X-射线系统及其使用方法
【专利摘要】一种X-射线系统，其包括产生X-射线的X-射线源、接收所述X-射线并产生X-射线图像的X-射线接收器、患者伴随件以及连接到所述X-射线源、所述X-射线接收器和所述患者伴随件的服务器。所述患者伴随件紧固于所述X-射线源与所述X-射线接收器之间的患者上，并包括角定向传感器和距离传感器。所述角定向传感器检测所述患者的角取向并将信号输出到操作人员，以使所述操作人员将所述患者相对于所述X-射线源和所述X-射线接收器定位，以便消除所述X-射线图像中的角失真。所述距离传感器测量所述患者与所述X-射线接收器之间的距离。
【专利说明】X-射线系统及其使用方法
【技术领域】
[0001]相关申请
[0002]本申请要求2011年8月24日提交的美国临时专利申请号61/526，726 (未决)和2012年I月19日提交的美国临时专利申请号61/588，274 (未决)的所有优先权权利，所述临时申请全部通过参考并入本文。
【背景技术】
[0003]总的来说，本申请及其公开内容涉及使用X-射线技术获取X-射线图像、尤其是人体脊椎的图像的领域。
[0004]各种不同疾病可以追溯到患者脊椎中的变形。为了获得这样的疾病的预后，多年来的标准做法是获得患者脊椎的图像，目测检查这些图像并回顾患者的医疗史。通常，脊椎变形可能是先天性病症的结果，或者可能由汽车事故、摔倒、身体冲突等期间遭受的严重创伤引起。根据美国医学联合会(American Medical Association) (AMA)的指导方针,评估者必须在脊椎的常规评估期间评估脊椎节段的异常运动。此外，AMA公布了这类评估的定量和范围的具体流程的指令性数据。不幸的是，到目前为止，由于技术困难和X-射线获取操作期间的失真，从这样的图像进行定量分析的规程非常少，这一点也被AMA注意到。因此，医生不得不依靠轶事证据和多年经验做出合理准确的预后或定量。X-射线被用于产生显示人类解剖学结构例如脊柱组成的图像，已有一百多年。然而，由于用于这一目的的现有系统在产生准确X-射线以从X-射线图像产生明白易懂的定量报告方面具有许多缺点，因此它变成了存在大量人为误差的耗时和充满错误的过程，使得最终结果即定量报告非常不准确。
[0005]在本发明人较早的申请(即美国专利申请号12/881，411)中，公开了用于捕获患者脊椎的一部分的X-射线图像的 X-射线系统，所述图像包括附着于患者身体的尺寸已知的L形靶。产生具有靶的图像的X-射线图像，并使用靶的图像作为标度指示物进行分析，还讨论了用于自动或半自动分析所述X-射线图像并产生协助医生建立患者的诊断和预后的定量数据的方法。
[0006]尽管在较早申请中描述的系统工作良好并提供了现有技术状态的极大改进，但它仍具有一些缺点。其中之一是它仅仅可特定用于较新的X-射线系统(例如由GE制造的X-射线系统)，但不可用于其他较老的系统。另一个缺点是它不能可靠地解决与系统发生器的量级相关的误差和不确定性的相关问题，导致产生的能量强度的变差，因此使靶不能在产生的图像中显现。
【发明内容】
[0007]在一种通用情况下，本发明涉及一种X-射线系统，其包括产生X-射线的X-射线源、接收所述X-射线并产生X-射线图像的X-射线接收器、患者伴随件以及连接到所述X-射线源的服务器。所述患者伴随件紧固于所述X-射线源与所述X-射线接收器之间的患者上，并包括角定向传感器、X-射线辐射传感器和距离传感器。所述角定向传感器检测所述患者相对于X-射线的方向的角取向(为了发挥适当的性能，这种取向必须接近90° )并将信号输出到操作人员，以使所述操作人员将所述患者相对于所述X-射线源以正确角度定位，以便消除所述X-射线图像的X-射线接收器上的角失真。所述距离传感器测量所述患者与所述X-射线接收器之间的距离，用于放大率调整的目的。X-射线辐射(或二极管)传感器被用于定量和记录人体的累计X-射线剂量，以达到在定量放射学报告中包含的信息编制及X-射线发生器的剂量监测的目的。本发明人的观察和基于不同X-射线设备的大量试验的进一步结论是，不仅不同的发生器输出不同量的X-射线辐射，而且同一发生器可以在同一种X-射线操作过程中，根据各种因素例如X-射线头的温度、电负荷、X-射线装置的寿命等输出不同的剂量。在纽约市登记的许多X-射线装置上已经观察到，与进行了几次相同类型的X-射线后发射的剂量相比，使用“冷”χ-射线头时设备会发射较少的辐射剂量。这些输出量变化显著，并且这一现象引起了显著的公共健康风险，因为X-射线是侵入性的并且它们的效果是潜伏和积累性的。此外，根据本发明人的观察，同一制造商的同一型号类别中的不同设备的发生器，在同一类型的暴露期间可能输出不同的X-射线辐射剂量。在本发明中，X-射线辐射/ 二极管传感器记录X-射线操作过程中所有的累计剂量，用于保持患者和提供者的安全性的记录、剂量的进一步分析和控制的目的。
[0008]在另一种通用情况下，本发明涉及一种获取X-射线图像的方法。所述方法包括提供产生X-射线的X-射线源和提供接收所述X-射线并产生X-射线图像的X-射线接收器。所述方法还包括将患者伴随件紧固于所述X-射线源与所述X-射线接收器之间的患者，所述患者伴随件包括角定向传感器、测量所述X-射线强度的X-射线辐射传感器或二极管和用于放大率/标度因子调整的距离传感器，使用所述角定向传感器检测所述患者的角取向，并将信号输出到操作人员以使所述操作人员将所述患者相对于所述X-射线源和所述X-射线接收器定位，以便消除X-射线图像中的角失真。所述距离传感器测量所述患者与所述X-射线接收器之间以及所述X-射线源与所述X-射线接收器之间的距离。知道准确距离后，使用简单的数学计算对标度因子进行数学计算。根据本发明，设置有服务器并通过微处理器和蓝牙连接将其连接到所述X-射线源、所述X-射线接收器和所述患者伴随件，所述X-射线图像通过被称为解析( parsing)的过程从所述X-射线接收器传送到所述服务器。
[0009]上面的情况、优点和特点仅仅是代表性实施方式。应该理解，它们不将被当作对权利要求书所定义的本发明的限制。在下面的描述中，结合附图以及权利要求书，本发明的其他特点和优点将变得显而易见。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]本发明通过非限制性实例和附图的图来说明，在附图中参考符号表示相应部件，在所述附图中:
[0011]图1是本发明的优选实施方式的示意图，其示出了在患者的前侧定位中传感器的优选位置和方位；
[0012]图2是本发明的优选实施方式的示意图，其示出了在患者的侧向定位中传感器的优选位置和方位；并且
[0013]图3是X-射线系统的示意图。【具体实施方式】
[0014]脊柱由沿着哺乳动物骨架的长度配置和排列的一系列椎骨和互连组织构成。在人类中，脊索呈现几处弯曲并根据这些弯曲分成4个区域:颈椎、胸椎、腰椎和腰骶椎。不同区域(以及有时甚至同一区域内)的椎骨具有不同的形状和尺寸。
[0015]由对脊椎的沿其轴向竖直地或横向地施加的突然冲击弓丨起的损伤、先天性缺陷或某些疾病，可以引起椎骨变形或甚至其部分断裂，造成患者不适或疼痛，并损害其弯曲和移动身体的能力。此外，相邻椎骨之间的横向平移(而不是旋转)创伤性力可能造成相邻椎骨的内部通道偏移到可以使通过其中的脊髓损伤或甚至切断的程度，引起患者的重大健康问题，例如失去移动或感觉身体部分的能力。
[0016]正如在通过参考并入本文的本发明人的专利申请号12/881,411中所述，各个椎骨相对于彼此的尺寸和相对位置，可以使用普通X-射线成像来确定。这一信息随后可用作评估患者状况的手段。
[0017]更具体来说，从X-射线图像确定椎骨的形状和位置。一旦在图像上识别出每块椎骨并在装置内进行处理后，使用作为装置的一部分的自动化软件对脊椎或其至少一个区域进行数学分析，并使用这一分析为患者产生诊断。到目前为止困扰这一分析的问题仍是对于患者来说每块椎骨的尺寸是特异的，并且由于X-射线束源、患者和X-射线图像记录仪(胶片)的相对位置，获取的图像发生放大率和定向失真，结果，从常规X-射线图像难以出于定量目的准确地确定相对于另一块椎骨的准确形状、尺寸和位置。显然，在确定椎骨的形状、取向和尺寸中的任何误差，可能造成疾病的错误诊断、治疗和预后。
[0018]准确检测椎骨的形状、尺寸和位置的另一个问题是，脊椎骨和整个脊椎的真实形状可能看起来相当不同，并且会随着大量因素例如年龄、性别、椎骨和脊椎本身中的损伤和病理变化，在不同人之间变化。
[0019]另一个问题是现有系统例如DX Ana`lyzer不解决由放大率和定向造成的失真问题。尽管操作人员预先选择X-射线源和胶片距离，但是没有规定患者相对于X-射线源和胶片的位置。如果患者站得离X-射线源更近，胶片上的图像将显得比实际更大，并且如果患者站得更接近于胶片，图像将显得更接近于实际尺寸。此外，如果他不完全站直和/或不面朝与X-射线束的方向准确垂直的方向，X-射线图像的定向(角光学)失真成为问题，这是因为将椎骨相对于三轴空间重新安放时，3轴椎骨的阴影的2轴几何形状变化。由于这些缺点，使用DX Analyzer所用的方法不能获得准确的测量。
[0020]在通过参考并入本文的相关的美国专利申请号12/881,411中，本发明人描述了使用数字罗盘对人相对于X-射线源进行精确定位。在进行了实证性研究后，本发明人发现，尽管仅仅使用数字罗盘容易将身体定位成准确地“沿着与轴X-X垂直的轴Y-Y对齐”，但是在相关应用中用于校正放大率失真的铅板不总是出现在得到的图像中。后来发现，铅板的图像明显取决于X-射线机的强度。由于正常使用期间影响发生器的多种因素，该强度在不同机器间以及在机器本身内变化极大。
[0021]为了消除上述问题，根据优选实施方式，本发明提出了一种用于获取X-射线的新系统，其可与任何X-射线设备一起工作。本发明的系统利用在X-射线图像获取操作期间控制3维失真并协助调整在获取X-射线图像期间留下的任何角失真的传感器。一旦在X-射线获取操作期间记录信息后，将所述信息通过蓝牙电子线路板或任何其他适合的无线连接传送到服务器系统。
[0022]如图1和2中所示，所述系统包括X-射线源2，其产生导向患者I的X-射线。X-射线通过患者并被接收器拦截。所述接收器被用于产生原始图像。尽管在市场上存在许多不同种类的接收器，但在一种实施方式中使用X-射线传感器阵列3。这样的阵列可以从GE、Naomi和其他公知来源获得。
[0023]在优选实施方式中，定位传感器系统包括两组可无线访问的传感器:第一传感器组和第二传感器组。图1和2示出了传感器的优选位置和方位。第一传感器组优选地包括主板装置6，用于前部观察的X-射线检查中测量有效皮肤输入辐射剂量的前部辐射传感器模块4，测量距离S、即从距离传感器模块5到X-射线传感器阵列3的距离的距离传感器模块5，和用于侧向观察的X-射线检查中测量有效皮肤输入辐射剂量的侧向辐射传感器模块
8。在优选实施方式中，距离传感器模块5通过电缆连接到前部辐射传感器模块4。前部辐射传感器模块4进而通过电缆连接到主板装置6。第一传感器组和角定向传感器(包括数字罗盘)一起连接到患者伴随件10中。患者伴随件10还优选地包括蓝牙收发器，用于如下所述与本地服务器通讯。
[0024]第二传感器组优选地包括主板装置(未示出)和测量距离T、即X-射线源2与X-射线传感器阵列3之间的距离的第二距离传感器模块7。主板装置和第二距离传感器模块7优选地形成在单一机壳中作为X-射线源伴随件12。
[0025]所述系统还包括本地服务器20(如图3所示)。X-射线源伴随件12和患者伴随件10通过常规的无线通讯通道例如蓝牙与本地服务器通讯。此外，如图3所示的，由X-射线传感器阵列3收集的原始图像也被传送至本地服务器。
[0026]优选地，患者伴随件足够小(小于约I’’χ -’)并且轻量，优选地小于100克。如果
需要，上面描述的组件和其他组件可以设置在两个或更多盒子中。将伴随件在最接近于待成像的对应身体部位的适当位置处附着于患者。
[0027]在一种实施方式中，使用胶粘剂和附连于患者的伴随件的纽扣将单ECG电极类型的衬垫附连于患者的皮肤，然后利用纽扣将伴随件扣接到ECG电极。
[0028]所述系统如下操作。首先，将患者的伴随件朝向X-射线系统的X-射线管校准，使得伴随件的方位在第三轴处成0°，能够校正第三轴以便没有第三轴的干扰产生纯侧向的X-射线视图。将校准角保存在系统中。患者接受患者伴随件部件，所述部件随后利用纽扣附连到ECG电极。然后将患者定位于X-射线源与传感器阵列之间。
[0029]根据特定种类X-射线图像的需要，利用3轴角度传感器，通过将患者移动到由所述角度传感器指导的特定位置来调整患者部位的角定位，以提供纯粹的侧向视图。通过角度传感器监测患者的角定位。所述传感器为技术人员提供关于其位置的指示。在一种实施方式中，所述指示是动态的(并且是视觉和/或听觉的)，以协助技术人员将患者以预定的角取向定位。因此，角度可以在三维上定义。
[0030]在患者正确定位后，将X-射线源打开，它开始产生X-射线。它们通过患者和患者的伴随件接着到达X-射线传感器阵列。当X-射线被患者伴随件中的X-射线传感器探测到后，来自于角度传感器和超声传感器的数据被保存，将讯息送往连接到X-射线传感器阵列的本地服务器，并检测X-射线图像(解析)。[0031]在连接到本地服务器20的DICOM浏览器22中对图像进行研究。DICOM浏览器显示接收到的X-射线图像并执行所有校正(如在本说明书中所描述)，允许放射科医生在图像上放置适合的标记。一旦放射科医生完成图像标记后，将它们储存在本地服务器，将标记的坐标从DICOM浏览器送往外部场所进行定量，并产生带有由X-射线辐射传感器记录的特定X-射线强度的报告(优选地采取PDF格式)。
[0032]在一种实施方式中，当本地服务器20接收到X-射线图像时，对图像进行处理并做出几种校正。一种校正是放大率校正，其将X-射线源、患者与X-射线传感器阵列之间的距离考虑在内。为了校正放大率误差，为获取X-射线图像的每种特定情况计算放大率值。放
大率的值M使用公式Ar =A来计算，其中T是由所述第二距离传感器模块7测量的X-射
I —Ij
线源与传感器阵列之间的距离，并且其中S是由距离传感器模块5测量的患者与传感器阵列之间的距离。知道放大率的值,可以一致地调节每个图像。
[0033]另一种校正将X-射线图像中的各种视觉要素的角度偏离量考虑在内。
[0034]最后，X-射线暴露量的校正可能也是必需的。本发明人的研究结论是，由同一
X-射线装置产生的X-射线暴露量的变差取决于X-射线束的温度。在监测X-射线系统的输出之后，可以通过不断地监测X-射线装置的性能来避免患者接受不必要的X-射线暴露量。一旦X-射线束的强度不一致，就可以进行正确的机器和图像调整，并在报告中提示不一致性。
[0035]在前面的说明书中，本发明已参考其具`体的示例性实施方式进行了描述。然而，显然可以在不背离随后的权利要求书中提出的本发明的较广的精神和范围的情况下，对其做出各种修改和改变。因此，应以说明性的方式而不是限制性的意义看待说明书和附图。
【权利要求】
1.一种x-射线系统,其包含: 产生X-射线的X-射线源； 接收所述X-射线并产生X-射线图像的X-射线接收器； 患者伴随件，其紧固于所述X-射线源与所述X-射线接收器之间的患者，所述患者伴随件包括检测所述患者的角取向并将信号输出到操作人员，以使所述操作人员将所述患者相对于所述X-射线源和所述X-射线接收器定位，以便消除所述X-射线图像中的角失真的角定向传感器，所述患者伴随件还包括测量所述患者与所述X-射线接收器之间的距离的距离传感器；以及 连接到所述X-射线源、所述X-射线接收器和所述患者伴随件的服务器，该服务器从所述X-射线接收器接收所述X-射线图像。
2.如权利要求1所述的X-射线系统，其中所述患者伴随件还包含X-射线辐射传感器，该X-射线辐射传感器测量所述患者接受的X-射线暴露量。
3.如权利要求1所述的X-射线系统，其还包含紧固到所述X-射线源的X-射线源伴随件，其中所述X-射线源伴随件包括测量所述X-射线源与所述X-射线接收器之间的距离的第二距离传感器。
4.如权利要求3所述的X-射线系统，其中所述距离传感器和所述第二距离传感器的测量值被发送到所述服务器，并且所述服务器通过为每个接收到的X-射线图像计算实际放大率，调节从所 述X-射线接收器接收的所述X-射线图像的放大率误差。
5.如权利要求4所述的X-射线系统，其中所述实际放大率M使用公式M= A来计
1—0算，其中T是由所述第二距离传感器测量的所述X-射线源与所述X-射线接收器之间的距离，并且其中S是由所述距离传感器测量的所述患者与所述X-射线接收器之间的距离。
6.如权利要求5所述的X-射线系统，其中所述服务器包含显示所述X-射线图像的DICOM浏览器，所述图像不含所述角失真并且使用所述实际放大率M进行了放大率失真校正。
7.如权利要求1所述的X-射线系统，其中所述输出到操作人员的信号是视觉信号。
8.如权利要求1所述的X-射线系统，其中所述输出到操作人员的信号是听觉信号。
9.一种获取X-射线图像的方法，所述方法包括下列步骤: 设置产生X-射线的X-射线源； 设置接收所述X-射线并产生X-射线图像的X-射线接收器； 将患者伴随件紧固于所述X-射线源与所述X-射线接收器之间的患者，所述患者伴随件包括角定向传感器和距离传感器； 使用所述角定向传感器检测所述患者的角取向并将信号输出到操作人员，以使所述操作人员将所述患者相对于所述X-射线源和所述X-射线接收器定位，以便消除所述X-射线图像中的角失真； 使用所述距离传感器测量所述患者与所述X-射线接收器之间的距离； 提供连接到所述X-射线源、所述X-射线接收器和所述患者伴随件的服务器；以及 将来自于所述X-射线接收器的所述X-射线图像传送到所述服务器。
10.如权利要求9所述的获取X-射线图像的方法，其还包括使用X-射线辐射传感器测量所述患者的接受X-射线暴露量，并产生包括所述测量到的X-射线暴露量的报告的步骤。
11.如权利要求10所述的获取X-射线图像的方法，其还包括下列步骤:将X-射线源伴随件紧固到所述X-射线源，所述X-射线源伴随件包括第二距离传感器；以及使用所述第二距离传感器测量所述X-射线源与所述X-射线接收器之间的距离。
12.如权利要求11所述的获取X-射线图像的方法，其还包括下列步骤:将所述距离传感器和所述第二距离传感器的测量值传送到所述服务器；以及通过为每个接收到的X-射线图像计算实际放大率，使用所述服务器来调节从所述X-射线接收器接收的所述X-射线图像的放大率误差。
13.如权利要求12所述的获取X-射线图像的方法，其中所述实际放大率M使用公式M来计算，其中T是由所述第二距离传感器测量的所述X-射线源与所述X-射线接
1.J收器之间的距离，并且其中S是由所述距离传感器测量的所述患者与所述X-射线接收器之间的距离。
14.如权利要求13所述的获取X-射线图像的方法，其还包括在DICOM浏览器上显示所述X-射线图像的步骤，所述图像不含所述角失真并且使用所述实际放大率M进行了放大率失真校正。
15.如权利要求1所述的获取X-射线图像的方法，其中所述输出到操作人员的信号是视觉信号。
16.如权利要求1所述的获取X-射线图像的方法，其中所述输出到操作人员的信号是听觉信号。`
【文档编号】A61B6/00GK103857339SQ201280040129
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2012年8月10日 优先权日:2011年8月24日
【发明者】皮特·乌索夫, 其他发明人请求不公开姓名 申请人:艾伯特·达维多夫