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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201810438381.X (22)申请日 2018.05.09 (30)优先权数据 102017207908.8 2017.05.10 DE (71)申请人 西门子保健有限责任公司 地址 德国埃朗根 (72)发明人 S.鲍尔 (74)专利代理机构 北京市柳沈律师事务所 11105 代理人 侯宇 (51)Int.Cl. A61B 6/00(2006.01) A61B 6/10(2006.01) A61B 6/12(2006.01) (54)发明名称 X射线成像系统和记录X射线图。
2、像的方法 (57)摘要 本发明涉及一种X射线成像系统和记录X射 线图像的方法。 为了尤其无干扰地记录X射线图 像， 提供X射线成像系统， 其具有用于通过X射线 辐射对安置在检查区域中的检查对象进行照射 的X射线源和用于将X射线辐射转换为检查对象 的图像数据的X射线检测器， 其中X射线源和X射 线检测器布置在可调节的固持件上， 并且X射线 成像系统具有用于检测至少部分地布置在X射线 检测器的视场内的金属物体的金属检测装置。 在 使用X射线成像系统记录X射线图像时进行自动 金属检查的相应方法包括步骤： 接收记录至少一 个X射线图像的指令， 激活金属检测装置并借助 金属检测装置扫描X射线检测器的视场。
3、以寻找金 属物体， 并且在检测到金属物体的情况下输出显 示或信号。 权利要求书2页 说明书6页 附图6页 CN 108852390 A 2018.11.23 CN 108852390 A 1.一种X射线成像系统， 其具有用于通过X射线辐射对安置在检查区域中的检查对象进 行照射的X射线源(3)， 并且具有用于将X射线辐射转换为检查对象的图像数据的X射线检测 器(2)， 其中， X射线源(3)和X射线检测器(2)布置在能够调节的固持件上， 并且其中， 所述X 射线成像系统具有用于检测至少部分地布置在X射线检测器(2)的视场内的金属物体的金 属检测装置(6； 8； 9)。 2.根据权利要求1所述的X。
4、射线成像系统， 其中， 布置X射线源(3)和X射线检测器(2)的 能够调节的固持件由C形臂(1)形成。 3.根据前述权利要求之一所述的X射线成像系统， 其中， 所述金属检测装置间接地或直 接地布置在所述固持件上， 尤其是布置在X射线检测器(2)上、 在X射线源(3)上或在C形臂凸 缘上。 4.根据前述权利要求之一所述的X射线成像系统， 其中， 所述金属检测装置由金属检测 器探头(6)形成。 5.根据前述权利要求之一所述的X射线成像系统， 其中， 所述金属检测装置由金属检测 器测量柜(8； 9)形成。 6.根据前述权利要求之一所述的X射线成像系统， 具有用于支承所述检查对象的患者 台(4)， 其。
5、中， 所述金属检测装置布置在所述患者台(4)上或所述患者台(4)中。 7.根据前述权利要求之一所述的X射线成像系统， 其由血管造影系统形成， 所述血管造 影系统被实施为记录多个二维的投影图像并且将所述投影图像重建为体积图像。 8.一种用于在使用根据权利要求1至7之一所述的X射线成像系统记录X射线图像时进 行自动金属检查的方法， 具有以下步骤： 接收记录至少一个X射线图像的指令， 激活金属检测装置(6； 8； 9)并借助所述金属检测装置扫描X射线检测器(2)的视场以 寻找金属物体， 在检测到金属物体的情况下输出显示或信号。 9.根据权利要求8所述的方法， 还包括以下步骤： 输出关于继续进行所述方。
6、法的询问， 接收继续进行所述方法的肯定或否定的指令， 以及 在肯定的指令的情况下， 记录检查对象的至少一个X射线图像。 10.根据权利要求8所述的方法， 还包括以下步骤： 重复激活金属检测装置(6； 8； 9)并扫描X射线检测器(2)的视场， 尤其这样长时间， 直 到不再检测到金属物体为止， 在没有检测到金属物体的情况下， 记录检查对象的至少一个X射线图像。 11.根据权利要求9或10所述的方法， 其中， 记录多个二维的投影图像， 随后将所述投影 图像重建为体积图像。 12.根据权利要求8至11之一所述的方法， 其中， 执行以下步骤： 在用于避免固持件、 尤 其是C形臂(1)碰撞的测试运行期间。
7、， 激活金属检测装置(6； 8； 9)并借助金属检测装置(6； 8； 9)扫描检查区域。 13.根据权利要求12所述的方法， 其中， 用于避免碰撞的测试运行在不施加X射线辐射 的情况下持续经过用于记录投影图像的固持件的角位置的至少一部分、 尤其是全部。 权 利 要 求 书 1/2 页 2 CN 108852390 A 2 14.根据权利要求8至13之一所述的方法， 其中， 当检测到金属物体时， 还确定所述金属 物体的位置。 权 利 要 求 书 2/2 页 3 CN 108852390 A 3 X射线成像系统和记录X射线图像的方法 技术领域 0001 本发明涉及一种根据权利要求1所述的具有金属检。
8、测装置的X射线成像系统以及 一种根据权利要求8所述的采用具有金属检测装置的X射线成像系统来记录X射线图像的方 法。 背景技术 0002 现代固定式或移动式的具有C形臂的X射线成像系统提供了术中断层3D成像的可 能性。 为此， 该系统通过可移动的C形臂从不同的观察方向获取二维投影组， 随后使用通常 已知的方法由所述二维投影组重建三维体积数据组。 如果在由C形臂投影几何形状确定的 二维投影记录的视野中存在金属物体， 则在重建过程中会由于不同的影响(例如， 增强的射 束硬化、 增强的散射辐射、 部分体积效应、 增加的噪声)而产生实质性的图像伪影， 以下称为 金属伪影， 这些伪影可能使重建的图像的诊断。
9、质量明显降低。 0003 用于使金属伪影减少的方法基本上可以分为三组： 物理校正方法、 正弦图内插方 法和迭代重建方法， 例如参见A.Mouton等人的文章An experimental survey of metal artefact reduction in computed tomography,Journal of X-Ray Science and Technology,Vol.21,No.2,pp.193-226,2013。 在物理校正方法中， 尝试对物理的误差来源 进行建模并相应地进行校正。 正弦图内插方法基于以下假设： 在其路径上存在金属物体的X 射线射束通常不可用并且必须用估。
10、计值替换。 迭代重建方法通常基于统计学方法， 其中将 在其路径上存在金属物体的射束的贡献权重减少并且最终还以迭代方法再次进行内插。 0004 上述用于校正金属伪影的方法基于以下假设： 存在于二维投影记录的视野中的金 属物体是牢固地且不可避免地与检查对象(在此为患者)连接的。 在实践中， 其通常涉及金 属植入物， 例如人造关节、 螺钉、 金属丝等。 然而， 尤其在介入式成像中在实践中发现， 金属 伪影通常是由二维投影记录的视野中的金属物体引起的， 这些金属物体并非牢固地与待检 查的对象连接。 其例如可能涉及金属丝、 导管、 电缆、 工具或植入物， 其因各种原因而存在于 患者附近(大多数情况下直接。
11、存在于患者表面上)并且因此存在于投影记录的视野内。 这些 金属物体通常可在执行术中断层扫描期间或之前从患者附近移开并且因此从投影记录的 视野中移除(至少在记录期间暂时移除)。 然而， 问题在于， 金属物体的存在通常根据重建体 积中的金属伪影才被识别出(并且因此在实际记录之后才被识别出)。 随后通常必须重复进 行记录， 由此使得累积的患者剂量加倍。 发明内容 0005 本发明的目的是提供一种在X射线记录之前就已识别出金属物体的存在的X射线 成像系统； 此外， 本发明的目的是提供一种能够在避免由于金属物体引起的干扰的同时记 录X射线图像的方法。 0006 根据本发明， 该目的通过根据本发明的具有金。
12、属检测装置的X射线成像系统以及 通过根据本发明的采用具有金属检测装置的X射线成像系统来记录X射线图像的方法来实 说 明 书 1/6 页 4 CN 108852390 A 4 现。 本发明的有利实施方式相应地是说明书的内容。 0007 根据本发明的X射线成像系统具有用于通过X射线辐射对安置在检查区域中的检 查对象进行照射的X射线源， 并且具有用于将X射线辐射转换为检查对象的图像数据的X射 线检测器， 其中X射线源和X射线检测器被布置在可调节的固持件上， 尤其是C形臂上； 具有 用于检测金属物体的金属检测装置， 金属物体至少部分地布置在X射线检测器的视场 (Field of viewFOV)内。 。
13、通过利用如此布置在X射线成像系统上的金属检测装置， 能够在 记录X射线图像之前就已经确定金属物体的存在。 以该方式可按需移除物体， 随后可以记录 无干扰的X射线图像。 由此保护了检查对象(通常为患者)免于由电离辐射引起的危险， 尤其 是免于不必要的辐射暴露。 本发明尤其在混合OP(Hybrid-OPs)中是有利的， 其中通常使用 大量的金属工具、 金属丝、 导管和电缆， 并且由此金属物体无意中(通常由于医务人员缺乏 关注或重视)存在于二维投影记录的视场中的概率增大。 这里， X射线检测器的视场应该被 理解为可由X射线检测器采集的整个区域， 对于从多个投影方向进行记录的X射线检测器， 这是可由X。
14、射线检测器采集的整个三维区域。 因此， X射线检测器的视场一般超出待重建区 域或实际检查区域。 在X射线检测器的视场内位于待重建区域之外的金属物体也可能对重 建的图像造成干扰。 0008 根据本发明的一个实施方式， 金属检测装置间接地或直接地布置在固持件上， 尤 其是在X射线检测器上、 在X射线源上或在C形臂凸缘上。 以该方式能够实现特别接近物体的 检测并且可以例如从X射线管或X射线检测器的角度对金属物体执行检查。 0009 根据本发明的另一实施方式， X射线成像系统由血管造影系统形成， 该血管造影系 统被实施为记录大量的二维投影图像并将投影图像重建为体积图像。 0010 根据本发明的用于在使。
15、用根据本发明的X射线成像系统记录X射线图像时进行自 动金属检查的方法具有以下步骤： 0011接收记录至少一个X射线图像的指令， 0012激活金属检测装置， 并借助金属检测装置扫描X射线检测器的视场以寻找金属 物体， 以及 0013在检测到金属物体的情况下输出显示或信号。 0014 因此， 如果要记录检查对象的X射线图像并且这例如被使用者确认， 则首先通过金 属检测装置搜索X射线检测器的视场以寻找金属物体。 如果发现这样的金属物体， 则实施与 之相关的例如光学的显示或发出例如声学或光学的警告信号， 以向使用者提供从检查区域 移除金属物体的可能性。 0015 根据本发明的方法提高了患者的辐射图像记。
16、录的安全性， 而在此不会干扰工作流 程。 例如当因为存在干扰性的金属物体而必须重复X射线记录时， 它防止了对患者实施不必 要的辐射暴露。 另外或者由此可以改善图像质量。 0016 根据本发明的另一个实施方式， 另外还执行以下步骤： 输出关于继续进行该方法 的询问， 接收对于继续进行该方法的肯定或否定的指令， 以及在肯定的指令的情况下记录 检查对象的至少一个X射线图像。 因此， 在该情境下， 向使用者提供了在考虑到金属检测的 结果的情况下选择他是否实际希望执行X射线图像记录的可能性。 这样， 他可以例如在发出 信号之后移除金属物体， 然后发出指令以继续进行该方法并执行记录。 然而， 如果金属物体。
17、 是不可移除的物体(例如植入物)， 则使用者也可以在不移除金属物体的情况下授权进行记 说 明 书 2/6 页 5 CN 108852390 A 5 录。 0017 根据本发明的一个替换实施方式， 另外还执行以下步骤： 重复激活金属检测装置 和扫描X射线检测器的视场， 尤其是这样长时间， 直到不再检测到金属物体为止， 以及在没 有(不再)检测到金属物体的情况下记录检查对象的至少一个X射线图像。 在这里可以有不 同的变型， 因此可以在简单的扫描之后检查是否仍然发现金属物体， 并且在否定的情况下 进行记录， 而在发现金属物体的情况下要么再次发出信号， 要么实施进一步扫描。 以该方 式， 当在射束路径。
18、中不再存在金属物体时， 才执行记录。 0018 这种方法在用来记录大量的二维投影图像并且随后将投影图像重建为体积图像 的X射线成像系统的情况下特别有利。 0019 根据本发明的一个实施方式， 执行以下步骤： 在用于避免固持件、 尤其是C形臂碰 撞的测试运行期间， 激活金属检测装置并借助该金属检测装置扫描X射线检测器的视场。 以 该方式， 金属检测可以巧妙地适配于介入式成像系统的已知工作流程中， 而不要求额外的 时间。 此类用于避免碰撞的测试运行尤其对于可移动的C形臂系统(例如具有多关节机器人 的系统)来说通常必需以标准化方式在实际记录之前执行， 以排除C形臂与周边环境的可能 的碰撞。 在这样的。
19、测试运行中， 不发射X射线辐射， 而是只有例如C形臂沿着为实际记录设置 的轨迹移动。 0020 以有利的方式， 为了特别简单地发现、 由此快速地移除物体， 当检测到金属物体 时， 还确定其位置。 0021 根据本发明的另一实施方式， 用于避免碰撞的测试运行在不施加X射线辐射的情 况下持续经过用于记录投影图像的固持件的角位置的至少一部分、 尤其是全部。 以该方式， 可以更精确地进行对金属物体的搜索。 甚至可以执行金属物体的位置确定， 以便随后能够 将所述金属物体快速且有针对性地移除。 0022 根据本发明的另一实施方式， 金属检测装置由金属检测器探头形成。 其检测在限 定的测量体积内是否存在金属。
20、。 有利的是， 金属检测器探头以不同的位置或定向被安置在 检测器上或检测器附近或者安置在X射线源上或X射线源附近。 其例如可以是磁通门磁力 计。 0023 根据本发明的另一实施方式， 金属检测装置由至少一个、 优选两个金属检测器测 量柜形成。 它们检测在限定的测量体积内、 尤其是在两个测量柜之间是否存在金属。 测量柜 的两个部件例如可以以不同的位置或定向安置在检测器附近和X射线源附近。 0024 在具有用于支承检查对象的患者台的X射线成像系统中， 金属检测装置可以有利 地布置在患者台上或患者台中。 0025 X射线成像系统有利地由血管造影系统形成， 其被实施为记录大量的二维投影图 像并且将这些。
21、投影图像重建为体积图像。 附图说明 0026 接下来根据在附图中示意性示出的实施例对本发明以及其它有利实施方式加以 更详细地解释， 而本发明不会由此局限于这些实施例。 0027 图1示出了根据本发明的具有金属检测器探头的X射线成像系统的视图； 0028 图2示出了另一个根据本发明的具有金属检测器探头的X射线成像系统的视图； 说 明 书 3/6 页 6 CN 108852390 A 6 0029 图3示出了另一个根据本发明的具有一个金属检测器柜的X射线成像系统的视图； 0030 图4示出了另一个根据本发明的具有两个金属检测器柜的X射线成像系统的视图； 0031 图5示出了根据本发明的方法的一个流。
22、程； 和 0032 图6示出了根据本发明的方法的另一流程。 具体实施方式 0033 在图1中示出了X射线成像系统中的具有C形臂1的一部分。 C形臂1例如通过将其固 定在多关节机器人上， 能够尤其是三维地在空间中移动。 在C形臂1上布置有X射线源3和X射 线检测器2。 C形臂通过C形臂凸缘5与X射线成像系统的其余部分连接。 X射线成像系统还具 有其它部件， 例如患者台4、 系统控制器、 图像处理计算机、 输入装置和监视器等， 其中大部 分未在这里示出。 在X射线检测器2上布置有以金属探头6形式的金属检测装置。 此类金属探 头例如可设计为磁通门磁力计、 霍尔传感器或XMR传感器(X磁阻)的形式或其。
23、它可能的形 式。 金属探头可以以许多形式在市场上获得。 金属探头6能够检测特定空间区域、 即所谓的 测量体积7内的金属。 测量体积7在此包括X射线检测器可以在任意角度采集的X射线检测器 的整个三维视场， 可能甚至还包括更大的空间区域。 金属探头在当前情况下布置在X射线检 测器的一侧， 即布置成与X射线检测器的传感器表面成直角。 然而， 如果排除对X射线检测器 的不利影响并且关于金属检测确保对测量体积7的覆盖， 则在X射线检测器上的任意其它位 置或定向也是可能的。 0034 在图2中示出了X射线成像系统中的具有C形臂1的一部分， 其中金属探头6布置在X 射线源3上。 这里也可以提供侧向布置， 但。
24、也包括排除对X射线源的不利影响的任何其它定 位。 其它未示出的可能性例如是在C形臂凸缘5的附近或在C形臂1的另一位置上。 用于检测 非常小的物体的高灵敏度金属探头从现有技术中是已知的并且可获得， 例如之前提及的那 些。 在有利的变型中， 也可以使用不侵入患者的金属探头。 如果身体内的金属物体本来就不 能被移除， 则例如也可以省去对金属物体的检测。 0035 在图3和4中， 在X射线成像系统上作为金属检测装置布置有至少一个由第一部分8 和第二部分9构成的测量柜(图3)或两个测量柜(8,9； 图4)。 这些测量柜以已知的方式检测 在测量柜的两个部分之间的限定的测量体积7内是否存在金属。 测量柜的这。
25、两个部件例如 可以以不同的位置或定向被布置在X射线检测器上或X射线检测器附近或者布置在X射线源 上或X射线源附近。 用于检测金属的测量柜本身以及其测量原理是已知的并且在许多领域 中使用， 例如， 在机场用于进行安全控制。 也可以存在两个以上的测量柜。 0036 另一可选实施方式设置成， 金属探头或测量柜或测量柜的部件被集成在患者台4 中。 0037 在所提及的所有实施方式中， 金属检测装置的测量体积7被设置为使得其至少覆 盖X射线检测器的三维视场。 由此确保对存在于二维投影记录的视野中的金属物体进行检 测。 除了在X射线检测器的三维视场中是否存在金属物体的一般的检测之外， 还可以对金属 物体的。
26、精确位置和定向进行检测。 以该方式， 使用者可以更简单地移除金属物体。 0038 在图5中示出了使用X射线成像系统自动记录X射线图像的根据本发明的方法的流 程。 在第一步骤10中， 接收记录至少一个X射线图像的指令。 为此， 例如可以提供输入装置、 例如键盘或触摸屏或麦克风， 并且该指令由成像系统的使用者通过输入装置输入， 由此被 说 明 书 4/6 页 7 CN 108852390 A 7 传送到成像系统， 随后例如传输到其系统控制器。 在第二步骤11中， 以通过输入触发的方式 激活金属检测装置并且至少扫描X射线检测器的三维视场以寻找金属物体。 如果检测到金 属物体， 则在第三步骤12中由成。
27、像系统输出显示或信号。 为此， 例如可以在诸如监视器的显 示单元上输出简单的光信号， 但是也可以示出X射线检测器的视场的精确图示和金属物体 的位置。 作为替代方案， 也可以简单地显示信号声或彩色/闪烁的光。 使用者由此获得关于 存在金属物体的相应信息， 并且他得到将金属物体尽可能地从视场中移除的可能性。 0039 接下来在第四步骤13中， 尤其是在系统控制器的控制下输出关于使用者是否希望 继续进行该方法或执行X射线记录的询问。 在第五步骤14中， 接收使用者的相应输入， 该输 入包含关于继续进行该方法的肯定或否定指令。 如果该指令是希望继续进行的确认， 则在 第六步骤15中启动X射线图像的记录。
28、并完成一个或多个对应的记录。 通过询问， 尽管检测到 金属物体， 使用者仍然得到继续进行X射线记录的可能性。 他例如可以事先将金属物体短期 或长期地移除， 或者已经确定涉及不可移除的物体(例如植入物)， 因此尽管在光束路径中 存在金属， 也要完成记录。 另一方面也可以设置成， 使用者通过其输入中断该方法或阻止X 射线记录， 或者甚至启动从头开始重复该方法(扫描X射线检测器的视场)以进一步进行检 查。 如果在第二步骤11期间没有检测到金属物体， 则可以直接继续执行X射线记录。 0040 作为替代方案， 该方法在存在金属物体的情况下也可以在第三步骤12之后如下继 续： 在输出信号或显示之后， 重复。
29、第二步骤11， 即再次激活金属检测装置并扫描检查区域。 然后， 如果未再发现金属物体， 则可以直接转到第六步骤15， 即执行X射线记录。 如果再次检 测到金属物体， 则又可以重复第三步骤12、 即输出信号或显示， 随后又重复第二步骤11， 即 激活金属检测装置和扫描X射线检测器的视场。 该循环可以持续进行多次， 直到不再检测到 金属物体为止。 作为替代方案， 使用者也可以中断该方法。 0041 金属检测装置的测量可以基于可调节的固持件或C形臂的当前机械配置(例如位 置、 角度等)或者基于预先限定的配置进行。 此外， 测量还可以以节省时间的方式集成到介 入式3D成像的现有流程中。 因此， 测量尤。
30、其可以在固持件/C形臂的测试运行过程中完成， 该 测试运行通常在实际3D-X射线记录之前在没有X射线辐射的情况下进行， 以便排除固持件/ C形臂的可能的碰撞。 在测试运行期间， 通常从不同侧面观察物体， 由此必要时可以提高金 属检测率。 0042 此外， 已知不仅提供是否存在金属的信息、 而且甚至将金属物体定位在空间测量 栅格中并推断出材料数量和材料类型的金属检测装置。 如果在测试运行期间从不同的角度 (相对于检查对象的投影方向)检测到金属物体的准二维位置， 则可以更精确地推断出三维 位置。 0043 该方法虽然在临床工作流程内需要额外的步骤， 但它使得能够预先避免剂量密集 的记录， 该剂量密。
31、集的记录由于金属伪影而最终不能用于诊断并且可能使得有必要以针对 患者相应地累积的总剂量重新进行记录。 这尤其有利于此处针对的剂量密集的术中3D成像 的情况。 0044 在本发明的公开中描述的系统和方法致力于金属检测装置在介入式C形臂X射线 成像领域中的使用， 以保护患者免于由电离辐射引起的危险， 尤其免于不必要的辐射暴露。 该方法可以巧妙地结合到介入式成像工作流程中， 因为在使用C形臂进行实际3D记录之前， 本来通常也必须强制性地执行用于避免碰撞的测试运行。 本发明尤其在混合OP(Hybrid- 说 明 书 5/6 页 8 CN 108852390 A 8 OPs)中是有利的， 其中通常使用大。
32、量的金属工具、 金属丝、 导管和电缆， 由此金属物体无意 中(通常由于医务人员缺乏关注或重视)存在于二维投影记录的视野中的概率增加。 0045 本发明可以简要地总结如下： 为了尤其无干扰地记录X射线图像， 提供一种X射线 成像系统， 其具有用于通过X射线辐射对安置在检查区域中的检查对象进行照射的X射线 源， 并且具有用于将X射线辐射转换为检查对象的图像数据的X射线检测器， 其中X射线源和 X射线检测器被布置在可调节的固持件上， 并且其中所述X射线成像系统具有用于检测金属 物体的金属检测装置， 金属物体至少部分地布置在X射线检测器的三维视场内。 在使用X射 线成像系统记录X射线图像时进行自动金属。
33、检查的相应方法包括以下步骤： 接收记录至少 一个X射线图像的指令， 激活金属检测装置和借助金属检测装置扫描X射线检测器的视场以 寻找金属物体， 并且在检测到金属物体的情况下输出显示或信号。 说 明 书 6/6 页 9 CN 108852390 A 9 图1 说 明 书 附 图 1/6 页 10 CN 108852390 A 10 图2 说 明 书 附 图 2/6 页 11 CN 108852390 A 11 图3 说 明 书 附 图 3/6 页 12 CN 108852390 A 12 图4 说 明 书 附 图 4/6 页 13 CN 108852390 A 13 图5 说 明 书 附 图 5/6 页 14 CN 108852390 A 14 图6 说 明 书 附 图 6/6 页 15 CN 108852390 A 15 。