專利名稱：產生高質量x射線投影的成像系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及實時產生目標的X射線投影的一種成像系統(tǒng)、方法以及記錄載體。
背景技術：
在例如使用導管進行脈管系統(tǒng)檢查和治療的醫(yī)療介入中，需要實時監(jiān)控病人體內的治療過程。比較典型的做法是使用X射線熒光檢查法，即連續(xù)產生對感興趣區(qū)域的二維X射線投影。但是這種過程的一個缺陷是投影的方向，即使能夠調整，也只是在有限的角度內緩慢地改變。此外由于組織噪聲即位于所觀察區(qū)域前后且在投影中重疊的骨頭等結構的影響，投影的質量可能較低。
US 6,222,902 B1介紹了一種特定的成像系統(tǒng)，該成像系統(tǒng)具有一種能在位于病人下面的圓環(huán)上旋轉的X射線源同時相關聯(lián)的二維探測器保持固定。依照斷層X射線照相組合的原理，所述設備產生的投影被用來重建病人體內不同的平行焦平面(切片)。此外，該設備還能夠將一系列切片合成為體積的三維表示。

發(fā)明內容
基于這樣一種情況，本發(fā)明的目的在于提供用于靈活產生病人的X射線投影的裝置，這些裝置尤其用來在醫(yī)療介入中進行監(jiān)控。
此目的通過根據權利要求1的成像系統(tǒng)，根據權利要求9的方法和根據權利要求10的記錄載體得以實現。優(yōu)選實施方式在從屬權利要求中公開。
根據該發(fā)明的第一方面，本發(fā)明涉及一種用于實時生成目標的X射線投影的成像系統(tǒng)，其中該投影的質量應當在一個或多個方面(比如信噪比，對比度)等同于或者優(yōu)于按照最優(yōu)參數(輻射劑量，照射時間等)設置直接得到的傳統(tǒng)X射線投影。此外，這里所提到的術語“實時”指的是一定狀態(tài)的投影圖像在可忽略的等待時間內有效的情況，該等待時間例如在0.1秒到3秒之間，優(yōu)選為在0.1秒到0.5秒之間。另外，瞬時過程在相應的“實時”投影序列中運行得應與現實中一樣地快，即沒有“慢動作”效應。這些實時投影所要求的有效性使其特別適合應用于醫(yī)療介入的監(jiān)控或者指導。該成像系統(tǒng)包括以下部件a)旋轉的X射線裝置，從定義上講，其包括一個能夠在彎曲軌道例如封閉的圓環(huán)形軌道上移動的X射線源。此外，該裝置適于從不同方向尤其是使用低劑量設置來產生目標的X射線原始投影(raw projection)。
b)適合于從前面提到的由X射線裝置產生的一組原始投影來重建感興趣體積，并且從重建的感興趣體積或者該重建的感興趣體積的一個子體積(感興趣區(qū)域，ROI)來計算預定參數(比如說投影方向)的至少一個虛擬投影的數據處理單元。所述虛擬投影相應于所追求的高質量投影。感興趣體積的重建能夠使用來自于立體X射線斷層掃描成像(VCT)的標準算法來實現，并且通過提供足夠的處理能力使數據處理單元的操作完全能夠達到所需要的那樣快。
前面提到的這種成像系統(tǒng)與從固定方向產生系列投影的傳統(tǒng)X射線裝置相比有兩個主要的優(yōu)點首先，使用從重建的體積中計算得到的虛擬投影允許任意地選擇投影方向。比如說它可以實現在不同投影方向瞬間切換，從不同方向同時觀察若干投影(比如立體顯示)，或者從那些原本由于X射線裝置的機械限制而無法想象的方向去觀察。此成像系統(tǒng)的第二個重要優(yōu)點在于虛擬投影的質量要高于來自同一方向的直接原始投影的質量。這是因為虛擬投影整合了來自不同方向的原始投影的信息，其能夠獲得較好的信噪比并且降低了例如組織噪聲。在這方面需要注意，由于單個的原始投影能夠由低劑量產生，所以不必將病人暴露到過量的X射線輻射就可以獲得高質量的虛擬投影?？偠灾?，該成像系統(tǒng)生成多個低劑量/低質量的投影，接著依據這些投影重建了低質量的體積，然后從該體積計算出高質量的虛擬投影。
依照本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式，旋轉的X射線裝置包括錐形束X射線源和二維X射線探測器。所述部件被彼此嚴格固定在一種(環(huán)狀)C形臂上和/或布置在臺架上以便它們能夠圍繞目標旋轉。該錐形束和二維探測器陣列能夠在一次掃描中完成對一立體目標的投影，因此不需要像許多傳統(tǒng)CT系統(tǒng)那樣使裝置做螺旋運動。
通常在一次檢查中，只有目標體內的一小塊區(qū)域是我們感興趣的，例如脈管系統(tǒng)內導管的頂端或病變。在這種情況下為了降低運算量，經由數據處理單元重建得到的體積可以被有選擇地限制在比從那組原始投影能夠最大地重建得到體積小的一塊區(qū)域。
上面已經提到，優(yōu)選使用低劑量設置產生原始投影，這其中“低劑量”的定量定義依賴于個體情況，尤其是被成像目標的類型。優(yōu)選地，用于重建感興趣體積的一組投影的總累積劑量大致等于產生最佳質量(高對比度，優(yōu)良的信噪比)的單個投影的所用劑量。
依照該成像系統(tǒng)的優(yōu)選實施方式，X射線裝置的劑量能夠在不同的劑量水平之間交互切換。尤其是允許在生成虛擬投影的低劑量模式和考慮重建高質量體積的高劑量模式之間切換。
在一可選實施方式中，旋轉的X射線裝置適于旋轉超過360°，即能夠在一個封閉軌道上朝一個方向，并以至少4Hz(轉每秒)的速度連續(xù)旋轉。
此外，該旋轉的X射線裝置優(yōu)選適于以超過100個投影(幀)每秒，優(yōu)選超過150個投影每秒，的速率來產生原始X射線投影。這樣的高速率和前述的旋轉速度保證了來自各個方向的足夠投影能有效用于對實時表現身體內過程的體積的重建。
在本發(fā)明的另一優(yōu)選實施方式中，數據處理單元適于根據新的原始投影來不斷更新重建的感興趣體積。這就意味著感興趣體積能夠隨時從有效的最新原始投影重建得到，從而保證總是描繪出身體內的當前狀況。每當有一定數量(比如從1到30)的新的原始投影出現或者X射線裝置向前移動了一個特定的角度(比如說30°)時，重建的體積就可以得到更新。
該成像系統(tǒng)還可以選擇性地包括用來顯示重建的感興趣體積、原始投影、尤其是計算得到的虛擬投影的顯示單元。此外，該顯示單元應適合顯示前述的體積、原始投影或者虛擬投影的立體圖像，即具有相應于人眼視角的視角的圖像，以這種方式它們能在意識上被組合成三維圖像。
該成像系統(tǒng)還包括用于原始投影、感興趣體積和/或虛擬投影的參數的交互確定的輸入設備，例如鍵盤、鼠標或者觸摸屏。例如，由此用戶可以調整虛擬投影的視角、感興趣體積的位置以及原始投影的參數。
本發(fā)明還包括一種實時產生目標的X射線投影的方法，該方法包括以下的步驟a)從不同方向產生目標的(優(yōu)選低劑量的)X射線原始投影；b)從所述原始投影重建感興趣體積；c)從該重建的感興趣體積或它的一個子體積計算出至少一個虛擬投影。
最后，本發(fā)明包括一種記錄載體，例如軟盤、硬盤或CD，在這種載體中存儲了用于實時產生目標的高質量X射線投影的計算機程序，其中所述程序適于執(zhí)行前述的那種方法。
此方法和記錄載體具備同上述成像系統(tǒng)相同的基本特征。對于它們的更多細節(jié)、優(yōu)點和進一步發(fā)展，可以參考該成像系統(tǒng)的描述。
參考下文的實施例，本發(fā)明各個方面將變得明顯并得到闡述。


接下來，借助附圖以示例的方式來描述本發(fā)明圖1示意性地描述了根據本發(fā)明的成像系統(tǒng)；圖2示出了動脈瘤的原始投影與根據本發(fā)明計算得到的相應的虛擬投影之間的對比。
具體實施例方式
圖1示出了根據本發(fā)明的成像系統(tǒng)的原理圖。該系統(tǒng)包括旋轉的X射線裝置10，其例如可能與CT系統(tǒng)相同或者相類似。裝置10包括用來生成錐形X射線束的X射線源11和二維X射線探測器13(例如平板式動態(tài)X射線探測器FDXD)，該X射線探測器被布置在正對X射線源的位置以便測量透射過躺在裝置中央的病人1的輻射。X射線源11和探測器13被引導在圓形臺架12內并能以優(yōu)選約為5Hz的頻率同步圍繞病人1旋轉。此外，它們還適于在旋轉過程中以優(yōu)選大于150幀/秒的速率產生病人1的X射線投影，其中所述投影以較低的劑量產生。因而盡管連續(xù)地產生投影，但能夠限制輻射對病人的傷害。
該成像系統(tǒng)還包括數據處理單元20，這個單元尤其包括一臺計算機(工作站)21。該計算機21包括例如CPU、存儲器、I/O接口等常用硬件以及適當的軟件。圖1中簡述了相應于計算機21所執(zhí)行的主處理步驟的功能部件或者模塊(以硬件和軟件實現)。
在檢查過程中，計算機21的第一模塊采集并存儲由X射線裝置10連續(xù)產生的二維原始投影22。
在下一模塊中，使用本領域中公知的方法(比如反投影)，計算機21從投影22重建感興趣體積的三維圖像。在至少180°的角度范圍內收集到的投影數據被用于所述體積的體積重建。只要覆蓋例如30°的角度范圍的新的投影是有效的，則體積的重建能連續(xù)得到更新。
在下一個步驟中，從重建的體積23或者它的合適子體積來計算或正向投影虛擬投影24。該虛擬投影的特定參數可以由用戶通過鍵盤27、鼠標26和/或觸摸屏25來交互設置。計算得到的虛擬投影會被顯示在監(jiān)視器25上幫助醫(yī)生診斷?？蛇x擇地，能夠計算兩個或者更多的虛擬投影24并將它們同時顯示在監(jiān)視器25上。此外，當然也可以在監(jiān)視器25上面顯示一個或者更多的原始投影22或者重建的體積23。如果需要實時地高質量顯示體積，就要增大產生單個原始投影22的輻射劑量以便于提高投影以及重建體積的信噪比。用戶可在以下兩種操作模式之間切換----直接使用實時三維圖像(RT-3D)的信息來進行指導(高劑量模式)；----通過從重建體積計算投影來間接使用RT-3D(低劑量模式)。
在上述兩種模式中，顯影/投影的方向都能在正在進行的數據采集過程中靈活選擇并且交互地修改。
該發(fā)明的進一步改進還可能包括----在前述兩種模式之間交互地切換；----在介入過程中對感興趣區(qū)域交互地重新定義；----計算具有稍微不同的投影方向的兩個投影用于立體顯示；----計算幾個投影方向用于從多個投影方向同時顯示感興趣區(qū)域；----使用原始投影數據用于(a)立體顯示，(b)同時顯示多個方向投影。
該成像系統(tǒng)的優(yōu)點在于允許在介入指導過程中任意的投影方向，能夠獲得三維的介入指導以及能夠去除所謂的組織噪聲。它特別適合于所有X射線指導的脈管介入。
圖2示出了具有動脈瘤的身體區(qū)域的三個原始投影(大圖)，層疊在上面的插圖表示計算得到的感興趣區(qū)域的虛擬投影。通過對比可以清楚地看到組織噪聲的減弱以及對動脈瘤更好的描繪。從在介入式心血管X射線系統(tǒng)獲得的數據，通過門控重建技術生成這些投影。
最后需要指出的是，在本申請中術語“包含”并不排斥其他的元件或者步驟，術語“一”或“一種”并不排斥復數，并且，單個的處理器或者其他單元可以實現多個裝置的功能。這項發(fā)明存在于各個和每個新的技術特征以及技術特征的各個和每個組合。并且，權利要求中的附圖標記并不是被構造來限制它們的范圍。
權利要求
1.用于實時產生目標的X射線投影(24)的成像系統(tǒng)，包括a)用于從不同方向生成目標(1)的X射線原始投影(22)的旋轉的X射線裝置(10)，和b)適于根據一組所述原始投影(22)來重建感興趣體積，并根據這個體積(23)或這個體積(23)的一部分來實時計算至少一個虛擬投影(24)的數據處理單元(20)。
2.依照權利要求1的成像系統(tǒng)，其特征在于該旋轉的X射線裝置(10)包括錐形束X射線源(11)和二維X射線探測器(13)。
3.依照權利要求1的成像系統(tǒng)，其特征在于重建的體積(23)是能夠根據該組原始投影重建得到的體積的子體積。
4.依照權利要求1的成像系統(tǒng)，其特征在于該旋轉的X射線裝置(10)適于產生具有相應于單個高質量投影劑量的總劑量的X射線原始投影(22)組。
5.依照權利要求1的成像系統(tǒng)，其特征在于該X射線裝置(10)的劑量能夠在不同劑量水平之間交互地切換。
6.依照權利要求1的成像系統(tǒng)，其特征在于數據處理單元(20)適于根據新的原始投影(22)來持續(xù)更新重建的感興趣體積(23)。
7.依照權利要求1的成像系統(tǒng)，其特征在于它包括顯示單元(25)，該單元用來顯示重建的感興趣體積(23)、原始投影(22)、計算得到的虛擬投影(24)和/或它們的立體圖像。
8.依照權利要求1的成像系統(tǒng)，其特征在于它包括輸入設備(25，26，27)，該輸入設備用來交互確定原始投影(22)、感興趣體積(23)和/或虛擬投影(24)的參數。
9.一種用于實時產生目標(1)的X射線投影(24)的方法，包括以下步驟a)從不同方向產生目標(1)的X射線原始投影(22)；b)根據所述原始投影(22)重建感興趣體積(23)；c)根據重建的感興趣體積(23)或這個體積的一部分計算出至少一個虛擬投影(24)。
10.一種記錄載體，其上存儲了用于實時產生目標(1)的X射線投影(24)的計算機程序，所述程序適于執(zhí)行根據權利要求9的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉用于產生病人(1)的高質量X射線投影(24)的一種成像系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)包括旋轉的X射線裝置(10)，例如錐形束的CT臺架(12)，以及相關的數據處理單元(20)。在醫(yī)療介入過程中，從不同方向持續(xù)產生病人(1)的低劑量投影(22)。接著根據所述投影重建感興趣的體積(23)，根據其可以計算得到高質量的虛擬投影(24)并顯示在監(jiān)視器(25)上。所述虛擬投影(24)的數目和方向能夠由用戶隨意選擇。
文檔編號A61B6/03GK101039622SQ200580034711
公開日2007年9月19日 申請日期2005年10月6日 優(yōu)先權日2004年10月11日
發(fā)明者V·拉舍, R·普洛克薩 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司