一种用于CT的自动摆位系统和方法与流程

本发明涉及一种医疗设备，尤其是一种ct系统的辅助装置，具体涉及一种用于ct的自动摆位系统。

背景技术：

计算机断层扫描（以下简称ct）系统是一种可以提供高分辨率人体断面影像的设备，它可以为疾病诊断提供大量准确的通常不易得到的信息，且是用于肺部疾病如肺炎肺癌都有着快速的检测和确认的可靠方法。

目前ct的使用中摆位操作不易控制，主要是因为在扫描前需要操作技师引导患者进入到屏蔽室，指导患者如何躺在扫描床，然后打开激光灯作为参考线，通过手动控制升降和平移扫描床对患者位置进行调整，以确保接下来扫描的部位的起始位置在ct的射线窗范围内，如此才能满足诊断需求，这个过程叫做摆位。在这个引导和摆位过程中，由于时间不易控制，医务人员和病患会产生长时间近距离的接触。而一些感染类疾病及其它病变均有可能存在人传人的情况，尤其是肺部感染疾病，因此医务人员进入屏蔽室内对患者进行摆位过程中，就会存在交叉感染的可能。

技术实现要素：

本发明的发明目的是提供一种用于ct的自动摆位系统，通过实现自动摆位，避免人员进入屏蔽室内进行引导和干预的过程，从而减少不必要的交叉感染；且摆位速度快，同时提高ct系统的工作效率。本发明的另一发明目的是提供一种用于该自动摆位系统的自动摆位方法。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种用于ct的自动化摆位系统，所述ct包括ct主机系统和可运动的ct扫描床，ct扫描床的长轴方向为z轴方向，与ct扫描床所在平面垂直的方向为y轴方向，自动化摆位系统包括：

a.接收阵列，为由多个接收传感器沿z轴方向等距离排列构成的直线阵列；

b.参考阵列，为由多个参考传感器等距离排列构成的直线阵列，所述参考阵列与所述接收阵列平行布置；

c.数据处理模块；

d.至少1个可拆卸的标签传感器；

所述接收阵列分别获取所述参考阵列、所述可拆卸的标签传感器的信息，并将获取的信息传输至所述数据处理模块，所述数据处理模块与所述ct主机系统之间经数据通信接口连接。

上述技术方案中，由数据处理模块通过接收两个阵列获取到的数据进行处理，自动计算出水平运动和垂直运动的参数，并且反馈给ct主机的控制系统，由ct主机控制ct扫描床完成自动摆位。其中，接收阵列安装在扫描床的一侧框架上，用于接收患者身上的可拆卸的标签传感器中的位置信息。参考阵列铺设在扫描床的另一侧框架上，用于标定和参考位置。可拆卸传感器标签，由患者根据标签指导说明或者医务人员指导粘贴至患者对应的部分衣服上或者皮肤上。

优选地，接收阵列和参考阵列分别置于扫描床的框架两侧（优选粘贴在扫描床的床框上），不跟随水平床的运动而变化，确保不会影响到扫描。并且阵列使用的传感器采用相同型号，并且制作在一条长条形的电路板上，确保每个传感器读写器参考值一致。

上述技术方案中，所述接收阵列中的每个接收传感器具有接收身份信息和/或标识自身在z轴方向上的坐标的接收位置信息，并且可以接收并记录各个参考传感器的参考身份信息或参考位置信息，接收并记录标签传感器的身份信息，检测并记录信号量，所述信号量是指对接收传感器和其检测的传感器之间的信号传输强度进行量化处理后获得的信息，用于标示接收传感器与被检测的传感器之间的距离。

位于参考阵列中的每个参考传感器具有参考身份信息和/或标识自身在z轴方向上的坐标的参考位置信息，并能让接收传感器读取该信息，并且可以接收可拆卸的标签传感器的标签身份信息；所述可拆卸的标签传感器具有标签身份信息，并能让接收传感器和参考传感器读取该信息，并检测和记录信号量。

上述技术方案中，所述参考传感器和接收传感器具有大于500mm的远距离传输功能，并且信号强度可被量化。

优选地，所述接收传感器为rfid传感器，所述参考传感器为rfid传感器。

上述技术方案中，所述可拆卸的标签传感器由传感器标签及用于固定传感器标签的可拆卸的柔软装置构成，所述可拆卸的柔软装置选自可粘贴的布料、可粘贴的无纺布、魔术贴、塑料粘贴物或捆绑物。

优选的技术方案，所述接收阵列和所述参考阵列与所述扫描床的床面位于同一平面内。

为实现本发明的另一发明，采用的技术方案是，一种用于ct的自动化摆位方法，采用上述自动化摆位装置实现，包括下列步骤：

(1)对接收阵列中每个接收传感器的位置信息进行记录；

(2)对参考阵列中每个参考传感器的位置信息进行记录；

(3)将可拆卸的标签传感器固定到目标范围；

(4)接收阵列接收到可拆卸的标签传感器的信号量和标签身份信息；参考阵列接收到可拆卸的标签传感器的信号量和身份信息；

(5)接收阵列和参考阵列将获取的信息传输给数据处理模块，数据处理模块对信息进行处理，形成ct系统能够识别的控制信息，传送给ct系统，ct系统控制ct扫描床运动到目标位置，完成摆位。

步骤(3)中，优选地，可用两张标签传感器，做为目标范围的起始位置和结束位置。

进一步的技术方案，所述步骤(1)具体包括：将接收阵列中每个接收传感器沿z轴方向等间隔地布置在ct扫描床上；将接收传感器在z轴方向的坐标作为位置信息标定到每个传感器单元中，或者，每个接收传感器内标定有身份信息，将身份信息和对应的接收传感器在z轴方向的坐标直接存储到数据处理模块中，完成位置信息的标定和记录；

所述步骤(2)具体包括：将参考阵列中每个参考传感器沿z轴方向等间隔地布置在ct扫描床上，与接收阵列平行布置；将参考传感器在在z轴方向的坐标作为参考位置信息标定到每个传感器单元中，或者，每个参考传感器内标定有参考身份信息，将参考身份信息和对应的参考传感器在z轴方向的坐标直接存储到数据处理模块中，完成位置信息的标定和记录。

所述步骤(4)中，接收阵列和参考阵列分别根据接收到的可拆卸标签传感器的信号传输强度确定对应的信号量；所述步骤(5)中，接收阵列将可拆卸标签传感器、以及参考阵列中的多个参考传感器的信号量和身份信息分别传输给数据处理模块，参考阵列将可拆卸标签传感器的信号量和身份信息分别传输给数据处理模块，数据处理模块对这些信息进行处理，确定并记录起始位置和结束位置，并据此获得ct扫描床的目标摆位的水平位置和垂直位置；数据处理模块把计算处理后的目标摆位的水平位置和垂直位置信息传送给ct系统，由ct系统完成对ct扫描床的水平和垂直运动控制，实现自动摆位。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1、本发明通过增加接收阵列和传感器定位标签来快速的识别患者需要扫描的部位信息，并且自动化地完成目标摆位，减少和杜绝了医务人员和患者接触的时间，避免因为传染性疾病产生的传播风险；

2、本发明使用时，患者只需要根据指导在对应位置粘贴两个标签，不需要进行复杂的动作，不需要医生在现场即可完成；

3、本发明自动化程度高，可以完成ct自动摆位，减少人员的接触，加快进度和摆位准确，扫描的操作标准化。

附图说明

图1是本发明实施例中的rfid接收阵列和rfid参考阵列的在扫描床上的安装示意图；

图2是实施例中与ct系统协调工作的状态示意图;

图3是ct系统坐标系示意图；

图4是用于ct的自动摆位系统和方法的扫描工作流程图；

图5是人体中心线示意图，直线f表示人体中心线；

图6是实施例一中接收传感器获取可拆卸标签201信息的示意图；

图7是实施例一中步骤s3竖直方向摆位示意图；

图8是实施例一中，步骤s4水平摆位中一种优选的摆位方法的示意图；

图9是实施例二中，步骤s3中竖直方向摆位中计算h的方法示意图；

图10是实施例三中，用两张可拆卸标签的摆位方法示意图。

其中，101、rfid接收阵列；102、rfid参考阵列；103、数据处理模块；201和202、rfid可拆卸标签；301、ct主机系统；302、ct扫描床。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例一：一种用于ct的自动化摆位系统，本实施例中选用的传感器类型为rfid。

如图1和图2所示，可见rfid接收阵列101和rfid参考阵列102，以及可拆卸rfid起始标签201。

rfid接收阵列101安装在扫描床的一侧框架上，由180个rfid接收传感器组成，并且以10mm的间隔进行铺设，与水平床保持平行。每个rfid接收传感器根据铺设的位置进行标定位置信息，并且写入此rfid接收传感器中，并且进行编号，例如1号rfid接收传感器标定位置信息为0mm，2号标定为10mm，180号标定为1800mm等。

rfid参考阵列102铺设在扫描床的另一侧框架上，由180个rfid参考传感器组成，并且间隔10mm进行铺设，与水平床保持平行。每个rfid参考传感器根据铺设的位置进行标定位置信息，并且写入此rfid参考传感器中，并且进行编号，例如1号rfid参考传感器标定位置信息为0mm，2号标定为10mm，180号标定为1800mm等。

可拆卸rfid标签，记为201。由患者根据标签指导说明或者医务人员指导粘贴至患者对应的部分衣服上或者皮肤上。

本发明在工作时的操作的流程如图4所示。

病患需要做ct扫描时，自动摆位系统的工作流程如下：

s1：在诊断医生初步确定需要扫描的部位并领取rfid标签后，患者根据说明书自行粘贴至身体中心线上，身体中心线如图5所示；或者，ct的操作技师透过ct屏蔽房的铅玻璃观察并语音指导患者粘贴在身体的中心线上。例如平躺时，把rfid粘贴至人体前方，俯卧时rfid标签粘贴至后方；如若错误通过语音提示器指导患者正确操作。并且，提示患者躺在扫描床上，不得乱动；

s2：ct操作技师在ct主机系统上启动扫描时，自动摆位系统启动；

s3：自动摆位系统启动后，接收阵列101、参考阵列102，和可拆卸标签201协同工作，确定竖直运动参数，进行竖直方向的摆位；

s4：接收阵列101中所有接收传感器获取可拆卸标签201的信号量和身份信息，并将其传输给数据处理模块，数据处理模块根据其信号量做出处理，从而完成水平方向的摆位；

s5：当竖直方向和水平方向摆位都完成之后，自动摆位系统的数据处理模块会给ct主机系统反馈完成状态，ct主机系统得到摆位完成的反馈后，操作技师可开始扫描。

具体地，步骤s3中，当自动摆位系统启动后，如图6所示，接收阵列101中的接收传感器r1至r180会接收到可拆卸标签201的信号量和身份信息，并将获取的信号量及其对应的接收传感器的位置信息、和可拆卸标签的身份信息传输给数据处理模块，数据处理模块并对信号量进行比较。接收到信号量最大的传感器记为rn。数据处理模块103根据rn接收到的信号量检测出距离a，请看xoy平面下的图7。随后，rn会接收到sn的信号量，并将信号量传输给数据处理模块103，103从而计算出距离b。

因为可拆卸标签位于患者的中心线上，如图7所示，由勾股定理得：

a²-(b/2)²=h²,

数据处理模块103根据此公式计算可计算出h，即患者平躺时身体的厚度。

而在ct扫描中的竖直方向摆位目的是，使得患者平躺时身体竖直方向的中心在ct的检测中心，即h/2的这个点在ct的检测中心。通常在人体平躺时，竖直方向的中心在腋中线上下3cm处。

ct检测中心的高度、床高是已知的，所以数据处理模块103根据ct中心检测高度、床高、和h最终计算出床垂直运动的参数，传输给ct主机系统，从而完成竖直方向的摆位。

步骤s4的具体如下：

在xoz平面上，如图6，接收阵列101接收到起始标签201的信号量，将所接收到的信号量和所对应的接收传感器的位置信息传输给数据处理模块，数据处理模块对所有接收传感器接收到的信号量进行比较大小，通过比较，得出接收到的信号量强度最大的接收传感器记录为rn，数据处理模块会根据rn的位置计算出水平运动的参数，传输给ct主机系统，从而完成摆位，如图6所示。

步骤s4中优选地方案为，在水平摆位过程中，在xoz平面上，接收阵列101获取到起始标签201的信号量，并将所有信号量和所对应的接收传感器的位置信息传输给数据处理模块，数据处理模块通过比对后，发现获取到最大强度信号量的接收传感器有两个以上或若干个，记录为rx和ry，造成这种现象的主要原因可能是一，起始标签201在z轴的位置正好处理rx和ry在z轴位置的正中间；原因二，不确定因素影响了某个接收传感器接收到的信号量，造成了某个接收传感器的信号量降低，从而造成两个接收传感器接收的信号量相似。

为了避免这种情况，可以进一步采用此实施方案，如图8所示：在水平摆位时，接收阵列101能获取起始标签201的信号量和标签身份信息的同时，参考阵列102也获取起始标签201的信号量和标签身份信息，随后，接收阵列101和参考阵列202都将接收的获取的信号量及其对应的接收传感器或参考传感器的位置信息、和可拆卸标签的身份信息传输给数据处理模块，数据处理模块301比较发现rx和ry相同时，继续对参考阵列201发来的信号量做比较，若sx的信号量大于sy的，则数据处理模块根据sx的位置计算出水平运动的参数。

实施例二：

一种用于ct的自动摆位系统，总体结构与实施例一相同，区别在于，在步骤s1中，患者将可拆卸标签贴至身体中心线上时存在偏差，那么步骤s2结束之后，步骤s3进行竖直方向摆位时，数据处理模块检测到获取到强度最大的信号量的接收传感器rn之后，采用计算h的计算方法不同，如图9所示。

接收阵列101接收到可拆卸标签201的信号量，传输给数据处理模块301，301计算出距离a；参考阵列102接收到可拆卸标签201的信号量并传输给数据处理模块301，数据处理模块301根据其计算出距离c，同时距离b是已知值，且固定不变，根据余弦定理：

cosθ=(a²+b²-c²)/2ab,

又有，(sinθ)²+(cosθ)²=1，

根据以上两公式可计算得出sinθ，从而根据sinθ得出h的值，即被患者平躺时，竖直方向身体的高度。随后数据处理模块103根据ct中心检测高度、床高、和h最终计算出床垂直运动的参数，传输给ct主机系统，从而完成竖直方向的摆位。

步骤s4的水平摆位工作流程和实施例一一致。

实施例三：

一种用于ct的自动摆位系统，总体架构和实施一和实施例二一致。与实施例一和二的区别在于，步骤s1，给患者身上粘贴两张可拆卸标签，即可拆卸起始标签传感器201和可拆卸结束标签传感器202。

在ct扫描中，扫描程序中有一个参数决定了扫描方向，即进床扫和出床扫。进床扫为x射线放射过程中，扫描床向z轴负方向水平运动；出床扫为x射线放射过程中，扫描床向z轴正方形水平运动。

在步骤s2中，操作技师启动扫描程序后，自动摆位系统开始工作，数据处理模块301会接收到ct主机系统中扫描方向的参数，如果数据处理模块检测到扫描方向是进床扫，到步骤s3竖直方向摆位时，接收阵列101接收到可拆卸标签201和202的信号量后传输给数据处理模块，数据处理模块经过对信号量的比较，得出接收传感器rn接收到可拆卸标签201的信号量最大，且，接收传感器rm接收到可拆卸标签202的信号量最大，从而根据rn的位置信息算出水平移动参数n，根据rm的位置信息算出水平移动参数m，通过比较，若n＜m，则以rn接收到的信号量计算出患者身体高度或被测物体高度h，随之计算出竖直运动参数，完成竖直方向的摆位；若n＞m，则以rm接收到的信号量计算竖直运动参数。到步骤s4时，n和m中，数据处理模块通过比较后，以较小者作为最终水平运动参数传输给ct主机系统。

如果在步骤s2中，数据处理模块会检测到是出床扫的参数，到s3步骤中，数据处理模块，根据上述方法得到n和m，若n＜m，则以rm接收到的信号量计算出患者身体高度或被测物体高度h，随之计算出竖直运动参数，完成竖直方向的摆位；若n＞m，则以rn接收到的信号量计算竖直运动参数。到步骤s4时，n和m中，数据处理模块通过比较后，以较大者作为最终水平运动参数传输给ct主机系统。

在上述实施例的基础上，可以进行调整，同样能实现本发明的目的。一些调整方法作为实施例描述如下：

在误差允许的范围内，可以减少rfid读写器的数量，例如，以100mm间隔铺设rfid读写器，或者使用更少的rfid铺设成传感器网络，由此降低系统的成本。

或者，采用其它形式的传感器系统，例如，采用蓝牙，zigbee，uwb等来替代rfid。

所述患者不单指人，也可以是其他的被检测物体。