CN104582580A - 医生知悉的自动准直 - Google Patents

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Abstract

一种控制准直器(COL)的控制器(CC)和相关方法。控制器(CC)能选择针对用于采集患者(PAT)中的ROI的图像的X射线成像器(100)的准直器(COL)的准直器设定。所述控制器(CC)能选择所述准直器设定以优化相对于主辐射(PR)的患者计量和医学人员(MS)的次要辐射(SR)剂量。位置检测器(PD)向控制器(CC)提供人(MS)相对于患者(PAT)的当前位置。基于所述提供的位置，所述控制器(CC)的优化流程考虑到相对于次要辐射(SR)降低相同的所述人员(MS)剂量。

Description

医生知悉的自动准直
技术领域
本发明涉及一种准直器控制器、一种准直器控制方法、一种X射线成像器系统、一种计算机程序单元和一种计算机可读介质。
背景技术
X射线束准直是X射线成像中的重要流程。
X射线束到感兴趣区域的正确的准直帮助保持患者辐射剂量低下并且改进图像质量。过去已经开发了自动准直以使X射线成像器的操作更容易。在自动准直中，在具有最小用户交互或不具有用户交互的情况下调节X射线成像器的准直器配置。
US27340033描述了一种类型的自动准直。
然而，已经观察到，即使已经达到了良好的准直，在成像器的操作期间在场的医学人员还是暴露于相当大的剂量。
发明内容
因此，可以存在对于用来实现用于成像目的的X射线束的准直的备选装置的需要。
本发明的目的是通过独立权利要求的主题来解决的，其中，另外的实施例被并入从属权利要求中。应当注意到，以下描述的本发明的方面同样适用于准直器控制方法、X射线成像器系统、计算机程序单元和计算机可读介质。
根据本发明的第一方面，提供了一种准直器控制器，所述准直器控制器被配置为从至少两个不同的准直器设定选择用于X射线成像器的准直器设定，以在人在目标周围的邻近位置处时采集所述目标的图像，每个设定定义了：
i)所述目标的靶体积，所述靶体积将要被由所述成像器的X射线源生成的主辐射的射束来辐照，以及
ii)所述目标的非靶体积，所述非靶体积将不由所述主辐射束辐照或将要被以低于所述靶体积的强度辐照，
如果被这样辐照时所述至少两个准直器设定中的每个造成对于所述目标的大约相同的剂量，那么所述控制器的选择偏置为所述至少两个设定中造成沿所述靶体积与所述人的位置之间的方向通过所述次要辐射的所述目标的更长的路径长度的那一个。
根据一个实施例，所述控制器的选择操作基于附属于所述目标的所述靶体积的至少一部分的权重，其中，附属于所述部分的所述权重是非零的，所述权重总体反映沿所述部分与所述人的位置之间的方向通过所述次要辐射的所述目标的所述路径长度，所述权重实现所述偏置，这样被选定的准直器设定在由所述成像器使用时造成与所述至少一个其他准直器设定中的至少一个相比对于所述人的更低的次要辐射剂量。在一个实施例中，选择(一个或多个)权重来偏向造成较长路径长度的准直器设定。
在一个实施例中，所述目标是人类或动物患者，并且所述人可以是参加的医学人员，例如对所述患者执行介入(例如PCI或类似的)的介入放射科医生，并且所述医学人员因此在成像期间相对紧密地接近所述患者。次要(或散射)辐射剂量可以针对医务人员而被降低，这是因为根据担负向所述患者的类似的(低)主辐射剂量的所述两个或更多个准直器设定，所述即时控制器选择其中所述患者的身体自身由于所述患者的身体的较大部分位于所述感兴趣体积或用于竞争的区域或其他准直器设定之间而用作更好的散射辐射阻挡物或过滤物的那个。所述准直器控制器检查一组准直器设定的所述靶体积，每个所述准直器设定包括所述感兴趣区域，并且接着返回准直器设定，所述准直器设定的靶体积被尽可能地远离所述放射科医生的位置“位移/移走”。可以不需要额外的物理次要辐射屏障。
根据一个实施例，所述权重仅附属于所述靶体积。所述权重作为次要辐射通过所述患者的身体(靶体积以及非靶体积)向所述放射科医生的位置的所述路径长度的函数而变化。所述权重作为所述靶体积中或所述靶体积的位置的函数而(类似)连续地变化。
根据一个实施例，所述控制器还包括被配置为检测相对于所述目标的所述操作者的位置的检测单元。
根据一个实施例，所述检测单元包括集成在能由所述操作者穿戴的标记物中的位置传感器。
根据一个实施例，所述检测单元包括被布置在所述成像器处的预定义位置处的至少一个致动器设备，所述致动器设备能由所述操作者致动以指定所述操作者的位置基本上等于所述预定义位置。
根据一个实施例，所述检测单元包括图形用户界面，所述图形用户界面包括与相对于所述成像器或所述目标的预定义位置相关联的至少一个图形输入按钮，所述按钮能由所述操作者致动以指定所述操作者的位置基本上等于所述预定义位置。
根据一个实施例，所述检测单元包括能感测所述操作者的位置的测距(range)相机。
根据一个实施例，所述控制器被配置为使附属于所述靶体积的部分或体积元素的所述权重作为检测到的操作者到所述目标的距离的函数而变化。这允许利用增加的内科医生-放射科医生距离来逐渐地减轻控制器的选择偏置。用来降低所述放射科医生的次要辐射剂量的所述偏置逐渐地退出，即，随着增加的放射科医生-患者距离而变得越来越不突出，并且相反地，随着所述临床医生-患者距离越小而变得越强。这将引起所述散射或次要辐射剂量随着所述患者-放射科医生距离变得更大而变得越来越不相关。放射科医生-患者距离是根据与所述患者中的所述感兴趣区域相关的一个实施例而被测量的。
根据一个实施例，如果所述放射科医生离患者的距离超过能由用户定义的临界距离，那么所述偏置被去使能用并且接着控制器的优化或选择仅根据患者剂量而被考虑，并且不再涉及对内科医生的次要辐射剂量。
根据一个实施例，所述控制器被配置为使附属于所述部分的所述权重作为所述主辐射的所述方向的函数而变化。这还允许针对给定图像采集来调节用于由所述成像器使用的特定投影方向的所述加权。
本发明可以被应用在使用自动准直的任何X射线介入中。具体而言，本发明可以被用在其中医学人员由于他们执行的大量流程而接受相对较高的辐射剂量的应用中。
所述控制器的偏置功能可以作为对现有准直优化器的附加而被包括。
附图说明
现在将参考以下附图来描述本发明的示范性实施例，其中：
图1示出了成像器布置；
图2示出了图1中使用的准直器布置；
图3示出了通过使X射线束准直来获得的投影图像；
图4示出了图1的成像器布置的侧视图中的两个不同的准直器设定；
图5示出了控制准直器的方法的流程图。
具体实施方式
在图1中，示出了根据一个实施例的成像器布置。
存在如经常用于介入流程的C型臂类型的X射线成像器100。这样的介入流程的范例是PCI(经皮冠状动脉介入)，在PCI中诸如支架的医学设备被引入到患者PAT中并且由介入放射科医生MS(后文中被称为“放射科医生”或“医学人员”或“操作者”或“人”)导航通过适当的血管到病变部位。在介入期间对患者PAT拍摄X射线投影图像并且由X射线成像器110将所述图像显示在屏幕M上以帮助放射科医生MS对所述医学设备进行导航。
成像器100包括刚性C型臂CA，刚性C型臂CA在其末端中的一个处具有附接到它的探测器D并且在另一个末端具有附接到它的安置X射线管XR和准直器COL的外壳CX(后文中一起被称为C-X-组件)。X射线管XR能生成并且发射主辐射X射线束PR，由矢量p示意性地指示主辐射X射线束PR的主要方向。如以下将参考图2更详细地解释的，准直器COL能使所述X射线束准直。
C型臂构造允许放射科医生MS在执行介入并且采集投影图像的同时与患者PAT非常接近地待在医学必要性所要求的患者周围的几乎任何期望的位置处。臂CA的位置是可调节的，以使得可以沿不同的投影方向p采集投影图像。臂CA被可旋转地安装在检查台T周围，在介入期间和在成像期间患者PAT躺在检查台T上。臂CA以及与它一起的CX组件是由步进电机或其他适合的致动器来驱动的。
成像器100的整体操作是由操作者利用计算机控制台OC来控制的。控制台OC被耦合到屏幕M。操作者可以通过释放独立的X射线曝光(例如通过对摇杆或踏板或被耦合到所述控制台OC的其他适合的输入装置)经由所述控制台OC来控制任何一个图像采集。
在介入和成像期间，检查台T(以及与它一起的患者PAT)被定位在探测器D与X射线管XR之间，以使得病变部位或任何其他相关感兴趣区域ROA被主辐射束PR辐照。
广泛地，在图像采集期间，经准直的X射线束PR从X射线管XR发出，在所述区域ROI处经过患者PAT，通过与其中的物质相互作用而经历衰减，并且接着这样衰减的射束PR在多个探测器单元处撞击探测器D的表面。由(所述主射束PR的)独立的射线撞击的每个单元通过发出对应的电信号来进行响应。接着所述信号的集合由数据采集系统(“DAS”-未示出)转化为表示所述衰减的相应数字值。组成ROI的有机材料(例如在PCI的情况下的胸腔和心脏组织)的密度确定衰减的水平。高密度材料(例如骨骼)造成比较低密度的材料(例如心脏组织)更高的衰减。每条(X-)射线的经这样配准的数字值的集合接着被合并成数字值的阵列，形成针对给定的采集时间和投影方向的X射线投影图像。
现在，为了采集X射线图像，首先需要通过调节相对于患者PAT的C型臂CA位置并且通过调节台T高度来将成像器100与所述感兴趣区域ROI对齐。这定义了成像器的几何结构。
继续参考图1，除了主辐射束PR之外，不期望但不可避免地，还存在由主辐射与患者组织的康普顿相互作用造成的次要辐射SR。具体而言，次要辐射SR如图1中由矢量s指示地围绕患者PAT并且遍及检查空间向旁边扩散，并且具体而言射入被定位在靠近患者PAT的某处以执行介入的邻近的放射科医生MS。
在实际图像采集之前，主辐射束PR被准直到期望的ROI。这是在准直器COL被正确地调节时由准直器COL实现的。由X射线管XR生成的主X射线辐射PR同样地发出、进入准直器C、并且作为如图1中被示为晕线截面锥(hachured cross-sectional cone)的经准直的主辐射束PR发出。应当理解，(由被认为与所述射束交叉的水平面形成的)射束的水平截面的形状的实际几何结构是准直器的构造的主体并且可以是矩形(如其实际上是根据图2的实施例的)或圆形或任何其他曲线形状。准直中的目标是将主辐射束PR的水平截面适配到感兴趣区域ROI的轮廓。在准直器相互作用之前，(沿投影方向p)发出X射线管XR的主X射线束PR是发散射束，因此在缺失准直器COL的情况下，射束p的截面尺寸在到达患者PAT时将比期望的ROI的面积大得多。这是不令人满意的，这是因为患者剂量可能必须不必要地增加，这进而导致发生甚至更多的康普顿散射。准直器COL或“射束限制器”的目的是限制射束PR的截面的尺寸，以便于在大小和形状方面将射束PR的截面匹配到感兴趣区域ROI的截面。
参考图2，剖视图中示出了准直器COL的实施例，其中，探测器D的表面和探测器单元DC沿与X射线束PR的运行方向相反的方向从上方可见。
准直器COL包括由引线或钨或其他高度辐射不透明材料形成的两对刀片CB或板(“遮板”)。一对被垂直于另一对布置并且刀片能由相应的准直器步进电机MC独立地寻址和移动，以便依据它们的相对位置以两个维度中的一个或两个来或多或少地限制波束。如曲线和直线箭头所示，刀片CB可以分别是可旋转和/或可位移的。这样，射束PR的截面可以被改变形状以匹配感兴趣区域ROI的期望的二维轮廓。图2中的准直器布置允许将射束形状变成各种大小的正方形或矩形形式。在另一个实施例中，使用多页准直器，替代四个刀片，所述多页准直器包括被以相对关系布置的大量电机可动的板条或带。多页准直器允许形成更详细的或曲线的形状。
设定准直器COL量以确定如何定位刀片以便于使得到的射束截面尽可能接近地匹配ROI的周界。在四刀片准直器实施例中，通过确定每个刀片CB的刀片位置来实现将所述矩形形状与ROI匹配。当刀片被通电以呈现所确定的位置时，它们一起定义了孔径，利用所述孔径可以实现仍然包括所有期望的ROI的最小或适当小的矩形射束截面。
在一个实施例中，准直器COL额外地包括由黄铜板或其他非辐射不透明材料制成的可移动的“楔”(未示出)，所述楔可以滑动到位置中，也用来进一步限制由刀片BC形成的孔径。所述楔同样地能由步进电机移动。插入所述楔使射束PR的部分以比射束PR的剩余部分更低的强度来影响患者PAT。形成楔的板具有从其中心到其边缘减小的竖直厚度。在楔中滑动允许使孔径边缘周围的辐射强度下降平滑。由于逐渐地减小厚度，因此可以通过将楔逐渐地移动到位置中来对所述平滑的程度进行微调。
针对刀片或楔的所述步进电机MC的操作是根据人工或自动设定的准直器设定参数由发出对应的控制信号以定位刀片或楔中的每个的控制台OC来控制的。控制台OC运行适合的驱动程序软件并且包括用来与准直器COL接合的适合的界面单元。
每个准直器设定或配置都与形成图2中示出的约束四个刀片的准直器孔径的刀片BC或楔的具体位置相对应。由于刀片CB的高辐射不透明度，入射在刀片CB上的主辐射束PR被阻挡，而在孔径处被引导的辐射束PR的该部分未被阻挡，因此可以经过准直器COL以辐照靶体积TV中的患者PAT体积。
主辐射PR在经过靶体积TV之后衰减，并且接着这样衰减的主辐射X射线束PR入射在探测器D的探测器单元DC上。探测器D的图像平面中的响应探测器单元DC的集合形成所述靶体积TV的投影图像或“足迹”FTV。所述靶体积足迹FTV的边界可以是根据二维闭合曲线Cx,y(“准直器曲线”)的像素坐标而被定义的。曲线里面或上面的每个像素是患者靶体积TV中的点的投影。换言之，每个准直器设定都与这样的曲线Cx,y相对应。虽然不是每个平面曲线都与准直器设定相对应，但是对适合的平面曲线族的限制是对应的。限制取决于准直器的类型。比如，图2中示出的4刀片准直器的准直器设定可以根据矩形曲线Cx,y而被定义。换言之，当限制于矩形平面曲线时，在矩形曲线Cx,y与可实现的准直器设定的集合之间存在一对一的对应性。
根据以上的，每个准直器设定定义了其相应的靶体积TV，并且相反地，靶体积TV的所述相应定义限定了相应的非靶体积NTV。非靶体积NTV是身体的剩余部分，认为没有(或具有较小强度的)主辐射路径PR通过该剩余部分。
可以选择不同的准直器设定(大小和位置不同)，以使得它们相应的靶体积TV包括感兴趣区域ROI。可以通过图像坐标(比如通过被配准到当前成像器的几何结构和患者PAT位置上的图像中的人工和自动分割)来指定ROI。
所有的每个都包括指定ROI的被适合地限制的曲线Cx,y(曲线Cx,y可以是除了针对不同准直器类型的矩形之外的)的空间在下文中将被称为(所有可实现的)准直器设定的“相位空间”。
返回参考图1，所述布置包括被通信地耦合到位置检测器或传感器PD的准直器控制器CC。准直器COL的准直器设定是由准直器控制CC自动地控制的。控制操作在这样的意义上是自动的，即刀片CB和/或楔位置的参数是由控制器CC来计算的并且不需要由操作者提供，并且接着控制器CC将对应的控制信号应用到准直器COL以相应地调节它的刀片设定。
在给定了如由C型臂相对于患者PAT的位置所定义的主辐射PR的特定投影方向p的情况下，控制器CC被编程为基于感兴趣区域ROI的坐标或其他说明来计算经优化的准直器设定。所述设定是最优的，以便于在给定了期望的图像质量/对比度的情况下将对患者的X射线剂量保持得低。但是不像先前的准直优化器，如本文中提出的准直器控制CC不仅考虑由在患者PAT处引导的主辐射束PR引起的患者辐射剂量来优化准直器设定，而且其考虑了由主辐射PR引起的次要辐射SR引发的对医学人员的X射线剂量。为此，位置检测器PD能检测医学人员MS相对于患者PAT的当前位置。所述位置被转化为具有从患者PAT到医学人员的方向的线(“患者-医生方向”或“患者-医生线”)，接着所述线被用来如以下将参考图4更详细地解释地计算准直器设定。
如本文中提出的准直器控制器CC利用了对几何放射学状况的观察，现在将参考图3a和图3b来解释所述观察。图3a、图3b中的每个示出了沿投影方向p采集的但是每个具有不同的准直器设定的投影图像305和310。图3中示出了在X射线源与患者PAT之间插入的准直器刀片或楔的阴影(以深度阴影示出)。(图3a、图3b中以较浅程度的阴影示出的)靶体积TV上的投影视图FTV是由主辐射PR生成的，所述主辐射PR经过准直器的核心孔径并且因此不被刀片CB阻挡。靶体积足迹FTV包括ROI的足迹，所述足迹在图3a、图3b的范例中示出了由放射科医生MS在介入中使用的引导线的经分割部分。
图3a、图3b中的两个准直器设定的不同在于，在图3b中，图像的下边缘处的临界区域CA现在接近完全封闭。与图3a相比较，刀片BC中的一个沿y方向从下方移入，因此刀片CB的阴影或足迹现在覆盖表示所述临界患者体积CA的有条纹的三角区域的大部分。每个图像中的左下角处的箭头示出了从靶体积TV向由十字线MS指示的医学人员的位置的方向。
在全部两个准直器设定3a和3b中，患者剂量大约是相同的，这是因为在每种情况下，相应的靶体积TV大约是相同的(假定辐射吸收在全部两个区域上平均是大致相同的)。而从医学人员MS的视点，根据图3a的准直设定是较不优选的，这是因为医学人员MS暴露于次要辐射SA的较高剂量。这是临界区域CA的临界状态开始起作用之处。如图3a、图3b二者中的几何结构示出的，临界区域CA相对于操作者MS的位置是近似的。因此，辐照根据图3a的准直器设定的所述临界区域CA将令所述近似体积CA生成次要辐射，其中，操作者将暴露于所述次要辐射。这不像图3b中的准直器设定的状况，在所述状况中临界区域CA现在不由主辐射PR辐照，因此临界区域CA现在实际用作针对现在在相对于医学人员MS位置更远的靶体积TV处生成的次要辐射SR的辐射屏障或滤波器。换言之，当选择了根据图3b而不是根据图3a的准直器设定时，其中主辐射PR产生影响(从而引起不期望的次要辐射SR)的靶体积TV可以被认为已经被从医学人员MS的位置“移走”。
又换言之，图3b准直器设定是优选的，这是因为在全部两个准直器设定中：
i)引发相同的患者剂量，
ii)主辐射PR辐照感兴趣区域ROI，但是仍然
iii)医学人员MS将暴露于较少的次要辐射SR。
如本文中提出的准直器控制CC被编程为基于给定的ROI位置和给定的医学人员MS位置来计算准直器设定。对所述准直器设定的计算或选择包括适于找到将产生尽可能接近最小值的患者的主辐射剂量的准直器设定的优化步骤，但是所述步骤同时偏置为偏向图3b中的解决方案而不是图3a中的解决方案。离开当前医学人员MS位置的准直器的聚焦区域的相对较小的位移仍然可以导致次要辐射剂量的显著降低。这里可以记起，经辐照的体积TV与人员位置MS之间大约每3cm的额外组织将以系数2降低散射次要辐射剂量。每年执行大量介入的医学人员MS因此可以期望对他们的年剂量的显著削减。
现在将更详细地解释准直器控制器CC的操作。
操作：
控制器CC接收ROI的规格作为输入。根据一个实施例，操作者MS经由屏幕M上的GUI显示或其他适合的输入单元(例如指针工具或键盘)来输入所述ROI规范。用户界面前端将该请求转化为坐标说明(例如二进制掩码或被映射到探测器D的探测器单元CD的其他形式)。
控制器CC还接收由位置检测器或传感器PD提供的人员MS的当前位置作为输入。位置检测器被配置为检测或感测放射科医生相对于患者和/或X射线成像器100和/或检查台T的MS位置。位置检测器PD人工或自动地操作。
根据一个实施例，位置检测器PD包括用户界面，所述用户界面提供医学人员MS经由触摸屏或经由键盘上的按键的组合来人工地选择它们的位置。例如，操作者MS可以通过选择沿两个方向中的任一个相对于患者的纵轴台的“左侧”和“右侧”来指示他或她的位置。在一些实施例中，还设想了诸如“颅骨左”、“颅骨右”、“左上象限”、“右上象限”、“左下象限”、“右下象限”等对人员位置的更详细的规格或分解。
根据一个实施例，存在诸如被布置在患者台的每侧上的按钮的致动器。当假设待执行的介入要求适当的位置时，人员MS通过致动与它们最接近的按钮来向控制器CC指示它们的位置。
根据一个实施例，位置检测器PD自动地操作。更具体地并且根据一个实施例，位置传感器被集成在由人员MS穿戴的剂量标记物中。这具有这样的优点，即可以考虑多个人员成员以及他们离X射线系统的各自的距离以在人员在比其他人更大的距离处时给予人员剂量较小的优先级。以下将更详细地解释该实施例。
根据一个实施例，位置检测器包括飞行时间或3D测距相机以检测在检查室(导管室)中医学人员MS的位置。
在又一个实施例中，位置传感器被集成在检查台的边缘中并且在放射科医生围绕执行介入的患者移动时能提供他或她的经更新的位置的流或馈送。
由于成像器100的几何结构假设是已知的，因此检测到的临床医生的位置可以被转化为针对任何给定的准直器设定的相对于靶体积TV的位置。接着可以通过使用ROI的参考点(例如可以计算其重力的质心或中心或其他描述符)和从检测器PD接收的人员位置MS来定义引导的患者-医生线。可以通过选择相对于感兴趣区域ROI和如由位置检测器PD检测到的人员位置的每个的参考点来定义该线。
接着临界区域CA可以被定义为经分割的ROI的边界与如所述半平面法线的患者-医生线的半平面正切。换言之，临界区域CA是位于所述半平面中因而相对于ROI接近医生位置PD的患者PAT体积的部分。返回参考图3a、图3b，有条纹的三角平面部分是所述临界区域CA的投影的区段。
控制器CC运行通过可能的准直器设定的相位空间来迭代的优化器算法。这可以是由通过对能在检测器D图像平面上定义的2维曲线Cx,y进行参数化并且描画可能的靶体积FTV足迹的参数进行迭代来完成的。如以上提到的，每个曲线C都与准直器设定相对应。使参数变化以找到在考虑了该设定基于放射科医生MS的检测到的位置而引发的对临床医生MS的次要辐射剂量的同时产生低患者剂量的一个或多个曲线。
不像先前的自动准直优化器算法，对于通过其迭代的任何准直器设定，由控制器CC使用的算法将较高的权重附属于辐照临界区域CA的X射线束PR的部分。给出了检测到的放射科医生相对于感兴趣区域ROI的位置，那些靶体积TV接近放射科医生的准直器设定在优化算法中引起比靶体积TV更远离放射科医生的准直器设定更高的补偿。接近部分是先前在图3中引入的临界区域CA。根据一个实施例，CA区域或体积是患者体积的部分，从ROI引导到放射科医生MS的“患者-医生”线经过所述患者体积的部分。
控制器CC的优化器能优化目标函数FoM(品质因数)：
FoM＝α·FoM患者+β·FoM人员   (1)
公共目标函数FoM包括两个竞争函数FoM患者和FoM人员。
FoM患者可以表示自动准直的常规品质因数，典型地是利用患者DAP(剂量面积乘积)率来缩放的数字。换言之，常规自动准直是由α＝1、β＝0表示的，以使得FoM＝FoM患者。FoM患者仅涉及主辐射剂量。
另一个目标函数FoM人员与FoM患者不同并且试图优化人员剂量而不是患者剂量。换言之，FoM人员依据它们对被引导到根据传感器PD检测到的人员位置的经散射的辐照SR的潜在贡献来(与FoM患者的加权)不同地对患者身体的不同部分进行加权。
探测器D的图像平面中以图像坐标表达了当向医生的方向如图3所示是已知的时，图像平面中的像素的权重取决于它们到医生的距离，其中所述权重随着到检测到的人员位置的距离而变化。即，任何像素到“医生”越近权重越高。对距离的依赖性可以被配置为在一个实施例中指数地变化以这样模拟患者组织对于散射的辐射SR的吸收效果。
对于本文中提出的“医生知悉”自动准直，设定非零加权因子β＞0。加权因子α与β之间的比率确定了在优化自动准直中人员剂量被认为多强。
在一个实施例中，β的值在系统中可以是固定的，或者可由用户人工地配置，但是它也可以依据以下因素中的任意一个或组合而被自动地做出：
Ⅰ)当医生在检查室外面或在铅屏后时，β＜＜α；
Ⅱ)β作为从C型臂CA到来自多个放射科医生的最近放射科医生的距离的函数；
Ⅲ)β作为患者上的经辐照的体积TV离患者PAT的放射科医生侧多远的函数(见图4)；
Ⅳ)β作为C型臂CA位置/投影方向p的函数，例如当医生在患者的右侧时，β在LAO(左前斜位)取向中高而β在RAO(右前斜位)取向中低。
换言之，当存在根据患者剂量几乎相似的多个准直器位置时，医生知悉自动准直(具有β的适当选定的值)偏向或偏置为返回导致显著降低的人员剂量的准直器设定，所述准直器设定具有与常规(即纯粹患者剂量聚焦的)自动准直优化器将返回的准直器设定相比相似或仅稍高的患者剂量。
FoM是关于准直器设定的相位空间的函数，即以上结合图3先前解释的探测器D的图像平面中的闭合曲线Cx,y的函数。
控制器CC最小化
β·FoM人员(·)可以被认为是α·FoM患者(Cx,y)的补偿函数。
在一个实施例中，FoM患者(Cx,y)被定义为到探测器平面D上的面积靶体积足迹FTV，FoM患者(Cx,y)＝∫∫FTVdA其中表示投影的面积。在该近似中，足迹FTV的每部分对患者DAP(剂量面积乘积)比率的贡献相等。
在一个实施例中，FoM人员(Cx,y)被定义为到探测器平面上临界区域CA的投影与靶体积足迹FTV的投影的重叠的面积，∫∫FTV∩CAdA。在该实施例中，补偿准直器设定的临界区域与靶体积之间的任何交叠。在该实施例中，β可以被选择为常数并且常数α与β之间的比率确定在选择中偏置应当被认为多强。
在另一个实施例中，FoM人员(Cx,y)在FTV的完整面积上进行积分，但是具有表示通过患者的次要辐射的路径长度的额外权重，FoM患者(Cx,y)＝∫∫FTVexp(-d(像素)/d0)dA，其中d(像素)是沿医生的方向从体积的相应部分到患者的(估计的)边界的距离，并且d0是常数。
根据一个实施例，其中dist(Cx,y,pos(MS))被定义为患者-医生线的路径长度(“患者-医生路径长度”)，即放射科医生MS的位置与相应的准直器设定的曲线Cx,y之间的所述线上的距离。相对于准直器设定曲线Cx,y的距离可以由ROI的相应参考点来测量，这是因为每个准直器曲线都被要求如先前定义地划定ROI。备选地，准直器设定曲线的单独的参考点可以被定义为闭合曲线Cx,y的重力的质心或中心。作为对将β选择为常数的替代，对β的这种定义可以被用于以上FoM人员的任一实施例。
在以上任一实施例中，这样选择FoM人员的定义以使得准直器控制器CC的操作偏置为返回导致较长患者-医生线路径长度的准直器设定曲线。换言之，对于每个导致大约相同患者剂量的两个竞争准直器设定，将返回具有较长患者-医生路径长度的那一个。
根据一个实施例，位置检测器PD被配置为独立地捕捉多个放射科医生的各自位置。在一个实施例中，每个放射科医生具可以由位置检测器PD询问的独立位置应答器。在一个实施例中，所述应答器被集成在每个放射科医生的剂量标记物中。在多个放射科医生位置的情况下，控制器CC被配置为在一个实施例中能建立放射科医生中的哪一个最接近患者PAT。相对于所述最接近的放射科医生MS，接着控制器CC如以上描述地操作，因此在优化中不考虑剩下的放射科医生。
在备选实施例中，如果放射科医生中多于一个被确定为在ROI位置内的用户可定义临界距离内，则等式(1)的FoM针对那些放射科医生中的每个包括单独的FoM人员术语，每个所述术语具有它们自己的优先级缩放因子β的。换言之，在该多个放射科医生MS实施例中，控制器CC能在不同的放射科医生位置之间协商出折衷方案，以便于找到一个准直器设定，所述准直器设定将造成临界距离内每个放射科医生的合理长的患者-医生路径长度，以使得临界距离内的每个放射科医生可以获益于一定程度的次要辐射SR保护。所述程度随着放射科医生离ROI的独立的距离而变化，以使得当考虑经优化的准直器设定时将放射科医生中最靠近的一个分配为最高优先级。换言之，放射科医生到ROI越近，在考虑次要辐射剂量中他或她的优先级越高。又换言之，当以多个放射科医生模式操作时，控制器CC的选择偏置为返回经优化的准直器设定，以使得放射科医生到ROI越近，相应的患者-医生路径长度越长。该实施例允许在涉及的介入中使用提出的控制器CC，所述介入要求多于一个放射科医生。
图4a和图4b与图3相似，但是以侧视图中而不是图4的平面图示出了图2的配置。本准直器CC偏置为返回类似图4a的准直器设定而不是图4b的准直器设定。类似于权重β的实施例Ⅲ)，与附属于图4b的准直器设定的权重β相比，附属于图4a中的准直器设定的权重β将是低的。如图4a中可以看出的，与其中仅存在可以用于过滤次要辐射SR的患者身体的相对较小区段的图4B的准直器设定相比，(包括临界区域CA的)患者体积的更大的部分用作过滤器以吸收沿方向s向放射科医生MS传播的次要辐射SR。然而，患者的主辐射PR剂量在这两种情况下是相似的。PL指示不同的患者医生路径长度并且散列的部分示出了可以用作针对次要辐射SR的过滤器的患者PAT的身体体积的部分。又换言之，低权重β被用于图4a准直器设定，这是因为当使用该准直器设定时，靶体积TV被移除得比在图4b准直器设定中离人员MS更远。在图4a中，患者PAT的身体的较大部分可以用作次要辐射SR过滤器。图4a准直器设定因此通过附属低β来偏向，并且图b准直器设定通过附属高权重β来补偿。
本文中提出的控制器CC偏置为这样的准直器设定解决方案，即临界区域CA的身体部分在不过分地增加患者剂量的情况下尽可能大。换言之，如由控制器CC返回的准直器设定被要求保持在已经返回了FoM患者的使FoM患者是单个目标函数的竞争准直器周围的可预定义的误差余度内。
在图5中，示出了如本文中提出的控制准直器的方法的流程图。
在步骤S505中，建立在X射线成像器中医学人员相对于患者的当前位置。还接收到待拍摄X射线图像的患者的感兴趣区域ROI的坐标。
在步骤S510中，从多个准直器设定选择针对所述X射线成像器中的准直器的准直器设定。选择流程包括针对相应的准直器设定中的每个来计算暴露给患者和医学人员的剂量的得分或品质因数。每个准直器设定定义了包括感兴趣区域的靶体积TV。所述靶体积TV还定义了非靶体积NTV。选择偏置为准直器设定，对于所述准直器设定从靶体积TV通过非靶体积NTV沿着向接收到的人类操作者位置的方向次要辐射的路径长度比针对主患者剂量大约相同的竞争设定的更长。
在步骤S515中，将这样选定的或计算出的准直器设定转发到X射线的图像准直器并且因此设定准直器。
在步骤S520中，发出请求以确认操作者相对于患者的位置。如果建立了位置没有改变或已经改变但在预定义误差余度内，则维持如在步骤S510中选定的当前准直器设定。然而，如果确定了操作者的位置相对于患者已经改变，则重复先前的步骤S510至sS515并且计算经更新的准直器位置，并且因此重置准直器COL。
控制器CC的部件被示为集成在一个单个单元中。然而在备选实施例中，一些或全部部件被布置为分布式架构中的单独的模块并且在适合的通信网络中连接。控制器CC及其部件可以布置为专用FPGA或硬连线的独立芯片。在一些实施例中，控制器CC或其部件中的一些驻留在工作站CON中作为软件例程来运行。所述部件可以在适合的科学计算平台(例如或)中被编程并且接着被转化为维持在库中的C++或C例程并且当由工作站CON调用时进行链接。
在本发明的另一个示范性实施例中，提供了计算机程序或计算机程序单元，所述计算机程序或计算机程序单元的特征在于适于在适当系统上运行根据前述实施例中的一个的方法的方法步骤。
因此计算机程序单元可以被存储在计算机单元上，所述计算机单元也可以是本发明的实施例的部分。这种计算单元可以适于执行或引发执行以上描述的方法的步骤。而且，它可以适于操作以上描述的装置的部件。计算单元可以适于自动地操作和/或执行用户的命令。计算机程序可以被加载到数据处理器的工作存储器中。因此数据处理器可以被装备为执行本发明的方法。
本发明的该示范性实施例覆盖从一开始使用本发明的计算机程序和借助于更新将现有程序转换为使用本发明的程序的计算机程序二者。
此外，计算机程序单元可能能够提供满足如以上描述的方法的示范性实施例的流程的所有必要步骤。
根据本发明的另一个示范性实施例，呈现了诸如CD-ROM的计算机可读介质，其中，所述计算机可读介质具有被存储在其上的计算机程序单元，所述计算机程序单元是由前述段落描述的。
计算机程序可以被存储/分布在适合的介质上，例如与其他硬件一起提供或作为其他硬件的部分提供的光学存储介质或固态介质，但是也可以被以其他形式分布，例如经由因特网或其他的有线或无线的电信系统。
然而，计算机程序也可以存在于像万维网的网络上并且可以从这样的网络下载到数据处理器的工作存储器中。根据本发明的另一个示范性实施例，提供了用于使计算机程序单元可用于下载的介质，所述计算机程序单元被布置为执行根据先前描述的本发明的实施例中的一个的方法。
应当注意到，参考不同主体描述了本发明的实施例。具体而言，参考方法类型权利要求描述了一些实施例，而参考装置类型权利要求描述了其他的实施例。然而，本领域的技术人员将从以上和以下的说明中了解，除非另外指出，否则除了属于一个主体类型的特征的任何组合，还认为本申请将公开涉及不同主体的特征之间的任何组合。然而，可以组合所有特征，提供超过特征的简单加成的协同效应。
尽管已经在附图和前文的描述中详细说明并描述了本发明，但这种说明和描述被视为说明性或示范性的，而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求书，在实践要求保护的本发明时，能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。
在权利要求书中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以满足权利要求中记载的若干项目的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。

Claims (15)

1.一种准直器控制器(CC)，其被配置为从至少两个不同的准直器设定选择针对X射线成像器(100)的准直器设定以在人(MS)出现在目标(PAT)周围的位置处时采集所述目标(PAT)的图像，每个设定定义了：
i)所述目标(PAT)的靶体积(TV)，所述靶体积将要被由所述成像器(100)的X射线源(XR)生成的主辐射(PR)的射束来辐照，以及
ii)所述目标(PAT)的非靶体积(NTV)，所述非靶体积将不由所述主辐射束(PR)辐照或将要被以低于所述靶体积(TV)的强度辐照，
如果被这样辐照时所述至少两个准直器设定中的每个造成对于所述目标(PAT)的大约相同的剂量，那么所述控制器的选择偏置为所述至少两个设定中造成沿所述靶体积(TV)或感兴趣区域(ROI)与所述人(MS)的位置之间的方向通过次要辐射(SR)的所述目标的更长的路径长度(PL)的那一个。
2.根据权利要求1所述的控制器，所述控制器(CC)的选择操作是基于附属于所述目标(PAT)的所述靶体积(TV)的至少一部分的至少一个权重的，其中，附属于所述部分的所述权重是非零的，所述权重总体反映沿所述部分与所述人(MS)的位置之间的方向通过所述次要辐射的所述目标的所述路径长度，所述权重实现所述偏置，这样被选定的准直器设定在由所述成像器(100)使用时造成与所述至少一个其他准直器设定中的至少一个相比对于所述人(MS)的更低的次要辐射剂量。
3.根据权利要求1或2所述的控制器，还包括被配置为检测关于所述操作者相对于所述目标的位置的检测单元(PD)。
4.根据权利要求3所述的控制器，所述检测单元(PD)包括被集成在能由所述操作者穿戴的标记物中的位置传感器。
5.根据权利要求3所述的控制器，所述检测单元(PD)包括被布置在所述成像器(100)处的预定义位置处的至少一个致动器设备，所述致动器设备能由所述人(MS)致动以指定所述人(MS)的位置基本上等于所述预定义位置。
6.根据权利要求3所述的控制器，所述检测单元包括图形用户界面，所述图形用户界面包括与相对于所述成像器或所述目标的预定义位置相关联的至少一个图形输入按钮，所述按钮能由所述人致动以指定所述人的位置基本上等于所述预定义位置。
7.根据权利要求3所述的控制器，所述检测单元包括能感测所述操作者的位置的测距相机。
8.根据权利要求3所述的控制器，所述控制器被配置为使附属于所述部分的所述权重作为检测到的所述人到所述目标的距离的函数而变化。
9.根据权利要求3所述的控制器，所述控制器被配置为使附属于所述部分的所述权重作为所述主辐射(PR)的所述方向的函数而变化。
10.一种控制X射线成像器中的准直器以采集目标的图像的方法，所述方法包括：
接收(S505)人相对于所述目标的位置；
从至少两个不同的准直器设定选择(S510)准直器设定，每个准直器设定定义了
i)身体的靶体积，所述靶体积将要被由所述成像器的X射线源生成的主辐射的射束来辐照，以及
ii)身体的非靶体积，所述非靶体积将不由所述主辐射束辐照或将要被以低于所述靶体积的强度辐照，
如果被这样辐照时所述至少两个准直器设定中的每个造成对于所述目标的大约相同的剂量，那么所述选择操作偏置为所述至少两个设定中造成沿所述靶体积或感兴趣区域与所述人的位置之间的方向通过次要辐射的所述目标的更长的路径长度的那一个。
11.根据权利要求10所述的方法，包括：
使用(S515)选定的准直器设定来控制所述准直器。
12.根据权利要求10或11所述的方法：
响应于接收到所述人的新位置，通过选择(S510)新的准直器设定来更新(S520)所述准直器设定，所述选择操作是基于新接收到的位置的。
13.一种X射线成像器系统，包括：
根据前述权利要求1-9中的任一项所述的控制器(CC)；
具有所述准直器(COL)的所述X射线成像器(100)。
14.一种用于控制根据权利要求1-9中的任一项所述的装置的计算机程序单元，所述计算机程序单元当由处理单元执行时适于执行根据权利要求10-12所述的方法的步骤。
15.一种计算机可读介质，具有被存储在其上的根据权利要求14所述的程序单元。
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