一种基于运动识别的X线曝光方法、系统及装置

一种基于运动识别的x线曝光方法、系统及装置
技术领域
1.本发明涉及医疗放射技术领域，尤其是一种基于运动识别的x线曝光方法、系统及装置。


背景技术：

2.随着移动手机和平板电脑的大范围普及，人们容易处于长时间的低头状态，从而引起颈椎病的产生。在临床工作中，拍摄颈椎x线图像是了解颈椎病变与否最常见的检查方式。在拍摄颈椎x线图像时，被检者的下颌骨需要快速上下运动，目的为了让下颌骨模糊，不会遮挡其后面的颈椎，而其头部则需要保持不动。然而，在实际的操作过程中，如何在下颌骨运动速度最快时触发x线曝光，是技师摄影颈椎的难题，这也是拍摄一张标准颈椎x线图像的关键所在。因此，常需要多次曝光尝试，才能拍摄出临床所需要的颈椎x线图像，这无疑增加了患者的辐射剂量，降低了技师摄片的效率。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明实施例提供一种简单快捷的基于运动识别的x线曝光方法、系统及装置，以实现提高x线曝光效率。
4.一方面，本发明提供了一种基于运动识别的x线曝光方法，包括：
5.获取设于下颌骨上的第一红外标记点，根据所述第一红外标记点对下颌骨的运动情况进行分析，确定第一触发信号；
6.获取咬肌的肌肉电信号，当所述肌肉电信号超过预设阈值时，确定第二触发信号；
7.获取人脸图像，根据所述人脸图像提取鼻尖坐标数据和下颌骨坐标数据，根据提取到的坐标数据进行运动分析，确定第三触发信号；
8.根据所述第一触发信号、第二触发信号和第三触发信号控制x线曝光装置进行x线曝光。
9.可选地，所述获取设于下颌骨上的第一红外标记点，根据所述第一红外标记点对下颌骨的运动情况进行分析，确定第一触发信号，包括：
10.在下颌骨运动过程中，通过红外摄像头获取第一红外标记点的初始三维坐标运动数据集；
11.根据最小位移法对所述初始三维坐标运动数据集进行数据滤波处理，确定目标三维坐标运动数据集；
12.根据所述目标三维坐标运动数据集对下颌骨的运动速度进行计算，当运动速度达到最大值时，生成第一触发信号。
13.可选地，所述获取设于下颌骨上的第一红外标记点，根据所述第一红外标记点对下颌骨的运动情况进行分析，确定第一触发信号，还包括：
14.通过红外摄像头获取设于两侧颧骨上的第二红外标记点和第三红外标记点。
15.可选地，所述获取咬肌的肌肉电信号，当所述肌肉电信号超过预设阈值时，确定第
二触发信号，包括：
16.通过位于咬肌皮肤表面的表面电极获取肌肉电信号。
17.可选地，所述获取人脸图像，根据所述人脸图像提取鼻尖坐标数据和下颌骨坐标数据，根据提取到的坐标数据进行运动分析，确定第三触发信号，包括：
18.通过光学摄像头获取人脸图像；
19.对所述人脸图像进行人脸特征提取，确定鼻尖坐标数据和下颌骨坐标数据；
20.根据鼻尖坐标数据和下颌骨坐标数据对下颌骨运动速度进行计算，当运动速度达到最大值时，生成第三触发信号。
21.另一方面，本发明实施例还公开了一种基于运动识别的x线曝光系统，包括：
22.第一模块，用于获取设于下颌骨上的第一红外标记点，根据所述第一红外标记点对下颌骨的运动情况进行分析，确定第一触发信号；
23.第二模块，用于获取咬肌的肌肉电信号，当所述肌肉电信号超过预设阈值时，确定第二触发信号；
24.第三模块，用于获取人脸图像，根据所述人脸图像提取鼻尖坐标数据和下颌骨坐标数据，根据提取到的坐标数据进行运动分析，确定第三触发信号；
25.第四模块，用于根据所述第一触发信号、第二触发信号和第三触发信号控制x线曝光装置进行x线曝光。
26.可选地，所述第一模块包括：
27.第一单元，用于在下颌骨运动过程中，通过红外摄像头获取第一红外标记点的初始三维坐标运动数据集；
28.第二单元，用于根据最小位移法对所述初始三维坐标运动数据集进行数据滤波处理，确定目标三维坐标运动数据集；
29.第三单元，用于根据所述目标三维坐标运动数据集对下颌骨的运动速度进行计算，当运动速度达到最大值时，生成第一触发信号。
30.可选地，所述第三模块包括：
31.第四单元，用于通过光学摄像头获取人脸图像；
32.第五单元，用于对所述人脸图像进行人脸特征提取，确定鼻尖坐标数据和下颌骨坐标数据；
33.第六单元，用于根据鼻尖坐标数据和下颌骨坐标数据对下颌骨运动速度进行计算，当运动速度达到最大值时，生成第三触发信号。
34.另一方面，本发明实施例还公开了一种电子设备，包括处理器以及存储器；
35.所述存储器用于存储程序；
36.所述处理器执行所述程序实现如前面所述的方法。
37.另一方面，本发明实施例还公开了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有程序，所述程序被处理器执行实现如前面所述的方法。
38.另一方面，本发明实施例还公开了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器可以从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行前面的方法。
39.本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明实施例通过获取设于下颌骨上的第一红外标记点，根据所述第一红外标记点对下颌骨的运动情况进行分析，确定第一触发信号；获取咬肌的肌肉电信号，当所述肌肉电信号超过预设阈值时，确定第二触发信号，能够根据肌肉电信号识别下颌骨的运动情况；获取人脸图像，根据所述人脸图像提取鼻尖坐标数据和下颌骨坐标数据，根据提取到的坐标数据进行运动分析，确定第三触发信号；本发明实施例能够通过红外标记、肌肉电信号和图像处理技术对下颌骨运动情况进行分析从而控制x线曝光，提高了x线曝光的精度和效率。
附图说明
40.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
41.图1为本发明实施例的一种基于运动识别的x线曝光方法流程图。
具体实施方式
42.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
43.在介绍本技术具体实施过程之前，需要对x线曝光过程以及在实际场景中遇到的问题进行阐述。在临床工作中，拍摄颈椎x线图像是了解颈椎病变与否最常见的检查方式。通常要求被检者立于摄影架前，头部稍后仰，x线球管中心线对准下颌骨下缘垂直入射。在拍摄过程中，被检者的下颌骨需要快速上下运动，目的为了让下颌骨模糊，不会遮挡其后面的颈椎，而其头部则需要保持不动。最后，所拍摄的颈椎x线图像，第1、2颈椎所形成的寰枢关节间隙与第3至第7颈椎均投影于图像中，同时颈椎棘突位于椎体正中，横突左右对称，椎间隙与钩突关节显示清晰，气管投影于椎体正中，而且各颈椎骨小梁显示清晰。但是在实际的操作过程中，如何在下颌骨运动速度最快时触发x线曝光，是技师摄影颈椎的难题。针对以上情况，本发明实施例提出了一种基于运动识别的x线曝光方法、系统及装置，能够准确识别下颌骨动作，并在合适的时间点触发x线曝光的系统及装置。提高摄片的成功率，降低患者所接受的辐射剂量，并为临床医生的诊断及治疗提供更加准确，符合临床诊断标准的影像学资料。
44.参照图1，本发明实施例提供了一种基于运动识别的x线曝光方法，包括：
45.s101、获取设于下颌骨上的第一红外标记点，根据所述第一红外标记点对下颌骨的运动情况进行分析，确定第一触发信号；
46.s102、获取咬肌的肌肉电信号，当所述肌肉电信号超过预设阈值时，确定第二触发信号；
47.s103、获取人脸图像，根据所述人脸图像提取鼻尖坐标数据和下颌骨坐标数据，根据提取到的坐标数据进行运动分析，确定第三触发信号；
48.s104、根据所述第一触发信号、第二触发信号和第三触发信号控制x线曝光装置进
行x线曝光。
49.其中，本发明实施例通过获取贴于下颌骨髁隆突上第一红外标记点，能够通过获得第一红外标记点对下颌骨的运动情况进行分析，从而实时反馈下颌骨的运动速度，产生第一触发信号。本实施还通过获取咬肌的肌肉电信号，当所述肌肉电信号超过预设阈值时，产生第二触发信号；需要说明的是，由于表面肌电信号跟性别、年龄、脸部肌肉发育程度相关，正常人在静息状态下测定的咬肌的肌电信号约为3至8μv,在下颌骨运动时测定的咬肌的肌电信号约为20至50μv。本实施例通过联合红外摄像头和肌电采集装置同时采集下颌骨运动的信号，当红外摄像头获取第一红外标记点并对下颌骨的运动情况进行分析，当下颌骨运动速度最快时，咬肌肌电信号为30μv。因此，本发明实施例设定预设阈值为30μv。可以理解的是，可根据实际场景或拍摄者的身体状况对预设阈值进行适应性调整。本实施例还可以对人脸图像进行分析，通过提取人脸图像中的鼻尖坐标数据和下颌骨坐标数据进行下颌骨运动情况分析，从而实时反馈下颌骨的运动速度，产生第三触发信号。当x线曝光装置同时接收到第一触发信号、第二触发信号和第三触发信号时，进行x线曝光处理。
50.进一步作为优选的实施方式，上述步骤s101中，所述获取设于下颌骨上的第一红外标记点，根据所述第一红外标记点对下颌骨的运动情况进行分析，确定第一触发信号，包括：
51.在下颌骨运动过程中，通过红外摄像头获取第一红外标记点的初始三维坐标运动数据集；
52.根据最小位移法对所述初始三维坐标运动数据集进行数据滤波处理，确定目标三维坐标运动数据集；
53.根据所述目标三维坐标运动数据集对下颌骨的运动速度进行计算，当运动速度达到最大值时，生成第一触发信号。
54.其中，本发明一种实施例在拍摄者的下颌骨颏隆突上贴上第一红外标记点，并将optitrack红外摄像头架设于x射线图像拍摄者身旁。本实施例通过使用3台红外摄像头形成三维立体空间，实时采集红外标记点的坐标信号。红外标记点为一表面涂有反光材料的小圆球，作为红外反射点，随着下颌一起运动，反映下颌运动轨迹，红外线发射器及采集器均为红外摄像头。可以理解的是，本发明中的红外标记点包括能够作为红外反射点的物体，不仅仅包括本实施例中的小圆球。在本发明实施例中，在下颌骨运动过程中，通过红外摄像头获取第一红外标记点的初始三维坐标运动数据集，其中，初始三维坐标运动数据集包括第一红外标记点在运动过程中产生的多个三维坐标运动数据。本实施例还根据最小位移法对所述初始三维坐标运动数据集进行数据滤波处理，得到目标三维坐标运动数据集。最小位移法是用于确定三维坐标运动数据集中下一帧的标记点位置及滤除可能出现的干扰点。本发明实施例通过最小位移法对多个标记点的数据进行排序，并通过红外摄像头拍摄得到每相邻两个红外标记点的时间差和坐标值差异，计算下颌骨的运动速度，当运动速度最大即加速度为零时产生第一触发信号。因此，本发明实施例能够通过红外摄像头获取红外标记点的目标三维坐标运动数据集，进行实时计算下颌骨运动的速度及加速度。当运动速度最大，即加速度为零时，生成第一触发信号。
55.进一步作为优选的实施方式，所述获取设于下颌骨上的第一红外标记点，根据所述第一红外标记点对下颌骨的运动情况进行分析，确定第一触发信号，还包括：
56.通过红外摄像头获取设于两侧颧骨上的第二红外标记点和第三红外标记点。
57.其中，本发明的另一实施例，可在拍摄者的两侧颧骨上布置第二红外标记点和第三红外标记点，第二红外标记点和第三红外标记点均与第一红外标记点的形状和大小一直，使用同种材料。而贴于两侧颧骨的两个红外标记点，他们的横坐标可以实时判断拍摄者在下颌骨运动过程中，头部是否发生偏转。如果发生偏转可能会影响所拍摄图像的质量，如寰椎与枢锥所形成的关节间隙发生变化，呈现不对称性，容易让临床医生误诊为寰枢椎脱位。因此，在发明实施例中，可对拍摄者增加位于两侧颧骨上的第二红外标记点和第三红外标记点，从而判断头部是否发生偏移，如发生偏移，可进行重新拍摄。
58.进一步作为优选的实施方式，上述步骤s102中，所述获取咬肌的肌肉电信号，当所述肌肉电信号超过预设阈值时，确定第二触发信号，包括：
59.通过位于咬肌皮肤表面的表面电极获取肌肉电信号。
60.其中，本实施例在咬肌皮肤表面放置表面电极，从而采集咬肌的肌肉电信号。在本发明实施例中，可以使用酒精棉球擦拭电极接触的位置，减少电阻，增加表面电极与皮肤之间的传导性，选择咬肌的正中为电极放置位置，两表面电极之间距离2cm，能够提高系统精度，减少误差。另外，本实施例还可采用差分结构、提高前置放大器的输入阻抗、采用有源电极、设计通频带为20至500hz滤波器等措施从而减少来自仪器中电子元件固有电子噪声，周围环境的噪声(无线电、电源线、日光灯、荧光灯等都可能成为干扰源)的影响，能够减少系统的信号失真，提高信噪比。
61.进一步作为优选的实施方式，上述步骤s103中，所述获取人脸图像，根据所述人脸图像提取鼻尖坐标数据和下颌骨坐标数据，根据提取到的坐标数据进行运动分析，确定第三触发信号，包括：
62.通过光学摄像头获取人脸图像；
63.对所述人脸图像进行人脸特征提取，确定鼻尖坐标数据和下颌骨坐标数据；
64.根据鼻尖坐标数据和下颌骨坐标数据对下颌骨运动速度进行计算，当运动速度达到最大值时，生成第三触发信号。
65.其中，本发明实施例通过光学摄像头实时对拍摄者的人脸进行检测与定位，以确定所拍摄范围是否存在人脸、人脸存在的位置等。本实施例采用mtccn(multi-task cascaded convolutional networks)算法来实现人脸检测和对齐，使用3个cnn级联算法结构，将人脸检测和人脸特征点检测同时进行。可以理解的是，本发明还可以采用其他图像处理算法对人图像进行检测，而通过人脸检测对下颌骨运动进行识别，并计算下颌骨运动速度，根据运动速度最大值时进行x线曝光的技术方案仍为本发明的保护范围。本发明实施例通过mtccn算法得到人脸框及五个特征点的坐标数据，其中，五个特征点为两眼角、鼻尖和两嘴角。本实施例以人脸图像的左下角为坐标原点，以人脸框的底线作为下颌骨的纵轴坐标，以两嘴角的横坐标中点作为下颌骨的横坐标，最终得到鼻尖坐标数据和下颌骨坐标数据。测量鼻尖坐标数据与下颌骨坐标数据的距离。根据每一帧人脸图像的拍摄间隔，实时计算下颌骨运动的速度及加速度，当运动速度最大，即加速度为零时，产生第三触发信号。
66.另一方面，本发明实施例还公开了一种基于运动识别的x线曝光系统，包括：
67.第一模块，用于获取设于下颌骨上的第一红外标记点，根据所述第一红外标记点对下颌骨的运动情况进行分析，确定第一触发信号；
68.第二模块，用于获取咬肌的肌肉电信号，当所述肌肉电信号超过预设阈值时，确定第二触发信号；
69.第三模块，用于获取人脸图像，根据所述人脸图像提取鼻尖坐标数据和下颌骨坐标数据，根据提取到的坐标数据进行运动分析，确定第三触发信号；
70.第四模块，用于根据所述第一触发信号、第二触发信号和第三触发信号控制x线曝光装置进行x线曝光。
71.进一步作为优选的实施方式，所述第一模块包括：
72.第一单元，用于在下颌骨运动过程中，通过红外摄像头获取第一红外标记点的初始三维坐标运动数据集；
73.第二单元，用于根据最小位移法对所述初始三维坐标运动数据集进行数据滤波处理，确定目标三维坐标运动数据集；
74.第三单元，用于根据所述目标三维坐标运动数据集对下颌骨的运动速度进行计算，当运动速度达到最大值时，生成第一触发信号。
75.进一步作为优选的实施方式，所述第三模块包括：
76.第四单元，用于通过光学摄像头获取人脸图像；
77.第五单元，用于对所述人脸图像进行人脸特征提取，确定鼻尖坐标数据和下颌骨坐标数据；
78.第六单元，用于根据鼻尖坐标数据和下颌骨坐标数据对下颌骨运动速度进行计算，当运动速度达到最大值时，生成第三触发信号。
79.与图1的方法相对应，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括处理器以及存储器；所述存储器用于存储程序；所述处理器执行所述程序实现如前面所述的方法。
80.与图1的方法相对应，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有程序，所述程序被处理器执行实现如前面所述的方法。
81.本发明实施例还公开了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器可以从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行图1所示的方法。
82.综上所述，本发明实施例具有以下优点：本发明实施例能够通过红外标记点、肌肉电信号和人脸图像检测同时对下颌骨运动进行识别，从而触发曝光系统，能够有效地获得下颌骨运动最快时的影像，减少重复摄片带来的额外辐射剂量。
83.在一些可选择的实施例中，在方框图中提到的功能/操作可以不按照操作示图提到的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能/操作，连续示出的两个方框实际上可以被大体上同时地执行或所述方框有时能以相反顺序被执行。此外，在本发明的流程图中所呈现和描述的实施例以示例的方式被提供，目的在于提供对技术更全面的理解。所公开的方法不限于本文所呈现的操作和逻辑流程。可选择的实施例是可预期的，其中各种操作的顺序被改变以及其中被描述为较大操作的一部分的子操作被独立地执行。
84.此外，虽然在功能性模块的背景下描述了本发明，但应当理解的是，除非另有相反说明，所述的功能和/或特征中的一个或多个可以被集成在单个物理装置和/或软件模块中，或者一个或多个功能和/或特征可以在单独的物理装置或软件模块中被实现。还可以理
解的是，有关每个模块的实际实现的详细讨论对于理解本发明是不必要的。更确切地说，考虑到在本文中公开的装置中各种功能模块的属性、功能和内部关系的情况下，在工程师的常规技术内将会了解该模块的实际实现。因此，本领域技术人员运用普通技术就能够在无需过度试验的情况下实现在权利要求书中所阐明的本发明。还可以理解的是，所公开的特定概念仅仅是说明性的，并不意在限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求书及其等同方案的全部范围来决定。
85.所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
86.在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。
87.计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
88.应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
89.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
90.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本
发明的范围由权利要求及其等同物限定。
91.以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。