CN117042697A - 胸部放射摄影图像检查的呼吸的非接触式测量和可视化 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及胸部放射摄影。为了改进图像质量和一致性，提供了一种呼吸状态确定设备，其包括输入单元、处理单元和输出单元。所述输入单元被配置为接收利用传感器连续捕获的深度图像序列，所述传感器具有覆盖被定位用于胸部放射摄影图像检查的患者的躯干的视场。所述处理单元被配置为分析接收到的深度图像序列以确定表示所述患者的呼吸运动的一个或多个感兴趣区域(ROI)内部的深度值随时间的变化，并且基于所确定的一个或多个ROI内部的深度值随时间的变化来确定呼吸信号。所述输出单元被配置为提供所确定的呼吸信号。

Description

胸部放射摄影图像检查的呼吸的非接触式测量和可视化
技术领域
本发明涉及胸部放射摄影，并且具体地涉及呼吸状态确定设备、胸部放射摄影成像系统、用于确定患者的呼吸状态的方法以及计算机程序单元。
背景技术
胸部放射摄影是最重要且最常见的诊断成像检查之一。为了采集良好的放射摄影图像，在国际和国家指南和建议中限定了某些诊断要求和图像质量标准。后前(PA)、前后(AP)或侧向(LAT)投影中的胸部放射摄影应当“在完全吸气时并且在暂停呼吸的情况下执行”。这是放射摄影图像中的相关肺结构的适当可视化和评估所需的。
在当今的工作流程中，操作者通常在离开检查室时给出呼吸命令，并且之后在没有关于患者的实际呼吸状态的任何视觉反馈的情况下触发X射线图像采集。经常，患者不完全遵守呼吸指令，例如因为患者不能理解呼吸命令或因为患者不能足够长时间地屏住呼吸。后者特别是在操作者在检查室中给出呼吸命令并且需要几秒钟来达到X射线释放控制时可能发生。
然而，在完全吸气时正确拍摄的放射摄影有助于诊断任务。此外，在强烈的呼吸或其他胸部运动的时刻拍摄的图像可能由于运动模糊而劣化。
发明内容
可能需要改进图像质量。
本发明的目的通过独立权利要求的主题来解决，其中，在从属权利要求中并入了另外的实施例。应当注意，本发明的以下描述的方面也适用于呼吸状态确定设备、胸部放射摄影成像系统、用于确定患者的呼吸状态的方法以及计算机程序单元。
根据本发明的第一方面，提供了一种呼吸状态确定设备，其包括输入单元、处理单元和输出单元。所述输入单元被配置为接收利用传感器连续捕获的深度图像序列，所述传感器具有覆盖被定位用于胸部放射摄影图像检查的患者的躯干的视场。所述处理单元被配置为：分析接收到的深度图像序列以确定至少一个感兴趣区域(ROI)内部的深度值随时间的变化，所述变化表示与所述传感器的图像平面正交的患者解剖结构的运动和/或所述传感器的所述图像平面内的患者解剖结构的运动；并且基于所确定的所述至少一个ROI内部的深度值随时间的变化来确定呼吸信号。所述输出单元被配置为提供所确定的呼吸信号。
换句话说，提出了利用被连续采集以跟踪患者上(例如，患者的背部、胸部和/或肩部上)的一个或多个ROI内部的深度值的变化的深度图像序列来提取患者的呼吸信号。深度图像序列包括以时间序列布置的多幅深度图像。每幅深度图像也可以被称为图像数据帧。所提取的呼吸信号可以可用于引导或控制图像采集的触发以实现不同水平的自动化。
呼吸改变患者的胸腔的体积并导致不同身体部分的运动，例如胸部/腹部、肩部等，这也被称为呼吸运动。取决于患者取向(例如PA/AP或LAT)，这些运动向量可以与图像平面平行或正交。这对于X射线而不是例如计算机断层摄影(CT)和磁共振(MR)成像是特别的，其中，在患者后面不存在平坦表面。如本文描述的呼吸状态确定设备被配置为基于一个或多个ROI内部的深度相机信号捕获图像平面中的呼吸运动分量、与图像平面正交的呼吸运动分量、或这两个运动分量，每个ROI覆盖特定患者解剖结构(例如胸部、肩部等)。
例如，深度图像序列可以是由传感器(例如，3D相机)采集的，所述传感器具有基本上垂直于由探测器前盖或床限定的探测器平面的光轴。在该几何结构设置中，图像平面等于探测器平面。此外，呼吸运动可以以两种方式表现：
-与探测器平面(即图像平面)正交的患者的背部的运动，其导致深度值(即，传感器图像(例如，3D相机图像)的z分量)的局部变化；和/或
-患者的肩部的上下运动，即图像平面内的运动分量，即传感器图像(即，3D相机图像)的y分量。
以这种方式，确定一维运动分量以捕获对象的体积的任何变化是可能的。不需要重建患者的胸部的三维图像和产生患者的胸部直径的实时测量结果以确定患者的呼吸运动。而是，至少一个ROI内部的深度值的简单算术平均值或表示ROI内部的患者解剖结构的像素的相对分数可以被用于确定患者的呼吸运动。
在示例中，呼吸信号可以在控制台和/或管头处显示给操作者，以给出关于实际呼吸状态的反馈。操作者能够检查患者是否响应于呼吸命令，并且在适当时释放X射线暴露。
在另一示例中，可以例如使用递归神经网络(RNN)对呼吸信号进一步分析和分类，并且当检测到深吸气和屏气时，可以向操作者给出声学和/或视觉信号。
在另一示例中，可以基于实时采集的呼吸数据来执行图像采集的自动门控或触发，以在预定义呼吸状态(如完全吸气)下采集图像。在这种水平的自动化中，操作者可以例如通过按压按钮来实现图像采集，但是系统可以在预定义时间窗口内延迟实际图像采集，以找到关于呼吸状态和患者(呼吸)运动的最佳时间点。由于临床需求(例如，危急患者状况)，系统延迟可以被用户超控。
以这种方式，不需要将可穿戴传感器应用于患者的身体以在图像采集期间监督患者的呼吸状态。患者“照原样”走进检查室并朝向其中的期望目标点。患者的躯干的深度图像是利用例如测距相机来捕获的，并且然后用于检测患者上的一个或多个ROI的运动，其可以用作患者的呼吸信号的指标。取决于胸部放射摄影图像检查的视图，一个或多个ROI可以被限定在患者的胸部、背部(PA)、胸部(AP)、肩部或覆盖患者的躯干和背景两者的区域上，这将在下文中并且特别是关于图3至7进行解释。因此，患者的呼吸信号可以从一个或多个ROI内部的深度值的变化导出，并且然后用于引导或控制图像采集的触发以实现不同水平的自动化。
如本文所使用的术语“图像平面”是指垂直于传感器(例如，深度相机)的光轴的平面，其中，至少在高斯光学器件内出现物点的清晰图像。对于胸部检查，如果相机未相对于探测器法线倾斜，则探测器平面(即，由探测器前盖或床限定的平面)等于图像平面。对于倾斜视图(通常不用于胸部检查)，探测器平面可以不同于图像平面。然而，本领域普通技术人员将意识到，通过诱导呼吸信号的一些非线性缩放，如本文描述的方法也可以适用于倾斜视图。
另外，由呼吸状态确定设备提供的呼吸信号可以有助于确定X射线释放的最佳时间点。患者可以受益于由于避免了运动模糊而可以减少重新拍摄的次数，从而促进了ALARA(“低至合理可实现的”)目标。放射科医师还可以享受用于诊断任务的更好图像质量。
根据本发明的实施例，所述至少一个ROI包括至少两个ROI，所述至少两个ROI包括第一ROI和第二ROI。所述处理单元被配置为确定表示与所述图像平面正交的第一患者解剖结构的运动的所述第一ROI内部的深度值随时间的变化，并且确定表示所述图像平面内的第二患者解剖结构的运动的所述第二ROI内部的深度值随时间的变化。所述处理单元被配置为基于所述第一ROI和所述第二ROI两者内部的深度值的所确定的变化来确定呼吸信号。
换句话说，包括与图像平面正交的运动分量和图像平面内的运动分量的这两个运动分量可以被组合以创建表示患者的呼吸信号的1D信号。这将在下文中并且特别是关于图4A所示的示例详细解释。
根据本发明的实施例，所述至少一个ROI包括覆盖所述患者解剖结构和所述患者两侧的背景的ROI。
因此，刚体的运动不会改变到背景像素的总数量。因此，图像平面内部的任何总体患者运动(常常在LAT视图中观察到)不改变针对包括患者两侧上的背景的宽ROI的患者像素的分数，即不改变这样的ROI的平均深度值。因此，确定包括患者和静态背景的ROI内部的深度值的变化(例如，对ROI内部的深度值求平均或确定ROI内部的患者像素的分数)可以捕获体积的任何变化，并且对于对象的全局移位是不变的，即，对于患者运动是鲁棒的。
这将在下文中并且特别是关于图5A、5B、6A、6B、7A和7B所示的示例详细解释。
根据本发明的实施例，所述处理单元还被配置为基于所确定的呼吸信号来确定用于在预定义呼吸状态下释放X射线暴露的时间点。
例如，可以例如使用递归神经网络(RNN)对呼吸信号进一步分析和分类，以检测深吸气和屏气，并且因此检测用于释放X射线暴露的时间点。
可以在所确定的用于释放X射线暴露的时间点处执行图像采集的自动门控或触发。
在示例中，当患者被定位在用于胸部放射摄影图像检查的后前(PA)位置时，在PA视图中，至少一个ROI包括患者的背部上的ROI。
在PA视图中，正交于探测器平面(即图像平面)的患者的背部的运动可以导致深度值的局部变化。因此，可以从患者的背部上的(一个或多个)ROI内部的深度值的变化导出患者的呼吸信号。
在示例中，当患者被定位在前-后(AP)位置中以进行胸部放射摄影图像检查时，在AP视图中，一个或多个ROI包括患者的胸部上的ROI。
在AP视图中，与图像平面正交的患者的胸部的运动可以导致深度值的局部变化。因此，可以从患者的胸部上的(一个或多个)ROI内部的深度值的变化导出患者的呼吸信号。
根据本发明的实施例，当所述患者被定位在侧向位置中以进行所述胸部放射摄影图像检查时，在侧向(LAT)视图中，至少一个ROI包括以下中的一项或多项：
-第一ROI，其包括表示所述患者的背部的像素和表示背景中的区的像素；
-第二ROI，其包括表示所述患者的胸部的像素和表示背景中的区的像素；以及
-所述患者的躯干上的第三ROI。
背景可以由探测器、床、系统卧榻等限定。
当患者被定位在侧向位置中以进行胸部放射摄影图像检查时，患者呼吸周期可以引起患者的背部的运动，即图像平面内的运动分量。该性质可以用于从位于患者的背部附近的ROI提取呼吸信号。ROI内部的深度值的集合被清楚地分成包括患者的背部和背景的两个聚类。ROI内部的具有比背景更小的深度值的“患者像素”的相对分数由于吸气/呼气而变化，并且因此可以用作患者的呼吸信号的指标。类似的方法适用于包括表示患者的胸部的像素和表示背景中的区的像素的ROI。
另一选项是将ROI定位在患者的躯干上，而不包括表示背景的任何像素。在吸气或呼气期间，与图像平面(例如，探测器平面)正交的患者的躯干的运动可以导致深度值的局部变化。因此，患者的呼吸信号可以从患者的躯干上的ROI内部的深度值的变化导出。这将在下文中并且特别是关于图6A、6B、6C和6D所示的示例详细解释。
根据本发明的实施例，所述至少一个ROI包括具有表示所述患者的肩部的像素和表示所述背景中的区的像素的ROI。
在PA、AP和LAT视图中，呼吸运动也可以表现为患者的肩部的上下运动，即图像平面内的运动分量。因此，呼吸信号可以从在PA、AP和LAT视图中位于患者的肩部附近的ROI导出。在深度图像中，检测到的肩部界标周围的ROI包括表示探测器的像素和表示患者的像素。ROI内部的深度值的集合被清楚地分成包括患者和背景的两个聚类。ROI内部的具有比背景更小的深度值的“患者像素”的相对分数由于吸气/呼气而变化，并且因此可以用作患者的呼吸信号的指标。
根据本发明的实施例，至少一个ROI包括覆盖所述患者的躯干和背景的ROI。
在PA视图中，ROI可以覆盖患者的后胸腔和背景(例如，X射线探测器)两者。
在AP视图中，ROI可以覆盖前胸腔和背景(例如，X射线探测器或检查台)两者。
在LAT视图中，ROI可以覆盖侧面胸腔和背景(例如，X射线探测器或检查台)。
从这样的ROI推导出的呼吸信号对于图像平面中的刚性患者运动是鲁棒的。这对于解决由患者的整体运动引起的问题是有益的，这将在下文中并且特别是关于图7A和7B所示的实施例进行解释。
根据本发明的实施例，所述处理单元被配置为基于自动暴露控制(AEC)剂量测量腔室的有效区或基于所述患者的一个或多个解剖界标来确定所述至少一个ROI。
在示例中，如果在大多数检查中使用AEC，则X射线技术人员必须将腔室准确地定位在患者的肺部区域中，因此该区与患者的肺部位置很好地重合。这将在下文中并且特别是关于图2A和2B所示的实施例进行解释。
在另一示例中，解剖界标可以用于限定用于呼吸分析的患者自适应ROI，例如通过使用包含检测到的肺界标的边界框。这将在下文中并且特别是关于图3A和3B所示的实施例进行解释。
根据本发明的实施例，所述处理单元被配置为评估所述至少一个ROI内部的平均深度值的变化。
例如，与图像平面正交的运动分量(例如，PA视图中的患者的背部的运动)导致“患者像素”的深度值减小。因此，ROI内部的深度值的平均值减小。
例如，图像平面中的运动分量(例如，LAT视图中的胸部的运动或PA视图中的竖直肩部运动)导致与表示背景的像素相比“患者像素”的分数的增加。因此，ROI内部的深度值的平均值减小。
平均深度值可以是加权均值或普通均值。
平均深度值表示单个一维(1D)时间信号，并且因此可以用作患者的呼吸运动的指标。
根据本发明的第二方面，提供了一种胸部放射摄影成像系统，其包括：
-X射线成像系统，其具有X射线源和X射线探测器，所述X射线探测器与所述X射线源间隔开以容纳待成像的患者；
-传感器，其具有覆盖被定位用于所述胸部放射摄影图像检查的所述患者的躯干的视场，其中，所述传感器被配置为连续捕获所述患者的躯干的深度图像序列；以及
-根据前述权利要求中的任一项所述的呼吸状态确定设备。
例如，传感器可以包括使用例如光检测和测距(LIDAR)、无线电检测和测距(RADAR)或基于相机的传感器的三维(3D)非接触式运动扫描器。基于3D相机的传感器可以包括例如基于立体的传感器或红外视频传感器。
在一些示例中，提供了如测距相机的单个传感器。在一些示例中，可以提供多个传感器。例如，深度信息可以从两个或更多个单独的相机导出。
传感器可以安装到X射线系统，例如在管头中，或与系统分开放置，例如天花板安装。
在患者被定位用于胸部放射摄影图像检查之后，传感器(例如，测距相机)保持采集深度图像数据帧序列以在吸气/呼气期间跟踪患者的背部、胸部和/或肩部上的一个或多个ROI内部的深度值的变化。基于一个或多个ROI内部的深度值的变化，可以建立患者的呼吸信号以引导或控制利用X射线成像系统的图像采集的触发。
可以通过将传感器暴露于非电离辐射来采集深度图像序列。例如，使用红外光，但是也设想使用可见光谱中的光。传感器可以使用投影到患者上的预定义结构化光图案来感测3D图像数据。例如，结构化光图案是散斑图案。例如，传感器可以是测距相机的一部分。示例是Microsoft Kinect或ASUS Xtion Pro Live装备。
根据本发明的实施例，所述胸部放射摄影成像系统还包括反馈设备，所述反馈设备被配置为从所述呼吸状态确定设备接收呼吸信号，并且提供关于所述患者的呼吸状态的反馈。
反馈设备可以是听觉反馈设备(例如扬声器)、视觉反馈设备(例如显示器)或视听反馈设备。
例如，呼吸信号可以实时显示在操作者控制台上。然后，操作者可以使曲线可视化并挑选X射线释放的最佳时间点。
根据本发明的实施例，所述X射线成像系统被配置为在由所述呼吸状态确定设备确定的用于释放X射线暴露的时间点处被手动控制或自动触发以用于图像采集。
在示例中，可以例如使用递归神经网络(RNN)对呼吸信号进一步分析和分类，并且当检测到深吸气和屏气时，向操作者给出声学和/或视觉信号。
在另一示例中，操作者可以例如通过按压按钮来实现图像采集，但是系统可以在预定义时间窗口内延迟实际图像采集，以找到关于呼吸状态和患者(呼吸)运动的最佳时间点。由于临床需求(例如，危急患者状况)，系统延迟可以被用户超控。
根据本发明的第三方面，提供了一种用于在胸部放射摄影图像检查中确定患者的呼吸状态的方法，所述方法包括：
-接收利用传感器连续捕获的深度图像序列，所述传感器具有覆盖被定位用于所述胸部放射摄影图像检查的患者的躯干的视场；
-分析接收到的深度图像序列以确定至少一个感兴趣区域ROI内部的深度值随时间的变化，所述变化表示所述患者的呼吸运动；
-基于所确定的所述至少一个ROI内部的深度值随时间的变化来确定呼吸信号；并且
-提供所确定的呼吸信号。
根据本发明的实施例，所述方法还包括基于所确定的呼吸信号来确定用于在预定义呼吸状态下释放X射线暴露的时间点。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于控制根据第一方面和任何相关联的示例的设备或用于控制根据第二方面和任何相关联的示例的系统的计算机程序单元，所述计算机程序单元在由处理器运行时被配置为执行根据第三方面和任何相关联的示例的方法。
本发明的这些和其他方面将根据下文描述的(一个或多个)实施例而显而易见并将参考下文描述的(一个或多个)实施例得到阐述。
附图说明
在附图中，相似的附图标记贯穿不同的视图通常指代相同的部分。而且，附图不一定按比例绘制，而是通常将重点放在图示本发明的原理上。
图1示意性且示例性地示出了胸部放射摄影成像系统。
图2A示出了由自动暴露控制剂量测量腔室的有效区限定的患者的背部上的ROI。
图2B示出了从图2A所示的ROI导出的呼吸信号。
图3A示出了由患者的解剖界标限定的患者的背部上的ROI。
图3B示出了从图3A所示的ROI导出的呼吸信号。
图4A示出了位于患者的肩部附近的ROI。
图4B示出了从图4A所示的ROI导出的呼吸信号。
图5A示出了覆盖患者的后胸腔和背景两者的ROI。
图5B示出了从图5A所示的ROI导出的呼吸信号。
图6A示出了联合捕获在图像平面内并且与图像平面正交的呼吸运动的不同ROI。
图6B示出了从图6A所示的ROI导出的呼吸信号。
图7A示出了联合捕获在图像平面内并且与图像平面正交的呼吸运动的不同ROI。
图7B示出了当发生刚性患者运动时从图7A所示的ROI导出的呼吸信号。
图8示出了用于在胸部放射摄影图像检查中确定患者的呼吸状态的方法的流程图。
具体实施方式
图1示意性且示例性地示出了胸部放射摄影成像系统100的实施例。胸部放射摄影成像系统100包括X射线成像系统110、传感器120和呼吸状态确定设备10。
X射线成像系统110包括X射线源112和X射线探测器114。X射线探测器114与X射线源112间隔开以容纳待成像的患者PAT。
通常，在图像采集期间，准直的X射线束(用箭头P指示)从X射线源112发出，在感兴趣区域(ROI)处穿过患者PAT，通过与患者PAT中的物质相互作用而经历衰减，并且衰减的射束然后撞击X射线探测器114的表面。构成ROI的有机材料的密度决定了衰减水平。这是在胸部放射摄影成像检查中的胸腔和肺组织。高密度材料(例如骨)引起比不太致密的物质(例如肺组织)更高的衰减。然后将针对X射线的经记录的数字值合并成数字值的阵列，从而形成针对给定采集时间和投影方向的X射线投影图像。
X射线成像系统110的整体操作可以由操作者从控制台116控制。控制台116可以耦合到屏幕或监测器118，在屏幕或监测器118上可以查看或审查所采集的X射线图像或成像器设置。操作者(诸如医学实验室技术人员)可以经由控制台116控制通过释放个体X射线暴露(例如通过致动耦合到控制台116的操纵杆或踏板或其他合适的输入单元)来运行的图像采集。
在图1的示例中，患者PAT面向平坦表面站立，在该平坦表面后面是X射线探测器114。根据不同的示例(未示出)，X射线成像系统110是C型臂类型的，并且患者PAT实际上躺在检查台上而不是站立着。
传感器120被配置为连续捕获被定位用于胸部放射摄影图像检查的患者的躯干的深度图像序列。
例如，传感器120可以包括具有投影器的测距相机，该投影器将结构光锥投影到患者PAT上。结构化光锥也可以被称为视场(FOV)。测距相机的示例是Microsoft Kinect或ASUS Xtion Pro Live装备。然后，由同样包括在相机中的传感器120记录所述光从患者的表面回到相机的反射。然后通过与没有患者存在时散斑图案应该看起来如何进行比较来记录反射散斑图案中的“失真”。然后将记录的失真转换为每个像素的深度值，也称为距离值。还可以意识到，传感器和投影器可以不一定位于如前所述的相同相机壳体中。根据示例，投影器和传感器可以被布置为不同的部件。然而，应当理解，测距相机还可以根据不同的原理来操作，例如飞行时间、立体三角测量、片状光三角测量、干涉测量和编码孔径。
在另一示例中，传感器120可以包括具有两个或更多个镜头的立体相机，每个镜头具有单独的图像传感器或胶片帧。这允许相机模拟人类双目视觉，并且因此给予其捕获三维图像的能力，称为立体摄影的过程。
在另一示例中，深度信息可以从两个或更多个单独的相机或从激光扫描器导出。
使用例如LIDAR或RADAR的其他3D非接触式运动扫描器也可以适用于捕获患者的躯干的深度图像序列。
深度图像数据可以与其他传感器数据融合。例如，深度相机信息可以与来自RGB相机通道的光流或例如来自超声(US)传感器的其他范围数据组合。
传感器120可以安装成使得其允许适当地监督患者的呼吸状态。
在图1的示例中，传感器120安装在X射线管附近。在另一示例(未示出)中，传感器120可以被安装在焦斑附近、在检查室的天花板上、或在检查室的墙壁上。
呼吸状态确定设备10可以是任何计算设备，包括台式计算机和膝上型计算机、智能手机、平板电脑等。呼吸状态确定设备10可以是通用设备或具有适合于提供下面描述的功能的专用装备单元的设备。在图1的示例中，呼吸状态确定设备10的部件被示出为集成在一个单个单元中。然而，在备选示例中，一些或所有部件可以被布置为分布式架构中的单独模块并且在合适的通信网络中连接。呼吸状态确定设备10及其部件可以被布置为专用FPGA或硬连线的独立芯片。在一些示例中，呼吸状态确定设备10或其部件中的一些可以位于控制台116中，作为软件例程运行。
呼吸状态确定设备10包括输入单元12、处理单元14和输出单元16。每个单元可以是专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享、专用或群组)和/或存储器(共享、专用或群组)、组合逻辑电路和/或提供所描述的功能的其他合适部件的一部分，或包括专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享、专用或群组)和/或存储器(共享、专用或群组)、组合逻辑电路和/或提供所描述的功能的其他合适部件。
广义地说，传感器120被配置为通过暴露于非电离辐射(例如可见光、红外光等)来采集患者PAT的深度图像序列。深度图像序列捕获患者或患者的至少躯干部分的3D形状。因此，深度图像序列“跟随”或描述3D空间中的患者PAT的外表面或周边的变化，以用于监督患者的呼吸状态。
深度图像序列然后经由输入单元12被馈送到呼吸状态确定设备10中，输入单元12可以被实施为以太网接口、USB(TM)接口、诸如WiFi(TM)或蓝牙(TM)的无线接口或使得能够在输入外围设备与处理单元14之间进行数据传输的任何相当的数据传输接口。处理单元14然后以下面更详细描述的方式处理接收到的深度图像序列，以经由输出单元16输出呼吸信号(也被称为呼吸道信号)，输出单元16可以被实施为以太网接口、USB(TM)接口、无线接口(诸如，WiFi(TM)或蓝牙(TM))或使得能够在输出外围设备与处理单元14之间进行数据传输的任何相当的数据传输接口。
所确定的呼吸信号可以用于引导或控制图像采集的触发。以下示例描述了不同的可能自动化水平。
在示例中，呼吸信号可以在耦合到控制台116和/或管头的屏幕118处显示给操作者，以给出关于实际呼吸状态的反馈。操作者能够检查患者是否响应呼吸命令，并且在适当时通过致动耦合到控制台116的操纵杆或踏板或其他合适的输入单元来释放X射线暴露。
在另一示例中，利用呼吸状态确定设备10例如使用递归神经网络(RNN)来对呼吸信号进一步分析和分类。可以基于实时采集的呼吸数据向操作者提供视觉或声学引导以向他通知呼吸状态。
在另一示例中，可以基于实时采集的呼吸数据来执行图像采集的自动门控或触发，以在预定义呼吸状态(如完全吸气)下采集图像。在该示例中，操作者可以例如发起X射线释放请求，而系统将检查呼吸状态，并且只有在患者已经吸气并屏住呼吸的情况下才释放用于图像采集的暴露。如果存在临床需要，则用户可以超控自动门控并手动释放暴露。
以下部分描述了根据PA、AP和LAT视图中的由传感器记录的图像序列确定呼吸信号。
AP/PA投影中的胸部放射摄影
后前(PA)是指X射线束行进的方向，即，X射线束在前部分之前撞击胸部的后部分。为了获得图像，要求患者以其胸部抵靠X射线探测器站立，以将其手臂向上或向侧面保持并向前滚动其肩部。然后，X射线技术人员可以要求患者进行几次深呼吸并将其保持几秒钟。这种屏住呼吸的技术通常有助于在图像上获得心脏和肺的清晰图片。
为了获得前后(AP)图像，要求患者以其背部抵靠X射线探测器站立。如果患者不能站立，则还可以在患者坐在床上或仰卧在床上的情况下拍摄AP图像。
在下文中，出于说明的目的，描述了用于PA投影中的胸部放射摄影的方法。然而，本领域普通技术人员将意识到，该方法也可以适用于AP投影中的胸部放射摄影。背景平面由探测器、床、系统卧榻等限定。为了便于阅读，没有图示背景中的物体(例如，探测器)。
通常，呼吸运动通常以两种方式表现：
-与探测器平面(或图像平面)正交的患者的背部/胸部的运动，导致深度值的局部变化；以及
-患者的肩部的上下运动，即图像平面内的运动分量。
本公开提出了从深度图像序列提取一个或两个运动分量，并且从所提取的表示患者的呼吸运动的一个或两个运动分量获得单个1D时间信号。
例如，深度图像序列可以由传感器(例如，3D相机)采集，该传感器具有基本上垂直于由探测器前盖或床限定的探测器平面的光轴。在该几何结构设置中，图像平面等于探测器平面。此外，呼吸运动然后以以下两种方式表现：
-与探测器平面(即图像平面)正交的患者的背部的运动，其导致深度值(即，传感器图像(例如，3D相机图像)的z分量)的局部变化；以及
-患者的肩部的上下运动，即图像平面内的运动分量，即传感器图像(即，3D相机图像)的y分量。
下面给出关于信号形成过程的细节。
在第一选项中，如图2A所示，一个或多个ROI包括患者的背部上的ROI以用于提取与图像平面正交的患者的背部的运动。在该示例中，图像平面是探测器平面。在图2A的示例中，ROI基于系统几何结构参数来限定，或更具体地通过表示深度图像中的X射线探测器的特征来限定。例如，用于呼吸信号提取的ROI可以由自动暴露控制(AEC)剂量测量腔室的有效区限定，其可以在深度图像中被投影到患者表面上。由于AEC用于大多数检查中，因此X射线技术人员必须将腔室准确地定位在患者的肺部区域中，因此该区与患者的肺部位置很好地重合。
处理单元14然后确定表示患者的呼吸运动的作为时间的函数的ROI内部的深度值的变化，并且基于此确定呼吸信号。图2B示出了从图1A所示的ROI提取的具有深吸气和屏气的呼吸信号的示例。在该示例中，通过对ROI内部的深度值求平均来创建1D呼吸信号。可以应用通过时间滤波(例如线性滤波器或卡尔曼滤波器)的进一步处理来抑制异常值并生成更平滑的时间信号。在t＝0处采集X射线图像。
在第二选项中，如图3A所示，ROI由深度图像中的患者的一个或多个解剖界标限定。例如，处理单元14可以被配置为根据深度图像估计外部界标(例如，肩部)或内部界标(例如，肺顶点)的位置。参见例如J.Sénégas、A.Saalbach、M.Bergtholdt、S.Jockel、D.Mentrup、R.Fischbach的Evaluation of Collimation Prediction Based on DepthImages and Automated Landmark Detection for Routine Clinical Chest X-RayExams(In:A.F.Frangi et al.(eds.):MICCAI 2018,LNCS11071,pp.571-579,Springer,Cham(2018))。这些界标可以用于限定用于呼吸分析的患者自适应ROI，例如通过使用包含检测到的肺界标的边界框。例如，对于胸腔或胸部X射线，可以根据构成深度图像的深度值识别髋关节和肩关节，并且连接两个髋关节的线可以用作ROI的下分界线。连接肩关节的线可以用作上分界线，其中，两个躯干侧面形成横向分界线。
图3B示出了从图3A所示的ROI提取的具有深吸气和屏气的呼吸信号的示例。在该示例中，还通过对ROI内部的深度值求平均来创建1D呼吸信号。在t＝0处采集X射线图像。
在第三选项中，如图4A所示，患者呼吸周期还可以引起竖直肩部运动，即图像平面内的运动分量。该性质可以用于从位于患者的肩部附近的ROI(示出为ROI_肩部)提取呼吸信号。例如，界标检测器算法可以用于检测肩部界标。在深度图像中，检测到的肩部界标周围的ROI包括表示探测器的像素和表示患者的像素。ROI内部的深度值的集合被清楚地分成包括患者和背景(例如，X射线探测器或检查台)的两个聚类。
图4B示出了从图4A所示的ROI提取的具有深吸气和屏气的呼吸信号的示例。处理单元14被配置为对ROI内部的包括检测到的肩部界标周围的区域的所有深度值求平均。在由于吸气引起的肩部向上移位期间，ROI内部的“患者像素”的相对分数增加，该“患者像素”全部具有比探测器更小的深度值。因此，平均ROI深度值减小。类似地，在呼气期间，平均ROI深度值增加。因此，平均ROI深度值信号是呼吸运动的指标。
图4A还示出了位于患者的背部区域上的另一ROI(被示出为ROI_背部)。在图4B中示出了从另一ROI提取的呼吸信号。在一些示例中，可以组合图4B所示的两个呼吸信号以计算最佳呼吸信号。
任选地，可以跟踪患者与背景区域之间的过渡的竖直位置。吸气导致该过渡的竖直位置向上移位，而呼气导致向下移位。因此，肩部/背景过渡的竖直位置构成表示患者的呼吸运动的1D信号。
如上所述，呼吸运动可以表现为两种类型的局部图像变化：a)朝向传感器(即与图像平面正交)的运动分量，例如PA视图中患者的背部的运动或AP视图中的患者的胸部的运动；以及b)图像平面中的运动分量，例如PA或AP视图中的肩部的上下运动。
如之前已经讨论的，可以根据第一选项和第二选项来确定与图像平面正交的运动分量，而可以使用第三选项来确定图像平面中的运动分量。可以通过对适当选择的局部ROI内部的深度像素求平均来评估两个运动分量，并且随后例如使用两个信号的线性组合进行组合。ROI内部的所有深度值的平均值将随着患者吸气而减小。
在第四选项中，如图5A所示，还可以通过选择大ROI(被示出为ROI_大)来联合访问两个运动分量，该大ROI覆盖患者的躯干和背景的一部分，即，患者两侧的背景。图5A示出了更大ROI的示例。在吸气阶段期间，肺体积并且因此躯干的体积增加，这与背景像素相比增加了“患者像素”的数量，并且减小了患者像素的深度值。
如下所示，偏移校正之后ROI内部的平均深度值的相对变化近似于ROI内部的患者体积的相对变化。平均深度信号取决于平均“患者厚度”/>“患者像素”的数量Np、探测器到传感器的距离D、以及ROI中的像素的总数量N：
偏移校正信号的相对变化x(t)/x(0)
/>
与体积Vp相对于X射线采集帧(t＝0)的相对变化成正比：
因此，偏移校正信号x的相对变化近似于患者躯干的体积变化。这假设体积Vp可以例如利用长方体模型通过平均患者厚度和患者面积Ap的乘积来近似。
图5B示出了通过对ROI内部的深度值求平均而从更大ROI导出的呼吸信号。在t＝0处采集X射线图像。
为了比较，图5A还示出了患者的背部上的ROI(被示出为ROI_背部)，并且图5B示出了从其导出的呼吸信号。
来自大ROI的呼吸信号对于图像平面中的刚性患者运动是鲁棒的，这将在下文中并且特别是关于图7A和图7B所示的实施例进行解释。
LAT投影中的胸部放射摄影
上述方法也可适用于侧向投影，可能需要额外的传感器和/或不同的传感器位置，这将在下文中进行解释。
通常拍摄侧向图像以补充正面视图。侧向图像对于定位病变是有用的，因为它与正面图像一起允许三维分析。为了获得侧向图像，要求患者转动并将一个肩部放置在板上并将其手抬起到其头部上方。技术人员可以再次要求患者深呼吸并握住它。
在LAT视图中，一个或多个ROI可以包括图6A所示的ROI中的一个或多个。
第一ROI(被示出为ROI_背部)可以包括表示患者的背部的像素和表示背景(X射线探测器或检查床)中的区的像素。ROI内部的深度值的集合被清楚地分成包括患者的背部和背景的两个聚类。在该选项中，处理单元14被配置为对ROI内部的包括胸部周围的区域的所有深度值求平均。在吸气期间，ROI内部的“患者像素”的相对分数增加，该“患者像素”全部具有比背景更小的深度值。因此，平均ROI深度值减小。类似地，在呼气期间，平均ROI深度值增加。因此，平均ROI深度值信号是呼吸运动的指标。
第二ROI(被示出为ROI_胸部)可以包括表示患者的胸部的像素和表示背景中的区的像素。类似地，平均ROI深度值信号是呼吸运动的指标。
第三ROI(被示出为ROI_躯干)可以定位在患者的躯干上。ROI内部的平均深度值的相对变化是呼吸运动的指标。
第四ROI(被示出为ROI_大)可以是通过越过患者的胸部与背景之间的边界线并且通过越过患者的背部与背景之间的边界线来覆盖患者的躯干和背景中的一部分的大ROI-即，第四ROI覆盖患者的躯干和患者两侧的背景。
图6B示出了从这些不同ROI内部的深度值导出的呼吸信号。在t＝0时采集X射线图像。
来自大ROI的呼吸信号对于图像平面中的刚性患者运动是鲁棒的，这在LAT检查中经常发生，如图7A和7B所示。如从图7B可以看出的，从大ROI导出的呼吸信号(被示出为ROI_大)对于图像平面中的刚性患者运动是鲁棒的，而来自患者的背部和胸部上的ROI的个体信号由于患者运动而被梯度破坏。
图2B至7B所示的所确定的呼吸信号可以由处理单元14进一步分析，以基于所确定的呼吸信号来确定用于在预定义呼吸状态下释放X射线暴露的时间点。
例如，可以例如使用递归神经网络(RNN)对呼吸信号进一步分析和分类。RNN是通常应用于信号的一种类型的神经网络，其在时间期间在其值之间具有相关性。从根本上讲，RNN是互连神经元和电流输入的环回架构，由此最后一个隐藏状态影响下一个隐藏状态的输出。RNN理想地适合于顺序信息并且适合于时间序列数据，因为它也具有记忆。
在训练期间，使用包括多个先前记录的患者的呼吸信号的训练数据集来探索网络和层的不同参数。先前记录的患者的呼吸信号可以从相同患者和/或从其他患者获得。用于在数据集中的预定义呼吸状态下释放X射线暴露的时间点可以由专家技术人员注释。在训练之后，RNN被用于从接收到的呼吸信号中提取时间特征，即用于释放X射线暴露的时间点。
可以手动控制或自动触发X射线成像系统以在所确定的时间点处进行图像采集。例如，操作者可以例如发起X射线释放请求，而系统将检查呼吸状态并且将仅在所确定的时间点处释放用于图像采集的暴露。如果存在临床需要，则用户可以超控自动门控并手动释放暴露。
上述的呼吸状态确定设备10和胸部放射摄影成像系统100可以容易地适于例如在C型臂X射线成像器中操作，其中，患者PAT在图像采集期间将躺在检查台上而不是如图1所示的那样站立。
参考图8，示出了用于在胸部放射摄影图像检查中确定患者的呼吸状态的方法的流程图。
在步骤210中，接收利用传感器连续捕获的深度图像序列，所述传感器具有覆盖被定位用于胸部放射摄影图像检查的患者的躯干的视场。因此，一旦患者被定位用于胸部放射摄影图像检查，传感器(例如，测距相机)就保持在延长的时间段内采集患者的躯干的深度图像数据帧序列。所采集的深度图像数据帧序列可以经由输入单元12被馈送到图1所示的呼吸状态确定设备10中。
在步骤220中，分析接收到的深度图像序列以确定表示患者的呼吸运动的一个或多个感兴趣区域(ROI)内部的深度值随时间的变化。换句话说，可以跨个体深度图像的序列记录一个或多个ROI内部的深度值，并且可以将深度值的变化建立为时间的函数。
在步骤230中，基于所确定的这一个或多个ROI内部的深度值随时间的变化来确定呼吸信号。例如，可以通过借助于使用加权均值或普通均值对一个或多个ROI内部的深度值求平均来创建1D呼吸信号。
在步骤240中，将所确定的呼吸信号输出到例如控制台和/或管头处的显示器，以给出关于实际呼吸状态的反馈。操作者能够检查患者是否响应于呼吸命令，并且在适当时释放X射线暴露。
任选地，可以例如使用递归神经网络(RNN)对呼吸信号进一步分析和分类。
在示例中，当检测到深吸气和屏气时，可以向操作者给出声学和/或视觉信号。
在示例中，可以基于所确定的呼吸信号来确定用于在预定义呼吸状态下释放X射线暴露的时间点。操作者可以例如发起X射线释放请求，而系统将检查呼吸状态并且将仅在所确定的时间点处释放用于图像采集的暴露。如果存在临床需要，则用户可以超控自动门控并手动释放暴露。
在本发明的另一示例性实施例中，提供了一种计算机程序或一种计算机程序单元，其特征在于适于在适当的系统上执行根据前面的实施例之一所述的方法的方法步骤。
因此，该计算机程序单元可以被存储在计算机单元上，该计算机单元也可以是本发明的实施例的部分。该计算单元可以适于执行以上描述的方法的步骤或诱发以上描述的方法的步骤的执行。此外，其可以适于操作以上描述的装置的部件。该计算单元能够适于自动地操作和/或执行用户的命令。计算机程序可以被加载到数据处理器的工作存储器中。该数据处理器由此可以被装备为执行本发明的方法。
本发明的该示例性实施例涵盖从一开始就使用本发明的计算机程序和借助于更新将现有程序转变为使用本发明的程序的计算机程序两者。
更进一步地，该计算机程序单元能够提供实现如以上所描述的方法的示例性实施例的流程的所有必需步骤。
根据本发明的另一示例性实施例，提出了一种计算机可读介质，例如CD-ROM，其中，该计算机可读介质具有存储在该计算机可读介质上的计算机程序单元，该计算机程序单元由前面部分描述。
计算机程序可以被存储和/或分布在合适的介质上，例如与其他硬件一起提供或作为其他硬件的部分提供的光学存储介质或固态介质，但计算机程序可也可以以其他形式来分布，例如经由因特网或者其他有线或无线电信系统分布。
然而，该计算机程序也可以存在于诸如万维网的网络上并能够从这样的网络中下载到数据处理器的工作存储器中。根据本发明的另一示例性实施例，提供了一种用于使得计算机程序单元可用于下载的介质，该计算机程序单元被布置为执行根据本发明的之前描述的实施例之一所述的方法。
必须指出，参考不同主题描述了本发明的实施例。具体而言，参考方法类型的权利要求描述了一些实施例，而参考设备类型的权利要求描述了其他实施例。然而，本领域技术人员将从以上和以下描述中了解到，除非另行指出，除了属于一种类型的主题的特征的任何组合之外，涉及不同主题的特征之间的任何组合也被认为由本申请公开。然而，所有特征能够被组合以提供超过特征的简单加和的协同效应。
尽管已经在附图和前面的描述中详细说明和描述了本发明，但这样的说明和描述应被认为是说明性或示例性的而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、公开内容和从属权利要求，本领域的技术人员在实践请求保护的本发明时能够理解和实现所公开的实施例的其他变型。
在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”并不排除多个。单个处理器或其他单元可以履行权利要求书中记载的若干项目的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记不应被解释为对范围的限制。

Claims (15)

1.一种呼吸状态确定设备(10)，包括：
-输入单元(12)；
-处理单元(14)；以及
-输出单元(16)；
其中，所述输入单元被配置为接收利用传感器连续捕获的深度图像序列，所述传感器具有覆盖被定位用于胸部放射摄影图像检查的患者的躯干的视场；
其中，所述处理单元被配置为：分析接收到的深度图像序列以确定至少一个感兴趣区域ROI内部的深度值随时间的变化，所述变化表示与所述传感器的图像平面正交的患者解剖结构的运动和/或所述传感器的所述图像平面内的患者解剖结构的运动；并且基于所确定的所述至少一个ROI内部的深度值随时间的变化来确定呼吸信号；并且
其中，所述输出单元被配置为提供所确定的呼吸信号。
2.根据权利要求1所述的呼吸状态确定设备，
其中，所述处理单元被配置为确定所述至少一个ROI内部的平均深度值的变化以确定所述呼吸信号。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的呼吸状态确定设备，
其中，所述至少一个ROI包括至少两个ROI，所述至少两个ROI包括第一ROI和第二ROI；
其中，所述处理单元被配置为：确定所述第一ROI内部的深度值随时间的变化，所述第一ROI内部的深度值随时间的变化表示与所述图像平面正交的第一患者解剖结构的运动；并且确定所述第二ROI内部的深度值随时间的变化，所述第二ROI内部的深度值随时间的变化表示所述图像平面内的第二患者解剖结构的运动；并且
其中，所述处理单元被配置为基于所述第一ROI和所述第二ROI两者内部的深度值的所确定的变化来确定呼吸信号。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的呼吸状态确定设备，
其中，所述至少一个ROI包括覆盖所述患者解剖结构和所述患者两侧的背景的ROI。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的呼吸状态确定设备，
其中，当所述患者被定位在侧向位置中以进行所述胸部放射摄影图像检查时，所述至少一个ROI包括：
-第一ROI，其包括表示所述患者的背部的像素和表示背景中的区的像素；
-第二ROI，其包括表示所述患者的胸部的像素和表示背景中的区的像素；以及
-第三ROI，其在所述患者的躯干上。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的呼吸状态确定设备，
其中，所述至少一个ROI包括具有表示所述患者的肩部的像素和表示背景中的区的像素的ROI。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的呼吸状态确定设备，
其中，所述至少一个ROI包括覆盖所述患者的躯干和背景的ROI。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的呼吸状态确定设备，
其中，所述处理单元被配置为基于自动暴露控制AEC剂量测量腔室的有效区或基于所述患者的一个或多个解剖界标来确定所述至少一个ROI。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的呼吸状态确定设备，
其中，所述处理单元还被配置为基于所确定的呼吸信号来确定用于在预定义呼吸状态下释放X射线暴露的时间点。
10.一种胸部放射摄影成像系统(100)，包括：
-X射线成像系统(110)，其具有X射线源(112)和X射线探测器(114)，所述X射线探测器与所述X射线源间隔开以容纳待成像的患者；
-传感器(120)，其具有覆盖被定位用于所述胸部放射摄影图像检查的所述患者的躯干的视场，其中，所述传感器被配置为连续捕获所述患者的躯干的深度图像序列；以及
-根据前述权利要求中的任一项所述的呼吸状态确定设备(10)。
11.根据权利要求10所述的胸部放射摄影成像系统，还包括：
-反馈设备，其被配置为：从所述呼吸状态确定设备接收呼吸信号，并且提供关于所述患者的呼吸状态的反馈。
12.根据权利要求10或11所述的胸部放射摄影成像系统，
其中，所述X射线成像系统被配置为在由所述呼吸状态确定设备确定的用于释放X射线暴露的时间点处被手动控制或自动触发以进行图像采集。
13.一种用于在胸部放射摄影图像检查中确定患者的呼吸状态的方法(200)，包括：
-接收(210)利用传感器连续捕获的深度图像序列，所述传感器具有覆盖被定位用于所述胸部放射摄影图像检查的患者的躯干的视场；
-分析(220)接收到的深度图像序列以确定至少一个感兴趣区域ROI内部的深度值随时间的变化，所述变化表示与所述传感器的图像平面正交的患者解剖结构的运动和/或所述传感器的所述图像平面内的患者解剖结构的运动；
-基于所确定的所述至少一个ROI内部的深度值随时间的变化来确定(230)呼吸信号；并且
-提供(240)所确定的呼吸信号。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括：
-基于所确定的呼吸信号来确定用于在预定义呼吸状态下释放X射线暴露的时间点。
15.一种用于控制根据权利要求1至9中的任一项所述的设备或用于控制根据权利要求10至12中的任一项所述的系统的计算机程序单元，所述计算机程序单元在由处理器运行时被配置为执行根据权利要求13或14所述的方法。
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JP2005218507A (ja) * 2004-02-03 2005-08-18 Tama Tlo Kk バイタルサイン計測方法と装置
RU2640566C2 (ru) * 2012-08-27 2018-01-09 Конинклейке Филипс Н.В. Персональная и автоматическая корректировка рентгеновской системы на основе оптического обнаружения и интерпретации трехмерной сцены
US20170055920A1 (en) * 2015-08-27 2017-03-02 Xerox Corporation Generating a respiration gating signal from a video
CA3086527A1 (en) * 2018-01-08 2019-07-11 Covidien Lp Systems and methods for video-based non-contact tidal volume monitoring
US11120622B2 (en) * 2018-06-08 2021-09-14 Data Integrity Advisors, Llc System and method for biophysical lung modeling

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