CN103945764B - 具有扩展的视场的c型臂系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种C型臂X射线成像系统。为了提供具有扩展的三维视场的C型臂系统，提供了一种被提供为采集对象的扩展的三维图像的C型臂X射线成像系统(10)，其包括：C型臂结构(12)，所述C型臂结构具有X射线源(14)和被安装在所述X射线源对面的X射线探测器(16)；电动驱动器(22)，所述电动驱动器用于所述C型臂结构的旋转运动；以及控制单元(26)。所述C型臂结构被提供为执行绕旋转轴并绕ISO中心旋转扫描，从而采集多个X射线投影，以便生成针对重建的三维视场的图像数据。所述控制单元被配置为控制所述电动驱动器，并引起所述C型臂结构的所述旋转运动，以执行绕具有针对第一视场的第一旋转轴的第一ISO中心(56)的第一旋转X射线扫描(50)，并执行绕具有针对第二视场的第二旋转轴的第二ISO中心(62)的至少第二旋转X射线扫描(60)。第一旋转中心和第二旋转中心相对于彼此发生移位，使得所述第一ISO中心与所述第二ISO中心之间的连接线横跨于所述第一旋转轴和所述第二旋转轴被布置。

Description

具有扩展的视场的C型臂系统
技术领域
本发明涉及一种C型臂X射线成像系统，一种用于采集对象的3D X射线图像数据的方法，以及涉及一种计算机程序单元和一种计算机可读介质。
背景技术
在C型臂系统中，三维视场受到源与探测器之间的距离的几何布置以及探测器自身尺寸的限制。针对在提供断层摄影X射线图像数据的C型臂系统上的成像流程(该流程也被称作CT类成像流程)，该限制在感兴趣区域没有完全被三维视场覆盖时是不利的。例如，在与肝脏相关的手术介入中(例如在血管过多的肝脏病变处置中)，感兴趣区域可能没有被三维视场完整覆盖。US 2011/0255657Al涉及CT图像采集，并且描述探测器的侧向移位，以增大3D视场。然而，探测器必须被提供为可移动的，从而需要机械器件以允许移位。
发明内容
因此，需要提供具有扩展的三维视场的C型臂系统，其要求减小的机械作用。
本发明的目的是通过独立权利要求的主题得以解决的，其中，进一步的实施例包含在从属权利要求中。
应注意，下文描述的本发明的各方面也应用于C型臂X射线成像系统，用于采集对象的3D X射线图像数据的方法，以及用于计算机程序单元和计算机可读介质。
根据本发明的第一方面，提供了一种被提供为采集对象的扩展的三维图像的C型臂X射线成像系统，其包括：C型臂结构，所述C型臂结构具有X射线源和被安装在所述X射线源对面的X射线探测器；电动驱动器，所述电动驱动器用于所述C型臂结构的旋转运动；以及控制单元。所述C型臂结构被提供为执行绕旋转轴且绕ISO中心的旋转扫描，从而采集多个X射线投影，以便生成针对重建的三维视场的图像数据。所述控制单元被配置为控制所述电动驱动器。所述控制单元还被配置为引起所述C型臂结构的所述旋转运动，以执行：
-绕具有针对第一视场的第一旋转轴的第一ISO中心的第一旋转X射线扫描；以及
-绕具有针对第二视场的第二旋转轴的第二ISO中心的至少第二旋转X射线扫描。
所述第一ISO中心与所述第二ISO中心相对于彼此发生移位，使得所述第一ISO中心与所述第二ISO中心之间的连接线横跨于所述第一旋转轴和所述第二旋转轴被布置。
术语“横跨(transverse)”指连接线，其为直线，并且其侧向于所述第一旋转轴和所述第二旋转轴行进，即以与所述第一旋转轴和所述第二旋转轴交叉的方式行进。
例如，所述第一旋转轴和所述第二旋转轴发生移位，使得所述第一视场和所述第二视场彼此接近或临近，例如为相邻视场。
例如，所述第一旋转轴和所述第二旋转轴通过平行移动发生移位。所述连接线则垂直于所述第一旋转轴和所述第二旋转轴。
例如，所述第一旋转轴和所述第二旋转轴通过横跨移动发生移位，其中，移动具有垂直于两个旋转轴的第一垂直向量分量，以及平行于两个轴的第一平行向量分量。
例如，所述第一旋转轴和所述第二旋转轴通过横跨移动发生移位，其中，移动具有垂直于两个轴之一的第一垂直向量分量，以及垂直于两个轴中另一个的第二垂直向量分量。
例如，提供第一垂直向量分量和第二垂直向量分量与平行向量分量的组合。
所述第一旋转轴和所述第二旋转轴也可以通过旋转发生移位。
所述第一旋转轴和所述第二旋转轴也可以通过平行和/或垂直于两个轴之一的移动以及通过旋转发生移位。
应注意，术语“C型臂”涉及这样的系统，其中，X射线源被布置为与X射线探测器相对，并且对象能够被布置在源与探测器之间。源与探测器能够一起绕所述对象移动，例如每个以旋转方式在弧上旋转。因此，术语“C型臂”也指所谓的O型臂系统，其中，两个为“C型”的臂闭合，以形成“O型”。术语“C型臂”还包括这样的系统，其中，源与探测器被安装到独立的机器人臂上，所述机器人臂被配置为提供像在C型臂中那样的运动。
针对所述第一旋转扫描和所述第二旋转扫描，所述C型臂具有固定的ISO中心。或者通过对象支撑物相对于所述C型臂结构的移位，或者通过所述C型臂结构相对于所述对象支撑物的移位，提供所述第一旋转中心与所述第二旋转中心的移位(例如，移动和/或旋转)。然而，针对移位，可以提供所述C型臂结构和所述对象支撑物两者相对于彼此的移位的组合。
例如，所述第一旋转X射线扫描和所述第二旋转X射线扫描被提供有多个X射线投影，所述多个X射线投影的每个均具有在旋转平面中具有扇形形式的束，所述旋转平面分别覆盖第一体积的投影和第二体积的投影，以用于分别重建第一三维视场和第二三维视场。
例如，所重建的三维视场具有圆柱形的形状。
例如，所述控制单元被配置为引起所述C型臂结构的所述旋转运动，以执行除所述第一旋转X射线扫描和所述第二旋转X射线扫描以外的另外的旋转X射线扫描。
根据示范性实施例，所述C型臂结构被配置为以第一轨迹执行所述第一旋转X射线扫描，并且以第二轨迹执行所述第二旋转X射线扫描，所述第二轨迹与所述第一轨迹发生移位，其中，所述第一轨迹和所述第二轨迹具有相同的轨迹形状。
根据示范性实施例，所述控制单元被配置为引起所述C型臂结构的所述旋转运动，以执行所述旋转扫描，使得所述第一视场与所述第二视场彼此接触。
例如，所述第一视场和所述第二视场具有至少一个共有体素。
例如，所述第一视场和所述第二视场彼此触及或交叠。
根据示范性实施例，所述第一旋转轴和所述第二旋转轴被平行于彼此发生移位，使得所述第一ISO中心与所述第二ISO中心之间的连接线垂直于所述第一旋转轴和所述第二旋转轴被布置。
术语“平行”和“垂直”也指第一轴与第二轴的布置，其包括与精确平行和精确90°的偏差，例如小的偏差，例如±5°或±10°。
根据另一示范性实施例，所述C型臂结构被提供为分别按圆弧执行所述第一旋转扫描和所述第二旋转扫描。
可以以源和/或探测器到旋转中心的变化的距离，执行旋转，例如得到椭圆形弧。
根据另一范例，所述控制单元被配置为引起所述C型臂结构的所述旋转运动，以在至少140°，例如在大于180°的扇形角上执行所述第一旋转扫描和至少所述第二旋转扫描。
因此，能够达到高的重建精确度。
根据另一示范性实施例，所述控制单元被配置为提供凸包，作为围合所述第一视场和所述第二视场以及剩余区域的扩展的三维视场，所述剩余区域位于所述凸包内部，但在所述第一视场和第二视场的外部。所述控制单元被配置为针对所述第一视场的重建，使用来自所述第一旋转X射线扫描的投影数据，并且针对所述第二视场的重建，使用来自所述第二旋转X射线扫描的投影数据。所述控制单元被配置为针对所述剩余区域的重建，使用来自所述第一视场的至少一部分的投影数据和来自所述第二视场的至少一部分的投影数据。
根据示范性实施例，所述控制单元被配置为使用来自体素覆盖区段的投影数据，以重建所述剩余区域内部的体素，其中，所述体素覆盖区段为所述第一旋转X射线扫描和/或所述第二旋转X射线扫描的区段，所述区段包括采集点，针对所述采集点，要被重建的体素位于特定采集点的各自的第一视场和/或第二视场的内部。
根据本发明的第二个方面，提供一种用于采集对象的3D X射线图像数据的方法，包括以下步骤：
a)执行绕第一ISO中心的第一旋转X射线扫描。
b)执行绕第二ISO中心的至少第二旋转X射线扫描。
第一旋转中心和第二旋转中心相对于彼此发生移位，使得所述第一ISO中心与所述第二ISO中心之间的连接线横跨于所述第一旋转轴和所述第二旋转轴被布置。
术语“视场”也被称作“投影体积”。所述视场，或投影体积，指在各自的旋转扫描的X射线投影的每个中可见的体素，其中，可见意指能由探测器探测到。
例如，所述弧按圆弧被执行，例如被提供为在大于180°的扇形角上的半圆。
根据示范性实施例，凸包被提供为围合所述第一视场和所述第二视场以及剩余区域的扩展的三维视场，所述剩余区域位于所述凸包内部，但在所述第一视场和所述第二视场的外部。针对所述第一视场的重建，使用来自所述第一旋转X射线扫描的投影数据；并且针对所述第二视场的重建，使用来自所述第二旋转X射线扫描的投影数据。针对所述剩余区域的重建，使用来自所述第一视场的至少一部分的投影数据和来自所述第二视场的至少一部分的投影数据。
根据示范性实施例，为了重建在所述剩余区域内部的体素，使用来自体素覆盖区段的投影数据。所述体素覆盖区段为所述第一旋转X射线扫描和/或所述第二旋转X射线扫描的区段，所述区段包括采集点，针对所述采集点，要被重建的体素位于特定采集点的各自的第一视场和/或第二视场的内部。
根据另一示范性实施例，为了重建所述剩余区域内部的体素，使用沿所述体素覆盖区段的微分的反投影的投影数据。
例如，能够通过提供以下条件，达到最佳设置：所述第一旋转X射线扫描和所述第二旋转X射线扫描具有相同的轨迹形状；并且i)所述第一ISO中心与所述第二ISO中心发生移位，使得所述第一视场与所述第二视场彼此接触；ii)所述第一旋转轴和所述第二旋转轴平行于彼此发生移位，使得所述第一ISO中心与所述第二ISO中心之间的连接线垂直于所述第一旋转轴和所述第二旋转轴被布置；以及iii)第一旋转扫描和第二旋转扫描分别按圆弧被执行。
然而必须注意，还提供与这些条件的偏差和变型，如所解释的。例如，通过不满足，或调整这些参数中的一个或多个，可以以略有降低的质量达到针对扩展的视场的结果，但对于根据本发明的目的仍是有价值的。
根据本发明的一个方面，扩展的视场(XFOV)基于两个独立的采集，它们每个均被提供为绕固定的旋转中心，即绕ISO中心的旋转扫描的形式。然而，至少两个采集的路线，即它们的旋转中心，彼此发生移位，因此以从不同视向的扫描覆盖更大的区域，从而提供充足的图像数据用于重建。基于特定的各自的旋转扫描，重建由各自的旋转扫描充分覆盖的那些区域。针对凸包内的剩余区域，以如下方式使用来自两个旋转扫描的图像数据：只要各自的体素(即图像点)被来自旋转扫描之一(即来自旋转扫描的各自的区段或轨迹)的视野覆盖，则该图像数据用于重建更大的体积。一旦各自的体素不再被各自的轨迹上的下一视野覆盖，则使用来自其他轨迹，或旋转扫描的图像数据，因为所述体素现在被该各自的视野看到。在移位的情况中(其中，旋转X射线扫描的三维视场不彼此接触)，体素可以不被各自的旋转X射线扫描中的任一个所覆盖。在这种情况中，重建仍然可以被执行，尽管得到较低的精确度，然而，仍足以提供针对扩展的视场的三维图像数据。然而，当三维视场彼此接触时，并且在旋转扫描在至少大于180°的扇形角上的情况中，保证所述凸包内部的所有体素均能够通过来自不同旋转X射线扫描的采集数据的组合来重建。例如，可以利用相继的标准FDK重建(一种已知的由Feldkamp、Davis和Kress提出的重建算法)，重建三维视场内部的区域。然而，三维视场可能受截断伪影影响。例如，圆形反投影滤波算法(BPF)能够被修改为使得不仅能够重建三维视场，而且还能够重建剩余区域。例如，能够使用沿轨迹的体素覆盖区段的微分的反投影的投影数据(DBP)，重建剩余区域中的体素。因此，如果对象沿侧向方向嵌合扩展的视场，则在整个视场的中心平面中提供数学上精确的重建。
本发明的这些以及其他方面将从下文描述的实施例变得显而易见，并将参考下文描述的实施例得以阐明。
附图说明
下面将参考附图描述本发明的示范性实施例。
图1示意性地描述根据本发明的C型臂X射线成像系统的示范性实施例。
图2示意性地描述至少两个旋转X射线扫描的布置。
图3示意性地示出至少两个旋转X射线扫描的另一实施例。
图4示出根据本发明的两个旋转X射线扫描的另一示范性实施例。
图5示意性地图示根据本发明的用于采集对象的三维图像数据的方法的基本方法步骤。
图6示意性地示出根据本发明的方法的另一范例。
具体实施方式
如上文指示的，本发明提出一种采集与重建方法，以从两个弧形采集(例如从两个圆弧采集)实现扩展的视场(XFOV)。本发明包括两个或更多个弧形采集，例如圆弧采集，这些弧形采集具有在采集之间发生移位的(例如移动的)ISO中心，其中，第一ISO中心和第二ISO中心相对于彼此发生移位，使得第一ISO中心与第二ISO中心之间的连接线横跨于第一旋转轴和第二旋转轴被布置。ISO中心的移位(例如移动)能够通过整个C型臂系统的移位，或者通过患者台的移位，或者通过两者的组合得以实现。
图1示出C型臂X射线成像系统10，其包括C型臂结构12，C型臂结构12具有X射线源14和被安装在所述X射线源对面的，即在C型臂的相对端18、20上的X射线探测器16。此外，提供电动驱动器22，以用于所述C型臂结构的旋转运动。此外，可以提供为患者台形式的对象支撑物24。此外，提供控制单元26。
另外，图1还示出照明装备28和显示布置30。
所述C型臂结构能够绕被布置在对象支撑物24上的对象32旋转。患者相对于旋转中心(其形成ISO中心)的定位是可调节的。所述C型臂结构允许绕水平轴34的运动，以及绕垂直轴36的旋转运动。此外，以双箭头38指示的弧状滑行运动也是可能的。还利用指示水平运动的第一双箭头40，以及指示垂直运动的第二双箭头42，指示所述患者台的运动。为了提供根据本发明的ISO中心的运动或移位，提供所述台垂直于由两个箭头40和42指示的方向的移位，例如移动。此外，还提供了台绕垂直轴的旋转运动，尽管未进一步示出。ISO中心由垂直轴36与水平轴34的交叉点指示，该交叉点以附图标记44指示。
根据本发明，所述C型臂结构被提供为执行绕旋转轴且绕ISO中心的旋转扫描，从而采集多个X射线投影，以便生成针对重建的三维视场的图像数据。
“横跨”移位涉及连接线，其为直线，并且其侧向于第一旋转轴和第二旋转轴行进，即以与第一旋转轴和第二旋转轴交叉的方式行进。例如，第一旋转轴和第二旋转轴发生移位，使得第一视场和第二视场彼此接近或临近，例如为相邻视场。
例如，第一旋转轴和第二旋转轴通过平行移动发生移位。
根据另一范例(未示出)，第一旋转轴和第二旋转轴通过横跨移动发生移位，其中，移动具有垂直于两个旋转轴的第一垂直向量分量，以及平行于两个轴的第一平行向量分量。
根据又一范例(未示出)，第一旋转轴和第二旋转轴通过横跨移动发生移位，其中，移动具有垂直于两个轴之一的第一垂直向量分量，以及垂直于两个轴中另一个的第二垂直向量分量。
根据再一范例(未示出)，提供第一垂直向量分量和第二垂直向量分量与平行向量分量的组合。
第一旋转轴和第二旋转轴也可以通过旋转发生移位(未示出)。
第一旋转轴和第二旋转轴也可以通过平行和/或垂直于两个轴之一的移动以及通过旋转发生移位(也未示出)。
控制单元26控制电动驱动器22，并且还引起C型臂结构12的旋转运动。下面将参考图2至图6描述根据本发明的旋转运动。
图2示意性地示出针对不同旋转扫描的几何布置的范例。应注意，旋转扫描被示为涉及例如X射线源的运动路径的轨迹的形式。为了更好理解，没有进一步示出X射线源的各自的运动，其由于源和探测器在C型臂的相对端上的安装而同时发生。
图2示出被布置在支撑结构48上的患者的横截面46，支撑结构48表示例如对象支撑物24。
根据本发明，绕第一ISO中心56的第一旋转X射线扫描50由第一轨迹示意性地图示，并且还以附图标记50指示，第一ISO中心56具有针对第一视场的第一旋转轴。沿所述轨迹，采集多个X射线投影(其每个例如均具有在旋转平面中具有扇形形式的束)，从而覆盖第一投影体积，以重建第一三维视场。例如，针对第一点52，以第一角度54指示X射线投影，该角度由探测器相对于探测器与源之间的距离的宽度来限定。
在图2中，第一旋转轴垂直于图纸表面，通过第一ISO中心被布置。第二旋转轴也垂直于图纸表面，但通过第二ISO中心被布置。
第一ISO中心与第二ISO中心的连接线(未示出)因此也是第一旋转轴和第二旋转轴之间的连接线。
X射线源沿轨迹50移动，并且同时绕第一ISO中心56，即第一旋转中心56旋转。因此，当以旋转方式绕旋转中心移动角度54时，提供由第一虚线圆指示的第一视场58，即第一投影体积58，以重建第一三维视场。
利用第二轨迹指示绕具有针对第二视场的第二旋转轴的第二ISO中心62的第二旋转X射线扫描60，针对所述第二轨迹也使用附图标记60。所述第二旋转X射线扫描也包括多个X射线投影(其具有在旋转平面中具有扇形形式的束)，从而覆盖第二投影体积，以重建第二三维视场。旋转也是在绕第二ISO中心62，即第二旋转中心62的弧形上执行的，例如绕对象的至少140°上。例如，第一旋转和第二旋转两者均在至少140°上执行，例如在大于180°的各自的扇形角54上。
第二角度64指示各自的所谓的视角，因此提供第二视场66，即投影体积66，以重建第二三维视场。利用第二虚线圆指示第二投影体积66。
第一旋转中心56和第二旋转中心62相对于彼此发生移位，如以距离双箭头68指示的，使得第一ISO中心与第二ISO中心之间的连接线横跨于第一旋转轴和第二旋转轴被布置。
作为第一旋转X射线扫描50和第二旋转X射线扫描60的结果，提供凸包70作为围合第一视场58和第二视场66以及剩余区域72的扩展的三维视场，剩余区域72位于凸包70内部，但在第一视场58和第二视场66的外部。
在图2示出的范例中，所述C型臂结构的旋转运动按圆弧形式的弧形被执行。
根据另一未示出的示范性实施例，分别地，以源和/或探测器到旋转中心的变化的距离执行所述旋转，从而得到椭圆形弧，而圆弧基于源和探测器到旋转中心的恒定不变的距离。
独立于源和/或探测器到旋转中心的距离的变化，根据本发明，旋转中心保持固定。换言之，所述C型臂具有针对各自的旋转扫描(在理论上)固定的ISO中心。“理论上”指以下事实：可能因弯曲力等而发生旋转中心的非常小的运动。
可以通过对象支撑物24相对于C型臂结构12的移位，或者通过C型臂结构12相对于对象支撑物24的移位，提供第一旋转中心56和第二旋转中心62的移位，例如移动和/或旋转。根据另一范例，提供C型臂结构12和对象支撑物24两者相对于彼此的运动的组合。
根据另一未进一步示出的示范性实施例，代替C型臂结构12，提供所谓的O型臂系统，其中，X射线探测器相对于X射线源布置，并且对象能够被布置在两者之间。源与探测器的运动以旋转方式一起发生。
根据另一范例，代替C型臂系统，提供两个独立的机器人臂，所述机器人臂被配置为提供类似在C型臂中的运动，即X射线源与探测器绕旋转中心的组合运动。
在图2中，第一三维视场和第二三维视场彼此接触，例如以交叠方式，如所示的。
根据另一范例，第一视场与第二视场具有至少一个共有体素。
根据又一范例，第一视场和第二视场可以发生移位，使得两个虚线圆58、66不再彼此接触。然而，在这种情况中，得到的体素信息导致针对在两个圆之间的区域中的像素的至少某种程度的模糊。然而，即使在这种情况中，对扩展的视场的重建也是可能的。
针对由虚线圆58指示的第一视场或第一投影体积的重建，使用来自第一旋转X射线扫描50的投影数据。因此，被布置在第一视场内部，即第一虚线圆58内部的所有体素从沿第一旋转X射线扫描50以及各自的轨迹的所有方向上被看到。
相应地，为了重建第二视场或第二投影体积66，使用来自第二旋转X射线扫描60的投影数据。
针对在剩余区域72中的体素的重建，使用来自旋转X射线扫描50、60两者的投影数据。
例如，针对在剩余区域72中的体素74，该体素74在第一轨迹50的第一区段上被看见，第一轨迹50的第一区段即为从以附图标记76指示的所谓的起始点直到点78。在后者(即点78)的位置中，体素74仍可见，但在下一采集点将是不可见的，因为体素74被布置在各自的视角的第一边线80上，所述视角由跨过视角84的第一边线80和第二边线82指示。
然而，体素74从第二轨迹60上的点86也是可见的，即以各自的投影信息被探测到。这是因为，体素74现在被布置在各自的点86的扇形角88内部。针对重建，从起始点76直到点78使用来自第一轨迹50的图像数据，并且之后从点86直到由附图标记90指示的各自的终点使用来自第二轨迹60的图像数据。
必须注意，当从第二轨迹的终点90开始时，当在轨迹上确定这样的点时：直到该点，点都是可见的，将到达被布置超越点86的点。换言之，在所示的范例中，存在交叠区域，其中，能够使用来自两个投影轨迹50和60的图像数据。
为了确定所第二轨迹中各自的点，能够使用在第一轨迹上从体素74到第二点78的连接线的延续，该延续以虚线区段92指示。
第一轨迹中在第一点76与第二点78之间的区段也被称作第一轨迹50的体素覆盖区段94。分别地，第二轨迹60中在点86与终点90之间的部分被称作第二轨迹的体素覆盖区段96。体素覆盖区段94、96因此为第一旋转X射线扫描和/或第二旋转X射线扫描的区段，所述区段包括采集点，针对所述采集点，要被重建的体素位于特定采集点的各自的第一视场(即投影体积)和/或第二视场(即投影体积)的内部。
根据另一尽管未进一步示出的范例，提供除第一旋转X射线扫描和第二旋转X射线扫描以外的另外的旋转X射线扫描。因此，提供另外的视场，即另外的投影体积，以重建另外的三维视场。例如，该视场能够以类似方式被提供，例如以接触或交叠的方式。针对重建，为视场外部的体素确定轨迹的各自的区段。
能够例如在旋转弧的弦的方向中(如在图2中所示)，或者在旋转弧的角平分线的方向中(如在图3中所示)，或者横跨于所述弧(即横跨于弦且横跨于角平分线，如在图4中所示)，来提供移位。
应进一步注意，针对被布置在所述剩余区域中的体素的重建，使用来自各自的轨迹的多个区段。
例如，参考图3，通过使用来自第一轨迹的第一区段100的投影数据，重建体素98，第一区段100始于起始点102直到第一区段终点104。针对另外的重建，使用来自第二轨迹的投影数据，即来自第二轨迹60上的点106的投影数据，点106由第一轨迹50上的终点104与体素98连接的连接线确定。下文中，使用来自第二轨迹的图像或投影数据，直到第二终点108，第二终点108表示第二轨迹上的这样的点：从该点体素仍可见。之后，通过由体素98与第二轨迹上的点108之间的连接线的延续112来确定第一轨迹50上的另外的起始点110，再次移动回第一轨迹。此外，之后，将来自在第一轨迹50上的第二起始点110到终点114之间的区段的投影数据用于重建体素98。换言之，使用第一轨迹上的两个不同体素覆盖区段和第二轨迹上的一个覆盖区段来重建体素98。
以附图标记116指示第二轨迹60上的点106与点108之间的体素覆盖区段，并且轨迹50上在第二起始点110与终点114之间的区段被称作体素覆盖区段118。
在图3中，相对于从上到下的绘制的取向，以垂直的方式示出移位，其中，图4示意性地示出以箭头120指示的横跨移位。对各自的体素的确定在图4中未进一步被示出，但据上文提供的解释能够被容易地理解。此外，移位被示出在限定第一视场(投影体积)和第二视场(投影体积)的横轴方向上的圆形横截面的交叠结果中。第一三维视场直径和第二三维视场直径的宽度由在旋转中心处的有效辐射束的宽度限定，该有效辐射束为X射线束击中探测器并被用于采集图像数据的部分。所述圆形横截面具有直径。移位能够等于或小于所述直径。因此，所述圆形横截面彼此接触，或至少具有一个或多个共有体素。
当然，本发明也可应用于大于所述直径的移位。
应进一步注意，以上给出的解释指的是圆弧运动的范例，即针对第一X射线扫描和第二X射线扫描的圆弧轨迹的范例。然而，也能够在不同形状的弧上执行旋转扫描，例如在椭圆弧上。当然，在这样的情况中，得到的投影体积将不由圆表示，而是由椭圆或其他形状的形式表示。
图5示出用于采集对象的3D X射线图像数据的方法200的基本步骤，其包括以下步骤：在第一步骤210中，执行绕第一ISO中心的第一旋转X射线扫描212。
例如，利用多个X射线投影执行第一旋转X射线扫描，所述多个X射线投影每个均具有在覆盖第一视场(投影体积)的旋转平面中具有扇形形式的束，以重建第一三维视场，其中，在绕第一ISO中心的弧上，在绕对象的至少140°上，执行旋转。
在第二步骤214中，执行绕第二ISO中心的至少第二旋转X射线扫描216。
例如，利用多个X射线投影执行第二旋转X射线扫描，所述多个X射线投影具有在覆盖第二视场(投影体积)的旋转平面中具有扇形形式的束，以重建第二三维视场，其中，在绕第二旋转中心的弧上，在绕对象的至少140°上，执行旋转。
第一旋转中心和第二旋转中心相对于彼此发生移位，如以双箭头218指示的，使得第一ISO中心与第二ISO中心之间的连接线横跨于第一旋转轴和第二旋转轴被布置。
箭头220指示对如此采集的图像数据的进一步使用。
例如，第一视场和第二视场具有至少一个共有体素，或彼此接触。
第一旋转扫描和第二旋转扫描每个均以静态ISO中心被执行。
根据另一范例，提供凸包作为围合所述第一视场和所述第二视场以及剩余区域的扩展的三维视场，所述剩余区域位于凸包内部，但在所述第一视场和第二视场的外部。
例如，以双楔状形式提供所述剩余区域。所述剩余区域也可以被称作剩余区。
图6示出根据本发明的方法的另一实施例，其中，除虚线矩形224围合的图像采集步骤以外，还提供重建步骤222。针对第一视场的重建226，使用来自第一旋转X射线扫描的投影数据，该投影数据以箭头228指示。针对第二视场的重建230，使用来自第二旋转X射线扫描的投影数据，如由箭头232指示的。针对剩余区域的重建234，使用来自所述第一视场的至少一部分的投影数据，如以附图标记236指示的，并且还使用来自第二视场的至少一部分的投影数据，如以箭头238指示的。
根据另外一方面，还能够使用各自的其他弧的投影数据，以改善信噪比(SNR)。
为了重建剩余区域内部的体素，使用来自体素覆盖区段的投影，其中，所述体素覆盖区段为第一旋转X射线扫描和/或第二旋转X射线扫描的区段，所述段包括采集点，针对所述采集点，要被重建的体素位于特定采集点的各自的视场内部。
例如，为了重建剩余区域内部的体素，使用沿所述体素覆盖区段的微分的反投影的投影数据。
根据本发明，提供一种用于3D X射线成像的扩展的视场，而无需更大的探测器或其他机械器件。
结果，例如在参考图2时，与两个圆相比提供了增大大致14％的视场，(πr2+4r2)/(2πr2)≈1.14。
因此，扩展的视场可应用于多个不同的应用，从而提供改进的应用情况，例如，用于肝脏TACE、脊柱介入、子宫动脉栓塞形成、一次对两个股动脉的成像。
扩展的视场被提供有多个弧。因此，本发明旨在通过在一次，即单次重建中以移动的ISO中心扫描两个或更多个弧，来实现更大的视场。提供了三种候选解决方案：
第一，提供具有平滑羽化的两个独立的FDK重建：两个重建被单独执行，之后通过平滑拼接被缝合在一起。优点是，该解决方案对扫描间运动不敏感。然而，截断伪影可能存在于两个重建中。
第二，提供对针对多个弧的Defrise-Clack重建算法的修改。这意味着到相同的体积中的FBP。优点是，与两个圆相比，视场能够最高被增大到14％。然而，因投影中的长程滤波造成的截断问题仍可能发生。此外，扫描间运动可能引入伪影。
第三，提供对针对多个弧的BPF重建算法的修改。来自两个圆弧的微分的投影被反投影到相同的体积。之后对该单一体积应用希尔伯特反变换。优点是，如果扩展的视场沿PI线为非截断的，则视场利用精确重建被增大高达14％。然而，扫描间运动可能引入伪影。
根据另一范例，提供迭代重建。
优点是，提供较大的视场，例如提供视场中的体表面，以用于针路径规划与跟踪、完整肝成像等。
在本发明的另一示范性实施例中，提供一种计算机程序或计算机程序单元，特征在于，其适于在合适的系统上执行根据前述实施例之一的方法的方法步骤。
所述计算机程序单元因此可以被存储在计算机单元上，所述计算机单元也可以为本发明的实施例的一部分。该计算单元可以适于执行或诱发执行上述方法的步骤。而且，其可以适于操作上述装置的部件。所述计算单元能够适于自动地操作和/或执行用户的命令。计算机程序可以被载入数据处理器的工作存储器中。所述数据处理器因此可以被装配为执行本发明的方法。
本发明的该示范性实施例覆盖以下两者：从一开始就使用本发明的计算机程序，以及借助于更新将现有程序转变为使用本发明的程序的计算机程序。
此外，所述计算机程序单元可以能够提供履行上述方法的示范性实施例的流程的所有必要步骤。
根据本发明另一示范性实施例，提供一种计算机可读介质，例如CD-ROM，其中，所述计算机可读介质具有存储于其上的计算机程序单元，该计算机程序单元是由前面段落描述的。
计算机程序可以被存储和/或分布在适当的介质上，所述介质例如为与其他硬件一起提供的或作为其他硬件的一部分提供的光学存储介质或固态介质，但计算机程序也可以以其他形式分布，例如经由因特网或者其他有线或无线的远程通信系统。
计算机程序也可以被提供在诸如万维网的网络上，并能够从这样的网络被下载到数据处理器的工作存储器中。根据本发明的另一个示范性实施例，提供一种用于使计算机程序单元可用于下载的介质，该计算机程序单元被布置为执行根据本发明的前述实施例之一的方法。
应注意，本发明的实施例是参考不同的主题进行描述的。具体而言，一些实施例是参考方法类型权利要求描述的，而其他实施例是参考设备类型权利要求描述的。然而，本领域技术人员将会从上文以及下文的描述中总结出，除非另外指出，除属于一种类型的主题的特征的任意组合外，涉及不同主题的特征之间的任何组合也被认为在本申请中公开。然而，所有的特征能够被组合以提供大于这些特征的简单相加的协同效应。
尽管已经在附图和前面的描述中详细说明并描述了本发明，但这样的说明和描述应当被认为是说明性或示范性的，而不是限制性的。本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、说明书以及从属权利要求，本领域技术人员在实施要求保护的发明时可以理解和实现所公开实施例的其他变型。
在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且量词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中记载的几个项目的功能。在互不相同的从属权利要求中记载特定措施并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求书中的任何附图标记不得被解释为对范围的限制。

Claims (15)

1.一种C型臂X射线成像系统(10)，其被提供为采集对象的扩展的三维图像，所述系统包括：
-C型臂结构(12)，其具有X射线源(14)和被安装在所述X射线源对面的X射线探测器(16)；
-电动驱动器(22)，其用于所述C型臂结构的旋转运动；以及
-控制单元(26)，
其中，所述C型臂结构被提供为执行绕旋转轴并绕ISO中心的旋转扫描，从而采集多个X射线投影，以便生成针对重建的三维视场的图像数据；
其中，所述控制单元被配置为控制所述电动驱动器；并且
其中，所述控制单元被配置为引起所述C型臂结构的所述旋转运动，以：
-执行绕具有针对第一视场的第一旋转轴的第一ISO中心(56)的第一旋转X射线扫描(50)；以及
-至少执行绕具有针对第二视场的第二旋转轴的第二ISO中心(62)的第二旋转X射线扫描(60)；
其中，所述第一ISO中心与所述第二ISO中心相对于彼此发生移位，使得所述第一ISO中心与所述第二ISO中心之间的连接线横跨于所述第一旋转轴和所述第二旋转轴被布置；并且
其中，所述控制单元被配置为提供凸包(70)，作为围合所述第一视场和所述第二视场以及剩余区域(72)的扩展的三维视场，所述剩余区域位于所述凸包内部，但在所述第一视场和所述第二视场的外部。
2.根据前述权利要求中之一所述的C型臂X射线成像系统，其中，所述C型臂结构被配置为以第一轨迹执行所述第一旋转X射线扫描；并且以第二轨迹执行所述第二旋转X射线扫描，所述第二轨迹与所述第一轨迹发生移位；其中，所述第一轨迹和所述第二轨迹具有相同的轨迹形状。
3.根据权利要求1或2所述的C型臂X射线成像系统，其中，所述控制单元被配置为引起所述C型臂结构的所述旋转运动，以执行所述旋转扫描，使得所述第一视场与所述第二视场彼此接触。
4.根据权利要求1或2所述的C型臂X射线成像系统，其中，所述第一旋转轴和所述第二旋转轴被平行于彼此发生移位，使得所述第一ISO中心与所述第二ISO中心之间的所述连接线垂直于所述第一旋转轴和所述第二旋转轴被布置。
5.根据权利要求1或2所述的C型臂X射线成像系统，其中，所述C型臂结构被提供为分别按圆弧执行所述第一旋转扫描和所述第二旋转扫描。
6.根据权利要求1或2所述的C型臂X射线成像系统，
其中，所述控制单元被配置为针对所述第一视场的重建，使用来自所述第一旋转X射线扫描的投影数据；并且针对所述第二视场的重建，使用来自所述第二旋转X射线扫描的投影数据；并且
其中，所述控制单元被配置为针对所述剩余区域的重建，使用来自所述第一视场的至少一部分的投影数据和来自所述第二视场的至少一部分的投影数据。
7.根据权利要求1或2所述的C型臂X射线成像系统，其中，所述控制单元被配置为使用来自体素覆盖区段(94、96；100、116、118)的投影数据，以重建所述剩余区域内部的体素，其中，所述体素覆盖区段为所述第一旋转X射线扫描和/或所述第二旋转X射线扫描的区段，所述区段包括采集点，针对所述采集点，要被重建的体素位于特定采集点的各自的第一视场和/或第二视场的内部。
8.一种用于采集对象的3D X射线图像数据的方法(200)，包括以下步骤：
a)执行(210)绕具有针对第一视场的第一旋转轴的第一ISO中心的第一旋转X射线扫描(212)；
b)至少执行(214)绕具有针对第二视场的第二旋转轴的第二ISO中心的第二旋转X射线扫描(216)；
其中，第一旋转中心和第二旋转中心相对于彼此发生移位(218)，使得在所述第一ISO中心与所述第二ISO中心之间的连接线横跨于所述第一旋转轴和所述第二旋转轴被布置；并且
其中，提供凸包作为围合所述第一视场和所述第二视场以及剩余区域的扩展的三维视场，所述剩余区域位于所述凸包内部，但在所述第一视场和所述第二视场的外部。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，以第一轨迹执行步骤a)中的所述第一旋转X射线扫描；并且以第二轨迹执行步骤b)中的所述第二旋转X射线扫描，所述第二轨迹与所述第一轨迹发生移位；其中，所述第一轨迹和所述第二轨迹具有相同的轨迹形状。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，提供以下组中的至少一组：
i)所述第一ISO中心与所述第二ISO中心发生移位，使得所述第一视场与所述第二视场彼此接触；
ii)所述第一旋转轴与所述第二旋转轴平行于彼此发生移位，使得所述第一ISO中心与所述第二ISO中心之间的所述连接线垂直于所述第一旋转轴和所述第二旋转轴被布置；
iii)分别按圆弧执行所述第一旋转扫描和所述第二旋转扫描。
11.根据权利要求8或9所述的方法，其中，针对所述第一视场的重建(226)，使用来自所述第一旋转X射线扫描的投影数据(228)；并且其中，针对所述第二视场的重建(230)，使用来自所述第二旋转X射线扫描的投影数据(232)；并且
其中，针对所述剩余区域的重建(234)，使用来自所述第一视场的至少一部分的投影数据(236、238)和来自所述第二视场的至少一部分的投影数据。
12.根据权利要求8或9所述的方法，其中，为了重建所述剩余区域内部的体素，使用来自体素覆盖区段的投影数据；其中，所述体素覆盖区段为所述第一旋转X射线扫描和/或所述第二旋转X射线扫描的区段，所述区段包括采集点，针对所述采集点，要被重建的所述体素位于特定采集点的各自的第一视场和/或第二视场的内部。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，为了重建所述剩余区域内侧的所述体素，使用沿所述体素覆盖区段的微分的反投影的投影数据。
14.一种处理单元，适于：
a)执行绕具有针对第一视场的第一旋转轴的第一ISO中心的第一旋转X射线扫描(212)；
b)至少执行绕具有针对第二视场的第二旋转轴的第二ISO中心的第二旋转X射线扫描(216)；
其中，第一旋转中心和第二旋转中心相对于彼此发生移位(218)，使得在所述第一ISO中心与所述第二ISO中心之间的连接线横跨于所述第一旋转轴和所述第二旋转轴被布置；并且
其中，提供凸包作为围合所述第一视场和所述第二视场以及剩余区域的扩展的三维视场，所述剩余区域位于所述凸包内部，但在所述第一视场和所述第二视场的外部。
15.一种用于采集对象的3D X射线图像数据的装置，包括：
a)用于执行(210)绕具有针对第一视场的第一旋转轴的第一ISO中心的第一旋转X射线扫描(212)的单元；
b)用于至少执行(214)绕具有针对第二视场的第二旋转轴的第二ISO中心的第二旋转X射线扫描(216)的单元；
其中，第一旋转中心和第二旋转中心相对于彼此发生移位(218)，使得在所述第一ISO中心与所述第二ISO中心之间的连接线横跨于所述第一旋转轴和所述第二旋转轴被布置；并且
其中，提供凸包作为围合所述第一视场和所述第二视场以及剩余区域的扩展的三维视场，所述剩余区域位于所述凸包内部，但在所述第一视场和所述第二视场的外部。
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