[发明专利]用于图像重建的系统和方法

说明书

本发明提供了成像系统，该成像系统包括与光学成像系统和/或追踪系统组合的x射线图像重建系统。在一些实施方案中，成像系统可包括x射线图像重建系统和三维光学成像系统，该x射线图像重建系统被构造成生成目标对象至少一个内部部分在目标对象的表面下方的三维图像数据，该三维光学成像系统被构造成通过生成表面三维图像数据重建目标对象的至少一部分的表面的图像。三维光学成像系统可配准到x射线断层融合图像重建系统，使得可以将来自x射线断层融合图像重建系统的三维图像数据以及来自三维光学成像系统的三维图像数据用作约束，以改善目标对象的图像的图像质量。

相关专利申请

本专利申请是共同未决的美国专利申请序列号14/198,390的部分继续申请案，该专利申请提交于2014年3月5日，并且标题为“IMAGING SYSTEMS AND RELATED APPARATUSAND METHODS”(成像系统以及相关设备和方法)，根据美国专利法第35卷第119条e款(35U.S.C.§119(e))，该专利申请要求以下专利的权利：美国临时专利申请序列号61/773,025，其提交于2013年3月5日，并且标题为“IMAGING SYSTEM”(成像系统)。根据美国专利法第35卷第119条e款，本专利申请还要求以下专利的权利：美国临时专利申请号62/313,041，其提交于2016年3月24日，并且标题为“SYSTEMS AND METHODS FOR IMAGE RECONSTRUCTION”(用于图像重建的系统和方法)。据此，前述专利申请均全文以引用方式并入本文。

关于政府支持声明

本发明在政府的支持下作出，国家科学基金会授予的SBIR授权号为1456352。政府对本发明享有某些权利。

发明内容

外科医生和介入放射师使用医学成像来指导他们进行手术，这些手术称为图像引导介入(IGI)。在外科手术中，IGI最常用C臂执行。

C臂是一种创建实时2D投影图像的术中x射线系统。这种成像方式称为荧光透视。C臂很受欢迎，因为它们经济且它们的使用不延长手术时间。

另一另选的选项是使用术中x射线3D成像器。这些3D成像器包括CT扫描仪、或锥束CT(CBCT)扫描仪、或C臂。这些系统提供了解剖结构的3D图示，这对于复杂的解剖结构、或在精确的3D定位(例如，对于肿瘤科和/或脊柱外科手术)非常重要的情况下可能极具价值。此类3D图像是静态的，并且系统需要与导航系统耦接以模拟实时成像。导航系统也可以与术前成像一起使用。

然而，尽管与荧光透视相比，这些3D成像器提供优异的可视性，但它也有缺点。第一，复杂性并延长手术所需时间。另外，术中扫描仪包围患者，并使外科医生难以触及成像中的解剖结构，并且CBCT的C臂具有移动零件，这些移动零件可能干扰患者、用户、和/或旁观者(外科医生以及工作人员)。

本文所公开的一些方法、设备和系统涉及术中x射线扫描。在一些实施方案中，这些方法和系统可有利地提供快速3D重建(接近实时)，这无需使用外科导航系统。在一些实施方案中，系统可具有开放几何形状，允许用户可以在成像期间接触解剖结构，这可以改善手术流程，以及/或者改善与其它系统的集成。另选地或除此之外，一些实施方案可被构造成避免具有任何暴露的移动零件—即，例如任何在成像过程期间移动的暴露零件，这些零件可致使患者、用户和/或旁观者受伤。

在一些实施方案中，系统可包括：a)门架，该门架用于通过一条或多条路径移动多个辐射源；以及b)一个或多个辐射检测器，该一个或多个检测器可被构造成相对于患者和/或路径移动，或可相对于患者和/或路径静止。在一些实施方案中，路径中的一条或多条路径可包括连续路径。一条或多条路径可包括例如，辐射源在其上沿单个方向持续移动的路径。因此，多个辐射源的多条路径可全部或部分重叠。在其它实施方案中，路径中的一条或多条可以是振荡路径(即，辐射源沿着一条或多条路径振荡)，并且在其它辐射源中无需与任何其它路径重叠。