CN103654809A - 用于自动定位x射线设备的拍摄系统的方法和x射线设备 - Google Patents
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Abstract
在本发明中设置了用于为了拍摄患者的可预先给出的检查区域或器官的X射线图像而相对于置于患者台上的患者自动定位X射线设备的拍摄系统的方法，具有以下步骤：确定患者的三维的患者包络面，显示用于选择检查区域或器官的选择菜单，接收用于选择检查区域或器官的输入，根据三维的患者包络面确定所选择的检查区域或器官的患者匹配的位置，在使用所选择的检查区域或器官的患者匹配的位置的条件下确定用于拍摄所选择的检查区域或器官的拍摄系统的目标位置，和将拍摄系统移动到确定的目标位置。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于自动定位X射线设备的拍摄系统的方法以及一种用于执行这样的方法的装置。
背景技术
在X射线成像中为了拍摄患者的检查区域的X射线图像而必须将X射线设备的拍摄系统相对于患者合适地定位，特别是取决于各自的患者的“尺寸”来定位。在此需要操作人员（例如医生）方面的位置匹配，其中操作人员必须中断其正在执行的动作，以最佳对齐患者台或拍摄系统。
按照目前的现有技术，根据医生的个人估计和经验值手动驶向待检查的区域或器官（例如头、心脏、肝脏、大腿骨等）。在此患者台和拍摄系统由操作人员操作和移动并且匹配当前的患者预先给出的个体的实际情况（身高、体重、一般性尺寸、在检查台上的位置等）。在X射线系统上也可以基于身高和体重产生虚拟患者包络面。然后通过低剂量X射线图像监督手动驶向的位置是否是正确的，并且必要时迭代地校正。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种方法，该方法实现X射线设备的拍摄系统的与患者匹配的定位。此外本发明要解决的技术问题是，提供一种适合于执行该方法的X射线设备。
按照本发明通过一种用于自动定位X射线设备的拍摄系统的方法和一种X射线设备解决所述技术问题。本发明的有利构造分别是从属权利要求的主题。
按照本发明的用于为了拍摄患者的预先给出的检查区域或器官的X射线图像而相对于置于患者台上的患者自动定位X射线设备的拍摄系统的方法包括以下步骤：
-确定患者的三维的患者包络面，
-显示用于选择检查区域或器官的选择菜单，
-接收用于选择检查区域或器官的输入，
-根据三维的患者包络面确定所选择的检查区域或器官的患者匹配的位置，
-在使用所选择的检查区域或器官的患者匹配的位置的条件下确定用于拍摄所选择的检查区域或器官的拍摄系统的目标位置，和
-将拍摄系统移动到所确定的目标位置。
三维的患者包络面在此理解为患者的体积的表面，如借助身体扫描仪可以确定的。检查区域或器官分别表示相应的患者的位于患者包络面内部的部分或片段，也就是例如头、心脏、肝脏、大腿骨等。根据三维的患者包络面确定所选择的检查区域或器官的患者匹配的位置例如借助来自于数据库的经验数据估计或根据模型或概率计算。如果呈现通过三维的患者包络面确定的患者匹配的位置，则从这些数据中可以确定目标位置，其对于拍摄所选择的检查区域或器官是很合适或最合适的。按照本发明的方法用于在定位X射线设备的拍摄系统的情况下支持操作人员，例如医生。通过考虑患者的实际的、三维的患者包络面可以自动地进行非常精确的定位，其使得操作人员的费时的手动干预是多余的。这特别在相对于患者来说非常小的检查区域或器官的情况下是有利的，例如在心脏、肝脏或肾脏的情况下。检查过程总体上可以得到改善和缩短，并且操作人员可以集中于诊断或介入。
为了执行该方法设置X射线设备，具有用于拍摄患者的检查区域或器官的X射线图像的拍摄系统，其中拍摄系统布置在可运动的支架上，该X射线设备还具有用于控制X射线设备的系统控制器、用于显示选择菜单和用于接收操作人员的输入的输入装置、用于测量患者的三维的患者包络面的装置和用于从患者包络面中确定所选择的检查区域或器官的患者匹配的位置并且用于确定拍摄系统的目标位置的计算单元。X射线设备例如可以是C型臂X射线设备，其中拍摄系统，也就是X射线探测器和X射线源共同地布置在C型臂上并且C型臂在不同的空间方向上可调节和可运动地构造。
按照本发明的一种构造，用于测量患者的三维的患者包络面的装置由太赫兹照相机形成。在现有技术中公知借助太赫兹照相机透过衣服对一个人的身体表面成像。太赫兹照相机在此是非常可靠的并且无线离子化射线即可。该技术目前例如在机场被采用来用于人员检查，所谓的全身扫描仪（例如：http://www.tsa.gov/assets/pdf/jh apl v2.pdf）。区分主动的方法和被动的方法，在主动的方法中在利用聚焦的射线扫描身体之后可以建立身体表面的清晰的三维图示（P.Welchering，
:Ein 
genaues Bild ohne tiefe Einblicke，FAZ.NET.Frankfurter Allgemeine Zeitung GmbH，08.01.2010），在被动的方法中通过人体的自然热辐射的检测（T.May，Mit der THz-Technologie zu neuer Sicherheit.Photonik2，AT-Fachverlag GmbH，2009，第14页）可以产生身体包络面的图像。
用于测量患者包络面的装置，也就是例如太赫兹照相机，优选与X射线设备配准，从而对X射线设备来说除了已知患者包络面之外还已知患者的位置。此外X射线设备还可以与患者卧榻配准。
按照本发明的另一个构造，从患者的一个或多个已经存在的体积图像中确定患者包络面。这样的体积图像例如可以事先借助计算机断层成像或磁共振断层成像设备拍摄并且现在由X射线设备调用和使用。为此可以使用全身图像或身体的一个或多个部分图像，其中这些图像例如可以来自于其它模态（例如CT或MR）。
以有利的方式对于定位精度的进一步改善，为了确定患者匹配的位置，使用患者的其它数据，特别是体重、身高和/或BMI。通过该附加信息的引入可以进一步改善患者匹配的位置的确定。由此例如患者包络面与体重结合可以给出患者的脂肪分布的提示。
按照本发明的另一个构造附加地执行以下步骤：拍摄低剂量X射线图像，根据低剂量X射线图像确定所选择的检查区域或器官的实际位置，将实际的位置与所确定的患者匹配的位置相比较，并且在实际的位置与所确定的患者匹配的位置偏差的情况下确定校正的目标位置并且将拍摄系统移动到校正的目标位置。以这种方式可以检查定位的精度并且当需要时再次改善。在事先确定的阈值以下的小的偏差也可以不管。校正可以多次迭代地重复。
按照本发明的另一个构造，选择菜单具有包括可选的片段的患者包络面的示意图。这例如可以这样来实现，即，显示代表了患者的“小人儿”，在该小人儿上操作人员可以标记片段，以便进行输入。片段代表了各个检查区域或器官，也就是例如患者的头或心脏。通过触摸特别是交互式的显示器，然后进行检查区域或器官的选择。
按照本发明的另一个构造，附加地显示具有对于拍摄系统的至少两个替选的测角的选择菜单，并且对关于测角的另一个输入进行接收和在确定目标位置时使用。以这种方式为操作人员提供多个用于拍摄系统的标准位置以供选择，从中然后可以选择出对于相应的检查最合适的那个。由此例如在检查心脏的情况下提供已知的测角30°LAO/30°尾部，15°RAO/30°尾部和蜘蛛视图（Spiderview）（40-50°LAO/20°尾部）以供选择。
按照本发明的另一个构造，将三维的患者包络面、所选择的检查区域或器官的患者匹配的位置和所选择的检查区域或器官的实际位置在数据库中存储。特别地可以在后面的检查中为了确定所选择的检查区域或器官的患者匹配的位置而使用数据库的存储的数据。通过积累不同患者的数据可以实现数据库的学习过程，其又可以被用于定位的改善。
以有利的方式对于X射线设备的特别的用户友好性，输入装置具有患者包络面（“小人儿”）的示意性显示，在该患者包络面上可以交互地选择检查区域或器官。由此例如通过按压按键，操作人员以这种方式可以选择期望的检查区域或器官。
附图说明
以下借助在附图中示意性示出的实施例详细解释本发明以及其它有利构造，而不由此将本发明限制到这些实施例。其中，
图1示出按照本发明的方法的流程，
图2示出具有太赫兹照相机的按照本发明的X射线设备的侧视图，
图3至图5示出按照本发明的X射线设备的输入单元上的显示的三个视图。
具体实施方式
图1示出按照本发明的用于为了拍摄患者的预先给出的检查区域或器官的X射线图像而相对于置于患者台上的患者自动定位X射线设备的拍摄系统的方法的流程。在按照本发明的方法中在第一步骤20中测量或以其它方式确定患者的患者包络面。对于患者包络面的测量例如可以使用公知的太赫兹照相机，其与X射线设备配准，以便能够确定患者相对于X射线设备的位置。通过使用太赫兹照相机使得可以不仅虚拟地根据身高和体重来估计患者包络面，而且确定个体的患者的实际的患者包络面。替换地也可以使用由其它模态建立的全身图像（例如全身CT）或相同患者的身体的部分的图像（例如腹部的CT），用于确定患者包络面。但是在此必须附加地还已知或确定患者相对于X射线设备的相对位置。
在第二步骤21中显示用于选择检查区域或器官的选择菜单。为此可以使用交互的显示和输入装置，其构造为既用于显示也用于输入，也就是例如触摸屏或触摸板。输入装置例如可以以“小人儿”的形式示出患者包络面的示意性显示，在所述显示上操作人员可以标记期望的检查区域或期望的器官。对于输入装置和其显示的例子以下在图3至5中示出。
在第三步骤22中X射线设备接收操作人员的用于选择检查区域或器官的输入。然后在第四步骤23中根据三维的患者包络面确定所选择的检查区域或器官的患者匹配的位置。当例如选择了心脏时，则由X射线设备的例如计算单元在考虑实际的、测量的患者包络面的条件下确定个体的患者的心脏的精确位置。因为存在用于测量三维的患者包络面的装置与X射线设备的配准，所以由此也固定了X射线设备相对于患者的心脏的相对位置。根据患者包络面确定心脏或一般来说检查区域或器官的患者匹配的位置例如可以在使用在数据库中呈现的经验数据或统计模型的条件下进行。除了患者包络面，还可以使用患者的其它已知的数据和信息，例如体重、身高和/或体质指数（Body Mass Index）。此外还可以使用术前扫描（例如CT或MR数据）或将其集成到患者包络面中。由此可以提高关于器官的位置的信息内容并且此外提高安全性。
在第五步骤24中从检查区域或器官的患者匹配的位置中然后确定拍摄系统的目标位置并且在第六步骤25中通过拍摄系统占据目标位置。在目标位置的确定中此外还可以使用关于拍摄系统的替选的标准位置的附加输入。如果操作人员在其输入中已经选择了心脏和30°LAO/30°尾部测角，则这样确定目标位置，使得其最佳地对心脏成像并且同时设置30°LAO/30°尾部测角。为了占据目标位置然后例如移动拍摄系统。当拍摄系统例如布置在C型臂上时，相应地调节具有拍摄系统的C型臂。
在图2中示出了合适的X射线设备的例子，其构造为用于执行该方法。X射线设备具有C型臂10，在该C型臂上固定安装了X射线源12和X射线探测器11。C型臂可动地并且可以借助电机驱动在不同的空间方向上和不同的测角（投影方向）中进行调节。C型臂10也可以例如安装在机器人臂上。X射线设备还具有太赫兹照相机16，其例如布置在自己的支架上或检查室的天花板上。借助太赫兹照相机16可以测量在患者台15上布置的患者13的患者包络面。X射线设备还具有用于控制X射线设备的系统控制器17和计算单元18。系统控制器17和计算单元18例如可以由计算机形成。此外X射线设备还具有输入装置14，操作人员利用所述输入装置可以选择患者的检查区域或器官。图2中虚线示出用于拍摄患者的心脏的拍摄系统（在C型臂上的X射线探测器和X射线源）的目标位置。
依据按照本发明的方法可以检查目标位置。为此例如可以拍摄患者的低剂量X射线图像，也就是例如按照具有尽可能低的X射线剂量的透视模式的X射线图像。从低剂量X射线图像中然后可以确定选择的检查区域或器官（例如心脏）的实际位置。然后可以将实际的位置与所确定的患者匹配的位置相比较。在实际的位置与所确定的患者匹配的位置有偏差的情况下确定校正的目标位置并且将拍摄系统移动到校正的目标位置。对于该偏差可以设置或者预先设置阈值。
在图3至5中示出了具有用于选择检查区域或器官的相应的菜单显示26的输入装置14。例如可以通过在期望的片段上的按键来作出选择。输入装置例如可以是触摸板或触摸屏。图3示出小人儿19作为菜单显示26，其代表了患者的患者包络面。在图4中示出小人儿19的通过圆可以选择的检查区域。在图5中作为示例示出了患者的选择的心脏27以及附加可选的标准投影或测角。在此操作人员可以通过按键选择测角，所述测角然后在确定目标位置时被考虑。
为了避免事故和拍摄系统与患者或操作人员碰撞，X射线设备可以具有紧急断开，例如以紧急开关或事故驾驶失知开关（Totmannschalter）的形式。也可以设置附加的防碰撞系统。目标位置也可以在任何时候手动地通过操作人员校正，例如通过中断该方法。
分别测量的三维的患者包络面也可以与其它信息诸如目标位置和/或选择的检查区域或器官的患者匹配的位置和/或特别是选择的检查区域或器官的实际位置一起在数据库中存储。数据库然后又分别被用于确定患者匹配的位置。从多个存储的数据中由此可以建立学习型数据库，借助所述数据库可以越来越优化患者包络面中检查区域或器官的患者匹配的位置的确定（例如在心脏情况下：相对于特定的界标诸如脊柱或胸骨的高度、位置）。
本发明涉及一种方法和一种具有用于基于个体的患者数据自动定位拍摄系统的显示和输入装置的装置。该装置（X射线设备）能够基于借助对患者的（例如通过提到的太赫兹扫描仪的）扫描建立的实际的患者包络面，利用拍摄系统（例如在C型臂上的X射线探测器和X射线源）行驶到待检查的患者的、自动选择的检查区域或器官。在现有技术中纯手动地基于操作人员的经验值和估计进行定位。在本发明的范围内使用实际的患者包络面，以便正确地定位拍摄系统。在此操作人员借助显示和输入装置提供如下可能性：向感兴趣的目标位置行驶。
按照以下方式简短概括本发明：为了改善X射线设备的用户友好性，设置了用于为了拍摄患者的可预先给出的检查区域或器官的X射线图像而相对于置于患者台上的患者自动定位X射线设备的拍摄系统的方法，其具有以下步骤：
-确定患者的三维的患者包络面，
-显示用于选择检查区域或器官的选择菜单，
-接收用于选择检查区域或器官的输入，
-根据三维的患者包络面确定所选择的检查区域或器官的患者匹配的位置，
-在使用所选择的检查区域或器官的患者匹配的位置的条件下确定用于拍摄所选择的检查区域或器官的拍摄系统的目标位置，和
-将拍摄系统移动到所确定的目标位置。
Claims (12)
1.一种用于为了拍摄患者（13）的可选择的检查区域或器官的X射线图像而相对于被置于患者台（15）上的患者（13）自动定位X射线设备的拍摄系统（11，12）的方法，具有以下步骤：
-确定患者（20）的三维的患者包络面，
-显示（26）用于选择检查区域或器官（21）的选择菜单，
-接收用于选择检查区域或器官（22）的输入，
-根据三维的患者包络面（23）确定所选择的检查区域或器官的患者匹配的位置，
-在使用所选择的检查区域或器官（24）的患者匹配的位置的条件下确定用于拍摄所选择的检查区域或器官的拍摄系统（13）的目标位置，和
-将拍摄系统（11，12）移动到所确定的目标位置（25）。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，借助太赫兹扫描仪（16）确定患者包络面。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，从现存的体积图像中确定患者包络面。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，为了确定患者匹配的位置而使用患者（13）的其它数据，特别是体重、身高和/或体质指数。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，然后进行以下步骤：
-拍摄低剂量X射线图像，
-根据所述低剂量X射线图像确定所选择的检查区域或器官的实际位置，
-将实际位置与所确定的患者匹配的位置相比较，和
-在实际位置与所确定的患者匹配的位置有偏差的情况下确定校正的目标位置并且将拍摄系统（11，12）移动到校正的目标位置。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述选择菜单具有患者包络面的示意图，所述患者包络面具有可选择的片段。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，附加地显示具有拍摄系统的至少两个替选的测角的选择菜单，并且对关于测角的输入进行接收和在确定目标位置时使用。
8.根据权利要求5所述的方法，其中，将三维的患者包络面与所选择的检查区域或器官的患者匹配的位置和/或所选择的检查区域或器官的实际位置在数据库中存储。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，使用数据库的事先存储的数据，用于确定所选择的检查区域或器官的患者匹配的位置。
10.一种用于执行按照权利要求1至9中任一项所述的方法的X射线设备，具有用于拍摄患者的检查区域或器官的X射线图像的拍摄系统（11，12），其中拍摄系统（11，12）布置在可运动的支架上，以及具有用于控制X射线设备的系统控制器（17）、用于显示选择菜单和用于接收操作人员的输入的输入装置（14）、用于测量患者的三维的患者包络面的装置、和用于从患者包络面中确定所选择的检查区域或器官的患者匹配的位置并且用于确定拍摄系统（11，12）的目标位置的计算单元（18）。
11.根据权利要求10所述的X射线设备，其中，用于测量患者的三维的患者包络面的装置由太赫兹扫描仪（16）形成。
12.根据权利要求10或11所述的X射线设备，其中，所述输入装置（14）具有患者包络面的示意性显示（26），在所述显示上尤其能够交互地选择检查区域或器官。
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