CN112386270A - 一种无人化智能拍片系统及拍片方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人化智能拍片系统及拍片方法，拍片系统包括的射线源、摄像头组件、束光器和控制平台，摄像头组件用于获取待拍片的目标及其周边环境的图像信息，束光器用于调节射线的射野以及切换射线的滤过，控制平台与摄像头组件和束光器均电连接，控制平台设有处理运算模块和与辅助模块，处理运算模块能够根据摄像头组件获取的图像信息得到摄像头组件和束光器的运行参数，以及目标当前位置与预设测试位置的位置关系，辅助模块能够根据位置关系引导目标移动至预设测试位置并引导目标摆出符合拍摄要求的姿势，控制平台能够根据运行参数控制射线源、摄像头组件和束光器的工作参数。本发明提供的拍片系统及拍片方法能够自动识别患者当前姿态并指引其正确摆位。

Description

一种无人化智能拍片系统及拍片方法

技术领域

本发明涉及医疗影像设备领域，尤其涉及一种无人化智能拍片系统及拍片方法。

背景技术

经过数十年的不断发展，数字化X射线摄影系统已经成为目前影像科检查首选的设备。随着人们对医疗条件和X射线辐射剂量等各方面的关注和期望越来越高，对医疗设备本身以及拍摄过程的要求也越来越高。对于DR来说，整个拍片过程，包括指导患者正确摆位、调整束光器以对准曝光区域、设置管电流、管电压等曝光参数，仍然完全依赖于拍摄技师的经验判断。而由于人体拍摄体位繁多，且体型大小各异，以致无法做到精准、稳定、可重复。

目前在DR摄影应用中，一个典型的拍片流程包括：

1)医生根据诊断需求开具检查单，拍摄技师根据拍摄部位要求,调整球管和平板探测器之间的距离；

2)拍摄技师指导患者摆出正确的拍片姿势；

3)拍摄技师调整束光器开口，使得X射线照射区域刚好覆盖被拍摄部位；

4)拍摄技师根据拍摄部位、患者体型等因素，设定kV、mAs等曝光参数；

5)拍摄技师按下手闸进行曝光；

6)拍摄技师判断成像质量，如果效果不好(过曝或欠曝)，则需要重拍；

7)医生根据X光片给出诊断结论。

由上述流程可以看出，技师在整个拍片过程中起到了非常重要的作用，其经验的多寡直接决定了参数选择的准确性，并进而影响患者受到的辐射剂量和成像质量。其中，最重要的两个步骤分别是患者摆位和曝光剂量控制。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种无人化智能拍片系统及拍片方法，所述技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种无人化智能拍片系统，包括

射线源，所述射线源用于射出射线；

摄像头组件，所述摄像头组件用于获取待拍片的目标及其周边环境的图像信息；

束光器，所述束光器用于调节射线的射野以及切换射线的滤过；

控制平台，所述控制平台与所述摄像头组件和所述束光器均电连接，所述控制平台设有处理运算模块和与辅助模块，所述处理运算模块能够根据所述摄像头组件获取的图像信息得到所述摄像头组件和所述束光器的运行参数，以及目标当前位置与预设测试位置的位置关系，所述辅助模块能够根据所述位置关系引导所述目标移动至预设测试位置，所述控制平台能够根据所述运行参数控制所述射线源、摄像头组件和所述束光器的工作参数。

进一步地，所述辅助模块包括用于语音引导待拍片的目标移动的扬声器和/或用于图文引导待拍片的目标移动的显示屏。

进一步地，摄像头组件包括第一RGB摄像头，所述第一RGB摄像头为变焦RGB摄像头。

进一步地，摄像头组件包括第一RGB摄像头和第二RGB摄像头，所述第二RGB摄像头为广角RGB摄像头。

进一步地，摄像头组件包括第一RGB摄像头和第三RGB摄像头，所述第三RGB摄像头为长焦RGB摄像头。

进一步地，摄像头组件还包括深度摄像头，所述深度摄像头用于获取待拍片的目标及其周边环境的深度信息。

进一步地，所述深度摄像头为ToF摄像头或结构光摄像头。

进一步地，所述摄像头组件和所述控制平台均设置在所述束光器上。

进一步地，所述控制平台还设有与外部设备通信的接口。

另一方面，本发明提供了一种无人化智能拍片方法，包括以下步骤：

S1、通过一个或多个摄像头获取待拍片的目标及其周边环境的图像信息；

S2、通过处理运算模块处理所述摄像头获取的图像信息，以得到目标当前位置与预设测试位置的位置关系，以及控制所述摄像头所需的运行参数；

S3、若所述位置关系超出预设阈值范围，控制平台根据S2步骤中的运行参数调整所述摄像头，辅助模块根据所述位置关系引导所述目标移动至预设测试位置，执行S1-S3，否则，执行S4-S5；

S4、通过处理运算模块处理当前所述摄像头获取的图像信息，以得到束光器和X射线源的运行参数；

S5、所述控制平台根据S4步骤中的运行参数控制所述束光器和所述X射线源对待拍片的目标进行放射。

本发明提供的技术方案带来的有益效果如下：

a.根据医生指定的拍摄部位，自动识别患者当前姿态并指引其正确摆位；

b.自动调整束光器的开口使得X射线照射区域刚好覆盖拍摄部位、配合AEC技术自动控制曝光剂量，从而大幅提高拍片效率、有效降低不必要的辐射剂量；

c.减少不必要的医患接触。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的无人化智能拍片系统框架示意图；

图2是本发明实施例提供的无人化智能拍片系统不同摄像头拍摄范围示意图；

图3是本发明实施例提供的无人化智能拍片系统辅助摆位成功示意图；

图4是本发明实施例提供的无人化智能拍片系统辅助摆位引导示意图。

其中，附图标记如下：1-摄像头组件，2-束光器，3-控制平台，11-第一RGB摄像头，12-深度摄像头，13-第二RGB摄像头。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

在本发明的一个实施例中，提供了一种无人化智能拍片系统，如图1所示，包括射线源、摄像头组件1、束光器2和控制平台3，所述射线源用于射出射线；所述摄像头组件1用于获取待拍片的目标及其周边环境的图像信息，所述束光器2用于调节射线的射野以及切换射线的滤过，所述束光器设置在所述X射线源输出端的前方，所述束光器2为智能束光器，所述束光器2还提供用于安装所述摄像头组件1和所述控制平台3的安装结构。

所述控制平台3与所述摄像头组件1和所述束光器2均电连接，所述控制平台3设有处理运算模块和与辅助模块，所述处理运算模块能够根据所述摄像头组件1获取的图像信息得到所述摄像头组件1和所述束光器2的运行参数，以及目标当前位置与预设测试位置的位置关系，所述辅助模块能够根据所述位置关系引导所述目标移动至预设测试位置，需要说明的是移动至预设测试位置还包括引导目标摆出符合拍摄要求的姿势，所述辅助模块包括用于语音引导待拍片的目标移动的扬声器和/或用于图文引导待拍片的目标移动的显示屏，所述控制平台3能够根据所述运行参数控制所述射线源、摄像头组件1和所述束光器2的工作参数，所述控制平台3还设有控制输入模块与外部设备通信的接口，控制输入模块能够用于医生输入患者需要放射的区域，可用显示触摸屏的方式进行输入，外部设备通信的接口便于信息输出以及外部设备的直接控制，所述控制平台3具有控制其他部件及进行处理运算模块的高强度运算，并提供与外部设备进行网络通信的能力。

其中，所述处理运算模块利用获取到的RGB图像和深度信息，利用传统图像处理算法和神经网络算法，实现对被拍摄物的轮廓/剪影提取、2D/3D关键点提取、摆位姿态的判定、通过辅助模块摆位引导、曝光区域计算以及确定AEC(自动曝光控制技术)的感兴趣区等功能，是整个系统的智能大脑。

在本发明的一个实施例中，所述摄像头组件1有以下几种组成方案：

(1)所述摄像头组件1包括第一RGB摄像头11，第一RGB摄像头11为普通RGB摄像头，可用于一般距离上获取被拍摄物及其周边环境的图像信息，该方案适用于摄像头与被拍摄物之间的距离适中且变化不大的应用场景，可提供基本的摆位辅助和自动曝光控制辅助功能；

(2)所述摄像头组件1包括第一RGB摄像头11，所述第一RGB摄像头11为变焦RGB摄像头，可以调节焦距，以代替多个不同焦距的摄像头，该方案结构紧凑，可同时满足近、中、远距离的图像获取需求，可提供基本的摆位辅助和自动曝光控制辅助功能；

(3)所述摄像头组件1包括第一RGB摄像头11和第二RGB摄像头13，第一RGB摄像头11为普通RGB摄像头，可用于一般距离上获取被拍摄物及其周边环境的图像信息，所述第二RGB摄像头13为广角RGB摄像头，可用于在摄像头距离被拍摄物太近时获取被拍摄物整体及其周边环境的图像信息，该方案适用于摄像头与被拍摄物之间的距离较近至适中的应用场景，能够覆盖大部分拍片场景，可提供基本的摆位辅助和自动曝光控制辅助功能；

(4)所述摄像头组件1包括第一RGB摄像头11和第三RGB摄像头，第一RGB摄像头11为普通RGB摄像头，可用于一般距离上获取被拍摄物及其周边环境的图像信息，所述第三RGB摄像头为长焦RGB摄像头，可用于在摄像头距离被拍摄物较远或被拍摄部位较小时获取拍摄部位的高分辨率图像信息，该方案适用于摄像头与被拍摄物之间的距离适中至较远的应用场景，能够针对较小的拍摄部位提供局部的高分辨率图像，可提供基本的摆位辅助和自动曝光控制辅助功能；

(5)所述摄像头组件1包括第一RGB摄像头11、第二RGB摄像头13、第三RGB摄像头和深度摄像头12，第一RGB摄像头11为普通RGB摄像头，所述第二RGB摄像头13为广角RGB摄像头，所述第三RGB摄像头为长焦RGB摄像头，所述深度摄像头12为ToF摄像头或结构光摄像头，所述深度摄像头12用于获取待拍片的目标及其周边环境的深度信息，该方案提供最完整和精确的结果，适用于绝大多数DR拍片的应用场景。需要说明的是所述摄像头组件1的组成方案包括但不限于上述，深度摄像头12还可与上述方案自由组合。

在本发明的一个实施例中，所述摄像头组件1包括第一RGB摄像头11、第二RGB摄像头13和深度摄像头12，第一RGB摄像头11为普通RGB摄像头，所述第二RGB摄像头13为广角RGB摄像头，所述深度摄像头12为ToF摄像头，用于获取待拍片的目标及其周边环境的深度信息，ToF摄像头可以获取被拍摄物及其周边环境的三维立体信息，能够帮助系统更精确地感知被拍摄者的摆位情况，本实施例所选用的摄像头及其在不同距离时的视野情况如图2所示，第一RGB摄像头11、第二RGB摄像头13和深度摄像头12的最大拍摄角度分别为63°、80°和100°，在距离摄像头组件前方0.8m处，第二RGB摄像头13拍摄范围最广，在距离摄像头组件前方1.8m处，第二RGB摄像头13拍摄范围还是最广，由于范围较大未图示画出，第一RGB摄像头11拍摄范围最小，因而当需要拍摄时，第二RGB摄像头13能够最先捕捉到待拍片的目标，然后所述拍片系统便启动深度摄像头12和第一RGB摄像头11，以进行下一步的精准拍摄定位。在本实施例中，控制平台为嵌入式高性能计算平台，包括CPU(中央处理单元)、MCU(微控制器单元)、通用并行计算单元以及网络通信接口，其满足体积小、功耗低、硬件接口丰富、计算能力强大等特点，优选采用英伟达公司出品的Jetson Nano芯片。处理运算模块由多个部分组成，主要有：1)基础单元，包括图像采集、摄像头校准、不同摄像头的数据流同步和映射、摆位要求定义；2)中间层，利用传统图像处理方法和神经网络方法，实现对被拍摄物剪影、关键点的提取，参见图3，比如人体骨骼点作为关键点来定位预设的放射区域；3)应用层，基于拍片、摆位要求和提取到的信息，确定曝光区域，指导摆位，并进而实现控制束光器调节、计算AEC感兴趣区等功能，如图4所示；4)自动进化、升级模块，将视频流进行整理、上传到云空间，神经网络在线训练升级，再将升级文件下发到终端设备。无人化智能拍片系统还包括平板探测器，平板探测器可与上述控制平台3通信连接，被拍摄的目标根据辅助模块的引导移动至束光器2和平板探测器之间规定的区域，以实现智能拍片。

在本发明的一个实施例中，提供了一种无人化智能拍片方法，包括以下步骤：

S1、通过一个或多个摄像头获取待拍片的目标及其周边环境的图像信息；

S2、通过处理运算模块处理所述摄像头获取的图像信息，以得到目标当前位置与预设测试位置的位置关系，以及控制所述摄像头所需的运行参数；

S3、若所述位置关系超出预设阈值范围，控制平台根据S2步骤中的运行参数调整所述摄像头，辅助模块根据所述位置关系引导所述目标移动至预设测试位置，执行S1-S3，否则，执行S4-S5；

S4、通过处理运算模块处理当前所述摄像头获取的图像信息，以得到束光器和X射线源的运行参数；

S5、所述控制平台根据S4步骤中的运行参数控制所述束光器和所述X射线源对待拍片的目标进行放射。

本发明提供的无人化智能拍片系统及拍片方法解决了目前拍片关键参数完全由拍摄技师决定导致的准确性、稳定性和效率较低的问题，实现了根据医生指定的拍摄部位，自动识别患者当前姿态并指引其正确摆位、自动调整束光器的开口使得X射线照射区域刚好覆盖拍摄部位、配合AEC技术自动控制曝光剂量，从而大幅提高拍片效率、有效降低不必要的辐射剂量，并且可以减少不必要的医患接触，推动医疗影像设备在无人化、智能化的方向上再进一步。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无人化智能拍片系统，其特征在于，包括

射线源，所述射线源用于射出射线；

摄像头组件(1)，所述摄像头组件(1)用于获取待拍片的目标及其周边环境的图像信息；

束光器(2)，所述束光器(2)用于调节射线的射野以及切换射线的滤过；

控制平台(3)，所述控制平台(3)与所述摄像头组件(1)和所述束光器(2)均电连接，所述控制平台(3)设有处理运算模块和与辅助模块，所述处理运算模块能够根据所述摄像头组件(1)获取的图像信息得到所述摄像头组件(1)和所述束光器(2)的运行参数，以及目标当前位置与预设测试位置的位置关系，所述辅助模块能够根据所述位置关系引导所述目标移动至预设测试位置，所述控制平台(3)能够根据所述运行参数控制所述射线源、摄像头组件(1)和所述束光器(2)的工作参数。

2.根据权利要求1所述的无人化智能拍片系统，其特征在于，所述辅助模块包括用于语音引导待拍片的目标移动的扬声器和/或用于图文引导待拍片的目标移动的显示屏。

3.根据权利要求1所述的无人化智能拍片系统，其特征在于，所述摄像头组件(1)包括第一RGB摄像头(11)，所述第一RGB摄像头(11)为变焦RGB摄像头。

4.根据权利要求1所述的无人化智能拍片系统，其特征在于，所述摄像头组件(1)包括第一RGB摄像头(11)和第二RGB摄像头(13)，所述第二RGB摄像头(13)为广角RGB摄像头。

5.根据权利要求1所述的无人化智能拍片系统，其特征在于，所述摄像头组件(1)包括第一RGB摄像头(11)和第三RGB摄像头，所述第三RGB摄像头为长焦RGB摄像头。

6.根据权利要求3-5任一项所述的无人化智能拍片系统，其特征在于，所述摄像头组件(1)还包括深度摄像头(12)，所述深度摄像头(12)用于获取待拍片的目标及其周边环境的深度信息。

7.根据权利要求6所述的无人化智能拍片系统，其特征在于，所述深度摄像头(12)为ToF摄像头或结构光摄像头。

8.根据权利要求1所述的无人化智能拍片系统，其特征在于，所述摄像头组件(1)和所述控制平台(3)均设置在所述束光器(2)上。

9.根据权利要求1所述的无人化智能拍片系统，其特征在于，所述控制平台(3)还设有与外部设备通信的接口。

10.一种无人化智能拍片方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、通过一个或多个摄像头获取待拍片的目标及其周边环境的图像信息；

S2、通过处理运算模块处理所述摄像头获取的图像信息，以得到目标当前位置与预设测试位置的位置关系，以及控制所述摄像头所需的运行参数；

S3、若所述位置关系超出预设阈值范围，控制平台根据S2步骤中的运行参数调整所述摄像头，辅助模块根据所述位置关系引导所述目标移动至预设测试位置，执行S1-S3，否则，执行S4-S5；

S4、通过处理运算模块处理当前所述摄像头获取的图像信息，以得到束光器和X射线源的运行参数；

S5、所述控制平台根据S4步骤中的运行参数控制所述束光器和所述X射线源对待拍片的目标进行放射。

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