用于确定患者的胸部的取向的装置的制作方法

1.本发明涉及用于确定患者的胸部的取向的装置、x射线成像系统、用于确定患者的胸部的取向的方法，以及计算机程序单元和计算机可读介质。


背景技术：

2.国际指南要求：在胸部后-前(pa)或前-后(ap)x射线采集期间，通过测量图像中的一些前界标(锁骨头)和后界标(棘突)的投影来确定患者的取向(或关于纵向轴线的旋转位置)，以便进行质量检查。例如，国际指南指示要检查椎骨的棘突是否位于两个锁骨头之间的中心。这是为了确定患者的胸部的取向是沿着x射线源到探测器的轴线直接朝向x射线源，还是扭转到更大或更小的程度。为了根据这种欠定设置来量化旋转角度，假设在实际3d身体中测量的这些界标之间的距离彼此相关，即，大患者只是各向同性缩放的小患者。因此，旨在能够根据三个解剖界标(左锁骨头(c
l
)、右锁骨头cr和棘突(p))的位置来估计旋转角度，并且该角度能够用于确定是否已经超过了给定的阈值角度(向左或向右)而需要重新扫描。遗憾的是，根据pa胸部射线照片，无法容易地确定这三个界标之间的距离，特别是无法良好地估计p到c
l
的距离和p到cr的距离，因为这些线几乎平行于x射线。已经提出使用解剖学先验估计结果，假设患者与平均解剖结构没有太大区别。只要p到c
l
的距离与cr到c
l
的距离之间的比率ρ在整个人群中能够取为常数，整个方法就被认为是缩放比例不变的并且该方法将适用于身材矮小的人以及身材高大的人。遗憾的是，研究表明：在一组患者中，p到c
l
的距离和cr到c
l
的距离都不是彼此相关的[参见hardy、scotland、herron的“assessing sagittal rotation on posteroanterior chest radiographs:the effect of body morphology on radiographic appearances”(journal of medical imaging and radiation sciences 46，2015年)]。根据该研究，很明显，在人群中观察到的体形差异阻碍了根据pa胸部射线照片中的投影界标对旋转角度的精确估计。例如，对于一些测量的距离，根据在样本中观察到的个体比率ρ，旋转角度会在5
°
至10
°
之间变化。这个范围会使角度阈值的适用性变得困难或相当不精确。换句话说，根据计算机断层摄影(ct)样本的经验证据表明：在真实的患者中，锁骨间距离与锁骨到棘突的距离并不相关。
[0003]
为了评估胸部射线照片的质量，确定患者的胸部的取向是很重要的，因为偏离与源到探测器的轴线的对齐状况的胸部旋转能够出于各种原因而损害图像质量。在旋转的患者中，更多的肺实质被纵隔遮档，并且肺-心比率是错误的，并且通常这些旋转的图像既能够模拟所有类型的疾病，又能够掩盖所有类型的疾病。因此，对于诊断质量来说，相对于源到探测器的轴线将患者定位成直线是很重要的，并且如果患者发生旋转，则需要确定旋转了多少，以便能够确定是否需要重新扫描。然而，如上面所讨论的，没有办法准确确定整个人群的这种旋转角度的取向。
[0004]
需要解决这些问题。


技术实现要素：

[0005]
具有改进的手段来确定正在接受x射线照片检查的患者的取向将是有利的。
[0006]
本发明的目的通过独立权利要求的主题得以解决，其中，在从属权利要求中包含了进一步的实施例。应当注意，本发明的以下描述的方面和示例也适用于用于确定患者的胸部的取向的装置、x射线成像系统、用于确定患者的胸部的取向的方法，以及计算机程序单元和计算机可读介质。
[0007]
在第一方面，提供了一种用于确定患者的胸部的取向的装置，所述装置包括：
[0008]
输入单元；以及
[0009]
处理单元。
[0010]
所述输入单元被配置为接收患者的图像，所述图像包括所述患者的胸部的图像数据。所述输入单元被配置为接收由x射线成像单元采集的所述患者的胸部的x射线照片，所述x射线成像单元具有从x射线源延伸到x射线探测器的x射线成像轴线。所述输入单元被配置为向所述处理单元提供所述图像和所述x射线照片。所述处理单元被配置为确定在所述x射线照片中所述患者的胸部相对于所述x射线成像轴线的取向，所述确定包括利用所述图像和所述x射线照片。
[0011]
以这种方式，例如对于患者的胸部的ap或pa x射线照片，能够通过确定患者是否正确对齐或者他或她是否相对于采集x射线照片的x射线成像单元的成像轴线而关于其纵向方向旋转来评估胸部射线照片的质量。通过根据患者是否旋转来确定患者的取向，使得能够确定图像是否会妨碍分析。例如，在旋转的患者中，更多的肺实质被纵隔遮档，并且肺-心比率是错误的，并且能够确定所采集的x射线照片是否适合于正确的分析，或者是否需要重复扫描。因此，这种旋转的图像既能够模拟所有类型的疾病，又能够掩盖所有类型的疾病，并且该装置使得能够确定患者是否被“直着”放置或者患者是否被旋转，从而为图像质量提供重要的诊断。
[0012]
此外，该装置有助于满足国际指南，该国际指南指示：对于ap或pa x射线照片，检查椎骨的棘突是否位于两个锁骨头之间的中心，并且实际上确定偏离该理想状况的旋转角度。
[0013]
在示例中，所述处理单元被配置为确定与所述患者的锁骨到棘突的距离有关的信息，所述确定包括利用所述图像。确定在所述x射线照片中所述患者的胸部相对于所述x射线成像轴线的所述取向包括利用与所述患者的所述锁骨到棘突的距离有关的所述信息。
[0014]
换句话说，能够从图像(作为通常与pa或ap胸部x射线照片一起拍摄的侧向胸部x射线照片)中估计锁骨到棘突的距离(例如，能够由相机采集锁骨到棘突的距离，或者由x射线成像单元本身采集锁骨到棘突的距离)。因此，使用患者的这种信息，以便获得患者相对于x射线源到x射线探测器的成像轴线的关于其纵向旋转的更精确的估计结果。
[0015]
在示例中，与所述患者的所述锁骨到棘突的距离有关的所述信息包括确定的所述患者的锁骨到棘突的距离。
[0016]
在示例中，所述处理单元被配置为确定与所述患者的左锁骨头、右锁骨头、棘突中的一项或多项有关的信息，所述确定包括利用所述x射线照片。确定在所述x射线照片中所述患者的胸部相对于所述x射线成像轴线的所述取向包括利用与所述患者的所述左锁骨头、所述右锁骨头、所述棘突中的一项或多项有关的信息。
[0017]
在示例中，与所述患者的所述左锁骨头、所述右锁骨头、所述棘突中的一项或多项有关的所述信息包括在所述x射线照片中所述患者的所述左锁骨头、所述右锁骨头、所述棘突中的一项或多项的位置。
[0018]
在示例中，与所述患者的所述左锁骨头、所述右锁骨头、所述棘突中的一项或多项有关的所述信息包括在所述x射线照片中所述患者的所述左锁骨头、所述右锁骨头、所述棘突中的两项或更多项的相对位置信息。
[0019]
在示例中，与所述患者的所述左锁骨头、所述右锁骨头、所述棘突中的一项或多项有关的所述信息包括在所述x射线照片中所述左锁骨头与所述右锁骨头之间的距离。
[0020]
在示例中，与所述患者的所述左锁骨头、所述右锁骨头、所述棘突中的一项或多项有关的所述信息包括在所述x射线照片中所述左锁骨头与所述棘突之间的距离。
[0021]
在示例中，与所述患者的所述左锁骨头、所述右锁骨头、所述棘突中的一项或多项有关的所述信息包括在所述x射线照片中所述右锁骨头与所述棘突之间的距离。
[0022]
在示例中，与所述患者的所述左锁骨头、所述右锁骨头、所述棘突中的一项或多项有关的所述信息包括在所述x射线照片中所述左锁骨头、所述右锁骨头和所述棘突相对于彼此的位置。
[0023]
在示例中，与所述患者的所述左锁骨头、所述右锁骨头、所述棘突中的一项或多项有关的所述信息包括在所述x射线照片中所述患者的所述左锁骨头、所述右锁骨头和所述棘突彼此之间的距离。
[0024]
在示例中，确定所述患者的胸部关于所述患者的纵向轴线的所述取向。
[0025]
以这种方式，能够使用患者的图像来确定针对患者的锁骨到棘突的距离，然后，在x射线照片中患者的左锁骨头到右锁骨头和棘突的相对位置实际上使得能够确定这三个特征的3d相对定位，由此能够确定患者的胸部相对于x射线成像轴线的关于其纵向轴线旋转的取向。
[0026]
在第二方面，提供了一种x射线成像系统，所述系统包括：
[0027]
x射线成像单元；以及
[0028]
根据第一方面的用于确定患者的胸部(pc)的取向的装置(10)。
[0029]
所述x射线成像单元包括x射线源和x射线探测器，所述x射线成像单元具有从所述x射线源延伸到所述x射线探测器的x射线成像轴线。所述x射线成像单元被配置为采集所述患者的胸部的x射线照片。所述装置被配置为确定在所述x射线照片中所述患者的胸部相对于所述x射线成像轴线的取向。所述确定包括利用所述x射线照片和除了所述x射线照片之外的包括所述患者的胸部的图像数据的所述患者的图像。
[0030]
在第三方面，提供了一种用于确定患者的胸部的取向的方法，所述方法包括：
[0031]
a)接收患者的图像，所述图像包括患者的胸部的图像数据；
[0032]
b)接收由x射线成像单元采集的所述患者的胸部的x射线照片，所述x射线成像单元具有从x射线源延伸到x射线探测器的x射线成像轴线；
[0033]
c)向处理单元提供所述图像和所述x射线照片；并且
[0034]
f)由所述处理单元确定在所述x射线照片中所述患者的胸部相对于所述x射线成像轴线的取向，所述确定包括利用所述图像和所述x射线照片。
[0035]
根据另一方面，提供了一种用于控制如前所述的装置和/或系统中的一个或多个
装置和/或系统的计算机程序单元，所述计算机程序单元在由处理单元运行时适于执行如前所述的方法中的一种或多种方法。
[0036]
根据另一方面，提供了一种存储有如前所述的计算机单元的计算机可读介质。
[0037]
计算机程序单元能够例如是软件程序，但也能够是fpga、pld或任何其他适当的数字单元。
[0038]
有利的是，上述任何方面提供的益处等同地适用于所有其他方面，反之亦然。
[0039]
参考下文描述的实施例，上述方面和示例将变得显而易见并且得到阐述。
附图说明
[0040]
下面将参考以下附图来描述示例性实施例：
[0041]
图1示出了用于确定患者的胸部的取向的装置的示例的示意性设置；
[0042]
图2示出了x射线成像系统的示例的示意性设置；
[0043]
图3示出了用于确定患者的胸部的取向的方法；
[0044]
图4示出了在x射线探测器前面的切过患者的平面中的投影几何形状，其中，x射线源被定位为平行于x射线探测器，在该图中示出了棘突(p)、左锁骨头(c
l
)、右锁骨头(cr)的位置；
[0045]
图5示出了同一患者的侧向射线照片和pa射线照片；并且
[0046]
图6示出了侧向射线照片，其中指示了左锁骨和棘突。
具体实施方式
[0047]
图1示出了用于确定患者的胸部的取向的装置10的示例。该装置包括输入单元20和处理单元30。输入单元被配置为接收患者的图像，该图像包括患者的胸部的图像数据。输入单元还被配置为接收由x射线成像单元采集的患者的胸部的x射线照片，该x射线成像单元具有从x射线源延伸到x射线探测器的x射线成像轴线。输入单元还被配置为向处理单元提供图像和x射线照片。处理单元被配置为确定在x射线照片中患者的胸部相对于x射线成像轴线的取向。该确定包括利用图像和x射线照片。
[0048]
在示例中，取向包括旋转角度。
[0049]
在示例中，取向包括偏离理想的ap或pa采集取向的旋转角度。
[0050]
在示例中，患者的图像是光学图像。
[0051]
在示例中，患者的图像是由光学深度相机采集的光学图像。
[0052]
在示例中，患者的图像是x射线图像。
[0053]
在示例中，患者的图像是由x射线成像单元采集的。
[0054]
在示例中，患者的图像是由x射线成像单元采集的，其中，该图像是与x射线照片的患者视图基本垂直的患者视图。因此，例如，如果x射线照片旨在是患者的胸部的pa或ap射线照片，则该图像是患者的胸部的侧向视图。
[0055]
在示例中，患者的图像是患者的侧向图像。
[0056]
根据示例，处理单元被配置为确定与患者的锁骨到棘突的距离有关的信息，该确定包括利用图像。确定在x射线照片中患者的胸部相对于x射线成像轴线的取向包括利用与患者的锁骨到棘突的距离有关的信息。
[0057]
根据示例，与患者的锁骨到棘突的距离有关的信息包括确定的患者的锁骨到棘突的距离。
[0058]
在示例中，所确定的患者的锁骨到棘突的距离包括一个或两个锁骨头与棘突之间的距离。
[0059]
在示例中，所确定的患者的锁骨到棘突的距离包括两个锁骨头与棘突的平均距离。
[0060]
根据示例，处理单元被配置为确定与患者的左锁骨头50、右锁骨头60、棘突70中的一项或多项有关的信息，该确定包括利用x射线照片。确定在x射线照片中患者的胸部相对于x射线成像轴线的取向包括利用与患者的左锁骨头、右锁骨头、棘突中的一项或多项有关的信息。
[0061]
根据示例，与患者的左锁骨头、右锁骨头、棘突中的一项或多项有关的信息包括在x射线照片中患者的左锁骨头、右锁骨头、棘突中的一项或多项的位置。
[0062]
根据示例，与患者的左锁骨头、右锁骨头、棘突中的一项或多项有关的信息包括在x射线照片中患者的左锁骨头、右锁骨头、棘突中的两项或更多项的相对位置信息。
[0063]
根据示例，与患者的左锁骨头、右锁骨头、棘突中的一项或多项有关的信息包括在x射线照片中左锁骨头与右锁骨头之间的距离。
[0064]
根据示例，与患者的左锁骨头、右锁骨头、棘突中的一项或多项有关的信息包括在x射线照片中左锁骨头与棘突之间的距离。
[0065]
根据示例，与患者的左锁骨头、右锁骨头、棘突中的一项或多项有关的信息包括在x射线照片中右锁骨头与棘突之间的距离。
[0066]
根据示例，与患者的左锁骨头、右锁骨头、棘突中的一项或多项有关的信息包括在x射线照片中左锁骨头、右锁骨头和棘突相对于彼此的位置。
[0067]
根据示例，与患者的左锁骨头、右锁骨头、棘突中的一项或多项有关的信息包括在x射线照片中左锁骨头、右锁骨头和棘突彼此之间的距离。
[0068]
根据示例，确定患者的胸部关于患者的纵向轴线的取向。
[0069]
在示例中，患者的纵向轴线基本上垂直于x射线成像轴线。
[0070]
图2示出了x射线成像系统100的示例。系统100包括x射线成像单元110以及如参考图1所述的用于确定患者的胸部(pc)的取向的装置10。x射线成像单元包括x射线源120和x射线探测器130，x射线成像单元具有从x射线源延伸到x射线探测器的x射线成像轴线140。x射线成像单元被配置为采集患者的胸部的x射线照片。该装置被配置为确定在x射线照片中患者的胸部相对于x射线成像轴线的取向。该确定包括利用x射线照片以及包括患者的胸部的图像数据的患者的图像，其中，该图像不是(换句话说，不同于)患者的x射线照片。
[0071]
图3以其基本步骤示出了用于确定患者的胸部的取向的方法200，其中，基本步骤以实线示出，而可选步骤以虚线示出。方法200包括：
[0072]
在接收步骤210(也被称为步骤a))中，接收患者的图像，该图像包括患者的胸部的图像数据；
[0073]
在接收步骤220(也被称为步骤b))中，接收由x射线成像单元采集的患者的胸部的x射线照片，该x射线成像单元具有从x射线源延伸到x射线探测器的x射线成像轴线；
[0074]
在提供步骤230(也被称为步骤c))中，向处理单元提供图像和x射线照片；并且
[0075]
在确定步骤240(也被称为步骤f))中，由处理单元确定在x射线照片中患者的胸部相对于x射线成像轴线的取向，该确定包括利用图像和x射线照片。
[0076]
在示例中，该方法包括步骤d)：由处理单元确定250与患者的锁骨到棘突的距离有关的信息，该确定包括利用图像，并且其中，步骤f)包括利用与患者的锁骨到棘突的距离有关的信息。
[0077]
在示例中，在步骤d)中，确定与患者的锁骨到棘突的距离有关的信息包括确定患者的锁骨到棘突的距离。
[0078]
在示例中，该方法包括步骤e)：由处理单元确定260与患者的左锁骨头、右锁骨头、棘突中的一项或多项有关的信息，该确定包括利用x射线照片，并且其中，步骤f)包括利用与患者的左锁骨头、右锁骨头、棘突中的一项或多项有关的信息。
[0079]
在示例中，在步骤e)中，确定与患者的左锁骨头、右锁骨头、棘突中的一项或多项有关的信息包括确定在x射线照片中患者的左锁骨头、右锁骨头、棘突中的一项或多项的位置。
[0080]
在示例中，在步骤e)中，确定与患者的左锁骨头、右锁骨头、棘突中的一项或多项有关的信息包括确定在x射线照片中患者的左锁骨头、右锁骨头、棘突中的两项或更多项的相对位置信息。
[0081]
在示例中，在步骤e)中，确定与患者的左锁骨头、右锁骨头、棘突中的一项或多项有关的信息包括确定在x射线照片中左锁骨头与右锁骨头之间的距离。
[0082]
在示例中，在步骤e)中，确定与患者的左锁骨头、右锁骨头、棘突中的一项或多项有关的信息包括确定在x射线照片中左锁骨头与棘突之间的距离。
[0083]
在示例中，在步骤e)中，确定与患者的左锁骨头、右锁骨头、棘突中的一项或多项有关的信息包括确定在x射线照片中右锁骨头与棘突之间的距离。
[0084]
在示例中，在步骤e)中，确定与患者的左锁骨头、右锁骨头、棘突中的一项或多项有关的信息包括确定在x射线照片中左锁骨头、右锁骨头和棘突相对于彼此的位置。
[0085]
在示例中，在步骤e)中，确定与患者的左锁骨头、右锁骨头、棘突中的一项或多项有关的信息包括确定在x射线照片中左锁骨头、右锁骨头和棘突彼此之间的距离。
[0086]
在示例中，在步骤f)中，确定患者的胸部关于患者的纵向轴线的取向。
[0087]
现在将参考图4-6来具体详细地讨论用于确定患者的胸部的取向的装置、x射线成像系统和用于确定患者的胸部的取向的方法。
[0088]
图4示出了三个解剖界标：左锁骨头(c
l
)、右锁骨头(cr)和棘突(p)，并且示出了针对沿着源到探测器的轴线正确对齐的患者的这些界标特征在探测器上的投影以及针对轻微旋转的患者的这些界标特征在探测器上的投影。如在探测器平面上看到的，当患者旋转时，在探测器处采集的这些特征的投影相对于彼此发生移动。如上面所讨论的，由于整个人群的可变性，现有的基于针对不同患者假定的棘突到锁骨头的距离来确定这种旋转角度的方法不起作用。发明人认识到：可以根据与所采集的pa或ap x射线照片不同的图像来确定关于棘突到锁骨头的距离的信息。在采集pa或ap x射线照片的x射线扫描过程中，通常还会采集侧向胸部射线照片。图5示出了针对同一患者的这种侧向射线照片和pa射线照片。因此，发明人认识到：这种侧向射线照片(或者实际上是由相机(可以是3d相机)采集的图像)能够用于估计或确定棘突到锁骨头的距离。
[0089]
如图6所示，在侧向胸部射线照片中能够定位棘突、左或右锁骨头，这使得能够确定棘突到锁骨头的距离。然后，如图4所示，在pa(或ap)胸部射线照片上测量这三个界标的投影距离。从pa(或ap)获取锁骨间距离(cr到c
l
)，同时，如上面所讨论的，从侧向放射照片获取锁骨到棘突的距离(p到c
l
)。具有根据患者度量得到的这些距离估计结果允许对旋转角度进行更精确的估计，这是利用定量角度阈值进行工作以针对旋转问题而一致地拒绝图像的先决条件。一旦知晓了棘突到锁骨的距离，就能够通过本领域技术人员在查看图4时将意识到的经济计量关系来确定这种旋转角度估计结果，因为在pa(或ap)x射线照片中能够测量左锁骨头和右锁骨头和棘突相对于彼此的投影。此外，可以电子存储所测量的锁骨到棘突的距离，使得针对同一患者的任何后续检查能够根据pa图像来直接估计旋转角度。
[0090]
如上面所讨论的，除了pa(或ap)射线照片之外的图像不必一定是侧向x射线照片，也可以是由诸如深度相机之类的光学相机采集的图像。这里，能够从深度相机图像中评估上面讨论的关于比率ρ的信息。虽然不能直接定位内部界标，但是根据深度图像，在侧向取向和pa取向上都能够测量患者胸部上部的范围。通过将同一患者的深度相机图像和ct图像进行相关，人们能够统计地学习如何将例如在深度相机图像中检测到的界标转换为例如p-c
l
距离。然后，通过使用这种关系，仅根据深度相机图像就能够估计这种距离。
[0091]
在另一示例性实施例中，提供了一种计算机程序或计算机程序单元，其特征在于，其被配置为在适当的系统上运行根据前述实施例之一的方法的方法步骤。
[0092]
因此，计算机程序单元可以被存储在计算机单元中，该计算机程序单元也可能是实施例的部分。该计算单元可以被配置为执行或引起对上述方法的步骤的执行。此外，该计算单元可以被配置为操作上述装置和/或系统的部件。该计算单元能够被配置为自动操作和/或运行用户的命令。计算机程序可以被加载到数据处理器的工作存储器中。因此，可以装备数据处理器来执行根据前述实施例之一的方法。
[0093]
本发明的该示例性实施例覆盖从一开始就使用本发明的计算机程序，以及借助于将现有程序更新转换为使用本发明的程序的计算机程序这两者。
[0094]
另外，计算机程序单元可能能够提供所有必要步骤以完成如上所述的方法的示例性实施例的流程。
[0095]
根据本发明的另外的示例性实施例，提出了一种计算机可读介质，例如，cd-rom、usb棒等，其中，该计算机可读介质具有被存储于所述计算机可读介质上的计算机程序单元，所述计算机程序单元由前面的章节所描述。
[0096]
计算机程序可以被存储和/或分布在合适的介质上，例如，与其他硬件一起或作为其他硬件的部分供应的光学存储介质或固态介质，但是也可以以其他形式分布，例如，经由互联网或其他有线或无线的电信系统来分布。
[0097]
然而，计算机程序也可以存在于网络(如万维网)上，并且能够从这样的网络被下载到数据处理器的工作存储器中。根据本发明的另外的示例性实施例，提供了用于使计算机程序单元可用于下载的介质，所述计算机程序单元被布置为执行根据本发明的前述实施例之一的方法。
[0098]
必须注意，本发明的实施例是参考不同主题来描述的。特别地，一些实施例是参考方法型权利要求来描述的，而其他实施例是参考装置型权利要求来描述的。然而，除非另有说明，本领域技术人员将从以上和以下的描述中推断出：除了属于一种类型的主题的特征
的任意组合之外，涉及不同主题的特征之间的任意组合也被认为在本技术中得到公开。然而，所有的特征都能够被组合来提供多于特征的简单加合的协同效应。
[0099]
虽然已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是图示性或示例性的，而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践请求保护的发明时能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。
[0100]
在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现在权利要求中记载的若干项的功能。虽然某些措施被记载在互不相同的从属权利要求中，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。