ПОЛУЧЕНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЙ С ПОМОЩЬЮ РАМЫ С-ТИПА С УВЕЛИЧЕННЫМ ОКНОМ УГЛОВОГО СТРОБИРОВАНИЯ Российский патент 2017 года по МПК A61B6/02 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к устройству рамы C-типа для рентгеновской визуализации, системе рентгеновской визуализации, способу предоставления томографических данных изображений объекта, машиночитаемому программному элементу, а также машиночитаемому носителю.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В рентгеновской визуализации с использованием рамы C-типа данные изображений компьютерной томографии предоставляются вдоль некоторой траектории. Например, в КТ-визуализации сердца с рамой C-типа в процессе реконструкции изображений может потребоваться кардиостробирование. Оно используется, например, для 3D коронарной ангиографии или 3D визуализации всего сердца. Например, документ US 2010/0098315 Al касается получения изображений с использованием рамы C-типа и описывает итеративную реконструкцию коронарных артерий. Однако, вследствие медленного темпа вращения системы с рамой C-типа по сравнению, например, с временным отрезком сердечного цикла, кардиостробирование с конечной шириной окна стробирования может приводить к прерыванию последовательности построения проекций, применимой для реконструкции. В аспекте качества реконструкции изображений это означает, что путем увеличения продолжительности окна кардиостробирования, проявление артефактов, вызванных угловой подвыборкой, будет снижаться, в то время как проявление артефактов вследствие ограниченного разрешения по времени будет увеличиваться, и наоборот, если продолжительность окна стробирования уменьшается.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Таким образом, существует потребность в обеспечении получения КТ-изображений с использованием рамы C-типа с увеличенным окном стробирования.

Задача настоящего изобретения решается с помощью объекта по независимым пунктам формулы изобретения, при этом дополнительные варианты осуществления включены в зависимые пункты формулы изобретения.

Следует отметить, что последующие описанные аспекты изобретения касаются также устройство рамы C-типа, системы рентгеновской визуализации, способа предоставления томографических данных изображений объекта, а также элемента компьютерной программы и машиночитаемого носителя.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения предложено устройство рамы C-типа для рентгеновской визуализации, содержащая раму C-типа, подвижную опору рамы C-типа, источник рентгеновского излучения, а также детектор рентгеновского излучения. Рама C-типа содержит первый конец и второй конец, при этом источник рентгеновского излучения установлен на первом конце, а детектор установлен на втором конце. Рама C-типа установлена на опоре рамы C-типа, так что источник и детектор рентгеновского излучения способны перемещаться вокруг объекта исследования по соответствующим траекториям. Источник рентгеновского излучения содержит, по меньшей мере, первую фокальную точку и вторую фокальную точку, разнесенные друг от друга на расстояние между фокальными точками в направлении смещения, при этом направление смещения совпадает с траекторией.

Смещение вдоль траектории позволяет получать изображения из одного положения источника рентгеновского излучения для увеличенного поля обзора, а именно не только путем получения первого вида из первой фокальной точки, но также и второго вида из второй фокальной точки, обеспечивающего дополнительный угловой вид. В отношении получения изображений на протяжении окна стробирования рентгеновская трубка, например, может перемещаться с одинаковой скоростью, к примеру, пошагово, тем самым позволяя получать изображения из множества точек. Однако благодаря дополнительной, скажем, добавочной точке обзора, представленной в виде второй фокальной точки, может быть создано не просто большее число видов в окне стробирования, но и для большего углового диапазона, что достигается с помощью дополнительного сегмента, получаемого смещением второй фокальной точки.

Согласно одному примеру варианта осуществления первая и вторая фокальные точки расположены на траектории источника рентгеновского излучения.

Согласно дополнительному примеру варианта осуществления расстояние смещения и/или направление смещения поддаются настройке. Например, они настраиваются в процессе сканирования вдоль траектории.

Согласно дополнительному примеру варианта осуществления источник рентгеновского излучения предоставляется в виде стереоскопической рентгеновской трубки, имеющей две фокальные точки.

Согласно дополнительному примеру варианта осуществления источник рентгеновского излучения предоставляется в виде рентгеновской трубки с двумя уровнями энергии. Например, первое излучение, имеющее первый спектр, доставляется из первой фокальной точки, а второе излучение, имеющее второй спектр, доставляется из второй фокальной точки.

Например, стереоскопическая трубка может представлять собой стереоскопическую рентгеновскую трубку с двумя уровнями энергии.

Получение изображений может обеспечиваться, по меньшей мере, для части траектории. Траектория может представлять собой дугу окружности, расположенную в плоскости траектории.

Расстояние смещения может быть фиксированным либо настраиваемым или изменяемым. Направление смещения может быть фиксированным либо настраиваемым или изменяемым. Таким образом, ориентация направления смещения может быть настраиваемой. Например, направление смещения может совпадать с касательной к траектории.

Траектория может представлять собой спиральную траекторию. Траектория может задаваться в виде петли, имеющей седловидную форму. В частности, траектория может представлять собой траекторию двухосевого вращения, при этом траектория построена на одновременном винтовом движении и движении крена. Например, траектория представляет собой так называемую "XperSwing траекторию" от компании Филипс.

Направление смещения может быть настраиваемым относительно траектории в процессе сбора данных, например, направление смещения может быть поворотным. Это может обеспечиваться, например, с помощью свободно вращающегося источника рентгеновского излучения и/или путем электронного отклонения, тем самым выполняя согласование положений фокальных точек.

Согласно второму аспекту настоящего изобретения предложена система рентгеновской визуализации, содержащая устройство рамы C-типа согласно одной из вышеупомянутых устройств рамы C-типа, передвижное средство для управления устройством рамы C-типа, а также блок обработки данных. Блок обработки данных выполнен с возможностью управления движением, приспособленным для активации перемещения источника и детектора рентгеновского излучения вдоль соответствующих траекторий. Блок обработки данных выполнен с возможностью управления источником рентгеновского излучения и генерацией рентгеновского излучения из первой фокальной точки и второй фокальной точки. Блок обработки данных выполнен с возможностью управления детектором и получения исходных данных изображения от детектора.

Блок обработки данных может быть выполнен с возможностью управления источником рентгеновского излучения для испускания первого рентгеновского излучения из первой фокальной точки в направлении детектора, а также испускания второго рентгеновского излучения из второй фокальной точки в направлении детектора.

Согласно третьему аспекту настоящего изобретения предложен способ предоставления томографических данных изображения объекта, содержащий следующие этапы:

a) перемещение источника рентгеновского излучения на первом конце устройства рамы C-типа вдоль траектории источника, при этом источник рентгеновского излучения имеет первую и вторую фокальные точки, смещенные друг от друга на расстояние между фокальными точками в направлении смещения, при этом направление смещения совпадает с траекторией, а также одновременно перемещение детектора на втором конце устройства рамы C-типа вдоль соответствующей траектории детектора.

b) облучение объекта первым рентгеновским излучением из первой фокальной точки в направлении детектора или облучение объекта вторым рентгеновским излучением из второй фокальной точки в направлении детектора.

c) детектирование соответствующего рентгеновского излучения из числа первого и второго рентгеновских излучений с помощью детектора, а также выдача соответствующих сигналов в качестве исходных данных изображения.

Перемещение на этапе a) может обеспечиваться непрерывно. Перемещение может обеспечиваться в виде постоянного и равномерного перемещения, пока выполняются этапы b) и c). Этапы b) и c) могут проводиться, пока выполняется этап a).

Согласно одному примеру варианта осуществления на этапе b) первое и второе рентгеновские излучения испускаются попеременно.

Согласно дополнительному примеру варианта осуществления первое и второе рентгеновские излучения обеспечиваются попеременно непрерывным образом, при этом осуществляется непрерывное формирование выборки исходных данных изображения. Стробирующий сигнал, относящийся к функции объекта, поступает в процессе непрерывного формирования выборки в отношении исходных данных изображения. Из непрерывно отбираемых исходных данных изображения выбираются исходные данные изображения, отнесенные к заданной фазе стробирующего сигнала, для реконструкции трехмерных данных изображения объекта. Это также именуется "ретроспективной" оценкой выборки.

Согласно альтернативному примеру варианта осуществления стробирующий сигнал, относящийся к функции объекта, поступает в процессе перемещения устройства рамы C-типа и облучения объекта. Облучение и детектирование выполняются только на заданных фазах стробирующих сигналов. Это также именуется "ожидаемой" выборкой или триггерным действием.

Заданные фазы стробирующего сигнала могут обеспечиваться в виде окон стробирования. Вдоль заданного отрезка траектории может обеспечиваться ряд окон стробирования.

Например, обеспечивается траектория в 180°, содержащая, по меньшей мере, пять распределенных положений для окна стробирования, например двенадцать окон стробирования, т.е. может обеспечиваться двенадцать положений для окна стробирования.

Стробирующий сигнал представляет собой, например, ЭКГ-сигнал обследуемого пациента. Заданная фаза стробирующего сигнала может представлять собой заданную часть сердечного цикла, например 20% сердечного цикла.

Согласно одному примеру варианта осуществления рентгеновское излучение из одной из двух фокальных точек обеспечивается из первого множества положений по всей траектории. Рентгеновское излучение, выполняемое второй из двух фокальных точек, обеспечивается из второго множества положений, расположенных в ряде окон стробирования по всей траектории.

Согласно дополнительному примеру варианта осуществления рентгеновское излучение из первой фокальной точки и второй фокальной точки обеспечивается только из ряда положений, расположенных в ряде окон стробирования по траектории.

Согласно дополнительному примеру варианта осуществления, если вторая фокальная точка включается только внутри окон кардиостробирования, полная последовательность вращения может быть получена с помощью одной фокальной точки, например, при 30 кадрах в секунду, в то время как внутри окна стробирования добавляется вторая фокальная точка, что приводит к общей частоте кадров, равной 60 Гц.

Согласно дополнительному примеру варианта осуществления расстояние смещения и/или направление смещения настраиваются в процессе проведения вращательного сканирования. Например, путем регулировки расстояния можно компенсировать различие скоростей перемещения, например, в процессе ускорения в начале и торможения в конце траектории.

Смещение рентгеновской трубки между двумя последовательными положениями излучения, в которых обеспечиваются и первое, и второе излучения, может быть меньше, чем расстояние между фокальными точками. Например, перемещение на этапе a) относительно излучения на этапе b) обеспечивается так, что пара, состоящая из первого и второго рабочих положений источника, сопровождается последующей парой, состоящей из первого и второго рабочих положений источника, расположенной со смещением так, что одно из рабочих положений источника последующей пары расположено между предыдущими первым и вторым рабочими положениями источника, а второе из рабочих положений источника последующей пары расположено за пределами смещения предыдущих первого и второго рабочих положений источника.

Смещение рентгеновской трубки может быть также равным расстоянию между фокальными точками, например в двухэнергетическом режиме, для обеспечения видеоинформации в отношении обоих спектров из одной позиции обзора. Иными словами, фокальные точки расположены по схеме наложения или совпадения в отношении последовательных сборов данных (попарных).

Смещение рентгеновской трубки, кроме того, может превышать расстояние между фокальными точками.

Согласно еще одному примеру рентгеновское излучение является двухэнергетическим рентгеновским излучением. Например, первое излучение обладает первым спектром, а второе излучение обладает вторым спектром. Спектральный анализ может проводиться в проекционном пространстве или пространстве изображений.

Согласно одному аспекту настоящего изобретения создано увеличенное окно стробирования путем создания второй фокальной точки, смещенной в направлении траектории. Таким образом, используя ту же скорость перемещения, могут быть получены, например, дополнительные данные изображений сердца, что улучшает последовательность построения проекций, имеющуюся в наличии для реконструкции, тем самым уменьшая угловую подвыборку, т.е. снижая эффект прерывания. Кроме того, временная ширина окна стробирования может поддерживаться неизменной, хотя согласно настоящему изобретению с помощью второй фокальной точки достигается дополнительный угловой диапазон стробированного сбора проекций.

Согласно дополнительному аспекту расстояние между фокальными точками может достигать, например, 4 см. Если принять, что сбор проекций осуществляется, например, со скоростью 30 кадров в секунду, причем при сборе проекций используется чередование положений фокальных точек, последующие проекции получают на угловом расстоянии, составляющем около 2,74°. Если говорить о реконструкции в коронарной ангиографии при сборе данных с использованием единственной фокальной точки, окно кардиостробирования обычно составляет 20% продолжительности сердечного цикла (RR-интервал), что соответствует временному отрезку 200 мсек для обычной частоты сердечных сокращений, составляющей 60 ударов в минуту. Сбор данных о вращении с охватом 180° может осуществляться за 5-7 сек, а значит, угловой диапазон, покрываемый внутри окна стробирования, составляет около 5,14° для каждого окна стробирования (при сборе данных за 7 сек). Таким образом, используя вторую фокальную точку согласно настоящему изобретению и чередуя сбор проекций из двух фокальных точек, возможность увеличения углового диапазона окна стробирования составляет приблизительно 50% при равном временном разрешении собранных данных. Таким образом, имеется возможность получения существенно более высокого качества изображения.

Эти и другие аспекты изобретения станут очевидны из вариантов осуществления, описанных ниже.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Далее будут описаны примеры вариантов осуществления изобретения со ссылкой на следующие чертежи.

На Фиг. 1 схематично показана система рентгеновской визуализации согласно одному примеру варианта осуществления настоящего изобретения.

На Фиг. 2 показано устройство рамы C-типа для рентгеновской визуализации согласно одному примеру варианта осуществления настоящего изобретения.

На Фиг. 3 схематично показано получение изображений вдоль траектории с использованием устройства рамы C-типа согласно одному примеру варианта осуществления настоящего изобретения.

На Фиг. 4 показан дополнительный пример рентгеновского получения изображений вдоль траектория с использованием устройства рамы C-типа согласно настоящему изобретению.

На Фиг. 5A-5C схематично описан дополнительный пример устройства рамы C-типа согласно настоящему изобретению, а также показаны возможные траектории.

На Фиг. 6 показаны основные этапы способа предоставления томографических данных изображения объекта согласно одному примеру варианта осуществления.

На Фиг. 7-10 показаны дополнительные примеры способов согласно настоящему изобретению.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На Фиг. 1 показана система 10 рентгеновской визуализации с устройством 12 рамы C-типа. Кроме того, предусмотрено передвижное средство 14 для управления устройством рамы C-типа. Помимо этого, показан блок 16 обработки данных.

Блок 16 обработки данных оборудован интерфейсными устройствами, такими как, клавишная панель 18, манипулятор 20 типа «мышь», графический планшет 22, а также дополнительный блок 24 управления вводом данных и контрольный блок 26. Однако следует отметить, что согласно настоящему изобретению эти периферийные интерфейсные устройства не обязательно являются частью системы 10 рентгеновской визуализации. То же относится к осветительному элементу 28 и дополнительному блоку 30 отображения.

Устройство рамы C-типа 12 для рентгеновской визуализации содержит раму 32 C-типа, подвижную опору 34 рамы C-типа, источник 36 рентгеновского излучения, а также детектор 38 рентгеновского излучения.

Рама 32 C-типа содержит первый конец 40 и второй конец 42. Источник 36 рентгеновского излучения установлен на первом конце 40, а детектор 38 установлен на втором конце 42. Рама 32 C-типа установлена на опоре 34 рамы C-типа, так что источник 36 рентгеновского излучения и детектор 38 способны перемещаться вокруг исследуемого объекта 44 по соответствующим траекториям 46, которые описаны дополнительно при рассмотрении Фиг. 2.

Источник 36 рентгеновского излучения содержит, по меньшей мере, первую фокальную точку 48 и вторую фокальную точку 50, разнесенные друг от друга на расстояние 52 между фокальными точками в направлении смещения, обозначенном двунаправленной стрелкой 54, при этом направление 54 смещения совпадает с траекторией 46. Это показано на Фиг. 2.

Со ссылкой на Фиг. 1, следует дополнительно отметить, что объект 44 помещен на опору для объекта, например стол 56 для пациента. Стол 56 для пациента может регулироваться в продольном направлении, по высоте, а также поворотным образом в горизонтальной плоскости, что дополнительно не показано, для регулировки положения объекта с целью его размещения в так называемом ISO-центре, обозначенном первой горизонтальной осью 58 вращения и второй вертикальной осью 60 вращения, пересечение 62 которых и образует ISO-центр.

Помимо этого, следует отметить, что настоящее изобретение также относится к другим устройствам, в которых детектор и источник рентгеновского излучения расположены противоположно друг другу, так чтобы обследуемый объект мог размещаться между источником и детектором, и в которых детектор и источник рентгеновского излучения могут двигаться совместно, совершая общее перемещение. Например, такая схема расположения рентгеновского детектора и источника рентгеновского излучения, а также соответствующее перемещение могут обеспечиваться так называемой конструкцией (устройством) рамы O-типа, в которой «C»-тип заменен на «O»-тип. В качестве дополнительного примера могут быть также созданы две независимые роботизированные руки для источника и детектора, выполненные с возможностью обеспечения соответствующего перемещения устройства рамы C-типа.

Блок 16 обработки данных выполнен с возможностью управления передвижным средством 14 для активации перемещения источника 36 рентгеновского излучения и детектора 38 вдоль соответствующих траекторий 46. Блок 16 обработки данных дополнительно выполнен с возможностью управления источником рентгеновского излучения и генерацией рентгеновского излучения из первой фокальной точки 48 и второй фокальной точки 50. Блок обработки данных также выполнен с возможностью управления детектором 38 и получения исходных данных изображения от детектора 38.

Блок 16 обработки данных дополнительно выполнен с возможностью управления источник 36 рентгеновского излучения для испускания первого рентгеновского излучения из первой фокальной точки 48 в направлении детектора 38 или испускания второго рентгеновского излучения из второй фокальной точки 50 в направлении детектора 38.

На Фиг. 2 устройство 12 рамы C-типа показано в связи с вышеупомянутыми траекториями 46. Следует отметить, что траектории 46 в символической форме показаны в виде поворотного перемещения вокруг ISO-центра 62 относительно горизонтальной оси 58.

Однако согласно настоящему изобретению предусмотрены и другие поворотные перемещения, такие как повороты вокруг горизонтальной оси 64, расположенной поперечно первой горизонтальной оси 58.

Получение изображений может обеспечиваться, по меньшей мере, для части траектории 46.

Первая и вторая фокальные точки смещены относительно друг друга в направлении траектории 46. Иными словами, направление 54 смещения и траектория 46 расположены в одинаковом направлении согласно одному примеру.

Траектория 46 может представлять собой дугу окружности, расположенную в плоскости траектории.

Направление смещения может быть настраиваемым относительно траектории в процессе сбора данных. Направление смещения дополнительно может быть поворотным, например, с помощью свободно вращающегося источника рентгеновского излучения (дополнительно не показано) и/или путем электронного отклонения для настройки положения соответственно двух фокальных точек.

Согласно одному примеру, который дополнительно не показан, предусмотрено винтовое перемещение и перемещение крена рамы 32 C-типа.

Расстояние 52 смещения может быть фиксированным. Расстояние 52 смещения также может быть настраиваемым или изменяемым.

Точно так же направление 54 смещения может быть фиксированным либо может быть настраиваемым или изменяемым.

Если траектория не расположена в одной плоскости траектории, направление 54 смещения совпадает с касательной к траектории.

Траектория может представлять собой спиральную траекторию. Траектория может представлять собой петлю, имеющую седловидную форму.

Согласно еще одному примеру первая и вторая фокальные точки 48, 50 расположены на траектории 46 источника 36 рентгеновского излучения.

Согласно одному примеру варианта осуществления настоящего изобретения источник 36 рентгеновского излучения на Фиг. 2 может представлять собой стереоскопическую рентгеновскую трубку, имеющую две фокальные точки. Стереоскопическая трубка может представлять собой рентгеновскую трубку с единственным катодом, создающим единственный электронный пучок, сам же электронный пучок отклоняется к двум различным фокальным точкам 48, 50. Стереоскопическая трубка может также представлять собой рентгеновскую трубку с двумя катодами, выполненными с возможностью создания двух различных электронных пучков, при этом электронные пучки отклоняются к соответствующей фокальной точке из двух фокальных точек 48, 50.

Согласно одному примеру варианта осуществления источник 36 рентгеновского излучения, представленный на Фиг. 2, может представлять собой двухэнергетический источник рентгеновского излучения, например рентгеновскую трубку с двумя уровнями энергии. В случае стереоскопической трубки рентгеновская трубка может представлять собой двухэнергетическую стереоскопическую трубку.

Согласно одному аспекту настоящего изобретения создание двух фокальных точек, расположенных со смещением в направлении траектории, предусмотрено для КТ-визуализации сердца с рамой C-типа. Данная процедура получения изображений используется, например, для 3D коронарной ангиографии или для 3D визуализации всего сердца. Таким образом, настоящее изобретение применимо для целого ряда клинических исследований, например в интервенционной кардиологии.

Для получения четких изображений в процессе реконструкции изображения необходимо использовать кардиостробирование. Обычно в качестве стробирующего сигнала используется сигнал ЭКГ.

Следует отметить, что такая схема подачи сигналов ЭКГ может представлять собой часть системы 10 рентгеновской визуализации, показанной на Фиг. 1 (хотя дополнительно не показана).

Вследствие медленного темпа вращения системы с рамой C-типа по сравнению с временным отрезком сердечного цикла обеспечивается кардиостробирование с конечной шириной окна стробирования.

Согласно настоящему изобретению окно стробирования увеличено без увеличения ширины по времени, а также без увеличения скорости перемещения.

Увеличение скорости движения системы с рамой C-типа будет иметь недостаток в том, что потребуются повышенные усилия привода и повышенные усилия торможения, а также появляется опасность, что персонал, например хирург, находящийся вблизи пациента, может получить удар со стороны очень быстро движущегося устройства рамы C-типа.

На Фиг. 3 пример траектории 66 показан в виде траектории полукруга. Вдоль траектории 66 показаны первое окно 68 стробирования и второе окно 70 стробирования. Следует отметить, что Фиг. 3 показана не в масштабе, а лишь для пояснения базового принципа настоящего изобретения.

Например, вдоль траектории может быть создано, по меньшей мере, пять окон стробирования, например, предпочтительно двенадцать, однако также может быть создано любое другое количество окон стробирования.

Термин "окно стробирования" указывает на то, что в этом временном окне обеспечивается соответствующее получение изображений, поскольку окно стробирования относится к конкретной, заданной, а значит, известной фазе сердечного цикла.

В окнах 68, 70 стробирования рентгеновская трубка 36, имеющая две фокальные точки, и детектор 38 рентгеновского излучения перемещаются в некоторое количество положений для получения изображений, например шесть положений для получения изображений, как показано на Фиг. 3, где соответствующие числа относятся к кружкам на траектории.

В первом положении 1 рентгеновская визуализация обеспечивается первой фокальной точкой 48, а затем получение изображения обеспечивается из соответствующей второй фокальной точки 50, которая, когда первая фокальная точка 48 расположена в положении 1, одновременно располагается в положении 1’. Далее источник рентгеновского излучения, а значит и детектор 38 рентгеновского излучения, перемещаются вдоль траектории в следующее положение, обозначенное 2 и 2'. И в этом случае первый сбор данных обеспечивается первой фокальной точкой 48 из положения 2, а затем получение изображений выполняется из второй фокальной точки 50 из положения 2'. Это продолжается, например, для точек 3/3', 4/4', 5/5', и 6/6' для соответствующих положений первой фокальной точки 48/второй фокальной точки 50. Иными словами, вместо получения угловой секции 72, лежащей в диапазоне от положения 1 до положения 6, обеспечивается угловой диапазон от положения 1 до положения 6' благодаря дополнительной второй фокальной точке 50 и соответствующему расстоянию 52 смещения вдоль траектории. Иными словами, обеспечивается дополнительная угловая секция 76, что приводит к созданию увеличенной угловой секции 74.

От первого окна 68 стробирования рама C-типа перемещается далее по траектории 66 ко второму окну 70 стробирования, где обеспечивается соответствующая последовательность проекционных пар 1/1' и т.д., что снова позволяет создать увеличенную угловую секцию для окна стробирования.

На Фиг. 4 источник 36 рентгеновского излучения схематично обозначен «полупрямоугольником» 78, при этом первая фокальная точка 48 приводит к образованию соответствующего первого рентгеновского пучка 80, а вторая фокальная точка 50 приводит к образованию соответствующего второго рентгеновского пучка 82. Первый рентгеновский пучок 80 и второй рентгеновский пучок 82 создаются последовательно, а не одновременно. Когда источник 36 рентгеновского излучения перемещается в следующее положение в пределах окна стробирования, в котором рентгеновский источник обозначен пунктирным прямоугольником 84, создаются дополнительный первый рентгеновский пучок 86 и дополнительный второй рентгеновский пучок 88, которые также обозначены пунктиром.

Таким образом, согласно настоящему изобретению путем создания второй фокальной точки в направлении смещения вдоль траектории обеспечивается видеоинформация из дополнительного углового положения, что приводит к усовершенствованию и увеличению сегмента окна стробирования.

На Фиг. 5A и 5C показан пример дополнительных траекторий, т.е. дополнительных поворотных перемещений, осуществляемых в дополнение к поворотному перемещению в одной плоскости. Например, траектория может представлять собой траекторию двухосевого вращения, при этом траектория построена на одновременном винтовом движении и движении крена, как показано на Фиг. 5A и 5B. Окончательная кривая в пространстве показана первой линией 90 на Фиг. 5C. В противоположность ей, вторая линия 92 показывает дугу окружности в качестве относительно простого типа вращения. Траектория 90 может обеспечиваться в виде так называемой "XperSwing траектории", используемой компанией Филипс.

На Фиг. 5A показано винтовое перемещение 94, а на Фиг. 5B показано перемещение 96 крена, сочетание которых позволяет получить траекторию 90, представленную на Фиг. 5C.

На Фиг. 6 показан способ 100 получения томографических данных изображения объекта, содержащий следующие этапы. На первом этапе 110 источник рентгеновского излучения перемещается в ходе операции 112 перемещения на первом конце устройства рамы C-типа вдоль траектории источника. Источник рентгеновского излучения имеет первую и вторую фокальные точки, смещенные друг от друга на расстояние между фокальными точками в направлении смещения, при этом направление смещения совпадает с траекторией.

Одновременно в ходе второй операции 114 перемещения детектор перемещается на втором конце устройства рамы C-типа вдоль соответствующей траектории детектора. На втором этапе 116 объект облучается в ходе первой процедуры 118 рентгеновского облучения первым рентгеновским излучением из первой фокальной точки в направлении детектора. В качестве альтернативы во второй операции 120 облучения объект облучается вторым рентгеновским излучением из второй фокальной точки в направлении детектора. На третьем этапе 122 соответствующее рентгеновское излучение из числа первого и второго рентгеновских излучений детектируется с помощью детектора на этапе 124 детектирования. Кроме того, выдаются соответствующие сигналы 126 в виде соответствующих исходных данных 128, 130 изображения для соответствующей фокальной точки.

Первый этап 110 также упоминается как этап a), второй этап 116 - как этап b), а третий этап 122 - как этап c).

Перемещение на этапе a) может обеспечиваться непрерывно. Например, перемещение может осуществляться в виде постоянного и равномерного перемещения, пока выполняются этапы b) и c). Например, если продолжительность соответствующего рентгеновского излучения из соответствующих положений фокальных точек очень мала по сравнению с перемещением рамы C-типа, перемещение в ходе сбора рентгеновских изображений из одного положения не оказывает дополнительного влияния на соответствующие данные изображений. Иными словами, этапы b) и c) могут проводиться, пока выполняется этап a).

Как показано выше, на этапе b) первое и второе рентгеновские излучения испускаются попеременно.

Согласно еще одному примеру, показанному на Фиг. 7, первое и второе рентгеновские излучения осуществляются попеременно непрерывным образом 132, что показано пунктирными стрелками, направленными из соответствующих блоков. Обеспечивается непрерывное формирование выборки 134 исходных данных изображения. Обеспечивается стробирующий сигнал 136, относящийся к функции объекта, показанный стрелкой 138, в процессе непрерывного формирования выборки 134 в отношении исходных данных изображения. Из непрерывно отбираемых исходных данных изображения выбираются исходные данные 140 изображения, отнесенные к заданной фазе стробирующего сигнала, для реконструкции 142 трехмерных данных изображения объекта. Это также именуется "ретроспективной" оценкой выборки.

Например, стробирующий сигнал может представлять собой ЭКГ-сигнал пациента, при этом предварительно задается конкретная фаза сердечного цикла для приписывания к определенным исходным данным изображения, собранным в течение соответствующей фазы.

Согласно еще одному примеру, показанному на Фиг. 8, стробирующий сигнал 144, относящийся к функции объекта, показанный двумя стрелками 146, обеспечивается в процессе перемещения устройства рамы C-типа и облучения объекта. Излучение и детектирование выполняются только на заданных фазах стробирующих сигналов, что обозначено соответствующими пунктирными стрелками 148. Это также именуется "ожидаемой" выборкой или триггерным действием.

Вдоль заданного отрезка траектории может обеспечиваться ряд окон стробирования. Например, обеспечивается траектория в 180°, содержащая, по меньшей мере, пять распределенных положений для окна стробирования, например двенадцать окон стробирования, т.е. может обеспечиваться двенадцать положений для окна стробирования. В случае обследования пациент стробирующий сигнал может представлять собой ЭКГ-сигнал, как показано выше, при этом заданная фаза стробирующего сигнала представляет собой заданную часть сердечного цикла, например 20% сердечного цикла.

Согласно дополнительному варианту осуществления, показанному на Фиг. 9, рентгеновское излучение из одной из двух фокальных точек обеспечивается из первого множества положений по всей траектории, что показано сплошной стрелкой 150. Рентгеновское излучение, осуществляемое второй из двух фокальных точек, обеспечивается из второго множества положений, расположенных в ряде окон стробирования по всей траектории, само же расположение только в некотором количестве окон стробирования показано пунктирной стрелкой 152. Блок 154 обозначает подачу стробирующего сигнала.

Согласно еще одному примеру, показанному на Фиг. 10, рентгеновское излучение из первой фокальной точки и второй фокальной точки обеспечивается только из ряда положений, расположенных в ряде окон стробирования по траектории. Это показано двумя пунктирными стрелками 156, а также дополнительным блоком 158, обозначающим стробирующий сигнал.

Согласно еще одному примеру (дополнительно не показан), рентгеновское излучение из первой фокальной точки и второй фокальной точки обеспечивается только из ряда положений, расположенных в ряде окон стробирования по траектории. Например, окна стробирования могут располагаться раздельно друг от друга.

Согласно еще одному примеру, который также дополнительно не показан, перемещение на этапе a) относительно излучения на этапе b) обеспечивается так, что пара, состоящая из первого и второго рабочих положений источника, сопровождается последующей парой, состоящей из первого и второго рабочих положений источника, расположенной со смещением так, что одно из рабочих положений источника последующей пары расположено между предыдущими первым и вторым рабочими положениями источника, а второе из рабочих положений источника последующей пары расположено за пределами смещения предыдущих первого и второго рабочих положений источника. Например, это уже упоминалось в отношении Фиг. 3.

Первое и второе рентгеновские излучения могут обеспечиваться в виде двухэнергетического рентгеновского излучения. Первое рентгеновское излучение, например, может обладать первым спектром, а второе рентгеновское излучение - вторым спектром, при этом первый и второй спектры могут быть отделены друг от друга.

Согласно настоящему изобретению дополнительное позиционирование второй фокальной точки при том же положении рентгеновской трубки позволяет получить дополнительный вид, либо в отношении последовательности сбора данных в окне стробирования обеспечивает дополнительные виды, так что благодаря различию геометрической информации, которую несет изображение или несут изображения, т.е. вид или виды, точность реконструкции повышается.

В другом примере варианта осуществления настоящего изобретения предложены компьютерная программа или элемент компьютерной программы, отличающиеся тем, что выполнены с возможностью осуществления этапов способа согласно одному из предшествующих вариантов осуществления в соответствующей системе.

Элемент компьютерной программы, таким образом, может храниться в вычислительном блоке, который также может быть частью варианта осуществления настоящего изобретения. Данный вычислительный блок может быть выполнен с возможностью осуществления или порождения осуществления вышеописанных этапов способа. Помимо этого, он может быть выполнен с возможностью управления компонентами вышеописанного устройства. Вычислительный блок может быть выполнен с возможностью работы в автоматическом режиме и/или выполнения команд пользователя. Компьютерная программа может быть загружена в рабочую память процессора для обработки данных. Процессор для обработки данных, таким образом, может быть выполнен с возможностью осуществления способа по изобретению.

Данный пример варианта осуществления изобретения охватывает как компьютерную программу, которая с самого начала использует изобретение, так и компьютерную программу, которая посредством модернизации преобразует существующую программу в программу, использующую изобретение.

Помимо этого, элемент компьютерной программы может быть способен обеспечивать осуществление всех необходимых этапов для выполнения процедуры по одному варианту осуществления вышеописанного способа.

Согласно дополнительному примеру варианта осуществления настоящего изобретения представлен машиночитаемый носитель, такой как CD-ROM, при этом машиночитаемый носитель имеет хранимый на нем элемент компьютерной программы, сам же элемент компьютерной программы описан ранее.

Компьютерная программа может храниться и/или быть распределенной на соответствующем носителе, таком как оптическое запоминающее устройство или твердотельный носитель, поставляемом совместно с аппаратным обеспечением или в качестве его части, однако также может быть распределенной в других формах, например через интернет или посредством других проводных или беспроводных телекоммуникационных систем.

Однако компьютерная программа может быть также представлена через сеть, такую как «всемирная паутина», и может загружаться в рабочую память процессора для обработки данных из такой сети. Согласно дополнительному примеру варианта осуществления настоящего изобретения предложен носитель, чтобы сделать элемент компьютерной программы доступным для загрузки, при этом элемент компьютерной программы выполнен с возможностью осуществления способа согласно одному из ранее описанных вариантов осуществления изобретения.

Следует отметить, что варианты осуществления изобретения описаны со ссылкой на различные объекты изобретения. В частности, некоторые варианты осуществления описаны со ссылкой на пункты формулы изобретения, касающиеся способа, в то время как другие варианты осуществления описаны со ссылкой на пункты формулы изобретения, касающиеся устройства. Однако специалист в данной области техники из вышеприведенного и нижеследующего описания поймет, что, если не указано обратное, в дополнение к любому сочетанию признаков, принадлежащих объекту изобретения одного типа, любая комбинация признаков, относящихся к другим объектам изобретения, также считается раскрытой в данной заявке.

Однако все признаки могут объединяться, создавая синергетические эффекты, превосходящие простое суммирование признаков.

Хотя изобретение проиллюстрировано и подробно описано на чертежах и в предшествующем описании, такие иллюстрации и описание следует рассматривать как приведенные лишь в качестве примера, но не ограничивающие. Изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами осуществления. Специалисты в данной области техники смогут осознать и воплотить другие изменения раскрытых вариантов осуществления, применяя на практике заявленное изобретение, изучив чертежи, раскрытие и зависимые пункты формулы изобретения.

В формуле изобретение термин "содержащий" не исключает наличия других элементов или этапов, и использование элементов или этапов в единственном числе не исключает их множества. Единственный процессор или другой блок может выполнять функции нескольких объектов, перечисленных в формуле изобретения. Тот факт, что определенные средства перечислены во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что комбинация этих средств не может быть использована с преимуществом. Ни одна из ссылочных позиций в формуле изобретения не должна рассматриваться как ограничивающая объем изобретения.

Группа изобретений относится к медицине. Устройство рамы C-типа для рентгеновской визуализации содержит: раму C-типа; подвижную опору рамы C-типа; источник рентгеновского излучения и детектор рентгеновского излучения. При этом рама C-типа содержит первый конец и второй конец. Источник рентгеновского излучения установлен на первом конце, а детектор установлен на втором конце. Рама С-типа установлена на опоре рамы С-типа, так что источник рентгеновского излучения и детектор способны перемещаться вокруг исследуемого объекта по соответствующим траекториям источника и детектора, представляющим собой траектории двухосевого вращения, построенные на одновременном винтовом движении и движении крена рамы C-типа. Причем источник рентгеновского излучения содержит первую фокальную точку и вторую фокальную точку, разнесенные друг от друга на расстояние между фокальными точками в направлении смещения, при этом направление смещения совпадает с траекторией источника. Система рентгеновской визуализации содержит: устройство рамы С-типа; передвижное средство для управления устройством рамы С-типа; и блок обработки данных. Блок обработки данных выполнен с возможностью управления передвижным средством для активации перемещения источника и детектора рентгеновского излучения вдоль соответствующих траекторий. Также блок обработки данных выполнен с возможностью управления источником рентгеновского излучения и генерацией рентгеновского излучения из первой фокальной точки и второй фокальной точки; и выполнен с возможностью управления детектором и приема исходных данных изображения от детектора. Способ предоставления томографических данных изображения объекта содержит этапы: перемещение источника рентгеновского излучения на первом конце устройства рамы С-типа вдоль траектории источника и одновременно перемещение детектора на втором конце устройства рамы С-типа вдоль соответствующей траектории детектора; облучение объекта первым рентгеновским излучением из первой фокальной точки в направлении детектора; или облучение объекта вторым рентгеновским излучением из второй фокальной точки в направлении детектора; детектирование соответствующего рентгеновского излучения из числа первого и второго рентгеновских излучений с помощью детектора и выдача соответствующих сигналов в качестве исходных данных изображения. На машиночитаемом носителе хранится элемент компьютерной программы, адаптированный для управления системой рентгеновской визуализации, исполняемый блоком обработки данных, выполненный с возможностью осуществления этапов способа. Применение данной группы изобретений позволяет получать улучшенные последовательности получения изображения вдоль траектории двухосевого вращения для последующего восстановления 3D изображения. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Устройство (12) рамы C-типа для рентгеновской визуализации, содержащее:

раму (32) C-типа;

подвижную опору (34) рамы C-типа;

источник (36) рентгеновского излучения; и

детектор (38) рентгеновского излучения;

при этом рама C-типа содержит первый конец (40) и второй конец (42), при этом источник рентгеновского излучения установлен на первом конце, а детектор установлен на втором конце; при этом рама С-типа установлена на опоре рамы С-типа, так что источник рентгеновского излучения и детектор способны перемещаться вокруг исследуемого объекта (44) по соответствующим траекториям (46) источника и детектора, представляющим собой траектории двухосевого вращения, построенные на одновременном винтовом движении и движении крена рамы C-типа;

при этом источник рентгеновского излучения содержит, по меньшей мере, первую фокальную точку (48) и вторую фокальную точку (50), разнесенные друг от друга на расстояние (52) между фокальными точками в направлении (54) смещения, при этом направление смещения совпадает с траекторией источника.

2. Устройство рамы С-типа по п. 1, в котором первая и вторая фокальные точки расположены на траектории источника рентгеновского излучения.

3. Устройство рамы С-типа по п. 1 или 2, в котором расстояние смещения и/или направление смещения поддаются настройке.

4. Устройство рамы С-типа по п. 1, в котором источник рентгеновского излучения предоставляется в виде одной стереоскопической рентгеновской трубки, имеющей две фокальные точки.

5. Устройство рамы С-типа по п. 1, в котором источник рентгеновского излучения предоставляется в виде рентгеновской трубки с двумя уровнями энергии.

6. Система (10) рентгеновской визуализации, содержащая:

устройство (12) рамы С-типа по одному из предшествующих пунктов;

передвижное средство (14) для управления устройством рамы С-типа; и

блок (16) обработки данных;

при этом блок обработки данных выполнен с возможностью управления передвижным средством для активации перемещения источника и детектора рентгеновского излучения вдоль соответствующих траекторий;

при этом блок обработки данных выполнен с возможностью управления источником рентгеновского излучения и генерацией рентгеновского излучения из первой фокальной точки и второй фокальной точки;

при этом блок обработки данных выполнен с возможностью управления детектором и приема исходных данных изображения от детектора.

7. Способ (100) предоставления томографических данных изображения объекта, содержащий следующие этапы:

a) перемещение (112) источника рентгеновского излучения на первом конце устройства рамы С-типа вдоль траектории источника; при этом источник рентгеновского излучения имеет первую и вторую фокальные точки, смещенные друг от друга на расстояние между фокальными точками в направлении смещения, при этом направление смещения совпадает с траекторией источника; и одновременно перемещение (114) детектора на втором конце устройства рамы С-типа вдоль соответствующей траектории детектора; при этом траектории источника и детектора представляют собой траектории двухосевого вращения, построенные на одновременном винтовом движении и движении крена рамы C-типа;

b) облучение (118) объекта первым рентгеновским излучением из первой фокальной точки в направлении детектора; или

облучение (120) объекта вторым рентгеновским излучением из второй фокальной точки в направлении детектора;

c) детектирование (124) соответствующего рентгеновского излучения из числа первого и второго рентгеновских излучений с помощью детектора; и выдача (126) соответствующих сигналов в качестве исходных данных (128, 130) изображения.

8. Способ по п. 7, в котором на этапе b) первое и второе рентгеновские излучения испускаются попеременно.

9. Способ по п. 7 или 8, в котором первое и второе рентгеновские излучения обеспечиваются попеременно непрерывным образом (132), при этом осуществляется непрерывное формирование выборки (134) исходных данных изображения;

при этом стробирующий сигнал (136), относящийся к функции объекта, обеспечивается (138) в процессе непрерывного формирования выборки в отношении исходных данных изображения;

при этом из непрерывно отбираемых исходных данных изображения выбираются исходные данные (140) изображения, отнесенные к заданной фазе стробирующего сигнала, для реконструкции (142) трехмерных данных изображения объекта.

10. Способ по п. 7 или 8, в котором стробирующий сигнал (144), относящийся к функции объекта, обеспечивается (146) в процессе перемещения устройства рамы С-типа и облучения объекта; при этом излучение и детектирование осуществляются (148) только на заданных фазах стробирующего сигнала.

11. Способ по п. 7, в котором рентгеновское излучение из одной из двух фокальных точек обеспечивается (150) из первого ряда положений по всей траектории; при этом рентгеновское излучение, осуществляемое второй из двух фокальных точек, обеспечивается из второго ряда положений, расположенных (152) в ряде окон стробирования по всей траектории.

12. Способ по п. 7, в котором рентгеновское излучение из первой фокальной точки и второй фокальной точки обеспечивается только из ряда положений, расположенных в ряде окон стробирования по траектории.

13. Способ по п. 7, в котором расстояние смещения и/или направление смещения настраиваются в процессе проведения вращательного сканирования.

14. Машиночитаемый носитель, на котором хранится элемент компьютерной программы, адаптированный для управления системой (10) рентгеновской визуализации по п. 6, который, будучи исполняемым блоком обработки данных, выполнен с возможностью осуществления этапов способа по одному из пп. 7-13.