小視場x射線成像的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】一種X射線成像的系統(tǒng)和方法包括X射線發(fā)射器，其對X射線進行投射。X射線接收器接收來自所述X射線發(fā)射器的X射線以產生多幅投影圖像。具有至少一個過濾器葉片的過濾器吸收來自所述X射線發(fā)射器的所述X射線的至少一部分以限定完全視場內的有限視場，其中，所述X射線在所述完全視場的至少一個經衰減的部分中被衰減。處理器基于所述完全視場的投影圖像來重建三維圖像。所述有限視場位于經重建的三維圖像內。根據經重建的三維圖像來確定至少一個校正參數?；谒鲇邢抟晥龊退鲋辽僖粋€校正參數來重建三維圖像。
【專利說明】
小視場X射線成像的系統(tǒng)和方法
技術領域
[0001 ]本公開涉及X射線成像系統(tǒng)和方法。
【背景技術】
[0002]美國專利N0.8，155，415公開了一種用于擴大截斷的計算機斷層攝影(CT)掃描的視場的裝置和方法。在原始CT圖像上執(zhí)行迭代計算以產生對圖像的估計。對經重建的圖像的經計算的估計包括原始圖像中心和在圖像中心外的截斷的部分的估計。所述計算使用關于圖像中心的圖像掩碼作為一個邊界。
[0003]美國專利N0.8，107，708公開了一種用于在用于計算機斷層攝影記錄的重建方法中校正截斷偽影的方法。投影圖像由通過確定在針對像素的投影圖像外的輻射的衰減擴展的X射線圖像檢測器記錄。出于截斷校正的目的，非水平過濾器線由X射線圖像檢測器的經軸和軸人工延伸來擴展。
[0004]美國專利N0.7，756，315公開了一種用于擴大體積計算機斷層攝影掃描的視場的方法。所述方法包括基于一個或多個邊緣通道的平均值來識別具有投影截斷的截斷視圖和沒有投影截斷的非截斷視圖。至少基于一個鄰近的非截斷的視圖來計算針對截斷的視圖中的每個的估計的缺少的投影?；谒烙嫷娜鄙俚耐队皝碛嬎汜槍財嗟囊晥D中的每個的投影輪廓，并且投影輪廓提供針對在視場外的區(qū)的衰減數據和投影數據中的至少一個。
[0005]美國專利N0.5，278，887公開了一種用于在熒光透視檢查流程期間減少X射線的劑量的裝置和方法。過濾器構件用于選擇性地使撞擊患者的身體的X射線輻射衰減。過濾器構件允許未衰減的X射線對由醫(yī)師選擇的感興趣區(qū)進行成像，由此產生高強度低噪聲圖像。感興趣區(qū)周圍的區(qū)利用經衰減的輻射來成像以產生較少強度較多噪聲的圖像。
[0006]美國專利申請N0.12/990，285公開了一種使用未經衰減校正的PET發(fā)射圖像來補償不完整解剖圖像的方法。未經衰減校正的(NAC)PET圖像的經分割的輪廓用于識別截斷的區(qū)域的輪廓。合適的組織類型用于填充在截斷的CT或MR圖像或衰減圖的截斷的區(qū)域中。經校正的衰減圖之后用于生成患者或感興趣區(qū)域的經衰減校正的PET圖像。
[0007]美國專利申請如.13/113，714(通過引用將其整體并入本文)公開了一種乂射線成像系統(tǒng)和方法，其利用一種成像設備，所述成像設備包括將X射線發(fā)射通過對象的發(fā)射器和接收X射線的接收器?？刂齐娐房刂瓢l(fā)射器并處理由接收器接收到的X射線以生成對象的X射線圖像?？刂齐娐房刂骑@示器以顯示對象的初始視圖。對對象的初始視圖的顯示能由用戶修改。成像設備被控制以基于對初始視圖的顯示的用戶修改來生成對象的X射線位置圖像。顯示器被控制以顯示定位圖像。對定位圖像的顯示能由用戶修改并且成像設備被控制以基于對定位圖像的顯示的用戶修改來生成對象的X射線圖像。

【發(fā)明內容】

[0008]X射線成像系統(tǒng)的示范性實施例包括X射線發(fā)射器，其將X射線投射通過至少部分地吸收所述X射線的對象。X射線接收器被配置為接收來自所述X射線發(fā)射器的未吸收的X射線并根據接收到的未吸收的X射線產生所述對象的投影圖像。過濾器被布置在所述X射線發(fā)射器與所述X射線接收器之間。所述過濾器包括至少一個過濾器葉片，其吸收來自所述X射線發(fā)射器的所述X射線的至少一部分。所述至少一個過濾器葉片是能調節(jié)的，以調節(jié)施加到在至少完全視場和有限視場中的所述對象的X射線強度的量。處理器連接到所述X射線接收器。所述處理器運行在計算機可讀介質上存儲的計算機可讀代碼并且在運行所述計算機可讀代碼之后處理來自所述X射線接收器的所述投影圖像。所述處理器基于所述完全視場的投影圖像來重建三維圖像。所述處理器基于所述完全視場來將所述有限視場定位在經重建的三維圖像內。所述處理器根據經重建的三維圖像來識別至少一個校正參數。所述處理器利用所述至少一個校正參數基于所述有限視場來重建三維圖像。
[0009]—種X射線成像的方法包括對來自X射線發(fā)射器的X射線進行投射。所述X射線利用吸收所投射的X射線的至少一部分以限定完全視場內的有限視場的至少一個過濾器葉片來過濾。所述X射線強度在所述完全視場的至少一個經衰減的部分中被衰減。在X射線接收器處接收所述X射線以從所述有限視場和所述完全視場采集多幅投影圖像。處理器基于來自所述完全視場的所投影的圖像來重建三維圖像。所述處理器將所述有限視場定位在所重建的三維圖像內。所述處理器根據所定位的有限視場來限定至少一個校正參數。所述處理器基于來自所述有限視場的所投影的圖像和所述至少一個校正參數來重建三維圖像。
【附圖說明】
[0010]圖1是示范性的X射線成像設備的透視圖。
[0011]圖2是X射線成像系統(tǒng)的示范性實施例的示意性表示。
[0012]圖3是描繪X射線成像的方法的示范性實施例的流程圖。
【具體實施方式】
[0013]在本說明書中，為了簡潔、清楚和理解已經使用了某些術語。沒有不必要的限制由此要被暗示在現有技術的要求之外。因為這樣的術語僅僅用于說明性目的并且意圖要被寬泛地解釋。本文中描述的不同的系統(tǒng)和方法可以單獨地或與其他系統(tǒng)和方法組合地使用。各種等效方案、備選和修改在權利要求書的范圍內是可能的。權利要求書中的每個限制意圖基于35U.S.C.§112(f)來喚起解釋，僅僅在術語“用于…的裝置”或“用于…的步驟”被明確記載在相應的限制中的情況下。
[0014]圖1描繪了用于采集對象的X射線圖像的示范性X射線成像設備，對象示范性地為牙科患者或醫(yī)學患者。在示出的具體示例中，成像設備10被配置用于對人類顱骨的牙頌面部復合體的3D成像;然而，用于對患者的解剖結構的其他部分進行成像的設備的其他配置能夠代替地與本發(fā)明的構思一起采用。X射線成像設備10能夠任選地被配置為進行不同類型的成像流程，包括但不限于全景成像(標準、兒科、正交帶、寬拱、正交、等等)、頭部測量成像(頭部兒科橫向投影、頭部橫向投影、頭部后前位、等等)和/或3D成像。圖1描繪了用于與本公開中的構思一起使用的X射線成像設備的僅僅一個示例。X射線成像設備的其他示例能夠代替地被采用，包括但不限于計算機斷層攝影(CT)和熒光透視檢查成像。本文中公開的技術和設備還可以結合醫(yī)學成像和醫(yī)學成像模態(tài)的其他形式一起使用，并且要意識到牙科成像僅僅是示范性應用。
[0015]成像裝置10包括外殼12，外殼12可移動地被支撐在支撐柱14上。外殼12能夠經由常規(guī)引導電機(未示出)在垂直方向V向上和向下移動，所述常規(guī)引導電機被配置為沿軌道16垂直地向上和向下移動外殼12，軌道16沿支撐柱14延伸。外殼12包括被設置在支撐柱14上的大體垂直延伸的引導部件18和從引導部件18大體水平延伸的大體水平延伸的支撐部件20。支撐部件20支撐旋轉部件22，其可相對于固定支撐部件20在水平平面H中旋轉。支撐部件20和/或旋轉部件22可以包含被配置為使旋轉部件22旋轉的常規(guī)引導電機(未示出)。在備選實施例中，成像設備10能夠被安裝到支撐結構(未描繪出)，所述支撐結構示范性地為墻壁代替或者除了由柱14支撐。
[0016]X射線發(fā)射器外殼24和X射線接收器外殼26被放置在旋轉部件22的相對端部上并且從旋轉部件22大體垂直向下延伸。發(fā)射器外殼24包含大體位于28處(盡管未描繪出)并且被支撐在發(fā)射器外殼24中的X射線發(fā)射器。X射線發(fā)射器被放置為將來自X射線發(fā)射器的X射線發(fā)射通過被成像的對象(例如，患者)到達大體位于30處(盡管未描繪出)并且被支撐在X射線接收器外殼26中的X射線接收器?；颊叻胖猛鈿?2從引導部件18延伸并且包括用于將患者的頭部(未描繪出)放置在相對的X射線發(fā)射器28與X射線接收器30之間的下顎支撐物34。頭部支撐物36從水平支撐部件20延伸通過旋轉部件22。下顎支撐物34和頭部支撐物36可以是任選的，并且對患者的放置可以以備選的方式來執(zhí)行。成像設備10的實施例還包括圖形顯示器38，其用于呈現如本文中公開的圖像。在額外的實施例中，圖形顯示器38可以為觸敏圖形顯示器，其還用作輸入設備以接收針對成像設備10的用戶輸入或控制命令。
[0017]圖2是X射線成像系統(tǒng)40的示范性實施例的示意性表示。如以上簡單描述的，X射線成像系統(tǒng)40包括X射線發(fā)射器42和X射線接收器4LX射線接收器44與X射線發(fā)射器42分隔開以將對象容納在X射線發(fā)射器42與X射線接收器44之間，所述對象示范性地為患者的頭部P。X射線的束46從X射線發(fā)射器42被投射到X射線接收器44，穿過被設置在其間的對象P。在非限制性實施例中，束46是錐形束，盡管將意識到備選實施例可以使用其他束形狀，包括但不限于扇形束或線形束，如本領域技術人員可以意識到的。
[0018]在操作時，X射線發(fā)射器42在X射線接收器44的方向對束46進行投射。X射線穿過患者的頭部P并且患者的頭部P的解剖結構吸收不同量的X射線。在穿過患者的頭部P之后，在X射線接收器44處吸收經衰減的X射線，X射線接收器44將接收到的X射線的強度樣式轉換成在X射線接收器44處的未吸收的X射線的數字化輸出表示。X射線接收器44將該輸出提供到處理器48。與來自X射線發(fā)射器42的X射線的束的單次發(fā)射對應的來自X射線接收器44的數字化輸出的集合可以被稱為對象P的投影圖像，對象P示范性地為患者的頭部。如本文中所使用的，投影圖像是指數據的二維數組或矩陣，其中，每個矩陣元素與對應的像素中的檢測到的X射線通量相關聯。應理解，在使用存儲或發(fā)射的實施例中，數據可以被發(fā)送或被存儲為一維序列。應意識到，在某些實施例中，并且如以上簡單描述的，X射線發(fā)射器42和X射線接收器44保持彼此對應并且繞要被成像的對象P旋轉，示范性地繞旋轉軸旋轉。在實施例中，旋轉軸與要被成像的對象P的中心對齊。在圖2中描繪的實施例中，旋轉軸與患者的頭部P內的感興趣的具體解剖特征50對齊。在又一個實施例中，旋轉軸可以是可變的，并且在一個示例中，旋轉軸可以沿圓或其他路徑移動。還可以使用針對旋轉軸的其他技術或對齊，如將由本領域技術人員意識到的。
[0019]處理器48接收來自X射線接收器44的投影圖像數據并且處理器運行在計算機可讀介質52上存儲的計算機可讀代碼。由處理器48對計算機可讀代碼的運行使得處理器執(zhí)行如本文中進一步詳細公開的數據處理和控制功能，包括運行如本文中進一步詳細公開的X射線成像的方法的實施例。在由處理器48執(zhí)行的處理和功能的非限制性示例中，處理器48根據接收到的投影圖像來重建3D圖像。如本文中所使用的重建是根據如本文中更詳細描述的投影圖像、經修改的投影圖像和/或其他額外的數據來生成3D數據的圖像處理算法的應用。處理器48還連接到圖形顯示器54。處理器48可以以使得呈現X射線成像數據的方式來操作顯示器54，所述X射線成像數據在實施例中能夠為2D X射線圖像和3D X射線圖像。在如以上提及的示范性實施例中，顯示器54還可以包括觸敏控制。例如，顯示器54還可以用作供醫(yī)師或技術員輸入控制參數或命令的用戶輸入設備。盡管未描繪出，但是在額外的實施例中，還可以出于這樣的目的而使用單獨的用戶輸入設備。處理器48通信地連接到X射線發(fā)射器42以將操作信號和控制信號提供到X射線發(fā)射器42，包括但不限于與X射線的所發(fā)射的束46的計時和強度有關的控制。
[0020]盡管在圖2中描繪的X射線成像系統(tǒng)40的實施例描繪了單個處理器48，但是將意識到在備選實施例中，兩個或更多個處理器可以一起協同工作使用以執(zhí)行如本文中描述的功能和操作。因此，如本文中找到的對處理器的引用應當被解釋為包括這樣的多處理器系統(tǒng)。
[0021]X射線成像系統(tǒng)40還包括過濾器56。過濾器56包括至少一個過濾器葉片58。在圖2中描繪的示范性實施例中，過濾器56任選地但未必包括多個過濾器葉片58。每個過濾器葉片58由X射線吸收性材料構造，所述X射線吸收性材料示范性地為鉛、鋁、銅或鎢。在實施例中，至少一個過濾器葉片58是能在位置上進行調節(jié)的以至少部分地延伸到束46中。穿過一個或多個過濾器葉片58的束46的部分將由過濾器葉片58的材料衰減。因此，過濾器56修改束46使得例如束46包括(I)有限視場束部分60，其中，X射線到達要被成像的對象P，未由過濾器56的過濾器葉片58中的任何衰減，以及(2)至少一個經衰減的束部分62，其中，要被成像的對象P被暴露于減少的X射線強度。因此，束46的完全視場64包括有限視場束部分60和至少一個經衰減的束部分62兩者。在示出的實施例中，完全視場64包括有限視場束部分60和兩個經衰減的束部分62。盡管示出的實施例描繪束46的部分在大體水平的維度上被衰減，但是其他實施例可以在垂直維度上或在兩個維度上使束46衰減。
[0022]盡管在圖2中未描繪出，但是示范性實施例還可以包括被放置在X射線發(fā)射器42與過濾器56之間的準直器。準直器阻斷從X射線發(fā)射器42發(fā)射的X射線的部分以將所發(fā)射的X射線成形為束46。將意識到，在示范性備選實施例中，過濾器56還可以用作準直器因為充分數目的過濾器葉片58可以撞擊在束46上例如以完全地阻斷束46的部分。
[0023]根據非限制性且僅僅示范性的實施例，完全視場的直徑可以在30毫米與180毫米之間。在某些實施例中，優(yōu)選的是，完全視場大于要被成像的對象或對象部分P的最大直徑，因此例如當獲得來自繞要被成像的對象或對象部分P的各個角度的投影圖像時，這樣的投影圖像捕獲要被成像的完整對象或對象部分P的完整大小。在非限制性實施例中，有限視場能夠具有30毫米到130毫米的直徑，其能夠呈現顯著減少的視場以聚集于感興趣的特定解剖結構。類似地，在實施例中，優(yōu)選的是，有限視場的直徑至少與感興趣的解剖結構的最大直徑一樣大或稍大，因此例如感興趣的完整解剖結構被捕獲在有限視場投影圖像內。
[0024]在實施例中，處理器48將控制信號提供到過濾器56以操作過濾器56，例如以調節(jié)一個或多個準直器葉片58的位置以調節(jié)有限視場束部分60的大小或調節(jié)X射線的在束46的經衰減的部分62中的衰減量或者兩者。在實施例中，提供多個過濾器葉片58，每個葉片58具有已知的X射線吸收特性。任選地，過濾器能夠針對束46的每側具有一個過濾器葉片58，或者甚至僅僅具有單個過濾器葉片58。每個過濾器葉片58的已知的X射線吸收特性能夠取決于過濾器葉片的物理特性。過濾器葉片的特性的兩個非限制性示例包括材料或厚度。在示范性實施例中，過濾器葉片可以具有一個或多個孔或穿孔，其與實心結構的過濾器葉片相比較減少X射線吸收特性。在示范性實施例中，過濾器葉片每個具有相同的X射線吸收特性，同時在其他示范性實施例中，葉片每個具有不同的X射線吸收特性。
[0025]過濾器56能夠被操作以基于從X射線發(fā)射器42投射的X射線束的強度來將適當數目的過濾器葉片58放置為延伸到X射線束46以實現目標衰減。在實施例中，成像系統(tǒng)可以執(zhí)行校準流程以對由至少一個過濾器葉片58對X射線的實際衰減進行映射。在所發(fā)射的X射線功率或強度中的自然差異以及過濾器葉片58中的自然差異、雜質以及制造公差能夠得到在經衰減的部分中的實際X射線強度中的一些差異。因此，下面參考圖3進一步詳細描述的映射或校準能夠提供比默認假設更準確的X射線強度的表示。
[0026]在臨床成像中，期望將X射線劑量限于患者被暴露于的劑量，同時使用充分的X射線強度來實現高質量醫(yī)學圖像。其中這已經被實現的一個先前方式在于當感興趣的特定解剖結構50比被成像的完整對象P(示范性地為患者的頭部)小時，常規(guī)準直器可以用于將X射線束的視場限制于僅僅對感興趣的解剖結構進行成像必需的大小。然而，這已經由發(fā)明人發(fā)現以在3D圖像重建中創(chuàng)建問題在于提供了與在感興趣的解剖結構50周圍的解剖結構有關的不充分的信息，這得到更低質量3D圖像重建和經重建的3D圖像中的更高偽影發(fā)生率。因此，如本文中公開的系統(tǒng)和方法提供在(一個或多個)感興趣的特定解剖結構50周圍的額夕卜上下文信息，同時限制施加到患者的X射線劑量。在實施例中，如本文中所公開的新圖像處理技術與對過濾器56中的過濾器葉片58的受控制的調節(jié)一起組合以便使X射線束46在有限視場束部分60之外的部分衰減，但是不完全阻斷。由該經衰減的X射線劑量產生的投影圖像提供進行適當的調節(jié)的背景以改進對來自有限視場束部分60的投影圖像的3D圖像重建，有限視場束部分60已經被變窄以特別靶向感興趣的解剖結構。
[0027]在一些情況下，引起偽影的對象可以仍然出現在經衰減的部分中，但是這些能夠仍然被識別到并且經ROI補償以移除任何殘余偽影。例如，引起偽影的對象，包括但不限于牙科植入物能在有限視場之外的投影圖像中識別到，不論經衰減的X射線劑量如何。對這些引起偽影的對象的識別能夠用于改進圖像質量或從對來自有限視場的投影圖像的3D圖像重建移除這些引起偽影的對象的效應。在非限制性示例中，來自有限視場之外的投影圖像與來自有限視場的投影圖像一起歸一化。根據該經歸一化的圖像，能夠執(zhí)行完全視場重建。在完全視場重建內，感興趣對象(例如，患者的頭部)能夠被限定，即使感興趣對象的邊緣中的一些或全部未位于有限視場內，而且相反位于有限視場之外的經衰減的部分中。在一個非限制性示例中，這可以通過將經重建的圖像分離成空氣部分和非空氣(例如，對象)部分來執(zhí)行，因為這些空氣/非空氣邊緣仍然容易能在經衰減的部分內識別到。因此，根據經重建的完全視場圖像，實施例能夠識別對象的形狀和/或大小并且對有限視場相對于完整感興趣對象的位置進行定位。該信息以及如本文中進一步詳細描述的其他信息能夠用于例如改進經重建的體積的質量。在還有另外的示范性實施例中，經重建的體積的質量能夠通過利用感興趣對象的已知衰減來校準重建來改進。
[0028]有限視場的重建可以易受非均勻密度分布影響并且還可以易受由位于有限視場之外的高密度團塊一切你的增大的密度值影響。在非均勻密度分布的示例中，偏心視場投影圖像采集和根據具有均勻密度的頭部大小的對象的對應重建得到具有非均勻密度的重建圖像。在該示例中的偽影為非均勻密度分布。非均勻性由根據投影圖像的重建引起，其中，不能確定出現在投影圖像中的高密度團塊是在有限視場之內還是之外。類似地，當高密度團塊位于有限視場之外時，這錯誤地引起有限視場重建內的增大的密度值。如果在有限視場之外的團塊主要位于來自視場的特定方向上，則有限視場中的在該方向上的密度值增大得比在有限視場的其他部分中的密度值更多。如果有限視場位于團塊的中心，則當這可以得到如以上所描述的最小非均勻偽影時，完整有限視場的絕對密度值被向上偏移(例如，未知量)。因此，通過將有限視場以及根據有限視場的重建定位在感興趣的對象內，能夠做出與位于有限視場內或之外的具有增大的強度的團塊的位置和對如本文中進一步詳細描述的由此改進的有限視場的重建有關的確定。
[0029]圖3是描繪根據本發(fā)明的X射線成像100的方法的示范性實施例的流程圖。應注意，方法100僅僅被呈現為示例，并且其他實施例可以包括比在方法100中描繪的步驟更多或更少的步驟，或者可以以備選的順序來執(zhí)行這樣的步驟，同時實現如本文中所公開的相同的或相似的功能。在102處，至少一個過濾器葉片的位置被調節(jié)以便限定X射線束的未經衰減的部分的有限視場直徑和X射線束的經衰減的部分中的X射線的衰減中的一個或兩者。在一些實施例中，過濾器調節(jié)包括期望的X射線強度的考慮，其可以基于要被成像的對象來選擇，并且因此可以需要更多或更少的過濾器來實現適當的衰減。
[0030]接下來在104處，X射線從X射線發(fā)射器在X射線接收器的方向上投射。要被成像的對象P(示范性地為患者的頭部)被設置在X射線發(fā)射器與X射線接收器之間的所投射的X射線的路徑中。X射線能夠以各種束形狀中的任何來投射，包括但不限于扇形、線形或錐形，盡管將理解還可以使用其他束形狀。在本文中描述的示范性實施例中，X射線束具有錐形形狀。在其中X射線以錐形的束來投射的實施例中，束和X射線接收器的尺寸能夠被選擇為大于要被成像的對象P的最大直徑，因此完全捕獲在束內的要被成像的對象Pc3X射線成像系統(tǒng)能夠控制X射線束的功率或強度，其能夠取決于要被成像的特定對象P或要被成像的對象內的感興趣的解剖結構來增大或減小。
[0031]在106處，所投影的X射線由過濾器過濾，所述過濾器包括至少一個過濾器葉片并且被設置在X射線發(fā)射器與如被放置在102處的要被成像的對象之間的位置中。至少一個過濾器葉片(其能夠例如為多個過濾器葉片)部分地延伸到X射線束中并使束的那些部分衰減以限定(I)有限視場，其中，X射線束在完全強度處，以及(2)至少一個經衰減的部分，其中，X射線束已經部分地由至少一個過濾器葉片吸收。因此，準直器能操作用于(I)限定聚集于要被成像的對象P內的感興趣的解剖結構的有限視場，以及(2)減少在有限視場之外的X射線的強度。如以上所公開的，在一些實施例中，X射線束在被過濾器過濾之外利用準直器進行準直。在又一個示范性實施例中，過濾器還可以用作準直器，在充分的過濾器葉片撞擊在X射線束上例如以完全地吸收X射線束的部分的情況下。
[0032]現在具有完全強度X射線的有限視場束部分和至少一個經衰減的束部分的X射線束穿過要被成像的對象P并且在108處由X束接收器接收以采集投影圖像?？傮w上，存在X射線強度與采集到的圖像的信噪比(“SNR”)之間的關系，直到傳感器的飽和點。因此，利用完全X射線強度以有限視場成像的感興趣的解剖結構將大體具有投影圖像中的更高SNR，同時接收經衰減的X射線的要被成像的對象的部分將具有更低SNR。將理解，在如本文中公開的實施例中，多幅投影圖像通過以增量方式將X射線發(fā)射器和X射線接收器繞要被成像的對象旋轉并重復步驟104、106和108來采集以便采集從繞要被成像的對象P的多個角度獲取的投影圖像。
[0033]如以上所指出的，接收完全強度X射線的要被成像的對象P的部分將具有更高強度的測量結果和比接收到經衰減的X射線的要被成像的對象的那些部分更高的SNR兩者。因此，在110處，采集到的投影圖像被歸一化以調節(jié)投影圖像的這些部分之間的圖像質量和圖像強度中的差異。在一個實施例中，基于在針對系統(tǒng)的校準階段捕獲到的測試圖像來執(zhí)行歸一化。在對系統(tǒng)的校準期間獲取的測試圖像提供與在由準直器衰減之后的X射線的強度和分布有關的信息，以及與衰減對投影圖像的各個像素值的影響有關的信息。因此，在110處的歸一化能夠基于在系統(tǒng)校準期間映射的衰減來對投影圖像的各個像素值進行歸一化。結果是2D投影的集合，每個不僅包含感興趣的具體解剖特征50，而且當區(qū)域包圍感興趣特征50時，任選地(但是未必)包含完整對象P。每個投影能夠例如由(如下面所描述的)3D重建算法以如同完整投影是利用均勻X射線劑量來創(chuàng)建的相同的方式來處理。表示在感興趣特征50之外的區(qū)域的每個投影的經歸一化的部分將傾向于由于在那些區(qū)域中的減少的劑量而更具噪聲(即，具有更低SNR)，但是它們的質量足以減少截斷偽影、基于對象的偽影、以及否則可能出現在對感興趣特征50的3D重建中的其他偽影，同時投影的高SNR部分允許對感興趣特征的高SNE 3D重建。
[0034]在112處，根據經歸一化的投影圖像來重建3D圖像。在該3D重建中，要被成像的對象P使用在有限視場和X射線束的經衰減的部分兩者中采集到的投影圖像數據來重建。3D圖像重建能夠使用各種技術和算法來執(zhí)行，如本領域技術人員可以意識到的。
[0035]在114處，識別到要被成像的對象P的大小。由于感興趣的解剖結構通常位于要被成像的對象P內部，要被成像的對象P的外側或邊緣將由X射線束的經衰減的部分成像。盡管經衰減的X射線將要被成像的對象P的這些部分的重建的細節(jié)和/或質量限制甚至在該減少的圖像質量處，要被成像的對象P的外邊緣能夠由于投影圖像中的對象與空氣之間的固有對比度來確定。一旦識別到對象大小和邊緣，在感興趣的解剖結構周圍的有限視場能夠被識別到并位于較大的限定的圖像對象內。在非限制性實施例中，繞要被成像的對象的視場在30毫米與180毫米之間，同時有限視場直徑在30毫米與130毫米之間，其中，有限視場小于完全視場。
[0036]備選地或另外，可以在有限視場之外的3D重建中識別到一個或多個引起偽影的對象。對引起偽影的對象的識別能夠如本文中所公開的被用于改進有限視場的重建的質量。如以上所描述的，這些對象可以是產生在有限視場重建的密度分布中的偽影的更高密度對象。在其中引起偽影的對象是位于有限視場之外的團塊的實施例中，對團塊的識別能夠用于估計在有限視場重建的密度中的錯誤增大。
[0037]—旦在要被成像的較大限定的對象P內識別到有限視場，在116處使用與被成像的對象內的有限視場的位置有關的該額外的信息來限定用于在對來自有限視場的投影圖像的3D重建中使用的至少一個校正參數。至少一個校正參數能夠包括例如在有限視場之外的解剖結構中的局部團塊分布和/或與被成像的對象內的有限視場的相對位置和大小相關的位置信息。至少一個校正參數能夠為能夠通過利用完整對象的推導出的經外插的和/或一般化的信息補充不完整信息來消除來自有限視場經重建的圖像的密度的非均勻分布的函數或值。在實施例中，校正參數可以為線性函數，示范性為3D平面的函數。這樣的校正參數施加到或替換密度分布以改進在經重建的圖像中的總體密度分布。校正參數可以在其他實施例中以試驗方式、通過模擬或者以解析方式來產生。
[0038]如本文中所公開的實施例推導出與在對象延伸在有限視場之外時(例如，在水平尺寸中的)對象的完整大小有關的信息。作為非限制性示例，實施例通過以下來實現該額外的信息:I)兩種重建解決方案，其中，對象的完整大小是從第一經重建的體積圖像來推導出，以及(2)對象的完整大小直接根據投影圖像使用位置幾何結構的已知投影圖像來推導出。
[0039]在兩個重建實施例中，在第一重建之外，投影圖像被分割成兩個分量的經修改的投影圖像:空氣分量(無衰減)和對象分量(例如，剩余的投影圖像數據)。接下來，經修改的投影圖像根據經分割的投影圖像來創(chuàng)建。經修改的投影圖像包含僅僅來自空氣分量和對象分量中的一個的圖像數據。在實施例中，對象分量還利用同質衰減來表示。完整對象(例如，頭部)大小信息根據對經修改的投影圖像的重建來推導出。在第二重建中，完全對象大小信息用于補充可從有限視場投影圖像獲得的不完整信息。
[0040]在其中完整對象的大小直接根據投影圖像推導出的實施例中，對象的外邊緣(例如，皮膚空氣邊界)常常是在投影圖像的邊緣附近的某處可見。根據甚至在投影圖像的經衰減的部分中的投影圖像，可以識別到皮膚空氣邊緣。通過識別皮膚空氣邊界，該實施例直接確定存在于有限視場之外的對象的量。
[0041]—旦推導出對象完整大小信息，示范性地在如以上所討論的兩個實施例中的一個中，則該信息能夠用于改進對圖像(例如，人類醫(yī)學和3D牙科應用)的重建。這些重建可以通過進一步假設頭部平均密度大致與水相同來改進。在有限視場之外的對象的部分的密度能夠被假設為水的密度或者如在應用中預定的或由用戶選擇的另一密度。如以上所提到的至少一個校正參數能夠施加到投影圖像，示范性地施加到表示對象衰減的投影圖像強度。
[0042]在理想狀況下，在沒有對投影圖像到有限視場投影圖像的截斷的情況下，在投影圖像中表示的總衰減獨立于掃描角度。該理想狀況僅僅在完整對象完全在投影圖像的全部中可見的情況下成立。當使用有限視場投影圖像時，理想狀況能夠在已經確定完整對象大小的情況下通過經由外插將在一般化密度處的完整對象的缺少的部分添加到投影圖像來近似，示范性地以在如以上所解釋的方式中的一個。通過將在投影圖像的近似的缺少的部分中的投影圖像外插到完整對象的投影圖像的總衰減能夠被歸一化以由此在投影圖像之間是相同的并且獨立于投影角度。在實施例中，通過保持每個掃描角度的總衰減恒定來將經外插的衰減重新分布在每幅投影圖像內。對來自在有限視場之外的對象的部分的值的重新分布能夠是不均勻的并且盡可能多地近似原始完整對象。在非限制性實施例中，如果僅僅存在被成像的對象的左邊的截斷，則重新分布將主要被分享給有限視場投影圖像的左邊。
[0043]有限視場投影圖像包含來自在有限視場之外的一些細節(jié)，因為每幅投影圖像是穿過被成像的對象的三維區(qū)域的X射線的二維表示。另外，所限定的至少一個校正參數能夠包含與被成像的對象內的感興趣的解剖結構的位置有關的信息。這提供針對有限視場投影圖像的3D重建的背景，這有助于識別在有限視場投影圖像內找到的優(yōu)選視場體積之外的圖像信息。如以上所描述的，通過將感興趣的解剖結構定位在被成像的對象內，獲得與增大的密度團塊的位置有關的信息。通過確定這些團塊是位于有限視場重建之內還是之外，非均勻密度分布或錯誤地增大的密度值偽影可以被識別到并被校正。例如，通過識別在有限視場之外的增大的密度的團塊的位置，完全對象的總密度分布能夠更準確地被獲知并且被校正的有限視場投影圖像內的密度分布反映該信息。在另一實施例中，至少一個校正參數基于重建中的引起偽影的對象。校正參數能夠用于減少或消除在有限視場的重建中找到的該引起偽影的對象的效應。例如，如以上所描述的，識別到的非均勻密度分布能夠通過使重建中的具有被施加在投影圖像上的密度值或函數的密度分布變平坦來校正。額外地，如果基于在有限視場之外的團塊的位置，則重建具有錯誤地增大的密度分布，有限視場內的密度分布能夠向下校正以維持完整對象的密度分布。
[0044]在118處使用至少一個校正參數來重建使用X射線束的完全強度部分采集到的投影圖像的有限視場部分的3D圖像，得到更高的信號質量。如以上所描述的，非均勻密度分布能夠利用校正參數來校正以使在有限視場重建中的密度分布變平坦。有限視場重建還可以易受密度值的不準確確定影響，其還可以被認為是偽影的形式。在非限制性示例中，醫(yī)生或醫(yī)師可能不能夠根據重建來確定至少一個組織的真實密度(例如，骨骼是硬的還是軟的或者以確定經重建的密度與實際密度之間的誤差量)。在示范性實施例中，校正參數可以用于模擬期望密度。例如，要被成像的完整對象的模擬和完整對象的密度分布能夠得到對具體解剖對象的期望密度的估計，或者在完整對象上的期望密度分布。來自該模擬的密度值可以用于減少經重建的密度值中的誤差。在實施例中，至少一個校正參數的發(fā)展可以包括對有限視場內的對象密度和密度分布的預假設的使用。當預假設變得越來越復雜和詳細時，得到的校正參數可以進一步改進有限視場重建。投影圖像的有限視場部分的經重建的3D圖像能夠被呈現在圖形顯示器上或被存儲在計算機可讀介質上以供用戶稍后訪問。
[0045]本文中公開的系統(tǒng)和/或方法的實施例可以結合能夠提供普通完全視場成像或有限視場成像的X射線成像設備來使用。示范性地，完全視場成像可以通過將至少一個準直器葉片調節(jié)為在X射線束之外來執(zhí)行，例如，沒有X射線束的部分被衰減。類似地，標準的有限視場成像可以通過使用多個準直器葉片來執(zhí)行，例如X射線束的經衰減的部分中的X射線中的大多數或全部由組合的準直器葉片來吸收并且僅僅X射線束的有限視場穿過要被成像的對象并且被成像。
[0046]已經發(fā)現在期望限制患者中的X射線劑量時，視場直徑的減少能夠消除用于提供高質量3D重建的重要的上下文信息。因此，當前公開的系統(tǒng)和方法提供一種解決方案，其中，X射線劑量能夠通過對能夠被緊密調節(jié)到要被成像的解剖結構的尺寸的用于3D重建的小直徑有限視場投影的使用來限制，同時經衰減的X射線示范性地被施加到要被成像的對象的周圍區(qū)或外周區(qū)以便采集用于實現有限視場投影圖像的高質量3D重建的上下文信息。
[0047]該撰寫的說明書使用示例來公開本發(fā)明，包括最好模式，并且還使得本領域技術人員能夠開發(fā)和使用本發(fā)明。本發(fā)明的可授予專利權的范圍由權利要求書限定，并且可以包括本領域技術人員想到的其他示例。如果它們具有與權利要求書的文字語言無不同的結構元件或者如果它們包括與權利要求書的文字語言具有非實質差異的等效結構元件，則這樣的其他示例旨在權利要求書的范圍內。
【主權項】
1.一種X射線成像系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: X射線發(fā)射器，其被配置為產生第一 X射線束； 過濾器，其被布置為接收所述第一 X射線束并輸出包括較高強度束部分和較低強度束部分的第二 X射線束，所述過濾器包括至少一個過濾器葉片，所述至少一個過濾器葉片適于使所述第一 X射線束的一部分衰減以產生所述較低強度束部分，所述至少一個過濾器葉片是能調節(jié)的，以調節(jié)所述較低強度束部分的強度和所述較低強度束部分的幾何結構中的至少一個，所述X射線發(fā)射器和所述過濾器被布置為將所述第二 X射線束指向對象； X射線接收器，其被放置為接收來自所述第二 X射線束的未吸收的X射線，其中，所述過濾器被布置在所述X射線發(fā)射器與所述X射線接收器之間，所述X射線接收器被配置為根據接收到的未吸收的X射線來產生對象的多幅投影圖像，所述多幅投影圖像中的每幅包括根據所述較低強度束部分生成的第一區(qū)域和根據所述較高強度束部分生成的第二區(qū)域;以及 處理器，其與所述X射線接收器通信，所述處理器適于運行在計算機可讀介質上存儲的計算機可讀代碼，并且在運行所述計算機可讀代碼之后，適于執(zhí)行以下步驟: 接收來自所述X射線接收器的所述多幅投影圖像，并且 基于所述多幅投影圖像來重建第一三維圖像。2.根據權利要求1所述的X射線成像系統(tǒng)，其中，所述重建步驟包括: 對每幅投影圖像的第一區(qū)域和第二區(qū)域中的至少一個進行歸一化以產生經歸一化的投影圖像的集合;并且 基于經歸一化的投影圖像來重建所述第一三維圖像。3.根據權利要求1所述的X射線成像系統(tǒng)，其中，所述重建步驟包括: 根據經重建的第一三維圖像來確定至少一個校正參數，并且 至少基于所述至少一個校正參數和所述投影圖像的較高劑量區(qū)域來產生第二三維圖像。4.根據權利要求1所述的X射線成像系統(tǒng)，其中，所述X射線發(fā)射器是錐束X射線發(fā)射器。5.根據權利要求4所述的X射線成像系統(tǒng)，其中，所述至少一個過濾器葉片是能在位置上進行調節(jié)的以限定所述較低強度束部分的所述幾何結構。6.根據權利要求1所述的X射線成像系統(tǒng)，其中，所述過濾器被配置為通過來自所述X射線發(fā)射器的基本上未衰減的X射線以產生較高強度束部分并且被配置為將所述較高強度束部分指向所述對象的選定部分，并且其中，所述過濾器還被配置為將所述較低強度束部分指向位于所述對象的選定部分之外的所述對象的一部分。7.根據權利要求1所述的X射線成像系統(tǒng)，其中，所述至少一個過濾器葉片包括多個過濾器葉片，所述多個過濾器葉片中的每個過濾器葉片被配置為吸收預定部分的X射線，其中，所述多個過濾器葉片是能在所述過濾器內調節(jié)的以限定所述較高強度束部分的所述幾何結構，并且以限定所述較低強度束部分中的所述X射線的衰減。8.根據權利要求1所述的X射線成像系統(tǒng)，還包括圖形顯示器，其能由所述處理器操作以呈現基于所述對象的選定部分的經重建的三維圖像。9.一種X射線成像的方法，包括: 對來自X射線發(fā)射器的第一 X射線束進行投射； 利用過濾器來對所述第一 X射線束進行過濾以產生包括較高強度束部分和較低強度束部分的第二 X射線束，所述過濾器包括至少一個過濾器葉片，所述至少一個過濾器葉片吸收所投影的X射線的至少一部分以產生所述較低強度束部分； 在X射線接收器處接收來自所述第二 X射線束的X射線以采集多幅投影圖像，所述多幅投影圖像中的每幅包括根據所述較低強度束部分生成的第一區(qū)域和根據所述較高強度束部分生成的第二區(qū)域;并且 利用處理器基于所述多幅投影圖像來重建第一三維圖像。10.根據權利要求9所述的方法，其中，所述重建步驟包括: 對每幅投影圖像的第一區(qū)域和第二區(qū)域中的至少一個進行歸一化以產生經歸一化的投影圖像的集合;并且 基于經歸一化的投影圖像來重建所述第一三維圖像。11.根據權利要求9所述的方法，其中，所述重建步驟包括: 根據經重建的第一三維圖像來確定至少一個校正參數，并且 至少基于所述至少一個校正參數和所述投影圖像的較高劑量區(qū)域來產生第二三維圖像。12.根據權利要求11所述的方法，還包括將經重建的第二三維圖像呈現在圖形顯示器上。13.根據權利要求11所述的方法，還包括通過識別要被成像的對象的大小和在經重建的第一三維圖像內的所述有限視場的位置來將有限視場定位在經重建的第一三維圖像內。14.根據權利要求13所述的方法，其中，所述至少一個校正參數基于被成像對象的所識別的大小和經重建的第一三維圖像中的所述有限視場的所識別的位置。15.根據權利要求9所述的方法，其中，所述至少一個過濾器葉片包括多個過濾器葉片，所述方法還包括調節(jié)所述多個過濾器葉片的相對位置以由此控制所述較低強度束部分中的所述X射線的衰減。16.根據權利要求15所述的方法，還包括調節(jié)所述多個過濾器葉片的所述相對位置以限定所述較高強度束部分的所述幾何結構。17.根據權利要求15所述的方法，還包括調節(jié)所述多個過濾器葉片的所述相對位置以通過將從所述X射線發(fā)射器投射的所述X射線的一部分完全阻斷來對從所述X射線發(fā)射器投射的所述X射線進行準直。
【文檔編號】A61B6/06GK105832355SQ201610073443
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年2月2日
【發(fā)明人】埃薩·卡萊維·埃羅寧
【申請人】帕洛代克斯集團有限公司