專利名稱：在(Xper)CT下的針引導過程中的金屬偽影預防的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于在(Xper) CT下的針引導過程中的金屬偽影預防的方 法和設備，具體涉及用于例如在活檢過程中預防在(Xper)CT中的金屬偽影 的方法和設備，此時，金屬針出現(xiàn)于(Xper)CT掃描的視場中。
背景技術：
在活檢、引流或椎體成形(vertebroplasty)過程中經(jīng)常進行重復掃描。 當針被定位成平行于只有單一投影的X射線路徑時，將產(chǎn)生嚴重的金屬偽 影，其可以完全使損害變得不明顯，所述損害為活檢、引流或椎體成形過 程的目標。
基于該患者的所重建的體積，存在用于計劃患者中的針軌跡的多個應 用。在活檢過程中，例如進行多個掃描以驗證針朝向例如腫瘤的進度。這 些應用可以使用計算機斷層掃描體積，尤其是(Xper)CT掃描體積。(Xper) CT掃描由旋轉X射線采集組成。當在一個或多個X射線投影中針平行于 從例如X射線管到探測器像素的X射線的路徑時，產(chǎn)生非常強的金屬偽影， 其幾乎不可能得以校正并其將完全使目標損害變得不明顯。
從JP10211197A中可以了解X射線CT設備，其中，用來自X射線源 的X射線脈沖照射對象的掃描表面，在X射線探測器中探測傳輸X射線量 并且將轉換輸出在預放大器部分放大、進行A/D轉換以及輸入至圖像處理 器。之后，在所輸入的36(^X射線傳輸數(shù)據(jù)被轉換成投影數(shù)據(jù)和反投影數(shù) 據(jù)之后，增加360n的反投影數(shù)據(jù)以及重構斷層攝影圖像并在監(jiān)測器上顯示。 在測量開始時，調(diào)節(jié)角度從而不至于使插入到受試者身體的穿刺針的穿刺 角與投影數(shù)據(jù)的測量開始角以及反向于測量開始角18()G的角重疊，抑制在 穿刺針的掃描過程中由運動產(chǎn)生的偽影。
此外，H丄iu在journal of Applied Physics 83(11)， 1998， 6849-6851頁 中描述了 "metallic needle artefactes in magnetic resonance imaging"。 D.Xiao等人在proceeding of正EE conference control application, Canada, 2005， 13-18頁中描述了 "software design of transperineal prostate needle biopsy robot "o

發(fā)明內(nèi)容
期望提供允許避免成像過程中的金屬偽影的方法和設備。
本發(fā)明提供了用于預防針引導過程中的金屬偽影的方法、相應設備、 檢査曝光設備、程序組件以及相應計算機可讀介質。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了用于在檢査曝光設備的電磁場內(nèi)的金屬 針引導過程中的金屬偽影預防的方法，包括確定電磁場源的位置、確定探 測器的位置、基于源位置和探測器位置確定電磁場的方向、確定電磁場中 金屬針的方向以及提供基于所確定的電磁場的方向和金屬針的方向的比較 的信號?？梢允褂糜糜诳刂茩z査曝光裝置的機架的幾何校準數(shù)據(jù)。所述方 法能夠指示例如活檢針不應該沿著的路徑以預防金屬偽影。信號信息用于 警告用戶所述路徑傾向于產(chǎn)生金屬偽影并由此導致無用的(Xper) CT掃描。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，電磁場是X射線場，源是X射線焦斑以及/ 或探測器是探測器像素。由此，針對每個投影的X射線焦斑和針對每個投 影的探測器像素位置構成了用于確定源的幾何結構和影響x射線場的確定 的環(huán)境存量的幾何校準數(shù)據(jù)。X射線場的確定包括確定場的強度和方向， 但是并不局限于此。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，方法還包括確定場影響參數(shù)以及確定另外基 于場影響參數(shù)的電磁場方向。因此，可以考慮例如就像影響場分布的檢查 器械的環(huán)境參數(shù)，以及確定電磁場的方向，其可能受到例如金屬或磁部件 的環(huán)境的影響。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，方法包括向用戶提供警告。在針軌跡計劃過 程中警告用戶有助于預防金屬偽影產(chǎn)生，此時在一個或多個投影中針將平 行于局部X射線束。這對(Xper) CT來說尤其有幫助，因為(Xper) CT具有 寬的X射線錐形束并且當用戶所計劃的路徑將產(chǎn)生金屬偽影時這對用戶來 說是很重要的，其將取決于所選擇的插入點和所選擇的針的角兩者。
根據(jù)另一方面，向用戶提供警告包括在所重建的體積上提供矢量圖的準備，所述矢量圖示出了通過重建的x射線錐形束的路徑，所述路徑為應
該被預防的針的方向。通過這樣的矢量圖，用戶不僅知道現(xiàn)在的位置可能 導致金屬偽影，而且還知道在下一個行動中要避開哪個位置。
根據(jù)另一方面，方法包括提供用針治療的受檢對象的替代位置，使得
針的方向不在通過重建的x射線錐形束的路徑內(nèi)，所述針的方向為應該被
預防的針的方向。因此，用戶不需要改變針相對于受檢對象的位置就可以 改變受檢對象的位置。
根據(jù)另一方面，方法包括受檢對象的自動定位，使得針的方向不在通
過重建的x射線錐形束的路徑內(nèi)，所述針的方向為應該被預防的針的方向。
由此，可以避免用戶的錯誤決定和舉動。為了安全起見，在系統(tǒng)自動設置 新位置前，要求用戶確認或接受替代位置?？梢蕴峁┯糜谔峁┤魏螄乐貨_ 突的任何緊急打斷或監(jiān)測。
本方法可以以多種方式來警告用戶，簡單地，當所計劃的針軌跡處于 產(chǎn)生金屬偽影的所謂危險區(qū)域中時給予警告，提供所重建的體積上的矢量
圖，所述矢量圖示出了通過重建的x射線錐形束的路徑，所述路徑為應該
被預防的針的方向，和/或當所計劃的路徑是關鍵的且不容易修改(諸如在椎 體成形的情況)時，給予警告以建議患者移動位置。此外，可以選擇建議以 例如床移動或自動使患者移動位置的形式使患者移動位置多少。由于非常
精確地校準c臂旋轉的整個幾何形狀，可能實現(xiàn)非常準確的結果。當向用
戶提供警告時，用戶可以修改路徑計劃。這通過接近角的輕微改變即可容 易地實現(xiàn)。當計劃路徑是關鍵的且不容易適應時，像椎體成形，可以選擇 使患者移動位置。特別地，所述方法可以被用于計劃針的路徑，其可以被 增強，以警告用戶所計劃的路徑位于旋轉平面內(nèi)，產(chǎn)生致使掃描無用的金 屬偽影。
根據(jù)另一方面，檢查曝光設備是計算機斷層攝影設備。 根據(jù)另一方面，提供用于在檢査曝光設備的電磁場內(nèi)的金屬針引導過 程中的金屬偽影預防的設備，包括適于確定電磁場源的位置的組件、適于 確定探測器的位置的組件、適于基于源位置和探測器位置確定電磁場方向 的組件、用于確定金屬針的方向的組件以及適于基于所確定的電磁場的方 向和金屬針的方向的比較用于提供信號的組件。
8根據(jù)另一方面，該設備包括適于確定場影響參數(shù)的組件和適于另外基 于場影響參數(shù)確定電磁場的方向的組件。因此，可以考慮在影響磁場的設 備的環(huán)境中的部件，例如，(鐵)磁組件和永久磁鐵。
根據(jù)另一方面，該設備包括適于向用戶提供警告的組件。 根據(jù)另一方面，用于向用戶提供警告的組件包括適于提供所重建的體
積上的矢量圖的組件，所述矢量圖示出了通過重建的x射線錐形束的路徑，
所述路徑為應該被預防的針的方向。
根據(jù)另一方面，設備包括適于提供用針治療的受檢對象的替代位置的
組件，使得針的方向不在通過重建的x射線錐形束的路徑內(nèi)，所述路徑為
應該被預防的針的方向。
根據(jù)另一方面，設備包括適于受檢對象的自動定位的組件，使得針的
方向不在通過重建的x射線錐形束的路徑內(nèi)，所述路徑為應該被預防的針
的方向。
應該注意的是，代替進行自動定位的是，該設備也能夠只警告和/或建 議用戶進行新的定位或者要求接受進行對受檢對象的自動定位。 根據(jù)另一方面，計算機斷層攝影單元包括本發(fā)明的設備。
應該注意的是電磁場可以是x射線場，但是，本領域技術人員也可以 將本發(fā)明的方法和設備用于電磁場而不是x射線場。根據(jù)另一方面，源可 以是x射線焦斑，和/或探測器可以是探測器像素。
根據(jù)另一方面，提供程序單元，當由處理器運行時，所述程序單元適 于執(zhí)行本發(fā)明的方法。
根據(jù)另一方面，提供其上存儲有本發(fā)明的程序單元的計算機可讀介質。
應該注意，可以將本發(fā)明的主題應用于任意3D X射線應用(3DRA、 XperCT、 CT)，所述任意3D X射線應用與和患者一起進行掃描的強吸收 伸長器械組合使用。這些可以是例如活檢、引流或椎體成形(螺旋)。XperCT 是不需要運輸患者就可以提供在干涉組中的軟組織成像能力的系統(tǒng)。因此， 應用包括干涉之前以及干涉之后立即的軟組織信息的評估，以及流血區(qū)域 和鈣化的探測。被設計為用于干涉應用的Xper CT重建從獲取到顯示只用 幾分鐘，其在患者病情惡化時的關鍵情形中尤為重要。
可以將下述內(nèi)容看作本發(fā)明的要點由于通過事先確定針的位置的事先的針的位置，避免成像中的擾動，以及從而預測可能的金屬偽影。
通過參照后面描述的實施例，本發(fā)明的這些以及其他方面將變得明顯， 并參照所述實施例進行闡述。


下面將參照附圖對本發(fā)明的示例性實施例進行描述。
圖l是示出根據(jù)本發(fā)明的一個方面的方法的圖表； 圖2示出了電磁場的方向和針的方向； 圖3示出了所重建的體積上的矢量圖； 圖4示出了檢查曝光設備；以及 圖5示出了根據(jù)本發(fā)明一個方面的設備。
具體實施例方式
圖1描述了根據(jù)本發(fā)明一個方面的方法的流程。應該注意的是，不一 定以描述的順序執(zhí)行所述方法組成或步驟，以及可以改變合適的次序。 參照圖1， 一種用于金屬針在檢査曝光設備的電磁場中的引導過程中
的金屬偽影預防的方法包括確定ST1電磁場源的位置、確定ST2探測器的 位置、基于源的位置和探測器的位置確定ST4電磁場的方向、確定ST6金 屬探測器在電磁場中的方向以及基于所確定的電磁場的方向和金屬針的方 向的比較提供ST7信號。應該注意，特別地，可以在合適地方改變方法組 成ST1和ST2的順序。此夕卜，方法組成ST6可以分別在方法組成ST1、 ST2 和ST4之前或之后。
進一步參照圖2和圖4，可以基于用于控制檢査曝光設備的控制數(shù)據(jù) 執(zhí)行源21的位置的確定，尤其地以控制C臂的移動，這是由于在可用的檢 查曝光設備中非常精確地校準C臂旋轉的整個幾何形狀。可以以相同方式 執(zhí)行探測器25、 26的位置的確定?；谠?1位置和探測器25、 26的位置 執(zhí)行電磁場20的方向29的確定?？梢栽诘芽▋鹤鴺恕⒅鴺嘶蚯蜃鴺酥?執(zhí)行該確定，但是并不局限于此。通過由檢查曝光設備探測金屬針可以執(zhí) 行金屬針40在電磁場20中的方向49的確定，尤其基于由檢査曝光設備產(chǎn) 生的圖像處理。如果金屬針40的方向49和電磁場20對應于電磁場20的
10方向29，則提供信號。應該注意的是，金屬針40和電磁場20的對應方向 49、 29還包括平纟亍矢量而非疊合矢量(congruent vector)。還應該注意的 是，可能以反向方式提供信號，尤其當電磁場方向和金屬針的方向不對應 時，從而信號之后暗示電磁場方向和金屬針的方向不對應。
參照圖1,還可以包括確定ST3場影響參數(shù)和基于附加的場影響參數(shù) 確定ST5電磁場20的方向29的其他方 去組成。如果環(huán)境包括影響電磁場 的組成從而擾亂電磁場，并且因此必須考慮場影響參數(shù)對其進行校正，那 么，這些另外的步驟是有用的。由于容納檢查曝光設備的組成，可以生成 場影響參數(shù)，但是，并不局限于此。
參照圖1，還可以包括基于信號向用戶提供ST8警告的另一方法組成。 由此，可以將信號用作用于向用戶提供可能存在金屬偽影的警告或建議的 基礎，從而，可以預防在金屬針引導過程中的金屬偽影。作為另一種方法 組成，可以向用戶提供ST8A所重建的體積上的52的矢量圖51，所述矢量 圖51示出了通過重建的X射線錐形束50的路徑53，所述路徑53為應該 可以被預防的針的方向。因此，對用戶來說更容易估計哪個針的方向導致 金屬偽影。
作為另一種方法組成，可以向受檢對象9的替代位置9A提供ST9，從 而可以沿著替代位置9A移動使用針治療的受檢對象9，使得針49的方向 在通過重建的X射線錐形束50的路徑53內(nèi)，所述路徑53為應該被預防的 針的方向49。對受檢對象進行位置移動允許相對于受檢對象的位置維持針 的位置。
此外，可以提供自動定位ST9A的方法組成，從而用戶可以僅接受或 者確認系統(tǒng)的建議，從而可以執(zhí)行自動定位。因此，可以避免用戶的任何 錯誤決定或行為。
圖2示出了沒有場影響參數(shù)的電磁場，使得電磁場只受源21的影響。 探測器25也可以影響磁場。但是，確定電磁場是有用的，特別是在場的流 線的范圍內(nèi)，所述流線穿過探測可能偽影的相關探測器25、 26。探測器可 以包括探測器像素26，所述探測器像素的數(shù)量取決于要完成的圖像的分辨 率。
在圖2中，受檢對象9對應于所重建的體積52,9。用箭頭29、 29A指示電磁場20的方向。示出了受檢對象9內(nèi)的針40，其中，用箭頭49指示 針的方向。在圖2的情況中，針49的方向對應于用箭頭29A指示的電磁場 的方向，這是由于箭頭49和箭頭29A彼此平行。如果電磁源21和探測器 25、 26旋轉，同時維持所重建的體積的位置，針49的方向很可能與電場 29、 29A的一些流線的方向疊合，因此必須對金屬偽影進行預期。應該注 意，電磁場20可以是X射線場，但是如果適于各自的應用，也可以是任何 其他電磁場。
如果，電磁場是X射線場，源21可以是X射線焦斑，但是，如果合 適，可以使用任何其他源，尤其是X射線源。
圖3示出了指示所重建的體積52的矢量圖51，所述矢量圖51示出了 通過重建的圖2的X射線錐形束50的路徑53，所述路徑53是應該被預防 的針的方向。應該注意的是，平行矢量也表示反平行矢量，即矢量方向增 加/減少180Q。
圖4示出了以計算機斷層攝影形式的檢查曝光設備1。檢查曝光設備 包括設備10，所述設備10用于在檢査曝光設備的電磁場20內(nèi)的金屬針引 導過程中的金屬偽影預防。曝光設備可以圍繞例如人體的受檢對象的長軸 旋轉。如果針的位置可能產(chǎn)生金屬偽影，則可以對受檢對象進行移動位置 或旋轉或移動，從而不會產(chǎn)生金屬偽影，其中，維持檢查裝置的初始旋轉 軸，例如在移動位置至替代位置9A之前的受檢對象9的長軸的初始旋轉軸。
圖5示出了設備10的組成和組件。設備10包括適于確定電磁場20的 源21的位置的組件11。指向組件11的箭頭指示確定源位置的所需的信息 的輸入。此外，提供了用于確定探測器25、 26的位置的組件12，其中，指 向組件12的箭頭指示所要輸入以確定探測器的位置的信息的輸入。根據(jù)本 發(fā)明一方面，在必須要考慮這樣的場影響參數(shù)的情況下，提供用于確定場 影響參數(shù)的組件13。
組件14基于由組件11輸出的源21的位置和由組件12輸出的探測器 25、 26的位置，確定電磁場20的方向29。根據(jù)本發(fā)明的一方面，也可以 另外考慮其他場影響參數(shù)，由此可以提供組件15以基于由組件11輸入的 源的位置、由組件12輸入的探測器的位置以及另外地由組件13輸入的場 影響參數(shù)來確定電磁場20方向。應該注意，可以將組件13和15設計成單一單元，其中組件13可以被包括在組件15中，或者組件15也可以取代組 件13的任務。組件17提供基于所確定的電磁場的方向和金屬針的方向的 比較的信號。應該注意，可以考慮或不考慮場影響參數(shù)來確定電磁場。可 以不同方式使用由組件17提供的信號。第一可能性為如由組件17的中間 輸出箭頭指示的，由設備10來輸出信號。該信號可用于進一步數(shù)據(jù)處理。 作為替代地，可以將信號提供給組件18以用于向用戶提供警告，例如，作 為警告文本屏幕或任何其他合適的警告?？商娲兀山M件18A提供如參 照圖3所述的矢量圖也是可能的，其適于提供所重建的體積的矢量圖，所 述矢量圖示出了通過重建的X射線錐形束的路徑，所述路徑為應該被預防 的針的方向?？梢曰谟山M件11輸出至組件17的信息執(zhí)行的矢量圖的確 定。矢量圖可以被顯示在屏幕、打印機或任何其他合適的介質上。
作為另一替代，設備包括用于提供由針40進行治療的受檢對象9的替 代位置的組件19，使得針40的方向49不在通過重建的X射線錐形束50 的路徑53內(nèi)，所述路徑53為應該被預防的針的方向。受檢對象9的替代 位置9A在屏幕上可以被指示為圖片或指示為文本描述或指示為任何其他 合適指示。任何其他指示介質都是可能的。
此外，可以提供用于受檢對象的自動定位的組件19A,使得針40的方 向49不在通過重建的X射線錐形束的路徑53內(nèi)，所述路徑53為應該被預 防的針的方向。事實上，在接收用戶同意自動定位的用戶確認之后，可以 執(zhí)行自動定位，以避免治療受檢對象中的任何危險。自動定位可以影響例 如受檢對象被放置的桌子。事實上，也可能移動合適的檢査裝置。替代位 置意味著受檢對象和檢査設備的位置可以相互移動。
應該注意，也可以將在圖1中所指示的方法執(zhí)行為程序組件，當由處 理器執(zhí)行時，所述程序組件適于執(zhí)行所述方法。所述程序組件也可以被存 儲在計算機可讀介質上。
應該注意，術語"包括"不排除其他組件或步驟，以及"一"或"一 個"不排除多個。也可以對結合不同實施例描述的組件進行組合。
應該注意，權利要求中的附圖標記和數(shù)字不應被理解為對權利要求的 范圍的限制。也可以將本發(fā)明應用于材料科學領域、非破壞性測試或其他 相關應用中。
權利要求
1、一種用于在檢查曝光設備(1)的電磁場(20)內(nèi)的金屬針(40)引導過程中的金屬偽影預防的方法，包括確定(ST1)所述電磁場(20)的源(21)的位置，確定(ST2)探測器(25、26)的位置，基于所述源(21)的所述位置和所述探測器(25、26)的所述位置確定(ST4)所述電磁場(20)的方向(29)，確定(ST6)所述金屬針(40)在所述電磁場(20)中的方向(49)，以及基于所述電磁場(20)的所確定的方向(29)和所述金屬針(40)的所述方向(49)的比較提供(ST7)信號。
2、 如權利要求l所述的方法，其中，所述電磁場(20)是x射線場。
3、 如權利要求l所述的方法，其中，所述源(21)是x射線焦斑。
4、 如權利要求l所述的方法，其中，所述探測器(25)包括探測器像素 (26)。
5、 如權利要求1所述的方法，還包括確定(ST3)場影響參數(shù)，以及另外基于所述場影響參數(shù)確定(ST5)所述電磁場(20)的所述方向(29)。
6、 如權利要求1所述的方法，還包括基于所述信號向用戶提供(ST8) 警告。
7、如權利要求6所述的方法，其中，向用戶提供警告包括提供(ST8) 所重建的體積(52)上的矢量圖(51)，所述矢量圖(51)示出了通過所述重建的x 射線錐形束(50)的路徑(53)，所述路徑(53)為應該被預防的所述針的方向。
8、 如權利要求1所述的方法，還包括提供(ST9)使用所述針治療的受 檢對象(9)的替代位置(9a)，使得所述針的所述方向(49)不在通過所述重建的 x射線錐形束(50)的路徑(53)內(nèi)，所述路徑(53)為應該被預防的所述針的方向 (49)。
9、 如權利要求8所述的方法，還包括對所述受檢對象(9)進行自動定位 (ST9A)，使得所述針的所述方向(49)不在通過所述重建的x射線錐形束(50) 的路徑(53)內(nèi)，所述路徑(53)為應該被預防的所述針的方向。
10、 如權利要求1所述的方法，其中，所述檢查曝光設備是計算機斷 層攝影設備(l)。
11、 一種用于在檢查曝光設備(1)的電磁場(20)內(nèi)的金屬針引導過程中 的金屬偽影預防的設備，包括適于確定所述電磁場(20)的源(21)位置的組件(11)， 適于確定探測器(25、 26)的位置的組件(12)，適于基于所述源(21)的所述位置和所述探測器(25、 26)的所述位置確定所述電磁場(20)的方向(29)的組件(14)，適于確定所述金屬針(40)的方向(49)的組件(16)，以及 適于基于所述電磁場(20)的所確定的方向(29)和所述金屬針(40)的所述方向(49)的比較提供信號的組件(17)。
12、 如權利要求11所述的設備，還包括 適于確定場影響參數(shù)的組件(13)，以及適于另外基于所述場影響參數(shù)確定所述電磁場(20)的所述方向(29)的 組件(15)。
13、 如權利要求ll所述的設備，還包括適于基于所述信號向用戶提供 警告的組件(18)。
14、 如權利要求13所述的設備，其中，用于向所述用戶提供警告的所 述組件(18)包括適于提供所重建的體積(52)上的矢量圖(51)的組件(18a)，所 述矢量圖示出了通過所述重建的x射線錐形束(50)的路徑(53)，所述路徑(53) 為應該被預防的所述針的方向。
15、 如權利要求11所述的設備，還包括適于提供使用所述針(40)治療 的受檢對象(9)的替代位置的組件(19)，使得所述針(40)的所述方向(49)不在 通過所述重建的x射線錐形束(50)的路徑(53)內(nèi)，所述路徑(53)為應該被預 防的所述針的方向。
16、 如權利要求15所述的設備，還包括適于對所述受檢對象進行自動 定位的組件(19a)，使得所述針(40)的所述方向(49)不在通過所述重建的x射 線錐形束(50)的路徑(53)內(nèi)，所述路徑(53)為應該被預防的所述針的方向。
17、 一種檢査曝光設備，其包括權利要求11至16中任一項所述的設 備(IO)。
18、 如權利要求17所述的檢查曝光設備，其中，所述電磁場(20)是x 射線場。
19、 如權利要求17所述的檢査曝光設備，其中，所述源(21)是x射線 焦斑。
20、 如權利要求17所述的檢查曝光設備，其中，所述探測器(25)包括 探測器像素(26)。
21、 如權利要求17所述的檢査曝光設備，其中，所述檢査曝光設備是 計算機斷層攝影設備。
22、 一種程序單元，當由處理器執(zhí)行所述程序單元時，所述程序單元適于執(zhí)行權利要求1至10中任一項所述的方法。
23、 一種在其上存儲有如權利要求22所述的程序單元的計算機可讀介質。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于預防當金屬針存在于掃描視場中時，在活檢過程中由計算機斷層攝影掃描產(chǎn)生的金屬偽影的方法和設備。預先確定金屬針的方向和電磁場的方向。針對電磁場的確定，考慮電磁場的源位置和探測器位置。當所確定的電磁場的方向和金屬針的方向互相對應時，可以警告用戶。
文檔編號A61B6/00GK101534715SQ200780041469
公開日2009年9月16日 申請日期2007年10月30日 優(yōu)先權日2006年11月10日
發(fā)明者N·J·努爾德霍爾克 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司