CN1669527A - 用于校准医疗成像装置的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于校准医疗成像装置的方法和系统。该方法包括：在X射线成像系统(10)内产生(152)校准图像；以及根据校准图像来确定(156)X射线成像系统的图像失真，以便校准X射线成像系统。

Description

用于校准医疗成像装置的方法和系统
技术领域
一般来说，本发明涉及医疗成像系统，更具体来说，涉及用于校准X射线医疗成像装置的方法和系统。
背景技术
诊断医疗成像要求成像设备相对患者的准确定位。另外，还要求对诊断医疗成像设备的适当校准。一些诊断医疗成像系统能够例如从一个房间移动到另一个房间。例如，具有用于移动系统的轮子或其它类似构件的X射线系统是已知的。
X射线诊断医疗成像系统内的失真可能由X射线系统几何结构、如图像增强器的几何结构而引起。这些失真是静态的，可采用例如模型替代已知的校准方法进行校正。这种失真可包括例如由图像增强器的弯曲表面所引起的枕形畸变。此外，这种系统产生的X射线图像的动态失真可能由地磁场和外部磁场与图像增强器内的电子路径交互作用而产生S失真所引起。例如，这些外部失真可能由周围因素所引起，诸如带磁场的结构元件(例如工字钢)、在附近工作的例如磁共振成像(MRI)系统之类的其它诊断医疗成像设备和/或可能导致诊断医疗成像系统周围的磁场变化的其它任何外部源。
对于移动X射线系统，磁场引起的失真的动态性质无法通过静态校准来校正。例如，当把移动X射线诊断医疗成像系统从一个房间移到另一个房间时，影响该系统的不均匀磁场可能变化。
已知的方法提供对诊断医疗成像系统的失真校正。例如，已知屏蔽图像增强器以使失真最小。已知其它方法采用传感器测量磁场并针对图像增强器周围磁场变化进行校正，从而提供主动反馈以使图像增强器周围的地磁场无效。对于固定的系统，已知用于脱机测量磁场并补偿磁场一次的其它方法。
这些用于校准和/或校正失真的已知方法及系统可能具有不希望有的影响或局限。例如，图像增强器中的屏蔽可能部分阻挡被测量的x射线，并导致需要更高的x射线剂量来对患者成像。此外，主动反馈局限于根据所用传感器的数量对均匀或准均匀磁场的变化提供校正。另外，脱机测量无法对相对x射线系统的时变磁场、例如当x射线系统从一个房间移到另一个房间时导致的时变磁场进行校正。
发明内容
在一个示范实施例中，提供一种用于校准X射线成像系统的方法。该方法包括：在X射线成像系统内产生校准图像；以及根据校准图像来确定X射线成像系统的图像失真，以便校准X射线成像系统。
在另一个示范实施例中，提供一种用于确定X射线成像装置内的失真的系统。该系统包括图像增强器内的校准图像源，以便产生用于确定X射线成像装置内的失真的校准图像。
附图说明
图1是根据本发明的一个示范实施例的一种移动C形臂X射线成像系统的侧视图。
图2是用于控制图1所示的C形臂X射线成像系统的控制系统的框图。
图3是根据本发明的一个示范实施例的一种图像增强器的示意说明。
图4是框图，说明图3所示的图像增强器的操作。
图5是示意图，说明根据本发明的一个示范实施例在图像增强器内校准图像的生成。
图6是根据本发明的一个示范实施例、用于校准图像增强器的一种示范方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述用于校准医疗成像系统、特别是X射线成像系统的系统和方法的示范实施例。首先将提供对一个示范医疗成像系统、特别是X射线成像系统的详细描述，然后是对用于校准这类X射线成像系统的图像增强器的方法和系统的各种实施例的详细说明。
图1是一种诊断医疗成像系统的示范实施例，具体来说，是一种移动C形臂X射线成像系统10，与它结合可实现本发明的各种实施例。应当指出，本发明的各种实施例可结合其它类型的医疗成像系统来实现，一般包括受到变化磁场、特别是变化的不均匀磁场的任何类型的医疗成像系统。C形臂X射线成像系统10一般包括C形臂支架12，它具有内圆周14和外圆周16，并终止于相对的上和下末端18、19。在示范实施例中，C形臂支架构件12具有均匀的C形状，但可包括任何弧形构件。此外，也可提供移动X射线成像系统的其它配置(例如支撑臂可定位在患者病床上)。
C形臂支架12通过例如可包括安装在有轮底座24上的支撑臂22的支撑构件20之类的支撑部件保持在悬浮位置。支撑臂22例如利用支撑臂22与C形臂支架12之间的轴承装置(未示出)或者通过支撑臂22本身相对有轮底座24可旋转地安装，提供C形臂支架12围绕侧旋轴30的旋转运动。
有轮底座24使C形臂X射线成像系统10能够例如从第一位置移到第二位置，包括从医院里的第一房间移到第二房间。同样，有轮底座24的轮子用作耦合到支撑构件20的运输部件，用于例如当可能希望将X射线设备从一个房间移到另一个房间时将支撑臂22和C形臂支架12从第一位置移到第二位置。通过有轮底座24提供的C形臂X射线成像系统10的移动性质提供了例如供医院里许多不同病房的患者使用的更多机会。
支撑臂22以可滑动方式安装在C形臂支架12的外圆周16，以及支撑构件20包括例如结构和机械装置之类的部件，使C形臂支架12能够围绕轨道旋转轴26选择性地滑行轨道运动到所选位置。轨道旋转轴26可与C形臂支架12的曲率中心重合以及与侧旋轴30重合。应当理解，滑行轨道运动使C形臂支架12移动通过到支撑臂22的连接件(未示出)的各个滑行点。支撑构件20还包括如机械装置之类的部件，用于使支撑臂22围绕侧旋轴30横向旋转可选的量以到达所选的侧卧位。滑行轨道运动与侧旋的结合使C形臂支架12能够以二维或二度的运动(例如围绕垂直的两个轴)工作。因此，在工作中，C形臂X射线成像系统10配备了C形臂支架12的球形可运动性。例如，滑行轨道运动和侧旋使耦合到C形臂支架12的X射线源32能够移动到C形臂支架12可围绕其运动的假想球的下半球上的实质上任何纬度/经度点。
如X射线诊断领域中一般知道的那样，C形臂X射线成像系统10包括X射线源32和图像接收器34，它们分别安装在C形臂支架12上的相对位置。X射线源32和图像接收器34可共同称作X射线源/图像接收器。如本文更详细所述，图像接收器34可以是图像增强器或者其它光增强构件。C形臂支架12的轨道和侧旋操作使X射线源32和图像接收器34相对处于C形臂支架12的内空间中的患者的宽度和长度能够选择性地定位。明确地说，C形臂X射线成像系统10可包括耦合到控制器38的伺服系统(例如在软件控制下执行机械运动的数字/电/机械系统，它们可使用反馈)。C形臂支架12的滑行轨道运动使X射线源32和图像接收器34沿各自的弧形路径移动。在一个示范实施例中，图像接收器34固定到C形臂支架12的内圆周14，以及X射线源32也可固定到内圆周14上。
应当指出，本文所使用的、以单数陈述且前面带有词“一个”的元件或步骤应该理解为不排除多个元件或步骤，除非明确说明了这种排除。此外，本发明的“一个实施例”的说法不应被解释为排除同样结合了所述特征的其它实施例的存在。
还应当指出，附加或不同的构成部分可作为C形臂X射线成像系统10的一部分来提供。例如，C形臂X射线成像系统10可包括用于在空间36内支撑患者的工作台。在工作中，为了产生患者的图像，C形臂支架12被转动，以便使X射线源32和图像接收器34围绕患者移动。明确地说，C形臂支架12可旋转地耦合到支撑构件20，使得X射线源32和图像接收器34围绕患者或其它待成像对象转动。
如图2所示，C形臂支架12的运动以及X射线源32和图像接收器34的操作由C形臂X射线成像系统10的控制机构52来控制，它可作为控制器38(图1所示)的一部分来提供。控制机构52一般包括：X射线控制器54，向X射线源32提供功率和定时信号；以及电动机控制器56，控制C形臂支架12、X射线源32和图像接收器34的位置。
在一个示范实施例中，作为控制机构52的一部分提供的数据获取系统(DAS)58对来自图像接收器34、如X射线检测器的数据进行抽样，以便进行后续处理。图像处理器/重构器60从DAS 58接收抽样的X射线数据，并执行图像处理/重构。产生的图像作为输入被提供给计算机62，计算机62可将图像存储在大容量存储装置63(例如盘存储器)中。应当指出，本文所用的术语“重构器”包括医疗成像领域已知的重构器以及其它用于处理在扫描中收集的数据的适当过程。
计算机62还经由包括用户输入、例如键盘的控制台64从操作员那里接收命令和扫描参数。一个或多个显示器66允许操作员观察来自计算机62的所得图像和其它数据。操作员提供的命令和参数由计算机62用于向DAS 58、X射线控制器54和电动机控制器56提供控制信号和信息。计算机62还操作工作台电动机监控器68，工作台电动机监控器68可控制例如电动工作台(未示出)相对C形臂X射线成像系统10(图1所示)的位置。
如图3所示，X射线图像增强器80可作为C形臂X射线成像系统10的一部分来提供，更具体来说，被配置为图像接收器，以便提高X射线图像的增强(例如亮度)。X射线图像增强器80包括一般圆柱形的主体，其中具有设置在真空中的外壳82内提供的组件。如图3所示，输入屏幕或窗口84接收例如从患者进入的X射线(由图1所示的X射线源32产生)，并允许X射线暴露于输入磷光体86。输入磷光体86闪烁，可见光子撞击光阴极88，光阴极则发射出电子。电子由电子光学器件90加速并聚焦到输出磷光体92上，输出磷光体92通过输出屏幕或窗口94发光。光提供例如从患者产生并且具有充分大于最初接收的X射线的强度的X射线图案的图像。
具体来说，在一个示范实施例中，输入窗口或屏幕84可由铝或钛的薄片(例如0.25-0.5毫米)构成。输入磷光体86可由淀积在铝衬底上的掺钠CsI组成。中间层(例如小于0.001毫米厚)被汽化到输入磷光体86的内表面，以及光阴极88被淀积到该层上。在工作中，真空密封的外壳82、如图像增强器管采用来自电源91的例如25至35千伏(kV)的电压进行工作，以便对电子加速。电子光学器件90用于使电子聚焦到输出磷光体92上。例如大约10-8至10-7的电流也可被提供，并得到聚焦电子的加速，它产生图像增强。应当指出，图像放大可通过改变电子光学器件90的电极上的电压来实现。输出磷光体92可包含淀积到输出屏幕或窗口94上的ZnCdS Ag。铝薄膜可设置在输出磷光体92的内表面上。输出窗口或屏幕94可包括具有外部防反射层的玻璃窗口(例如15mm厚的窗口)、有色玻璃窗口和光纤窗口。由光通过输出窗口或屏幕94产生的所得图像可通过各种照相机查看。
因此，在工作中，如图4所示，X射线由输入磷光体86转换为光，该光则由光阴极88转换为电子，然后再由电子光学器件90和输出磷光体92转换为增强的光。
本发明的各种实施例动态测量图像增强器失真，并允许对其进行校正。一般来说，如图5所示，校准图像源100设置在X射线图像增强器80内，一般在X射线图像增强器80的更接近输出窗口或屏幕94而不是输入窗口或屏幕84的一端，它在一个示范实施例中为铝元件。校准图像源100产生光学光线102，它向后投射到覆盖在输入磷光体86上的光阴极88，输入磷光体86可以是荧光屏，并使得光阴极88产生电子。电子则由电子光学器件90和输出磷光体92(如图3所示)转换为光，如本文所述。
明确地说，用于动态测量图像增强器失真的一种方法或过程150的一个示范实施例如图6所示。具体来说，在152，校准图像从图像增强器80(如图3所示)内由校准图像源100(如图5所示)产生。校准图像可以是可被识别和/或测量的任何生成图案，例如网格、点、如三角形之类的形状的图案、或者其它可识别和可测量的图案。应当指出，校准图像源100可以是用于产生这种图案的任何适当装置，例如图像增强器80内的激光器。照射光阴极88的光图案产生电子，如本文所述，以及从校准图像产生的输出图像在154被测量。明确地说，输出图像可与在152产生的校准图像进行比较，以便确定图像中的差异、例如失真。例如，如果校准图像为网格，则可测量行的交叉点，例如移位中的量度。因此，例如通过与校准图像源100产生的原始网格相比来测量失真网格，在156进行图像增强器失真的确定。明确地说，测量例如可能由外部不均匀磁场引起的图像增强器失真。然后，可在158例如如已知的那样采用双线性内插或表面内插对所确定的失真进行补偿，以产生无失真的图像。
此后，在160确定是否已经出现导致失真变化的变化，例如，是否要求定期安排的维护，是否已经移动C形臂X射线成像系统10(如图1所示)，是否已经对C形臂X射线成像系统10执行了维护或者其它某个外部源是否可能引起失真(例如另一个房间里的如MRI系统之类的另一个医疗成像系统的工作)。如果没有出现变化，则在162，可采用校准的C形臂X射线成像系统10(如图1所示)来执行X射线扫描。如果确定存在可能导致失真变化的外部源的变化，则在152产生校准图像，此后再进行方法150中的其它操作。
这样，例如，本发明的各种实施例可反复地用于X射线之间或者在诊断医疗成像系统已经移动之后执行，从而补偿外部磁场的变化(例如不均匀磁场)。但是应当指出，本文所述的各种实施例可根据需要经常执行。例如，本文所述的各种实施例可在使用C形臂X射线成像系统10对患者每次扫描之后执行。
本发明的各种实施例可根据需要进行修改。例如，如本文所述的用于产生校准图像的各种构成部分可被修改。例如，图像增强器80内的校准源100可以是例如激光器等光源，其中具有衍射光栅用来产生定义校准图像的图案。在其它实施例中，分布在图像增强器80内部的若干光源可用来产生定义校准图像的图案。在又一些实施例中，图案可通过阻挡泛光灯照明以创建阴影图案来产生。这可通过例如对光阴极88内部涂敷一种不透光但对电子是透明的材料以及采用光源照射X射线图像增强器80的内部来提供。
因此，本发明的各种实施例提供与X射线产生和检测无关的失真测量，并且允许例如测量X射线脉冲之间的图像增强器失真(例如动态测量)。各种实施例允许在任何时间、例如患者处于检查台上时测量图像增强器失真，并且不要求对图像增强器失真的脱机校准。此外，定义校准图像的图案可以是已知图案或所测量的图案。另外，失真测量和校正可应用于来自X射线系统的所有图像。而且，定义校准图像源的图案也不随取向或时间而变化。另外，可内插校正图像图案的两次取样之间的失真校正，以便确定两个校正图像之间对X射线投影采取的更精确的失真校正。因此，来自用于模拟光阴极的图像增强器或者模拟光阴极中图案的其它任何部件内部、没有使用X射线的投影光学图案允许直接测量图像增强器失真。
虽然就各种具体实施例描述了本发明，但本领域的技术人员知道，在权利要求的精神和范围之内，可经过修改来实施本发明。
           零件表
10 移动C形臂X射线成像系统
12 C形臂支撑构件
14 内圆周
16 外圆周
18 上末端
19 下末端
20 支撑构件
22 支撑臂
24 有轮底座
26 轨道旋转轴
30 侧旋轴
32 X射线源
34 图像接收器
36 内部空间
38 控制器
52 控制机构
54 X射线控制器
56 电动机控制器
58 Das(数据获取系统)
60 图像处理器/重构器
62 计算机
63 大容量存储装置
64 控制台
66 显示器
68 工作台电动机监控器
80 X射线图像增强器
82 真空密封外壳
84 输入屏幕或窗口
86 输入磷光体
88 光阴极
90 电子光学器件
91 电源
92 输出磷光体
94 输出屏幕或窗口
100 校准图像源
102 光学光线
150 动态测量图像增强器失真的流程图
152 从图像增强器内产生校准图像
154 测量从校准图像产生的输出图像
156 通过测量与校准图像源产生的原始网格相比的失真网格来确定图像增强器失真
158 补偿所确定的失真
160 确定是否出现了导致失真变化的变化
162 如果没有出现变化，则采用校准后的C形臂X射线成像系统进行X射线扫描

Claims (10)

1.一种用于校准X射线成像系统(10)的方法，所述方法包括：
在X射线成像系统内产生(152)校准图像；以及
根据所述校准图像来确定(156)所述X射线成像系统的图像失真，以便校准所述X射线成像系统。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于还包括采用所述校准图像校准所述X射线成像系统(10)。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于还包括测量(154)根据所述校准图像产生的输出图像以确定所述图像失真。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述产生(152)校准图像的步骤包括产生光图案和非X射线图案其中之一。
5.一种用于确定X射线成像系统(10)中的失真的方法，所述方法包括：
在X射线成像系统的图像增强器(80)内产生(152)光图案；
根据所述光图案比较(154)所述图像增强器产生的输出图案；以及
根据所述比较确定(156)所述输出图案中的失真。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于还包括补偿(158)所述失真。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述图像增强器(80)包括校准图像源(100)，其中具有至少一个用于产生所述光图案的激光源。
8.一种用于确定X射线成像装置(10)内的失真的系统，所述系统包括：
图像增强器(80)内的校准图像源(100)，配置成产生(152)用于确定所述X射线成像装置内的失真的校准图像。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述校准图像包括图案。
10.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述校准图像源被置于所述图像增强器(80)内，一般在所述图像增强器的更接近输出窗口(94)而不是输入窗口(84)的一端，并且一般指向所述输入窗口。
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