用于借助x射線成像確定距離的方法以及x射線設備的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于借助通過X射線設備的X射線成像確定在受檢人員的身體內部的檢查對象（5）上的第一點（101）和第二點（102）之間的距離（120）的方法。該方法包括在X射線源不同的相對定位的情況下采集分別包含了第一點（101）和第二點（102）的X射線圖像。相對定位基本上平行于X射線設備的中央線（8b）相對彼此移動。該方法包括執行立體重建。
【專利說明】用于借助X射線成像確定距離的方法以及X射線設備
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于借助X射線成像確定在受檢人員的身體內部中在檢查對象上的第一點和第二點之間的距離的方法和一種X射線設備。特別地，本發明涉及用于立體重建第一點和第二點以分別獲得第一點和第二點相對于X射線設備的X射線源的三維位置的技術。
【背景技術】
[0002]例如借助C形臂設備的X射線成像允許從受檢人員的身體內部采集檢查對象的圖像或測量數據。例如這些圖像可以用作為后面的和分開的醫學應用的基礎或者也可以從圖像中確定物理的測量參量。測量參量特別地可以涉及體積和/或距離、軸和角度。
[0003]在不同的技術中這些測量參量的確定必須通過醫學人員手動地進行。但是在這些測量參量的自動的或基于過程的確定中，度量上的距離確定，即長度確定，僅僅是有限可能的或者極度容易出錯的，因為在所謂的長的對象的情況下在X射線出現中出現物體的有限的可見性。通常的C形臂設備典型地具有一個分辨率或者說視野，其不允許或僅有限地允許可視化整個檢查對象或采集整個檢查對象的數據。
[0004]為此，在文獻中公知允許將多個采集的圖像綜合為一個總圖像的技術，即，所謂的鑲嵌/縫織(Mosaicing/Stitching)方案(圖像鑲嵌技術)。例如在歐洲專利申請EP1632181A1中公知了一種用于圖像合成的這樣的方法和系統，特別是對于利用C形臂設備采集的X射線圖像。根據標 記平面的一起采集的位置標記，計算機單元可以將多個子圖像綜合為一個總圖像。可以由位置標記確定的、標記平面內的絕對位置可以借助數據技術的方法來自動識別并且將子圖像這樣綜合為一個總圖像。
[0005]然而，這樣的技術具有一定的缺陷。例如，位置標記不能安置在檢查對象本身上，而是安置在分開的標記平面上，該標記平面特別地可以具有相對于檢查對象的位移和/或傾斜。綜合或者說圖像合成于是不是根據檢查對象本身，而是根據例如在縱向方向上(即在X射線設備的中央線方向上并且例如垂直于檢測器平面)位移了的位置標記來進行。抽象地來說，例如可以發生，不是測量檢查對象，而是測量了位置標記的輔助對象。這一點除了別的之外在C形臂設備的投影成像特征方面造成圖像合成中的不精確，從而在從總圖像中導出的測量參量，例如距離方面產生不精確或錯誤。

【發明內容】

[0006]因此，需要在X射線成像中提供用于距離確定的改進的技術。
[0007]按照一個方面，本發明涉及一種用于借助通過X射線設備的X射線成像確定在受檢人員的身體內部的檢查對象上的第一點和第二點之間的距離的方法，其中，該方法包括在X射線源與檢查對象的第一相對定位的情況下采集包含了第一點的第一X射線圖像。該方法還包括在X射線源與檢查對象的第二相對定位的情況下采集包含了第一點的第二X射線圖像。該方法還包括在X射線源與檢查對象的第三相對定位的情況下采集包含了第二點的第三X射線圖像。該方法還包括在X射線源與檢查對象的第四相對定位的情況下采集包含了第二點的第四X射線圖像。該方法還包括確定在第一X射線圖像中和在第二X射線圖像中的第一點的方位和確定在第三X射線圖像中和第四X射線圖像中的第二點的方位。該方法還包括基于作為相對應的地標的第一點的所確定的方位進行立體重建以獲得第一點的三維(3d)位置，以及基于作為相對應的地標的第二點的所確定的方位進行立體重建以獲得第二點的3d位置。該方法還包括從第一點的3d位置和第二點的3d位置中確定在第一點和第二點之間的距離。第一相對定位和第二相對定位基本上平行于X射線設備的中央線相對彼此移動，并且第三相對定位和第四相對定位基本上平行于X射線設備的中央線相對彼此移動。
[0008]例如，可以在參考坐標系中定義或給出第一點和第二點的3d位置。例如，參考坐標系可以由標記平面中的位置標記，例如在位于X射線的光程中的標記對象上的位置標記來確定。換言之，第一、第二、第三和第三X射線圖像可以對位置編碼的標記平面的位置標記成像，其中第一點的3d位置和第二點的3d位置在位置標記的參考坐標系中確定。也可以使用X射線設備-導航設 備，其監視X射線設備的相對定位并且確定參考坐標系。應當理解，在同一個參考坐標系中確定第一點和第二點的3d位置可以是足夠的。然后可以直接從兩個3d位置中確定距離一如何精確確定參考坐標系在此可以是不重要的。
[0009]例如，X射線設備可以是C形臂設備或者固定安裝的X射線設備。例如X射線設備可以包括X射線源和X射線檢測器，其例如按照彼此固定的距離布置，例如平行于X射線光子的中央線。該固定距離可以表示焦距，其沿著中央線延伸并且由此定義了一個縱向方向。由此可以定義縱向方向，作為沿著或者說平行于X射線光子的中央線的光程取向的方向。
[0010]立體重建對于專業人員來說是一般公知的技術。其可以允許相對于照相機位置確定在至少兩個二維(2d)圖像中確定的相對應的地標的3d位置。該技術的細節在此不再進一步解釋，因為其對于專業人員來說是公知的。
[0011]基本上平行于中央線移動了的相對定位例如可以意味著:平行于中央線位移，以小于5°或小于10°的誤差角位移。特別地，除了縮放，誤差角可以通過最大可接受的傳輸參數(諸如壓縮、旋轉等)來限制。
[0012]在第一點和第二點之間的距離可以分解為在縱向方向和在垂直方向上的分量，即，平行于和垂直于中央線的分量。例如與開頭提到的基于標記平面中的位置標記的位置編碼的通常方法相比可以實現在距離確定中的改進的精度。這一點特別地符合通過在距離確定中考慮所有三個維度。通過在計算在第一點和第二點之間的距離時考慮3d位置，可以實現計算中的更高精度。這可以減小在確定物理的測量參量“距離”中的不精確，而這對于技術應用來說是具有重大意義的。隨后的和分離的醫學應用也可以這樣更精確和更安全地進行。距離可以用于其他幾何參數，諸如角度等。
[0013]第一和第二 X射線圖像可以對檢查對象的第一子區域成像并且具有不同的成像尺度和/或相對彼此不旋轉和傾斜或僅僅稍微旋轉或傾斜。同樣，第三和第四X射線圖像可以對檢查對象的第二子區域成像并且具有不同的成像尺度和/或相對彼此不傾斜或僅僅稍微傾斜。由此換言之，第一子區域可以包括第一點并且第二子區域包括第二點。
[0014]典型地，X射線光子的光程可以對于與X射線源的增加的距離而加寬。由于光程的橫截面的該加寬，即，發散的光程，X射線設備的不同的高度調整，即，檢查對象的平行于中央線的不同的定位，可以導致成像的對象的成像尺度改變。例如，更靠近(更遠離)x射線源的對象可以在X射線圖像中更大(更小)地被成像。換言之，在不同的高度設置情況下成像尺度可以是不同的。
[0015]X射線設備的焦距，例如特別是C形臂設備的焦距，例如可以通過光程的開放角和X射線檢測器的面積來確定。純解釋性地并且不限制地，例如C形臂設備的Im的焦距由于射線橫截面的加寬而可以表示在與距離X射線源例如Im處0.23m的射線橫截面(11°開放角)。例如在X射線源和X射線檢測器之間的典型距離可以為lm。
[0016]例如，第一和第二相對定位或第三和第四相對定位可以相應于X射線設備的不同的高度調整(檢查對象相對于X射線源沿著中央線，即，在縱向方向上的相對定位)，即，具有檢查對象在X射線光子的光程中的不同布置，例如靠近或遠離X射線源。這樣，例如在X射線設備的固定焦距的情況下也可以實現，基本上在第一和第二或在第三和第四X射線圖像之間的成像尺度改變。例如，旋轉和傾斜在X射線設備的定位精度范圍內可以保持恒定。這樣特別地在各自的X射線圖像中第一和第二點的方位的確定可以特別簡單地進行，因為各自的X射線圖像(除了成像尺度)在很大程度上相同。
[0017]一般地，第一和第二相對定位或第三和第四相對定位可以相應于沿著光程的不同的相對位置。
[0018]典型的X射線設備，特別是C形臂設備，可以具有在X射線源和X射線檢測器之間的固定的距離。然而應當理解，相對定位可以等效地通過X射線源的和/或X射線檢測器的相對于例如位置固定的檢查對象的定位的改變，或通過檢查對象相對于位置固定的X射線源和X射線檢測器的定位的改變來實現。特別地，在一方面X射線源和X射線檢測器和另一方面檢查對象之間的相對定位可以是決定性的。
[0019]第一和第二相對定位可以相對于第三和第四相對定位基本上垂直于X射線設備的中央線相對彼此移動。這例如可以意味著，第一和第二子區域主要垂直于中央線相對彼此移動。應當理解，由第一和第二或第三和第四X射線圖像成像的檢查對象的第一和第二子區域不必相交，也不必部分地相交。然而第一和第二子區域可以部分相交。例如第一和第二 X射線圖像可以對在檢查對象，例如伸長的骨的一個近端的端點處的第一點成像，而第三和第四X射線圖像可以對該伸長骨的遠端的端點處的第二點成像。例如不需要借助其他X射線圖像來采集位于第一和第二點之間的檢查對象的子區域。
[0020]一般地，可以進行在第一和第二相對定位和第三和第四相對定位之間的任意重新定位。重新定位可以是一般已知的。例如借助合適的X射線設備-導航設備可以確定重新定位。這樣的X射線設備-導航設備可以確定參考坐標系。
[0021]在不同的實施方式中，第三X射線圖像的采集可以相應于第一 X射線圖像的采集，并且第四X射線圖像的采集可以相應于第二X射線圖像的采集。換言之，第一 X射線圖像可以等于第三X射線圖像并且第二 X射線圖像可以等于第四X射線圖像；因此，第一相對定位也可以等于第三相對定位并且第二相對定位等于第四相對定位。這一點當例如第一和第二X射線圖像已經包含第二點時就是這樣。于是，第三和第四X射線圖像的采集通過第一和第二X射線圖像的采集就可以實現。在第一和第二點之間的距離然后可以在一組第一和第二 (或第三和第四)X射線圖像內被確定。[0022]例如也可以的是，第一相對定位和第三相對定位具有X射線設備的第一高度調整并且第二相對定位和第四相對定位具有X射線設備的第二高度調整，其中，X射線設備的第一和第二高度調整分別表示X射線源與檢查對象的不同距離，例如沿著光程。也可以的是，第一和第二相對定位并且第三和第四相對定位分別具有垂直于X射線代表的中央線的相同定位。這一點允許第一和第二點的方位的特別簡單的確定。
[0023]例如，第一點的方位的確定和第二點的方位的確定可以手動地通過X射線設備的用戶進行。例如用戶可以分別點擊在第一和第二或第三和第四X射線圖像中、即在成像的第一或第二子區域中的第一和第二點。用戶可以例如根據成像的解剖信息來取向。特別地，有利地在第一和第二或第三和第四X射線圖像之間可以僅成像尺度是不同的，這可以實現特別簡單的手動取向。
[0024]例如可以提供用戶界面，其允許用戶在第一和第二 X射線圖像的或第三或第四X射線圖像的可視化中選擇，例如通過點擊。這一點允許有針對地實現檢查對象的在解剖上重要的點，例如骨的近端和遠端的端點之間的距離。也可以自動地或部分自動地確定第一點和第二點:例如可以自動識別重要的點等。
[0025]第一點的方位的確定和第二點的方位的確定也可以至少部分自動地通過第一 X射線圖像與第二 X射線圖像的以及第三X射線圖像與第四X射線圖像的2d-2d圖像配準來進行。專業人員公知2d-2d圖像配準技術，所述技術允許通過變換來建立在兩個2d圖像之間的對應。變換特別地可以包括旋轉、壓縮/拉伸、縮放等。由此，可以提供在第一和第二或第三和第四X射線圖像中的第一或第二點的相對應的對。在此，圖像配準可以用于分別將第一和第二或第三和第四X射線圖像通過應用圖像變換而帶入盡可能好的一致。換言之，2d-2d圖像配準量化了在各自的X射線圖像之間的區別。特別地，作為2d-2d圖像配準的結果可以獲得圖像變換，例如旋轉、壓縮、縮放等的不同的參數。專業人員公知用于2d-2d圖像配準的不同方法，從而在此不必進一步詳細解釋。
[0026]于是，用戶可以僅僅或者在第一(第三)或者在第二 (第四)X射線圖像中確定第一(第二)點，基于2d-2d圖像配準然后可以分別在所屬的X射線圖像中確定第一或第二點。但是，也可以完全自動地確定第一和第二點，例如分別作為最遠的近端和遠端布置的點或作為另一個在解剖上重要的點。
[0027]按前面討論的方法，可以提供在第一和第二點之間的三維(3d)距離。例如，所述距離可以按照從2d_2d圖像配準的相應參數中獲得的測量精度或顯著水平來提供。在特別優選的實施方式中，第一和第二或第三和第四相對定位可以僅通過X射線設備的不同的高度調整來表征；即，因為檢查對象例如僅平行于中央線被移動，所以僅成像尺度改變。這一點可以意味著，在2d_2d圖像配準中確定的變換在第一和第二或第三和第四X射線圖像之間僅具有縮放，而沒有或僅具有微小的旋轉和傾斜。這一點可以提高2d_2d圖像配準的精度，或減小2d-2d圖像配準的不精確性。例如作為2d-2d圖像配準的邊界條件可以僅將X射線圖像對的縮放系數作為不等于零來確定。
[0028]對于立體重建例如在參考坐標系中(例如關于位置編碼的標記平面)可以確定外在的照相機參數，即，照相機、即在此是X射線源的姿勢(位置和取向);還可以確定內在的照相機參數，即，投影的成像特征，其例如描述了 2d圖像中的3d對象的影像。以下示出了允許特別精確確定外在的和/或內在的照相機參數的技術。這一點允許，提高立體重建的精度和由此距離確定的精度。
[0029]例如，該方法可以包括對于立體重建確定外在的照相機參數，其描述了在第一和第二以及第三和第四相對定位中X射線源的3d位置和取向，其中立體重建的執行考慮了特定的外在的照相機參數。
[0030]3d位置和取向可以在參考坐標系中確定。例如參考坐標系通過位置標記來定義。
[0031]在此第一和第二以及第三和第四X射線圖像可以分別對位置編碼的標記平面的位置標記成像，其中，外在的照相機參數的確定基于成像的位置標記進行。
[0032]位置標記可以按照固定的格柵布置并且分別表示標記平面的相應的參考坐標系內部的絕對定位。成像的位置標記的絕對定位可以是可電子讀出的。優選地，為此對每個X射線圖像成像兩個或多個位置標記。位置標記也可以具有在標記平面內部已知的尺寸和幾何特征。標記平面例如可以在標記對象上定義，例如在包含了以打印形式的或在X射線成像中的具有高的對比度的位置標記的平的圖上定義。標記對象然后可以在采集期間位于光程中，優選地這樣，即，標記平面垂直于中央線。換言之，中央線平行于或基本上平行于標記平面的平面法線。然而，可以存在相對于該方向的特定的優選小的誤差角。例如標記對象可以鋪設在檢查對象所位于的臺上。
[0033]基于位置標記的位置編碼可以絕對地確定X射線源的姿勢，例如關于通過標記平面或位置標記定義的參考坐標系。
[0034]也可以基于對X射線設備在不同的相對定位之間的定位的監視進行外在的照相機參數的確定。例如，可以設置X射線設備-導航設備，其測量X射線設備的組件的定位，也就是例如X射線源和X射線檢測器的以及檢查對象的定位。然后可以測量相對定位。X射線設備-導航設備也可以確定參考坐標系。X射線設備-導航設備特別地可以跟蹤X射線源的和/或X射線檢測器的運動`。
[0035]然后可以基于來自于X射線設備的定位的監視的位置信息絕對地確定X射線源的姿勢，例如關于例如也可以通過X射線源的(參考)零位置定義的參考坐標系。
[0036]可以既基于位置標記又基于對定位的監視來確定外在的照相機參數，例如將通過這些方法的結果進行平均。這一點可以進一步提高確定的精度。
[0037]該方法還可以包括采集分別對位置編碼的標記平面的位置標記進行成像的至少兩個校準X射線圖像。在此，至少兩個校準X射線圖像以X射線源相對于標記平面的不同取向被拍攝。該方法還可以包括從校準X射線圖像中根據成像的位置標記確定對于立體重建的內在的照相機參數，其描述了 X射線設備的成像特征，其中，立體重建的進行考慮了所確定的內在的照相機參數。
[0038]例如，校準X射線圖像的采集在校準例程中在X射線圖像的實際采集之前進行。一般地，在更大數量采集的校準X射線圖像的情況下可以提高所確定的內在的照相機參數的和由此立體重建的或者說距離的精度。
[0039]內在的照相機參數也可以預先存儲地存在并且特定于設備地存儲。
[0040]標記平面和位置標記可以與前面關于外在的照相機參數的確定所討論過的那些相應。從位置標記和標記平面的已知的實際的幾何特征然后可以從與在所采集的校準X射線圖像中的位置標記的成像的幾何特征的比較中可以確定內在的照相機參數。
[0041]也可以的是，至少兩個校準X射線圖像中的至少一個是第一 X射線圖像和/或第二X射線圖像和/或第三X射線圖像和/或第四X射線圖像。這一點特別適合于X射線圖像包含位置標記的情況，例如為了確定外在的照相機參數。
[0042]按照另一方面，本發明涉及一種用于借助通過X射線設備的X射線成像確定在受檢人員的身體內部中的檢查對象上的第一點和第二點之間的距離的方法，其中該方法包括:在X射線源與檢查對象的第一相對定位的情況下采集包含了第一點和第二點的第一 X射線圖像；在X射線源與檢查對象的第二相對定位的情況下采集包含了第一點和第二點的第二X射線圖像；確定在第一X射線圖像中和在第二X射線圖像中的第一點的方位；確定在第三X射線圖像和第四X射線圖像中的第二點的方位；基于作為相對應的地標的第一點的所確定的方位進行立體重建以獲得第一點的3d位置；基于作為相對應的地標的第二點的所確定的方位進行立體重建以獲得第二點的3d位置；從第一點的3d位置和第二點的3d位置中確定在第一點和第二點之間的距離。在此，第一相對定位和第二相對定位平行于X射線設備的中央線相對彼此移動。
[0043]當可以利用X射線設備的視野采集第一和第二點時，即，當第一以及第二 X射線圖像既包含第一點也包含第二點時，該方面可以是優選的。
[0044]關于上面描 述的兩個方面所討論的技術和實施方式是特別地可以組合和交換的。特別地，所討論的2d_2d圖像配準技術和內在的和外在的照相機參數的確定也可以應用于目前討論的方面。
[0045]按照另一方面，本發明涉及一種具有X射線源和X射線檢測器的X射線設備。該X射線設備包括拍攝控制器，其構造為，用于執行以下步驟:在X射線源與檢查對象的第一相對定位的情況下采集包含了第一點的第一 X射線圖像；和在X射線源與檢查對象的第二相對定位的情況下采集包含了第一點的第二 X射線圖像；和在X射線源與檢查對象的第三相對定位的情況下采集包含了第二點的第三X射線圖像；和在X射線源與檢查對象的第四相對定位的情況下采集包含了第二點的第四X射線圖像。該X射線設備還包括處理器，其構造為，用于執行以下步驟:確定在第一X射線圖像中和在第二X射線圖像中的第一點的方位；確定在第三X射線圖像中和第四X射線圖像中的第二點的方位；基于作為相對應的地標的第一點的所確定的方位進行立體重建以獲得第一點的3d位置；基于作為相對應的地標的第二點的所確定的方位進行立體重建以獲得第二點的3d位置；從第一點的3d位置和第二點的3d位置確定在第一點和第二點之間的距離。第一相對定位和第二相對定位基本上平行于X射線設備的中央線相對彼此移動。第三相對定位和第四相對定位基本上平行于X射線設備的中央線相對彼此移動。
[0046]該X射線設備可以構造為，用于執行按照本發明的另一方面的用于確定距離的方法。
[0047]對于這樣的X射線設備可以實現如下效果，該效果與對于根據本發明的另一方面的用于確定距離的方法所能實現的效果類似。
[0048]當然，前面描述的本發明的實施方式和方面的特征可以互相組合。特別地這些特征不僅按照描述的組合，而且也可以按照其他組合或者對于本身使用，而不脫離本發明的范圍。
【專利附圖】

【附圖說明】[0049]以下借助附圖根據優選的實施方式詳細解釋本發明。在附圖中相同的附圖標記表示相同的或類似的元件。其中，
[0050]圖1示意性示出了 C形臂設備作為按照本發明的具有X射線源和X射線檢測器和X射線光子的光程的X射線設備，其中該C形臂設備可以用于按照本發明的方法。
[0051]圖2是檢查對象和位置標記的俯視圖。
[0052]圖3是圖2的檢查對象的側視圖并且示出了其縱向方向上的尺寸。
[0053]圖4A和4B是按照本發明的用于確定在檢查對象上第一點和第二點之間的距離的方法的流程圖。
[0054]圖5詳細示出了圖3的在第一和第二點之間的距離的不同的分量。
[0055]圖6是檢查對象的按照圖2的俯視圖并且示出了檢查對象的和在具有C形臂設備的不同的高度調整的兩個X射線圖像之間的位置標記的比例系數。
【具體實施方式】
[0056]利用以下附圖來解釋允許確定在檢查對象上的第一點和第二點之間的3d距離的技術。通過考慮點的3d坐標可以特別地以特別高的精度確定距離。這一點例如可以減小物理的測量參量“距離”的誤差并且由此可以是高度技術上相關的。
[0057]圖1示意性示出 了具有X射線源2和X射線檢測器3的C形臂設備I。利用虛線表示從X射線源2發出的X射線光子的光程8a。光程8a的中心定義了 z軸或者說縱向方向A，其與X射線光子的中央線8b平行。中央線8b (圖1中利用實線表示)例如可以垂直于X射線檢測器3的檢測器平面。光程8a的例如在xy平面中的橫截面對于與X射線源2的增加的距離而增加。這一點通過光程8a的開放角Sc來描述。焦距8表示在X射線檢測器3和X射線源2之間的距離。
[0058]檢查對象5至少部分地位于光程8a中。檢查對象5例如可以是人的骨。
[0059]C形臂設備I包括拍攝控制器33，其構造為用于借助對X射線源2和X射線檢測器3的合適的控制來采集檢查對象5的X射線圖像。C形臂設備I還包括用戶界面32，其允許C形臂設備I的用戶可以改變不同的工作特征和參數。此外C形臂設備I還包括顯示器31，其構造為用于將通過拍攝控制器33采集的X射線圖像顯示給用戶。C形臂設備I還包括X射線設備-導航系統34，其允許測量X射線檢測器3的和X射線源2的定位，例如在xyz坐標系中或另外的參考坐標系中。此外，C形臂設備I還包括處理器30，其構造為用于基于通過拍攝控制器33所采集的X射線圖像進行特定的計算，例如距離計算和/或圖像鑲嵌技術。以下詳細解釋處理器30的不同的工作方式。
[0060]X射線圖像可以用于檢查對象5的成像。如從圖1可以看出的，焦距8 (或者說開放角Sc或X射線檢測器3的檢測器面積)不足以利用唯一一個X射線圖像成像整個檢查對象5。于是可能僅采集檢查對象5的穿過光程8a的子區域5b (圖1中斜線表示)并且這樣在X射線圖像中成像。
[0061 ] 特別地檢查對象5這樣沿著縱向方向A平行于中央線Sb布置在光程8a中，從而其在第一點101處具有與X射線源2的第一距離111并且在第二點102處具有第二距離112(距離111、112例如可以關于中央線Sb的原點，也就是例如X射線源2的幾何中心來定義)。典型地，構造地設置在X射線源2和X射線檢測器3之間的距離，從而可以從距離111、112分別直接推導出在檢查對象5和X射線檢測器3之間的相應距離。然而以下僅關于在X射線源2和檢查對象5之間的距離111，然而這并非限制性的。
[0062]此外，具有包含了多個(圖1中未示出的)位置標記的標記平面4的標記對象布置在光程8a中。標記對象4和檢查對象5按照互相固定的相對布置并且例如可以一起被移動。在標記平面4和X射線源2之間的距離117在圖1的情況下大于在X射線源2和檢查對象5之間的距離111、112，即，標記平面4在光程8a中位于檢查對象5后面。然而，標記平面4也可以布置在檢查對象5前面。
[0063]檢查對象5和標記平面4可以沿著方向A、即沿著z軸移動。可以調整檢查對象5和標記平面4的這樣的確定的高度調整7:高度調整7在此通過沿著縱向方向A的定位來確定距離111、112、117。在圖1中圖形地示出了在兩個高度調整7之間的差7a，也就是沿著縱向方向A的位移。檢查對象5以及標記平面4都可以通過高度調整相對于X射線源2在縱向方向上定位，特別地該定位可以耦合地進行(在圖1中由于清楚性原因僅示出了在兩個高度調整中的標記平面4 )。
[0064]以下解釋按照本發明的技術，所述技術允許，借助立體重建確定第一和第二點101、102的3d位置。從中可以確定在3d空間中的點101、102的距離，為此參見圖5。距離矢量或距離120從z分量115c (即，沿著縱向方向A)和xy分量115a、115b綜合得到。xy分量115a、115b例如可以借助位置標記6通過相應的位置編碼來確定,例如當標記平面4位于xy平面中時。為簡單起見，以下將距離矢量表示為距離120 ;在此不僅指矢量的長度，即，長度大小，而且還指整個矢量大小。一般地，距離120的確定可以包括距離矢量的不同的特征的確定，特別是長 度，方向，角度等。
[0065]應當指出，一般地不需要，標記平面4垂直于光程8a。但是這是優選的。相對于常規的技術，例如開頭描述的，按照本發明的技術可以具有優點，即，也考慮了距離120的z分量115c并且由此可以實現更高的精度。
[0066]圖2是檢查對象5的俯視圖，即，沿著光程8a的視圖(從X射線源2的視點出發)。因此可以看出檢查對象5的在xy平面中的尺寸。標記平面4例如可以基本上平行于xy平面布置。位置標記6例如包含條形碼或其他種類的數字可讀的圖案，所述圖案包含了關于各自的位置標記6在xy平面中的絕對位置的信息。應當理解，從圖2的俯視圖中可能地不能直接確定一方面距離111、112和另一方面距離117。從如在圖2中示出的單個視圖可能地僅能借助位置標記6的位置編碼確定在第一和第二點101、102之間的距離的在xy平面中的分量115或其到標記平面4中的投影。
[0067]圖3中對于兩個高度調整7示出了檢查對象5的側視圖。圖3中示出了分別來自于檢查對象5或標記平面4的參考系的兩個高度調整7 (參見圖1)，即，X射線源2相對于該對象4、5被移動。這是解釋性的圖示并且應當理解，相應地，對象4、5也可以相對于位置固定的X射線源2被移動，或者對象4、5以及X射線源2都可以被移動。以下僅對于兩個示出的高度調整7中的一個示出距離等。
[0068]如從圖3可以看出的，檢查對象5上沿著不同的y軸的不同的點具有與X射線源2的不同距離。特別地，第一距離111大于第二距離112。圖3中還示出了分別在第一點101相對于標記平面4和第二點102相對于標記平面4之間的第三和第四距離113、114。還示出了第一點101到標記平面4的投影IOla和第二點102到標記平面4的投影102a。這些投影例如可以沿著光程8a相對于第一和第二點101、102的真實位置偏移。利用開頭描述的常規方法例如可以確定在投影IOla和102a或IOlb和102b之間的例如在xy平面中的距離。
[0069]對于兩個高度調整7采集對于檢查對象5的包含了第一點101的相應的子區域5a的第一和第二X射線圖像。此外，對于兩個高度調整7采集對于檢查對象5的包含了第二點102的相應的子區域5a的第三和第四X射線圖像。X射線圖像也對標記平面4的位置標記6成像。在第一和第二 X射線圖像之間，以及在第三和第四X射線圖像之間檢查對象5的各自的子區域5a的主要一個成像尺度改變。這在圖6中詳細示出。
[0070]圖6上部示出了檢查對象5的和對于C形臂設備I的分別以實線和虛線示出的兩個不同的高度調整7的位置標記6的俯視圖。如從圖6可以看出的，成像大小根據高度調整7由于光程8a的增加的橫截面(發散的射線)而改變。通過檢查對象5的拓撲，此外比例系數、即在兩個高度調整7之間的成像尺度的比例也改變。
[0071]在圖6下部示出了檢查對象5的比例系數50 (實線)或位置標記6的另外的比例系數51 (虛線)。位置標記6具有尺度6a。其特別地可以是已知的。因為關于位置標記6的另外的比例系數51的信息僅對標記平面4中的沿著y方向的有限區域是可用的，所以另外的比例系數51也可以僅在該區域中確定或定義。特別地，比例系數50，51可以借助第一和第二 X射線圖像的2d-2d圖像配準來位置分辨地確定。
[0072]也可以執行這樣的2d_2d圖像配準來確定分別在第一和第二或第三和第四X射線圖像中的點101、102的方位。替換地，用戶可以通過用戶界面32手動地確定在兩個X射線圖像對中的點101、102的方位。對于立體重建可以附加地確定內在的和外在的照相機參數，這在下面解釋。
[0073]基于第一和第二 X射線圖像，以及基于第三和第四X射線圖像，可以進行第一點101以及第二點102的立體重建，如專業人員公知的。因為例如在分別配準的X射線圖像之間有利地僅具有不同的高度調整7，所以例如可以僅成像尺度是不同的。這一點可以實現特別精確的和可靠的2d-2d圖像配準。由此點101、102相對于標記平面4或X射線源2的3d位置例如可以被確定。從中可以例如借助常規的矢量幾何計算距離120。
[0074]相應的技術在圖4的流程圖中示出。該方法以步驟SI開始。首先，在步驟S2中確定C形臂設備I的內在的照相機參數。例如，內在的照相機參數可以在步驟S2中從存儲器中讀出；也就是內在的照相機參數可以例如對于確定的C形臂設備I預先確定。于是可以對特定的前面的時刻進行校準。
[0075]也可以當前地進行校準。為此采集兩個或多個校準X射線圖像，其在不同的透視下對位置標記6成像。為此，可以在X射線源2的不同的取向下拍攝標記平面4。專業人員公知從校準圖像中確定內在的照相機參數的技術。
[0076]然后，在步驟S3中將檢查對象5置于光程8a中。標記平面4在光程中位于檢查對象5的前面或后面。在標記平面4和檢查對象5之間的相對距離可以固定。
[0077]在步驟S4中，例如通過沿著方向B的重新定位或整個C形臂的移動，進行C形臂設備I主要在xy平面中關于·檢查對象5的第一子區域5a的定位。例如，為此可以移動檢查對象5 (以及標記平面4)。附加地或替換地，也可以移動X射線源2和X射線檢測器3。步驟S4中的定位例如這樣進行，使得檢查對象5的遠端的或近端的端點或其他相關的解剖區域位于光程8a中。這可以使得第一點101被包含在后面采集的X射線圖像中(見步驟S5和S7)，即使其方位還沒有被精確地確定。
[0078]步驟S4中的定位導致第一相對定位。該第一相對定位的特征也通過確定的高度調整7表示。
[0079]在步驟S5中，在第一相對定位的情況下進行第一 X射線圖像的采集。
[0080]在步驟S6中，進行定位以實現(相對于第一相對定位)不同的高度調整7。為此，將檢查對象5與標記平面4和/或將X射線源2與X射線檢測器3 —起沿著縱向方向A，即，平行于中央線8b移動。
[0081]在步驟S7中，在第二相對定位的情況下采集第二 X射線圖像。第一 X射線圖像以及第二 X射線圖像都對第一子區域5a和第一點101成像。
[0082]在步驟S8和S9中，對于來自于步驟S5和S7的第一和第二 X射線圖像分別確定外在的照相機參數。為此例如可以借助導航設備34 (見圖1)對于第一和第二相對定位分別確定X射線源的姿勢。替換地或附加地，也可以從在第一和第二 X射線圖像中成像的位置標記6中計算X射線源2的姿勢。這一點是可以的，因為絕對定位可以從位置標記6的位置編碼中獲得。
[0083]在步驟SlO中判斷，是否應當進行在第一和第二 X射線圖像中作為相對應的地標的第一點101的自動對應。在自動對應的情況下在步驟Sll中進行2d-2d圖像配準。從2d-2d圖像配準中通過確定 在第一和第二 X射線圖像之間的變換識別多個點(特別是第一點101)作為相對應的地標。因為在第一和第二X射線圖像之間僅改變了沿著第一和第二相對定位的縱向方向的定位，即，檢查對象5僅平行于中央線Sb被移動，所以主要是成像尺度改變。這一點對于借助C形臂設備I的相應的X射線成像來說是特征性的。因此，由2d-2d圖像配準確定的變換主要涉及比例系數50 ;旋轉和壓縮/拉伸等相對小。這一點可以產生2d-2d圖像配準的高的安全性(置信度)或高的精度，從而相對應的地標可以可靠地并且以小的誤差被找到。這一點可以導致距離的后面確定中的小的誤差(見下面，步驟S15)。用戶可以可選地在步驟Sll中點擊第一或第二 X射線圖像中的點I或圖像識別和分析例程可以根據檢查對象5的解剖自動地識別相關的點，例如近端或遠端的端點。
[0084]替換地，可以在步驟S12中手動地通過用戶來標記、例如點擊在第一以及第二 X射線圖像中的第一點101。
[0085]在步驟S13中，立體重建提供第一點101的3d位置。3d位置相應于點在3d空間中的布置，例如關于參考坐標系(例如關于C形臂設備I和/或標記平面4)。立體重建基于來自于步驟S2和S8、S9的內在的和外在的照相機參數進行。
[0086]在步驟S14中檢查，是否應當采集另外的子區域5a。如果例如僅應當確定在已經通過來自于步驟S5和S7的成像的第一和第二 X射線圖像成像的第一和第二點101、102之間的距離120，則這一點可以已經直接(無需另外采集第三、第四等X射線圖像)在步驟S15中進行。否則，步驟S4-S13可以對于另外的子區域5a或對于第三和第四X射線圖像重新進行。
[0087]在步驟S15中，進行在相對應的點的3d位置之間的距離的確定。這些點例如可以是在步驟Sll或S12中標記的點或者特別是在步驟Sll中進行的2d-2d圖像配準的情況下可以是用戶在步驟S15中借助用戶界面32確定相關的點。相對應的地標于是已經從2d-2d圖像配準中確定。
[0088]應當理解，步驟的執行順序可以改變。例如步驟S8可以在步驟S7前面進行或者步驟S2在步驟S5和S7中的第一和第二 X射線圖像的采集的范圍內才進行和/或基于該米集進行。
[0089]盡管通過優選實施例詳細解釋并描述了本發明，但是本發明不受所公開的例子限制并且專業人員可以從中導出其他變體，而不脫離本發明的保護范圍。
[0090]參考附圖，作為X射線設備，特別地主要參考C形臂設備。但是這一點不是限制性的并且也可以對于其他X射線設備，例如位置固定的X射線設備應用和實現相應的技術和效果。特別地，也可以對于任意的技術采用相應的技術；特別地關于具有取決于與檢測器平面的距離的成像尺度的這樣的技術，即，具有發散的光程。
[0091]同樣主要參考了本發明的這些實施方式和方面，其中對于檢查對象5的不同的子區域5a采集分開的第一和第二或第三和第四X射線圖像。但是應當理解，按照本發明僅一個X射線圖像對，即，第一和第二 X射線圖像的采集，可以是足夠的，當這些圖像已經包含了第一和第二點101、102時。
[0092]附圖標記列表
[0093]IC形臂設備
[0094]2X射線源
[0095]3X射線檢測器
[0096]4標記平面
[0097]5對象
[0098]5a 對象平面
[0099]5b子區域
[0100]6位置標記
[0101]6a 位置標記的側邊尺寸
[0102]7高度調整
[0103]7a高度調整的差
[0104]8焦距
·[0105]8a 光程
[0106]8b 中央線
[0107]8c開放角
[0108]9a 距離
[0109]9b另外的距離
[0110]A縱向方向上的調整
[0111]B環形旋轉的調整
[0112]30 處理器
[0113]31 顯示器
[0114]32 用戶界面
[0115]33 拍攝控制器
[0116]34 導航系統[0117]50比例系數
[0118]51另外的比例系數
[0119]101第一點
[0120]101a, b第一點的投影
[0121]102第二點
[0122]102a, b第二點的投影
[0123]111第一距離
[0124]112第二距離
[0125]113第三距離 [0126]114第四距離
[0127]115xy平面中的距離
[0128]115ax分量距離
[0129]115by分量距離
[0130]115cz分量距離
[0131]117距離
[0132]120距離
[0133]Sl-SlO 步驟
【權利要求】
1.一種用于借助通過X射線設備(I)的X射線成像確定在受檢人員的身體內部的檢查對象(5)上的第一點(101)和第二點(102)之間的距離(120)的方法，該方法包括: -在X射線源(2)與檢查對象(5)的第一相對定位的情況下采集包含了第一點(101)的第一 X射線圖像， -在X射線源(2)與檢查對象(5)的第二相對定位的情況下采集包含了第一點(101)的第二 X射線圖像， -在X射線源(2)與檢查對象(5)的第三相對定位的情況下采集包含了第二點(102)的第三X射線圖像， -在X射線源(2)與檢查對象(5)的第四相對定位的情況下采集包含了第二點(102)的第四X射線圖像， -確定在第一 X射線圖像中和在第二 X射線圖像中的第一點(101)的方位， -確定在第三X射線圖像中和第四X射線圖像中的第二點(102)的方位， -基于作為相對應的地標的第一點(101)的所確定的方位進行立體重建以獲得第一點(101)的3d位置， -基于作為相對應的地標的第二點(102)的所確定的方位進行立體重建以獲得第二點(102)的3d位置， -從第一點(101)的3d位置和第二點(102)的3d位置中確定在第一點(101)和第二點之間的距離(120)， 其中，第一相對定位和第二相對定位基本上平行于X射線設備(I)的中央線(8b)相對彼此移動，并且 其中，第三相對定位和第四相對定位基本上平行于X射線設備(I)的中央線(Sb)相對彼此移動。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述第一和第二相對定位相對于第三和第四相對定位垂直于X射線設備(I)的中央線(8b )相對彼此移動。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其中，第一和第二X射線圖像對檢查對象(5)的第一子區域(5a)成像并且具有不同的成像尺度和/或相對彼此不旋轉和傾斜或僅僅稍微旋轉或傾斜，并且 其中，第三和第四X射線圖像對檢查對象(5)的第二子區域(5a)成像并且具有不同的成像尺度和/或相對彼此不旋轉和傾斜或僅僅稍微旋轉和傾斜。
4.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其中，第一點(101)的方位的確定和第二點(102)的方位的確定手動地通過X射線設備(I)的用戶進行。
5.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其中，第一點(101)的方位的確定和第二點(102)的方位的確定至少部分自動地通過第一 X射線圖像與第二 X射線圖像的以及第三X射線圖像與第四X射線圖像的2d-2d圖像配準來進行。
6.根據上述權利要求中任一項所述的方法，還包括: -對于立體重建確定外在的照相機參數，其描述了在第一和第二以及第三和第四相對定位中X射線源(2)的3d位置和取向， 其中，立體重建的執行考慮了特定的外在的照相機參數。
7.根據權利要求6所述的方法，其中，第一和第二以及第三和第四X射線圖像分別對位置編碼的標記平面(4)的位置標記(6)成像， 其中，外在的照相機參數的確定基于所成像的位置標記(6)進行。
8.根據權利要求7所述的方法，其中，所述標記平面(4)基本上垂直于X射線設備(I)的中央線(8b)。
9.根據權利要求6-8中任一項所述的方法，其中，外在的照相機參數的確定基于對X射線設備(I)在不同的相對定位之間的定位的監視進行。
10.根據上述權利要求中任一項所述的方法，還包括: -采集分別對位置編碼的標記平面(4)的位置標記(6)進行成像的至少兩個校準X射線圖像，其中，所述至少兩個校準X射線圖像以X射線源(2)相對于標記平面(4)的不同取向被拍攝， -從校準X射線圖像中根據所成像的位置標記(6)確定對于立體重建的內在的照相機參數，其描述了 X射線設備(I)的成像特征， 其中，立體重建的進行考慮所確定的內在的照相機參數。
11.根據權利要求10所述的方法，其中， 所述至少兩個校準X射線圖像中的至少一個是第一 X射線圖像和/或第二 X射線圖像和/或第三X射線圖像和/或第四X射線圖像。
12.一種用于借助通過 X射線設備(I)的X射線成像確定在受檢人員的身體內部中的檢查對象(5)上的第一點(101)和第二點(102)之間的距離(120)的方法，該方法包括: -在X射線源(2)與檢查對象(5)的第一相對定位的情況下采集包含了第一點(101)和第二點(102)的第一 X射線圖像； -在X射線源(2)與檢查對象(5)的第二相對定位的情況下采集包含了第一點(101)和第二點(102)的第二 X射線圖像； -確定在第一 X射線圖像中和在第二 X射線圖像中的第一點(101)的方位； -確定在第三X射線圖像和第四X射線圖像中的第二點(102)的方位； -基于作為相對應的地標的第一點(101)的所確定的方位進行立體重建以獲得第一點(101)的3d位置； -基于作為相對應的地標的第二點(102)的所確定的方位進行立體重建以獲得第二點(102)的3d位置； -從第一點(101)的3d位置和第二點(102)的3d位置中確定在第一點(101)和第二點(102)之間的距離， 其中，所述第一相對定位和第二相對定位平行于X射線設備(I)的中央線(8b)相對彼此移動。
13.一種具有X射線源(2)和X射線檢測器的X射線設備(I )，包括: -拍攝控制器，其構造為，用于執行以下步驟: -在X射線源(2)與檢查對象(5)的第一相對定位的情況下采集包含了第一點(101)的第一X射線圖像； -在X射線源(2)與檢查對象(5)的第二相對定位的情況下采集包含了第一點(101)的第二X射線圖像； -在X射線源(2)與檢查對象(5)的第三相對定位的情況下采集包含了第二點(102)的第三X射線圖像； -在X射線源(2)與檢查對象(5)的第四相對定位的情況下采集包含了第二點(102)的第四X射線圖像， 其中，所述第一相對定位和第二相對定位基本上平行于X射線設備(I)的中央線(8b)相對彼此移動，并且 其中，所述第三相對定位和第四相對定位基本上平行于X射線設備(I)的中央線(8b)相對彼此移動， -處理器，其構造為，用于執行以下步驟: -確定在第一 X射線圖像中和在第二 X射線圖像中的第一點(101)的方位； -確定在第三X射線圖像和第四X射線圖像中的第二點(102)的方位； -基于作為相對應的地標的第一點(101)的所確定的方位進行立體重建以獲得第一點(101)的3d位置； -基于作為相對應的地標的第二點(102)的所確定的方位進行立體重建以獲得第二點(102)的3d位置； -從第一點(101)的3d位置和第二點(102)的3d位置中確定在第一點(101)和第二點(102)之間的距離。
14.根據權利要求13所述的X射線設備(I )，其還構造為，用于執行按照權利要求1-12`之一的方法。
【文檔編號】A61B6/00GK103519834SQ201310275945
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年7月3日 優先權日:2012年7月5日
【發明者】A.埃格利, A.約翰, G.克萊因斯齊格 申請人:西門子公司