用于提供x射线图像的医疗成像系统和方法
【专利摘要】一种X射线成像系统包括X射线管(6)、用于所述X射线管的天花板悬架(2)、其上安装有X射线探测器(10)的探测器推车(12)、有源传感器矩阵(24)、光学指示单元(20)以及控制单元(26)。所述有源传感器矩阵(24)被固定地安装在天花板悬架(2)上，所述光学指示单元(20)被固定地安装到所述探测器推车(12)并且适于向所述有源传感器矩阵(24)上发射光学指示(22)。所述控制单元(26)被连接到所述有源传感器矩阵(24)并且适于采集所述光学指示(22)在所述有源传感器矩阵(24)上的位置并创建控制信号以使所述探测器推车位置和所述天花板悬架位置相对于彼此对准，使得所述光学指示出现在所述有源传感器矩阵上的预定斑上。这消除了对以与X射线臂的固定空间关系承载探测器单元的机械固定臂的需要，因为探测器和所述X射线管通过位置跟随过程被链接。
【专利说明】用于提供X射线图像的医疗成像系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于提供X射线图像的医疗成像系统和方法。
【背景技术】
[0002]对于创伤X射线应用，技术人员通常必须把探测器和X射线管携带到躺在周围有很多人的环境中的创伤推车上的患者附近。患者可能被有线连接到可能干扰适当的X射线检查的医疗设备。因此，创伤X射线应用是复杂的。
[0003]通常，针对这种环境中的X射线检查，存在两种总体不同的工作流程，这取决于要被检查的对象的尺寸、形状和位置。在第一工作流程中，X射线管被调整到感兴趣区域，在感兴趣区域中，它被定位成与患者的相关解剖结构的外/内尺度对准。该探测器必须根据X射线管在特定预定“源图像距离”(SID)中的位置进行对准，并且其中，探测器中心与X射线的中心斑对准。因此，X射线管包括“主功能”。在第二工作流程中，X射线管向感兴趣区域自由地发射由准直器限制的X射线。一种便携式X射线探测器相对于感兴趣区域被定位。因此，探测器具有“ 主功能”。
[0004]对于第一工作流程类型，探测器和X射线管被机械地链接。该探测器被定位在连接到X射线管的机械臂上。每当X射线管相对于患者移动时，探测器以预定的距离和固定的空间关系进行跟随。
[0005]对于第二工作流程，机械臂可以被折叠到一边，从而将探测器从其空间固定的关系移除并且使用X射线管进行自由暴露。
【发明内容】
[0006]在创伤环境中，减少X射线成像设备的重量和体积可以是有利的，该X射线成像设备可以非常容易移动和定位，并进一步减少在患者附近占用的空间。在X射线源和探测器之间具有可折叠机械链接的X射线成像设备可能阻挡患者周围的特定空间。
[0007]此外，更独立地修改或控制X射线管与探测器之间的距离以在必要时增加患者处的可用空间可以是有利的。
[0008]因此，需要一种更容易移动和定位的较小体积的X射线成像设备，其通常被已知为X射线创伤设备，其允许必要时的自由暴露和较少的空间阻碍。
[0009]这种需求可以通过根据独立权利要求1的特征的X射线成像系统来满足。有利的实施例和进一步的改进可以从子权利要求和下面的描述中得到。
[0010]根据本发明的X射线成像系统包括X射线管、用于所述X射线管的天花板悬架、其上安装有X射线探测器的探测器推车、有源传感器矩阵、光学指示单元以及控制单元。所述有源传感器矩阵被固定地安装在所述天花板悬架上。所述光学指示单元被固定地安装到所述探测器推车并且适于向所述有源传感器矩阵上发射光学指示。所述控制单元被连接到所述有源传感器矩阵并且适于采集光学指示在所述有源传感器矩阵上的位置并创建控制信号以控制所述天花板悬架与所述探测器推车中的至少一个，以将所述光学指示的位置调整到预定位置。
[0011]所述探测器推车是具有底座的类似购物车的元件，该底座适于将推车支承在手术室的地板上。很明显，该探测器推车的尺寸被设计成使得附接到其上的探测器可以在创伤推车下面移动而不与创伤推车的任何元件发生碰撞。鉴于本发明，很明显，所述探测器推车包括驱动器件和/或致动器件，该驱动器件和/或致动器件能够由控制信号触发以在手术室的地板上移动所述探测器推车。
[0012]所述天花板悬架支承所述X射线管并配备有用于至少沿平行于天花板的平面移动所述X射线管的驱动/致动器件。优选地，所述X射线管还可以被调整成相距天花板一定距离，由此调整探测器和X射线源(SID)之间的距离。该驱动器件可以由控制信号来触发。
[0013]当所述光学指示单元向所述有源传感器矩阵上发射光学指示时，所述控制单元之后能够探测X射线源与探测器的相对位置。如果探测器与X射线源之间的期望相对位置被预先定义，则所述控制单元被使能以通过采集所发射的光学指示在所述有源传感器矩阵上的位置并将该位置与预定义位置相比较，来确定与探测器相对于X射线源的预定位置的偏差/差异。之后，所述控制单元可以创建要传递到所述探测器推车和/或所述天花板悬架的控制信号。例如，可以生成要传递到所述探测器推车以调整所述探测器推车的位置的第一命令。可以生成要传递到所述天花板悬架以调整所述天花板悬架的位置的第二命令。基于预定的控制规律，天花板悬架设备或探测器推车借助于集成驱动/致动器件而被移动到预定义的相对位置。
[0014]通过这种设置，能够容易地自动链接X射线管和探测器推车的位置。即使探测器推车与X射线源之间没有直接机械链接，相对位置也能够被非常精确地确定。
[0015]光学指示由此可以例如被实现为发射在可见或不可见频率范围中的光束的发光器件，例如激光器或类似设备。优选地，所发射的光束具有扇形形状，使得光学指示与多个有源传感器交叠，从而提高运动、运动方向和速度的确定。此外，当扇形形状被设计成使得其不是完全对称时，能够仅探测探测器推车相对于天花板悬架的旋转。
[0016]该系统中的定位过程始终是全身性的。X射线管或探测器的“主功能”不再是强制性的。通过单独移动探测器推车来控制定位过程，导致X射线管的同步运动，犹如该X射线管是主体，这是有用的，因为临床医师借助于X射线管的光场来检查定位，但运动本身由探测器启动。
[0017]此外，为了启动针对患者身体上的期望感兴趣区域的成像功能，临床医师也可以将X射线管移动到期望位置并且启动位置调节或探测器推车的定位链接。在两种情况下，控制单元都采集探测器推车相对于X射线源的相对位置并且通过发送到天花板悬架或探测器推车的控制信号来自动调节该位置。使用探测器推车的控制来精细调谐探测器推车位置可以是明智的。
[0018]此外，设想到，临床医师通过手柄或类似物来定位X射线管并且之后仍然手动定位探测器推车，但是不需要X射线管与探测器推车之间的链接。可以在放置于临床医师附近的显示单元上检查探测器相对于X射线管的取向。
[0019]可以借助于手动控制器件来调整准直器。
[0020]在有利的实施例中，有源传感器矩阵包括探测光学指示的存在的敏感元件阵列。敏感元件优选被布置成矩阵形状并且适于探测入射的光学指示。有源传感器矩阵可以输出包括已经从入射的光学指示中解读出的位置和运动信息或者原始数据(其包括针对每个敏感元件的强度和/或亮度信息)的信号以通过控制单元进行解读。
[0021]如上所述，有源传感器矩阵上的光学指示的尺度可以超过敏感元件的尺度，由此使得光学指示能够交叠在多个敏感元件上。
[0022]在有利的实施例中，敏感元件选自一组敏感元件，所述组包括光电二极管的阵列、CMOS阵列以及CXD阵列。使用光电二极管可以是相当有成本效益的，但是CMOS阵列和CXD阵列可能增加位置探测并因此提高探测器推车位置的精度。此外，在不偏离本发明的范围的情况下可以选择很多类似的敏感元件。
[0023]在有利的实施例中，光学指示垂直于探测器推车的底座被定位。由此，光学指示在天花板悬架设备上的位置与探测器推车在手术室中的地板上的位置相匹配。
[0024]在进一步有利的实施例中，光学指示适于将HF图案叠加到光学指示上以避免来自其他源的干扰，并且其中，有源传感器矩阵与控制单元中的至少一个适于识别所叠加的HF图案。在控制单元采集来自有源传感器矩阵的原始数据的情况下，控制单元必须解读该数据以便探测预定义的HF图案。另一方面，有源传感器矩阵也可以包括电子单元，所述电子单元适于解读敏感元件的原始数据并识别HF图案，并且仅输出位置和运动信息。
[0025]优选地，HF图案被实现为一系列光脉冲，其具有至少一个预定频率以便使能可识别的光学指示。此外设想到，使用多个频率，以便增加光学指示的识别过程的鲁棒性。 [0026]在进一步有利的实施例中，X射线管被集成到壳体中，该壳体包括用于显示X射线管与探测器推车相对于彼此的对准状态的显示器。由此为临床医师提供视觉辅助。
[0027]在有利的实施例中，探测器推车包括用于在探测器推车与控制单元之间传递控制数据的数据链路，由此使得探测器推车能够发射用于整体上控制该系统所必需或任选的控制数据，以启动探测器位置与X射线源位置之间的链接并接收用于跟随X射线管的位置的控制信号。
[0028]在进一步有利的实施例中，成像系统包括具有用于控制天花板悬架的输入器件的探测器推车用户接口，其中，该推车用户接口被连接到数据链路。优选地，探测器推车用户接口包括至少一个“附接”按钮以同步探测器推车运动和天花板悬架运动，特别是在探测器推车被临床医师移动到期望位置且X射线管应该被自动调整到探测器推车位置的情况下。此外，用于调整准直器的尺寸的准直轮也应该被集成为用于将SID变化到例如IlOcm或150cm的源图像距离按钮。
[0029]在有利的实施例中，光学指示单元被集成到探测器推车用户接口中，该用户接口被固定安装于探测器推车。由此能够消除对独立单元的独立支承，并且系统具有甚至更低的复杂性和体积。
[0030]在有利的实施例中，数据链路是用于消除缆线以避免手术室中的伤害的无线数据链路。
[0031]根据本发明的另一方面，提供一种用于提供X射线图像的方法，其包括以下步骤:
[0032]从被固定地安装在探测器推车上的光学指示单元向有源传感器矩阵上发射光学指示，采集所述光学指示在所述有源传感器矩阵上的位置，将所采集的位置与预定位置进行比较，并且生成控制信号以控制天花板悬架和所述探测器推车中的至少一个，以将光学指示的位置调整到预定位置。这些步骤使能两种可能的工作流程中的探测器推车位置与天花板悬架位置的直接链接。
[0033]在有利的实施例中，在接收到第一命令控制信号被传递到探测器推车以后调整探测器推车的位置。对于基于直接在X射线管上进行的稍微调节来精细调谐探测器推车位置，这是可以设想到的。
[0034]在进一步有利的实施例中，在接收到第二命令后控制信号被传递到天花板悬架。如上所述，第二命令可以由探测器推车上存在的输入器件来启动。
[0035]如上面进一步所解释，进一步有利的实施例可以包括将HF图案叠加到光学指示上以避免来自其他源的干扰。
[0036]应注意，已经参考本发明的不同实施例描述了本发明的特征和副效应。然而，本领域技术人员将从以上及以下描述中总结出，除非另外明确指出，除了属于一个实施例的特征的任何组合外，涉及不同实施例或制造方法的特征之间的任何组合也被视为由本申请所公开。
【专利附图】
【附图说明】
[0037]上面定义的特征和实施例以及本发明的进一步特征和优点也能够从下文将描述的实施例的范例中得出并且参照实施例的范例进行解释，但是本发明并不局限于此。下文将参考附图更详细地描述本发明。
[0038]图1示出用于 提供X射线图像的系统的概览。
[0039]图2示出探测器推车的细节。
[0040]图3a和图3b以不同的光学指示，示出有源传感器矩阵上的光学指示的示意图。
[0041]图4示出用于提供X射线图像的方法的示意图。
[0042]附图仅是示意性的并且不成比例。
[0043]附图标记列表:
[0044]2 天花板悬架
[0045]4 X射线臂
[0046]6 X射线管
[0047]7 显示器
[0048]8 创伤推车
[0049]10探测器
[0050]12探测器推车
[0051]14探测器推车底座
[0052]16 地板
[0053]18感兴趣区域
[0054]20光学指示单元
[0055]22光学指示
[0056]24有源传感器矩阵
[0057]26控制单元
[0058]28探测器推车用户接口[0059]29附接按钮
[0060]30准直器控制器
[0061]31SID 按钮
[0062]32数据链路单元
[0063]33SID 按钮
[0064]34敏感元件
[0065]36指示斑
[0066]38预定斑位置
[0067]40发射光学指示
[0068]42采集位置
[0069]44比较位置
[0070]46生成控制信号
[0071]48传递到探测器推车
[0072]50传递到天花板悬架
[0073]52调整探测器推车的位置
[0074]54调整天花板悬架的位置
[0075]56采集图像
[0076]58叠加HF图案
【具体实施方式】
[0077]图1示出根据本发明的系统的概览。天花板悬架2支承X射线管臂4并且包括用于沿天花板在X方向和Y方向上移动X射线管臂4的至少一个致动/驱动器件。管臂4本身将X射线管6保持为适于向出现在X射线管下方的患者推车8发射X射线束。患者推车8本身并不构成根据本发明的系统的一部分，并且仅出于说明的目的被显示。
[0078]探测器10被安装至探测器推车12，该探测器推车具有在地板16上沿X方向和Y方向可移动的底座14。探测器10由此能够在创伤推车8下面移动并且由此移动进出感兴趣区域18。
[0079]为了将探测器位置10附接或链接到X射线管6的位置，光学指示单元20被固定安装在探测器推车12上以向被固定安装在天花板悬架2上的有源传感器矩阵24发射光学指示22。光学指示单元20被对准以使得其垂直于地板16发射光学指示22。由此，光学指示22在有源传感器矩阵24上的位置与实际探测器推车位置相一致。
[0080]控制单元26被连接到有源传感器矩阵24并因此适于采集探测器推车12相对于天花板悬架2的实际位置。控制单元26被以示意性方式描述为其可以被集成到天花板悬架、管臂4、X射线管6的壳体、探测器推车12或图1中未显示的其他电子单元中。在下文中假设控制单元26未被集成到探测器推车12中。
[0081]如果探测器 推车12跟随X射线管6的位置，优选针对探测器推车位置进行精细调谐，则在有源传感器矩阵24上的预定位置与光学指示22的实际位置之间的偏差能够被解释为控制变量。利用适当的控制规律，控制单元24能够创建控制信号以触发探测器推车12中的驱动/致动器件，以便链接探测器推车12的位置与X射线管6的位置。在交替的控制模式中，控制单元26可以通过将生成的控制信号传递到天花板悬架2以将天花板悬架2的位置调整到探测器推车12的实际位置，而附接天花板悬架2的位置。
[0082]如图2所示，推车用户接口 28被附接到探测器推车12并且包括一组用户输入设备。例如，按钮29可以专用于附接探测器推车12和天花板悬架2的位置的附接功能。优选地，两个控制器30可以被用于准直器(未图示)的调整，并且按钮或其他输入设备31和33允许将源图像距离(SID)调整到例如IlOcm或150cm。
[0083]探测器推车用户接口 28可以集成光学指示单元20并且可以还装备有无线连接到控制单元26的数据链路单元32，所述数据链路单元用于将命令传递到控制单元26或者接收控制信号以调整位置。
[0084]图3a示出有源传感器矩阵24的一部分，其包括敏感元件34的阵列。光学指示22照射到有源传感器矩阵24上并且因此可以在指示斑36的创建下与多个敏感元件34交叠。光学指示的预定指示斑位置38以虚线圆圈来表示。由于控制单元26具有关于预定斑位置38的信息，其被使能以将预定斑位置38与光学指示的实际位置进行比较，并由此生成用于去除偏差的控制信号。
[0085]虽然图3a示出了圆形指示斑36和38，但这些斑也可以是较不对称的，例如包括椭圆形或其他形状，如图3b所示。因此，探测器推车12相对于天花板悬架的旋转取向能够被容易地采集到。
[0086]最后，图4示出用于提供X射线图像的方法的框图，该方法包括以下步骤:从被固定安装在探测器推车上的光学指示单元向有源传感器矩阵上发射40光学指示，采集42光学指示在有源传感器矩阵上的位置，将所采集的位置与预定位置比较44，并且生成46控制信号以控制天花板悬架和探测器推车中的至少一个，以将光学指示的位置调整到预定位置。在接收到第一命令后控制信号可以被传递48到探测器推车以调整52探测器推车的位置，或者在接收到第二命令后控制信号可以被传递50到天花板悬架以调整54天花板悬架的位置。之后，X射线图像可以被采集56。
[0087]为了提高光学指示及其探测的鲁棒性，HF图案可以被叠加58到光学指示。
[0088]最后，应注意，词语“包括”并不排除其他元件或步骤，并且量词“一”或“一个”并不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中记载的若干项目的功能。在相互不同的从属权利要求中记载特定措施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得被解释为对范围的限制。
【权利要求】
1.一种X射线成像系统，包括: -X射线管(6)， -用于所述X射线管的天花板悬架(2)， -探测器推车(12)，其上安装有X射线探测器(10)， -有源传感器矩阵(24)， -光学指示单元(20)，以及 -控制单元(26)， 其中，所述有源传感器矩阵(24)被固定地安装在所述天花板悬架(2)上， 其中，所述光学指示单元(20)被固定地安装到所述探测器推车(12)并适于向所述有源传感器矩阵(24)上发射光学指示， 其中，所述控制单元(26)被连接到所述有源传感器矩阵(24)并且适于采集光学指示在所述有源传感器矩阵(24)上的位置并创建控制信号以控制天花板悬架(2)与所述探测器推车(12)中的至少一个，以将所述光学指示的位置调整到预定位置。
2.根据权利要求1所述的X射线成像系统， 其中，所述有源传感器矩阵(24)包括探测所述光学指示的存在的敏感元件(34)的区域。
3.根据权利要求2所述的X射线成像系统， 其中，所述敏感元件(34)选自一组敏感元件,所述组包括: -光电二极管的矩阵， -CMOS矩阵，以及 -CCD矩阵。
4.根据前述权利要求中任一项所述的X射线成像系统， 其中，所述光学指示单元(20)垂直于所述探测器推车(12)的底座(14)被定位。
5.根据前述权利要求中任一项所述的X射线成像系统， 其中，所述光学指示单元(20)适于将HF图案叠加到所述光学指示以避免来自其他源的干扰，并且 其中，所述有源传感器矩阵(24)和所述控制单元(26)中的至少一个适于识别所叠加的HF图案。
6.根据前述权利要求中任一项所述的X射线成像系统， 其中，所述X射线管(6)被集成到壳体中，所述壳体包括用于显示所述X射线管(6)与所述探测器推车(12)相对于彼此的对准状态的显示器(7)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的X射线成像系统， 其中，所述探测器推车(12)包括数据链路单元(32)，所述数据链路单元用于在所述探测器推车(12)与所述控制单元(26)之间传递控制数据。
8.根据权利要求7所述的X射线成像系统， 还包括具有用于控制所述天花板悬架(2)的输入器件的探测器推车用户接口(28)， 其中，所述探测器推车用户接口(28)被连接到所述数据链路单元(32)。
9.根据权利要求8所述的X射线成像系统， 其中，所述光学指示单元(20)被集成到所述探测器推车用户接口(28)中，所述用户接口被固定地安装到所述探测器推车(12)。
10.根据权利要求7所述的X射线成像系统， 其中，所述数据链路单元(32)是无线数据链路。
11.一种用于提供X射线图像的方法，包括以下步骤: -从被固定地安装在探 测器推车(12)上的光学指示单元(20)向有源传感器矩阵(24)上发射(40)光学指示(22)， -采集(42)所述光学指示(22)在所述有源传感器矩阵(24)上的位置， -将所采集的位置与预定位置进行比较(44)，并且 -生成(46)控制信号以控制天花板悬架(2)和所述探测器推车(12)中的至少一个，以将所述光学指示的位置调整到所述预定位置。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括以下步骤: -在接收到第一命令后向所述探测器推车(12)传递(48)所述控制信号，以调整(52)所述探测器推车的位置。
13.根据权利要求11所述的方法，还包括以下步骤: -在接收到第二命令后向所述天花板悬架传递(50)所述控制信号，以调整(54)所述天花板悬架的位置。
14.根据权利要求11所述的方法，还包括以下步骤: -将HF图案叠加(58)到所述光学指示(22)。
【文档编号】A61B6/00GK103957799SQ201280058837
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2012年11月26日 优先权日:2011年12月1日
【发明者】C·库尔策 申请人:皇家飞利浦有限公司