CN109890292A - 调整放射图像记录系统的设置的方法 - Google Patents

Abstract

跟踪和测量放射图像记录系统的操作者的身体部位的空间变化，并且对放射图像记录系统的（一个或多个）设置调整与测量到的空间变化成比例或相等的量。

Description

调整放射图像记录系统的设置的方法

技术领域

本发明涉及一种用于调整放射图像记录系统的设置的方法，例如X射线源、X射线准直器、支撑台或应用的（一个或多个）设置、工作流程的（一个或多个）设置等。

背景技术

在用在例如医学应用中的传统的模拟射线照相术中，借助于结合了磷光体层的光敏照相胶片进行成像，该磷光体层将入射的X射线转换成可见光。通过胶片来捕获磷光体所发出的光，对该胶片进行显影以在胶片上获得图像。在日常实践中使用可以被构思为片匣或胶片包装的不同尺寸的组件。基于胶片的系统的缺点在于它们要求必须对照相胶片进行化学处理，导致化学废品和时间损耗。

最近，使用现在称为计算射线照相（CR）系统的数字X射线系统。这些系统使用可激发磷光体，使可激发磷光体曝光于放射图像。可激发磷光体在曝光时存储放射图像。接下来，通过借助于激发放射来扫描磷光体来读出所存储的图像。在激发时，以图像方式存储的能量作为光发出。然后检测所发出的光并将其转换成数字化的电子图像。

数字射线照相术（DR）是X射线成像的另一种形式，其中使用数字X射线传感器来代替基于照相胶片或片匣的传统CR系统。优点包括通过绕过化学处理（与传统的基于胶片的系统相比）和通过立即从传感器读出图像数据（与基于片匣的CR系统相比，在此类系统中检测器的读出是借助于专用数字化仪系统进行的）而获得的时间效率。

在所有这些系统中，用于生成对象或患者的放射图像的设备包括：X射线源；X射线准直器，其将由放射源发出的X射线准直成照射患者或对象上的感兴趣区的锥形放射；支撑体，其支撑包括准直器的放射源并且其使得能够相对于待照射的患者或对象定位放射源；支撑台，其用于支撑患者或对象并且容纳成像捕获装置；用于控制X射线源、准直器、患者或对象支撑体的操作的装置；以及用于在控制装置的控制下操作这些项目的装置。

传统上，X射线管布置在壳体中，该壳体还包括准直器，以将由X射线源生成的X射线准直到感兴趣区上。

包括X射线源和准直器的壳体可以借助于定位系统来在两个垂直方向（x方向和y方向）上移动，并且还允许在z方向上的竖直移动和围绕至少两个轴的旋转。

准直器由许多不透X射线的准直器叶片组成，这些准直器叶片可以相对于彼此移动，以便扩大或减小X射线源发出的X射线可以穿过的区域，从而将照射的范围限定至患者或对象上的感兴趣区。

存在不同类型的准直器。

准直器可以是对称型的，使得准直器叶片总是一起移动，以使在准直器叶片之间形成的孔的形状不变，而仅有X射线被允许穿过其去往患者或对象的开口的尺寸可能会变化。

另一种类型的准直器是不对称型的。在这样的准直器中，准直器叶片可以彼此独立地移动，这相当于所照射的感兴趣域相对于患者的移位。该移位可以仅通过移动准直器的相对叶片来实现。

准直器叶片的移动可以是全自动、半自动或手动。在手动实施例中，X射线设备包括机械致动装置，以手动地实现和控制准直器叶片的运动。

在半自动实施例中，用户通过操作例如用户控制台上的按钮来控制马达或其他装置的操作，以便移动准直器叶片。

在全自动实施例中，叶片响应于准直器控制器，该准直器控制器在接收到准直器控制信息时发布控制命令而无需用户交互。

然而，在所有描述的情况中，准确地知道感兴趣区的位置并操纵准直器使得由放射源发出的X射线指向感兴趣区较为繁琐。

特别是在使用移动X射线照射设备而检测器或患者处于固定位置的情况下，精确地限定感兴趣区并相应地摆好准直器叶片是繁琐的。

因此，需要改进的准直器设置程序。本发明中就处理该问题。

尽管已经察觉了关于准直器叶片的设置的问题，但是对于X射线记录系统的所有其他可设置组件来说都存在类似的问题。

最佳地定位系统组件是繁琐的，并且通常需要不止一次尝试来获得所设想的位置。

将操作者预期的位置匹配至实际位置需要时间。这需要时间并且需要重复动作的事实对于患者以及操作者来说可能非常令人厌烦。

另外，如果照射方向需要成角度，则精确定位涉及两个操作，其中一个操作影响另一个操作的调整。直接指示感兴趣区并相应地调整所有组件的设置将会更为简单。

此外，操作者不必触摸该设备以便最小化医疗环境中感染的机会是高度合期望的。

存在其中在操作者不必触摸设备或患者的情况下执行医疗环境中的设备的操纵的现有技术出版物。

US2015/0359497公开了一种X射线诊断装置，其包括显示器、保持设备、床设备以及手势检测设备和处理电路。保持设备包括X射线照射器和X射线检测器以及支撑X射线照射器和X射线检测器的支撑体。

手势检测设备辨识人的手势。处理电路基于显示器、X射线照射器、X射线检测器、保持设备和床设备中的至少一个来识别X射线诊断装置的状态，并且就所识别的状态和所辨识的手势的组合来确定操作细节，并且根据所确定的操作细节来操作显示器、保持设备、床设备、扬声器和房间灯具中的至少一个。

根据该方法，校正或改变设置需要程序全部重新开始。这包括初始化检测程序、设置和关闭检测程序。再次地，这是繁琐且耗时的。

因此，本发明的一个方面是改进用于调整放射图像记录系统的（一个或多个）设置的程序。

发明内容

如权利要求1中阐述的方法解决了上述方面。

在从属权利要求中阐述了本发明优选实施例的具体特征。

从以下描述中，本发明的其他优点和实施例将变得显而易见。

本发明描述了一种调整放射图像记录系统的设置的方法。这些设置可以是记录系统的组件或在这样的系统上执行的应用或在这样的系统上执行的工作流程的设置。

可以从对象、人类患者或动物拍摄放射图像。无论在下文中何时对患者进行参考，都应理解的是，患者可以替换为对象或动物。

可以通过应用不同种类的放射之一来生成放射图像。在这些不同种类的放射中，有X射线、超声波、磁共振成像（MRI）、光学相干断层扫描（OCT）等。本发明可应用于使用这些不同类型的放射之一的放射图像记录系统。

除非另有说明，否则在下面的描述中可以将X射线改为另一种放射。

本发明同样可应用于在其上执行不同种类的放射图像记录方法的放射图像记录系统。

在这些类型的记录方法中，最常见的是投影射线照相术，其中由放射源发出的X射线被投影到待成像的患者上的二维区域上。

另一种类型的X射线成像方法是计算断层扫描（CT），其中从不同角度拍摄多个X射线图像以产生横截面切片图像。通过将重建算法应用于切片图像来计算重建图像。

一种特定的断层扫描类型是锥形束计算断层扫描，其中X射线是发散的，从而形成锥形。

还存在其他放射成像技术，诸如生成身体的实时图像的荧光透视。

本发明同样可应用于在其上执行不同应用的放射图像记录系统，所述应用诸如全腿、全脊柱成像。

放射图像记录系统可以是在X射线室中的固定位置中，诸如在X射线布凯（bucky）设备或X射线壁架的情况下。

替换地，这些系统可以是移动的，以便它们可以移动到患者所在的位置，例如，在重症监护病房的病床上。这种系统的示例是爱克发医疗保健公司的DX-D 100移动X射线装置。

本发明可应用于这些类型中的任一者。

类似的系统包括需要调整某些设置的若干组件。这些系统的组件的调整可以完全机械化或半机械化地进行，或者完全通过手动力量来操作。

第一组件是放射源，例如X射线源，其可移动以便定位在待照射的感兴趣区上方或成角度地定位并指向待照射的感兴趣区。需要执行X射线源本身或X射线源支撑装置的设置，该X射线源支撑装置支撑X射线源和/或将其从一个位置移动到另一个位置。

为了对由X射线源发出的X射线进行准直，在X射线源的X射线发出面的前方提供准直器设备。准直器由用X射线阻挡材料制成的多个准直器叶片组成，这些准直器叶片被布置成限定X射线透过其而指向患者的隔板。准直器叶片可以移动，以便扩大或减小孔的面积。

另一组件是支撑台，待照射的对象（患者）被定位在该支撑台上。

在本发明的上下文中，可以设想其他组件。

在特定应用或工作流程（诸如全腿/全脊柱图像记录）的情况下，将执行某些设置。例如，需要设置记录区域的开始和停止位置。

根据本发明，通过跟踪操作者的身体部位的移动来控制组件的设置或应用的设置或X射线成像系统的工作流程中的步骤。

操作者在自开始跟踪时刻开始并持续直到停止跟踪时刻的一定时间量期间执行诸如手之类的身体部位（操作者的身体部位）的移动。

该移动可以是非接触移动，即不接触患者或任何医疗器械（modality）组件。移动也可以是接触移动，其中接触可以是物理接触或虚拟接触，在物理接触下操作者用定义的手势触摸任何医疗器械组件，在虚拟接触下操作者触摸例如准直域的照明区域的光锥边界。

取决于被所跟踪的身体部位移动控制的动作类型，该移动在患者附近执行，或者可以在其他地方执行。例如，当跟踪手部移动以勾画感兴趣区时，优选地在患者上的实际感兴趣区附近执行该移动。对于诸如X射线源输送装置的移动之类的其他动作，这不太重要。

身体部位可以例如是一只手或双手（例如，用双手限定区域，其手指勾画该区域）。然而，可以设想其他身体部位，诸如脚（双脚）、操作者的头部等。可以想到各种实施例。

从开始跟踪时刻跟踪身体部位的移动直到停止跟踪时刻。

可以通过多种方式指示跟踪的开始和停止。

在第一示例中，跟踪的开始和停止通过操作者或操作者的身体部位的位置来控制。

例如，当操作者站在预定义的位置（例如，放射室中的标记位置）并且检测到该位置时，执行对他的一只手的移动的跟踪。

当操作者处于第二预定义位置或移动离开第一预定义区域时，此时刻被识别为跟踪结束时刻。

在特定实施例中，第一和第二位置甚至可以是相同的位置，但是在这种情况下，操作者必须在跟踪期间移动离开该位置并且当他想要停止跟踪和测量时再次移动到该位置。

在另一示例中，可以借助于所登记和辨识的手势来指示开始和停止跟踪。例如，操作者可以执行“拇指向上”手势以开始跟踪和停止，或例如“拇指向下”手势以停止跟踪。

在另一替换实施例中，可以借助于音频信号或借助于语音命令来控制开始和停止跟踪。

启动和停止动作或信号的另外的替换实施例和替换组合是可能的。

为了避免检测和跟踪处于放射室中的其他人的身体部位，首先向跟踪身体部位的移动的装置识别操作者。

可以以不同方式执行操作者识别。

在一个示例中，通过面部辨识或通过登记和检查操作者的生物计量数据来识别操作者。

在另一实施例中，通过操作者的位置来识别操作者，例如，如果一个人站在放射室中的某个位置，则该人被识别为操作者。

可以通过借助于至少一个相机记录身体部位移动来执行操作者的识别以及该移动的跟踪。

可以使用多个相机或3D相机来获得关于身体部位的瞬时位置的3D深度信息，使得可以执行对该身体部位的位置的跟踪。

可以通过确定一组预定义特征并计算这些特征之间的相似性度量来实现面部辨识。定义操作者的特征集合被存储在工作站或任何其他存储设备上。对于相机图像中识别和跟踪的每个人计算相似性度量。具有与存储在工作站上的任何操作者的最高相似性度量的人被定义为可以操作该医疗器械的人。可选地，可以定义对相似性度量的其他约束条件以约束医疗器械的操作。

最后，测量在跟踪的开始和停止之间的身体部位的移动变化，并且放射图像记录系统的至少一个组件或应用或工作流程的设置或步骤被改变等于或成比例于所跟踪和测量到的身体部位的位置变化的量。

在移动变化的方向是有关系的的情况下，例如在要定位在特定位置的记录设备的组件的设置被改变的情况下，移动量优选地包括移动变化的方向。

例如，当按照操作者的手的位置的所跟踪和测量到的变化根据本发明来设置X射线源相对于患者的位置时，则手移动的方向是也即X射线源将要移动的方向。然后，X射线源将移动的距离或量将与所跟踪和测量到的身体部位的移动量相同或成比例。

比例因子优选地是预先确定的并且由控制装置临时存储，该控制装置耦合到跟踪身体部位的移动的设备，以便基于所测量的身体部位的空间变化来执行所需设置的计算。

空间变化量可以显示在操作者的工作站上。

本发明提供了必须从其拍摄X射线图像的区域的输入更准确且更高效。到目前为止，放射技师不得不操作X射线管和准直器来选择该区域。此操作涉及到触摸所述设备。由于输入的特定性质，X射线管可能没有完美地居于该区域中央，这导致稍宽的准直区域和偏离中心的曝光。

本发明通过让放射技师直接在患者身上指出他想要成像的区域来解决这个问题。然后，医疗器械位置和准直器被自动设置为对该区域成像。当操作者改变准直区域时，准直器设置会遵循操作者做出的改变。

避免了操纵按钮或控件，操作者在不使用任何物体的情况下执行手势。这样的程序要直观得多。

作为交叉检验，医疗器械可以将来自准直器的可见光投影到所选择的感兴趣区上。放射技师可以通过额外的手势或如所有医疗器械目前实现的标准输入来细化该区域。

具体实施方式

现在将针对如下具体情况详细描述本发明：其中设置放射源的位置，并且其中感兴趣区借助于X射线准直器来确定并且通过应用本发明的方法来偶尔（occasionally）改变。

当要拍摄患者身体部位的X射线图像时，在操作者的帮助下将患者定位在用于X射线图像记录的合适位置。取决于检查的类型，将患者以竖直位置定位在所谓的壁架上，或者可选地，将他以水平位置定位在支撑台上。

然后执行智能患者分析。首先识别患者。可以在耦合到X射线记录设备的工作站中输入患者数据，或者可以从放射信息系统（RIS）检索所述数据。

接下来，测量患者的体重和体长并计算患者的体重指数。可以从该体重指数导出患者的体型。根据患者的体型，导出适于进行图像记录的放射剂量。另外，可以从来自相机的深度测量值导出患者的指定身体部位的厚度。

可以用壁架前方或支撑台中的传感器来测量患者的体重。可以从深度测量值导出患者的身高。可以在识别患者之后并且基于深度测量的骨架化来直接或间接地进行身高测量。

在一个实施例中，将患者数据（诸如姓名、患者照片、体长、体重、体重指数）投影到X射线记录室的墙壁上和/或投影在附加监视器或显示设备上，所述附加监视器或显示设备附接到该医疗器械或可从该医疗器械拆开，使得操作者以及患者自己可以验证数据。以这种方式可以避免错误。

接下来，确定并设置X射线源的设置：如果患者的身体部位已知并且已用相机成功跟踪到，则将此身体部位的位置从相机的坐标系映射到医疗器械的坐标系，并且将医疗器械尽可能最好地定位到对于所请求的采集协议来说最佳的位置。另外，基于患者的尺寸测量和位置来调整准直区域的尺寸和位置。另外，可以对诸如kV和mAs之类的剂量采集参数进行适配以尽可能最好地适合患者的生理情况（fysiology）。由此，可以考虑患者身体部位的厚度、患者的体型和待照射的身体部位的组织类型。

然后，要设置或微调包括准直器的X射线源的位置，使得由放射源发出的X射线照射感兴趣区。

在本发明的该特定实施例中，借助于操作者手部的手势（可能是非接触的：不与患者接触，也不与记录设备接触）并跟踪这些手的位置变化来控制放射源相对于患者的位置以及准直器叶片的设置。也可以用如目前实现的标准输入来定位放射源和准直区域。

为了避免在跟踪操作者的手部移动时出现错误，首先要识别操作者，以便仅跟踪他的手部移动而不是处于房间中的另一个人（例如患者）的手部移动，并将其用于设置X射线源和准直器的位置。

为此目的，在该特定实施例中，借助于在X射线室中提供的相机中的至少一个拍摄操作者的图片。具有包含操作者和患者的视野的一个相机就足够了，但也可以使用多个相机。如果已知相机相对于彼此或相对于医疗器械的定位，则可以合并多个相机的信息以创建房间的更详细的图像或表示。

诸如微软的Kinect和英特尔的RealSense之类的系统可以识别和跟踪视频序列中的人。因此，一旦用面部辨识识别出了人，因此就可以利用由人物跟踪软件生成的相关联的识别标签来跟踪该人。可以将深度感测相机或常规相机定位成面向医疗器械室的入口或者定位在患者和操作者保证会通过的地方。如果这样的相机的帧好到足以用于面部辨识，则将来自面部辨识的人物识别与来自人物跟踪软件的人物识别进行链接。

可以通过面部辨识和人物跟踪链接来识别操作者。替换方案是可能的，例如，可以基于操作者站立的位置来区分操作者与患者（患者是躺在支撑台上或站在壁架上的人，操作者是房间里的没在支撑台或壁架上的人）。如果房间中还有更多的人，则可以将操作者识别和跟踪为辅助支撑台上或壁架上的人的第一人。

在特定实施例中，当在给定区域中检测到两个或更多个人时，阻止生成放射。

一旦一个人被识别为操作者，则考虑由该人做出的指定身体部位的移动来控制X射线记录设备的组件的操作。将测量身体部位的移动，并将使用移动变化量或与测量量成比例的量来控制X射线源的定位以及调整准直器设置。

为了不考虑不打算用于控制上述组件之一的身体部位移动（在这种情况下，手部移动），仅在生成并检测到跟踪开始指示时才发起移动跟踪。

同样，一旦给出并检测到停止跟踪指示，就停止跟踪。

该指示可以具有不同的形式。然而，作为所描述的实施例之一，跟踪开始指示是这样的手势：其中每只手将拇指和食指摆出大约90度的角度同时合拢其他手指，并且跟踪停止指示是解除摆出该手势。

为了勾画感兴趣区，操作者用双手手指在用于对患者进行X射线成像的感兴趣区上方形成矩形。

在另一描述的实施例中，跟踪开始指示是这样的手势：其中双手被平行地定位为在竖直或水平平面上的伸开的手掌（flat hand），并且跟踪停止指示是一只手或两只手合拢。

为了调整准直区域的宽度，操作者竖直平行地摆放他的双手。此手势开始之间的距离定义了准直器的当前宽度。如果手之间的距离增大，则准直器的宽度也成比例增大。例如，该宽度按照开始指示时刻时准直器的宽度与双手之间的宽度之比成比例地增大。另一种实施方式可以是与平行的双手之间的距离增大等同地增大准直器的宽度。

为了调整准直区域的高度，对水平平行放置的双手实施类似的方法。

在X射线室中提供的深度相机记录手的图像并测量该区域。将该信息应用于X射线源和准直器的控制器，并调整准直器叶片，使得它们勾画出由X射线源发出的X射线穿过的开口，该开口与所记录的区域成比例。比例因子可以是开始跟踪区域处的准直区域的面积与用双手指示的区域的面积之比。另一种可能性是，如果所指示的区域的宽度或高度增大或减小1cm，则对应的宽度或高度增大或减小1cm或其因数。

从检测到开始跟踪信号到检测到停止跟踪信号，通过深度相机记录和测量手的移动，并且手的位置的空间变化（以及因此的由手勾画出的区域的空间变化）被应用于X射线源和准直器的控制器。根据所检测和测量到的手位置的空间变化来调整准直器开口。

一旦生成并检测到停止跟踪信号，就不再执行对手位置的空间变化的跟踪，并且不对X射线源和准直器应用对应的进一步变化。

操作者的视觉控制可以通过在操作者工作站的显示设备上显示手部移动来获得。

为了额外检查将在其上投影X射线的感兴趣区的位置，可见光从准直器位置投影到患者身上，所述可见光的范围限定了感兴趣区。

作为替换方案，可以通过考虑3D相机的位置、X射线源的位置和测量的深度数据来计算准直区域。基于已知几何形状计算的估计出的准直区域可以被呈现为来自另一相机的（彩色）图像或来自同一3D相机系统中的视觉相机的（彩色）图像上的叠加。

一旦将X射线源和准直区域的位置设置为操作者满意的情况，就可以拍摄患者的放射图像。

还可以在正确设置X射线源和准直区域之后跟踪患者的移动。例如，可以在操作者的最终调整之后获取准直区域的深度测量数据。该深度数据可以与新获得的深度测量值进行配准。如果配准与初始位置不同，则系统可以更新X射线源和准直区域，使得以相同方式对最初的感兴趣对象成像。如果这不可能，则可以生成给操作者的警告。

此外，医疗器械还可以检查是否正确设置了所有采集参数。例如，基于深度测量值和X射线源的位置，系统可以计算患者是否覆盖了所有活动的AEC腔室。如果不是这种情况，则可以去激活未被覆盖的AEC腔室，或者可以例如通过显示器来生成给操作者的警告。

在一个实施例中，记录X射线室中物品的当前位置，并且在考虑到所记录的位置的情况下控制放射室中各部分（例如，X射线源）的移动，以避免与放射室中的所述物品发生碰撞。

在另一实施例中，跟踪患者相对于患者支撑设备的移动，并在考虑到所述移动的情况下适配例如X射线准直器的设置，使得准直区域保持相同的与患者的相对位置。

在又一实施例中，当在给定区域中检测到两个或更多个人时，阻止生成放射。

Claims (19)

1.一种调整用于记录患者的放射图像的放射图像记录系统的设置的方法，包括以下步骤：

- 执行第一动作以开始跟踪所述放射记录系统的操作者的至少一个身体部位的位置，

- 执行第二动作以停止跟踪所述身体部位的位置，所述身体部位在不接触所述记录系统或所述患者的情况下执行移动，

- 测量跟踪的开始和停止之间的所述身体部位的空间变化，

- 对所述设置调整与测量到的空间变化成比例或相等的量。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述设置是放射图像记录系统的组件的设置。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述组件是放射源、放射准直器、放射源支撑装置、患者支撑台中的至少一个。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述设置与应用的设置步骤之一或工作流程的设置步骤之一有关。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一和/或所述第二动作是以下中的一个：手势、所述操作者的身体部位在预定位置上的定位、音频信号的生成、语音命令。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述测量之前识别操作者。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，通过面部辨识、操作者的位置、操作者的生物计量数据之一来识别所述操作者。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，通过执行参考身体部位与测量到的深度图像的配准的步骤以及通过计算和解释相似性度量来辨识所述身体部位。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，通过执行骨架化并将身体部位在默认骨架上的位置映射到从深度测量导出的实际骨架化的步骤来辨识所述身体部位。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，借助于所述身体部位来限定二维区域，并且其中，检测和测量所述二维区域，并将测量结果应用于放射准直器以限定准直区域。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述区域通过借助于操作者的双手限定的正方形来界定，并且其中，执行通过这些手界定的区域的缩放以扩大或减小二维区域，并且其中，相应地适配用于限定准直区域的准直器的设置。

12.根据权利要求10所述的方法，其中，针对不同方向执行至少两个手势。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述手势中的至少一个是借助于平行的双手实现的，并且其中，使用平行的双手之间的距离变化来控制在所述变化方向上的设置的增大或减少。

14.根据权利要求1所述的方法，其中，通过借助于至少一个相机记录所述身体部位的位置来执行所述跟踪。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述相机是至少一个深度相机。

16.根据权利要求1所述的方法，其中，记录放射图像记录室中物品的当前位置，并且其中，在考虑到所记录的位置的情况下控制放射图像记录系统的组件的移动，以避免与放射室中的所述物品发生碰撞。

17.根据权利要求1所述的方法，其中，跟踪患者相对于患者支撑装置的移动，并且其中，在考虑到所述移动的情况下适配放射图像记录系统的组件的设置，使得组件保持相同的与患者的相对位置。

18.根据权利要求1所述的方法，其中，当在给定区域中检测到两个或更多个人时，阻止生成放射。

19.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述放射是X射线放射。