X射线成像设备及其定位方法与流程

本发明涉及医疗成像领域，尤其涉及一种具有目标定位功能的x射线成像设备及其定位方法。

背景技术：

在利用x射线成像设备对患者进行成像的过程中，医生要将x射线源和探测器移动至目标位置附近以后进行拍摄成像。如医生在进行脊柱手术过程中，可以通过x射线c臂机进行辅助定位，找到手术相关的脊柱节段。在这个过程中为了准确的找到目标位置，需要不断调整x射线c臂机的位置，并配合c形支架的升降移动、前后移动、轨道旋转移动、环形旋转移动，不断透视确认，这样才能使目标节段(脊柱节段)位于成像区域的中间位置。上述过程中患者和医生难免要遭受不必要的辐射，且手术时间也因此延长。

图1是现有x射线c臂机示意图。如图1所示，在上述的过程中患者2躺在床板3上，所述x射线c臂机100包括：主体5，显示器6，轮子7，c形支架8和分别连接于所述c形支架8两端的x射线源1和探测器4，在成像的过程中，所述c形支架8可相对于患者升降移动(沿着y方向移动)、左右移动(沿着x方向移动)、轨道旋转移动(沿着ab方向移动)、环形旋转移动(以x轴为旋转轴进行转动)。

图2是现有x射线c臂机目标位置定位流程示意图；图3是现有x射线c臂机目标位置定位流程中的目标位置示意图。如图2所示，在通过x射线c臂机进行成像时包括：s10，调整x射线c臂机和/或c形支架的摆位，这个过程一般是通过操作医师的经验，先摆位到大概的位置上；s11，对待成像部位进行透视，在这个过程中因为不是精确定位，因此透视后获得的图像与操作医师想要获得的目标位置有偏差，如图3所示医生想要l3、l4段的脊柱骨的图像，而第一次透视时透视在l1、l2段的脊椎骨；s12，判断透视图像是否满足临床需求，若满足临床需求，则完成摆位，若不满足临床需求，则在第一次透视的基础上，操作医师根据自己的经验再次调整x射线c臂机和/或c形支架的摆位，并再次进行透视，直到透视的图像满足临床需求，在图3的例子中，为了满足临床需求，进行了四次透视以后才准确的找到l3、l4段的脊柱骨。

因此，在现有技术中，为了能够准确的找到目标位置，需要多次曝光和多次位置调节才可能够准确的找到目标位置。而在这个过程中，不仅患者和医生遭受没不要的x射线辐射，且还影像整个成像的效率。

专利文献cn204698593u，公开日2015.10.14，公开了一种医用x射线自定位及成像系统，它包括计算机，所述的计算机连接有图像处理器、中央服务器及x射线摄影机；所述的中央服务器连接有云服务器，所述的x射线摄影机包括控制器，所述的控制器连接有机械驱动装置，所述的机械驱动装置连接有x射线机，所述的x射线机设置有红外线探测器，x射线机连接有图像增强器，所述的图像增强器设置有光学镜头，图像增强器连接有平板探测器，所述的平板探测器设置有温度感应器；该实用新型为具有智能化、系统化、自动化优点的医用x射线自定位及成像系统。

然而，以上专利公开的x射线成像设备是对患者大致位置进行定位，仍然不能精确定位，不能有效减少诸如脊柱手术过程中患者和医生受到的辐射和提高成像效率，使用过程中也存在诸多不便，不能够根据不同操作需求做出调节。目前缺乏能最大限度减少患者和医生受到的辐射、精确可靠的定位、效率高、方便、适于临床推广应用的x射线成像设备和定位方法。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术中的缺陷，提供一种能最大限度减少患者和医生受到的辐射、精确可靠的定位、效率高、使用方便、适于临床推广应用的x射线成像设备。

本发明再一的目的是，提供一种x射线成像设备的定位方法。

为实现上述第一个目的，本发明采取的技术方案为：

一种x射线成像设备，包括：用于发射x射线的x射线源；与所述x射线源相对设置、用于接收x射线的x射线探测器；用于采集红外图像的红外图像采集器；用于根据红外图像采集器采集的图像确定目标位置的图像处理器，所述的红外图像采集器采集的图像包括人体轮廓、人体身高、体宽、体厚信息，所述的目标位置为人体内部结构的位置；及用于根据所述目标位置驱动所述x射线源和/或x射线探测器移动至与所述目标位置对应的拍摄位置的驱动器。

作为另一优选例，所述红外图像采集器的图像采集方向与所述x射线源的x射线照射方向一致。

作为另一优选例，所述红外图像采集器包括位于x射线源一端的第一红外图像采集单元和位于x射线探测器一端的第二红外图像采集单元。

作为另一优选例，所述x射线成像设备还包括：弧形支架，所述x射线源和所述x射线探测器分别位于所述弧形支架的两端。

作为另一优选例，所述x射线成像设备还包括：滑轨；沿着所述滑轨移动的伸缩式支架；所述x射线源固定于所述伸缩式支架；立柱；所述x射线探测器可移动的连接于所述立柱。

为实现上述第二个目的，本发明采取的技术方案为：

一种x射线成像设备的定位方法，包括：

采集患者的红外图像，所述患者的红外图像包括人体身高、体宽、体厚信息；

根据红外图像确定目标位置，包括：根据红外图像提取人体轮廓，根据红外图像的人体身高、体宽、体厚信息和所述人体轮廓计算出人体内部结构的位置；

驱动x射线源和/或x射线探测器移动至与所述目标位置对应的拍摄位置。

作为另一优选例，将所述人体轮廓匹配数据库中的数据；根据匹配结果确定目标位置。

作为另一优选例，所述根据红外图像确定目标位置还包括：根据红外图像生成人体结构示意图；接收目标信息；根据目标信息在所述人体结构示意图中确定目标位置。

作为另一优选例，使用的x射线成像设备如上所述；所述x射线成像设备的定位方法还包括：首先获取机架成像位置信息；根据所述机架成像位置信息确定采集图像的红外图像采集器；根据确定的红外图像采集器采集患者的红外图像。

作为另一优选例，所述x射线成像设备的定位方法还包括验证拍摄步骤：当x射线源和/或x射线探测器移动至与所述目标位置对应的拍摄位置后，用红外图像采集器再进行一次图像采集，并发送给图像处理器，由图像处理器根据红外图像进行验证，判断是否合适在现在的位置上进行x射线曝光。

与现有技术相比，本发明优点在于：

1、根据本发明的x射线成像设备及其定位方法可以通过对人体无害的红外图像采集器进行红外图像采集，并根据所述红外图像来确定目标位置，所述的红外图像包含了人体轮廓、人体身高、体宽、体厚信息，进而可计算出人体内部结构的位置，在无需利用x射线进行曝光的前提下就可以准确的寻找到目标位置，最大限度地减少诸如脊柱手术等手术过程中患者和医生受到的辐射；

2、本发明的定位方法，还将红外图像的人体轮廓信息与数据库中的数据进行匹配，然后根据匹配结果确定目标位置，基于大数据，显著提高定位的准确性；

3、本发明的定位方法，在获得红外图像后，生成人体结构示意图，医生可以在人体结构示意图中点选感兴趣区域，快速定位；这一理念是全新的；

4、本发明的x射线成像设备可包括多个红外图像采集单元，可根据术中需要选择合适的红外图像采集器采集图像，对获得精确可信的红外成像有利，显著提升了实用性，解决了临床中容易被忽视的红外成像精度问题；

5、本发明的定位方法，在确定目标位置并且x射线源和/或x射线探测器移动至与所述目标位置对应的拍摄位置后，还进一步再次采集红外图像进行验证，再次提高了定位的准确性；

6、本发明的x射线成像设备在能避免患者和操作医师遭受多余x射线辐射伤害的同时还可以自动控制x射线源和x射线探测器移动至目标位置对应的拍摄位置，方便了操作医师的操作，提高了x射线成像的效率。

综上，本发明解决了现有技术的诸多容易被忽视的问题和细节，提供了一种实用性强的x射线成像设备和定位方法，改变临床x射线成像现状。

附图说明

图1是现有x射线c臂机示意图；

图2是现有x射线c臂机目标位置定位流程示意图；

图3是现有x射线c臂机目标位置定位流程中的目标位置示意图；

图4是本发明实施例1的x射线c臂机结构示意图；

图5是本发明实施例1的红外图像采集器的图像采集示意图；

图6是本发明实施例1的另一x射线c臂机结构示意图；

图7是本发明实施例1的红外图像中目标位置示意图；

图8是本发明实施例1的x射线c臂机目标位置定位方法流程示意图；

图9是本发明实施例2的立柱式x射线成像设备的示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

实施例1

为了解决现有技术中的问题，本实施例中，根据本发明的x射线成像设备，包括：用于发射x射线的x射线源；与所述x射线源相对设置、用于接收x射线的x射线探测器；用于采集红外图像的红外图像采集器；用于根据红外图像采集器采集的图像确定目标位置的图像处理器；及用于根据所述目标位置驱动所述x射线源和/或x射线探测器移动至目标位置对应的拍摄位置的驱动器。

以所述x射线成像设备为x射线c臂机为例，图4是本发明实施例1的x射线c臂机结构示意图。如图4所示，根据本实施例的x射线c臂机200中，所述x射线源11和所述x射线探测器12分别连接于c形支架18的两端、并相对设置，所述x射线c臂机200还包括用于向操作医师提供人机交互的显示器16、主机10及位于所述主机10下方、可使x射线c臂机移动的驱动滚轮17。所述图像处理器(未图示)可位于主机10内，所述主机10除所述图像处理器(未图示)以外还包括对x射线探测器12采集的x射线图像进行后处理的后处理工作站，可向驱动滚轮17提供电源的电池等。所述c形支架18通过驱动器(未图示)连接于主体10。

本实施例的x射线c臂机200中，患者20躺在床板30上，根据患者20的成像位置，需要相应的调整x射线源11和x射线探测器12的位置。x射线源11和x射线探测器12的位置移动主要是通过移动c形支架18来实现。所述驱动器驱动所述c形支架18可相对于患者20升降移动(沿着y方向移动)、左右移动(沿着x方向移动)、轨道旋转移动(沿着ab方向移动，即c形支架以z轴为旋转轴进行移动)、及环形旋转移动(c形支架以x轴为旋转轴进行转动)。为了在所述多个方向上进行移动，所述驱动器可包括多个方向上的驱动电机和传动机构，具体的传动机构在此不做限定。

在本实施例中，所述红外图像采集器13的图像采集方向与所述x射线源11的照射方向一致。如图4所示，所述红外图像采集器13可位于x射线源11附近，具体的可以设置在x射线源11的外壳外侧，也可以设置在与x射线源11具有一定距离的位置。所述红外图像采集器13的图像采集方向与x射线源11的照射方向一致对简化目标位置的计算过程有利。

图5是本发明实施例1的红外图像采集器的图像采集示意图。以沿水平方向上移动x射线源11、使目标位置23位于所述x射线源11射线束的中心为例，如图5所示，在红外图像采集器13的采集方向与x射线源11的照射方向相同时，红外图像采集器13和x射线源11相对位置a已知，红外图像采集器13与目标位置23之间的水平距离c已知(根据红外图像采集器采集的图像即可分析得出)，这样就很容易算出x射线源11与目标位置23之间的水平移动距离b。

所述实施例中红外图像采集器13可位于所述x射线源11外壳的外壁，在其他实施例中，所述红外图像采集器13也可收纳于所述x射线源11外壳内。一般而言，红外图像采集器13的体积要小于x射线源11，在红外图像采集器13收纳于所述x射线源11外壳内的实施例中，正常状态下红外图像采集器13收纳于x射线源11外壳内，而在需要成像时所述红外图像采集器13伸出至x射线源11的外壳外、并进行红外图像采集。上述结构有利于整机的外观整洁及对红外图像采集器13的保护。

进一步的，在本发明的实施例中，所述红外图像采集器13可设置于x射线探测器12一端。对于某些成像位置而言，所述x射线探测器12位于病床上方，而x射线源11位于病床下方，在这种情况下，所述红外图像采集器13位于x射线探测器12一端，对红外线成像有利(无病床的阻挡，热能感应更敏锐)。

图6是本发明实施例1的另一x射线c臂机结构示意图。更佳的，所述红外图像采集器13可包括位于x射线源11一端的第一红外图像采集单元13a和位于x射线探测器12一端的第二红外图像采集单元13b，系统根据拍摄位置，可以选择第一红外图像采集单元13a或第二红外图像采集单元13b进行图像采集。如若根据成像命令判断位于x射线探测器12一端的第二红外图像采集单元13b更有利于进行红外成像(x射线探测器12位于病床上方，x射线源11位于病床下方)，则采用第二红外图像采集单元13b进行红外成像。当然在其他实施例中，也可同时采用两个红外图像采集器进行图像采集，并判断哪个红外图像采集器采集到的红外图像更有利于目标位置的定位，以更利于目标位置定位的红外图像定位目标位置(如根据红外图像的对比度等，以热能感应更敏锐的红外图像作为定位目标位置的红外图像)。

图7是本发明实施例1的红外图像中目标位置示意图；图8是本发明实施例1的x射线c臂机目标位置定位方法流程示意图。如图7、图8所示，在操作医师根据经验大致进行摆位以后，x射线c臂机目标位置定位包括：s20，获取患者的红外图像，先通过红外图像采集器13对患者进行成像，如图7中左侧图像为通过红外图像采集器13采集到的红外图像，一般人体的体温会比环境温度高，红外图像采集器13可以采集出人体发射的热辐射，因此在采集到的红外图像中可分辨出人体部分和环境部分，并以此确定患者的位置信息；s21，在所述红外图像中确定目标位置，相同体格的人体之间骨骼和脏器的位置一般比较相似，因此根据采集到的红外图像的人体身高体宽或体厚等信息可以计算出人体内部结构的位置，如图7中的右侧图像为在患者位置信息上确定l3、l4段的脊柱骨的示意图，如图7所示在确定患者的位置信息以后，就可以根据患者的体形信息计算出患者身体中的l3、l4段(图中位于21为成像区域)的脊柱骨位置；s22，根据目标位置的位置驱动x射线源和/或探测器的位置，将所述x射线源11和x射线探测器12移动至目标区域对应位置，通过s21确定目标区域的位置，并在已知x射线源11和x射线探测器12相对红外图像采集器13的相对位置以后，即可计算出x射线源11和x射线探测器12与目标位置的位置关系，因此可驱动所述x射线源和x射线探测器移动至目标区域对应位置；s23，对所述目标位置进行透视，即在与所述目标区域对应的x射线源11和x射线探测器12的位置上进行拍摄。还需要说明的是，所述定位方法中，步骤s21中根据红外图像确定目标位置包括：根据红外图像提取人体轮廓，根据所述轮廓确定目标位置。也就是在确定目标位置时不仅要通过人的体宽和身高，而且要更精确的绘制人体的轮廓，再根据人体轮廓的信息计算目标位置，可以使目标位置的确定更为精确。

进一步，所述定位方法中，根据所述轮廓确定目标位置包括根据所述人体轮廓匹配数据库中的数据；根据匹配结果确定目标位置。如数据库中存储着大量的不同身高、不同体宽、不同体厚、不同年龄、不同性别等条件下的人体结构数据，在确定人体轮廓以后再匹配患者的年龄、性别等信息寻找最接近的匹配数据，以所述匹配数据的人体结构辅助确定目标位置。

进一步，所述数据库可以为大数据数据库，所述数据库中对不断增加的不同患者的信息进行整理和学习，当输入一患者的轮廓信息及年龄性别等信息以后计算最合适的人体结构数据，辅助目标位置的定位。所述数据库还可以为患者病例档案数据库，由于患者之前做过x射线检查、或ct检查、或磁共振检查的数据会存储在与该患者对应的病例档案数据库中，因此可以根据所述数据以辅助目标位置的定位。

进一步，所述根据红外图像确定目标位置包括：根据红外图像生成人体结构示意图；接收目标信息；根据目标信息在所述人体结构示意图中确定目标位置。其中所述目标信息是操作医师在根据红外图像生成的人体结构示意图中选择的感兴趣区域，例如，当操作医生选择的感兴趣区域是心脏时在所述人体结构示意图中点选心脏部位。

在上述步骤中，还包括：首先获取机架成像位置信息；根据所述机架成像位置信息确定采集图像的红外图像采集器；根据确定的红外图像采集器采集患者的红外图像。

在上述步骤中，还可以进一步包括验证拍摄步骤，也即在完成s22将所述x射线源11和x射线探测器12移动至目标区域对应位置后，再用红外图像采集器13进行一次图像采集，并发送给图像处理器，由图像处理器根据第二次发送的红外图像进行验证，判断是否合适在现在的位置上进行x射线曝光，因为红外图像采集与x光图像采集不同，对患者和操作医师不会产生伤害，因此可以进行多次红外成像，保证曝光之前的位置是最佳位置。

实施例2

图9是本发明实施例2的立柱式x射线成像设备的示意图。根据本实施例的x射线成像设备400，包括：滑轨46；沿着所述滑轨46移动的伸缩式支架44；x射线源41固定于所述伸缩式支架44；立柱45；x射线探测器42可移动的连接于所述立柱45。在本实施例中所述红外图像采集器43位于x射线源41外壳的底部。

成像时，操作医师根据经验大致的使患者进行摆位，获取患者的红外图像，先通过红外图像采集器43对患者进行成像，通过红外图像采集器43采集到的红外图像会传送到后处理工作站(图中未示出)，一般人体的体温会比环境温度高，红外图像采集器43可以采集出人体发射的热辐射，因此后处理工作站在采集到的红外图像中可分辨出人体部分和环境部分，并以此确定患者的位置信息；在所述红外图像中确定目标位置，相同体格的人体之间骨骼和脏器的位置一般比较相似，因此根据采集到的红外图像的人体身高体宽或体厚等信息，同时绘制人体轮廓，结合人体轮廓的信息，可以计算出人体内部结构的位置，在确定患者的位置信息以后，就可以根据患者的体形信息计算出患者身体中的目标位置；根据目标位置驱动x射线源和/或探测器的位置，将所述x射线源和x射线探测器移动至目标区域对应位置，因为已经确定目标位置，并已知x射线源41和x射线探测器42相对红外图像采集器43的相对位置以后，即可计算出x射线源41和x射线探测器42与目标位置的位置关系，因此可驱动所述x射线源41和x射线探测器42移动至目标区域对应位置；对所述目标位置进行透视，即在与所述目标区域对应的x射线源41和x射线探测器42的位置上进行拍摄。在本实施例中所述x射线探测器42和x射线源41通过单独的驱动器进行驱动。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。