CN105816190B - X射线记录系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及X射线记录系统，其至少具有：－用于产生被用于成像的射线束的X射线辐射器，－用于确定射线束的辐射的衰减的具有二维的或者三维的记录几何图形的进行成像的X射线探测器，－用于患者的在X射线记录系统的在X射线辐射器和X射线探测器之间的记录区域中的患者支承和/或定位设备。本发明的特点在于，布置至少一个用于确定患者的轮廓的TOF摄像机，并且存在具有存储器和被存储在其中的软件的计算单元，所述计算单元被构造为在运行中根据患者的由TOF摄像机所记录的轮廓产生患者的具有被布置在其中的关节位置的三维点阵模型并且模拟并显示至少一个被缩放到该点阵模型上的解剖学组织。

Description

X射线记录系统

技术领域

本发明涉及一种X射线记录系统，所述X射线记录系统至少具有用于产生被用于成像的射线束的X射线辐射器、用于确定射线束的辐射的衰减的具有二维的或者三维的记录几何图形（Aufnahmegeometrie）的进行成像的X射线探测器和用于在X射线记录系统的在X射线辐射器和X射线探测器之间的记录区域中支承患者的患者支承设备（Patientenlagerungsvorrichtung）。

背景技术

上面所提到的类型的X射线记录系统一般是公知的。在这些X射线记录系统的情况下，患者通常被医学辅助人员或者也被医生安排在床榻上，并且根据医学课题，要透视的躯干部分在视觉上借助于表示记录区域或者确定记录区域的边界的光场相对于X射线管和X射线探测器而被定位。如果一方面太紧地实现记录区域的取向（Ausrichtung），使得一部分要记录的区域不曾在X射线图像中被成像，那么必需具有重新照射射线（Strahlenbelastung）的结果的重新记录。如果另一方面为了避免最先提到的问题而给记录区域分配的尺寸过大，那么在边缘区域中形成不是必需的射线照射。另一问题也由要正确选出的对X射线辐射器的射束轴的取向而得出。如果在这种情况下错误的投影方向被选择，那么可能的是，要图示的组织或者器官通过其它组织或者器官而被遮盖或者被叠加，使得再次必需从其它的投影角度再一次记录，以便获得医学上有说服力的X射线图像。

发明内容

因而本发明的任务是找到一种X射线记录系统，该X射线记录系统使得能够更可靠地定位记录域（Aufnahmefeld）和更可靠地对X射线射束轴进行取向。

该任务由独立专利权利要求的特征来解决。本发明的有利的扩展方案是从属权利要求的主题。

本发明人已经认识到，如果通过在患者上模拟地图示解剖学结构或者叠加所述结构与患者的图像而实现取向，那么关于对记录区域的正确定位和对用于X射线记录的从X射线辐射器到X射线探测器的射线方向的正确取向可以达到基本上较高的可靠性。

这可以通过在X射线管上、尤其是在管头部处或者在X射线探测器的附近使用TOF（TOF＝飞行时间（time of flight））摄像机（例如安装微软（Microsoft）公司的Kinect传感器或者华硕（ASUS）公司的XTION传感器）而被实现。尤其是在下工作台系统（Untertischsysteme）的情况下，患者的定位和位置可以以三维点阵模型（Gittermodell）的形式很好地被检测，其中接着该患者的解剖学组织根据患者轮廓可以以被缩放的方式被成像。通过对关节位置和必要时也对四肢和躯干的端点的识别，尤其是现存的骨质组织可以非常精确地被检测并且作为图像模拟地被示出。这种根据被用在游戏控制台（Spielekonsole）中的“骨架跟踪（skeleton tracking）”来对骨质组织的模拟原则上是公知的。以转用到X射线系统并且通过对骨骼的解剖学上准确的图示和必要时利用被缩放的器官位置或者被模拟的器官轮廓进行补充而改善的方式，得到被优化到各个患者上的和合适地被缩放的对所要期望的解剖学组织、尤其是骨质组织的瞬间叠合（Einblendung）。可选地，这可以在常规的监控器上或者作为直接在患者上的投影而实现。经此，接着所希望的记录区域可以比它通过医学人员的最后直观的行动而被实施基本上更精确地被设置。

附加地，位置检测使得射束轴能够与解剖学组织的当前位置适配。尤其是在关于X射线辐射器和X射线探测器（诸如本申请人的射线照相系统YSIO）的空间上的取向具有多个自由度的X射线系统的情况下，这给操作者带来本质上的工作减轻。

在自动化系统中，通过这种对解剖学组织的识别系统，用于相应的医学课题的X射线记录系统的完整的射线几何图形可以在患者的位置上自动化地被取向。

根据该认知，本发明人建议了一种X射线记录系统，所述X射线记录系统至少具有用于产生被用于成像的射线束的X射线辐射器、用于确定射线束的辐射的衰减的具有二维的或者三维的记录几何图形的进行成像的X射线探测器和在X射线记录系统的在X射线辐射器和X射线探测器之间的记录区域中的患者支承和/或定位设备，其中按照本发明应该布置至少一个用于确定（优选地在患者床榻之上的）患者的轮廓的TOF摄像机并且应该存在具有存储器和被存储在其中的软件的计算单元，所述计算单元被构造为在运行中根据患者的由TOF摄像机所记录的轮廓产生具有被布置在其中的关节位置的三维点阵模型并且模拟并显示至少一个被缩放到该点阵模型上的解剖学组织。

因此由于不断更好的对X射线记录的放置和取向而得出更好的射线卫生，因为患者的不相关的区域不再非必要地被照射辐射，并且形成具有更高的诊断价值的图像，因为用于诊断课题的射线几何图形被优化。此外，对于患者来说在具有多个空间上的自由度的模态（Modalitaeten）上的舒适性也提高，因为在这种情况下射线域可以被适配到患者或要进行检查的解剖学组织的位置上。

有利地，尤其是骨架或骨骼、静脉或者动脉组织或者器官组织可以被模拟为并且被显示为解剖学组织。尤其是参考这种对器官位置和轮廓的显示特别有利的是：在之前附加地与此相关地输入患者的具有典型性的（typisierend）参数（诸如性别、年龄、身高和体重），患者的这些具有典型性的参数在模拟放置器官的情况下被考虑。为此，在之前可以借助于现有的CT和/或MRT数据实施相对应的统计学检查，以便确定相应的参数的相关性及其对器官的定位的影响。

此外有利的是：存在一种投影系统，所述投影系统将至少一个解剖学组织投影到处于患者支承设备上的患者上。经此，解剖学组织的位置直接在患者上被显示给操作人员，使得毫无困难地能够实现对X射线记录系统的射线几何图形的手动设置。这尤其是在射线照相系统的情况下也适用，在所述射线照相系统的情况下，辐射器和探测器可以彼此独立地被定位。在这种情况下也要提到的是，与在这里所描述的本发明相结合，在所有情况下都存在的X射线记录域也可以通过在患者上的相对应地可变的光框架（Lichtrahmen）被成像。

也有利的是：被存储在计算单元中的软件附加地被构造为通过设置患者支承和/或定位设备和/或设置X射线辐射器和/或X射线探测器的相对于彼此的和相对于患者的定位和位置而依据预先确定的记录区域根据至少一个解剖学组织自动地设置患者定位。

此外还被建议的是：也存在普通光学的（normaloptisch）摄像机，所述普通光学的摄像机在监控器上示出患者，其中所述被存储在计算单元中的软件也被构造为将被模拟的解剖学组织在具有患者图示的监控器上叠加。如果所述普通光学的摄像机是允许3D图示的3D摄像机，那么对光学记录和在患者中的被模拟的解剖学组织的叠加也可以以3D方式被实施。附加地，尤其是在存在3D图示的情况下，对X射线记录系统（必要时包括射线束在内）的定位也可以在监控器上被示出。

如果在本发明的范围内使用射线几何图形相对于患者的自动取向，那么该自动地被设置的记录情况和射线几何图形可以在真正的X射线记录之前再次由人员检验并且在必要时由操作人员修正。

也有利的是：所述被存储在计算单元中的软件也被构造为将X射线辐射器根据要记录的解剖学组织自动地在该X射线辐射器的空间位置进行取向。在这种情况下，说明了X射线辐射器相对于被预先给定的组织的最优的取向的表格或者数据库可以被储存。

在所述X射线记录系统的特别的实施变型方案中建议，TOF摄像机是KINECT或者XTION检测系统的部分。经此，可以动用非常廉价的系统部件，对于这些非常廉价的系统部件，已经现有的SDK（SDK＝软件开发工具包（software development kit））在编程的情况下也可以被使用，使得对软件的开发可以廉价地被实施。

原则上，TOF摄像机应该被布置在X射线辐射器或X射线检测器旁边，其中患者可以从其在没有位于其间的障碍物的情况下被观察到的那个侧面分别被选择。

所述X射线记录系统尤其是可以被构建为C形臂系统（C-Bogen-System）或者可以被构建为投影式射线照相系统。在此，该射线照相系统也可以被构造为使得X射线辐射器和X射线探测器彼此独立地并且在空间上自由移动地被布置在铰接臂（Gelenkarm）上。本申请人的射线照相系统Ysio形成对此的实例。

附图说明

在下文，本发明依据附图进一步被描述，其中只有对于本发明的理解所必需的特征被示出。下面的参考符号被用于附图中：1：TOF摄像机；2：X射线管；2.1：望远镜和铰接系统；3：X射线探测器/平板探测器；3.1：望远镜和铰接系统；4：轨道系统；6：壳体；7：C形臂；8：患者床榻；9：计算单元；G：点阵模块；O：器官系统；P：患者；S：骨架/骨骼；V：静脉和动脉系统；Prg₁－Prg_n：软件/程序。

详细地：

图1示出了按照本发明的用于利用TOF摄像机产生投影式X射线记录的射线照相系统；

图2示出了按照本发明的具有TOF摄像机的C形臂系统；

图3示出了患者；

图4示出了被配准到患者上的点阵模型；

图5示出了被配准到该点阵模型上的骨架模型；

图6示出了被配准到该点阵模型上的血管系统模型；

图7示出了被配准到该点阵模型上的器官系统。

具体实施方式

图1示出了示例性的按照本发明的射线照相系统，利用所述射线照相系统可以产生患者的投影式X射线记录。这种射线照相系统具有在这里以患者床榻8为形式的患者定位系统，所述患者床榻8不仅在其高度上而且在至少一个水平方向上可调节地被实施。如果患者被支承在患者床榻上，那么不仅X射线管2而且数字平板探测器3借助于它们的望远镜和铰接系统2.1和3.1可以在任意的空间位置上并且以任意取向被设置。在本实例中，这两个望远镜和铰接系统2.1和3.1通过轨道系统4可水平移位地与房间的天花板相连。

对于X射线记录来说在所有情况下都要注意的是：在X射线管2和平板探测器3之间的被协调的取向实现为使得一方面所述探测器3关于它的所希望的有效记录区域通过X射线辐射而被覆盖而另一方面该X射线辐射尽可能地不伸展超过该记录区域，以便对于患者来说实现没有非必要的射线照射。此外，X射线辐射和探测器3的记录区域的取向被设置为使得尽可能少地形成透视失真。尤其是在相对于彼此自由移动的X射线管和探测器的情况下，这已经对于操作人员不是没有意义的任务。

最后，为了避免不必要的射线照射也必需的是，在患者上尽可能准确地将X射线辐射设置到对于诊断调查（Befunderhebung）必要的记录区域上。例如用于记录确定的骨架区域、预先限定的器官或者由多个器官构成的器官系统。为此，操作人员的牢固的解剖学知识是必需的。尽管有强化训练，可是仍一而再地出现：所进行的设置是不足的并且因而或者过大的区域不必要地被照射或者改正记录必须被实施，因为第一次记录已经不完整地遮盖了所希望的区域。

因而按照本发明，TOF摄像机1（TOF＝飞行时间）被采用，并且利用所述在这里被安装在X射线管2上的TOF摄像机1，患者P关于他的轮廓被扫描。根据患者的轮廓的知识，骨架系统（Skelettapparat）的点阵模型接着可以利用典型的关节位置被计算。相对应的用于产生这种（被配准/被适配到患者的轮廓上的）点阵模型的计算机程序一般是公知的，并且也作为TOF摄像机的制造商的SDK（＝软件开发工具包）而免费被提供。

如果存在具有其典型的关节位置和在所述关节位置之间的间距的点阵模型，那么解剖学组织的之前所确定的一般的模型可以被配准到所确定的点阵模型上，使得能够实现在被适配到患者的比例上的解剖学组织上的图示，并且该图示可以直接借助于投影仪再次被投影到患者上，或者患者的图解记录可以在监控器上与所确定的虚拟的解剖学组织叠加。

在本实例中，这种图像投影仪应该直接地被集成到TOF摄像机1的壳体中。上面所描述的对点阵模型的确定还有对虚拟的解剖学组织的适配可以在计算系统9上借助于被存储在那里并且在运行中被实施的程序Prg₁－Prg_n而实现。不是器官组织在患者上的投影，而是在计算系统的监控器上，虚拟组织和患者的光学记录的叠加可以被显示。

如果操作人员现在在光学上将患者的要检查的解剖学组织相对于该患者保持在视界范围内，那么这基本上可以比迄今的技术方案更准确地控制X射线管2和探测器3的取向。

作为补充地被指明的是，在这里所示出的对患者的支承应该仅仅是示例性的。按照本发明的支承帮助例如也可以被用于患者定位，在所述患者定位的情况下，为了肺部记录，患者以站立的姿势被成像，或者以坐的姿势被检查。

X射线系统的按照本发明的构建方案也可以与C形臂系统相关地实现，如它在图2中示例性地所示出的那样。该C形臂系统通常同样具有X射线管2和数字平板探测器3，其中然而这两个单元通过可摆动的和可旋转的C形臂7相对于彼此固定地相连并且彼此重叠地被取向。该C形臂7由相对应的机械机构移动，所述机械机构处于壳体6中并且所述机械机构的控制通过计算系统9借助于相对应的程序Prg₁－Prg_n来实现。

在所示出的实施方案中，所述TOF摄像机1再次被固定在X射线管2上。为了把本发明解释清楚，也在患者P上示出点阵模型G，所述点阵模型G按照本发明借助于TOF摄像机1和在计算单元9中的相对应的软件而被制成，并且所述点阵模型G被适配到当前处于患者床榻8上的患者的比例上。

图3至7再次解释清楚了按照本发明的用于辅助在投影式X射线系统的情况下对X射线记录的正确取向的过程。图3应该示出在患者床榻上的患者P的轮廓，如这些轮廓由TOF摄像机所记录的那样。通过应用相对应的、当前免费可支配的SDK，根据该轮廓并且在必要时在注意患者的移动的情况下，患者P的点阵模型G可以被制成，如其在图4中所示出的那样。这种点阵模型G具有（由所绘出的实心黑色圆所示出的）节点，在所述节点上该点阵模型是可移动的。在此，在这些点阵点之间的间距患者特定地被构造，也就是根据在患者的轮廓中可见的比例被适配或被配准或者被缩放。

通过借助于CT和/或MRT记录对受检者进行相对应的统计学检查，平均的或者典型的、被配准到点阵模型上的解剖学组织可以被确定。在这种情况下特别有利的是：作为补充，根据性别、身高、体重等等也进行典型化或者细分。

基于这样所获得的统计学材料，现在依据所述点阵模型G，所希望的解剖学组织S、V或者O可以被取向并且被配准。在图5至7中，被适配的骨架S、被适配的静脉和动脉系统V和被适配的器官系统O示例性地被示出为解剖学组织。

按照本发明，为了对X射线管和探测器进行取向，相应的这样所获得的虚拟的解剖学组织S、V和O被投影到处于患者床榻上的患者上或者在具有患者的监控器上被显示。记录系统的正确取向由此显著地变得容易，并且所述记录系统的正确取向持久地变得更精确。

因此利用本发明总共示出了一种X射线记录系统，在所述X射线记录系统中，借助于TOF摄像机，患者的轮廓被确定，并且以被缩放到该轮廓上的方式，制成以具有重要的关节点和端点及其连接的被强烈简化的骨架为形式的点阵模型。那么，解剖学组织的图示被缩放到该点阵模型上并且连同患者一起可视地被示出。操作人员可以通过连同患者一起的解剖学组织的可视图示来对其辅助地非常精确地并且正确地设置针对X射线记录的所希望的记录区域。

即使本发明已详细地通过优选实施例进一步被图解说明并且被描述，这样本发明也不被所公开的实例限制，而且其它的变型方案可以由本领域技术人员由此得出，而不离开本发明的保护范围。

参考符号列表

1 TOF摄像机

2 X射线管

2.1 望远镜和铰接系统

3 X射线探测器/平板探测器

3.1 望远镜和铰接系统

4 轨道系统

6 壳体

7 C形臂

8 患者床榻

9 计算单元

G 点阵模型

O 器官系统

P 患者

S 骨架/骨骼

V 静脉和动脉系统

Prg₁－Prg_n 软件/程序

Claims (12)

1.X射线记录系统，其至少具有：

用于产生被用于成像的射线束的X射线辐射器（2），

用于确定射线束的辐射的衰减的具有二维的或者三维的记录几何图形的进行成像的X射线探测器（3），

用于患者（P）的在X射线记录系统（2、3）的在X射线辐射器（2）和X射线探测器（3）之间的记录区域中的患者支承和/或定位设备（8），

其特征在于，

布置至少一个用于确定患者（P）的轮廓的TOF摄像机（1），并且

存在具有存储器和被存储在其中的软件（Prg₁－Prg_n）的计算单元（9），所述计算单元（9）被构造为在运行中根据患者（P）的由TOF摄像机（1）所记录的轮廓产生患者的具有被布置在其中的关节位置的三维点阵模型（G）并且模拟并显示至少一个被缩放到该点阵模型（G）上的解剖学组织（S、O、V），

其中至少一个解剖学组织是来自下面的列表的组织：骨架（S）、静脉和/或动脉组织（V）、器官组织（O）。

2.按照权利要求1所述的X射线记录系统，其特征在于，存在投影系统，所述投影系统将至少一个解剖学组织（S、V、O）投影在处于患者支承设备上的患者上。

3.按照权利要求1或2所述的X射线记录系统，其特征在于，所述被存储在计算单元中的软件也被构造为通过设置患者支承和/或定位设备（8）和/或设置X射线辐射器（2）和/或X射线探测器（3）相对于彼此的和相对于患者（P）的定位和位置而依据预先确定的记录区域根据至少一个解剖学组织（S、V、O）自动地设置患者定位。

4.按照权利要求1或2所述的X射线记录系统，其特征在于，也存在普通光学的摄像机，所述普通光学的摄像机在监控器上示出患者（P），其中所述被存储在计算单元（9）中的软件（Prg₁－Prg_n）也被构造为将至少一个解剖学组织（S、V、O）在监控器上与患者（P）的图示叠加。

5.按照权利要求1或2所述的X射线记录系统，其特征在于，所述被存储在计算单元（9）中的软件（Prg₁－Prg_n）也被构造为显示要由射线束照射的记录区域。

6.按照权利要求1或2所述的X射线记录系统，其特征在于，所述被存储在计算单元（9）中的软件（Prg₁－Prg_n）也被构造为将根据至少一个解剖学组织（S、V、O）的要记录的区域自动地在X射线辐射器（2）的空间位置中对所述X射线辐射器（2）进行取向。

7.按照上述权利要求6所述的X射线记录系统，其特征在于，如下表格或者数据库被储存：所述表格或者数据库说明了X射线辐射器（2）相对于解剖学组织（S、V、O）的区域的最优的取向。

8.按照权利要求1或2所述的X射线记录系统，其特征在于，所述TOF摄像机（1）是KINECT或者XTION检测系统的部分。

9.按照权利要求1或2所述的X射线记录系统，其特征在于，所述TOF摄像机（1）被布置在X射线辐射器（2）或X射线检测器（3）旁边。

10.按照权利要求1或2所述的X射线记录系统，其特征在于，被构建为C形臂系统。

11.按照权利要求1或2所述的X射线记录系统，其特征在于，被构建为投影式射线照相系统。

12.按照上述权利要求11所述的X射线记录系统，其特征在于，X射线辐射器（2）和X射线探测器（3）彼此独立地并且在空间上自由移动地被布置在铰接臂（2.1、3.1）上。