CN107809954B - 计算机断层切片图像相对于要被成像的对象的深度位置的显示 - Google Patents

Abstract

通过在计算机断层成像方法中利用给定设置应用重建算法而生成获得的切片的深度位置的视觉指示，在对象上（例如在患者的侧面上）或与患者关系密切地示出该显示。

Description

计算机断层切片图像相对于要被成像的对象的深度位置的 显示

技术领域

本发明涉及诸如断层合成成像方法之类的计算机断层成像方法。

背景技术

数字断层合成是一种射线照相成像技术，其包括通过利用从不同方向发射的锥形x射线射束辐照患者或对象并借助于诸如直接射线照相检测器之类的辐射检测器检测x射线投影图像来获取X射线投影图像（也被称为x射线投影），以及生成这些投影图像的数字表示的第一步骤。通常围绕患者或对象将x射线源在受限角度（例如15到60度）上移动，并且执行有限次数的分立曝光，通常30到45次曝光。

该方法包括第二步骤，在其中根据这些投影图像来计算在被检查的患者或对象体内不同深度处的切片图像。通过将重建算法应用于所获取的投影图像来计算该切片图像。

用于断层合成的重建算法求解逆问题，该逆问题可以被写成：

在这里A表示投影算子，x是对象或患者的x射线衰减系数的矢量化表示并且p是测得的数据或投影图像。在存在噪声的情况下，不能准确地求解（1）并且因此将重建算法设计成求解以下问题：

在这里ε是取决于系统中的噪声的常数。

对于断层合成来说，通常利用平板检测器来获取投影图像p，该平板检测器具有比大多数CT扫描仪更高的分辨率，从而导致高的重建平面内分辨率。然而，归因于从其进行曝光的受限角度，这个问题通常在垂直于检测器的方向上不明确。这导致受限的深度分辨率。

存在解析地（例如FDK、滤波反投影、…）或迭代地(例如最大似然期望最大化、代数重建方法（诸如SIRT、SART等等）)求解（1）或（2）的不同重建算法。还可以利用正则化来扩展逆问题（2）并且将其写成：

在这里λ是权重因子并且L是将先验知识合并到该问题中的成本函数。对于医疗图像的这样的先验知识的一个示例是图像是分段常数且因此L将x的全变差最小化的假设。

一旦获取表示投影图像的数字数据，就可以从相同的获取重建处于不同深度且不同厚度的一系列切片。

因为断层合成是一种计算机成像技术，所以在所获取的投影图像和从应用于该组投影图像的计算得到的切片图像之间不存在直接的可解释对应。因此医师或放射科医生难以预先判断计算的结果将是什么。更具体地，很难预先判断利用该组x射线源设置以及重建算法的输入设置来获取投影图像是否将导致把放射科医生或医师设想获得的信息给予他们的切片图像。

更具体地，难以预先判断切片图像相对于患者的深度位置是否足以使放射科医生或医师执行某些器官或身体部位的具体检查。

已经关于断层合成描述了这个问题，但是它同样适用于其他的计算机断层技术，其中有锥射束计算机断层成像术，分层成像术等。

因此本发明的方面克服了上述问题。

发明内容

通过具有权利要求1中阐述的具体方法步骤的方法实现了上面提到的方面。

在从属权利要求中阐述了本发明的优选实施例的具体要素。

本发明的有利之处在于，本发明为医师或放射科医生提供了关于切片相对于患者的深度位置的反馈。

因为断层成像是一种基于投影图像的处理的计算机成像方法，所以不存在关于切片图像的位置的直接反馈，这最终将通过成像和重建方法来获得。

因此，很可能是用某些设置计算的切片图像的位置没有提供用于协助检查的最佳结果。

在用户(放射科医生、医师、…)寻找切片的最佳位置的过程中，本发明向他们提供帮助以便获得其位置与放射科医生或医师设想要检查的身体的内部部位的位置最佳对应的一组切片图像。

在切片图像的位置不令人满意的情况下，重建算法的参数可以被适配成使得结果得到的切片图像的位置与期望位置更好地对应（与他想要检查的身体的器官或内部部位的位置更好地对应）。

根据下面的描述和图，本发明的其他优点和实施例将变得显而易见。

附图说明

图1总体图示断层合成成像过程；

图2图示断层合成图像切片在患者上的位置的显示；

图3示出断层合成切片在位于患者旁边与患者具有已知位置关系的尺子上的位置；

图4示出在其上示出断层合成切片相对于患者的位置的显示设备的显示屏。

具体实施方式

图1总体图示断层合成成像程序。该图示出可以沿着预定义的路径从第一位置102移动到第二位置103的x射线源。源在断层合成中的移动的角度范围是受限的，旋转角通常围绕患者在15°和60°之间，在许多情况下其在30°和45°之间（然而在常规计算机断层成像术中围绕患者的旋转角是360°）。源在有限数目的位置发射的X射线指向位于支撑台106上的x射线检查室中的患者100。

在患者后面提供诸如直接射线照相检测器之类的辐射检测器，以使得检测到达患者且其强度由患者的身体来调节的x射线并且将其转换成电信号表示。

在断层合成成像方法中，用辐射检测器101来检测在第一位置102和第二位置103之间的一些分立位置发射的辐射并且将其转换成所谓的数字投影图像。

将重建算法应用于利用以不同角度定位的x射线源而生成的投影图像。

用于断层合成成像的若干重建算法是已知的。其中有迭代代数重建技术、基于最大似然的重建等。

借助于该重建算法来计算一些所谓的切片图像，它们表示被检查的身体在不同深度的x射线图像（在垂直于被检查身体主要位于的x,y平面的z方向上定义深度）。

图1示意性地示出这样的切片图像。切片图像是基本上平行于检测器平面的平行平面中的图像。在图1中示出许多切片，切片200是第一重建切片（从x射线源位置来看最低的深度）并且切片201是最近重建的切片（从x射线源位置来看最大的深度）。

从通过借助于由辐射源在相对于患者的不同角度发射的x射线（利用在不同位置的x射线源）辐照患者获得的一组投影图像并且借助于直接射线照相检测器101检测这些投影图像开始，可以应用重建算法来计算在被检查的患者的身体内的设想深度处的一组许多切片。

为了该目的，该系统包括控制器/处理器107，其接收表示由不同分立辐照步骤获得投影图像的数据作为输入。

另外向该重建算法馈送关于当对患者进行辐照时定位x射线源的曝光角的数据，投影距离是辐射源和辐射检测器101之间的距离。

依据放射科医生感兴趣的患者内部的位置，在特定深度处的切片图像将比其他深度处的切片图像更令人感兴趣。

如将进一步描述的，本发明的有利之处在于它向放射科医生提供了切片图像相对于患者的位置的指示。

图2示出与图1中的设置相似的设置。此外，控制器/处理器107的输出端被耦合至用于投射切片的位置的视觉指示的装置，例如激光投影仪104（或者投束器（beamer）或者另一类型的光投射设备）。

根据本发明，该控制器/处理器107被布置成计算与某些设置（诸如曝光角、投影距离、设想的切片数目和切片厚度）相对应的切片在z方向上的位置（切片图像的位置的深度）。

切片厚度是一个参数，可以将针对该参数的值输入至处理器107。备选地，可以输入上面和下面切片的位置以及设想的切片数目并且可以从这些值推断出切片厚度。

将所计算的深度位置数据馈送至投影仪104（例如激光投影仪），其将指示该组切片图像中的每一个的深度的许多水平线投射在患者的侧面上。通过概念‘侧面’意指垂直于在位置102和位置103之间中在不同角位置由x射线辐照的那侧的一侧。

投影仪104可以是激光投影仪。然而，可以设想用于将切片的深度位置的视觉指示投射在患者上的其他装置。其他适当装置的示例是投束器、…。

在图2中所图示的实施例中，不同切片的位置被图示为水平实线。可以设想备选方案，诸如一个或多个点、…。

在又一实施例中，切片可以被编号或命名，并且这样的号码或名称可以被投射到患者的身体上。

在一个实施例中，示出所有所计算的切片的深度位置。备选地，仅示出所计算的切片中的一些的位置（例如上面和最底下切片（上面是z方向上的顶切片，最底下是位于患者的身体内的最大深度处的切片））也是可能的。

在又一元件中，不同的所计算的切片的位置被示出为连续投射的一系列指示（例如水平线）。

在另一实施例中，没有将所计算的切片的位置投射到患者自己的身体上而是投射在与患者体内的深度方向保持固定关系的装置上。

图3示出这样的备选方案。该图示出与图1和图2的设置相似的设置，然而在该图中示出尺子401，其定位为平行于z方向邻近患者。

投射装置104被布置成发射光以使得不同切片的位置被投射在尺子401上。

除了切片的位置在患者上或在邻近患者且与患者有固定关系的装置上的显示之外，切片相对于患者的身体的位置还可以被显示在连接至控制器/处理器107的显示设备的屏幕上。

备选地，另外可以将切片的位置显示在覆盖于例如借助于一组深度相机获取的对象的显示或对象的显示模型或对象的3D显示上的显示设备上。仍可以设想备选实施例。

除了显示将通过利用输入至重建算法的设置来应用该算法而获得的切片中的每一个或至少一些的位置之外，还可以显示患者在当前断层合成检查期间接收到的剂量分布。例如可以借助于对应于不同剂量水平的变化的颜色来指示该剂量分布。该剂量分布可以被显示在耦合至控制器/处理器且从控制器/处理器接收输入的附加显示设备上。

根据本发明的具体实施例，由用户（操作员、医师、医生）来评估切片的位置以便来看他计算的切片的位置是否对应于医生想检查的患者的身体中的位置。

在位置不足以对患者进行设想的检查或根本不符合医生的期望的情况下，重建算法的参数可以被适配并且利用适配设置获得的切片的位置的显示可以再次被显示和评估。

备选地，患者的位置可以改变以使得切片位置在设想的位置上。

仍备选地，可以执行所显示的利用用于重建算法的第一组参数获得的切片位置的指示（例如显示在患者的侧面上的水平线）的用户控制的位移（移位）并且可以确定并应用与所适配的位置相对应的重建算法的参数。

可以以不同方式来实现这些位移，诸如在耦合至系统的工作站上的用户界面上使所显示的线移位。可以设想备选方案。

一旦医生对切片的深度位置满意，就可以利用引起切片的这些位置的设置来执行有效成像。

将明显的是，尽管已经关于人类患者的断层合成检查解释了本发明，但是本发明同样适用于兽医应用或对任何类型对象的断层合成检查。

在详细描述了当前发明的优选实施例之后，现在对于本领域的技术人员来说将显而易见的是，在不偏离如在所附权利要求中限定的本发明的范围的情况下可以在其中作出许多修改。

Claims (11)

1.用于生成对象的辐射图像的计算机断层成像方法，包括以下步骤：

- 应用能够利用一组输入参数来重建在具体位置处的断层切片图像的重建算法；

- 生成通过应用利用所述一组输入参数的所述重建算法而获得的所述切片图像的至少一个的深度位置的视觉指示，其中以与所述对象的位置关系来示出所述视觉指示，

其中将所述切片的所述深度位置的视觉指示投射到所述对象自己上由此指示相对于对象的深度位置。

2.根据权利要求1所述的方法，另外包括以下步骤：

- 评估所述切片的所述深度位置是否对应于切片图像的设想的深度位置，以及

- 适配所述输入参数以使得通过应用利用所适配的输入参数的所述重建算法而获得的切片的深度位置对应于所述设想的深度位置。

3.根据权利要求1所述的方法，其中借助于投束器来投射所述视觉指示。

4.根据权利要求1所述的方法，其中借助于激光投影仪来投射所述视觉指示。

5.根据权利要求1所述的方法，其中将所述切片的所述深度位置的视觉指示示出在提供在相对于所述对象的预设置的固定位置中的装置上。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述装置是尺子。

7.根据权利要求1所述的方法，其中在显示设备上将所述切片位置的显示示出为覆盖在所述对象的所显示的图像上。

8.根据权利要求1所述的方法，其中在显示设备上将所述切片位置的显示示出为覆盖在表示所述对象的模型的显示上。

9.根据权利要求1所述的方法，其中在显示设备上将所述切片位置的显示示出为覆盖在所述对象的3D图像上。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中在所述切片的位置的视觉指示与成像系统的用户可接受的切片位置相对应的情况下，借助于生成可接受的切片位置的所述重建算法的参数来生成所述对象的断层图像。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述计算机断层成像方法是断层合成成像方法。

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