基于关键点检测的待拍摄部位光野区域调节系统及方法与流程

本发明属于x射线应用技术领域，具体涉及一种基于关键点检测的待拍摄部位光野区域调节系统及方法。

背景技术：

在x射线成像时，需要在满足阅片的同时，应当尽量减小x射线的照射范围，从而减少人体受到的辐射。目前病人待检测部位的中心点位置和待检测部位尺寸的确定完全凭x射线技师的肉眼来判断，x射线技师在判断病人待检测部位的中心位置时存在主观偏差，增加了x射线技师的工作难度和工作负担。

其中，医用诊断x射线可变限束器是x射线成像系统中非常重要的组件，用于控制从射线源端发出的x射线的照射范围。目前有两类x射线可变限束器被用于x射线成像中，一种是手动x射线可变限束器，调整x射线可变限束器光野的调整完全依赖x射线技师，另一种是自动x射线可变限束器，对于待检测部位，通过x射线可变限束器内部电机，驱动x射线可变限束器开口处铅板位置的调整，从而调整到预设的x射线光野。但是，现有的x射线的照射范围调整方法有以下缺点：

a.对于手动x射线可变限束器，需要调整的尺寸信息完全来自于x射线技师，没有经验的x射线技师难以准确判断需要调整的光野位置及尺寸，进而导致成片无法满足阅片需要或对人体造成不必要辐射；

b.对于自动x射线可变限束器，需要调整的光野尺寸信息来自于依据待检测部位而定的系统预设值，对于拥有不同身材的病人来说，此预设值不是最优值，不能很好地适应拥有不同身材的病人，进而导致成片效果不佳，甚至需要多次重复成像。

综上，目前亟需一种能够解决成像调整依靠x射线技师、对人体造成不必要的辐射等问题的x射线成像方法。

技术实现要素：

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明目的在于提供一种基于关键点检测的待拍摄部位光野区域调节系统及方法。

本发明所采用的技术方案为：

一种基于关键点检测的待拍摄部位光野区域调节系统，包括x射线源端及用于控制x射线照射范围的x射线可变限束器，还包括用于计算人体关键点且用于得到并比对理想光野区域的拍摄区域运算模块。

所述的x射线可变限束器内设置有可见光源端、激光源端及图像拍摄装置；所述的可见光源端、激光源端及x射线源端的光野区域一致；所述的激光源端用于在待拍摄人体上投射预设的激光图样；所述的可见光源端用于在待拍摄人体上投射x射线源端的光野区域；所述的图像拍摄装置用于拍摄自然光图像。

作为优选，上述的基于关键点检测的待拍摄部位光野区域调节系统还包括显示端；所述的显示端用于显示可见光源端和/或激光源端对应的实际光野范围，还用于显示拍摄区域运算模块得到的理想光野区域。

作为优选，上述的基于关键点检测的待拍摄部位光野区域调节系统还包括x射线光野调节模块；所述的x射线可变限束器的开口处设置有铅板；所述的x射线光野调节模块用于调节铅板的位置；所述的铅板用于调整可见光源端、激光源端及x射线源端在待拍摄人体上的光野区域。

一种基于上述的基于关键点检测的待拍摄部位光野区域调节系统的x射线成像方法，包括以下步骤：

获取当前待拍摄人体的待检测部位信息及摆位信息；

将预设的激光图样投射至当前待拍摄人体，并获取当前待拍摄人体的初始自然光图像，然后得到当前初始自然光图像中的人体关键点信息；

根据当前待检测部位信息、摆位信息及人体关键点信息得到当前待检测部位的理想光野区域信息，其中理想光野区域信息包括理想中心点信息及理想尺寸信息；

根据理想光野区域信息调整激光图样的投射区域，然后获取包含当前调整后激光图样的校验自然光图像，得到当前校验自然光图像中激光图样的激光关键点信息；

根据当前激光关键点信息确定当前校验自然光图像中激光图样对应的校验光野区域信息，其中校验光野区域信息包括校验中心点信息及校验尺寸信息；

判断当前校验光野区域信息与理想光野区域之间的差值是否小于阈值，如是，则获取当前待拍摄人体的x射线影像，如否，则重新调整激光图样的投射区域。

作为优选，所述的人体关键点信息包括部位关键点信息及关节关键点信息。

作为优选，得到当前待检测部位的理想光野区域信息时，具体步骤如下：

根据当前初待检测部位信息、摆位信息及人体关键点信息得到当前待检测部位的理想中心点信息；

根据当前人体关键点信息及参考人体关键点信息，计算得到当前待检测部位的理想尺寸信息，其中，理想尺寸信息包括长度信息及宽度信息。

作为优选，判断当前校验光野区域信息与理想光野区域之间的差值是否小于阈值时，具体步骤如下：

判断当前校验光野区域信息中的校验中心点信息与当前理想光野区域信息中的理想中心点信息之间的差值是否小于阈值；

如否，则重新调整激光图样的投射区域；

如是，则继续判断当前校验光野区域信息中的校验尺寸信息与当前理想光野区域信息中的理想尺寸信息之间的差值是否小于阈值，如是，则获取当前待拍摄人体的x射线影像，如否，则重新调整激光图样的投射区域。

作为优选，得到当前待检测部位的理想光野区域信息后，将理想光野区域信息及包含激光图样的校验自然光图像输出至显示端。

本发明的有益效果为：

1)通过可见光源端、激光源端及图像拍摄装置等实现人体关键点检测，结合待检测部位信息及摆位信息等初始信息，能够实现待检测部位的中心位置、待检测部位的尺寸、x射线可变限束器光野区域的中心位置和尺寸等，减少了人工判断的偏差，避免主观偏差带来的误差对x射线可变限束器光野调整的影响，成像结果更佳，避免由于x射线可变限束器光野不合适导致的人体受到过量辐射的问题；

2)实现了理想光野信息和当前x射线可变限束器光野信息的可视化，便于x射线技师对x射线可变限束器的位置和开口尺寸作调整，实用性极高，避免了无法合理地调整x射线可变限束器位置和光野尺寸的问题；

3)由于x射线可变限束器光野范围更加准确合理，产生的x射线影像中的对诊断有效的区域均能够很好地呈现，x射线成像质量更高，进一步便于后续的诊断，适于推广使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是实施例4中基于关键点检测的待拍摄部位光野区域调节方法的流程框图。

图2是实施例4中的十字形的激光图样。

图3是实施例5中的人体关键点示意图。

图4是实施例6中示例的示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例来对本发明作进一步阐述。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明虽然是用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。本发明公开的功能细节仅用于描述本发明的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本发明阐述的实施例中。

应当理解，本发明使用的术语仅用于描述特定实施例，并不意在限制本发明的示例实施例。若术语“包括”、“包括了”、“包含”和/或“包含了”在本发明中被使用时，指定所声明的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在性，并且不排除一个或多个其他特征、数量、步骤、操作、单元、组件和/或他们的组合存在性或增加。

应当理解，还应当注意到在一些备选实施例中，所出现的功能/动作可能与附图出现的顺序不同。例如，取决于所涉及的功能/动作，实际上可以实质上并发地执行，或者有时可以以相反的顺序来执行连续示出的两个图。

应当理解，在下面的描述中提供了特定的细节，以便于对示例实施例的完全理解。然而，本领域普通技术人员应当理解可以在没有这些特定细节的情况下实现示例实施例。例如可以在框图中示出系统，以避免用不必要的细节来使得示例不清楚。在其他实例中，可以不以不必要的细节来示出众所周知的过程、结构和技术，以避免使得示例实施例不清楚。

实施例1：

本实施例提供一种基于关键点检测的待拍摄部位光野区域调节系统，包括x射线源端及用于控制x射线照射范围的x射线可变限束器，还包括用于计算人体关键点且用于得到并比对理想光野区域的拍摄区域运算模块；其中，光野即为x射线照射到人体上的区域，本实施例中，光野为矩形状。

x射线可变限束器内设置有可见光源端、激光源端及图像拍摄装置；可见光源端、激光源端及x射线源端的光野区域一致；激光源端用于在待拍摄人体上投射预设的激光图样；可见光源端用于在待拍摄人体上投射x射线源端的光野区域；图像拍摄装置用于拍摄自然光图像。

实施例2

本实施例是在实施例1的基础上做出的进一步改进，本实施例与实施例1的区别在于：

本实施例中，上述的基于关键点检测的待拍摄部位光野区域调节系统还包括显示端；显示端用于显示可见光源端和/或激光源端对应的实际光野范围，还用于显示拍摄区域运算模块得到的理想光野区域。

实施例3

本实施例是在实施例1及实施例2任一的基础上做出的进一步改进，本实施例与实施例1及实施例2任一的区别在于：

本实施例中，上述的基于关键点检测的待拍摄部位光野区域调节系统还包括x射线光野调节模块；x射线可变限束器的开口处设置有铅板；x射线光野调节模块用于调节铅板的位置；铅板用于调整可见光源端、激光源端及x射线源端在待拍摄人体上的光野区域。

实施例4

本实施例在实施例1-3的基础上，提供一种基于关键点检测的待拍摄部位光野区域调节方法，包括以下步骤：

获取当前待拍摄人体的待检测部位信息及摆位信息；

将预设的激光图样投射至当前待拍摄人体，并获取当前待拍摄人体的初始自然光图像，然后得到当前初始自然光图像中的人体关键点信息；其中，预设的激光图样可以为任何形状，例如图2所示的十字形。

根据当前待检测部位信息、摆位信息及人体关键点信息得到当前待检测部位的理想光野区域信息，其中理想光野区域信息包括理想中心点信息及理想尺寸信息；

根据理想光野区域信息调整激光图样的投射区域，然后获取包含当前调整后激光图样的校验自然光图像，得到当前校验自然光图像中激光图样的激光关键点信息；其中，激光关键点信息为预设信息，如图2所示，当激光图样为十字形时，图中数字1-5即为激光关键点。

根据当前激光关键点信息确定当前校验自然光图像中激光图样对应的校验光野区域信息，其中校验光野区域信息包括校验中心点信息及校验尺寸信息；

判断当前校验光野区域信息与理想光野区域之间的差值是否小于阈值，如是，则获取当前待拍摄人体的x射线影像，如否，则重新调整激光图样的投射区域。

实施例5

本实施例是在实施例4的基础上做出的进一步改进，本实施例与实施例4的区别在于：

本实施例中，人体关键点信息包括部位关键点信息及关节关键点信息；其中，人体关键点信息是通过关键点检测算法得到的。需要说明的是，每一个人体关键点与人体的相应关节或部位都有明确的对应关系；人体关键点可以但不仅限于包括头、脖子、左右肩关节、左右肘关节、左右腕关节、左右髋关节、左右膝关节、左右踝关节、五官及手指各个关节等，例如图3所示，人体关键点共14处；图3中的数字1-14依次为头、脖子、左右肩关节、左右肘关节、左右腕关节、左右髋关节、左右膝关节及左右踝关节，上述14个关节是目前x射线成像中最常用的人体关键点。

作为其中一种优选的实施方式，拍摄人体的躯干部分(如胸腔、腰椎等)采用高分辨率网络模型hrnet(deephigh-resolutionrepresentationlearningforhumanposeestimation)实现。

作为另外一种优选的实施方式，拍摄人体的手部(手指、腕关节等)采用2d/3d手势关键点算法(handkeypointdetectioninsingleimagesusingmultiviewbootstrapping)实现。

作为另外一种优选的实施方式，采用hrnet算法时，修改算法结构，使其输出同时包含人体关键点及激光图样的关键点的自然光图像。

实施例6

本实施例是在实施例4或5的基础上做出的进一步改进，本实施例与实施例4或5的区别在于：

本实施例中，得到当前待检测部位的理想光野区域信息时，具体步骤如下：

根据当前初待检测部位信息、摆位信息及人体关键点信息得到当前待检测部位的理想中心点信息；

根据当前人体关键点信息及参考人体关键点信息，计算得到当前待检测部位的理想尺寸信息，其中，理想尺寸信息包括长度信息及宽度信息。

举例说明，如图4所示，当前待拍摄人体的待检测部位信息为胸椎，摆位信息为正位，pqrs四点构成激光图样，hijk四点构成的灰色区域为理想光野区域，数字3及a点为人体左肩关节关键点，数字4及b点为人体右肩关节关键点，数字9及c点为人体左髋关节关键点，数字10及d点为人体右髋关节关键点，o点为胸椎的理想中心点。

根据解剖学知识，胸椎的理想中心点约处于左右肩关节的中点与左右髋关节连线的1/4处，则当使用关键点检测算法识别出初始自然光图像中人体关键点a、b、c及d的位置信息后，计算线段ab的中点e及线段cd的中点f在初始自然光图像中的位置，则可以得到点o在线段ef上且

理想尺寸信息包括理想光野长度及理想光野宽度。

理想光野宽度由待检测部位的宽度决定；以上述的胸椎部位及图4为例，理想光野宽度|hi|应和胸椎的长度相同，或略大于胸椎长度以保证x射线可以辐射到整个胸椎区域。根据解剖学知识，胸椎的长度大约为脊椎的2/5。因此，在使用人体关键点检测算法找到图4所示的点a、b、c、d的位置后，计算线段ab的中点e及线段cd的中点f，测量线段ef的像素距离，即可得到初始自然光图像中的人体的脊椎长度；因此，x射线可变限束器的开口处铅板的宽度应使激光源端在人体的投影图样的宽度|rs|满足：|rs|则为理想光野宽度。

理想光野长度由待检测部位的长度决定。以上述的胸椎部位及图4为例，理想光野长度ij应和胸椎宽度相同，或略大于胸椎宽度，从而保证x成像可以辐射到整个胸椎区域。根据解剖学知识，胸椎的宽度大约为肩宽的1/3。因此，在使用人体关键点算法检测到图4所示的点a及b的位置后，则理想光野长度|ij|满足：

因此，待检测部位区域的理想中心点信息及理想尺寸信息可以根据待检测部位信息、摆位信息及关键点检测算法检测到的人体关键点信息计算得到；x射线可变限束器所控制的光野区域的尺寸及位置应当与理想尺寸信息及理想位置信息一致；而x射线可变限束器所控制的光野尺寸与位置由激光图样指示，也可由激光图样的关键点计算得到。对于不同的部位与体位，只需根据人体解剖学知识适当改变计算方式，即可求得待检测部位中心、拍摄区域与x射线可变限束器应控制的理想光野区域信息。

实施例7

本实施例是在实施例4-6任一的基础上做出的进一步改进，本实施例与实施例4-6任一的区别在于：

本实施例中，判断当前校验光野区域信息与理想光野区域之间的差值是否小于阈值时，具体步骤如下：

判断当前校验光野区域信息中的校验中心点信息与当前理想光野区域信息中的理想中心点信息之间的差值是否小于阈值；

如否，则重新调整激光图样的投射区域；

如是，则继续判断当前校验光野区域信息中的校验尺寸信息与当前理想光野区域信息中的理想尺寸信息之间的差值是否小于阈值，如是，则获取当前待拍摄人体的x射线影像，如否，则重新调整激光图样的投射区域。

例如图4所示，若点o与激光图样中的交点不重合，则说明当前人体的位置不合适，需要调整x射线可变限束器的垂直方向及水平方向的位置，进而达到调整激光图样投射区域的目的。

实施例8

本实施例是在实施例4-7任一的基础上做出的进一步改进，本实施例与实施例4-7任一的区别在于：

本实施例中，得到当前待检测部位的理想光野区域信息后，将理想光野区域信息及包含激光图样的校验自然光图像输出至显示端。

当根据人体关键点计算得到理想光野区域信息后，可以在显示端显示(如图4中的灰色区域)；同时，结合检测到的激光图样的关键点(如图2及图4中的激光图样的上下左右端点及中心点)，可以便于x射线技师方便快捷地判断x射线可变限束器待校验光野区域和人体待检测部位的位置与大小是否匹配。

以上所描述的实施例仅仅是示意性的，若涉及到作为分离部件说明的单元，其可以是或者也可以不是物理上分开的；若涉及到作为单元显示的部件，其可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。