CN114929112A - 用于移动式3d成像的视场匹配 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于移动式3D成像(例如移动式C型臂3D成像)的视场匹配。为了提供为比较目的而改进的图像数据，例如在使用移动式X射线成像系统时，接收基于在X射线成像装置的第一位置中沿第一轨迹获取的受试者的关注区域的第一序列的X射线图像的第一重建体积的第一位置信息。此外，接收用于在X射线成像装置的第二位置中获取第二序列的X射线图像的计划的第二轨迹，并计算用于第二序列的X射线图像的产生的第二重建体积。然后，确定用于第二重建体积的第二位置信息。此外，基于第一位置信息和第二位置信息，确定第一重建体积和第二重建体积的可比性程度。计算调整的第二轨迹，其导致产生第一重建体积和第二重建体积的增加的可比性程度。调整的第二轨迹被用于在X射线成像装置的第二位置中获取第二序列的X射线图像。

Description

用于移动式3D成像的视场匹配
技术领域
本发明涉及用于移动式3D成像的视场匹配。本发明尤其涉及一种用于优化X射线成像轨迹的装置，涉及一种X射线成像系统和一种用于优化X射线成像轨迹的方法。
背景技术
在外科手术应用中，经常使用移动式C型臂成像系统。作为示例，机动化系统可被用于在记录了预定的投影图像序列后创建3D体积重建。这样的获取可能是具有挑战性的，因为在受试者台周围经常有许多装置和系统以及临床工作人员存在。当需要进行第二次3D获取以评估例如手术结果或进展时，可能会出现进一步的挑战。移动式C型臂可由操作者自由地移动，因此在第二次获取时可能不在与第一次获取时相同的位置，且可能需要执行另一轨迹。然而，已经表明，这对于比较两个重建的3D体积来说可能是很麻烦的。
发明内容
因此，可能需要提供为比较目的而改进的图像数据。
本发明的目的通过独立权利要求的主题得到解决；进一步的实施例被纳入从属权利要求中。应指出的是，本发明的下述方面也适用于优化X射线成像轨迹的装置、X射线成像系统和用于优化X射线成像轨迹的方法。
根据本发明，提供了一种用于优化X射线成像轨迹的装置。该装置包括位置信息接收器、处理器和轨迹适配器。位置信息接收器被配置为接收第一重建体积的第一位置信息，该第一位置信息基于在X射线成像装置的第一位置中沿第一轨迹获取的受试者的关注区域的第一序列的X射线图像。位置信息接收器还被配置为接收用于在X射线成像装置的第二位置中获取第二序列的X射线图像的计划的第二轨迹。被联接到位置信息接收器和轨迹适配器的处理器被配置为计算用于第二序列的X射线图像的产生的第二重建体积。该处理器还被配置为确定用于第二重建体积的第二位置信息。该处理器还被配置为基于第一位置信息和第二位置信息确定第一重建体和第二重建体的可比性程度。该处理器还被进一步配置为计算调整的第二轨迹，该调整的第二轨迹导致产生第一重建体积和第二重建体积的增加的可比性程度。针对优化的X射线成像轨迹，轨迹适配器被配置为提供调整的第二轨迹，以用于在X射线成像装置的第二位置中获取第二序列的X射线图像。
这提供了第一重建体积和第二重建体积的改进的可比性，从而为比较的目的提供了改进。
在一示例中，针对优化的X射线成像轨迹，调整的第二轨迹被用于移动式C型臂3D成像系统。
根据一示例，可比性的程度被作为第一重建体积和第二重建体积的重叠程度来提供。
根据一示例，重叠程度与第一重建体积和第二重建体积的空间重叠程度有关。
根据一示例，位置信息接收器被配置为在沿第一轨迹获取第一序列的X射线图像期间接收X射线成像装置的空间信息。处理器被配置为基于该空间信息确定第一轨迹，并确定产生的第一重建体积。
根据一示例，位置信息接收器被配置为在沿第一轨迹获取第一序列的X射线图像期间接收由摄像机拍摄的显示X射线成像装置的第一图像序列。处理器被配置为基于该图像序列确定第一轨迹，并确定产生的第一重建体积。
根据本发明，还提供了一种X射线成像系统。该系统包括X射线成像装置，其具有能够沿轨迹移动以获取关注区域的X射线图像序列的X射线源和X射线检测器。该系统还包括根据前述示例中的一个所述的用于优化X射线成像轨迹的装置。X射线成像装置提供受试者的关注区域的第一序列的X射线图像。此外，轨迹适配器向X射线成像装置提供调整的第二轨迹，以用于在X射线成像装置的第二位置中获取第二序列的X射线图像。
根据一示例，X射线成像系统是移动式X射线系统，其具有可沿地板表面自由地移动的基座。X射线成像装置包括可移动的C型臂，X射线源和X射线检测器安装在C型臂的相对两端。此外，还设置了驱动机构，其被用于移动C型臂，以使X射线源和X射线检测器沿调整的第二轨迹移动。
X射线系统可被作为移动式C型臂3D成像系统来提供。
根据一示例，设置至少一个光学摄像机，以在沿第一轨迹获取第一序列的X射线图像期间提供拍摄的显示X射线成像装置的第一图像序列。处理器基于该图像序列确定第一轨迹，并确定产生的第一重建体积。
根据本发明，还提供了一种用于优化X射线成像轨迹的方法。该方法包括以下步骤：
接收第一重建体积的第一位置信息，该第一位置信息基于在X射线成像装置的第一位置中沿第一轨迹获取的受试者的关注区域的第一序列的X射线图像；
接收用于在X射线成像装置的第二位置中获取第二序列的X射线图像的计划的第二轨迹；
计算用于第二序列的X射线图像的产生的第二重建体积；
确定用于第二重建体积的第二位置信息；
基于第一位置信息和第二位置信息，确定第一重建体积和第二重建体积的可比性程度；
计算调整的第二轨迹，该调整的第二轨迹导致产生第一重建体积和第二重建体积的增加的可比性程度；以及
提供调整的第二轨迹，以用于在X射线成像装置的第二位置中获取第二序列的X射线图像。
根据一方面，在一示例中，规定基于外部摄像机图像，在获取相应的投影序列之前估计计划的3D体积重建的视场。将计划的3D体积重建的估计视场与先前的3D重建进行比较，并评估是否给出了诊断相关区域的足够重叠。对计划的3D体积重建的计划轨迹进行调整，以改善估计的重建视场与先前获取的重叠。在C型臂系统需要被重新定位的情况下，视觉指示器可向临床医生提供反馈，以创建与第一个3D重建有足够重叠的第二个3D重建。
本发明的这些和其他方面将从下文描述的实施例中变得明显并得到阐明。
附图说明
下面将参考以下附图描述本发明的示例性实施例：
图1示出了用于优化X射线成像轨迹的装置的示例。
图2示出了X射线成像系统的示例。
图3a和图3b示出了重叠的重建体积的两个示例。
图4a和图4b示出了重叠的扫描轨迹的两个示例。
图5a示出了计划的第二轨迹的示例，图5b示出了调整的第二轨迹的示例。
图6示出了用于优化X射线成像轨迹的方法的示例的基本步骤。
具体实施方式
现在将参考附图对某些实施例进行更详细的描述。在下面的描述中，相同的附图标记用于相同的元件，甚至在不同的附图中。在描述中定义的事项，如详细的结构和元件，是为了帮助全面理解示例性实施例。而且，众所周知的功能或结构没有被详细描述，因为它们会因不必要的细节而使实施例变得模糊。此外，诸如“至少一个”的表述，当放在元件列表前面时，修改整个元件列表而不修改列表中的单个元件。
移动式X射线成像系统经常被用于外科手术应用。机动化系统可被用于在沿一定的轨迹记录预定的扫描或投影图像序列后实现3D体积重建。沿着轨迹的移动可能是具有挑战性的，因为受试者台周围经常有许多装置和系统以及临床工作人员存在。对于这种X射线成像，提供了带有可移动部件的固定安装系统以及移动式系统，如移动式C型臂成像系统。如果需要允许比较的成像，则类似的图像可能对临床工作人员有帮助。作为示例，要进行第二次3D获取，以评估例如手术结果或进展。手术前和手术后的3D体积重建可能不会显示相同的3D关注区域，因为C型臂、受试者或周围的障碍物的定位可能已经改变。作为另一示例，由于移动式C型臂可由操作者自由地移动，系统在第二次采集时可能不在与第一次采集时相同的位置。如果要比较两个重建的3D体积，这可能很麻烦，甚至可能是一个问题。
术语“受试者”也可被称为个体。“受试者”还可被称为患者，但应注意的是，这个术语并不表明受试者是否实际上存在任何疾病或病症。
图1示出了用于优化X射线成像轨迹的装置10的示例。装置10包括位置信息接收器12、处理器14和轨迹适配器16。位置信息接收器12被配置为接收第一重建体积的第一位置信息，该第一位置信息基于在X射线成像装置的第一位置中沿第一轨迹获取的受试者的关注区域的第一序列的X射线图像。位置信息接收器12还被配置为接收用于在X射线成像装置的第二位置中获取第二序列的X射线图像的计划的第二轨迹。被联接到位置信息接收器12和轨迹适配器16的处理器14被配置为计算用于第二序列的X射线图像的产生第二重建体积。处理器14还被配置为确定用于第二重建体积的第二位置信息。处理器14还被配置为基于第一位置信息和第二位置信息来确定第一重建体积和第二重建体积的可比性程度。处理器14还被进一步配置为计算调整的第二轨迹，其导致产生第一重建体积和第二重建体积的增加的可比性程度。针对优化的X射线成像轨迹，轨迹适配器16被配置为提供调整的第二轨迹，以用于在X射线成像装置的第二位置中获取第二序列的X射线图像。
因此，轨迹被优化，而不是移动整个X射线成像装置。目标是改善比较，这也包括接受一定程度的不确定性。试图实现一种妥协。
术语“位置信息”涉及关于相应重建体积的空间位置的信息。为了评估可比性程度，例如两个重建体积的空间重叠，即，为了比较两个重建体积，空间位置至少间接地指同一空间参考。例如，第一重建体积的空间位置可能与在第一位置中的成像装置的参考坐标有关，第二重建体积的空间位置可能与在第二位置中的成像装置的参考坐标有关，同时第一位置和第二位置之间的位移也被提供(或确定)。空间位置提供关于三维布置和旋转的信息。作为示例，位置信息可以相对于检查室内的固定基座来提供，例如检查室内的3D坐标网格的参考点。作为另一示例，位置信息可以相对于检查室内的移动基座来提供，比如受试者支撑件，例如患者台。
术语“重建体积”涉及这样的区域，即，对于该区域，数据是可用的，可被用于重建该体积的图像数据。作为示例，提供涉及不同成像方向的多个图像投影。由投影射线穿过的3D体积充分地重叠，使得可以从2D投影中取回3D数据。作为示例，重建体积涉及受试者的这样的区域，即，对于该区域，图像数据是由例如计算机断层扫描产生的。重建体积也被称为3D视场。
第一重建体积也被称为先前的重建体积，第二重建体积被称为估计的重建体积。
在一示例中，第一重建体积涉及手术前的情形，而第二重建体积涉及手术后的情形。在手术前的情形和手术后的情形之间可能发生了检查、介入、治疗或其他操作。
术语“轨迹”涉及空间中的路径，图像源和图像检测器沿着这些路径移动，以获取多个投影，从而从不同方向覆盖关注区域，以便能够生成关注区域的3D图像数据。在一示例中，“轨迹”涉及C型臂(也被称为C型弧)的移动以及安装在C型臂上的源和检测器的相应移动路径。轨迹可以是旋转运动、沿弧线的滑动运动、回转运动或由C型臂的相应轴承和支撑方案提供的任何组合。
第一轨迹也被称为初始轨迹。第二轨迹也被称为即将到来的轨迹或计划的轨迹，而调整的第二轨迹被称为调整的即将到来的轨迹、调整的计划的轨迹或调整的轨迹。
在一示例中，计划的第二轨迹被作为用于X射线成像装置的第二位置的第一轨迹来提供。
术语“计划的”涉及如在调整前定义的第二轨迹。例如，计划的轨迹可以是与第一次扫描所用的轨迹(例如，相对于基座)相同的轨迹。然而，由于X射线成像装置在第一位置和第二位置之间的错位，产生的重建体积将不会相同地匹配。而是，第一重建体积和第二重建体积的偏差是预期到的。在另一示例中，计划的轨迹可能是预定的轨迹(例如，与基座呈某种预定的关系)，但由于X射线成像装置在第一位置和计划的第二位置之间的可能错位，产生的重建体积也将不会相同地匹配。
术语“可比性程度”涉及两个重建体积(即第一重建体积和第二重建体积)的空间位置和取向，以及它们的产生的用于比较第一重建体积和第二重建体积的能力(或适合性)，即用于比较第一重建体积和第二重建体积的投影。
因此，术语“可比性程度”也涉及到考虑到比较的相似性程度。
在一示例中，可比性程度被作为重叠的程度(也被称为重叠程度)来提供。
术语“重叠程度”涉及两个重建体积(即第一重建体积和第二重建体积)的空间位置和方向。例如，重叠被确定为空间重叠，即3D空间中的重叠。重叠可被定义为空间中被两个重建体积覆盖的那些位置。
术语“调整的(adapted)”涉及根据目标对第二轨迹的修改，以改善重叠，尽管X射线成像装置的第一位置和第二位置错位。第二轨迹可被用作起点，然后轨迹可以被修改，即被改变，使得提供改进的空间重叠。
在一示例中，X射线成像装置的第二位置为调整的轨迹而保留。代替修改X射线成像装置的位置和取向，如移动式基座，至少在给定的几何约束内修改轨迹，而X射线成像装置的位置并不改变。
X射线成像装置的“位置”涉及X射线成像装置的在成像扫描期间不移动的部件的布置或位置。
在一示例中，以自动的方式提供对计划的轨迹的调整。
在一示例中，位置信息接收器被配置为接收用于第一重建体积的第一轨迹。处理器被配置为确定产生的第一重建体积。
作为示例，计划的第二轨迹是与第一轨迹相同的轨迹，但(理论上或实际上)被应用于X射线成像装置的第二位置或第二地点。然后，对计划的第二轨迹进行调整，以实现更好地匹配关注体积，即重建体积，该调整导致产生调整的第二轨迹，然后调整的第二轨迹被用于执行第二次扫描。
在一示例中，位置信息接收器被配置为接收X射线成像装置的第二位置的位置信息。针对计划的第二轨迹，处理器被配置为对X射线成像装置的第二位置应用第一轨迹。
在一示例中，位置信息接收器被配置成在应用计划的第二轨迹时接收用于第二重建体积的位置信息。
在一示例中，位置信息接收器被配置为接收用于计划的第二重建体积的位置信息，并且针对计划的第二轨迹，计算出导致实现计划的第二重建的轨迹。
在一示例中，计划的第二轨迹是由工作人员手动提供的轨迹。
在另一示例中，计划的第二轨迹是处理器考虑到在当前情况下避免可能的碰撞而提出的轨迹。
在另一示例中，轨迹被相对于呼吸运动、心脏运动或造影剂运动设定时间。因此，如果两次扫描中记录的心脏相位或造影剂水平等是可比较的，则可比性得到改善。如果扫描显示身体的略微不同的区域，则造影剂到达的时间可能不同。或者，如果第二次扫描从与第一次扫描相同的周期上的不同位置开始，则与例如心脏跳动的同步可能仍然是不一致的。这甚至可能需要额外的输入。轨迹可以相应地在开始时被放慢。
在图1中，显示器或界面18(用虚线表示)被作为一个选项来提供，其被配置为向操作者显示关于调整的第二轨迹的信息。
此外，第一箭头20(用虚线表示)指示数据输出，即数据连接。
第二箭头22(用虚线表示)指示数据输入。围绕着位置信息接收器12、处理器14和轨迹适配器16的框24指示信息接收器12、处理器14和轨迹适配器16可以被集成到共同的结构(如共同的壳体)中来提供。在一示例中，信息接收器12、处理器14和轨迹适配器16被以集成的方式来提供。在另一示例中，信息接收器12、处理器14和轨迹适配器16被单独地提供。
在一个选项中，设定可比性程度被作为第一重建体积和第二重建体积的重叠程度来提供。
在另一选项中，设定重叠程度涉及第一重建体积和第二重建体积的空间重叠程度。
在一示例中，第一重建体积的一部分被选择为第一参考部分，第二重建体积的一部分被选择为第二参考部分；重叠程度是基于第一参考部分和第二参考部分来确定的。
在一示例中，对于第一位置信息，位置信息接收器12被配置为接收第一轨迹及其空间位置；并且处理器14被配置为基于第一轨迹及其空间位置来确定产生的第一重建体积以及第一重建体积的第一位置信息。
在一示例中，位置信息接收器12被配置为在沿第一轨迹获取第一序列的X射线图像期间接收X射线成像装置的空间信息；并且处理器14被配置为基于该空间信息确定第一轨迹，并确定产生的第一重建体积。
在一示例中，位置信息接收器12被配置为在沿第一轨迹获取第一序列的X射线图像期间接收摄像机拍摄的由显示X射线成像装置的第一图像序列；并且处理器14被配置为基于该图像序列来确定第一轨迹，并确定产生的第一重建体积。
在一示例中，X射线成像装置包括可移动的C型臂，且该图像显示C型臂的移动。
在一示例中，X射线成像系统是移动式X射线成像系统，且对于X射线成像装置的第一位置，基于由摄像机拍摄的图像来确定X射线成像系统的第一位置。此外，对于X射线成像装置的第二位置，基于在获取第二序列的X射线图像之前由摄像机拍摄的显示X射线成像装置的至少一个第二图像来确定X射线成像系统的第二位置。
移动式X射线系统，例如安装在滑架上的可移动的C型臂，具有多个移动自由度。在一示例中，该系统相对于地板不是机动化的，而且沿地板的移动也不是被跟踪的。第一位置和第二位置之间的位置差异是基于外部检测系统来检测的，例如提供光学跟踪系统的摄像机。在另一示例中，提供电磁跟踪来跟踪检查室内的第一位置和第二位置。
在一示例中，在受试者支撑件上的受试者也被光学摄像机跟踪。在一个选项中，受试者是通过图像来跟踪的。在另一选项中，受试者是通过电磁跟踪来跟踪的。
为了比较第一重建体积和第二重建体积，第一次扫描移动被一个或多个摄像机捕获。在一示例中，摄像机捕捉第一重建体积被设置在哪里。在成像装置和受试者相对移动后，重复相同的扫描移动将导致产生被偏移(即被移位)的第二重建体积。
通过改变，即调整(第二次)扫描的轨迹，通过提供与应用未调整的轨迹时相比具有更多重叠的第二重建体积，实现了改进。至少在一定程度上，这避免了用于向操作者(如医生或护士)提供移动X射线成像装置的指示的需要。因此，调整的第二轨迹取代了重新定位的指示。随后，成像操作得到了促进，且工作人员也从进一步的任务中解脱出来。
关于X射线成像，当前位置不适合成像的信息或警告，可被视为第一步骤或阶段的支持。而提供如何实现X射线成像的改进位置的指示(即关系指导)可被视为第二步骤或阶段的支持，提供调整的轨迹可被视为第三步骤或阶段的支持。
因此，外部摄像机可被用于估计和验证两个3D重建视场有足够的重叠，以用于诊断的目的。可以通过使用摄像机信息来定义用于第二次获取的具体轨迹，或通过向操作者指示改变该系统的起始位置来改善重叠。
外部摄像机可被设置在系统上或在手术室内。外部摄像机也可被用于促进找到围绕所有障碍物的优选轨迹，同时仍然从所有需要的角度获取投影。
在一示例中，X射线成像装置在第一位置和第二位置之间的移动是通过驱动轮，或轴承中的传感器来检测的，这些传感器提供移动的空间信息。
在一示例中，第一位置信息包括X射线成像装置的第一位置中与受试者相关的第一空间信息。位置信息接收器12被配置为接收X射线成像装置的第二位置中与受试者有关的第二空间信息；而处理器14被配置为确定与受试者有关的第一重建体积和第二重建体积的重叠程度。
这提供了考虑到图像数据比较的预期用途而评估重叠的效果。
(第一和第二)参考部分也可以被称为被(第一和第二)重建体积覆盖的(第一和第二)关注区域内的(第一和第二)核心关注区域。
在一示例中，处理器14被配置为确定可比性程度是否在预定的可比性范围之外。设置了重新定位指示器，其被配置为指示需要重新定位X射线成像装置。
作为一示例，提供了30％的最小重叠。在另一示例中，最小值为50％。
在一示例中，为了确定和评估重叠程度，还考虑了成像任务的类型。例如，对于某些成像目的，所需的重叠程度可较小。
在进一步的示例中，重建体积都是圆柱形区域，且重叠导致产生球形区域。
在另一示例中，重建体积都是圆柱形区域，它们被布置成彼此垂直。
例如，提供C型臂成像。第一位置和第二位置具有成像装置的交叉取向，如第一位置在患者支撑件的一侧，第二位置在受试者支撑件的端部处，或反之亦然。然后，一个轨迹将由C型臂的螺旋桨移动(propeller movement)来限定，另一轨迹将被限定为C型臂的滚动移动。
在一示例中，X射线成像装置的第一位置和第二位置与X射线成像装置相对于受试者的布置有关。第二位置与第一位置不同。
该差异可能是由X射线成像装置的移动造成的。该差异也可能是由被成像的受试者的移动造成的。该差异也可能是由X射线成像装置和被成像的受试者的移动两者造成的。
例如，在介入或治疗后，受试者可被布置成呈不同的姿势。在另一示例中，X射线成像装置可能被移开以进行介入或治疗，然后被移回以进行进一步的成像操作，但在位置和/或取向上至少有轻微的偏差。
在一示例中，在第一序列的X射线图像期间，受试者被设置成呈第一姿势。此外，在第二序列的X射线图像期间，受试者也保持第一姿势。在第一序列的X射线图像中，X射线成像装置被布置在第一位置中。此外，在第二序列的X射线图像中，X射线成像装置被布置在第二位置中。
在另一示例中，在第一序列的X射线图像期间，受试者被设置成呈第一姿势，且在第二序列的X射线图像期间，受试者呈第二姿势。X射线成像装置在第一序列的X射线图像期间被布置在第一位置中，并且在第二序列的X射线图像期间也保持在第一位置中。
在另一示例中，在第一序列X射线图像期间，受试者被设置成呈第一姿势，且在第二序列X射线图像期间，受试者呈第二姿势。X射线成像装置在第一序列的X射线图像期间被布置在第一位置中，在第二序列的X射线图像期间被布置在第二位置中。
图2示出了X射线成像系统50的示例。系统50包括X射线成像装置52，其具有可沿轨迹移动以获取关注区域的X射线图像序列的X射线源54和X射线探测器56。此外，系统50包括根据前述示例中的一个所述的用于优化X射线成像轨迹的装置10的示例。作为一示例，装置10被示意性地示为单独的框。装置10可被设置在单独的壳体中，或以集成的方式来提供。线路58表示X射线成像装置52和用于优化X射线成像轨迹的装置10之间的数据连接。X射线成像装置52提供受试者的关注区域的第一序列的X射线图像。轨迹适配器16向X射线成像装置52提供调整的第二轨迹，以用于在X射线成像装置52的第二位置中获取第二序列的X射线图像。
作为效果，由于轨迹的调整，基于沿X射线成像轨迹的相应扫描而产生的两个3D体积的投影不会受到C型臂或被成像物体在第一次扫描和第二次扫描之间的小运动的影响。
在一示例中，在图2中作为一个选项显示，X射线成像系统50是移动式X射线系统60，其具有可沿地板表面自由地移动的基座62。X射线成像装置52包括可移动的C型臂64，X射线源54和X射线检测器56安装在C型臂64的相对两端。驱动机构66被设置成用于移动C型臂64，以使X射线源54和X射线检测器56沿调整的第二轨迹移动。
在图2中，指示出第一重建体积68和第二重建体积70。可以看出，这两个体积68、70部分地重叠。
第一重建体积68指示来自对受试者(例如布置在受试者支撑件上(未进一步示出))的第一次扫描的结果，而X射线成像系统50被布置在相对于受试者的第一位置中。例如，第一次扫描已经被执行。
第二重建体积70指示来自对受试者(例如也布置在受试者支撑件上(未进一步示出)的第二次扫描的结果，而X射线成像系统50被布置在相对于受试者的第二位置中。例如，第二次扫描将作为下一个步骤被执行。
第一重建体积68和第二重建体积70以自由浮动的方式被指示出，以用于指示重叠以及可实现的可比性。
在一示例中，移动式X射线系统包括马达驱动的支撑轮装置，且支撑轮装置提供X射线系统的第二位置的位置信息。
在一示例中，X射线成像系统是固定的X射线系统，其包括用于C型臂的可移动的支撑结构。可移动的支撑结构提供X射线系统的第二位置的位置信息。
在一个选项中，也显示在图2中，设置至少一个光学摄像机71，以在沿第一轨迹获取第一序列的X射线图像期间提供被拍摄的显示X射线成像装置的第一图像序列。摄像机与用于优化X射线成像轨迹的装置10数据连接。处理器基于该图像序列确定第一轨迹，并确定产生的第一重建体积。
应指出的是，在图5A和图5B中没有进一步示出至少一个摄像机。摄像机因此捕获(即检测)第一重建体积被布置在哪里。摄像机还捕获(即检测)在调整的情况下第二重建体积将被布置在哪里。
图3a和图3b示出了重叠的重建体积的另外两个示例。在图3a和3b所示的示例中，提供了在中间重叠的第一圆柱形重建体积68'、68”和第二圆柱形重建体积70'、70”。
在第一选项中，如图3a所示，两个圆柱体，即圆柱形重建体积68'、70'被彼此垂直地定向。
在第二选项中，如图3b所示，两个圆柱体，即圆柱形重建体积68”和70”，具有相同的取向。例如，下面的投影被沿相似的方向记录。
因此，在第二选项(图3b)中实际的空间重叠可能比在第一选项(图3a)中小，但第二选项可能仍有较高的可比性程度，因为投影方向相似。在这个示例中，只有小的核心区域是所关注的。因此，较大的特殊重叠并不改善可比性。但是第二选项中的投影方向是相似的这一事实改善了可比性，因为方向性的成像伪影(部分体积、光束硬化、散射、金属条纹等)和绝对体素值(例如，Hounsfield单位)将是可更好的比较的。在这个示例中，改善的可比性并不是指改善的空间重叠，而是指在两个重建的图像中所记录的组织的X射线衰减特性的可比性。
图4a和图4b示出了围绕受试者的关注区域76的第一扫描路径72、72'和第二扫描路径74、74'，其中对于第一重建体积和第二重建体积，使用了有限的成角度的区段。扫描方向被用弯曲的(即圆形的)箭头指示出。第一次扫描和第二次扫描产生的部分角度伪影的方向被用针对第一次扫描的第一直线箭头78、78'和针对第二次扫描的第二直线箭头80、80'来指示出。
在图4a中，扫描方向是相反的方向，且产生的伪影方向是相反的方向。
在图4b中，扫描方向是相同的，但具有不同的角度。产生的伪影方向被以成角度的方式布置。
在一个选项中，有限的成角度的区段尽可能地相似，或者至少在相反的方向上。在这个示例中，由于伪影方向更加相似，所以可比性得到了改善。
图5a和图5b指示出被布置在受试者支撑件84上的受试者82。部分地示出了可移动的C型臂X射线成像装置86。C型臂可以被移动，使得X射线源和X射线检测器围绕受试者的关注区域旋转，从而形成ISO中心。
图5a示出了计划的第二轨迹88的示例，其将导致产生第二重建体积，第二重建体积将与第一重建体积重叠，但只是具有相当低的可比性程度。
图5b示出了调整的第二轨迹90的示例，其将导致产生改善的可比性程度。在所示的示例中，扫描是围绕被布置在受试者支撑件84上的受试者82来提供的。最初计划的第二轨迹，如图5a所示，被示为围绕受试者82的圆形滚动移动MR。调整的第二轨迹，如图5b所示，被示为围绕受试者82的螺旋桨移动MP。因此，第二重建体积是可实现的，其与第一重建体积有更好的匹配度。从滚动移动MR到螺旋桨移动MP的变化是第二轨迹的调整的示例。
图6示出了用于优化X射线成像轨迹的方法100的示例的基本步骤。
方法100包括以下步骤：
在第一步骤102中，也被称为步骤a)，接收第一重建体积的第一位置信息，该第一位置信息基于在X射线成像装置的第一位置中沿第一轨迹获取的受试者的关注区域的第一序列的X射线图像。
在第二步骤104中，也被称为步骤b)，接收用于在X射线成像装置的第二位置中获取第二序列的X射线图像的计划的第二轨迹。
在第三步骤106中，也被称为步骤c)，计算用于第二序列的X射线图像的产生的第二重建体积。
在第四步骤108中，也被称为步骤d)，确定用于第二重建体积的第二位置信息。
在第五步骤110中，也被称为步骤e)，基于第一位置信息和第二位置信息确定第一重建体积和第二重建体积的可比性程度。
在第六步骤112中，也被称为步骤f)，计算调整的第二轨迹，其导致产生第一重建体积和第二重建体积的增加的可比性程度。
在第七步骤114中，也被称为步骤g)，提供调整的第二轨迹，以用于在X射线成像装置的第二位置中获取第二序列的X射线图像。
接收第一位置信息的第一步骤102和接收计划的第二轨迹的第二步骤104也可以同时提供，或者第二步骤104可以在第一步骤102之前提供。
在一示例中，对于第一位置信息，提供第一轨迹及其空间位置，并基于第一轨迹及其空间位置确定产生的第一重建体积和第一重建体积的第一位置信息。
在一示例中，第一位置信息还包括X射线成像装置的第一位置中与受试者相关的第一空间信息。此外，还提供X射线成像装置的第二位置中与受试者相关的第二空间信息。可比性程度，例如，第一重建体积和第二重建体积的重叠程度，被确定为与受试者有关。
作为一示例，基于摄像机，例如外部摄像机，记录相对于被成像的受试者的3D X射线获取的检测器和源的轨迹。在一个选项中，摄像机被固定放置在手术室里内或附接到C型臂上，且看到患者。这可以通过C型臂系统和/或患者身上的特殊标记来促进，以捕捉和跟踪运动和移动。它也可以通过摄像机图像中可识别的自然特征来促进。作为专用标记，一个或多个QR码标记可被附接到检测器、源和/或受试者上的一个或多个专用位置。例如，在检测器壳体的每一侧、管壳体的每一侧和受试者的皮肤上的中心位置。可以从图像中提取的自然标记可以是众多的图像特征，其可以被从不同的视角来识别。例如，管和检测器壳体上的边缘、脊、拐角、标记。对于受试者，可以使用比如其眼睛、手指、皱纹、皮肤斑点、肚脐的特征。
基于轨迹，估计出要获取的相对于患者解剖结构的3D视场。这可以根据以下内容通过使用上述特殊或自然标记跟踪光学图像特征来完成。在执行第一轨迹时，获取多个光学图像。在每个图像中，可以检测到图像特征，并可以与从不同视角获取的其他光学图像相关联。例如，作为另一选项，摄像机被附接到C型臂上，且在执行第一轨迹时，摄像机朝患者“看”。在一个图像中，我们可以例如检测到患者的指尖。然后，C型臂沿着第一轨迹移动，并获取另外的光学图像。在所有这些图像中，现在从不同的视角试图找到患者的指尖。所有从不同视角检测到的指尖可以被匹配，因此患者的指尖可以在3D空间(相对于C型臂)中被定位。通过对所有可能的标记重复这一方法，可以产生点云(point cloud)，即3D标记位置的数字点云。
此外，对于第二次获取，计算用于第二次3D获取的计划的C型臂轨迹。
基于计划的第二轨迹，相对于患者的解剖结构，估计要获取的第二3D视场。在这一步骤中，重复上述的3D标记位置的检测。
然后，计算第一3D视场和第二3D视场的重叠。这可以通过计算第一次获取的所有3D标记位置的点云与第二次获取的点云之间的重叠来实现，即，两个点云之间需要有足够的特征对应。换句话说，分析是否为预定的诊断目的提供了足够的重叠。术语足够的重叠可取决于期望的诊断目的。它可以用体积百分比来表示，例如，在要调查像组织碘浓度的一般特性时。它也可以由特定的解剖学界标来定义，这些界标必须都在重叠的体积内，即特定目的所需要的所有解剖学界标。例如，两个关注的特定椎体必须完全在重叠的视场内，以便在两幅图像中对它们进行比较。或者，血管结构中的特定关注点(病变、分叉、植入物、动脉瘤)必须全部被包含在重叠的体积中。
如果重叠不足，则可以通过调整计划的轨迹或向操作者发出指示来触发纠正动作。例如，根据系统的运动自由度，建议用户手动改变C型臂的位置，使得第二轨迹可以被执行，改善与第一轨迹的重叠。
自动轨迹调整将取决于可在移动式C型臂单元上被控制的机动化自由度。例如，如果可以进行机动化平移，则C型臂被定位成使得两次获取的等中心点尽可能接近。
如果第一轨迹是C型臂的滚动移动，而在第二次获取前重新定位的C型臂处于明显不同的取向上，为了在3D空间中更好地对齐源和探测器的轨迹，用于第二次获取的螺旋桨移动可能是优选的。这将导致重建体积的更好重叠。此外，滚动移动和螺旋桨移动的组合可能是优化第二轨迹的解决方案。
在有限角度的重建的情况下(小于180°加扇形角)，每次获取中没有被成像的方向在理想情况下是相同的。然而，根据C型臂的重新定位，这可能意味着不同的马达移动。
不同的双轴线轨迹可被用于重建同一3D体积。如果在第二次获取中有新的障碍物被放置在原始轨迹的路径上，则可选择第二双轴线轨迹以对同一体积进行成像，但避开了障碍物。
在C型臂的重新定位不允许从初始重建体积的足够角度自动地获取投影以进行完整的第二次重建的情况下，第二次获取可以减小到有限的成角度的区段。即，只对在视场中也具有第一重建体积的成角度的区段进行成像。然后可以创建初始体积的有限角度的重建来进行比较。在第二次获取过程中，避免获取不必要的数据，即与第一次获取无关的数据。
本发明涉及用于移动式3D成像的视场匹配，例如移动式C型臂3D成像。为了提供为比较目的而改进的图像数据，例如在使用移动式X射线成像系统时，接收第一重建体积的第一位置信息，该第一位置信息基于在X射线成像装置的第一位置中沿第一轨迹获取的受试者的关注区域的第一序列的X射线图像。此外，接收用于在X射线成像装置的第二位置中获取第二序列的X射线图像的计划的第二轨迹，并计算用于第二序列的X射线图像的产生的第二重建体积。然后，确定用于第二重建体积的第二位置信息。此外，基于第一位置信息和第二位置信息，确定第一重建体积和第二重建体积的可比性程度。计算出调整的第二轨迹，其导致产生第一重建体积和第二重建体积的增加的可比性程度。调整的第二轨迹被用于在X射线成像装置的第二位置中获取第二序列的X射线图像。
在一示例性实施例中，提供了一种计算机程序，其能够使处理器执行上述实施例的方法。
在一示例性实施例中，提供了一种计算机程序或程序单元，其用于控制根据上述实施例中的一个所述的设备，该程序或程序单元在被处理单元执行时适于执行上述方法实施例中的一个的方法步骤。
在一示例性实施例中，提供了一种计算机可读介质，其存储有上述实施例中的一个的程序单元。
在本发明的另一示例性实施例中，提供了一种计算机程序或计算机程序单元，其特征在于适于在适当的系统上执行根据前述实施例中的一个所述的方法的方法步骤。
因此，计算机程序单元可被存储在计算机单元上，或被分布在多于一个的计算机单元上，这也可以是本发明的实施例的一部分。该计算单元可适于执行或诱导执行上述方法的步骤。此外，它可以适于操作上述设备的部件。该计算单元可以适于自动操作和/或执行用户的命令。计算机程序可被加载到数据处理器的工作存储器中。因此，数据处理器可被配备成用于执行本发明的方法。
本发明的多个方面可以在计算机程序产品中实现，计算机程序产品可以是存储在计算机可读存储装置上的计算机程序指令的集合，其可以由计算机执行。本发明的指令可以是任何可解释或可执行的代码机制，包括但不限于脚本、可解释的程序、动态链接库(DLL)或Java类。指令可以作为完整的可执行程序、部分可执行程序、对现有程序的修改(如更新)或现有程序的扩展(如插件)来提供。此外，本发明的部分处理可以分布在多台计算机或处理器上。
如上所述，处理单元(例如控制器)实现控制方法。控制器可以以多种方式来实现，利用软件和/或硬件，以执行所需的各种功能。处理器是控制器的一个示例，它采用一个或多个微处理器，微处理器可以用软件(如微代码)进行编程，以执行所需功能。然而，控制器可以在采用或不采用处理器的情况下实现，也可被实现为执行某些功能的专用硬件和执行其他功能的处理器(例如，一个或多个编程的微处理器和相关电路)的组合。
在本公开的各种实施例中可以采用的控制器部件的示例包括但不限于常规的微处理器、专用集成电路(ASIC)和现场可编程门阵列(FPGA)。
本发明的该示例性实施例既覆盖从一开始就使用本发明的计算机程序，也覆盖通过更新的方式将现有程序变成使用本发明的程序的计算机程序。
此外，计算机程序单元能够提供所有必要的步骤来完成如上所述的方法的示例性实施例的操作。
根据本发明的另一示例性实施例，提出了一种计算机可读介质，例如CD-ROM，其中该计算机可读介质具有存储在其上的计算机程序单元，该计算机程序单元通过前述部分进行了描述。
计算机程序可以被存储和/或分布在适合的介质上，例如与其他硬件一起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，但也可以以其他形式分布，例如通过互联网或其他有线或无线电信系统。
然而，计算机程序也可以通过像万维网这样的网络提供，并可以从这样的网络下载到数据处理器的工作存储器中。根据本发明的另一示例性实施例，提供了一种用于使计算机程序单元可供下载的介质，该计算机程序单元被安排成执行根据本发明的前述实施例之一所述的方法。
应指出的是，参考不同主题描述了本发明的实施例。尤其是，参考方法类型的权利要求描述了一些实施例，而参考装置类型的权利要求描述了另外的实施例。然而，本领域技术人员将从上文和下文描述中得出，除非另有指示，否则除了属于一种类型的主题的特征的任何组合之外，与不同主题相关的特征之间的任何组合也被认为由本申请公开。然而，所有特征都可以组合，从而提供多于特征的简单加和的协同效果。
尽管已经在附图和前面的描述中例示说明和描述了本发明，但这样的例示说明和描述被认为是例示说明性的或示例性的而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、公开内容和从属权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的本发明时，能够理解并实现所公开的实施例的其他变型。
在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现在权利要求中记载的若干项的功能。仅在互不相同的从属权利要求中记载某些措施并不表示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记不应解释为限制范围。

Claims (15)

1.一种用于优化X射线成像轨迹的装置(10)，包括：
位置信息接收器(12)；
处理器(14)；和
轨迹适配器(16)；
其中，所述位置信息接收器被配置为接收第一重建体积的第一位置信息，所述第一位置信息基于在X射线成像装置的第一位置中沿第一轨迹获取的受试者的关注区域的第一序列的X射线图像；以及接收用于在所述X射线成像装置的第二位置中获取第二序列的X射线图像的计划的第二轨迹；
其中，被联接到所述位置信息接收器和所述轨迹适配器的所述处理器被配置为：计算用于所述第二序列的X射线图像的产生的第二重建体积；并确定所述第二重建体积的第二位置信息；以及基于所述第一位置信息和所述第二位置信息确定所述第一重建体积和所述第二重建体积的可比性程度；以及计算调整的第二轨迹，所述调整的第二轨迹导致产生所述第一重建体积和所述第二重建体积的增加的可比性程度；以及
其中，针对优化的X射线成像轨迹，所述轨迹适配器被配置为提供所述调整的第二轨迹，以用于在所述X射线成像装置的所述第二位置中获取所述第二序列的X射线图像。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述可比性程度被作为所述第一重建体积和所述第二重建体积的重叠程度来提供。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述重叠程度与所述第一重建体积和所述第二重建体积的空间重叠程度有关。
4.根据权利要求2或3所述的装置，其中，所述重叠程度是为预定的诊断目的提供的。
5.根据权利要求1至4所述的装置，其中，针对所述第一位置信息，所述位置信息接收器被配置为接收第一轨迹及其空间位置；以及所述处理器被配置为基于所述第一轨迹及其空间位置确定产生的所述第一重建体积和所述第一重建体积的所述第一位置信息。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述位置信息接收器被配置为在沿所述第一轨迹获取所述第一序列的X射线图像期间接收所述X射线成像装置的空间信息；以及所述处理器被配置为基于所述空间信息确定所述第一轨迹，并确定产生的所述第一重建体积。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述位置信息接收器被配置为在沿所述第一轨迹获取所述第一序列的X射线图像期间接收由摄像机拍摄的显示所述X射线成像装置的第一图像序列；以及所述处理器被配置为基于所述图像序列确定所述第一轨迹，并确定产生的所述第一重建体积。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述第一位置信息包括在所述X射线成像装置的所述第一位置中与受试者有关的第一空间信息；
其中，所述可比性程度被作为所述第一重建体积和所述第二重建体积的重叠程度来提供；
其中，所述位置信息接收器被配置为接收在所述X射线成像装置的所述第二位置中与受试者有关的第二空间信息；以及
其中，所述处理器被配置为确定相对于所述受试者的所述第一重建体积和所述第二重建体积的所述重叠程度。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述处理器被配置为确定所述可比性程度是否在预定的可比性范围之外；以及
其中，设置重新定位指示器，所述重新定位指示器被配置为指示需要重新定位所述X射线成像装置。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述X射线成像装置的所述第一位置和所述第二位置与所述X射线成像装置相对于所述受试者的布置有关；以及
其中，所述第二位置与所述第一位置不同。
11.一种X射线成像系统(50)，包括：
X射线成像装置(52)，其具有能够沿轨迹移动以获取关注区域的X射线图像序列的X射线源(54)和X射线检测器(56)；以及
根据前述权利要求中的任一项所述的用于优化(58)X射线成像轨迹的装置；
其中，所述X射线成像装置提供受试者的关注区域的所述第一序列的X射线图像；以及
其中，所述轨迹适配器向所述X射线成像装置提供所述调整的第二轨迹，以用于在所述X射线成像装置的所述第二位置中获取所述第二序列的X射线图像。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述X射线成像系统是移动式X射线系统(60)，其具有能够沿地板表面自由地移动的基座(62)；
其中，所述X射线成像装置包括可移动的C型臂(64)，所述X射线源和所述X射线检测器被安装在所述C型臂的相对两端；并且
其中，设置驱动机构，其用于移动所述C型臂以使所述X射线源和所述X射线检测器沿所述调整的第二轨迹移动。
13.根据权利要求11或12所述的系统，其中，设置至少一个光学摄像机(66)，以在沿所述第一轨迹获取所述第一序列的X射线图像期间提供被拍摄的显示所述X射线成像装置的第一图像序列；以及
其中，所述处理器基于所述图像序列确定所述第一轨迹，并确定产生的所述第一重建体积。
14.一种用于优化X射线成像轨迹的方法(100)，包括以下步骤：
接收(102)第一重建体积的第一位置信息，所述第一位置信息基于在X射线成像装置的第一位置中沿第一轨迹获取的受试者的关注区域的第一序列的X射线图像；
接收(104)用于在所述X射线成像装置的第二位置中获取第二序列的X射线图像的计划的第二轨迹；
计算(106)用于所述第二序列的X射线图像的产生的第二重建体积；
确定(108)所述第二重建体积的第二位置信息；
基于所述第一位置信息和所述第二位置信息，确定(110)所述第一重建体积和所述第二重建体积的可比性程度；
计算(112)调整的第二轨迹，所述调整的第二轨迹导致产生所述第一重建体积和所述第二重建体积的增加的可比性程度；以及
给显示器或用户界面(8)，或给轨迹适配器(16)提供(114)所述调整的第二轨迹，以用于在所述X射线成像装置的第二位置中获取所述第二序列的X射线图像，所述轨迹适配器用于将所述调整的第二轨迹提供给所述X射线成像装置并在所述X射线成像装置的第二位置中获取所述第二序列的X射线图像。
15.一种计算机程序，其使处理器能够执行根据权利要求13所述的方法。
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