用于胸部断层融合重建的几何失真校正方法和装置制造方法及图纸

用以校正在胸部断层融合应用中的图像重建期间，采集几何结构的假设几何参数与实际几何参数之间的对准误差的方法和系统，包括下述步骤：接收在已知的采集几何结构中的至少2个不同位置处采集的至少2个原始投影图像，通过确定冗余平面成本函数的最小值来确定实际几何参数值，该冗余平面成本函数是针对所述几何参数值的变化的范围而计算的，并且是通过下述各项来确定：a）至少一个平面，其与X射线源轨迹相交具有至少两个点，b）所述平面与检测器表面之间的交点，针对该点来确定源位置，以及c）针对其确定交点（λ,μ,l）的参数被用于所述成本函数的构建，将所述采集几何结构的所计算的实际几何参数值应用于多个图像的图像重建，其特征在于，在计算所述成本函数之前，将加权函数应用于所述多个所采集的图像。

Geometric Distortion Correction Method and Device for Thoracic Tomography Fusion Reconstruction

A method and system for correcting alignment errors between hypothetical geometric parameters and actual geometric parameters of geometric structures during image reconstruction in thoracic tomography fusion applications includes the following steps: receiving at least two original projection images collected at at at at at at at at at least two different locations in known geometric structures, and determining the minimum value of the redundant plane cost function To determine the actual geometric parameter value, the redundant plane cost function is calculated for the range of the variation of the geometric parameter value, and is determined by the following items: a) at least one plane intersecting with the X-ray source trajectory has at least two points, b) the intersection point between the plane and the detector surface, the source location is determined for that point, and c) the intersection point is determined for it. The parameters of point (lambda, mu, l) are used to construct the cost function. The actual geometric parameters calculated by the acquisition geometry structure are applied to image reconstruction of multiple images. The feature is that before calculating the cost function, the weighting function is applied to the multiple collected images.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于胸部断层融合重建的几何失真校正方法和装置
本专利技术一般涉及校正胸部断层融合X射线系统的假设采集几何结构中的误差，以便减少在图像重建期间出现重建图像伪影。
技术介绍
在医学成像中，胸部断层融合（TS）是一种形式的有限角度X射线断层摄影术，可以利用其计算患者的3D图像。在胸部断层融合中，使用固定的平板检测器来采集投影图像，该检测器被放置在患者和通常在直线上移动的机动化X射线管的后面，以从有限角度来创建投影图像。胸部成像和胸部断层摄影术的内在特性在于，所成像的身体部分（胸部）在投影图像中表现得是‘截断的’。尽管如此，可以设想在不同的却示出相同图像采集约束（即截断）的临床或非临床应用领域中的其他应用。随后，重建算法被用来重建与检测器平行的剖面。利用诸如X射线管机动化和平板检测器同步之类的轻微修改，可以在标准X射线模态上实行胸部TS。胸部TS提供较高平面内分辨率，但是由于投影图像的有限的采集角度而受到低深度分辨率的影响（如在J.T.Dobbins、H.P.McAdams、D.J.Godfrey和C.M.Li的“Digitaltomosynthesisofthechest,”JournalofThoracicImaging,vol.23,no.2,pp.86–92,2008中所描述的）。尽管如此，胸部TS能够将重叠的解剖分成连续的剖面，从而使得与标准X射线图像相比某些病理的检测更容易（参考N.Molk和E.Seeram的“Digitaltomosynthesisofthechest:Aliteraturereview,”Radiography,vol.21,no.2,pp.197–202,2015）。为了重建高质量TS图像，准确了解X射线源和检测器的相对位置是至关重要的。假设采集几何结构中的不准确导致了诸如条纹图案（striping）和模糊之类的重建伪影。对于胸部断层融合，一个重要的几何参数是检测器相对于X射线管的线性运动路径的取向。甚至检测器取向上的小于0.5°的不准确都可能导致显著的图像重建伪影。在利用平台中的矩形检测器实行采集时，不能容易地避免这些不准确，因为机械的检测器组件允许被操作员旋转90°，从而由于组件本身的锁定机构的机械限制而导致了不准确的取向。此外，在移动断层融合的情况下，检测器取向甚至更难以控制，因为X射线源轨迹与检测器角度之间不存在机械对准或耦合。因此，需要准确校准采集几何结构的方法。该采集几何结构可以是使用校准模体（calibrationphantom）离线（意味着不在采集期间）测量的（如例如由H.Miao、X.Wu、H.Zhao和H.Liu的“Aphantom-basedcalibrationmethodfordigitalx-raytomosynthesis.”J.Xray.Sci.Technol.,vol.20,no.1,pp.17–29,2012年1月所描述的），以及使用投影图像在线测量的。对于在线校准，可以使用无线电不透明标记物来导出采集几何结构（参见R.Han、L.Wang、Z.Liu、F.Sun和F.Zhang的“Anovelfullyautomaticschemeforfiducialmarker-basedalignmentinelectrontomography.”（J.Struct.Biol.,vol.192,no.3,pp.403–17,2015年12月），或者还参见美国专利US8000522），但是该方法很麻烦，因为在每次采集之前需要非常准确地应用标记物。另一方式是利用描述了投影图像之间的冗余的数据一致性条件。根据这些条件，可以制定成本函数，其在最小化之后导致诸如检测器取向和位置之类的最优几何参数。这样的技术已经被开发用于基于极线一致性条件（ECC）来在锥束计算机断层摄影术设置中估计和校正几何参数（参见C.Debbeler、N.Maass、M.Elter、F.Dennerlein和T.M.Buzug的“ANewCTRawdataRedundancyMeasureappliedtoAutomatedMisalignmentCorrection,”Proc.FullyThree-dimensionalImageReconstr.Radiol.Nucl.Med.,pp.264–267,2013）。在专利申请WO2014/108237中公开了相同的技术。然而，针对断层融合的改进是有必要的，因为ECC不够鲁棒，无法处理被截断的投影。在最近的科学工作中，引入了启发式加权函数来对投影图像中的灰度值进行加权，这取决于通过在全部投影上是可见的对象的部分的射线的分数（fraction）以及最大对象厚度的估计（参见A.Grulich,Tobias和Holub,Wolfgang和Hassler,Ulf和Aichert,André和Maier的“GeometricAdjustmentofX-rayTomosynthesis,”在FullyThree-DimensionalImageReconstr.Radiol.Nucl.Med.,Newport,2015,pp.468–471中）。因此，该所描述的方法描述了一种依赖于不便于提供好结果的所估计的患者大小（厚度）的加权方法。
技术实现思路
本专利技术提供一种用于胸部断层融合的方法和系统，其包括用以改善被用来校正断层融合图像采集的假设采集几何结构与实际采集几何结构之间的差异的计算方法的鲁棒性的方法，如在独立权利要求1和6中阐述的。应该指出的是，本专利技术不限于仅在胸部断层融合方面的应用，并且可以设想在其中遇到相同图像采集约束（即截断的）的不同临床或非临床应用领域中的其他应用。上文描述的方面由如在权利要求1至11中阐述的系统来解决。在本专利技术的上下文中，采集几何结构必须被理解为构成数字成像模态的不同部件的几何布置，是按照所谓的图像采集单元的部件的布置的一组几何参数所定义的几何设置。为了是起作用的，需要准确地知道针对断层融合成像的采集几何结构，以便于重建算法正常工作。然而，真实采集几何结构可能与假设采集几何结构轻微偏离，该假设采集几何结构是采集几何结构的理论设置。数据采集单元必须被理解为实行X射线图像采集（通常被称为X射线模态）的部件的配置。构成这样的系统的部件通常是患者定位设备、X射线源和数字图像检测器。需要患者定位设备以针对X射线源和数字图像检测器是稳定且可访问的方式（诸如平台，或不同的定位单元）来定位患者或对象。然而，该定位设备对胸部断层融合系统而言是推荐的而非可选的部件；患者也可以在靠近数字图像检测器自由站立的同时而被定位。X射线源通常是安装在支架或底座上的X射线管，并且由在曝光时刻向管灯丝供应高压电流的X射线生成器来驱动。数字图像检测器采集由源自X射线源的X射线投射的所成像的患者或对象的X射线阴影。采集投影图像并且将其转换成数字可读的格式。该数字可读图像在本申请的上下文中被称为原始投影图像，因为其包括来自单次投影图像采集的原始或未经处理的图像数据。对象的投影图像是在不同位置中采集的，意味着在大多数情况下，当X射线源或数字图像检测器（或二者）在采集后续投影图像之前被移动到不同位置时，该对象保持不动。在大多数情况下，X射线检测器和/或图像检本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用以校正在断层融合应用中的图像重建期间的采集几何结构的假设几何参数与实际几何参数之间的对准误差的方法，所述方法包括步骤：‑ 接收在已知的采集几何结构中的至少2个不同位置上采集的至少2个投影图像，‑ 通过确定冗余平面成本函数的最小值来确定实际几何参数值，所述冗余平面成本函数是针对所述几何参数值的变化的范围而计算的，并且通过以下各项来确定：a）至少一个平面，其与X射线源轨迹相交具有至少两个点，b）所述平面与检测器表面之间的交点，针对该点来确定源位置，以及c）针对其确定所述交点（λ，μ，l）的参数被用于所述成本函数的构建，‑ 将所述采集几何结构的所计算的实际几何参数值应用于多个图像的图像重建，其特征在于，在计算所述成本函数之前，将加权函数应用于多个所采集的图像。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.09 EP 16173767.11.一种用以校正在断层融合应用中的图像重建期间的采集几何结构的假设几何参数与实际几何参数之间的对准误差的方法，所述方法包括步骤：-接收在已知的采集几何结构中的至少2个不同位置上采集的至少2个投影图像，-通过确定冗余平面成本函数的最小值来确定实际几何参数值，所述冗余平面成本函数是针对所述几何参数值的变化的范围而计算的，并且通过以下各项来确定：a）至少一个平面，其与X射线源轨迹相交具有至少两个点，b）所述平面与检测器表面之间的交点，针对该点来确定源位置，以及c）针对其确定所述交点（λ，μ，l）的参数被用于所述成本函数的构建，-将所述采集几何结构的所计算的实际几何参数值应用于多个图像的图像重建，其特征在于，在计算所述成本函数之前，将加权函数应用于多个所采集的图像。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述采集几何结构的所计算的几何参数是所述图像检测器的实际取向相对于与在成像模态中定义所述X射线源轨迹的点相交的平面之间的角度。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述加权函数是高斯函数，其中像素值或相应地冗余成本函数值的权重根据具有3σ=L1和3σ=R1的高斯分布从0增加到1，其中L1和R1是所应用的截断滤波器的相对宽度。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述加权函数是S形函数，其中所述像素值或相应地所述冗余成本函数值的权重在0与L1之间以及在R1与0之间根据S形分布从0增加到1，其中L1和R1是所应用的截断滤波器的相对宽度。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述加权函数是线性函数，其中所述像素值或相应地所述冗余成本函数值的权重在0与L1之间以及在R1与0之间根据线性分布从0增加到1，其中L1和R1是所应用的截断滤波器的相对宽度。6.一种用于断层融合应用的医疗成像装置，其包括：-图像采集单元，其被配置成在采集几何结构中的两...

【专利技术属性】
技术研发人员：J坎特，J西博斯，
申请(专利权)人：爱克发有限公司，
类型：发明
国别省市：比利时,BE