CN104068937B

CN104068937B - 一种用于确定对象数据的装置和方法

Info

Publication number: CN104068937B
Application number: CN201410094166.4A
Authority: CN
Inventors: R.格劳曼
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2013-03-27
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2017-10-24
Anticipated expiration: 2034-03-14
Also published as: US9351696B2; CN104068937A; US20140294160A1; DE102013205501B4; DE102013205501A1

Abstract

本发明提出了用于确定对象数据的一种装置和一种方法，所述装置用于确定X射线直尺（RL）在至少一幅X射线图像（Rn）中成像的部分的空间位置，其中，通过连接元件（S）连接的、包含了带有X射线标记（RMax，RMby）的至少一个第一和第二部件的X射线直尺（RL）能够被附加到待被X射线照射的对象（O，B）的取向上，其中，设置有位置确定模块（LAM），用于结合X射线标记在X射线图像（R1，R2，R3）中的成像来确定X射线标记（RMax，RMby）的空间布置。所述装置和方法可以将X射线图像综合为概观图像并且可以确定解剖学值。

Description

一种用于确定对象数据的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种用于确定对象数据的装置和方法。

背景技术

由于X射线探测器的受限的几何形状，为了诊断、术前规划阶段或手术中的进程-或质量控制，在成像更大的身体区域的情况下常常必须施加多次的X射线拍摄。对此的示例可以是脊柱、胳膊或腿的成像。治疗的医生由这些X射线拍摄推导出其它的工作步骤。为了例如从多次X射线拍摄中获得概观图像（），这些X射线拍摄必须能够彼此互相对应，各个X射线拍摄大规模地重叠。在两次X射线拍摄的重叠的、优选无视差的区域选择显著的点或结构并且相互对应。然而该做法仅仅在平躺在卧榻上的对象的情况下对于概观图像有意义。如果患者不能平坦地定位于卧榻之上，那么在X射线拍摄中的所成像的元素会出现扭曲或缩短。只有在考虑了提到的成像错误的前提下才可能从概观图像来诊断。然而X射线图像的重叠除了较高的计算成本之外还带来对于患者的提高的X射线负荷的缺点。此外在X射线拍摄中，因为在重叠的区域经常仅仅存在较少的可明确对应的显著结构或特征，所以在将显著结构进行对应的情况下使用计算密集的关联方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种用于确定对象数据的装置和所属方法。

上述技术问题通过按照本发明的装置、方法和X射线直尺来解决。

下面，描述一种用于确定包含了至少两个部件的可折弯X射线直尺在至少一幅X射线图像上被成像的片段段落的空间位置的装置和方法。所述部件通过连接元件相连。所述可折弯的、包含了带有X射线标记的至少一个第一和第二部件的X射线直尺被附加到待被X射线照射的对象的取向上。借助用于确定X射线标记的空间布置的位置确定模块，结合X射线标记在X射线图像中的成像来计算对象数据。该对象数据可以是用于确定解剖学值，例如腿长或腿轴的基础。

本发明带来了优点，即，基于X射线直尺的在空间中的可确定的取向和位置可以确定待被X射线照射的对象的空间取向。

本发明带有优点，即，即使在腿的折弯定位的情况下也可确定例如腿轴、腿长和/或腿旋转。

该装置和其所属方法除了精确地确定对象数据以外还带来了优点，即，待综合为一幅概观图像的X射线图像可以被对齐和/或被彼此排列（aneinandergereiht）而不会在各个X射线图像中存在重叠区域。

本发明带来了优点，即，对不重叠的区域也可以进行空间对应。

本发明带来了优点，仅仅对于外科意义重大的区域应用X射线图像并且对于患者进一步减轻了X射线负荷。

本发明带来了优点，即，各个X射线图像沿着一个将它们进行连接的轴并且按照其间距可相互对齐。

附图说明

本发明借助实施例结合附图进一步说明。其中：

图1是X射线直尺的侧视图以及X射线单元的n-次应用，

图2是所属的带有X射线标记成像的X射线图像，

图3是X射线单元的n-次应用的俯视图和

图4是子模块。

具体实施方式

借助该方法和所属装置，尤其是X射线直尺的构造，可以通过分析X射线直尺RL的、在各个X射线图像中被成像的X射线标记来调查或确定在可折弯的X射线直尺的部件之间得出的第一角度。通过分析X射线标记在各自的X射线图像中的大小和方向，确定通过X射线直尺相对于底座倾斜而得出的第二角度。

为了确定对象数据，建议一种可折弯的、包含了至少两个部件的X射线直尺。沿着整个X射线直尺有至少一个第一类型的第一X射线标记集成在X射线直尺内。

在图1中示意性示出在卧榻L上布置的对象O。对象O的一部分示意性地反映了所成像的腿B。该腿B例如由于症状而折弯地定位在卧榻L上。在介入式手术期间使用X射线直尺RL的情况下，所述X射线直尺被无菌包装地应用到伸展的或折弯的腿上。X射线直尺RL具有至少一个连接元件S。该连接元件S可以作为带有至少一个自由度的铰链来构造。还示出了一个包含了X射线源RQ和探测器D的X射线单元。为了确定腿B的取向或位置，以便用于进一步待精确实施的外科手术，将X射线直尺RL与腿的曲线对齐。之后优选生成第一、第二和第三X射线拍摄R1、R2、R3。第一X射线拍摄R1对臀部区域中的腿延长部，第二X射线拍摄R2对膝关节以及第三X射线拍摄R3对包括脚部部分的小腿实施。为了这些X射线拍摄，将X射线单元沿着待成像的对象O移动。

在此处示出的模式中X射线直尺RL划分为第一和第二部件M1、M2。沿着X射线直尺RL的第一和第二部件M1、M2布置有第一和第二X射线标记RMax、RMby。所述第一和第二X射线标记RMax、RMby被球状构造。所述第一和第二X射线标记RMax、RMby可以例如关于其直径和X射线辐射吸收系数来区分。

在X射线直尺RL的第一部件M1中集成有至少一个第一类型的第一X射线标记RMa和在X射线直尺RL的第二部件M2中集成有至少一个第二类型的第二X射线标记RMb。在图1中示出的由第一部件M1和第二部件M2构成的可折弯X射线直尺RL的构造中布置有以定义好的顺序彼此排列的第一和第二X射线标记RMa、RMb。所述第一和第二X射线标记RMa、RMb的彼此排列以相互之间定义好的间距进行。一方面可以通过X射线标记之间的间距、直径、X射线吸收系数或通过X射线标记的形状进行编码。在第一和第二部件M1、M2之间形成的角度在下面标识为角度。在图1中例如在X射线直尺RL的第一部件M1中的第一类型的第一X射线标记RMa的彼此排列通过至少一个第二类型的第二X射线标记RMb中断。在X射线直尺RL的第二部件M2中第二类型的X射线标记RMbn的彼此排列通过至少一个第一类型的第一X射线标记RMar中断。

在连接元件S中可以借助集成于其内的角位转换器WG测量在X射线直尺RL的第一和第二部件M1、M2之间形成的第一角度。所述测量可以自动地或手动地进行。所述连接元件S可以被自动地或手动地调节到特定的第一角度。所述测量或调节可以传输到诊断单元的计算单元REE。由连接元件S构成的角度可以：

a）手动地调节、被读取和被输入到计算单元，或者

b）通过传感器被确定并且自动地被输入或也

c）根据相接的X射线直尺部件的倾斜和位置被自动地确定。

为了第一、第二和第三X射线拍摄R1、R2、R3，将X射线单元沿着对象O，在这里沿着等候治疗的腿B推进。因为对于外科手术来说在该图中大腿的位置以及小腿或腓骨的取向对于确定腿轴或者说腿的折弯来说是感兴趣的，所以由X射线拍摄R1、R2、R3采集为此所需的区域。在所示出的附图中X射线直尺RL的第一部件M1的定位是在腿延长部（Beinansatz）的区域而第二部件的末端的定位是在腿的踝关节区域。连接元件S应该被定位在膝关节区域。为了实现X射线直尺在膝关节区域的定位，第一和第二部件M1、M2的长度是可增长或可缩短的。

在图2中为了X射线单元的各个定位而重复X射线拍摄R1、R2、R3。从X射线单元的第一位置得出第一X射线拍摄R1，从X射线单元的第二位置得出第二X射线拍摄R2和从X射线单元的第三位置得出第三X射线拍摄R3。在第一X射线图像R1中成像第一类型的X射线标记RMan而在第三X射线拍摄R3中成像第一和第二类型的X射线标记RMar、RMbn。在第一X射线拍摄R1中可以根据X射线单元的位置也成像第一和第二类型的X射线标记RMam、RMb1。在选择模块SM中选择在各自的X射线图像中成像的第一和第二X射线标记RMax、RMby并且确定其位置和直径。从一个由所选择的X射线标记构建的连接线和所确定的X射线标记的直径，可以确定空间中X射线直尺的各自的部件的方向。从在第一和第三X射线图像R1、R3中成像的第一和/或第二类型的第一和第二X射线标记RMax、RMby的大小和方向可以额外地确定折弯的X射线直尺RL关于卧榻L的倾斜角度。所述倾斜角度在下面标识为第二角度β。在分割和确定X射线标记RMax、RMby的大小以及曲线之后，除了第一角度以外额外地将会确定折弯的X射线直尺RL相对于卧榻L的表面的第二角度β。

通过第一和最后在X射线直尺RL中布置的X射线标记的位置，由所分配的计算单元REE确定在躺放在卧榻L上的X射线直尺RL的两个末端的距离。

在图3中重现了结合在折弯的腿B上布置的X射线直尺RL，n-次应用X射线单元的俯视图。所形成的矩形一方面反映X射线单元的探测器D的位置，另一方面反映了X射线图像R1、R2以及R3的位置。利用显示器单元BE和输入单元EE形成的计算单元REE除计算取向之外，还在显示器单元BE之上对X射线直尺RL、例如投影到X射线图像中的对象长度BL或腿轴BA进行3D-显示。

借助不同的X射线吸收系数和/或锥状第一和第二X射线标记RMa、RMb的不同直径，可以在X射线图像中反映X射线直尺RL的各个片段上的明确的位模式并且通过图像识别算法确定。在所示出的实施例中使用的X射线直尺RL有例如带有不同位模式的第一和第二部件M1、M2。X射线直尺RL的第一和第二部件M1、M2之间的第一角度可以一方面通过布置在连接元件S中的角度传感器中的传感器自动地被查询或存储在计算X射线直尺RL的取向的计算单元REE处。所述连接元件S也可以如此构造，使得通过输入单元可以自动化调节可预先给出的第一角度。在计算单元REE中重现在图4中重现的用于确定可折弯的X射线直尺RL的取向的子模块。

在图4中所示出的模块SM、LAM、DAM和与这些模块对应的子模块ASM、DEM、GEM、ESEM、ZSEM、EW、ZW；AZM、BL、BA、BAR重现了用于X射线图像的相互合并以及用于确定对象数据（如对象长度和/或对象取向）而所须的硬件以及方法步骤。

在由计算单元REE的分割模块SM分割了X射线标记之后确定所成像的X射线标记的大小。从在X射线直尺RL中集成的X射线标记RMax、RMby的地点和已知的大小可以计算出在X射线直尺RL的一条线上布置的X射线标记的斜度。基于所成像的X射线标记的大小可以计算X射线直尺RL的第一和第二部件的斜度。基于X射线标记的曲线或取向可以确定应用到腿B上的可折弯的X射线直尺RL的倾斜。在确定X射线直尺的终点的位置之后和在从所选择的X射线标记构成所成像的X射线直尺的其它侧边之后，可以计算出所折弯的X射线直尺的倾斜以及随之计算出整个X射线直尺RL的3D-几何外形。在分析X射线直尺的第一和第二部件的取向的情况下，X射线标记的第一和第二类型的布置得出关于X射线直尺的第一和第二部件在哪个方向延伸和连接元件S所处何处的信息。在各个X射线图像中可以识别出位模式和从所测得的球的位置和大小确定X射线直尺的3D-位置和地点以及随之确定单个X射线图像之于概观-或整体X射线图像的位置。用于形成概观图像的子模块没有详细示出。所述概观图像可以相应于图3结合待成像的对象的示意性图示在背景中构建。在概观图像中也可以加入各自的腿长BL、腿轴BA和腿旋转BAR。

在第一步骤中将X射线直尺RL折弯地对齐到对象O（在所观察的示例中为腿B）的解剖结构或姿势或位置。不言而喻地，所述X射线直尺RL处于无菌状态或以无菌的例如透明塑料膜包裹地应用或被放置于对象O。

在第二步骤中对于带有所应用的X射线直尺RL的腿B应用多次X射线拍摄。在该情况下对于腿B生成至少3次X射线拍摄。第一X射线拍摄R1在臀部区域实施，第二X射线拍摄R2在膝盖实施和第三X射线拍摄R3在踝关节处实施。在X射线拍摄期间X射线单元的角（angular-）-或轨道角度保持不变。探测器D或X射线源RQ到待被X射线照射的对象O的高度或距离的变化可以被执行并且在下面的计算中被考虑到。

在第一模块（分割模块SM）中，在各个X射线图像R1、R2和R3中分割第一和第二X射线标记RMa、RMb。在第二模块（位置确定模块LAM）中，借助在X射线图像R1、R2和R3中成像并且分割的第一和第二X射线标记RMax、RMby确定用于X射线标记的空间布置的数据以及其它用于确定对象的取向所必需的值。

在第三模块（显示模块DAM）中，结合所分割的第一和第二X射线标记RMax、RMby的空间布置来计算X射线直尺RL的虚拟仿真。该虚拟仿真可以成像在显示器单元BE之上。X射线直尺的第一部件平行于大腿骨地延伸而X射线直尺RL的第二部件平行于小腿骨地延伸。在显示模块DAM中分析数据并且将X射线图像R1、R2、R3综合为概观图像或整体图像。

下面，描述在位置确定模块LAM和显示模块DAM中的各个子模块的工作原理。

在位置确定模块LAM中设置有用于确定所选择的X射线标记球的取向的取向模块ASM、用于确定所选择的X射线标记的直径的直径确定模块DEM，用于确定连接X射线直尺RL的两个终点的基线GL的基线确定模块GEM，用于确定X射线直尺RL的第一部件M1的长度和位置的第一侧边确定模块ESEM，用于确定X射线直尺RL的第二部件M2的长度和位置的第二侧边确定模块ZSEM、用于确定第一角度的第一角度确定模块EW。所述第一角度从X射线直尺RL的第一和第二部件的位置或通过在X射线直尺RL的第一和第二部件M1、M2之间的连接元件S的角位转换器WG或角度传感器的调查来确定。第二角度确定模块ZW用于确定由虚拟构成的三角形相对于卧榻平面L的倾斜得出的第二角度β，所述三角形由X射线直尺RL的终点之间的连接线以及X射线直尺RL的第一和第二部件M1、M2构成。

在显示模块DAM中计算操作用于将X射线图像R1、R2、R3彼此排列或对齐为一个整体图像和/或将X射线直尺RL和所成像的对象的轴和长度和从中导出的X射线图像进行可视化。大腿骨以及小腿骨的长度和方向可以被添加到整体图像中。基于所确定的X射线直尺RL的3D-几何形状进行分析。可折弯的X射线直尺RL类似于所示出和所描述的示例对于上臂和小臂、脊柱或臀部也适用。从所确定的值可以如同上面已经提及的那样，从所计算的数据中结合对象例如计算出腿长BL、腿轴BA以及腿旋转BAR并且本身被淡入到各个X射线图像R1、R2、R3或概观X射线图像中。

附图标记列表

O 对象

L 卧榻

RQ X射线源

D 探测器

RL X射线直尺

S 连接元件/铰链

WG 角位转换器/角度传感器

GL 基线

M1 X射线直尺的第一部件

M2 X射线直尺的第二部件

R1 第一X射线图像

R2 第二X射线图像

Rn 第nX射线图像

RMa 第一类型的X射线标记

RMb 第二类型的X射线标记

RMa1，...，RMax 第一类型的X射线标记的第一到第x个X射线标记

RMb1，...，RMby 第二类型的X射线标记的第一到第y个X射线标记

REE 计算单元

BE 显示器单元

EE 输入单元

SM 分割模块

LAM 位置确定模块

ASM 取向模块

DEM 直径确定模块

GEM 基线确定模块

ESEM 第一侧边确定模块

ZSEM 第二侧边确定模块

EW 第一角度确定模块

第一角度

ZW 第二角度确定模块

β 第二角度

DAM 显示模块

AZM 示出模块

BL 腿长

BA 腿轴

BAR 腿取向

Claims

1.一种用于确定X射线直尺(RL)在至少一幅X射线图像(Rn)中成像的部分的空间位置的装置，其中，通过连接元件(S)连接的、包含了带有X射线标记(RMax，RMby)的至少一个第一和第二部件的X射线直尺(RL)能够被附加到待被X射线照射的对象(O，B)的取向上，其中，设置有位置确定模块(LAM)，用于结合X射线标记在X射线图像(R1，R2，R3)中的成像来确定X射线标记(RMax，RMby)的空间布置，

其中，在所述连接元件(S)中布置有角度传感器。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，设置有分割模块(SM)，用于X射线标记(RMax，RMby)的分割。

3.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，设置有显示模块(DAM)，用于将X射线图像(R1，R2，R3)综合为概观图像和根据X射线标记(RMax，RMby)的空间布置进行X射线直尺(RL)的空间重建。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述显示模块(DAM)设置有子模块，用于显示对象长度、对象取向以及对象的轴线和/或该对象的部分。

5.一种用于确定X射线直尺(RL)在至少一幅X射线图像(Rn)中成像的部分的空间位置的方法，其中通过连接元件连接的、包含了带有X射线标记(RMax，RMby)的至少一个第一和第二部件的X射线直尺(RL)能够附加到待被X射线照射的对象(O，B)的取向上，所述X射线标记(RMax，RMby)的空间布置根据所述X射线标记在X射线图像(R1，R2，R3)中的成像来确定，其中，在所述连接元件(S)中布置有角度传感器。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，将所述X射线图像(R1，R2，R3)综合为概观图像，基于X射线标记的空间布置确定对象长度、对象取向以及对象的轴线和/或该对象的部分。

7.一种可折弯的X射线直尺，其特征在于，其能够划分为至少一个第一和第二部件，所述X射线直尺(RL)具有至少一个第一类型的第一X射线标记(RMa)和至少一个第二类型的X射线标记(RMb)，其中所述第一和第二部件通过连接元件(S)连接，其中，在所述连接元件(S)中布置有角度传感器。

8.根据权利要求7所述的X射线直尺，其特征在于，所述X射线标记(RMa，RMb)以定义好的顺序被集成在X射线直尺(RL)内。