CN112568918B - 求取断层图像的方法、图像生成单元、程序产品和介质 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及求取断层图像的方法、图像生成单元、程序产品和介质。该方法用于求取检查对象的断层合成照片的断层图像，方法包括：沿着线性轨迹拍摄多个投影照片，X射线源和X射线探测器平行地相对置地沿着所述线性轨迹移动，并且所述检查对象设置在所述X射线源和所述X射线探测器之间，重建断层合成数据组，其中所述检查对象的深度信息分别沿着X射线束来求取，所述X射线束通过沿着线性轨迹以及所述X射线源的垂直于所述线性轨迹的X射线扇形的运动所展开，使得在对象中的不同的深度平面平行于探测面具有不同的扫描，并且基于所述断层合成数据组在基本上平行于X射线探测器的探测面的深度平面中求取具有第一断层厚度的第一断层图像。

Description

求取断层图像的方法、图像生成单元、程序产品和介质
技术领域
本发明涉及一种用于求取检查对象的断层合成照片的第一断层图像的方法并且尤其进一步求取较厚的第二断层图像，其中对象中的平行于探测面的不同的深度平面具有不同扫描。
背景技术
断层合成法通常在乳房成像中使用。X射线源在此能够平行于压迫设备或X射线探测器以线性可移动的方式设置。替选地或附加地，X射线辐射器能够可移动地设置在圆弧上，其中圆弧围绕垂直于乳腺X射线摄影系统的系统轴线定向的旋转轴线限定。由此，能够借助于乳腺X射线摄影设施执行三维X射线成像，尤其断层合成。通常，在断层合成中，能够从二维图像中生成三维图像，所述二维图像从X射线源相对于X射线探测器的不同角度中检测。二维和/或三维图像能够是断层合成(图像)数据组的一部分。
断层合成法也用于整形外科的应用而日益成为讨论话题。从公开物C.Luckner等人的“Parallel-Shift Tomosynthesis for Orthopedic Applications”(SPIE MedicalImaging，休斯顿，2018年)中，例如已知用于整形外科课题的断层合成法。
发明人已经认识到以下问题：在计算尤其较厚的断层时需要以匹配于拍摄几何形状的方式考虑深度信息。
发明内容
本发明的目的是，提出一种方法、一种图像生成单元、一种医学X射线系统、一种计算机程序产品和一种计算机可读介质，其实现对断层图像的改进求取。
根据本发明，所述目的通过根据本发明的方法、根据本发明的图像生成单元、根据本发明的医学X射线系统、根据本发明的计算机程序产品以及根据本发明的计算机可读介质来实现。
本发明涉及一种用于求取检查对象的断层合成照片的断层图像的方法，所述方法包括如下步骤：拍摄、重建和求取。在拍摄步骤中，沿着线性轨迹拍摄多个投影照片，其中X射线源和X射线探测器平行相对置地沿着线性轨迹运动，并且检查对象设置在X射线源和X射线探测器之间。在重建步骤中，重建断层合成数据组，其中检查对象的深度信息分别沿着X射线束来求取，使得对象中的平行于探测面的不同的深度平面具有不同的扫描，所述X射线束通过沿着线性轨迹和X射线源的垂直于线性轨迹的X射线扇形的运动展开。不同的扫描尤其垂直于运动方向或线性轨迹构成。X射线束能够屋顶状地构成，其中该X射线束通过垂直于运动方向的X射线扇形和沿着线性轨迹的线性运动展开。在求取步骤中，基于断层合成数据组在基本上平行于X射线探测器的探测面的深度平面中求取具有第一断层厚度的第一断层图像。
检查对象的身体纵轴线或检查对象的检查区域的纵轴线，例如四肢，尤其能够基本上平行于线性轨迹定向。
断层合成数据组的重建能够借助于背投影或最大似然法来执行。通过重建能够求取断层图像或深度信息。断层合成数据组尤其能够是至少部分体数据组。
对象中的平行于探测面的不同深度平面具有不同的扫描。在此，设置得靠近X射线源的深度平面相较于与其不同的、设置得远离X射线源的深度平面具有更高的空间扫描。因此，在x方向或x-z平面中的空间扫描与深度平面或断层合成数据组的数据点的y位置相关。
在x-z方向或α-z方向上求取第一断层图像。第一断层图像和可能的第二断层图像尤其能够借助于基于断层合成数据组的前向投影来求取。断层厚度能够沿着y方向确定。断层图像，尤其是断层中心，与y值相关联。
本发明涉及重建断层合成体积和接着示出断层合成体积。X射线源和X射线探测器沿着相同方向平行地运动，其中检查对象设置在X射线源和X射线探测器之间。检查对象是基本上静态的，即检查对象相对于X射线源或X射线探测器不运动。在X射线源和X射线探测器沿着检查对象运动期间，拍摄或获取投影数据组。投影数据组分别是不同的。投影数据组包括检查对象的不同区域，其中在时间和空间上相邻的投影数据组包括检查对象的共同的叠加区域，使得相邻的投影数据组包括关于检查对象的出自不同的拍摄视角的信息。由此能够获得关于检查对象的深度信息。借助于重建，能够基于投影数据组生成断层合成体积数据组，其中求取深度信息。
发明人已经认识到，拍摄几何形状引起，断层合成体积的深度分辨率并非平行于笛卡尔坐标系定向。因此，能够有利地在特定的坐标系中进行数据的采样或扫描，以便实现改进的断层图像数据。
与静态地拍摄的并且能够用“针孔”摄像机模型描述的X射线图像相反，借助于根据本发明的方法获得的数据组能够有利地借助于线性扩展的X射线源的几何形状来描述。通过对第一或特定的坐标系的知悉和使用，可以对不同地采样或扫描的数据组进行改进的图像处理以及改进的示出以及改进的配准。所述配准也能够称为图像配准。第一断层图像数据组和第二断层图像数据组能够基于已知的并且与关于x-z方向或α-z方向的几何形状匹配的图像配准方法进行。
根据本发明的一个方面，沿着相对于笛卡尔空间方向有角度的路径求取深度信息。所述角度为α＝sin(x/SID)，其中x方向是笛卡尔空间方向，而SID对应于在y方向上在x射线源和X射线探测器之间的距离。有利地，相较于简单的投影的射线照相拍摄，能够求取关于对象的改进的深度信息。有利地，该与角度相关的深度信息能够在断层图像的计算中使用，以便尤其是在角度变大的情况下实现尤其厚的断层图像的更正确的计算。
根据本发明的一个方面，根据本发明的方法还具有进一步求取的步骤。在进一步求取的步骤中，求取具有不同于第一断层厚度的第二断层厚度的第二断层图像。基于断层合成数据组求取第二断层图像。在此，尤其考虑沿着相对于笛卡尔空间方向有角度的路径的深度信息。前向投影例如能够沿着具有角度α的向量进行，也就是说，直观地观察，执行沿着X射线束或扇形射线束的前向投影，以便从断层合成数据中求取第二断层图像。有利地，能够减少或避免模糊对象信息，尤其在角度较大时能够减少或避免。
根据本发明的一个方面，第二断层厚度大于第一断层厚度。断层厚度越大，考虑沿着相对于笛卡尔空间方向有角度的路径的深度信息的效果或优势就越重大。特别有利地，能够求取较厚的断层，其中能够实现明显减少模糊的对象信息。
根据本发明的一个方面，求取多个在空间上彼此跟随的第二断层图像。有利地，彼此靠近的对象信息能够在单独的断层中观察，使得逐断层观察对象中的变化。尤其是，能够更精确地定位对象信息的(深度)位置，例如解剖学特性或特殊性。通过考虑沿着相对于笛卡尔空间方向有角度的路径的深度信息，能够生成连续的断层图像序列，所述断层图像序列有利地具有基本上不变的图像质量。
根据本发明的一个方面，在空间上彼此跟随的第二断层图像包括叠加的深度信息，使得第二断层厚度是第一断层厚度的整数倍，并且在空间上彼此跟随的第二断层图像的距离对应于第一断层厚度。
例如能够借助于像素平均，有效地将薄的断层，尤其是在观察器中，更厚地示出，即所谓的滑动薄层块。在求取时例如能够产生最大密度投影(MIP)，其中考虑沿着相对于笛卡尔空间方向有角度的路径的深度信息。尤其是，彼此跟随的第二断层图像之间的过渡能够匹配于拍摄几何形状，使得对于连接区域或叠加区域能够实现连续的断层图像序列。
根据本发明的一个方面，第二断层图像包括检查对象的整个厚度。优选地，对象的厚度能够在不同于线性轨迹的空间方向上确定。对象的厚度尤其能够沿着y方向确定。
厚的断层，尤其关于整个对象取平均的合成的2D图像，例如能够与其他数据组配准并且被可视化。一个示例性的实施方式是膝盖的长腿定位片(Langbeintopogramm)和计算机断层扫描照片的配准。除此之外，能够实现断层合成数据与摄像机图像的改进的叠加，其中所述摄像机图像能够通过渲染到3D表面上而转移到相应的特殊的坐标系或相应的拍摄几何形状中。有利地，能够通过相应地考虑沿着不同路径的不同的拍摄几何形状或不同的深度信息，使在根据本发明的拍摄几何形状的影响下在断层合成照片中确定的深度信息与另一拍摄几何形状的图像数据可比较。
根据本发明的一个方面，根据本发明的方法还具有(图像)配准的步骤。在配准步骤中，将第二断层图像与另一成像模态的图像数据组配准。在配准步骤中，替选地或者附加地，第一断层图像能够与另一成像模态的图像数据组配准。常规方法能够用于(图像)配准，然而在此需考虑在笛卡尔坐标系(x，y，z)和按照根据本发明的拍摄几何形状的特殊坐标系(α，y，z)之间的变换。(图像)配准方法尤其能够匹配于坐标系变换。有利地，在第一和/或第二断层图像中的解剖区域能够与图像数据组中的相同解剖区域相关联，尤其与另一成像模态或不同的拍摄几何形状相关联。
根据本发明的一个方面，根据本发明的方法还具有叠加的步骤。在叠加步骤中，将第二断层图像和尤其另一成像模态的图像数据组叠加。在此，考虑在笛卡尔坐标系(x，y，z)和按照根据本发明的拍摄几何形状的特殊坐标系(α，y，z)之间的变换，使得考虑第二断层图像和尤其另一成像模态或另一拍摄几何形状的图像数据组。有利地，解剖细节或对象信息能够在同一坐标系中进行比较。特别有利地，基于第二断层图像和图像数据组能够更可靠和更一致地实现距离测量。第二断层图像和图像数据组例如能够以不同的颜色叠加，使得两者能够同时显示。第二断层图像和图像数据组例如能够组合为一个图像并且从而被叠加。在基于第二断层图像的长腿定位片的情况下，例如能够将CT数据组作为另一成像模态的图像数据组集成在膝盖的区域中，或者在该区域中显示。
根据本发明的一个方面，根据本发明的方法还具有共同示出的步骤。在共同示出的步骤中，第二断层图像和尤其另一成像模态的图像数据组在一个显示单元上共同示出。有利地，基于第二断层图像和图像数据组的诊断能够同时实现。有利地，第二断层图像和图像数据组的特别高质量的信息分别能够组合为整体上优化或改进的图像显示。
本发明还涉及用于求取检查对象的断层合成照片的断层图像的图像生成单元。图像生成单元包括拍摄单元、重建单元和求取单元。拍摄单元构成用于沿着线性轨迹拍摄多个投影照片，其中X射线源和X射线探测器平行相对置地沿着线性轨迹运动，并且检查对象设置在X射线源和X射线探测器之间。重建单元构成用于重建断层合成数据组，其中检查对象的深度信息分别沿着X射线束来求取，使得在对象中的平行于探测面的不同的深度平面具有不同的扫描，所述X射线束通过沿着线性轨迹和X射线源垂直于线性轨迹的X射线扇形的运动所展开。求取单元构成用于基于断层合成数据组求取在基本上平行于X射线探测器的探测面的深度平面中具有第一断层厚度的断层图像。重建单元和求取单元能够由医学X射线系统的计算单元包括在内。能够将根据本发明的方法的优点转用到所述设备上。图像生成单元还能够包括用于求取第二断层图像的另一求取单元、用于进行配准的配准单元、用于进行叠加的叠加单元和用于示出的示出单元。另外的单元能够至少部分地由计算单元包括。示出单元尤其能够构成为例如呈屏幕形式的显示单元。
本发明还涉及具有用于执行根据本发明的方法的根据本发明的图像生成单元的医学X射线系统。医用X射线系统优选是射线照相系统。根据本发明的方法的优点能够被转用于医用X射线系统。
本发明还涉及一种具有计算机程序的计算机程序产品，所述计算机程序可直接加载到X射线系统的控制装置的存储器装置中，所述计算机程序具有程序段，以便在计算机程序在X射线系统的控制装置中执行时，执行根据本发明的方法的所有步骤。
本发明还涉及一种计算机可读介质，在该计算机可读介质上存储有可由计算机单元读取和执行的程序段，以便在由计算机单元执行所述程序段时执行根据本发明的方法的所有步骤。计算单元优选能够由图像生成单元或处理器单元包括在内。
附图说明
下面参照附图详细阐述本发明的实施例。在这种情况下示出：
图1示出在第一实施方式中的根据本发明的X射线系统的示意图；
图2示出根据本发明的方法的示意图；
图3示出拍摄数据点的示意图。
图4示出第一坐标系相对于笛卡尔坐标系的示意图；以及
图5示出在第二实施例中的根据本发明的X射线系统的示意图。
具体实施方式
图1示出在第一实施例中的根据本发明的X射线系统1的一个示例性的实施方案。尤其是，描述了X射线系统1的扫描或拍摄几何形状。X射线系统1具有X射线源2和X射线探测器3，其形成X射线源-X射线探测器对。检查对象(未示出)设置在X射线源2和X射线探测器3之间。X射线源2发射锥形射线或X射线束，其入射到检查对象和X射线探测器3上。X射线探测器3具有面状的探测面或探测平面。探测平面设置在x-z平面中。相对于X射线探测器3的探测平面的面法线平行于y轴设置。X射线源2尤其设置在与X射线探测器3相距预定距离的法线上。X射线探测器3和X射线源2在拍摄期间彼此平行地运动，并且同时沿着线性轨迹4在相同方向，例如z方向上运动。X射线源2和X射线探测器3平行于z轴移动。X射线源2和X射线探测器3在第一位置P1和第n位置Pn中示出。X射线束通过沿着X射线源2的垂直于线性轨迹4的X射线扇形和线性轨迹4的运动所展开。
图2示出根据本发明的方法10的一个示例性的实施方案。根据本发明的用于求取检查对象的断层合成照片的断层图像的方法10至少具有如下步骤：拍摄11、重建13和求取15。在拍摄11的步骤中，沿着线性轨迹拍摄多个投影照片，其中X射线源和X射线探测器平行相对置地沿着线性轨迹运动，并且检查对象设置在X射线源和X射线探测器之间。在重建13的步骤中，重建断层合成数据组，其中检查对象的深度信息分别沿着X射线束来求取，使得在对象中平行于探测面的不同的深度平面具有不同的采样，所述着X射线束通过沿着线性轨迹和X射线源的垂直于线性轨迹的X射线扇形的运动所展开。在求取15的步骤中，基于断层合成数据在基本上平行于X射线探测器的探测面的深度平面中来求取具有第一断层厚度的第一断层图像。
沿着相对于笛卡尔空间方向有角度的路径求取深度信息。所述角度尤其为α＝sin(x/SID)，其中x方向是笛卡尔空间方向，并且SID对应于在y方向上在X射线源和X射线探测器之间的距离。
在一个实施方式中，根据本发明的方法还具有进一步求取17的步骤。在进一步求取17的步骤中，求取具有与第一断层厚度不同的第二断层厚度的第二断层图像。第二断层厚度大于第一断层厚度。
在本发明的一个特殊的实施方式中，求取多个在空间上彼此跟随的第二断层图像。在空间上彼此跟随的第二断层图像包括叠加的深度信息，使得第二断层厚度是第一断层厚度的整数倍，并且在空间上彼此跟随的第二断层图像之间的距离对应于第一断层厚度。薄的断层，尤其在观察器中，例如能够借助于像素平均更厚地示出，即所谓的滑动薄层块(sliding thin slabs)。
在本发明的另一特殊的实施方式中，第二断层图像包括检查对象的整个厚度。厚的断层，尤其在整个对象上取平均的合成的2D图像例如能够与其他数据组改进地配准并且被可视化。一个示例性的实施方式是膝盖的长腿定位片和计算机断层摄影照片的(图像)配准。除此之外，能够实现断层合成数据与摄像机图像的改进的叠加，其中摄像机图像能够通过渲染到3D表面上而被转移到相应的特殊的坐标系或相应的拍摄几何形状中。
在另一个实施方式中，根据本发明的方法还具有配准19的步骤。在配准19的步骤中，第二断层图像与另一成像模态的图像数据组配准。在配准19的步骤中，第一断层图像能够替选地或附加地与另一成像模态的图像数据组配准。此外，根据本发明的方法能够具有叠加21的步骤。在叠加21的步骤中，第二断层图像和尤其另一成像模态的图像数据组叠加。此外，根据本发明的方法能够具有共同示出23的步骤。在共同示出23的步骤中，第二断层图像和尤其另一成像模态的图像数据组在显示单元上共同示出。
图3示出深度信息的数据点D，D′的照片的一个示例性的实施方案。所产生的或待求取的深度信息在x-y平面中分别沿着角度α取向。分别绘制针对最外部的X射线或路径的角度α。对于第一位置P1，检测用于检查对象中的第一深度信息的第一值D(P1)和用于检查对象中的第二深度信息的第一值D'(P1)。对于第n个位置Pn，检测用于检查对象中的第n个深度信息的第n个值D(Pn)，并且在相同的拍摄几何形状中然而在检查对象中的其他地点处检测用于检查对象中的第n个深度信息的第n个值D'(Pn)。在位置P1处，拍摄第一投影，在此简化地作为扇形射线示出。在位置Pn处拍摄第n个投影。通过锥形射线或X射线束也能够从其他投影处检测对象中的数据点D(P1)和D'(1)。从多个投影中，例如可借助于背投影或最大似然法计算用于体素的深度信息或衰减值。
图4示出相对于笛卡尔坐标系的第一坐标系的一个示例性的实施方案。第一坐标系是在x-y平面上从拍摄几何形状中产生的原生坐标系。现在通过从坐标(x，y，z)到(α，y，z)的坐标变换来描述在X射线源2和X射线探测器3之间的点的坐标，其中α＝sin(x/SID)，其中SID是沿着y方向在X射线源2和X射线探测器3之间的距离。
图5示出在第二实施方式中的根据本发明的X射线系统1的一个示例性的实施方案。X射线源2和X射线探测器3经由图像生成单元30彼此连接。图像生成单元能够是计算单元和/或控制单元或控制装置或者包括在其中。图像生成单元30包括拍摄单元31、重建单元33和求取单元35。图像生成单元还能够包括以下单元：另一求取单元37、配准单元39、叠加单元41和示出单元43。
虽然本发明在细节中已经通过优选的实施例予以详细说明，但是本发明并不受公开的实例所限制，并且本领域技术人员能够从中推导出其他变型形式，而不脱离本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种用于求取检查对象的断层合成照片的断层图像的方法(10)，所述方法包括以下步骤：
-沿着线性轨迹(4)拍摄(11)多个投影照片，其中X射线源和X射线探测器平行相对置地沿着所述线性轨迹运动，并且所述检查对象设置在所述X射线源(2)和所述X射线探测器(3)之间，
-重建(13)断层合成数据组，其中所述检查对象的深度信息分别沿着X射线束来求取，所述X射线束通过沿着线性轨迹以及所述X射线源的垂直于所述线性轨迹的X射线扇形的运动所展开，使得在对象中的平行于探测面的不同的深度平面具有不同的扫描，并且
-基于所述断层合成数据组在基本上平行于X射线探测器的探测面的深度平面中求取(15)具有第一断层厚度的第一断层图像，和
-进一步求取(17)具有不同于所述第一断层厚度的第二断层厚度的第二断层图像。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述深度信息沿着相对于笛卡尔空间方向有角度(α)的路径来求取。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二断层厚度大于所述第一断层厚度。
4.根据权利要求1或3所述的方法，其中，求取多个在空间上彼此跟随的第二断层图像。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，在空间上彼此跟随的第二断层图像包括叠加的深度信息，使得所述第二断层厚度是所述第一断层厚度的整数倍，并且在空间上彼此跟随的所述第二断层图像的距离对应于所述第一断层厚度。
6.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第二断层图像包括所述检查对象的整个厚度。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括以下步骤：
-将所述第二断层图像与另一成像模态的图像数据组配准(19)。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括以下步骤：
-将所述第二断层图像和所述图像数据组叠加(21)。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括以下步骤：
-在显示单元上共同示出(23)所述第二断层图像和所述图像数据。
10.一种用于根据权利要求1至9中任一项所述的方法来求取检查对象的断层合成照片的断层图像的图像生成单元(30)，具有：
-用于沿着线性轨迹拍摄多个投影照片的拍摄单元(31)，其中X射线源和X射线探测器平行地相对置地沿着所述线性轨迹移动，并且所述检查对象设置在所述X射线源和所述X射线探测器之间，
-用于重建断层合成数据组的重建单元(33)，其中所述检查对象的深度信息分别沿着X射线束来求取，所述X射线束通过沿着线性轨迹和所述X射线源的垂直于所述线性轨迹的X射线扇形的运动所展开，使得在对象中的平行于探测面的不同深度平面具有不同的扫描，
-求取单元(35)，所述求取单元用于基于所述断层合成数据组在基本上平行于所述X射线探测器的探测面的深度平面中求取具有第一断层厚度的断层图像，和
-另一求取单元，用于求取具有不同于所述第一断层厚度的第二断层厚度的第二断层图像。
11.一种具有根据权利要求10所述的图像生成单元的医学X射线系统(1)。
12.一种具有计算机程序的计算机程序产品，所述计算机程序可直接加载到X射线系统(1)的控制装置的存储器装置中，所述计算机程序具有程序段，以便在所述X射线系统(1)的控制装置中执行所述计算机程序时，执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法的所有步骤。
13.一种计算机可读介质，在所述计算机可读介质上存储有可由计算机单元读取和执行的程序段，以便在由计算机单元执行所述程序段时执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法的所有步骤。
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