CN110960234A - 用于校准成像系统的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明题为“用于校准成像系统的系统和方法”。本发明提供了一种校准用于对受试者进行成像的系统的方法。该方法包括确定该系统的操作以通过受试者传输X射线的X射线源的位置；以及至少部分地基于X射线源的视场来相对于该系统的检测器校准X射线源的位置，该检测器操作以接收由X射线源所传输的X射线。在实施方案中，该方法包括至少部分地基于该系统的至少一个相机而经由控制器来将该系统的X射线源定位在一个或多个校准位置处。在此类实施方案中，X射线源设置在移动臂上并且操作以通过受试者传输X射线，并且X射线源的视场在校准位置中的每一个校准位置处都基本上指向检测器。

Description

用于校准成像系统的系统和方法
技术领域
本发明的实施方案整体涉及医疗成像系统，并且更具体地讲，涉及用于校准成像系统的系统和方法。
背景技术
许多成像设备/系统通过经由X射线源通过受试者或对象传输X射线并在设置在受试者的相对于X射线源的相对侧上的X射线检测器处接收X射线来获取受试者/患者或其他感兴趣的对象/区域的医疗诊断图像。许多此类医学成像系统具有安装到高架管悬挂系统(“OTS”)的X射线源，该系统提供X射线源围绕受试者的三维(“3D”)移动。在许多此类成像系统(本文中称为“OTS成像系统”)中，X射线源安装到移动臂，移动臂安装到滑架，滑架经由固定到包含OTS成像系统的房间的天花板的轨道横穿天花板。
许多OTS成像系统具有定位系统，定位系统相对于一个或多个检测器(例如，壁架检测器或台检测器)跟踪X射线源的位置和/或取向。由于沿着天花板的轨道的取向的变化，这些变化可能在安装期间发生和/或通过天花板的翘曲/移位而随时间推移发生，一些OTS成像系统的定位系统可能变得不对准，即，无法准确地反映X射线源的真实位置和/或取向。可以理解的是，未对准的定位系统通常导致受试者的图像有缺陷。
另外，许多OTS成像系统在若干不同位置处拍摄受试者的若干图像。然而，此类OTS成像系统通常需要技术人员在每个位置处手动地校准定位系统，以确保从检测器和/或受试者到X射线源的距离是准确的。然而，在若干位置处手动地校准OTS成像系统是繁琐的耗时任务，也会受到人为错误的影响。
因此，需要用于校准成像系统的改进的系统和方法。
发明内容
在一个实施方案中，提供X射线系统。该X射线系统包括X射线源、检测器和控制器。该X射线源操作以通过受试者传输X射线。该检测器操作以接收X射线。该控制器操作以确定X射线源的位置，并至少部分地基于X射线源的视场来相对于检测器校准X射线源的位置。
在另一个实施方案中，提供校准X射线成像系统的方法。该方法包括确定该系统的操作以通过受试者传输X射线的X射线源的位置。该方法还包括至少部分地基于X射线源的视场来相对于系统的检测器校准X射线源的位置。该检测器操作以接收由X射线源所传输的X射线。
在又一个实施方案中，提供存储指令的非暂态计算机可读介质。所存储的指令使控制器适于相对于系统的检测器生成系统的用于对受试者进行成像的X射线源的视场的一个或多个边缘点，并且相对于检测器的中心生成视场的一个或多个边缘距离。所存储的指令进一步使控制器适于经由将一个或多个边缘点与一个或多个边缘距离进行比较来生成一个或多个偏移值，并且至少部分地基于一个或多个偏移值来调整视场。
在又一个实施方案中，提供用于校准用于对受试者进行成像的系统的控制器。该控制器操作以相对于系统的检测器生成系统的X射线源的视场的一个或多个边缘点，并且相对于检测器的中心生成视场的一个或多个边缘距离。该控制器进一步操作以经由将一个或多个边缘点与一个或多个边缘距离进行比较来生成一个或多个偏移值，并且至少部分地基于一个或多个偏移值来调整系统的一个或多个参数，该一个或多个参数部分地确定视场。
在又一个实施方案中，提供用于对受试者进行成像的系统。该系统包括x射线源、检测器、控制器和至少一个相机。该X射线源设置在移动臂上并且操作以通过受试者传输X射线。该检测器操作以接收由X射线源所传输的X射线。该控制器操作以至少部分地基于至少一个相机而经由移动臂来将X射线源定位在一个或多个校准位置处，使得X射线源的视场在校准位置中的每一个校准位置处基本上指向检测器。
在又一个实施方案中，提供校准用于对受试者进行成像的系统的方法。该方法包括至少部分地基于系统的至少一个相机而经由控制器来将系统的X射线源定位在一个或多个校准位置处。该X射线源设置在移动臂上并且操作以通过受试者传输X射线。在校准位置中的每一个校准位置处，X射线源的视场基本上指向检测器。
在又一个实施方案中，提供存储指令的非暂态计算机可读介质。所存储的指令使控制器适于至少部分地基于系统的至少一个相机来将系统的用于对受试者进行成像的X射线源定位在一个或多个校准位置处。该X射线源设置在移动臂上并且操作以通过受试者传输X射线。在校准位置中的每一个校准位置处，X射线源的视场基本上指向检测器。
附图说明
通过参考附图阅读以下对非限制性实施方案的描述将更好地理解本发明，其中以下：
图1是根据本发明的实施方案的成像系统的示意图，该成像系统包括用于校准成像系统的系统；
图2是根据本发明的实施方案的图1的成像系统的另一个示意图，其中成像系统受到角方差的影响；
图3是根据本发明的实施方案的图1的成像系统的另一个示意图，其中成像系统受到平移方差的影响；
图4是根据本发明的实施方案的描绘利用用于校准成像系统的系统来校准图1的成像系统的方法的流程图；
图5是根据本发明的实施方案的描绘图4的方法的另一个流程图；
图6是根据本发明的实施方案的图1的成像系统的OTS的示意图，其中OTS正在使成像系统的X射线源移动，以便确定X射线源相对于成像系统的壁架检测器的位置；
图7是根据本发明的实施方案的图6的OTS的另一个示意图，其中OTS正在使X射线源移动，以便确定X射线源相对于成像系统的台检测器的位置；
图8是根据本发明的实施方案的图6的OTS的另一个示意图，其中用于校准成像系统的系统包括一个或多个传感器，该一个或多个传感器用于确定X射线源与图6的壁架检测器和/或图7的台检测器之间的距离；
图9是根据本发明的实施方案的描绘覆盖在图1的成像系统的检测器上的图1的成像系统的X射线源的视场(“FOV”)的示意图，其中图1的成像系统的定位系统被校准；
图10是根据本发明的实施方案的描绘覆盖在检测器上的图9的FOV的另一个示意图，其中成像系统如图3所示受到平移方差的影响；
图11是根据本发明的实施方案的描绘覆盖在检测器上的图9的FOV的另一个示意图，其中图1的成像系统的定位系统被校准；
图12是根据本发明的实施方案的描绘覆盖在检测器上的图9的FOV的另一个示意图，其中成像系统如图2所示受到角方差的影响；
图13是根据本发明的实施方案的用于将图1的成像系统的X射线源定位在一个或多个校准位置处的路径的示意图；
图14是根据本发明的实施方案的描绘利用用于校准成像系统的系统来校准图1的成像系统的另一种方法的流程图；
图15是根据本发明的实施方案的描绘至少部分地基于由两个立体相机所获取的图像来计算图1的成像系统的X射线源距成像系统的检测器的距离的示意图；
图16是根据本发明的实施方案的描绘计算X射线源的一个或多个轨迹的示意图，其中轨迹使X射线源沿着图13的路径移动；
图17是根据本发明的实施方案的描绘覆盖在检测器上用于校准图1的成像系统的系统的相机的FOV的示意图，其中一个或多个虚拟标记物设置在相机的FOV中；
图18是根据本发明的实施方案的描绘利用用于校准成像系统的系统来校准图1的成像系统的又一种方法的流程图；并且
图19是根据本发明的实施方案的描绘利用用于校准成像系统的系统来校准图1的成像系统的再一种方法的流程图。
具体实施方式
下面将详细参考本发明的示例性实施方案，其示例在附图中示出。只要有可能，在所有附图中使用的相同参考字符指的是相同或相似的部分，而没有重复的描述。
如本文所用，术语“基本上”、“大体”和“大约”指示相对于适合于实现部件或组件的功能目的的理想期望状况，在合理可实现的制造和组装公差内的状况。如本文所用，“电耦合”、“电连接”和“电通信”意味着所引用的元件直接或间接连接，使得电流可以从一者流到另一者。该连接可以包括直接导电连接(即，没有介入的电容、电感或有源元件)、电感连接、电容连接和/或任何其他合适的电连接。可能存在介入部件。如本文所用，术语“实时”表示用户感测为足够直接或使处理器能够跟上外部过程的处理响应性水平。如本文所用，术语“平移方差”是指OTS成像系统的X射线源的指示位置(如OTS成像系统的定位系统所指示)与X射线源的实际位置之间的差值。可以理解的是，平移方差可以在二维(“2D”)和/或3D空间中发生。类似地，如本文所用，术语“角方差”是指OTS成像系统的X射线源的FOV的指示中心方向/矢量(如OTS成像系统的定位系统所指示)与FOV的实际中心方向/矢量之间的角差值。角方差可能发生在2D和/或3D空间中。如本文关于OTS成像系统和/或OTS成像系统的定位系统所使用，术语“未对准”是指OTS成像系统正在经历角方差和/或平移方差的场景，即，定位系统不指示/不知道X射线源的真实位置和/或X射线源的FOV的真实取向。如本文关于OTS成像系统和/或OTS成像系统的定位系统所使用，术语“对准”和“校准”是指OTS成像系统没有经历角方差和/或平移方差的场景，即，定位系统指示/知道X射线源的真实位置和/或X射线源的FOV的真实取向。如本文关于OTS成像系统所使用，术语“操作模式”是指OTS成像系统的配置，其提供对受试者/患者的扫描。如本文关于OTS成像系统所使用，术语“服务模式”是指OTS成像系统的配置，其不提供对受试者/患者的扫描，但提供OTS成像系统的配置的改变，例如，提供对OTS成像系统的年度或两年维护的配置。
如下面将更详细地解释的，本发明的实施方案提供校准OTS成像系统的系统和方法，例如，校准用于OTS成像系统的定位系统，以校准在OTS成像系统的安装期间引起的平移方差和/或角方差、由于天花板翘曲和/或随时间推移的移位而导致的平移方差和/或角方差、和/或可能导致OTS成像系统的定位系统变得不对准的其他类型的平移方差和/或角方差(例如，OTS成像系统的一个或多个部件的机械变形)。
此外，如下面还将更详细地解释的，本发明的一些实施方案提供在多位置成像序列的每个位置处校准用于OTS成像系统的定位系统的系统和方法。
另外，虽然关于基于X射线的成像系统描述了本文公开的实施方案，但应该理解，本发明的实施方案同样适用于发射其他类型的电磁辐射的成像系统，这些电磁辐例如：无线电波、红外光、可见光等；声波；和/或能够产生图像的其他颗粒/对象，和/或需要设备(例如，X射线源)与受试者和/或检测器对准的其他设备和/或成像系统。此外，本发明相关的成像系统的实施方案可以用于分析通常可在内部成像的任何材料内的对象。这样，本发明的实施方案不限于分析人体组织内的对象。
因此，现在参考图1，示出了根据本发明的实施方案的用于对受试者12进行成像的成像系统10的主要部件。系统10包括X射线源14(例如，X射线管/发生器)、一个或多个检测器(例如，壁架检测器16和/或台检测器18)、以及控制器20。X射线源14可以设置在OTS 22中。在实施方案中，OTS 22包括管安装组件24，该管安装组件将X射线源14固定到移动臂26，该移动臂固定到滑架28。滑架28继而可以安装到一个或多个平移定位系统，例如，水平定位导轨30和/或纵向定位导轨32。在实施方案中，系统10还可以包括工作站34，该工作站提供人机界面(“HMI”)36，例如，图形用户界面(“GUI”)，以用于便于技术人员操作系统10。
X射线源14操作以通过受试者12传输X射线，由检测器16和18中的至少一者接收该X射线，以便生成受试者12的图像。在实施方案中，检测器16和/或18可以是基于胶片的和/或基于数字的。当基于数字时，检测器16和/或18可以与控制器20电子通信，以向控制器20提供该控制器20能够从中生成图像的像素列表/像素阵列。
可以理解的是，OTS 22提供使X射线源14围绕受试者12和检测器16、18的3D移动。例如，在实施方案中，管安装组件24可以沿着倾斜轴38、摇动轴40(本文中也称为“z轴”)和/或旋转轴42独立地旋转。移动臂26可以提供管安装组件24沿着z轴40的垂直移动。例如，移动臂26可以是伸缩式的(例如，嵌套子部分)，并且/或者可以经由齿轮、嵌齿、链条和/或其他合适的机构沿着z轴40移动。滑架28可以经由水平定位导轨30提供管安装组件24沿着“x轴”44的平移移动，和/或经由纵向定位导轨32沿着“y轴”46的移动。
水平定位导轨30和/或纵向定位导轨32可以安装到天花板48(为了清楚起见在图1中省略，并且在图2、图3、图6、图7和图8中示出)。例如，如图1所示，纵向定位导轨32可以安装到天花板48，其中水平定位导轨30可滑动地安装到纵向定位导轨32。然而，可以理解的是，在实施方案中，水平定位导轨30可以安装到天花板48，其中纵向定位导轨32可滑动地安装到水平定位导轨30。此外，虽然OTS 22在本文中被描绘为固定到天花板48，但应当理解，在其他实施方案中，OTS 22可以固定到侧壁50和/或地板52。换句话说，水平定位导轨30和/或纵向定位导轨32可以安装到除天花板48之外的其他结构(例如，移动机架和/或支撑框架)/由它们支撑。此外，虽然图1将x轴44、y轴46和z轴40描绘为是正交的，但应当理解，轴44、46、40可以以其他角度彼此相交。因此，OTS 22能够将X射线源14定位在沿着x轴44、y轴46和z轴40的任何位置处，并且在由倾斜轴38、摇动轴40和旋转轴42形成的空间中具有任何取向。
因此，在实施方案中，系统10还可以包括由控制器20促进的定位系统54。该定位系统54可以跟踪X射线源14的位置和/或取向。在实施方案中，定位系统54可以与工作站34电子通信以向技术人员传达X射线源14的位置和/或取向，和/或提供经由HMI 36对OTS 22的控制。
如上所述，由于各种原因，定位系统54可能例如由于天花板48和/或OTS 22所安装到的其他表面的翘曲和/或移位而变得不对准。例如，如图2中所描绘，天花板48的翘曲和/或轨道30、32和/或移动臂26的机械变形可以在天花板48的水平轴线58(即，定位系统54可能预期/依赖的理想/原始路径)与天花板48的实际路径60之间产生间隙56。换句话说，当定位系统54预期平坦表面/路径(例如，轴线58)时，天花板48可以是弯曲的。因此，随着滑架28横穿水平定位轨道30(图1)和/或纵向定位轨道32(图1)(在图2中象征性地表示为线62)，X射线源14横穿弯曲路径，而不是直线路径，这继而导致移动臂26在z轴40中的由角度θ表示的角度未对准。
类似地，如图3中所描绘，天花板48的移位可以导致水平定位轨道30(图1)和/或纵向定位轨道32(图1)的移位(在图3中再次象征性地由线62表示)，这可以导致移动臂26在x轴44、y轴46和/或z轴40上的平移方差。换句话说，定位系统54可以指示，当移动臂26实际上处于第二/实际位置/坐标66时，移动臂26处于第一/预期位置/坐标64。
现在参考图4至图5和图6至图8，示出了用于校准系统10(图1)和/或包括定位系统54(图1)的方法68(图4和图5)。方法68包括确定X射线源14的位置(70)和相对于检测器16、18和/或受试者12中的至少一者来校准X射线源14的位置(72)。如本文所用，术语“校准”是指调整成像系统10(例如，定位系统54和/或X射线源14的FOV 84)以减轻平移方差和/或角方差的影响的过程。在实施方案中，可以至少部分地基于传感器来确定X射线源14的位置，该传感器例如：相机74(图6和图7)、超声传感器76(图8)、激光器78(图8)和/或红外传感器80(图8)。
例如，如图6所示，在实施方案中，系统10可以包括相机74，该相机设置在管安装组件24上并且取向成使得相机74的FOV 82与X射线源14的FOV 84基本上对准。然后，可以经由OTS 22来使管安装组件24旋转、摇动、倾斜和/或平移，直到相机74检测到结构(例如，检测器16和/或18中的一个检测器)。然后，控制器20可以从相机74接收一个或多个图像，并且可以至少部分地基于检测到的结构的已知位置和/或所提供图像中的结构的比例/尺寸来确定X射线源14的位置。在实施方案中，可以经由设置在结构上的一个或多个界标86(例如，符号、雕刻等)来完成相机74对结构的检测。此类界标86可以与检测器16、18的表面88齐平(图6)或上升到该表面上方(图7)。
因此，参考图5和图6，在实施方案中，确定X射线源14的位置(70)可以包括使X射线源14经由OTS 22沿着z轴40上升/移动(图5)进入第一/升高位置92(图6)(90)，然后经由OTS22沿着z轴40逐渐移动/降低X射线源14(图5)(94)，直到相机74到达第二/降低位置96(图6)，在该位置处，该相机检测设置在壁架检测器16上的界标86。然后，可以使X射线源14沿着x轴44和/或y轴46移动(图5)(98)，直到相机74检测到台检测器18(图7)上的第二界标86(图7)。可以理解的是，通过检测壁架检测器16和/或台检测器18上的界标86，定位系统54(图1)可以计算X射线源14的位置。此外，如下面将更详细说明的，在实施方案中，系统10可以在检测到对应的界标86时，相对于检测器16和/或18来校准X射线源14的位置(图5)(72)。
例如，在实施方案中，OTS 22可以使X射线源14移动(90)、(94)和/或(98)，直到相机74检测到壁架检测器16上或台检测器18上的界标86位于相机74的FOV 82的中心，由此相对于对应的检测器16和/或18来校准X射线源14的位置(72)。还可以理解的是，在实施方案中，定位系统54可以在经由来自相机74的馈送的图像处理和/或(如图8所示)经由超声传感器76、激光器78、红外传感器80和/或其他合适的传感器而检测到对应界标86的点处获得X射线源14到检测器16和/或18的距离。
如图5和图9至图10所示，在实施方案中，相对于检测器16、18校准X射线源14的位置(72)可以包括：生成一个或多个边缘点P1、P2、P3、P4(100)；生成一个或多个边缘距离D1、D2、D3、D4(102)；经由将边缘点P1、P2、P3、P4与边缘距离D1、D2、D3、D4进行比较来生成一个或多个偏移值(104)；和/或至少部分地基于偏移值来调整X射线源14的FOV 84(106)，例如，调整X射线源14的诸如x位置、y位置、z位置、摇动、倾斜之类的参数和/或定义/影响FOV 84的其他参数。如本文所用，术语“边缘点”是指沿着X射线源14的FOV 84的边界108的点/坐标；并且如本文所用，术语“边缘距离”是指从检测器16、18的中心110到X射线源14的FOV 84的边界108的距离。可以理解的是，X射线源14的FOV 84的边界108通常由设置在管安装组件24(图1)中的准直器109(图1)部分地限定，其中通过利用X射线源14和检测器16、18拍摄曝光/定位图像而生成FOV 84。如本文所用，术语“定位图像”是指经由X射线源14和/或相机74获取的图像，用于根据本文描述的方法来校准系统10。
例如，在实施方案中，检测器16、18的表面88可以限定像素/坐标的范围，其中检测器16、18的中心110限定原点，例如，坐标系的针对边缘距离D1、D2、D3、D4的(0；0)，并且其中FOV 84的中心112限定原点，例如，坐标系的针对边缘点P1、P2、P3、P4的(0；0)。因此，当定位系统54(图1)被正确地对准/校准并且指示FOV 84的中心112与检测器16、18的中心110对准时，边缘点P1、P2、P3、P4的值应与边缘距离D1、D2、D3、D4的值基本上匹配。例如，如果X射线源的FOV 84的分辨率为四百乘四百(400×400)像素，那么边缘点的坐标和边缘距离的值将如下：P1＝(200；200)；P2＝(-200；200)；P3＝(-200；-200)；P4＝(200；-200)；D1＝200；D2＝200；D3＝200；并且D4＝200。
相反，当定位系统54(图1)由于平移方差而未对准时，例如，天花板48(图2、图3、图6、图7和图8)相对于检测器16、18移位时，那么边缘点P1、P2、P3、P4中的一个或多个边缘点的值将与边缘距离D1、D2、D3、D4的值基本上不匹配。例如，如图10所示，定位系统54可以指示FOV 84的中心112以检测器16、18的中心110为中心，然而，实际上，由于天花板48的下沉和/或移位，FOV 84的中心112可以移位远离检测器16、18的中心110，例如，P1＝(200；200)；P2＝(-200；200)；P3＝(-200；-200)；P4＝(200；-200)；同时D1＝214；D2＝180；D3＝-297；并且D4＝-214。换句话说，定位系统54认为FOV 84以检测器16、18为中心，而实际上，由于天花板48的移位/下沉，FOV 84的中心112向下并向右移位。
然而，如上所述，本发明的实施方案生成偏移值(104)以针对此类方差进行调整/校正(106)。例如，在上面讨论的图10所示的示例中，控制器20可以生成平移偏移值(例如，用于定位系统54的校正值)(104)，以使X射线源14的位置沿着x轴44、y轴46和/或z轴40调整/移位，这将FOV 84的中心112与检测器16、18的中心110重新对准。可以通过计算检测器16、18的中心110与FOV 84的中心112之间的差值矢量来生成平移偏移值(104)。例如，在实施方案中，可以至少部分地基于以下公式来计算偏移值：
OffsetX＝Xcenter-X′center
Xcenter＝(P1x-P2x)/2
X′center＝(D2-D1)/2
OffsetY＝Ycenter-Y′center
Ycenter＝(P1y-P4y)/2
Y′center＝(D4-D3)/2
Figure BDA0002196375330000101
其中OffsetX是用于沿着x轴44调整X射线源14位置的偏移值；OffsetY是用于沿着y轴46调整X射线源14位置的偏移值；OffsetZ是用于沿着z轴40调整X射线源14位置的偏移值；X Center是FOV 84的中心112相对于由中心112定义的坐标系的x坐标；并且Y Center是FOV 84的中心112相对于由中心112定义的坐标系的y坐标。
虽然上述场景涉及平移方差的校正，如图11和图12所示，但在实施方案中，系统10可以提供对角方差(例如，如图2所描绘，由弯曲/翘曲的天花板48引起的方差)的校正。例如，如图11所示，当定位系统54对准并指示FOV 84的中心112与检测器16、18的中心110对准时，P1、P2、P3和P4将形成或几乎形成矩形，或者与FOV 84的边界108的预期形状相对应的其他形状。相反，当定位系统54由于角方差而未对准时，值P1、P2、P3和P4将不符合边界108的预期形状。例如，在诸如图11和图12所描绘的实施方案中，其中X射线源14的边界108的预期形状为矩形，角方差可以导致P1、P2、P3和P4形成梯形(图12)。在此类实施方案中，偏移值可以是角偏移值x，其可以通过以下公式来计算
Figure BDA0002196375330000111
其中A是梯形角(图12)；D是X射线源14与检测器16、18的表面88之间的距离，并且FOVWidth是FOV 84的宽度。
另外，应当理解，本发明的实施方案可以用于基于周期(例如，每周、每月、每半年、每年等)校准成像系统10和/或定位系统54。例如，可以将成像系统10暂时取出不用并转换/置于服务模式，在此期间可以根据本文所述的方法来校准成像系统10，以校正全局平移方差和/或全局角方差(例如，天花板由于结构老化而导致的长期翘曲和/或收缩)。在实施方案中，可以根据本发明的实施方案或以每次使用为基础来校准成像系统10和/或定位系统54。例如，可以在保持操作模式的同时校准成像系统10，以校正由于因温度和/或湿度变化引起的天花板的临时翘曲和/或移位而发生的平移方差和/或角方差。
现在参考图13和图14，本发明的实施方案可以针对X射线源14沿着路径/轨迹128(图13)的一个或多个校准位置/位姿114、116、118、120、122、124、126(图13)来提供对定位系统54的校准。可以理解的是，图13描绘了成像系统10和位姿/校准位置114、116、118、120、122、124、126的代表性映射。因此，示出了根据本发明的实施方案的用于校准系统10的方法130(图14)。方法130包括经由控制器20并且至少部分地基于一个或多个相机(例如，相机74)来将X射线源14定位在/定位到一个或多个校准位置(即，位置114、116、118、120、122、124、126)，使得X射线源14的FOV 84在校准位置114、116、118、120、122、124和126中的每一个校准位置处都基本上指向检测器16或18(132)。
例如，在本发明的实施方案中，相机74可以向控制器20发送视频馈送，该控制器继而处理所接收的馈送，随着OTS 22使X射线源14移动到校准位置114、116、118、120、122、124和126中的每一个校准位置(135)而检测并跟踪检测器16、18和/或受试者12中的一者(134)。
如图13中进一步所示，在到达校准位置(例如，位置114)时(136)，OTS 22可以暂停/停止X射线源14的移动，使得技术人员可以手动校准定位系统54(138)。在其他实施方案中，控制器20可以根据如上面关于方法68所讨论的一个或多个步骤(例如，通过分析边缘点和边缘距离来生成偏移值)来自动校准定位系统54(140)。
如图15所示，在实施方案中，一个或多个相机74可以为两个立体相机142和144。因此，方法130还可以包括经由立体相机142和144，经由控制器20来确定X射线源14/相机142、144到检测器16、18和/或受试者12的距离Z(图15)(145)。在此类实施方案中，距离Z可以通过以下公式来导出/生成/计算：
D＝x′-X″＝Bf/Z
其中x’和x”分别为来自立体相机142和144的所检测的受试者/检测器X的位置；其中O’和O”(图15)是相机142和144的相应原点，f是立体相机142、144的焦距；并且其中D是来自每个相机142和144的图像之间的差距。
方法130还可以包括至少部分地基于由相机74或立体相机142和144所获取的帧而经由控制器20来生成X射线源14的运动变换(146)。如图16所示，在相邻时刻k-1和k的两个相机位置(例如，相机142和144)通过刚体变换相关：
Figure BDA0002196375330000131
可以理解的是，集T0:n＝{T1,...,Tn}包含所有后续运动，而相机位姿集C0:n＝{C0,...,Cn}包含相机相对于k＝0时的初始坐标系的变换。因此，当数据可用时，可以在逐帧的基础之上估计/生成/计算运动变换。在实施方案中，运动变换的生成可以包括特征匹配和跟踪，这可以在2D和/或3D中执行。
如图17中所示，在实施方案中，方法130还可以包括经由控制器20将X射线源14取向成使得设置在检测器16、18上的一个或多个界标150、152、154、156与设置在X射线源14的FOV 84内的一个或多个对应的虚拟标记物158、160、162、164对准(148)。界标150、152、154、156可以是贴纸、雕刻和/或相机74和/或142、144能够检测的其他特征。可以通过由控制器20分析从相机74和/或142、144所接收的帧/图像来完成对界标150、152、154、156的跟踪，其中控制器20继而计算/生成X射线源14的新的轨迹，并且经由OTS 22使X射线源14沿着轨迹移动。
转到图18，在实施方案中，方法130还可以包括对检测到的FOV 84的中心112与检测器的中心110的偏移进行自动阈值化(166)。换句话说，在实施方案中，如果FOV 84的中心112与检测器16、18的中心110之间的差值超过预定阈值，则方法130可以仅使X射线源14移动和/或改变X射线源14的取向。如图18中进一步所示，方法130还可以包括针对杂散噪声对来自相机74和/或142、144的馈送进行中值滤波168，和/或对检测到的来自相机74、142、144的馈送内的正方形进行线路滤波170。方法130还可以包括计算局部质心和与检测器16、18的偏移(180)。换句话说，在本发明的实施方案中，控制器22连续尝试通过随着X射线源14沿着路径128移动而调整X射线源14的取向来将虚拟标记物158、160、162、164与界标150、152、154、156对准。可以理解的是，在图17将虚拟标记物158、160、162、164描绘为设置在X射线源14的FOV 84中的情况下，应当理解，虚拟标记物158、160、162、164可以设置在相机74和/或144、142的FOV 82中。
转到图19，示出了根据本发明的实施方案的校准成像系统10的另一种方法174。方法174包括：将准直器和/或X射线源14的位置初始化到朝向检测器16、18的点(176)；创建密集3D场景映射(178)；从相机74、142、144馈送/图像中检测目标(例如，壁架检测器16)(180)；计算检测器16、18的位置的3D信息(182)；相对于场景映射计算期望的OTS 22位置(184)；和/或参考一个或多个期望的位置和初始的检测器16、18位置的场景映射(186)。方法174还可以包括以X射线源14的期望位置和当前位置之间的初始误差开始(188)；经由OTS22对X射线源14进行运动控制(190)；检测相机74、142、144馈送的当前帧中的目标(192)；和/或利用原始映射来计算检测器的3D信息(194)。方法174还可以包括更新映射中的当前位置以及向技术人员警告最佳路径(196)。方法174还可以包括确定X射线源14是否已经到达全局位姿/校准位置(198)，并且如果是，则拍摄曝光并计算准直器与检测器中心的偏移(200)。如果X射线源14尚未达到全局位姿，则方法174还可以包括将局部检测器偏移转换为全局3D坐标(202)。在拍摄曝光(200)之后，方法174还可以包括确定是否已经达到期望的局部位姿(204)，并且如果没有，则将检测器偏移转换为全局3D坐标(202)。
最后，还应当理解，成像系统10可以包括必要的电子器件、软件、存储器、存储装置、数据库、固件、逻辑/状态机、微处理器、通信链路、显示器或其他视觉或音频用户界面、打印设备、以及用于执行本文所述功能和/或实现本文所述结果(其可以实时完成)的任何其他输入/输出接口。例如，如前所述，系统可以包括至少一个处理器和系统存储器/数据存储结构，其可以包括随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。系统的至少一个处理器可以包括一个或多个传统微处理器和一个或多个辅助协处理器，诸如数学协处理器等。本文讨论的数据存储结构可以包括磁性、光学和/或半导体存储器的适当组合，并且可以包括例如RAM、ROM、闪存驱动器、诸如压缩盘的光盘和/或硬盘或驱动器。
另外，将控制器适配为执行本文公开的方法的软件应用程序可以从计算机可读介质读入至少一个处理器的主存储器。如本文所用，术语“计算机可读介质”指的是提供或参与向系统10的至少一个处理器(或本文所述的设备的任何其他处理器)提供指令以供执行的任何介质。此类介质可以采用许多形式，包括但不限于非易失性介质和易失性介质。非易失性介质包括例如光学、磁性或光磁盘，诸如存储器。易失性介质包括通常构成主存储器的动态随机存取存储器(DRAM)。计算机可读介质的常见形式包括例如软盘、柔性盘、硬盘、磁带、任何其他磁性介质、CD-ROM、DVD、任何其他光学介质、RAM、PROM、EPROM或EEPROM(电子可擦除可编程只读存储器)、FLASH-EEPROM、任何其他存储器芯片或盒式磁带、或计算机可从其读取的任何其他介质。
虽然在实施方案中，软件应用程序中的指令序列的执行致使至少一个处理器执行本文所述的方法/过程，但可以使用硬连线电路代替软件指令或与软件指令相结合以用于实现本发明的方法/过程。因此，本发明的实施方案不限于硬件和/或软件的任何特定组合。
应当进一步理解，以上描述旨在是例示性的而非限制性的。例如，上述实施方案(和/或其方面)可以彼此组合使用。另外，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多修改以使特定情况或材料适应本发明的教导。
例如，在一个实施方案中，提供X射线系统。该X射线系统包括X射线源、检测器和控制器。该X射线源操作以通过受试者传输X射线。该检测器操作以接收X射线。该控制器操作以确定X射线源的位置，并至少部分地基于X射线源的视场来相对于检测器校准X射线源的位置。在某些实施方案中，该控制器通过以下操作来相对于检测器校准X射线源的位置：生成X射线源的视场的一个或多个边缘点；相对于检测器的中心生成视场的一个或多个边缘距离；经由将一个或多个边缘点与一个或多个边缘距离进行比较来生成一个或多个偏移值；以及至少部分地基于一个或多个偏移值来调整视场。在某些实施方案中，一个或多个偏移值包括至少一个平移偏移值。在某些实施方案中，一个或多个偏移值包括角偏移值。在某些实施方案中，该控制器至少部分地基于经由X射线源和检测器所获取的一个或多个定位图像来生成一个或多个边缘点和一个或多个边缘距离。
在某些实施方案中，该系统还包括一个或多个传感器。在此类实施方案中，该控制器经由一个或多个传感器来确定X射线源的位置。在某些实施方案中，一个或多个传感器中的至少一个传感器为相机。在某些实施方案中，一个或多个传感器包括超声传感器、激光器和红外传感器中的至少一者。
其他实施方案提供用于校准X射线系统的方法。该方法包括确定该系统的操作以通过受试者传输X射线的X射线源的位置。该方法还包括至少部分地基于X射线源的视场来相对于系统的检测器校准X射线源的位置。该检测器操作以接收由X射线源所传输的X射线。在某些实施方案中，相对于系统的检测器校准X射线源的位置包括：生成X射线源的视场的一个或多个边缘点；相对于检测器的中心生成视场的一个或多个边缘距离；经由将一个或多个边缘点与一个或多个边缘距离进行比较来生成一个或多个偏移值；以及至少部分地基于一个或多个偏移值来调整视场。在某些实施方案中，经由将一个或多个边缘点与一个或多个边缘距离进行比较来生成一个或多个偏移值包括生成至少一个平移偏移值。在某些实施方案中，经由将一个或多个边缘点与一个或多个边缘距离进行比较来生成一个或多个偏移值包括生成角偏移值。在某些实施方案中，至少部分地基于相机、超声传感器、激光器和红外传感器中的一者来确定X射线源的位置。
再一些其他实施方案提供存储指令的非暂态计算机可读介质。所存储的指令使控制器适于相对于系统的检测器生成系统的用于对受试者进行成像的X射线源的视场的一个或多个边缘点，并且相对于检测器的中心生成视场的一个或多个边缘距离。所存储的指令进一步使控制器适于经由将一个或多个边缘点与一个或多个边缘距离进行比较来生成一个或多个偏移值，并且至少部分地基于一个或多个偏移值来调整视场。
再一些其他实施方案提供用于校准用于对受试者进行成像的系统的控制器。该控制器操作以相对于系统的检测器生成系统的X射线源的视场的一个或多个边缘点，并且相对于检测器的中心生成视场的一个或多个边缘距离。该控制器进一步操作以经由将一个或多个边缘点与一个或多个边缘距离进行比较来生成一个或多个偏移值，并且至少部分地基于一个或多个偏移值来调整系统的一个或多个参数，该一个或多个参数部分地确定视场。
再一些实施方案提供用于对受试者进行成像的系统。该系统包括x射线源、检测器、控制器和至少一个相机。该X射线源设置在移动臂上并且操作以通过受试者传输X射线。该检测器操作以接收由X射线源所传输的X射线。该控制器操作以至少部分地基于至少一个相机而经由移动臂来将X射线源定位在一个或多个校准位置处，使得X射线源的视场在校准位置中的每一个校准位置处基本上指向检测器。在某些实施方案中，至少一个相机包括两个立体相机，这两个立体相机操作以确定X射线源到检测器和受试者中的至少一者的距离。在某些实施方案中，控制器进一步操作以至少部分地基于由至少一个相机所获取的一个或多个帧来生成X射线源的运动变换。在某些实施方案中，控制器进一步操作以相对于检测器和受试者中的至少一者确定X射线源的初始位置。在某些实施方案中，控制器进一步操作以至少部分地基于一个或多个界标而经由相机来确定X射线源的当前位置。在某些实施方案中，一个或多个界标设置在检测器上。在某些实施方案中，控制器进一步操作以将X射线源取向成使得一个或多个界标与设置在X射线源的视场中的一个或多个对应的虚拟标记物对准。
再一些实施方案提供用于校准用于对受试者进行成像的系统的方法。该方法包括至少部分地基于系统的至少一个相机而经由控制器来将系统的X射线源定位在一个或多个校准位置处。该X射线源设置在移动臂上并且操作以通过受试者传输X射线。在校准位置中的每一个校准位置处，X射线源的视场基本上指向检测器。在某些实施方案中，该至少一个相机包括两个立体相机。在此类实施方案中，该方法还包括经由两个立体相机，经由控制器来确定X射线源到检测器和受试者中的至少一者的距离。在某些实施方案中，该方法还包括至少部分地基于由至少一个相机所获取的帧来经由控制器生成X射线源的运动变换。在某些实施方案中，该方法还包括相对于检测器和受试者中的至少一者来确定X射线源的初始位置。在某些实施方案中，该方法还包括至少部分地基于一个或多个界标而经由控制器和至少一个相机来确定X射线源的当前位置。在某些实施方案中，该方法还包括经由控制器来将X射线源取向成使得一个或多个界标与设置在X射线源的视场中的一个或多个对应的虚拟标记物对准。
再一些其他实施方案提供存储指令的非暂态计算机可读介质。所存储的指令使控制器适于至少部分地基于系统的至少一个相机来将系统的用于对受试者进行成像的X射线源定位在一个或多个校准位置处。该X射线源设置在移动臂上并且操作以通过受试者传输X射线。在校准位置中的每一个校准位置处，X射线源的视场基本上指向检测器。在某些实施方案中，该至少一个相机包括两个立体相机。在此类实施方案中，所存储的指令进一步使控制器适于经由两个立体相机确定X射线源到检测器和受试者中的至少一者的距离，并且至少部分地基于距离生成X射线源的运动变换。
因此，可以理解的是，通过提供OTS成像系统的校准以校正平移方差和/或角方差，本发明的一些实施方案提供相对于传统成像系统的改进的图像质量。此外，通过基于X射线源和/或相机的视场来校准OTS成像系统，本发明的一些实施方案提供易于集成到现有OTS成像系统中的改进的校准系统。此外，通过校正平移方差和/或角方差，本发明的一些实施方案在OTS成像系统的现场安装期间提供改进的灵活性。
另外，通过沿着用于OTS扫描程序的路径的一个或多个校准点提供OTS成像系统的自动校准，本发明的一些实施方案提供相对于传统成像系统的改进的患者吞吐量和/或减少的技术人员错误。
另外，虽然本文描述的材料的尺寸和类型旨在限定本发明的参数，但它们决不是限制性的并且是示例性实施方案。在回顾以上描述后，许多其他实施方案对于本领域技术人员将是显而易见的。因此，本发明的范围应该参考所附权利要求书以及此类权利要求书所赋予的等同物的全部范围来确定。在所附权利要求书中，术语“包括”和“其中”用作相应术语“包含”和“其中”的普通英语等同物。此外，在以下权利要求书中，诸如“第一”、“第二”、“第三”、“上”、“下”、“底部”、“顶部”等术语仅用作标签，并且并非旨在对其对象施加数字或位置要求。此外，以下权利要求书的限制不是用装置加功能形式写的并且不旨在这样解释，除非并且直到此类权利要求书限制明确地使用短语“用于...的装置”，然后是功能陈述而无其他结构。
该书面描述使用示例来公开本发明的若干实施方案，包括最佳模式，并且还使本领域普通技术人员能够实践本发明的实施方案，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何包含的方法。本发明的专利范围由权利要求书限定，并且可包括本领域普通技术人员想到的其他示例。如果此类其它示例具有与权利要求书的字面语言没有区别的结构元素，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言具有微小差别的等效结构元素，则此类其它示例旨在落入权利要求书的范围内。
如本文所用，以单数形式列举并且以单词“一个”或“一种”开头的元件或步骤应当被理解为不排除多个所述元件或步骤，除非明确说明此类排除。此外，对本发明的“一个实施方案”的引用不旨在被解释为排除也包含所引用特征的附加实施方案的存在。此外，除非明确地相反说明，否则“包含”、“包括”或“具有”具有特定特性的元件或多个元件的实施方案可包括不具有该特性的附加此类元件。
由于可以在上述发明中进行某些改变，而不脱离本文所涉及的本发明实质和范围，因此附图所示的以上描述的所有主题应仅被解释为说明本文本发明构思的示例并且不应当被解释为限制本发明。

Claims (15)

1.一种X射线成像系统，包括：
X射线源，所述X射线源操作以通过受试者传输X射线；
检测器，所述检测器操作以接收所述X射线；和
控制器，所述控制器操作以：
确定所述X射线源的位置；以及
至少部分地基于所述X射线源的视场来相对于所述检测器校准所述X射线源的所述位置。
2.根据权利要求1所述的X射线成像系统，其中所述控制器通过以下操作来相对于所述检测器校准所述X射线源的所述位置：
生成所述X射线源的所述视场的一个或多个边缘点；
相对于所述检测器的中心生成所述视场的一个或多个边缘距离；
经由将所述一个或多个边缘点与所述一个或多个边缘距离进行比较来生成一个或多个偏移值；以及
至少部分地基于所述一个或多个偏移值来调整所述视场。
3.根据权利要求2所述的X射线成像系统，其中所述一个或多个偏移值包括至少一个平移偏移值。
4.根据权利要求2所述的X射线成像系统，其中所述一个或多个偏移值包括角偏移值。
5.根据权利要求2所述的X射线成像系统，其中所述控制器至少部分地基于经由所述X射线源和所述检测器所获取的一个或多个定位图像来生成所述一个或多个边缘点和所述一个或多个边缘距离。
6.根据权利要求1所述的X射线成像系统，还包括：
一个或多个传感器；
其中所述控制器经由所述一个或多个传感器确定所述X射线源的所述位置。
7.根据权利要求6所述的X射线成像系统，其中所述一个或多个传感器包括超声传感器、激光器、相机和红外传感器中的至少一者。
8.一种校准X射线成像系统的方法，所述方法包括：
确定所述系统的操作以通过受试者传输X射线的X射线源的位置；以及
至少部分地基于所述X射线源的视场来相对于所述系统的检测器校准所述X射线源的所述位置，所述检测器操作以接收由所述X射线源所传输的所述X射线。
9.根据权利要求8所述的方法，其中相对于所述系统的检测器校准所述X射线源的所述位置包括：
生成所述X射线源的所述视场的一个或多个边缘点；
相对于所述检测器的中心生成所述视场的一个或多个边缘距离；
经由将所述一个或多个边缘点与所述一个或多个边缘距离进行比较来生成一个或多个偏移值；以及
至少部分地基于所述一个或多个偏移值来调整所述视场。
10.一种用于对受试者进行成像的系统，包括：
X射线源，所述X射线源设置在移动臂上并且操作以通过所述受试者传输X射线；
检测器，所述检测器操作以接收由所述X射线源所传输的所述X射线；
至少一个相机；和
控制器，所述控制器操作以：
至少部分地基于所述至少一个相机而经由所述移动臂将所述X射线源定位在一个或多个校准位置处，使得所述X射线源的视场在所述校准位置中的每一个校准位置处基本上指向所述检测器。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述至少一个相机包括两个立体相机，所述立体相机操作以确定所述X射线源到所述检测器和所述受试者中的至少一者的距离。
12.根据权利要求10所述的系统，其中所述控制器进一步操作以：
至少部分地基于由所述至少一个相机所获取的一个或多个帧来生成所述X射线源的运动变换。
13.根据权利要求10所述的系统，其中所述控制器进一步操作以：
相对于所述检测器和所述受试者中的至少一者确定所述X射线源的初始位置。
14.根据权利要求10所述的系统，其中所述控制器进一步操作以至少部分地基于一个或多个界标而经由所述相机来确定所述X射线源的当前位置。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述控制器进一步操作以将所述X射线源取向成使得所述一个或多个界标与设置在所述X射线源的所述视场中的一个或多个对应的虚拟标记物对准。
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