專利名稱：用于相對于采集系統(tǒng)的等角點來定位目標(biāo)的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及為圖像采集而對目標(biāo)進(jìn)行定位。本發(fā)明尤其涉及相對于圖像采集 系統(tǒng)的等角點來定位目標(biāo)。
背景技術(shù)：
為醫(yī)療診斷系統(tǒng)設(shè)計的成像系統(tǒng)包括各種成像類型，如X-射線系統(tǒng)，計算機體層 成像(tomodensitometry) (CT)系統(tǒng)，超聲系統(tǒng)，電子束體層成像(EBT)，磁共振(MR)系統(tǒng)等 等。為醫(yī)療診斷系統(tǒng)設(shè)計的成像系統(tǒng)，例如通過將目標(biāo)暴露到能量源中，而產(chǎn)生目標(biāo)(比如
病人)的圖像，所述能量源是例如穿過病人的x-射線。產(chǎn)生的圖像可以用于多個目的。一
個目的為檢測，例如檢測目標(biāo)的內(nèi)部缺陷。此外，一個目的可以是確定結(jié)構(gòu)或?qū)?zhǔn)中的內(nèi)部 變化。 一個目的還可以是表示目標(biāo)中流體的流動。此外，圖像可以顯示出一個目標(biāo)中是否 存在多個目標(biāo)。由醫(yī)療診斷成像獲得的信息在多個領(lǐng)域中應(yīng)用，包括醫(yī)學(xué)和制造業(yè)。
通過利用成像系統(tǒng)從目標(biāo)或病人獲得圖像通常包括將目標(biāo)或病人暴露在一定程 度的輻射中，輻射如X-射線輻射。執(zhí)行的圖像曝光或掃描越多，目標(biāo)或病人就越多地暴露 在輻射中。增加在輻射中的暴露使經(jīng)受成像的病人的健康陷入危險。此外，健康和安全標(biāo) 準(zhǔn)限制用于病人的圖像掃描的輻射劑量。由于減少的圖像的掃描或較低質(zhì)量的掃描，健康 和安全標(biāo)準(zhǔn)可能會影響圖像質(zhì)量。因此，減少用于病人的劑量和暴露的系統(tǒng)是非常需要的。
層析重建對二維和三維圖像掃描的層析圖像進(jìn)行重建。層析重建根據(jù)圖像采集系 統(tǒng)中產(chǎn)生的圖像數(shù)據(jù)的投影(如x-射線投影)來重建圖像。組合多次投影的數(shù)據(jù)從而產(chǎn) 生描述該目標(biāo)的圖像。通常，根據(jù)三維目標(biāo)的掃描重建兩維切片(slice)。
在層析重建過程中，將要成像的目標(biāo)或病人的器官置于所采用的采集系統(tǒng)(例如
x-射線源和檢測器)的旋轉(zhuǎn)中心(例如，等角點)處或附近。為了重建在c-臂成像系統(tǒng)
上采集的兩維X-射線的視圖，例如，通常在連續(xù)的兩維X-射線放射下進(jìn)行目標(biāo)或器官的定
心。就是說，執(zhí)行多次側(cè)和正面投影，直到通過特定的x-射線采集發(fā)現(xiàn)最佳位置。因此將目
標(biāo)或病人器官的定位到圖像采集系統(tǒng)的等角點上或者該等角點附近的方法是非常需要的。
因此需要設(shè)計用于將目標(biāo)定位在圖像采集系統(tǒng)的等角點處的改進(jìn)的目標(biāo)定位系 統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的特定實施方式給出了用于在層析圖像重建系統(tǒng)中確定等角點和對準(zhǔn)的
方法和系統(tǒng)。在一個特定實施方式中，該方法包括在成像系統(tǒng)中采集兩個x-射線的投影，
確定成像系統(tǒng)的等角點，定位要成像的目標(biāo)的中心位置，以及相對于等角點來定位目標(biāo)的
中心位置。等角點可以根據(jù)與x-射線投影相交的線段來確定。電磁導(dǎo)航設(shè)備，如電磁發(fā)射
3器和接收器，可以用于確定等角點并定位所述中心的位置。目標(biāo)可以手動地和/或自動地 移動，以相對于等角點來定位中心位置。 在一個實施方式中，該方法包括為固定于成像系統(tǒng)上的電磁接收器做至少三次位 置測量，并且根據(jù)該位置測量計算相對于電磁發(fā)射器的等角點。該方法還可以包括指出目 標(biāo)中心的位置，并且以等角點和中心位置對準(zhǔn)的方式移動目標(biāo)。目標(biāo)能夠以等角點和中心 位置重合的方式手動地和/或自動地移動。等角點可以根據(jù)位置測量的中心來計算。
在一個實施方式中，該方法包括計算成像系統(tǒng)中的近似焦距，確定成像系統(tǒng)中 電磁接收器相對于電磁發(fā)射器的位置和取向信息，利用該位置和取向信息以及近似焦距 來確認(rèn)成像系統(tǒng)的等角點。該方法還可以包括用于確認(rèn)等角點的位置信息的向上投影 (overheadprojection)。此外，該方法可以包括指出在周圍區(qū)域中目標(biāo)的中心位置；可以執(zhí) 行層析采集和移動，從而使等角點和中心位置對準(zhǔn)。中心位置可以通過利用第二電磁接收 器而指出。目標(biāo)可以自動地和/或手動地移動，從而使等角點和中心位置對準(zhǔn)。
在一個特定實施方式中，該系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生電磁場的電磁發(fā)射器，用于檢測電 磁發(fā)射器的電磁場的電磁接收器，以及根據(jù)來自電磁接收器的信息確定圖像掃描的等角點 的成像單元。電磁接收器可以位于用于采集成像數(shù)據(jù)的檢測器上。該接收器可以位于必須 被成像的目標(biāo)上。可選擇的，該接收器可以位于目標(biāo)上，發(fā)射器位于檢測器上。成像單元可 以根據(jù)來自電磁接收器的多個位置測量來確認(rèn)等角點。成像單元也可以根據(jù)來自電磁接收
器的多個x-射線投影和多個位置測量來確認(rèn)等角點。成像單元可以根據(jù)等角點重新定位
要成像的目標(biāo)。 該系統(tǒng)還可以包括用于檢測來自電磁接收器的磁場的第二電磁接收器。第二電磁 接收器可以位于用于確認(rèn)要成像的目標(biāo)之中心的工具上。成像單元可以根據(jù)來自第二電磁 接收器的信息確認(rèn)目標(biāo)的中心。



圖
圖
法的流程圖
圖
圖
圖
圖
圖
器的安排。
上
描述而得到 本發(fā)明不限
1示出根據(jù)本發(fā)明一個實施方式所用的磁共振成像系統(tǒng)。
2示出根據(jù)本發(fā)明一個實施方式所用的、用于在圖像采集系統(tǒng)中定位目標(biāo)的方
3示出根據(jù)本發(fā)明-4示出根據(jù)本發(fā)明-5示出根據(jù)本發(fā)明-6示出根據(jù)本發(fā)明-
7示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施方式一種包含了三個朝向目標(biāo)中心的電磁接收
-個實施方式穿過要成像的目標(biāo)的正面和側(cè)面投影。 -個實施方式具有朝目標(biāo)中心定向的電磁接收器的工具。 -個實施方式的等角點與目標(biāo)中心位置的對準(zhǔn)。 -個實施方式用于確認(rèn)等角點和目標(biāo)定位的方法的流程圖,
面的概述以及下面本發(fā)明特定實施方式的詳細(xì)描述將通過結(jié)合附圖閱讀所述 更好地理解。為了說明本發(fā)明，在附圖中示出特定的實施方式。但是必須理解， 于附圖中示出的形式和儀器。
具體實施例方式
為了舉例說明的目的，本發(fā)明的特定實施方式僅僅參考C-臂(C-arm) X-射線成像系統(tǒng)來描述。本發(fā)明的實施方式可應(yīng)用于許多成像類型，如磁共振(MR)成像，X-射線成像， 計算機體層成像(tomodensitometry imaging) (CT)，電子束體層成像(EBT)，正電子發(fā)射型 體層成像(PET)，單光子發(fā)射計算機體層成像(SPECT)和超聲成像。 圖1示出依據(jù)本發(fā)明一個實施方式所用的超聲成像的目標(biāo)定位系統(tǒng)100。該系統(tǒng) 100包括電磁發(fā)射器110，電磁接收器120，125，X-射線檢測器130，X-射線源135，目標(biāo)140， 工具150，和層析重建單元160。電磁發(fā)射器110固定在目標(biāo)140上。電磁接收器120固定 在X-射線檢測器130上。電磁接收器125固定在工具150上。 電磁發(fā)射器IIO和電磁接收器120，125是電磁導(dǎo)航設(shè)備(electromagnetic navigation device)。例如，電磁發(fā)射器110和電磁接收器120， 125可以是一組三個線圈， 根據(jù)所產(chǎn)生的磁場來定位目標(biāo)。電磁導(dǎo)航設(shè)備利用多種方法根據(jù)信息(如場強和相位)來 定位目標(biāo)。在一個實施方式中，可以根據(jù)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)線圈的結(jié)構(gòu)(ISCA)來配置電磁導(dǎo)航設(shè) 備。 電磁發(fā)射器110位于目標(biāo)140上或該目標(biāo)中，所述目標(biāo)為例如病人，器官或者將要 重建的其它目標(biāo)。電磁發(fā)射器110產(chǎn)生一磁場。由該發(fā)射器110產(chǎn)生的磁場的特性可用于 確認(rèn)在坐標(biāo)系中發(fā)射器110相對于接收器120和/或125的位置，以及因此確認(rèn)目標(biāo)相對 于接收器120和/或125的位置。 電磁發(fā)射器110位于例如X-射線檢測器130上或該檢測器中。X-射線檢測器130 檢測由X-射線源135產(chǎn)生的射線。電磁接收器120檢測在目標(biāo)140上來自電磁發(fā)射器110 的磁場。電磁接收器120向?qū)游鲋亟▎卧?60發(fā)送關(guān)于電磁發(fā)射器110的磁場的數(shù)據(jù)。
電磁接收器125位于例如工具150上或該工具中。工具150是桿，夾具或的其它 工具，可用于標(biāo)繪出將要重建的目標(biāo)140的中心。接收器125檢測發(fā)射器110的磁場。電 磁接收器125向重建單元160發(fā)送關(guān)于發(fā)射器110的磁場的數(shù)據(jù)。 在可替換的實施方式中，接收器120，125位于目標(biāo)140上。發(fā)射器110位于工具 150或檢測器130上。 層析重建單元160(或其它成像單元)接收來自接收器120，125的數(shù)據(jù)，用以確定 目標(biāo)140和工具150的位置，并確定系統(tǒng)100的等角點。為了使操作最優(yōu)化，如三維圖像的 重建最優(yōu)化，層析重建單元160使目標(biāo)140的中心與系統(tǒng)100的等角點對準(zhǔn)。層析重建單 元160可以是專用處理器或者非專用計算機的一部分。層析重建單元160可以構(gòu)建成一個 單獨的單元中，或者可以與其它成像系統(tǒng)部件結(jié)合。 在操作過程中，重建位置可以通過利用由X-射線采集或不用X-射線采集的電磁 接收器120的兩個位置(例如正面和側(cè)面)來確定。源135產(chǎn)生例如穿過目標(biāo)140的正面 位置和側(cè)面位置的X-射線投影。接收器120和檢測器130確認(rèn)正面投影和側(cè)面投影。在 一個實施方式中，關(guān)于所述投影的信息可以在當(dāng)前和/或先前校準(zhǔn)過程中獲得。側(cè)面投影 和垂直投影向量一般不會交叉。可以將系統(tǒng)100的等角點確定在連接投影的正交線段的中 點處。當(dāng)電磁接收器120固定在檢測器130上，并且電磁發(fā)射器110固定在目標(biāo)140上時， 可以相對于目標(biāo)140(發(fā)射器110)確定等角點。 在可替換的實施方式中，可以近似確定X-射線投影的焦距。通過利用近似焦距和 電磁定位信息，可以確定投影向量和焦點，而不用采集X-射線圖像。 一確定向量和焦點，就 可以根據(jù)連接線段的中點確認(rèn)等角點，如前所述。將) —旦相對于發(fā)射器110的位置確定了等角點，就利用帶有電磁接收器125的工具 150來確認(rèn)目標(biāo)140的中心的位置或者確認(rèn)目標(biāo)的一部分，在所述目標(biāo)的一部分周圍執(zhí)行 體層采集(tomograhicacquisition)。醫(yī)生將帶電磁接收器的夾具例如放置在系統(tǒng)100中 重建的器官的中心處。發(fā)射器110和電磁接收器125可用于確定工具150的位置。
然后，利用重新定位系統(tǒng)(未示出)對目標(biāo)140重新定位，從而使上面確認(rèn)的目標(biāo) 140的中心與系統(tǒng)100的等角點對準(zhǔn)。重新定位系統(tǒng)可以是手動系統(tǒng)和/或自動系統(tǒng)。重 新定位系統(tǒng)例如可以是手動臺或者支架，由技術(shù)人員移動直到目標(biāo)140的中心與等角點近 似對準(zhǔn)?？蛇x擇的，自動臺或支架例如可以根據(jù)來自等角點和中心的數(shù)據(jù)自動對目標(biāo)重新 定位。 在可替換的實施方式中，可以確定等角點，而無需暴露于輻射(例如X-射線)中。 檢測器130在例如層析圖像采集過程中定位，但是X-射線不由源135產(chǎn)生。位于檢測器 130中心的電磁接收器120確定檢測器130中心相對于發(fā)射器的三個或更多位置。層析重 建單元160接收該位置數(shù)據(jù)。如果采集三個位置，那么這三個位置形成一個三角形-角點確定在該三角形的中心。如果采集多于三個位置，那么這些位置形成一個圓?！?點確認(rèn)為在檢測器130被采集的位置的平均平面上所投影的平均圓的中心。
可選擇的，重建單元160可以通過利用發(fā)射器110和接收器120來確定采集到的 檢測器130位置的電磁取向?？梢酝ㄟ^校準(zhǔn)或其它信息來確定近似的源-圖像距離。因此 可以從后面投射檢測器130的位置。等角點是連接投影的線段的中點，如前面已經(jīng)描述的。
如上所述，一旦確定了等角點，工具150就確認(rèn)目標(biāo)140的層析重建的期望的中 心。將目標(biāo)140手動地和/或自動地重新定位，從而相對于成像系統(tǒng)的等角點來定位該中 心。 圖2示出用于在依據(jù)本發(fā)明一個實施方式所用的圖像采集系統(tǒng)中定位目標(biāo)的等 角點的方法200的流程圖。在步驟210中，首先采集電磁接收器120的投影或位置(例如 側(cè)面或正面)。利用X-射線檢測器130上的電磁接收器120獲得例如來自X-射線源的正 面和側(cè)面X-射線投影，并將其導(dǎo)引向X-射線檢測器130。然后，在步驟220中，相對于電磁 發(fā)射器110的位置計算等角點。該等角點例如根據(jù)向量和焦點利用x-射線投影進(jìn)行計算。 在一個實施方式中，等角點近似位于正交連接x-射線投影的線段的中間。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明一個實施方式穿過必須成像的目標(biāo)的正面和側(cè)面X-射線投 影。側(cè)焦點&和側(cè)投影向量K在帶有電磁接收器120的X-射線檢測器130上產(chǎn)生側(cè)圖 像。正焦點Ff和正投影向量Vf在X-射線檢測器130上產(chǎn)生正圖像。焦點^和Ff以及向 量^和Vf可以借助于校準(zhǔn)來確定。然后，向
n可以按照下面的方式用K和Vf來確定
<formula>formula see original document page 6</formula>
(i) 例如
然后，可以通過使用下面的等式確定在任何時候沿著向量K和Vf的位置&和Hf，
S (2)，以及
<formula>formula see original document page 7</formula>
<formula>formula see original document page 7</formula>
等角點(I)按照下面的方式通過利用^和Hf來計算。 (4) 相對于在目標(biāo)140上的電磁發(fā)射器IIO確定等角點?？蛇x擇的，可以不用采集 X-射線圖像而利用從電磁發(fā)射器110來的位置和取向信息來確定向量和焦點&和Ff。
然后在步驟230中，通過利用帶有電磁接收器125的工具150為層析采集確認(rèn)目 標(biāo)140的中心的位置，所述電磁接收器125固定于所述工具上。圖1示出根據(jù)本發(fā)明一個實 施方式帶有用于標(biāo)繪目標(biāo)140中心的電磁接收器125的工具150。然后，在步驟240中，確 定目標(biāo)140的位置，從而使步驟230中確認(rèn)的中心位置相對于等角點對準(zhǔn)。定位可以(利 用手動定位系統(tǒng)或臺)手動地進(jìn)行和/或(例如利用動力驅(qū)動的臺或定位系統(tǒng))自動地進(jìn) 行。 固定在血管C-臂X-射線系統(tǒng)中的動力驅(qū)動臺可以移動例如病人，直到有關(guān)的器 官中心與C-ARM系統(tǒng)的等角點大致重合。圖5示出根據(jù)本發(fā)明一個實施方式等角點和目標(biāo) 中心位置的對準(zhǔn)。在步驟250中，可以進(jìn)行目標(biāo)140的層析重建。 在另一實施方式中，可以不用掃描或圖像投影而確定采集系統(tǒng)的等角點。圖6示 出根據(jù)本發(fā)明一個實施方式用于確認(rèn)等角點以及用于確認(rèn)目標(biāo)位置的方法600的流程圖。 首先，在步驟610中，獲得固定于X-射線檢測器130上的電磁接收器120的三個或更多位 置。電磁接收器120允許在例如層析采集過程中記錄檢測器130的中心，而不需要X-射線 投影。檢測器130的三個位置形成三角形的頂點。 然后，在步驟620中，因該三角形而定位等角點。在一個實施方式中，等角點與三 角形的中心一致。通過解析下面的方程式系統(tǒng)在三角形的平面中確定等角點(I): xy 1
<formula>formula see original document page 7</formula>
其中
<formula>formula see original document page 7</formula>是在三角形平面中表示的檢測器130三個位置的坐標(biāo)c 如果獲得檢測器130的多于三個的位置，那么等角點與投影到所采集的檢測器 130位置的平均平面上的平均圓或橢圓的中心一致。首先通過最小化下列值來確定與采集 的位置相對應(yīng)的平均平面
<formula>formula see original document page 7</formula> 其中<formula>formula see original document page 7</formula>表示從檢測器130的中心采集的三維位置。然后，通過利用從平均平面中采集的位置所投射的位置
<formula>formula see original document page 8</formula>
計算平均圓。平均圓通過使下面的值最小化來確定
<formula>formula see original document page 8</formula>(7)
平均橢圓通過利用下面的方程式來確定 ￡ <formula>formula see original document page 8</formula> 可選擇的，等角點可以根據(jù)由檢測器130所采集到的位置的電磁取向和源_圖像 距離的近似值來確定。源-圖像距離可以借助于校準(zhǔn)來確定。然后，可以將該位置投射回 去以確定等角點。 然后，在步驟630中，通過利用帶有電磁接收器125的工具150為層析采集確定目 標(biāo)140的中心的位置，所述電磁接收器125固定于所述工具上。然后，在步驟640中，確定 目標(biāo)140的位置，從而使步驟630中確認(rèn)的中心位置相對于等角點對準(zhǔn)。定位可以(例如 利用手動定位系統(tǒng)或臺)手動地進(jìn)行和/或(例如利用動力驅(qū)動的臺或定位系統(tǒng))自動地 進(jìn)行。固定在血管C-臂X-射線系統(tǒng)中的動力驅(qū)動臺可以移動例如病人，直到有關(guān)的器官 中心與C-臂系統(tǒng)的等角點大致重合。目標(biāo)140的層析重建可以在步驟650中進(jìn)行。
在一個實施方式中，"良好的"工作位置可以通過表示例如該位置的一些性質(zhì)而數(shù) 學(xué)地規(guī)定。該位置的性質(zhì)可以根據(jù)要重建的器官或目標(biāo)而不同。這些性質(zhì)也可以根據(jù)用以 在進(jìn)行對準(zhǔn)之前定位目標(biāo)中心的工具而改變。 一些實施方式給出了各種方法，通過利用電 磁導(dǎo)航設(shè)備為層析重建確定良好的位置，所述電磁導(dǎo)航設(shè)備為例如電磁發(fā)射器和電磁接收 器。用于三維層析采集的良好工作位置可以通過利用連接到檢測器和目標(biāo)(如病人)的接 收和發(fā)射設(shè)備簡單而又快速地確定。位置的有效確定降低了在目標(biāo)定心過程中的輻射劑 因此，本發(fā)明的一些實施方式相對于采集系統(tǒng)的等角點來定位目標(biāo)，用以簡化層 析圖像的重建。 一些實施方式通過利用電磁導(dǎo)航設(shè)備為三維重建提供了對器官或其它目標(biāo) 的半自動定位。 一些實施方式無需圖像曝光或使用最小量的曝光就能提供用于最佳層析采 集的定位?？梢允褂秒姶艑?dǎo)航設(shè)備來確定圖像重建的最佳位置。 盡管已經(jīng)參考特定實施方式描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解， 可以在不脫離本發(fā)明范圍的情況下進(jìn)行各種變化以及替代等效方案。此外，可以在不背離 本發(fā)明范圍的情況下對本發(fā)明公開的內(nèi)容進(jìn)行許多修改以適應(yīng)特殊情況或者特殊材料。因 此，本發(fā)明不限于公開的特定實施方式，本發(fā)明包括落入隨附的權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有實 施方式。
權(quán)利要求
一種用于對成像掃描儀中的目標(biāo)定中心的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生磁場的電磁發(fā)射器；用于檢測所述電磁發(fā)射器的所述磁場的電磁接收器；以及根據(jù)來自所述電磁接收器的信息確定圖像掃描的等角點的成像單元。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述成像單元根據(jù)所述電磁接收器的至少一個多個x-射線投影和一個多個位置測量來識別所述等角點。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于檢測來自所述電磁發(fā)射器的所述磁場的第二電磁接收器。
全文摘要
本發(fā)明的一些實施方式涉及用于使成像系統(tǒng)中的目標(biāo)和等角點對準(zhǔn)的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)包括電磁發(fā)射器，電磁接收器和用于根據(jù)電磁接收器的信息確定圖像掃描的等角點的成像單元。該成像單元根據(jù)多個電磁位置測量來確認(rèn)等角點。成像單元根據(jù)第二電磁接收器的信息確認(rèn)要成像的目標(biāo)的中心。成像單元根據(jù)等角點重新定位目標(biāo)。在一個實施方式中，發(fā)射器位于目標(biāo)上，第一接收器位于檢測器上，第二接收器位于用于確認(rèn)目標(biāo)中心或目標(biāo)一部分的中心的工具上。
文檔編號A61B5/055GK101721223SQ20091025289
公開日2010年6月9日 申請日期2004年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月28日
發(fā)明者J·佩斯卡托雷 申請人:Ge醫(yī)療系統(tǒng)環(huán)球技術(shù)有限公司