CN103228213B - 用于监测辐射剂量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明关于用于监测应用于患者（其正暴露于或已经暴露于来自医学成像系统的辐射）的辐射剂量的方法，该医学成像系统包括X射线源（3），该源描述在具有原点（O）的成像系统的参考坐标系中的轨迹，该方法包括以下步骤：关于X射线源（3）的当前位置，确定（3051）患者模型（30）的包络的当前暴露或已经暴露于来自X射线源（3）的辐射的当前区（Z）在医学成像系统的参考坐标系中的当前坐标；从该当前坐标确定（3052）具有以X射线源的当前位置作为原点（O’）的当前参考坐标系，该当前参考坐标系以该当前区（Z）为中心；以及-显示（300）以当前参考坐标系为中心的当前区（Z）的表示。
Description
技术领域
本发明关于使用辐射的医学成像领域。
它更特别地关于在凭借辐射成像系统采集图像时估计和监测身体或其一些器官所经受的辐射剂量。
尤其发现本发明在实时监测患者在放射过程期间所经受的辐射剂量中的有利应用。
背景技术
患者暴露于X射线产生两个类型的效应：
-随机的长期效应（癌症风险）涉及患者在他们的整个寿命期累积的剂量；从该角度来看，任何辐射剂量必须与患者的利益进行权衡；
-暴露（灼伤）之后的几小时、几天和几周内的短期效应；这些涉及在非常高剂量的短期暴露。
然而，辐射成像可以使患者的身体或其一部分暴露于辐射剂量，辐射剂量可每个采集大致上不同，特别地与选择的暴露方向有关。
而且，辐射并且尤其X射线差异很大地与人体的骨或组织交互，从而妨碍了容易地了解身体的给定部位仍可以暴露的辐射水平。
因此，需要监测由身体或由其不同部位在牵涉放射图像的一个或多个采集的检查期间所接收的辐射剂量。
还期望在采集新的图像时，避免在一些身体区或在一些器官中累积太高的辐射剂量并且因此期望能够确定后续图像的采集条件，从而允许优化身体中累积的辐射剂量。
已知利用其来估计在患者身体中累积的辐射剂量的分布的方法。
然而，利用这些方法来确定可以如何修改X射线源的位置来防止身体区的太强暴露，这是不可能的。
发明内容
本发明的一个目的是总是能够监测朝患者的身体区发射的剂量量，并且可选地能够确定如何重新定位医学成像系统来辐照不同的区。
根据第一方面，本发明关于用于监测应用于患者（其正暴露或已经暴露于由医学成像系统的辐射）的辐射剂量的方法，该医学成像系统包括X射线源，该方法包括以下步骤：
-关于X射线源的当前位置，确定剂量在患者模型的包络上的当前区上的分布，这样的分布对应于当前位置与所述当前区处的源的辐射之间的交互，
-显示关于当前区的患者模型的包络的表示。
根据本发明的第一方面的方法的其他方面如下：
-它包括确定当前区在当前参考坐标系内的坐标的步骤，该当前区由至少三个点界定的封闭表面所限定，该步骤包括确定所述点在医学成像系统的参考坐标系中的坐标与X射线源的当前位置在医学成像系统的参考坐标系中的坐标之间的差；
-它包括显示模型包络的二维映射，映射包括正暴露或已经暴露的至少一个区，显示以当前区为中心；
-它包括以下步骤：确定X射线源在成像系统的参考坐标系中的位置、使从以当前参考坐标系为中心的图确定的区暴露；
-它包括使剂量值与模型包络的每个区关联的步骤，该剂量由空气比释动能限定；
-与每个区关联的剂量对应于从之前的暴露得出的多个剂量值的累积；
-它包括确定由包络限定的患者的三维模型的步骤，从下面的组中选择该模型：圆柱体、球体、扁平圆柱体；
-当前区的表示的显示在患者的放射图像上叠加。
根据第二方面，本发明关于用于监测应用于患者（其正暴露或已经暴露于由医学成像系统的辐射）的辐射剂量的方法，该医学成像系统包括X射线源，该方法包括以下步骤：
-关于辐射源的当前位置，确定剂量在患者模型的包络的当前区上的分布，所述分布对应于当前位置与所述当前区处的源的辐射之间的交互；
-显示关于当前区的患者模型的包络的表示。
根据本发明的第二方面的方法的其他方面如下：
-对于患者模型的区，累积剂量的交互和分布的确定取决于来自以下中的一个或多个参数：
●空气比释动能，其取决于暴露和X射线束；
●由患者的皮肤吸收的剂量的量；
●反向散射系数；
●进入患者的剂量的系数；
-对于患者模型的区，累积剂量的交互和分布的确定还取决于下面的医学成像系统的参数：
●发射的几何特性；
●发射管的性质；
●发射焦点大小；
-它包括确定正暴露或已经暴露于当前位置处的X射线源的当前区的步骤；
-患者模型的表示是二维或三维的；
-显示包括使患者模型以与X射线源的当前位置有关的当前区为中心。
根据第三方面，本发明关于医学成像系统，其包括处理单元，用于实现根据本发明的第一或第二方面的方法。
根据第四方面，本发明关于计算机程序，其包括机器指令，用于实现根据本发明的第一或第二方面的方法。
本发明具有允许监测与医学成像系统的X射线源的位置有关的暴露区的优点。
暴露区的监测（尤其根据发射剂量）是通过使用采用二维形式的角坐标而可以被便利化。
利用X射线源的每个新位置，从业者可以确定哪个区被暴露并且可以确定要应用于源的可能重新定位来使感兴趣区暴露。
附图说明
本发明的其他特性和优点将从下面的仅说明性而非限制性的描述进一步变得明显，并且要连同附图一起阅读，其中：
-图1图示符合本发明的医学成像系统；
-图2示意地图示用于将元件定位在具有源点O的医学成像系统的参考坐标系内的惯例；
-图3图示在本发明中使用的患者模型的2D图；
-图4a、4b和5示意地图示符合本发明的方法的步骤；
-图6示意地图示确定在本发明中使用的患者模型的包络中的区；
-图7a、7b和7c图示暴露区在医学成像系统的参考坐标系内以及当前参考坐标系内的定位；
-图8示意地图示在本发明中实现的患者模型的包络以当前区为中心。
具体实施方式
医学成像系统
图1图示具有用于检查患者的C形臂的医学成像装置10。
该X射线医学成像装置1包括C形臂2，其在上X射线源3和检测器4面向彼此地布置。该C形臂2安装在台5上。该C形臂2可以相对于台5在不同的方向D、D’上移动。
采用本质上已知的方式，X射线源的移动在由头尾轴（Cranio-Caudalaxis）（CRA/CAU）和右前斜轴/左前斜轴（RAO/LAO）（它们互相垂直并且在等中心系统中等中心（O）处相交）限定的医学成像系统的参考坐标系中作为参考。图2图示所述惯例。
医学成像装置1可包括台架6，其意在收容要成像的对象，例如患者。台架6在该情况下布置在底座7上并且可以相对于底座7在几个方向A、A’上移动。
检测器4可以是半导体图像传感器，其包括例如非晶硅中的晶体管/光电二极管阵列上的碘化铯荧光体（闪烁体）。其他适合的检测器是：CCD传感器、直接将X射线转换成数字信号的直接数字检测器或具有图像增强器的检测器。在图1中图示的检测器4是平面的并且限定平面图像表面，其他几何形状显然是适合的。
装置包括控制单元6，其经由有线或无线连接而连接到C形臂2。控制单元6用于通过设置例如要由X射线源发射的辐射剂量和C形臂2的角位置的参数来控制采集。控制单元6还可以用于控制C形臂2的定位。
控制单元6可包括读取器装置（未图示），例如磁盘读取器、CD-ROM、DVD-ROM读取器或连接端口，用于从例如磁盘、CD-ROM、DVD-ROM或USB钥的指令介质（未图示）或大体上使用任何可移动存储介质或经由网络连接来读取用于控制或处理方法的指令。
另外，存储单元9连接到控制单元8来记录例如在放射检查期间采集的图像参数。预作安排使得存储单元9位于控制单元8的内部或外部，这是可能的。
存储单元9可以由硬盘或SSD或任何其他可移动、重写存储部件（USB钥、储存器卡，等）形成。存储单元9可以是控制单元8、USB钥、储存器卡、中央服务器的存储器的ROM/RAM存储器。
而且，显示单元11连接到控制单元8来显示作为用于监测应用于患者（其通过医学成像系统正暴露或已经暴露于辐射）的辐射剂量的方法的一部分的患者模型的映射。
显示单元11例如可以是计算机屏幕、监测器、平面屏幕、等离子体屏幕或已知类型的任何其他类型的显示装置。
所述显示单元11可与用于显示凭借医学成像系统从采集得出的放射图像的那个相同。
为了对采集的图像执行处理，医学成像装置还包括计算单元12。
数据从存储单元9到计算单元12的传输可以经由内部或外部计算机网络或凭借例如CD-ROM、DVD-ROM、外部硬盘、USB钥、SD卡等任何适合的物理储存器介质来做出。
计算单元12例如是一个或多个计算机，或一个或多个处理器、一个或多个微控制器、一个或多个微型计算机、一个或多个可编程逻辑控制器、一个或多个专用集成电路、其他可编程电路或包括例如工作站的计算机的其他装置。
作为变化形式，计算单元12可包括读取器装置（未图示），例如磁盘读取器、CD-ROM或DVD-ROM读取器或连接端口，用于从指令介质（未图示）（例如磁盘、CD-ROM、DVD-ROM或USB钥）或更一般地任何可移动储存器介质或经由网络连接来读取处理方法的指令。
计算单元12可连接到显示单元11（如图1中的）或另一个显示单元（未图示）。
用于监测应用于患者（其正暴露或已经暴露于医学成像系统的辐射）的辐射剂量的方法
为了监测应用于患者（其正暴露或已经暴露于医学成像系统的辐射）的辐射剂量（有效剂量，吸收剂量），第一步骤100确定三维（3D）患者模型，对于其，在第二步骤200处，确定一个或多个剂量值，这些剂量值与患者模型的区关联。
最后，为了允许从业者使得与患者模型的不同区关联的确定剂量可视化，在第三步骤300处，显示患者模型的表示。该显示可或可不以对应于X射线源的当前位置的当前区为中心。
患者模型的确定100
患者模型是三维（3D）模型，其可取决于患者的生理参数（重量、高度、性别，等）和医学成像系统的几个参数。例如从放射检查之前实施的检查得出这些生理参数。
3D模型可以通过包围患者的圆柱形形状而估算。可以设想更复杂的形状：球形、扁平圆柱体。
3D模型的形状可以通过采集患者轮廓或使用常规的分段和重建技术从采集的多个患者2D图像而优化。
3D模型还可取决于患者的不同组成部位的密度中的变化。
患者的3D模型典型地采用假设网格形状的模型包络的形式存储在医学成像系统的存储单元9中，该网格中的每个区由多个顶点限定。这些顶点对应于X射线源的当前位置的X射线发射场。
该网格对应于与X射线源位置有关的3D患者模型的包络的采样。
图3图示对应于患者的圆柱形3D模型的包络的网格30，其中示出轴CRA/CAU和RAO/LAO，其对应于躺下的患者，在这里中心O是等中心医学成像系统的等中心。
为了获得更精确的患者模型，模型还可取决于患者身体的等效患者厚度－EPT。这是对X射线所经过的患者身体的厚度的估计。该厚度提供关于X射线要求的数据以便能够拍摄患者身体的给定区的图像。将理解厚度越大，X射线剂量必须增加得越多。
再次，为了改进患者模型的精度，可以考虑下面的参数：
-发射特性（以kV计的电压，以mA计的强度）；
-发射管的性质；
-发射焦点大小。
备选地或另外，可以在过程开始时确定3D模型并且在过程期间更新它。为了更新3D模型，使用在放射检查期间采集的图像。
与患者模型的一个或多个区关联的一个或多个剂量值的确定200
患者模型的每个区的剂量值的确定200取决于来自以下中的一个或多个参数：
-空气比释动能，其取决于暴露和X射线束；
-由皮肤吸收的剂量的量；
-反向散射系数，其可以视为X射线滤波效应；
-进入患者的剂量的系数。
备选地或另外，对于每个剂量值，除上文提到的参数外，必须考虑与每个暴露关联的几何形状，即下面的医学成像系统的参数：
-发射特性（以kV计的电压，以mA计的强度）；
-发射管的性质；
-发射焦点大小。
采用已知的方式，为了剂量计算的最佳精度，利用每个采集的图像，要测量剂量分布并且修改患者模型。然而，在整个检查中采集多达105个图像，这导致所有这些数据存储的问题，并且计算能力方面的需要是相当大的。
所述问题通过对每个图像计算上文讨论的参数并且通过使这些与剂量测量（其对应于已经使用相同的采集几何形状采集的图像）累积而解决。
利用所述方法，必须的存储容量和计算能力降低。
患者模型的表示的显示300
患者模型的表示的显示300由显示患者模型的包络上的剂量分布组成。
目的是使患者模型的几个区与剂量值关联。
患者模型的包络上的剂量分布的所述表示包括以下步骤系列：
-确定301界定了由X射线源暴露的区Z的顶点A、B、C、D；
-确定302由X射线源3朝每个顶点A、B、C、D发射的每个射线R1、R2、R3、R4的中心C1、C2、C3、C4；
-确定303从X射线源3朝顶点行进的射线与该顶点的法线之间的角度；
-使每个区与之前限定的剂量值关联304；
-可选地将显示以当前区或感兴趣区为中心305。
也就是说，对于X射线源的每个位置，确定由该位置处的源暴露的患者模型的区并且使得对该位置测量的剂量值与之关联。
图4图示由对应于由X射线源发射的场的四个顶点A、B、C、D界定的区2。
显示可以考虑反向散射的类型，其可视为应用于患者包络的每个区的滤波器。
最后，可以采用几个方式做出表示：
-利用以下的完整患者模型的3D显示：
●通过固体表面和代表剂量量的彩色标度来呈现3D表面；
●通过半透明表面和代表模型表面内部/外部的剂量量的彩色标度来呈现3D表面。采用该方式，从业者被提供有模型外部和内部的数据。
●通过定位在内部的实际患者模型（允许的凹面）的半透明表面来呈现3D表面。
●上面的表示中的任何组合。
-患者模型的2D显示：
●显示展开的包络（参见图3），根据从沿轴RAO/LAO和CRA/CAU取得的角度用代表剂量量的彩色标度将横坐标指数化。
有利地，映射显示可以与采集的放射图像合并或叠加在其上来识别不得被辐照的成像区中的结构。
同样有利地，图像视点可以是X射线发射焦点而不是医学成像系统中的参考点的中心。
对显示定中心305
患者3D模型的包络表示的显示优选地使得该表示以当前区或感兴趣区为中心。
这所谓的当前区是正暴露于X射线源的进程中的区或已经暴露的区：它因此是感兴趣区。
因此，目的是允许从业者使感兴趣的当前区可视化并且另外确定如何控制X射线源从该当前区的移动。
图7a图示患者的圆柱形3D模型，其示出暴露于X射线源3的区Z和由源点O和互相垂直的两个轴（头尾轴（CRA/CAU）、左前斜轴/右前斜轴（LAO/RAO））限定的医学成像系统的参考点。
这两个轴在从而限定的参考点的原点O处相交。
在这里规定参考点可以是任何参考点。例如，在等中心系统中，原点可以是医学成像系统的等中心。这些轴对应于在医学成像的场中躺下的患者。
暴露的区Z是X射线源3的视场（FOV）的函数。
再次参考图3，区Z在这里由在3D患者模型的外包络上取得的四个顶点A、B、C、D限定。区Z是由这四个点限定的封闭表面，优选地是凸形的。
如已经提出的，3D模型的包络可分解成几个区，每个区对应于X射线源的角位置。
四个顶点A、B、C、D由它们在具有原点O的医学成像系统的参考坐标系中的角坐标识别。
每个点由两个角坐标限定；一个在CRA/CAU上，另一个在LAO/RAO轴上。
这些角坐标分别是限定区Z的每个点在包含CRA/CAU轴和LAO/RAO轴的平面中的投影的极坐标。
在医学成像系统的参考坐标系中定位区时使用术语“角坐标”。
区Z取决于X射线源的位置，其自身可采用与限定区Z的顶点A、B、C、D相同的方式由角坐标限定。
因此，可以利用暴露区Z，尤其在放射过程期间，界定区Z的四个顶点的角坐标在以当前区Z（即，暴露的区或对于其已经做出采集的区）为中心的具有原点O’的当前参考坐标系中投影。在这里，当前参考坐标系是2D参考。
图7b图示暴露区的角坐标在具有原点O’的当前参考坐标系中的投影。
就投影而论，意指角坐标在2D参考中的表示，其中横坐标对应于沿LAO/RAO轴取得的角度并且纵坐标对应于在CRA/CAU轴上取得的角度。该惯例绝不是限制性的。
四个顶点A、B、C、D在当前参考坐标系中的坐标实际上是相对坐标，因为它们取决于X射线源3的当前位置。
为了获得当前参考坐标系中的坐标，确定区在医学成像系统的参考坐标系中的角坐标并且然后关于具有原点O’的当前参考坐标系（其对应于X射线源的当前位置）来重新计算。
这需要将X射线源的当前角坐标（在医学成像系统的参考坐标系中取得的那些）从限定当前区Z（即，当前X射线源的场中的区）的每个点的当前坐标中扣除。
图7c图示邻近图7b中的区的区Z’的角坐标的投影。该其他区Z’具有顶点A’、B’、C’和D’。
图8示意地图示从具有原点O的医学成像系统的参考坐标系到具有原点O’的当前参考坐标系的转换。
再次参考图8，顶点A在医学成像系统的参考坐标系中的坐标是XA和Ya，并且顶点A在具有原点O’的当前参考坐标系中的坐标由△RAO/LAO=XA-XO’、△CRA/CAOO=YA-YO’给出，其中XO’、YO’是在医学成像系统的参考坐标系中投影的X射线的坐标，其对应于由X射线源的该位置暴露的区Z。
角坐标在具有原点O’的当前参考坐标系中的投影允许显示以当前参考坐标系为中心的暴露区的2D表示。
对于X射线源的当前位置，这允许确定哪个当前区被暴露。
有利地，患者模型的包络的2D映射的显示可以以当前参考坐标系为中心。
对于圆柱形3D患者模型的2D映射是采用被分解成几个区的矩形形式，如在图6中图示的。
剂量值可以与每个区关联，例如之前描述的。
彩色或灰色标度可以用于代表不同的剂量值，黑色可能指示存在区可被高度暴露或之前被高度暴露的风险。
可以采用几个方式使用所述映射的显示。
它例如可以用于在患者暴露后证实该暴露已经安全地对患者实施，从而使某些区不被过度暴露。
它还可以用于确定要用于后续暴露的最佳暴露方向，以便不使患者的一些区暴露于过度辐射剂量。
可以在X射线源的每个重新定位时更新剂量值。然后可选地重新计算正暴露或已经暴露的每个区的剂量分布。
计算机程序
在前面描述的方法可以有利地采用计算机程序的形式实现，该计算机程序包括用于执行方法的步骤的机器指令。
Claims (10)
1.一种用于监测应用于患者的辐射剂量的方法，所述患者正暴露或已经暴露于医学成像系统的辐射，所述医学成像系统包括X射线源(3)，所述源描述在具有第一原点(O)的成像系统的参考坐标系中的轨迹，所述方法包括以下步骤：
-对于所述X射线源(3)的当前位置，确定(3051)患者模型(30)的3D包络的当前暴露或已经暴露于所述X射线源(3)的辐射的区(Z)在所述医学成像系统的参考坐标系中的当前坐标；
-从所述当前坐标确定(3052)具有以所述X射线源的所述当前位置作为第二原点(O’)的当前参考坐标系，所述当前参考坐标系以所述第二原点(O’)为中心；以及
-显示(300)以所述第二原点(O’)为中心的所述当前区(Z)的表示。
2.如权利要求1所述的方法，包括确定所述当前区(Z)在所述当前参考坐标系中的坐标的步骤，所述当前区(Z)由至少三个点界定的封闭表面限定，所述步骤包括确定所述点在所述医学成像系统的所述参考坐标系中的坐标与所述X射线源的当前位置在所述医学成像系统的所述参考坐标系中的坐标之间的差。
3.如前述权利要求中任一项所述的方法，包括显示所述模型的包络的二维映射，所述映射包括正暴露或已经暴露的至少一个区，所述显示以所述当前区为中心。
4.如权利要求3所述的方法，包括确定所述X射线源在所述成像系统的所述参考坐标系中的位置来使从以所述当前参考坐标系的第二原点为中心的所述映射确定的区暴露的步骤。
5.如权利要求1所述的方法，包括使剂量值与所述模型的包络的每个区关联的步骤，所述剂量由空气比释动能限定。
6.如权利要求1所述的方法，其中，与每个区关联的剂量对应于从先前的暴露得出的多个剂量值的累积。
7.如权利要求1所述的方法，包括确定由包络限定的所述患者的三维模型的步骤，所述模型从下面的组中选择：圆柱体、球体。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述的圆柱体为扁平圆柱体。
9.如权利要求1所述的方法，其中，所述当前区的表示的显示在所述患者的放射图像上叠加。
10.一种医学成像系统，包括处理单元，用于实现如前述权利要求中任一项所述的方法。
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