用于对对象的细长感兴趣区域进行成像的成像系统的制作方法

本发明涉及一种对对象的细长感兴趣区域进行成像的成像系统、一种对对象的细长感兴趣区域进行成像的成像方法、一种用于控制这种系统以执行这种方法的计算机程序单元，以及存储了这种计算机程序单元的计算机可读介质。

背景技术：

在c臂x射线系统中，c臂绕患者自由地移动x射线管和x射线探测器。由此，能够在介入流程期间对对象进行连续成像。附于本文的wo2006/070328(a1)公开了一种医学三维x射线成像设备，包括能够绕通过要被成像的对象的旋转轴旋转的c形臂。x射线源被附接到c形臂的一端，用于接收x射线的x射线探测器被附接到c形臂的另一端。

由于成像区域的尺寸受到x射线探测器尺寸的限制，因此通常不能仅使用单次图像采集扫描来获得针对细长对象或对象的细长感兴趣区域的体积图像。

具体而言，在介入流程期间这是一个问题，在介入流程中，根据被检查对象的多幅二维x射线投影图像来重建三维图像体积，所述投影图像是在旋转扫描中采集的，在旋转扫描中，c臂例如在180度角上关于患者旋转。

使用c臂系统采集表示相对大感兴趣区域的3d图像体积数据可以得到改进。

技术实现要素：

因此，需要提供一种用于对对象的细长感兴趣区域进行成像的成像系统，其便于针对c臂系统将2d扫描组合成3d图像体积。

本发明的问题是通过独立权利要求的主题解决的，其中在从属权利要求中结合了更多实施例。应当指出，在下文中描述的本发明各方面也适用于用于对对象的细长感兴趣区域进行成像的成像系统、用于对对象的细长感兴趣区域进行成像的成像方法、计算机程序单元和计算机可读介质。

根据本发明，提出了一种用于对对象的细长感兴趣区域进行成像的成像系统。该成像系统包括采集单元和处理单元。

所述采集单元是c臂采集单元，并被配置为利用第一几何成像参数在第一旋转扫描中采集要被成像的对象的第一图像数据。即，第一图像数据包括使用所述第一几何成像参数在c臂的旋转扫描期间采集的一系列x射线投影图像。

所述采集单元还被配置为利用第二不同的几何成像参数在第二旋转扫描中采集要被成像的对象的第二图像数据。即，第一图像数据包括使用不同的几何成像参数在c臂的旋转扫描期间采集的一系列x射线投影图像。

所述处理单元被配置为将第一图像数据和第二图像数据组合成体积数据。

所述第二几何成像参数可以基于对象特异性数据而被定义，以便将所述体积数据与要被成像的对象的细长感兴趣区域对准。优选地，可以以类似方式定义要在其他旋转扫描中使用的其他几何成像参数。可以人工或(半)自动地执行对参数的定义。例如，基于对象特异性数据，处理单元可以自动地确定针对个体旋转扫描的几何成像参数。

示范性地且换言之，提供了一种使用c臂的大体积成像系统，其中可以针对对象特异性数据，例如解剖数据，调整旋转扫描成像。大体积或细长感兴趣区域能够是例如脊柱、腹主动脉、肺或沿对象或患者轴的大于成像系统的视场的其他器官。

可以考虑以尽可能少的旋转c臂扫描获得足够的解剖体覆盖，而定义所述成像参数。这是通过针对感兴趣解剖区域调整成像系统视场的定位和取向来实现的。换言之，根据个体c臂旋转扫描重建的体积图像的视场可以遵循例如弯曲和/或不规则形状的感兴趣区域。结果，减少了数据输入，并且由此减少了剂量和数据处理的持续时间。总之，方便了针对c臂系统将2d扫描组合成3d图像体积。

将第一图像数据和第二图像数据组合成体积数据能够被理解为：

将不同的第一2d图像数据和第二2d图像数据一起缝合为2d图像数据，然后将2d图像数据重建为3d体积数据，或者

将不同的第一2d图像数据和第二2d图像数据重建为不同的第一3d体积数据和第二3d体积数据，然后将不同的第一3d体积数据和第二3d体积数据一起缝合成3d体积数据。

换言之，可以针对每个体积独立执行体积数据的重建，或者在叠加体素的情况下通过组合来自相继扫描的投影数据来执行体积数据的重建。在范例中，通过将第一图像数据转换成第一子体积数据，将第二图像数据转换成第二子体积数据，并且将所述第一子体积数据和第二子体积数据融合成体积数据，来组合成体积数据。

在另一个范例中，通过将所述第一图像数据和第二图像数据融合成扩展图像数据，并将所述扩展图像数据转换成体积数据，来组合成体积数据。将所述第一图像数据和第二图像数据融合成扩展图像数据可以基于图像配准。具体而言，在针对每次扫描分别执行重建且未以高精确度知道c臂系统沿患者轴的位置的情况下，能够使用基于图像的配准将第一图像数据和第二图像数据融合成扩展图像数据。配准也能够通过与第一图像数据和第二图像数据一起测量的体模来完成。

对象特异性数据可以被用作定义针对第二旋转扫描并且任选地针对第一旋转扫描和/或其他旋转扫描的成像参数的基础。对象特异性数据优选是患者特异性扫描规划数据，例如介入前mr/ct数据集。备选地或额外地，对象特异性数据可以包括由光学相机系统生成的表面模型和/或在定位扫描模式中采集的x射线投影集。

不同的第一几何成像参数和第二几何成像参数可以通过视场的不同尺寸来区分。详细地讲，能够针对基于对象特异性数据的每个成像参数，针对对象解剖体中感兴趣区域的尺寸，调整视场的尺寸。例如，可以通过准直仪调整视场的尺寸，这样减小视场，并且由此减小重建体积。

不同的第一几何成像参数和第二几何成像参数可以包括等中心位置、采集单元的取向、其x射线探测器112的取向或其组合。详细地讲：

在范例中，第一成像参数为第一等中心位置。第二成像参数为第二等中心位置。第一等中心位置和第二等中心位置表示第一旋转c臂扫描和第二旋转c臂扫描中的等中心位置。在扫描之间，可以使等中心在与成像系统的扫描方向不同的方向上相对彼此位移，以针对感兴趣区域调整图像采集的位置。例如，扫描方向可以沿脊柱。可以使第一等中心位置和第二等中心位置在与成像系统的扫描方向正交或不同的方向上相对彼此位移。扫描方向可以沿细长感兴趣区域的纵向方向上延伸。

例如，能够经由对象支撑物或工作台高度的变化或c臂采集单元的定位或对应重新定位来实现可在第一等中心位置和第二等中心位置之间变化的等中心位置。详细地讲：

所述第一等中心位置和第二等中心位置在如下组中的至少一个方面不同：

对象支撑物的高度，

对象支撑物相对于所述对象纵向方向的纵向位置，

所述对象支撑物相对于所述对象横向方向的横向位置，

采集单元的c臂的位置，或者

其组合。

在另一范例中，c臂采集单元的取向可以在第一旋转扫描和第二旋转扫描之间变化。例如，能够经由整个采集单元的倾斜或其x射线探测器的倾斜实现可变的第一取向和第二取向。使用c臂采集单元的第一取向和第二取向在旋转扫描中采集的第一图像数据和第二图像数据能够被组合成3d体积数据，以通过如上所述首先缝合或首先重建来覆盖更大体积。

具体而言，第一成像参数可以是c臂采集单元的旋转平面的第一取向。第二成像参数可以是c臂采集单元的旋转平面的第二取向。第一取向和第二取向可以相对彼此旋转以针对感兴趣区域调整图像采集的取向。即，执行第一旋转扫描和第二旋转扫描所在的旋转平面可以相对彼此倾斜。例如，经由采集单元的倾斜实现的可变的第一取向和第二取向可以相差1°和90°之间、优选5°和75°之间并且更优选10°和45°之间的角度。

在范例中，采集单元包括x射线探测器，其被配置为在第一取向和第二取向之间旋转。则，第一成像参数为x射线探测器的第一取向，并且第二成像参数为x射线探测器的第二取向。x射线探测器可以被配置为在作为第一取向和第二取向的横屏(landscape)或竖屏(portrait)模式之间旋转。横屏或竖屏模式之间的这种旋转等于大约90°。通过这种方式，沿对象或患者的轴的更大覆盖与旋转平面中的更大覆盖互换。

如上所述，不同的第一几何成像参数和第二几何成像参数也能够通过不同等中心位置、采集单元的不同取向或其x射线探测器的不同取向的组合而彼此区分。例如，可以利用偏移的等中心和采集单元的偏移的倾斜或取向来进行采集，或者可以利用偏移的等中心和x射线探测器的偏移的取向或模式(横屏和竖屏)来进行采集。

第一图像数据和第二图像数据的视场或区域能够被布置为彼此相邻布置，有小的交叠。为了进一步减少患者的剂量，叠加能够被减小以仅存在于重建视场的圆锥子体积中。圆锥子体积可以出现于c臂系统的截顶区域的横向末端。

对象特异性数据被用作定义第一几何成像参数和第二几何成像参数的基础。对象特异性数据能够是患者特异性扫描规划数据，成像系统基于所述患者特异性扫描规划数据能够执行两次或更多次旋转采集扫描，以对对象的细长感兴趣区域进行成像。详细地讲，能够基于对象特异性数据最佳地选择针对个体扫描的几何成像参数，具体而言，等中心位置、采集单元的取向或成角或x射线探测器的取向或模式(竖屏、横屏)。

在实施例中，可以根据介入前mr或ct图像数据集来确定对象特异性数据，诸如，扫描规划数据。例如，可以通过人工或(半)自动方式分割这种数据集中的细长感兴趣区域。基于这一感兴趣区域，可以自动选择针对两次或更多次旋转c臂扫描的几何成像参数，以便使用c臂采集单元来获得细长感兴趣区域的体积图像。优选地，选择参数，从而将根据个体旋转扫描来融合并重建的体积图像与感兴趣区域最佳地对准。亦即，重建体积优选基本覆盖整个感兴趣区域，同时将患者接收的辐射剂量保持到最低值。

根据本发明，还提出了一种用于对对象的细长感兴趣区域进行成像的成像方法。它包括以下步骤，但不必按照这个次序：

利用c臂采集单元的第一成像参数来采集要被成像的对象的第一图像数据，

利用c臂采集单元的第二成像参数来采集要被成像的对象的第二图像数据，其中，第二几何成像参数是基于对象特异性数据来定义的，以便将所述体积数据与要被成像的对象的细长感兴趣区域对准，以及

将所述第一图像数据和第二图像数据组合成体积数据。

对象特异性数据能够是患者特异性解剖数据。

不同的第一几何成像参数和第二几何成像参数可以通过等中心位置、采集单元的取向、其x射线探测器的取向或其组合来区分。

将第一图像数据和第二图像数据组合成体积数据能够被理解为将不同的第一2d图像数据和第二2d图像数据一起缝合成2d图像数据，然后将2d图像数据重建为3d体积数据，或者将不同的第一2d图像数据和第二2d图像数据重建为不同的第一3d体积数据和第二3d体积数据，然后将不同的第一3d体积数据和第二3d体积数据一起缝合成3d体积数据。

根据本发明，还提出了一种计算机程序单元，其中，所述计算机程序单元包括程序代码段，当所述计算机程序在控制根据独立权利要求中所述的成像系统的计算机上运行时，令所述成像系统执行根据独立权利要求中所述的成像方法的步骤。

应当理解，根据独立权利要求的成像系统、成像方法、用于控制这种系统的计算机程序单元和存储有这种计算机程序单元的计算机可读介质具有相似和/或相同的优选实施例，尤其是如从属权利要求中所述。还应当理解，本发明的优选实施例也可以是从属权利要求与相应独立权利要求的任意组合。

本发明的这些和其他方面将从下文描述的实施例变得显而易见并参考其加以阐述。

附图说明

在下文中将参考附图描述本发明的示范性实施例：

图1示出了用于对对象的细长感兴趣区域进行成像的成像系统的范例的示意图。

图2示意性且示范性示出了针对对象特异性数据调整成像系统。

图3示意性且示范性示出了根据本发明的针对成像系统的不同几何成像参数。

图4示出了用于对对象的细长感兴趣区域进行成像的成像方法的范例的基本步骤。

具体实施方式

图1示意性和示范性示出了用于对对象的细长感兴趣区域进行成像的成像系统10的实施例。例如，细长感兴趣区域能够是脊柱、腹主动脉、肺或沿对象或患者轴的大于成像系统的视场的其他器官。

成像系统10包括采集单元11和处理单元13。采集单元11是c臂采集单元，并且包括x射线源111和x射线探测器112。成像系统10还包括界面单元14，这里是显示器的形式，以向用户提供信息和控制。

患者台21被布置为在x射线源111与x射线探测器112之间放置要被检查的对象或患者(未示出)。提供c臂，使得c臂能够绕对象运动，以便能够调整观察方向。此外，在检查室的地板上提供基底22，患者台21被安装于所述基底上。

c臂采集单元11被配置为利用第一几何成像参数在第一旋转扫描中采集要被成像的对象的第一图像数据，第一几何成像参数任选地基于对象特异性数据来定义。采集单元11还被配置为利用基于对象特异性数据定义的第二不同几何成像参数在第二旋转扫描中采集要被成像的对象的第二图像数据。至少第二几何成像参数是基于针对体积数据的对象特异性数据来定义的，所述体积数据要与要被成像的对象的细长感兴趣区域对准或对应于所述细长感兴趣区域。处理单元13被配置为将第一图像数据和第二图像数据组合成体积数据。

如图2中所示，能够针对对象特异性数据(例如解剖体数据)调整c臂采集单元11进行的成像。换言之，单个视场15可以遵循这里弯曲的感兴趣区域16。这是通过针对感兴趣解剖区域16调整成像系统的视场15的定位和取向来实现的。由此，完成尽可能少的扫描以实现足够的解剖体覆盖。结果，减少了数据输入，并且由此减少了剂量和数据处理的持续时间。

用作定义第一成像参数和第二成像参数的基础的对象特异性数据能够是患者特异性扫描规划数据，例如，介入前mr/ct数据集，或者额外地或备选地，由光学相机系统产生的表面模型、在ct定位扫描模式中采集的x射线投影集或其组合。处理单元13可以被配置为将第一图像数据和/或第二图像数据和/或体积数据与对象特异性数据组合。换言之，在对象特异性数据可用时，成像系统10能够执行两次或更多次旋转采集扫描，用于基于这些数据对对象的细长感兴趣区域进行成像。详细地讲，能够基于对象特异性数据最佳地选择针对两次或更多次旋转c臂扫描的几何成像参数，例如等中心位置、采集单元的取向或成角或x射线探测器112的取向或模式(竖屏、横屏)，以便获得细长感兴趣区域的体积图像。优选地，选择参数，从而将根据c臂采集单元的个体旋转扫描融合并重建的体积图像与感兴趣区域最佳地对准。如图3中所示，不同的几何成像参数，即，不同的旋转扫描，能够由等中心位置、采集单元11的取向、其x射线探测器112的取向或其组合来区分。

根据图3a，对于第一成像参数，采集单元11在具有第一等中心位置的旋转扫描中采集第一图像数据。对于第二成像参数，采集单元11利用具有第二等中心位置的旋转扫描来采集第二图像数据。使第一等中心位置和第二等中心位置在与成像系统10的采集方向不同的方向上相对彼此位移，以针对感兴趣区域调整图像采集的位置。例如，采集方向可以沿着脊柱，并且这里使第一等中心位置和第二等中心位置在与采集方向正交的方向上相对彼此位移。同样的情况适用于图3a中所示的第三成像参数和第四成像参数。

例如，能够经由对象支撑物或工作台高度的变化或c臂采集单元11的定位或对应重新定位来实现可在第一等中心位置和第二等中心位置之间变化的等中心位置。详细地讲，第一等中心位置和第二等中心位置可以在如下组中的至少一个方面不同：对象支撑物的高度、对象支撑物相对于对象纵向方向的纵向位置、对象支撑物相对于对象横向方向的横向位置、采集单元11的c臂的位置或其组合。

例如，能够经由整个采集单元11的倾斜或其x射线探测器112的倾斜来实现可变的第一取向和第二取向。

根据图3b，c臂采集单元11的旋转平面在第一取向与第二取向之间倾斜。利用第一成像参数，采集单元11利用旋转扫描平面的第一取向来采集第一图像数据。利用第二成像参数，采集单元11利用旋转扫描平面的不同第二取向来采集第二图像数据。第一取向和第二取向相对彼此倾斜某一角度，以针对感兴趣区域调整图像采集的取向。在图3b中，对于第三旋转扫描，采集单元11利用与第一成像参数和第二成像参数相比不同的第三取向和不同等中心位置的组合来采集第三图像数据。对于第四旋转扫描，采集单元11利用与先前成像参数相比另一不同的第四取向和另一不同等中心位置的组合来采集第四图像数据。

根据图3c，利用第一成像参数，采集单元11利用第一等中心位置来采集第一图像数据。利用第二成像参数，采集单元11利用第二等中心位置来采集第二图像数据。利用第三成像参数，采集单元11的x射线探测器112从竖屏模式或取向旋转到横屏模式或取向。横屏或竖屏模式之间的这种旋转等于90°。

在图3a到3c中，将在多次旋转扫描中采集的图像数据的视场彼此相邻布置。在扫描之间，沿扫描方向移动采集单元(或者备选地，患者支撑物)，使得基本仅在针对每次扫描的重建视场的圆锥子体积中存在小的叠加。

将图像数据组合成体积数据可以被理解为将不同的第一2d图像数据和第二2d图像数据一起缝合成2d图像数据，然后将2d图像数据重建为3d体积数据，或者将不同的第一2d图像数据和第二2d图像数据重建为不同的第一3d体积数据和第二3d体积数据，然后将不同的第一3d体积数据和第二3d体积数据一起缝合成3d体积数据。

图4示出了用于对对象的细长感兴趣区域进行成像的成像方法的步骤示意概要。所述成像方法包括以下步骤，但不必按照这个次序：

-在第一步骤s1中，利用c臂采集单元11的第一几何成像参数在旋转扫描中采集要被成像的对象的第一图像数据。

-在第二步骤s2中，利用c臂采集单元11的第二几何成像参数在旋转扫描中采集要被成像的对象的第二图像数据，其中，至少第二不同成像参数是基于对象特异性数据来定义的，以与要被成像的对象的细长感兴趣区域对准。

-在第三步骤s3中，将第一图像数据和第二图像数据组合成体积数据。

对象特异性数据能够是患者特异性解剖数据。

不同的第一成像参数和第二成像参数能够通过等中心位置、采集单元11的取向、其x射线探测器112的取向或其组合来区分。

将第一图像数据和第二图像数据组合成体积数据能够被理解为将不同的第一2d图像数据和第二2d图像数据一起缝合成2d图像数据，然后将2d图像数据重建为3d体积数据，或者将不同的第一2d图像数据和第二2d图像数据重建为不同的第一3d体积数据和第二3d体积数据，然后将不同的第一3d体积数据和第二3d体积数据一起缝合成3d体积数据。

在本发明的另一范例性实施例中，提供了一种计算机程序或计算机程序单元，其特征在于，适于在适当的系统上运行根据前面的实施例之一所述的方法的方法的步骤。

因此，所述计算机程序单元可以被存储在计算机单元上，所述计算机单元也可以是本发明的实施例的部分。该计算单元可以适于执行以上描述的方法的步骤或诱发对以上描述的方法的步骤的执行。此外，所述计算单元可以适于操作以上描述的装置的部件。所述计算单元能够适于自动地操作和/或运行用户的命令。计算机程序可以被下载到数据处理器的工作存储器中。所述数据处理器因此可以被配备为执行本发明的方法。

本发明的该示范性实施例涵盖从一开始就使用本发明的计算机程序以及借助于将现有的程序转变为使用本发明的程序的计算机程序两者。

更进一步地，所述计算机程序单元能够提供实现如以上描述的方法的示范性实施例的流程的所有必需步骤。

根据本发明的另一示范性实施例，提出了一种计算机可读介质，例如cd-rom，其中，所述计算机可读介质具有存储在所述计算机可读介质上的计算机程序单元，其中，所述计算机程序单元由前面部分描述。

计算机程序可以存储和/或分布在与其他硬件一起提供或作为其他硬件的部分提供的诸如光学存储介质或固态介质的适当的介质上，但是计算机程序也可以以其他的形式分布，例如经由因特网或其他有线或无线的远程通信系统。

然而，所述计算机程序也可以存在于诸如万维网的网络上并且能够从这样的网络中下载到数据处理器的工作存储器中。根据本发明的另一示范性实施例，提供了一种用于使得计算机程序单元可用于被下载的介质，其中，所述计算机程序单元被布置为执行根据先前描述的本发明的实施例之一所述的方法。

必须指出，本发明的实施例参考不同主题加以描述。具体地，一些实施例参考方法类型权利要求加以描述，而其他实施例参考设备类型权利要求加以描述。然而，本领域技术人员将从以下和以下的描述中了解到，除非另行指出，除了属于一种类型的主题的特征的任何组合之外，涉及不同主题的特征之间的任何组合也被认为被本申请所公开。然而，所有特征能够被组合以提供超过特征的简单相加的协同效应。

尽管已经在附图和前面的描述中详细说明和描述了本发明，这样的说明和描述被认为是说明性或示范性的，而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、说明书和从属权利要求，本领域技术人员在实践要求保护的本发明时能够理解和实现对所公开的实施例的其他变型。

在权利要求中，词语“包括”不排除其他的元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以完成在权利要求中记载的若干项目的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何参考标记不应被解释为对范围的限制。