技术领域
[0001] 本
发明涉及断层合成，并且具体涉及用于无校准断层合成的
X射线成像系统和用于断层合成重建的方法，以及
计算机程序单元和计算机可读介质。
背景技术
[0002] 断层合成例如用于医学成像。在断层合成中，X射
线束的锥
角可以用于根据多个二维投影计算准三维信息。例如，提供结合平面相对系统到对象运动的X射线源和探测器，但是准确的系统校准对于断层合成重建是必要的。已经表明校准可能是繁重的。US 2008/0186311 A1描述了用于以非校准几何形状进行三维成像的方法和系统。
发明内容
[0003] 然而，仍然需要进一步促进和改善三维图像数据的生成。
[0004] 本发明的目的通过独立
权利要求的主题得以解决；在
从属权利要求中包含了进一步的
实施例。应当注意，本发明的以下描述的方面也适用于：用于无校准断层合成的X射线成像系统、用于断层合成重建的方法，以及计算机程序单元和计算机可读介质。
[0005] 根据本发明，提供了一种用于无校准断层合成的X射线成像系统。所述系统包括成像装置，所述成像装置具有X射线探测器单元和包括多个X射线源的X射线单元。所述系统还包括
图像处理单元、对象接收空间和移动单元，所述移动单元用于提供在所述成像装置与被至少部分地布置在所述对象接收空间中的感兴趣对象之间的相对移动。所述X射线源是以已知的空间关系来提供的；所述X射线探测器单元和所述X射线单元也是以已知的空间探测器-源关系来提供的。所述移动单元提供在所述成像装置与所述感兴趣对象之间的相对移动，以便提供多个系统到对象
位置。所述X射线单元被配置为：针对每个系统到对象位置从多个不同方向向所述感兴趣对象提供X射线
辐射，以便提供具有不同观察方向的多个视图子集。所述处理单元被配置为：针对所述视图子集中的每个视图子集来确定三维几何位置，并且使用每个子集的所确定的几何位置根据所述多个视图子集来计算三维断层合成重建体积。
[0006] 根据本发明，还提供了一种用于断层合成重建的方法。所述方法包括以下步骤：
[0007] a)通过利用多个X射线源从多个不同方向向感兴趣对象提供X射线辐射并利用探测器探测所述X射线辐射来生成多个视图子集。所述多个X射线源以及所述探测器形成成像装置，并且是以已知的空间关系来提供的。针对所述多个视图子集，所述成像装置和所述对象被布置在多个空间布置-对象位置中。
[0008] b)针对所述视图子集中的每个视图子集来确定三维几何位置。
[0009] c)使用每个子集的所确定的几何位置根据所述多个视图子集来计算三维断层合成重建体积。
[0010] 对具有多个X射线源的X射线单元的布置和使用已经提供了三维信息，所述三维信息用于针对视图子集中的每个视图子集计算三维几何位置并且因此用于针对系统-对象位置中的每个系统-对象位置计算三维几何位置。在这方面，视图子集的“几何位置”是这样的子集在公共
坐标系内的3D位置。
[0011] 因此，基于每个子集中的一个或多个视图或图像来提供与后续视图子集或先前视图子集相关的三维几何位置数据，例如，关于X射线投影上的可见结构来确定与后续视图子集或先前视图子集相关的三维几何位置数据。因此，能够计算三维情况，因此提供了所谓的校准替代方案。
[0012] 根据范例，X射线辐射被同时提供给所述探测器的不同部分。
[0013] 这引起在相同时间点处采集多个X射线视图和相应的图像数据。
[0014] 根据范例，额外地或备选地，X射线辐射被连续提供给所述探测器的相同部分。
[0015] 针对相同的空间布置，逐步提供来自多个X射线源的X射线辐射允许利用更大的探测器表面。然而，在这种情况下，
图像采集速度由各个探测器部分的读出时间来确定。
[0016] 根据范例，所述辐射被提供给多个探测器。
[0017] 根据范例，所述移动单元被配置为提供在对象与所述成像装置之间的线性相对移动。例如，将成像装置沿着相对于对象的线性路径移动，将线性路径与感兴趣解剖结构(例如，在外周
血管造影术中的人腿)对齐。
[0018] 例如，所述对象驻留于其上的患者台或
支撑件可以被配置为执行相对于所述成像装置的线性移动。备选地或额外地，成像装置本身沿着细长对象移动。
[0019] 在该范例中，三维断层合成重建体积引起细长对象的所谓的“长视图”断层合成图像。
[0020] 备选地，基于要执行的检查，可以考虑不同形状的移动路径，例如，圆形路径或根据感兴趣解剖结构弯曲的路径。
[0021] 根据范例，关于上述方法，步骤b)中的所述确定基于视图中的界标的三维位置。可以在不同子集的一个或多个视图中识别界标，然后可以基于在这些子集中的每个子集中识别出的界标来执行对不同子集的配准。例如，当邻近的系统-对象位置中的视场具有足够的重叠时，在一个视图子集中可识别的界标通常在后续子集或先前子集中通常也是可识别的。
[0022] 根据另一范例，步骤b)中的所述确定基于局部三维体积，所述局部三维体积基于三维配准(尤其是3D-3D配准)而彼此配准。例如，根据各个视图子集来重建局部3D体积。
[0023] 在这两种选择(其也可以组合)中，对几何位置的确定基于图像内容(即，界标)或者基于从配准连续图像数据集中检索的信息。
[0024] 根据范例，多个后续子集中的每个子集被配准到相应的先前子集，以便提供互相关的三维图像数据以用于所述断层合成重建。
[0025] 根据一个方面，系统到对象位置的几何校准基于界标或者基于局部
三维重建。界标可以是解剖界标(骨骼结构)或台子的部分，而局部三维重建是根据视图子集生成的。根据在时间上平行采集的视图子集来确定几何位置，并且在随后的断层合成重建中使用几何形状。
[0026] 参考下文描述的实施例，本发明的这些方面和其他方面将变得明显并且得到阐明。
附图说明
[0027] 下面将参考以下附图描述本发明的示例性实施例：
[0028] 图1示出了用于无校准断层合成的X射线成像系统的范例的示意性设置；
[0029] 图2示出了用于断层合成重建的方法的范例；
[0030] 图3示出了实现的三维X射线图像数据的范例；
[0031] 图4示出了X射线成像系统的另外的示例性设置；并且
[0032] 图5示出了X射线成像系统的设置的另外的范例。
具体实施方式
[0033] 图1示出了用于无校准断层合成的X射线成像系统10。该系统包括成像装置12，成像装置12具有X射线探测器单元14和包括多个X射线源18的X射线单元16。另外，提供了图像处理单元20。另外，提供了由椭圆形线指示的对象接收空间22。另外，移动单元24被布置用于提供在成像装置与被至少部分地布置在对象接收空间中的感兴趣对象之间的相对移动。相对移动由双箭头26指示。例如，移动单元包括用于接收感兴趣的对象的支撑台或支撑面。
支撑面或患者台能相对于成像装置12移动。在另一范例中，对象接收装置是固定的，并且成像装置12被提供成可移动的。在另外的范例中，成像装置12和对象接收面或对象支撑面相对于彼此能相互移动。
[0034] X射线源是以已知的空间关系来提供的，并且X射线探测器单元14和X射线单元16也是以已知的空间探测器-源关系来提供的。移动单元24提供在感兴趣对象与成像装置12之间的相对移动，以便提供例如沿着移动方向26
定位的多个系统到对象位置。
[0035] X射线单元16被配置为：针对每个系统到对象位置从多个不同方向提供感兴趣对象的X射线辐射，以便提供具有不同观察方向的多个视图子集。在图1中，用虚线箭头线28指示各个视图及其不同的观察方向。处理单元20被配置为基于视图子集来确定对象相对于成像装置12的位置，并且针对视图子集的每个视图计算三维几何位置，并且根据多个视图子集来计算三维断层合成重建体积。
[0036] 作为一种选择，可以提供显示单元30以便显示重建的图像体积信息。
[0037] 在范例中，X射线单元被配置为以单个空间探测器-源关系位置从多个不同方向向感兴趣对象提供辐射，以便提供与不同观察方向28有关的X射线图像数据。
[0038] 多个X射线源也被称为多源。该系统被提供为多源X射线系统。
[0039] 在范例中，断层合成涉及长视图断层合成，其中，使用断层合成
算法来重建细长体积。该细长体积可以例如对应于人体的肢体，例如，腿。
[0040] 图2示出了用于断层合成重建的方法100。该方法包括以下步骤：
[0041] -在第一步骤102(也被称为步骤a))中，通过利用多个X射线源从多个不同方向向感兴趣对象提供X射线辐射来生成多个视图子集，并且利用探测器来探测X射线辐射。多个X射线源以及探测器形成成像装置并且是以已知的空间关系来提供的。对于多个视图子集，成像装置和对象被布置在多个空间布置-对象位置中。
[0042] -在任选的第二步骤104中，基于视图子集来确定对象相对于成像装置的位置。
[0043] -在第三步骤106(也被称为步骤b)中，针对视图子集中的每个视图子集来确定三维几何位置。
[0044] -在第四步骤108(也被称为步骤c)中，使用针对每个子集所确定的几何重建根据多个视图子集来计算三维断层合成重建体积。
[0045] 针对视图子集，利用多个X射线源从多个不同方向向对象提供X射线辐射。例如，针对第一视图子集，成像装置和对象被布置在第一空间位置中，并且针对另外的(例如，第二)视图子集，成像装置和对象被布置在另外的(例如，第二)空间位置中。对象可以例如是人体的肢体，例如，腿，并且可以例如沿着与感兴趣解剖结构对齐的线性路径来提供不同的空间系统-对象位置。
[0046] 在范例中，在步骤a)中，所提供的X射线辐射形成多个X射线投影。
[0047] 在另外的范例中，步骤b)中的所述确定基于图像中的界标的三维位置。
[0048] 术语“界标”涉及可见结构，例如，具有高
对比度的结构，其能够在投影中被探测到，例如，组织中的骨骼、组织到空气边界或骨骼到组织边界。另外，
植入物、
假体、
导管等也能够用作界标，只要它们在采集期间保持其空间位置即可。另外，结构的极值点也能够用作用于确定的界标。
[0049] 在另外的范例(未进一步示出)中，步骤b)中的所述确定基于根据三维配准彼此配准的局部3D体积。每个局部3D体积可以例如根据单个视图子集来重建，因此每个局部3D体积可以对应于系统-对象位置。
[0050] 在范例中，三维配准被提供为3D-3D配准。
[0051] 在范例中，断层合成重建被提供为无校准过程。
[0052] 在另外的范例中，多个后续子集中的每个子集被配准到相应的先前子集，以便提供互相关的三维图像数据以用于断层合成重建，例如，在外周血管造影术中对患者肢体的长视图断层合成重建。
[0053] 在另外的范例中，针对每个子集，在时间上平行提供多个X射线投影(即，子集内的视图的至少部分)。优选地，针对在时间上平行采集的投影，通过多个不同的探测器区来探测X射线辐射。换句话说，对象同时被投影到探测器的多个不同区。
[0054] 在另外的范例中，针对每个子集，将多个X射线投影(即，子集内的视图的至少部分)提供为连续投影，并且相应地提供探测器的连续读出结果。在这种情况下，例如，整个探测器表面可以用作针对每个连续视图的单个部分或区。
[0055] 在范例中，提供了非常快速的连续投影序列。例如，序列由最快的可能读出时间来确定。
[0056] 在另外的范例中，组合了如上所述的同时探测和连续探测。
[0057] 在图3中，示出了图像200，该图像是根据断层合成图像数据生成的。作为范例，该图像示出了患者的下肢结构，例如示出了两条腿，相应的骨结构202和周围的组织结构204是可见的。
[0058] 为了实现用于断层合成重建的各自必要的X射线投影数据，可以提供具有多个X射线源的X射线多
块。
[0059] 例如，图4示出了第一装置，其在患者台302下方具有X射线多块300。作为范例，在患者台302上方，患者304被提供为感兴趣对象。X射线多块300包括生成多条X射线束308的多个X射线源306。X射线束辐照感兴趣区域中的感兴趣对象(其用圆形线310指示)。因此，多条X射线束308通过该感兴趣区域310，然后到达探测器312以用于读出目的。例如，X射线束在不同区处撞击X射线探测器312，从而提供针对不同视图集合的不同图像信息。
[0060] 例如，图4中示出的范例可以包括在时间上平行的投影采集，即，X射线束同时撞击X射线探测器，然后读出各个部分。
[0061] 图5示出了另外的范例，其中，在患者台或患者支撑件402下方提供X射线多块400。以类似的方式提供感兴趣对象404。X射线多块400包括多个X射线源406，并且生成通过对象的感兴趣区域410的相应的多条X射线束408。提供探测器412以探测X射线辐射并提供用于如上所述的进一步处理的数据。
[0062] 在另外的范例中，例如，如图5所示，尽可能快地以连续方式提供多条X射线束。
[0063] 针对这两个范例，针对相同或几乎相同的时间点提供与不同观察方向有关的X射线图像信息。因此，作为配准，可以使用3D界标位置或连续3D投影的配准以执行3D-3D配准。
[0064] 在范例中，提供至少三个X射线源，例如，三到五个X射线源，或者多于五个X射线源。
[0065] 除了所示的范例以外，还可以提供的是：辐射被连续地提供给相同的探测器部分，或者被同时提供给不同的探测器部分。在范例(未进一步示出)中，辐射被提供给多个探测器。
[0066] 如上所述，例如支撑在患者台中的移动单元被配置为提供在对象与成像装置之间的线性相对移动。
[0067] 在另外的范例中，沿着与解剖结构对准的移动路径来提供对象与成像装置之间的移动，例如，主动脉或腿部的骨骼结构。
[0068] 在另外的范例中，利用浮动台将对象与成像装置之间的运动提供为圆形移动。
[0069] 在本发明的另一示例性实施例中，提供了计算机程序或计算机程序单元，其特征在于，其适于在适当的系统上运行根据前述实施例之一所述的方法的方法步骤。
[0070] 因此，计算机程序单元可以被存储在计算机单元中，所述计算机程序单元也可以是本发明的实施例的部分。该计算单元可以适于执行或引发对上述方法的步骤的执行。此外，该计算单元可以适于操作上述装置的部件。该计算单元能够适于自动操作和/或运行用户的命令。计算机程序可以被加载到
数据处理器的工作
存储器中。因此，可以装备数据处理器来执行本发明的方法。
[0071] 本发明的该示范性实施例
覆盖从一开始就使用本发明的计算机程序，以及借助于将现有程序更新转换为使用本发明的程序的计算机程序二者。
[0072] 另外，计算机程序单元可以能够提供所有必要步骤以完成如上所述的方法的示范性实施例的流程。
[0073] 根据本发明的另外的示范性实施例，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被存储于所述计算机可读介质上的计算机程序单元，所述计算机程序单元由前面的章节所描述。
[0074] 计算机程序可以被存储和/或被分布在合适的介质上，例如，与其他
硬件一起或作为其他硬件的部分供应的光学存储介质或固态介质，但是也可以以其他形式被分布，例如，经由互联网或其他有线或无线的电信系统被分布。
[0075] 然而，计算机程序也可以被呈现在网络上，如
万维网，并且能够从这样的网络被下载到数据处理器的工作存储器中。根据本发明的另外的示范性实施例，提供了用于使计算机程序单元可用于下载的介质，所述计算机程序单元被布置为执行根据本发明的先前描述的实施例中的一个所述的方法。
[0076] 必须注意，本发明的实施例是参考不同主题来描述的。尤其地，一些实施例是参考方法型权利要求来描述的，而其他实施例是参考装置型权利要求来描述的。然而，除非另有说明，本领域技术人员将从以上和以下的描述中推断出，除属于一种类型的主题的特征的任意组合之外，涉及不同主题的特征之间的任意组合也被认为在本
申请中被公开。然而，所有的特征都能够被组合来提供多于特征的简单加合的协同效应。
[0077] 尽管已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是图示性或示范性的，而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践
请求保护的发明时能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。
[0078] 在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“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。尽管某些措施被记载在互不相同的从属权利要求中，但是这并不指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都不应被解释为对范围的限制。
