用于確定x射線管電流分布的方法、計算機程序、數(shù)據(jù)載體和x射線圖像記錄設(shè)備的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于確定用于用X射線圖像記錄設(shè)備記錄患者身體區(qū)域的至少一個X射線圖像的管電流分布的方法、對應(yīng)的計算機程序、機器可讀數(shù)據(jù)載體和X射線圖像記錄設(shè)備。該方法包括以下步驟：-獲取借助光學(xué)傳感器記錄的圖像，其中，該圖像具有包括借助于X射線圖像要被描繪的患者的至少身體區(qū)域的視場，-從圖像中確定用于患者的至少一條患者特定的身體相關(guān)信息，-參照所述至少一條患者特定的身體相關(guān)信息來確定至少用于借助于X射線圖像要被描繪的身體區(qū)域的患者的X射線衰減分配，以及–參照所確定的X射線衰減分配來確定管電流分布。
【專利說明】
用于確定X射線管電流分布的方法、計算機程序、數(shù)據(jù)載體和X射線圖像記錄設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種用于確定管電流分布(tube current profile)的方法、對應(yīng)的計算機程序、數(shù)據(jù)載體和X射線圖像記錄設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]成像X射線設(shè)備(諸如例如，C形臂X射線裝置或計算機斷層攝影裝置)越來越多地用于澄清醫(yī)學(xué)問題。X射線的使用將患者暴露在越來越多的輻射量下，以使如(“合理地可接受的低”)所限定的適當?shù)暮蛣┝績?yōu)化的使用在每次檢查中是必要的。因此，醫(yī)學(xué)成像的目的是要對患者施加盡可能低的X射線劑量來生成一個或多個X射線圖像。
[0003]不同的措施用來實現(xiàn)這一目的。一種劑量優(yōu)化方法是要將X射線管電流適配(adapt)于患者的單個X射線衰減特性。
[0004]為此，現(xiàn)代X射線圖像記錄設(shè)備具有自動劑量控制系統(tǒng)，該自動劑量控制系統(tǒng)用來使用于X射線掃描或X射線圖像記錄的X射線管電流自動或半自動地適配于患者的X射線衰減特性。為了確定合適的管電流分布，建議找到可能最低的輻射暴露和足夠的圖像質(zhì)量之間的中間方式，以使醫(yī)療問題能夠得以解決。因此，自動劑量控制系統(tǒng)產(chǎn)生用于X射線圖像記錄的管電流分布，該管電流分布根據(jù)針對沿著患者身體軸線和/或每個投影方向的每個位置的患者的X射線衰減分配(attenuat1n distribut1n)確定產(chǎn)生所期望的圖像質(zhì)量的用于管電流的值。術(shù)語管電流調(diào)制還在該背景中使用。
[0005]已知的自動劑量控制系統(tǒng)基于內(nèi)存儲信息位置圖示(topogram)。內(nèi)存儲信息位置圖示與常規(guī)二維X射線疊加記錄相對應(yīng)。它測量由于患者處于其中X射線穿過該患者的特定投影方向上而產(chǎn)生的單個X射線衰減分配，并且借助于不同的灰度值描繪了這種分配。自動劑量控制系統(tǒng)使用這種X射線衰減來確定合適的管電流分布或用于管電流調(diào)制。在已知的方法中，在記錄X射線圖像之前，記錄處于橫向方向上的患者和處于前后方向上的患者的一個內(nèi)存儲信息位置圖示，并且在每種情況下，參照對應(yīng)方向上的灰度值分配，確定用于該患者的X射線衰減分配。
[0006]用X射線圖像記錄設(shè)備記錄的X射線圖像的決定性質(zhì)量特征是圖像噪聲。圖像噪聲被定義為與醫(yī)療問題相對應(yīng)的所期望的值，并且自動劑量控制系統(tǒng)使用用于管電流和與所期望的圖像質(zhì)量相對應(yīng)的X射線衰減的參照值、以及從內(nèi)存儲信息位置圖示推導(dǎo)出的X射線衰減分配來確定用于患者的最佳管電流分布，該參照值可以由用戶預(yù)先指定或提供給他供選擇。換言之，自動劑量控制系統(tǒng)使用針對沿著患者身體軸線和/或每個投影方向的每個位置的患者的X射線衰減分配來確定產(chǎn)生所期望的圖像質(zhì)量的用于管電流的值。在X射線掃描期間，對應(yīng)調(diào)制管電流確保了 X射線圖像的所期望的圖像質(zhì)量在X射線劑量降低的情況下實現(xiàn)。
[0007]這種已知的劑量優(yōu)化程序的缺點是:除了用X射線圖像記錄設(shè)備記錄的實際X射線圖像之外，內(nèi)存儲信息位置圖示的記錄產(chǎn)生用于患者的附加的不可忽略的比例的整體劑量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]因此，本發(fā)明的目的是要實現(xiàn)使X射線管電流分布適配于患者的單個X射線衰減特性，利用本發(fā)明，可以進一步降低施加到患者的總劑量。
[0009]根據(jù)本發(fā)明，通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法、根據(jù)權(quán)利要求17所述的計算機程序、根據(jù)權(quán)利要求18所述的機器可讀數(shù)據(jù)載體和根據(jù)權(quán)利要求19或權(quán)利要求21所述的X射線圖像記錄設(shè)備來實現(xiàn)該目的。
[0010]以下描述了相對于所要求保護的方法和相對于所要求保護的設(shè)備的根據(jù)本發(fā)明的對象的實現(xiàn)。這里所提及的特征、優(yōu)點或備選實施例還可以被轉(zhuǎn)移到所要求保護的另一主題，反之亦然。換言之，實質(zhì)權(quán)利要求(其涉及例如一種設(shè)備)還可以開發(fā)有結(jié)合系統(tǒng)或者網(wǎng)絡(luò)所描述或者要求保護的特征。通過對應(yīng)的實質(zhì)模塊來形成方法的對應(yīng)的功能特征。
[0011]本發(fā)明基于獲取借助于光學(xué)傳感器記錄的圖像。該圖像至少包括在X射線圖像中要被描繪的患者的身體區(qū)域，該X射線圖像要用X射線圖像記錄設(shè)備記錄。更進一步地，從圖像中推導(dǎo)出至少一條患者特定的身體相關(guān)信息。現(xiàn)在，本發(fā)明人已經(jīng)認識到，關(guān)于患者的患者特定的身體相關(guān)信息可以用來確定至少用于借助于X射線圖像要被描繪的患者的身體區(qū)域的患者的X射線衰減分配，并且使用該衰減分配來確定X射線管電流分布。
[0012]這里，選擇X射線管電流分布(或簡稱管電流分布)，使得在記錄X射線圖像期間施加到患者的劑量盡可能的低。換言之，管電流分布是劑量減少的管電流分布。
[0013]本發(fā)明基于如下考慮:為了確定相對于X射線劑量的最佳X射線管電流分布，可以在不記錄內(nèi)存儲信息位置圖示的情況下，確定患者的個體X射線衰減特性。于是，根據(jù)本發(fā)明的用于確定X射線衰減分配的方法利用用光學(xué)傳感器記錄的患者的圖像。
[0014]光學(xué)傳感器被設(shè)計成檢測由患者反射的和/或發(fā)出的電磁輻射。光學(xué)傳感器還被設(shè)計成與X射線相比較檢測低頻譜區(qū)域(特別地，可見或紅外光譜區(qū)域)中的電磁輻射。光學(xué)傳感器被體現(xiàn)為生成二維或三維圖像。
[0015]因此，在用光學(xué)傳感器的圖像記錄期間，患者沒有暴露于任何有潛在危險的附加的X射線。這有利地降低了該患者被暴露的總劑量。
[0016]用光學(xué)傳感器記錄的圖像的視場對于它來說至少足夠大以示出借助于X射線圖像要被描繪的或者要被掃描的患者的身體區(qū)域?？商娲?，圖像的視場大到足以完全或幾乎完全示出患者。在這種情況下，在患者的整個縱向或?qū)挾妊由熘忻枥L患者的身體，或者僅身體的小區(qū)域(例如，腳)缺失。這使得從圖像中特別準確地確定至少一條患者特定的身體相關(guān)信息。
[0017]優(yōu)選地，在X射線圖像記錄或X射線掃描之前，直接執(zhí)行圖像獲取，但該時間關(guān)系不是強制性的。
[0018]該圖像示出了處于與在X射線記錄或X射線掃描期間所采用的位置或姿勢相同的位置或姿勢的患者。這使管電流分布特別精確地能夠適配于患者的X射線衰減分配。優(yōu)選地，在獲取圖像期間，患者以仰臥位躺在X射線圖像記錄設(shè)備的患者床上。
[0019]患者特定的身體相關(guān)信息應(yīng)該被理解為意味著關(guān)于展現(xiàn)患者身體的單個形態(tài)學(xué)或解剖學(xué)的細節(jié)的患者的每一條信息。特別地，這應(yīng)該被理解為意味著患者的身高，即，患者沿著患者的身體軸線從頭部到腳部的延伸、患者在橫向方向上的延伸(即，患者寬度)、患者在前后方向上的延伸(即，患者身體深度或患者身體表面)。絕對或相對于彼此的關(guān)于患者身體的其它條信息(諸如例如，特定組織分配、組織構(gòu)成、某些器官或組織的位置或身高)也由該術(shù)語覆蓋。
[0020]根據(jù)第一方面，光學(xué)傳感器記錄要被描繪的患者的至少身體區(qū)域的患者的三維圖像。于是，對于對象表面的非接觸式采樣，在本發(fā)明的該實施例中設(shè)計光學(xué)傳感器。三維圖像包含關(guān)于所描繪的圖像內(nèi)容的深度信息。換言之，對于每個像素或每個圖像點，三維圖像還包含關(guān)于患者距離傳感器的距離的信息。不同于僅用灰度值或顏色值描繪二維中的對象的二維圖像的情況，三維圖像因其信息內(nèi)容相對于所述至少一條患者特定的身體相關(guān)信息增加而特別有價值。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，從用傳感器記錄的圖像中確定以下患者特定的身體相關(guān)信息中的至少一條:至少要被掃描的身體區(qū)域中的患者的身體表面、患者身高、或體重分配。
[0022]身體表面應(yīng)該被理解為意味著將患者與環(huán)境分開的由躺在其上的患者的皮膚或衣服或覆蓋物等形成的三維區(qū)域。體重分配應(yīng)該被理解為意味著根據(jù)患者身體的組織密度的質(zhì)量分配;特別地，它應(yīng)該被理解為患者的體重。
[0023]獲取患者的表面可以受限于要被掃描的身體區(qū)域，即使圖像示出了較大的視場。這加快了運算過程。優(yōu)選地，確定用于整個身體或者所描述的身體的整個區(qū)域的表面，以便能夠進一步特別準確地推導(dǎo)出患者特定的身體相關(guān)信息。獲取患者的身體表面包括例如從圖像中推導(dǎo)出三維區(qū)域模型。關(guān)于其自身或以任何組合所推導(dǎo)出的信息現(xiàn)在用來確定患者的X射線衰減分配。
[0024]為此，根據(jù)另一方面，從多個參照數(shù)據(jù)集中選擇參照數(shù)據(jù)集，該參照數(shù)據(jù)集相對于關(guān)于患者的所述至少一條患者特定的身體相關(guān)信息具有最大可能符合度((301^01'111；^7)。即，所選擇的參照數(shù)據(jù)集是相對于所述至少一條患者特定的身體相關(guān)信息至少與患者不同的數(shù)據(jù)集。
[0025]參照數(shù)據(jù)集與借助于X射線圖像記錄設(shè)備獲得的數(shù)據(jù)(特別地，參照患者的X射線圖像記錄)相對應(yīng)，其中，可以從每個參照數(shù)據(jù)集中推導(dǎo)出特定于參照患者的至少一條身體相關(guān)信息。例如，還可以以三維區(qū)域模型的形式從參照數(shù)據(jù)集中提取參照患者的身體表面。參照患者應(yīng)該被理解為其可獲得借助于X射線圖像記錄設(shè)備獲得數(shù)據(jù)的對比患者。參照患者可以是醫(yī)療幻象(phantom)。參照數(shù)據(jù)集與借助于任何X射線圖像記錄設(shè)備獲得的X射線投影數(shù)據(jù)集或X射線圖像數(shù)據(jù)集相對應(yīng)。這些都可保存在數(shù)據(jù)庫中或通常可保存在存儲器中以供評價并且可以例如經(jīng)由PACS( “Picture Archiving and Communicat1n System”)進行檢索。
[0026]基于多條患者特定的身體相關(guān)信息中的僅有一條或任何組合的比較來選擇參照數(shù)據(jù)集。例如，參照身高、體重分配、或身體表面專門執(zhí)行該選擇。優(yōu)選地，使用兩個或全部三個對比準則，以便找到身體結(jié)構(gòu)與該患者的身體結(jié)構(gòu)最類似的參照患者的參照數(shù)據(jù)集。
[0027]根據(jù)另一方面，由所選擇的參照集編譯與投影方向相對應(yīng)的至少一個虛擬內(nèi)存儲信息位置圖示。因此，由借助于X射線記錄設(shè)備獲得的在參照數(shù)據(jù)集中可用的數(shù)據(jù)計算與投影方向相對應(yīng)的虛擬內(nèi)存儲信息位置圖示，然后從其中推導(dǎo)出與用于患者的投影方向相對應(yīng)的X射線衰減分配并且在以下方法步驟中用于確定管電流分布。
[0028]該方面基于以下考慮:不能從借助于光學(xué)傳感器記錄的圖像中推導(dǎo)出的患者的X射線衰減特性可以大致用身材相當?shù)幕颊叩腦射線衰減特性來替換。
[0029]根據(jù)另一方面，由所選擇的參照數(shù)據(jù)集沿橫向和/或前后方向編譯虛擬內(nèi)存儲信息位置圖示，并且在每種情況下，從虛擬內(nèi)存儲信息位置圖示推導(dǎo)出橫向和/或前后X射線衰減分配。這特別適合于由已知的自動劑量控制系統(tǒng)用來確定劑量減少的管電流分布。虛擬內(nèi)存儲信息位置圖示應(yīng)該被理解為通過合適的計算步驟從用于參照患者的已經(jīng)存在的數(shù)據(jù)推導(dǎo)出的內(nèi)存儲信息位置圖示。
[0030]可以根據(jù)另一方面，可以實現(xiàn)患者的X射線衰減分配的特別良好的近似在于:在編譯所述至少一個虛擬內(nèi)存儲信息位置圖示之前，所選擇的參照數(shù)據(jù)集被修改，使得參照數(shù)據(jù)集的身體表面和患者的身體表面基本上符合，并且參照所修改的參照數(shù)據(jù)集來編譯虛擬內(nèi)存儲信息位置圖示。
[0031]優(yōu)選地，修改參照數(shù)據(jù)集包括:使參照數(shù)據(jù)集的身體表面變形或成形，直到參照表面和患者的身體表面的表面線相同，或僅在預(yù)先規(guī)定的公差內(nèi)彼此偏離。有利的是，最小化患者和參照患者的身體表面的現(xiàn)有解剖學(xué)差異減少了 X射線衰減中的差異。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，使參照數(shù)據(jù)集的身體表面彈性變形。換言之，成形參照數(shù)據(jù)集以匹配參照患者身體中的組織或器官的位置和形狀被延伸，以使從在所修改的參照數(shù)據(jù)集的基礎(chǔ)上編譯的虛擬內(nèi)存儲信息位置圖示推導(dǎo)出的X射線衰減特性甚至更好地適配于患者的實際X射線衰減分配。
[0033]根據(jù)另一特別權(quán)宜的方面，經(jīng)由輸入設(shè)備由用戶至少部分地執(zhí)行參照數(shù)據(jù)集的修改。這使得能夠考慮特殊患者特定的特征。例如，輸入設(shè)備識別用戶的移動、接觸和/或速度，并且從其中推導(dǎo)出用于修改的命令?？商娲?，該修改自動進行。
[0034]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，作為患者特定的身體相關(guān)信息，從至少用于借助于X射線掃描要被描繪的身體區(qū)域的圖像中推導(dǎo)出患者沿著身體軸線在橫向和/或前后方向上的延伸。換言之，沿著患者的身體軸線來確定患者的寬度和/或深度。
[0035]在每種情況下，橫向或前后延伸應(yīng)該被理解為針對沿著患者的身體軸線的位置，患者在對應(yīng)的方向上的最大延伸。
[0036]在上文所解釋的方式中，為此，首先可以從圖像中推導(dǎo)出患者的身體表面。然后，沿著身體軸線的每個位置的距離的考慮用來推導(dǎo)出患者在橫向和前后方向上的延伸的值。
[0037]為了確定橫向延伸，可替代地，可以使用在前后方向上記錄的患者的二維圖像。為了確定患者的前后延伸，必須完成未由三維圖像描繪的那些區(qū)域中的三維身體表面。
[0038]根據(jù)另一方面，參照患者的延伸和水的X射線衰減能力(attenuat1n capacity)來計算橫向和/或前后X射線衰減分配。盡管患者的X射線衰減特性未知，但是患者在要被掃描的區(qū)域中的寬度和/或深度和由于水而導(dǎo)致的X射線衰減是已知的。根據(jù)本發(fā)明的備選方法所描述的程序基于如下考慮:如果向其分配水的X射線衰減，則患者的X射線衰減行為可以被近似。換言之，患者的組織被近似為相當于水的組織。
[0039]這里，橫向和/或前后X射線衰減分配的計算還具有的優(yōu)點是:它特別適合(S卩，在沒有對現(xiàn)有的算法進一步適配的情況下)由已知的自動劑量控制系統(tǒng)用于確定劑量減少的管電流分布。顯然，可以參照用于所需的任何方向的身體表面來確定患者的延伸和對應(yīng)的X射線衰減分配。
[0040]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，如果根據(jù)要被描繪的患者的身體區(qū)域來適配水的X射線衰減能力，則患者的X射線衰減行為的上述近似特別合適，使得其考慮X射線衰減不同于水的X射線衰減的要被描繪的患者的身體區(qū)域內(nèi)的至少一種組織類型的X射線衰減。由于肺組織吸收X射線的程度比水更低，并且骨組織比水更有效地吸收X射線，所以可以例如相對于肺組織和/或骨組織執(zhí)行這種適配或修正。相對于幾個組織類型并且特別地除所提及的那些之外的修正也是可能的。顯然，可以沿著任何投影方向執(zhí)行修正?？梢岳鐝脑诿糠N情況下包含關(guān)于參照患者的數(shù)據(jù)或借助于X射線圖像記錄設(shè)備獲得的幻象的參照數(shù)據(jù)集中推導(dǎo)出用于修正的值。
[0041]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，從圖像中確定至少在要被描繪或掃描的身體區(qū)域中的沿著患者的身體軸線的平均寬度和/或患者的身高的值作為關(guān)于患者的患者特定的身體相關(guān)信息?？梢杂欣貜亩S圖像和三維圖像兩者中確定該患者特定的身體相關(guān)信息。因此，對于本發(fā)明，這方面允許廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。如果逐切片(slice-by-slice)確定患者沿著其身體軸線的寬度，則獲得平均的或平均寬度，并且從其中形成均值。
[0042]根據(jù)另一方面，參照平均的患者寬度和/或患者身高的值將患者歸類于多個參照類別中的至少一個類別中。對于每個參照類別，存儲所定義的X射線衰減分配。其中患者被歸類于的參照類別的X射線衰減分配被分配給患者。
[0043]根據(jù)另一方面，每個參照類別包括多個參照患者，其中，平均的患者寬度和/或參照類別的參照患者的患者大小的值處于特定值范圍內(nèi)。對于參照類別中的每個參照患者，由光學(xué)傳感器獲取的至少一個內(nèi)存儲信息位置圖示或圖像是可用的，并且可以用于確定參照患者的平均寬度和/或身高。換言之，例如，在平均寬度處于特定限制值內(nèi)的參照患者的內(nèi)存儲信息位置圖示的基礎(chǔ)上形成參照類別?？商娲兀瑓⒄疹悇e基于身高在特定身高范圍內(nèi)的參照患者的內(nèi)存儲信息位置圖示。另外，還可以由僅一條以上的患者特定的身體相關(guān)信息限定參照類別，例如通過平均寬度和身高在所限定的值范圍內(nèi)的參照患者。然后通過比較平均寬度和身高來執(zhí)行將患者分類在參照類別之一中的類別。
[0044]使用針對每個參照類別存儲的內(nèi)存儲信息位置圖示以便推導(dǎo)出用于每個患者的X射線衰減分配。優(yōu)選地，用于參照類別的X射線衰減分配與屬于參照類別的參照患者的X射線衰減分配的均值(特別地，加權(quán)均值)相對應(yīng)。
[0045]根據(jù)本發(fā)明的這一方面的程序基于以下考慮:患者的X射線衰減分配可以被近似為來自身材相當?shù)?特別地，平均寬度和/或身高相當?shù)?參照患者的X射線衰減分配的均值。盡管至少在要被掃描的身體區(qū)域中的患者的精確X射線衰減未知，但是對于其它患者而言，存在多個內(nèi)存儲信息位置圖示，并且因而存在X射線衰減分配。在假設(shè)患者和身材相當?shù)膮⒄栈颊叩腦射線衰減分配非常相似的情況下，對參照患者進行平均的X射線衰減分配還可以用于該患者。
[0046]本發(fā)明還涉及一種具有程序代碼的計算機程序，其用于當該程序在計算機中執(zhí)行時，執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的所有方法步驟。這意味著該方法可以重復(fù)地進行，并且對不同的計算機上的錯誤不太敏感。
[0047]本發(fā)明還涉及一種其上存儲上文所描述的計算機程序的機器可讀數(shù)據(jù)載體。
[0048]本發(fā)明還涉及一種具有X射線源、X射線檢測器和體現(xiàn)了執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的計算機的X射線圖像記錄設(shè)備。
[0049]X射線圖像記錄設(shè)備是被設(shè)計成從不同的投影角度記錄多個X射線投影方向的X射線裝置(例如，具有環(huán)形旋轉(zhuǎn)框架或C型臂式X射線裝置的計算機斷層攝影裝置)。可以在具有X射線源和與該X射線源交互的X射線檢測器的記錄單元的(特別地連續(xù)的)旋轉(zhuǎn)運動期間生成記錄。特別地，X射線源可以是具有旋轉(zhuǎn)陽極的X射線管。例如，用于計算機斷層攝影裝置的X射線檢測器是具有多個線的線檢測器。例如，用于C型臂式X射線裝置的X射線檢測器是平板檢測器。X射線檢測器可以被體現(xiàn)為能量分辨及計數(shù)兩者。
[0050]根據(jù)另一方面，X射線圖像記錄設(shè)備包括用于記錄至少在要被描繪的身體區(qū)域中的患者的圖像的上文所描述的光學(xué)傳感器。
[0051]本發(fā)明還涉及一種具有X射線源、X射線檢測器和計算機的X射線圖像記錄設(shè)備，其中，計算機被體現(xiàn)為獲取借助于光學(xué)傳感器記錄的患者的圖像，其中，該圖像具有包括借助于X射線圖像記錄要被描繪的至少一個身體區(qū)域的視場，以從圖像中確定針對患者的至少一條患者特定的身體相關(guān)信息，參照所述至少一條患者特定的身體相關(guān)信息來確定至少針對借助于X射線圖像要被描繪的身體區(qū)域的患者的X射線衰減分配，并且參照所確定的用于記錄X射線圖像的X射線衰減分配來確定管電流分布。
[0052]計算機還可以被體現(xiàn)為例如通過發(fā)射控制信號提示光學(xué)傳感器記錄患者的圖像。
【附圖說明】
[0053]參照附圖中所示的示例性實施例，以下對本發(fā)明進行更詳細地描述并解釋，其示出:
[0054]圖1是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的X射線圖像記錄設(shè)備，
[0055]圖2是借助于光學(xué)傳感器和所推導(dǎo)出的表面模型獲取的三維圖像的示意圖，
[0056]圖3是根據(jù)第一示例性實施例的根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖，
[0057]圖4是根據(jù)第二示例性實施例的根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖，和
[0058]圖5是根據(jù)另一示例性實施例的根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0059]圖1示出了使用X射線計算機斷層攝影設(shè)備的示例的X射線圖像記錄設(shè)備。該計算機斷層攝影設(shè)備具有記錄單元17，該記錄單元17包括X射線源形式的輻射源8和X射線檢測器的形式的輻射檢測器9。在記錄X射線投影期間，記錄單元17繞系統(tǒng)軸線5旋轉(zhuǎn)，并且在記錄期間，X射線源發(fā)出X射線的形式的射線2d射線源是X射線管。X射線檢測器是具有多條線的線檢測器。
[0060]在記錄投影期間，患者3躺在患者床6上?；颊叽?被連接到支撐帶有患者3的患者床6的床4的底座。患者床6被設(shè)計成通過記錄單元17的開口 1沿著接收方向移動患者3。接收方向作為由記錄單元17在記錄X射線投影期間繞其旋轉(zhuǎn)的系統(tǒng)軸線5定義的規(guī)則。在這個示例中，患者的身體軸線與系統(tǒng)軸線5相同。兩個軸線位于三維笛卡爾坐標系的Z軸。在螺旋記錄的情況下，患者床6通過開口 10被連續(xù)移動，而記錄單元17繞患者3旋轉(zhuǎn)并且記錄X射線投影。這樣，X射線描述患者3的表面上的螺旋形。
[0061]X射線記錄設(shè)備具有相機18形式的光學(xué)傳感器。在這個示例中，所述相機被布置在患者床6上方并且借助于保持設(shè)備15固定到圖像記錄設(shè)備。相機18還可以附接到可旋轉(zhuǎn)的記錄單元17?？商娲?，相機18以靜止或移動的方式布置在具有患者的清晰視圖的檢查室中(例如，在檢查室的屋頂上)，或者被布置在可以在檢查室中自由移動的支架上。相機18可以被體現(xiàn)作為以灰階或顏色值生成對象的二維描繪的二維相機。在這個示例中，相機18被體現(xiàn)作為三維相機，例如，以立體相機的形式、時間飛行相機或作為干涉設(shè)備等，并且包括相應(yīng)的記錄技術(shù)所需的部件(諸如合適的光源和檢測單元)。
[0062]X射線圖像記錄設(shè)備具有計算機12，該計算機12被連接到顯示單元11(例如，用于X射線記錄的圖形顯示)和輸入單元7。顯示單元11可以例如是LCD、等離子或者OLED屏幕。更進一步地，它可以是觸敏屏，該觸敏屏還被體現(xiàn)作為輸入單元7。這種類型的觸敏屏可以被集成在成像裝置中或作為移動裝置的一部分。輸入單元7例如是鍵盤、鼠標、所謂的“觸摸屏”或甚至麥克風(fēng)用于語音輸入。輸入單元7還可以被配置成識別用戶的運動并且將它們轉(zhuǎn)化成對應(yīng)的命令。輸入單元7可以例如由用戶用來修改所選擇的參照數(shù)據(jù)集。
[0063]計算機12被連接到可轉(zhuǎn)動的記錄單元17用于交換數(shù)據(jù)。一方面，使用連接14以將用于X射線圖像記錄的控制信號從計算機12傳送到記錄單元17，并且另一方面，將用于圖像重建的所記錄的投影數(shù)據(jù)傳送到計算機12。連接14要么用電纜連接要么無線地以已知的方式實現(xiàn)。進一步地，計算機12還被連接到相機18用于交換控制信號或圖像數(shù)據(jù)，特別地，經(jīng)由相同的連接14。
[0064]計算機12包括計算單元16。計算單元16被體現(xiàn)作為圖像或圖像數(shù)據(jù)處理單元。它被配置成對由相機18記錄的圖像和/或參照數(shù)據(jù)執(zhí)行與根據(jù)本發(fā)明的方法有關(guān)的所有運算步驟。計算單元16可以與計算機可讀數(shù)據(jù)載體13交互，特別地，以借助于具有程序代碼的計算機程序執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法。更進一步地，計算機程序可以存儲在機器可讀載體上以供檢索。特別地，機器可讀載體可以是CD、DVD、藍光光盤、記憶棒或硬盤。計算單元16可以以硬件的形式或者以軟件的形式來體現(xiàn)。例如，計算單元16被體現(xiàn)作為所謂的FPGA(簡稱“現(xiàn)場可編程門陣列”)或包括算術(shù)邏輯單元。
[0065]在這里所示出的實施例中，至少一個計算機程序被存儲在計算機12的存儲器上，其當計算機程序在計算機12上執(zhí)行時，執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的所有方法步驟。用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的方法步驟的計算機程序包括程序代碼。更進一步地，計算機程序可以被體現(xiàn)作為可執(zhí)行文件和/或被存儲在與計算機12不同的計算系統(tǒng)上。例如，X射線圖像記錄設(shè)備可以被設(shè)計成使得計算機12經(jīng)由內(nèi)聯(lián)網(wǎng)或經(jīng)由因特網(wǎng)將執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的計算機程序加載到其內(nèi)部工作存儲器中。
[0066]圖3描述了根據(jù)本發(fā)明的方法的第一示例性實施例。在第一步驟Sll中，如圖2示意性示出的，計算機12的計算單元16接收以仰臥位躺在患者床上6的患者3的三維圖像B ο該圖像B借助于相機18記錄并且完全示出患者3。除了患者3的輪廓(contour)之外，三維圖像B還包含相對于患者3的三維表面結(jié)構(gòu)的深度信息。結(jié)果，還獲取了患者3的表面的形狀或配置。
[0067]在步驟S12中，從圖像B中推導(dǎo)出三條患者特定的身體相關(guān)信息。
[0068]計算單元16從圖像B中提取患者的三維表面在于它將深度信息傳送到三維表面模型M中，其也在圖2中示意性示出。為此，例如，對表示表面形狀的點云進行插值以形成平滑的三維表面，其然后由模型描述，例如借助于一系列的三角形?？商娲?，如圖2所示，區(qū)域模型M描述了沿著患者3的身體軸線逐切片由皮膚形成的區(qū)域輪廓。計算單元16例如通過找到沿著身體軸線距離彼此最大距離的位于表面模型M上的兩點來確定患者3的身高。另外，參照表面模型M來執(zhí)行體重估計。為此，相對于在三維圖像B中沒有示出的患者表面的缺失區(qū)域(在本示例中，患者的背部缺失)來補充表面模型M，以便獲得完整的(換言之，封閉的)三維表面模型。這用已知的外插方法或在患者床的三維模型幫助下執(zhí)行，其通過計算單元16插入到區(qū)域模型M中。采取患者身體的密度來確定患者3的體重。
[0069]在第三步驟S13中，計算單元16選擇相對于患者的身高和體重的特別合適的參照數(shù)據(jù)集。為此，計算單元16求助于參照數(shù)據(jù)集池(pool)，其被存儲在計算機12的存儲器中或可以存儲在能夠被連接到計算機12或者能夠從中央存儲器中經(jīng)由內(nèi)聯(lián)網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)(例如，經(jīng)由PACS)檢索的外部數(shù)據(jù)載體上。計算單元16選擇相對于身高和體重與患者更類似的參照患者的數(shù)據(jù)集。為此，身高和體重信息作為所提取的信息已經(jīng)在參照數(shù)據(jù)集中提供，或者計算單元16借助于合適的處理步驟從參照數(shù)據(jù)集中確定這些身高。例如，參照數(shù)據(jù)通過前向投影和/或后向投影步驟被轉(zhuǎn)換成使得能夠推導(dǎo)出參照患者的身高和體重分配的形式。在選擇期間，考慮兩個準則而非只有一個準則實現(xiàn)了所選擇的參照數(shù)據(jù)集和患者3之間更好的解剖符合度。
[0070]另外，從參照數(shù)據(jù)中推導(dǎo)出參照患者的表面模型，例如，借助于已知的分割技術(shù)。
[0071]在第四步驟S14中，對應(yīng)于將參照數(shù)據(jù)適配于患者的解剖，執(zhí)行參照數(shù)據(jù)集的修改。盡管參照患者和患者的身高和體重分配相當，但是它們的X射線衰減分配還不一定必須相當。該適配實現(xiàn)了 X射線衰減分配的更好的近似。
[0072]由于參照數(shù)據(jù)是用任何X射線記錄設(shè)備獲得的數(shù)據(jù)，所以參照數(shù)據(jù)和由相機18獲取的表面模型之間的空間關(guān)系作為未知的規(guī)則。這必須隨后建立。參照用于患者3和參照患者的表面模型的合適配準由計算單元16確定幾何關(guān)系。顯示單元11向用戶示出了疊加形式的表面模型。現(xiàn)在，用戶通過用光標和鼠標標記參照模型的區(qū)域并且通過移動鼠標使它們沿患者模型M的方向位移來最小化表面輪廓的偏差。然后，計算單元16對參照數(shù)據(jù)集實時地施加對應(yīng)的轉(zhuǎn)換步驟?？商娲?，以下述方式自動執(zhí)行參照數(shù)據(jù)集的修改:計算單元16逐切片考慮這兩個區(qū)域模型并且確定由用于每個切片中的患者3和參照患者的皮膚形成的表面輪廓。參照輪廓到患者3的輪廓的彈性配準產(chǎn)生變形矢量場，其然后順利地繼續(xù)到參照患者的內(nèi)部。
[0073]在步驟S15中，計算單元16使用橫向和前后方向上的前向投影以從所修改的參照數(shù)據(jù)集中計算兩個虛擬內(nèi)存儲信息位置圖示，并且在步驟S16中，所述虛擬內(nèi)存儲信息位置圖示借助于灰度值分配的評價被轉(zhuǎn)變成橫向方向上的X射線衰減矢量Aiat(Z)和前后方向上的X射線衰減矢量Aabt(Z)的形式的X射線衰減分配。計算單元16使用這些X射線衰減分配作為用于執(zhí)行用于確定以下X射線圖像記錄的劑量減少的管電流分布的自動劑量控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。同時，用戶使用輸入單元7來提供關(guān)于X射線圖像記錄醫(yī)療問題下的醫(yī)療問題的信息或者關(guān)于用于X射線衰減和與所期望的圖像質(zhì)量相對應(yīng)的管電流的信息?？商娲?，顯示單元11提供對應(yīng)的建議給用戶以供選擇。
[0074]根據(jù)這個示例性實施例，自動劑量控制系統(tǒng)確定用于要被描繪的身體區(qū)域的X射線圖像記錄的管電流調(diào)制，其為角度依賴性的，即，投影方向依賴性的，并且取決于沿著患者3的身體軸線的位置。
[0075]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的另一示例性實施例，根據(jù)這個示例性實施例，在第一步驟S21和第二步驟S22中，用相機18獲取或者確定患者3的三維圖像B，因此還獲取或者確定患者3的表面形狀和作為區(qū)域模型M的表面的對應(yīng)的表示。對于相對于這些步驟的特定順序，參照用于圖3中步驟Sll和S12的解釋。在這個示例性實施例中，表面模型M再次由三維圖像B的缺失部分補充，以便獲得患者的完整表面。在步驟S23中，對于沿著身體軸線的每個位置z，現(xiàn)在從表面模型M中獲得患者3在橫向方向上的寬度或深度Liat(Z)和前后方向上的寬度或深度Lant(z)，并且使用該寬度或深度以便根據(jù)以下公式來計算橫向X射線衰減矢量Alat (z)或前后X射線衰減矢量Aant (z)形式的X射線衰減分配
[0076]A(z) =exp(y*L(z))
[0077]其中，μ指定水的X射線吸收系數(shù)。由于患者3而導(dǎo)致的X射線衰減的這種近似的提高在于:根據(jù)以下公式來計算橫向X射線衰減矢量Aiat (ζ)或前后X射線衰減矢量Aant (ζ)
[0078]A(z) =exp(y*L(z)*K(z))
[0079]其中，K(Z)是考慮到要被描繪的身體區(qū)域中的肺組織和骨組織的X射線衰減特性的用于橫向或前后方向的修正分布，該肺組織和骨組織的X射線衰減特性不同于水的X射線衰減特性。計算單元16從多個參照數(shù)據(jù)集確定修正分布K(Z)，在每種情況下，包括關(guān)于借助于X射線圖像記錄設(shè)備獲得的參照患者的數(shù)據(jù)。為此，計算單元16參照參照患者和患者之間的最大可能解剖符合度來選擇參照數(shù)據(jù)集并且從參照數(shù)據(jù)中確定修正值。參照數(shù)據(jù)可以被存儲在計算機12的存儲器中、可以被存儲在能夠連接到計算機12的外部數(shù)據(jù)載體上、或者可以被存儲在通過內(nèi)聯(lián)網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)到達的中央存儲器(PACS)中。在步驟S25中，自動劑量控制系統(tǒng)將橫向X射線衰減矢量Aiat(Z)和前后X射線衰減矢量Aant(Z)考慮在內(nèi)用于計算劑量減少的管電流分布。根據(jù)這個示例性實施例，自動劑量控制系統(tǒng)還確定用于要被描繪的身體區(qū)域的X射線圖像記錄的角度依賴性和ζ位置依賴性的管電流分布。換言之，自動劑量控制系統(tǒng)根據(jù)針對沿著患者的身體軸線和/或每個投影方向的每個位置的患者的X射線衰減分配來確定提供足夠的圖像質(zhì)量以解答醫(yī)療問題的管電流值。
[0080]根據(jù)圖5中所示的本發(fā)明的第三示例性實施例，在步驟S31中，借助于相機18獲取患者的三維或二維圖像。在步驟S32中，計算單元16從該圖像中提取患者的平均寬度和身高。為此，它評價患者在二維圖像中的外部輪廓或使用以已知的方式從三維圖像中提取的表面。關(guān)于根據(jù)身高和平均寬度分類到參照類別中的參照患者的多個內(nèi)存儲信息位置圖示被存儲在計算機12的存儲器或外部存儲器上，其可以經(jīng)由內(nèi)聯(lián)網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)(例如，經(jīng)由PACS)到達。例如，提供以下參照類別:“超胖”、“超瘦”、“稍微正?！?、“中等偏瘦”等。在步驟S34中，患者根據(jù)患者的身高和平均寬度被分配到“超瘦”參照類別。對于這個參照類別，存儲當在屬于該類別的所有參照患者的X射線衰減分配上進行平均時獲得的X射線衰減分配。在步驟S34中，這個平均的X射線衰減分配被分配給患者，并且在步驟S35中，用于確定劑量優(yōu)化的管電流分布。根據(jù)這個示例性實施例中，與患者的身體軸線上的平均的X射線衰減相對應(yīng)的恒定管電流被選擇用于要被描繪的身體區(qū)域的X射線圖像記錄。
[0081]圖2通過示例示出了用相機18獲取的并且其視場包括患者的全部身體的三維圖像B。這使得能夠特別準確地確定患者特定的身體相關(guān)信息，然而，這需要更多的運算努力?？商娲?，從三維圖像B編譯三維表面模型M可以受限于要被描繪的身體區(qū)域、或涵蓋要被描繪的身體區(qū)域的更大的身體區(qū)域，然后同樣應(yīng)用于獲取參照數(shù)據(jù)集中的表面。隨后是參照檢測所謂的解剖標志(諸如例如，頭、下巴、肩部、臀部、膝蓋、腳等)來評估身高和/或體重。當由相機18獲取的圖像的視場并沒有完全獲取患者3時，參照解剖標志以對于二維或三維圖像而言是相同的方式執(zhí)行對患者的身高和體重的估計。
[0082]為了能夠從借助于光學(xué)傳感器記錄的圖像B中推導(dǎo)出具有高精度的至少一條患者特定的身體相關(guān)信息，第二圖像可以用相機18記錄。這示出了與用光學(xué)傳感器獲取的第一圖像B相同的視場，但沒有患者3。該第二圖像可以用來校準帶有患者的第一圖像。有利的是，根據(jù)本發(fā)明一個校準可以應(yīng)用于該方法的所有變型。
[0083]例如，第一圖像3的校準包括:移除不與患者3有關(guān)的圖像內(nèi)容(諸如例如，關(guān)于患者床或檢查室的信息)。這被執(zhí)行在于以像素對像素(pixel for pixel)的方式從第一圖像
3中減去第二圖像D
【主權(quán)項】
1.一種用于確定用于用X射線圖像記錄設(shè)備記錄患者(3)的身體區(qū)域的至少一個X射線圖像的管電流分布的方法，包括以下步驟: .1.1獲取(Sll ;S21;S31)借助于光學(xué)傳感器(18)記錄的圖像(B)，其中所述圖像具有至少包括借助于X射線圖像要被描繪的所述患者的所述身體區(qū)域的視場， .1.2從所述圖像中確定用于所述患者的至少一條患者特定的身體相關(guān)信息(S12;S22，S23;S32)， .1.3參照所述至少一條患者特定的身體相關(guān)信息來確定至少用于借助于X射線圖像要被描繪的所述身體區(qū)域的所述患者的X射線衰減分配(S13，S14，S15，S16; S24; S33，S34)，以及 .1.4參照所確定的X射線衰減分配來確定所述管電流分布(S17;S25; S35)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在步驟1.1中記錄三維圖像。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，步驟1.2包括:所述從所述圖像中獲取以下各條的患者特定的身體相關(guān)信息中的至少一條患者特定的身體相關(guān)信息:至少在要被描繪的所述身體區(qū)域中的所述患者的身體表面、所述患者的身高或體重分配。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，步驟1.3包括:從具有與至少一條患者特定的身體相關(guān)信息最大可能符合度的多個參照數(shù)據(jù)集中選擇參照數(shù)據(jù)集，其中，每個參照數(shù)據(jù)集包括關(guān)于借助于X射線圖像記錄設(shè)備獲得的參照患者的數(shù)據(jù)，能夠從每一條參照患者的數(shù)據(jù)中推導(dǎo)出至少一條患者特定的身體相關(guān)信息。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，步驟1.3包括: .5.1從所選擇的參照數(shù)據(jù)集中編譯在每種情況下與X射線投影方向相對應(yīng)的至少一個虛擬內(nèi)存儲信息位置圖示，以及 .5.2從所述虛擬內(nèi)存儲信息位置圖示中推導(dǎo)出與所述相應(yīng)的X射線投影方向相對應(yīng)的至少一種X射線衰減分配。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，在步驟5.1中，在橫向和/或前后方向上編譯虛擬內(nèi)存儲信息位置圖示，并且在步驟5.2中，從相應(yīng)的虛擬內(nèi)存儲信息位置圖示中推導(dǎo)出橫向和/或前后X射線衰減分配。7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其中，在步驟5.1之前，所選擇的參照數(shù)據(jù)集被修改，使得所述參照患者的身體表面和所述患者的身體表面基本上一致，并且在步驟5.1中，參照所修改的參照數(shù)據(jù)集編譯所述至少一個虛擬內(nèi)存儲信息位置圖示。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述修改包括:所述參照患者的所述身體表面的彈性變形。9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其中，在輸入設(shè)備(7)的幫助下，由用戶至少部分地執(zhí)行所述修改。10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，步驟1.2包括:從所述圖像中確定所述患者沿著至少在要被描繪的所述患者的所述身體區(qū)域中的所述身體軸線在所述橫向和/或前后方向上的延伸。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，步驟1.3包括:參照用于所述患者的所述延伸的值和水的X射線衰減能力的值來計算橫向和/或前后X射線衰減分配。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，根據(jù)要被描繪的所述患者的身體區(qū)域來調(diào)整水的所述X射線衰減能力，使得考慮了在要被描繪的所述患者的所述身體區(qū)域內(nèi)的至少一種組織類型的X射線衰減，并且所述X射線衰減不同于水的X射線衰減。13.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，在步驟1.2中，在至少在要被描繪的所述身體區(qū)域中確定沿著所述患者的身體軸線進行平均的所述患者的寬度的值和/或從所述圖像中確定所述患者的身高。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，步驟1.3包括: .14.1參照被平均的所述患者寬度和/或所述患者身高的值將所述患者分類在多個參照類別中的至少一個參照類別中，其中，針對每個參照類別，存儲所限定的X射線衰減分配，以及 .14.2將參照類別的X射線衰減分配配置給已被分類的所述患者。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，每個參照類別由平均的患者寬度和/或患者身高的值處于特定值范圍內(nèi)的多個參照患者形成。16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的方法，其中，用于每個參照類別的X射線衰減分配與用于屬于所述參照類別的參照患者的X射線衰減分配的均值相對應(yīng)。17.—種具有程序代碼的計算機程序，用于當所述程序在計算機中執(zhí)行時，執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1-15中的任一項所述的所有方法步驟。18.—種在其上存儲根據(jù)權(quán)利要求16所述的計算機程序的機器可讀數(shù)據(jù)載體。19.一種用于記錄患者的身體區(qū)域的至少一個X射線圖像的X射線圖像記錄設(shè)備，包括X射線源(8)、X射線檢測器(9)和計算機(12)，所述計算機(12)被體現(xiàn)為執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1-16中的其中一項所述的方法。20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的X射線圖像記錄設(shè)備，還包括光學(xué)傳感器(18)。21.—種用于記錄患者的身體區(qū)域的至少一個X射線圖像的X射線圖像記錄設(shè)備，包括X射線源、X射線檢測器和計算機，其中，所述計算機被體現(xiàn)為， -獲取借助于光學(xué)傳感器記錄的患者的圖像，其中，所述圖像具有包括借助于X射線圖像記錄要被描繪的至少一個身體區(qū)域的視場， -從所述圖像中確定用于所述患者的至少一條患者特定的身體相關(guān)信息， -參照所述至少一條患者特定的身體相關(guān)信息來確定至少用于借助于X射線圖像要被描繪的所述身體區(qū)域的所述患者的X射線衰減分配，和 -參照所確定的用于記錄所述X射線圖像的X射線衰減分配來確定管電流分布。
【文檔編號】A61B90/00GK105962960SQ201610141833
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年3月11日
【發(fā)明人】A·克勞斯, R·勞帕赫, B·施密特
【申請人】西門子股份公司