CN102440796B - 用于生成x射线投影图像的方法和x射线设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于生成三维检查对象的X射线投影图像和展示投影图像的方法，其中拍摄由两个不同透视组成的像素图像，且通过将两个像素图像重叠生成透视图像，这通过相对于检查对象(O)内的成像面(E1)逐像素地考虑成像的图像像素的与透视相关的偏移来实现。

Description

用于生成X射线投影图像的方法和X射线设备
技术领域
本发明涉及用于生成三维检查对象的X射线投影图像且图示投影图像的方法，以及用于执行此方法的X射线设备。
背景技术
类似的方法和X射线设备是一般已知的。在此，为生成投影X射线图像，即所谓的透视图像，从尽可能点状焦点出发，照射通常是三维的检查对象且在检查对象后方在放射敏感层或平面上测量透过检查对象的射线的衰减，且根据所测量的衰减生成各个射线的衰减的图像和由此被透射的检查对象的图像。
这样的投影X射线图像可通过几何投影很好地描述：从焦点出发，通过在检测器上的吸收可图示轮廓。位于靠近焦点的物体根据其与检测器的距离被放大地图示，靠近检测器的物体仅受到很小的放大。因为通常被成像的细节的实际尺寸也是未知的，所以由此不能得到关于位置的提示。由于近似的点状焦点，这样的拍摄通常也具有很好的细节清晰度，而与检查对象内各图示的细节距焦点的距离如何无关。此拍摄的观察者因此不能从图像中识别被成像的细节在图像中相对于拍摄方向处于何位置，或不能获知某细节在另外的细节前方还是后方。为此，通常基本上需要昂贵的断层拍摄，其中可识别检查对象的空间结构。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是，找到相对于CT系统简单的用于检查对象的投影成像的方法和简单的X射线设备，所述方法和设备允许至少近似地识别检查对象的三维结构，即能够确定检查对象的细节的三维位置。
本发明人认识到如下情况：
从使用可见光的光学的角度已知了景深的概念。在焦点上的物体表现得清晰，位置更近或更远的物体表现得不清晰。这可通过如下来解释，即从物平面外的同一个点发出的射线通过光学成像不再处于像平面内的一个点。如果观察者可进行对物体的距离调节且在此观察光学成像，则由于在空间中改变的图像清晰度的位置，观察者可至少粗略地确定，一定的部分物体在图像中处于哪个三维位置。
一定的景深清晰度的效应(Eindruck)到目前的X射线成像的直接转换是不可能的，因为系统不具有与光学透镜相对应的X射线光学成像系统。但如果来自物平面内的点的射线又符合在像平面内的一点且这仅符合确定的平面的点，则景深清晰度效应就形成。在该平面外的点处，这不再符合。
因此，如果拍摄检查对象的带有不同的焦点位置的两个或多个图像，且将所述图像对于预先给定的切割了检查对象的成像平面(＝清晰成像的平面)重叠而使分别在成像平面内成像各预先确定的点的像素聚集为图像，则在由此形成的投影图像中位于成像平面内的物体严格地在投影图像中清晰成像。原则上在此可以说成像平面甚至也不必是平的面，而可以是空间中的任意的面。
很类似的方法可通过弹性焦点模式(Springfokusmode)实现。为对于CT成像提高扫描，可将阳极盘(Anoden Teller)上的焦点移动到不同的位置。在重建之前的重组(Rebinning)时，将所有射线插值到一个光栅上。如果现在也使用弹性焦点模式，以在投影成像时改进分辨率，则在由不同的焦点位置组合图像时必须给出如下平面：对于该平面，不同的弹性焦点位置的插值在几何上是正确的。在该平面内例如在线上的点在组合的图像中也复现为线。在不位于该平面的线上的点在组合的图像中表现得不清晰，如带有锯齿的线。因此，整个图像效应与光学中的景深类似。物体仅在一个平面内清晰地展现，在所有其他平面内存在不清晰的轮廓。
焦点对不同投影移动得越远，则清晰平面的呈现(Vorliegen)的效应一般地越增加。基本上，利用相互远离的焦点位置的这样的成像对应于具有很开放的光圈和相应地浅的景深的拍摄，而相互紧凑的焦点位置对应于带有相应地深的景深的很大程度上关闭的光圈。在盘尺寸的边界上且通过电子光学可实现的偏转碰到旋转阳极。不同的投影角度的进一步展开(Aufspreizung)使得在扇形方向上可以使用来自扩宽的角度部分的投影，即来自机架的不同的相邻的旋转位置的投影。因此，景深清晰度的效应更进一步提高。此外例如在带有逆向几何的扫描仪中使用的多焦点系统也提供了在Z方向上增加移动宽度(Sprungweite)的可能性。但在标准几何扫描仪中也可在Topo模式中考虑来自不同的Z位置的投影以用于计算和展示带有提高的景深的图像。
如果以上所述的方法由观察者使用如下，即观察者例如在显示器上观察带有不同地调节的成像平面或清晰平面的图像，则观察者可至少粗略地确定检查对象的所成像的细节的位置。在此方法的继续中，此过程也被自动化，这通过以图像分析和图像处理(特别是滤波)、取决于成像平面的多个已知的位置来分析所属的投影且分别滤出清晰地成像的物体来实现。如果最后将在不同的平面内滤出的物体组合，则得到被检查对象的粗略的三维图像。
根据以上所述的基本认识，本发明人在其一般实施中建议了用于生成三维检查对象的X射线投影图像和展示投影图像的方法，其中由两个不同透视拍摄像素图像，且通过将这两个像素图像重叠来生成透视图像，这通过相对于检查对象内的成像面逐像素地考虑成像的图像像素的由透视引起的偏移来实现。
具体而言，此方法执行如下方法步骤：
-首先通过来自第一焦点的第一焦点位置的X射线照射透射检查对象且在像平面内确定第一像素图像，其中每个像素复现(wiedergibt)了X射线在第一焦点和像素之间通过检查对象的衰减，
-其次通过来自第二焦点的第二焦点位置的X射线照射透射未改变的检查对象且在像平面内确定第二像素图像，其中每个像素复现了X射线在第二焦点和像素之间通过检查对象的衰减，
-通过如下由这两个像素图像产生至少一个投影图像：
--确定布置在像素图像和焦点位置之间且具有带有多个光栅点的光栅的成像面，
--确定传输函数，该传输函数分别将第一像素图像和第二像素图像的图像像素重叠为新的投影图像，所述图像像素的成像射线延伸通过成像面内相同的光栅点，
--使用传输函数将这两个像素图像重叠为新的投影图像，和
--使用输出设备(例如显示器或打印机)将投影图像作为检查对象的X射线照片输出。
为实现透视图像的尽可能类似于照片的效应，即使得图像就像以镜头拍摄得到的效应，有利的是，将成像平面、特别是平行于像素图像定向的成像平面用作成像面。然而应指出的是可存在将成像平面有意地倾斜地设置在被检查对象中的原因，例如为将处于不同深度的一定的部分物体共同清晰地成像。
此外建议使用调准调节器，以因此将成像平面的位置至少在检查对象的局部区域内手动移动，且取决于成像平面的位置观察为此计算的投影图像。相应的投影图像在此可分别被当前地计算或由先前计算的档案提供。
原则上，像素在所使用的像素图像内的空间分布不是关键的，但如果用于生成投影图像的像素图像关于其图像像素的定位是相同的，则使得计算容易。
此外，本发明人建议，为生成两个像素图像使用具有带有至少两个间隔开的焦点位置的弹性焦点的X射线管或替代地使用CT系统，其中在两个间隔开的焦点位置上进行投影像素图像的拍摄。
此外，本发明人还建议了根据本发明的方法的特殊的实施，使得：
-生成到多个间隔开的成像平面的多个投影图像，
-在每个投影图像中滤除不清晰的图像信息，使得仅保留属于各成像平面的清晰地成像的图像信息，和
-从已过滤的且根据其成像平面布置的投影图像生成截面图像的3D布置和/或3D展示。
除根据本发明的方法之外，本发明还要求保护一种用于生成三维检查对象的X射线投影图像且展示投影图像的X射线设备，所述X射线设备具有如下特征：
-至少一个X射线管，所述X射线管用于通过来自至少两个焦点位置的X射线照射来透视检查对象且生成至少两个像素图像，
-可编程的控制和计算单元，带有存储器，用于存储在运行中实施的程序代码，
-存储在存储器内的程序代码，所述程序代码在X射线设备运行中实施了根据前述方法要求中一项所述的方法。
X射线设备此外可具有图像处理设备和调准调节器(Einstellungsregler)，以其可至少在检查对象的局部区域内移动成像平面的位置，且取决于成像平面的位置将为此计算的投影图像利用图像输出设备展示。
附图说明
本发明将在下文中借助于附图描述，其中仅图示了为理解本发明所必需的特征。使用了如下符号：A：阳极；D：检测器；E1，E2：成像平面；F1，F2：弹性焦点；O：物体，S1，1-S1，3：第一射线束；S2，1-S2，3：第二射线束；TO1-TO3：部分物体。
各图详细示出：
图1示出了检查对象的透视的示意性图示，以及由弹性焦点的每个不同的位置生成像素图像，和
图2示出了检查对象的透视的示意性图示，以及相应的图像像素关于检查对象内的成像平面的转换。
具体实施方式
根据本发明的方法的基本原理在图1和图2中图示。图1示意性地示出了用于拍摄投影透射成像的X射线设备，所述X射线设备带有其上具有第一弹性焦点F1的阳极A，从所述弹性焦点F1发出的射线束带有代表性地图示的射线S1，1至S1，3。射线束穿透物体O，其内分布有距焦点不同距离地布置的部分物体TO1至TO3。射线束然后到达位于物体O后方的检测器D，在检测器D上根据被透射的物体的吸收特征展示所述物体。
除第一焦点F1之外还提供了可与第一焦点交替运行的第二焦点F2，使得通过带有代表性地图示的射线S2，1至S2，3的第二射线束也可使用检测器D拍摄物体O的图像。在此应注意的是由于空间偏移的焦点位置，在此通过三个部分物体TO1至TO3所表示的物体O内的相同的点通过这两个射线束在检测器上分别在不同的位置处成像。
但也可以通过简单的几何考虑，对于物体内的每个体积点来确定来自这两个射线束的射线对，使得该点在检测器上成像为一个点。因此可对于物体内的每个点给出传输函数，所述传输函数将分别穿过物体内一定的体素的各像素在检测器上联合。但是此传输函数直接取决于物体内各观察的点的距离。因此，对两个以不同的射线束获得的像素图像的这样的操作生成了新的投影图像，所述新的投影图像分别将一定距离上的部分物体“清晰地”成像。因此，通常选择预先给定的平面，该平面不一定平行于检测器平面走向，对于所述平面计算传输函数。作为结果，可从两个以不同的射线束拍摄的像素图像计算出更多的投影图像，所述投影图像分别在不同的平面内-如需要也在弯曲的平面内-示出位于其处的部分物体的清晰的成像。
在图2中为解释示出了带有三个从第一焦点发出的射线S1，1至S1，3的第一射线束如何与成像平面E1内的三个部分物体TO1至TO3相交且在检测器D上成像。同时，以虚线示出的射线S2，1至S2，3将此部分物体TO1至TO3的位置在检测器D上通过带有射线S2，1至S2，3的第二射线束展示。通过根据本发明确定和使用传输函数，两个分别以不同的焦点位置拍摄的像素图像的重叠，可重叠或者说插值或加权地插值为一个共同的投影图像。
如果观察位于另外的成像平面E2内的部分物体TO3，则虽然射线S1，3也延伸通过此部分物体，但是将部分物体TO3通过射线S2，3的第二图像最优地转换到第一图像且因此使之被清晰地展示的传输函数产生了不正确的变换，使得此物体被不清晰地复现。
应理解的是本发明的前述特征不仅按照各给出的组合，而且按照另外的组合、独立地或机械地反转地使用，而不离开本发明的范围。

Claims (10)

1.一种用于生成三维检查对象的X射线投影图像和展示投影图像的方法，其中从两个不同透视拍摄像素图像，且通过将两个像素图像重叠生成投影图像，这通过相对于检查对象(O)内的成像面(E1)逐像素地考虑成像的图像像素的由透视引起的偏移来实现，执行如下方法步骤：
1.1.首先通过来自第一焦点(F1)的第一焦点位置的X射线照射透射检查对象(O)且在像平面内确定第一像素图像，其中每个像素复现了X射线(S1,1－S1,3)在第一焦点(F1)和像素之间通过检查对象(O)的衰减，
1.2.其次通过来自第二焦点(F2)的第二焦点位置的X射线照射透射未改变的检查对象(O)且在像平面内确定第二像素图像，其中每个像素复现了X射线(S2,1－S2,3)在第二焦点(F2)和像素之间通过检查对象(O)的衰减，
1.3.通过如下由这两个像素图像产生至少一个投影图像：
－确定布置在像素图像和焦点位置(F1，F2)之间且具有带有多个光栅点的光栅的成像面(E1)，
－确定传输函数，该传输函数分别将第一像素图像和第二像素图像的图像像素重叠为新的投影图像，所述图像像素的成像射线延伸通过成像面内相同的光栅点，
－使用传输函数将这两个像素图像重叠为新的投影图像，和
－使用输出设备将投影图像作为检查对象的X射线照片输出。
2.根据前述权利要求1所述的方法，其特征在于，使用成像平面(E1)作为成像面。
3.根据前述权利要求1所述的方法，其特征在于，所述成像平面(E1)与像素图像平行地定向。
4.根据前述权利要求1所述的方法，其特征在于，像素图像的图像像素的定位是相同的。
5.根据前述权利要求1所述的方法，其特征在于，使用调准调节器，利用其能够将成像平面(E1)的位置至少在检查对象(O)的局部区域内移动，且取决于成像平面(E1)的位置展示为此计算的投影图像。
6.根据前述权利要求1所述的方法，其特征在于，为生成所述两个像素图像使用具有弹性焦点的X射线管，该弹性焦点带有至少两个间隔开的焦点位置(F1、F2)。
7.根据前述权利要求1所述的方法，其特征在于，为生成像素图像使用CT系统，所述CT系统在两个间隔开的焦点位置上拍摄投影像素图像。
8.根据前述权利要求1至6中一项所述的方法，其特征在于，
－生成到多个间隔开的成像平面(E1、E2)的多个投影图像，
－在每个投影图像中滤除不清晰的图像信息，使得仅保留属于各成像平面(E1、E2)的清晰地成像的图像信息，和
－从已过滤的且根据其成像平面(E1、E2)布置的投影图像生成截面图像的3D布置和/或3D展示。
9.一种用于生成三维检查对象的X射线投影图像和展示投影图像的X射线设备，其中从两个不同透视拍摄像素图像，且通过将两个像素图像重叠生成投影图像，这通过相对于检查对象(O)内的成像面(E1)逐像素地考虑成像的图像像素的由透视引起的偏移来实现，具有：
9.1.用于首先通过来自第一焦点(F1)的第一焦点位置的X射线照射透射检查对象(O)且在像平面内确定第一像素图像的部件，其中每个像素复现了X射线(S1,1－S1,3)在第一焦点(F1)和像素之间通过检查对象(O)的衰减，
9.2.用于其次通过来自第二焦点(F2)的第二焦点位置的X射线照射透射未改变的检查对象(O)且在像平面内确定第二像素图像的部件，其中每个像素复现了X射线(S2,1－S2,3)在第二焦点(F2)和像素之间通过检查对象(O)的衰减，
9.3.用于通过如下由这两个像素图像产生至少一个投影图像的部件：
－确定布置在像素图像和焦点位置(F1，F2)之间且具有带有多个光栅点的光栅的成像面(E1)，
－确定传输函数，该传输函数分别将第一像素图像和第二像素图像的图像像素重叠为新的投影图像，所述图像像素的成像射线延伸通过成像面内相同的光栅点，
－使用传输函数将这两个像素图像重叠为新的投影图像，和
－使用输出设备将投影图像作为检查对象的X射线照片输出。
10.根据权利要求9所述的X射线设备，其特征在于，提供有图像输出设备和调准调节器，利用其能够至少在检查对象的局部区域内移动成像平面(E1、E2)的位置，且取决于成像平面的位置将为此计算的投影图像利用图像输出设备展示。
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