自动视野尺寸计算约束的制作方法
【专利摘要】本发明公开了自动视野尺寸计算约束。提供了用于生成图像的系统和方法。一个系统包括处理器。处理器被配置成接收所请求的对象视野并基于成像系统的约束来确定对象视野是否是可能的，其中，该约束包括检测器面板的维度和准直仪组件的运动限度。如果对象视野是可能的，则将处理器配置成基于对象视野、准直仪组件的校准参数以及成像系统的几何校准参数而动态地生成一组准直仪电动机命令和重建参数。处理器还被配置成将该组准直仪电动机命令提供给准直仪组件以对准直仪组件的遮挡件进行定位以照射对象视野。
【专利说明】自动视野尺寸计算约束
【技术领域】
[0001]本发明的实施例涉及医学成像系统，诸如牙科成像系统。特别地，本发明的实施例涉及用于优化准直性以提供最大视野的系统和方法。
【背景技术】
[0002]X射线图像是通过经由感兴趣对象将X射线的源投射到二维检测器上而获取的。由于对象将具有空间变化密度，所以检测器上结果得到的强度图案将直接与各种X射线已穿过的对象中的材料的密度有关。因此，结果生成的X射线图像是对象的内部结构的表示。X射线成像具有医学成像的特定应用。能够使用X射线成像来创建二维图像或多个二维图像。通过使X射线源和检测器绕着位于对象内的轴旋转来创建多个二维图像。处理结果得到的图像以创建计算机断层成像(“CT”)图像数据组，该数据组提供关于对象的内部解剖结构的三维信息。
【发明内容】
[0003]当检测器适当地被X射线照射时，发生最佳成像特性。控制照明方面的重要部件是位于X射线源与正被成像对象之间的X射线准直仪。准直仪通过阻挡落在期望视野(“F0V”)之外的检测器上的那些X射线来限制X射线束到达被成像对象的范围。如果期望FOV是整个检测器，则目的将是在使穿过对象但并未到达检测器的X射线的数目最小化的同时完全照射检测器。
[0004]由于检测器能够具有显著的成本，所以目标通常将是使用且因此照射尽可能多的检测器。然而，辐射在检测器之外的显著区域以确保其完全照射则增加对象对辐射线的暴露。
[0005]特别地，常规成像系统使用“协议文件”，该协议文件以固定形式来限定特定FOV所需的所有扫描和重建参数。这些参数包括用于完全照射用来创建图像的检测器面板的特定部分的准直仪电动机设置。协议文件还包括面板的几何结构和重建最终体积的几何结构。相应地，存在手工制作以优化图像质量的有限数目的协议。然而，所述协议对于所有机器而言是相同的，并且并未考虑机器之间的变化，诸如面板尺寸和准直仪运动限度。为了解决此缺陷，所述协议是保守的，因为它们用比请求的FOV所需的更多的X射线来照射病人以确保面板被适当地照射。
[0006]存在与X射线准直相关联的附加实际问题。首先，虽然期望FOV和已准直X射线束两者一般地都是矩形的，但如果在准直仪组件中存在任何倾斜，则由能够完全适配在倾斜已准直X射线矩形内 的水平矩形来限定有用F0V。此问题只能通过以下各项来修正(I)增加已准直X射线束尺寸并对病人进行过辐射或(2)通过收缩所利用F0V，这浪费昂贵的检测器空间。第二问题是X射线源的有限直径意味着与准直边缘相关联的X射线束边缘并不是锐利的，而是逐渐地从零增加至全强度。准直仪的有限厚度还引起模糊阴影效应。
[0007]准直仪倾斜程度和边缘模糊程度两者都基于逐个系统而变化。如上所述，常规成像系统通过假定最坏情况下并对病人进行欠准直(即，增加X射线束尺寸)来应对这些变化。然而，这种方法对病人进行过辐射且并未有效地解决落在更坏情况期望之外的系统变化。
[0008] 相应地，本发明的实施例提供了用于优化准直的系统和方法。特别地，提出的系统和方法从期望图像FOV开始且基于用于总体成像系统几何结构和准直仪组件两者的准直测量来执行自动FOV尺寸计算约束。该约束被用来对准直仪组件进行微调，或者如果在系统约束内不能获得期望F0V，则指示需要修正后的F0V。为了执行准直仪组件的微调，通过移动准直仪更接近于或更加远离X射线源，或通过移动准直仪边缘中的一个或多个来改变准直仪孔径的尺寸，来调整准直程度。因此，所述系统和方法使得可以在使病人辐射暴露最小化的同时使用最大量的检测器面板来获得基于逐个系统的最佳图像质量。
[0009]特别地，本发明的一个实施例提供了一种用于生成图像的系统。该系统包括处理器。所述处理器被配置成接收所请求的对象视野并基于成像系统的约束来确定对象视野是否是可能的，其中，该约束包括检测器面板的维度和准直仪组件的运动限度。如果对象视野是可能的，则将处理器配置成基于对象视野、准直仪组件的校准参数、以及成像系统的几何校准参数而动态地生成一组准直仪电动机命令和重建参数。处理器还被配置成将所述一组准直仪电动机命令提供给准直仪组件以对准直仪组件的遮挡件进行定位以照射对象视野。
[0010]本发明的另一实施例提供了一种用于生成图像的方法。该方法包括接收所请求的机架空间中的对象视野，在处理器处基于包括检测器面板的成像系统的几何校准参数将检测器面板的维度转换到机架空间；以及在处理器处基于几何校准参数和准直仪组件的校准参数将包括在成像系统中的准直仪组件的维度转换到机架空间。该方法还包括将对象视野与检测器面板的转换后的维度和准直仪组件的转换后的维度相比较，以确定对象视野是否是可能的。如果对象视野是不可能的，则该方法包括向用户指示请求不同的对象视野。如果对象视野是可能的，则该方法包括在处理器处基于几何校准参数将对象视野从机架空间转换到面板空间；以及基于准直仪组件的校准参数将对象视野从面板空间转换到遮挡件空间。该方法还能够包括基于已被转换到遮挡件空间的对象视野来获取图像数据。
[0011]通过考虑详细描述和附图，本发明的其他方面将变得显而易见。【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1图示使用现有技术医学成像系统的第一医学图像。
[0013]图2图示根据本发明的一个实施例的使用医学成像系统获得的第二医学图像。
[0014]图3a图示医学成像系统。
[0015]图3b图示包括在图3a的医学成像系统中的准直仪组件。
[0016]图4示意性地图示图3a的医学成像系统。
[0017]图5a和5b是图示优化准直性以提供由图3a的医学成像系统执行的最大视野的方法的流程图。
[0018]图6以图形方式图示由图3a的医学成像系统限定的各种坐标系之间的坐标变换。
[0019]图7示意性地图示用于图3a的医学成像系统的几何校准参数。
[0020]图8图示用于将面板空间坐标变换成遮挡件空间坐标的矩阵。
【具体实施方式】
[0021]在详细地解释本发明的任何实施例之前，应理解的是本发明在其应用方面不限于在以下描述中阐述或在图中图示的部件的构造和布置的细节。本发明能够有其他实施例，并且能够以各种方式来实施或执行。
[0022]而且，应理解的是在本文中使用的短语和术语是出于描述的目的，并且不应将其视为限制性的。在此“包括”、“包含”或“具有”及其变体的使用意图涵盖其后列出的项目及其等同物以及附加项目。术语“安装”、“连接”和“耦合”被广泛地使用并涵盖直接和间接安装、连接和耦合。此外，“连接”和“耦合”不限于物理或机械连接或耦合，并且能够包括电连接或耦合，无论是直接的还是间接的。而且，可使用包括直接连接、无线连接等任何已知手段来执行电子通信和通知。
[0023]应注意的是，可利用多个基于硬件和软件的设备以及多个不同的结构部件来实现本发明。此外，并且如在后续段落中描述的，图中所示的特定配置意图举例说明本发明的实施例且可以有其他替换配置。
[0024]如上所述，本发明的实施例优化准直性以使用检测器的最大面积，这导致最佳图像质量。例如，图1和2举例说明本发明的实施例对图像质量的益处。特别地，两个图像是在同一机器上但用不同的获取和重建技术获取的。在两种情况下，有意地创建准直仪维度方面的误差，其在检测器面板上产生与检测器全部四个边上的边缘相距约5.0毫米的照射区域。图1图示使用现 有技术CT获取和图像重建生成的图像。图2图示使用本发明的系统和方法生成的图像。特别地，相对于图1中所示的图像和如下面更详细地描述的，将期望视野(“F0V”)与系统几何校准和准直仪校准组合以产生用于准直仪位置的基于系统的修正。如图1中所示，使用现有技术系统和方法生成的图像比图2中所示的图像更暗。另外，不同于图2中所示的图像，图1中所示的图像在其外周的周围包含亮、暗圆环。
[0025]图3a图示用于生成如图2中所示的图像的医学成像系统100。系统100包括成像设备105和工作站110。成像设备105包括扫描对象的扫描仪。工作站110包括计算机IlOA和触摸屏110B。在一些实施例中，将计算机IlOA和触摸屏IlOB组合在单个设备中。而且，在一些实施例中，工作站110包括被连接到计算机IlOA和/或触摸屏IlOB的外围设备，诸如键盘、鼠标、打印机等。另外，应理解的是在一些实施例中，作为触摸屏IlOB的替代或除此之外使用非触敏屏幕。
[0026]如下面相对于图5a和5b更详细地描述的，计算机IIOA被配置成(I)确定在给定系统约束的情况下所请求的对象FOV是否是可能的，(2)用优化的准直仪和重建参数来约束所请求的对象FOV以便优化图像质量，(3)指示成像设备105基于受约束的FOV来执行对象的扫描，(4)接收在扫描期间由成像设备105生成的数据，以及(5)基于获取的数据来重建一个或多个图像。能够通过一个或多个有线或无线连接来将计算机IlOA连接到成像设备105。在一些实施例中，计算机IlOA还被配置成在触摸屏IlOB上显示重建图像中的至少一个。应理解的是能够将在本申请中描述的计算机IlOA的功能分布在处于各种配置的多个计算机之中。例如，能够由包括在成像设备105中的计算机来执行计算机IlOA的一些功能。
[0027]成像装置105是例如牙科CT设备且包括机载计算机或处理器112、放射线检测器115、机架120、用于正在被成像的对象或患者的支持件125以及放射线源130。放射线检测器面板115位于机架10上，与放射线源130相对，并包括具有多个检测元件的检测器阵列135。在扫描期间，病人坐在支持件125上(并将他或她的下颌放置在下颌支持件140上)。机架120绕着患者的头旋转，并且随着机架120旋转，放射线源130以各种角度在患者的头部处移动并导引放射线。放射线检测器115检测穿过病人的放射线并生成包括三维数据的数据组。
[0028]位于放射线源130与病人之间的是准直仪组件。如图3b中所示，准直仪组件150包括四个遮挡件:右遮挡件152、左遮挡件154、上遮挡件156以及下遮挡件158。当被放射线照射时，遮挡件152、154、156和158阻挡放射线的一部分，其在检测器面板115上投射阴影。该阴影相应地从右、左、上和下侵占成像区域。准直仪组件150还包括允许各个遮挡件的独立控制的至少一个电动机组件。因此,能够独立于其他遮挡件对每个遮挡件152、154、156和158进行定位。
[0029]如图4中所示，计算机IlOA被连接到成像设备105和触摸屏110B。计算机IlOA包括处理器220、非临时计算机可读介质202以及输入/输出接口 204。应理解的是在其他构造中，计算机IlOA包括附加、较少或不同的部件。处理器200被配置成从介质202检索指令和数据并特别地执行指令以从成像设备105接收数据并向触摸屏IlOB输出数据(SP，生成用于在触摸屏IlOB上显示数据的信号)。
[0030]输入/输出接口 204从处理器200向外部系统、网络和/或设备发射数据并从外部系统、网络和/或设备接收数据。特别地，输入/输出接口 204通过一个或多个有线或无线连接和/或网络与成像设备105和触摸屏IlOB通信。输入/输出接口 204还能够将从外部源接收到的数据存储到介质202和/或将数据提供给处理器200。
[0031]计算机可读介质202存储包括校准应用(或“应用”)210的程序指令和数据。如下面相对于图5a和5b更详细地描述的，当由处理器200来执行时，应用210基于用于系统几何结构和准直仪组件150的准直测量来计算自动FOV尺寸计算约束。
[0032]如图4中所示，用户使用系统100来发起用成像设备105进行的CT扫描，成像设备105生成投影数据(B卩，X射线投影帧的组，加用于各个投影帧的X射线源130和X射线检测器115的位置)。计算机IlOA接收投影数据并使用该数据来生成三维、体数据，其能够被计算机IlOA用来在触摸屏IlOB或另一显示器上呈现显示给用户的图像。
[0033]特别地，包括在计算机IlOA中的处理器200执行校准应用210 (或单独的用户接口应用)以在触摸屏IlOB上向用户显示各种屏幕。用户使用屏幕上的按钮(可通过触摸屏IlOB本身或单独的外围设备、诸如键盘或鼠标来选择)通过显示屏来输入命令和图像生成设置以发起扫描。为了发起扫描，用户选择病人和一个或多个图像生成设置。该图像生成设置包括对象F0V。对象FOV定义用户希望进行成像的对象的区域的机架空间中的直径和高度。如下面在表1中所示，成像系统100基于系统的各种部件和由系统生成的光栅图像来定义多个坐标系。例如，机架空间包括相对于机架120的旋转中心定义且可直接与病人相关的二维坐标系。
[0034
【权利要求】
1.一种用于生成图像的系统，所述系统包括: 处理器，所述处理器被配置成: 接收所请求的对象视野； 基于成像系统的约束来确定所述对象视野是否是可能的，所述约束包括检测器面板的维度和准直仪组件的运动限度； 如果所述对象视野是可能的，则基于所述对象视野、所述准直仪组件的校准参数、以及所述成像系统的几何校准参数来动态地生成一组准直仪电动机命令和重建参数；以及将所述一组准直仪电动机命令提供给所述准直仪组件，以对所述准直仪组件的遮挡件进行定位以照射所述对象视野。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述对象视野在机架空间中被定义。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述处理器被配置成通过基于所述几何校准参数将所述检测器面板的所述维度转换到所述机架空间，来确定所述对象视野是否是可能的。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述处理器被配置成通过确定所述对象视野是否适配在所述检测器面板的所述机架空间中转换后的维度内，来确定所述对象视野是否是可能的。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理器被配置成通过基于所述几何校准参数和所述准直仪校准参数将所述准直仪组件的所述维度转换到所述机架空间，来确定所述对象视野是否是可能的。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述处理器被配置成通过确定所述对象视野是否适配在所述准直仪组件的所述机架空间中转换后的维度内，来确定所述对象视野是否是可能的。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理器进一步被配置成如果所述对象视野是不可能的，则向用户指示建议减小视野。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理器被配置成通过如下来动态地生成一组准直仪电动机命令和所述重建参数:基于所述几何校准参数将所述对象视野转换到面板空间，从所述机架空间中和所述面板空间中的所述对象视野导出所述重建参数，以及基于所述几何校准参数和所述准直仪组件的所述校准参数将所述对象视野转换到遮挡件空间以生成所述一组准直仪电动机命令。
9.一种生成图像的方法，所述方法包括: 接收所请求的机架空间中的对象视野； 在处理器处，基于包括检测器面板的成像系统的几何校准参数将所述检测器面板的维度转换到所述机架空间； 在所述处理器处，基于所述几何校准参数和所述准直仪组件的准直仪校准参数将包括在所述成像系统中的准直仪组件的维度转换到所述机架空间； 将所述对象视野与所述检测器面板的转换后的维度和所述准直仪组件的转换后的维度相比较，以确定所述对象视野是否是可能的； 如果所述对象视野是不可能的，则向用户指示请求不同的对象视野； 如果所述对象视野是可能的，则在所述处理器处，基于所述几何校准参数将所述对象视野从所述机架空间转换到面板空间并基于所述准直仪组件的所述校准参数将所述对象视野从所述面板空间转换到遮挡件空间；以及 基于转换到所述遮挡件空间的所述对象视野来获取图像数据。
10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括:基于转换到所述面板空间的所述对象视野来生成重建参数，并使用所述重建参数基于所述图像数据来构建图像。
11.根据权利要 求9所述的方法，进一步包括:基于所述图像数据来显示图像。
【文档编号】A61B6/00GK103976751SQ201410050215
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年2月13日 优先权日:2013年2月13日
【发明者】理查德·H·埃尔文, 爱德华·S·沃尔什, 大卫·A·谢伯克 申请人:登塔尔图像科技公司