，用于自动移动所述检测器以相继地检测在所述两个或更多区域发射穿过所述对象的辐射的强度分布从而产生其两个或更多相应图像的装置。
还是根据本发明的第一方面，提供了一种获取对象图像的方法，该方法包括利用辐射产生装置将所述对象从相对于它的固定焦点位置暴露在辐射中，利用具有激活区的检测器检测发射穿过所述对象的辐射的强度分布，并产生代表它的图像，其中所述对象占据大于所述检测器激活区的曝光场，该方法进一步包括计算两个或更多角度，从该角度将所述对象暴露在对应于所述曝光场的两个或更多相应的区域的辐射中，自动绕所述固定焦点位置旋转所述辐射产生装置从而相继地将所述对象从所述相应的两个或更多角度暴露在辐射中，相对于所述对象自动移动所述检测器以便在将所述对象在所述相应区中暴露在辐射中期间检测在所述两个或更多曝光场的区域发射穿过其的辐射强度从而产生两个或更多相应的代表其的图像。
优选地，设有图像处理装置用于随后将所述两个或更多图像拼合在一起产生所述对象的合成图像。
因此，本发明的第一方面提供了这样的系统和方法，其绕固定焦点位置自动地旋转辐射产生装置(例如X射线管)从而在更大的曝光场中相继地将对象区域曝光在辐射中，并且相应地自动移动检测器(例如平板X射线检测器)从而检测发射穿过在那些区域的对象的辐射的强度分布并产生其图像，这些图像随后被拼合在一起产生对象的完整图像。
本发明提供的益处包括：
能够利用标准的更小胶片对长对象成像，例如，可利用标准的43cm检测器对高达例如120cm的对象成像；
可实现最优的几何投影；
提供了简易且直观的工作流程；
通过自动化的检测器和管定位提供了简单且方便的定位过程。
在优选实施例中，准直装置可以提供在所述辐射产生装置与所述对象之间用于准直所述辐射。优选地提供有用于自动调节所述准直装置与所述辐射产生装置的转动(angulation)对应的装置。检测器相对对象的移动优选是线性的。准直装置可包括对称或非对称开口，通过其所述辐射穿过所述对象。
产生整个对象图像所需要图像的数量显然依赖于检测器的激活区的尺寸和对象占据曝光场的尺寸。优选地，产生的所述对象的图像边缘部分相对其相邻区重叠。在优选实施例中，对象占据的曝光场在成像处理之前的步骤中定义。在一个典型实施例中，曝光场可以通过从所述固定焦点位置将对象暴露在可见光束和调节准直装置从而光束的曝光场覆盖待成像对象来定义。
实际上，根据本发明的第二方面，提供了定义成像系统曝光场的方法，该系统包括辐射产生装置用于从相对于它的固定焦点位置将待成像对象曝光在辐射中，具有激活区的检测器，用于检测发射穿过所述对象的辐射的强度分布，产生代表其的图像的装置，和准直装置用于在对所述对象曝光之前准直所述辐射，其中所述对象占据了大于所述检测器激活区的曝光场，该方法包括在所述固定焦点位置产生可见的光束，利用所述准直装置准直所述光束并产生光场，把所述对象放置在所述光场内，和调节所述准直装置从而根据所述对象调整所述光场的尺寸，所述光场定义了所述成像系统的所述曝光场。
优选地，在上述定义曝光场的过程中禁止了成像辐射的产生。有利地，该方法可以进一步包括调整可见光束源的高度从而相对对象调整光场的位置的步骤。
参照在此描述的实施例将会明白本发明的这些及其它方面，并且本发明的这些及其它方面参照在此描述的实施例来阐明。
现在将仅仅通过范例并参照附图来描述本发明的实施例，其中：
图1为示出平行移动长图像格式放射线照相术方法的主要原理的示意图；
图2为示出固定焦点位置长图像格式放射线照相术方法的主要原理的示意图；
图3为示出根据本发明第二方面定义成像系统曝光场的典型实施例的方法的关键特征的示意图；
图4为示出根据本发明第一方面获取对象图像的典型实施例的方法的关键特征的示意图；和
图5为示出根据本发明第一方面的典型实施例的成像系统的关键部件的示意框图。
因此，本发明大致涉及提供利用有限尺寸的平板检测器通过以逐步方式(例如通过在曝光场H内获取三个重叠图像)曝光待成像物体来实施长图像格式数字放射线照相术的系统和方法，同时保持X射线焦点的位置相对患者恒定(典型的在＞250cm距离内)。为了在全部需要的位置曝光检测器，需要X射线管转动并且需要检测器相应地移动，和本发明的目的是以优化方式使这些功能自动化。应当知道，X射线束的准直需要根据X射线管的转动调整。
在下文对本发明的典型实施例的详述中使用的缩写词在下面的表1中给出。
  αi   在图像i中管转动角
  ci   对于图像i的准直器开口
  CR   计算机放射线照相术；具有可被读取器读出的光刺激荧光体的磁带盒
  dety   检测器在y方向的有用尺寸，例如43cm
  DR   焦点与检测器之间源图像距离
  fcd   焦点准直器距离
  H   整个图像的高度
  hi   图像i中检测器位置
  N   需要的图像数量
  overlap   图像之间的重叠以处理光束强度轮廓中的斜坡和机械公差
  SID   直接放射线照相术，集成平板检测器的缩写
  yi   检测器上的子图像长度
 atan，cos  反正切，余弦
 C_upper_i  图像i中非对称准直器中上导向边缘位置
 C_lower_i  图像I中非对称准直器中上导向边缘位置
表1
参照附图的图3，在第一步中，用位于焦点12与待成像对象14之间的准直器10的光场调节来定义大曝光场H。在这个准直过程中，禁止了X射线的产生。使用位于焦点12的可见光源精确地准直整个待成像的解剖区域并且通过调整管高度和准直器尺寸定义需要的曝光场H从而可见光源16覆盖待成像的解剖区域。一旦以这种方式准直了正确的解剖区域，用户按下“结束准直”按钮(未示出)从而使得成像过程能够开始。
参照附图的图4，在下述范例中，曝光场H为120cm并且将用43cm检测器18获取三个相邻图像对这个场进行成像。为了在全部三个位置曝光检测器18，在焦点12处的X射线管必需相应地转动。另外参照图5，现在将详述根据本发明的典型实施例的完整成像过程。根据这个典型实施例的系统包括关于X射线管的X射线控制单元20，用于在上述交互准直过程中禁止X射线产生以定义大曝光场H并且在成像过程中释放X射线束，与准直器10相关的管旋转单元22，用于自动的旋转X射线管，和主计算机24。
还提供了检测器高度控制单元26和SID检测单元28。
●N＝2：h1＝(y1-overlap)/2；h2＝不需要；h3＝-h1
●N＝3：h1＝y1-overlap；h2＝0；h3＝-h1
管转动
●N＝3：α1＝atan[(y1-overlap)/SID]
●α2＝-α1
●N＝2：α1＝atan[(y1-overlap)/(2*SID)]
●α2＝-α1
●N＝1是不需要真实的拼合，不需要管转动
准直器开口
●c1＝cos(α1)*y1*fcd/SID
●c2＝y1*fcd/SID
●c3＝c1
●准备3个图像中的第1个：
设置管转动，准直器开口，检测器位置为值α1，c1，和h1
●释放X射线；读出并存储图像
●相应地产生图像2和3
●在主机PC中单个地存储图像
●另外，能够通过现有技术软件过程产生并显示拼合的图像
在具有非对称开口的准直器的情况下，一些参数可不同地设置：
管转动
●不需要管转动
准直器开口
●N＝3：C_upper_1＝H/2；C_lower_1＝H/2-y1
C_upper-2＝y2/2；C_lower_2＝-y2/2
C_upper_3＝-(H/2-y3)；C_lower_3＝-H/2
●N＝2：C_upper_1＝H/2；C_lower_1＝H/2-y1
C_upper_2＝-(H/2-y2)；C_lower_2＝-H/2
●N＝1为无真实拼合，C_upper_1 H/2；C_lower_1＝-H/2
为了安全的理由，可以要求用户在整个过程中按下。应当知道，曝光设置可根据每个图像的需要重编程。例如，可调节它们以减少X射线潜在散射的数量。但是本发明不具体涉及数字射线照相术的这个要素并且在这点上不进一步详述。
因此，为了自动实施需要的X射线管转动及相应地检测器移动，其中准直器适应该转动，下面等式可用于计算各种参数：
对于全部的i，yi＝H/N+(N-1)*(overlap)
α1＝atan[(y1-overlap)/SID]；αI＝-α1
c1＝cos(α1)*y1*fcd/SID
管转动α需要以精度0.2°来设置以实现在3M的SID检测器平面内误差小于1cm。在此表达的另一个关键思想是利用准直器的光场调节在成像过程之前的步骤中定义大曝光场H。随后获得的图像事后用已知的软件过程拼合在一起。
应当知道上述实施例是阐述而不是限制本发明，并且那些本领域技术人员能在不脱离所附权利要求限定的本发明范围的情况下设计很多的替代实施例。在权利要求中，放在圆括号中的任何参考符号不解释为限制权利要求。术语“包括”和“包含”等不排除除了在作为整体的任意权利要求或说明书中列出的那些元件或步骤。元件的单数引用不排除这种元件的复数引用并且反之亦然。可借助包括若干不同的元件的硬件和借助适当编程的计算机实现本发明。在列举若干装置的设备权利要求中，这些装置中的一些可由一个且相同项目的硬件来体现。仅仅某些措施在相互不同的从属权利要求中阐述这个事实并不表明这些措施的组合不能被有利地使用。

Claims (12)

1.一种用于获取对象(14)图像的成像系统，该系统包括相对于所述对象(14)位于固定焦点位置(12)处的辐射产生装置和检测器(18)，该检测器(18)具有激活区用于检测发射穿过所述对象(14)的辐射的强度分布并产生代表其的图像，其中所述对象(14)占据了大于所述检测器(18)的激活区的曝光场(H)，该系统进一步包括用于计算两个或更多角度(αi)的装置(22)，从该角度将所述对象(14)暴露在对应于所述曝光场(H)的两个或更多相应的区域(hi)的辐射中，用于绕所述固定焦点位置(12)自动旋转所述辐射产生装置从而相继地将所述对象(14)从所述相应的两个或更多角度(αi)暴露在辐射中的装置，用于自动移动所述检测器(18)以相继地检测在所述两个或更多区域发射穿过所述对象(14)的辐射的强度分布从而产生其两个或更多相应的图像的装置(26)。
2.如权利要求1所述的系统，进一步包括图像处理装置(24)，用于将所述两个或更多图像拼合在一起产生所述对象(14)的合成图像。
3.如权利要求1所述的系统，进一步包括位于所述辐射产生装置与所述对象(14)之间用于准直所述辐射的准直装置(10)。
4.如权利要求3所述的系统，进一步包括用于调节所述准直装置(10)与所述辐射产生装置的转动对应的装置。
5.如权利要求1所述的系统，其中检测器(18)相对对象(14)的移动是线性的。
6.如权利要求3所述的系统，其中所述准直装置(10)包括对称或非对称开口，通过其所述辐射穿过所述对象(14)。
7.如权利要求1所述的系统，其中产生的所述对象(14)的图像边缘部分相对其相邻区重叠。
8.如权利要求1所述的系统，其中对象(14)占据的曝光场(H)在图像获取之前的步骤中定义。
9.如权利要求8所述的系统，其中所述曝光场(H)通过从所述固定焦点位置(12)将对象(14)暴露在可见光束(16)和调节提供在所述固定焦点位置(12)及所述对象(14)之间的准直装置(10)来定义。
10.一种获取对象图像的方法，该方法包括利用辐射产生装置将所述对象从相对其的固定焦点位置暴露在辐射中，利用具有激活区的检测器检测发射穿过所述对象的辐射的强度分布，并产生代表其的图像，其中所述对象占据大于所述检测器激活区的曝光场，该方法进一步包括计算两个或更多角度，从该角度将所述对象暴露在对应于所述曝光场的两个或更多相应的区域的辐射中，绕所述固定焦点位置自动旋转所述辐射产生装置从而相继地将所述对象从所述两个或更多相应的角度暴露在辐射中，相对于所述对象自动移动所述检测器在将所述对象在所述相应区中暴露在辐射中期间检测在所述两个或更多曝光场的区域发射穿过其的辐射强度从而产生相应的两个或更多代表其的图像。
11.一种控制系统(22)，控制与根据权利要求1的系统的辐射产生装置相关的运动装置，所述控制系统(22)包括用于计算两个或更多角度(αi)的装置，从该角度将所述对象(14)暴露在对应于所述曝光场(H)的两个或更多区域(hi)的辐射中，和用于使所述运动装置绕所述固定焦点位置(12)旋转所述辐射产生装置从而相继地把所述对象(14)从所述相应的两个或更多角度(αi)暴露在辐射中的装置。
12.如权利要求11的控制系统(22)，进一步包括用于确定所述检测器(18)相对于所述对象(14)的期望位置(hi)以便对应于所述两个或更多角度(αi)中的每一个的装置(26)，和用于使与所述检测器(18)相关的运动装置移动所述检测器(18)从而检测在将所述对象(14)从所述两个或更多角度(αi)中的每个暴露于辐射中期间发射穿过所述对象(14)的辐射的强度分布的装置。
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