CN108720856B

CN108720856B - 用于确定x射线系统的c臂的位置的方法和系统

Info

Publication number: CN108720856B
Application number: CN201810359448.0A
Authority: CN
Inventors: S.伊萨尼; M.S.纳辛拉里; S.苏尼; V.沃里亚尔
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Medical Ag
Priority date: 2017-04-20
Filing date: 2018-04-20
Publication date: 2022-04-19
Anticipated expiration: 2038-04-20
Also published as: EP3391823A1; EP3391823C0; CN108720856A; EP3391823B1; US10792002B2; US20180303454A1

Abstract

公开了一种用于确定X射线系统的C臂的位置的方法和系统。在一个实施例中，该方法包括获得患者身体上的期望位置的初级X射线图像。另外，该方法包括获得患者身体上的期望位置的次级C射线图像。该方法还包括使用一个或多个基于触摸的手势来关于初级X射线图像调整次级X射线图像。此外，该方法包括确定用于患者身体上的X射线成像的随后位置。该方法还包括将X射线系统的C臂定位到用于患者身体上的X射线成像的随后位置。

Description

用于确定X射线系统的C臂的位置的方法和系统

技术领域

本发明涉及X射线系统的领域，并且特别地在X射线系统的C臂的定位的领域中。

背景技术

在介入程序中使用荧光检查X射线程序，诸如矫形外科、血管造影术和经皮肾镜取石术（PCNL），以便理解植入物或手术工具在患者身体内部的放置。在入门级X射线系统的情况下，C臂必须由操作者在患者周围手动定位。C臂在患者周围的放置牵涉若干约束，诸如图像视场必须包含执行手术所需要的所有相关信息。对于重复的程序，必须遵循参考对准以用于C臂在患者之上的精确定位。另外，为了获得患者身体的精确视场，操作者在向患者接连施加剂量之后接收X射线图像反馈。因此，基于所采集的X射线图像，在患者周围定位C臂。

然而，在缺少用于此程序的引导系统的情况下，基于命中和试验迭代（hit-and-trial iterations）来在患者身体之上定位C臂。在这样的命中和试验迭代期间，患者连续地或间歇性地暴露于辐射，以检查手术工具在患者身体中的位置。这增加了向患者给出的总体辐射剂量。这样的程序还增加用于介入程序的总体时间。

因此，存在在不增加向患者给出的剂量水平的情况下确定X射线系统的C臂在患者身体上的定位的需要。

因此，本发明的目的是提供一种用于X射线系统的C臂的定位的确定的方法和系统，其减少用于在患者身体周围对准C臂的时间和剂量暴露。

发明内容

公开了一种用于确定X射线系统的C臂的位置的方法和系统，所述方法和系统减少用于C臂的对准的时间，并且减少剂量暴露。本发明的目的通过一种确定X射线系统的C臂的位置的方法来满足。根据该方法，获得患者身体上的期望位置的初级X射线图像。在患者的身体周围对准X射线系统的C臂，并且获得初级X射线图像。替换地，还可以从存储在计算设备的存储器中的图像数据库获得初级X射线图像。获得患者身体上的期望位置的次级X射线图像。根据该方法，关于初级X射线图像调整次级X射线图像。可以使用基于触摸的手势来执行次级X射线图像的调整。基于次级X射线图像的调整，确定用于患者身体上的X射线成像的随后位置，并且根据所确定的随后位置来定位X射线系统的C臂。

根据本发明的优选实施例，次级X射线图像关于初级X射线图像的调整通过以下来执行：在初级X射线图像之上叠加次级X射线图像，并且使用一个或多个基于触摸的手势来改变次级X射线图像关于初级X射线图像的位置。这使得操作者能够精确地确定用于患者身体上的X射线成像的随后位置。

根据本发明的又一优选实施例，在确定用于X射线成像的随后位置中，该方法包括计算初级X射线图像的中心从次级X射线图像的中心的偏差，以及确定X射线系统的C臂要在X和Y轴上以其移动的距离。

根据本发明的实施例，该方法还包括基于患者身体上所确定的随后位置而自动定位X射线系统的C臂。

根据本发明的另一实施例，次级X射线图像是初级X射线图像的副本。

根据本发明的又一实施例，基于触摸的手势包括基于手指或触笔的划扫、敲击、滚动、平移（pan）、旋转和夹捏以缩放的动作。

本发明的目的还通过一种用于确定X射线系统的C臂的位置的系统来实现。根据本发明，该系统包括处理单元；耦合到处理单元的图像数据库；以及耦合到处理单元的存储器。存储器包括配置成获得患者身体上的期望位置的初级X射线图像的定位模块。初级X射线图像可以通过采集患者身体上的期望位置的X射线图像来获得，或者从耦合到处理单元的图像数据库获得。定位模块还配置成获得患者身体上的期望位置的次级X射线图像。定位模块还配置成基于由用户输入的基于触摸的手势而关于初级X射线图像调整次级X射线图像。基于次级X射线图像关于初级X射线图像的调整，定位模块配置成确定用于患者身体上的X射线成像的随后位置。定位模块还配置成将X射线系统的C臂定位到用于患者身体上的X射线成像的随后位置。

根据本发明的优选实施例，在关于初级X射线图像调整次级X射线图像中，定位模块还配置成在初级X射线图像之上叠加次级X射线图像，并且基于一个或多个基于触摸的手势而改变次级X射线图像关于初级X射线图像的位置。

根据本发明的另一优选实施例，在确定用于X射线成像的随后位置中，定位模块还配置成计算初级X射线图像的中心从次级X射线图像的中心的偏差，并且确定X射线系统的C臂要在X和Y轴上以其移动的距离。

根据本发明的实施例，定位模块还配置成基于患者身体上所确定的随后位置而自动定位X射线系统的C臂。

提供本发明内容来以简化的形式引入以下在下面描述中进一步描述的概念的选择。其不意图标识所要求保护的主题的特征或本质特征。另外，所要求保护的主题不限于解决在本公开的任何部分中指出的任何或全部缺点的实现方式。

附图说明

以下参考在附图中示出的所图示的实施例来进一步描述本发明，其中：

图1图示了数据处理系统的框图，其中可以实现用于确定X射线系统的C臂的位置的实施例。

图2是图示了根据实施例的确定X射线系统的C臂的位置的示例性方法的流程图。

图3是图示了根据实施例的调整X射线图像的示例性方法的流程图。

图4是图示了根据实施例的确定用于患者身体上的X射线成像的随后位置的示例性方法的流程图。

图5A图示了根据实施例的用于确定X射线系统的C臂的位置的图形用户接口。

图5B图示了根据实施例的显示次级X射线图像的获得的图形用户接口。

图5C图示了根据实施例的显示X射线图像的叠加以确定用于患者身体上的X射线成像的随后位置的图形用户接口。

图5D图示了根据实施例的显示次级X射线图像关于初级X射线图像的调整以确定用于患者身体上的X射线成像的随后位置的图形用户接口。

具体实施方式

下文，详细地描述用于实施本发明的实施例。参考附图来描述各种实施例，其中相似的参考数字自始至终用于指代相似的元件。在以下描述中，出于解释的目的，阐述众多具体细节以提供一个或多个实施例的透彻理解。可以明显的是，可以在没有这些具体细节的情况下实施这样的实施例。在其它实例中，并未详细描述公知的材料或方法以便避免使本公开的实施例不必要地模糊。虽然本公开容许各种修改和替换形式，但是在附图中通过示例的方式示出其具体实施例，并且本文将详细描述该具体实施例。然而，应当理解到，不存在将本公开限制到所公开的特定形式的意图，而是相反，本发明要覆盖落在本公开的精神和范围内的所有修改、等同物和替换物。

图1图示了数据处理系统100，其中方法的实施例可以例如实现为确定X射线系统的C臂的位置的系统，所述系统配置成执行如其中所描述的过程。在图1中，数据处理系统100包括存储器101、处理器102、存储单元103、输入单元104、输出单元105和总线106。

如本文所使用的，处理器102意指任何类型的计算电路，诸如但不限于，微处理器、微控制器、复杂指令集计算微处理器、精简指令集计算微处理器、超长指令字微处理器、显式并行指令计算微处理器、图形处理器、数字信号处理器或任何其它类型的处理电路。处理器102还可以包括嵌入式控制器，诸如通用或可编程逻辑器件或阵列、专用集成电路、单芯片计算机等。

存储器101可以是易失性存储器和非易失性存储器。存储器101可以被耦合以用于与处理器102的通信。处理器102可以施行存储在存储器101中的指令和/或代码。多种计算机可读存储介质可以存储在存储器101中并且从存储器101进行访问。存储器101可以包括用于存储数据和机器可读指令的任何合适的元件，诸如只读存储器、随机存取存储器、可擦除可编程只读存储器、电可擦除可编程只读存储器、硬盘驱动器、用于处置致密盘、数字视频盘、磁盘、磁带盒、存储器卡等的可移除媒体驱动器。在本实施例中，存储器101包括以以上提到的存储介质中的任何一个上的机器可读指令的形式存储的定位模块107，并且可以与处理器102通信和由处理器102施行。当由处理器102施行时，定位模块107使得处理器102执行X射线系统的C臂在患者身体周围的位置的确定。在图2、3和4中详细阐述由处理器102施行以实现以上提到的功能的方法步骤。

存储单元103可以是存储成像数据库108的非暂时性存储介质。成像数据库108是由保健服务提供者维护的涉及一个或多个患者的X射线图像的储存库。输入单元104可以包括能够接收诸如X射线图像的定位信息之类的输入信号的输入装置，诸如小键盘、触敏显示器、相机（诸如接收基于手势的输入的相机）等。输出单元105输出由定位模块107执行的操作的结果。例如，定位模块107使用输出单元105来提供关于患者身体上的随后X射线成像的位置的数据。输出单元105经由图形用户接口（GUI）来显示诸如用户接口元件（诸如文本字段、按钮、窗口等）之类的信息，以用于允许用户提供他/她的输入，诸如用于功率网络的区段中的每一个的保护单元等。输出单元105包括例如液晶显示器、等离子体显示器、基于有机发光二极管（OLED）的显示器等。总线106充当处理器102、存储器101、存储单元103、输出单元105和输入单元104之间的互连。

本领域普通技术人员将领会到，图1中所描绘的硬件可以针对特定实现方式而变化。例如，附加地或取代于所描绘的硬件，还可以使用其它外围设备，诸如光盘驱动器等、局域网（LAN）/广域网（WAN）/无线（例如Wi-Fi）适配器、图形适配器、磁盘控制器、输入/输出（I/O）适配器。仅出于解释的目的而提供所描绘的示例，并且不意在暗示关于本公开的架构限制。

依照本公开的实施例的数据处理系统包括采用图形用户接口的操作系统。操作系统准许在图形用户接口中同时呈现多个显示窗口，其中每一个显示窗口提供与不同应用或与相同应用的不同实例的接口。图形用户接口中的光标可以由用户通过定点设备来操纵。光标的位置可以被改变，和/或诸如点击鼠标按钮或基于触摸的手势之类的事件可以被生成以驱使期望的响应。

如果经适当修改，可以采用各种商用操作系统之一，诸如位于华盛顿雷德蒙的微软公司的产品Microsoft Windows^TM的版本。依照如所描述的本公开来修改或创建操作系统。

所公开的实施例提供用于确定X射线系统的C臂的位置的系统和方法。特别地，该系统和方法可以确定用于患者身体上的X射线成像的随后位置。

图2图示了用于确定X射线系统的C臂的位置的示例性方法200的实施例的流程图。在步骤201处，获得患者身体上的期望位置的初级X射线图像。初级X射线图像可以通过使用X射线系统采集X射线图像来获得。替换地，初级X射线图像还可以从存储在数据处理系统100的存储单元103中的成像数据库108来获得。可以在手持设备上显示所获得的初级X射线图像，所述手持设备通过通信接口连接到X射线系统。在手术程序期间，为了确定诸如导管之类的手术工具在患者身体内部的位置，精确地确定X射线成像的随后位置是重要的。图5A和5B图示了在手持设备上显示的图形用户接口500，所述图形用户接口500用于X射线系统的C臂的位置的确定。图形用户接口500描绘了示出初级X射线图像的视场501。图形用户接口500还描绘了由X射线系统采集X射线图像所要求的X射线成像系统的特征。

在步骤202处，获得患者身体上的期望位置的次级X射线图像。次级X射线图像是初级X射线图像的副本。图形用户接口500还包括在初级X射线图像的顶部上创建参考图像叠加的选项，将其描绘为图5B中的“定位模式”。图形用户接口500利用视场502实现了“定位模式”由操作者使用基于触摸的手势的激活。在“定位模式”的激活时，获得初级X射线图像的副本，并且创建初级X射线图像之上的参考图像叠加。图5C图示了图形用户接口500，其中在视场503中描绘了初级X射线图像和次级X射线图像的参考图像叠加。

在步骤203处，在图像叠加的创建时，使用基于触摸的手势关于初级X射线图像来调整次级X射线图像。基于触摸的手势可以包括但不限于基于手指或触笔的划扫、敲击、滚动、平移、旋转和夹捏以缩放的动作。图5C中的图形用户接口500还图示了使用基于触摸的手势的次级X射线图像关于初级X射线图像的调整。在图3中进一步解释关于初级X射线图像调整次级X射线图像的方面，其中当在步骤301处接收到期望位置的初级和次级X射线图像时，在步骤302处在初级X射线图像上叠加次级X射线图像。在步骤303处，保持初级X射线图像作为参考，改变次级X射线图像的位置。当被重定位时，没有与初级X射线图像重叠的次级X射线图像的部分改变颜色。这向用户指示存在两个X射线图像的相对位置或取向中的差异。当初级和次级X射线图像完美重叠时，X射线图像的颜色再次转到黑色。

基于次级X射线图像所移动到的位置，在步骤204处，确定用于患者身体上的X射线成像的随后位置。在步骤205处，将X射线系统的C臂定位到用于X射线成像的随后位置。在将C臂定位到患者身体上的随后位置时，所获得的随后X射线图像是用于进一步处理的新的初级X射线图像。

图4图示了确定用于患者身体上的X射线成像的随后位置的方法400的实施例的流程图。在步骤401处，在关于初级X射线图像调整次级X射线图像时，计算初级X射线图像的中心从次级X射线图像的中心的偏差。当从X射线系统采集初级X射线图像时，用手持设备的像素尺度（dimension）来映射X射线系统的准直管的物理尺度。因为准直管的直径和中心是已知实体，所以当在手持设备上生成X射线图像时，确定准直管的像素尺度和X射线图像的中心。X射线图像的中心与准直管的中心重合。基于手持设备的分辨率，计算从准直管的物理尺度到像素的转换因子。当关于初级X射线图像调整次级X射线图像时，计算初级X射线图像的中心从次级X射线图像的中心的偏差。可以将X射线图像的位置的移位（shift）称为“图像变换”。

在步骤402处，基于初级X射线图像的中心从次级X射线图像的中心的偏差而确定X射线系统的C臂要在X和Y轴上以其移动的距离。在步骤403处，将X射线系统的C臂定位到用于患者身体上的X射线成像的随后位置。定位模块107还可以配置成基于这些所计算的参数将X射线系统的C臂自动定位到X射线成像的随后位置。由于X射线上的枢轴效应（pivoteffect），C臂的移动受几何约束。在限制性条件中，如果患者身体上的X射线成像的位置上的目标点非常接近于成像平面，则图像的移动等于并且相反于C臂的移动。因而，图像变换中的平移或旋转与C臂自身的那个相同。然而，当患者身体上的X射线成像的位置上的目标点移动离开检测器并且更靠近于X射线源时，图像变换以因子（即放大因子（M））进行扩缩。如果要获得其X射线图像的目标位于离X射线源的距离“d”处，则所形成的X射线图像以以下进行放大：

M =

其中D是检测器与X射线源之间的距离。

如果目标接近于检测器，放大因子为1。这是因为C臂的移动得出X图像的相等且相反的移动。

将用户指定的手势转换成

（a）平移：以像素计的P (X_image , Y_image)；

（b）旋转：以度计的R；以及

（c）缩放比例：以百分比计的S。

将经2D缩放的仿射变换计算为T=affine（P，R，S）。

确定以毫米计的像素大小（像素间距）（

）、系统放大因子（M）以及X射线源与检测器之间的固定距离（D_SAD），并且构建逆变换的仿射变换：

[X_C-arm, Y_C-arm] = T^-1*P*β

通过以下来确定针对C臂的移动的Z轴上的坐标：

图5D图示了图形用户接口500，其显示次级X射线图像关于初级X射线图像的调整以确定用于患者身体上的X射线成像的随后位置。视场504描绘次级X射线图像关于初级X射线图像的调整。基于调整，计算次级X射线图像的中心从初级X射线图像的中心的偏差，并且在手持设备的屏幕上向用户显示该偏差。定位模块基于所计算的偏差而确定X射线系统的C臂的位置以用于患者身体的随后成像。

用于确定X射线系统的C臂的位置的所公开的方法和系统是仅用户接口的解决方案。因此，没有要求相比于现有X射线系统的附加的硬件或系统配置。在手持设备上并且不是在C臂硬件上执行用于图像和信息的叠加的计算。因此，减少了用户操纵X射线系统的努力。另外，利用X射线图像叠加，用户得到更加经得起检验的反馈，因而改进介入程序中的随后X射线成像的精度。这还实现了减少对患者的X射线剂量暴露。

参考数字的列表

100 数据处理系统

101 存储器

102 处理器

103 存储单元

104 输入单元

105 输出单元

106 总线

107 定位模块

108 成像数据库

500 确定X射线系统的C臂的位置的图形用户接口

501 视场

502 视场

503 示出图像叠加的视场

504 示出次级X射线图像关于初级X射线图像的调整的视场。

Claims

1.一种确定X射线系统的C臂的位置的方法（200），所述方法（200）包括：

获得患者身体上的期望位置的初级X射线图像；

获得患者身体上的期望位置的次级X射线图像；

在初级X射线图像之上叠加次级X射线图像；

在触敏显示器上显示初级X射线图像和叠加的次级X射线图像；

基于触敏显示器上的一个或多个基于触摸的手势而关于初级X射线图像来调整次级X射线图像的位置，以提供经调整的次级X射线图像；

使用经调整的次级X射线图像来确定用于患者身体上的X射线成像的随后位置；以及

将X射线系统的C臂定位到用于患者身体上的X射线成像的随后位置。

2.权利要求1所述的方法（200），其中在确定用于X射线成像的随后位置中，所述方法（200）包括：

计算初级X射线图像的中心从次级X射线图像的中心的偏差；以及

确定X射线系统的C臂要在X、Y和Z轴上以其移动的距离。

3.权利要求1所述的方法（200），还包括基于患者身体上所确定的随后位置而自动定位X射线系统的C臂。

4.权利要求1所述的方法（200），其中次级X射线图像是初级X射线图像的副本。

5.权利要求1所述的方法（200），其中在患者身体上的每一个所确定的随后位置处获得初级X射线图像。

6.权利要求1所述的方法（200），其中基于触摸的手势包括基于手指或触笔的划扫、敲击、滚动、平移、旋转和夹捏以缩放的动作。

7.一种用于确定X射线系统的C臂的位置的系统（100），所述系统包括：

处理单元（102）；

耦合到处理单元（102）的图像数据库（108）；

耦合到处理单元（102）的存储器（101），所述存储器（101）包括定位模块（107），所述定位模块（107）配置用于：

获得患者身体上的期望位置的初级X射线图像；

获得患者身体上的期望位置的次级X射线图像；

在初级X射线图像之上叠加次级X射线图像；

基于触敏显示器上的一个或多个基于触摸的手势而关于初级X射线图像来调整次级X射线图像，以提供经调整的次级X射线图像；

8.权利要求7所述的系统（100），其中在确定用于X射线成像的随后位置中，定位模块（107）还配置成：

计算初级X射线图像的中心从次级X射线图像的中心的偏差；并且

确定X射线系统的C臂要在X、Y和Z轴上以其移动的距离。

9.权利要求7所述的系统（100），其中定位模块（107）还配置成基于患者身体上所确定的随后位置而自动定位X射线系统的C臂。