CN1933782B

CN1933782B - X射线检查设备和方法

Info

Publication number: CN1933782B
Application number: CN2005800093378A
Authority: CN
Inventors: W·J·尼森; E·B·范德克拉特斯; T·范瓦尔森; E·L·罗默斯; E·伊瓦诺夫; P·H·M·阿梅里卡
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2004-03-23
Filing date: 2005-03-11
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2025-03-11
Also published as: CN1933782A; WO2005092196A1; EP1729647A1; US7478949B2; US20070274450A1; JP2007530122A

Abstract

本发明涉及一种使用成像单元(1-3)采集感兴趣区域的X射线图像数据的X射线检查设备和相应的方法，该成像单元包括发射X射线辐射的X射线源(2)和检测穿过所述感兴趣区域后的X射线辐射的X射线探测器(3)。为了提供快速、简单、减少患者受到的X射线剂量并且允许立即从期望且可能最佳的位置采集X射线图像数据，提出了根据本发明的X射线检查设备，其还包括：处理装置(22)，基于预定图像采集计划(P)和/或器械(11)的实际位置(D)确定所述成像单元的期望位置，将在该期望位置采集X射线图像数据；控制装置(23)，用于为所述期望位置确定所述成像单元(1-3)的位置参数；以及定位装置(30)，使用所述位置参数将所述成像单元(1-3)定位在所述期望位置。

Description

X射线检查设备和方法

本发明涉及使用成像单元采集感兴趣区域的X射线图像数据的X射线检查设备和相应的方法，所述成像单元包括用于发射X射线辐射的X射线源和用于检测穿过所述感兴趣区域后的X射线辐射的X射线探测器。

在心脏护理中，在患者接受X射线治疗之前使用侵害较少的形式(例如超声、MR或CT)进行诊断正成为一种趋势。目前，医生手动地将X射线检查设备的成像单元，特别是X射线源和X射线探测器安装在其上的C形臂，操纵到采集X射线图像数据的所需位置。由于需要大量时间并且导致患者遭受大剂量X射线(因为通常也在发现最佳位置过程中采集X射线图像数据)，这种操纵是繁重的。

US6,491,429公开了一种自动引导装备有电动定位单元的C形臂X射线设备的方法。通过使用导航***，可以用自动控制将C形臂引导到根据参考元件的实际位置和先前位置之间的偏差确定的新位置。最初，手动获得C形臂相对于手术场景(特别是骨骼)的最佳位置。如果手术动作改变了骨骼的位置，就自动校正C形臂的位置。

本发明的目的是提供一种X射线检查设备和相应的方法，通过该设备和方法，可以将成像单元自动定位在采集X射线图像数据的期望位置，从而不必通过在该寻找期间采集X射线图像数据手动寻找该期望位置。

根据本发明，该目的通过如权利要求1所述的X射线检查设备实现，该设备除包括成像单元之外，还包括：

-处理装置，基于预定的图像采集计划和/或器械的实际位置确定所述成像单元的期望位置，X射线图像数据将在该期望位置被采集，

-控制装置，用于为所述期望位置确定所述成像单元的位置参数，以及

-定位装置，用于使用所述位置参数将所述成像单元定位在所述期望位置。

在权利要求9中定义了相应的X射线检查方法，该方法包括如下步骤：

-基于预定图像采集计划和/或器械的实际位置确定所述成像单元的期望位置，X射线图像数据将在该期望位置被采集，

-为所述期望位置确定所述成像单元的位置参数，

-使用所述位置参数将所述成像单元定位在所述期望位置，以及

-在所述期望位置采集所述感兴趣区域的X射线图像数据。

本发明基于如下构思：使用预定图像采集计划和/或器械(特别是医疗器械)的实际位置，确定期望位置的位置参数，该期望位置例如是一位置，在该位置使用所用的成像单元可以获得期望感兴趣对象的最佳视图。例如，当希望获得患者血管问题的最佳视图时，通常不会立即清楚哪一个是成像单元的最佳位置。在找到最佳位置参数时，然后可以优选通过使用电动成像单元将成像单元自动地定位在该期望位置，从而随后可以获得X射线图像数据。

因而，本发明提供了在期望位置获得X射线图像数据的简单、快速方法，该方法通常也导致患者所受X射线剂量减少。与US6,491,429中公开的方法比较，根据本发明，不需要在开始手动获得成像单元相对手术场景的最佳位置。另外，一般不需要用于确定参考元件和感兴趣对象之间的任何偏差的参考元件，所述偏差可导致图像单元位置的校正。

从属权利要求中限定了本发明的优选实施例。如其所述，定位装置优选包括将成像单元自动定位在期望位置的自动位置控制装置。因而，优选地，使用将成像单元自动移动到期望位置的电动成像单元。

根据备选实施例，定位装置包括将成像单元手动定位在期望位置的手动位置控制装置，用于检查是否到达期望位置的位置检查装置，用于用信号通知是否到达期望位置和/或如何到达期望位置的信号通知装置，以及用于跟踪成像单元的实际位置的跟踪装置。从而成像单元不被自动定位，而是由操作者手动定位。当到达期望位置时信号通知装置将通知操作者。可以由诸如公共导航***的跟踪装置检查实际位置，位置检查装置检查是否到达期望位置。例如，当到达期望位置时，可以向操作者发出声音或视觉信号。另一选择是在介入房间中显示以某种方式(例如使用激光束或光线)成像的线，这使操纵到期望位置更容易。又一选择是在一图像中示意性显示实际位置，在该图像中也可以给出有关成像单元应当沿其移动以到达期望位置的方向的反馈。

根据另一实施例，提供跟踪装置，用于***械和成像单元的实际位置，其中该控制装置可用于使用器械的跟踪位置确定位置参数。使用例如具有能够***械位置，并且也可能跟踪成像单元的位置的照相机的导航***作为跟踪装置，可以容易地确定器械位置，并可以将穿过或垂直于、或更一般地，以任何其它方式与器械相关的平面提供给成像单元，该成像单元随后可以自动(或手动)移动到期望位置。可以从该位置产生荧光检查图像，或可以使用期望角范围中的多个荧光检查图像重建X射线平面。该角范围越大，图像质量越佳，且采集的X射线图像越多，图像质量越佳。

优选地，基于与成像单元配准的感兴趣区域的图像数据，特别是预先采集的3D图像数据，确定预定图像采集计划。通常，可以使用任何形式的图像数据。通常，可以使用之前为了诊断目的采集的3D体积数据。然而，也可以使用正好在实际X射线图像数据应被采集之前或期间已经(在手术中)采集的3D旋转血管造影数据，来确定图像采集计划。例如通过使用3D体积再现，或来自某个视点的最大或最小强度投影，可以让人留下当从特定位置用常规X射线成像单元采集时X射线图像看上去怎样的印象。事实上通过使用这些3D体积数据改变视点，可以确定采集X射线图像数据的最佳位置或几个期望位置，结果产生用于随后控制成像单元的所述预定图像采集计划。

通常，图像采集计划可以例如使用自动分割方法在可获得图像数据上自动确定。然而，也可以手动确定图像采集计划。需要将图像数据配准到成像单元的机械结构以使得能够控制成像单元到达正确位置。

在另外的实施例中，提供校准装置，用于使用预定图像采集计划和/或器械校准成像单元。从而，器械在一种情况下与成像单元连接，使得成像单元相对该器械的一个位置是已知的，即必须预先执行校准步骤，并且成像单元的机械结构也需要为跟踪装置所知。在另一情况中，将图像采集计划如上所述地与成像单元配准。

如上所述，期望位置优选确定待显示的期望计划或投影，特别是对于器械或对于预先采集的3D图像数据。穿过、平行于或垂直于医疗器械的平面通常是介入手术期间应当在其处采集X射线图像的最相关平面。另外，穿过和/或垂直于特定感兴趣对象的平面通常将要被显示。这种平面可以通过X射线断层摄影合成来重建。然后器械确定平分线，该平分线确定具有一角度范围的待重建X射线平面，X射线图像在所述角度范围上被采集。通过已知该平分线，也就知道了取决于期望角度范围的序列的开始。所采集的X射线图像本身可以是例如垂直或平行于器械的投影，并且可以是单个X射线图像或荧光检查图像。

现在将参考附图更具体的阐释本发明，其中

图1显示了根据本发明的X射线检查设备的实施例，

图2显示了说明根据本发明的X射线检查方法的流程图，

图3显示了根据本发明用于确定图像采集计划的方法的流程图，和

图4显示了根据本发明的定位单元的实施例。

图1显示了根据本发明的X射线设备的实例性实施例。在该实施例中，提供一C形臂1，在C形臂1的相对端部安装X射线源2和X射线探测器3，使得躺于患者台4上的患者的感兴趣区域可以受到由X射线源2发射的X射线辐射。C形臂1通过保持部件6安装到L形臂5，通过该保持部件C形臂可以围绕水平轴旋转，在所示位置围绕y轴7旋转。另外，包括保持部件6的C形臂1可以围绕垂直于第一水平轴7的第二水平轴8旋转，该第二水平轴8对应所示位置中的z轴。L形臂5以其可以围绕垂直轴9旋转的方式安装在天花板上，该垂直轴对应所示位置的x轴并且垂直于第一和第二水平轴7和8。通过使用导轨10，L形臂可以进行另外的平移运动。这种C形臂X射线检查设备的机械配置的另外的细节通常是已知的，因此将不在此阐述。

为了控制包括具有X射线源2和X射线探测器3的C形臂的成像单元，提供图像采集和控制单元20。所述单元20包括用于储存预定图像采集计划或用于产生该计划的预采集的图像数据的存储器21，用于确定X射线图像数据将被采集的期望位置的处理单元22和用于为所述的期望位置确定成像单元的位置参数的控制单元23。通过使用定位单元30，然后使用由控制单元23确定的位置参数将成像单元(优选自动地)定位在期望位置。

此外，在图2中示出了根据本发明的X射线检查方法的该实施例的步骤。其中，步骤S1-S3示出基于给定图像采集计划P确定期望位置(S1)，基于该期望位置确定位置参数(S2)，以及基于这些位置参数定位成像单元(S3)。最后，在步骤S4中，在期望位置采集X射线图像数据。

代替图像采集计划P，也可以使用器械，特别是诸如图1中示意性显示的活检针11的医疗器械的位置数据D确定期望位置。为了获得医疗器械11的位置，优选使用包括照相***12的跟踪***，该照相***例如安装在天花板上并且包括使用在器械11上安装的适当标记13跟踪医疗器械11的位置的两个三维照相机。这种跟踪***通常是已知的，并且例如使用可见光、红外光或其它电磁手段确定标记13的位置的不同实施例是已知的，因此将不在此具体阐释。通常可以使用任何使得能够确定医疗器械11在空间中和/或相对成像单元的位置的三维位置的装置。

然后，器械的位置数据被提供给图像采集和控制单元20，在那里它们被用于确定成像单元的期望位置，实际X射线图像数据将从该期望位置被采集。例如，可能希望显示穿过、垂直或平行于医疗器械的平面，以便提供寻找器械实际位置的周围环境的细节。以这种方式，成像单元的定位可以直接与医疗器械的任何运动或位置改变耦合。成像单元可立即跟随器械位置的任何变化。然而，成像单元的位置也可能仅通过某个附加的命令被改变，以便避免在医疗器械运动的同时成像单元连续运动。

图3示出了用于确定图像采集计划的方法的实施例。其中，基于可获得的图像数据I，优选使用任何形式的3D图像数据，该数据优选之前为诊断目的而采集，从而避免的任何另外的图像采集步骤。在图像处理步骤S10中，确定一个或多个合成投影或任何其它二维viewmdV，它们使得能够发现X射线图像数据的期望后续采集的最佳观看方向。可以通过最大或最小强度投影或3D体积再现方法获得这种合成投影。由此，在步骤S11选择了一个或多个最佳视点，所述最佳视点从而导致了期望图像采集计划P。在该实施例中，在原始可获得3D图像数据I上手动确定图像采集。也可以例如使用在3D图像数据I上的自动分割方法，自动确定图像采集计划P。通常，必须保证图像数据I或至少图像采集计划直接或间接与成像单元的机械结构配准。

优选地，将成像单元自动定位在期望位置。然而，操作者也可以手动将成像单元定位在期望位置。因此，如图4所示，定位单元30包括手动位置控制装置31，通过该装置，操作者可以例如完全手动地或通过手动控制的电动装置手动改变成像单元的位置。另外，提供位置检查装置32，其检查是否已经到达成像单元的期望位置。为此，可以类似地使用上述用于跟踪医疗器械11的位置的跟踪装置，来跟踪成像单元的位置。在这种情况中，在C形臂、X射线源2和/或X射线探测器3上提供标记，使得可以确定成像单元在空间中的位置。

此外，提供信号通知装置33，通过其可以通知操作者是否已经到达期望位置或成像单元必须向哪个方向操纵才能到达所述期望位置。优选地，一旦图像采集计划与成像单元配准，就应当跟踪感兴趣对象以使对于手术期间情况图像采集计划保持为最新。此外，由于所述平面相对器械的位置通常不固定或不被良好地限定，无穷多个平面平行或垂直，或甚至以其它方式与器械相关。从而，可使用具有确定期望平面的参考板的特定医疗器械。

由于通常诸如C形臂的电动成像单元的运动被限制，并且其因此不会产生所有期望透视投影或构造所有期望平面，所以成像单元的构造和机械限制应当被图像采集和控制单元所知。因而，应当确定最靠近期望位置的平面或投影，以防由于成像单元的构造和机械限制不能使用实际期望位置。

通常，器械和成像单元之间的校准是必要的。用于获得这种校准的简单方法使用跟踪板，其连接到成像单元底座，或例如如果X射线检查单元是固定***，其连接到天花板。

应当清楚，上述实施例仅为可使用本发明的***的例子。然而本发明不限于在这种C形臂X射线设备中，而是可以基本应用于任何种类的X射线检查设备。

Claims

1.一种采集感兴趣区域的X射线图像数据的X射线检查设备，其包括：

-成像单元(1-3)，包括用于发射X射线辐射的X射线源(2)和用于检测穿过所述感兴趣区域后的X射线辐射的X射线探测器(3)，

-处理装置(22)，用于基于预定的图像采集计划(P)和/或器械(11)的实际位置(D)确定所述成像单元的期望位置，其中将在该期望位置采集X射线图像数据，

-控制装置(23)，用于为所述期望位置确定所述成像单元(1-3)的位置参数，以及

-定位装置(30)，用于使用所述位置参数将所述成像单元(1-3)定位在所述期望位置。

2.根据权利要求1的X射线检查设备，其中所述定位装置(30)包括用于将所述成像单元(1-3)自动定位在所述期望位置的自动位置控制装置。

3.根据权利要求1的X射线检查设备，其中所述定位装置(30)包括用于将所述成像单元(1-3)手动定位在所述期望位置的手动位置控制装置(31)，用于检查是否已经到达期望位置的位置检查装置(32)，用于用信号通知是否已经到达期望位置和/或如何到达期望位置的信号通知装置(33)，以及用于跟踪所述成像单元(1-3)的实际位置的跟踪(12)装置。

4.根据权利要求1的X射线检查设备，还包括用于跟踪所述器械(11)和所述成像单元(1-3)的实际位置的跟踪装置(12，13)，其中所述控制装置(23)可用于使用所述器械(11)的跟踪位置(D)来确定所述位置参数。

5.根据权利要求1的X射线检查设备，其中基于所述感兴趣区域的图像数据(I)来确定所述预定图像采集计划(P)。

6.根据权利要求5的X射线检查设备，其中所述感兴趣区域的图像数据(I)是预先采集的3D图像数据。

7.根据权利要求1的X射线检查设备，其中所述处理装置(22)包括校准装置，该校准装置使用所述预定图像采集计划和/或所述器械(11)校准所述成像单元(1-3)。

8.根据权利要求1的X射线检查设备，其中所述成像单元(1-3)还包括所述X射线源(2)和所述X射线探测器(3)安装在其上的C形臂。

9.根据权利要求1的X射线检查设备，其中所述期望位置确定待显示的期望平面或投影。

10.根据权利要求9的X射线检查设备，其中所述待显示的期望平面或投影是关于所述器械(11)或关于预先采集的3D图像数据的期望平面或投影。

11.一种使用成像单元(1-3)采集感兴趣区域的X射线图像数据的X射线检查方法，该成像单元包括用于发射X射线辐射的X射线源(2)和用于检测穿过所述感兴趣区域后的X射线辐射的X射线探测器(3)，该方法包括如下步骤：

-基于预定图像采集计划和/或器械(11)的实际位置确定所述成像单元(1-3)的期望位置，其中将在该期望位置采集X射线图像数据，

-为所述期望位置确定所述成像单元(1-3)的位置参数，

-使用所述位置参数将所述成像单元(1-3)定位在所述期望位置，以及

-在所述期望位置采集所述感兴趣区域的X射线图像数据。