CN111657981A - 产生虚拟患者模型的方法、患者模型产生装置和检查系统 - Google Patents

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Abstract

描述一种用于产生虚拟患者模型的方法。在所述方法中，从多个方向中和在患者(P)的多个姿态中获取所述患者(P)的图像数据(BD)。基于所获得的图像数据(BD)产生虚拟患者(ZW)。在借助于医用检查装置(31)进行所计划的检查时，使虚拟患者(ZW)匹配于所述患者(P)的身体姿势。也描述一种患者模型产生装置(20)。此外，描述一种医用检查系统(30)。

Description

产生虚拟患者模型的方法、患者模型产生装置和检查系统
技术领域
本发明涉及一种用于产生虚拟患者模型的方法。此外，本发明涉及一种患者模型产生装置。此外，本发明涉及一种医用检查系统。
背景技术
在借助于医用设备例如成像装置进行医学检查时，事先需要患者的数据，以便能够正确地执行检查过程。例如，为了准备用于成像的CT系统，必须获取用于确定拍摄参数、用于重量确定和所允许的剂量以及用于检测特定的待成像的器官区域的数据。获取所述数据是耗时的和人员密集的。
现今，在CT成像时常见的是，当患者已经在检查床上就位时，拍摄患者的概览图像，所述概览图像通常大多只有二维轮廓或仅从一个方向拍摄。因此，不可能精确地确定患者的身体尺寸。
发明内容
本发明的目的是，能够实现使借助于医用装置的检查过程更精确地和简化地匹配于患者的特定特性。
所述目的通过用于产生虚拟患者模型的方法、患者模型产生装置和医用检查系统解决。
在根据本发明的用于产生虚拟患者模型的方法中，从多个方向中和优选地也在患者的多个姿态中获取患者的图像数据。在此情况下，传感器数据应理解为图像数据，所述传感器数据能够实现对象的至少二维成像。图像数据于是尤其可以包括光学数据，但也可以包括太赫兹传感器数据、热图像数据、超声数据或其他可用于成像对象的传感器数据。基于所获得的图像数据产生虚拟患者。这种虚拟患者包括患者的数字3D模型，所述数字3D模型基于所获取的图像数据个体化。这种模型也描述为数字孪生、替身、虚拟孪生或虚拟患者模型。模型能够具有患者或患者的一部分的基于光学识别或一般传感器识别的网点式表面数据。该模型也能够包含患者体内的附加数据，例如关于器官、关节的位置和取向的信息或骨骼数据。最后，在借助于医用检查装置进行所计划的检查时使虚拟患者自动地匹配于患者的身体姿势。例如能够基于患者的新获得的、更新的图像数据进行虚拟患者的匹配。
例如，在此能够通过摄像机检测检查床上的患者位置并且将所述当前的、附加的信息用于调整数字孪生。医用检查装置例如能够包括医用成像装置、特别优选地X射线系统或MR系统。有利地，通过匹配过程实现患者模型的改进的精度。例如模型的轮廓和重量更确切地说对应于实际事实，但是也能够在产生数字孪生时一起考虑关于患者的身体的内部特性或患者的健康状态的信息。由于数字孪生的精度改进，能够准确呈现患者的定位以及系统参数的设定。由于准确地知晓患者轮廓，能够降低对于用于识别患者在检查床上的最终体位的医用检查装置的可能现存的摄像机的分辨率的要求。特别有利地，当患者处于例如针对横向拍摄或手臂弯曲的最终检查姿态中时，患者模型能够用于患者的当前体位的所匹配的替身计算。
根据本发明的患者模型产生装置具有获取单元，所述获取单元用于从多个方向和在患者的多个姿态中获取患者的图像数据。获取单元例如能够包括输入接口，所述输入接口从数据库或从图像拍摄单元例如摄像机接收图像数据。图像数据能够不仅事先用于模型产生而且用于以后使数字孪生或虚拟患者适配于患者的当前位置和体位或定向。根据本发明的患者模型产生装置的一部分也是模型产生单元，所述模型产生单元用于基于所获得的图像数据产生虚拟患者。根据本发明的患者模型产生装置也具有适配单元，所述适配单元用于在借助于医用检查装置进行所计划的检查时使虚拟患者匹配于患者的身体姿态。根据本发明的患者模型产生装置共享根据本发明的用于产生虚拟患者模型的方法的优点。
根据本发明的医用检查系统具有医用成像装置、由待检查的患者走到通向医用成像装置的路径上的区域、根据本发明的患者模型产生装置和多个图像拍摄单元，所述图像拍摄单元从不同的方向中朝向由待检查的患者要走进的区域。
要走进的区域例如能够包括更衣间，患者在进入医用成像装置之前必须进入所述更衣间，以便脱下衣服。要走进的区域例如能够包括要横穿的区域、例如至医用成像装置的通道路径。根据本发明的医用检查系统共享根据本发明的患者模型产生装置的优点。有利地，还能够近似在走过时从患者获取图像数据，而为此不产生对于患者附加的耗费。
根据本发明的患者模型产生装置的部分能够主要以软件组件的形式构成。这尤其涉及获取单元、模型产生单元和适配单元的部分。但是基本上，所述组件也能够部分地、尤其当其涉及特别快的计算时、以软件支持的硬件例如FPGA等的形式实现。同样地，例如当仅涉及从其他软件组件接收数据时，所需要的接口能够构成为软件接口。但是，所需要的接口也能够构成为通过合适的软件操控的以硬件方式构造的接口。
部分以软件方式的实现具有如下优点：在补充有用于记录患者的图像数据的硬件单元的情况下，以简单的方式通过软件更新就已能够改装目前在CT系统中使用的计算机系统，以便以根据本发明的方式工作。就此而言，所述目的也通过具有计算机程序的对应的计算机程序产品解决，所述计算机程序可以直接装载在这种计算机系统的存储装置中，所述计算机程序产品具有程序部段，以便当计算机程序在计算机系统中执行时，执行用于产生虚拟患者模型的方法的所有步骤。
除了计算机程序之外，这种计算机程序产品可以可选地包括附加的组成部分、例如文档和/或附加的组件，也包括硬件组件、例如用于使用软件的硬件密钥(软件狗等)，
计算机可读的介质，例如记忆棒、硬盘或其他可运输的或固定安装的数据载体能够用于运输至计算机系统的存储器装置和/或用于存储在计算机系统处，在所述计算机可读的介质上存储有计算机程序的可由计算机单元读入和执行的程序部段。为此，计算机单元例如能够具有一个或多个共同工作的微处理器等。
以下描述分别包含本发明的特别有利的构造方案和改进方案。在此，一种实施例类别的实施例尤其能够类似于另一种实施例类别的实施例改进。此外，在本发明的范畴内，不同实施例的不同特征也能够组合成新的实施例。
在根据本发明的用于产生虚拟患者模型的方法的一个特别优选的改进方案中，医用检查装置基于虚拟患者的参数数据自动地设定用于患者的图像拍摄。有利地，能够在医务人员不介入的情况下基于所适配的虚拟患者模型的数据对医用检查装置进行设定，使得检查的准备得以简化、更低人员密集度、得以加速并且成本变得更低廉。
在根据本发明的用于产生虚拟患者模型的方法的一个设计方案中，在患者靠近医用检查装置期间，从患者自动地获取图像数据。有利地，能够近似在走过时检测对于产生虚拟患者模型所需的数据，而对于患者不产生附加的时间耗费或附加的负担。也能够在患者更衣过程或另一所需的准备过程或预检查过程期间中进行数据获取，但其中患者丝毫不必考虑图像拍摄并且也不必施加合作表现。因此，改进对于患者的舒适性，此外不产生对于数据获取的附加的时间耗费，使得加速整个检查过程。
在根据本发明的用于产生虚拟患者模型的方法的一个特定的设计方案中，将以下技术装置中的至少一个技术装置用于获取图像数据：
-光学图像检测装置，
-基于太赫兹技术的图像检测装置，
-红外成像装置。
光学图像检测装置或红外成像装置例如能够包括摄像机。有利地，这种传感器数据具有高分辨率，以便也精确地确定患者的身材的细节。
在根据本发明的用于产生虚拟患者模型的方法的一个变型方案中，光学图像检测装置包括以下技术装置中的至少一个技术装置：
-2D摄像机，
-3D摄像机。
如果使用2D摄像机，则必须使用所述图像摄像机中的至少两个图像摄像机，以便能够从2D图像数据中产生三维虚拟患者模型。
优选地，通过应用至少两个不同类型的所述技术装置构成的组合来获取图像数据。有利地，能够借助于不同的技术从患者获取补充的信息。
例如，能够通过光学摄像机获取患者的外部身材。补充地，能够借助于热图像系统确定关于患者体内的信息。在此，例如能够确定身体区域的血液循环。太赫兹成像能够用来获取着装人员的体形。如果例如患者手臂弯曲并且尤其如果患者的部分被衣服、OP毛巾或筒管覆盖，则使用太赫兹成像或热摄像机使患者在检查床上的当前体位的替身模型的计算明显更简单。
在根据本发明的用于产生虚拟患者模型的方法的过程中，也能够基于事先已经存储的个体化的虚拟患者模型产生虚拟患者。在所述变型方案中，虚拟患者模型基于所获取的图像数据实时更新。有利地，能够使用已经存在的模型数据，使得能够进一步加速虚拟患者模型的产生。
此外，在根据本发明的用于产生虚拟患者模型的方法中，使获取图像数据和/或产生虚拟患者匹配于器官程序(Organprogramm)或特定过程。有利地，例如能够根据器官程序或所计划的检查规定虚拟患者的待检查的区域中的更高的分辨率。通过所述措施，能够进行对患者的检查的更精确的适配，并且尽管如此，数据处理耗费限制到所需的程度。
在根据本发明的用于产生虚拟患者模型的方法的一个变型方案中，根据所计划的特定过程自动地规定对获取图像数据使用的装置的位置和取向。例如，图像拍摄装置定位成，使得能够特别好地检测对于特定的检查程序重要的身体区域，从而能够细节特别丰富地检测所述区域。
在获取图像数据时，能够附加地检测医用检查装置的操作人员，并且也基于操作人员的图像数据对医用检查装置进行设定。例如能够将操作人员的图像数据用于确定身材或甚至用于确定人员的能力、职责或权限。有利地，使医用检查装置的自动化的设定因此能够匹配于操作人员的身材和能力，使得医用检查装置的操作对于所述人员而言变得容易。
附图说明
以下参照附图根据实施例再一次详细阐述本发明。附图示出：
图1示出流程图，所述流程图阐明了根据本发明的一个实施例的用于产生虚拟患者模型的方法，
图2示出根据本发明的一个实施例的患者模型产生装置的示意图，
图3示出根据本发明的一个实施例的医用检查系统的示意图。
具体实施方式
在图1中，示出流程图100，所述流程图阐明了根据本发明的一个实施例的用于产生数字孪生的方法。所述方法所基于的场景是如下场景：要借助于CT系统检查患者P。在此，要从特定的身体区域例如心脏创建图像拍摄，以便能够确定心脏的冠状血管的状态。
在步骤1.I中，患者进入更衣间，所述更衣间处于实际检查区域的前室中。患者在那里脱衣。在所述过程期间，已经从多个方向中和在不同的位置中以图像方式检测患者。在步骤1.II中使用在此产生的图像数据BD来产生患者的三维图像数据BD-3D。在步骤1.I中，也借助于太赫兹扫描仪检测关于患者的附加的信息。例如，能够借助于所述设备获得关于如下信息：患者P是否穿戴假体并且所述假体处于患者身体的哪个部位处。能够借助于热图像摄像机获得患者的其他信息。例如，借此能够确定患者的血液循环或患者身体中的炎症病灶。
为了在步骤1.II中获得3D图像数据，应用3D点云融合技术。点云是矢量空间的点的集合，该集合具有无组织的空间结构(“云”)。点云通过所包含的点描述，所述点分别通过其空间坐标检测。所述产生能够基本上经由扫描方法或摄影测量方法进行以及一般借助于通过系统如坐标测量机或进行扫描的3D扫描仪扫描对象表面来进行。示例性地，使用多个在房间中安置的3D摄像机，在所述摄像机中每个摄像机生成例如患者的点云。为了更高的精度(例如通过角度覆盖、前后侧)，将所述摄像机的点云彼此融合。
基于三维图像数据BD-3D，在步骤1.III中生成患者P的数字孪生ZW作为患者模型。在步骤1.IV中，现在由控制计算机34(参见图3)接收检查协议数据UP，所述控制计算机用于操控CT系统。所述检查协议数据UP例如包括关于患者在CT系统的检查床上的姿态和位置的信息。此外，检查协议数据UP也包括关于待检测的器官区域、拍摄参数和剂量确定的信息。所述信息在步骤1.V中用于使数字孪生ZW匹配于特定的检查情况。接着，使数字孪生ZW适配于在检查协议UP中规定的患者P的检查位置。例如将患者置于对应于检查协议UP的位置和取向。然后，在子步骤中在检查位置中借助于摄像机检测实际的患者体位/患者取向。检查协议的其余数据UP也用于使数字孪生ZW匹配于所计划的检查情况。也能够持续地通过摄像机检测患者的当前位置数据，并且因此可以探测患者的位置改变(运动等)。然后，所述改变同样传输给数字孪生，使得关于患者的位置、体位和状态的当前信息始终可供使用。
在步骤1.VI中，现在医用系统匹配于数字孪生ZW。例如，根据患者P的身材和身体素质选择X射线剂量。也使多个其他拍摄参数匹配于患者P的身材。此外，例如对于患者P穿戴假体的情况，采取用于抑制通过假体材料引起的伪影的措施。
在图2中，示意性地阐明了根据本发明的一个实施例的患者模型产生装置20。患者模型产生装置20包括作为获取单元的输入接口21，用于从多个图像摄像机33接收图像数据BD(参见图3)。接收到的图像数据BD传送给3D图像产生单元22，所述3D图像产生单元基于起初仅二维的图像数据BD产生三维图像数据BD-3D。三维图像数据BD-3D传送给模型产生单元23，所述模型产生单元配置为，基于所获得的图像数据BD产生虚拟患者ZW。虚拟孪生ZW的数据传送给适配单元24。适配单元24经由至CT系统31的接口24a(参见图3)从CT系统的操控装置接收检查协议数据UP。检查协议数据UP被使用来在借助于医用检查装置(在所述具体的实施例中为CT系统)进行所计划的检查时使数字孪生ZW的身体姿势以及其他参数匹配于患者P的身体姿势。附加地也能够将摄像机的显示患者的实际体位的图像数据用于使数字孪生ZW的身体姿势匹配于实际情况。例如，患者的位置和体位可能偏离于根据协议的位置，这通过附加的图像信息补偿。
涉及所适配的数字孪生ZW-AD的数据经由输出接口25输出。例如，所适配的数字孪生ZW-AD传送给CT系统的控制计算机，所述控制计算机也存储成像协议。接着，在控制计算机中存在的成像协议或患者检查协议UP匹配于所适配的数字孪生ZW-AD。
在图3中，阐明了根据本发明的一个实施例的医用检查系统30的示意图。医用检查系统30处于如下房间中，所述房间可以经由处于图形视图的左边缘处的门T走进。检查系统30包括成像装置、在所述具体的实施例中为CT系统31，连带检查床31a。检查系统30的部分也是由患者P可横穿的区域32，患者P在走进检查室之后横穿所述区域。在可横穿的区域32的边缘处，定位有摄像机33，所述摄像机从不同的方向中以图像方式检测所述区域32。如果患者P横穿所述区域32，则从不同的方向中从所述患者自动地检测图像数据BD。图像数据BD传送给患者模型产生装置20，所述患者模型产生装置以在此情况下借助于图1和图2描述的方式产生患者P的所适配的数字孪生ZW-AD。所适配的数字孪生ZW-AD传送给控制计算机34，所述控制计算机基于所适配的数字孪生调整检查协议UP并且借助于CT系统来控制成像。患者P在开始检查之前在CT系统31的检查31a上就位。除了通过检查协议规定的患者P在检查床31a上的位置之外，如果期望信息对于精确检测过于不精确，则能够通过附加的摄像机(未示出)确定实际位置。然后，基于这样检测到的、可能与根据协议的位置略微偏差的实际位置，涉及数字孪生的数据ZW-AD能够匹配于患者P在检查床31a上的对于后续检查特定的位置。
最后，再一次指出，前述方法和设备仅仅涉及本发明的优选的实施例，并且本领域技术人员能够改变本发明，而不离开本发明的范围，只要所述范围通过权利要求规定。出于完整性原因也指出，不定冠词“一”或“一个”的使用不排除所涉及的特征也能够多重地存在。同样地，术语“单元”不排除所述单元由多个部件构成，所述部件必要时也能够空间分布的。

Claims (15)

1.一种用于产生虚拟患者模型的方法，所述方法具有如下步骤：
-从多个方向中获取所述患者(P)的图像数据(BD)，
-基于所获得的图像数据(BD)产生虚拟患者(ZW)，
-在借助于医用检查装置(31)进行所计划的检查时，使所述虚拟患者(ZW)匹配于所述患者(P)的身体姿势。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述患者(P)的多个姿态中进行所述患者的图像数据(BD)的获取。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，基于所述虚拟患者(ZW)的参数数据自动地设定所述医用检查装置(31)以对所述患者(P)成像。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述患者(P)靠近所述医用检查装置(31)期间，自动地获取所述患者(P)的图像数据(BD)。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，为了获取所述图像数据(BD)使用如下技术装置中的至少一种技术装置：
-光学图像检测装置(33)，
-基于太赫兹技术的图像检测装置，
-红外成像装置。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述光学图像检测装置包括如下技术装置中的至少一种技术装置：
-2D摄像机，
-3D摄像机。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其中，通过应用至少两个不同类型的所述技术装置的组合来进行所述图像数据(BD)的获取。
8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述虚拟患者(ZW)基于事先已经存储的个体化的虚拟患者模型产生，并且基于所获取的图像数据(BD)实时更新。
9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，使所述图像数据(BD)的获取和/或虚拟患者(ZW)的产生匹配于器官程序或特定过程。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，根据所计划的特定过程自动地规定为获取所述图像数据(BD)而使用的装置的位置和取向。
11.根据上述权利要求3至10中任一项所述的方法，其中，在获取所述图像数据(BD)时附加地检测所述医用检查装置(31)的操作人员，并且也基于所述操作人员的图像数据(BD)进行所述医用检查装置的设定。
12.一种患者模型产生装置(20)，其具有：
-获取单元(21)，所述获取单元用于从多个方向中和在患者(P)的多个姿态中获取所述患者(P)的图像数据(BD)，
-模型产生单元(23)，所述模型产生单元用于基于所获得的图像数据(BD)产生虚拟患者(ZW)，
-适配单元(24)，所述适配单元用于在借助于医用检查装置(31)进行所计划的检查时使所述虚拟患者(ZW)匹配于所述患者(P)的身体姿势。
13.一种医用检查系统(30)，其具有：
-医学技术检查装置(31)，
-由待检查的患者(P)要走上通向所述医用检查装置(31)的路径上的区域(32)，
-根据权利要求12所述的患者模型产生装置(20)，
-多个图像拍摄单元(33)，所述图像拍摄单元从不同的方向中朝向由所述待检查的患者(P)要走进的区域(32)。
14.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品具有计算机程序，所述计算机程序能够直接装载到医用检查系统(30)的存储单元中，所述计算机程序产品具有程序部段，以便当所述计算机程序在所述医用检查系统(30)中运行时执行根据权利要求1至11中任一项所述的方法的所有步骤。
15.一种计算机可读的介质，在所述计算机可读的介质上存储有由计算机单元可执行的程序部段，以便当所述程序部段由所述计算机单元执行时，执行根据权利要求1至11中任一项所述的方法的所有步骤。
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