CN103491871A

CN103491871A - 患者定位系统

Info

Publication number: CN103491871A
Application number: CN201280019671.1A
Authority: CN
Inventors: F·乌勒曼
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2011-04-22
Filing date: 2012-04-12
Publication date: 2014-01-01
Anticipated expiration: 2032-04-12
Also published as: WO2012143826A1; US9901310B2; US20140037050A1; EP2699156B1; CN103491871B; EP2699156A1

Abstract

本发明涉及用于确定表面上，特别是患者支撑体（150）的表面上，的生物体（P）的空间配置的构件。这些构件的一个实施例是一种传感器系统（110），其能够应用于患者支撑体（150）并且包括多个传感器单元（111），其中，这些传感器单元（111）中的每一个传感器单元具有相邻的敏感区（112），生物体（P）在所述相邻的敏感区（112）中的存在感生出探测信号（S）。传感器单元可以特别是包括微波线圈（111）。

Description

患者定位系统

技术领域

本发明涉及能够应用于患者支撑体的传感器系统、包括诸如传感器系统的患者支撑体、包括该患者支撑体的成像系统、以及用于确定生物体的空间配置的方法。

背景技术

US2009/0264735公开了用于探测患者相对于成像系统的位置的系统，其中，至少一个RF线圈固定于患者。

发明内容

本发明的目的是提供，特别是在如X射线、CT或MR成像的成像处置期间，用于患者的定位的替代构件。

通过根据权利要求1的传感器系统、根据权利要求10的患者支撑体、根据权利要求13的成像系统、以及根据权利要求15的方法来实现此目的。在从属权利要求中公开了优选实施例。

根据第一方面，本发明涉及能够应用于患者支撑体，即集成到该支撑体中或作为独立部件放置在该支撑体上，的传感器系统。术语“患者支撑体”将标记例如台子或椅子的元件，在检查处置期间，例如在X射线成像期间，人能够座或躺（或站于）于该台子或椅子上。传感器系统将包括多个传感器单元，其中，这些传感器单元中的每一个具有相邻的敏感区，生物体在该敏感区中的存在感生出关联的传感器单元的探测信号。

传感器单元的敏感区典型地从其表面向上延伸约5-50cm进入相邻空间（在给定方向上）。此外，将在如下意义上来理解“生物体的存在感生出探测信号”：传感器单元产生不同地依赖于生物体是否在敏感区中的输出信号。在存在生物体时，“探测信号”因此甚至可以包括实际输出的消失（例如，零电压），只要此状态能够与不存在生物体相区别就行。

在优选实施例中，传感器系统可以实现为某种柔性垫子，传感器单元集成到该垫子中，并且该垫子能够铺于患者支撑体上。以也存在的此方式，常规患者台子能够装备有根据本发明的系统。

根据第二方面，本发明涉及患者支撑体，其包括上述种类的传感器系统。所述传感器系统的传感器单元可以永久地集成到此患者支撑体中，或者它们可以是可拆卸的独立传感器系统的部分。

根据第三方面，本发明涉及用于生成人的图像的成像系统，所述成像系统包括根据本发明的第二方面的患者支撑体。成像系统可以特别是例如荧光检查法装置的X射线装置、计算机断层摄影（CT）成像系统（例如，光子计数谱CT成像系统）、相干散射计算机断层摄影（CSCT）成像系统、正电子发射断层摄影（PET）成像系统、磁共振（MR）成像系统或单光子发射计算机断层摄影（SPECT）成像系统。

根据第四方面，本发明涉及用于确定表面上，特别是患者支撑体的表面上，的生物体的空间配置的方法。在此上下文中，术语“空间配置”在通常意义上将包括与考虑的表面上的生物体相关的任何空间参数或信息。在最简单的情况下，空间配置可以对应于仅单个值，例如生物体的重力中心相对于给定轴的位置。在更详述的（并且典型）情况下，空间配置可以包括表示考虑的生物体的多个点和/或部分的空间位置的某些数据结构。

根据本发明的方法包括以下步骤：

-探测多个敏感区中所述生物体的存在或不存在并产生对应的探测信号（即指示相应区中存在或不存在生物体）。

-根据所述探测信号来推断所述生物体的空间配置。

可以特别地利用上述种类的传感器系统来执行该方法。如果空间配置是单个参数（如在以上范例中），则方法的第二步骤可以例如包括计算其中探测到生物体的存在的所有敏感区的重力中心。如果空间配置是更详述的数据结构，则所述方法步骤可以包括探测信号与生物体的解剖模型或其它先前获取的数据，例如成像数据，的配准。

以上定义的传感器系统、患者支撑体、成像系统、以及方法基于将独立的传感器单元用于确定表面上的生物体的空间配置的一般概念。给这些实施例之一提供的解释和定义因此对于其它实施例也类似地有效。本发明的本质优点是，能够以可靠的方式确定患者支撑体上患者的空间配置（例如，位置和/或姿势），无需向患者费力地施加障碍标记物。此外，无需总是确保自由视线（free line of sight）（因为那是用于基于相机的系统的情况），因为配置是关于传感器单元的相邻敏感区确定的。

下面，将描述与以上定义的传感器系统、患者支撑体、成像系统、以及方法相关的本发明的各种优选实施例。

通常，可以任意布置传感器单元，只要能够实现期望的探测结果就行。然而，最优选地，以二维（规则或不规则）阵列布置传感器单元。利用该阵列，能够顺利地对例如患者支撑体的表面的感兴趣的区域进行构图。

传感器单元和/或它们的敏感区通常可以类型、大小和/或形状彼此不同。然而，最优选地，由于生产效率的原因，传感器单元是相同的，产生相同大小和形状的敏感区。不管它们是形状相同还是不同，敏感区优选地布置为使得它们不（或最多部分地）交叠。从而，能够最大化传感器单元监视的区域的大小。

能够以各种方式实现传感器单元，例如，作为近程式传感器（proximitysensor）；作为压力或力传感器，探测躺在压力或力传感器上的身体的重量；作为热传感器，探测相邻身体的（较高）温度等。最优选地，至少一个传感器单元包括辐射发射器和/或用于来自所述传感器单元的敏感区中的生物体的辐射的接收器。辐射可以特别是与生物体相互作用和/或由生物体生成的某种辐射。

在前述实施例的优选实现中，考虑的至少一个传感器单元适于探测传感器的敏感区中的生物体对发射的辐射的吸收和/或对发射的辐射的反射。可以例如经由考虑的传感器单元的增大的能耗来探测传感器单元对发射的辐射的吸收。如果感兴趣的生物体至少部分反射所施加的类型的辐射并且如果存在用于探测反射的辐射的接收器，则能够使用传感器单元对发射的辐射的反射。

根据本发明的另一实施例，由此传感器单元的敏感区中的生物体在至少一个传感器单元中感生出的探测信号取决于所述生物体的材料参数。这些材料参数可以例如涉及生物体的密度、其温度、其导电率、或其化学组分。化学组分可以尤其包括与金属的存在或不存在、与生物体的水含量、或肌肉/脂肪比相关的值。

如果至少一个传感器单元包括辐射发射器或用于辐射的接收器，则此辐射可以特别是微波辐射。根据定义，微波辐射是波长在约1mm与约100cm之间的电磁辐射。可以特别是通过供应有合适频率的交流电压的线圈来实现微波辐射的发射。微波辐射是有利的，因为能够容易地对其进行控制，其对患者是无害的，具有典型地数厘米的有限延伸，并且与生物组织相互作用。从而基于生物体对微波辐射的吸收和/或反射来进行探测是可能的。此外，附加地，利用微波辐射来推导生物体的更详细的材料参数是可能的。

当本发明与成像系统结合应用时，传感器单元优选地设计为使得在其生成其图像时，对此系统不可见。这能够通过将传感器单元布置在成像系统的视场外来实现。作为第二替代，能够将传感器单元设计为不（或仅少许）与成像形态相互作用。在X射线成像系统的情况下，传感器单元可以是例如X射线透明的。第二替代方式具有的优点是，能够将传感器单元引入视场中，而不会干扰生成的图像，从而容许控制在最需要的它区域中成像的生物体的空间配置。其它替代方式是表征与成像系统的相互作用（例如，吸收）并集成此信息用于数字补偿或最小化成像期间的相互作用程度（例如，经由传感器的开关或失调）。

在本发明的另外的发展中，相对于患者支撑体定位生物体的给定目标区域。可以关于称为患者支撑体的坐标和/或关于称为环境（实验室）的绝对坐标来表述定位。目标区域可以例如是生物体的重力中心。然而，典型地，其是更复杂的结构或实体，例如，如患者的头、胸膛、或膝盖的特别的解剖区域。根据传感器单元提供的探测信号对该更复杂的目标区域的定位典型地需要使用用于生物体的解剖体模型，其与测得的探测信号配准（即，调整模型的可变参数，使得躺在患者支撑体上的具有对应配置的身体将产生观测的探测信号）。一旦已经确定了与测量数据（充分）一致的模型的空间配置，则能够易于根据此模型来定位感兴趣的目标区域。

根据前述实施例的另外的发展，如果确定的目标区域未位于给定的绝对空间位置，则可以发出报警信号。目标区域可以例如指示身体的将被X射线照射的部分，并且给定的绝对空间位置可以指示关联的X射线成像系统的视场。报警信号于是将指示感兴趣的区域不在视场中，这有助于避免坏的图像的生成。从而能够减小对于患者的负担和成本。

患者支撑体优选地能够以至少一个自由度移动，最优选地，以数个自由度（例如，相对于轴方向、横向方向、高度、和/或倾斜）移动。这容许将支撑体上的患者引入相对于检查设备的合适的位置，例如，X射线成像装置。最优选地，该能够移动的患者支撑体包括用于确定其绝对空间位置的构件。如本领域技术人员所知的，该构件可以例如通过在台子的轴承处的位置传感器，通过光学跟踪构件等（顺便，US-2010/031204作为另外的范例）来实现。当（根据传感器单元的探测信号）已知患者相对于患者支撑体的空间配置，并已知支撑体的绝对空间位置时，则也能够确定患者的绝对（！）空间配置。这容许例如验证能够移动的患者支撑体上的患者的目标区域是否正确地处于视场中。

根据能够移动的患者支撑体的另外的发展，支撑体还包括用于移动患者支撑体，以使得台子上的生物体的给定目标区域移动至给定的绝对空间位置的控制器。从而能够将将被成像的身体区域自动放置在对应成像系统的视场中。

附图说明

根据以下描述的实施例，本发明的这些和其它方面将变得明显，并且将参照以下描述的实施例来阐述本发明的这些和其它方面。

在唯一的图中：

图1示意性地示出了根据本发明的成像系统。

具体实施方式

涉及CT和常规X射线处置的辐射剂量已经成为了非常重要的问题。现场研究已经表明错误的患者定位在许多情况下导致不必要地重复成像处置。这主要归因于成像处置和技术的复杂性以及医务人员的增加的工作负担。

在现有技术中，相对于视场的患者的定位以激光或光场辅助手动进行。然而，当前成像装置不能验证台子和/或患者的正确定位。

基于此，提出了使用集成或联接至患者台子的顶部并探测患者姿态/位置的传感器单元。传感器单元可以特别是微波线圈。在目标区域的说明之后（作为成像准备期间数据登记（entry）的部分），信号处理例程可以将指定的目标区域与患者位置设置进行比较。在未对准的情况下，可以向操作员报警。

图1示意性地示出了根据以上原理设计的X射线成像系统100。成像系统100包括以下部件：

-传感器系统110，包括（相同的）传感器单元的惯常的二维阵列，这里为微波线圈111。每一个传感器单元111在相邻的敏感区112（仅指示一个代表性传感器单元）中敏感。如果例如患者P的生物体在敏感区112内，则关联的传感器单元产生对应的探测信号（或者，更一般地，此传感器单元的连续地产生的信号以一定的方式改变）。

-患者台子或支撑体150，其能够通过马达151至少在轴向方向（z方向）上移动。典型地，患者台子150也能够在横向方向（x方向）和竖直方向（y方向）上移动。此外，其能够可选地绕一个或两个轴倾斜。可以例如集成到马达151中的合适的传感器容许确定患者台子150关于绝对x、y、z坐标的实际空间位置。微波线圈111的阵列110在患者台子150的整个长度上集成到患者台子150的顶部。

-成像设备140，如果使患者P或他的/她的身体的部分进入所述设备的视场141中，则所述设备能够用以生成患者P或他的/她的身体的部分的图像。成像设备可以例如是CT扫描器。

-评估和控制单元120，其接收并处理来自微波传感器111的信号S。此单元可以例如通过专用电子硬件、通过具有关联的软件的数字数据处理硬件、或其混合来实现此单元。在图中指示的子单元应当表示不同的概念模块而不是独立的硬件部件。

-用户接口，例如计算机或控制台130，其能够与评估和控制单元120交换信息。

评估和控制单元120容许根据关联处理模块121中接收的探测信号S来探测患者位置和姿态。作为控制台130上的成像设置的部分，操作员可以登记成像目标区域（例如，膝盖、胸膛）。目标区域说明也可以在临床工作流中发生得更早（例如，通过谈及的医生）。然后在比较模块122中将此输入与台子上的患者的位置进行比较。如果发生指定的目标区域与患者/台子位置之间的失配，则产生报警信号并将其发送至控制台130。

可选地，评估和控制单元120也可以基于指定的目标区域向操作员提议正确的患者台子位置。如在图中指示的，其甚至可以包括模块123，模块123用于控制患者台子150的马达151，以使得目标区域自动移动到成像设备140的视场141中。

微波技术称为光学技术（例如，相机），因为其能够集成到台子中，并且不受到照明状况、患者衣服或遮蔽物（blanket）的干扰。此外，微波线圈111能够被设计为X射线透明的和非常薄的。从而，作为对现存成像系统的升级，它们能够例如被并入到能够联接至台子并与装置的坐标系统配准的垫子中。

总之，本发明容许监视患者位置并在可疑未对准的情况下警告操作员。这经由将（例如微波）探测技术集成到患者台子中和以确定患者姿态和位置的随后的信号处理来实现。从而，在基本上是诊断结果和剂量最小化的地方，能够实现精确的患者定位，特别是对于CT和常规X射线成像处置。本发明还能够应用于其它成像形态（例如，SPECT、PET、MR）以改善工作流并提高患者安全性。

虽然已经在图和前述描述中详细示例并描述了本发明，但是该示例和描述应视为示例性或范例性的，而不是限制性的；本发明不限于公开的实施例。本领域技术人员在实施声称的发明时，根据对图、说明书、以及所附权利要求的研究，能够理解并实施公开的实施例的其它变形。在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。某些措施记载在相互不同的从属权利要求中的仅有事实不指示不能有利地组合这些措施。权利要求中的任何参考符号不应视为限制范围。

Claims

1.一种传感器系统（110），其能够应用于患者支撑体（150）并且包括多个传感器单元（111），其中，这些传感器单元（111）中的每一个传感器单元具有相邻的敏感区（112），生物体（P）在所述相邻的敏感区（112）中的存在感生出探测信号（S）。

2.根据权利要求1所述的传感器系统（110），

其中，所述传感器单元（111）以二维阵列布置。

3.根据权利要求1所述的传感器系统（110），

其中，不同传感器单元（111）的所述敏感区（112）最多部分交叠。

4.根据权利要求1所述的传感器系统（110），

其中，至少一个传感器单元（111）包括辐射发射器和/或用于来自所述至少一个传感器单元（111）的敏感区（112）中的生物体（P）的辐射的接收器。

5.根据权利要求4所述的传感器系统（110），

其中，所述传感器单元（111）适于探测发射的辐射的吸收和/或反射。

6.根据权利要求4所述的传感器系统（110），

其中，所述辐射是微波辐射。

7.根据权利要求1所述的传感器系统（110），

其中，由生物体（P）在至少一个传感器单元（111）中感生出的所述探测信号取决于所述生物体（P）的材料参数。

8.根据权利要求1所述的传感器系统（110），

其中，对生物体（P）的给定目标区域进行定位。

9.根据权利要求8所述的传感器系统（110），

其中，如果所述目标区域未位于给定的绝对空间位置，则发出报警信号。

10.一种包括根据权利要求1所述的传感器系统的患者支撑体（150）。

11.根据权利要求10所述的患者支撑体（150），

其中，所述患者支撑体（150）能够以至少一个自由度移动，其中，所述患者支撑体（150）优选地包括用于确定其绝对空间位置的构件。

12.根据权利要求11所述的患者支撑体（150），

其中，所述患者支撑体包括控制器（123，151），用于移动所述患者支撑体（150），使得生物体（P）的给定的目标区域移动至给定的绝对空间位置。

13.一种用于生成人（P）的图像的成像系统（100），包括如权利要求10所述的患者支撑体（150）。

14.根据权利要求13所述的成像系统（100），

其中，所述传感器单元（111）对于所述成像系统是不可见的。

15.一种用于确定表面上，特别是患者支撑体（150）的表面上，的生物体（P）的空间配置的方法，包括以下步骤：

-利用多个传感器单元（111）来探测多个敏感区（112）中所述生物体（P）的存在或不存在并产生对应的探测信号（S）；

-根据所述探测信号来推断所述生物体（P）的所述空间配置。