基于光學(xué)3d場景檢測與解釋的患者特異性且自動的x射線系統(tǒng)調(diào)節(jié)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及基于輻射的成像，并且尤其涉及控制裝置、控制方法、成像系統(tǒng)、計算 機程序單元以及計算機可讀介質(zhì)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在使用X射線成像器時，合適的X射線束準直是重要的。
[0003] 到相關(guān)解剖結(jié)構(gòu)的X射線束準直減少了患者被暴露于的電離輻射的量，并因此使 輻射風(fēng)險最小化。此外，合適的準直減少了被散射輻射的量，這是因為較小的體積被照射， 這得到改善的細節(jié)對比和圖像質(zhì)量。
[0004] 針對例如胸部X射線的采集，當(dāng)前的準直工作流程需要實驗室技術(shù)人員將患者引 領(lǐng)到成像器的X射線探測器，并將探測器和X射線管調(diào)節(jié)到合適的高度并調(diào)劑準直器的設(shè) 定。技術(shù)人員然后離開檢查室并釋放X射線暴露。時間測量結(jié)果揭示，成像會話大致1/3 的時間被合適的患者和系統(tǒng)定位（包括準直）占據(jù)。
[0005] US 7494276描述了一種用于輔助操作者操作X射線設(shè)備的系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 因此可存在著對于替代裝置的需要，以減輕醫(yī)學(xué)工作人員在圖像采集會話或運行 的準備中或期間調(diào)節(jié)成像器時的負擔(dān)。
[0007] 本發(fā)明的目標通過獨立權(quán)利要求的主題得以解決，其中在從屬權(quán)利要求中并入另 外的實施例。要理解，本發(fā)明的以下方面同樣適用于控制方法、成像系統(tǒng)、計算機程序單元 以及計算機可讀介質(zhì)。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種控制裝置，包括：
[0009] 輸入端口，其用于接收在所述目標位于成像器的X射線源與所述成像器的X射線 探測器之間時由傳感器在對目標的3D調(diào)查中感測的3D圖像數(shù)據(jù)。如此接收的所述3D圖 像數(shù)據(jù)包括隨著所述目標的外表面變化的空間深度信息。所述3D圖像數(shù)據(jù)描述所述目標 的3D形狀；
[0010] 3D圖像數(shù)據(jù)分析器，其被配置為從接收到的3D圖像數(shù)據(jù)計算目標的解剖標志數(shù) 據(jù)，以如此獲得成像器控制數(shù)據(jù)以控制所述成像器；
[0011] 控制單元，其被配置為使用所計算的控制數(shù)據(jù)以在對所述目標的圖像采集之前或 期間控制所述X射線成像器的操作。
[0012] 所提出的控制裝置提供了基于光學(xué)3D場景檢測和解釋，對X射線成像器的幾何結(jié) 構(gòu)的患者特異性/自適應(yīng)的且自動或半自動的準直和/或?qū)?。所述目標（例如患者）?空間3D(三維）形狀數(shù)據(jù)、從其導(dǎo)出的解剖身體標志以及給定的X射線成像器幾何結(jié)構(gòu)被 一起用于控制i)對感興趣期望解剖結(jié)構(gòu)的患者特異性準直和/或ii)患者特異性成像器 對準（例如相對于患者的管和探測器取向）和/或暴露鎖定，以避免在患者移動期間的X 射線暴露。
[0013] 在所述圖像采集期間不需要對患者身體應(yīng)用標記物。所述患者"自由地"步進到 所述檢查室中并走向其中的期望目標地點。自動地或在由成像器操作者請求后，所述傳感 器恢復(fù)其檢測操作。所述患者的3D輪廓的3D形狀和幾何結(jié)構(gòu)然后被用于探測所述解剖標 志，例如四肢、軀干、頸、頭、肩、全身高度、全身寬度等。取決于要取得的X射線圖像的類型， 所識別的標志或其一些連同它們的位置坐標（其也可以導(dǎo)出）形成所感測的3D圖像數(shù)據(jù)， 并然后被用于在3D空間中定義準直窗口。
[0014] 根據(jù)一個實施例，所述患者的身體以其整體被3D調(diào)查，在備選的實施例中，所述 3D調(diào)查僅是部分的，例如被限制到患者的軀干。手勢和/或姿勢識別也可以被用于在患者 與醫(yī)務(wù)人員（其有時在圖像采集期間出現(xiàn)，這在諸如心臟血管處置的X射線支持的介入中 是常見的情況）之間進行區(qū)分。根據(jù)一個實施例，所計算的控制數(shù)據(jù)包括劃界數(shù)據(jù)，其劃界 針對所述目標的感興趣區(qū)域的成像器窗口。
[0015] 根據(jù)一個實施例，所述3D圖像數(shù)據(jù)分析器操作為在檢測到所述目標的移動時或 在用戶請求后更新所述成像器窗口，所更新的成像器窗口由此跟隨所述目標的移動，所述 控制單元在所述目標的移動期間使用所更新的成像器窗口以控制成像器的圖像采集。所述 傳感器被配置為在三個空間維度跟蹤目標的移動。根據(jù)一個實施例，存在用戶可致動的"一 鍵"功能，用于恰在X射線的釋放之前調(diào)整所述準直窗口。
[0016] 根據(jù)一個實施例，所述3D圖像數(shù)據(jù)分析器被配置為建立所述目標的所述解剖標 志的位置數(shù)據(jù)。劃界數(shù)據(jù)基于所述解剖標志位置數(shù)據(jù)。換言之，感興趣的內(nèi)部器官或解剖 結(jié)構(gòu)的位置是從諸如外部解剖標志的相互空間布置與形狀的外部線索導(dǎo)出的。根據(jù)一個實 施例，存在數(shù)據(jù)庫或查找表，其中特定的標志與不同的X射線檢查類型相關(guān)聯(lián)。一旦用戶提 供對所述檢查類型的說明，例如"胸部X射線"，則對相關(guān)標志的描述能夠被檢索并被用于 檢測在所述3D圖像數(shù)據(jù)中的所述標志位置。所述標志位置然后被用作針對所述準直窗口 的劃界數(shù)據(jù)。
[0017] 根據(jù)一個實施例，所述目標是人類或動物身體，所述標志位置數(shù)據(jù)指示所述人類 或動物身體的多個關(guān)節(jié)的位置或可識別為空間深度信息的特征變化的其他解剖標志，例如 四肢、頭、頸部、肩部或身體部分的其他布置。
[0018] 根據(jù)一個實施例，所述3D圖像數(shù)據(jù)被用于骨架識別。在一個實施例中，針對胸廓 或胸部X射線，根據(jù)構(gòu)成所述3D圖像數(shù)據(jù)的深度值來識別髖關(guān)節(jié)和肩關(guān)節(jié)，并且連接兩個 髖關(guān)節(jié)的線被用作針對所述準直窗口的下劃界。連接肩關(guān)節(jié)的線是上劃界，軀干兩側(cè)形成 橫向劃界。使用可訪問專業(yè)醫(yī)學(xué)知識和從大量患者收集的統(tǒng)計解剖數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫，能夠通 過使用例如評分方案來評估和調(diào)節(jié)對所計算的窗口的匹配。高的分數(shù)指示所計算的窗口良 好地對應(yīng)于即時患者數(shù)據(jù)（年齡、性別等）。專業(yè)數(shù)據(jù)或是用戶提供的或都裝置被配置為連 接到數(shù)據(jù)庫以檢索專業(yè)數(shù)據(jù)。因此能夠考慮患者的解剖結(jié)構(gòu)中的變化，以增加所述準直窗 口計算的魯棒性。所述知識能夠然后被用于修剪所計算的準直窗口。在胸廓實施例中，使 用所計算的劃界作為參照系，上三分之二部分然后被用作實際準直窗口，因為這是能夠期 望肺部位于其中的地方。換言之，根據(jù)所述標志計算的所述準直窗口可以由所述裝置細調(diào) 到針對給定感興趣器官的已知器官位置。在其他實施例中，沒有進一步地使用如由所述標 志分界的所述準直窗口。
[0019] 根據(jù)一個實施例，受控的成像器操作包括i)針對從所述X射線源發(fā)出的射束的準 直操作，和/或包括ii)所述X射線管和/或所述探測器相對于所述目標的對準，和/或?qū)?X射線源XR的操作電壓kVp和/或mAs (毫安秒）和/或暴露時間和/或劑量的調(diào)節(jié)。能 夠響應(yīng)于患者的外形，尤其是患者厚度（如通過所述3D圖像數(shù)據(jù)中的深度信息表明的），來 設(shè)置所述操作電壓。換言之，kVp設(shè)定被調(diào)節(jié)為直接隨著患者的厚度而變化。
[0020] 根據(jù)一個實施例，所述3D圖像數(shù)據(jù)是通過所述患者對非電離輻射的暴露而被采 集的。這允許減少患者的劑量。不需要X射線預(yù)射以對準成像器并且尤其是調(diào)節(jié)成像器的 準直器。
[0021] 根據(jù)一個實施例，所述傳感器是測距相機的部分。范例為微軟Kinect或華碩 Xtion Pro Live 裝備。
[0022] 根據(jù)一個實施例，所述傳感器使用被投射到所述患者或目標上預(yù)定義的結(jié)構(gòu)光圖 樣以感測所述3D圖像數(shù)據(jù)。根據(jù)一個實施例，所述結(jié)構(gòu)光圖樣是斑點圖樣。根據(jù)一個實施 例，使用紅外光，但也設(shè)想使用可見光譜中的光。所提出的裝置提供改善臨床工作流程，這 是因為不需要用戶交互用于實際準直或成像器對準（例如管和探測器）。所述成像器設(shè)定 適于所述患者的大小和/或厚度，其繼而意味著對于醫(yī)學(xué)工作人員而言在較為繁忙的臨床 環(huán)境中減少的工作流程步驟的數(shù)目。即使是由很少放射學(xué)教育的工作人員也能夠原則上安 全且有效地操作X射線成像器。
[0023] 所述患者受益于，由于避免了錯誤準直而能夠削減重做的數(shù)目，由此增進 ALARA("可合理達到最低水平"）目標。放射科醫(yī)師因優(yōu)質(zhì)的準直和成像器對準設(shè)定帶來 的較少的散射輻射，而能夠享用較好的圖像質(zhì)量。
[0024] 定義
[0025] "3D圖像數(shù)據(jù)"是由傳感器響應(yīng)于非電離輻射或聲音而采集的。所述3D圖像數(shù)據(jù) 是像素的陣列，每個像素具有在所述陣列中的一位置和一值。每個像素位置對應(yīng)于目標的 表面上的點的位置，并且所述值與相機的傳感器與所述目標表面點之間的距離直接相關(guān)， 或者能夠用所述距離來