用于借助x射线成像确定距离的方法以及x射线设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于借助通过X射线设备的X射线成像确定在受检人员的身体内部的检查对象（5）上的第一点（101）和第二点（102）之间的距离（120）的方法。该方法包括在X射线源不同的相对定位的情况下采集分别包含了第一点（101）和第二点（102）的X射线图像。相对定位基本上平行于X射线设备的中央线（8b）相对彼此移动。该方法包括执行立体重建。
【专利说明】用于借助X射线成像确定距离的方法以及X射线设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于借助X射线成像确定在受检人员的身体内部中在检查对象上的第一点和第二点之间的距离的方法和一种X射线设备。特别地，本发明涉及用于立体重建第一点和第二点以分别获得第一点和第二点相对于X射线设备的X射线源的三维位置的技术。
【背景技术】
[0002]例如借助C形臂设备的X射线成像允许从受检人员的身体内部采集检查对象的图像或测量数据。例如这些图像可以用作为后面的和分开的医学应用的基础或者也可以从图像中确定物理的测量参量。测量参量特别地可以涉及体积和/或距离、轴和角度。
[0003]在不同的技术中这些测量参量的确定必须通过医学人员手动地进行。但是在这些测量参量的自动的或基于过程的确定中，度量上的距离确定，即长度确定，仅仅是有限可能的或者极度容易出错的，因为在所谓的长的对象的情况下在X射线出现中出现物体的有限的可见性。通常的C形臂设备典型地具有一个分辨率或者说视野，其不允许或仅有限地允许可视化整个检查对象或采集整个检查对象的数据。
[0004]为此，在文献中公知允许将多个采集的图像综合为一个总图像的技术，即，所谓的镶嵌/缝织(Mosaicing/Stitching)方案(图像镶嵌技术)。例如在欧洲专利申请EP1632181A1中公知了一种用于图像合成的这样的方法和系统，特别是对于利用C形臂设备采集的X射线图像。根据标 记平面的一起采集的位置标记，计算机单元可以将多个子图像综合为一个总图像。可以由位置标记确定的、标记平面内的绝对位置可以借助数据技术的方法来自动识别并且将子图像这样综合为一个总图像。
[0005]然而，这样的技术具有一定的缺陷。例如，位置标记不能安置在检查对象本身上，而是安置在分开的标记平面上，该标记平面特别地可以具有相对于检查对象的位移和/或倾斜。综合或者说图像合成于是不是根据检查对象本身，而是根据例如在纵向方向上(即在X射线设备的中央线方向上并且例如垂直于检测器平面)位移了的位置标记来进行。抽象地来说，例如可以发生，不是测量检查对象，而是测量了位置标记的辅助对象。这一点除了别的之外在C形臂设备的投影成像特征方面造成图像合成中的不精确，从而在从总图像中导出的测量参量，例如距离方面产生不精确或错误。
【发明内容】
[0006]因此，需要在X射线成像中提供用于距离确定的改进的技术。
[0007]按照一个方面，本发明涉及一种用于借助通过X射线设备的X射线成像确定在受检人员的身体内部的检查对象上的第一点和第二点之间的距离的方法，其中，该方法包括在X射线源与检查对象的第一相对定位的情况下采集包含了第一点的第一X射线图像。该方法还包括在X射线源与检查对象的第二相对定位的情况下采集包含了第一点的第二X射线图像。该方法还包括在X射线源与检查对象的第三相对定位的情况下采集包含了第二点的第三X射线图像。该方法还包括在X射线源与检查对象的第四相对定位的情况下采集包含了第二点的第四X射线图像。该方法还包括确定在第一X射线图像中和在第二X射线图像中的第一点的方位和确定在第三X射线图像中和第四X射线图像中的第二点的方位。该方法还包括基于作为相对应的地标的第一点的所确定的方位进行立体重建以获得第一点的三维(3d)位置，以及基于作为相对应的地标的第二点的所确定的方位进行立体重建以获得第二点的3d位置。该方法还包括从第一点的3d位置和第二点的3d位置中确定在第一点和第二点之间的距离。第一相对定位和第二相对定位基本上平行于X射线设备的中央线相对彼此移动，并且第三相对定位和第四相对定位基本上平行于X射线设备的中央线相对彼此移动。
[0008]例如，可以在参考坐标系中定义或给出第一点和第二点的3d位置。例如，参考坐标系可以由标记平面中的位置标记，例如在位于X射线的光程中的标记对象上的位置标记来确定。换言之，第一、第二、第三和第三X射线图像可以对位置编码的标记平面的位置标记成像，其中第一点的3d位置和第二点的3d位置在位置标记的参考坐标系中确定。也可以使用X射线设备-导航设 备，其监视X射线设备的相对定位并且确定参考坐标系。应当理解，在同一个参考坐标系中确定第一点和第二点的3d位置可以是足够的。然后可以直接从两个3d位置中确定距离一如何精确确定参考坐标系在此可以是不重要的。
[0009]例如，X射线设备可以是C形臂设备或者固定安装的X射线设备。例如X射线设备可以包括X射线源和X射线检测器，其例如按照彼此固定的距离布置，例如平行于X射线光子的中央线。该固定距离可以表示焦距，其沿着中央线延伸并且由此定义了一个纵向方向。由此可以定义纵向方向，作为沿着或者说平行于X射线光子的中央线的光程取向的方向。
[0010]立体重建对于专业人员来说是一般公知的技术。其可以允许相对于照相机位置确定在至少两个二维(2d)图像中确定的相对应的地标的3d位置。该技术的细节在此不再进一步解释，因为其对于专业人员来说是公知的。
[0011]基本上平行于中央线移动了的相对定位例如可以意味着:平行于中央线位移，以小于5°或小于10°的误差角位移。特别地，除了缩放，误差角可以通过最大可接受的传输参数(诸如压缩、旋转等)来限制。
[0012]在第一点和第二点之间的距离可以分解为在纵向方向和在垂直方向上的分量，即，平行于和垂直于中央线的分量。例如与开头提到的基于标记平面中的位置标记的位置编码的通常方法相比可以实现在距离确定中的改进的精度。这一点特别地符合通过在距离确定中考虑所有三个维度。通过在计算在第一点和第二点之间的距离时考虑3d位置，可以实现计算中的更高精度。这可以减小在确定物理的测量参量“距离”中的不精确，而这对于技术应用来说是具有重大意义的。随后的和分离的医学应用也可以这样更精确和更安全地进行。距离可以用于其他几何参数，诸如角度等。
[0013]第一和第二 X射线图像可以对检查对象的第一子区域成像并且具有不同的成像尺度和/或相对彼此不旋转和倾斜或仅仅稍微旋转或倾斜。同样，第三和第四X射线图像可以对检查对象的第二子区域成像并且具有不同的成像尺度和/或相对彼此不倾斜或仅仅稍微倾斜。由此换言之，第一子区域可以包括第一点并且第二子区域包括第二点。
[0014]典型地，X射线光子的光程可以对于与X射线源的增加的距离而加宽。由于光程的横截面的该加宽，即，发散的光程，X射线设备的不同的高度调整，即，检查对象的平行于中央线的不同的定位，可以导致成像的对象的成像尺度改变。例如，更靠近(更远离)x射线源的对象可以在X射线图像中更大(更小)地被成像。换言之，在不同的高度设置情况下成像尺度可以是不同的。
[0015]X射线设备的焦距，例如特别是C形臂设备的焦距，例如可以通过光程的开放角和X射线检测器的面积来确定。纯解释性地并且不限制地，例如C形臂设备的Im的焦距由于射线横截面的加宽而可以表示在与距离X射线源例如Im处0.23m的射线横截面(11°开放角)。例如在X射线源和X射线检测器之间的典型距离可以为lm。
[0016]例如，第一和第二相对定位或第三和第四相对定位可以相应于X射线设备的不同的高度调整(检查对象相对于X射线源沿着中央线，即，在纵向方向上的相对定位)，即，具有检查对象在X射线光子的光程中的不同布置，例如靠近或远离X射线源。这样，例如在X射线设备的固定焦距的情况下也可以实现，基本上在第一和第二或在第三和第四X射线图像之间的成像尺度改变。例如，旋转和倾斜在X射线设备的定位精度范围内可以保持恒定。这样特别地在各自的X射线图像中第一和第二点的方位的确定可以特别简单地进行，因为各自的X射线图像(除了成像尺度)在很大程度上相同。
[0017]一般地，第一和第二相对定位或第三和第四相对定位可以相应于沿着光程的不同的相对位置。
[0018]典型的X射线设备，特别是C形臂设备，可以具有在X射线源和X射线检测器之间的固定的距离。然而应当理解，相对定位可以等效地通过X射线源的和/或X射线检测器的相对于例如位置固定的检查对象的定位的改变，或通过检查对象相对于位置固定的X射线源和X射线检测器的定位的改变来实现。特别地，在一方面X射线源和X射线检测器和另一方面检查对象之间的相对定位可以是决定性的。
[0019]第一和第二相对定位可以相对于第三和第四相对定位基本上垂直于X射线设备的中央线相对彼此移动。这例如可以意味着，第一和第二子区域主要垂直于中央线相对彼此移动。应当理解，由第一和第二或第三和第四X射线图像成像的检查对象的第一和第二子区域不必相交，也不必部分地相交。然而第一和第二子区域可以部分相交。例如第一和第二 X射线图像可以对在检查对象，例如伸长的骨的一个近端的端点处的第一点成像，而第三和第四X射线图像可以对该伸长骨的远端的端点处的第二点成像。例如不需要借助其他X射线图像来采集位于第一和第二点之间的检查对象的子区域。
[0020]一般地，可以进行在第一和第二相对定位和第三和第四相对定位之间的任意重新定位。重新定位可以是一般已知的。例如借助合适的X射线设备-导航设备可以确定重新定位。这样的X射线设备-导航设备可以确定参考坐标系。
[0021]在不同的实施方式中，第三X射线图像的采集可以相应于第一 X射线图像的采集，并且第四X射线图像的采集可以相应于第二X射线图像的采集。换言之，第一 X射线图像可以等于第三X射线图像并且第二 X射线图像可以等于第四X射线图像；因此，第一相对定位也可以等于第三相对定位并且第二相对定位等于第四相对定位。这一点当例如第一和第二X射线图像已经包含第二点时就是这样。于是，第三和第四X射线图像的采集通过第一和第二X射线图像的采集就可以实现。在第一和第二点之间的距离然后可以在一组第一和第二 (或第三和第四)X射线图像内被确定。[0022]例如也可以的是，第一相对定位和第三相对定位具有X射线设备的第一高度调整并且第二相对定位和第四相对定位具有X射线设备的第二高度调整，其中，X射线设备的第一和第二高度调整分别表示X射线源与检查对象的不同距离，例如沿着光程。也可以的是，第一和第二相对定位并且第三和第四相对定位分别具有垂直于X射线代表的中央线的相同定位。这一点允许第一和第二点的方位的特别简单的确定。
[0023]例如，第一点的方位的确定和第二点的方位的确定可以手动地通过X射线设备的用户进行。例如用户可以分别点击在第一和第二或第三和第四X射线图像中、即在成像的第一或第二子区域中的第一和第二点。用户可以例如根据成像的解剖信息来取向。特别地，有利地在第一和第二或第三和第四X射线图像之间可以仅成像尺度是不同的，这可以实现特别简单的手动取向。
[0024]例如可以提供用户界面，其允许用户在第一和第二 X射线图像的或第三或第四X射线图像的可视化中选择，例如通过点击。这一点允许有针对地实现检查对象的在解剖上重要的点，例如骨的近端和远端的端点之间的距离。也可以自动地或部分自动地确定第一点和第二点:例如可以自动识别重要的点等。
[0025]第一点的方位的确定和第二点的方位的确定也可以至少部分自动地通过第一 X射线图像与第二 X射线图像的以及第三X射线图像与第四X射线图像的2d-2d图像配准来进行。专业人员公知2d-2d图像配准技术，所述技术允许通过变换来建立在两个2d图像之间的对应。变换特别地可以包括旋转、压缩/拉伸、缩放等。由此，可以提供在第一和第二或第三和第四X射线图像中的第一或第二点的相对应的对。在此，图像配准可以用于分别将第一和第二或第三和第四X射线图像通过应用图像变换而带入尽可能好的一致。换言之，2d-2d图像配准量化了在各自的X射线图像之间的区别。特别地，作为2d-2d图像配准的结果可以获得图像变换，例如旋转、压缩、缩放等的不同的参数。专业人员公知用于2d-2d图像配准的不同方法，从而在此不必进一步详细解释。
[0026]于是，用户可以仅仅或者在第一(第三)或者在第二 (第四)X射线图像中确定第一(第二)点，基于2d-2d图像配准然后可以分别在所属的X射线图像中确定第一或第二点。但是，也可以完全自动地确定第一和第二点，例如分别作为最远的近端和远端布置的点或作为另一个在解剖上重要的点。
[0027]按前面讨论的方法，可以提供在第一和第二点之间的三维(3d)距离。例如，所述距离可以按照从2d_2d图像配准的相应参数中获得的测量精度或显著水平来提供。在特别优选的实施方式中，第一和第二或第三和第四相对定位可以仅通过X射线设备的不同的高度调整来表征；即，因为检查对象例如仅平行于中央线被移动，所以仅成像尺度改变。这一点可以意味着，在2d_2d图像配准中确定的变换在第一和第二或第三和第四X射线图像之间仅具有缩放，而没有或仅具有微小的旋转和倾斜。这一点可以提高2d_2d图像配准的精度，或减小2d-2d图像配准的不精确性。例如作为2d-2d图像配准的边界条件可以仅将X射线图像对的缩放系数作为不等于零来确定。
[0028]对于立体重建例如在参考坐标系中(例如关于位置编码的标记平面)可以确定外在的照相机参数，即，照相机、即在此是X射线源的姿势(位置和取向);还可以确定内在的照相机参数，即，投影的成像特征，其例如描述了 2d图像中的3d对象的影像。以下示出了允许特别精确确定外在的和/或内在的照相机参数的技术。这一点允许，提高立体重建的精度和由此距离确定的精度。
[0029]例如，该方法可以包括对于立体重建确定外在的照相机参数，其描述了在第一和第二以及第三和第四相对定位中X射线源的3d位置和取向，其中立体重建的执行考虑了特定的外在的照相机参数。
[0030]3d位置和取向可以在参考坐标系中确定。例如参考坐标系通过位置标记来定义。
[0031]在此第一和第二以及第三和第四X射线图像可以分别对位置编码的标记平面的位置标记成像，其中，外在的照相机参数的确定基于成像的位置标记进行。
[0032]位置标记可以按照固定的格栅布置并且分别表示标记平面的相应的参考坐标系内部的绝对定位。成像的位置标记的绝对定位可以是可电子读出的。优选地，为此对每个X射线图像成像两个或多个位置标记。位置标记也可以具有在标记平面内部已知的尺寸和几何特征。标记平面例如可以在标记对象上定义，例如在包含了以打印形式的或在X射线成像中的具有高的对比度的位置标记的平的图上定义。标记对象然后可以在采集期间位于光程中，优选地这样，即，标记平面垂直于中央线。换言之，中央线平行于或基本上平行于标记平面的平面法线。然而，可以存在相对于该方向的特定的优选小的误差角。例如标记对象可以铺设在检查对象所位于的台上。
[0033]基于位置标记的位置编码可以绝对地确定X射线源的姿势，例如关于通过标记平面或位置标记定义的参考坐标系。
[0034]也可以基于对X射线设备在不同的相对定位之间的定位的监视进行外在的照相机参数的确定。例如，可以设置X射线设备-导航设备，其测量X射线设备的组件的定位，也就是例如X射线源和X射线检测器的以及检查对象的定位。然后可以测量相对定位。X射线设备-导航设备也可以确定参考坐标系。X射线设备-导航设备特别地可以跟踪X射线源的和/或X射线检测器的运动`。
[0035]然后可以基于来自于X射线设备的定位的监视的位置信息绝对地确定X射线源的姿势，例如关于例如也可以通过X射线源的(参考)零位置定义的参考坐标系。
[0036]可以既基于位置标记又基于对定位的监视来确定外在的照相机参数，例如将通过这些方法的结果进行平均。这一点可以进一步提高确定的精度。
[0037]该方法还可以包括采集分别对位置编码的标记平面的位置标记进行成像的至少两个校准X射线图像。在此，至少两个校准X射线图像以X射线源相对于标记平面的不同取向被拍摄。该方法还可以包括从校准X射线图像中根据成像的位置标记确定对于立体重建的内在的照相机参数，其描述了 X射线设备的成像特征，其中，立体重建的进行考虑了所确定的内在的照相机参数。
[0038]例如，校准X射线图像的采集在校准例程中在X射线图像的实际采集之前进行。一般地，在更大数量采集的校准X射线图像的情况下可以提高所确定的内在的照相机参数的和由此立体重建的或者说距离的精度。
[0039]内在的照相机参数也可以预先存储地存在并且特定于设备地存储。
[0040]标记平面和位置标记可以与前面关于外在的照相机参数的确定所讨论过的那些相应。从位置标记和标记平面的已知的实际的几何特征然后可以从与在所采集的校准X射线图像中的位置标记的成像的几何特征的比较中可以确定内在的照相机参数。
[0041]也可以的是，至少两个校准X射线图像中的至少一个是第一 X射线图像和/或第二X射线图像和/或第三X射线图像和/或第四X射线图像。这一点特别适合于X射线图像包含位置标记的情况，例如为了确定外在的照相机参数。
[0042]按照另一方面，本发明涉及一种用于借助通过X射线设备的X射线成像确定在受检人员的身体内部中的检查对象上的第一点和第二点之间的距离的方法，其中该方法包括:在X射线源与检查对象的第一相对定位的情况下采集包含了第一点和第二点的第一 X射线图像；在X射线源与检查对象的第二相对定位的情况下采集包含了第一点和第二点的第二X射线图像；确定在第一X射线图像中和在第二X射线图像中的第一点的方位；确定在第三X射线图像和第四X射线图像中的第二点的方位；基于作为相对应的地标的第一点的所确定的方位进行立体重建以获得第一点的3d位置；基于作为相对应的地标的第二点的所确定的方位进行立体重建以获得第二点的3d位置；从第一点的3d位置和第二点的3d位置中确定在第一点和第二点之间的距离。在此，第一相对定位和第二相对定位平行于X射线设备的中央线相对彼此移动。
[0043]当可以利用X射线设备的视野采集第一和第二点时，即，当第一以及第二 X射线图像既包含第一点也包含第二点时，该方面可以是优选的。
[0044]关于上面描 述的两个方面所讨论的技术和实施方式是特别地可以组合和交换的。特别地，所讨论的2d_2d图像配准技术和内在的和外在的照相机参数的确定也可以应用于目前讨论的方面。
[0045]按照另一方面，本发明涉及一种具有X射线源和X射线检测器的X射线设备。该X射线设备包括拍摄控制器，其构造为，用于执行以下步骤:在X射线源与检查对象的第一相对定位的情况下采集包含了第一点的第一 X射线图像；和在X射线源与检查对象的第二相对定位的情况下采集包含了第一点的第二 X射线图像；和在X射线源与检查对象的第三相对定位的情况下采集包含了第二点的第三X射线图像；和在X射线源与检查对象的第四相对定位的情况下采集包含了第二点的第四X射线图像。该X射线设备还包括处理器，其构造为，用于执行以下步骤:确定在第一X射线图像中和在第二X射线图像中的第一点的方位；确定在第三X射线图像中和第四X射线图像中的第二点的方位；基于作为相对应的地标的第一点的所确定的方位进行立体重建以获得第一点的3d位置；基于作为相对应的地标的第二点的所确定的方位进行立体重建以获得第二点的3d位置；从第一点的3d位置和第二点的3d位置确定在第一点和第二点之间的距离。第一相对定位和第二相对定位基本上平行于X射线设备的中央线相对彼此移动。第三相对定位和第四相对定位基本上平行于X射线设备的中央线相对彼此移动。
[0046]该X射线设备可以构造为，用于执行按照本发明的另一方面的用于确定距离的方法。
[0047]对于这样的X射线设备可以实现如下效果，该效果与对于根据本发明的另一方面的用于确定距离的方法所能实现的效果类似。
[0048]当然，前面描述的本发明的实施方式和方面的特征可以互相组合。特别地这些特征不仅按照描述的组合，而且也可以按照其他组合或者对于本身使用，而不脱离本发明的范围。
【专利附图】
【附图说明】[0049]以下借助附图根据优选的实施方式详细解释本发明。在附图中相同的附图标记表示相同的或类似的元件。其中，
[0050]图1示意性示出了 C形臂设备作为按照本发明的具有X射线源和X射线检测器和X射线光子的光程的X射线设备，其中该C形臂设备可以用于按照本发明的方法。
[0051]图2是检查对象和位置标记的俯视图。
[0052]图3是图2的检查对象的侧视图并且示出了其纵向方向上的尺寸。
[0053]图4A和4B是按照本发明的用于确定在检查对象上第一点和第二点之间的距离的方法的流程图。
[0054]图5详细示出了图3的在第一和第二点之间的距离的不同的分量。
[0055]图6是检查对象的按照图2的俯视图并且示出了检查对象的和在具有C形臂设备的不同的高度调整的两个X射线图像之间的位置标记的比例系数。
【具体实施方式】
[0056]利用以下附图来解释允许确定在检查对象上的第一点和第二点之间的3d距离的技术。通过考虑点的3d坐标可以特别地以特别高的精度确定距离。这一点例如可以减小物理的测量参量“距离”的误差并且由此可以是高度技术上相关的。
[0057]图1示意性示出 了具有X射线源2和X射线检测器3的C形臂设备I。利用虚线表示从X射线源2发出的X射线光子的光程8a。光程8a的中心定义了 z轴或者说纵向方向A，其与X射线光子的中央线8b平行。中央线8b (图1中利用实线表示)例如可以垂直于X射线检测器3的检测器平面。光程8a的例如在xy平面中的横截面对于与X射线源2的增加的距离而增加。这一点通过光程8a的开放角Sc来描述。焦距8表示在X射线检测器3和X射线源2之间的距离。
[0058]检查对象5至少部分地位于光程8a中。检查对象5例如可以是人的骨。
[0059]C形臂设备I包括拍摄控制器33，其构造为用于借助对X射线源2和X射线检测器3的合适的控制来采集检查对象5的X射线图像。C形臂设备I还包括用户界面32，其允许C形臂设备I的用户可以改变不同的工作特征和参数。此外C形臂设备I还包括显示器31，其构造为用于将通过拍摄控制器33采集的X射线图像显示给用户。C形臂设备I还包括X射线设备-导航系统34，其允许测量X射线检测器3的和X射线源2的定位，例如在xyz坐标系中或另外的参考坐标系中。此外，C形臂设备I还包括处理器30，其构造为用于基于通过拍摄控制器33所采集的X射线图像进行特定的计算，例如距离计算和/或图像镶嵌技术。以下详细解释处理器30的不同的工作方式。
[0060]X射线图像可以用于检查对象5的成像。如从图1可以看出的，焦距8 (或者说开放角Sc或X射线检测器3的检测器面积)不足以利用唯一一个X射线图像成像整个检查对象5。于是可能仅采集检查对象5的穿过光程8a的子区域5b (图1中斜线表示)并且这样在X射线图像中成像。
[0061 ] 特别地检查对象5这样沿着纵向方向A平行于中央线Sb布置在光程8a中，从而其在第一点101处具有与X射线源2的第一距离111并且在第二点102处具有第二距离112(距离111、112例如可以关于中央线Sb的原点，也就是例如X射线源2的几何中心来定义)。典型地，构造地设置在X射线源2和X射线检测器3之间的距离，从而可以从距离111、112分别直接推导出在检查对象5和X射线检测器3之间的相应距离。然而以下仅关于在X射线源2和检查对象5之间的距离111，然而这并非限制性的。
[0062]此外，具有包含了多个(图1中未示出的)位置标记的标记平面4的标记对象布置在光程8a中。标记对象4和检查对象5按照互相固定的相对布置并且例如可以一起被移动。在标记平面4和X射线源2之间的距离117在图1的情况下大于在X射线源2和检查对象5之间的距离111、112，即，标记平面4在光程8a中位于检查对象5后面。然而，标记平面4也可以布置在检查对象5前面。
[0063]检查对象5和标记平面4可以沿着方向A、即沿着z轴移动。可以调整检查对象5和标记平面4的这样的确定的高度调整7:高度调整7在此通过沿着纵向方向A的定位来确定距离111、112、117。在图1中图形地示出了在两个高度调整7之间的差7a，也就是沿着纵向方向A的位移。检查对象5以及标记平面4都可以通过高度调整相对于X射线源2在纵向方向上定位，特别地该定位可以耦合地进行(在图1中由于清楚性原因仅示出了在两个高度调整中的标记平面4 )。
[0064]以下解释按照本发明的技术，所述技术允许，借助立体重建确定第一和第二点101、102的3d位置。从中可以确定在3d空间中的点101、102的距离，为此参见图5。距离矢量或距离120从z分量115c (即，沿着纵向方向A)和xy分量115a、115b综合得到。xy分量115a、115b例如可以借助位置标记6通过相应的位置编码来确定,例如当标记平面4位于xy平面中时。为简单起见，以下将距离矢量表示为距离120 ;在此不仅指矢量的长度，即，长度大小，而且还指整个矢量大小。一般地，距离120的确定可以包括距离矢量的不同的特征的确定，特别是长 度，方向，角度等。
[0065]应当指出，一般地不需要，标记平面4垂直于光程8a。但是这是优选的。相对于常规的技术，例如开头描述的，按照本发明的技术可以具有优点，即，也考虑了距离120的z分量115c并且由此可以实现更高的精度。
[0066]图2是检查对象5的俯视图，即，沿着光程8a的视图(从X射线源2的视点出发)。因此可以看出检查对象5的在xy平面中的尺寸。标记平面4例如可以基本上平行于xy平面布置。位置标记6例如包含条形码或其他种类的数字可读的图案，所述图案包含了关于各自的位置标记6在xy平面中的绝对位置的信息。应当理解，从图2的俯视图中可能地不能直接确定一方面距离111、112和另一方面距离117。从如在图2中示出的单个视图可能地仅能借助位置标记6的位置编码确定在第一和第二点101、102之间的距离的在xy平面中的分量115或其到标记平面4中的投影。
[0067]图3中对于两个高度调整7示出了检查对象5的侧视图。图3中示出了分别来自于检查对象5或标记平面4的参考系的两个高度调整7 (参见图1)，即，X射线源2相对于该对象4、5被移动。这是解释性的图示并且应当理解，相应地，对象4、5也可以相对于位置固定的X射线源2被移动，或者对象4、5以及X射线源2都可以被移动。以下仅对于两个示出的高度调整7中的一个示出距离等。
[0068]如从图3可以看出的，检查对象5上沿着不同的y轴的不同的点具有与X射线源2的不同距离。特别地，第一距离111大于第二距离112。图3中还示出了分别在第一点101相对于标记平面4和第二点102相对于标记平面4之间的第三和第四距离113、114。还示出了第一点101到标记平面4的投影IOla和第二点102到标记平面4的投影102a。这些投影例如可以沿着光程8a相对于第一和第二点101、102的真实位置偏移。利用开头描述的常规方法例如可以确定在投影IOla和102a或IOlb和102b之间的例如在xy平面中的距离。
[0069]对于两个高度调整7采集对于检查对象5的包含了第一点101的相应的子区域5a的第一和第二X射线图像。此外，对于两个高度调整7采集对于检查对象5的包含了第二点102的相应的子区域5a的第三和第四X射线图像。X射线图像也对标记平面4的位置标记6成像。在第一和第二 X射线图像之间，以及在第三和第四X射线图像之间检查对象5的各自的子区域5a的主要一个成像尺度改变。这在图6中详细示出。
[0070]图6上部示出了检查对象5的和对于C形臂设备I的分别以实线和虚线示出的两个不同的高度调整7的位置标记6的俯视图。如从图6可以看出的，成像大小根据高度调整7由于光程8a的增加的横截面(发散的射线)而改变。通过检查对象5的拓扑，此外比例系数、即在两个高度调整7之间的成像尺度的比例也改变。
[0071]在图6下部示出了检查对象5的比例系数50 (实线)或位置标记6的另外的比例系数51 (虚线)。位置标记6具有尺度6a。其特别地可以是已知的。因为关于位置标记6的另外的比例系数51的信息仅对标记平面4中的沿着y方向的有限区域是可用的，所以另外的比例系数51也可以仅在该区域中确定或定义。特别地，比例系数50，51可以借助第一和第二 X射线图像的2d-2d图像配准来位置分辨地确定。
[0072]也可以执行这样的2d_2d图像配准来确定分别在第一和第二或第三和第四X射线图像中的点101、102的方位。替换地，用户可以通过用户界面32手动地确定在两个X射线图像对中的点101、102的方位。对于立体重建可以附加地确定内在的和外在的照相机参数，这在下面解释。
[0073]基于第一和第二 X射线图像，以及基于第三和第四X射线图像，可以进行第一点101以及第二点102的立体重建，如专业人员公知的。因为例如在分别配准的X射线图像之间有利地仅具有不同的高度调整7，所以例如可以仅成像尺度是不同的。这一点可以实现特别精确的和可靠的2d-2d图像配准。由此点101、102相对于标记平面4或X射线源2的3d位置例如可以被确定。从中可以例如借助常规的矢量几何计算距离120。
[0074]相应的技术在图4的流程图中示出。该方法以步骤SI开始。首先，在步骤S2中确定C形臂设备I的内在的照相机参数。例如，内在的照相机参数可以在步骤S2中从存储器中读出；也就是内在的照相机参数可以例如对于确定的C形臂设备I预先确定。于是可以对特定的前面的时刻进行校准。
[0075]也可以当前地进行校准。为此采集两个或多个校准X射线图像，其在不同的透视下对位置标记6成像。为此，可以在X射线源2的不同的取向下拍摄标记平面4。专业人员公知从校准图像中确定内在的照相机参数的技术。
[0076]然后，在步骤S3中将检查对象5置于光程8a中。标记平面4在光程中位于检查对象5的前面或后面。在标记平面4和检查对象5之间的相对距离可以固定。
[0077]在步骤S4中，例如通过沿着方向B的重新定位或整个C形臂的移动，进行C形臂设备I主要在xy平面中关于·检查对象5的第一子区域5a的定位。例如，为此可以移动检查对象5 (以及标记平面4)。附加地或替换地，也可以移动X射线源2和X射线检测器3。步骤S4中的定位例如这样进行，使得检查对象5的远端的或近端的端点或其他相关的解剖区域位于光程8a中。这可以使得第一点101被包含在后面采集的X射线图像中(见步骤S5和S7)，即使其方位还没有被精确地确定。
[0078]步骤S4中的定位导致第一相对定位。该第一相对定位的特征也通过确定的高度调整7表示。
[0079]在步骤S5中，在第一相对定位的情况下进行第一 X射线图像的采集。
[0080]在步骤S6中，进行定位以实现(相对于第一相对定位)不同的高度调整7。为此，将检查对象5与标记平面4和/或将X射线源2与X射线检测器3 —起沿着纵向方向A，即，平行于中央线8b移动。
[0081]在步骤S7中，在第二相对定位的情况下采集第二 X射线图像。第一 X射线图像以及第二 X射线图像都对第一子区域5a和第一点101成像。
[0082]在步骤S8和S9中，对于来自于步骤S5和S7的第一和第二 X射线图像分别确定外在的照相机参数。为此例如可以借助导航设备34 (见图1)对于第一和第二相对定位分别确定X射线源的姿势。替换地或附加地，也可以从在第一和第二 X射线图像中成像的位置标记6中计算X射线源2的姿势。这一点是可以的，因为绝对定位可以从位置标记6的位置编码中获得。
[0083]在步骤SlO中判断，是否应当进行在第一和第二 X射线图像中作为相对应的地标的第一点101的自动对应。在自动对应的情况下在步骤Sll中进行2d-2d图像配准。从2d-2d图像配准中通过确定 在第一和第二 X射线图像之间的变换识别多个点(特别是第一点101)作为相对应的地标。因为在第一和第二X射线图像之间仅改变了沿着第一和第二相对定位的纵向方向的定位，即，检查对象5仅平行于中央线Sb被移动，所以主要是成像尺度改变。这一点对于借助C形臂设备I的相应的X射线成像来说是特征性的。因此，由2d-2d图像配准确定的变换主要涉及比例系数50 ;旋转和压缩/拉伸等相对小。这一点可以产生2d-2d图像配准的高的安全性(置信度)或高的精度，从而相对应的地标可以可靠地并且以小的误差被找到。这一点可以导致距离的后面确定中的小的误差(见下面，步骤S15)。用户可以可选地在步骤Sll中点击第一或第二 X射线图像中的点I或图像识别和分析例程可以根据检查对象5的解剖自动地识别相关的点，例如近端或远端的端点。
[0084]替换地，可以在步骤S12中手动地通过用户来标记、例如点击在第一以及第二 X射线图像中的第一点101。
[0085]在步骤S13中，立体重建提供第一点101的3d位置。3d位置相应于点在3d空间中的布置，例如关于参考坐标系(例如关于C形臂设备I和/或标记平面4)。立体重建基于来自于步骤S2和S8、S9的内在的和外在的照相机参数进行。
[0086]在步骤S14中检查，是否应当采集另外的子区域5a。如果例如仅应当确定在已经通过来自于步骤S5和S7的成像的第一和第二 X射线图像成像的第一和第二点101、102之间的距离120，则这一点可以已经直接(无需另外采集第三、第四等X射线图像)在步骤S15中进行。否则，步骤S4-S13可以对于另外的子区域5a或对于第三和第四X射线图像重新进行。
[0087]在步骤S15中，进行在相对应的点的3d位置之间的距离的确定。这些点例如可以是在步骤Sll或S12中标记的点或者特别是在步骤Sll中进行的2d-2d图像配准的情况下可以是用户在步骤S15中借助用户界面32确定相关的点。相对应的地标于是已经从2d-2d图像配准中确定。
[0088]应当理解，步骤的执行顺序可以改变。例如步骤S8可以在步骤S7前面进行或者步骤S2在步骤S5和S7中的第一和第二 X射线图像的采集的范围内才进行和/或基于该米集进行。
[0089]尽管通过优选实施例详细解释并描述了本发明，但是本发明不受所公开的例子限制并且专业人员可以从中导出其他变体，而不脱离本发明的保护范围。
[0090]参考附图，作为X射线设备，特别地主要参考C形臂设备。但是这一点不是限制性的并且也可以对于其他X射线设备，例如位置固定的X射线设备应用和实现相应的技术和效果。特别地，也可以对于任意的技术采用相应的技术；特别地关于具有取决于与检测器平面的距离的成像尺度的这样的技术，即，具有发散的光程。
[0091]同样主要参考了本发明的这些实施方式和方面，其中对于检查对象5的不同的子区域5a采集分开的第一和第二或第三和第四X射线图像。但是应当理解，按照本发明仅一个X射线图像对，即，第一和第二 X射线图像的采集，可以是足够的，当这些图像已经包含了第一和第二点101、102时。
[0092]附图标记列表
[0093]IC形臂设备
[0094]2X射线源
[0095]3X射线检测器
[0096]4标记平面
[0097]5对象
[0098]5a 对象平面
[0099]5b子区域
[0100]6位置标记
[0101]6a 位置标记的侧边尺寸
[0102]7高度调整
[0103]7a高度调整的差
[0104]8焦距
·[0105]8a 光程
[0106]8b 中央线
[0107]8c开放角
[0108]9a 距离
[0109]9b另外的距离
[0110]A纵向方向上的调整
[0111]B环形旋转的调整
[0112]30 处理器
[0113]31 显示器
[0114]32 用户界面
[0115]33 拍摄控制器
[0116]34 导航系统[0117]50比例系数
[0118]51另外的比例系数
[0119]101第一点
[0120]101a, b第一点的投影
[0121]102第二点
[0122]102a, b第二点的投影
[0123]111第一距离
[0124]112第二距离
[0125]113第三距离 [0126]114第四距离
[0127]115xy平面中的距离
[0128]115ax分量距离
[0129]115by分量距离
[0130]115cz分量距离
[0131]117距离
[0132]120距离
[0133]Sl-SlO 步骤
【权利要求】
1.一种用于借助通过X射线设备(I)的X射线成像确定在受检人员的身体内部的检查对象(5)上的第一点(101)和第二点(102)之间的距离(120)的方法，该方法包括: -在X射线源(2)与检查对象(5)的第一相对定位的情况下采集包含了第一点(101)的第一 X射线图像， -在X射线源(2)与检查对象(5)的第二相对定位的情况下采集包含了第一点(101)的第二 X射线图像， -在X射线源(2)与检查对象(5)的第三相对定位的情况下采集包含了第二点(102)的第三X射线图像， -在X射线源(2)与检查对象(5)的第四相对定位的情况下采集包含了第二点(102)的第四X射线图像， -确定在第一 X射线图像中和在第二 X射线图像中的第一点(101)的方位， -确定在第三X射线图像中和第四X射线图像中的第二点(102)的方位， -基于作为相对应的地标的第一点(101)的所确定的方位进行立体重建以获得第一点(101)的3d位置， -基于作为相对应的地标的第二点(102)的所确定的方位进行立体重建以获得第二点(102)的3d位置， -从第一点(101)的3d位置和第二点(102)的3d位置中确定在第一点(101)和第二点之间的距离(120)， 其中，第一相对定位和第二相对定位基本上平行于X射线设备(I)的中央线(8b)相对彼此移动，并且 其中，第三相对定位和第四相对定位基本上平行于X射线设备(I)的中央线(Sb)相对彼此移动。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一和第二相对定位相对于第三和第四相对定位垂直于X射线设备(I)的中央线(8b )相对彼此移动。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，第一和第二X射线图像对检查对象(5)的第一子区域(5a)成像并且具有不同的成像尺度和/或相对彼此不旋转和倾斜或仅仅稍微旋转或倾斜，并且 其中，第三和第四X射线图像对检查对象(5)的第二子区域(5a)成像并且具有不同的成像尺度和/或相对彼此不旋转和倾斜或仅仅稍微旋转和倾斜。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，第一点(101)的方位的确定和第二点(102)的方位的确定手动地通过X射线设备(I)的用户进行。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，第一点(101)的方位的确定和第二点(102)的方位的确定至少部分自动地通过第一 X射线图像与第二 X射线图像的以及第三X射线图像与第四X射线图像的2d-2d图像配准来进行。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，还包括: -对于立体重建确定外在的照相机参数，其描述了在第一和第二以及第三和第四相对定位中X射线源(2)的3d位置和取向， 其中，立体重建的执行考虑了特定的外在的照相机参数。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，第一和第二以及第三和第四X射线图像分别对位置编码的标记平面(4)的位置标记(6)成像， 其中，外在的照相机参数的确定基于所成像的位置标记(6)进行。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述标记平面(4)基本上垂直于X射线设备(I)的中央线(8b)。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的方法，其中，外在的照相机参数的确定基于对X射线设备(I)在不同的相对定位之间的定位的监视进行。
10.根据上述权利要求中任一项所述的方法，还包括: -采集分别对位置编码的标记平面(4)的位置标记(6)进行成像的至少两个校准X射线图像，其中，所述至少两个校准X射线图像以X射线源(2)相对于标记平面(4)的不同取向被拍摄， -从校准X射线图像中根据所成像的位置标记(6)确定对于立体重建的内在的照相机参数，其描述了 X射线设备(I)的成像特征， 其中，立体重建的进行考虑所确定的内在的照相机参数。
11.根据权利要求10所述的方法，其中， 所述至少两个校准X射线图像中的至少一个是第一 X射线图像和/或第二 X射线图像和/或第三X射线图像和/或第四X射线图像。
12.一种用于借助通过 X射线设备(I)的X射线成像确定在受检人员的身体内部中的检查对象(5)上的第一点(101)和第二点(102)之间的距离(120)的方法，该方法包括: -在X射线源(2)与检查对象(5)的第一相对定位的情况下采集包含了第一点(101)和第二点(102)的第一 X射线图像； -在X射线源(2)与检查对象(5)的第二相对定位的情况下采集包含了第一点(101)和第二点(102)的第二 X射线图像； -确定在第一 X射线图像中和在第二 X射线图像中的第一点(101)的方位； -确定在第三X射线图像和第四X射线图像中的第二点(102)的方位； -基于作为相对应的地标的第一点(101)的所确定的方位进行立体重建以获得第一点(101)的3d位置； -基于作为相对应的地标的第二点(102)的所确定的方位进行立体重建以获得第二点(102)的3d位置； -从第一点(101)的3d位置和第二点(102)的3d位置中确定在第一点(101)和第二点(102)之间的距离， 其中，所述第一相对定位和第二相对定位平行于X射线设备(I)的中央线(8b)相对彼此移动。
13.一种具有X射线源(2)和X射线检测器的X射线设备(I )，包括: -拍摄控制器，其构造为，用于执行以下步骤: -在X射线源(2)与检查对象(5)的第一相对定位的情况下采集包含了第一点(101)的第一X射线图像； -在X射线源(2)与检查对象(5)的第二相对定位的情况下采集包含了第一点(101)的第二X射线图像； -在X射线源(2)与检查对象(5)的第三相对定位的情况下采集包含了第二点(102)的第三X射线图像； -在X射线源(2)与检查对象(5)的第四相对定位的情况下采集包含了第二点(102)的第四X射线图像， 其中，所述第一相对定位和第二相对定位基本上平行于X射线设备(I)的中央线(8b)相对彼此移动，并且 其中，所述第三相对定位和第四相对定位基本上平行于X射线设备(I)的中央线(8b)相对彼此移动， -处理器，其构造为，用于执行以下步骤: -确定在第一 X射线图像中和在第二 X射线图像中的第一点(101)的方位； -确定在第三X射线图像和第四X射线图像中的第二点(102)的方位； -基于作为相对应的地标的第一点(101)的所确定的方位进行立体重建以获得第一点(101)的3d位置； -基于作为相对应的地标的第二点(102)的所确定的方位进行立体重建以获得第二点(102)的3d位置； -从第一点(101)的3d位置和第二点(102)的3d位置中确定在第一点(101)和第二点(102)之间的距离。
14.根据权利要求13所述的X射线设备(I )，其还构造为，用于执行按照权利要求1-12`之一的方法。
【文档编号】A61B6/00GK103519834SQ201310275945
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年7月3日 优先权日:2012年7月5日
【发明者】A.埃格利, A.约翰, G.克莱因斯齐格 申请人:西门子公司