[发明专利]四维体积成像系统

说明书

发明领域

本发明通常涉及体积成像的领域，尤其是涉及用于为了诊断或其它目的而提供3D体积图像的运动图像序列的方法。

发明背景

3D体积成像被证明是一种有价值的诊断工具，其提供优于早期2D射线摄影成像技术的明显优点，用于评估内部结构和机件的条件。患者或其它受验对象的3D成像由于很多进步(包括高速成像探测器例如使多个图像能够快速接连地被拍摄的数字射线摄影(DR)探测器的发展)而变得可能。

锥束计算机断层摄影(CBCT)或锥束CT技术作为用于提供3D体积图像的一种类型的诊断工具而提供值得考虑的期望。锥束CT系统通过使用高帧率平板数字射线摄影(DR)探测器和固定于绕着待成像的对象旋转的台架的x射线源来捕获体积数据集。CBCT系统在整个旋转期间捕获投影，例如在每个旋转度捕获一个2D投影图像。于是使用各种技术将投影重建成3D体积图像。在用于重建3D体积图像的大部分常见方法当中的是过滤背投影方法。

CBCT和其它体积成像技术的一个限制是，对于大部分应用，这些技术仅提供静止图像，即，患者或其它受验对象保持在固定位置上的图像。对于例如用于诊断关节例如膝盖、肩膀和踝的疾病的一些医疗应用，这些技术在重建处于运动中的3D体积图像的能力方面有重大的临床价值。这样的图像将例如由整形外科医生使用，用于诸如外科手术前计划的诊断功能或用于评估手术后康复和恢复。将受益于获取在运动中的3D体积图像的能力的其它应用包括例如牙齿和兽医成像和非破坏性试验(NDT)。目前没有可用于在三维中产生射线摄影运动序列的实际方法。常规方法例如连续获得运动的受验对象的体积图像不仅需要设备时间以及计算和图像处理资源的明显消耗，而且这些方法可能使运动被人为地约束，例如减慢到非常慢的速度。此外，对于医疗诊断成像，为3D运动图像序列提供足够的图像所需的累积辐射曝光水平可能对于这样的连续体积成像方法是不可接受的。

因此，虽然在使用DR能力的常规体积成像中有相当大的价值，仍需要增强的能力来提供允许临床医生观看在运动中的患者的体积图像的按时间顺序的第四维。

发明概述

本发明的目的是通过提供包括很多3D体积图像的运动序列来使使诊断体积成像的技术进步，而没有使用全3D曝光和图像处理过程来获得序列中的所有3D体积图像的需要。

这些目的仅作为例证性的例子给出，且这样的目的可以是本发明的一个或多个实施方案的示例。固有地由所公开的发明实现的其它所希望的目的和优点可由本领域的技术人员想到或对本领域的技术人员变得明显。

本发明的优点是它提供显示在3D中的受验对象的运动的运动序列，而除了在现有的体积成像装置中已经提供的硬件以外不需要新的硬件。因此，使用图像处理软件而不是使用更昂贵的成像设备来获得3D运动序列。

根据本发明的一个方面，提供了用于获得3D图像的方法，该方法至少部分地在计算机系统上被执行并包括：获得受验对象的初始体积图像，该受验对象是静止的并处于第一姿势；当受验对象在第一姿势和第二姿势之间移动时，获得受验对象的一个或多个2D图像；获得受验对象的端点体积图像，该受验对象是静止的并处于第二姿势；根据一个或多个获得的2D图像修改至少初始体积图像以形成代表在第一姿势和第二姿势之间的受验对象位置的至少一个中间体积图像；以及显示所述至少一个中间体积图像。

附图简述

从如在附图中示出的本发明的实施方案的下面更具体的描述中，本发明的前述和其它目的、特征和优点将明显。

附图的元件不一定相对于彼此按比例。

图1是示出CBCT成像装置的活动的示意图，该CBCT成像装置用于获得用来形成3D体积图像的单独的2D图像。

图2是示出根据本发明的实施方案的用于获得重建运动3D体积图像所需的图像的成像序列的示意图。

图3是示出图2的成像序列如何用来形成用于定时序列4D表示的中间体积图像的示意图。

图4是示出用来获得用于定时序列4D表示的图像数据的步骤的顺序的逻辑流程图。

图5是示出在一个实施方案中用于产生中间3D图像以作为运动序列的部分来使用的步骤的顺序的逻辑流程图。

图6A是示意性示出用于获得一系列2D图像的数字探测器的一个布置的顶视图，所述2D图像用于形成运动序列的中间3D图像。

图6B是示意性示出用于获得一系列2D图像的数字探测器的可选布置的顶视图，所述2D图像用于形成运动序列的中间3D图像。