CN112912006A - 确定医学成像系统配置的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本文件涉及确定医学成像系统的配置，特别是定义医学成像系统到患者身上的期望视角方向的配置。首先，使用医学成像系统捕获患者的至少一部分的荧光透视图像，并且在荧光透视图像中设定目标中心束。然后，确定空间目标线，该空间目标线当投影到荧光透视图像中时与设定的目标中心束重合。然后，确定医学成像系统的配置，使得医学成像系统的中心束与空间目标线重合。

Description

确定医学成像系统配置的方法及系统

技术领域

本发明涉及一种用于确定医学成像系统的配置的方法、相应的计算机程序、存储这种程序的程序存储介质和用于执行该程序的计算机以及包括上述计算机的医疗系统。

背景技术

医学成像系统通常包括发射锥形X射线束的X射线源，能够可选地使用准直器对该X射线束进行成形。医学成像系统通常还包括二维X射线检测器，用于在X射线束穿过患者后对其进行检测。利用这种医学成像系统，可以捕获二维荧光透视图像。然而，医学成像系统也可包括发射扇形X射线束的X射线源以及与该扇形X射线束相对应的线性X射线检测器。这种成像系统捕获一维X射线图像，但可以通过使医学成像系统相对于患者移动并组合多个一维X射线图像来获得二维荧光透视图像。X射线束的中心又称为医学成像系统的中心束。

X射线源和X射线检测器安装在医学成像系统的机架上，其中X射线源和X射线检测器可以相对于机架或其一部分移动。X射线源和X射线检测器可以布置为共同地相对于机架(或其一部分)移动，或者它们可以单独地相对于机架(或其一部分)移动。机架可以包括基座和可移动部件，其中X射线源和X射线检测器布置在可移动部件上。可移动部分能够例如可相对于基座、例如绕一个或多个轴线倾斜。在一种实施方案中，这些轴线相互垂直。

医学成像系统进一步包括至少一个在X射线源前面的X射线源准直器，用于对X射线源的射束进行成形。医学成像系统可以进一步包括在X射线检测器前面的X射线检测器准直器，用于对所检测的X射线进行空间滤波。准直器的几何形状可调节，使得可以修改X射线束的形状和/或尺寸或空间滤波的结构。通过准直器的设置来描述准直器的几何形状。这些设置可特别是描述准直器内元件的位置。

由X射线源发射的X射线束具有中心轴，该中心轴称为医学成像系统的原生中心束。由X射线源准直器进行成形之后的X射线束也具有中心轴，该中心轴称为(医学成像系统的)中心束。它表示使用医学成像系统捕获的图像的中心。根据准直器的设置，中心束的方向可能不同于原生中心束的方向。

医学成像系统的配置包括X射线源的位置、X射线检测器的位置和X射线源准直器的设置。在医学成像系统的参考系中定义X射线源和X射线检测器的位置。如果机架的基座固定，则参考系可以是基座的参考系。如果机架的基座可移动，则参考系可以是全局参考系，诸如分配给使用医学成像系统的房间的参考系。然而，它可以是任何其他合适的参考系，诸如基于地面的参考系或医疗导航系统的参考系。

在本文件中，以至多三个定义位置的平移维度和/或至多三个定义空间准直的旋转维度定义定位。

例如，本发明可用于改善工作流程，例如与诸如Brainlab AG的产品

的医学成像系统或任何其他合适的成像系统相结合。

下文公开了本发明的各个方面、实例和示例性步骤及其实施例。只要技术上适宜且可行，本发明的不同示例性特征可根据本发明相组合。

发明内容

在下文中，给出对本发明具体特征的简要描述，其不应理解为将本发明仅限于本部分中描述的特征或特征组合。

本文件涉及确定医学成像系统的配置，特别是定义医学成像系统到患者身上的期望视角方向的配置。首先，使用医学成像系统捕获患者的至少一部分的荧光透视图像，并且在荧光透视图像中设定目标中心束。然后，确定空间目标线，该空间目标线当投影到荧光透视图像中时与设定的目标中心束重合。然后，确定医学成像系统的配置，使得医学成像系统的中心束与空间目标线重合。

在本部分中，例如通过参照本发明的可行实施例给出对本发明的一般特征的描述。

总体上，本发明用以达成上述目的的解决方案为，在第一方面提供一种确定医学成像系统的配置的方法，该医学成像系统包括安装在机架上的X射线源和X射线检测器以及用于对X射线源的射束进行成形的X射线源准直器，该医学成像系统的配置包括X射线源的位置、X射线检测器的位置和X射线源准直器的设置。

该方法的第一步骤是利用医学成像系统的已知配置来捕获患者的至少一部分的荧光透视图像。由医学成像系统捕获荧光透视图像。医学成像系统的配置为已知是指荧光透视图像在医学成像系统的参考系中的视角方向为已知。

第二步骤是在荧光透视图像中设定医学成像系统的目标中心束。目标中心束定义使用医学成像系统捕获的后续图像的期望视角方向，其中，待确定的医学成像系统的配置将会用于捕获后续图像。目标中心束是直线。

第三步骤是根据目标中心束和医学成像系统的已知配置来确定空间目标线。

第四步骤是确定医学成像系统的配置，使得医学成像系统的中心束与空间目标线重合。如上所述，医学成像系统的配置包括X射线源和X射线检测器的位置以及X射线源准直器的设置。例如，医学成像系统的模型可用于针对X射线源的位置、X射线检测器的位置和X射线源准直器的特定设置的不同集合来确定医学成像系统的模拟中心束。例如，可以使用合适优化算法的蛮力(brute force)算法来找到医学成像系统的中心束与空间目标线重合的配置。

在一实施例中，空间目标线位于空间目标平面中，该空间目标平面由在荧光透视图像中设定的目标中心束的位置来定义。当捕获荧光透视图像时，由于医学成像系统的已知配置，荧光透视图像在医学成像系统的参考系中的视角方向为已知，因此在此步骤中设定的目标中心束定义了医学成像系统的参考系中的目标平面。空间目标线位于该平面中。

此时已知空间目标线所在的目标平面，还缺少明确定义目标线的两个参数：定义目标线在平面中取向的旋转参数，以及定义目标线在平面中位置的平移参数。下面将描述确定这两个参数的几种方法。

在确定目标线在空间中的旋转参数的实施例中，空间目标线与参考线之间的角度在预定角度范围内，该参考线垂直于荧光透视图像的图像平面并位于投影平面中。在一实例中，角度范围为80度至100度，例如90度。

本实施例假设医学成像系统的期望中心束具有相对于荧光透视图像的视角方向的特定取向。例如，如果荧光透视图像的视角方向是患者的横向方向，并且用于捕获后续图像的医学成像系统的中心束方向应当基本上是患者的前后方向，则是这种情况。

在一替选实施例中，该方法涉及以下步骤：例如通过用户输入，确定待执行的医疗工作流程，根据该工作流程确定荧光透视图像的视角方向和医学成像系统的中心束的期望方向，在医疗工作流程的后续步骤中，将使用医学成像系统拍摄患者的另一个图像。然后，可以根据该信息计算旋转参数。

在另一替选方案中，一种方法涉及接收定义旋转参数的用户输入。

确定空间目标线的平移参数的实施例包括以下步骤：在垂直于荧光透视图像的图像平面的方向上输入空间目标线的深度位置。例如可以由用户输入深度位置。空间目标线的深度位置例如定义了在垂直于荧光透视图像的图像平面的方向上的位置，并因此定义了空间目标线的平移参数。

在一替选实施例中，如上关于旋转参数所述，以类似的方式根据医学工作流程确定平移参数。

在另一替选实施例中，根据医学成像系统的尺寸自动确定平移参数。例如，设定平移参数，使得当在X射线源与X射线检测器之间的中间位置捕获荧光透视图像时，空间目标线与医学成像系统的中心束相交。例如，如果患者定位于医学成像系统的中央区域中，则该替选方案是合适的通用方法。

如果自动生成旋转参数和/或平移参数的建议，则将该建议呈现给用户，并且接收用于确认建议和/或修改建议的用户输入。

在一实施例中，该方法进一步包括以下步骤：选择要在荧光透视图像中成像的患者区域，并根据所选择的区域来确定X射线源准直器的设置。在本实施例中，选择X射线束的尺寸和/或形状，使得通过X射线束拍摄待成像区域的射线照片。所需的X射线束的尺寸和/或形状通过待成像区域的尺寸和位置以及医学成像系统的几何属性、特别是X射线源与X射线检测器之间的距离来定义。

在一实施例中，该方法进一步包括以下步骤：选择要在荧光透视图像中成像的患者区域。在本实施例中，确定医学成像系统的配置包括以下步骤：确定X射线源准直器是否可调节，使得医学成像系统的中心束与空间目标线重合，并使得由X射线源准直器成形的X射线束覆盖待成像区域，同时保持X射线源和X射线探测器的当前位置。换而言之，确定是否仅通过调节准直器或者是否需要移动X射线源和X射线检测器中的至少一个，可以获得期望的中心束。

如果准直器能够以这种方式调节，则该方法涉及调节X射线源准直器的设置，使得医学成像系统的中心束与空间目标线重合，并使得由X射线源准直器成形的X射线束覆盖待成像区域。如果X射线源准直器不能以这种方式调节，则该方法涉及调节X射线源和X射线检测器的位置，使得医学成像系统的原生中心束与空间目标线重合，并且确定X射线源准直器的设置，使得由X射线源准直器成形的X射线束覆盖待成像区域。

在本实施例中，如果仅通过调节X射线源准直器就能获得医学成像系统的期望的中心束，则避免了X射线源和/或X射线检测器的物理运动。这样避免了重新定位X射线源和/或X射线检测器时可能出现的任何误差。

在本实施例的一种实施方案中，确定X射线源准直器是否可调节，使得医学成像系统的中心束与空间目标线重合，并使得由X射线源准直器成形的X射线束覆盖待成像区域，同时保持X射线源和X射线探测器的当前位置，涉及以下步骤：计算对所选择的待成像区域进行成像所需的射束形状，并且使用X射线源和X射线源准直器的模型来确定它们是否能够形成所需射束形状的X射线束。

在一实施例中，在荧光透视图像中设定医学成像系统的目标中心束涉及以下步骤：自动生成建议的目标中心束，将建议的目标中心束叠加到荧光透视图像上，获得关于建议的目标中心束的用户输入，以及根据用户输入修改建议的目标中心束或批准建议的目标中心束。

自动生成建议的目标中心束可以例如是基于关于正执行的医疗工作流程的信息。在后续的工作流程步骤中，关于要使用医学成像系统捕获的图像的期望视角方向的信息可用于建议目标中心束。

建议的目标中心束也可以是基于特征检测。在荧光透视图像中识别特定特征，并且相对于所检测的特征放置目标中心束。一个特征可能是骨骼结构的一部分，例如椎骨端板。在本实例中，将目标中心束设定为平行于椎骨端板。另一个特征可能是荧光透视图像中显示的工具，诸如接骨螺钉。在此情况下，建议可能是目标中心束位于螺钉的轴线上。

应当指出，使用或应用工具并非本发明要求保护的方法的一部分。该方法仅涉及利用荧光透视图像中显示的工具提出关于目标中心束建议。

荧光透视图像中存在许多其他的特征实例，可用于提出关于目标中心束建议。这些特征可能涉及椎弓根、任何其他解剖对象或植入物。该建议还可能是基于应接受尽量最少X射线能的风险区域。可以提出关于目标中心束的建议，从而避开那些危险区域。

自动生成建议的目标中心束的替选方法是接收手动用户输入，例如通过在荧光透视图像中画线，例如使用鼠标、触摸板、触摸屏或任何其他合适的输入装置。

在一实施例中，确定医学成像系统的配置，使得医学成像系统的中心束与空间目标线重合，涉及以下步骤：获取医学成像系统的自动模型，该自动模型包括X射线源和X射线检测器相对于机架的全部自由度；根据空间目标线和X射线源准直器的设置来确定X射线源和X射线探测器在空间中的目标位置；以及根据X射线源和X射线探测器在空间中的目标位置，并基于使用医学成像系统的运动学模型的运动学逆解，确定机架在空间中的位置以及X射线源和X射线探测器相对于机架的位置。

如上所述，在确定目标位置的步骤中使用的X射线源准直器的设置是基于待成像区域的尺寸。根据X射线源准直器的设置，中心束的方向可能不同于医学成像系统的原生中心束的方向，并且确定至少X射线源的目标位置，使得根据X射线源准直器的设置，中心束的实际方向与空间目标线重合。也可以基于那些参数来确定X射线探测器的目标位置，例如，使得中心束撞击到X射线探测器的中心。

在医学成像系统的参考系中定义目标位置。一旦已知目标位置，便可以确定所需的机架的位置以及X射线源和X射线检测器相对于机架的位置。

在一实施例中，该方法进一步包括以下步骤：驱动医学成像系统的致动器，使得医学成像系统采取所确定的配置。这意味着医学成像系统的组件会自动定位和/或调节，以便从期望的视角方向捕获后续的医学图像。致动器可选地是医学成像系统的一部分。

本发明进一步涉及一种程序，该程序当在连接到医学成像系统的计算机上运行时，促使该计算机确定医学成像系统的配置，该医学成像系统包括安装在机架上的X射线源和X射线检测器以及用于对X射线源的射束进行成形的X射线源准直器，该医学成像系统的配置包括X射线源的位置、X射线检测器的位置和X射线源准直器的设置，其中通过执行以下步骤：

-利用医学成像系统的已知配置来获取患者的至少一部分的荧光透视图像；

-在荧光透视图像中设定医学成像系统的目标中心束；

-根据目标中心束和医学成像系统的已知配置来确定空间目标线；以及

-确定医学成像系统的配置，使得医学成像系统的中心束与空间目标线重合。

该程序对应于上述方法，因此实现了相同的技术效果，但仅涉及数据处理方面。

本发明进一步涉及一种计算机，其上存储和/或运行有上述程序。

本发明进一步涉及一种包括所述计算机和医学成像系统的系统，该医学成像系统包括安装在机架上的X射线源和X射线检测器以及用于对X射线源的射束进行成形的X射线源准直器。

更进一步，本发明涉及一种非暂时性计算机可读存储介质，其上存储有所述程序。

例如，本发明不涉及或尤其不包括或包含侵入性步骤，该侵入性步骤代表对身体的实质性物理干扰，需要对身体采取专业医疗措施，而即使采取了所要求的专业护理或措施，身体仍可能承受重大健康风险。

例如，本发明不包括执行切口的步骤。更具体地，本发明不涉及或尤其不包括或包含任何外科手术或治疗活动。相反，本发明可应用于预备切口。仅凭此原因，通过实施本发明，无需或未暗示外科手术或治疗活动，尤其是外科手术或治疗步骤。

装置或系统的用途

本发明还涉及装置/系统或其任何实施例在确定医学成像系统的配置中的用途。

定义

本部分中提供了本公开中使用的特定术语的定义，它们也构成本公开的一部分。

计算机实施的方法

根据本发明的方法例如是计算机实施的方法，用于执行所述方法步骤或指令实体适当地执行某一方法步骤。例如，根据本发明的方法的全部步骤或仅一些步骤(即，少于步骤总数)可以由计算机(例如，至少一个计算机)执行。由计算机实施的方法的实施例是计算机用来执行数据处理方法的用途。由计算机实施的方法的实施例是涉及计算机操作的方法，使得计算机被操作为执行该方法的一个、多个或全部步骤。

计算机例如包括至少一个处理器和例如至少一个存储器，以便(技术上)处理数据，例如电子地和/或光学地处理数据。处理器例如由半导体的物质或组合物制成，例如至少部分n型和/或p型掺杂半导体，例如II、III、IV、V、VI半导体材料中的至少一种，例如(掺杂)砷化硅和/或砷化镓。所描述的计算步骤或确定步骤例如由计算机执行。确定步骤或计算步骤例如是在技术方法的框架内(例如在程序的框架内)确定数据的步骤。计算机例如是任何类型的数据处理装置，例如电子数据处理装置。计算机可以是通常视为计算机的装置，例如台式个人电脑、笔记本电脑、上网本等，但也可以是任何可编程设备，例如移动电话或嵌入式处理器。计算机可以例如包括“子计算机”系统(网络)，其中每个子计算机代表其本身的计算机。术语“计算机”包括云计算机，例如云服务器。术语“计算机”包括服务器资源。术语“云计算机”包括云计算机系统，其例如包括至少一个云计算机的系统，并例如包括多个可操作式互连的云计算机，诸如服务器群。这种云计算机优选地连接到诸如万维网(WWW)的广域网，并位于全部连接到万维网的计算机的所谓的云中。这种基础设施用于“云计算”，其描述了不要求终端用户知道提供特定服务的计算机的物理位置和/或配置的那些计算、软件、数据访问和存储服务。例如，术语“云”就此用来隐喻因特网(万维网)。例如，云提供作为服务(IaaS)的计算基础设施。云计算机可以用作用于执行本发明方法的操作系统和/或数据处理应用的虚拟主机。云计算机例如是由亚马逊网络服务(Amazon Web Services^TM)提供的弹性计算云(EC2)。计算机例如包括接口，以便接收或输出数据和/或执行模数转换。该数据例如是表示物理属性和/或从技术信号生成的数据。技术信号例如通过(技术)检测装置(例如用于检测标记装置的装置)和/或(技术)分析装置(例如用于执行(医学)成像方法的装置)来生成，其中技术信号是例如电信号或光信号。技术信号例如表示由计算机接收或输出的数据。计算机优选可操作式耦合到显示装置，该显示装置允许将由计算机输出的信息显示给例如用户。显示装置的一个实例是虚拟现实装置或增强现实装置(又称为虚拟现实眼镜或增强现实眼镜)，其可以用作用于导航的“护目镜”。这种增强现实眼镜的具体实例是谷歌眼镜(Google Glass，Google,Inc.旗下的商标品牌)。增强现实装置或虚拟现实装置既可用于通过用户交互将信息输入到计算机中，又可用于显示由计算机输出的信息。显示装置的另一实例是例如包括液晶显示器的标准计算机监视器，该液晶显示器可操作式连接到用于从用于生成信号的计算机接收显示控制数据的计算机，该信号用于在显示装置上显示图像信息内容。这种计算机监视器的具体实施例是数字灯箱。这种数字灯箱的实例是Brainlab AG的产品

监视器也可以是例如手持式的便携式装置，诸如智能电话或个人数字助理或数字媒体播放器。

本发明还涉及一种程序，该程序在计算机上运行时促使计算机执行本文所述的一个、多个或全部的方法步骤；和/或涉及一种存储有该程序(特别是以非暂时性形式)的程序存储介质；和/或涉及一种包括该程序存储介质的计算机；和/或涉及一种携带表示该程序(例如是上述程序)的信息的(物理性、例如电性、例如技术性生成的)信号波，例如数字信号波，诸如电磁载波，该程序例如包括适于执行本文所述的任意或全部的方法步骤的代码机构。

在本发明的框架内，计算机程序单元可以通过硬件和/或软件(这包括固件、驻留软件、微代码等)来体现。在本发明的框架内，计算机程序单元可以采取计算机程序产品的形式，该计算机程序产品可以通过计算机可用、例如计算机可读的数据存储介质来实现，该数据存储介质包括计算机可用、例如计算机可读的程序指令，在所述数据存储介质中体现的“代码”或“计算机程序”用于在指令执行系统上或与指令执行系统结合使用。这种系统可以是计算机；计算机可以是包括用于执行根据本发明的计算机程序单元和/或程序的机构的数据处理装置，例如包括执行计算机程序单元的数字处理器(中央处理单元或CPU)的数据处理装置，以及可选地包括用于存储用于执行计算机程序单元和/或通过执行计算机程序单元生成的数据的易失性存储器(例如随机存取存储器或RAM)的数据处理装置。在本发明的框架内，计算机可用、例如计算机可读的数据存储介质可以是任何数据存储介质，其可以包含、存储、通信、传播或传输那些指令执行系统、设备或装置上使用或与之结合使用的程序。计算机可用、例如计算机可读的数据存储介质例如可以是但不限于电子、磁、光、电磁、红外或半导体系统、设备或装置，或者是诸如因特网的传播介质。计算机可用或计算机可读的数据存储介质甚至可以是例如可打印所述程序的纸张或其他合适介质，因为程序可以通过电子方式捕获，例如通过光学扫描该纸张或其他合适介质，然后再编译、解码或以适当方式另行处理。数据存储介质优选为非易失性数据存储介质。本文所述的计算机程序产品和任何软件和/或硬件形成用于在示例实施例中执行本发明的功能的各种机构。计算机和/或数据处理装置可以例如包括指导信息装置，该指导信息装置包括用于输出指导信息的机构。指导信息可以例如在视觉上通过视觉指示机构(例如，监视器和/或灯)和/或在听觉上通过听觉指示机构(例如，扬声器和/或数字语音输出装置)和/或在触觉上通过触觉指示机构(例如，振动元件或并入仪器中的振动元件)输出给用户。出于本文件的目的，计算机是技术计算机，该技术计算机例如包括诸如有形组件、例如机械组件和/或电子组件的技术组件。本文件中提及的任何装置都是技术装置并例如是有形装置。

获取数据

表述“获取数据”例如包含(在所述计算机实施的方法的框架内)由计算机实施的方法或程序确定数据的场景。确定数据例如包含测量物理量并将所测得的值变换成数据，例如数字数据，和/或借助于计算机并例如在根据本发明的方法的框架内计算(如，例如输出)该数据。如本文所述的“确定”步骤例如包括发出执行本文所述的确定的命令或由其组成。例如，该步骤包括发出促使计算机(例如远程计算机、例如远程服务器、例如云中)执行确定的命令或由其组成。替选地或附加地，本文所述的“确定”步骤例如包括以下步骤或由其组成：接收由本文所述的确定的结果数据，例如从远程计算机(例如从促使其执行确定的远程计算机)接收结果数据。“获取数据”的含义还例如包含以下场景：通过由(例如输入)计算机实施的方法或程序例如从另一程序、先前的方法步骤或数据存储介质接收或检索数据，例如用于通过由计算机实施的方法或程序进行进一步处理。待获取数据的生成可以但不必是根据本发明的方法的一部分。因此，表述“获取数据”还可以例如表示等待接收数据和/或接收数据。所接收的数据可以例如经由接口来输入。表述“获取数据”还可以表示由计算机实施的方法或程序执行一些步骤以便(主动地)从譬如数据存储介质(例如ROM、RAM、数据库、硬盘驱动器等)的数据源或经由接口(譬如从另一个计算机或网络)接收或检索数据。分别通过本公开的方法或装置获取的数据可从位于数据存储装置中的数据库获取，该数据存储装置可操作式连接到计算机以便进行数据库与计算机之间的数据传输，例如从数据库到计算机的数据传输。计算机获取数据以用作“确定数据”步骤的输入。所确定的数据可以再输出到相同的或另一个数据库以便存储以供后续使用。该数据库或用于实施本公开方法的数据库可以位于网络数据存储装置或网络服务器(例如，云数据存储装置或云服务器)或本地数据存储装置(例如可操作式连接到至少一个执行本公开方法的计算机的大容量存储装置)。数据可以通过在获取步骤之前执行附加步骤的方式来实现“就绪”状态。根据这个附加步骤，生成数据以供获取。例如，检测或捕获数据(例如，通过分析装置)。替选地或附加地，根据附加步骤，譬如经由接口，输入数据。例如可以输入所生成的数据(譬如，输入到计算机中)。根据附加步骤(其在获取步骤之前进行)，也可以通过执行将数据存储于数据存储介质(例如，ROM、RAM、CD和/或硬盘驱动器)的附加步骤来提供数据，从而在根据本发明的方法或程序的框架内，使数据就绪。因此，“获取数据”的步骤还可以涉及命令装置获取和/或提供待获取的数据。特别地，获取步骤不涉及侵入性步骤，该侵入性步骤代表对身体的实质性物理干扰，要求采取专业医疗措施，即使执行时采取了所要求的专业护理和措施，身体也可能承受重大健康风险。特别地，获取数据的步骤，例如确定数据，不涉及外科手术步骤，特别是不涉及利用外科手术或疗法来治疗人体或动物躯体的步骤。为了区分本方法使用的不同数据，将数据表示为(即称为)“XY数据”等，并根据它们描述的信息来定义，然后优选地将其称为“XY信息”等。

附图说明

在下文中，参照附图对本发明予以描述，这些附图给予本发明的背景说明并表示本发明的具体实施例。但本发明的范围不限于在附图的上下文中公开的具体特征，图中：

图1示出医学成像系统；

图2a、图2b和图2c示出准直器的原理；

图3是用于实施所述方法的计算机的示意图；

图4示出所述方法的工作流程；以及

图5示出具有目标中心束的荧光透视图像。

具体实施方式

图1示意性示出医学成像系统1，该医学成像系统1包括承载X射线源3和X射线检测器4的机架2。机架2包括基座和环体，其中，环体可相对于基座绕至少一个轴线倾斜。基座2包括座轮(未示出)，医学成像系统1可以利用这些座轮例如在手术室中定位。

X射线源3发射X射线束，该X射线束对患者(未示出)拍摄射线照片，然后使用检测器4对其进行检测，并将其转换为人类可识别的可显示图像。

图1还示出医学成像系统1的参考系R。参考系R跨越三个相互正交的方向X、Y和Z，并且在本例中，其虚拟地固定到使用医学成像系统1的房间中。

图2a、图2b和图2c示出X射线源准直器的功能。这些附图中示出发射原始或原生激光束B1的X射线源3，以及准直器5的两个准直器元件5a和5b(未全体示出)。激光束B1的中心称为X射线源3的原生中心束CB1。准直器元件5a和5b阻挡入射的X射线辐射。

准直器元件5a和5b可以相对于X射线源3移动，在本例中，它们沿着垂直于X射线源3的原生中心束CB1并与之相交的线移动。图2a、图2b和图2c是用于解释使用准直器5在一个维度上进行射束成形的图示。提供了其他准直器元件，用于在垂直于第一方向的第二方向上准直X射线束。

在图2a所示的状态下，准直器元件5a和5b不会干扰原生X射线束B1，使得原生X射线束B1的形状和尺寸仅取决于X射线源3的属性。

在图2b所示的状态下，两个准直器元件5a和5b彼此接近，从而生成第一成形X射线束B2，该第一成形X射线束B2的开度角小于原生X射线束B1的开度角。在此状态下，准直器元件5a和5b相对于原生中心束CB1对称布置，因此第一成形X射线束B2的中心束CB2与原生X射线束的原生中心束CB1重合。

在图2c所示的状态下，准直器元件5b比准直器元件5a更靠近原生中心束CB1。这意味着第二成形X射线束B3相对于原生X射线束B1的原生中心束CB1非对称成形。这意味着第二成形X射线束B3的中心束CB3不再与原生中心束CB1重合，而是相对于其倾斜。这意味着准直器5不仅可以用于调整X射线束的尺寸和/或形状，而且可以用于操纵X射线束的方向。

图3示意性示出可连接到医学成像系统1的计算机6。计算机6包括中央处理单元7、存储器8和用于将计算机8连接到医学成像系统1的接口9。计算机8连接到输入装置10(诸如键盘和/或鼠标)和输出装置11(诸如监视器)。存储器8存储指令，这些指令当由中央处理单元7执行时实施本发明要求保护的方法。存储器8可进一步存储工作数据，诸如从医学成像系统1获得的荧光透视图像。计算机6被进一步配置为经由接口11控制成像系统1，例如以激活医学成像系统1的致动器(未示出)，例如用于使机架2的基座移动，和/或使机架2的环体旋转，或者使X射线源3和X射线检测器4中的一个或两个相对于机架2的环体移动。

图4示出根据本发明的方法的示例性实施图。该方法开始于步骤S01，并在步骤S02中获取患者的至少一部分的横向荧光透视图像。在图5所示的示例性荧光透视图像中，对患者脊椎的一部分进行成像。荧光透视图像的图像平面跨越X方向和Y方向。荧光透视图像的视角方向垂直于图像平面，并且医学成像系统1在获取荧光透视图像时的中心束位于图像平面的中心。在输出装置11上显示荧光透视图像。

步骤S03涉及在图像平面中定义目标中心束方向。在图5中，用户例如使用输入装置10将目标中心束T作为线绘制到荧光透视图像中。

已知医学成像系统1在获取横向图像时的配置，从而已知医学成像系统在医学成像系统的参考系R中的视角方向和中心束位置。这意味着绘制到荧光透视图像中的目标中心束T在医学成像系统1的参考系R中定义了目标平面。

在本实施例中，假设要从基本上是前后方向而非横向方向的视角方向拍摄后续的医学图像，但倾斜使得成像方向平行于椎骨端板。

然后，步骤S04确定如果执行了X射线源3和X射线检测器4绕患者纵轴的90度旋转，准直器调节是否在成像极限内。换而言之，确定是否可以调节准直器5，使得一旦X射线源3和X射线检测器4旋转90度，医学成像系统1的中心束便将与目标中心束重合。如果不是这种情况，则该方法进行到步骤S05，在该步骤中调节机架位置。在本实施例中，这意味着机架2的环体相对于机架2的基座倾斜，使得医学成像系统的原生中心束在旋转90度之后与目标中心束重合。视需要，调节机架位置还涉及使机架2的基座沿患者的纵向方向移动，以调节医学成像系统的中心束相对于患者的高度。

该方法从步骤S05或直接从步骤S04进行到步骤S06。在步骤S06中，调节准直器5。如果在步骤S05之后进行步骤S06，则调节准直器5，使得医学成像系统1的中心束与医学成像系统的原生中心束重合，并且由准直器5成形的X射线束覆盖期望的待成像区域。如果在步骤S04之后执行步骤S06，则调节准直器5，使得在机架2的环体旋转90度之后，医学成像系统1的中心束与目标中心束重合。

在步骤S07中，确定在X射线源3和X射线检测器4旋转90度之后，中心束是否将在患者左右方向上居中。如果不是这种情况，则该方法进行到步骤S08，在该步骤中微调机架位置。特别地，机架2的基座在患者的横向方向上相对于患者移动，使得中心束将在患者的左右方向上居中。

可以例如使用医疗导航系统来进行这种对机架位置的精调，该医学导航系统检测机架位置和患者位置并控制机架2的驱动系统或指令操作者如何移动机架2以使中心束将在患者的左右方向上居中。另一种选择是使用由附接到机架2的环体的激光器(未示出)发射的激光束。激光束例如与垂直于机架2的环体的平面且位于机架2的环体的中心的虚拟线相交，并优选地平行于机架2的环体。然后，激光束显示机架2的环体相对于患者的取向，并且可以调节机架2的基座的位置，直到激光束击中患者表面上的期望位置。

该方法从步骤S07或步骤S08进行到步骤S09。在步骤S09中，将X射线源3和X射线检测器4在机架2的环体内绕垂直于机架2的环体的轴线旋转90度。此时，医学成像系统1被配置为从绘制成荧光透视图像的期望成像方向捕获后续医学图像。应当指出，医学成像系统的其他实施例可被设计成使得X射线源3和X射线检测器4不相对于机架2的环体旋转，而是连同机架2的环体或其他任何载体(例如C型臂)一起旋转。

然后，该方法进行到步骤S010，在该步骤中，从期望方向获取后续医学图像，并结束于步骤S011。

在参照图4描述的实例中，准直器和机架位置的几次调节以及X射线源3和X射线检测器4的移动相继进行。然而，也可首先确定所需的控制数据，然后同时控制全部调节和旋转。

Claims (15)

1.一种确定医学成像系统的配置的方法，所述医学成像系统包括安装在机架上的X射线源和X射线检测器以及用于对所述X射线源的射束进行成形的X射线源准直器，所述医学成像系统的配置包括所述X射线源的位置、所述X射线检测器的位置和所述X射线源准直器的设置，所述方法包括以下步骤：

-利用所述医学成像系统的已知配置来捕获患者的至少一部分的荧光透视图像；

-在所述荧光透视图像中设定所述医学成像系统的目标中心束；

-根据所述目标中心束和所述医学成像系统的已知配置来确定空间目标线；以及

-确定所述医学成像系统的配置，使得所述医学成像系统的中心束与所述空间目标线重合。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述空间目标线位于空间投影平面中，所述空间投影平面由在所述荧光透视图像中设定的目标中心束的位置来定义。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述空间目标线与参考线之间的角度在预定角度范围内，所述参考线垂直于所述X射线探测器的成像平面并位于目标平面中。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述角度范围为80°至100°，例如90°。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，进一步包括以下步骤：在垂直于所述X射线检测器的成像平面的方向上输入所述空间目标线的深度位置。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，进一步包括以下步骤：选择要在所述荧光透视图像中成像的患者区域，并根据所选择的区域来确定所述X射线源准直器的设置。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，进一步包括以下步骤：选择要在所述荧光透视图像中成像的患者区域，且其中，确定所述医学成像系统的配置涉及以下步骤：

-确定所述X射线源准直器是否可调节，使得所述医学成像系统的中心束与所述空间目标线重合，并使得由所述X射线源准直器成形的X射线束覆盖待成像区域，同时保持所述X射线源和所述X射线探测器的当前位置；

-如果是，则调节所述X射线源准直器的设置，使得所述医学成像系统的中心束与所述空间目标线重合，并使得由所述X射线源准直器成形的X射线束覆盖待成像区域；以及

-如果否，则调节所述X射线源和所述X射线检测器的位置，使得所述医学成像系统的中心束与所述空间目标线重合，并且确定所述X射线源准直器的设置，使得由所述X射线源准直器成形的X射线束覆盖待成像区域。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，确定所述X射线源准直器是否可调节，使得所述医学成像系统的中心束与所述空间目标线重合，并使得由所述X射线源准直器成形的X射线束覆盖待成像区域，同时保持所述X射线源和所述X射线探测器的当前位置，涉及以下步骤：计算对所选择的待成像区域进行成像所需的射束形状，并且使用所述X射线源和所述X射线源准直器的模型来确定它们是否能够形成所需射束形状的X射线束。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，在所述荧光透视图像中设定所述医学成像系统的目标中心束，涉及以下步骤：

-自动生成建议的目标中心束；

-将所述建议的目标中心束叠加到所述荧光透视图像上；

-获得有关所述建议的目标中心束的用户输入；以及

-根据所述用户输入修改所述建议的目标中心束或批准所述建议的目标中心束。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，确定所述医学成像系统的配置，使得所述医学成像系统的中心束与所述空间目标线重合，涉及以下步骤：

-获取所述医学成像系统的运动学模型，所述运动学模型包括所述X射线源和所述X射线检测器相对于所述机架的全部自由度；

-根据所述空间目标线和所述X射线源准直器的设置来确定所述X射线源和所述X射线探测器在空间中的目标位置；

-根据所述X射线源和所述X射线探测器在空间中的目标位置，并基于使用所述医学成像系统的运动学模型的运动学逆解，确定所述机架在空间中的位置以及所述X射线源和所述X射线探测器相对于所述机架的位置。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，进一步包括步骤：驱动所述医学成像系统的致动器，使得所述医学成像系统采取所确定的配置。

12.一种程序，所述程序当在连接到医学成像系统的计算机上运行时，促使所述计算机确定所述医学成像系统的配置，所述医学成像系统包括安装在机架上的X射线源和X射线检测器以及用于对所述X射线源的射束进行成形的X射线源准直器，所述医学成像系统的配置包括所述X射线源的位置、所述X射线检测器的位置和所述X射线源准直器的设置，其中通过执行以下步骤：

-利用所述医学成像系统的已知配置来获取患者的至少一部分的荧光透视图像；

-在所述荧光透视图像中设定所述医学成像系统的目标中心束；

-根据所述目标中心束和所述医学成像系统的已知配置来确定空间目标线；以及

-确定所述医学成像系统的配置，使得所述医学成像系统的中心束与所述空间目标线重合。

13.一种计算机，其上存储和/或运行有根据权利要求12所述的程序。

14.一种系统，包括权利要求13所述的计算机和医学成像系统，所述医学成像系统包括：安装在机架上的X射线源和X射线检测器以及用于对所述X射线源的射束进行成形的X射线源准直器。

15.一种非暂时性计算机可读存储介质，其上存储有根据权利要求12所述的程序。

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