一种X射线层析成像系统技术方案

本发明专利技术涉及医学成像技术领域，公开了一种X射线层析成像系统。包括：X射线成像模块，被配置为采用一X射线成像设备获取待成像对象的指定检查部位的多角度的二维影像；二维影像接收模块，被配置为接收在X射线成像模块中获取到的指定检查部位的多角度的二维影像；三维影像重建模块，被配置为采用图像重建算法将多张不同角度的二维影像，重建出三维影像，形成在成像区域内的体素数据。不仅有效利用了Tomosynthesis技术在三维成像方面拍摄效率高、比CT剂量低的优势，而且突破了Tomosynthesis三维成像范围的限制，满足对人体更长区域的连续脉冲拍摄和三维成像，满足包括人体全长、脊柱全长或下肢全长等特定临床诊断场景的需求。断场景的需求。断场景的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种X射线层析成像系统


[0001]本专利技术涉及医学成像
，尤其涉及一种X射线层析成像系统。可通过控制X射线源和平板探测器沿垂直或水平方向连续同向移动，并在移动过程中，按指定时间间隔进行脉冲拍摄，从而实现对受试者全身任意指定区域持续拍摄，从而获得受检查区域若干张X射线平面影像。借助本专利技术中的三维重建算法，对所采集的若干张X射线平面图像进行处理，构建受检查区域的三维影像。

技术介绍

[0002]断层合成(Tomosynthesis)是一种使用标准X射线设备的成像技术数字平板探测器从不同角度获得的极低剂量投影生成层析图像。这些图像平行于探测器的平面。球管在不连续的位置上多角度投照获取图像，通过移动和叠加投照的图像，任何设定高度的一个物体的断层图像均可以被重建出来。例如，如图1和图2所示的大平板胃肠机岛津SONIALVISION safireⅡ中，在一次扫描下获得连续多层面的高清晰断层图像。
[0003]但是，现有能够实现Tomosynthesis功能的X射线成像系统，其在进行层析图像采集时，有的采用平板探测器与射线源反向运动，伴随着射线源角度的旋转；有的采用平板探测器位置不变，射线源围绕平板探测器进行旋转。无论采用哪种现有技术，其三维成像范围都不大，难以满足人体更长区域的三维成像(如全身、全脊柱、全下肢等)，在临床应用上存在一定的局限性。
[0004]此外，现有的Tomosynthesis设备控制方式较复杂，机架结构设计与软件控制成本较高。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种X射线层析成像系统。实现X射线发射端和X射线接收端沿垂直或水平方向连续同向移动，在移动的过程中，向位于发射端和接收端中间的成像区域连续发射X脉冲射线，形成若干张不同角度的分布于整个成像区域的二维平面影像；并通过图像重建算法从多张不同角度的分布于整个成像空间的二维影像中获取体素数据，重建出三维影像；当需要获取特定平面的切片时，通过多平面切割算法，获取体素数据在特定平面内的像素值，得到不同断层的切片影像。本专利技术可在很大程度上突破现有Tomosynthesis系统在三维成像区域上的限制。
[0006]本专利技术的上述专利技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
[0007]一种层析X射线成像系统，包括：X射线成像模块、二维影像接收模块、三维影像重建模块；
[0008]所述X射线成像模块，被配置为采用一X射线成像设备获取待成像对象的指定检查部位的多角度的二维影像；
[0009]所述二维影像接收模块，被配置为接收在所述X射线成像模块中获取到的所述指定检查部位的多角度的所述二维影像；
[0010]所述三维影像重建模块，被配置为采用包括平移
‑
叠加法、滤波反投影法、迭代重建法在内的任意一种图像重建算法将多张不同角度的所述二维影像，重建出三维影像，形成在成像区域内的体素数据。
[0011]进一步地，在所述X射线成像模块中，采用的所述X射线成像设备具体包括：
[0012]X射线发射端，用于向所述指定检查部位发射X射线；
[0013]X射线接收端，用于在所述X射线发射端发射的X射线穿过所述指定检查部位之后接收X射线，同时所述X射线接收端与所述X射线发射端在成像时平行且同步运动，在运动过程中以某一时间间隔脉冲照射所述指定检查部位，随着所述X射线发射端、所述X射线接收端与所述指定检查部位的相对运动，X射线在所述X射线接收端上的投影成像不停变化，得到若干不同角度的所述二维影像。
[0014]进一步地，还包括：所述X射线成像设备采用包括站立、平躺在内的两种任意一种形式对所述指定检查部位进行成像。
[0015]进一步地，当所述X射线成像设备采用站立的形式进行成像时，所述X射线成像设备，还包括：垂直传动机构；
[0016]所述垂直传动机构，用于固定所述X射线发射端和所述X射线接收端，并利用运动控制系统实现所述X射线发射端和所述X射线接收端同时运行；
[0017]其中，所述垂直传动机构可以包括一个或两个垂直传动单元；当所述垂直传动单元为一个时，采用包括C型臂在内的方式固定所述X射线发射端和所述X射线接收端，形成一稳定的C型结构固定于所述垂直传动单元上，采用运动控制系统控制所述C型结构上下运动；当所述垂直传动单元为两个时，分别将所述X射线发射端和所述X射线接收端固定于两个所述垂直传动单元上，采用运动控制系统控制所述X射线发射端和所述X射线接收端同时运行。
[0018]进一步地，还包括：所述垂直传动机构采用包括立柱型、悬吊型在内的任意一种形式。
[0019]进一步地，当所述X射线成像设备采用平躺的形式进行成像时，所述X射线成像设备，还包括：C型臂和病床；
[0020]所述C型臂，被配置为用于以相对的形式固定所述X射线发射端和所述X射线接收端；
[0021]所述病床，被配置为用于提供给所述待成像对象平躺；
[0022]其中，所述C型臂和所述病床中至少包括一个可以水平移动。
[0023]进一步地，所述三维影像重建模块，具体的重建模式为：
[0024]将所述指定检查部位所在的空间离散为若干大小相同的长方体单元，记为体素；其中，体素的一组长方形平面平行于所述X射线接收端，体素内所有质心对X射线吸收率相同，体素中心坐标V(x,y,z)表示体素空间位置，x表示体素水平位置，y表示体素垂直高度位置，z表示体素到所述X射线接收端的距离；
[0025]图像重建即求解所述指定检查部位全部或部分体素X射线吸收率A(x,y,z)的问题，包括平移
‑
叠加法、滤波反投影法、迭代重建法在内的方法，具体为：
[0026]A：平移
‑
叠加法，用K个等间距平行于所述X射线接收端的平面截取所述指定检查部位的所在空间，可以得到K个目标平面，每个所述目标平面内包含M个待求解体素，所述目
标平面内的所有体素到所述X射线接收端的垂直距离相同，所述X射线发射端到所述X射线接收端的垂直距离相同，因此拍摄同一所述目标平面体素的放大率相同；
[0027]对于所述目标平面z＝z
k
内任意体素V(x
i
,y
i
,z
k
)在所述X射线接收器平面的投影v(x
ij
,y
ij
)有：
[0028][0029][0030]式中H
j
表示第j个所述X射线发射端的高度位置，D表示所述X射线发射端到所述X射线接收端的垂直距离，假设所述X射线发射端和所述X射线接收端运动全过程中，共有N条射线穿透体素V(x
i
,y
i
,z0)，所述X射线发射端处于高度H
j
发出X射线穿透体素得到投影数据P
j
，则可通过下式中平移
‑
叠加法求得目标体素吸收率A(x
i
,y
i...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种层析X射线成像系统，其特征在于，包括：X射线成像模块、二维影像接收模块、三维影像重建模块；所述X射线成像模块，被配置为采用一X射线成像设备获取待成像对象的指定检查部位的多角度的二维影像；所述二维影像接收模块，被配置为接收在所述X射线成像模块中获取到的所述指定检查部位的多角度的所述二维影像；所述三维影像重建模块，被配置为采用包括平移
‑
叠加法、滤波反投影法、迭代重建法在内的任意一种图像重建算法将多张不同角度的所述二维影像，重建出三维影像，形成在成像区域内的体素数据。2.根据权利要求1所述的层析X射线成像系统，其特征在于，在所述X射线成像模块中，采用的所述X射线成像设备具体包括：X射线发射端，用于向所述指定检查部位发射X射线；X射线接收端，用于在所述X射线发射端发射的X射线穿过所述指定检查部位之后接收X射线，同时所述X射线接收端与所述X射线发射端在成像时平行且同步运动，在运动过程中以某一时间间隔脉冲照射所述指定检查部位，随着所述X射线发射端、所述X射线接收端与所述指定检查部位的相对运动，X射线在所述X射线接收端上的投影成像不停变化，得到若干不同角度的所述二维影像。3.根据权利要求2所述的层析X射线成像系统，其特征在于，还包括：所述X射线成像设备采用包括站立、平躺在内的两种任意一种形式对所述指定检查部位进行成像。4.根据权利要求3所述的层析X射线成像系统，其特征在于，当所述X射线成像设备采用站立的形式进行成像时，所述X射线成像设备，还包括：垂直传动机构；所述垂直传动机构，用于固定所述X射线发射端和所述X射线接收端，并利用运动控制系统实现所述X射线发射端和所述X射线接收端同时运行；其中，所述垂直传动机构可以包括一个或两个垂直传动单元；当所述垂直传动单元为一个时，采用包括C型臂在内的方式固定所述X射线发射端和所述X射线接收端，形成一稳定的C型结构固定于所述垂直传动单元上，采用运动控制系统控制所述C型结构上下运动；当所述垂直传动单元为两个时，分别将所述X射线发射端和所述X射线接收端固定于两个所述垂直传动单元上，采用运动控制系统控制所述X射线发射端和所述X射线接收端同时运行。5.根据权利要求4所述的层析X射线成像系统，其特征在于，还包括：所述垂直传动机构采用包括立柱型、悬吊型在内的任意一种形式。6.根据权利要求3所述的层析X射线成像系统，其特征在于，当所述X射线成像设备采用平躺的形式进行成像时，所述X射线成像设备，还包括：C型臂和病床；所述C型臂，被配置为用于以相对的形式固定所述X射线发射端和所述X射线接收端；所述病床，被配置为用于提供给所述待成像对象平躺；其中，所述C型臂和所述病床中至少包括一个可以水平移动。7.根据权利要求2所述的层析X射线成像系统，其特征在于，所述三维影像重建模块，具体的重建模式为：将所述指定检查部位所在的空间离散为若干大小相同的长方体单元，记为体素；其中，体素的一组长方形平面平行于所述X射线接收端，体素内所有质心对X射线吸收率相同，体
素中心坐标V(x,y,z)表示体素空间位置，x表示体素水平位置，y表示体素垂直高度位置，z表示体素到所述X射线接收端的距离；图像重建即求解所述指定检查部位全部或部分体素X射线吸收率A(x,y,z)的问题，包括平移
‑
叠加法、滤波反投影法、迭代重建法在内的方法，具体为：A：平移
‑
叠加法，用K个等间距平行于所述X射线接收端的平面截取所述指定检查部位的所在空间，可以得到K个目标平面，每个所述目标平面内包含M个待求解体素，所述目标平面内的所有体素到所述X射线接收端的垂直距离相同，所述X射线发射端到所述X射线接收端的垂直距离相同，因此拍摄同一所述目标平面体素的放大率相同；对于所述目标平面z＝z
k
内任意体素V(x
i
,y
i
,z
k
)在所述X射线接收器平面的投影v(x
ij
,y
ij
)有：)有：式中H
j
表示第j个所述X射线发射端的高度位置，D表示所述X射线发射端到所述X射线接收端的垂直距离，假设所述X射线发射端和所述X射线接收端运动全过程中，共有N条射线穿透体素V(x
i
,y
i
,z0)，所述X射线发射端处于高度H
j
发出X射线穿透体素得到投影数据P
j
，则可通过下式中平移
‑
叠加法求得目标体素吸收率A(x
i
,y
i
,z
k
):式中h
j
表示第j个所述X射线接收端的中心高度位...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡宗远，周卫东，戴兴武，
申请(专利权)人：上海涛影医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：