用于控制X射线系统的可运动的准直器的控制单元和控制方法与流程

本发明涉及一种用于控制x射线系统的可运动的准直器的控制单元和控制方法、一种用于x射线系统的控制装置以及一种x射线系统。

背景技术：

1、常规的x射线成像系统通常使用准直器（也称为深度光阑），以便将x射线辐射限制到待检查的区域上。为了调整x射线成像系统的辐射区域或记录区域，通过调节准直器的准直器开口，通常通过可运动的金属叶片使辐射区域匹配于待检查的对象。此外，准直器通常可以手动旋转，由此同样能够调整记录区域。然而，准直器通常无法在360°的范围中旋转，而是仅具有±45°的受限的旋转范围。此外，所述准直器旋转大多由用户手动执行，并且通常还需要进一步的优化的手动的后准直。

2、因此，目前非常麻烦且耗时的是根据待检查的区域来设定x射线成像系统。

技术实现思路

1、本发明的目的是，提出一种用于控制x射线系统的可运动的准直器的控制单元和控制方法、一种用于x射线系统的控制装置以及一种x射线系统，借助所述控制单元和控制方法、控制装置以及x射线系统避免上述缺点。尤其地，本发明的目的是提供准直器的简单且能最优地操作的设定。

2、该目的通过根据本发明的控制单元、根据本发明的控制方法、根据本发明的控制装置以及根据本发明的x射线系统来实现。

3、根据本发明的控制单元用于控制x射线系统的可运动的准直器，所述准直器的旋转是可控制的，并且其中x射线系统具有相机，所述相机记录x射线系统的图像探测器的区域。

4、此外，根据本发明的控制单元包括以下部件：

5、- 数据接口，所述数据接口设计用于，接收x射线系统的相机的图像数据。

6、- 示出单元，例如led显示器或其他屏幕，所述示出单元设计用于，显示所接收的图像数据和控制框架，

7、- 输入单元，例如屏幕的触摸功能或利用所述触摸功能的触笔、鼠标或键盘，所述输入单元设计用于，检测用户动作，

8、- 计算单元，所述计算单元设计用于：

9、a）将控制框架与图像数据一起在示出单元上示出，使得所述控制框架在图像数据的范围内覆盖如下区域，所述区域对应于在进行x射线系统的图像记录时x射线借助准直器的当前设定所落到的区域，

10、b）将所检测的用户动作转换为控制框架的对应的运动，并且根据预设的用户动作在图像平面中转动控制框架，

11、c）将所述用户动作附加地转换为用于控制准直器的方位的对应的控制指令，

12、- 数据接口，所述数据接口设计用于，输出用于使准直器运动的控制指令。

13、x射线系统的相机例如是rgb相机，所述rgb相机能够设置在准直器处。因此，例如由相机记录的视频流能够由数据接口接收并且在示出单元上显示，所述视频流记录或示出待检查的对象。虽然3d相机确实可能是有利的，但对于本发明而言，简单的2d相机基本上就足够了。优选的是，图像数据是或包括视频流或一系列相继的单个图像，借此能够分别实时示出对象的当前方位。

14、控制框架与所述图像一起在示出单元上显示，也就是说，例如所述控制框架与相机的视频流一起显示。控制框架在此覆盖如下区域，所述区域对应于在进行x射线系统的图像记录时x射线借助准直器的当前设定所落到的区域。这易于实现。所必须的是简单地确定准直器连同其光阑开口的当前位置。在可控制的准直器的情况下，数据通常已经可用，使得能够直接读入所述数据。

15、最优地，控制框架应已经位于所示出的对象的范围内。然而，因为这取决于准直器的方位，所以通常情况并非如此。在下文中描述自动预设定的可行性。但是不必要的是，待检查的对象由控制框架（即由准直器设定）选中，因为控制框架应优选地用作为用于准直器的最优设定的控制元件。

16、通过由用户对应地预设或输入的用户动作，控制框架在图像平面中转动，即进行围绕图像平面的面法线的转动。例如，能够将鼠标指针置于控制框架上，并且通过鼠标点击来选择控制框架，从而激活控制。然后通过运动鼠标来转动控制框架，正如例如在cad程序中关于所选择的对象的转动已经已知的那样。但是控制框架也能够在触摸显示器上示出，并且借助于在触摸显示器上的手势来运动。

17、完全可行的是，借助控制单元附加地控制准直器的方位（位置和取向）并且根据所述控制来调整控制框架。然而对于本发明而言重要的是，控制框架（至少也）用作为用于准直器的控制元件。

18、也就是说，用户动作使控制框架运动，并且附加地转换为用于控制准直器的方位的对应的控制指令，其中在使控制框架在图像平面中转动的预设用户动作中，（直接或间接地关于控制框架的位置）生成用于转动准直器的对应的控制指令，或者准直器的控制反映在控制框架的运动中。

19、数据接口用于向准直器输出控制指令。这种数据接口在现有技术中是已知的。

20、根据本发明的控制方法用于借助根据本发明的控制单元来控制x射线系统的可运动的准直器，所述准直器的旋转是可控制的，并且其中x射线系统具有相机，所述相机记录x射线系统的图像探测器的区域。所述控制方法包括以下步骤：

21、- 提供x射线系统的相机的图像数据，

22、- 在控制单元的示出单元上示出所提供的图像数据，

23、- 通过控制单元的输入单元检测用户动作，

24、- 将控制框架与图像数据一起在示出单元上示出，使得所述控制框架在图像数据的范围内覆盖如下区域，所述区域对应于在进行x射线系统的图像记录时x射线借助准直器的当前设定所落到的区域，

25、- 将所检测的用户动作转换为控制框架的对应的运动，并且在接收到预设的用户动作之后，在图像平面中转动控制框架，

26、- 将所述用户动作转换为用于控制准直器的对应的控制指令，并且优选地也转换为用于控制图像探测器的方位的控制指令，其中用于控制准直器的控制指令尤其也包括对其叶片的控制，

27、- 输出用于使准直器运动的控制指令，并且如果存在，那么也输出用于控制图像探测器的控制指令。

28、基本上，如下控制方法在上文中已经在控制单元的范围中描述，在所述控制方法中控制框架是用于准直器的虚拟的控制元件。提供图像数据并且输出控制数据以及在示出单元上示出所提供的图像数据在现有技术中已经是已知的。

29、用户动作能够是在触摸屏或触摸板上的手势或者借助作为输入单元的数据手套的手势。但是所述用户动作也能够是作为输入单元的鼠标的运动和按键按压，或者是作为输入单元的操纵杆的运动。理论上，也能够使用键盘作为输入单元。于是，用户动作就是按键按压。

30、控制框架的示出优选地进行为，使得所述控制框架叠加图像数据，然而所述图像数据在所述控制框架的内部和周围仍可见。为此，例如能够简单地在屏幕上示出矩形，可选地具有控制元件的图形对应。

31、所述示出能够直接进行，使得首先确定准直器的方位，由此计算在进行x射线系统的图像记录时x射线借助准直器的当前设定落到哪个区域上，然后确定在示出中所述（被照射的）区域对应于哪个图像区域，并且将控制框架置于恰好所述图像区域中。但是控制框架的示出也能够在准直器的自动化的预设定之后才进行。为此，能够首先确定对象的方位，然后根据所确定的方位来设定准直器，并且随后如上所述的那样根据准直器的已设定的方位来示出控制框架。

32、如果控制框架被示出（并且可选地选择所述控制框架以进行动作），那么检测到的用户动作能够转换为控制框架的对应的运动。在接收到预设的用户动作之后至少进行控制框架在图像平面中的转动。但是也优选的是，能够移动控制框架，以便将对象置中。此外优选的是，控制框架的大小是可改变的，这伴随着准直器光阑的对应设定。借此，图像局部能够被选择成，使得在记录时仅借助x射线照射所期望的对象（可选地，身体区域）。

33、用户动作也转换为用于控制准直器的对应的控制指令，并且优选地也转换为用于控制图像探测器的方位的控制指令，其中用于控制准直器的控制指令尤其也包括对其叶片的控制。在此可行的是，控制框架用于控制准直器，或者准直器控制控制框架，或者如下两者兼有，一方面能够使控制框架运动，从而控制准直器的方位，但是反过来也能够借助其控制台来控制准直器，并且控制框架示出其方位。应注意的是，将用户动作转换为用于控制准直器的对应的控制指令也能够间接地进行，其方式为：将用户动作应用于控制框架的定位，并且然后从（由用户动作引起的）控制框架的定位中推导出控制指令。

34、关于图像探测器的控制，一些系统也允许探测器的马达驱动的转动。如果现在转动控制框架，那么也能够对应地转动图像探测器，使得对象在图像上也已经对应地定向。

35、根据本发明的用于x射线系统的控制装置包括根据本发明的控制单元。替选地或附加地，所述控制装置设计用于执行根据本发明的控制方法。

36、根据本发明的x射线系统包括根据本发明的控制装置。

37、所述方法也能够称为计算机实现的方法。本发明尤其能够以具有适合的软件的计算单元的形式实现。计算机单元为此例如能够具有一个或多个协作的微处理器等。尤其地，所述微处理器能够以适合的软件程序部分的形式在计算机单元中实现。在很大程度上软件式的实现方案具有如下优点：也可以以简单的方式通过软件升级或固件升级来改装至今已经使用的计算系统，以便以根据本发明的方式工作。就此而言，所述目的也通过一种对应的计算机程序产品来实现，所述计算机程序产品具有可直接加载到计算机单元的存储装置中的计算机程序，所述计算机程序具有程序段，以便当在计算机单元中执行所述程序时执行根据本发明的方法的所有步骤。除了计算机程序之外，这种计算机程序产品可选地能够包括附加的组成部分，例如文件汇编和/或附加部件，以及也包括硬件部件，例如用于使用软件的硬件密钥（加密狗等）。

38、计算机可读介质，例如记忆棒、硬盘或其他可运动或固定安装的数据载体能够用于传输至计算机单元和/或存储在计算机单元处或存储在计算机单元中，在计算机可读介质上存储有计算机程序的能够由计算机单元读取和执行的程序段。

39、本发明的其他特别有利的设计方案和改进方案从以下描述中得出，其中一种类别的实施方式也能够类似于所述实施方式和描述部分改进成另一种实施方式类别，并且不同的实施例或变型方案的各个特征尤其也能够组合成新的实施例或变型方案。

40、优选的控制单元包括数据接口，所述数据接口设计用于接收关于准直器的位置及其当前转动角度并且优选地也关于其叶片的位置的位置参数。当准直器能够自行确定并且输出其关于当前方位的参数值时，这是非常有利的。否则，也能够借助外部元件确定准直器的方位并且将其提供给所述方法。在此优选地，计算单元设计用于，根据所接收的准直器参数在示出单元上示出控制框架。

41、优选的控制单元的特征在于，控制框架与图像记录的框架相关联和/或是可固定的，优选地，其方式为：将控制框架的至少一个框架元件、尤其角部或棱边与输出图像的对应的框架元件、尤其上部的角部或棱边相关联。对此应注意的是，这并不一定必须与图像探测器的运动相关。由此也能够在所记录的图像中限定图像局部，并且在软件方面将所述图像局部映射到预先确定的、优选地矩形的区域上。例如，能够将控制框架的棱边固定为上棱边，并且可选地特别地标记所述棱边，例如将其染色。如果现在转动控制框架，那么可能出现图像局部倾斜地处于图像探测器上的情况。如果现在记录图像，那么通过限定的关联性（控制框架的上棱边）自动地从图像探测器的整个图像数据中剪切出矩形的图像，所述矩形的图像与控制框架相对应并且在所述图像中控制框架的上棱边所在处为上方。

42、在此优选的是，计算单元设计用于，在预设的用户动作中进行这种关联，其方式尤其为：用户选择特定的框架元件，例如通过双击。优选地，也（自动地）根据准直器的旋转来执行图像旋转。然后，图像的定向优选地对应于准直器的定向，其中根据关联性来预设图像的上棱边。

43、优选的是，控制单元设计用于，优化对象在图像中的方位。这指的是对对象在图像中的位置进行后调整。例如，能够再稍微转动手，使得所述手在图像中最优地定向。这有助于更好的后处理。后调整例如能够通过如下方式进行：将控制框架的相对置的侧的图像边缘（不示出对象的边缘区域）彼此比较，并且通过移动控制框架将对象置中，使得相对置的图像边缘大小相等。

44、控制框架优选地具有虚拟的抓握元件，用户能够虚拟地抓握在所述抓握元件处，例如借助于鼠标指针或触摸屏抓握，从而能够使框架运动。这种元件在现有技术中是已知的，例如在cad程序中。

45、优选的控制单元的特征在于，计算单元设计用于，在记录与控制框架相关联的图像之后，将所述关联用作为用于图像处理的附加信息，优选地用于确定用于自动旋转对象图像的最优转动角度，和/或用于将所记录的图像的图像点映射到根据控制框架的点状网格上。在此应注意的是，图像探测器通常具有由图像行和图像列构成的矩形结构。如果图像局部倾斜地处于图像探测器上，那么必须进行计算，以便将图像局部再次映射在由图像行和图像列构成的网格中。这由图像处理完成。但是，所述图像处理为此需要控制框架的方位，所述方位在所述实施方式中转送给所述图像处理。

46、另一问题在于，确定待照射的对象或待记录的图像的优选方向或定向。这特别在自由记录中是困难的，即在如下记录中是困难的，在所述记录中，移动式探测器自由地定位在空间中并且不定位在专门的探测器柜中。

47、优选地，对优选方向的识别基于机器学习。在这种情况下，通常使用为此专门训练的神经网络。然而，神经网络需要大规模的训练以确定x射线图像的正确旋转角度。为此，能够实现呈图像形式的训练数据，并且借助基本事实（例如指示优选方向的标记）来注释所述训练数据。在这种情况下也应考虑相应用户的所有变型和偏好。国家或地区的要求或偏好也可能引起不同的优选方向。因此，器官的记录可能被要求旋转例如90°或180°，使得例如手部的x射线图像有时朝上有时朝下示出。

48、在优选的控制单元中，计算单元设计用于，基于用户动作或基于自动化的识别来进行准直器的预设定（并且然后对应地示出控制框架）。在此优选的是，这通过以下方式实现：

49、- 用户或自动化的识别系统标记示出单元上的区域，

50、- 围绕被标记的区域生成边界框，

51、- 输出用于使准直器运动的控制指令，所述控制指令实现成，使得所述准直器在根据控制指令进行设定之后覆盖与边界框的区域相对应的区域，并且

52、- 随后在示出单元上示出对应的控制框架。

53、能够例如通过由用户圈出对象或画阴影线来进行标记。自动化的系统能够借助于图像分割或区域生长（region growing）来选择区域。于是非常简单地可行的是，自动化地生成围绕这种区域的矩形框架。例如，能够通过在示出单元上双击来选择身体区域。然后，经过对应训练的具有机器学习能力的模型识别所选择的身体部分并且将其标记。然后围绕所述区域生成边界框，并且根据所述边界框来设定准直器。在此，边界框基本上用作为控制框架，并且能够直接作为控制框架显示。需要指出的是，生成边界框不一定必须也包括显示边界框，尽管这是优选的。

54、在优选的控制单元中，计算单元设计用于，将准直器的运动的界限、尤其所述准直器的旋转角度的界限反映到控制框架的运动上。如上已经阐述的那样，准直器通常无法在完整的360°的范围内转动。这也应该由控制框架来映射，借此所述控制框架在示出单元中在所显示的图像的范围内不像准直器那样转动得那么远，借此所述准直器始终显示“被照射”的区域。也就是说，优选的是，计算单元设计用于，当达到准直器的运动的界限时，控制框架在示出单元上无法运动超过所述界限。准直器的方位和控制框架的方位应始终彼此对应。

55、优选的控制单元的特征在于，在准直器和相机在x射线系统中一起运动的情况下，在准直器转动时，图像数据对应地在相反方向上转动地在示出单元上示出，使得所示出的图像在示出单元上静止。这具有如下优点：用户更好地进行应对。也就是说，如果准直器连同相机向左转动20°，然后图像也会向左转动20°，因为相机也运动了。如果在软件方面在此期间将图像向右转动20°，那么所述图像在示出单元上看起来是静止的。在此优选的是，通过对应地移动图像来补偿图像视差和/或相机的弧线运动。

56、优选的控制单元包括数据接口，所述数据接口设计用于，接收关于图像探测器的方位的方位参数。数据优选地由传感器确定。例如，能够在图像探测器中内置6或9轴惯性传感器，所述6或9轴惯性传感器将探测器相对于重力的倾斜角度传送给系统。其他用于探测器的方位确定的方法是声学方法（即例如借助于超声）或电磁定位方法（例如借助于磁场）。在此优选的是，计算单元设计用于，基于控制框架的方位附加地生成用于控制图像探测器的方位的对应的控制指令，所述控制指令引起控制框架与图像探测器全面地重叠，并且优选地也引起图像探测器的行与控制框架的两个棱边平行地定向，优选地与所述控制框架的上棱边和下棱边平行地定向。借此不必对图像区域进行耗费的调整。

57、在优选的控制单元中，计算单元设计用于，根据预设的用户动作来改变控制框架的尺寸并且对应地输出控制指令，所述控制指令对应地控制准直器的叶片。如果框架被拉得更大，那么准直器的开口也变大，如果框架变小，那么准直器的开口也变小。在此优选的是，计算单元设计用于，在转动控制框架之前，自动地求取围绕由控制框架围住的对象的边界框，并且在转动控制框架之后，根据边界框来调整准直器的叶片，使得边界框完全包含在经转动的框架中。这也能够在先前描述的预设定的过程中进行。如果叶片不应运动，那么能够预设边界框的大小，但是也能够生成边界框，使得也考虑叶片的运动。

58、优选的是，在控制方法的一个实施方式中，根据预设的用户动作，将控制框架与输出图像的框架相关联和/或固定所述控制框（参见上文），其中所述关联尤其用作为用于图像处理的附加信息。替选地或附加地，能够根据所述用户动作惯性地将控制框架在示出单元上示出。