CN104812304B - 用于断层融合移动射线照相装置的扫描几何校正 - Google Patents

用于断层融合移动射线照相装置的扫描几何校正 Download PDF

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CN104812304B CN201380060581.1A CN201380060581A CN104812304B CN 104812304 B CN104812304 B CN 104812304B CN 201380060581 A CN201380060581 A CN 201380060581A CN 104812304 B CN104812304 B CN 104812304B
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Abstract

移动射线照相术装置具有可移动(例如，带轮子)运输框架和安装在所述框架处的可调整柱。由所述可调整柱支撑的吊杆装置可支撑x射线源组件。某些示例性方法和/或装置实施方案可为移动射线照相术推车提供如下能力：将x射线辐射从一个源位置或多个不同源位置引向受检者，和重建二维或三维断层融合图像，其中x射线源位置相对于射线照相检测阵列的成像几何对于多个x射线断层融合投影图像是未知的。在一个实施方案中，可通过迭代地确定当前成像几何同时迭代地监测度量(例如，停止准则)来同时确定成像几何和断层融合重建，所述度量接近与所述断层融合重建相关联的规定值或所需值。

Description

用于断层融合移动射线照相装置的扫描几何校正
发明领域
本发明大体上涉及医学成像领域，并且更具体地，涉及射线照相成像装置。更具体来说，本发明涉及具有额外断层融合能力的移动射线照相术装置。
背景
数字X射线断层融合是一种成像技术，所述成像技术使用大面积数字检测器实现对患者的三维成像，所述大面积数字检测器通常用于常规(单投影)射线照相术。在通常介于20°与40°之间的有限角度范围上的有限数目的投影图像是通过改变x射线管、患者和检测器的定向来获取。这通常通过移动检测器和x射线源两者或者通过固定检测器(源)的位置并移动x射线源(检测器)来实现。在检测器被固定的应用中，可使用多个空间分布的X射线源，或者可以各种图样或轨迹对可移动源进行移位。由以穿过患者解剖结构的许多切片形式所捕获的投影重建三维数据，每一切片平行于检测器平面。有限角度扫描的后果在于，深度分辨率比重建对象的平面分辨率低得多。
发明概述
本申请的一个方面是为了推进射线照相术断层融合系统领域。
本申请的另一方面在于完全或部分地解决相关领域中的至少上述及其它不足。
本申请的另一方面在于完全或部分地提供至少本文所述的优点。
本申请的另一方面将提供移动射线照相术推车可借以另外包括断层融合能力的方法和/或装置。
本申请的另一方面将提供方法和/或装置实施方案，移动射线照相术推车可通过所述实施方案获取投影图像并生成三维断层融合图像的重建。
本申请的另一方面将提供方法和/或装置实施方案，移动射线照相术推车可通过所述实施方案获取x射线断层融合投影图像并生成二维或三维断层融合图像的重建，其中x射线源位置相对于射线照相检测阵列的成像几何对于所述多个x射线断层融合投影图像是未知的。
本申请的另一方面将提供方法和/或装置实施方案，移动射线照相术推车可通过所述实施方案获取投影图像，并且随后可通过迭代地确定成像几何同时迭代地监测度量(例如，停止准则)，来同时确定成像几何和断层融合重建，所述度量接近与所述断层融合重建相关联的规定值或所需值。
根据一个实施方案，本发明可提供一种用于数字射线照相3D断层图像重建的方法，所述数字射线照相3D断层图像重建至少部分在计算机上执行，所述方法可包括：在扫描角度范围内获得用于多个2D断层投影图像的图像数据；使用所述多个2D断层投影图像和用于所述多个2D断层投影图像的第一成像几何来生成三维重建；确定用于当前三维重建的断层重建性能度量；将所述断层重建性能度量与规定值进行比较；以及当所述断层重建性能度量与所述规定值不相等时，将所述第一成像几何设定为调整后的成像几何并通过设定操作来重复所述生成，否则将所述当前三维重建和第一成像几何存储在计算机可存取的存储器中。
根据一个实施方案，本发明可提供一种射线照相术装置，所述射线照相术装置可包括：可移动运输框架；手柄；可调整支撑结构，其连接到所述可移动运输框架；x射线源组件，其安装到所述可调整支撑结构，所述x射线源组件被配置来将x射线辐射从多个不同源位置引向受检者；控制电路，其在所述移动x射线照相术装置处并且连接到所述X射线源组件，所述控制电路被配置来接收用于所述多个不同源位置的投影图像数据集合，以用于重建断层融合图像。
根据一个实施方案，本发明可提供一种在移动x射线照相术装置中使用的方法，所述方法可包括：获得对象的多个x射线断层融合投影图像；以及使用所述x射线投影图像生成所述对象的三维重建；其中多个x射线源位置相对于射线照相检测阵列的成像几何对于所述多个x射线断层融合投影图像是未知的。
这些目标仅通过示例性实例的方式给出，并且此类目标可为本发明的一个或多个实施方案的示例。由本公开发明固有地实现的其它令人满意的目标和优点可以被本领域技术人员想到或变得显而易见。本发明由随附权利要求书定义。
附图简述
自下文如附图中所示的对本发明示例性实施方案的更为具体的描述，将明白本发明的前述和其它目标、特征以及优点。
附图的元件不一定相对于彼此按比例绘制。
图1为示出根据本申请的实施方案的移动射线照相术装置的透视图的图，所述移动射线照相术装置可使用便携式射线照相检测器或平板检测器。
图2为示出图1的定位为行进的移动射线照相术装置的透视图的图。
图3为示出作为第二显示器的显示器/监测器的一个示例性实施方案的图，所述第二显示器安装到根据本申请的移动射线照相术装置的吊杆组件。
图4为说明根据本申请的登录屏幕的一个实施方案的图。
图5至图8为说明在移动x射线成像装置的实施方案处实施的示例性功能的图。
图9为示出根据本申请的另一个实施方案的移动射线照相术装置的透视图的图。
图10为示出根据本申请的实施方案的移动射线照相术装置的透视图的图，所述移动射线照相术装置可提供断层融合能力。
图11A至图11B为示出根据本申请的实施方案的替代性移动射线照相术装置的透视图的图，所述替代性移动射线照相术装置可提供断层融合能力。
图12为示出根据本申请的实施方案的另一个移动射线照相术装置的透视图的图，所述另一个移动射线照相术装置可提供断层融合能力。
图13为示出根据本申请的实施方案的又一个移动射线照相术装置的透视图的图，所述又一个移动射线照相术装置可提供断层融合能力。
图14a为示出根据本申请的实施方案的操作示范性移动射线照相成像系统以用于获取投影图像和生成(例如，三维)断层融合图像的重建的一个示例性方法的流程图。
图14b为示出根据本申请的实施方案用来使用与规定重建相关联的图像质量度量来确定成像几何/重建的方法的一个示例性实施方案的流程图。
图15a和图15b为示意性地示出根据本申请的实施方案用于线性扫描断层融合系统的x射线源坐标系统与检测器坐标系统之间的示例性相对定向和距离的图。
图16为示意性地示出根据本申请的实施方案在将刚体运动施加于线性轨道x射线源组件的起始定向和距离之后的线性轨道x射线源组件的示例性所得定向和距离的图。
图17为示出根据本申请的实施方案的非线性x射线扫描路径的实例的图。
图18为示出根据本申请的实施方案的用于使用假定成像几何、如使用成像几何自动校正重建确定的修改的几何和实际成像几何的示例性线性轨道扫描的断层融合重建的切片的图。
图19至图20为示出根据本申请的实施方案的移动射线照相成像系统的图，所述移动射线照相成像系统可包括第一射线照相x射线源和第二射线照相x射线源(例如，多个射线照相x射线源)。
示例性实施方案的描述
便携式射线照相系统通常在医院使用。与标准投影射线照相术相比，断层融合提供在正常射线照片中由于上覆结构而不可见的精微细节的改进描绘。这些益处提供了发展便携式断层融合系统的动力，所述便携式断层融合系统可在重症监护室、急诊室和手术室中利用，其中移动患者由于对患者造成进一步伤害的风险而为不切实际的或不明智的。
重建的图像质量取决于对每一投影的获取扫描几何、x射线源和检测器的位置的准确认识。扫描几何中的不确定性可导致重建对象中的假影和/或模糊。便携式断层融合系统的发展已受到准确地确定获取扫描几何的困难的阻碍。仍然需要可制作成便携式并且仍提供可靠的临床图像和数据的改进的X射线断层融合系统。
以下参照附图对本发明的示例性实施方案进行描述，在附图中，相同参考标记识别这些图的每一个中的相同结构元件。
在被使用时，术语“第一”、“第二”等并不一定表示任何顺序或优先关系，而是可用于将一个元件或时间间隔与另一个更清楚地区分开。
图1为示出根据本申请的实施方案的移动射线照相术装置的透视图的图，所述移动射线照相术装置可使用便携式射线照相检测器或平板检测器。图1的示例性移动x射线或射线照相装置可用于数字射线照相术(DR)和/或断层融合。如图1所示，移动射线照相术装置100可包括可移动运输框架120，所述可移动运输框架包括用于显示如所获得的图像和相关数据的相关信息的第一显示器110和任选的第二显示器110'。如图1所示，第二显示器110'可枢转地安装在x射线源140处，以便在360度区域上可视/可触。
显示器110、110'可实施或控制(例如，触摸屏)如生成、存储、传输、修改及打印所获得图像的功能，并且可包括整体的或单独的控制面板(未示出)，所述控制面板用于协助实施如生成、存储、传输、修改及打印所获得图像的功能。
针对移动性，移动射线照相装置100可具有一个或多个轮子115和通常提供在腰部水平、臂水平或手水平处的一个或多个手柄125，所述手柄有助于将移动射线照相装置100引导到其预期位置。自含电池组(例如，可充电的)可提供源功率，从而可减少或消除对于在电源插座附近进行操作的需要。此外，自含电池组可提供电动运输。
针对储存，移动射线照相装置100可包括用于保持/存储一个或多个数字射线照相(DR)检测器或计算射线照相术暗盒的区域/保持器。所述区域/保持器可为存储区域130(例如，设置在框架120上)，所述存储区域被配置来可拆卸地保留至少一个数字射线照相术(DR)检测器。存储区域130可被配置来保持多个检测器并且还可被配置来保持一种尺寸或多种尺寸的DR检测器。
支撑柱135被安装到框架120，所述支撑柱135支撑x射线源140(也称为x射线管、管头或发生器)，所述x射线源可安装到支撑构件135。在图1所示的实施方案中，支撑构件(例如，柱135)可包括从第一区段向外延伸固定/可变距离的第二区段，其中所述第二区段被配置来垂直于第一区段上下滑动到所需高度以用于获得图像。另外，支撑柱可旋转地附接到可移动框架120。在另一个实施方案中，管头或x射线源140能够可旋转地连接到支撑柱135。在另一个示例性实施方案中，支撑柱的在接合机构处弯曲的铰接构件可允许x射线源140在一个垂直位置和水平位置的范围内移动。x射线源140的高度设定的范围可从用于使脚和下肢成像的低高度到用于使处于不同位置中的患者的上身部分成像的肩部高度及以上。
如图2所示，为在运输移动射线照相装置100期间方便起见，支撑构件135和x射线源140可布置成靠近框架120。如图2所示，在运输移动射线照相装置100期间，第二显示器110'可处于可视位置中(例如，可操作)。当移动射线照相装置100有待使用时，支撑构件135和x射线源140可从框架120延伸，以便适当定位(例如，由操作员、用户或x射线技术人员)，并且第二显示器110'移动到如图1所示的可视位置。
图3为示出作为第二显示器的显示器/监测器的一个示例性实施方案的图，所述第二显示器被安装到根据本申请的移动射线照相术装置的吊杆组件。如图3所示，第二显示器110'可安装到移动射线照相术装置的支撑构件135的x射线源340的准直仪345。在一个实施方案中，准直仪345能够可旋转地安装到x射线源340，以使准直仪345(例如，第二显示器110')可旋转至少90度、至少180度或360度。如图3所示，为便于定位，第二显示器110'连接到多个手柄。或者，第二显示器110'可安装到(例如，可旋转地)移动射线照相术装置的吊杆组件的准直仪345上方的x射线源340。
图4为说明根据本申请的登录屏幕的一个实施方案的图。因此，当尝试操作移动x射线成像装置100时，登录屏幕410可被显示来将指令提供给用户。如图4所示，单登录屏幕410可提供用于登录并且启动移动x射线系统100的指令，如“登录：请扫描您的证章或在主屏输入用户名和密码”。通行密钥或ID证章的示例性实施方案可包括但并非意图限于：读卡器，如智能卡、磁条卡、条形码数据，或与存取技术兼容的感应(proximity)阅读器，如RFID、蓝牙、无线通信设备、感应卡、无线智能卡、威根卡(wiegand card)、磁性阅读器设备/卡、光学阅读器设备/卡、红外线阅读器设备/卡，或生物特征数据，如指纹、眼球扫描等。
根据本申请的示例性实施方案，第一显示器110和第二显示器110'可提供信息，所述信息诸如但不限于：(i)一般信息，如日期、时间、环境条件等；(ii)装置信息，如型号序列号、操作指令、警报信息等；(iii)患者数据，如患者姓名、房间号、年龄、血型等；(iv)指示符，诸如但不限于推车功率/电池指示符、检测器状态(例如，接通/断开)、无线信号强度/连接性、网格对齐助手、推车诊断和/或(v)成像/程序信息，如检查类型、曝光信息等。
根据本申请的实施方案，第一显示器110和第二显示器110'可为移动x射线成像装置100提供能力/功能，所述能力/功能诸如但不限于：(i)查看和/或改变x射线曝光参数、管/发生器/技术设定；(ii)查看和/或改变图像信息，如对于患者进行的视图列表(例如，主体部分和投影)、关于那些视图的相关信息、选择一个视图来执行的能力，和所获取视图的x射线图像；(iii)显示和/或改变患者信息，如：患者姓名、房间号、患者ID、出生日期(例如，用来证实正确的患者)；(iv)显示和/或改变患者工作列表，如用来进行并且允许用户选择一个检查的检查列表。(在一个实施方案中，这样的患者工作列表可使用有线或无线网络/连接进行自动更新(例如，同步化到主机/医院/医生工作列表))。在一个实施方案中，移动x射线成像装置100可在接收所安排的检查之后突出/指示新检查(例如，在第二显示器110'上)；(v)显示发生器/源电流值和用来改变那些值的控制，如：kVp、mA、mA、时间、ECF、焦斑、准直仪、滤波器、AEC、网格；(vi)显示检测器选择并且允许技术人员选择/启动不同的检测器；(vii)显示最近所获取的图像并且允许编辑那些图像，示例性所获取的(例如，最近)或先前图像可被全尺寸、部分尺寸或与对应图像信息一起显示；(viii)显示先前所获取的图像(例如，患者的有关早先图像)并且允许编辑那些图像；或(ix)显示在运输期间什么在移动x射线成像装置100前面的视频，例如，使用位于另一侧(例如，移动x射线成像装置100的前侧)的摄影机。在一个实施方案中，移动x射线系统100可包括具有警报(例如，听得见的、看得见的)的避碰系统和自动操纵，以避免在检查室中接触(例如，通过停止或路线修改)。
图5至图8为说明在移动x射线成像装置的第二显示器的一个实施方案上说明的示例性非限制的代表性功能的图。如图5所示，工作列表的一个实例在第二显示器110'的监测器上示出。如图6所示，对那个技术人员和/或患者的新检查/程序信息/要求的一个实例在第二显示器110'的监测器上示出。如图7所示，x射线源控制的一个实例在第二显示器110'的监测器上示出。如图8所示，新近所获取的图像和患者信息的一个实例在第二显示器110'的监测器上示出。
在一个实施方案中，移动射线照相成像装置可由第一显示器或第二显示器中的程序设计控制逻辑操作/控制。例如，程序设计控制逻辑可包括处理器和显示器、整合计算机系统或便携式计算机和用于在便携式计算机上操作的应用程序。
图9为示出根据本申请的另一个实施方案的移动射线照相术装置的透视图的图。
图10为示出根据本申请的实施方案的移动射线照相术装置的透视图的图，所述移动射线照相术装置可提供断层融合能力。在一个实施方案中，移动射线照相术装置为断层融合系统。如图10所示，示出便携式断层融合系统1000的一个实施方案，所述便携式断层融合系统可包括可移动运输框架1020。支撑柱可安装到可移动运输框架1020，所述支撑柱支撑x射线源1040。如图10所示，支撑柱1030可包括从第一区段1030a向外延伸固定/可变距离的第二区段1030b，其中第二区段1030b被配置来垂直于第一区段1030a上下滑动到所需高度以用于获得图像。系统还包括数字x射线检测器1050，所述数字x射线检测器无线连接到系统控制器1015，所述系统控制器包含于可移动运输框架1020内。系统控制器1015可实施和/或控制移动射线照相装置1000的功能(例如，通过显示器100、100'提供的功能)。如相关领域的技术人员将显而易见的，可通过根据本申请的教导程序设计的常规通用处理器、数字计算机、微处理器、RISC处理器、信号处理器、CPU、算术逻辑单元(ALU)、视频数字信号处理器(VDSP)和/或类似计算机器中的一个或多个来提供系统控制器1015。x射线源1040可使用准直仪来形成引向检测器1050的光束。x射线源1040可还包括定位如马达，所述马达允许朝向检测器引导光束。可移动运输框架1020可包括第一显示器1010，并且x射线源1040可连接到第二任选显示器1010'。系统控制器1015可协调x射线源1040、检测器1050和可移动运输框架1020的操作。系统控制器1015可控制x射线源的操作，这可包括准直仪、定位设备和通过自源发射x射线来触发图像获取。系统控制器1015还可控制检测器1050的操作，这可包括触发图像获取和将所获取的图像传输回到控制器。另外，系统控制器1015可控制运输框架1020的移动。图10示出便携式断层融合系统的一个实施方案，其中x射线源1040组件可相对于检测器1050或相对于检测器1050的几何和/或有待成像的患者(对象)沿规定路径移动。如图10所示，可移动运输框架1020可沿由箭头所示的规定路径(例如，线性/非线性运动)移动x射线源1040组件。
图11A至图11B为示出根据本申请的实施方案的另外的移动射线照相术装置的透视图的图，所述另外的移动射线照相术装置可提供断层融合能力。如图11A所示，支撑柱1030可沿由箭头所示的规定路径(例如，线性/非线性、弯曲、2D或3D)移动x射线源1040组件。在某些示例性实施方案中，第二区段1030b和/或第一区段1030a可独立地移动x射线源1040组件或以组合方式(例如，同时)移动x射线源1040组件。此外，可移动运输框架1020可与支撑柱1030组合地移动x射线源1040组件。在一个实施方案中，如图11B所示的可包括断层融合能力的移动射线照相术装置可进一步用于LLI(大长度成像)。
图12为示出根据本申请的实施方案的另一个移动射线照相术装置的透视图的图，所述另一个移动射线照相术装置可提供断层融合能力。在便携式断层融合系统的一个实施方案中，x射线源组件可被配置来沿规定路径(例如，线性路径)移动。图12示出便携式断层融合系统的一个实施方案，其中x射线源1040组件由被设计来在支撑轨道1260上沿线性路径移动的X射线源1240取代。
图13为示出根据本申请的实施方案的另一个移动射线照相术装置的透视图的图，所述另一个移动射线照相术装置可提供断层融合能力。在便携式断层融合系统的某些示例性实施方案中，可移动安装的x射线源可由多个单独控制的x射线源取代。图13示出便携式断层融合系统的一个实施方案，其中多个单独控制的x射线源为分布式源(例如，线性地分布)。分布式源可以规定空间关系排列。
或者，不同x射线源路径可用来修改或解决可由如射线照相断层融合成像系统的有限角度扫描系统引起的重建假影。另外，各种x射线扫描路径可用来增强所需成像结构和/或减少或最小化假影，所述假影可能混淆或遮掩做出准确诊断的能力。图17为示出非线性x射线扫描路径的实例(例如，圆形路径和正方形路径)的图。在一个实施方案中，可移动x射线源被安装在圆形1710(正方形1730)轨道上，或多个源以圆形1720(正方形1740)图样空间分布。然而，本申请的实施方案不意图如此受限制，可使用例如其它非线性、弯曲、2D或3D扫描路径或可移动x射线支撑件。此外，源组件可用来确保由可移动或分布式x射线源发射的辐射被引向检测器(例如，通过对象/患者)。在一个实施方案中，源组件可包括可调整准直仪(例如，在图像获取扫描之前或期间)。在一个实施方案中，可调整准直仪可单独地和/或同时移动。
在一个实施方案中，移动射线照相成像系统意图支持ICU中当前被运送出ICU以进行x射线成像的危重症患者。例如，ICU患者可接受断层融合程序，否则其可能被运送出ICU以便获得CT检查。例如，ICU患者经常需要CT成像以便区分由多种渗出液(如血液、水等)引起的各种类型的流体，从而可采取正确的行动。然而，将ICU患者运送到CT检查区域可由于所述患者的严重临床状况而为一项挑战性任务。此外，可视化软件可被提供来促进ICU有关的胸部异常的解释。例如，低曝光顺序(在幻灯片数据的重建之前)的演示允许ICU医师“环顾”肋骨结构等的四周。
参考图14a，现在将描述示出获取投影图像和生成三维断层融合图像的重建的一个示例性方法的流程图。用于获取投影图像和生成三维断层融合图像的重建的方法将使用图10至图13所示的移动射线照相术装置的实施方案来描述，并且可应用于图1和图10至图13所示的移动x射线系统/推车；然而，图14a的方法并不意图由此受限制。
如图14a所示，可定位检测器和x射线源(操作方框1410)。例如，可将x射线源移动到其初始位置并且可对检测器进行定位，以便将患者P置于检测器与x射线源之间。
对于示例性便携式断层融合系统实施方案1000、1200、1300，初始x射线源组件位置可通过运输框架和支撑柱的位置来设定。支撑柱的第一区段1030a和第二区段1030的高度、程度和旋转定位可用来将x射线源组件定位到患者上方的初始所需位置。或者，支撑件(例如，支撑件1260、轨道1710、轨道1730)和运输框架和/或支撑柱的位置可设定初始x射线源组件位置。
随后，可在不同x射线源位置处获取一系列投影图像(操作方框1420)。在实施方案1000中，可在运输框架并且由此所附接的x射线源沿线性或非线性路径移动时获取投影图像。在实施方案1000中，可在支撑柱、第一区段和第二区段的高度、程度和旋转被调整以便所附接的x射线源沿线性或非线性路径移动时获取投影图像。在实施方案1200中，可在x射线源沿支撑轨道移动时获取投影图像。在实施方案1300中，可在个别x射线源被触发时获取投影图像。
随后，所获取的投影图像数据可由系统控制器的控制和处理部件接收(例如，从检测器传递回到所述控制和处理部件)(操作方框1430)。投影图像可显示在显示器110上和/或在被进一步处理之前经历质量检验(例如，自动的或通过操作员)。
随后，可通过迭代地确定成像几何(例如，针对源位置和检测器位置)，同时迭代地监测接近与断层融合重建相关联的规定值或所要值(或值的变化)的度量，来同时确定成像几何和断层融合重建(操作方框1440)。例如，可通过建立最大化(或最小化)与断层融合重建相关联的度量的成像几何来同时确定成像几何和断层融合重建(操作方框1440)。存在可用来确定成像几何的许多度量，如最终重建的图像质量或重建到所测量投影的数据保真度。
随后，重建体积可显示在显示器110、110'上(操作方框1450)和/或在存储体积之前经历质量检验。在一个实施方案中，可在质量检验之后(例如，在显示重建体积之前)存储重建体积。
图像质量度量的实例为与重建的边缘(高频率)信息相关联的度量，如所重建对象的梯度
或拉普拉斯算子(laplacian)
其中为空间位置，并且V为重建的体积或子体积。
另一种类型的图像质量度量与所重建对象的概率分布函数(或规格化直方图)h(z)相关联，如功率密度
或熵
其中，对于给定核K()
为w的概率分布函数的非参数核密度估计值，为重建单位，如衰减系数单位或Hounsfield单位。K()的典型选择为狄拉克δ函数(Dirac delta function)和高斯(Gaussian)核。
数据保真度度量的一个实例为
或正规化版本，
其中Ai为用于第i投影的投影矩阵，f和p为重建体积和投影图像的向量表示，并且R()为将先验(如平滑度)强加于重建f上的正规化矩阵。投影矩阵A为成像几何的函数。
重建的图像质量取决于对用于每一投影的x射线源和检测器的位置的准确认识。扫描几何中的不确定性可导致重建中的假影和/或模糊。此外，使用网格进行的检测器的准确定位对于允许冲击x射线通过网格以便全部或部分到达检测器可为合乎需要或必要的。对于便携式静止检测器断层融合系统来说，扫描几何可对应于相对于静止检测器的设定的x射线源位置。与可移动框架和可移动x射线源组件相关联的位置编码器可提供关于x射线源在与x射线源组件相关联的局部坐标系统中的空间位置的准确信息。对于分布式源组件来说，x射线源的空间位置在局部坐标系统中可为固定的。对于便携式断层融合系统来说，检测器和x射线源彼此实体上分离，因此x射线源组件与检测器局部坐标系统之间的相对定向和距离不是准确已知的。在一个示例性实施方案中，检测器可在实体上分开并且拴系在便携式断层融合系统上，然而，这类系统几何(例如，检测器、x射线源的位置、定向等)可为未知的。
图15a和图15b为示意性地示出用于线性扫描断层融合系统的x射线源坐标系统1500与检测器坐标系统1530之间的示例性相对定向和距离的图。图15a示出所需对准的断层融合系统(例如，选定的对准或理想对准)，其中检测器坐标和x射线源坐标具有相同定向。x射线源1520的轨迹1510至检测器1540上的投影1525与检测器的面内轴线中的一个对准，并且x射线源与检测器之间的距离沿x射线源轨迹为恒定的。图15b示出一个系统，其中检测器坐标和x射线源坐标具有不同定向，并且因此x射线源到检测器平面的距离现在沿x射线源轨迹变化。如图12所示，当检测器1050放置在卧床不起的患者下方时，x射线源组件1060与检测器1050之间的定向的这种类型的失配可能发生。
图14b为示出用于使用算法来确定成像几何/重建步骤1440的方法的一个实施方案的流程图，所述算法可确定或优化与滤波后的反投影重建算法相关联的图像质量度量。用来实现这种方法的算法可称为成像几何自动校正重建算法。在滤波投影操作方框1441中，成像几何的当前估计值可用来生成滤波后的投影。在反投影滤波后的投影操作方框1442中，可使用成像几何的当前估计值来反投影滤波后的投影以生成当前重建。在计算重建图像质量度量操作方框1443中，针对当前重建计算如由E1定义的如L2范数的图像质量度量。在迭代完成操作方框1444中，若已实现用于图像质量度量的停止条件，则可终止优化；否则过程(例如，优化)继续。停止条件的实例可为图像质量度量已会聚为最大(或最小)值、度量的相对变化低于给定临界值，或已达到最大次数的迭代。
成像几何自动校正重建算法的一个特征可在优化图像质量度量/更新成像几何操作方框1445中进行，其中相对于成像几何来优化图像质量度量。示例性优化程序可确定对成像几何的更新，所述更新实现所要(例如，最大化或最小化)图像质量度量。成像几何的示例性优化程序可在整个重建或重建的子集期间进行。示例性子集可为使用假定成像参数根据初始重建确定的感兴趣的轴向切片或子体积的集合。
一些常用的优化算法为下降单纯形Powell方法和梯度下降方法。例如，使用梯度下降方法来优化(最大化)重建的L2范数E1
E1关于成像参数α的集合的导数由以下公式给出：
这些导数可使用滤波后的反投影重建算法用分析法或用数值方法确定。
所述导数随后用来更新当前估计值αk以得出由以下公式给出的新估计值αk+1
其中δk为步长，所述步长可为恒定值，或最佳步长可使用对于每一更新的线搜索来计算。
成像参数可为针对在重建中使用的每一投影图像的相对于静止检测器的x射线源位置{xsi,ysi,zsi}的集合或一些子集。或者，若x射线源位置之间的距离为已知，如以上所描述，则成像参数对应于x射线源组件与检测器之间的相对定向和距离。这对应于确定刚体运动参数的集合或子集，所述刚体运动参数将假定的标称x射线源位置转换为空间中使重建度量优化的位置。图16为示出在将刚体运动施加于线性轨道x射线源组件的开始定向和距离1610之后的线性轨道x射线源组件的示例性所得定向和距离1620的图。刚体运动参数的集合可为围绕检测器的x、y和z轴的旋转θx、θy和θz以及沿检测器x、y和x轴的平移tx、ty和tz。
对于成像参数对应于x射线源位置集合的情况尤其应当注意的是，可将正规化矩 阵添加到重建度量，这将迫使选定的或优化的x射线源位置{xsi,ysi,zsi}得出平滑轨迹。这 样的正规化矩阵的一个实例为x射线源位置集合的L2范数
在更新滤波后的投影操作方框1446中，若当前更新的成像几何显著地不同于用来为投影滤波的成像几何，则可使用当前更新的成像几何来为投影滤波。更新的滤波后的投影随后可用于成像几何自动校正重建算法的下一(几)个迭代中。
图18为示出用于使用假定的成像几何1810、如由一种成像几何自动校正重建算法确定的优化几何1820和实际成像几何1830的手模型的线性轨道扫描的断层融合重建的切片的图。对于假定几何来说，x射线源组件沿检测器z轴平移180cm，并且具有与检测器1610相同的定向。实际几何对应于线性轨道从其假定位置围绕其x轴旋转-3.9度，接着围绕其z轴旋转-3.9度。如图18所示，使用根据自动校正重建算法计算的成像几何和实际成像几何的断层融合重建结果本质上无法区分。
本文描述的各种示例性实施方案可说明个别操作模式。在某些示例性实施方案中，可在单个移动射线照相成像系统和/或方法中/由单个移动射线照相成像系统和/或方法提供一个以上的模式以用于使用所述单个移动射线照相成像系统和/或方法。
用于使用移动射线照相成像系统和/或方法的移动射线照相成像系统和/或方法的某些示例性实施方案可确定或使用自动校正重建过程，所述自动校正重建过程可针对捕捉顺序中的每一图像在统一坐标系统中产生数据，所述统一坐标系统提供相对x射线源焦斑位置以及检测器位置和定向。此信息在断层融合图像重建中可具有多种不同用途。例如，这类信息可与X射线曝光技术因素相结合地用来估计检测器将以“空气照射”(例如，在没有任何对象/受检者置于源与检测器之间的情况下)接收的信号。这种“空气照射”图像可在断层融合重建中用来提供用于体积重建处理的估计的线性衰减系数。此外，根据本申请的恢复几何也可以用来应用断层融合重建方法，所述断层融合重建方法使用如SIRT、SART、ART的其他方法或本领域技术人员已知的体积重建算法的其他方法。另外，恢复几何还可以在患者剂量估计中使用。
图19为示出可包括第一射线照相x射线源和第二射线照相x射线源(例如，多个射线照相x射线源)的移动射线照相成像系统的图。如图19所示，移动射线照相成像系统可包括第一射线照相x射线源和准直仪，以及第二x射线源，所述第二x射线源包括可永久地附接或者在必要时附接(可拆卸)的分布式源(例如，矩形源)。
图20为示出可包括第一射线照相x射线源和第二射线照相x射线源(例如，多个射线照相x射线源)的移动射线照相成像系统的图。如图20所示，移动射线照相成像系统可包括第一射线照相x射线源和准直仪，以及第二x射线源，所述第二x射线源包括可永久地附接或者在必要时附接(可拆卸)的分布式源附接(例如，线性)。在一个实施方案中，分布式源可在弯曲的支撑件上，以维持距检测器上的对应点的单个距离。示例性分布式源附接可具有供使用的第一位置和不使用时供存储的第二位置(例如，折叠的)。在一个实施方案中，示例性分布式源附接可具有供使用的第一位置、至少一个中间位置(例如，一半打开)和不使用时供存储的第二位置(例如，折叠的)。在一个实施方案中，这类示例性分布式源可由轨道和移动的x射线源取代。
与至少一个实施方案一致，示例性方法可使用存储有对图像数据进行的指令的计算机程序，所述图像数据是从电子存储器存取。如影像处理领域的技术人员可理解的，本发明的实施方案的计算机程序可由合适的通用计算机系统(如个人计算机或工作站)利用。然而，可以使用许多其它类型的计算机系统来执行本发明的计算机程序，包括例如网络处理器的布置。用于进行本发明的方法的计算机程序可以存储在计算机可读存储介质中。这种介质可以包括，例如；磁存储介质如磁盘(如硬驱动器)或可移除设备或磁带；光存储介质如光盘、光带、或机器可读光编码；固态电子存储设备如随机存取存储器(RAM)、或只读存储器(ROM)；或用于存储计算机程序的任何其它物理设备或介质。用于进行本发明的方法的计算机程序还可以存储在通过因特网或其它网络或通信介质连接到图像处理器的计算机可读存储介质上。本领域技术人员将进一步容易地认识到，这类计算机程序产品的等同物还可以被构建在硬件中。
应当注意的是，在本公开的上下文中术语“存储器”等同于“计算机可存取存储器”，可以指用于对图像数据进行存储和操作以及计算机系统可存取的任何类型的临时或更持久的数据存储工作区，包括例如数据库。所述存储器可以是非易失性的，其使用例如长期存储介质如磁存储或光存储。或者，所述存储器可以具有更易失的性质，使用电子电路，如被微处理器或其它控制逻辑处理器设备用作临时缓冲区或工作区的随机存取存储器(RAM)。例如，显示数据典型地存储在临时存储缓冲区中，所述临时存储缓冲区与显示设备直接相关联并且根据需要定期刷新以便提供显示的数据。当这个术语在本公开中使用时，所述临时存储缓冲区还可以被认为是存储器。存储器还用作用于执行和存储计算和其它处理的中间结果和最终结果的数据工作区。计算机可存取存储器可以是易失性的、非易失性的、或易失类型和非易失类型的混合组合。
将要理解的是，本发明的计算机程序产品可以利用各种图像操作算法和熟知的过程。将进一步理解的是，本文的示例性计算机程序产品实施方案可以包括适用于实施的本文未具体示出或描述的算法和过程。这类算法和过程可以包括在图像处理领域的普通技术内的常规实用程序。这类算法和系统、以及用于产生和以另外方式处理图像或与本发明的计算机程序产品协同操作的硬件和/或软件的另外方面未在本文中具体示出或描述，并且可以选自本领域中已知的这类算法、系统、硬件、部件以及元件。
如相关领域的技术人员将显而易见的，由图14a至图14b的图、系统处理器或移动射线照相装置所执行的示例性功能可例如但不限于使用以下根据本说明书的教导程序设计的各者中的一种或多种来实施：常规通用处理器、数字计算机、微处理器、微控制器、RISC(精简指令集计算机)处理器、CISC(复杂指令集计算机)处理器、SIMD(单指令多数据)处理器、信号处理器、中央处理单元(CPU)、算术逻辑单元(ALU)、GPU、视频数字信号处理器(VDSP)和/或类似计算机器。也如相关领域的技术人员将显而易见的，适当的软件、固件、编码、例行程序、指令、操作码、微码和/或程序模块可由熟练的程序员基于本公开的教导容易的准备。软件通常由机器实施的处理器中的一个或多个从一个介质或几个介质执行。
根据本申请的某些示例性实施方案可提供方法和/或装置，所述方法和/或装置可包括可移动运输框架；手柄；可调整支撑结构，其连接到可移动运输框架；x射线源组件，其被安装到可调整支撑结构，所述x射线源组件被配置来将x射线辐射从多个不同源位置引向受检者；控制电路，其在移动x射线照相术装置处并且连接到X射线源组件，所述控制电路被配置来接收用于多个不同源位置的投影图像数据集合，以用于重建断层融合图像。
根据本申请的某些示例性实施方案可提供在移动x射线照相术装置中使用的方法和/或装置，所述方法和/或装置可包括获得对象的多个x射线断层融合投影图像；以及使用x射线投影图像生成三维重建；其中多个x射线源位置相对于射线照相检测阵列的成像几何对于所述多个x射线断层融合投影图像是未知的。
根据本申请的某些示例性实施方案可提供用于数字射线照相3D断层图像重建的方法和/或装置，所述数字射线照相3D断层图像重建至少部分在计算机上执行，所述方法和/或装置可包括：在扫描角度范围内获得用于多个2D断层投影图像的图像数据；使用所述多个2D断层投影图像和用于所述多个2D断层投影图像的第一成像几何来生成三维重建；确定用于当前三维重建的断层重建性能度量；将所述断层重建性能度量与规定值进行比较；以及当所述断层重建性能度量与所述规定值不相等时，将所述第一成像几何设定为调整后的成像几何并通过设定操作来重复所述生成，否则将所述当前三维重建和第一成像几何存储在计算机可存取的存储器中。
对于选定的示例性装置或方法实施方案来说，x射线源可包括至少一个x射线源组件，所述至少一个x射线源组件可包括可移动源。在一个实施方案中，可移动源安装到支撑件，所述x射线源被配置来沿所述支撑件移动。在一个实施方案中，支撑件可为大体上线性的、2D轨道、曲线、3D路径或多个支撑件。在一个实施方案中，可移动源可包括可移动运输框架或可调整支撑结构。对于选定的示例性装置或方法实施方案来说，X射线源组件可包括处于规定空间关系中的多个分布式源。在一个实施方案中，多个分布式源可沿支撑件安装。在一个实施方案中，规定空间关系为一个或多个线性轨道、2D轨道、曲线、矩形或3D路径。在一个实施方案中，可移动运输框架或可调整支撑结构可被配置来将x射线源定位在所述多个不同源位置处。对于选定的示例性装置或方法实施方案来说，断层融合图像为三维的。对于选定的示例性装置或方法实施方案来说，对象的初始投影图像是在获得用于所述多个不同源位置的投影图像数据集合之前取得。
对于选定的示例性装置或方法实施方案来说，成像几何可包括可移动x射线源和x射线检测器的几何。在一个实施方案中，成像几何包括检测器相对于x射线源的位置或x射线源相对于检测器的位置。在一个实施方案中，成像几何包括x射线检测器的位置和定向，以及用于所述多个不同源位置中每一个的x射线源的位置和定向。在一个实施方案中，x射线源的位置是在成像几何中确定。在一个实施方案中，x射线检测器的位置是相对于x射线源的坐标系统来确定。在一个实施方案中，成像几何包括系统成像几何、x射线源的成像几何和/或x射线检测器的成像几何。在一个实施方案中，成像几何包括x射线检测器的位置和定向，以及用于所述多个不同源位置中每一个的x射线源的位置和定向。在一个实施方案中，确定检测器的位置和定向以在所述多个不同源位置之间改变至少一次。在一个实施方案中，成像几何包括x射线源组件，所述x射线源组件包括可移动源，其中所述可移动源包括至少一个x射线源，所述至少一个x射线源安装到支撑件，所述至少一个x射线源被配置来沿所述支撑件移动，或包括处于规定空间关系中的多个分布式源。在一个实施方案中，对象的初始投影图像是在获得在扫描角度范围内的多个2D断层投影图像的图像数据之前取得。在一个实施方案中，对象的初始投影图像是在所述获得步骤之前取得以对准系统，其中断层重建性能度量小于或超过预置临界值。在一个实施方案中，初始投影图像来自多个分布式源中的中央或接近中央的一个，或在x射线源的移动路径中的中间位置处。对于选定的示例性装置或方法实施方案来说，断层重建性能度量为图像质量度量或数据保真度度量。对于选定的示例性装置或方法实施方案来说，便携式电源可对可移动运输框架、控制电路和/或x射线源供电。对于选定的示例性装置或方法实施方案来说，便携式数字检测器组件(网格)被配置来从源接收辐射，并且在接收来自所述多个不同源位置的辐射期间保持固定或移动，其中X射线源组件和检测器组件包括传感器和/或传输器，所述传感器和/或传输器合作地布置来检测X射线源组件和检测器组件相对于彼此的距离和定向。在一个实施方案中，检测器无线连接到控制电路用于将图像数据传输到控制电路和/或将来自控制电路的控制信号传输到检测器。在一个实施方案中，便携式人机界面设备连接到控制电路；所述控制电路被配置来将投影图像数据集体传输到远程系统用于计算断层融合。对于选定的示例性装置或方法实施方案来说，源位置对于检测器形成介于近似5与120度之间的第一角度，或形成介于近似20度与40度之间的第二角度。在一个实施方案中，确定x射线源的成像几何，包括确定x射线检测器在x射线源的成像几何中的位置。在一个实施方案中，在确定所述多个不同源位置的成像几何之后，包括确定x射线检测器在所述多个不同源位置的成像几何中的位置。对于选定的示例性装置或方法实施方案来说，x射线检测器在1-20秒的成像间隔期间每秒捕捉2-30帧，或在1-3秒的成像间隔上每秒捕捉3-5帧。对于选定的示例性装置或方法实施方案来说，多个断层投影图像包括30-60个图像或25-100个图像。对于选定的示例性装置或方法实施方案来说，中央X射线源或额外x射线源具有充分的X射线功率来捕捉标准投影射线照相术图像或提供高达120kVp曝光。
应当注意的是，虽然本描述和实例主要针对人类或其它受检者的射线照相医学成像，但是本申请的装置和方法的实施方案也可以应用于其它射线照相成像应用。这包括如无损检测(NDT)的应用，对于无损检测来说，可以获得射线照相影像并且对射线照相影像提供不同加工处理，以便强调所成像受检者的不同特征。
本申请要求2012年11月20日提交的以Richard A.Simon等人的名义的标题为“ACQUISITION SCAN GEOMETRY CORRECTIONS FOR TOMOSYNTHESIS APPARATUS ANDMETHODS FOR MOBILE RADIOGRAPHIC APPARATUS”的共同让渡的、共同待决的美国临时专利申请序列号(a)61/728,401的优先权，所述美国临时专利申请的公开内容以引用的方式并入本文。
虽然已关于一个或多个实施方式说明了本发明，但是可对所说明的实例进行更改和/或修改，而不偏离随附权利要求书的精神和范围。另外，虽然本发明的特定特征可能已经关于几个实施方式/实施方案中的仅一个进行公开，但所述特征可与其它实施方式/实施方案的对于任何给定或具体功能可能是所希望的和有利的一个或多个其它特征相组合。术语“……中的至少一个”用于意指可选择列举项目中的一个或多个。术语“约”指示所列出的值可被稍微更改，只要所述更改不导致过程或结构与所说明实施方案的不一致。最后，“示例性”指示所述描述用作实例，而不是暗示它是理想的。本发明的其它实施方案将由考虑本文公开的本发明的说明书和实践而为本领域技术人员显而易见。意图在于，仅将本说明书和实施例理解为示例性，其中本发明的真实范围和精神由所附权利要求书来指示。
本文公开的实施方案可与待决的美国专利申请13/283,654、AlignmentApparatus for X-ray Imaging System有关，所述美国专利申请的公开内容以引用的方式整体并入本文。

Claims (4)

1.一种在移动X射线照相术装置中使用的方法，所述移动X射线照相术装置包括一个或多个处理器，射线照相检测器和至少一个X射线源，所述方法包括进行以下步骤：
将所述移动X射线照相术装置滚动到成像位置；
定位所述至少一个X射线源和所述射线照相检测器；
使用在多个X射线源位置处的所述至少一个X射线源和所述射线照相检测器获得对象的多个X射线断层融合投影图像，其中所述多个X射线源位置和所述射线照相检测器的成像几何对于所述多个X射线断层融合投影图像是未知的；
在所述多个X射线源位置和所述射线照相检测器的成像几何未知的情况下使用所获得的X射线断层融合投影图像以及计算机编程迭代重建方法生成所述对象的三维重建。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述至少一个X射线源包括至少一个可移动源或包括处于规定空间关系中的多个分布式源，其中所述至少一个可移动源被安装到支撑件，并且被配置来沿所述支撑件移动。
3.如权利要求2所述的方法，使用所述处于规定空间关系中的多个分布式源，在扫描角度范围内，获得所述对象的所述多个X射线断层融合投影图像。
4.一种移动X射线照相术装置，其包括：
可移动运输框架；
手柄；
可调整支撑结构，其连接到所述可移动运输框架；
X射线源组件，其安装到所述可调整支撑结构，所述X射线源组件被配置来将X射线辐射从多个不同源位置引向受检者；以及
控制电路，其在所述移动X射线照相术装置处并且连接到所述X射线源组件，所述控制电路被配置来接收用于所述多个不同源位置的投影图像数据集合，以用于重建断层融合投影图像，其中所述多个不同源位置和射线照相检测器的成像几何对于断层融合投影图像是未知的。
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