用于检测和指示超长成像中的不准确度的方法

摘要

通过将不同的计算机实现缝合方法应用于部分辐射图像的相同集合来生成细长体的辐射图像的方法。在所应用的缝合方法之间有重大偏差的情况下生成警告。

说明书

技术领域

本发明涉及用于通过生成细长体的多个部分X射线图像并通过缝合这些部 分图像来在直接放射摄影术中生成所述细长体的X射线图像的方法。更具体地， 本发明涉及发生病人移动或系统偏离校准(miscalibration)的情况。

背景技术

在X射线放射摄影术中，可能必须获得诸如病人的整个脊椎或腿之类的细 长体的X射线图像。超长(long length)图像大部分被拍摄以在主体的辐射图像 上执行长度和角度测量。

在计算机放射摄影术(CR)中，通过使以部分重叠的设置进行组织的诸如 光激励磷光板之类的多个成像板(IP)接受细长体的X射线图像，来生成这种 超长图像。每个成像板承载细长体的一部分的图像。在曝光之后，读出各个成 像板以便获得细长体的部分图像，并且最终，通过缝合这些部分图像来创建超 长图像。通过叠加诸如覆盖要成像的区域的网格之类的辐射衰减材料的已知几 何结构的对象以及校正和对准部分图像以重构所述网格的几何结构，能够获得 准确的对准和测量。这种方法描述于欧洲专利申请EP0919856和EP0866342中。

近年来，数字放射摄影术(DR)已经成为CR的有价值的备选方案。用在 DR中的平板检测器(FPD)比用于CR的IP更高成本，所以需要CR的单次超 长成像技术的备选方案。这通过下述操作实现：在倾斜X射线管或平行于FPD 移动X射线管时，通过移动FPD的位置来拍摄细长体的多个部分图像。在此移 动期间，病人可能移动，从而引入需要在从部分图像的全图像重组中补偿的伪 像。用于校正病人移动的所应用的补偿可能导致不准确的测量。不准确的FPD 定位还降低了在合成图像中进行的测量的准确度。

由Xiaohui Wang在2004年1月1日发表于Proceedings ofSPIE第5368卷 的第361-369页的文章“Fully automatic and reference-marker-free image stitching  mcthod for full-spine and full-leg imaging with computed radiography”公开了部分图 像的图像缝合。

在由Simon T.Y.Suen等人在2007年6月1日发表于Optics Express第12 期第15卷的文章“Photographic stitching with optimized object and color matching  based on image derivatives”中，比较了不同的缝合方法。该文章公开了理论上的 比较。

本发明的目的是克服现有技术的缺点。

发明内容

上面提到的方面由在权利要求1中提出的具有特定特征的方法来实现。

根据本发明，公开了一种方法，其中不同的计算机实现缝合方法被应用于 细长体的所生成的部分辐射图像的集合。确定这些缝合方法之间的偏差(通过 计算指示该偏差的测量)，并且如果该偏差超出预设接受值(也称作阈值)， 则生成计算机控制的警告(听觉、视觉……)。

本发明的方法适于检测病人移动并在病人移动已发生于体的部分辐射图像 的记录之间的情况下生成警告。权利要求1中提出的警告可以是病人移动的指 示。从另一观点来看，该方法能够被看作用于检测在辐射图像记录期间的病人 移动并在病人移动的情况下生成警告的方法。

在本发明的上下文中，细长体是其投影X射线图像不能通过X射线检测器 的单次X射线曝光而拍摄的体。这种细长体的辐射图像是通过将计算机实现的 缝合方法应用于部分辐射图像的集合来组成的，每个部分辐射图像包括细长体 的辐射图像的一部分。细长体例如是完整的腿或完整的脊椎。

可以设想不同的缝合方法。

第一种缝合方法是当执行多拍摄照射时基于源自X射线源和检测器的设置 (定位、距离、角度)的理论缝合参数的计算机实现缝合方法。

另一种计算机实现缝合方法基于诸如X射线衰减材料的网格之类的已知几 何结构的对象的图像的重构，该图像与细长体的部分图像一起被记录，使得每 个部分图像包括细长体的辐射图像的一部分和已知几何结构的对象的辐射图像 的一部分。然后，通过计算机实现地重构已知几何结构的对象的图像从而也通 过部分图像重构细长体的所组成的图像，能够组成细长体的完整辐射图像。

又一种缝合方法是基于用户交互(即，由用户定位或对准部分图像)来从 部分辐射图像重构细长体的完整图像的方法。用户手动地或者通过自动化系统 来定位部分图像以重构细长体的完整图像。用户因此能够校正由多次部分曝光 之间的病人移动造成的影响。

可以设想另外其他的方法。

本发明的优选实施例的具体特征在从属权利要求中提出。

本发明的其他优点和实施例将从以下描述和附图中变得显而易见。

附图说明

图1是通常用于执行超长成像的系统的图示，

图2图示了病人移动的自由度，

图3是具有在5乘5cm的规则网格上放置的X射线衰减十字的无线电半 透明板的设计，

图4是图示了错误校准的系统对长度测量的影响的示意图，

图5是本发明的用户界面实施方式的图示。

具体实施方式

细长体的超长图像大部分被拍摄以跨越比单个FPD更大的区域在主体上 执行长度和角度测量。然后，通过被应用于部分图像的数字信号表示的计算机 实现缝合方法来创建和缝合部分图像的集合。

重要的是，创建超长图像，在该超长图像中，在作为结果的图像中细长体 的部分图像的对准是准确的。

测量不准确度由系统的不准确度和/或病人移动引起。

图1中图示了能够执行超长成像的系统的一些典型配置。系统的不准确度 大部分与X射线成像单元(10)或X射线生成单元(20)的不准确定位相关。 如果已知几何结构的对象与细长体一起成像，那么通过将用于缝合已知几何结 构的对象的部分图像的参数与从系统的位置和几何结构导出的参数进行比较， 能够估计位置的不准确度。

因为部分图像的获取耗费一些时间，所以病人将不能完美地维持原状。存 在用于最小化补偿病人移动所需的校正量的一些方法(参见于2011年4月7日 提交的名称为“Method ofgenerating a radiation image ofan elongate body”的共同 待审专利申请)，但是这些方法都不能够防止病人移动。

在从系统的位置导出或从已知几何结构的对象导出的缝合参数与由用户给 定或从主体在图像中的投影自动提取的缝合参数之间的比较是病人移动量的有 价值的指示物。

系统不准确度的检测

本发明的方法的一个实施例基于在细长体的辐射图像上叠加的已知几何结 构的对象的辐射图像的使用。

可在本发明中使用的已知几何结构的对象的示例是具有在5乘5cm的规则 网格上放置的十字的无线电半透明板，如图3中所示。

细长体的辐射图像是通过由多拍摄照射和辐射检测器的读出生成部分辐射 图像来获得的，由此，每个部分图像包括细长体的辐射图像的一部分和已知几 何结构的对象的辐射图像的一部分。部分图像然后被缝合以生成细长体的完整 图像。

细长体和已知几何结构的对象的完整图像然后被用于执行不准确度的估 计。

假定已经获取两个部分图像A和B，并且假定然后通过将图像B的左上角 像素放置在图像A中的像素位置(x_s，y_s)处并利用已知合并技术合并重叠的像 素来创建缝合的图像。清楚地，对于每个位置(x_s，y_s)，创建不同的缝合图像。

对覆盖图像A和B两者的缝合图像的测量依赖于(x_s，y_s)的位置，其进一 步被称为缝合参数。

图像A中的像素(x_a，y_a)和图像B中的像素(x_b，y_b)之间的像素长度d由 下式给出：

$d=\sqrt{{(x_a-(x_b+x_s))}^2+{(y_a-(y_b+y_s))}^2}.$

对于没有对放射摄影放大因子的校正且如图4的顶部分中所图不的那样忽 略x轴分量的完美校准系统上的完美缝合图像，点(0，u)和(y₂，u)的投影之间 的距离是：

$d_2=p_2=y_2\frac{\mathrm{SID}}{\mathrm{SID}-u},$

其中，u是从点到检测器的距离，并且SID是源到图像的距离。

对于在重叠区域中的参考点上缝合的偏离校准的系统，相同点的投影之间 的距离d₂′由下式给出

d′₂＝p₁+(p′₂-p′₁)。

用以下等式表示，

$\frac{p_1}{\mathrm{SID}}=\frac{y_1}{\mathrm{SID}-u}$

p′₁＝d_y+q₁

p′₂＝d_y+q₂

$\frac{q_1}{\mathrm{SID}}=\frac{y_1}{\mathrm{SID}-v}$

$\frac{q_2}{\mathrm{SID}}=\frac{y_2}{\mathrm{SID}-u},$

其中，d_y是偏离校准的量，并且v是检测器和用作缝合参考的点之间的距离， d₂′的简化给出：

$d_2^{\prime }=d_2-d_y(\frac{\mathrm{SID}}{\mathrm{SID}-u}+\frac{\mathrm{SID}}{\mathrm{SID}-v}).$

假设我们具有下述系统：其校准在垂自放置中不正确，偏差5cm(d_y＝5)， 我们想要测量的对象在检测器前面5cm(u＝5cm)，并且它的投影是40cm (d₂＝40)，用作缝合参考的对象位于检测器前面10cm(v＝10)并比我们的对象 的顶点低20cm(y₁＝20)，以及X射线源位于离检测器180cm处(SID＝180)， 则d₂和d₂′之差是1.51mm。这说明了X射线源的位置中的5cm误差导致对于 180cm SID的超过1.5mm的测量误差。

因为测量在超长成像中是重要的，所以最小化系统的不准确度和检测偏离 校准是必不可少的。为了实现这一点，在细长体的辐射图像上叠加的已知几何 结构的对象的辐射图像被记录。通过缝合包括细长体的图像的一部分和已知几 何结结构的对象的图像的一部分的部分图像来生成总的图像。如果定位方法的理 论计算返回(x_m，y_m)作为最优缝合参数，并且基于已知几何结构的对象的所记 录的图像缝合图像导致不同的缝合参数(x_g，y_g)，则系统未被正确地定位。 (x_m，y_m)和(x_g，y_g)之间的差异的原因可能是系统的不正确校准。

该不正确校准能够以许多不同的方式被检测和报告。例如，如果以下条件 中的任一个为真，则能够在执行计算的计算机的控制之下向用户给出警告：

|x_m-x_g|＞threshold_hor

|_ym-y_g|＞threshold_vert

||x_m-x_g，y_m-y_g||＞threshold_drst，

其中，阈值是预定义的值。这些阈值可以用实验方法在完好校准的系统上确定 或可以等于基于系统的机械特性的最大期望差值。其他条件或准则可能是观察 值和期望值的统计分析、置信度测试的性能、统计假设测试或用于确定是否值 在系统的限制内可接受的任何其他统计测试。

病人移动的检测

如果超长成像序列满足以上章节中定义的所有接受准则，那么病人移动的 检测变得对确定缝合图像中的测量质量来说重要。因为对于使用多次曝光的方 法来说病人移动是不可避免的，所以放射摄影师通常可访问用于校正由移动引 起的影响的工具。这些工具不同于用于完成自动配准方法的人工技术。

假设放射摄影师利用缝合参数(x_a，y_a)定位部分图像，如果以下条件之一 为真，则能够给出病人移动过度的指示：

|x_a-x_g|＞th_hor

|y_a-y_g|＞th_vert

||x_a-x_g，y_a-y_g||＞th_drst。

显而易见，上述等式中的(x_g，y_g)能够被替换为(x_m，y_m)或者其他准则能 够被用于确定是否给出病人移动的指示。病人移动的所投影的量由下式给出：

movement_hor＝x_a-x_g

movement_vert＝y_a-y_g。

实施方式

在图5中图示了本发明的可能实施方式，图5示出了由3个部分图像构成 的超长图像。示出了两个重叠区：一个刚好在手的下面，而另一个在膝盖的高 度处。在图像右侧，给出了病人移动的量的指示。对于底部区，被应用以获得 正确缝合图像的校正的量是垂直1mm和水平0mm。这落在我们的系统的准确 度界限内，并且未示出警告指示物。

对于顶部区，报告了1.1cm和2mm的垂直位移。当查看右腿时，该病人移 动能够被容易地在视觉上检测到，但当查看左腿时，该病人移动不是在图像中 明显可见的。为了向用户报警由该病人移动引起的可能误差，在重叠区附近示 出了感叹号。