[发明专利]用于锥形束计算机断层扫描的患者移动校正方法

说明书

基于初始投影几何形状估计的迭代改进的用于锥形束计算机断层扫描的患者移动校正方法，该初始投影几何形状估计描述了X射线源和检测器在X射线投影图像的采集期间的空间位置和方向。取得的X射线投影图像组被用于在校正迭代期间计算中间CBCT重建，并且通过最大化测量的和重新投影的X射线投影图像的相似度来建立投影图像特定的校正几何变换。在投影图像特定的旋转坐标系中确定校正几何变换，该投影图像特定的旋转坐标系与X射线源和X射线检测器在X射线投影图像的采集期间的空间位置和方向相对应。使用校正的投影几何形状估计来计算出最终的CBCT重建。

技术领域

本发明关注在锥形束计算机断层扫描领域的患者移动校正方法。

背景技术

以下公开涉及用于医疗应用的三维X射线锥形束计算机断层扫描，其中，从不同角度取得的多个X射线投影图像被用于重建患者的解剖结构的3-D截面图像。因为X射线管(X射线源)和传感器(X射线检测器)必须物理地经过与采集角度相对应的空间轨迹，所以X射线投影图像采集的持续时间通常大约是10秒-30秒。成像轨迹通常由旋转和平移机制来实现。

成像轨迹应以足够的精度而为人所知，并且被成像的物体在X射线投影图像采集期间应该保持足够地静止，以便重建的CBCT图像相对于解剖结构是清晰的并且真实的。因为投影图像测量被假定是表示静止物体的共同配准的整合图，这造成几何上一致的测量的集合，该几何上一致的测量的集合可以被用于重建表示该研究的解剖结构的衰减分布。每当这些假定被违反时，由于投影测量变得相互不一致，所以重建图像的精度下降。

最终图像的精度通常取决于在重建过程中做出的假定与实际的物理图像采集过程对应地有多准确。与每个取得的X射线图像相对应的X射线源和检测器的估计的空间位置影响在CBCT重建过程期间的射线路径的计算。由于成像设备的固有的制造和操作公差以及潜在的变形，所以实现的旋转角度和位置倾向于与根据成像轨迹的假定形式的理想值相偏离。然而可以通过使用在一定时间段或操作循环后重复进行的不同的校准方法来解决系统偏差。

在医疗CBCT成像中，几何误差的最显著的来源是患者在X射线投影图像的采集期间的潜在移动。即，如果被成像的对象在X射线投影图像的采集期间移动，那么射线测量的有效空间路径变得相互不一致。虽然已知患者不应该移动并且常规地患者被指示不要移动，但是患者在X射线投影的采集期间通常不能保持完全地静止。通常通过支撑患者来解决这个问题。然而，过紧地支撑患者是不方便的且不舒服的。另外，防止所有患者移动将需要使用高度约束的支撑，这在常规成像中是不适用的。

在医疗CBCT成像中，在所有实际测量中上述的两种误差都一定程度地呈现出。在最坏的情况设想下，在放射科医生已经检查了图像重建的质量之后，投影图像测量的得到的几何不一致性可能甚至需要重复扫描。这是不期望的，因为旨在将与X射线图像采集相关的辐射剂量保持尽可能合理地低。

计算的方法已经被开发以解决计算机断层扫描成像中的几何误差的问题。在文献中报导的方法中，通过在固定坐标系中的刚性几何变换的方式，X射线源和X射线检测器的虚拟运动已经被应用于建模和补偿在投影图像采集期间的刚性运动。在与医疗CBCT成像相关的近期的方法中，通过最大化得到的CBCT重建的清晰度来使这样的几何变换最优化。通常这样的校正过程被迭代地执行。

在CBCT成像中，因为在CBCT成像中的固有的几何自由度不能被坐标系分离，所以将固定坐标系应用于患者运动的建模和补偿是不理想的。在CBCT成像设备中，特别的是X射线束发散并且形成金字塔形状的锥形。结果，沿着与X射线源和X射线检测器的中心邻接的等射线的位移将只影响倍率因子，然而沿着X射线检测器的像素阵列的平面内的位移将导致被成像的对象在其投影图像内的最大位移。而且，通过得到的校正的CBCT重建和未校正的CBCT重建的刚性配准的已知方式来防止由所应用的几何校正所引起的净变换在计算上是昂贵的，尤其是如果在几何校正过程中被重复应用

发明内容