CN1938729A - 用于3D x射线成像的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

用于对象的3D x射线成像的装置，其包括：具有x射线源和x射线图像探测器的系统，所述x射线源和x射线探测器相对于对象都是可调整的，以便在使用中获得对象的2D图像的至少一个系列；以及处理器，其被连接到所述探测器以用于计算从所述2D图像的系列导出的对象的3D图像，由此所述系统在不同的强度水平工作，以至少在低强度水平获得2D图像的第一系列和在高强度水平获得2D图像的第二系列，以及所述低强度水平在一个点被预定以基本避免x射线图像探测器的饱和，以及由此所述处理器被布置成在计算3D图像之前融合来自2D图像的第一系列的图像与来自2D图像的第二系列的相应图像。

Description

用于3Dx射线成像的装置和方法
本发明涉及一种用于对象的3Dx射线成像的装置，该装置包括：具有x射线源和x射线图像探测器的系统，所述x射线源和x射线图像探测器相对于对象都是可调整的，以便在使用中获得对象的2D图像的至少一个系列；以及处理器，其被连接到所述探测器以用于计算从所述2D图像的系列中导出的对象的3D图像。
这样的装置可从美国专利no.5,852,646中得知。
该已知装置利用了x射线源和x射线图像拾取设备所附着的C形臂。C形臂可以沿着(半)圆形路径移动到多个暴露(exposure)位置，以便从沿着所述(半)圆形路径的不同透视形成二维x射线图像的系列。
通常该已知装置包括存储单元，其被连接到处理器以用于存储和检索在C形臂的运动期间所采集的受检查对象的2D图像。
该已知装置的问题涉及x射线图像探测器的有限对比度分辨率。通常所述对比度分辨率被限制在大约10比特。
特别是在打算根据从不同角度的投影产生的2D图像重建3D图像时，需要图像探测器具有较高的对比度分辨率，其至少要高十倍。特别是在低对比度成像(也被称为“软组织成像”)的情况下，需要该高对比度分辨率以能够察觉足够的对比度细节，而不会出现图像的特定部分的不适当饱和。
然而，迄今为止，仅仅例如填充造影剂的血管和骨的高对比度成像是已知的，其中软组织尤其由于刚刚提到的饱和问题而不能被识别。
因此，本发明的目的是能够提供与现有技术相比具有扩展的对比度分辨率的3D图像。
为此，根据本发明的装置的特征在于，所述系统在不同的强度水平工作，以至少在低强度水平获得2D图像的第一系列和在高强度水平获得2D图像的第二系列，以及所述低强度水平在一个点被预定以基本避免x射线图像探测器的饱和，并且所述处理器被布置成在计算3D图像之前融合(merge)来自2D图像的第一系列的图像与来自2D图像的第二系列的相应图像。
与根据现有技术的装置的已知10比特相比，利用本发明的装置例如可以将x射线图像探测器的对比度分辨率大大增强到实际上14比特。也可以利用根据本发明的装置，从而仅仅使用常规的x射线图像探测器例如图像增强器，获得所需对比度分辨率的3D图像。
根据本发明的装置的另一益处在于，有可能仅仅在暴露于受检查患者的辐射的水平适度增加的情况下进行数据采集。
当然可以在高强度水平之前获得低强度水平，反之亦然。关于本申请，“低”和“高”应当被理解成相对于彼此。
有利地，在预定阈值以上的2D图像的第二系列的图像像素由来自2D图像的第一系列的相应图像像素来取代，并且由此融合的2D图像随后被用于计算3D图像。该操作可以容易地被执行并且不需要很多的计算工作量，然而却可以在整个动态范围上采集具有足够线性的结果图像。
有益地，在预定水平执行2D图像的第二系列的阈值处理，所述预定水平对于2D图像的相邻像素稍有不同。这提高了结果图像的质量，并且避免了重建图像中不希望有的伪影，该伪影是由于与阈值的另外固定水平有关的图像的处理而产生的。
在已知装置中，x射线图像探测器包括图像增强器以及之后紧跟着CCD或摄像管的光阑。在该装置中，可能的实施例的特征在于，所述光阑在对应于2D图像的低强度水平和高强度水平的设置之间切换。
然而，在另一个优选的实施例中已知装置的特征在于，x射线源在对应于2D图像的低强度水平和高强度水平的不同暴露水平下操作。这限制了受检查患者的暴露水平。
在本发明的另一方面，所述装置的特征在于，在相互错开(excluding)的时帧收集2D图像的第一系列和2D图像的第二系列。这允许选择图像，以使第一系列和第二系列的各个图像共用相同的几何参数。于是易于执行第一系列和第二系列的图像的融合。
在本发明的又一方面，所述装置的特征在于，交替地收集来自2D图像的第一系列和2D图像的第二系列的后续图像。这允许2D图像的第一系列和第二系列的图像的所谓的交替收集，从而导致后续图像的几何参数的微小位移。当融合这些图像时，需要图像的插值来补救几何参数的差异。然而，优点在于图像的第一系列和第二系列的图像收集可以在单次操作中被执行。在数据收集期间与患者的运动相关的问题也不太重要。
特别是在刚刚提到的实施例中，有利的是x射线图像探测器是平板(flat)探测器成像设备。这样的平板探测器成像设备允许在高水平强度和低水平强度的数据收集之间的快速切换。这样的平板探测器成像设备例如可从以下文章中得知：J.Fajadet等人的Innovations inflat-detector cardiac angiography，published in MedicaMundi，47/2，August 2003，pages 56-60。
本发明也体现为一种通过收集对象的2Dx射线图像的至少一个系列来采集对象的3D图像的方法，其中所述图像从不同的角度被拍摄，并且2D图像被处理成3D图像。
根据本发明的方法的特征在于，在低强度水平采集2D图像的第一系列，以及在高强度水平采集2D图像的第二系列，以及所述低强度水平在一个点被预定以基本避免x射线图像探测器的饱和，并且其中在2D图像被处理成3D图像之前融合来自2D图像的第一系列的图像与来自2D图像的第二系列的相应图像。
优选地，在该方法中以及在2D图像被处理成3D图像之前，在预定阈值以上的图像的第二系列的图像像素由图像的第一系列的相应图像像素来取代。
此外，在本发明的方法中优选的是，在预定水平执行2D图像的第二系列的阈值处理，所述预定水平对于2D图像的相邻像素稍有不同。
本发明进一步体现为一种用于如上所述的装置的处理器的计算机程序，所述计算机程序被设置成执行刚刚提到的方法。
本发明也体现为一种具有这样的计算机程序的数据载体。
现在将参考附图进一步解释本发明，所述附图以单幅图中示出了根据本发明的非限定性典型实施例的装置。
在图1中，参考数字1表示根据本发明的装置，其中利用了C形臂10，该C形臂被安装在支架11上，并且可以如由箭头20所示围绕其中心旋转大约210°。C形臂10具有x射线源12以及x射线图像探测器13，并且打算从正在接受检查并躺在处于固定位置的台4上的患者3采集图像。
为了收集图像系列，C形臂20沿着由箭头20指示的方向运动。为了指示它，附图也用阴影线示出了x射线源12和x射线图像探测器13的两个位置。
装置1的不同部件由控制单元17控制，并且当C形臂10在运动时，由设备14进行数据收集，该设备14将来自x射线图像探测器13的信息数字化。x射线探测器13可以是如本领域中已知的图像增强器。然而，x射线探测器13和数字化器14可以被组合在直接提供数字化图像的所谓的平板探测器中。这样的平板探测器可从早先提到的在MedicaMundi，47/2，August 2003，pages 56-60中的文章得知。
用于从收集的2D图像导出3D图像的处理器16与存储器15连接，由数字化器14提供的数据可以存储在所述存储器中。
为了采集能够显示软组织和硬骨的对比度细节的足够对比度分辨率的3D图像，本发明的装置利用不同的强度水平来获得2D图像的第一系列Ai-1-Ai+2和在第二强度水平获得2D图像的第二系列Bi-1-Bi+2。通常这两个系列在它们被收集之后都被存储在存储器15中。
系列Ai-1-Ai+2的第一强度水平低于系列Bi-1-Bi+2的第二水平。
在一个点预定了收集2D图像的第一系列Ai-1-Ai+2所处的水平，以基本避免x射线图像探测器13的饱和。
通常视频显示单元18所连接的处理器16被布置成在计算3D图像之前融合来自2D图像的第一系列Ai-1-Ai+2的图像和来自2D图像的第二系列Bi-1-Bi+2的相应图像，所述3D图像打算显示在可视显示单元18上。
优选地，通过用来自2D图像的第一系列Ai-1-Ai+2的相应图像像素代替在预定阈值以上的2D图像的第二系列Bi-1-Bi+2的图像像素，执行2D图像的第一系列Ai-1-Ai+2与来自2D图像的第二系列Bi-1-Bi+2的相应图像的融合。由此融合的2D图像然后可以有效地用于计算3D图像。
在该装置中优选的是，在预定水平执行2D图像的第二系列Bi-1-Bi+2的阈值处理，所述预定水平对于2D图像的相邻像素稍有不同。
通常，x射线图像探测器13可以体现为图像增强器，之后紧跟着光阑和CCD或摄像管以采集数字图像。为了在不同的强度水平操作装置1，光阑于是可以在对应于所采集的2D图像的第一强度水平和第二强度水平的设置之间切换。
然而，有利地，x射线源12在对应于2D图像的所述第一强度水平和所述第二强度水平的不同暴露水平下工作，以便限制受检查患者3的辐射暴露。
可以在相互错开的时帧即彼此紧跟着采集2D图像的第一系列Ai-1-Ai+2和2D图像的第二系列Bi-1-Bi+2。这两个系列于是包括共用相同几何位置的图像，所述图像在该几何位置被收集。于是可以容易地执行这两个系列的融合。
在另一实施例中优选的是，与2D图像的第二系列Bi-1-Bi+2交替地收集来自2D图像的第一系列Ai-1-Ai+2的后续图像。这两个系列的后续图像于是对于受检查患者3的运动不太敏感。然而需要校正不同的几何位置，在所述几何位置中图像的各自系列被收集。

Claims (13)

1.用于对象的3Dx射线成像的装置，包括：具有x射线源和x射线图像探测器的系统，所述x射线源和x射线图像探测器相对于对象都是可调整的，以便在使用中获得对象的2D图像的至少一个系列；以及处理器，其被连接到所述探测器以用于计算从所述2D图像的系列导出的对象的3D图像，其特征在于，所述系统在不同的强度水平工作，以至少在低强度水平获得2D图像的第一系列和在高强度水平获得2D图像的第二系列，所述低强度水平在一个点被预定以基本避免x射线图像探测器的饱和，以及所述处理器被布置成在计算3D图像之前融合来自2D图像的第一系列的图像与来自2D图像的第二系列的相应图像。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在预定阈值以上的2D图像的第二系列的图像像素由来自2D图像的第一系列的相应图像像素来取代，并且由此融合的2D图像随后用于计算3D图像。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，在预定水平执行2D图像的第二系列的阈值处理，所述预定水平对于2D图像的相邻像素稍有不同。
4.根据权利要求1-3中任何一项所述的装置，其中x射线图像探测器包括图像增强器、以及之后紧跟着CCD或摄像管的光阑，其特征在于，所述光阑在对应于2D图像的低强度水平和高强度水平的设置之间切换。
5.根据权利要求1-3中任何一项所述的装置，其特征在于，x射线源在对应于2D图像的低强度水平和高强度水平的不同暴露水平下操作。
6.根据前述权利要求中任何一项所述的装置，其特征在于，在相互错开的时帧采集2D图像的第一系列和2D图像的第二系列。
7.根据权利要求1-5中任何一项所述的装置，其特征在于，交替地收集来自2D图像的第一系列和2D图像的第二系列的后续图像。
8.根据前述权利要求中任何一项所述的装置，其特征在于，x射线图像探测器是平板探测器成像设备。
9.通过收集对象的2Dx射线图像的至少一个系列来采集对象的3D图像的方法，其中所述图像从不同的角度被拍摄，并且2D图像被处理成3D图像，其特征在于，在低强度水平采集2D图像的第一系列，以及在高强度水平采集2D图像的第二系列，所述低强度水平在一个点被预定以基本避免x射线图像探测器的饱和，其中在2D图像被处理成3D图像之前融合来自2D图像的第一系列的图像与来自2D图像的第二系列的相应图像。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在2D图像被处理成3D图像之前，在预定阈值以上的图像的第二系列的图像像素由图像的第一系列的相应图像像素来取代。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，在预定水平执行2D图像的第二系列的阈值处理，所述预定水平对于2D图像的相邻像素稍有不同。
12.具有用于通过收集对象的2Dx射线图像的至少一个系列来采集对象的3D图像的指令的计算机程序，其中所述图像从不同的角度被拍摄，并且2D图像被处理成3D图像，以及其中在低强度水平采集2D图像的第一系列，在高强度水平采集2D图像的第二系列，所述低强度水平在一个点被预定以基本避免x射线图像探测器的饱和，以及其中在2D图像被处理成3D图像之前融合来自2D图像的第一系列的图像与来自2D图像的第二系列的相应图像。
13.具有计算机程序的数据载体，所述计算机程序具有用于通过收集对象的2Dx射线图像的至少一个系列来采集对象的3D图像的指令，其中所述图像从不同的角度被拍摄，并且2D图像被处理成3D图像，以及其中在低强度水平采集2D图像的第一系列，在高强度水平采集2D图像的第二系列，所述低强度水平在一个点被预定以基本避免x射线图像探测器的饱和，以及其中在2D图像被处理成3D图像之前融合来自2D图像的第一系列的图像与来自2D图像的第二系列的相应图像。
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