运行X射线装置的方法、X射线装置和计算机程序产品

摘要

本发明涉及一种运行X射线装置的方法、X射线装置和计算机程序产品。在运行进行成像的X射线装置(1)、尤其是计算机断层成像装置的方法中，为了采集投影图像，至少由X射线源(3)发出X射线辐射，其在穿过隧道形状的检查区域之后由至少一个X射线检测器(7)采集。X射线源(3)至少在环形轨道或者圆弧部分上围绕转动中心(D)在旋转平面内运动。患者床(9)在此在与旋转平面垂直地延伸的进给方向上移动。根据本发明提出，根据至少近似地确定的要成像的区域在旋转平面内相对于转动中心(D)的位置和/或范围，来确定表征患者床(9)每单位时间的进给的节距因数。

说明书

技术领域

本发明涉及一种运行进行成像的X射线装置、尤其是计算机断层成像装置的方法，X射线装置包括至少一个X射线源和至少一个X射线检测器。为了采集投影图像，至少一个X射线源发出X射线辐射，其在透射隧道形状的检查区域之后由至少一个X射线检测器采集。X射线源至少在采集投影图像时围绕转动中心旋转，并且患者床在与X射线源的转动运动垂直地延伸的进给方向上移动。此外，本发明涉及一种进行成像的X射线装置以及尤其是借助进行成像的X射线装置执行的计算机程序产品。

背景技术

构造为用于采集患者的身体内部的投影图像的进行成像的X射线装置、例如计算机断层成像装置从现有技术中是众所周知的。为了进行检查，患者通常位于患者床上，患者床一般在检查期间尤其是在水平方向上移动。在此，使患者的要成像的区域进入隧道形状的检查区域中，X射线源至少在采集图像时围绕检查区域旋转。从现有技术中尤其是已知具有静止的X射线检测器或者与X射线源同步地运动的X射线检测器的计算机断层成像装置。在后一种情况下，X射线检测器、尤其是多行检测器和X射线源关于转动中心在直径上相对地布置。

在计算机断层成像中，图像采集通常以如下方式进行：至少针对透视的身体区域的一部分，获得从不同的方向采集的完整的投影图像组。完整的投影图像组使得能够借助所拍摄的区域的滤波反投影进行三维重建。尤其是在螺旋计算机断层成像中，在X射线源旋转时在水平方向上连续移动患者床或患者台。以每次旋转在旋转中心的有效检测器宽度为单位的进给，通常称为节距(Pitch)或节距因数。

记录参数、尤其是节距因数限制了能够获得用于重建的完整的投影图像组的图像区域的大小。此外，尤其是已知迭代方法，其使得能够在不能获得完整的数据组的图像区域中进行重建。然而，这些方法具有可实现的图像质量和图像值的精度方面的缺点。此外，在到能够获得完整的投影数据的图像区域的过渡部处更强地出现伪影。

当投影图像或者由采集的投影图像重建的三维体积或者重建的三维体积的截面图像，要用作随后的放射治疗的规划和/或优化的基础时，这是特别不利的。在这种情况下重要的是，可以准确地分割处于要采集的图像区域中的器官、尤其是风险器官或者确定其轮廓。

从US 9402587B2中已知一种在螺旋扫描期间记录投影的方法。从US 9247912B2中已知一种节距至少为3的螺旋扫描方法。从US 7978810B2中已知一种具有可变节距的螺旋CT的图像产生方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，给出一种运行进行成像的X射线装置的方法，其中，可以以高的图像质量显示要成像的区域。

上述技术问题通过具有本发明的特征的开头提到的类型的运行X射线装置的方法、通过具有本发明的特征的X射线装置或者通过具有本发明的特征的计算机程序产品来解决。

本发明的有利的设计方案是下面的描述的主题。

在一种方法中，运行进行成像的X射线装置、尤其是计算机断层成像装置，以采集投影图像，尤其是用于进行断层图像重建。在此，至少一个X射线源发出X射线辐射，其在透射隧道形状的检查区域(通常使检查对象进入其中)之后由至少一个X射线检测器采集。X射线源至少在采集图像时或者在扫描检查对象时围绕转动中心旋转。为此，尤其是在环形轨道上或者在圆弧部分上引导X射线源。X射线源的扫描或转动运动在旋转平面内进行。此外，患者床在与X射线源的扫描或转动运动垂直地延伸的进给方向上移动。根据本发明设置为，根据要成像的区域在旋转平面内相对于转动中心的至少近似确定的位置和/或范围(Ausdehnung)，来确定表征患者床每单位时间的进给的节距因数。

本发明以如下知识为基础：存在完整的投影数据的图像区域的大小，与由X射线源发出的扇形射束的几何形状并且与记录参数、尤其是与节距因数有关。对于图像区域，在本说明书的意义上，当可以根据所采集的投影图像完全借助反投影对图像区域进行成像时，存在完整的投影数据。

在本申请的意义上，将患者床在与X射线源的扫描运动垂直地延伸的方向上每单位时间的进给视为节距因数。进给方向尤其是在水平方向上延伸。节距因数尤其是可以以每次旋转在旋转中心的有效检测器宽度为单位给出。

通常适用，能够采集完整的投影数据的图像区域越大，则节距或节距因数越小。然而，与检查相关的图像区域经常不处于转动中心或者不相对于转动中心对称地延伸。在这些情况下可能有意义的是，以部分扇形几何形状采集投影图像。

在部分扇形几何形状的情况下，旋转平面内的扇形射束的两个最外面的射束与X射线源的焦点和转动中心之间的虚拟线一起包围出的两个扇形角是不一样大的。换言之，X射线源发出范围相对于转动中心不对称地延伸的扇形射束。从这两个扇形角得到不一样大的图像区域。完整的重建可使用的图像区域通常处于由扇形角预先给定的两个极值之间。

部分扇形几何形状是尤其是由于成本原因而作出的设计决定。利用这种几何形状，在扇形角相同的情况下可以获得更大的测量场区域或者对更大的区域进行成像。大的测量场区域尤其是在放射治疗规划中应用时是期望的。已经证明，尤其是与具有一样大的测量场或要成像的区域的“全扇形”几何形状相比，完全图像质量在大的测量场中或者针对大的要成像的区域通常仅可以在减小的节距或者更小的节距因数的情况下实现。这相应地导致更长的采集或扫描时间，因此通常也伴随着X射线源或X射线管的更高的负荷。

提出了至少近似地确定要成像的区域尤其是在旋转平面内相对于转动中心的位置和/或范围。然后，根据要成像的区域的位置和/或范围尤其是自动调节节距因数。节距因数尤其是以如下方式调节：使要成像的区域至少近似地位于能够采集完整的投影数据的区域中。对于用户来说，在确定记录或图像区域时得到帮助和简化。尤其是由于在部分扇形几何形状的情况下越来越高的复杂性，可以简化要成像的图像区域的选择或确定。

因此，通常在投影数据的完整性、记录几何形状和节距或节距因数之间存在关系。投影数据的完整性的一个重要的条件是，图像点被最小角度范围(例如180°)的投影覆盖。对于处于围绕转动中心的圆上的每个点，在给定扇形几何形状和节距或节距因数的情况下，可以在扇形射束的边界内确定具有对应的投影角度的轨道。然后，尤其是以由该条件给定的方式确定要成像的区域的最大半径。

在可以以解析的方式描述该关系的情况下，例如设置为，这相应地通过数值方法存储在X射线装置的电子部件中。备选地，在此也可以设想，存储一种将给定的最大图像区域(英语：field of view(视场),FOV)与最大节距或节距因数相关联的查找表。在此，也可以想到，这种查找表导致最大节距或节距因数逐级改变。换言之，只有在低于要成像的区域的一定的预先给定的大小的情况下，才能够实现节距因数的更高的值。要成像的区域的进一步的连续变小不直接导致可能的更高的允许的节距值，尽管这在理论上是可行的。只有在达到要成像的区域的大小的下一个预先给定的阈值时，节距因数的最大值才又提高。这种查找表的具体的值尤其是可以根据先前的案例观察和计算形成。

本发明提出的方法例如可以在控制X射线装置的控制单元的控制电子设备中实现。控制电子设备为此尤其是可以包括至少一个处理器、集成电路、微处理器、微控制器和/或微型芯片。

在设计方案中设置为，以如下方式确定节距因数：能够根据所采集的投影图像借助滤波反投影实现对要成像的图像区域的完整的三维重建。

在设计方案中，当节距因数或者其它记录参数事后由于用户输入而改变，使得要成像的图像区域不再能够完全借助滤波反投影重建时，以光学或者声音方式输出警告信号。警告信号的输出在设备侧例如通过监视器、显示器或者扬声器进行。

要成像的区域的位置和/或范围优选根据借助进行成像的医学装置采集的投影概览记录或定位片来确定。要成像的区域尤其是可以包含患者的要记录的器官区域。

在设计方案中设置为，为了确定要成像的区域的位置和/或范围，借助图像识别自动识别解剖参考点，和/或在概览记录中分割、尤其是自动分割患者的器官。换言之，根据要采集的器官的大小和方位自动确定要成像的区域。将如此确定的要成像的区域例如在视觉上通过显示器或者监视器输出给用户，用于进行检查。通过相应的用户输入，使得能够在必要时修改或者校正要成像的区域的范围和/或位置。

在设计方案中设置为，在确定要成像的区域的位置和/或范围时，自动考虑特定于器官的安全距离。为此，将特定于器官的安全距离尤其是存储在数据库中。

优选将所确定的要成像的区域在视觉上尤其是通过显示单元、尤其是已经提到的显示器或者监视器输出。

在设计方案中设置为，事后根据视觉输出、尤其是根据概览记录，通过用户输入改变要成像的区域的大小，其中，当要成像的区域改变，使得该区域尤其是在考虑到所确定的节距因数和/或所确定的其它记录参数的情况下，不再能够完全借助滤波反投影重建时，以光学或者声音方式输出警告信号。以这种方式，可以确保也自动针对与所确定的记录参数的一致性，对事后在用户侧进行的改变进行检查。

在另一个实施例中，借助可参数化的三维患者模型至少近似地确定要成像的区域的位置和/或范围。可参数化的三维患者模型尤其是以数字形式描述人的器官在解剖上的正确的方位和范围。患者模型尤其是在患者的身高方面是可参数化的，并且通常表征在X射线图像采集中预期的衰减系数的分布。借助可参数化的三维患者模型至少近似地确定要成像的区域的位置和/或范围，相对于为此设置概览记录的采集的方法，具有尤其是针对患者的辐射负荷减小的优点。

优选将可参数化的三维患者模型与患者床上的患者的方位匹配，以至少近似地确定要成像的区域的位置和/或范围。在此设置为，患者的方位以光学和/或立体的方式例如借助相应地构造的采集单元、例如照相机来采集。

上面描述的本发明的特性、特征和优点以及其实现方式结合下面对实施例的描述变得更清楚并且更容易理解，实施例参考附图详细阐述。

本发明提出的方法也可以以有利的方式与其它方法组合地应用于补充或者用于近似地重建在所确定的要成像的区域之外的、即不存在完整的投影数据的图像区域内的图像数据。用于补充或者用于近似地重建图像数据的其它方法因此将可用的图像区域扩展为经扩展的图像区域。这种方法例如在名称eFoV(英语：extended field of view(扩展视场))或者HDFoV下已知。尤其是当先前确定的记录区域的大小要与患者和当前的记录几何形状无关地实现时，这种组合是有利的。例如在放射治疗中是这样的情况，因为在那里通常要实现例如大小为500mm的固定的图像区域。由于扇形角，根据节距因数，完整的记录区域例如以400mm与500mm之间的离散步长存在。借助由本发明提出的方法确定的要成像的区域，在这种情况下仅仅是为了补充或者为了近似地重建为完整的图像区域而借助其它方法补充的部分区域。这确保可以以需要的精度确定风险器官的轮廓，并且另一方面可以选择节距或节距因数，使得辐射持续时间优选地最小。

此外，本发明涉及前面已经提到的进行成像的X射线装置、尤其是计算机断层成像装置，其构造为用于执行前面描述的方法。X射线装置尤其是包括用于发出X射线辐射的至少一个X射线源和用于在透射检查区域之后采集所发出的X射线辐射的至少一个X射线检测器。至少一个X射线源可以在环形轨道或者圆弧部分上围绕转动中心在旋转平面内运动。患者床可以在与旋转平面垂直地延伸的进给方向上移动。

此外，本发明涉及一种计算机程序产品，计算机程序产品包括指令，其在借助进行成像的X射线装置执行时执行前面描述的方法。进行成像的X射线装置尤其是构造为用于读取并执行计算机程序产品。为此，例如设置尤其是X射线装置的控制单元的至少一个处理器，其执行指令。计算机程序产品例如在控制单元的非易失性存储介质中实现。

附图说明

为了进一步描述本发明，参考在附图中示出的实施例。

图1以示意图示出了以部分扇形几何形状进行图像采集的进行成像的X射线装置的截面图，

图2以示意图示出了运行X射线装置的方法的流程图。

彼此相应的部分在所有图中设有相同的附图标记。

具体实施方式

图1以示意性截面图示出了进行成像的X射线装置1，其尤其是实施为计算机断层成像装置。X射线装置1包括X射线源3，为了采集图像，在环形轨道K上围绕隧道形状的检查区域5引导X射线源3。相对于隧道形状的检查区域5与X射线源3在直径上相对地布置的X射线检测器7与X射线源3同时运动。X射线检测器7采集由X射线源3发出的穿过检查对象之后的X射线辐射，检查对象在检查区域5中布置在患者床9上。

在采集图像时，患者床9在垂直于附图平面的平面内连续移动，附图平面相应于X射线源和X射线检测器的扫描运动的旋转平面。通常将每单位时间的、尤其是以每次旋转在旋转中心的有效检测器宽度为单位的进给，称为节距或者节距因数。

由X射线源3发出的X射线辐射以扇形射束的形式从焦点F传播至X射线检测器7。在图1中画出的设备相应于部分扇形几何形状，其中，扇形射束相对于转动中心D不对称地延伸。在边缘侧作为扇形射束的边界的两个X射线射束R1、R2分别与延伸通过焦点F和转动中心D的连接线V包围出不一样大的角度α₁、α₂。相应地，X射线射束R1与转动中心D的径向距离r_min和X射线射束R2与转动中心D的径向距离r_max在旋转平面中是不一样大的。通常，可以采集完整的投影数据的图像区域处于这两个极值之间，并且还与节距或者节距因数的量值有关。

图2示意性地示出了根据运行X射线装置1的方法的可能的实施例的流程图。

首先，在第一方法步骤S1中，确定检查对象，其尤其可以是患者的要采集的器官区域。可选地，附加地确定要确定轮廓或者要分割的器官的列表。这在实践中可以包含选择适当的记录协议。

器官区域通常通过在用户侧输出的概览图像上选择记录区域来确定。这通常通过相应的操作输入来实现。可选的要确定轮廓的器官的列表不一定能够推断出需要的总记录区域或者要采集的区域，然而通常可以估计相应的区域的需要的最小大小。器官的列表例如与记录协议相关联并且存储在数据库中。这一方面允许进行标准化，另一方面简化工作流程，因为不需要针对每个记录重新建立列表。

在第二方法步骤S2中，产生进行成像的X射线装置1的投影概览记录或者定位片。

在第三方法步骤S3中，在投影概览记录中借助相应地构造的图像识别软件识别解剖参考点。备选或者附加地，分割器官的边界或外形或者确定其轮廓。为此也使用本身已知的图像处理软件。可以附加地作为视觉帮助在用户侧例如通过在显示单元(例如显示器)上输出的概览记录上标记识别出的分割的或者确定了轮廓的器官边界。

在该示意性地说明的实施例中，器官边界定义要以高的精度采集的要成像的区域的方位和范围。因此，在第三方法步骤中，例如根据分割的器官边界，基本上至少近似地确定要成像的区域在旋转平面中的位置和/或范围。

备选或者附加地，在方法步骤S2和S3中，要成像的区域的位置和/或范围可以近似地借助数字三维患者模型来实现。为此设置为，例如以光学和/或立体的方式采集检查对象、尤其是患者在患者床9上的方位和位置。数字患者模型是可参数化的，并且根据光学或者立体的位置或者方位采集相应地进行调整。然后，可以以类似的方式根据患者模型确定其它方法步骤需要的关于要成像的区域的位置和/或方位的信息。

在第四方法步骤S4中，尤其是根据识别出的器官边界估计与转动中心D的最大径向距离r_max。附加地，可以调取例如存储在数据库中的特定于器官的安全距离，并且在其它方法中、尤其是在确定随后的X射线图像采集的记录参数时考虑。在考虑安全距离的情况下，尤其是可以估计要成像的区域的最小大小。该要成像的区域例如在视觉上显现在概览记录上，用于由用户检查。可选地，给予用户如下可能性：处理、尤其是在其位置和/或范围方面改变该识别出的要成像的区域。

在第四方法步骤S4中尤其是要注意，概览记录通常示出三维患者解剖结构的二维投影成像。在确定安全距离时，这必须相应地考虑到。备选地，例如也可以使用简化的患者解剖结构的三维模型和其衰减特性，并且通过优化方法将其匹配于概览记录。

在第五方法步骤S5中，根据要成像的区域的位置和/或范围，在考虑记录几何形状、尤其是前面描述的部分扇形几何形状的情况下，并且在考虑已有的重建方法的情况下，推导出针对随后的投影X射线图像采集的记录参数的限制。在此，已经提到的节距或节距因数尤其重要。优选选择记录参数，使得能够采集一组投影图像，其使得能够借助滤波反投影完全重建整个要成像的区域。

在第六方法步骤S6中，确定记录参数、尤其是节距因数的值。尤其设置为，自动建议并且在用户侧输出或者显示最佳参数值。此外，用户能够改变该参数值、尤其是针对节距因数建议的参数值。如果在此改变参数值，使得违反前面确定的限制，则在用户侧以声音或者光学方式输出相应的警告指示或者警告信号。

节距因数的选择尤其是影响X射线记录的总持续时间。在此，较长的记录时间可能对采集的投影图像的质量有负面影响，因为可能出现由于患者移动而导致的伪影。

在第七方法步骤中，实际记录投影图像，投影图像尤其是包含之前确定的要成像的区域。随后，必要时根据所采集的投影图像尤其是借助滤波反投影确定三维体积。尤其是可以提供如此产生的图像数据，用于确定器官或者其它解剖对象的轮廓的目的。

在此，例如可以将器官名称的列表传输至评估单元，在评估单元中，实现用于进行分割和/或确定轮廓的相应的软件。这使得自动化地确定相应的器官的轮廓和/或分割相应的器官。确定轮廓和/或分割在此优选局限于在列表中提到的这些器官，以避免不必要的计算开销。

虽然在细节上参考优选实施例详细说明和描述了本发明，但是本发明并不局限此。本领域技术人员从中可以推导出其它变形方案和组合，而不偏离本发明的基本思想。