CN107072618A - 断层合成图像获取设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种图像获取方法包括：当x射线源沿着第一路径行进的时候，针对目标对象选择性隐蔽和曝光所述x射线源；以及当所述x射线源曝光于所述目标对象的时候，在第一方向上沿着第二路径移动x射线探测器。所述方法还包括当所述x射线源对所述目标对象隐蔽的时候，在大致与所述第一方向相反的第二方向上沿着所述第二路径移动所述x射线探测器。

Description

断层合成图像获取设备和方法

技术领域

本发明的实施例一般涉及图像获取。具体的实施例涉及用于乳房x线摄影(mammography)的x射线成像系统。

背景技术

通常，x射线成像系统使x射线探测器(例如伽玛光子闪烁器或膜)由x射线源经由被成像目标对象被曝光。从x射线源发射的光子在目标对象内衰减或扩散在x射线探测器处产生杂色图像。此图像能够被处理以探知在目标对象的各个区域的射线不透性。例如，在对胸部组织成像的乳房x线摄影中，高于平均射线不透性的区域被理解为指示潜在的癌前(pre-cancerous)或癌病变的存在。

在医学成像中，通常希望最小化x射线源的尺寸和强度，特别是当对诸如胸部组织的这样的辐射敏感组织进行成像时。特别地，期望最小化在三维空间中识别和定位可能指示癌前细胞的高辐射不透性区域所需的辐射曝光。为实现此目的，移动x射线源可以用来向目标组织提供低x射线剂量，同时还获得用于定位高辐射不透性的区域的体积(volumetric)探测器数据。不过，移动x射线源在沿着x射线源的移动方向上表现出潜在的图像失真的问题。

如提到的，还希望在三维空间中识别射线透不过的区域。由从不同视角获得的平面图像序列描述或显示三维结构被称作“断层合成(tomosynthesis)”。断层合成解决方案的质量取决于平面图像的数量和质量以及由平面图像阵列覆盖的总角度。

断层合成解决方案通常可以被分类为“清晰的”(提供三维空间内位置的相对高的分辨率和保真度)或“快速的”(提供实时或近实时成像)。对于一些类型的医学成像，诸如乳房x线摄影，清晰的或快速的解决方案是互斥的选项。快速断层合成涉及在曝光期间连续的源移动，因此减少在较高频率的信号传递和信息丢失，这防碍获得最佳清晰度的图像。快速断层合成的模糊度能够由移动的x射线探测器在某种程度上缓解，不过，由于患者/器官相对x射线探测器的定位约束，探测器所需的最终行进距离最终会影响可能的成像区域。

关于定位约束，希望在医学成像中特别是在乳房x线摄影中最小化必须与与患者身体并置的成像装置的尺寸。降低成像装置的尺寸带来限制x射线源移动的问题，由于上述原因，这削弱了断层合成解决方案的清晰度。减小成像装置的尺寸还约束了x射线探测器的移动，这也可能损坏断层合成的清晰度，如下文进一步讨论的。

对于连续的探测器移动，适合补偿视在源(apparent source)的尺寸的x射线探测器行进距离据估计为管(tube)的直线距离的1/10到1/5。例如，对于16cm(+/-7.5°)的典型的现有技术的管行程，产生的x射线探测器的轨迹＞16mm，这会影响胸部定位。对于更远的管行程(+/-12.5°-＞27mm探测器行程)，压缩以覆盖成像设备的视场是相当不实际的。

鉴于上文所述，期望提供用于移动源的乳房x线摄影的设备和方法，其能减轻图像失真和设备体积包络(apparatus volume envelope)。通常，这些设备和方法也可有助于立体x射线成像。

发明内容

在一些实施例中，用于图像获取的方法包括：当x射线源沿第一路径行进时，选择性隐蔽和暴露所述x射线源到目标对象，且当所述x射线源暴露于所述目标对象时，在第一方向上沿第二路径移动x射线探测器。所述方法还包括当所述x射线源对所述目标对象隐蔽时，在大致与所述第一方向相反的第二方向上沿着所述第二路径移动所述x射线探测器。

在其它实施例中，用于图像获取的设备包括：x射线源，所述x射线源能够绕第一路径关于目标对象移动；以及x射线探测器，所述x射线探测器能够绕第二路径关于所述目标对象移动。所述设备还包括控制器，所述控制器被配置成当所述x射线源正绕所述第一路径行进的时候，选择性使所述x射线源曝光于所述目标对象以及使所述x射线源对所述目标对象隐蔽，以及在所述x射线源被曝光时在第一方向上以及在所述x射线源被隐蔽时在大致与所述第一方向相反的第二方向上沿着所述第二路径移动所述x射线探测器。

附图说明

通过参照附图阅读下面对非限制性实施例的描述，会更好地理解本发明，附图中：

图1示意性示出根据本发明的实施例的乳房x线摄影设备。

图2A-2B示意性示出操作图1中所示的设备的方法。

图3和4示意性示出操作本发明的设备和方法的附加细节。

具体实施方式

下面详细地描述本发明的示例性实施例，其示例在附图中图示。只要可能，在附图中使用的相同的附图标记指相同或相似的部件，不进行重复描述。尽管参照乳房x线摄影描述了本发明的示例性实施例，但本发明的实施例一般也适于用于立体成像中。如将认识到的，本发明的实施例通常可以用来分析动物组织，并不局限于人体组织。

如本文中使用的术语“基本上”、“大致”和“大约”指相对于适于实现元件或组件的功能目的的理想期望条件，在合理的可实现的制造和组装公差内的条件。

根据本发明的实施例的乳房x线摄影设备100示于图1中。设备100包括x射线源102、x射线探测器104和目标容器106，目标容器106被设置于x射线源和x射线探测器之间。X射线源102、x射线探测器104和目标容器106还安装于台架108上。目标对象(未示出)能够被容纳到目标容器106中，以通过x射线源102和x射线探测器104的操作进行成像。x射线源102和x射线探测器104通过电动机或其它致动器(未示出)可移动地安装在台架108上。乳房x线摄影设备100还包括控制器110，控制器110置于台架108内。控制器110协调电动机和/或致动器(未示出)，以便根据如下文进一步讨论的乳房x线摄影序列实现x射线源102和x射线探测器104的移动。

尽管在本发明的许多实施例中以及如上文描述的，控制器110可以具有电动机控制器的性质，即包括由软件配置的以调节一个或多个电动机或致动器的速度和方向的通用处理器。在其它实施例中，控制器可以包括一个或多个机构，所述机构物理地约束x射线探测器的移动，以与x射线源的移动一致，如下文参照图2A-2B、3和4进一步讨论的。

参照图2A和2B，在乳房x线摄影序列200期间，根据本发明的各方面，控制器110实现x射线源102沿着第一路径P的移动202，例如从第一位置A向第二位置B移动。总移动移动202可以是连续的(扫描)或间歇性的(快照)。总移动202是扫描移动的实施例有利地降低必须设计的x射线源驱动器(未示出)的加速载荷和周期。尽管显示为弧形，但路径P和移动202可以是直线或平面的，例如在平面上的锯齿或曲线平移运动。

在移动202期间，相对于目标容器106和x射线探测器104，x射线源102被间歇性曝光及隐蔽。具体地，移动202包括当x射线源102被曝光时的第一多个间隔204以及在x射线源被隐蔽时的第二多个间隔206。为了提高操作速度和射线透不过区域的定位，至少曝光间隔204以“扫描”方式无中断或无暂停地提供连续移动。

根据某些实施例，隐蔽间隔206也提供连续移动，以便获得如上文讨论的x射线源102的总扫描移动202的优点。尽管曝光和隐蔽间隔204、206被示为大致相等的长度，但它们不需要在长度上相等，实际上扫描移动可以用任意非零长度的任何类型的间隔实现。

除了如上所述的x射线源102的移动之外，控制器110还实现x射线探测器104沿着第二路径P’从第三位置C朝向第四位置D并返回的移动208。在一些实施例中，控制器110协调x射线探测器的移动与x射线源102的扫描移动202。在曝光间隔204中，x射线探测器人致沿着第二路径以第一方向212即从第三位置C朝第四位置D移动。在隐蔽间隔206中，x射线探测器104沿着第二路径P’以大致与第一方向相反的第二方向210即从第四位置D返回朝第三位置C移动。通过此过程，控制器110可以实现x射线探测器104的大致振荡移动。不过，在每个移动210期间，不需要x射线探测器104返回(retrace)每个移动212。例如，在一些实施例中，在沿着第二路径以第二方向的返回移动的至少一个中，x射线探测器104可以以侧向步进(side stepping)方式即与第一和第二方向大致正交地移动，使得在该移动210期间，x射线探测器朝向或远离图2A和2B的视图位移。同样，尽管把移动210、212显示为是直线的，但可以以弧形方式绕与x射线源102共同的中心移动x射线探测器104。围绕共同中心的弧形移动有利地优化x射线源102到x射线探测器104的视在尺寸(apparent size)。

在使用中，在曝光间隔204期间，控制器110协调x射线探测器104的移动212，以便匹配x射线源102的多个扫描移动204，从而最小化在曝光间隔204期间x射线源102到x射线探测器104的视在尺寸的变化。另一方面，在隐蔽间隔206期间，控制器110协调x射线探测器104的移动210，以便相对来自x射线源102的光子束120重新定位x射线探测器，从而允许在比通过x射线探测器104的连续单向移动可实现的更小的体积包络内实现目标对象的多个姿态。重新定位移动210可以是直接振荡的，朝第三位置C直线返回；替代性地，重新定位移动可以是有偏置的，使得多个姿态是并排的而不是沿着一条直线排列。在其它实施例中，重新定位移动210可以是更加复杂的，例如曲线或椭圆的。

图2A中，以示意图呈现在序列200的开始处的本发明的设备100的实施例。在图2B中，以示意图呈现在序列200的结束处的本发明的设备100。总体而言，x射线探测器104具有非常有限的移动，其与曝光的x射线源102的移动配合，使得在曝光间隔204期间，保持从x射线探测器104通过目标对象的固定区域看到的x射线源102的视在尺寸。

换言之，在每个曝光间隔204期间，x射线源102和x射线探测器104一起移动(分别从A朝B以及从C朝D)，使得来自x射线源的光子束120通过目标对象连续地撞击x射线探测器上的相同区域。所以，如果例如x射线源102在平移曝光间隔204期间以恒定速度a移动，则对于其中x射线光子束120是开启(ON)的多个曝光间隔204的每个问隔期问，x射线探测器104同时根据速度定律(v*d(t)＝a)进行相反方向的平移移动212。反之，如果例如x射线源102在平移隐蔽间隔206期间中以恒定速度b(通常，b＝a)移动，则对于x射线光子束120是关闭(OFF)的多个隐蔽间隔206的每个间隔期间，x射线探测器104按照(v*d(t)＝-b)移动，b为正常数。

把“TON”看作是x射线源102的曝光间隔204的时间的和，把“TOFF”看作是隐蔽间隔206的时间的和，则(TON*a)是x射线探测器在移动212中沿着第一方向从位置C朝位置D移动的距离；(TOFF*b)是x射线探测器在移动210中沿着第二方向从位置D朝位置C移动的距离。为了最小化x射线探测器104必须行进的空间，控制器应当实现其中(TON*a＝TOFF*b)的算法。对于人体工程学问题，在医学成像设备中通常希望x射线探测器104周围空间的最小化，这在乳房x线摄影设备100中特别希望如此。

图3和4示意性示出本发明的设备100，x射线源102用在一个或多个扫描移动E-E’中，以使目标对象成像到x射线探测器104上，目标对象包括设置在x射线探测器之上的高度h处的感兴趣点P。图4具体地示出当在x射线源102的扫描移动中光子束通过感兴趣点P时，由光子束120相对目标对象定义的区段F-F’的“系统参考”示意图。同样在图4中，在系统参考示意图下方是“探测器参考”示意图，其示出由光子束在x射线探测器上产生的(若干)图像G。

有利的是，因为在每个隐蔽间隔206期间，x射线探测器104从D朝C振荡返回，所以在每个曝光间隔204(移动E1-E1’、E2-E2’、...En-En’)期间，来自x射线源102的光子束120停留在x射线探测器104上的不同点G1，G2，...Gn，即使在x射线探测器完全或部分地沿第二路径回溯的情况下。这具有令人惊讶的有利结果，即x射线探测器104的局部缺陷不一定阻止目标对象的准确成像，这是一些现有技术的布置的潜在问题。实际上，如图3中的右边所示，通过获得多个图像G1，G2，...Gn，能够缓解任何局部缺陷，使得目标的每一部分可以被成像到x射线探测器104的非缺陷区域上。作为本发明的设备的另一令人惊奇的优点，仍然参照图3，基于在目标对象的多个姿态中在x射线探测器104上产生的感兴趣点的多个图像G1...Gn之间的间隔的估计，兴趣点P可以位于目标对象内的高度h处。

作为另一优点，振荡的探测器移动使x射线探测器组件能够适合比现有技术的设备要求的更小的包络；具体地，对于x射线探测器组件的横向包络(沿着第二路径的大致宽度)可以比x射线源组件的横向包络更小。因此，可以降低x射线源的最大所需功率，还降低x射线源定位组件的最大加速度要求。另外，具有较低的x射线源功率需求允许使用较轻重量的x射线管头，其与降低的加速度要求结合，导致对于x射线源定位器的结构要求显著降低。而且，振荡的探测器移动允许在每个成像序列使x射线源移动更少时间，因此降低定位器的可靠性要求。同样，较少的x射线源移动导致较短的扫描时间，提高患者的舒适度(屏气时间从大约10到大约15秒降低到大约2到大约3秒)；还由于屏气时间中患者移动的风险降低，提高图像质量。而且，降低x射线探测器组件的横向包络对于乳房x线摄影是特别有利的，因为过量的横向包络可能对在目标容器106内定位目标对象带来挑战。

因此，本发明的实施例实现用于图像获取的方法，其包括：当x射线源沿着第一路径行进的时候，针对目标对象选择性隐蔽和曝光x射线源；当x射线源曝光于目标对象的时候，沿着第二路径以第一方向移动x射线探测器；以及当x射线源对目标对象隐蔽的时侯，沿着第二路径以大致与第一方向相反的第二方向移动x射线探测器。在某些实施例中，所述方法可以包括当x射线源曝光于目标对象时沿着第二路径以与x射线源相反的线速度移动x射线探测器，以及在x射线源对目标对象隐蔽时沿着第二路径以与x射线源相同的线速度移动x射线探测器。第一路径可以围绕被设置在x射线源和x射线探测器之间的轴线大致为弧形。在某些实施例中，所述方法可以包括当x射线源曝光于目标对象时，围绕该轴线以与x射线源相同的角速度移动x射线探测器；以及当x射线源对目标对象隐蔽时，围绕该轴线以与x射线源相反的角速度移动x射线探测器。所述方法还可以包括：估计x射线探测器上感兴趣点的多个图像之间的至少一个间隔；并基于至少一个估计的间隔在x射线探测器之上的高度处定位感兴趣点。所述第二路径可以包括至少一个侧向步进移动，并且如果这样的话，则侧向步进移动可以对应于x射线源对目标对象隐蔽时。在一些实施例中，当x射线源沿着第一路径行进的时候，针对目标对象选择性隐蔽和曝光x射线源出现在各自的多个第一和第二间隔中。

本发明的实施例提供用于图像获取的设备，其包括：能够相对于目标对象围绕第一路径移动的x射线源；能够相对于目标对象围绕第二路径移动的x射线探测器；和控制器，该控制器被配置成当x射线源正围绕第一路径行进的时候，选择性使x射线源曝光于目标对象以及使x射线源对目标对象隐蔽，以及当x射线源被曝光时以第一方向以及在x射线源被隐蔽时在大致与第一方向相反的第二方向沿着第二路径移动x射线探测器。第一路径可以围绕被设置在x射线源和x射线探测器之间的轴线大致为弧形。第二路径可以是大致直线的，第一方向大致与x射线源的移动相反，而第二方向大致与x射线源的移动一致。或者，第二路径可以围绕第一路径的相同轴线大致为弧形，当x射线源被曝光时，沿着第二路径以与x射线源相同的角速度移动x射线探测器，并且当x射线源被隐蔽时，沿着第二路径以与x射线源相反的角速度移动x射线探测器。控制器还可以被配置成估计x射线探测器上感兴趣点的多个图像之间的至少一个间隔，以及基于至少一个估计的间隔在x射线探测器之上的高度处定位感兴趣点。在某些实施例中，第二路径比第一路径更适合较小的横向包络。第二路径可以包括一个或多个侧向步进移动，并且如果这样的话，则侧向步进移动可以对应于x射线源被隐蔽时。控制器可以容置于支撑x射线源、目标容器和x射线探测器的台架内。控制器可以包括协调x射线源和x射线探测器沿着其各自的第一和第二路径的移动的机构。控制器可以包括处理器，处理器被编程以协调x射线源和x射线探测器沿着其各自的第一和第二路径的移动。

本发明的其它实施例提供一种物品，其包括用图像数据编码的计算机可读介质，所述图像数据在某过程中从x射线探测器获得，所述过程包括当x射线源沿着第一路径在目标对象的一侧行进的时候选择性地使x射线源曝光于目标对象以及使x射线源对目标对象隐蔽，以及同时沿着第二路径在目标对象的相反侧移动x射线探测器，其中，当x射线源被曝光的时候在第一方向并且当x射线源被隐蔽的时候在大致与第一方向相反的第二方向上移动x射线探测器。

要理解，上文的描述旨在是示意性的，不是限制性的。例如，上文描述的实施例(和/或其各方面)可以相互组合地使用。此外，在不偏离其范围下，可以进行许多改进以使具体情况或材料适应本发明的教导。尽管本文中描述的材料尺寸和类型旨在定义本发明的参数，但其决不是限制性的，而是示例性实施例。在查看上文的描述后，许多其它的实施例对本领域技术人员是显然的。因此，本发明的范围应当参考所附权利要求连同这些权利要求被赋予的等同物的全部范围确定。在所附权利要求中，术语“包括”和“其中(in which)”用作相应术语“包括...的(comprising)”和“其中(wherein)”的纯英语等同物。而且，在下面的权利要求中，诸如“第一”、“第二”、“第三”、“上”、“下”、“底”、“顶”等的术语只用作标记，不旨在对其物体强加数字或位置要求。而且，下面的权利要求的限定不是以装置加上功能的格式书写的，不旨在根据35U.S.C.§112，第六款解释，除非这些权利要求的限定明确使用短语“用于...的装置(means for)”且之后是没有进一步的结构的功能的陈述。

本书面说明书使用示例来公开本发明的几个实施例(包括最佳模式)，还使得本领域技术人员能够实践本发明的实施例(包括制造和使用任意装置或系统和执行任意结合的方法)。本发明的专利范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这样的其他示例具有与权利要求书的文字语言并非不同的结构元件、或者如果这样的其他示例包括与权利要求书的文字语言具有非实质性区别的等同结构元件，则这样的其他示例确定为落入权利要求的范围内

如本文中使用的，以单数陈述的并用词语“一(a)”或“一(an)”开头的元件或步骤应当理解为不排除多个所述元件或步骤，除非这种排除是明确指出的。而且，提到本发明的“一个实施例”不旨在被解释为排除还包括所陈述特征的附加实施例的存在。而且，除非明确指示为相反，否则“包括(comprising)”、“包含(including)”或“具有(having)”含有特殊性质的一个元件或多个元件的实施例可以包括不具有该性质的附加的这些元件。

因为在不偏离本文中涉及的本发明的精神和范围下，可以在上述的方法和设备中进行某些变化，所以旨在使上文描述或附图中显示的所有主题只被解读为图解说明本文中的本发明的构思的示例，而不解读为限制本发明。

Claims (20)

1.一种图像获取方法，包括：

当x射线源沿着第一路径行进时，针对目标对象选择性隐蔽和曝光所述x射线源；

当所述x射线源曝光于所述目标对象时，在第一方向上沿着第二路径移动x射线探测器；以及

当所述x射线源对所述目标对象隐蔽时，在大致与所述第一方向相反的第二方向上沿着所述第二路径移动所述x射线探测器。

2.根据权利要求1所述的方法，在所述x射线源曝光于所述目标对象时，以与所述x射线源相反的线速度沿着所述第二路径移动所述x射线探测器，并且在所述x射线源对所述目标对象隐蔽时，以与所述x射线源相同的线速度沿着所述第二路径移动所述x射线探测器。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第一路径围绕被设置在所述x射线源和所述x射线探测器之间的轴线人致呈弧形。

4.根据权利要求3所述的方法，在所述x射线源曝光于所述目标对象时，围绕所述轴线以与所述x射线源相同的角速度移动所述x射线探测器，以及在所述x射线源对所述目标对象隐蔽时，以与所述x射线源相反的角速度围绕所述轴线移动所述x射线探测器。

5.根据权利要求1所述的方法，还包括：

估计在所述x射线探测器上感兴趣点的多个图像之间的至少一个间隔；以及

基于所述至少一个估计的间隔，在所述x射线探测器之上的一高度处定位所述感兴趣点。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第二路径包括至少一个侧向步进移动。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述侧向步进移动对应于所述x射线源对所述目标对象隐蔽时。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：当所述x射线源沿着所述第一路径行进的时候，针对目标对象选择性隐蔽和曝光x射线源出现在多个各自的第一和第二间隔中。

9.一种用于图像获取的设备，包括：

x射线源，所述x射线源能够绕第一路径关于目标对象移动；

x射线探测器，所述x射线探测器能够绕第二路径关于所述目标对象移动；以及

控制器，所述控制器被配置成当所述x射线源正绕所述第一路径行进的时候，选择性使所述x射线源曝光于所述目标对象以及使所述x射线源对所述目标对象隐蔽，以及在所述x射线源被曝光时，在第一方向上沿着所述第二路径移动所述x射线探测器，及在所述x射线源被隐蔽时，在大致与所述第一方向相反的第二方向上沿着所述第二路径移动所述x射线探测器。

10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于：所述第一路径围绕被设置在所述x射线源和所述x射线探测器之间的轴线大致呈弧形。

11.根据权利要求9所述的设备，其特征在于：所述第二路径是大致直线的，并且所述第一方向大致与所述x射线源的移动相反，而所述第二方向大致与所述x射线源的移动一致。

12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于：所述第二路径绕与所述第一路径相同的轴线大致呈弧形，在所述x射线源被曝光时以与所述x射线源相同的角速度沿着所述第二路径移动所述x射线探测器，并且在所述x射线源被隐蔽时，以与所述x射线源相反的角速度沿着所述第二路径移动所述x射线探测器。

13.根据权利要求9所述的设备，所述控制器还被配置成估计所述x射线探测器上感兴趣点的多个图像之间的至少一个间隔，并基于所述至少一个估计的间隔在所述x射线探测器之上的一高度处定位所述感兴趣点。

14.根据权利要求9所述的设备，其特征在于：所述第二路径适合比所述第一路径更小的横向包络。

15.根据权利要求9所述的设备，其特征在于：所述第二路径包括一个或多个侧向步进移动。

16.根据权利要求15所述的设备，其特征在于：所述侧向步进移动对应于所述x射线源被隐蔽时。

17.根据权利要求9所述的设备，其特征在于：所述控制器被容置于支撑所述x射线源、所述目标容器和所述x射线探测器的台架内。

18.根据权利要求9所述的设备，其特征在于：所述控制器包括用于协调所述x射线源和所述x射线探测器沿着其各自的第一和第二路径的移动的机构。

19.根据权利要求9所述的设备，其特征在于：所述控制器包括处理器，所述处理器被编程以协调所述x射线源和所述x射线探测器沿着其各自的第一和第二路径的移动。

20.一种物品，包括：

以在某过程中从x射线探测器获得的图像数据编码的计算机可读介质，所述过程包括：当x射线源沿着第一路径在目标对象的一侧行进的时候选择性使所述x射线源曝光于所述目标对象以及使所述x射线源对所述目标对象隐蔽，以及同时沿着第二路径在所述目标对象的相对侧移动所述x射线探测器，其中，当所述x射线源被曝光的时候在第一方向移动所述x射线探测器并且当所述x射线源被隐蔽的时候在大致与所述第一方向相反的第二方向移动所述x射线探测器。