数字化乳房断层合成成像装置的自校准过程制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种特别适用于有限角度数字化乳房断层合成(DBT)的校准处理。该方法包括采集一组X射线投影暴露图像、形成与每个X射线投影暴露图像对应的投影几何形状的初始估计、计算中间DBT重建、建立应用于每个X射线投影暴露图像的初始投影几何形状估计的与校准结果对应的一组刚性变换参数，以及使用该组X射线投影暴露图像和投影几何形状的最终校准估计来计算最终DBT重建。来计算最终DBT重建。来计算最终DBT重建。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】数字化乳房断层合成成像装置的自校准过程


[0001]本专利技术涉及有限角度数字化乳房断层合成领域中的投影几何形状自校准和患者移动校正方法。

技术介绍

[0002]以下公开涉及X射线数字化乳房断层合成，其中从有限的断层摄影角度采集的多个X射线投影图像被用于重建患者的解剖体的横截面图像。有限角度断层摄影中X射线投影图像采集的持续时间通常约为10秒，同时X射线管(X射线源)和传感器(X射线检测器)物理上行进与有限的采集角度对应的空间轨迹。
[0003]应该知道的是成像轨迹具有足够的准确度，并且在X射线投影图像采集期间成像对象应该保持足够的静止，以使重建的图像清晰且符合人体解剖学，因为假设投影图像的测量结果表示静止对象的共同配准的集成视图。这导致了一组几何上一致的测量结果，其可以用于重建表示所研究的解剖体的衰减分布。每当违反这些假设时，由于投影测量结果变得相互不一致，因此重建图像的准确度降低。
[0004]最终图像的准确度通常取决于在重建过程中做出的假设与实际物理图像采集处理对应得有多准确。对应于每个采集的X射线图像的X射线源和检测器的估计空间位置在重建处理期间影响射线路径的计算。由于固有的制造和操作公差、成像设备的潜在变形以及倚靠成像设备的患者，实现的旋转角度和位置往往偏离根据成像轨迹的假设形式的理想值。但是，可以通过使用不同的校准方法来解决系统偏差，这些校准方法在一定时间段或操作周期之后进行重复。
[0005]一般而言，几何不准确度最重要的来源是患者在X射线投影图像采集期间的潜在移动。在数字化乳房断层合成中，由于成像的解剖体(乳房)通常在成像期间被物理压缩，因此这种潜在移动在某种程度上得到缓解。但是，如果在X射线投影图像的采集期间成像对象移动，那么射线测量的有效空间路径会变得相互不一致。虽然众所周知，患者不应该移动并且常规上指示患者不要这样做，但是在X射线投影采集期间患者通常不能保持完全静止。例如，患者可能会因成像设备的突然移动或发出的声音而被惊吓。
[0006]在所有实际测量中，上述不准确度通常都在某种程度上存在。在最坏的情况下，在放射科医生检查图像重建的质量之后，投影图像测量的结果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射线图像采集相关联的辐射剂量保持在尽可能低的水平。
[0007]乳房X线照相是广泛用于乳腺癌筛查的X射线成像方法。在筛查研究中，据报道乳房X线照相可达到90
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93％的灵敏度和90
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97％的特异度。据估计，乳房X线照相可将50岁以上女性的乳腺癌死亡率降低35％，并将40至50岁女性的乳腺癌死亡率降低25
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35％。
[0008]针对乳房中的各种异常，诸如钙化，即组织中钙的少量沉积，检查乳房X线照相图像。钙化通常无法通过触诊检测到，但在X射线图像中可见。小钙沉积物的簇，即所谓的微钙化，表明乳腺细胞活性增加，这可能与乳腺癌相关联。
[0009]在常规的乳房X线照相中，成像的乳腺通常在两个压缩板之间被压缩，并且从上方和从倾斜方向至少两次暴露于放射线。如果必要，从侧面拍摄另外的第三个图像。但是，在生成的二维X射线放射性照片中，强烈衰减的组织可能会使位于X射线源和检测器之间同一视线上的其它结构模糊。这导致在乳房X线照相检查中也应用了三维断层成像，这需要从几个角度采集X射线暴露图像。
[0010]可以使用三维断层合成重建处理执行乳房X线照相，其中基于哪个可以使用众所周知的算法来重建断层图像，在不同的投影角度，例如，在与垂直轴成
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15度的范围内，采集乳房的几个二维X射线投影图像。执行重建需要足够准确表示描述X射线源、检测器和用于重建的图像网格的相对位置的三维投影几何形状的可用性。
[0011]如所讨论的，基于多个二维X射线投影图像，可以使用合适的算法来重建三维图像。这种成像模式通常被称为数字化乳房断层合成成像(DBT)，其中使用狭窄的有限层析角度，并采集相对少量的X射线投影图像，但其中另一方面，平面空间分辨率也是检测微钙化所需要的。
[0012]典型的现代数字化乳房X线照相装置包括框架部件和可以相对于框架旋转的C形臂或对应的结构。C形臂的一端容纳X射线源，另一端容纳放射线检测器。成像的乳房通常被定位在靠近检测器的位置，并在X射线暴露采集期间在板之间被压缩。X射线源通常是相对较重的部件，这对乳房X线照相成像设备的机械设计带来了挑战。相对大的质量有利于X射线投影图像采集策略，其中C形臂在其轨迹中连续移动，以避免由于C形臂的加速和减速所导致的机械振动以及X射线暴露的过长持续时间。但是，这需要大约小于50毫秒的短单个X射线暴露时间，以避免暴露的运动模糊以及进而使用进一步增加其质量和相关机械挑战的足够强大的X射线源。
[0013]在临床相关结构的维度非常小的DBT成像中，至关重要的是要获得足够准确的表达X射线源和X射线检测器相对于用于断层合成重建的图像网格的相对位置的三维成像几何形状表示。即，重建的空间分辨率在很大程度上取决于用作重建算法的输入的成像几何形状的一致性和准确度。这需要能够准确再现标称成像轨迹的高准确度机械设计，或者需要可以例行地优选地针对每个单独的图像采集测量或推断X射线源和检测器轨迹相对于成像的视场的实际再现形式的校准方法。与通常依赖于间歇性执行几何形状校准过程的CBCT成像设备相比，DBT成像设备平均较低的零售价格对其移动部分的可行机械准确度造成附加的限制，因此这有利于基于连续测量或推断再现的成像几何形状而不是依靠它来匹配先前的校准过程的解决方案。特别是升级现有的数字化乳房X线照相成像设备以实现DBT成像而不更改核心机械设计的前景在临床和商业上都受到关注。这进一步突出了在成像几何形状由设备再现时能够对其进行观察的需求。
[0014]已经开发出计算方法来解决几何形状不准确的问题。在文献中报道的方法中，借助于固定坐标系中的刚性几何形状变换对X射线源和X射线检测器进行虚拟运动已应用于建模和补偿投影图像采集期间的刚性运动。在与医学断层摄影成像相关的最新方法中，通过最大化所得重建的清晰度来优化这种几何形状变换。通常，这种校正处理是迭代执行的。
[0015]在DBT成像中，将固定坐标系用于几何形状不一致或患者运动的建模和补偿并不理想，因为固有的几何自由度不会被坐标系分离。在DBT成像设备中，特别地X射线束发散并形成金字塔形的圆锥体。因此，沿着与X射线源和X射线检测器中心相邻的等射线的偏移只
将影响放大倍数，而沿着X射线检测器的像素阵列的平面内偏移将导致成像对象在其投影图像内的最大偏移。此外，借助于对所得校正后的DBT重建和未校正的DBT重建进行刚性配准的已知方法来防止由于施加的几何校正而导致的净变换在计算上是昂贵的，特别是如果在几何形状校正处理期间被重复应用。
[0016]由于DBT成像中需要高的几何准确度，因此已经设计出专用的方法来确保这一点。这些的示例是在DBT成像设备的视场中嵌入足够的不透射线或射线透明的界标对象。基于X射线投影图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于数字化乳房断层合成(DBT)重建的自校准处理，包括：使用包含X射线源和X射线检测器的X射线成像单元，在断层摄影角度上采集多个二维X射线投影图像；定义初始投影几何形状估计，所述初始投影几何形状估计描述在采集所述X射线投影图像期间X射线源和X射线检测器的空间位置和朝向；使用X射线投影图像和初始投影几何形状估计来计算中间DBT重建；基于X射线投影图像、初始投影几何形状估计和中间DBT重建，确定用于初始投影几何形状估计的特定于投影图像的校正几何变换；以及使用X射线投影图像和与确定的校正几何变换对应的投影几何形状的校正估计来计算最终DBT重建，其中所述X射线投影图像包括在有限的断层摄影角度上采集的有限数量的二维图像，并且用于初始投影几何形状估计的校正几何变换是在与采集X射线投影图像期间X射线源和X射线检测器的空间位置和朝向对应的特定于投影图像的旋转坐标系中确定的。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述特定于投影图像的旋转坐标系是通过将一个轴设置为与邻接X射线源和X射线检测器的像素阵列的中心的等射线重合，并且将另外两个垂直轴设置为与X射线检测器的像素阵列轴到垂直于等射线的平面的正交投影重合来定义的。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述特定于投影图像的旋转坐标系是通过将两个垂直轴设置为与X射线检测器的像素阵列重合，并且将第三垂直轴设置为与X射线检测器的像素阵列的法线重合来定义的。4.根据权利要求1或2所述的方法，其中通过将旋转坐标系中的几何变换应用于初始投影几何形状估计来获得重新投影的数字重建的射线照片的投影几何形状。5.根据权利要求1
‑
4中的任一项所述的方法，其中通过找到X射线投影图像和中间DBT重建的对应重新投影的数字重建的射线照片之间的最大相似性来确定校正几何变换。6.根据权利要求1
‑
5中的任一项所述的方法，其中计算固定坐标系中的净变换，并从旋转坐标系中确定的校正几何变换中减去所述净变换。7.根据权利要求1
‑
6中的任一项所述的方法，其中固定坐标系中的净变换是通过将特定于投影图像的几何变换从旋转坐标系映射到固定坐标系并取其平均值，并且在从固定坐标系映射到旋转坐标系之后从几何变换中减去平均值而计算出的。8.根据权利要求1
‑
7中的任一项所述的方法，其中多次迭代中间DBT重建的计算并确定校正几何变换，其中每次迭代之后的校正的投影几何形状估计充当下一次迭代的新的初始投影几何形状估计，并且最终的校正的投影几何形状估计对应于最后一次应用的迭代的校正的投影几何形状估计。9.根据权利要求1
‑
8中的任一项所述的方法，其中所述有限数量的投影图像是约数十个图像。10.根据权利要求1
‑
8中的任一项所述的方法，其中所述有限数量的投影图像小于20个图像。11.根据权利要求1
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8中的任一项所述的方法，其中所述有限数量的投影图像小于10个图像。
12.根据权利要求1
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11中的任一项所述的方法，其中所述有限的断层摄影角度小于约60度。13.根据权利要求1
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11中的任一项所述的方法，其中所述有限的断层摄影角度小于约40度，诸如为15
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30度。14.一种包括计算机...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：普兰梅德有限公司，
类型：发明
国别省市：