专利名称：采集x射线图像的方法和包括自动楔定位的x射线图像采集装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过向对象照射χ射线以及在探测器表面上探测透射通过对象的X射线来采集对象的感兴趣区域的X射线图像的方法。此外，本发明涉及一种X射线图像采集装置以及适于执行这种图像采集方法的计算机程序单元。
背景技术：
在X射线图像采集中，通常将从X射线源发射的X射线指向要检查的对象，然后在 X射线探测器的探测表面上探测透射通过对象并在对象内被部分吸收的X射线。常规上，X射线图像采集装置包括准直器。准直器可以包括不透明封闭部分，其用于完全遮挡来自X射线源的X射线射束的部分。此外，可以提供半透明的X射线透射装置， 例如形式为半透明的光阑楔(diaphragm wedge) 0不透明的封闭部分和半透明的X射线透射装置能够对来自X射线源的X射线射束成形，从而以期望的辐射强度仅照射患者身体的感兴趣的部分。此外，准直器可以包括滤波器元件，以便以期望的方式改变射束的谱。使用准直器可以获得若干优点，诸如改善图像质量、降低对患者造成辐射损伤的风险、以及减少图像记录期间例如工作人员暴露于散射辐射。在当前语境中，特别考虑到漫长的诊断和治疗介入伴随着越来越多的X射线荧光镜检查，减少辐射暴露可能非常重要。常规上，主要由维护人员手动调节准直器，特别是半透明楔。然而，这不仅麻烦，而且还可能分散例如对实际的手术动作的注意力。为了简化X射线图像采集装置的准直器的调节可能的利用，授予与本申请相同的申请人的US 7340033公开了一种用于生成身体成像的X射线单元，其包括自动可调节的准直器，该准直器包括光阑和滤波器元件，用于限制、局部衰减和/或过滤从X射线源输出的 X射线射束。其中，X射线单元还包括数据处理单元，数据处理单元耦合到准直器并被设计成定位身体内部的感兴趣区域并向准直器发送命令以根据后续X射线射束到局部化感兴趣区域的限制调节准直器的光阑和滤波器元件。准直器的自动调节，具体而言，半透明楔的自动定位通常需要基于一些应当进行检查以及可以针对其校准X射线射束的被探测的感兴趣区域来确定楔的最佳位置。为了能够自动探测感兴趣区域，可能需要使用自动特征探测算法。例如，可以利用无约束的X射线射束采集初步的X射线图像，并且自动特征探测算法可以探测所采集图像内的感兴趣区域。知道了感兴趣区域的位置，可以计算最佳楔位置并将其发送到准直器。于是，可以定位楔，使得来自X射线源的X射线中要透射通过被检查对象的感兴趣区域外部的部分至少部分被衰减。由此，例如可能减少患者受到的总X射线剂量。然而，在楔定位之后，自动特征探测可能无法再探测感兴趣区域的特征。可能会发生如下情况，在这种初始楔定位之后，要检查的对象改变了其相对于X射线图像采集装置的位置。例如，要检查的患者可能移动，或者患者所躺的桌台可能相对于X射线图像采集装置移动。因此，即使一开始正确定位了准直器和楔，在实际观测期间，例如在漫长的诊断或治疗介入期间，这样的定位也可能不再是合适的。因此，不能一直将X射线射束准直到感兴趣区域，由此，例如妨碍了正确的图像采集或劣化了图像质量。
发明内容
因此，可能需要一种采集X射线图像的方法和一种X射线图像采集装置，其可以改善X射线检查流程期间X射线的准直。此外，可能需要一种适于控制这种图像采集方法的计算机程序单元以及包括这种计算机程序单元的计算机可读介质。可以利用独立权利要求的主题满足这种需求。在从属权利要求中包括了有利的实施例。根据本发明的第一方面，提出了一种通过向对象照射X射线以及在探测器表面上探测透射通过对象的X射线来采集对象的感兴趣区域的X射线图像的方法。该方法包括将半透明X射线透射装置定位到照射X射线射束中的步骤。由此，探测器表面的区域至少部分从X射线屏蔽开。然后，通过在探测器表面上探测透射通过对象的X射线来采集X射线图像。然后，基于探测器表面上至少部分屏蔽的区域中包括的图像信息自动调节半透明X 射线透射装置的位置。根据本发明的第二方面，提出了一种X射线图像采集装置。该装置包括用于生成 X射线射束的X射线源、定位在X射线射束路径内的可调节的半透明X射线透射装置、X射线探测器以及用于调节半透明X射线透射装置位置的控制装置。其中，X射线图像采集装置适于执行根据本发明上述第一方面所述的方法。换言之，控制装置可以适于基于在通过事先定位半透明X射线透射装置而至少部分屏蔽的区域中事先采集的X射线图像中包括的图像信息来自动调节半透明X射线透射装置的位置。根据本发明的第三方面，提供了一种计算机程序单元，当该计算机程序单元在处理器上执行时，可以控制根据本发明上述第一方面所述的方法。换言之，计算机程序单元可以命令处理器，使得可以基于探测器表面上被事先定位的半透明X射线透射装置至少部分屏蔽的区域中包括的信息来自动计算半透明X射线透射装置的已调节位置。根据本发明的第四方面，提供了一种具有根据本发明第三方面所述的计算机程序单元的计算机可读介质。在下文中，可以将半透明X射线透射装置理解为具有特定X射线吸收性质的装置。 X射线吸收性质可以沿着装置局部改变，并且可以例如取决于材料以及特定位置处半透明 X射线透射装置的厚度。在一个具体范例中，提供由X射线衰减材料制成的楔作为半透明X 射线透射装置，使得楔的X射线吸收性质随着楔厚度的增大而增大。在以下描述中，有时将半透明X射线透射装置简称为“楔”或“半透明装置”。然而，要指出的是，这种“楔”仅是特定类型的半透明X射线透射装置，可以备选地使用包括不同材料或几何结构的任何其他类型。可以基于以下认识理解本发明的创意常规上，自动楔定位，有时还称为AWP，是一种基于一些探测的感兴趣区域来确定楔的最佳位置的方法。在这样的方法中，例如可以计算最佳位置，使得感兴趣区域外部被照射区域的最大面积被楔覆盖。甚至可以允许覆盖一些感兴趣区域。可以由特定的特征探测算法自动探测感兴趣区域，该特征探测算法可以适于从采集的X射线图像导出感兴趣区域。特征探测可以是应用独立的并且可以是例如基于对直接辐射或在X射线图像中肺区面积上的探测。可以基于所探测的感兴趣区域自动定位楔。如上所述，在初始放置楔之后不再可能进行自动特征探测。例如，在直接辐射或肺区探测中可能是这种情况，因为随着一开始定位楔，与直接辐射或肺区面积对应的区域至少部分从入射X射线屏蔽开，使得这些区域在后续X射线图像上不再可探测。因此，在一开始以最佳方式设置了楔的位置之后，可能无法利用常规的图像采集方法探测后续图像中的感兴趣区域。本发明的创意可以是基于通过初始定位楔而部分屏蔽的探测器表面上的区域中包括的图像信息来自动调节楔的位置。换言之，它可以是在被探测X射线必须事先通过楔的区域中由X射线探测器提供的图像信息，该图像信息可以用于自动确定楔的已调节位置。如下文结合本发明的具体实施例所述，可以将被屏蔽的区域中包括的图像信息与关于楔的X射线吸收性质、楔的位置、被照射X射线的特性和/或要检查的对象的特性的信息一起使用，以计算与未放置楔时的X射线图像对应的模拟或虚拟图像。换言之，可以处理采集的X射线图像，从而在图像中虚拟地消除楔的X射线吸收。然后可以将这一虚拟图像用于进一步的自动特征探测。利用这样的自动楔校正处理，能够使自动楔定位成为“动态的”，即其对X射线图像内的感兴趣区域的位置改变做出反应。楔可以自动跟踪感兴趣区域。为了探测和连续观察感兴趣区域的运动，可以不需要提供其他X射线系统信息，诸如从外部监测的患者运动或监测的患者桌台位移。在下文中，将详细描述本发明实施例的可能特征和优点。为了采集对象的感兴趣区域的X射线图像，半透明透射装置可以是定位于照射X 射线射束内的准直器的一部分。可以将半透明X射线透射装置横向引入到射束中，并且可以移动它，从而更多或更少地延伸到射束中，由此遮挡或衰减X射线照射的部分。半透明X 射线透射装置可以具有任意形状、诸如CU&137的材料和材料分布。可能有利的是将半透明 X射线透射装置作为楔提供，该楔具有线性增加的厚度和均勻的X射线吸收材料。半透明装置可以包括一个或多个部分。例如，可以提供两个或更多楔，其中，可以沿着垂直于X射线射束的不同方向使每个楔位移。半透明X射线透射装置的X射线吸收可以在1到99 %的范围内，优选在20到95 % 的范围内改变。换言之，在20%的吸收水平下，80%的照射X射线强度透射通过了半透明装置。有利地，调节半透明装置的吸收性质，以尽可能最好地显示感兴趣区域并遮挡住不属于感兴趣区域的大部分被检查对象。此外，通常可以平滑地实现这两个极端之间的过渡。由于装置是半透明的并且未完全遮挡入射的X射线，所以在半透明装置屏蔽的区域中仍可探测一定残余信息。可以使用残余信息来获得适当信息，以自动调节半透明装置的位置。可能重要的是具有关于X射线吸收性质的精确信息，尤其是关于半透明X射线透射装置的这种X射线吸收性质的局部变化的信息。例如，可以调节半透明装置，使得在装置边缘处，即与感兴趣区域直接相邻的X射线吸收最低，而越远离边缘，X射线吸收越大。可以使用关于局部X射线吸收性质的知识有利地导出所采集X射线图像的至少部分屏蔽的区域中包括的图像信息，从而尽管部分屏蔽的区域内损失了图像信息也可以在所采集的部分屏蔽的X射线图像上执行自动特征探测。利用这种自动特征探测，可以自动重新调节半透明装置的位置。根据本发明的实施例，考虑到半透明X射线透射装置的预定位置、照射的X射线的特性和/或要检查的对象的特性导出探测器表面上至少部分屏蔽的区域中包括的图像信息。为了能够确定至少部分屏蔽的区域中包括的适当的图像信息而自动调节半透明装置的位置，可以使用这些特定特性的信息至少部分补偿由于半透明装置内X射线吸收导致的图像信息损失。例如，在一种方式中，可以在采集的图像中应用图像同质化(homogenisation) 技术，例如，使用一些初始楔位置以校正衰减的图像区域和未衰减图像区域之间的亮度差(例如Rudin, S. , Bednarek, D. R. , Yang, C. -Y. J. , Real-time equalization of region-of-interest fluoroscopic images using binary masks, Medical Physics 26 (7)，1359-1364页，1999，例如=Robert,N. ,Koml jenovic,P. Τ. Rowlands, J. A.，A filtering method for signal equalization in region-of-interest fluoroscopy, Medical Physics 29 (5)，736-747 页，2002)。另一种方式使用楔吸收模型，其可以取决于像X射线源的电压和mA(限定X射线源的强度)和/或前置滤波器的类型和/或影响探测器上X射线剂量的其他系统配置的信息。这样的楔吸收模型可以基于水的测量值加上根据水和楔厚度的楔材料以及所有可能的系统设置。这种任选校准的楔吸收模型可以基于实际像素值和像素值位置处的楔厚度计算探测器表面上至少部分屏蔽的区域中包括的初始像素值。楔校正处理步骤构造的虚拟图像的质量应当对于特征探测算法而言足以再次探测这一虚拟图像中的感兴趣区域。楔校正处理步骤的必要质量可能取决于特征探测算法的质量以及要探测的特征类型，并且可能非常依赖于应用。根据本发明的另一实施例，所提出的图像采集方法还包括探测感兴趣区域(ROI) 的步骤，其中，将半透明X射线透射装置的位置调节到所探测的感兴趣区域。感兴趣区域可以是例如患者体内的特定器官或特定血管结构。感兴趣区域可以是被X射线照射的区域， 并且因此包括在采集的X射线图像中，在所述区域中在X射线观测过程期间包括了感兴趣对象。在感兴趣对象在观测流程期间移动的情况下，例如对于跳动的心脏而言，可以假设感兴趣区域覆盖了观测期间可能找到感兴趣对象的所有可能位置。在感兴趣对象是静态的或仅缓慢移动的情况下，感兴趣区域可以对应于感兴趣对象的轮廓，并且感兴趣区域的位置可以跟随感兴趣对象的移动。因此，可以自动定位半透明X射线透射装置的位置从而跟随探测的感兴趣区域的位置。为了探测感兴趣区域，可以使用探测算法来探测感兴趣对象的特定特征。对特征的这种探测可能是应用特异性非常强的。特征探测可以基于半自动或者甚至全自动的图像分析。例如，可以在X射线图像内探测具体的可视特征。在心脏介入的具体范例中，感兴趣区域的探测可以包括估计心脏周期和/或呼吸周期期间的运动，以确保心脏始终保持在所采集X射线图像的未屏蔽的区域中。此外，可以在初始定位半透明楔之后连续探测和估计运动，并可以针对心脏的运动自动调节半透明楔的位置。根据本发明的另一实施例，从采集的X射线图像生成虚拟图像，其中，重建由半透明X射线透射装置部分屏蔽的区域内的图像信息，从而使其对应于没有半透明X射线透射装置时的图像信息。换言之，考虑到例如半透明装置的X射线吸收性质、半透明装置的位置、照射的X射线的特性和/或被观测对象的特性，可以计算出虚拟图像，其示出了如同X 射线射束内没有定位半透明X射线透射装置那样的X射线探测器探测结果的完整内容。然后可以将这样的虚拟图像用于后续特征探测，以便探测感兴趣区域。或者，可以将其他系统部件或程序探测的感兴趣区域用作特征探测并将其提供给计算最佳楔位置的单元。例如，剂量控制单元可以确定患者区域，以及排除直接辐射区域。 可以向自动楔定位单元提供这一患者区域。在那种情况下，剂量控制单元和自动楔定位单元之间可能有直接链接。另一范例是在一些应用中在X射线图像中探测针。可以向自动楔定位单元提供这一针周围的区域。为了使特征探测步骤跟随感兴趣区域，如上所述，可能需要在特征探测单元之前包括楔校正处理步骤。根据本发明的另一实施例，重复采集X射线图像和调节半透明X射线透射装置的位置的步骤。由此，可以针对运动的感兴趣区域动态调节半透明X射线透射装置的位置。可以周期性地重复图像采集和对半透明装置的位置调整。重复速率可以在几秒或小于一秒的范围中。或者，重复速率可以对应于X射线观测流程期间图像采集的速率。根据本发明的另一实施例，半透明X射线透射装置包括局部变化的X射线吸收性质。那么调节半透明X射线透射装置位置的步骤可以包括使半透明X射线透射装置横向位移，例如垂直于X射线射束。换言之，例如楔形半透明装置可以具有随着楔厚度增加而增加的X射线吸收。因此，可以将这样的楔定位得接近感兴趣区域，使得与感兴趣区域直接相邻区域中的X射线吸收最低，而更远处的X射线吸收增大。总之且换言之，可以如下描述本发明的特征及其实施例自动楔定位是一种基于针对X射线图像采集装置的一些探测感兴趣区域确定半透明楔的最佳位置的方法。自动特征探测算法可以发现相应的感兴趣区域，计算最佳楔位置并将准直器移动到相应位置。然而，在放置楔之后，特征探测不再能探测特征了。范例是直接辐射或肺区探测的情形。因此提出增加楔校正步骤以校正图像中的局部楔吸收。这样可以获得如同未放置楔时那样的图像。然后，这一校正图像可以是特征探测算法的输入。通过这种方式，可以动态地进行自动楔定位，即其可以跟随感兴趣区域，因此也可以跟随特征的运动或变化。必须要指出，已经参考本发明的不同实施例描述了本发明的特征和优点。具体而言，在这里利用与采集X射线图像的方法相关的实施例或相对于X射线图像采集装置描述本发明的特征和优点。但是，本领域技术人员将由上述和下述说明了解，除了属于一个实施例的特征的任意组合或特征之外，涉及不同实施例的特征的任意组合也应当被认为在这里得到了公开，除非另行说明。
将参考附图所示的具体实施例进一步描述本发明的特征和优点，但本发明不应受限于此。图1示出了根据本发明的实施例包括自动楔定位的X射线图像采集装置。该图仅仅是示意性的，未按比例绘制。附图标记列表IX射线图像采集装置
3X射线源5X射线探测器7控制装置9准直器11半透明X射线透射装置13 患者15探测器表面17探测器表面上部分屏蔽的区域21特征探测装置23分析单元25自动楔定位单元27显示器四被成像的感兴趣区域31被成像器官33 桌台
具体实施例方式为了生成定位于桌台33上的患者13身体的X射线图像，X射线图像采集装置1包括X射线源3，其具有X射线管，生成指向患者身体的X射线射束35。图像采集装置1还包括X射线探测器5，其适于以位置分辨率测量透射通过患者13身体的X射线辐射。为了将发射的X射线射束35约束到患者13身体中包括感兴趣对象(例如心脏的心血管)的区域，X射线图像采集装置1还包括准直器9，准直器9具有作为楔形光阑提供的半透明X射线透射装置11。可以将准直器9的楔插入到X射线射束35中。由于楔对于照射的X射线而言是半透明的，所以X射线射束35的部分37的X射线强度被衰减，而X射线射束35的另一部分39以完整强度透射。X射线射束35透射通过患者身体，然后透射的X射线强度被探测器5探测。从探测结果能够获得患者身体对X射线吸收性质的信息。X射线射束35的未衰减部分39包括关于身体吸收性质的最多信息，而X射线射束35的衰减部分37仅提供了减少的信息。因此，尽管探测器5中X射线射束35未受到准直器9屏蔽的区域内的探测结果包括最大强度并且主要取决于患者身体的X射线吸收特性，探测器表面15上至少部分屏蔽的区域17中的探测结果仅具有强烈减弱的探测结果，其还取决于半透明X射线透射装置11的X射线吸收性质。向控制装置7提供X射线探测器5的探测结果。控制装置7 —方面可以向显示器 27提供图像信号，从而可以显示患者器官31，例如心脏的图画，专门突出感兴趣区域四，例
如心血管。此外，控制装置7适于确定和控制半透明X射线透射装置11的已调节的最佳位置。为此目的，可以向探测装置21提供来自探测器5的探测结果，以及任选地，例如从X射线源3或探测器中包括的控制器或独立的控制器装置获得的系统设置(例如kV、mA，预过滤类型，源-探测器距离)，探测装置21适于探测确定探测器5采集的图像内感兴趣区域四的特征。在初始处理步骤中，可以使用确定的感兴趣区域位置来确定准直器9内楔的最佳定位，从而显著衰减感兴趣区域外部X射线射束35的部分37。在X射线观测流程的稍后步骤中，可以首先向分析单元23提供来自探测器5的探测结果以及任选的系统设置。分析单元23适于从探测的X射线图像生成虚拟图像。在这一虚拟图像中，考虑准直器9的X射线吸收性质，重新计算探测器表面15上被准直器9部分屏蔽的区域17中探测的图像信息，使得所得的虚拟图像对应于准直器9内无X射线衰减那样的X射线图像。然后将这一虚拟图像提供给用于从其探测感兴趣区域的特征探测单元 21。探测到同时可能发生位置变化的这一感兴趣区域之后，自动楔定位单元25能够重新调节半透明X射线透射装置11的定位。对于分析单元23和/或楔定位单元25中执行的计算，可能有用的是还向这些单元提供例如从X射线源3中或探测器中包括的控制器或独立的控制器装置获得的系统设置 (例如kV、mA,预过滤类型、源-探测器距离)。控制装置7输出的图像可以是来自探测器的图像，或者，可以是由楔校正单元23 生成的虚拟图像。最后，应当指出，术语“包括”等不排除其他元件或步骤，术语“一”或“一个”不排除多个元件。而且，可以组合结合不同实施例描述的元件。还应当指出，不应将权利要求中的附图标记推断为对权利要求的范围构成限制。
权利要求
1.一种通过向对象(1 照射X射线以及在探测器表面(1 上探测透射通过所述对象的X射线来采集所述对象的感兴趣区域09)的X射线图像的方法，所述方法包括将半透明X射线透射装置(11)定位到所述照射X射线的射束(35)中，由此使所述探测器表面(15)上的区域(17)至少部分从X射线屏蔽开；通过在所述探测器表面(1 上探测透射通过所述对象(1 的X射线来采集X射线图像；基于所述探测器表面(15)上至少部分屏蔽的区域(17)中包括的图像信息来自动调节所述半透明X射线透射装置(11)的位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述探测器表面(15)上至少部分屏蔽的区域(17)中包括的所述图像信息是考虑到所述半透明X射线透射装置(11)的X射线吸收性质而导出的。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述探测器表面(15)上至少部分屏蔽的区域(17)中包括的所述图像信息是考虑到关于所述半透明X射线透射装置(11)的预定位置、照射的X射线(35)的特性以及所述对象(13)的特性中的至少一项的信息而导出的。
4.根据权利要求1到3中的一项所述的方法，还包括 探测感兴趣区域09)；其中，将所述半透明X射线透射装置(11)的所述位置调节到所探测的感兴趣区域 (29)。
5.根据权利要求1到4中的一项所述的方法，还包括其中，从所采集的X射线图像生成虚拟图像，其中，重建由所述半透明X射线透射装置部分屏蔽的所述区域内的图像信息，从而使其对应于没有所述半透明X射线透射装置时的图像信息。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，重复采集所述X射线图像和调节所述半透明X射线透射装置(11)的所述位置的步骤，从而将所述半透明X射线透射装置(11)的所述位置动态地调节到所述感兴趣区域 (29)。
7.根据权利要求1到6中的一项所述的方法，还包括其中，所述半透明X射线透射装置(11)包括局部改变的X射线吸收性质，并且其中，调节所述半透明X射线透射装置的所述位置包括使所述半透明X射线透射装置(11)发生位移。
8.—种X射线图像采集装置，包括X射线源(3)，其用于生成X射线射束(35)；可调节的半透明X射线透射装置(11)，其定位在所述X射线射束(3 的路径内； X射线探测器(5)；控制装置(7)，其用于调节所述半透明X射线透射装置(11)的位置；其中，所述X射线图像采集装置(1)适于执行根据权利要求1到7中的一项所述的方法。
9.所述X射线图像采集装置，还包括用于探测确定感兴趣区域09)的特征的特征探测装置01)。
10.一种计算机程序单元，当所述计算机程序单元在处理器上执行时，适于控制根据权利要求1到7中的一项所述的方法。
11.一种计算机可读介质，在所述计算机可读介质上存储有根据权利要求10所述的计算机程序单元。
全文摘要
描述了一种采集对象感兴趣区域的X射线图像的方法以及对应的X射线图像采集装置。将准直器9中包括的半透明X射线透射装置11定位在照射的X射线射束35内，由此至少部分屏蔽探测器5的探测器表面15上的区域17。在通过探测透射通过对象13的X射线而采集X射线图像之后，基于探测器表面15上至少部分屏蔽的区域17中包括的图像信息自动调节半透明X射线透射装置11的位置。考虑到半透明X射线透射装置11的X射线吸收性质，可以在控制装置7的分析单元23中计算虚拟图像，其中，虚拟图像对应于准直器9内没有X射线吸收那样的X射线图像。从这一虚拟图像，特征探测单元21可以导出感兴趣区域，自动楔定位装置25可以定位准直器9的半透明X射线透射装置11的楔，以便连续跟踪移动的感兴趣区域。
文档编号A61B6/06GK102413769SQ201080019704
公开日2012年4月11日 申请日期2010年4月28日 优先权日2009年5月5日
发明者E·胡梅尔 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司