專利名稱：C型臂計(jì)算機(jī)斷層成像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及CT成像領(lǐng)域，特別地是利用傳統(tǒng)C型臂熒光圖像系統(tǒng)產(chǎn) 生的。
背景技術(shù)：
計(jì)算機(jī)斷層成像(CT) 一般由專用CT系統(tǒng)執(zhí)行，所述CT系統(tǒng)是一件 昂貴的儀器，在健康護(hù)理環(huán)境中僅能找到有限數(shù)目，并且一般來說，由于 它的尺寸與重量，其位于健康護(hù)理設(shè)施中專用位置處。很少找到位于手術(shù) 室內(nèi)的、可用于手術(shù)中成像的CT系統(tǒng)。另一方面，C型臂類型的X射線 熒光成像系統(tǒng)是一件相當(dāng)?shù)统杀镜?、可以廣泛地在醫(yī)院和診所找到的儀器， 并且一般地具有足夠的移動(dòng)性使得所述成像系統(tǒng)可以移至在護(hù)理處或手術(shù) 室中的患者處。許多早先技術(shù)的公開已經(jīng)描述了利用由普通C型臂系統(tǒng)提 供的二維成像數(shù)據(jù)來提供三維的、CT類型的、成像信息的系統(tǒng)。這種系統(tǒng) 應(yīng)該有能力利用僅是專用CT系統(tǒng)花費(fèi)的一部分的系統(tǒng)來提供CT類型信 息。至少一個(gè)這樣的系統(tǒng)還可以在商業(yè)上獲得，并且它使用馬達(dá)以一種受 控方式來緩慢地旋轉(zhuǎn)C型臂，從而在預(yù)定C型臂運(yùn)動(dòng)的增量位置處停止以 產(chǎn)生熒光圖像。
在公開為EP 0917855的歐洲專利申請(qǐng)"X-Ray photographing apparatus and method capable of performing computerized tomography using C-arm"中描 述了一個(gè)這種基于C型臂CT系統(tǒng)。盡管這個(gè)申請(qǐng)描述了一些這種系統(tǒng)的 目的和優(yōu)勢(shì)的概念性元素，但似乎沒有包括本質(zhì)的促成細(xì)節(jié)。N.Navab的題 為"C-arm Calibration Method for 3-D Reconstruction"的US6,049,582, J.W.Eberhard等人的題為"Enhanced X-ray Imaging System and Method"的 US 7,142,633以及G.Lauritsch等人的題為"Method for Reconstructing a CT Image using an Algorithm for a Short-Scan Circle combined with Various Lines"的US2006/0182216中描述了其它這樣的系統(tǒng)。另夕卜，K.Wiesent等人的US6,038,282描述了一種在X射線C型臂成像系統(tǒng)中產(chǎn)生的方法和裝 置，不需要計(jì)算位置坐標(biāo)和物理焦點(diǎn)以及檢測(cè)位置的一種體素驅(qū)動(dòng)反投影。 同樣是K.Wiesent等人的US5，706，324描述了一種用于在掃描過程中被成像 的特殊標(biāo)記的CT系統(tǒng)的方法和裝置，并且通過所述方法和裝置可以確定所 述圖像的幾何形狀。
在V.T.Jensen的題為"Method and Apparatus for Obtaining and Displaying Computed Tomography Images using a Fluoroscoppy Imaging System"的US Patent No.6,666,579中，描述了提供用于診斷目的和介入治療的CT類型信 息的C型臂系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括具有用于獲得患者熒光圖像的X射線源和 接收器的C型臂。移動(dòng)C型臂使其通過沿其至少可獲得第一和第二圖像的 圖像獲取路徑。獲取模塊在沿圖像獲取路徑的所需位置處獲得多幅2-D熒 光圖像，并且圖像處理器基于2-D熒光圖像構(gòu)建目標(biāo)數(shù)據(jù)的3-D體積?；?于所述患者信息的3-D體積顯示患者信息。包括位置跟蹤系統(tǒng)以跟蹤所述 接收器、患者以及(如果包括)手術(shù)器械的位置。利用位置信息控制獲得 暴露的時(shí)間以及在顯示屏上以患者信息疊加儀器圖形信息。
但是，這種系統(tǒng)是一種專用系統(tǒng)，其包括了許多通常在普通C型臂熒 光成像器中找不到的額外附屬元件，具體而言，所需的用于限定所述源、 受檢者、探測(cè)器以及如果出現(xiàn)的手術(shù)用具的位置的跟蹤系統(tǒng)。盡管這種系 統(tǒng)比CT系統(tǒng)便宜許多，但是它涉及新儀器的資金支出，或者由于安裝操作 所需的額外特征以改良現(xiàn)存C型臂熒光檢查器的花費(fèi)。
因此需要一種從傳統(tǒng)現(xiàn)存的C型臂熒光成像系統(tǒng)的輸出，在不需要對(duì) 所述現(xiàn)存C型臂熒光檢査器的結(jié)構(gòu)做任何改變或添加的情況下，通過簡(jiǎn)單 的軟件程序獲得CT類型信息的系統(tǒng)，因此克服了至少一些現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)和 方法的缺點(diǎn)。
在說明書的這部分和其它部分提及的每一個(gè)公開內(nèi)容在這里引入作為 參考，所述每一個(gè)公開全文引入。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明尋求提供一種用于從提供二維圖像的傳統(tǒng)C型臂熒光成像系統(tǒng) 產(chǎn)生三維CT類型信息的新系統(tǒng)和方法。這使得廣泛應(yīng)用的C型臂設(shè)備適應(yīng)提供CT類型信息。所述系統(tǒng)優(yōu)選地以一種新的方式利用一般存在于傳統(tǒng) C型臂系統(tǒng)的特點(diǎn)，并且沒有涉及任何對(duì)C型臂系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的改變或添加， 使得本發(fā)明可以使用現(xiàn)存的C型臂設(shè)備或其最簡(jiǎn)單類型實(shí)現(xiàn)。
所述系統(tǒng)利用置于相對(duì)于受檢者的固定位置處的三維目標(biāo)，并且在通 過手動(dòng)或者對(duì)于那些提供馬達(dá)的系統(tǒng)通過馬達(dá)圍繞受檢者移動(dòng)C型臂的同 時(shí)獲得受檢者的感興趣區(qū)域的視頻圖像序列。只要感興趣區(qū)域出現(xiàn)在視頻 序列中，或至少在視頻序列的大多數(shù)幀中，則沒有做關(guān)于C型臂中心或所 述患者相對(duì)位置的假定。
通過分析所述目標(biāo)的圖像模式而對(duì)每一幅所述圖像進(jìn)行分析以確定C 型臂相對(duì)于受檢者的姿態(tài)。之后根據(jù)下文描述的標(biāo)準(zhǔn)選擇圖像以提供受檢 者感興趣區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)。作為選擇并且優(yōu)選地，通過對(duì)所述目標(biāo)的圖像 模式分析來選擇并分析許多來自視頻序列的幀，或者在隔行掃描視頻情況 下許多的場(chǎng)，從而確定C型臂相對(duì)于受檢者的姿態(tài)。根據(jù)這些方法中的一 個(gè)，可以獲得一系列具有相關(guān)位置數(shù)據(jù)的二維圖像數(shù)據(jù)，使用所述二維圖 像數(shù)據(jù)重建受檢者感興趣區(qū)域的三維體積成像數(shù)據(jù)集。
所述系統(tǒng)優(yōu)選地利用 一個(gè)或多個(gè)以下特征-
(a) 利用從C型臂成像系統(tǒng)獲得的視頻數(shù)據(jù)提供二維X射線圖像序列， 數(shù)據(jù)處理軟件從所述二維X射線圖像序列產(chǎn)生三維CT信息。所成像數(shù)據(jù) 的視頻表示通?？梢栽诂F(xiàn)有技術(shù)C型臂技術(shù)上獲得，但是所述視頻表示的 使用一般局限在使得醫(yī)生執(zhí)行對(duì)正在成像的感興趣區(qū)域的動(dòng)態(tài)視覺觀察。 傳統(tǒng)C型臂一般使用如PAL和NTSC的標(biāo)準(zhǔn)格式，輸出作為模擬視頻序列 的視頻。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，由于不需要停止C型臂以獲取每一幅 圖像，使用連續(xù)視頻成像使得數(shù)據(jù)獲取過程顯著比現(xiàn)有技術(shù)C型臂成像系 統(tǒng)要快。由于連續(xù)視頻的使用可能引入運(yùn)動(dòng)模糊，并且可能涉及其它偽影
(例如當(dāng)使用模擬視頻時(shí)的隔行掃描)，使用包括去模糊技術(shù)的圖像處理算 法以使得這種連續(xù)圖像獲取"運(yùn)行"(on the fly)。使用視頻數(shù)據(jù)的另一個(gè)優(yōu) 勢(shì)在于可獲得大量圖像，這些圖像可全部用于重建。
(b) C型臂的運(yùn)動(dòng)可以優(yōu)選地通過嵌入式運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，或者通過簡(jiǎn)單手 動(dòng)移動(dòng)執(zhí)行，這不需要一致。
(c) C型臂相對(duì)于受檢者的姿態(tài)通過利用三維目標(biāo)，結(jié)合在熒光檢査圖像中可見的、X射線不透明標(biāo)記點(diǎn)的三維陣列來確定。將所述目標(biāo)置于
靠近或在受檢者上的位置處，使得至少目標(biāo)圖像的一部分在熒光檢查圖像 中可見。所述目標(biāo)必須粘貼于受檢者或受檢者固定于其上的手術(shù)臺(tái)或床， 使得所述目標(biāo)相對(duì)于受檢者的位置是不變的，但是所述目標(biāo)相對(duì)于受檢者 的絕對(duì)位置是不需要知道的。使用傳統(tǒng)的用于此目的的算法處理目標(biāo)圖像
信息，以確定c型臂在任意時(shí)間點(diǎn)的角和平移位置，使得系統(tǒng)軟件可以因
此確定受檢者在每一幀的成像數(shù)據(jù)內(nèi)的位置和定向?？梢詢?yōu)選地使用動(dòng)態(tài) 模型沿視頻序列跟蹤所述目標(biāo)，以提高姿態(tài)估計(jì)的準(zhǔn)確度、速度和魯棒性。
(d) 可以優(yōu)選地使用這種動(dòng)態(tài)模型來比較從連續(xù)幀中獲得的圖像數(shù) 據(jù)，因此允許對(duì)所述目標(biāo)板在連續(xù)幀中的預(yù)期位置進(jìn)行預(yù)測(cè)，使得可以更 快地獲取真實(shí)的目標(biāo)圖像，并且因此更快地確定姿態(tài)。另外，動(dòng)態(tài)模型允 許對(duì)圖像數(shù)據(jù)遺漏或不正常的細(xì)節(jié)進(jìn)行校正，使得提高圖像數(shù)據(jù)。而且，
動(dòng)態(tài)模型的使用使得C型臂反扭曲(dewarping)函數(shù)更有效地執(zhí)行。反扭 曲是一種用于校正所述圖像變形的校準(zhǔn)過程。所述反扭曲通過以具有預(yù)定 義位置的標(biāo)記球?qū)Ⅲw模粘貼于圖像增強(qiáng)器，并且求解反扭曲函數(shù)以消除這 些球的圖像中的任何變形來實(shí)現(xiàn)。由于一次初始完全計(jì)算，以及根據(jù)反扭 曲體模圖像中的變化而更新的連續(xù)幀的參數(shù)是可以信賴的，因此使用動(dòng)態(tài) 模型使得不需要對(duì)每一幀執(zhí)行完整的反扭曲計(jì)算。另外，可以優(yōu)選地使用 動(dòng)態(tài)模型根據(jù)圖像質(zhì)量來選擇所使用的圖像，拒絕或校正具有退化特征的 圖像。
(e) 憑借重建引擎對(duì)由系統(tǒng)軟件抓取的(grabbed)來自視頻幀序列的 輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以產(chǎn)生CT類型的數(shù)據(jù)，使得可以構(gòu)造感興趣區(qū)域的三維 圖像。
通過以上方法，使用這里所描述的用于處理所獲取的二維圖像數(shù)據(jù)的 優(yōu)選方法和算法，可以在不需要對(duì)所述系統(tǒng)做任何物理調(diào)整的情況下，從 現(xiàn)存?zhèn)鹘y(tǒng)C型臂熒光檢査器獲得CT類型的三維數(shù)據(jù)。
盡管已經(jīng)將本發(fā)明描述為適于與現(xiàn)存C型臂系統(tǒng)一起使用，這是所述 發(fā)明特別的優(yōu)勢(shì)方面，但是需要理解的是，所述發(fā)明同樣意圖覆蓋構(gòu)造為 使用這里所描述的方法和部分的專用C型臂系統(tǒng)。
因此根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例提供，提供了一種成像裝置，包括(i) x射線源，
(ii) 與所述源通過可移動(dòng)C型臂連接的X射線照相機(jī)，所述x射線照相
機(jī)產(chǎn)生置于所述源與所述照相機(jī)之間的受檢者的感興趣區(qū)域的視頻圖像序 列，
(iii) 包括了三維模式的x射線不透明標(biāo)記的陣列的目標(biāo)，將所述目標(biāo)置
于相對(duì)受檢者的固定位置處以使得在至少部分視頻序列中對(duì)至少部分所述 目標(biāo)成像，
(iv) 通過分析所述目標(biāo)的圖像模式，為至少一些視頻圖像確定C型臂相
對(duì)于受檢者的姿態(tài)的圖像處理單元，以及，
(v) 從所選擇的視頻圖像和其確定的姿態(tài)計(jì)算受檢者感興趣區(qū)域的三維體 積圖像數(shù)據(jù)集的重建引擎。
在以上所描述的系統(tǒng)中，圖像處理單元可以優(yōu)選地在選擇任何視頻圖 像之前，為基本上所有視頻圖像確定C型臂相對(duì)于受檢者的姿態(tài)，或者所 述圖像處理單元可以僅為視頻圖像中所選擇的那些確定C型臂相對(duì)于受檢 者的姿態(tài)。每一幅視頻圖像可以優(yōu)選地為視頻幀，或至少一些視頻圖像可 以是模擬視頻幀的隔行掃描場(chǎng)
根據(jù)仍是本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例，圖像處理單元可優(yōu)選地包括用于 減少C型臂運(yùn)動(dòng)影響的圖像去模糊模塊。在任何以上所描述的系統(tǒng)中，C 型臂可以適于手動(dòng)移動(dòng)，或馬達(dá)驅(qū)動(dòng)移動(dòng)。另外地，可以優(yōu)選地將目標(biāo)粘 貼于受檢者上或受檢者躺于其上的平臺(tái)上，例如OP床。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例還提供如上所描述的成像裝置，并且其中成 像處理單元包括圖像序列比較模塊，所述圖像比較模塊通過分析至少一些 在所選擇圖像之前的圖像來預(yù)測(cè)所選擇視頻圖像的特征。所預(yù)測(cè)的特征可 以優(yōu)選地是目標(biāo)的圖像模式的預(yù)期位置，使得在不需要遍及整幅所選擇圖 像尋找目標(biāo)的圖像模式的情況下執(zhí)行與所選擇圖像相關(guān)聯(lián)的姿態(tài)的計(jì)算。 作為選擇地或者優(yōu)選地，所預(yù)測(cè)的特征可以是從所選擇視頻圖像中遺漏的 預(yù)期特征。另外，圖像序列比較模塊通過對(duì)與至少一些在所選擇圖像之前 的圖像相關(guān)聯(lián)的姿態(tài)的反扭曲函數(shù)進(jìn)行分析，優(yōu)選地為與所選擇視頻圖像 相關(guān)聯(lián)的姿態(tài)預(yù)測(cè)反扭曲函數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施例還提供了一種產(chǎn)生體積成像數(shù)據(jù)集的方法，包括如下步驟 (0提供具有通過C型臂相連的源和照相機(jī)的X射線成像系統(tǒng)，所述系統(tǒng)
對(duì)置于所述源和所述相機(jī)之間的受檢者的感興趣區(qū)域成像，
(ii) 將具有一系列以三維形式設(shè)置的X射線不透明標(biāo)記的目標(biāo)置于相對(duì)于 受檢者的固定位置，并且在所述位置處成像系統(tǒng)可以對(duì)至少部分所述目標(biāo) 成像，
(iii) 向C型臂施加運(yùn)動(dòng)路徑，
(iv) 在C型臂執(zhí)行運(yùn)動(dòng)路徑的同時(shí)從所述照相機(jī)獲得受檢者感興趣區(qū)域 的視頻圖像序列，
(v) 通過分析目標(biāo)的圖像模式，為至少一些視頻圖像序列確定C型臂相對(duì) 于受檢者的姿態(tài)，
(vi) 從視頻序列中選擇許多圖像，并且
(vii) 使用所選擇的視頻圖像和所述所選擇的視頻圖像的所確定的姿態(tài)來 重建受檢者感興趣區(qū)域的三維體積成像數(shù)據(jù)集。
在以上描述的方法中，C型臂相對(duì)于受檢者的姿態(tài)可以優(yōu)選地在對(duì)任何 視頻圖像做出選擇之前，為基本上所有的視頻圖像確定，或者作為選擇地， 僅為視頻圖像中所選擇的那些確定。每一幅視頻圖像可以優(yōu)選地為視頻幀， 或者至少一些視頻圖像可以為模擬視頻幀的隔行掃描場(chǎng)。
仍根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施例，以上提及的方法可以優(yōu)選地還包括在 去模糊模塊中處理圖像以減少C型臂運(yùn)動(dòng)的影響的步驟。在任何以上描述 的方法中，可以通過手動(dòng)或憑借馬達(dá)執(zhí)行向C型臂施加運(yùn)動(dòng)路徑的步驟。 另外，目標(biāo)可以優(yōu)選地粘貼至受檢者，或者受檢者躺于其上的平臺(tái)，例如 OR床。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例還提供以上描述的方法，并且還包括在圖像序 列比較模塊中處理圖像的步驟，所述比較模塊通過分析至少一些在所選擇 圖像之前的圖像來預(yù)測(cè)所選擇視頻圖像的特征。所預(yù)測(cè)特征可以優(yōu)選地為 目標(biāo)的圖像模式的預(yù)期位置，使得可以在不需要遍及整幅所選擇圖像以尋 找目標(biāo)的圖像模式的情況下，執(zhí)行與所選擇圖像相關(guān)聯(lián)的姿態(tài)的計(jì)算。作 為選擇并且優(yōu)選地，所預(yù)測(cè)的特征可以是從所選擇視頻圖像中遺漏的預(yù)期 特征。另外，圖像序列比較模塊可以通過分析與至少一些在所選擇圖像之前的圖像相關(guān)聯(lián)的姿態(tài)的反扭曲函數(shù)，優(yōu)選地為與所選擇視頻圖像相關(guān)聯(lián) 的姿態(tài)來預(yù)測(cè)反扭曲函數(shù)。


結(jié)合附圖根據(jù)以下附圖詳細(xì)說明將更全面地理解和了解本發(fā)明。 圖1圖解性地示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)造并操作、使得產(chǎn)生三 維CT類型信息的C型臂系統(tǒng)；
圖2為圖1中的C型臂系統(tǒng)使用的三維目標(biāo)板的例子的圖解性圖示； 圖3為圖1的基于C型臂的CT系統(tǒng)的元件部分的圖解性方框圖；以
及
圖4為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的一種方法的圖解性流程圖，基于C型 臂的CT成像器根據(jù)所述方法操作以產(chǎn)生它的輸出圖像；以及
圖5為根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)造并操作的新型強(qiáng)度傳測(cè)器或目 標(biāo)的圖解性視圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參考圖1,圖1圖解性地說明了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)造并操作
的c型臂系統(tǒng)，所述c型臂系統(tǒng)一般在不需要結(jié)構(gòu)變化的情況下，使用現(xiàn)
存的C型臂特征使得產(chǎn)生三維CT類型信息。C型臂10具有在其鉗口一端 的X射線源12，以及在另一端的用于探測(cè)由X射線穿過躺于床17上的受 檢者16產(chǎn)生的二維吸收?qǐng)D像的探測(cè)器陣列14。探測(cè)器陣列優(yōu)選地包括與視 頻照相機(jī)耦合的圖像增強(qiáng)器，因此將入射光子轉(zhuǎn)換為動(dòng)態(tài)顯示X射線吸收 陰影圖像的視頻信號(hào)。
包括了X射線不透明標(biāo)記球的三維目標(biāo)15位于相對(duì)于受檢者的固定位 置處，使得所述三維目標(biāo)的圖像，或者至少它的部分出現(xiàn)在由所述系統(tǒng)產(chǎn) 生的視頻圖像中?？梢詫⒛繕?biāo)優(yōu)選地粘貼到受檢者躺于其上的所述床，或 者粘貼到或放置到受檢者自身上。只要在完整掃描過程中其位置保持固定， 則不需要限定實(shí)際位置。這類的三維板在技術(shù)領(lǐng)域中是已知的，所述三維 板作為用于通過使用投影格而確定所述源位置的目標(biāo)板，以及當(dāng)位于或靠 近探測(cè)器陣列時(shí)，作為在傳統(tǒng)的C型臂系統(tǒng)中執(zhí)行反扭曲函數(shù)的體模。在本發(fā)明中，利用以前函數(shù)的一種變形來確定所獲取熒光圖像相對(duì)于目標(biāo)位
置，并且因此相對(duì)于受檢者的3D姿態(tài)。這個(gè)目標(biāo)，或者至少所述目標(biāo)的部 分，可以在每一個(gè)從視頻序列得到的二維幀中識(shí)別出來，并且從已知的X 射線不透明標(biāo)記球的三維布置中，可以確定X射線源相對(duì)于受檢者的姿態(tài)， 優(yōu)選地為視頻序列中的每一幅圖像確定。在實(shí)踐中，為了節(jié)省計(jì)算時(shí)間， 僅優(yōu)選地為最終在三維CT類型數(shù)據(jù)集的重建中使用的那些圖像確定成像 系統(tǒng)相對(duì)于受檢者的姿態(tài)。這一目標(biāo)可以采用許多可選擇的形式。這一目 標(biāo)板的一種圖解性示例示于圖2。所述板優(yōu)選地包含兩個(gè)包含了輻射不透明 受托(fiduciary)標(biāo)記球24的獨(dú)立平面22、 23，所述兩個(gè)平面之間具有已 知幾何關(guān)系。
目標(biāo)板應(yīng)該優(yōu)選地在所有沿C型臂路徑得到的圖像幀中可容易地看 到。這可能是一件困難的任務(wù)，這是由于患者以及因此的目標(biāo)一般不位于 與C型臂的旋轉(zhuǎn)中心同中心的位置，并且因此很難保證患者和目標(biāo)在所有 所記錄幀的幀內(nèi)。根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施例，目標(biāo)板具有足夠大尺寸的橫向維 度使得每一幀顯示用于姿態(tài)估計(jì)的至少目標(biāo)的部分。根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)實(shí) 施例這種僅使用目標(biāo)的部分是可能的，這是因?yàn)橐曨l序列使得在一幀中所 看到的目標(biāo)的該部分中的標(biāo)記位置，與至少一些在一個(gè)或多個(gè)先前幀中看 到的目標(biāo)的該部分中的相同標(biāo)記，或者與至少一些在先前幀中的目標(biāo)的較 大部分中的相同標(biāo)記做比較，或者甚至與至少一些在先前幀中的整個(gè)目標(biāo) 中的相同標(biāo)記做比較。利用先前捕獲的幀進(jìn)行這種連續(xù)比較處理意味著用 于在任何時(shí)間確定所述姿態(tài)的目標(biāo)的部分可以在C型臂運(yùn)動(dòng)過程中在目標(biāo) 上移動(dòng)。作為選擇地或優(yōu)選地，可以使用一種在整個(gè)目標(biāo)上重復(fù)其本身的 模式，或者一種經(jīng)過位置編碼使得在目標(biāo)內(nèi)每一個(gè)區(qū)域的位置已知的模式 來構(gòu)造目標(biāo)，這使得除了本段先前描述的位置跟蹤比較之外即使整個(gè)目標(biāo) 的分開部分也可以獨(dú)立地作用以限定姿態(tài)。
在使用中，將目標(biāo)板設(shè)置在相對(duì)于受檢者感興趣區(qū)域固定的位置處， 通過直接粘貼至受檢者，或者通過粘貼至受檢者固定于其上的所述床或手 臺(tái)上。根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施例，目標(biāo)可以是半柔韌三維結(jié)構(gòu)表面的形 式，其可以搭在受檢者或所述床的任何部分上方，但是一旦部署，其就保 持在相對(duì)于所成像的受檢者的其位置處。通過手動(dòng)移動(dòng)c型臂，或者通過使用內(nèi)置驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)X射線源圍繞感興
趣區(qū)域旋轉(zhuǎn)?？梢允褂萌魏蝺?yōu)選的運(yùn)動(dòng)路徑，例如簡(jiǎn)單的弓形運(yùn)動(dòng)，或圓 周運(yùn)動(dòng)與沿受檢者感興趣區(qū)域的長(zhǎng)度的連續(xù)橫向運(yùn)動(dòng)的結(jié)合，或者橫向穿 過感興趣區(qū)域的寬度，或者擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。所述運(yùn)動(dòng)不需要處于一致的速率， 而是可以例如以任何所需或便捷的速率變化?？梢陨踔猎谌魏吸c(diǎn)暫時(shí)地停 止運(yùn)動(dòng)而不干擾最終所需數(shù)據(jù)的采集。當(dāng)所述源橫穿感興趣區(qū)域時(shí)，可以
獲得在X射線源與探測(cè)器陣列之間的介入體的X射線陰影圖像的視頻序
列。在這個(gè)視頻序列的每一幀上所印記的是三維目標(biāo)的圖像，或者是使用 了大面積目標(biāo)的至少部分所述三維目標(biāo)的圖像?？梢詢?yōu)選地使用幀截取器 以從連續(xù)視頻中捕獲各個(gè)圖像。在處理階段，圖像處理算法可以以取決于 一個(gè)或多個(gè)因素的速率，從視頻序列中選擇各個(gè)圖像。
一些決定選擇那些各個(gè)圖像的初始因素，以及間隔的頻率或?qū)挾?，?yōu)
選地包括
(i) 所需圖像分辨率以及精確度，這是由于所需要的分辨率或精確度越高， 圖像間隔應(yīng)該越緊密；
(ii) C型臂運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度，這是由于掃描速度越慢，從視頻序列中選擇 圖像的需求越不頻繁。另一方面，掃描速度越快，在圖像中存在的運(yùn)動(dòng)模 糊越多以及所需總圖像越多；
(iii) 從運(yùn)動(dòng)路徑的偏離。通過跟蹤C(jī)型臂運(yùn)動(dòng)，可以將姿態(tài)偏離運(yùn)動(dòng)路 徑的圖像作為異常值過濾出來。另外，優(yōu)選地選擇其中C型臂以低于其相 鄰幀內(nèi)C型臂移動(dòng)速度的速度移動(dòng)的幀，以便減少運(yùn)動(dòng)模糊。
(iv) 感興趣區(qū)域的整個(gè)維度，這是由于所成像的區(qū)域越大，假定對(duì)高分辨 的需要越少，并且因此圖像間隔越大。
由于即使在高掃描速度，也有足夠的幀以保證成像數(shù)據(jù)的充足供給， 因此C型臂的速度不是從根本上由分辨率限制的。例如，如果以30幀/秒， 獲取時(shí)間是20秒，可產(chǎn)生600幀。如上所述，這種快速掃描的唯一的問題 是可能會(huì)使所述幀模糊。
需要理解的是并非意圖使所述發(fā)明受這些所建議的優(yōu)選限定的限制， 而是可以使用其它任何相關(guān)因素以確定所選擇圖像應(yīng)有的頻率和空間間隔 (對(duì)于基于空間或者角度分離所選擇的圖像而言)。另外，正如如下更全面地所描述的，根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施例，用 于圖像獲取過程的動(dòng)態(tài)模型的使用，使得可以實(shí)時(shí)地根據(jù)熒光檢査器產(chǎn)生 的圖像的實(shí)際質(zhì)量調(diào)整選擇過程。
之后優(yōu)選地執(zhí)行計(jì)算機(jī)視覺(3-D圖像處理)來分析三維目標(biāo)板的圖像 以確定X射線源相對(duì)于受檢者的姿態(tài)，并且之后，使用該數(shù)據(jù)連同從每一 個(gè)所選擇的幀得到的二維圖像數(shù)據(jù)一起，以便產(chǎn)生用于輸入三維信息重建 引擎的數(shù)據(jù)集。重建引擎得到所選擇的二維圖像集連同為每一幅圖像所計(jì) 算的姿態(tài)，并且從其中產(chǎn)生三維體積數(shù)據(jù)集，從所述三維體積數(shù)據(jù)集可以 將代表受檢者身體的各層在任何所需視圖中的圖像顯示呈現(xiàn)給醫(yī)生。用于 重建所述體積所需的算法可以是任何在本領(lǐng)域所熟知的合適算法，例如 ART/SART技術(shù)，以及其它。
因此，所述發(fā)明的操作的優(yōu)選模式的一個(gè)新奇的特征是不需要多于三 維的目標(biāo)板以及為從傳統(tǒng)的現(xiàn)存C型臂熒光檢査成像器產(chǎn)生三維CT類型 數(shù)據(jù)的合適的圖像數(shù)據(jù)處理軟件。
使用以上描述的用于C型臂運(yùn)動(dòng)跟蹤的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)為本發(fā)明帶來了許多 操作優(yōu)勢(shì)，所述動(dòng)態(tài)系統(tǒng)僅是由于提供了來自視頻數(shù)據(jù)的圖像序列而使得 其可能。首先，由于基于先前幀的歷史知識(shí)可以設(shè)計(jì)系統(tǒng)的圖像處理軟件 以在目標(biāo)板的預(yù)測(cè)位置處尋找目標(biāo)板，而非不得不遍及整個(gè)幀以尋找目標(biāo) 板圖像，因此在每一個(gè)所選擇的C型臂圖像位置處尋找并且識(shí)別目標(biāo)圖像 的需要得以回避，所述目標(biāo)板預(yù)測(cè)位置可以在幾個(gè)像素內(nèi)得知。由于圖像 分析時(shí)間縮短，上述方法提高了系統(tǒng)性能。這種對(duì)目標(biāo)位置的預(yù)測(cè)可以甚 至擴(kuò)展到預(yù)測(cè)各個(gè)標(biāo)記球的大概位置，使得目標(biāo)搜索過程變得更快以及更 魯棒，這是由于所述過程超始于接近全局最優(yōu)值。
同樣，動(dòng)態(tài)系統(tǒng)技術(shù)使得C型臂反扭曲過程簡(jiǎn)化，這是由于一般僅為 所使用的第一幀執(zhí)行一次完整計(jì)算，并且之后使用系統(tǒng)提供的動(dòng)態(tài)信息跟 蹤反扭曲參數(shù)就足夠了，而不用單獨(dú)為每一幀計(jì)算反扭曲函數(shù)。這樣，使 用動(dòng)態(tài)模型并且略微根據(jù)當(dāng)前幀進(jìn)行校正，可從先前的幀預(yù)測(cè)反扭曲參數(shù)。 這允許更有效地計(jì)算反扭曲函數(shù)并且導(dǎo)致更平滑、精確和魯棒的函數(shù)。
第三，動(dòng)態(tài)系統(tǒng)方法對(duì)方法增添了魯棒性，這是由于如果對(duì)于某些C 型臂位置， 一些目標(biāo)板的標(biāo)記受到閉塞或者不清晰，例如可能發(fā)生在當(dāng)受檢者骨結(jié)構(gòu)使所述標(biāo)記模糊的情況，遺漏的或不清晰的標(biāo)記位置可以從相 鄰幀中與所述標(biāo)記位置相關(guān)的數(shù)據(jù)插值進(jìn)去，所述相鄰幀為那些包含缺陷 數(shù)據(jù)之前和之后的幀。
另外，由于可以根據(jù)幀數(shù)據(jù)的質(zhì)量進(jìn)行幀的選擇，圖像視頻序列的獲
取使得圖像的準(zhǔn)確度得以提高。因此，細(xì)節(jié)在標(biāo)準(zhǔn)以下的幀，例如，由于c
型臂運(yùn)動(dòng)的突升，可以使所述幀避免用于三維CT類型數(shù)據(jù)的重建。另外， 由于連續(xù)序列使得某些細(xì)節(jié)得以預(yù)測(cè)，如果所述細(xì)節(jié)沒有在所使用的一些 幀中的其預(yù)期位置處找到，例如由于不清晰或噪聲圖像，那么可以將那些 顯示不正常細(xì)節(jié)的幀作為異常值拒絕，或者更有利地，通過信號(hào)處理軟件 校正以提高所述幀的質(zhì)量，并且所述幀的貢獻(xiàn)作為所需數(shù)據(jù)集的一部分。
如果需要的話，視頻序列還允許為每一幀進(jìn)行所確定姿態(tài)的校正。由 于盡管存在有意的運(yùn)動(dòng)中斷，C型臂的運(yùn)動(dòng)被認(rèn)為至少在一個(gè)短的時(shí)間范 圍內(nèi)是連續(xù)的，因此可以預(yù)測(cè)每一個(gè)連續(xù)幀的姿態(tài)，并且如果對(duì)任何一個(gè) 幀或許多幀的目標(biāo)分析指示不正常姿態(tài)，那么可以使用由相鄰幀確定的姿 態(tài)插值而確定的認(rèn)為正確的姿態(tài)來校正錯(cuò)誤的姿態(tài)。
另外，使用在圖像處理軟件中的模糊減少方向?yàn)V波器技術(shù)使得對(duì)極度 快的C型臂運(yùn)動(dòng)的校正得以實(shí)現(xiàn)。盡管模糊減少濾波在視頻領(lǐng)域中已知， 本發(fā)明中使用的技術(shù)比在標(biāo)準(zhǔn)視頻模糊減少例程中(的技術(shù))更成功，這 是由于在本發(fā)明中使用的動(dòng)態(tài)模型提供連續(xù)幀之間的運(yùn)動(dòng)速度和方向的良 好知識(shí)，因此允許模糊減少的水平提高。
結(jié)合所有以上特征使得基于視頻的數(shù)據(jù)獲取比現(xiàn)有技術(shù)的C型臂CT 類型系統(tǒng)更加準(zhǔn)確，所述現(xiàn)有技術(shù)的C型臂CT類型系統(tǒng)中，僅從相對(duì)小 數(shù)量的定向上執(zhí)行離散成像。
由使用來自現(xiàn)存C型臂熒光檢查系統(tǒng)的原始視頻信息引起的一個(gè)問題 是所述視頻一般為模擬視頻標(biāo)準(zhǔn)中的一個(gè)的輸出，并帶有隔行掃描，使得 可與TV標(biāo)準(zhǔn)兼容并且用于在TV顯示器上顯示。當(dāng)用于正常的視頻顯示時(shí)， 這種隔行掃描不出現(xiàn)任何問題，但是，在本發(fā)明中，由于位置數(shù)據(jù)提取自 視頻幀，將在隔行掃描幀的奇數(shù)場(chǎng)和偶數(shù)場(chǎng)之間存在有意義的差別，這是 由于所述場(chǎng)在C型臂運(yùn)動(dòng)的不同點(diǎn)處得到。因此，不僅特征的邊緣位于兩 個(gè)隔行掃描場(chǎng)之間的不同點(diǎn)，甚至由目標(biāo)分析確定的圖像本身的位置也會(huì)不同。這個(gè)問題的一個(gè)解決方法可能是在使用視頻序列之前對(duì)所述幀去隔 行掃描。由于去隔行掃描一般使圖像質(zhì)量降低，作為一種可選擇的技術(shù)， 在本發(fā)明中使用的視頻處理軟件適于分開對(duì)待隔行掃描幀中的每一個(gè)場(chǎng)， 就好像每一個(gè)場(chǎng)是連續(xù)的。用這種方法，可以準(zhǔn)確地為每一個(gè)場(chǎng)單獨(dú)地計(jì) 算關(guān)于所述場(chǎng)的姿態(tài)的位置數(shù)據(jù)，并且在重建階段，僅使用所述場(chǎng)的相關(guān) 線連同所述場(chǎng)的三維姿態(tài)以進(jìn)行重建。由于在本發(fā)明中可以使用隔行掃描 和非隔行掃描視頻形式，需要理解的是在本申請(qǐng)以及權(quán)利要求中使用的
"幀" 一詞意圖還包括隔行掃描視頻場(chǎng)，甚至在沒有特定說明的情況下， 使得本發(fā)明并非意圖受到用于獲取圖像數(shù)據(jù)的幀或場(chǎng)的限制。
現(xiàn)在參考圖3，圖3是基于C型臂的CT系統(tǒng)的元件部分的圖解性方框 圖，示出了所述系統(tǒng)的圖像處理模塊30的主要功能單元。圖3中示出的系 統(tǒng)是優(yōu)選實(shí)施例，其中每一幀或場(chǎng)的姿態(tài)在執(zhí)行任何圖像選擇之前確定。 一般為圖像增強(qiáng)器或平面探測(cè)器的探測(cè)器陣列31，發(fā)射其輸出信號(hào)至姿態(tài) 確定單元32，所述姿態(tài)確定單元在所述幀(或場(chǎng))中尋找目標(biāo)，并且從這 里的標(biāo)記球的位置確定X射線相對(duì)于在那個(gè)幀處的受檢者的姿態(tài)。在圖像 處理模塊30的軟件內(nèi)，操作幀選擇器33來從視頻序列中選擇幀。根據(jù)任 何以上提及的標(biāo)準(zhǔn)選擇幀，無論是涉及角姿態(tài)、掃描速度、或者任何其它 標(biāo)準(zhǔn)。盡管將這一單元描述為"幀選擇器"，需要將這一詞理解為包括用于 那些其中處理所述幀的分開場(chǎng)的實(shí)施例的功能單元。對(duì)于每一個(gè)所選擇的 幀(或者幀的場(chǎng))，跟隨幀選擇器的圖像處理單元34僅處理所選擇的圖像 一通常使它們反扭曲或標(biāo)準(zhǔn)化。使用從所選擇幀得到的二維圖像數(shù)據(jù)，連 同先前為每一個(gè)所選擇的幀獲得的姿態(tài)信息，之后圖像處理單元34產(chǎn)生用 于向三維信息重建引擎35輸入的數(shù)據(jù)集。圖像處理單元34還優(yōu)選地并入 了圖像序列比較模塊(未示出)，其用于通過分析先前一幅圖像或多幅圖像 和/或隨后的一幅圖像或多幅圖像的內(nèi)容來預(yù)測(cè)所選擇圖像的特征，使得可 以執(zhí)行遺漏特征圖像改善操作，以及反扭曲函數(shù)預(yù)測(cè)操作。另外，信號(hào)處 理單元34還優(yōu)選地并入了圖像去模糊單元，其用于減少C型臂運(yùn)動(dòng)對(duì)圖像 數(shù)據(jù)的影響。將重建引擎35的輸出轉(zhuǎn)移到系統(tǒng)存儲(chǔ)器36，可以從所述系統(tǒng) 存儲(chǔ)器36提取任何所需受檢者圖像層或三維圖像來用于面向醫(yī)生的顯示器 37，正如傳統(tǒng)CT成像技術(shù)中所已知的。另外，可以傳遞重建的體積至其它設(shè)備用以進(jìn)一步處理或分析，例如通過使用DICOM格式。
根據(jù)本發(fā)明其它優(yōu)選實(shí)施例，可以基于除了掃描位置之外(的方法) 執(zhí)行圖像選擇，使得不需要必須為每一個(gè)幀/場(chǎng)在幀選擇之前執(zhí)行姿態(tài)確定。 在這一實(shí)施例中，需要理解的是圖3中的針對(duì)每一個(gè)實(shí)施例對(duì)其選擇標(biāo)準(zhǔn) 進(jìn)行了相應(yīng)調(diào)整的幀選擇器33可以在姿態(tài)確定器單元32之前。
現(xiàn)在參考圖4，圖4為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的方法的圖解性流程圖， 按照此流程圖操作基于C型臂的CT成像器以產(chǎn)生其輸出體積。流程圖僅 示出了那些針對(duì)本發(fā)明方法特有的優(yōu)選步驟。與所有的C型臂成像過程相 同，在實(shí)現(xiàn)圖4中所示出的本發(fā)明方法的各種步驟之前，將反扭曲體模粘 貼于C型臂并且獲取一幅清晰的圖像。使用校準(zhǔn)信息跟蹤體模球并且對(duì)圖 像進(jìn)行反扭曲和標(biāo)準(zhǔn)化。在步驟40，將三維目標(biāo)固定在相對(duì)于將成像的受 檢者的適當(dāng)位置處。之后在步驟41中沿其所需路徑移動(dòng)C型臂通過受檢者 的感興趣區(qū)域，在這個(gè)時(shí)間內(nèi)，在步驟42中，捕獲圖像的視頻序列。在步 驟43中，在圖3的信號(hào)處理單元中處理所述幀，以提取圖像數(shù)據(jù)和其相關(guān) 聯(lián)的姿態(tài)。從這一圖像序列，完成步驟44的幀選擇。基于所述幀的角覆蓋 范圍方便地對(duì)其進(jìn)行選擇，例如，可以以規(guī)律的如每隔一度的角間隔選擇 幀。但是，還可以根據(jù)這里以上描述的標(biāo)準(zhǔn)選擇幀。在步驟45中，使用在 當(dāng)前所選擇的幀中的體模圖像中獲得的數(shù)據(jù)，將在當(dāng)前所選擇的幀之前的 幀中確定的反扭曲函數(shù)更新，并且對(duì)所選擇的幀進(jìn)行反扭曲以及標(biāo)準(zhǔn)化。 在步驟46中將這一數(shù)據(jù)傳遞至系統(tǒng)存儲(chǔ)單元，與收集的二維數(shù)據(jù)的剩余部 分一同存儲(chǔ)于其中。在步驟47中進(jìn)行決定，即關(guān)于是否已經(jīng)收集足夠的幀 以及其姿態(tài)，來提供產(chǎn)生對(duì)輸出CT類型信息有用的體積數(shù)據(jù)集所需的數(shù)量 和質(zhì)量的數(shù)據(jù)。如果未收集到足夠的數(shù)據(jù)，決定在步驟44中選擇更多視頻 圖像幀。當(dāng)已經(jīng)收集足夠的數(shù)據(jù)，或者當(dāng)C型臂已經(jīng)到達(dá)了它行程的末端， 或者當(dāng)操作者發(fā)送掃描結(jié)束的信號(hào)，則將數(shù)據(jù)傳遞至重建引擎，在所述重 建引擎處，在步驟48中將所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成適合于輸出CT類型三維圖像的 體積數(shù)據(jù)集。分析步驟48中的重建引擎中產(chǎn)生的體積數(shù)據(jù)的質(zhì)量及充足度， 并且如果需要，例如如果發(fā)現(xiàn)在某一個(gè)具體方向上沒有足夠的信息以完成 好的重建，可以在重建進(jìn)行中在步驟49中從幀選擇器44請(qǐng)求額外的幀。 最后，在步驟50中，根據(jù)主治醫(yī)師的請(qǐng)求顯示體積數(shù)據(jù)。對(duì)于那些幀選擇過程在姿態(tài)確定分析之前執(zhí)行的實(shí)施例，流程圖步驟的順序可以相應(yīng)地修改。
標(biāo)準(zhǔn)c型臂系統(tǒng)一般使用自動(dòng)強(qiáng)度對(duì)比/亮度控制，通過改變所述源的
電壓和電流以調(diào)整所成像物體不透明度的變化。完成這一過程以獲得具有相似的整體亮度水平的圖像。所述系統(tǒng)通常使用圖像的總體整合強(qiáng)度來調(diào)整所述源強(qiáng)度參數(shù)。
強(qiáng)度變化可以改變所成像物體的表面尺寸，這是由于，例如，較高強(qiáng)度的入射光會(huì)更容易地穿透并且橫穿諸如骨骼的不透明物體的外部邊緣，使得所述外部邊邊緣看似更加透明，并且使得骨骼看似相應(yīng)地更加狹窄。強(qiáng)度變化因此可以改變物體的實(shí)際外形使得同一物體在不同幀內(nèi)有不同強(qiáng)
度。由于3D重建過程是基于以物體密度為函數(shù)的圖像強(qiáng)度的均勻性，需要將所述圖像標(biāo)準(zhǔn)化到共同的參數(shù)。
因此，為了在不管光照強(qiáng)度變化的條件下對(duì)每一幅圖像中的特征尺寸標(biāo)準(zhǔn)化，需要監(jiān)測(cè)所述源的強(qiáng)度水平。
現(xiàn)在參考圖5，圖5為根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)造并操作的新型強(qiáng)度傳感器或者目標(biāo)50。將這一傳感器構(gòu)造為包括至少三個(gè)對(duì)X輻射具有不同的已知吸收系數(shù)的區(qū)域。在圖5所示的實(shí)施例中，三個(gè)區(qū)域示出為51、52、 53，按同心圓形面積安排，但是只要所有三個(gè)區(qū)域可以在熒光檢查器中迅速地成像出來， 一般關(guān)于所述區(qū)域的形狀沒有限制。吸收系統(tǒng)之間的比值是已知的，并且因此在三個(gè)區(qū)域之間有兩個(gè)已知比值。所述區(qū)域的單個(gè)灰度水平是強(qiáng)度的函數(shù)，但是比值是固定的。通過在不同的區(qū)域測(cè)量強(qiáng)度并且使用Beer's定律
<formula>formula see original document page 19</formula>
解出Io是可能的。
經(jīng)常地，將強(qiáng)度目標(biāo)定位在除了空氣的材料之上。在這種情況下，Beer's方程具有一個(gè)新的未知數(shù)，a ，代表該材料的影響
由于我們具有三個(gè)區(qū)域，我們可以解出1。和a 。
為了使這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化更加魯棒，并且考慮到強(qiáng)度目標(biāo)在若干個(gè)不同材料之上的情況，優(yōu)選地在圖像周圍使用若干個(gè)這樣的目標(biāo)并且如果可能，使用具有多個(gè)三個(gè)區(qū)域的目標(biāo)。
已經(jīng)按照通常所熟知的c型臂系統(tǒng)描述了本發(fā)明并并要求對(duì)其進(jìn)行保護(hù)。但是需要理解的是，c型臂一詞并非意圖受限于具有特定c形狀臂的系統(tǒng)，而是一般使用其以包括任何x射線成像系統(tǒng)，所述x射線成像系統(tǒng)
從圍繞所成像受檢者、以互相間的固定關(guān)系移動(dòng)的源和探測(cè)器單元產(chǎn)生二維圖像。
本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)意識(shí)到本發(fā)明不會(huì)受這里以上所具體描述和示出的內(nèi)容的限制。而是本發(fā)明的范圍包括這里以上描述的各種特征，以及本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀以上描述的基礎(chǔ)上所做的并且在現(xiàn)有技術(shù)中不存在的變化和修改的組合以及子組合。
權(quán)利要求
1、一種成像裝置，包括X射線源；通過可移動(dòng)C型臂與所述源連接的X射線照相機(jī)，所述X射線照相機(jī)產(chǎn)生置于所述源與所述照相機(jī)之間的受檢者的感興趣區(qū)域的視頻圖像序列；包括了三維模式的X射線不透明標(biāo)記陣列的目標(biāo)，所述目標(biāo)相對(duì)于所述受檢者置于固定位置，使得在至少部分所述視頻圖像序列中可對(duì)至少部分所述目標(biāo)成像；用于通過分析所述目標(biāo)的圖像模式，針對(duì)至少一些所述視頻圖像來確定所述C型臂相對(duì)于所述受檢者的姿態(tài)的圖像處理單元；以及用于從所選擇的視頻圖像以及由它們確定的姿態(tài)，來計(jì)算所述受檢者的所述感興趣區(qū)域的三維體積成像數(shù)據(jù)集的重建引擎。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像裝置，其中，所述圖像處理單元在選擇 任何視頻圖像之前，針對(duì)基本上所有所述視頻圖像確定所述C型臂相對(duì)于 所述受檢者的姿態(tài)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像裝置，其中，所述圖像處理單元僅針對(duì) 所述視頻圖像中所選擇的那些確定所述C型臂相對(duì)于所述受檢者的姿態(tài)。
4、 根據(jù)先前權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的成像裝置，其中，每一幅所述 視頻圖像為視頻幀。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的成像裝置，其中，至少一些 所述視頻圖像為模擬視頻幀的隔行掃描場(chǎng)。
6、 根據(jù)先前權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的成像裝置，其中，所述圖像處 理單元包括用于減少所述C型臂運(yùn)動(dòng)的影響的圖像去模糊模塊。
7、 根據(jù)先前權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的成像裝置，其中，所述C型臂 適于手動(dòng)移動(dòng)。
8、 根據(jù)先前權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的成像裝置，其中，將所述目標(biāo) 粘貼至所述受檢者。
9、 根據(jù)先前權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的成像裝置，其中，將所述目標(biāo) 粘貼至所述受檢者躺于其上的平臺(tái)。
10、 根據(jù)先前權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的成像裝置，其中，所述圖像 處理單元包括圖像序列比較模塊，所述圖像序列比較模塊通過分析至少一 些在所選擇圖像之前的圖像來預(yù)測(cè)所述所選擇視頻圖像的特征。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的成像裝置，其中，所述所預(yù)測(cè)的特征是所 述目標(biāo)的圖像模式的預(yù)期位置，使得在不需要遍及整幅所述所選擇圖像尋 找所述目標(biāo)的所述圖像模式的情況下，可以執(zhí)行與所述所選擇圖像相關(guān)聯(lián) 的姿態(tài)的計(jì)算。
12、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的成像裝置，其中，所述所預(yù)測(cè)的特征為從 所述所選擇的視頻圖像中遺漏的預(yù)期特征。
13、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的成像裝置，其中，通過分析與至少一些所 述所選擇圖像之前的圖像相關(guān)聯(lián)的姿態(tài)的反扭曲函數(shù)，所述圖像序列比較 模塊為與所述所選擇視頻圖像相關(guān)聯(lián)的姿態(tài)預(yù)測(cè)反扭曲函數(shù)。
14、 一種用于產(chǎn)生體積成像數(shù)據(jù)集的方法，包括如下步驟 提供具有通過C型臂連接的源以及照相機(jī)的X射線成像系統(tǒng)，所述系統(tǒng)對(duì)置于所述源與所述照相機(jī)之間的受檢者的感興趣區(qū)域成像；將具有一系列以三維形式設(shè)置的X射線不透明標(biāo)記的目標(biāo)置于相對(duì)于所述受檢査的固定位置處，并且在此位置處可以由所述成像系統(tǒng)對(duì)至少部分所述目標(biāo)成像；向所述C型臂施加運(yùn)動(dòng)路徑；在所述C型臂執(zhí)行所述運(yùn)動(dòng)路徑的同時(shí)，從所述相機(jī)獲得所述受檢者 的所述感興趣區(qū)域的視頻圖像序列；通過分析所述目標(biāo)的圖像模式針對(duì)至少一些所述視頻圖像序列確定所 述C型臂相對(duì)于所述受檢者的姿態(tài)；從所述視頻序列選擇許多圖像；以及使用所述所選擇視頻圖像以及由它們所確定的姿態(tài)來重建所述受檢者 的所述感興趣區(qū)域的三維體積成像數(shù)據(jù)集。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，在選擇任何視頻圖像之前， 針對(duì)基本上所有的所述視頻圖像確定所述C型臂相對(duì)于所述受檢者的所述 姿態(tài)。
16、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，僅針對(duì)所述視頻圖像中所選 擇的那些確定所述C型臂相對(duì)于所述受檢者的所述姿態(tài)。
17、 根據(jù)權(quán)利要求14至16中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，每一幅所 述視頻圖像為視頻幀。
18、 根據(jù)權(quán)利要求14至16中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，至少一些 所述視頻圖像是模擬視頻幀的隔行掃描場(chǎng)。
19、 根據(jù)權(quán)利要求14至18中的任一項(xiàng)所述的方法，還包括在去模糊 模塊中處理所述圖像以減少所述C型臂運(yùn)動(dòng)的影響的步驟。
20、 根據(jù)權(quán)利要求14至19中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述向所 述C型臂施加運(yùn)動(dòng)路徑由手動(dòng)執(zhí)行。
21、 根據(jù)權(quán)利要求14至20中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，將所述目 標(biāo)粘貼至所述受檢者。
22、 根據(jù)權(quán)利要求14至21中任一項(xiàng)所述的方法，其中，將所述目標(biāo) 粘貼至受檢者躺于其上的平臺(tái)。
23、 根據(jù)權(quán)利要求14至22中任一項(xiàng)所述的方法，還包括在圖像序列 比較模塊中處理所述圖像的步驟，所述圖像序列比較模塊通過分析至少一 些所選擇圖像之前的圖像來預(yù)測(cè)所述所選擇視頻圖像的特征。
24、 根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述所預(yù)測(cè)的特征為所述目 標(biāo)的圖像模式的預(yù)期位置，使得可以在不需要遍及整幅所述所選擇圖像尋 找所述目標(biāo)的所述圖像模式的情況下，執(zhí)行與所述所選擇圖像相關(guān)聯(lián)的姿 態(tài)的計(jì)算。
25、 根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述所預(yù)測(cè)的特征為從所述 所選擇視頻圖像中遺漏的預(yù)期特征。
26、 根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，通過分析與至少一些所述所 選擇圖像之前的圖像相關(guān)聯(lián)的姿態(tài)的反扭曲函數(shù)，所述圖像序列比較模塊 為與所述所選擇視頻圖像相關(guān)聯(lián)的所述姿態(tài)預(yù)測(cè)所述反扭曲函數(shù)。
全文摘要
一種用于從傳統(tǒng)C型臂熒光檢查系統(tǒng)產(chǎn)生CT類型三維圖像信息的系統(tǒng)和方法。這使得廣泛應(yīng)用的C型臂設(shè)備適應(yīng)提供CT類型信息。所述系統(tǒng)利用置于相對(duì)于受檢者固定位置處的三維目標(biāo)，并且在手動(dòng)或通過掃描馬達(dá)移動(dòng)C型臂的同時(shí)獲得受檢者感興趣區(qū)域的視頻圖像序列。通過分析所述目標(biāo)的圖像模式而對(duì)來自視頻序列的圖像進(jìn)行分析以確定C型臂相對(duì)于受檢者的姿態(tài)。根據(jù)預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)從視頻序列中選擇圖像?？梢垣@得一組具有相關(guān)位置數(shù)據(jù)的二維圖像數(shù)據(jù)，利用所述二維圖像數(shù)據(jù)重建受檢者感興趣區(qū)域的三維體積圖像數(shù)據(jù)集。
文檔編號(hào)G01D18/00GK101542240SQ200780039767
公開日2009年9月23日 申請(qǐng)日期2007年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月25日
發(fā)明者E·策阿維, J·魯布納, L·克萊曼, M·肖哈姆 申請(qǐng)人:馬佐爾外科技術(shù)公司