用于增大錐束計算機層析成像獲取中的視場的方法和設備的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及如下的方法和設備，該方法和設備用于錐束計算機層析成像(CBCT)，基于與部分交疊的不同解剖學(anatomic)區(qū)域有關的多個體積的獲取和重構，并且基于隨后的所述體積的拼接，通過復合掃描協(xié)議而能夠增大最大視場(FOV)，以獲得具有比獲取系統(tǒng)的幾何允許的尺寸大的尺寸的單個最終體積作為最終結果。
【背景技術】
[0002]CBCT設備是本領域已知的，并且允許通過在包括X射線源和X射線檢測器的系統(tǒng)繞著要獲取的解剖學部分的旋轉期間獲取二維放射圖像的序列，來獲得解剖學部分的層析圖像。
[0003]CBCT設備大致包括:X射線源，其投射通過要獲取的對象的錐面X射線束(除非其隨后被準直)；二維X射線檢測器，其定位成測量透過該對象之后的輻射強度；機械支撐件，其上面固定有所述X射線源和檢測器；機械系統(tǒng)，其允許所述支撐件繞著該對象旋轉和平移，以從不同位置獲取放射圖像；電子系統(tǒng)，其能夠調(diào)整和同步該設備的各個部件的功能作用；計算機或者類似物，其能夠允許操作者控制該設備的功能，并且能夠重構并且可視化所獲取的圖像。市場上大致有兩種這種設備:第一種是患者在獲取期間豎直站立或者坐著，例如在Sirona的專利EP2018121B1中描述；以及第二種是患者躺臥在臺子上，例如在QR的專利IT1277796中描述。
[0004]在給定的CBCT設備中，要重構的體積的最大尺寸(或者最大F0V)基本上由系統(tǒng)的幾何決定，即在以下方面決定:被X射線擊中的檢測器的靈敏區(qū)域的尺寸，X射線源和檢測器之間的距離以及系統(tǒng)的旋轉軸線。
[0005]獲得CBCT設備的目的在于獲取和重構越來越大的體積的目的，最直接的解決方案將導致更大的X射線檢測器、具有充分束孔徑角的X射線源、和/或X射線源和對象之間的距離的增加。一般而言，這些解決方案中的每個都涉及明顯的缺點:例如，經(jīng)濟缺點，因為部件更昂貴；或者人體工學缺點，涉及增加設備的整體尺寸的需要。
[0006]在不修改系統(tǒng)的物理部件的情況下增加最大FOV的尺寸的技術問題已經(jīng)被解決，并且以不同方式解決，例如:
[0007]-偏移X 射線傳感器，如在 Carestream Health/Trophy 的 US8363780B2 中描述；
[0008]-執(zhí)行復合軌跡，如在Morita的US8300762B2中描述；
[0009]-在醫(yī)院二維射線成像的略微不同領域中，通過將長骨的不同部分的兩個隨后獲取結果相加，以獲得完整骨的圖像，如在Carestream Health, Inc.的US7555100B2中描述。
[0010]以上解決方案均受到若干缺陷的影響。
[0011]關于US8363780，如從說明書和附圖中明顯可見，通過進行傳感器有效區(qū)域的偏移，在所述有效區(qū)域上的輻射的強度分布上問題開始出現(xiàn)，因而使得必須進行補償動作，其中一個補償動作包括調(diào)節(jié)產(chǎn)生器的方位，如在所述文件中參照所述文件的圖3c描述的那樣。如所例示的，補償?shù)男Ч煌耆謴洼椛涞姆植佳刂鴤鞲衅鞯挠行^(qū)域的不均勻性。此夕卜，在傳感器的有效區(qū)域的偏移和產(chǎn)生器的陽極的最佳方位之間存在一關系，使得在每次選擇特定偏移值時都必須進行這個調(diào)節(jié)步驟。
[0012]在將傳統(tǒng)CBCT構造的掃描處理與使用偏移傳感器(US8363780的圖2和圖3a)的掃描處理比較時可以看到另一個缺陷。在傳統(tǒng)構造中，180°的旋轉允許針對成像區(qū)的各個部分沿著所述弧線收集2D圖像的完整集合。利圖3a到圖3c的偏移構造沿著180°的軌跡進行相同掃描處理，減少了周邊區(qū)域的所獲取的2D圖像的數(shù)量，使得與圖2的傳統(tǒng)構造相比，獲得較少的信息用于這個區(qū)域中的體積重構。
[0013]與根據(jù)US 8363780的解決方案的成像FOV的可能擴展有關，盡管允許從更大的FOV獲得體積圖像，但是維持了 FOV尺寸的限制，該限制依賴于傳感器的有效區(qū)域的尺寸和可能的最大偏移。因而在通過傳感器的偏移獲得的已擴展FOV還是不足以覆蓋整個關注區(qū)域的情況下，US 8363780沒有提出用于進一步擴展FOV使得其覆蓋期望的關注區(qū)域的解決方案。
[0014]公開Out-of-coreCone Beam Reconstruct1n Using Multiple GPUS僅僅提出:如何在幾個圖形處理器上劃分從CBCT掃描期間獲取的2D圖像的集合的重構體積圖像的計算負擔，以使得由兩個或者更多個處理單元中的每一個同時在獲取的圖像數(shù)據(jù)的不同部分上進行的重構處理并行化。這是在傳統(tǒng)CBCT體積成像中使用的傳統(tǒng)處理方法，用于減少體積圖像的重構中使用的時間。在該文件中沒有公開FOV尺寸和放大。
[0015]W02012/139031公開通過拼接兩維投影來產(chǎn)生大的FOV的體積圖像。在這個文件中，通過傳感器獲得的與不同傳感器位置中的每一個有關的兩維圖像組合成更大的2D圖像。通過使用由拼接獲得的圖像來進行體積重構。這個方法對由患者運動或者患者定位的其他變化引入的偽像(artefact)很敏感。這些變化可以針對各個2D圖像發(fā)生，使得針對整個體積，體積圖像受到運動偽像的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]根據(jù)以上所述，本發(fā)明的目的在于提供如下的方法和設備，該方法和設備克服了已知技術的問題，使用隨后的部分獲取而獲取的不同體積的拼接，能夠提供比可通過正常獲取協(xié)議獲得的重構體積大的重構體積。另外，本發(fā)明的目的在于，找到在不需要修改系統(tǒng)的物理部件的情況下擴展最大FOV的尺寸的另選技術。
[0017]這個目的通過具有獨立權利要求的特征的方法和設備來實現(xiàn)。在其獨立權利要求中具體指出了有利實施方式和細化。
[0018]通過能夠經(jīng)由復合獲取協(xié)議(composite acquisit1n protocol)(在下文稱為“擴展視野”或者EV)來擴展其最大FOV的CBCT設備來解決該問題；在下文，正常獲取協(xié)議定義成“普通”，也就是，非EV協(xié)議。
[0019]EV協(xié)議基本上包括N (N〉I)個普通獲取，其將在此稱為“子獲取”，各個子獲取包括相關數(shù)量的投影(例如，360個)，其中夾雜有重定位步驟，在重定位步驟期間機器運動修改包括X射線源-檢測器-機械支撐件(在下文定義為“射線組”)的塊相對于患者的相對位置，目的在于利用隨后的子獲取來獲取相鄰解剖學部分。在與患者集成的空間坐標系中，從這些子獲取的重構得到的N個體積(將在此稱為“子體積”)可以具有相等或者不同的尺寸，并且可以在不同位置，以覆蓋比通過普通(非EV)獲取協(xié)議可獲取的設備的最大FOV大的整個尺寸。N個體積的位置是使得這些體積的合成體示出比利用普通(非EV)協(xié)議可獲得的解剖學區(qū)域大的連續(xù)的解剖學區(qū)域。
[0020]用于在兩個隨后的子獲取之間對系統(tǒng)進行重定位的運動是平移，并且可以沿著任何空間豎直或者水平軸線發(fā)生。該運動可以涉及患者支撐(例如，患者躺臥在其上的工作臺的平移)、射線組或者這兩者。至少兩個子獲取的執(zhí)行實際上延長原始數(shù)據(jù)的獲取時間，并且因此延長患者在獲取期間運動的風險。由于患者運動可以引起兩個不同問題:
[0021]-在第一種情況下，患者在子獲取期間運動，產(chǎn)生運動偽像；
[0022]-在第二種情況下，患者在各個子獲取期間保持靜止，但是在兩個子獲取之間運動，導致兩個圖像的配準(registrat1n)中的問題。
[0023]為了獲得最可能好的最終結果的目的，重定位運動必須是使得整體平移患者通過支撐他/她的支撐件，或者將患者維持在靜止位置。這樣，在整個EV獲取協(xié)議的持續(xù)時間期間患者保持在舒適位置(其中他/她被初始定位)中，減少了由如下兩者引起的運動的可能性:即，第二種情況引起的運動的可能性，因為從一子獲取到隨后的子獲取的過渡是平滑的并且不誘導患者修改他/她的姿態(tài)；以及由于第一種情況引起的運動的可能性，因為在子獲取期間將不由于不同于初始位置的不舒適的位置而誘導患者運動。另外，因為子獲取自動彼此鏈接并且一個接著一個執(zhí)行，所以EV協(xié)議的總獲取時間被最小化。這些因素兩者(患者的靜止或者舒適運動和整體時間的最小化)貢獻于減少由于患者的運動引起的問題，并且因此提高最終結果的質量，防止配準中的可能問題。
[0024]在本發(fā)明的第一實施方式中(具有C形臂的豎直機器)，通過使用咬嘴和顱支持器，患者僅被部分地固定于設備，但是他/她站在或者坐在與設備不是一體的表面上；咬嘴和顱支持器是“患者定位組”(設備的一部分)的一部分，但是可以通過滑動件而豎直地滑動。通過整個射線組相對于患者的豎直平移運動、同時定位組的滑動件的相對的豎直滑動運動來進行中間重定位，以將患者保持在靜止位置。在第二實施方式中(具有O型門架的水平機器)，患者躺臥在臺子上，臺子通過由設備控制的馬達來平移。
[0025]本發(fā)明的第一個優(yōu)點在于，提供一種設備，其中其部件與利用沒有EV協(xié)議的相同X射線檢測器的部件的成本相等、能夠提供比利用沒有EV協(xié)議的相同X射線檢測器可獲得的重構體積大的重構體積。
[0026]第二個優(yōu)點在于，通過執(zhí)行兩個或者更多個連續(xù)子獲取，將患者的運動最小化，來縮短獲取時間。射線組相對于患者的重定位自動進行，保持患者靜止。這樣，使運動偽像和配準體積最小化。
[0027]第三個優(yōu)點在于，利用本發(fā)明不需要不透射線的標記物，原因在于基于要配準的體積中的解剖學元素來執(zhí)行配準。
[0028]第四個優(yōu)點在于，體積被直接配準，而不需要體積預處理。