小视场x射线成像的系统和方法
【专利摘要】一种X射线成像的系统和方法包括X射线发射器，其对X射线进行投射。X射线接收器接收来自所述X射线发射器的X射线以产生多幅投影图像。具有至少一个过滤器叶片的过滤器吸收来自所述X射线发射器的所述X射线的至少一部分以限定完全视场内的有限视场，其中，所述X射线在所述完全视场的至少一个经衰减的部分中被衰减。处理器基于所述完全视场的投影图像来重建三维图像。所述有限视场位于经重建的三维图像内。根据经重建的三维图像来确定至少一个校正参数。基于所述有限视场和所述至少一个校正参数来重建三维图像。
【专利说明】
小视场X射线成像的系统和方法
技术领域
[0001 ]本公开涉及X射线成像系统和方法。
【背景技术】
[0002]美国专利N0.8，155，415公开了一种用于扩大截断的计算机断层摄影(CT)扫描的视场的装置和方法。在原始CT图像上执行迭代计算以产生对图像的估计。对经重建的图像的经计算的估计包括原始图像中心和在图像中心外的截断的部分的估计。所述计算使用关于图像中心的图像掩码作为一个边界。
[0003]美国专利N0.8，107，708公开了一种用于在用于计算机断层摄影记录的重建方法中校正截断伪影的方法。投影图像由通过确定在针对像素的投影图像外的辐射的衰减扩展的X射线图像检测器记录。出于截断校正的目的，非水平过滤器线由X射线图像检测器的经轴和轴人工延伸来扩展。
[0004]美国专利N0.7，756，315公开了一种用于扩大体积计算机断层摄影扫描的视场的方法。所述方法包括基于一个或多个边缘通道的平均值来识别具有投影截断的截断视图和没有投影截断的非截断视图。至少基于一个邻近的非截断的视图来计算针对截断的视图中的每个的估计的缺少的投影。基于所估计的缺少的投影来计算针对截断的视图中的每个的投影轮廓，并且投影轮廓提供针对在视场外的区的衰减数据和投影数据中的至少一个。
[0005]美国专利N0.5，278，887公开了一种用于在荧光透视检查流程期间减少X射线的剂量的装置和方法。过滤器构件用于选择性地使撞击患者的身体的X射线辐射衰减。过滤器构件允许未衰减的X射线对由医师选择的感兴趣区进行成像，由此产生高强度低噪声图像。感兴趣区周围的区利用经衰减的辐射来成像以产生较少强度较多噪声的图像。
[0006]美国专利申请N0.12/990，285公开了一种使用未经衰减校正的PET发射图像来补偿不完整解剖图像的方法。未经衰减校正的(NAC)PET图像的经分割的轮廓用于识别截断的区域的轮廓。合适的组织类型用于填充在截断的CT或MR图像或衰减图的截断的区域中。经校正的衰减图之后用于生成患者或感兴趣区域的经衰减校正的PET图像。
[0007]美国专利申请如.13/113，714(通过引用将其整体并入本文)公开了一种乂射线成像系统和方法，其利用一种成像设备，所述成像设备包括将X射线发射通过对象的发射器和接收X射线的接收器。控制电路控制发射器并处理由接收器接收到的X射线以生成对象的X射线图像。控制电路控制显示器以显示对象的初始视图。对对象的初始视图的显示能由用户修改。成像设备被控制以基于对初始视图的显示的用户修改来生成对象的X射线位置图像。显示器被控制以显示定位图像。对定位图像的显示能由用户修改并且成像设备被控制以基于对定位图像的显示的用户修改来生成对象的X射线图像。
【发明内容】
[0008]X射线成像系统的示范性实施例包括X射线发射器，其将X射线投射通过至少部分地吸收所述X射线的对象。X射线接收器被配置为接收来自所述X射线发射器的未吸收的X射线并根据接收到的未吸收的X射线产生所述对象的投影图像。过滤器被布置在所述X射线发射器与所述X射线接收器之间。所述过滤器包括至少一个过滤器叶片，其吸收来自所述X射线发射器的所述X射线的至少一部分。所述至少一个过滤器叶片是能调节的，以调节施加到在至少完全视场和有限视场中的所述对象的X射线强度的量。处理器连接到所述X射线接收器。所述处理器运行在计算机可读介质上存储的计算机可读代码并且在运行所述计算机可读代码之后处理来自所述X射线接收器的所述投影图像。所述处理器基于所述完全视场的投影图像来重建三维图像。所述处理器基于所述完全视场来将所述有限视场定位在经重建的三维图像内。所述处理器根据经重建的三维图像来识别至少一个校正参数。所述处理器利用所述至少一个校正参数基于所述有限视场来重建三维图像。
[0009]—种X射线成像的方法包括对来自X射线发射器的X射线进行投射。所述X射线利用吸收所投射的X射线的至少一部分以限定完全视场内的有限视场的至少一个过滤器叶片来过滤。所述X射线强度在所述完全视场的至少一个经衰减的部分中被衰减。在X射线接收器处接收所述X射线以从所述有限视场和所述完全视场采集多幅投影图像。处理器基于来自所述完全视场的所投影的图像来重建三维图像。所述处理器将所述有限视场定位在所重建的三维图像内。所述处理器根据所定位的有限视场来限定至少一个校正参数。所述处理器基于来自所述有限视场的所投影的图像和所述至少一个校正参数来重建三维图像。
【附图说明】
[0010]图1是示范性的X射线成像设备的透视图。
[0011]图2是X射线成像系统的示范性实施例的示意性表示。
[0012]图3是描绘X射线成像的方法的示范性实施例的流程图。
【具体实施方式】
[0013]在本说明书中，为了简洁、清楚和理解已经使用了某些术语。没有不必要的限制由此要被暗示在现有技术的要求之外。因为这样的术语仅仅用于说明性目的并且意图要被宽泛地解释。本文中描述的不同的系统和方法可以单独地或与其他系统和方法组合地使用。各种等效方案、备选和修改在权利要求书的范围内是可能的。权利要求书中的每个限制意图基于35U.S.C.§112(f)来唤起解释，仅仅在术语“用于…的装置”或“用于…的步骤”被明确记载在相应的限制中的情况下。
[0014]图1描绘了用于采集对象的X射线图像的示范性X射线成像设备，对象示范性地为牙科患者或医学患者。在示出的具体示例中，成像设备10被配置用于对人类颅骨的牙颂面部复合体的3D成像;然而，用于对患者的解剖结构的其他部分进行成像的设备的其他配置能够代替地与本发明的构思一起采用。X射线成像设备10能够任选地被配置为进行不同类型的成像流程，包括但不限于全景成像(标准、儿科、正交带、宽拱、正交、等等)、头部测量成像(头部儿科横向投影、头部横向投影、头部后前位、等等)和/或3D成像。图1描绘了用于与本公开中的构思一起使用的X射线成像设备的仅仅一个示例。X射线成像设备的其他示例能够代替地被采用，包括但不限于计算机断层摄影(CT)和荧光透视检查成像。本文中公开的技术和设备还可以结合医学成像和医学成像模态的其他形式一起使用，并且要意识到牙科成像仅仅是示范性应用。
[0015]成像装置10包括外壳12，外壳12可移动地被支撑在支撑柱14上。外壳12能够经由常规引导电机(未示出)在垂直方向V向上和向下移动，所述常规引导电机被配置为沿轨道16垂直地向上和向下移动外壳12，轨道16沿支撑柱14延伸。外壳12包括被设置在支撑柱14上的大体垂直延伸的引导部件18和从引导部件18大体水平延伸的大体水平延伸的支撑部件20。支撑部件20支撑旋转部件22，其可相对于固定支撑部件20在水平平面H中旋转。支撑部件20和/或旋转部件22可以包含被配置为使旋转部件22旋转的常规引导电机(未示出)。在备选实施例中，成像设备10能够被安装到支撑结构(未描绘出)，所述支撑结构示范性地为墙壁代替或者除了由柱14支撑。
[0016]X射线发射器外壳24和X射线接收器外壳26被放置在旋转部件22的相对端部上并且从旋转部件22大体垂直向下延伸。发射器外壳24包含大体位于28处(尽管未描绘出)并且被支撑在发射器外壳24中的X射线发射器。X射线发射器被放置为将来自X射线发射器的X射线发射通过被成像的对象(例如，患者)到达大体位于30处(尽管未描绘出)并且被支撑在X射线接收器外壳26中的X射线接收器。患者放置外壳32从引导部件18延伸并且包括用于将患者的头部(未描绘出)放置在相对的X射线发射器28与X射线接收器30之间的下颚支撑物34。头部支撑物36从水平支撑部件20延伸通过旋转部件22。下颚支撑物34和头部支撑物36可以是任选的，并且对患者的放置可以以备选的方式来执行。成像设备10的实施例还包括图形显示器38，其用于呈现如本文中公开的图像。在额外的实施例中，图形显示器38可以为触敏图形显示器，其还用作输入设备以接收针对成像设备10的用户输入或控制命令。
[0017]图2是X射线成像系统40的示范性实施例的示意性表示。如以上简单描述的，X射线成像系统40包括X射线发射器42和X射线接收器4LX射线接收器44与X射线发射器42分隔开以将对象容纳在X射线发射器42与X射线接收器44之间，所述对象示范性地为患者的头部P。X射线的束46从X射线发射器42被投射到X射线接收器44，穿过被设置在其间的对象P。在非限制性实施例中，束46是锥形束，尽管将意识到备选实施例可以使用其他束形状，包括但不限于扇形束或线形束，如本领域技术人员可以意识到的。
[0018]在操作时，X射线发射器42在X射线接收器44的方向对束46进行投射。X射线穿过患者的头部P并且患者的头部P的解剖结构吸收不同量的X射线。在穿过患者的头部P之后，在X射线接收器44处吸收经衰减的X射线，X射线接收器44将接收到的X射线的强度样式转换成在X射线接收器44处的未吸收的X射线的数字化输出表示。X射线接收器44将该输出提供到处理器48。与来自X射线发射器42的X射线的束的单次发射对应的来自X射线接收器44的数字化输出的集合可以被称为对象P的投影图像，对象P示范性地为患者的头部。如本文中所使用的，投影图像是指数据的二维数组或矩阵，其中，每个矩阵元素与对应的像素中的检测到的X射线通量相关联。应理解，在使用存储或发射的实施例中，数据可以被发送或被存储为一维序列。应意识到，在某些实施例中，并且如以上简单描述的，X射线发射器42和X射线接收器44保持彼此对应并且绕要被成像的对象P旋转，示范性地绕旋转轴旋转。在实施例中，旋转轴与要被成像的对象P的中心对齐。在图2中描绘的实施例中，旋转轴与患者的头部P内的感兴趣的具体解剖特征50对齐。在又一个实施例中，旋转轴可以是可变的，并且在一个示例中，旋转轴可以沿圆或其他路径移动。还可以使用针对旋转轴的其他技术或对齐，如将由本领域技术人员意识到的。
[0019]处理器48接收来自X射线接收器44的投影图像数据并且处理器运行在计算机可读介质52上存储的计算机可读代码。由处理器48对计算机可读代码的运行使得处理器执行如本文中进一步详细公开的数据处理和控制功能，包括运行如本文中进一步详细公开的X射线成像的方法的实施例。在由处理器48执行的处理和功能的非限制性示例中，处理器48根据接收到的投影图像来重建3D图像。如本文中所使用的重建是根据如本文中更详细描述的投影图像、经修改的投影图像和/或其他额外的数据来生成3D数据的图像处理算法的应用。处理器48还连接到图形显示器54。处理器48可以以使得呈现X射线成像数据的方式来操作显示器54，所述X射线成像数据在实施例中能够为2D X射线图像和3D X射线图像。在如以上提及的示范性实施例中，显示器54还可以包括触敏控制。例如，显示器54还可以用作供医师或技术员输入控制参数或命令的用户输入设备。尽管未描绘出，但是在额外的实施例中，还可以出于这样的目的而使用单独的用户输入设备。处理器48通信地连接到X射线发射器42以将操作信号和控制信号提供到X射线发射器42，包括但不限于与X射线的所发射的束46的计时和强度有关的控制。
[0020]尽管在图2中描绘的X射线成像系统40的实施例描绘了单个处理器48，但是将意识到在备选实施例中，两个或更多个处理器可以一起协同工作使用以执行如本文中描述的功能和操作。因此，如本文中找到的对处理器的引用应当被解释为包括这样的多处理器系统。
[0021]X射线成像系统40还包括过滤器56。过滤器56包括至少一个过滤器叶片58。在图2中描绘的示范性实施例中，过滤器56任选地但未必包括多个过滤器叶片58。每个过滤器叶片58由X射线吸收性材料构造，所述X射线吸收性材料示范性地为铅、铝、铜或钨。在实施例中，至少一个过滤器叶片58是能在位置上进行调节的以至少部分地延伸到束46中。穿过一个或多个过滤器叶片58的束46的部分将由过滤器叶片58的材料衰减。因此，过滤器56修改束46使得例如束46包括(I)有限视场束部分60，其中，X射线到达要被成像的对象P，未由过滤器56的过滤器叶片58中的任何衰减，以及(2)至少一个经衰减的束部分62，其中，要被成像的对象P被暴露于减少的X射线强度。因此，束46的完全视场64包括有限视场束部分60和至少一个经衰减的束部分62两者。在示出的实施例中，完全视场64包括有限视场束部分60和两个经衰减的束部分62。尽管示出的实施例描绘束46的部分在大体水平的维度上被衰减，但是其他实施例可以在垂直维度上或在两个维度上使束46衰减。
[0022]尽管在图2中未描绘出，但是示范性实施例还可以包括被放置在X射线发射器42与过滤器56之间的准直器。准直器阻断从X射线发射器42发射的X射线的部分以将所发射的X射线成形为束46。将意识到，在示范性备选实施例中，过滤器56还可以用作准直器因为充分数目的过滤器叶片58可以撞击在束46上例如以完全地阻断束46的部分。
[0023]根据非限制性且仅仅示范性的实施例，完全视场的直径可以在30毫米与180毫米之间。在某些实施例中，优选的是，完全视场大于要被成像的对象或对象部分P的最大直径，因此例如当获得来自绕要被成像的对象或对象部分P的各个角度的投影图像时，这样的投影图像捕获要被成像的完整对象或对象部分P的完整大小。在非限制性实施例中，有限视场能够具有30毫米到130毫米的直径，其能够呈现显著减少的视场以聚集于感兴趣的特定解剖结构。类似地，在实施例中，优选的是，有限视场的直径至少与感兴趣的解剖结构的最大直径一样大或稍大，因此例如感兴趣的完整解剖结构被捕获在有限视场投影图像内。
[0024]在实施例中，处理器48将控制信号提供到过滤器56以操作过滤器56，例如以调节一个或多个准直器叶片58的位置以调节有限视场束部分60的大小或调节X射线的在束46的经衰减的部分62中的衰减量或者两者。在实施例中，提供多个过滤器叶片58，每个叶片58具有已知的X射线吸收特性。任选地，过滤器能够针对束46的每侧具有一个过滤器叶片58，或者甚至仅仅具有单个过滤器叶片58。每个过滤器叶片58的已知的X射线吸收特性能够取决于过滤器叶片的物理特性。过滤器叶片的特性的两个非限制性示例包括材料或厚度。在示范性实施例中，过滤器叶片可以具有一个或多个孔或穿孔，其与实心结构的过滤器叶片相比较减少X射线吸收特性。在示范性实施例中，过滤器叶片每个具有相同的X射线吸收特性，同时在其他示范性实施例中，叶片每个具有不同的X射线吸收特性。
[0025]过滤器56能够被操作以基于从X射线发射器42投射的X射线束的强度来将适当数目的过滤器叶片58放置为延伸到X射线束46以实现目标衰减。在实施例中，成像系统可以执行校准流程以对由至少一个过滤器叶片58对X射线的实际衰减进行映射。在所发射的X射线功率或强度中的自然差异以及过滤器叶片58中的自然差异、杂质以及制造公差能够得到在经衰减的部分中的实际X射线强度中的一些差异。因此，下面参考图3进一步详细描述的映射或校准能够提供比默认假设更准确的X射线强度的表示。
[0026]在临床成像中，期望将X射线剂量限于患者被暴露于的剂量，同时使用充分的X射线强度来实现高质量医学图像。其中这已经被实现的一个先前方式在于当感兴趣的特定解剖结构50比被成像的完整对象P(示范性地为患者的头部)小时，常规准直器可以用于将X射线束的视场限制于仅仅对感兴趣的解剖结构进行成像必需的大小。然而，这已经由发明人发现以在3D图像重建中创建问题在于提供了与在感兴趣的解剖结构50周围的解剖结构有关的不充分的信息，这得到更低质量3D图像重建和经重建的3D图像中的更高伪影发生率。因此，如本文中公开的系统和方法提供在(一个或多个)感兴趣的特定解剖结构50周围的额夕卜上下文信息，同时限制施加到患者的X射线剂量。在实施例中，如本文中所公开的新图像处理技术与对过滤器56中的过滤器叶片58的受控制的调节一起组合以便使X射线束46在有限视场束部分60之外的部分衰减，但是不完全阻断。由该经衰减的X射线剂量产生的投影图像提供进行适当的调节的背景以改进对来自有限视场束部分60的投影图像的3D图像重建，有限视场束部分60已经被变窄以特别靶向感兴趣的解剖结构。
[0027]在一些情况下，引起伪影的对象可以仍然出现在经衰减的部分中，但是这些能够仍然被识别到并且经ROI补偿以移除任何残余伪影。例如，引起伪影的对象，包括但不限于牙科植入物能在有限视场之外的投影图像中识别到，不论经衰减的X射线剂量如何。对这些引起伪影的对象的识别能够用于改进图像质量或从对来自有限视场的投影图像的3D图像重建移除这些引起伪影的对象的效应。在非限制性示例中，来自有限视场之外的投影图像与来自有限视场的投影图像一起归一化。根据该经归一化的图像，能够执行完全视场重建。在完全视场重建内，感兴趣对象(例如，患者的头部)能够被限定，即使感兴趣对象的边缘中的一些或全部未位于有限视场内，而且相反位于有限视场之外的经衰减的部分中。在一个非限制性示例中，这可以通过将经重建的图像分离成空气部分和非空气(例如，对象)部分来执行，因为这些空气/非空气边缘仍然容易能在经衰减的部分内识别到。因此，根据经重建的完全视场图像，实施例能够识别对象的形状和/或大小并且对有限视场相对于完整感兴趣对象的位置进行定位。该信息以及如本文中进一步详细描述的其他信息能够用于例如改进经重建的体积的质量。在还有另外的示范性实施例中，经重建的体积的质量能够通过利用感兴趣对象的已知衰减来校准重建来改进。
[0028]有限视场的重建可以易受非均匀密度分布影响并且还可以易受由位于有限视场之外的高密度团块一切你的增大的密度值影响。在非均匀密度分布的示例中，偏心视场投影图像采集和根据具有均匀密度的头部大小的对象的对应重建得到具有非均匀密度的重建图像。在该示例中的伪影为非均匀密度分布。非均匀性由根据投影图像的重建引起，其中，不能确定出现在投影图像中的高密度团块是在有限视场之内还是之外。类似地，当高密度团块位于有限视场之外时，这错误地引起有限视场重建内的增大的密度值。如果在有限视场之外的团块主要位于来自视场的特定方向上，则有限视场中的在该方向上的密度值增大得比在有限视场的其他部分中的密度值更多。如果有限视场位于团块的中心，则当这可以得到如以上所描述的最小非均匀伪影时，完整有限视场的绝对密度值被向上偏移(例如，未知量)。因此，通过将有限视场以及根据有限视场的重建定位在感兴趣的对象内，能够做出与位于有限视场内或之外的具有增大的强度的团块的位置和对如本文中进一步详细描述的由此改进的有限视场的重建有关的确定。
[0029]图3是描绘根据本发明的X射线成像100的方法的示范性实施例的流程图。应注意，方法100仅仅被呈现为示例，并且其他实施例可以包括比在方法100中描绘的步骤更多或更少的步骤，或者可以以备选的顺序来执行这样的步骤，同时实现如本文中所公开的相同的或相似的功能。在102处，至少一个过滤器叶片的位置被调节以便限定X射线束的未经衰减的部分的有限视场直径和X射线束的经衰减的部分中的X射线的衰减中的一个或两者。在一些实施例中，过滤器调节包括期望的X射线强度的考虑，其可以基于要被成像的对象来选择，并且因此可以需要更多或更少的过滤器来实现适当的衰减。
[0030]接下来在104处，X射线从X射线发射器在X射线接收器的方向上投射。要被成像的对象P(示范性地为患者的头部)被设置在X射线发射器与X射线接收器之间的所投射的X射线的路径中。X射线能够以各种束形状中的任何来投射，包括但不限于扇形、线形或锥形，尽管将理解还可以使用其他束形状。在本文中描述的示范性实施例中，X射线束具有锥形形状。在其中X射线以锥形的束来投射的实施例中，束和X射线接收器的尺寸能够被选择为大于要被成像的对象P的最大直径，因此完全捕获在束内的要被成像的对象Pc3X射线成像系统能够控制X射线束的功率或强度，其能够取决于要被成像的特定对象P或要被成像的对象内的感兴趣的解剖结构来增大或减小。
[0031]在106处，所投影的X射线由过滤器过滤，所述过滤器包括至少一个过滤器叶片并且被设置在X射线发射器与如被放置在102处的要被成像的对象之间的位置中。至少一个过滤器叶片(其能够例如为多个过滤器叶片)部分地延伸到X射线束中并使束的那些部分衰减以限定(I)有限视场，其中，X射线束在完全强度处，以及(2)至少一个经衰减的部分，其中，X射线束已经部分地由至少一个过滤器叶片吸收。因此，准直器能操作用于(I)限定聚集于要被成像的对象P内的感兴趣的解剖结构的有限视场，以及(2)减少在有限视场之外的X射线的强度。如以上所公开的，在一些实施例中，X射线束在被过滤器过滤之外利用准直器进行准直。在又一个示范性实施例中，过滤器还可以用作准直器，在充分的过滤器叶片撞击在X射线束上例如以完全地吸收X射线束的部分的情况下。
[0032]现在具有完全强度X射线的有限视场束部分和至少一个经衰减的束部分的X射线束穿过要被成像的对象P并且在108处由X束接收器接收以采集投影图像。总体上，存在X射线强度与采集到的图像的信噪比(“SNR”)之间的关系，直到传感器的饱和点。因此，利用完全X射线强度以有限视场成像的感兴趣的解剖结构将大体具有投影图像中的更高SNR，同时接收经衰减的X射线的要被成像的对象的部分将具有更低SNR。将理解，在如本文中公开的实施例中，多幅投影图像通过以增量方式将X射线发射器和X射线接收器绕要被成像的对象旋转并重复步骤104、106和108来采集以便采集从绕要被成像的对象P的多个角度获取的投影图像。
[0033]如以上所指出的，接收完全强度X射线的要被成像的对象P的部分将具有更高强度的测量结果和比接收到经衰减的X射线的要被成像的对象的那些部分更高的SNR两者。因此，在110处，采集到的投影图像被归一化以调节投影图像的这些部分之间的图像质量和图像强度中的差异。在一个实施例中，基于在针对系统的校准阶段捕获到的测试图像来执行归一化。在对系统的校准期间获取的测试图像提供与在由准直器衰减之后的X射线的强度和分布有关的信息，以及与衰减对投影图像的各个像素值的影响有关的信息。因此，在110处的归一化能够基于在系统校准期间映射的衰减来对投影图像的各个像素值进行归一化。结果是2D投影的集合，每个不仅包含感兴趣的具体解剖特征50，而且当区域包围感兴趣特征50时，任选地(但是未必)包含完整对象P。每个投影能够例如由(如下面所描述的)3D重建算法以如同完整投影是利用均匀X射线剂量来创建的相同的方式来处理。表示在感兴趣特征50之外的区域的每个投影的经归一化的部分将倾向于由于在那些区域中的减少的剂量而更具噪声(即，具有更低SNR)，但是它们的质量足以减少截断伪影、基于对象的伪影、以及否则可能出现在对感兴趣特征50的3D重建中的其他伪影，同时投影的高SNR部分允许对感兴趣特征的高SNE 3D重建。
[0034]在112处，根据经归一化的投影图像来重建3D图像。在该3D重建中，要被成像的对象P使用在有限视场和X射线束的经衰减的部分两者中采集到的投影图像数据来重建。3D图像重建能够使用各种技术和算法来执行，如本领域技术人员可以意识到的。
[0035]在114处，识别到要被成像的对象P的大小。由于感兴趣的解剖结构通常位于要被成像的对象P内部，要被成像的对象P的外侧或边缘将由X射线束的经衰减的部分成像。尽管经衰减的X射线将要被成像的对象P的这些部分的重建的细节和/或质量限制甚至在该减少的图像质量处，要被成像的对象P的外边缘能够由于投影图像中的对象与空气之间的固有对比度来确定。一旦识别到对象大小和边缘，在感兴趣的解剖结构周围的有限视场能够被识别到并位于较大的限定的图像对象内。在非限制性实施例中，绕要被成像的对象的视场在30毫米与180毫米之间，同时有限视场直径在30毫米与130毫米之间，其中，有限视场小于完全视场。
[0036]备选地或另外，可以在有限视场之外的3D重建中识别到一个或多个引起伪影的对象。对引起伪影的对象的识别能够如本文中所公开的被用于改进有限视场的重建的质量。如以上所描述的，这些对象可以是产生在有限视场重建的密度分布中的伪影的更高密度对象。在其中引起伪影的对象是位于有限视场之外的团块的实施例中，对团块的识别能够用于估计在有限视场重建的密度中的错误增大。
[0037]—旦在要被成像的较大限定的对象P内识别到有限视场，在116处使用与被成像的对象内的有限视场的位置有关的该额外的信息来限定用于在对来自有限视场的投影图像的3D重建中使用的至少一个校正参数。至少一个校正参数能够包括例如在有限视场之外的解剖结构中的局部团块分布和/或与被成像的对象内的有限视场的相对位置和大小相关的位置信息。至少一个校正参数能够为能够通过利用完整对象的推导出的经外插的和/或一般化的信息补充不完整信息来消除来自有限视场经重建的图像的密度的非均匀分布的函数或值。在实施例中，校正参数可以为线性函数，示范性为3D平面的函数。这样的校正参数施加到或替换密度分布以改进在经重建的图像中的总体密度分布。校正参数可以在其他实施例中以试验方式、通过模拟或者以解析方式来产生。
[0038]如本文中所公开的实施例推导出与在对象延伸在有限视场之外时(例如，在水平尺寸中的)对象的完整大小有关的信息。作为非限制性示例，实施例通过以下来实现该额外的信息:I)两种重建解决方案，其中，对象的完整大小是从第一经重建的体积图像来推导出，以及(2)对象的完整大小直接根据投影图像使用位置几何结构的已知投影图像来推导出。
[0039]在两个重建实施例中，在第一重建之外，投影图像被分割成两个分量的经修改的投影图像:空气分量(无衰减)和对象分量(例如，剩余的投影图像数据)。接下来，经修改的投影图像根据经分割的投影图像来创建。经修改的投影图像包含仅仅来自空气分量和对象分量中的一个的图像数据。在实施例中，对象分量还利用同质衰减来表示。完整对象(例如，头部)大小信息根据对经修改的投影图像的重建来推导出。在第二重建中，完全对象大小信息用于补充可从有限视场投影图像获得的不完整信息。
[0040]在其中完整对象的大小直接根据投影图像推导出的实施例中，对象的外边缘(例如，皮肤空气边界)常常是在投影图像的边缘附近的某处可见。根据甚至在投影图像的经衰减的部分中的投影图像，可以识别到皮肤空气边缘。通过识别皮肤空气边界，该实施例直接确定存在于有限视场之外的对象的量。
[0041]—旦推导出对象完整大小信息，示范性地在如以上所讨论的两个实施例中的一个中，则该信息能够用于改进对图像(例如，人类医学和3D牙科应用)的重建。这些重建可以通过进一步假设头部平均密度大致与水相同来改进。在有限视场之外的对象的部分的密度能够被假设为水的密度或者如在应用中预定的或由用户选择的另一密度。如以上所提到的至少一个校正参数能够施加到投影图像，示范性地施加到表示对象衰减的投影图像强度。
[0042]在理想状况下，在没有对投影图像到有限视场投影图像的截断的情况下，在投影图像中表示的总衰减独立于扫描角度。该理想状况仅仅在完整对象完全在投影图像的全部中可见的情况下成立。当使用有限视场投影图像时，理想状况能够在已经确定完整对象大小的情况下通过经由外插将在一般化密度处的完整对象的缺少的部分添加到投影图像来近似，示范性地以在如以上所解释的方式中的一个。通过将在投影图像的近似的缺少的部分中的投影图像外插到完整对象的投影图像的总衰减能够被归一化以由此在投影图像之间是相同的并且独立于投影角度。在实施例中，通过保持每个扫描角度的总衰减恒定来将经外插的衰减重新分布在每幅投影图像内。对来自在有限视场之外的对象的部分的值的重新分布能够是不均匀的并且尽可能多地近似原始完整对象。在非限制性实施例中，如果仅仅存在被成像的对象的左边的截断，则重新分布将主要被分享给有限视场投影图像的左边。
[0043]有限视场投影图像包含来自在有限视场之外的一些细节，因为每幅投影图像是穿过被成像的对象的三维区域的X射线的二维表示。另外，所限定的至少一个校正参数能够包含与被成像的对象内的感兴趣的解剖结构的位置有关的信息。这提供针对有限视场投影图像的3D重建的背景，这有助于识别在有限视场投影图像内找到的优选视场体积之外的图像信息。如以上所描述的，通过将感兴趣的解剖结构定位在被成像的对象内，获得与增大的密度团块的位置有关的信息。通过确定这些团块是位于有限视场重建之内还是之外，非均匀密度分布或错误地增大的密度值伪影可以被识别到并被校正。例如，通过识别在有限视场之外的增大的密度的团块的位置，完全对象的总密度分布能够更准确地被获知并且被校正的有限视场投影图像内的密度分布反映该信息。在另一实施例中，至少一个校正参数基于重建中的引起伪影的对象。校正参数能够用于减少或消除在有限视场的重建中找到的该引起伪影的对象的效应。例如，如以上所描述的，识别到的非均匀密度分布能够通过使重建中的具有被施加在投影图像上的密度值或函数的密度分布变平坦来校正。额外地，如果基于在有限视场之外的团块的位置，则重建具有错误地增大的密度分布，有限视场内的密度分布能够向下校正以维持完整对象的密度分布。
[0044]在118处使用至少一个校正参数来重建使用X射线束的完全强度部分采集到的投影图像的有限视场部分的3D图像，得到更高的信号质量。如以上所描述的，非均匀密度分布能够利用校正参数来校正以使在有限视场重建中的密度分布变平坦。有限视场重建还可以易受密度值的不准确确定影响，其还可以被认为是伪影的形式。在非限制性示例中，医生或医师可能不能够根据重建来确定至少一个组织的真实密度(例如，骨骼是硬的还是软的或者以确定经重建的密度与实际密度之间的误差量)。在示范性实施例中，校正参数可以用于模拟期望密度。例如，要被成像的完整对象的模拟和完整对象的密度分布能够得到对具体解剖对象的期望密度的估计，或者在完整对象上的期望密度分布。来自该模拟的密度值可以用于减少经重建的密度值中的误差。在实施例中，至少一个校正参数的发展可以包括对有限视场内的对象密度和密度分布的预假设的使用。当预假设变得越来越复杂和详细时，得到的校正参数可以进一步改进有限视场重建。投影图像的有限视场部分的经重建的3D图像能够被呈现在图形显示器上或被存储在计算机可读介质上以供用户稍后访问。
[0045]本文中公开的系统和/或方法的实施例可以结合能够提供普通完全视场成像或有限视场成像的X射线成像设备来使用。示范性地，完全视场成像可以通过将至少一个准直器叶片调节为在X射线束之外来执行，例如，没有X射线束的部分被衰减。类似地，标准的有限视场成像可以通过使用多个准直器叶片来执行，例如X射线束的经衰减的部分中的X射线中的大多数或全部由组合的准直器叶片来吸收并且仅仅X射线束的有限视场穿过要被成像的对象并且被成像。
[0046]已经发现在期望限制患者中的X射线剂量时，视场直径的减少能够消除用于提供高质量3D重建的重要的上下文信息。因此，当前公开的系统和方法提供一种解决方案，其中，X射线剂量能够通过对能够被紧密调节到要被成像的解剖结构的尺寸的用于3D重建的小直径有限视场投影的使用来限制，同时经衰减的X射线示范性地被施加到要被成像的对象的周围区或外周区以便采集用于实现有限视场投影图像的高质量3D重建的上下文信息。
[0047]该撰写的说明书使用示例来公开本发明，包括最好模式，并且还使得本领域技术人员能够开发和使用本发明。本发明的可授予专利权的范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果它们具有与权利要求书的文字语言无不同的结构元件或者如果它们包括与权利要求书的文字语言具有非实质差异的等效结构元件，则这样的其他示例旨在权利要求书的范围内。
【主权项】
1.一种X射线成像系统，所述系统包括: X射线发射器，其被配置为产生第一 X射线束； 过滤器，其被布置为接收所述第一 X射线束并输出包括较高强度束部分和较低强度束部分的第二 X射线束，所述过滤器包括至少一个过滤器叶片，所述至少一个过滤器叶片适于使所述第一 X射线束的一部分衰减以产生所述较低强度束部分，所述至少一个过滤器叶片是能调节的，以调节所述较低强度束部分的强度和所述较低强度束部分的几何结构中的至少一个，所述X射线发射器和所述过滤器被布置为将所述第二 X射线束指向对象； X射线接收器，其被放置为接收来自所述第二 X射线束的未吸收的X射线，其中，所述过滤器被布置在所述X射线发射器与所述X射线接收器之间，所述X射线接收器被配置为根据接收到的未吸收的X射线来产生对象的多幅投影图像，所述多幅投影图像中的每幅包括根据所述较低强度束部分生成的第一区域和根据所述较高强度束部分生成的第二区域;以及 处理器，其与所述X射线接收器通信，所述处理器适于运行在计算机可读介质上存储的计算机可读代码，并且在运行所述计算机可读代码之后，适于执行以下步骤: 接收来自所述X射线接收器的所述多幅投影图像，并且 基于所述多幅投影图像来重建第一三维图像。2.根据权利要求1所述的X射线成像系统，其中，所述重建步骤包括: 对每幅投影图像的第一区域和第二区域中的至少一个进行归一化以产生经归一化的投影图像的集合;并且 基于经归一化的投影图像来重建所述第一三维图像。3.根据权利要求1所述的X射线成像系统，其中，所述重建步骤包括: 根据经重建的第一三维图像来确定至少一个校正参数，并且 至少基于所述至少一个校正参数和所述投影图像的较高剂量区域来产生第二三维图像。4.根据权利要求1所述的X射线成像系统，其中，所述X射线发射器是锥束X射线发射器。5.根据权利要求4所述的X射线成像系统，其中，所述至少一个过滤器叶片是能在位置上进行调节的以限定所述较低强度束部分的所述几何结构。6.根据权利要求1所述的X射线成像系统，其中，所述过滤器被配置为通过来自所述X射线发射器的基本上未衰减的X射线以产生较高强度束部分并且被配置为将所述较高强度束部分指向所述对象的选定部分，并且其中，所述过滤器还被配置为将所述较低强度束部分指向位于所述对象的选定部分之外的所述对象的一部分。7.根据权利要求1所述的X射线成像系统，其中，所述至少一个过滤器叶片包括多个过滤器叶片，所述多个过滤器叶片中的每个过滤器叶片被配置为吸收预定部分的X射线，其中，所述多个过滤器叶片是能在所述过滤器内调节的以限定所述较高强度束部分的所述几何结构，并且以限定所述较低强度束部分中的所述X射线的衰减。8.根据权利要求1所述的X射线成像系统，还包括图形显示器，其能由所述处理器操作以呈现基于所述对象的选定部分的经重建的三维图像。9.一种X射线成像的方法，包括: 对来自X射线发射器的第一 X射线束进行投射； 利用过滤器来对所述第一 X射线束进行过滤以产生包括较高强度束部分和较低强度束部分的第二 X射线束，所述过滤器包括至少一个过滤器叶片，所述至少一个过滤器叶片吸收所投影的X射线的至少一部分以产生所述较低强度束部分； 在X射线接收器处接收来自所述第二 X射线束的X射线以采集多幅投影图像，所述多幅投影图像中的每幅包括根据所述较低强度束部分生成的第一区域和根据所述较高强度束部分生成的第二区域;并且 利用处理器基于所述多幅投影图像来重建第一三维图像。10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述重建步骤包括: 对每幅投影图像的第一区域和第二区域中的至少一个进行归一化以产生经归一化的投影图像的集合;并且 基于经归一化的投影图像来重建所述第一三维图像。11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述重建步骤包括: 根据经重建的第一三维图像来确定至少一个校正参数，并且 至少基于所述至少一个校正参数和所述投影图像的较高剂量区域来产生第二三维图像。12.根据权利要求11所述的方法，还包括将经重建的第二三维图像呈现在图形显示器上。13.根据权利要求11所述的方法，还包括通过识别要被成像的对象的大小和在经重建的第一三维图像内的所述有限视场的位置来将有限视场定位在经重建的第一三维图像内。14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述至少一个校正参数基于被成像对象的所识别的大小和经重建的第一三维图像中的所述有限视场的所识别的位置。15.根据权利要求9所述的方法，其中，所述至少一个过滤器叶片包括多个过滤器叶片，所述方法还包括调节所述多个过滤器叶片的相对位置以由此控制所述较低强度束部分中的所述X射线的衰减。16.根据权利要求15所述的方法，还包括调节所述多个过滤器叶片的所述相对位置以限定所述较高强度束部分的所述几何结构。17.根据权利要求15所述的方法，还包括调节所述多个过滤器叶片的所述相对位置以通过将从所述X射线发射器投射的所述X射线的一部分完全阻断来对从所述X射线发射器投射的所述X射线进行准直。
【文档编号】A61B6/06GK105832355SQ201610073443
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年2月2日
【发明人】埃萨·卡莱维·埃罗宁
【申请人】帕洛代克斯集团有限公司