CN110267597A - 期望成像的解剖结构的定位和计算机断层摄影 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及设置被成像的解剖结构和计算机断层摄影成像装置的成像部件的相互位置，使得具体地恰好期望获得成像的解剖结构的体积被实际地成像的问题。为了进一步定位，在显示器上显示从待成像的解剖结构生成的三维虚拟定位模型(40)形式的定位工具，从该显示器上可以指向、选择或定义期望获得成像的解剖结构的体积(41)。

Description

期望成像的解剖结构的定位和计算机断层摄影
技术领域
本发明涉及定位待成像的体积以进行计算机断层摄影成像，或者换句话说，涉及将成像定向到期望的解剖结构。本发明特别地涉及人或动物头颅区域的计算机断层摄影成像。
背景技术
医学计算机断层摄影成像(CT成像)是X射线成像的一种形式，其中从不同方向照射待成像的体积，并且之后从如此获取的数据重建期望的二维或三维图像。当对人进行X射线成像时，必须通过尽可能小的辐射剂量来实现成像以使得仍然能够进行诊断。由于这一点，待成像的体积的大小和形状被尽量保持尽可能小。例如，牙科锥形束计算机断层摄影(CBCT)通常不会产生用于重建完整颅骨宽度的体积横截面的解剖结构的图像信息，而是仅重建较小的部分体积，诸如覆盖牙弓的一部分的体积。希望对某个部分体积成像但同时试图不对任何诊断上不必要的任何部分进行成像自然会导致将待成像的解剖结构定位到成像装置使得可以具体地对期望的解剖结构体积进行成像的问题。
已知定位解剖结构使用例如各种定位灯，诸如激光线。将这样的灯对准解剖结构中的期望点总是花费一些时间，并且当整个过程主要基于对期望待成像的体积相对于解剖结构的外部特征的位置的“有根据猜测”时，即使由经验丰富的人的定位也可能被证明是不准确的。在这种情况下，可能必须更新成像，这增加了患者的总辐射剂量并且通常令人沮丧并且需要患者和人员的额外时间。
还已知通过以小的辐射剂量拍摄解剖结构的侦察X射线图像来促进成像的引导，期望获得成像的体积的位置可以从该侦察X射线图像识别。但是，这种侦察图像的质量通常非常差，另一方面，即使小的额外辐射剂量不论怎样也总是增加辐射负荷。
发明内容
本发明的目的是改进用于计算机断层摄影成像的解剖结构的定位。
在所附独立权利要求中限定的本发明基于一种解决方案，其中基于被成像的解剖结构的表面的形状的虚拟三维定位模型被显示在显示器上并用作定位工具。可以根据定位模型指向、选择或定义期望获得成像的解剖结构的体积。本发明的一些优选实施例在所附的从属权利要求中给出，并在下面更详细地描述。
因此，本发明基于一种解决方案，其中患者位于计算机断层摄影成像装置的成像区域中，并且从正被成像的患者生成的虚拟定位模型显示在计算机显示器或与成像装置相关布置的显示器上。定位模型可以是例如基于患者的光学成像生成的表面模型。在这样的模型中，可以指向或选择期望获得成像的体积，之后，将关于该体积的位置的信息作为控制数据发送到计算机断层摄影成像装置的控制***。为了使控制***知道从显示器中选择的体积对应于成像装置的坐标集中的哪个体积，该***还包括关于显示器上显示的模型的坐标集如何相对于计算机断层摄影成像装置的X射线图像部件的位置定位。用于提供该数据的一种解决方案是通过光学部件产生用于生成虚拟定位模型的信息，所述光学部件被布置为计算机断层摄影成像装置的结构的一部分，由此可以通过相同的装置和相同的患者定位执行定位模型和实际CT成像的生成。
根据本发明的解决方案提供了一种新的视觉和易于使用的可能性，以将被成像的体积引导到患者的解剖结构中的期望地点并且以不增加辐射负荷的方式进行。用于引导成像的显示器可以放置在防辐射的单独空间中，并且可以从那里执行引导，由此，在引导之后，不需要仍然等待帮助成像的人从成像设施退出，用于避免辐射。
附图说明
现在参考其优选实施例和附图更详细地描述本发明，其中：
图1示出了锥形束计算机断层摄影成像中使用的典型装置；
图2和图3示出了适用于根据图1的装置的图像信息的接收器模块的第一和第二示例；
图4示出了虚拟定位模型和被示出为与其相关的定位体积；以及
图5示出了根据本发明的用于定位用于计算机断层摄影成像的解剖结构的一种方法。
具体实施方式
图1示出了适用于计算机断层摄影的一种装置的基本结构。该装置包括垂直支撑构造11和臂部13，从垂直支撑构造11延伸支撑患者支撑部件的臂12，臂部13支撑支撑装置的成像部件的结构，臂部14。在根据图1的结构中，支撑成像部件的臂部14经由第二可旋转臂部分14'可旋转地布置，该解决方案为移动成像部件提供了多种可能性。支撑成像部件的臂部14彼此相距一定距离地布置有X射线源15和X射线图像信息的接收器21，X射线源15和X射线图像信息的接收器21相对于患者支撑部件17定位在装置上，使得在装置中形成位于X射线源15和X射线图像信息的接收器21之间的成像站18，使得由X射线源15产生的波束可以对准以经由成像站18通过到X射线图像信息的接收器21部件。该装置包括控制***，图1示出了布置到支撑构造11的控制面板16和与其相关的操作模式选择部件19。在根据图1的装置中，X射线图像信息的接收器21部件被布置为图像信息的接收器模块20的一部分，其被布置为经由诸如电缆、蓝牙或无线网络之类的固定或无线连接与计算机30进行功能连接。计算机布置有用于处理图像信息的部件和用于显示图像信息的部件，该部件包括用于显示由计算机生成的图像的显示器31。
图2示出了适用于根据图1的装置的图像信息的一个接收器模块20。该模块包括两个光学相机22，它们水平地布置在X射线探测器21的相对侧上并且在成像站18处对准。另外，两个激光器24被布置到模块20，并且光源23优选地产生白光以照射成像站18。激光器基本上定位在模块20的中间，以基本上靠近其上边缘和下边缘。激光器24被布置为在成像站18处发射并引导窄的垂直扇形波束，该扇形波束在患者的面部上投射激光图案。
光源23可以布置为产生除白色之外的其它一种或多种颜色的光。还可以为装置布置两个以上的相机或仅一个相机22，并且相机22可以被布置成不仅作为摄像相机操作，而且还作为连续操作的视频相机操作。在患者的面部上投射的光图案可以由除激光之外的一些其它光源产生，并且该光图案的颜色也可以布置为可改变的，并且当由激光产生时，其颜色可以是除了常规的红色之外的其它颜色，诸如优选地特别为绿色。
上述类型的模块可以通过仅在其中容纳上面提到的组件的一部分来实现。作为不同模块的示例，图4示出了不包括激光器24但是在彼此之上属于相机22以在模块20的两个边缘上形成相机对的布置。仍然，在任一方向上甚至在两个以上的方向上都可以存在相机22。
图4示出了解剖结构的虚拟定位模型40和被示出为与其相关的定位体积41。图4中所示的定位体积41是圆柱体，但它也可以是某种其它形状。在定位体积41的一部分位于定位模型40的表面的外侧和一部分位于内侧的情况下，可以将定位体积41布置为对于这些部分呈现为看起来不同。
还可以示出至少两个定位模型40，其示出了从不同投影方向的解剖结构，并且如果在那种情况下也示出定位体积41，那么还可以示出如从对应方向看到的在每个投影中其相对于定位模型40的位置。
图5呈现了用于将计算机断层摄影成像引导到被成像的解剖结构的期望体积的方法。该方法可以利用例如图1所示的布置，其包括计算机断层摄影成像装置(其包括X射线成像部件)、计算机断层摄影成像装置的控制***，以及与计算机断层摄影成像装置功能连接地布置用于显示图像信息的部件。计算机断层摄影成像装置可以是例如计算机断层摄影装置(CT)或锥形束计算机断层摄影成像装置(CBCT)。用于显示图像信息的部件可以包括例如显示器31，诸如计算机、电话或平板电脑的显示器。显示器可以是例如常规的显示器或触摸屏。
在步骤300的方法中，解剖结构被定位在成像装置的成像区域中，例如，在图1所示的装置的情况下，在成像站18的患者支撑部件17中。在步骤302中，用于显示图像信息的部件(诸如显示器31)示出了从被成像的解剖结构生成的虚拟定位模型40。定位模型40可以是例如三维表面模型或三维体积模型，其包括颅骨解剖结构的至少一部分。定位模型40也可以是纹理模型。定位模型40可以在将患者定位在成像区域中之前被预先生成，从而可以例如在计算机存储器中保存定位模型40，并且然后在成像时从那里获取。另一方面，如果已经将合适的部件(诸如根据图3或图4的模块)布置到计算机断层摄影装置，则可以在待成像的解剖结构已经定位在计算机断层摄影成像装置的成像区域中时生成定位模型40。在步骤304中，当已经指向期望获得成像的解剖结构的体积在定位模型40中的位置时，在步骤306中，定位模型40的坐标集的位置与计算机断层摄影成像装置的X射线成像部件的位置的关系被确定，由此在步骤308中，可以将控制数据发送到计算机断层摄影成像装置的控制***，以对期望体积的解剖结构进行成像。如果已经结合断层摄影成像事件根据从断层摄影成像装置获取的图像信息生成定位模型，则可以从成像装置的部件的已知几何形状及其校准数据直接解析以上提到的位置的关系。步骤306可以在步骤304之前更早的处理中执行而不仅仅在步骤304之后。如果该处理利用较早生成的定位模型或以除了由断层摄影装置自身获取的图像信息之外的某些其它方式生成的定位模型，则需要校准布置以将定位模型定位到计算机断层摄影成像装置的已知坐标集。
因此，定位模型40可以由根据图1的装置生成，例如，该装置包括诸如根据图2或图3的模块，在该装置中，支撑成像部件的结构14可旋转地布置。然后，可以从不同方向通过图像信息的接收器模块20，并且在一种可能的布置中，投影在解剖结构上的激光或某种其它光图案的光学相机布置来拍摄位于成像站18处的解剖结构的图片。当使用例如根据图2的布置，其中相机22和激光器24彼此相距一定距离定位时，可以用激光线扫描位于成像站18处的解剖结构，同时以相对于激光束方向成一定角度拍摄解剖结构的图片。根据如此获取的图像信息，可以生成要用作定位模型40的可以被显示在显示器31上的三维表面模型。
可以借助于计算机鼠标、键盘和/或通过在显示器31上直接指向期望点来在定位模型40中指向期望获得成像的体积。通过在显示器31上显示可以移动的定位体积41，可以便于指向。借助于定位体积，可以指向或确定期望获得成像的体积在定位模型40中的位置。定位体积41可以是例如圆柱体的形状并且其尺寸对应于成像装置被布置来成像的体积。在一个实施例中，可以改变定位体积41的尺寸，然后该变化被传送到成像装置的控制***。
总而言之，根据本发明的用于定位用于计算机断层摄影成像的解剖结构的方法可以被描述为使用一种布置的方法，该布置包括包括X射线成像部件的计算机断层摄影成像装置、计算机断层摄影成像装置的控制***、以及与计算机断层摄影成像装置功能连接地布置的用于显示图像信息的部件。在该方法中，包括期望获得成像的体积的解剖结构位于计算机断层摄影成像装置的成像区域中，并且虚拟定位模型由用于显示图像信息的部件示出，该定位模型示出了解剖结构的三维表面的至少一部分并且包括期望获得成像的体积。在虚拟定位模型中指向、选择或确定期望获得成像的体积的位置，并且当虚拟定位模型的坐标集的位置与计算机断层摄影成像装置的X射线成像部件的坐标集的位置的关系已经被解析时，控制信息被发送到计算机断层摄影成像装置的控制***，用于对期望获得成像的解剖结构的体积进行成像-该控制信息因此基于虚拟定位模型的坐标集的位置与计算机断层摄影成像装置的X射线成像部件的坐标集的位置的关系的知识以及期望获得成像的体积的定位模型中的位置的知识。
为了促进该方法，用于显示图像信息的部件可以显示定位体积，诸如包括圆柱表面的体积，借助于该体积，可以指向、选择或确定期望获得成像的体积在虚拟定位模型中的位置。定位体积的尺寸可以预先确定，或者它们也可以改变。在指向、选择或确定要成像的体积的位置时可以包括以下动作中的至少一个动作：i)在成像区域中移动解剖结构，ii)移动在用于显示图像信息的部件上示出的期望获得成像的体积，iii)移动X射线成像部件。例如，在其中使用根据图1的成像装置的情况下，其中支撑成像部件的臂部14的旋转轴的位置可在其操作范围内自由调节，通常在成像之前不需要移动解剖结构或成像部件，而是根据借助于定位模型40在显示器上做出的确定，成像可以从原始定位开始实现，但然后实现实际成像-即成像期间的运动-由此具体而言，可以对期望的解剖结构进行成像。
当解剖结构已经定位在计算机断层摄影成像装置的成像区域中时，可以实时生成定位模型，并且还可以在将被成像的解剖结构定位在计算机断层摄影成像装置的成像区域中的同时更新定位模型。因此，例如，通过利用光学相机布置，可以使用定位模型的坐标集与计算机断层摄影成像装置的成像部件的位置的关系，以在计算机断层摄影成像期间识别患者在成像区域中的位置，并且如果注意到解剖结构的位置改变，则通过以对应于患者的位置的变化的方式校正X射线成像部件的运动来控制成像期间X射线成像部件的运动，即，以补偿患者的位置发生的变化。
因此，定位模型可以是基于光学信息的模型，并且可以通过布置在计算机断层摄影成像装置中的光学相机布置来产生用于生成定位模型的信息。相机布置可以相对于在至少第一运动方向上进行成像的解剖结构移动，并且它可以包括i)相机布置，其中至少两个光学相机在所述运动方向上彼此相距一定距离定位，或者ii)根据结构i)的相对于所述运动方向在基本垂直的方向上彼此相距一定距离定位的至少两个相机布置。
可以优选地结合对头颅区域(诸如牙弓的部分)进行成像引用该方法，由此虚拟定位模型包括患者的头颅解剖结构的至少一部分。
也可以在将解剖结构定位在用于计算机断层摄影成像的计算机断层摄影成像装置的成像区域中之前预先生成定位模型，由此可以使其坐标集的位置相对于计算机断层摄影成像装置的X射线成像部件的坐标集的位置对应于解剖结构定位在计算机断层摄影成像装置的成像区域中的位置相对于计算机断层摄影成像装置的X射线成像部件的坐标集的位置。
计算机断层摄影成像装置再次可以被描述为包括包括X射线源和图像信息的接收器部件的x射线成像部件、成像站、控制***、与计算机断层摄影成像装置功能连接地布置用于处理图像信息的部件以及用于显示图像信息的部件。这种装置的控制***包括：
用于在所述用于显示图像信息的部件上显示虚拟定位模型的部件，所述定位模型示出被成像的解剖结构的三维表面的至少一部分并且包括期望从所述解剖结构获得成像的体积，
用于指向、选择或确定期望获得成像的体积在所述虚拟定位模型中的位置的部件，
用于确定所述虚拟定位模型的坐标集的位置与计算机断层摄影成像装置的成像部件的坐标集的位置的关系的部件，以及
用于向计算机断层摄影成像装置的控制***发送用于对期望获得成像的解剖结构的所述体积进行成像的控制信息的部件，该控制信息基于所述虚拟定位模型的坐标集的位置与计算机断层摄影成像装置的X射线成像部件的坐标集的位置的关系的知识以及期望获得成像的所述体积在所述虚拟定位模型中的位置的知识。
优选地，该装置的控制***包括用于在所述用于显示图像信息的部件上显示定位体积的部件，通过该定位体积指向、选择或确定期望获得成像的体积在所述定位模型中的位置。
另外，控制***可以包括用于调节以下中的至少一个的部件：定位体积的位置、定位体积的一个或多个尺寸、X射线成像部件的位置。
该装置还可以包括光学相机装置以及其控制***，即，用于根据由所述光学相机布置产生的信息生成定位模型的部件。这种相机布置可以包括例如i)其中至少两个光学相机在第一方向上彼此相距一定距离地定位的相机布置，或者ii)根据结构i)的在相对于所述第一方向基本垂直的方向上彼此相距一定距离定位的至少两个相机布置。
以上可能部分地以更一般的术语或作为成像处理的一部分描述了本发明的各种特征，但是，显然，本发明的特征，其实现涉及成像装置的结构或功能，诸如根据控制***的配置实现的功能，属于根据本发明的成像装置的特征。
对于本领域技术人员显而易见的是，当技术进步时，本发明的基本思想可以以许多不同的方式实现。因此，本发明及其实施例不受上述示例的限制，但是它们可以在专利权利要求的范围内变化。

Claims (20)

1.一种用于定位用于计算机断层摄影成像的解剖结构的方法，在所述方法中使用的布置包括计算机断层摄影成像装置、计算机断层摄影成像装置的控制***和与计算机断层摄影成像装置功能连接地布置用于显示图像信息的部件，计算机断层摄影成像装置包括X射线成像部件，在该方法中：
包括期望获得成像的体积的解剖结构被定位在计算机断层摄影成像装置的成像区域中，
虚拟定位模型由所述用于显示图像信息的部件示出，该定位模型示出了所述解剖结构的三维表面的至少一部分并且包括期望获得成像的体积，
指向、选择或确定期望获得成像的体积在所述虚拟定位模型中的位置，
解析所述虚拟定位模型的坐标集的位置与计算机断层摄影成像装置的X射线成像部件的坐标集的位置的关系，
控制信息被发送到计算机断层摄影成像装置的控制***，用于对期望获得成像的解剖结构的所述体积进行成像，该控制信息基于所述虚拟定位模型的坐标集的位置与计算机断层摄影成像装置的X射线成像部件的坐标集的位置的关系的知识和期望获得成像的所述体积在所述虚拟定位模型中的位置的知识。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述用于显示图像信息的部件还示出定位体积，借助于该定位体积，指向、选择或确定期望获得成像的所述体积在所述定位模型中的位置。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述定位模型包括圆柱表面。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，当定位体积的一部分位于定位模型的表面外侧以及定位体积的一部分位于定位模型的表面内侧时，对于那些部分，定位体积被呈现为看起来不同。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，示出了至少两个定位模型，其示出了从不同投影方向的所述解剖结构，由此在还示出定位体积的情况下，也可以示出当从对应的方向看的结合每个定位模型的定位体积相对于定位模型的位置。
6.根据权利要求2-5中任一项所述的方法，其中所述定位体积的尺寸被预先确定和/或是可变的。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中，当解剖结构已经定位在计算机断层摄影成像装置的所述成像区域中时，所述虚拟定位模型被实时生成，和/或其中在被成像的解剖结构定位在计算机断层摄影成像装置的所述成像区域中时所述虚拟定位模型被实时更新。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中，指向、选择或确定期望获得成像的所述体积的位置包括以下动作中的至少一个动作：i)在所述成像区域中移动解剖结构，ii)移动在所述用于显示图像信息的部件上显示的期望获得成像的体积，iii)移动X射线成像部件。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其中，所述虚拟定位模型是表面模型，或者其中所述虚拟定位模型是体积模型。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其中，所述虚拟定位模型是基于光学信息的模型。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，用于生成所述虚拟定位模型的信息由布置到计算机断层摄影成像装置的光学相机布置产生。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，用于生成所述虚拟定位模型的信息由相对于被成像的解剖结构在至少第一运动方向上移动的布置产生，并且该布置包括：i)其中至少两个光学相机在所述运动方向上彼此相距一定距离定位的相机布置，或者ii)在相对于所述运动方向基本垂直的方向上彼此相距一定距离定位的根据结构i)的至少两个相机布置。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其中，所述光学相机布置和虚拟定位模型的坐标集与计算机断层摄影成像装置的成像部件的位置的所述关系用于识别在计算机断层摄影成像期间患者在成像区域中的位置，并且如果注意到解剖结构的位置改变，则在成像期间控制所述X射线成像部件的运动以补偿患者的位置的变化。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的方法，其中，所述虚拟定位模型包括患者的头颅解剖结构的至少一部分。
15.根据权利要求1-14中任一项所述的方法，其中，在将解剖结构定位在用于计算机断层摄影成像的计算机断层摄影成像装置的成像区域中之前预先生成所述虚拟定位模型，并且其中，使得定位模型的坐标集的位置与计算机断层摄影成像装置的X射线成像部件的坐标集的位置的关系对应于定位在计算机断层摄影成像装置的成像区域中的解剖结构的位置相对于计算机断层摄影成像装置的X射线成像部件的坐标集的位置。
16.一种计算机断层摄影成像装置，包括：包括X射线源和图像信息的接收器部件的X射线成像部件、成像站、控制***、与计算机断层摄影成像装置功能连接地布置用于处理图像信息的部件，以及用于显示图像信息的部件，在该装置中，控制***包括：
用于在所述用于显示图像信息的部件上显示虚拟定位模型的部件，定位模型示出被成像的解剖结构的三维表面的至少一部分并且包括期望从所述解剖结构获得成像的体积，
用于指向、选择或确定期望获得成像的体积在所述虚拟定位模型中的位置的部件，
用于确定所述虚拟定位模型的坐标集的位置与计算机断层摄影成像装置的成像部件的坐标集的位置的关系的部件，以及
用于将控制信息发送到用于对期望获得成像的解剖结构的所述体积成像的计算机断层摄影成像装置的控制***的部件，该控制信息基于所述虚拟定位模型的坐标集的位置与计算机断层摄影成像装置的X射线成像部件的坐标集的位置的关系的知识以及期望获得成像的所述体积在所述虚拟定位模型中的位置的知识。
17.根据权利要求16所述的装置，其中，所述控制***包括用于在所述用于显示图像信息的部件上显示定位体积的部件，借助于显示定位体积的部件，指向、选择或确定期望获得成像的所述体积在所述位置模型中的位置。
18.根据权利要求16或17所述的装置，其中，所述控制***包括用于调节以下中的至少一个的部件：所述定位体积的位置；所述定位体积的一个或多个尺寸；所述X射线成像部件的位置。
19.根据权利要求16-18中任一项所述的装置，其包括光学相机布置，并且所述控制***包括用于根据由所述光学相机布置产生的信息生成所述定位模型的部件。
20.根据权利要求19所述的装置，其中所述相机布置包括：i)其中至少两个光学相机在第一方向上彼此相距一定距离定位的相机布置，或者ii)在相对于所述第一方向基本垂直的方向上彼此相距一定距离定位的根据结构i)的至少两个相机布置。
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