基于光学3d场景检测与解释的患者特异性且自动的x射线系统调节的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及基于辐射的成像，并且尤其涉及控制装置、控制方法、成像系统、计算 机程序单元以及计算机可读介质。
【背景技术】
[0002] 在使用X射线成像器时，合适的X射线束准直是重要的。
[0003] 到相关解剖结构的X射线束准直减少了患者被暴露于的电离辐射的量，并因此使 辐射风险最小化。此外，合适的准直减少了被散射辐射的量，这是因为较小的体积被照射， 这得到改善的细节对比和图像质量。
[0004] 针对例如胸部X射线的采集，当前的准直工作流程需要实验室技术人员将患者引 领到成像器的X射线探测器，并将探测器和X射线管调节到合适的高度并调剂准直器的设 定。技术人员然后离开检查室并释放X射线暴露。时间测量结果揭示，成像会话大致1/3 的时间被合适的患者和系统定位（包括准直）占据。
[0005] US 7494276描述了一种用于辅助操作者操作X射线设备的系统。
【发明内容】
[0006] 因此可存在着对于替代装置的需要，以减轻医学工作人员在图像采集会话或运行 的准备中或期间调节成像器时的负担。
[0007] 本发明的目标通过独立权利要求的主题得以解决，其中在从属权利要求中并入另 外的实施例。要理解，本发明的以下方面同样适用于控制方法、成像系统、计算机程序单元 以及计算机可读介质。
[0008] 根据本发明的第一方面，提供一种控制装置，包括：
[0009] 输入端口，其用于接收在所述目标位于成像器的X射线源与所述成像器的X射线 探测器之间时由传感器在对目标的3D调查中感测的3D图像数据。如此接收的所述3D图 像数据包括随着所述目标的外表面变化的空间深度信息。所述3D图像数据描述所述目标 的3D形状；
[0010] 3D图像数据分析器，其被配置为从接收到的3D图像数据计算目标的解剖标志数 据，以如此获得成像器控制数据以控制所述成像器；
[0011] 控制单元，其被配置为使用所计算的控制数据以在对所述目标的图像采集之前或 期间控制所述X射线成像器的操作。
[0012] 所提出的控制装置提供了基于光学3D场景检测和解释，对X射线成像器的几何结 构的患者特异性/自适应的且自动或半自动的准直和/或对准。所述目标（例如患者）的 空间3D(三维）形状数据、从其导出的解剖身体标志以及给定的X射线成像器几何结构被 一起用于控制i)对感兴趣期望解剖结构的患者特异性准直和/或ii)患者特异性成像器 对准（例如相对于患者的管和探测器取向）和/或暴露锁定，以避免在患者移动期间的X 射线暴露。
[0013] 在所述图像采集期间不需要对患者身体应用标记物。所述患者"自由地"步进到 所述检查室中并走向其中的期望目标地点。自动地或在由成像器操作者请求后，所述传感 器恢复其检测操作。所述患者的3D轮廓的3D形状和几何结构然后被用于探测所述解剖标 志，例如四肢、躯干、颈、头、肩、全身高度、全身宽度等。取决于要取得的X射线图像的类型， 所识别的标志或其一些连同它们的位置坐标（其也可以导出）形成所感测的3D图像数据， 并然后被用于在3D空间中定义准直窗口。
[0014] 根据一个实施例，所述患者的身体以其整体被3D调查，在备选的实施例中，所述 3D调查仅是部分的，例如被限制到患者的躯干。手势和/或姿势识别也可以被用于在患者 与医务人员（其有时在图像采集期间出现，这在诸如心脏血管处置的X射线支持的介入中 是常见的情况）之间进行区分。根据一个实施例，所计算的控制数据包括划界数据，其划界 针对所述目标的感兴趣区域的成像器窗口。
[0015] 根据一个实施例，所述3D图像数据分析器操作为在检测到所述目标的移动时或 在用户请求后更新所述成像器窗口，所更新的成像器窗口由此跟随所述目标的移动，所述 控制单元在所述目标的移动期间使用所更新的成像器窗口以控制成像器的图像采集。所述 传感器被配置为在三个空间维度跟踪目标的移动。根据一个实施例，存在用户可致动的"一 键"功能，用于恰在X射线的释放之前调整所述准直窗口。
[0016] 根据一个实施例，所述3D图像数据分析器被配置为建立所述目标的所述解剖标 志的位置数据。划界数据基于所述解剖标志位置数据。换言之，感兴趣的内部器官或解剖 结构的位置是从诸如外部解剖标志的相互空间布置与形状的外部线索导出的。根据一个实 施例，存在数据库或查找表，其中特定的标志与不同的X射线检查类型相关联。一旦用户提 供对所述检查类型的说明，例如"胸部X射线"，则对相关标志的描述能够被检索并被用于 检测在所述3D图像数据中的所述标志位置。所述标志位置然后被用作针对所述准直窗口 的划界数据。
[0017] 根据一个实施例，所述目标是人类或动物身体，所述标志位置数据指示所述人类 或动物身体的多个关节的位置或可识别为空间深度信息的特征变化的其他解剖标志，例如 四肢、头、颈部、肩部或身体部分的其他布置。
[0018] 根据一个实施例，所述3D图像数据被用于骨架识别。在一个实施例中，针对胸廓 或胸部X射线，根据构成所述3D图像数据的深度值来识别髋关节和肩关节，并且连接两个 髋关节的线被用作针对所述准直窗口的下划界。连接肩关节的线是上划界，躯干两侧形成 横向划界。使用可访问专业医学知识和从大量患者收集的统计解剖数据的数据库，能够通 过使用例如评分方案来评估和调节对所计算的窗口的匹配。高的分数指示所计算的窗口良 好地对应于即时患者数据（年龄、性别等）。专业数据或是用户提供的或都装置被配置为连 接到数据库以检索专业数据。因此能够考虑患者的解剖结构中的变化，以增加所述准直窗 口计算的鲁棒性。所述知识能够然后被用于修剪所计算的准直窗口。在胸廓实施例中，使 用所计算的划界作为参照系，上三分之二部分然后被用作实际准直窗口，因为这是能够期 望肺部位于其中的地方。换言之，根据所述标志计算的所述准直窗口可以由所述装置细调 到针对给定感兴趣器官的已知器官位置。在其他实施例中，没有进一步地使用如由所述标 志分界的所述准直窗口。
[0019] 根据一个实施例，受控的成像器操作包括i)针对从所述X射线源发出的射束的准 直操作，和/或包括ii)所述X射线管和/或所述探测器相对于所述目标的对准，和/或对 X射线源XR的操作电压kVp和/或mAs (毫安秒）和/或暴露时间和/或剂量的调节。能 够响应于患者的外形，尤其是患者厚度（如通过所述3D图像数据中的深度信息表明的），来 设置所述操作电压。换言之，kVp设定被调节为直接随着患者的厚度而变化。
[0020] 根据一个实施例，所述3D图像数据是通过所述患者对非电离辐射的暴露而被采 集的。这允许减少患者的剂量。不需要X射线预射以对准成像器并且尤其是调节成像器的 准直器。
[0021] 根据一个实施例，所述传感器是测距相机的部分。范例为微软Kinect或华硕 Xtion Pro Live 装备。
[0022] 根据一个实施例，所述传感器使用被投射到所述患者或目标上预定义的结构光图 样以感测所述3D图像数据。根据一个实施例，所述结构光图样是斑点图样。根据一个实施 例，使用红外光，但也设想使用可见光谱中的光。所提出的装置提供改善临床工作流程，这 是因为不需要用户交互用于实际准直或成像器对准（例如管和探测器）。所述成像器设定 适于所述患者的大小和/或厚度，其继而意味着对于医学工作人员而言在较为繁忙的临床 环境中减少的工作流程步骤的数目。即使是由很少放射学教育的工作人员也能够原则上安 全且有效地操作X射线成像器。
[0023] 所述患者受益于，由于避免了错误准直而能够削减重做的数目，由此增进 ALARA("可合理达到最低水平"）目标。放射科医师因优质的准直和成像器对准设定带来 的较少的散射辐射，而能够享用较好的图像质量。
[0024] 定义
[0025] "3D图像数据"是由传感器响应于非电离辐射或声音而采集的。所述3D图像数据 是像素的阵列，每个像素具有在所述阵列中的一位置和一值。每个像素位置对应于目标的 表面上的点的位置，并且所述值与相机的传感器与所述目标表面点之间的距离直接相关， 或者能够用所述距离来