CN117100294A - 规划借助x光系统拍摄患者的x光图片的方法和整体系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于借助X光系统规划患者的X光图片的拍摄的方法，其中，X光系统具有能够调节至多种投影几何关系的拍摄系统，该拍摄系统带有X光源和X光探测器，所述方法使用包括显示面的移动设备，所述方法包括以下步骤：借助检测设备、尤其光学摄像机建立患者的拍摄区域的至少一个第一图像，提供患者的患者解剖学的患者模型，检测手动定位的移动设备的位置和定向，利用所述患者模型、至少第一图像和移动设备的位置和/或定向建立患者的至少一个部分的虚拟的X光图片，并且将虚拟的X光图片显示在移动设备的显示面上。

Description

规划借助X光系统拍摄患者的X光图片的方法和整体系统

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1所述的用于规划借助X光系统拍摄患者的X光图片的方法以及根据权利要求12所述的用于实施该类型方法的整体系统。

背景技术

在医学2DX光成像中，具有可电机调节的支架、尤其用于固持X光管和X光探测器的C形臂的拍摄系统应用广泛。为了对各个检查区域成像，该类型的C形臂可以相对于检查对象以不同的投影几何关系布置，例如以参照检查对象不同的投影方向、位置、定向和不同距离布置。此外，还存在包括可相互无关地电机调节的X光源和X光探测器的拍摄系统，例如Siemens Multitom Rax。

通过有经验的磁共振断层血管成像或放射学专家手动调整投影几何关系通常不会带来理想的结果。为了例如在规划检查对象的二维投影图片时获得用于期望图片的理想投影几何关系，通常从一个或多个投影方向以较低的剂量制作测试图片，并由此确定理想的投影几何关系和理想的拍摄区域。但在此过程中使用了额外的为患者带来负担的辐射，然而这是通常应避免的。此外，已知使用患者模型，以便利用规划软件在调整投影几何关系之后模拟虚拟的X光拍摄。

发明内容

本发明所要解决的问题在于，提供一种方法，所述方法能够在不使用辐射的情况下实现拍摄几何关系的快速且直观的规划；此外，本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种适用于实施所述方法的X光系统。

根据本发明，所述技术问题通过一种根据权利要求1所述的用于规划借助X光系统拍摄患者的X光图片的方法以及根据权利要求12所述的用于实施该类型方法的整体系统解决。本发明的优选的设计方案分别是从属权利要求的技术方案。

根据本发明的方法用于规划借助X光系统拍摄患者的X光图片，其中，X光系统具有能够调节至多种投影几何关系的拍摄系统，该拍摄系统带有X光源和X光探测器，所述方法使用包括显示面的移动设备，所述方法包括以下步骤：借助检测设备、尤其光学摄像机建立患者的拍摄区域的至少一个第一图像，提供患者的患者解剖学的患者模型，检测手动定位的移动设备的位置和定向，利用所述患者模型、至少第一图像和移动设备的位置和/或定向建立患者的至少一个部分的虚拟的X光图片，并且将虚拟的X光图片显示在移动设备的显示面上。通过使用所述方法，可以以简单且对于操作人员直观的方式找到对于X光图片的预期拍摄理想的投影几何关系。在此，可以免去X光辐射的使用，从而与使用测试拍摄相比能够降低患者的辐射负担并且有时也降低了操作人员的辐射负担。总体而言，通过该方式可以由操作人员快速且简单地检验大量投影几何关系，而无需实际上移动拍摄系统：操作人员手动地移动移动设备，并且通过该方法自动地建立解剖学准确的虚拟X光图片并且将其显示在相应定位的移动设备(或者说其显示面)上。如果操作人员移动移动设备，可以生成并显示新的虚拟的X光图片。

虚拟X光图片的生成或模拟可以例如利用模拟算法、例如蒙特卡洛(Monte-Carlo)算法或利用机器学习算法或利用计算机图形法、例如网格化或光线追踪实施。虚拟的X光图片可以在显示中模仿真实的X光图片或者包含彩色显示的解剖学结构，是电影效果图像或者还显示在X光图片中不能或仅极其微弱对比的解剖学结构。在计算机图形法中，可以例如仅示出患者的骨骼并以简化的模型示出软组织部分。

根据本发明的一种设计方式，由此确定虚拟的X光图片，即，移动设备的位置和/或定向至少部分代表或体现出X光探测器的位置和/或定向。由此可以例如确定虚拟的X光图片，即，移动设备在位置和定向上或仅在位置上与X光探测器相对应，其前提是X光探测器布置在相同位置上。尤其地，移动设备的显示面还可以至少部分地体现X光探测器的传感器面的位置和/或定向。例如还可以由此确定虚拟的X光图片，即，在图片面相互间相对缩小或者说图片尺寸缩放的情况下，要是X光探测器布置在(与移动设备)相同位置时，移动设备的显示面的中心相当于X光探测器的传感器面的中心。而且为了确定虚拟的X光图片，患者与X光探测器之间的距离可以相当于移动设备与患者之间的距离，或者患者与X光探测器之间的距离是可变的，或者是可以事先设定为固定值(例如SID(＝Source Image Distance，源像距，X光源与X光探测器之间的距离)是固定的)。通过该方式，操作人员可以借助所述方法模拟X光探测器的位置和/或定向，并且查看可能的X光图像在不同的X光探测器位置中如何改变。

根据本发明的另一种设计方式，替选地由此确定虚拟的X光图片，即，移动设备的位置和/或定向至少部分体现出X光源的位置和/或定向。在此，显示面的中心例如相当于焦点的中心。移动设备与患者之间的距离可以相当于X光设备与患者之间的距离，或者可以是可变的，或者可以使事先以固定值设定的(例如SID可以是固定的)。通过该方式，操作人员可以模拟X光源的位置和/或定向对X光图片的影响。

根据本发明的另一设计方式，确定用于X光系统的拍摄X光图片的至少一个参数，该X光图片至少部分相当于虚拟的X光图片。尤其地，可以确定拍摄系统的和/或配属于X光系统的病床的定位，以便拍摄至少部分对应于虚拟X光图片的X光图片。为此，例如使用以上应用的有关X光探测器或X光源的位置和/或定向的预设值，并且确定满足该预设值的用于拍摄系统的定位。也可以或附加地基于虚拟X光图片确定参数、例如剂量、X光电压或准直。针对所述参数还可以考虑其他标准，例如在图片质量良好的同时尽可能低的辐射负担等。参数的确定可以自动或基于输入确定。

根据本发明的一种设计方式，尤其内部的患者解剖学的患者模型、也即例如骨骼、组织、血管等从存储器或数据库调取或者由事先拍摄的患者的体积图(Volumenbild)确定。患者模型可以是更加普遍的模型、建立包括有关患者的若干指标(性别、身高、体重等)的调整过的模型或者基于之前的X光图片(2D或3D)精确化的准确模型。例如可以涉及数字孪生模型。由此，患者模型还影响虚拟X光图片的精确度。

根据本发明的另一设计方式，X光系统随后可以被通过至少一个参数控制，用于拍摄X光图片。为了触发这一点，可以例如接受额外的(例如操作人员的)输入。拍摄系统和/或病床在控制下被调节至相应的位置，并且设置所有必要的或事先确定的参数。随后，触发X光辐射的应用。此外，此前还可以使用碰撞监控。

根据本发明的另一设计方式，移动设备由智能电话、智能设备、触摸平板或平板电脑构成。该类型的移动设备特别适合用于所述方法，因为所述移动设备能够轻易、简单地获得，并且在技术上良好地配置，例如具有触摸显示器、摄像机和追踪系统。虚拟X光图片可以显示在显示面上，也即触摸显示器上。该类型的移动设备例如设置有应用软件，也可以用于X光系统的操作。通过尤其也能显示虚拟(例如模拟)X光图片的应用软件，可以例如调整诸如准直、X光图片的缩放、剂量等的设置。

根据本发明的另一设计方式，利用无线电定位和/或借助标记的光学定位和/或追踪系统确定移动设备的位置和/或定向。由此可以通过无线电网络(WLAN、5G、4G、GPS)实施如上述示例(智能电话、智能设备、触摸平板或平板电脑)的移动设备的定位，因为为此所需的前提条件在可购得的移动设备中是既有的。同样可以使用其他简单且精确的定位或追踪可能方式，例如通过空间中和/或在X光系统上的光学标记或通过移动设备上的追踪组件(例如USB-C加密狗)。移动设备的定向可以例如通过集成在移动设备中的倾斜传感器确定。

根据本发明的另一设计方式，检测手动定位的移动设备的位置和定向、建立和显示虚拟X光图片的步骤被一直重复，直至接收到控制信号为止。所述控制信号可以例如是操作人员的输入或者是自动控制信号，当例如针对预设的X光拍摄探测到理想的虚拟X光图片。那么通过控制信号可以例如接收到触发，通过所述触发引发一个/多个参数的确定。

此外，本发明还涉及一种用于实施所述方法的整体系统，其具有包括可调节至多个投影几何关系的拍摄系统(拍摄系统带有X光源和X光探测器)的X光系统、包括显示面的移动设备、用于建立患者的拍摄区域的至少一个第一拍摄或者说图像的检测设备、尤其光学摄像机、用于提供患者解剖学的患者模型的提供单元、用于确定手动定位的移动设备的位置和定向的定位系统和用于利用患者模型、至少所述第一图像和移动设备的位置和/或定向建立患者的拍摄区域的至少一部分的虚拟X光图片的计算单元，其中，所述移动设备的显示面构造用于显示虚拟X光图片。

根据本发明的一种设计方式，整体系统具有用于确定用于X光系统的至少一个参数用以拍摄X光图片的确定单元，所述X光图片至少部分相当于虚拟X光图片。尤其所述确定单元构造用于确定拍摄系统的定位，用以拍摄X光图片。在有利的方式中，整体系统具有可调节的病床。其同样是可调节的，以便获得相对于患者理想的投影几何关系。

此外，整体系统还以有利的方式具有控制单元，所述控制单元构造用于利用至少一个参数控制X光图片的拍摄。符合目的地，移动设备由智能电话、智能设备、触摸平板或平板电脑构成。根据本发明的另一设计方案，拍摄系统由可调节的C形臂构成。

附图说明

以下借助附图中示意性示出的实施例详细阐述本发明以及根据从属权利要求的特征的另外的有利的设计方案，但本发明不局限于这些实施例。在附图中：

图1示出所述方法的步骤的流程；

图2示出所述方法的步骤的另一流程；

图3示出用于实施所述方法的整体系统的视图；

图4示出在移动设备的定位过程中整体系统的拍摄系统和移动设备的视图；

图5示出移动设备连同所显示的虚拟X光图片的俯视图；

图6示出整体系统的拍摄系统的视图，该整体系统带有根据移动设备在图4中的位置所调节的X光探测器；并且

图7示出拓展的方法的步骤的另一流程。

具体实施方式

通过所述方法，无需测试图像并进而无需发送X光辐射，能够使操作人员以简单且直观的方式并借助移动设备获得准确的介绍：特定的投影几何关系如何影响在X光图片上对检查对象17(例如患者的器官或检查区域)的显示，并且能够由此选择特别合适的投影几何关系。此外，通过该方式减少了患者的辐射负担，能够更快速且更精确地拍摄X光图片，并且由于更少数量的错误拍摄而节省了时间和金钱。在图1和图2和图7中示出所述方法的三种可能的流程，在图3中则示出可用于实施所述方法的整体系统1，其带有构造为C形臂X光设备2的X光系统和移动设备3。C形臂X光设备2具有可在多个空间方向上调节的C形臂5，在所述C形臂上固持有X光源6和X光探测器7。移动设备3可以例如是智能电话、智能设备、触摸平板或平板电脑，其具有显示面13(例如触摸屏)。

在第一步骤20中，借助检测设备建立患者10的拍摄区域的至少一个第一图像。这用于检测患者的当前定位。为此，可以使用光学摄像机4，例如固定安装在检查室中(并且例如还用X光设备登记的)或布置在X光系统2中的摄像机；而且也可以使用移动设备3的摄像机。借助光学摄像机还可以检测一个以上、也即例如两个或更多个图像。作为备选，还可以使用其他检测设备、例如雷达系统，所述雷达系统检测患者的拍摄区域的当前位置和/或定向。拍摄还可以与其余方法在时间上间隔地实施，前提在于，患者在中间时间不改变其定位。

在所述方法的第二步骤21中，提供、例如借助提供单元15提供患者的患者解剖学的患者模型。患者模型可以例如由存储器或数据库调取或者由之前拍摄的患者的体积图确定/生成。可以涉及通用的统计学的患者模型，其已经利用患者的信息和数据(身高、体重、性别等)修正，或者涉及精确适配患者的患者模型。在此，例如可以涉及患者的数字孪生模型。优选地，涉及患者的内部解剖学至少一个区段的三维患者模型，其包含规划好的检查对象17。在患者模型中例如包括有关患者的骨骼、器官、血管和/或组织的位置的信息。作为备选，患者模型可以仅包含有关骨骼和皮肤表面位置的信息，并且骨骼以外的全部软组织被认为是均匀物质。

在第三步骤22中，之前手动定位的移动设备的位置和定向被检测，为此可以设置例如定位系统16。手动定位也可以——见图7——在中间步骤28中实施，例如其方式在于，操作人员将移动设备以预期位置和定向手动固定(例如也见图4)。定位检测可以利用无线电定位和/或借助标记的光学定位和/或通过追踪系统确定。由此可以例如通过无线电网络实施移动设备(智能电话、智能设备、触摸平板或平板电脑)的定位，因为为此所需的前提条件存在于可购得的移动设备中。同样可以使用其他简单且精确的定位或追踪可能方式，例如通过空间中和/或在X光系统上的光学标记或通过移动设备上的追踪组件(例如USB-C加密狗)。操作人员可以利用其手部或者辅助器件(例如伸缩杆)固定并且相应地定位移动设备。在此，操作人员将移动设备例如与稍后应如何定位X光探测器或X光源类似地、例如在位置、定向、投影方向和/或距离方面类似地固持移动设备。

在第四步骤23中，由在之前的三个步骤中提供的信息、也即至少一个摄像机图片、患者的内部解剖学的患者模型和移动设备的位置和/或定向，建立患者(尤其相关或感兴趣区域)的拍摄区域的至少一部分的虚拟X光图片。虚拟X光图片可以例如借助计算单元9利用软件算法计算或者模拟，例如还利用机器学习软件。虚拟X光图片由此建立，即，虚拟X光图片的投影几何关系(相对于所述用的X光系统)与移动设备3的被检测的位置和定向相关。为此，例如根据之前选择的设置或操作人员的输入适用不同的可能方式。那么可以例如由此确定虚拟X光图片，即，移动设备3的位置和/或定向至少部分相当于X光系统的X光探测器7的位置和/或定向。

可以由此模拟虚拟X光图片，即，移动设备3的显示面13或其中心相当于X光探测器7的传感器面或者说传感器面的中心。X光探测器7可以尤其大于所显示的虚拟X光图片；虚拟X光图片可以例如相对于显示面13成比例地缩小。移动设备3的显示面13的定向同样可以相当于在虚拟X光图片中的X光探测器7的定向。对于该情况，X光源6的位置可以与X光探测器“对置”，也即从X光探测器7的中心轴开始位于患者的另一侧。虚拟X光图片的X光源6的中心投影射线应该垂直到达X光探测器7的传感器面。虚拟X光图片的准直可以例如选择为，X光探测器7(或之前选定的部分区域)被X光辐射照射。

虚拟X光图片的X光源与X光探测器的距离(SID)可以固定预设，例如类似于X光系统。如果SID在X光系统中是可变的，那么可以首先自动选择标准值。通过用户输入可以增大或减小地选择SID。

作为备选，可以由此确定虚拟X光图片，即，移动设备3的位置和/或定向至少部分相当于X光系统的X光源6的位置和/或定向。虚拟X光图片的X光探测器7的位置随后类似于以上描述确定。例如在虚拟X光图片中的移动设备的显示面13的中心可以相当于X光源6的焦点。

在第五步骤24中，随后将由此生成的虚拟X光图片显示在已定位的移动设备3的显示面13上——也见图5。虚拟X光图片可以在光学上与真实的X光图片相同或者作为复制品可清楚识别地示出，例如作为与第一图像(例如摄像机图片)叠加的示意性结构、例如骨骼和器官或作为第一图像上的增强现实显示。

由此，操作人员可以根据显示在移动设备3上的虚拟X光图片查看相应的X光图像表现如何。操作人员随后可以例如判断，其是否希望有这类X光图片并且开始相应的操作。虚拟X光图片也可以附加地显示在其他显示单元14(例如显示屏)上。

如果重复该方法，不必重复第一图像(第一步骤20)和患者模型的提供(第二步骤21)，只要相同的患者停留在相同位置即可。

在所述方法的另一设计方式中——见图2，随后在第六步骤25中确定、例如借助确定单元11确定用于X光系统的至少一个参数，用以拍摄至少部分对应于虚拟X光图像的X光图片。参数可以例如是X光源6和X光探测器7(或者拍摄系统、例如C形臂5)的定位和/或是病床12的定位，患者10支承在所述病床上。还可以涉及X光源的X光电压和/或X光剂量或者准直器的准直。

在图7中示出方法，其中，首先实施直至第五步骤24(显示虚拟X光图片)为止的所有步骤。所述步骤除了移动设备3的手动定位之外都是自动进行的。如果不进行(专门的)输入，则移动设备的定位/定向(第三步骤22)、虚拟X光图片的计算(第四步骤23)和虚拟X光图片的显示(第五步骤24)要么连续地要么以(规则的)间隔重复。操作人员由此可以验证移动设备的多种不同位置/定向和由此不同的投影几何关系，并且能够让相应的虚拟X光图片显示。如果显示的虚拟X光图片对操作人员来说表现为匹配于实际图像，则操作人员可以执行输入，从而触发一个或多个参数的确定(第六步骤25)，例如通过控制信号。也可以自动进行触发，例如当当前的虚拟X光图片自动分析并且被评估为匹配于预设的X光图像或被评估为理想时。

随后，X光系统可以在第七步骤中例如借助系统控制单元8控制特定参数的设置，也即例如拍摄系统(也即尤其相应的投影几何关系)、病床12的位置的占据和/或X光电压的设置、剂量和准直。在图6中示出X光探测器7如何调节至之前移动设备(参照图4)所具有的相同位置和定向。在第八步骤27中，利用所设置的参数拍摄X光图片。

X光系统可以除了C形臂X光设备之外还由不同的其他用于透射的X光设备构成，其中，X光源和X光探测器构造为可调节至不同的投影几何关系。包括具有共同或单独固定的X光源和X光探测器的X光设备，其中，这二者可以要么共同地要么单独地在多个空间方向上被调节。

移动设备例如由智能电话、智能设备、触摸平板或平板电脑构成。该类型的移动设备特别适合用于所述方法，因为所述移动设备能够轻易、简单地获得，并且在技术上良好地配置，例如具有触摸显示器、摄像机和追踪系统。虚拟X光图片可以显示在显示面上，也即触摸显示器上。该类型的移动设备例如设置有应用软件，也可以用于X光系统的操作。

此外，至少一个(例如摄像机的)第一图像和移动设备的位置和/或定向的检测可以用于避免碰撞，例如其方式在于，探测并自动排除对于X光源和X光探测器不允许的位置。

本发明能够通过以下方式总结：为了特别直观、节省时间且低辐射的X光图像，所述方法用于规划借助X光系统拍摄患者的X光图片，其中，X光系统具有能够调节至多种投影几何关系的拍摄系统，该拍摄系统带有X光源和X光探测器，所述方法使用包括显示面的移动设备，所述方法包括以下步骤：借助检测设备、尤其光学摄像机建立患者的拍摄区域的至少一个第一图像，提供患者的患者解剖学的患者模型，检测手动定位的移动设备的位置和定向，利用所述患者模型、至少第一图像和移动设备的位置和/或定向建立患者的至少一个部分的虚拟的X光图片，并且将虚拟的X光图片显示在移动设备的显示面上。

Claims (20)

1.一种用于规划借助X光系统拍摄患者的X光图片的方法，其中，X光系统具有能够调节至多种投影几何关系的拍摄系统，该拍摄系统带有X光源和X光探测器，所述方法使用包括显示面的移动设备，所述方法包括以下步骤：

·借助检测设备、尤其光学摄像机建立患者的拍摄区域的至少一个第一图像，

·提供患者的患者解剖学的患者模型，

·检测手动定位的移动设备的位置和定向，

·利用患者模型、至少第一图像和移动设备的位置和/或定向建立患者的至少一个部分的虚拟X光图片，并且

·在移动设备的显示面上显示虚拟X光图片。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定虚拟的X光图片，即，移动设备的位置和/或定向至少部分体现出X光探测器的位置和/或定向。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定虚拟的X光图片，即，移动设备的位置和/或定向至少部分体现出X光源的位置和/或定向。

4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，确定用于X光系统的用于拍摄X光图片的至少一个参数，该X光图片至少部分相当于虚拟的X光图片。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，确定拍摄系统的和/或配属于X光系统的病床的定位，以便拍摄至少部分对应于虚拟X光图片的X光图片。

6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，患者解剖学的患者模型从存储器或数据库中调取，或者由之前拍摄的患者的体积图确定。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的方法，其特征在于，X光系统随后利用所述至少一个参数被控制，用于拍摄X光图片。

8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，利用无线电定位和/或借助标记的光学定位和/或追踪系统确定移动设备的位置和/或定向。

9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，移动设备由智能电话、智能设备、触摸平板或平板电脑构成。

10.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，移动设备的显示面至少部分体现出X光探测器的传感器面的位置和/或定向。

11.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，检测手动定位的移动设备的位置和定向、建立和显示虚拟X光图片的步骤被一直重复，直至接收到控制信号为止。

12.一种用于实施根据上述权利要求1至11中任一项所述方法的整体系统，其具有：

·X光系统，其包括可调节至多种投影几何关系的拍摄系统，该拍摄系统包括X光源和X光探测器，

·包括显示面的移动设备，

·检测设备，尤其光学摄像机，用于建立患者的拍摄区域的至少一个第一图像，

·提供单元，用于提供患者解剖学的患者模型，

·定位系统，用于确定手动定位的移动设备的位置和定向，和

·计算单元，用于利用患者模型、至少第一图像和移动设备的位置和/或定向建立患者的拍摄区域的至少一个部分的虚拟X光图片，

其中，移动设备的显示面构造用于显示虚拟X光图片。

13.根据权利要求12所述的整体系统，其特征在于，所述计算单元构造用于确定虚拟的X光图片，即，移动设备的位置和/或定向至少部分体现出X光探测器的位置和/或定向。

14.根据权利要求12所述的整体系统，其特征在于，所述计算单元构造用于确定虚拟的X光图片，即，移动设备的位置和/或定向至少部分体现出X光源的位置和/或定向。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的整体系统，其特征在于，整体系统具有用于确定用于X光系统的至少一个参数用以拍摄X光图片的确定单元，所述X光图片至少部分相当于虚拟X光图片。

16.根据权利要求15所述的整体系统，其特征在于，所述整体系统具有病床。

17.根据权利要求15或16所述的整体系统，其特征在于，确定单元构造用于确定拍摄系统的定位，用以拍摄X光图片。

18.根据权利要求12至17中任一项所述的整体系统，其特征在于，整体系统具有控制单元，所述控制单元构造用于利用至少一个参数控制X光图片的拍摄。

19.根据权利要求12至18中任一项所述的整体系统，其特征在于，移动设备由智能电话、智能设备、触摸平板或平板电脑构成。

20.根据权利要求12至19中任一项所述的整体系统，其特征在于，拍摄系统由可调节的C形臂构成。