医学成像设备的拍摄系统的位置规划方法和医学成像设备与流程

本发明涉及一种根据权利要求1和根据权利要求2的医学成像设备的拍摄系统的位置规划方法，以及根据权利要求13的用于执行这种方法的装置。

背景技术：

现今，医学成像设备、例如固定安装的x射线成像系统或者移动c形臂设备，一般使用以下技术来预览要拍摄的患者的身体区域：

1.通过直接投影到患者上来显示2d拍摄区域。这大多通过多个线激光或者将明亮的“窗口”直接投影到患者表面上来实现。为此，在成像设备中，例如在图像拍摄器和/或辐射器壳体上，安装投影硬件。2.在成像系统的监视器上，通过折线、例如矩形，以虚拟的方式预览拍摄区域。

然而，这些方法不太灵活，并且需要用户手动调整成像系统的位置，直到达到拍摄期望的目标区域为止。利用技术2中的方法，虽然这部分可以得到改善，但是特别是在设置3d扫描时，到患者表面上的平面投影仍然仅能够给出产生的重建体积或者其相对于患者的位置的不完整的印象。这在要利用扫描来对较大的目标结构进行成像时有时是一个问题，特别是在具有在空间上非常有限的重建体积(在cios自旋的情况下为具有大约16cm边长的立方体)的移动c形臂的情况下。最佳地放置体积，以便同时检测所有结构，需要手术团队有一些经验，以便针对拍摄或者3d扫描最佳地放置c形臂。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，提供一种克服现有技术中的缺点的方法；此外，本发明要解决的技术问题在于，提供一种适合用于执行所述方法的成像设备。

根据本发明，上述技术问题通过根据权利要求1的医学成像设备的拍摄系统的位置规划方法和根据权利要求2的方法以及根据权利要求13的装置来解决。本发明的有利的设计方案相应地是从属权利要求的主题。

根据本发明的用于关于患者的可选择的拍摄区域对成像设备的拍摄系统进行位置规划的方法包括以下步骤：检测或者获取拍摄系统和/或成像设备的当前的位置信息和/或成像设备的准直器的设置信息；检测或者获取患者的当前的位置信息；确定拍摄系统能够发出的x射线射束的当前的走向；根据x射线射束的当前的走向和患者包络，来确定x射线射束与患者、特别是患者包络之间的当前的相交体积和/或当前的拍摄区域，患者包络根据患者的位置信息来确定；作为虚拟显示元素，来显示当前的相交体积和/或当前的拍摄区域；通过操纵虚拟显示元素，来获取目标相交体积和/或目标拍摄区域；以及以如下方式来确定拍摄系统和/或成像设备和/或准直器的设置的目标位置，即，在占据目标位置时，目标相交体积和/或目标拍摄区域变为当前的相交体积和/或当前的拍摄区域。

操纵显示元素在此应当理解为任意地改变显示元素，即移动或者旋转、改变位置、大小或者朝向等。

也就是说，提出了，通过适当的已知的位置确定方法(例如跟踪方法)，一次性地、连续地或者以预先给定的时间间隔，检测患者或者患者的一部分的当前的位置以及成像系统(例如移动c形臂设备)、拍摄系统(例如仅x射线源和x射线检测器)的位置(例如轮廓)或者关于准直器系统的信息。这种检测例如可以通过外部的3d跟踪照相机和固定在患者和成像系统、例如c形臂上的适当的标记结构来进行该检测(outside-intracking(由外而内跟踪))。也可以使用在混合现实或者增强现实(augmentedreality，ar)眼镜(例如mshololens)中使用的相应的跟踪硬件(inside-outtracking(由内而外跟踪))。也可以使用这两种方法的组合，以提高鲁棒性。此外，也可以使用用于检测位置的其它可能性，或者可以根据已经存在的数据来获取位置。

例如将检测到的位置和数据传送至成像设备的控制单元。由此，控制单元知道或者可以确定图像系统和患者相对于彼此的当前的相对位置。根据本发明，然后，根据x射线射束的当前的走向和患者包络，来确定x射线射束与患者、特别是根据患者的位置信息确定的患者包络之间的当前的相交体积和/或当前的拍摄区域。现在，在显示单元(例如2d屏幕或者优选以立体的形式在ar眼镜)上，显示虚拟显示元素，虚拟显示元素示出当前的相交体积和/或当前的拍摄区域。这例如也可以与真实的患者叠加。在此，例如在规划的2d拍摄的情况下，该显示元素是患者体积与x射线射束的准直的直接射束走向之间的交集。根据本发明的一个设计方案，在此，操作人员可以借助至少一个操作元件和/或输入单元来操纵虚拟显示元素。现在，使用者可以例如利用适当的gui(graphicuserinterface，图形用户接口)、操作元件(例如图形手柄(anfasser)、滑块等)和已知的输入设备(例如鼠标和键盘、触摸屏等)，在显示单元、例如2d屏幕上操纵该显示元素。根据本发明的一个设计方案，虚拟显示元素被构造为可移动和/或在大小、位置和朝向方面可改变。如果使用ar眼镜来进行显示，则例如也可以通过姿势控制，通过使用者直接在患者上操纵叠加的全息体积，对拍摄区域进行操纵。除了姿势控制之外，也可以将常见的眼镜的位置传感器、加速度传感器和磁场传感器纳入到交互中，以便例如通过头部移动来影响系统的对准。

根据本发明，在系统侧，通过操纵虚拟显示元素，来获取目标相交体积和/或目标拍摄区域。然后，由此，以如下方式来确定拍摄系统和/或成像设备和/或准直器的设置的目标位置，即，在占据目标位置时，目标相交体积和/或目标拍摄区域变为当前的相交体积和/或当前的拍摄区域。

为此，控制单元例如可以在确认目标相交体积和/或目标拍摄区域时，推导出针对不同的设备轴的移动指令(例如c形臂相对于患者的位置、轨道/角角度、垂直轴的高度)和/或准直器的设置。例如也可以将碰撞传感器参数纳入设备移动的计算中，以便自动确定并且在必要时动态地调整设备定位的最佳移动过程。

代替2d拍摄，也可以设置3d扫描。为此，例如代替直接射束和患者体积的交集，将利用成像设备在技术上可能的3d重建体积(例如立方体)，例如以原始大小，叠加在患者或者患者包络上。然后，使用者可以如所描述的那样操纵该体积的位置。

根据本发明的用于关于患者的可选择的拍摄区域对成像设备的拍摄系统进行位置规划的另一种方法包括以下步骤：检测或者获取拍摄系统和/或成像设备的当前的位置信息和/或成像设备的准直器的设置信息；检测或者获取患者的当前的位置信息；确定拍摄系统在其当前的位置期间能够拍摄的当前的3d重建体积；根据当前的3d重建体积和患者包络，来确定当前的拍摄体积；作为虚拟显示元素，来显示当前的拍摄体积；通过操纵虚拟显示元素，来获取目标拍摄体积；以及以如下方式来确定拍摄系统和/或成像设备和/或准直器的设置的目标位置，即，在占据目标位置时，目标拍摄体积变为当前的拍摄体积。

适宜地，将拍摄系统和/或成像设备和/或准直器的设置移动到目标位置。

根据本发明的一个设计方案，拍摄系统由c形臂形成，和/或成像设备由移动c形臂设备形成。移动c形臂设备具有如下的c形臂，这些c形臂固定在设备车上，并且可以以各种方式进行调节，例如可以旋转并且可以平移。此外，设备车可以自动或者手动地自由移动。固定安装的c形臂设备同样具有可调节的c形臂。因此，c形臂例如可以布置在关节臂机器人上，并且可以在任意空间方向上进行调节。

根据本发明的另一个设计方案，特别是在相应的显示单元上，共同显示当前的相交体积或者当前的拍摄区域或者当前的拍摄体积和当前的患者包络。以有利的方式，显示单元由监视器或者智能设备或者虚拟或增强现实显示单元、特别是增强现实眼镜形成。

根据本发明的另一个设计方案，定期或者连续地更新拍摄系统和/或成像设备的当前的位置信息和/或成像设备的准直器的设置信息和/或患者的当前的位置信息。以这种方式，可以确保所述方法的可靠的功能性。

根据本发明的另一个设计方案，获取一系列多个目标相交体积或者目标拍摄区域或者目标拍摄体积，并且确定并占据相应的目标位置。然后，可以在每个目标位置，执行相应的拍摄。当目标相交体积和/或目标拍摄区域超过利用一次拍摄可成像的(最终由于图像拍摄器的大小而有限的)尺寸时，这种一系列的拍摄(全景)是有意义的。在此，控制单元可以规划一系列拍摄，和/或与其在时间上需要的序列对应地计算运动矢量。

如果典型的单次扫描(例如c形臂的情况下的轨道扫描(orbitalscan))的正常的重建体积在大小方面不够，则理论上这里也可以计算一种3d全景，根据这种3d全景，可以在由于技术产生的这种方法的局限性的范围内，针对成像系统，推导出所需要的轨道曲线和运动模式。

根据本发明的另一个设计方案，在显示单元上执行先前拍摄的患者的记录的位置正确的逐渐出现(einblendung)。在这种情境下，为了更好地进行定向，例如可以对手术前创建的2d拍摄或者3d扫描(例如ct或者mrt)进行位置校正，和/或以原始大小，将其叠加在患者上。当例如为了监控的目的而要重新拍摄特定区域，以便例如检查植入物的位置，或者以便对肿瘤进行手术时，这可以是有利的。由此，也使得能够关于自上一次拍摄起的变化，对相关结构的大小进行比较。此外，有利的可以是，医生在手术之前已经在相应的规划系统中标记了相关结构的位置，并且控制单元随后例如在手术中，在已经了解患者位置的情况下，来确定在手术中进行2d拍摄或者3d扫描所需的成像设备(例如：移动c形臂)的拍摄位置。

通过根据本发明的方法，通过在很大程度上消除了现在常见的与成像设备(例如c形臂)的繁琐的放置交互，并且通过以患者或者图像为中心的方案来代替，而简化了临床工作流程。在此，自动确定最佳设备位置。作为辅助装置，例如使用检测体积的照相机系统，必要时使用ar眼镜。所述方法用作针对医学成像设备的用户或者操作人员的直观、清楚并且快速的定位辅助，以便简化工作流程并且改善患者护理。

本发明还包括一种医学成像设备，用于执行根据本发明的方法，医学成像设备具有：拍摄系统，拍摄系统具有x射线检测器和x射线源；准直器，用于准直x射线源能够发出的x射线射束；控制装置，控制装置用于控制方法；计算单元，计算单元用于确定当前的相交体积或者当前的拍摄区域或者当前的拍摄体积；显示单元，显示单元用于作为虚拟显示元素，来显示当前的相交体积或者当前的拍摄区域或者当前的拍摄体积；以及输入单元，输入单元用于操纵显示元素。

根据本发明的一个设计方案，所述设备还包括跟踪系统，用于检测拍摄系统和/或成像设备的当前的位置信息和/或准直器的设置信息，并且检测患者的当前的位置信息。这种跟踪系统例如可以由(外部的)3d照相机或者增强现实眼镜形成。外部的3d跟踪照相机例如也可以使用例如固定在患者和拍摄系统、例如c形臂上的适当的标记结构(outside-intracking)。也可以使用在混合现实或者增强现实(ar)眼镜(例如mshololens)中使用的相应的跟踪硬件(inside-outtracking)。也可以使用这两种方法的组合，来提高鲁棒性。

本发明还包括一种用于示出成像设备的拍摄系统的拍摄区域的方法，所述方法具有以下步骤：检测拍摄系统和/或成像设备的当前的位置信息和/或成像设备的准直器的设置信息；检测患者的当前的位置信息；确定拍摄系统能够发出的x射线射束的当前的走向；根据x射线射束的当前的走向和患者包络，来确定x射线射束与患者、特别是患者包络之间的当前的相交体积和/或当前的拍摄区域，患者包络根据患者的位置信息来确定；以及显示当前的相交体积和/或当前的拍摄区域。

附图说明

下面，根据在附图中示意性地示出的实施例，来详细说明本发明以及根据从属权利要求的特征的其它有利的设计方案，本发明不由此而局限于这些实施例。

图1示出了具有拍摄系统和显示单元的根据本发明的成像设备；

图2示出了根据图1的成像设备的情况下的由患者包络和x射线射束以及虚拟显示元素构成的当前的相交体积的显示；

图3示出了具有叠加的2d记录的放大的根据图2的视图；

图4示出了手动移动根据图2和3的虚拟显示元素的视图；

图5示出了根据本发明的方法的序列；

图6示出了用于3d拍摄的成像设备的情况下的当前的拍摄体积和虚拟显示元素的显示；以及

图7示出了具有叠加的3d记录的放大的根据图3的视图。

具体实施方式

在图1中示出了具有c形臂1的医学成像设备，x射线检测器2和x射线源3固定在c形臂1上。x射线源3可以发出附加地通过准直器(未示出)成形或者可成形的x射线射束4，x射线射束4穿过支承在患者床6上的患者5。例如通过检测系统、例如具有3d跟踪照相机14的跟踪系统，来检测c形臂的位置和/或包络(hülle)以及例如患者包络形式的患者5的位置。拍摄系统(具有x射线源3和x射线检测器2的c形臂1)相对于患者5可调节，例如可旋转并且可平移。例如可以借助保持件将拍摄系统固定在天花板、地板或者设备车上。成像设备由系统控制器13控制，系统控制器13例如根据指令或者自动控制x射线射束的发出和拍摄系统的移动。此外，成像设备还具有计算单元17以及具有显示单元的操作单元、例如具有显示器18的触摸监视器16。可以使用成像设备来执行根据本发明的方法。

在图5中示出了根据本发明的方法的流程。在第一步骤21中，例如由检测系统检测或者获取拍摄系统和/或成像设备的当前的位置信息和/或成像设备的准直器的设置信息。这种检测系统例如可以由具有3d跟踪照相机14的跟踪系统形成。为此，在需要时，可以附加地使用固定在患者和成像系统、例如c形臂上的适当的标记结构(outside-intracking(由外而内跟踪))。也可以使用例如在混合现实或者增强现实(augmentedreality，ar)眼镜(例如mshololens)中使用的相应的跟踪硬件(inside-outtracking(由内而外跟踪))。对此，在图1中示例性地示出了增强现实眼镜15。此外，也可以使用用于检测位置的其它可能性，或者可以根据已经存在的数据(例如先前拍摄的x射线图像)来获取位置。

在第二步骤22中，检测或者获取患者5或者患者5的一部分/器官的当前的位置信息。也可以由跟踪系统来检测这些位置信息。例如可以根据位置信息来确定患者包络或者器官包络。在第三步骤23中，确定拍摄系统可发出的x射线射束的当前的走向。在此，例如使用整个成像设备或者仅拍摄系统的位置信息和/或准直器的信息，来确定x射线射束4的当前的走向。对此，尚不需要发出实际的x射线射束，而是也可以仅使用例如准直器的规划的或者有意的设置。

在第四步骤24中，根据x射线射束的当前的走向和患者/患者包络的位置，来确定x射线射束4与患者5/患者包络之间的当前的相交体积，和/或当前的拍摄区域或者当前的拍摄体积。这例如可以通过将检测到的位置和数据传送至成像设备的控制单元13来进行。由此，控制单元知道或者可以确定图像系统和患者/患者包络/器官包络相对于彼此的当前的相对位置。

在第五步骤25中，例如在触摸监视器16的显示器18上，作为在图2中示出并且在图3中以放大的方式示出的虚拟显示元素8，来显示当前的相交体积7和/或当前的拍摄区域或者当前的拍摄体积。优选将其与当前的患者包络或者当前的患者位置一起显示，以便为用户提供现实的准确表示。除了真实的显示单元、例如监视器、触摸屏或者平板之外，也可以使用虚拟的显示单元。然后，根据当前的相交体积7，以简单的方式得到例如2d拍摄中的拍摄区域。在3d情况下，例如可以借助在技术上或者关于成像设备的位置可能的3d重建体积以及患者5的患者包络，来确定当前可拍摄的拍摄体积。

在第六步骤26中，通过操纵虚拟显示元素，例如根据操作人员在触摸监视器上的用户输入，来获取目标相交体积和/或目标拍摄区域或者目标拍摄体积。如在图4中所示出的，用户/操作人员可以移动虚拟显示元素8，替换地也可以改变位置或者朝向，或者以其它方式操纵虚拟显示元素8。这例如可以通过手动移动虚拟显示元素8来进行，如在图4中借助手所示出的。这也可以通过鼠标点击或者其它用户输入来进行。例如也可以使用姿势控制或者声音控制。如果使用ar眼镜来进行显示，则例如也可以通过姿势控制，通过使用者直接在患者上操纵叠加的全息体积，来对拍摄区域进行操纵。除了姿势控制之外，也可以将常见的眼镜的位置传感器、加速度传感器和磁场传感器纳入交互中，以便例如通过头部移动来影响系统的对准。通过进行操纵，当前的相交体积变为目标相交体积，或者当前的拍摄区域变为目标拍摄区域，或者当前的拍摄体积变为目标拍摄体积。

在第七步骤27中，以如下方式来获取拍摄系统和/或成像设备和/或准直器的设置的目标位置，即，在占据目标位置时，目标相交体积和/或目标拍摄区域变为当前的相交体积和/或当前的拍摄区域。然后，成像设备或者控制单元13和/或计算单元17根据目标相交体积，来计算c形臂和/或还有整个成像设备和/或准直器必须占据哪个位置，以便由目标相交体积形成当前的相交体积。替换地，成像设备或者控制单元13和/或计算单元17根据目标拍摄区域或者目标拍摄体积，来计算c形臂和/或还有整个成像设备和/或准直器必须占据哪个位置，以便由目标拍摄区域形成当前的拍摄区域，或者由目标拍摄体积形成当前的拍摄体积。然后，c形臂和/或成像设备和/或准直器例如可以自动移动到相应的位置和/或设置。为此，例如控制单元可以在确认目标相交体积和/或目标拍摄区域时，推导出针对不同的设备轴的移动指令(例如c形臂相对于患者的位置、轨道/角角度(orbital/angularwinkel)、垂直轴的高度)和/或准直器的设置。碰撞传感器参数例如也可以纳入到设备移动的计算中，以便自动确定并且在必要时动态地调整设备定位的最佳移动过程。

在可选的第八步骤28中，移向拍摄系统和/或成像设备和/或准直器的设置的目标位置。

此外，在图3中，以放大的片段，示出了先前拍摄的患者5的2d记录9逐渐出现在当前的相交体积或者拍摄区域的区域中。对于用户或者操作人员来说，2d记录9例如可以用作朝向或者附加的定位辅助。

成像设备可以是固定安装的c形臂设备，或者例如也可以是移动c形臂设备。

在图6中，针对要规划3d拍摄的情况，示出了当前可拍摄的拍摄体积10。在这种情况下，借助在技术上或者关于成像设备的位置可能的3d重建体积11以及患者5的患者包络，来确定当前可拍摄的拍摄体积10。像在二维情况下那样，也通过检测系统、例如跟踪系统，来跟踪成像设备、即例如c形臂1和患者5。

在图7中，以关于图6的放大的片段，示出了先前例如借助血管造影或者ct拍摄的3d体积图像如何附加地与当前的拍摄体积叠加。

可以一次性确定或者优选也可以定期或者连续地更新拍摄系统和/或成像设备的当前的位置信息和/或成像设备的准直器的设置信息和/或患者的当前的位置信息。以这种方式，可以确保所述方法的可靠的功能性。

也可以获取一系列多个目标相交体积或者目标拍摄区域或者目标拍摄体积，并且确定和占据相应的目标位置。然后，可以在每个目标位置，执行相应的拍摄。当目标相交体积和/或目标拍摄区域超过利用一次拍摄可成像的(最终由于x射线检测器的大小而有限的)尺寸时，这种一系列的拍摄(全景)是有意义的。在此，控制单元可以规划该一系列拍摄，和/或与其在时间上需要的序列来计算运动矢量。

附图标记列表

1c形臂

2x射线检测器

3x射线源

4x射线射束

5患者或者患者包络

6患者床

7相交体积

8虚拟显示元素

92d记录

10拍摄体积

11可能的3d重建体积

123d记录

13系统控制器

143d跟踪照相机

15增强现实眼镜

16监视器触摸屏

17计算单元

18显示器

21第一步骤

22第二步骤

23第三步骤

24第四步骤

25第五步骤

26第六步骤

27第七步骤

28第八步骤