一種用于確定對象數(shù)據(jù)的裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了用于確定對象數(shù)據(jù)的一種裝置和一種方法，所述裝置用于確定X射線直尺（RL）在至少一幅X射線圖像（Rn）中成像的部分的空間位置，其中，通過連接元件（S）連接的、包含了帶有X射線標(biāo)記（RMax，RMby）的至少一個第一和第二部件的X射線直尺（RL）能夠被附加到待被X射線照射的對象（O，B）的取向上，其中，設(shè)置有位置確定模塊（LAM），用于結(jié)合X射線標(biāo)記在X射線圖像（R1，R2，R3）中的成像來確定X射線標(biāo)記（RMax，RMby）的空間布置。所述裝置和方法可以將X射線圖像綜合為概觀圖像并且可以確定解剖學(xué)值。
【專利說明】一種用于確定對象數(shù)據(jù)的裝置和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種用于確定對象數(shù)據(jù)的裝置和方法。

【背景技術(shù)】
[0002]由于X射線探測器的受限的幾何形狀，為了診斷、術(shù)前規(guī)劃階段或手術(shù)中的進(jìn)程-或質(zhì)量控制，在成像更大的身體區(qū)域的情況下常常必須施加多次的X射線拍攝。對此的示例可以是脊柱、胳膊或腿的成像。治療的醫(yī)生由這些X射線拍攝推導(dǎo)出其它的工作步驟。為了例如從多次X射線拍攝中獲得概觀圖像(iibersichtsbild),這些X射線拍攝必須能夠彼此互相對應(yīng)，各個X射線拍攝大規(guī)模地重疊。在兩次X射線拍攝的重疊的、優(yōu)選無視差的區(qū)域選擇顯著的點或結(jié)構(gòu)并且相互對應(yīng)。然而該做法僅僅在平躺在臥榻上的對象的情況下對于概觀圖像有意義。如果患者不能平坦地定位于臥榻之上，那么在X射線拍攝中的所成像的元素會出現(xiàn)扭曲或縮短。只有在考慮了提到的成像錯誤的前提下才可能從概觀圖像來診斷。然而X射線圖像的重疊除了較高的計算成本之外還帶來對于患者的提高的X射線負(fù)荷的缺點。此外在X射線拍攝中，因為在重疊的區(qū)域經(jīng)常僅僅存在較少的可明確對應(yīng)的顯著結(jié)構(gòu)或特征，所以在將顯著結(jié)構(gòu)進(jìn)行對應(yīng)的情況下使用計算密集的關(guān)聯(lián)方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種用于確定對象數(shù)據(jù)的裝置和所屬方法。
[0004]上述技術(shù)問題通過按照本發(fā)明的裝置、方法和X射線直尺來解決。
[0005]下面，描述一種用于確定包含了至少兩個部件的可折彎X射線直尺在至少一幅X射線圖像上被成像的片段段落的空間位置的裝置和方法。所述部件通過連接元件相連。所述可折彎的、包含了帶有X射線標(biāo)記的至少一個第一和第二部件的X射線直尺被附加到待被X射線照射的對象的取向上。借助用于確定X射線標(biāo)記的空間布置的位置確定模塊，結(jié)合X射線標(biāo)記在X射線圖像中的成像來計算對象數(shù)據(jù)。該對象數(shù)據(jù)可以是用于確定解剖學(xué)值，例如腿長或腿軸的基礎(chǔ)。
[0006]本發(fā)明帶來了優(yōu)點，即，基于X射線直尺的在空間中的可確定的取向和位置可以確定待被X射線照射的對象的空間取向。
[0007]本發(fā)明帶有優(yōu)點，即，即使在腿的折彎定位的情況下也可確定例如腿軸、腿長和/或腿旋轉(zhuǎn)。
[0008]該裝置和其所屬方法除了精確地確定對象數(shù)據(jù)以外還帶來了優(yōu)點，即，待綜合為一幅概觀圖像的X射線圖像可以被對齊和/或被彼此排列(aneinandergereiht)而不會在各個X射線圖像中存在重疊區(qū)域。
[0009]本發(fā)明帶來了優(yōu)點，即，對不重疊的區(qū)域也可以進(jìn)行空間對應(yīng)。
[0010]本發(fā)明帶來了優(yōu)點，僅僅對于外科意義重大的區(qū)域應(yīng)用X射線圖像并且對于患者進(jìn)一步減輕了 X射線負(fù)荷。
[0011] 本發(fā)明帶來了優(yōu)點，即，各個X射線圖像沿著一個將它們進(jìn)行連接的軸并且按照其間距可相互對齊。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]本發(fā)明借助實施例結(jié)合附圖進(jìn)一步說明。其中:
[0013]圖1是X射線直尺的側(cè)視圖以及X射線單元的η-次應(yīng)用，
[0014]圖2是所屬的帶有X射線標(biāo)記成像的X射線圖像，
[0015]圖3是X射線單元的η-次應(yīng)用的俯視圖和
[0016]圖4是子模塊。

【具體實施方式】
[0017]借助該方法和所屬裝置，尤其是X射線直尺的構(gòu)造，可以通過分析X射線直尺RL的、在各個X射線圖像中被成像的X射線標(biāo)記來調(diào)查或確定在可折彎的X射線直尺的部件之間得出的第一角度。通過分析X射線標(biāo)記在各自的X射線圖像中的大小和方向，確定通過X射線直尺相對于底座傾斜而得出的第二角度。
[0018]為了確定對象數(shù)據(jù)，建議一種可折彎的、包含了至少兩個部件的X射線直尺。沿著整個X射線直尺有至少一個第一類型的第一 X射線標(biāo)記集成在X射線直尺內(nèi)。
[0019]在圖1中示意性示出在臥榻L上布置的對象O。對象O的一部分示意性地反映了所成像的腿B。該腿B例如由于癥狀而折彎地定位在臥榻L上。在介入式手術(shù)期間使用X射線直尺RL的情況下，所述X射線直尺被無菌包裝地應(yīng)用到伸展的或折彎的腿上。X射線直尺RL具有至少一個連接元件S。該連接元件S可以作為帶有至少一個自由度的鉸鏈來構(gòu)造。還示出了一個包含了 X射線源RQ和探測器D的X射線單元。為了確定腿B的取向或位置，以便用于進(jìn)一步待精確實施的外科手術(shù)，將X射線直尺RL與腿的曲線對齊。之后優(yōu)選生成第一、第二和第三X射線拍攝Rl、R2、R3。第一 X射線拍攝Rl對臀部區(qū)域中的腿延長部，第二 X射線拍攝R2對膝關(guān)節(jié)以及第三X射線拍攝R3對包括腳部部分的小腿實施。為了這些X射線拍攝，將X射線單元沿著待成像的對象O移動。
[0020]在此處示出的模式中X射線直尺RL劃分為第一和第二部件Ml、M2。沿著X射線直尺RL的第一和第二部件Ml、M2布置有第一和第二 X射線標(biāo)記RMax、RMby0所述第一和第二 X射線標(biāo)記RMax、RMby被球狀構(gòu)造。所述第一和第二 X射線標(biāo)記RMax、RMby可以例如關(guān)于其直徑和X射線輻射吸收系數(shù)來區(qū)分。
[0021]在X射線直尺RL的第一部件Ml中集成有至少一個第一類型的第一 X射線標(biāo)記RMa和在X射線直尺RL的第二部件M2中集成有至少一個第二類型的第二 X射線標(biāo)記RMb。在圖1中示出的由第一部件Ml和第二部件M2構(gòu)成的可折彎X射線直尺RL的構(gòu)造中布置有以定義好的順序彼此排列的第一和第二 X射線標(biāo)記RMa、RMb。所述第一和第二 X射線標(biāo)記RMa、RMb的彼此排列以相互之間定義好的間距進(jìn)行。一方面可以通過X射線標(biāo)記之間的間距、直徑、X射線吸收系數(shù)或通過X射線標(biāo)記的形狀進(jìn)行編碼。在第一和第二部件Ml、M2之間形成的角度在下面標(biāo)識為角度Φ。在圖1中例如在X射線直尺RL的第一部件Ml中的第一類型的第一 X射線標(biāo)記RMa的彼此排列通過至少一個第二類型的第二 X射線標(biāo)記RMb中斷。在X射線直尺RL的第二部件M2中第二類型的X射線標(biāo)記RMbn的彼此排列通過至少一個第一類型的第一 X射線標(biāo)記RMar中斷。
[0022]在連接元件S中可以借助集成于其內(nèi)的角位轉(zhuǎn)換器WG測量在X射線直尺RL的第一和第二部件M1、M2之間形成的第一角度φ。所述測量可以自動地或手動地進(jìn)行。所述連接元件S可以被自動地或手動地調(diào)節(jié)到特定的第一角度φ。所述測量或調(diào)節(jié)可以傳輸?shù)皆\斷單元的計算單元REE。由連接元件S構(gòu)成的角度Φ可以:
[0023]a)手動地調(diào)節(jié)、被讀取和被輸入到計算單元，或者
[0024]b)通過傳感器被確定并且自動地被輸入或也
[0025]c)根據(jù)相接的X射線直尺部件的傾斜和位置被自動地確定。
[0026]為了第一、第二和第三X射線拍攝Rl、R2、R3，將X射線單元沿著對象0，在這里沿著等候治療的腿B推進(jìn)。因為對于外科手術(shù)來說在該圖中大腿的位置以及小腿或腓骨的取向?qū)τ诖_定腿軸或者說腿的折彎來說是感興趣的，所以由X射線拍攝Rl、R2、R3采集為此所需的區(qū)域。在所示出的附圖中X射線直尺RL的第一部件Ml的定位是在腿延長部(Beinansatz)的區(qū)域而第二部件的末端的定位是在腿的踝關(guān)節(jié)區(qū)域。連接元件S應(yīng)該被定位在膝關(guān)節(jié)區(qū)域。為了實現(xiàn)X射線直尺在膝關(guān)節(jié)區(qū)域的定位，第一和第二部件Ml、M2的長度是可增長或可縮短的。
[0027]在圖2中為了 X射線單元的各個定位而重復(fù)X射線拍攝Rl、R2、R3。從X射線單元的第一位置得出第一 X射線拍攝R1，從X射線單元的第二位置得出第二 X射線拍攝R2和從X射線單元的第三位置得出第三X射線拍攝R3。在第一 X射線圖像Rl中成像第一類型的X射線標(biāo)記RMan而在第三X射線拍攝R3中成像第一和第二類型的X射線標(biāo)記RMar、RMbn0在第一 X射線拍攝Rl中可以根據(jù)X射線單元的位置也成像第一和第二類型的X射線標(biāo)記RMam、RMbl0在選擇模塊SM中選擇在各自的X射線圖像中成像的第一和第二 X射線標(biāo)記RMax、RMby并且確定其位置和直徑。從一個由所選擇的X射線標(biāo)記構(gòu)建的連接線和所確定的X射線標(biāo)記的直徑，可以確定空間中X射線直尺的各自的部件的方向。從在第一和第三X射線圖像R1、R3中成像的第一和/或第二類型的第一和第二 X射線標(biāo)記RMax、RMby的大小和方向可以額外地確定折彎的X射線直尺RL關(guān)于臥榻L的傾斜角度。所述傾斜角度在下面標(biāo)識為第二角度β。在分割和確定X射線標(biāo)記RMax、RMby的大小以及曲線之后，除了第一角度Φ以外額外地將會確定折彎的X射線直尺RL相對于臥榻L的表面的第二角度β。
[0028]通過第一和最后在X射線直尺RL中布置的X射線標(biāo)記的位置，由所分配的計算單元REE確定在躺放在臥榻L上的X射線直尺RL的兩個末端的距離。
[0029]在圖3中重現(xiàn)了結(jié)合在折彎的腿B上布置的X射線直尺RL，n_次應(yīng)用X射線單元的俯視圖。所形成的矩形一方面反映X射線單元的探測器D的位置，另一方面反映了 X射線圖像Rl、R2以及R3的位置。利用顯示器單元BE和輸入單元EE形成的計算單元REE除計算取向之外，還在顯示器單元BE之上對X射線直尺RL、例如投影到X射線圖像中的對象長度BL或腿軸BA進(jìn)行3D-顯不。
[0030] 借助不同的X射線吸收系數(shù)和/或錐狀第一和第二 X射線標(biāo)記RMa、RMb的不同直徑，可以在X射線圖像中反映X射線直尺RL的各個片段上的明確的位模式并且通過圖像識別算法確定。在所示出的實施例中使用的X射線直尺RL有例如帶有不同位模式的第一和第二部件M1、M2。X射線直尺RL的第一和第二部件M1、M2之間的第一角度Φ可以一方面通過布置在連接元件S中的角度傳感器中的傳感器自動地被查詢或存儲在計算X射線直尺RL的取向的計算單元REE處。所述連接元件S也可以如此構(gòu)造，使得通過輸入單元可以自動化調(diào)節(jié)可預(yù)先給出的第一角度Φ。在計算單元REE中重現(xiàn)在圖4中重現(xiàn)的用于確定可折彎的X射線直尺RL的取向的子模塊。
[0031]在圖4中所示出的模塊SM、LAM、DAM和與這些模塊對應(yīng)的子模塊ASM、DEM、GEM、ESEM、ZSEM、EW、Zff ;AZM、BL、BA、BAR重現(xiàn)了用于X射線圖像的相互合并以及用于確定對象數(shù)據(jù)(如對象長度和/或?qū)ο笕∠?而所須的硬件以及方法步驟。
[0032]在由計算單元REE的分割模塊SM分割了 X射線標(biāo)記之后確定所成像的X射線標(biāo)記的大小。從在X射線直尺RL中集成的X射線標(biāo)記RMax、RMby的地點和已知的大小可以計算出在X射線直尺RL的一條線上布置的X射線標(biāo)記的斜度。基于所成像的X射線標(biāo)記的大小可以計算X射線直尺RL的第一和第二部件的斜度?；赬射線標(biāo)記的曲線或取向可以確定應(yīng)用到腿B上的可折彎的X射線直尺RL的傾斜。在確定X射線直尺的終點的位置之后和在從所選擇的X射線標(biāo)記構(gòu)成所成像的X射線直尺的其它側(cè)邊之后，可以計算出所折彎的X射線直尺的傾斜以及隨之計算出整個X射線直尺RL的3D-幾何外形。在分析X射線直尺的第一和第二部件的取向的情況下，X射線標(biāo)記的第一和第二類型的布置得出關(guān)于X射線直尺的第一和第二部件在哪個方向延伸和連接元件S所處何處的信息。在各個X射線圖像中可以識別出位模式和從所測得的球的位置和大小確定X射線直尺的3D-位置和地點以及隨之確定單個X射線圖像之于概觀-或整體X射線圖像的位置。用于形成概觀圖像的子模塊沒有詳細(xì)示出。所述概觀圖像可以相應(yīng)于圖3結(jié)合待成像的對象的示意性圖示在背景中構(gòu)建。在概觀圖像中也可以加入各自的腿長BL、腿軸BA和腿旋轉(zhuǎn)BAR。
[0033]在第一步驟中將X射線直尺RL折彎地對齊到對象O (在所觀察的示例中為腿B)的解剖結(jié)構(gòu)或姿勢或位置。不言而喻地，所述X射線直尺RL處于無菌狀態(tài)或以無菌的例如透明塑料膜包裹地應(yīng)用或被放置于對象O。
[0034]在第二步驟中對于帶有所應(yīng)用的X射線直尺RL的腿B應(yīng)用多次X射線拍攝。在該情況下對于腿B生成至少3次X射線拍攝。第一 X射線拍攝Rl在臀部區(qū)域?qū)嵤?，第?X射線拍攝R2在膝蓋實施和第三X射線拍攝R3在踝關(guān)節(jié)處實施。在X射線拍攝期間X射線單元的角(angular-)-或軌道角度保持不變。探測器D或X射線源RQ到待被X射線照射的對象O的高度或距離的變化可以被執(zhí)行并且在下面的計算中被考慮到。
[0035]在第一模塊(分割模塊SM)中，在各個X射線圖像Rl、R2和R3中分割第一和第二X射線標(biāo)記RMa、RMb。在第二模塊(位置確定模塊LAM)中，借助在X射線圖像Rl、R2和R3中成像并且分割的第一和第二 X射線標(biāo)記RMax、RMby確定用于X射線標(biāo)記的空間布置的數(shù)據(jù)以及其它用于確定對象的取向所必需的值。
[0036]在第三模塊(顯示模塊DAM)中，結(jié)合所分割的第一和第二 X射線標(biāo)記RMax、RMby的空間布置來計算X射線直尺RL的虛擬仿真。該虛擬仿真可以成像在顯示器單元BE之上。X射線直尺的第一部件平行于大腿骨地延伸而X射線直尺RL的第二部件平行于小腿骨地延伸。在顯示模塊DAM中分析數(shù)據(jù)并且將X射線圖像Rl、R2、R3綜合為概觀圖像或整體圖像。
[0037]下面，描述在位置確定模塊LAM和顯示模塊DAM中的各個子模塊的工作原理。
[0038]在位置確定模塊LAM中設(shè)置有用于確定所選擇的X射線標(biāo)記球的取向的取向模塊ASM、用于確定所選擇的X射線標(biāo)記的直徑的直徑確定模塊DEM，用于確定連接X射線直尺RL的兩個終點的基線GL的基線確定模塊GEM，用于確定X射線直尺RL的第一部件Ml的長度和位置的第一側(cè)邊確定模塊ESEM，用于確定X射線直尺RL的第二部件M2的長度和位置的第二側(cè)邊確定模塊ZSEM、用于確定第一角度的第一角度確定模塊EW。所述第一角度從X射線直尺RL的第一和第二部件的位置或通過在X射線直尺RL的第一和第二部件Ml、M2之間的連接元件S的角位轉(zhuǎn)換器WG或角度傳感器的調(diào)查來確定。第二角度確定模塊ZW用于確定由虛擬構(gòu)成的三角形相對于臥榻平面L的傾斜得出的第二角度β，所述三角形由X射線直尺RL的終點之間的連接線以及X射線直尺RL的第一和第二部件Ml、M2構(gòu)成。
[0039]在顯示模塊DAM中計算操作用于將X射線圖像Rl、R2、R3彼此排列或?qū)R為一個整體圖像和/或?qū)射線直尺RL和所成像的對象的軸和長度和從中導(dǎo)出的X射線圖像進(jìn)行可視化。大腿骨以及小腿骨的長度和方向可以被添加到整體圖像中?；谒_定的X射線直尺RL的3D-幾何形狀進(jìn)行分析。可折彎的X射線直尺RL類似于所示出和所描述的示例對于上臂和小臂、脊柱或臀部也適用。從所確定的值可以如同上面已經(jīng)提及的那樣，從所計算的數(shù)據(jù)中結(jié)合對象例如計算出腿長BL、腿軸BA以及腿旋轉(zhuǎn)BAR并且本身被淡入到各個X射線圖像Rl、R2、R3或概觀X射線圖像中。
[0040]附圖標(biāo)記列表
[0041]O對象
[0042]L臥榻
[0043]RQX射線源
[0044]D探測器
[0045]RLX射線直尺
[0046]S連接元件/鉸鏈
[0047]WG角位轉(zhuǎn)換器/角度傳感器
[0048]GL基線
[0049]MlX射線直尺的第一部件
[0050]M2X射線直尺的第二部件
[0051]Rl第一 X射線圖像
[0052]R2第二 X射線圖像
[0053] Rn第nX射線圖像
[0054]RMa第一類型的X射線標(biāo)記
[0055]RMb第二類型的X射線標(biāo)記
[0056]RMal,..., RMax 第一類型的X射線標(biāo)記的第一到第x個X射線標(biāo)記
[0057]RMbl,...,RMby 第二類型的X射線標(biāo)記的第一到第y個X射線標(biāo)記
[0058]REE計算單兀
[0059]BE顯示器單元
[0060]EE輸入單元
[0061]SM分割模塊
[0062]LAM位置確定模塊
[0063]ASM取向模塊
[0064]DEM直徑確定模塊
[0065]GEM基線確定模塊
[0066]ESEM第一側(cè)邊確定模塊
[0067]ZSEM第二側(cè)邊確定模塊
[0068]Eff第一角度確定模塊
[0069]φ第一角度
[0070]Zff第二角度確定模塊
[0071]β第二角度
[0072]DAM顯示模塊
[0073]AZM示出模塊
[0074]BL腿長
[0075]BA腿軸
[0076]BAR腿取向
【權(quán)利要求】
1.一種用于確定X射線直尺(RL)在至少一幅X射線圖像(Rn)中成像的部分的空間位置的裝置，其中，通過連接元件(S)連接的、包含了帶有X射線標(biāo)記(RMax，RMby)的至少一個第一和第二部件的X射線直尺(RL)能夠被附加到待被X射線照射的對象(O，B)的取向上，其中，設(shè)置有位置確定模塊(LAM)，用于結(jié)合X射線標(biāo)記在X射線圖像(R1，R2，R3)中的成像來確定X射線標(biāo)記(RMax，RMby)的空間布置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，設(shè)置有分割模塊(SM)，用于X射線標(biāo)記(RMax, RMby)的分割。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，設(shè)置有顯示模塊(DAM)，用于將X射線圖像(Rl，R2，R3)綜合為概觀圖像和根據(jù)X射線標(biāo)記(RMax，RMby)的空間布置進(jìn)行X射線直尺(RL)的空間重建。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，所述顯示模塊(DAM)設(shè)置有子模塊，用于顯示對象長度、對象取向以及對象的軸線和/或該對象的部分。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，在所述連接元件(S)中布置有角度傳感器。
6.一種用于確定X射線直尺(RL)在至少一幅X射線圖像(Rn)中成像的部分的空間位置的方法，其中通過連接元件連接的、包含了帶有X射線標(biāo)記(RMax, RMby)的至少一個第一和第二部件的X射 線直尺(RL)能夠附加到待被X射線照射的對象(O，B)的取向上，所述X射線標(biāo)記(RMax，RMby)的空間布置根據(jù)所述X射線標(biāo)記在X射線圖像(Rl，R2，R3)中的成像來確定。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，將所述X射線圖像(Rl，R2，R3)綜合為概觀圖像，基于X射線標(biāo)記的空間布置確定對象長度、對象取向以及對象的軸線和/或該對象的部分。
8.—種X射線直尺，其特征在于，其能夠劃分為至少一個第一和第二部件，其中所述第一和第二部件通過連接元件(S)連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的X射線直尺，其特征在于，所述X射線直尺(RL)具有至少一個第一類型的第一 X射線標(biāo)記(RMa)和至少一個第二類型的X射線標(biāo)記(RMb)。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的X射線直尺，其特征在于，所述X射線標(biāo)記(RMa, RMb)以定義好的順序被集成在X射線直尺(RL)內(nèi)。
【文檔編號】A61B19/00GK104068937SQ201410094166
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月27日
【發(fā)明者】R.格勞曼 申請人:西門子公司