CN111436961A - 一种可智能摆位的ct系统及其摆位方法 - Google Patents

一种可智能摆位的ct系统及其摆位方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可智能摆位的CT系统及其摆位方法，包括CT成像系统和智能摆位系统，所述CT成像系统包括一环形机架和一个具有竖直运动系统和水平运动系统的扫描床以及一控制单元，其特征在于：所述智能摆位系统包括一位于扫描床上方且相对环形机架固定的测距装置、控制所述测距装置并与CT成像系统的控制单元进行信号传输的测距控制器，所述测距装置分别对位于扫描床中心区域和边缘区域的目标物体进行测距并产生距离信号。通过进床和退床操作过程中的测距，实现准确摆位。本发明能够实现隔室摆位从而有效避免医患之间交叉感染，能保证摆位的准确度，并且定位速度快。

Description

一种可智能摆位的CT系统及其摆位方法
技术领域
本发明涉及一种医疗设备，尤其是一种CT系统，具体涉及一种能够实现智能摆位的CT系统。
背景技术
CT(Computed Tomography)系统，即电子计算机断层扫描系统，是一种提供高分辨率的人体断面影像的设备，具有扫描时间快，图像清晰等特点，可用于多种疾病的检查。
如今大型三甲医院做CT的是人数非常多，排队耗时长，对于临床诊断带来不利影响。其中一个原因是现有的CT需要操作技师进入扫描室，进行人工手动摆位，耗费时间长，且摆位的精准性不够。如何能够实现快速摆位，减少扫描间隙时间，对于提高CT的利用率具有重大意义。
另一方面，有些疾病具有传染性，例如，近期的新型冠状病毒肺炎肆虐席卷中华大地，传染性非常强，给人们的健康和生命带来了巨大的威胁，防疫过程中，使用CT诊断疾病成为首要选择。考虑到疾病的传染性，那么，在CT诊断过程中如何避免医护人员因为摆位而和患者接触造成交叉感染是首要解决的问题。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种可智能摆位的CT系统，通过对扫描床上患者身体形态的识别，实现智能摆位，从而保证摆位的快速和精准，同时不需要医护人员进入扫描室，隔离医护人员和患者，避免交叉感染。本发明的另一发明目的是提供这种可智能摆位的CT系统的摆位方法。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种可智能摆位的CT系统，包括CT成像系统和智能摆位系统，所述CT成像系统包括一环形机架和一个具有竖直运动系统和水平运动系统的扫描床以及一控制单元，所述智能摆位系统包括相对环形机架固定的测距装置、控制所述测距装置并与CT成像系统的控制单元进行信号传输的测距控制器，所述测距装置分别对位于扫描床中心区域和边缘区域的目标物体进行测距并产生距离信号。
上述技术方案中，CT成像系统为现有技术，通常，其主体布置在一屏蔽室内，控制单元由设置在环形机架和扫描床内的控制器和设置在与屏蔽室相邻的操作室内的计算机构成，计算机中设置有人机交互软件。控制单元中包括运动控制单元，用于控制扫描床的竖直运动和水平运动。以所述扫描床的长对称轴为z轴方向，水平面内与所述z轴垂直的方向为x轴方向，扫描床床面所在平面为XOZ平面，竖直方向为y轴方向。竖直运动是指所述扫描床在所述运动控制单元的控制下，沿y轴正方向或负方向运动。水平运动是指所述扫描床在所述运动控制单元的控制下，沿z轴正方向或负方向运动。其中，进床是扫描床向z轴的负方向运动，退床是扫描床向z轴的正方向运动。环形机架具有圆形孔，其内的通道构成孔径。在所述CT系统工作过程中，扫描床在运动控制单元的控制下运载患者向z轴的负方向运动而进入孔径，在孔径内接受扫描；孔径的几何中心称为ISO中心，即是扫描中的检测中心。所述摆位是指操作技师根据患者所需的扫描部位，通过调整扫描床与环形机架之间的相对位置的方式，使所需扫描部位在CT成像系统可扫描范围内的操作。
上述技术方案中，所述中心区域为XOZ平面中以z轴为中线，向x正方向和x负方向分别延伸第一距离所包含的区域，所述边缘区域是指XOZ平面中自第一距离所在位置继续向外延伸第二距离所包含的区域，所述第一距离优选为为80mm至120mm，所述第二距离设置使边缘区域不超出扫描床侧缘。更优选的技术方案，所述第一距离为110mm，第二距离为100mm。
上述技术方案中，设有一个或多个所述测距装置，其中，至少一个所述测距装置设置在扫描床的正上方或侧上方，竖直向下和/或以一定的倾角向下检测对应区域目标物体的距离；其它测距装置位于扫描床的周边任意方向，检测至扫描床设定区域目标物体的距离。
通常，测距装置的设置可以采用以下方案中的一个：
(1) 在扫描床的正上方或侧上方设置一个测距装置，该测距装置具有可变向的测试传感器，通过方向的变化分别监测扫描床中心区域和边缘区域的目标物体的距离；
(2) 在扫描床的正上方设置第一测距装置，用于监测扫描床中心区域的目标物体的距离，以确认患者在竖直方向的位置，指引调节扫描床的高度；在扫描床的侧上方设置第二测距装置，用于监测扫描床边缘区域的目标物体的距离，以确认患者的肩部，指引调节扫描床的水平方向位置；
(3) 在扫描床的正上方或侧上方设置第一测距装置，用于监测扫描床中心区域的目标物体的距离，以确认患者在竖直方向的位置，指引调节扫描床的高度；在扫描床的侧面设置第二测距装置，用于监测扫描床边缘区域的目标物体的距离，以确认患者的肩部，指引调节扫描床的水平方向位置；
(4) 在扫描床的正上方或侧上方设置第一测距装置，用于监测扫描床中心区域的目标物体的距离，以确认患者在竖直方向的位置，指引调节扫描床的高度；在扫描床的下方设置第二测距装置，用于监测扫描床边缘区域的目标物体的距离，以确认患者的肩部，指引调节扫描床的水平方向位置，该设置方式要求扫描床使用颈托，以使患者肩部能够从扫描床下方检测到。
当然，根据实际情况，也可以采用其它方式的测距装置组合设置，只要能够实现扫描床中心区域和边缘区域的距离扫描即可。
优选的技术方案，所述测距装置位于所述环形机架的环形孔内，分别检测从机架上部至扫描床中心区域和边缘区域选定位置的距离。测距控制器则可以安装在机架内，也可以安装在机架外，或者，测距控制器也可以集成在CT成像系统的控制单元内。
上述技术方案中，所述测距装置可以采用任意非接触式的无损测距方法，优选红外测距装置、超声波测距装置、激光测距装置中的一种。
进一步的技术方案，在所述CT成像系统中设有由控制单元控制进行语音播放的语音播放单元。可以播放语音以引导或提示患者上床、平躺、呼吸、举手等动作。
为实现本发明的另一发明目的，本发明公开了一种用于CT系统的智能摆位方法，采用上述可智能摆位的CT系统实现，包括以下步骤：
(1) 患者平躺至扫描床后，操作技师在CT系统中加载扫描协议，控制扫描床开始进床；
(2) 智能摆位系统首先获取扫描床初始高度，然后通过控制单元控制扫描床进床至第一探测位置，通过测距装置获取中心区域物体的距离；
(3) 根据扫描床初始高度、中心区域物体的距离、环形机架检测中心至测距离装置的距离，确定患者身体竖直方向中心与环形机架的检测中心的偏差，通过控制单元控制扫描床竖直运动，使患者身体竖直方向中心与环形机架的检测中心重合；
其中，竖直方向中心通常在人体的腋中线上下3cm处。
(4) 控制扫描床退床，测距装置对边缘区域进行测距并比较每两次测距的距离差，当距离差出现突变时，确认检测到患者肩部位置，CT系统根据加载的协议及患者肩部位置控制扫描床运动到达协议设定的初始位置，完成智能摆位。随后可以开始扫描过程。
上述技术方案中，所述扫描是指患者被扫描床运载至机架的孔径内后，X射线管发出X射线束，探测器接受穿过患者后的X射线，并形成影像的过程。加载扫描协议操作是指，操作技师在人机交互软件上，将患者需要扫描的部位的扫描协议选择并添加至扫描程序中。所述扫描协议是指一组与人体部位相对应、至少涵盖了X射线管电流参数、X射线管电压参数、扫描时间参数、扫描长度参数的参数组合。步骤(2)中，扫描床初始高度一般可以通过扫描床的控制单元获取。
上述技术方案中，所述第一探测位置优选扫描床进床30cm～50cm的位置。
步骤(4)中，所述距离出现突变时指在扫描床移动距离不大于5cm的过程中，所测距离发生≥5cm的变化。
步骤(3)中扫描床进床时和步骤(4)扫描床退床时，测距装置进行连续多次测距，每两次测距之间的扫描床移动的距离不大于5cm。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1、本发明创造性地利用测距装置配合构成智能摆位系统，通过对中心区域的测距变化调整扫描床的高度方向位置，通过对边缘区域的测距变化获取患者肩部位置，确定进床方向的距离，由此实现了自动摆位，不需要医护人员进入扫描室，能够有效避免医患之间交叉感染；同时，与目测手动控制扫描床相比，能保证摆位的准确度；
2、本发明在智能摆位时，先利用进床确定高度方向位置，再利用退床确认患者肩部位置，实现扫描床定位，不存在冗余操作，定位速度快；
3、通过设置语音播放单元，能有效引导患者配合，保证了在医护人员不进入屏蔽室的情况下CT扫描的正常进行。
附图说明
图1是 CT系统的坐标系示意，示意出了X轴、Y轴、Z轴和CT、患者的方位关系；
图2是实施例中智能摆位系统和CT成像系统的连接关系框图；
图3是测距区域示意图，从图中可看到中间区域和边缘区域；
图4是可智能摆位的CT系统的扫描流程示意图；
图5是智能摆位系统工作原理示意图；
图6是智能摆位系统工作流程图；
图7 是实施例二的智能摆位系统进行Z方向摆位的工作原理示意图；
图8 是实施例一所采用的测距装置的位置示意图；
图9所示可以测试边缘区域的距离；
图10所示可以测试中心区域的距离；
图11所示的测距位置中的测距装置从物体侧方测试距离；
图12所示的测距位置中的测距装置从底部测距。
其中：1、中心区域；2、边缘区域。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：
一种可智能摆位的CT系统，包括CT成像系统和智能摆位系统；
所述CT成像系统包括：
一带孔径的环形机架；
一运载患者的且能水平和垂直运动的扫描床；
一控制台，控制台至少包括一人机交互软件、一计算机；
其中，所述扫描床的水平和垂直运动由运动控制单元控制进行。
所述CT成像系统包含能够接受语音播放命令的语音播放单元；扫描过程中，所述CT成像系统通过语音播放单元播放语音以引导或提示患者上床、平躺、呼吸、举手等动作。
所述人机交互软件至少可进行加载扫描协议操作、准备扫描操作、曝光操作、接受命令或提示操作；
CT成像系统的坐标系如附图1所示。
本实施例中，所述垂直运动是指所述扫描床在所述运动控制单元的控制下，沿y轴正方向或负方向运动。
所述水平运动是指所述扫描床在所述运动控制单元的控制下，沿z轴正方向或负方向运动。
所述进床是扫描床向z轴的负方向运动。
所述退床是扫描床向z轴的正方向运动。
所述孔径是指机架上的圆形孔，在所述CT系统工作过程中，扫描床在运动控制单元的控制下运载患者向z轴的负方向运动而进入孔径，在孔径内接受扫描；所述孔径的几何中心被称为ISO中心。
所述扫描是指患者被扫描床运载至机架的孔径内后，X射线管发出X射线束，探测器接受穿过患者后的X射线，并形成影像的过程。
所述加载扫描协议操作是指，操作技师在人机交互软件上，将患者需要扫描的部位的扫描协议选择并添加至扫描程序中。所述扫描协议是指一组与人体部位相对应、至少涵盖了电流参数、电压参数、扫描时间参数、扫描长度参数的参数组合。
所述曝光操作是指，让X射线管发出X射线的操作。
所述准备扫描操作是指，完成扫描协议加载之后，让系统开始扫描前准备的操作；在准备扫描操作后，扫描床开始运动、摆位等。
所述接受命令或提示是指系统反馈的命令或提示传输到人机交互软件上并显示。所述人机交互软件是在所述计算机系统上运行的。
参见附图2，智能摆位系统中包含一个和所述CT成像系统连接，和所述CT成像系统相互进行传输信号的测距控制器，以及一个和所述测距控制器连接，接受所述测距控制器的控制信息、用于对中心区域和边缘区域的目标物体进行测距并产生距离信号的测距装置。
本实施例中的测距装置可以选用红外测距装置、超声波测距装置或激光测距装置。
参见附图3，为了实现智能摆位，将扫描床区分为中心区域1和边缘区域2。摆位是指操作技师根据患者所需的扫描部位，通过调整扫描床与环形机架之间的相对位置的方式，使所需扫描部位在CT成像系统可扫描范围内的操作。
本实施例中，如图3所示，所述中心区域1是以z轴为中轴线，向X负方向和X正方向分别对称延伸110mm的区域；所述边缘区域2是XOZ平面上x正方向110mm至210mm以内、和x负方向-110mm至-210mm以内的区域。（110mm和210mm是由头托和床板的宽度确定的）
如图8所示，测距装置安装在机架孔径内的上部，测距控制器能够接收到CT成像系统中人机交互软件的准备扫描的状态信息，从而发送控制信号给测距装置，让测距装置开始或停止工作。本实施例采用一个测距装置，进行不同方向的距离测试。测距装置工作时，测距控制器接收到测距装置发出的距离信号；对收到的距离信号进行处理和分析，并根据处理和分析的结果做出相应判断，根据判断结果做出不同的反应，即可以发送移床命令给运动控制单元、可以发送语音播放命令给语音播放单元、可以反馈摆位结果并提示扫描命令给人机交互软件。
在具体实施过程中，测距控制器可以是独立的，也可以集成于CT成像系统中；CT成像系统和智能摆位系统，两者可以是一体式、内置式，也可以是组合式、外置式。
图4是本发明实施例提供的可智能摆位的CT系统的扫描流程示意图，如图所示，本发明操作流程包括：
S1：操作技师用语音进行提示，引导患者平躺至扫描床，不得乱动；
S2：操作技师在人机交互软件中加载扫描协议；
S3：操作技师在人机交互软件中按照常规操作进行准备扫描的操作，准备扫描后，运动控制单元开始控制进床；
S4：进床过程中，智能摆位系统开始工作，进行智能摆位操作；智能摆位系统先进行Y轴即扫描高度的确定，扫描床高度确定之后，机架的ISO中心会在患者身体y方向的中心处；智能摆位系统通过测距检测到患者身体形态后，即z轴的摆位成功；控制语音播放单元发出语音命令，提示患者将双手伸举，以保证患者手臂放在头顶上才可进行扫描。
S5：摆位完成后，智能摆位系统将摆位结果发给人机交互软件，提示可以开始曝光扫描，操作技师接受到曝光提示后，控制设备开始扫描。
步骤S4的具体过程参见附图5和附图6，具体如下：
当操作技师发出准备扫描命令时，扫描床开始进床（向z轴的负方向），同时，测距控制器接受到准备扫描的状态信息，发送开始工作的命令给测距装置，控制测距装置开始测量中间区域内物体（即患者）的距离，记录为b1，……，bm-1，bm等，当移动距离大于40cm时（本实施例中选择40cm的原因是，头顶到胸部通常距离为40cm），停止进床，测距控制器开始计算△b，△b=bm-b0，b0是已知值，可根据扫描床高度计算得出。
同时，测距控制器计算△H的值，△H=HISO-b0，HISO为ISO中心到机架孔径内表面（测距装置安装位置）的距离，等于机架孔径半径值，即是已知值，且固定不变；随后，测距控制器对△b和△H进行比较，若△b/2≠△H，则进行大小比较，测距控制器对运动控制单元发送命令，进行相应的升床或降床；若△b/2=△H时（允许有误差），表示患者Y轴的中心和ISO中心重合；此时，y轴方向摆位结束，Y轴摆位结束后，床高保持不变。
y轴方向摆位结束后，测距控制器给运动控制单元发信号，进行退床（向z轴正方向移动），同时，测距控制器控制测距装置开始测量边缘区域内物体的距离，记录为a1，……，ax，……，an-1，an；当|△a|=an-ax的值发生突变时，表示识别到了患者的身体形态（肩部位置），停止测距，同时，测距装置发出语音提示命令，提示用户将手臂伸举过头顶部，随后，测距控制器发出命令给人机交互软件，提示摆位完成，可以进行曝光扫描了。这里的突变大小与平躺时肩膀的落差相关，可以设置为大于5cm，例如，当发生7cm的突变时，认为检测到肩部。
由此，本实施例在不需要医护人员进入屏蔽室的前提下，实现了患者的智能摆位，并且通过测距实现识别，保证了摆位的准确性。通过使用该可智能摆位的CT系统，可以防止医患之间的交叉感染。
实施例二：
一种可智能摆位的CT系统，总体结构与实施例一类似。通过改变测距装置的安装位置，利用不同的组合方式实现测距定位。
参见附图，图9所示可以测试边缘区域的距离；图10所示可以测试中心区域的距离。图9和图10可结合使用。
图11所示测距装置从物体侧方测试距离，图12所示的测距位置中的测距装置从底部测距。
以图10所示的测距装置安装位置和图11所示的安装位置组合的形式为例作进一步具体说明。
图10中所示的安装位置的测距装置进行Y轴摆位，和实施例一中相同。在Y轴摆位结束后，测距控制器给运动控制单元发信号，进行退床（向z轴正方向移动），同时，测距控制器控制图11中的测距装置从人体侧面开始测量到物体侧面的距离，如图7所示，测试的距离记录为c1，c2，……，cx，……，cn-1，cn，，当|△c|=cn-cx的值发生突变时，表示识别到了患者的身体形态（肩部位置），停止测距，同时，测距装置发出语音提示命令，提示用户将手臂伸举过头顶部，随后，测距控制器发出命令给人机交互软件，提示摆位完成，可以进行曝光扫描了。这里的突变大小与人体的肩宽和头宽相关，可以设置未大于8cm，例如，当发生10cm的突变时，标识检测到肩部。由此，实现了智能摆位。

Claims (10)

1.一种可智能摆位的CT系统，包括CT成像系统和智能摆位系统，所述CT成像系统包括一环形机架和一个具有竖直运动系统和水平运动系统的扫描床以及一控制单元，其特征在于：所述智能摆位系统包括相对环形机架固定的测距装置、控制所述测距装置并与CT成像系统的控制单元进行信号传输的测距控制器，所述测距装置分别对位于扫描床中心区域和边缘区域的目标物体进行测距并产生距离信号。
2.根据权利要求1所述的可智能摆位的CT系统，其特征在于：以所述扫描床的长对称轴为z轴方向，水平面内与所述z轴垂直的方向为x轴方向，扫描床床面所在平面为XOZ平面，所述中心区域为XOZ平面中以z轴为中线，向x正方向和x负方向分别延伸第一距离所包含的区域，所述边缘区域是指XOZ平面中自第一距离所在位置继续向外延伸第二距离所包含的区域，所述第一距离为80mm至120mm，所述第二距离设置使边缘区域不超出扫描床床板侧缘。
3.根据权利要求1所述的可智能摆位的CT系统，其特征在于：所述测距装置位于所述环形机架的环形孔内，分别检测从机架上部至扫描床中心区域和边缘区域选定位置的距离。
4.根据权利要求3所述的可智能摆位的CT系统，其特征在于：设有一个或多个所述测距装置，其中，至少一个所述测距装置设置在扫描床的正上方或侧上方，竖直向下和/或以一定的倾角向下检测对应区域目标物体的距离；其它测距装置位于扫描床的周边任意方向，检测至扫描床设定区域目标物体的距离。
5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的可智能摆位的CT系统，其特征在于：所述测距装置为红外测距装置、超声波测距装置、激光测距装置中的一种。
6.根据权利要求1所述的可智能摆位的CT系统，其特征在于：在所述CT成像系统中设有由控制单元控制进行语音播放的语音播放单元。
7.一种用于CT系统的智能摆位方法，其特征在于：采用权利要求1至6中任一可智能摆位的CT系统实现，包括以下步骤：
(1) 患者平躺至扫描床后，操作技师在CT系统中加载扫描协议，控制扫描床开始进床；
(2) 智能摆位系统首先获取扫描床初始高度，然后通过控制单元控制扫描床进床至第一探测位置，通过测距装置获取中心区域物体的距离；
(3) 根据扫描床初始高度、中心区域物体的距离、环形机架检测中心至测距装置的距离，确定患者身体竖直方向中心与环形机架的检测中心的偏差，通过控制单元控制扫描床竖直运动，使患者身体竖直方向中心与环形机架的检测中心重合；
(4) 控制扫描床退床，测距装置对边缘区域进行测距并对距离进行监测，当距离出现突变时，确认检测到患者肩部位置，CT系统根据加载的协议及患者肩部位置控制扫描床运动到达协议部位设定的对应初始位置，完成智能摆位。
8.根据权利要求7所述用于CT系统的智能摆位方法，其特征在于：所述第一探测位置是指扫描床进床30cm～50cm的位置。
9.根据权利要求7所述用于CT系统的智能摆位方法，其特征在于：步骤(4)中，所述距离出现突变时指在扫描床移动距离不大于5cm的过程中，所测距离发生≥5cm的变化。
10.根据权利要求7所述用于CT系统的智能摆位方法，其特征在于：步骤(3)中扫描床进床时和步骤(4)扫描床退床时，测距装置进行连续多次测距，每两次测距之间的扫描床移动的距离不大于5cm。
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