專利名稱：用于在成像程序期間檢測(cè)整體患者運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于在成像程序期間檢測(cè)患者的運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
US-A 2008/0287807A1公開了一種用于乳腺癌篩查的方法。出于腫瘤檢測(cè)的目的， 采用對(duì)經(jīng)致動(dòng)的乳腺的數(shù)字成像，以確定組織表面運(yùn)動(dòng)。在所述組織表面運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上，重建內(nèi)部剛度分布，據(jù)此，高剛度的區(qū)域表明癌癥。根據(jù)US-A 2008/(^87807Α1的方法包括將多個(gè)基準(zhǔn)元件標(biāo)記放置在組織表面上的步驟、致動(dòng)組織表面的步驟、利用數(shù)字相機(jī)的陣列來(lái)對(duì)組織表面進(jìn)行成像的步驟、選擇基準(zhǔn)元件標(biāo)記的運(yùn)動(dòng)不變性質(zhì)的步驟、逐個(gè)圖像跟蹤基準(zhǔn)元件標(biāo)記的步驟以及使用每個(gè)相機(jī)中的所跟蹤的運(yùn)動(dòng)和相機(jī)校準(zhǔn)來(lái)測(cè)量組織表面運(yùn)動(dòng)的步驟。在由例如磁共振成像(MRI)或X射線設(shè)備執(zhí)行的成像程序期間，對(duì)于醫(yī)療專業(yè)人員而言必要的是被提供關(guān)于患者的外表的整體運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確信息。在US-A 2008/0287807A1 中公開的方法典型地布置為用于檢測(cè)患者的外表的局部運(yùn)動(dòng)，而不能夠檢測(cè)患者的外表的整體運(yùn)動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標(biāo)在于提供在開篇段落中限定的那種系統(tǒng)，其能夠在成像程序期間準(zhǔn)確地檢測(cè)患者的外表的整體運(yùn)動(dòng)。由根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)包括相機(jī)，其用于提供患者的外表的部分的一連串相機(jī)圖像；基準(zhǔn)元件，其可安裝在患者的外表的所述部分上，其中，基準(zhǔn)元件在該串相機(jī)圖像中是可檢測(cè)的，其中，基準(zhǔn)元件具有充分大于患者的外表的所述部分的平面內(nèi)剛度的平面內(nèi)剛度，并且其中，基準(zhǔn)元件和患者的外表的所述部分被提供有基本相等的外部平面內(nèi)尺寸；以及圖像處理器，其用于基于該串相機(jī)圖像中所包括的連續(xù)相機(jī)圖像而檢測(cè)基準(zhǔn)元件的位移，并且用于生成指示所述位移的輸出信號(hào)。如將在下文中解釋的，通過(guò)向基準(zhǔn)元件提供與患者的外表的部分的平面內(nèi)剛度相比大的平面內(nèi)剛度，并且通過(guò)向基準(zhǔn)元件和患者的外表的部分提供基本相等的外部平面內(nèi)尺寸，有效地防止患者的外表——即患者皮膚沿著平行于基準(zhǔn)元件的平面的方向相對(duì)于患者的骨架的局部運(yùn)動(dòng)。結(jié)果，假定患者維持固定的位置，則患者的外表限于沿著垂直于基準(zhǔn)的方向運(yùn)動(dòng)，這是整體運(yùn)動(dòng)。所述整體運(yùn)動(dòng)是可經(jīng)由基準(zhǔn)元件觀察的。通過(guò)使基準(zhǔn)元件在一連串相機(jī)圖像中可檢測(cè)，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)有效地增大了檢測(cè)患者的外表的整體運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確度。此外，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)能夠以無(wú)痛且有效的方式檢測(cè)患者的外表的整體運(yùn)動(dòng)。 即，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)有效地規(guī)避了出于準(zhǔn)確地檢測(cè)患者的外表的整體運(yùn)動(dòng)的目的而將基準(zhǔn)元件剛性地附著于患者的骨架，它將是一個(gè)有創(chuàng)程序，其要求患者的額外的準(zhǔn)備，從而使其耗時(shí)且昂貴。而且，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)有效地規(guī)避了顯著大量的相對(duì)小的基準(zhǔn)元件附著于患者的外表的應(yīng)用，據(jù)此，通過(guò)忽略所述相對(duì)小的基準(zhǔn)的相互位移而補(bǔ)償局部運(yùn)動(dòng)，它是一個(gè)易于不準(zhǔn)確的相當(dāng)困難的程序。即，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)預(yù)先防止局部運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)生，而不是后來(lái)使局部運(yùn)動(dòng)平衡?；鶞?zhǔn)元件典型地由膠粘劑和安裝在膠粘劑上的額外層制造。額外層優(yōu)選為金屬， 并且更優(yōu)選為鋁。在本文中，一連串相機(jī)圖像意指至少兩個(gè)相機(jī)圖像，但通常是多個(gè)相機(jī)圖像。在本文中強(qiáng)調(diào)，相機(jī)未必意指光學(xué)相機(jī)；該相機(jī)響應(yīng)于可能處于可見(jiàn)光譜、紅外光譜或紫外光譜中的波長(zhǎng)。在本文中，外部平面內(nèi)尺寸被認(rèn)為是限定所述平面的輪廓的尺寸。在本文中，剛度被限定為可變形體對(duì)通過(guò)所施加的力或所施加的轉(zhuǎn)矩的變形的阻力。平面內(nèi)剛度意指沿著平面內(nèi)所包括的任何虛軸的剛度，因此，平面內(nèi)剛度不包括沿著具有垂直于該平面的分量的任何其他虛軸的剛度。在本文中，如果基準(zhǔn)元件的平面內(nèi)剛度與患者的外表的所述部分的平面內(nèi)剛度的比超過(guò)10比1，則基準(zhǔn)元件的平面內(nèi)剛度被認(rèn)為充分大于與患者的外表的所述部分相關(guān)聯(lián)的平面內(nèi)剛度。優(yōu)選地，前述的比超過(guò)50比1，并且更優(yōu)選地，所述比超過(guò)100比1。即，通過(guò)增大所述比，將進(jìn)一步減小患者的外表沿著平行于基準(zhǔn)元件的平面的方向的局部運(yùn)動(dòng)。因此，將額外增大確定患者的外表的整體運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確度。要強(qiáng)調(diào)的是，無(wú)限地增大所述比不是可行的選擇。即，這將導(dǎo)致基準(zhǔn)元件具有與患者的外表相比如此大的平面內(nèi)剛度，從而使得基準(zhǔn)元件幾乎不可安裝于患者的外表上。在本文中，將基準(zhǔn)元件安裝在患者的外表上意指將所述基準(zhǔn)元件放置在患者的外表上并隨后將所述基準(zhǔn)元件緊固于患者的外表。此外要注意，與處于檢查中的患者的外表的部分相關(guān)聯(lián)的平面內(nèi)剛度主要由其楊氏彈性模量確定，該模量取決于眼前的患者、患者的外表的部分所位于的身體部分、患者的性別以及諸如溫度和相對(duì)濕度的參數(shù)。要注意，在例如D. L. Bader 禾口 P.Bowker 白勺“Mechanical characteristics of skin and underlying tissues in vivo”，Biomaterials，4 =305-308,1983中，針對(duì)人的外表提出了楊氏模量的范圍。例如，在壓痕的情況下，男性患者的外表在前臂處的楊氏模量總計(jì)1.51*10_3[MPa]。采用同樣的負(fù)載方式，女性患者的外表在前臂處的楊氏模量被確定為總計(jì)1.09*10_3[MPa]。在本文中，如果基準(zhǔn)元件的外部平面內(nèi)尺寸至少超過(guò)Icm乘以1cm，則基準(zhǔn)元件的平面內(nèi)尺寸無(wú)論如何都被認(rèn)為基本等于患者的外表的所述部分的平面內(nèi)尺寸。優(yōu)選地，基準(zhǔn)元件的外部平面內(nèi)尺寸超過(guò)5cm乘以5cm，并且更優(yōu)選地，基準(zhǔn)元件的外部平面內(nèi)尺寸超過(guò)IOcm乘以10cm，假定基準(zhǔn)元件的外部平面內(nèi)尺寸仍然基本等于患者的外表的所述部分的另外的外部平面內(nèi)尺寸。在本文中，如果基準(zhǔn)元件的外部平面內(nèi)尺寸達(dá)到患者的外表的部分的另外的外部平面內(nèi)尺寸的75%至高達(dá)并包括125%，則基準(zhǔn)元件的外部平面內(nèi)尺寸被認(rèn)為基本等于所述另外的外部平面內(nèi)尺寸。通過(guò)增大基準(zhǔn)元件的平面內(nèi)尺寸，將進(jìn)一步減小患者的外表沿著平行于基準(zhǔn)元件的平面的方向的局部運(yùn)動(dòng)。因此，額外增大確定患者的外表的整體運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確度。此外，增大基準(zhǔn)元件的平面內(nèi)尺寸將改進(jìn)相機(jī)圖像中的所述基準(zhǔn)元件的可見(jiàn)性。在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例中，基準(zhǔn)元件具有充分大于患者的外表的部分的屈曲剛度的屈曲剛度。在本文中，屈曲被解釋為壓縮機(jī)械應(yīng)力下的變形模式，該變形模式的特性在于展示出沿著與施加壓縮機(jī)械應(yīng)力的方向不同的取向的位移。要注意，屈曲的基
5準(zhǔn)元件表現(xiàn)出垂直于基準(zhǔn)元件的平面的變形模式，然而，該變形模式是由患者的外表的局部變形引起的，并因此被基準(zhǔn)元件抑制。在本文中，如果基準(zhǔn)元件的屈曲剛度與患者的外表的所述部分的屈曲剛度的比超過(guò)10比1，則基準(zhǔn)元件的屈曲剛度被認(rèn)為充分大于與患者的外表的所述部分相關(guān)聯(lián)的屈曲剛度。優(yōu)選地，前述的比超過(guò)50比1，并且更優(yōu)選地，所述比超過(guò)100比1。即，通過(guò)增大所述比，將由基準(zhǔn)元件進(jìn)一步減小患者的外表的局部運(yùn)動(dòng)。因此，將額外增大確定患者的外表的整體運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確度。要強(qiáng)調(diào)的是，無(wú)限地增大前述的比不是可行的選擇。即，這將導(dǎo)致基準(zhǔn)元件具有與患者的外表相比如此大的屈曲剛度，從而使得基準(zhǔn)元件幾乎不可安裝于患者的外表上。出于提供充分的屈曲剛度的目的，前述的額外層主要具有在50 μ m至500 μ m的范圍內(nèi)的厚度，這取決于采用來(lái)制造該額外層的材料。在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的又一優(yōu)選實(shí)施例中，該系統(tǒng)包括多個(gè)基準(zhǔn)元件，其中，所述基準(zhǔn)元件可安置在相互基本不平行的平面上。該實(shí)施例是有利的，因?yàn)槠湓龃罅丝蓹z測(cè)患者的外表的整體運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確度。即，通過(guò)將多個(gè)基準(zhǔn)元件安置在相互基本不平行的平面上， 將獲得關(guān)于患者的外表的整體運(yùn)動(dòng)可以沿其進(jìn)展的多個(gè)方向的信息。在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的又一優(yōu)選實(shí)施例中，該系統(tǒng)包括另外的相機(jī)，用于提供患者的外表的所述部分的一連串另外的相機(jī)圖像，其中，相機(jī)和另外的相機(jī)被相互剛性地被支撐，以便建立相互預(yù)定空間關(guān)系，并且其中，基準(zhǔn)元件在另外的相機(jī)圖像中是可檢測(cè)的。 此外，該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)處理器，用于在一連串相機(jī)圖像和一連串另外的相機(jī)圖像之間的另外的空間相關(guān)性的基礎(chǔ)上將一連串相機(jī)圖像和一連串另外的相機(jī)圖像繪制成一連串合成相機(jī)圖像，該另外的空間相關(guān)性是通過(guò)每個(gè)基準(zhǔn)元件建立的。給定與相機(jī)和另外的相機(jī)相關(guān)聯(lián)的光軸之間的距離，引入了視差。因此，獲得了關(guān)于患者的外表的三維信息。結(jié)果，該實(shí)施例有利地增大檢測(cè)患者的外表的整體運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確度。在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的又一優(yōu)選實(shí)施例中，該系統(tǒng)包括X射線設(shè)備，用于生成患者的內(nèi)部的所述部分的X射線圖像，其中，至少所述相機(jī)由該X射線設(shè)備支撐，以便建立一連串相機(jī)圖像和X射線圖像之間的預(yù)定空間關(guān)系，并且其中，基準(zhǔn)元件在X射線圖像中是可檢測(cè)的。該系統(tǒng)還包括另外的數(shù)據(jù)處理器，用于在由圖像處理器生成的輸出信號(hào)的基礎(chǔ)上并在至少一連串相機(jī)圖像和X射線圖像之間的空間相關(guān)性的基礎(chǔ)上更新X射線圖像，該空間相關(guān)性是通過(guò)基準(zhǔn)元件建立的。優(yōu)選地，假定存在著另外的相機(jī)，則該另外的相機(jī)也由該 X射線設(shè)備支撐。一連串相機(jī)圖像和X射線圖像之間的空間相關(guān)性一即在空間方面的一連串相機(jī)圖像和X射線圖像的相關(guān)是一次(onetime)空間相關(guān)。S卩，由于通過(guò)由X射線設(shè)備支撐相機(jī)而采集相機(jī)和X射線設(shè)備之間的預(yù)定空間關(guān)系，因此通過(guò)在一連串相機(jī)圖像和X 射線圖像這兩者中均可檢測(cè)的基準(zhǔn)而建立的空間相關(guān)性可在此后的無(wú)限時(shí)間跨度中應(yīng)用。 該實(shí)施例具有的優(yōu)點(diǎn)在于，其保證X射線圖像與患者的外表的實(shí)際位置和取向一致并同時(shí)使患者暴露于最小量的潛在有害的X射線。即，通過(guò)使一連串相機(jī)圖像和X射線圖像空間相關(guān)并通過(guò)隨后在由圖像處理器生成的輸出信號(hào)的基礎(chǔ)上與患者的外表的整體運(yùn)動(dòng)一致地更新X射線圖像，X射線圖像能夠確實(shí)是一次X射線圖像。盡管如此，數(shù)據(jù)處理器可以配置為用于將一連串X射線圖像和一連串相機(jī)圖像繪制成一連串合成圖像。在本文中，相機(jī)刷新率不必等于X射線刷新率。在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的又一優(yōu)選實(shí)施例中，數(shù)據(jù)處理器布置為用于在一連串相機(jī)圖像和X射線圖像之間的所述空間相關(guān)性的基礎(chǔ)上將X射線圖像和至少一連串相機(jī)圖像繪制成一連串合成圖像。該實(shí)施例具有的優(yōu)點(diǎn)在于，其使醫(yī)療專業(yè)人員能夠有效地并精確地執(zhí)行基于圖像的醫(yī)療介入程序。即，該實(shí)施例為所述醫(yī)療專業(yè)人員提供同時(shí)包括患者的內(nèi)部和外表這兩者的信息的圖像。優(yōu)選地，數(shù)據(jù)處理器布置為用于將X射線圖像和一連串合成相機(jī)圖像繪制成一連串合成圖像。在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例中，X射線設(shè)備包括可運(yùn)動(dòng)的幾何結(jié)構(gòu)，其中， 至少所述相機(jī)由所述可運(yùn)動(dòng)的幾何結(jié)構(gòu)支撐。該實(shí)施例具有的優(yōu)點(diǎn)在于，許可醫(yī)療專業(yè)人員自由地選擇患者關(guān)于相機(jī)的位置和取向，因?yàn)橄鄼C(jī)的位置或視角能夠調(diào)整，而不取消一連串相機(jī)圖像和X射線圖像之間的預(yù)定空間關(guān)系。該特征對(duì)生成一連串相機(jī)圖像有很大幫助。優(yōu)選地，可運(yùn)動(dòng)的幾何結(jié)構(gòu)由通常存在于如今的X射線設(shè)備中的可運(yùn)動(dòng)的C臂體現(xiàn)。 以該方式，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)有利地能夠以醫(yī)療專業(yè)人員的方便的工作方式無(wú)縫集成。此外，可運(yùn)動(dòng)的C臂具有提供相機(jī)相對(duì)于手術(shù)區(qū)域的完整旋轉(zhuǎn)自由度的優(yōu)點(diǎn)。此外，可運(yùn)動(dòng)的 C臂具有能夠?qū)崿F(xiàn)針對(duì)X射線圖像的三維重建的優(yōu)點(diǎn)。在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的又一優(yōu)選實(shí)施例中，該系統(tǒng)包括用于執(zhí)行醫(yī)療介入程序的儀器，其中，該儀器在一連串相機(jī)圖像和X射線圖像中是可檢測(cè)的。該實(shí)施例有利地使圖像引導(dǎo)的手術(shù)能夠以方便且有效的方式進(jìn)行。即，通過(guò)生成患者和醫(yī)療儀器這兩者的X射線圖像而可推論醫(yī)療儀器的幾何結(jié)構(gòu)。因此，不要求儀器的幾何結(jié)構(gòu)的精心的編程。由于醫(yī)療儀器在一連串相機(jī)圖像中是可檢測(cè)的，因此能夠在X射線圖像和一連串相機(jī)圖像之間的空間相關(guān)性的基礎(chǔ)上在一連串合成圖像中更新關(guān)于儀器的位置和取向的信息。因此，醫(yī)療專業(yè)人員經(jīng)由一連串合成圖像而被提供關(guān)于儀器相對(duì)于患者的內(nèi)部和外表的位置和取向的信息。優(yōu)選地，儀器包括用于提高其在一連串相機(jī)圖像中的可檢測(cè)性并因此提高其在一連串合成圖像中的可檢測(cè)性的脈沖式發(fā)光二極管(LED)。在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的又一優(yōu)選實(shí)施例中，所述相機(jī)布置為用于提供電磁輻射束，以便激發(fā)供應(yīng)至患者的造影劑。結(jié)果，一連串相機(jī)圖像有利地被提供有熒光特性，該熒光特性提供關(guān)于患者的循環(huán)系統(tǒng)的信息。后者信息將優(yōu)選地可在一連串相機(jī)圖像中實(shí)時(shí)得到，因此，醫(yī)療專業(yè)人員被提供用于例如檢測(cè)腫瘤的關(guān)于例如患者的血液循環(huán)和淋巴系統(tǒng)的實(shí)時(shí)信息。造影劑例如包括以小分子形式的染料，該染料在有限量的時(shí)間——典型地幾分鐘內(nèi)保留于患者的血流中。在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的又一優(yōu)選實(shí)施例中，該系統(tǒng)包括光照設(shè)備，其布置為用于在一連串相機(jī)圖像和X射線圖像之間的空間相關(guān)性的基礎(chǔ)上將X射線圖像中所包括的信息投影至患者的外表的所述部分上。該實(shí)施例有利地使醫(yī)療專業(yè)人員能夠更安全且有效地執(zhí)行圖像引導(dǎo)的醫(yī)療介入程序。即，該實(shí)施例通過(guò)在患者的外表提供關(guān)于患者的內(nèi)部的信息而有效地規(guī)避了將一連串合成圖像轉(zhuǎn)換至患者的外表的所述部分的需要。優(yōu)選地，在一連串相機(jī)圖像的基礎(chǔ)上針對(duì)患者的外表的可能的彎曲而補(bǔ)償X射線圖像中所包括的信息的投影。在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的又一優(yōu)選實(shí)施例中，所述光照設(shè)備由所述X射線設(shè)備支撐，以便建立光照設(shè)備和X射線設(shè)備之間的另外的預(yù)定空間關(guān)系。該實(shí)施例具有的優(yōu)點(diǎn)在于，能容易地執(zhí)行X射線圖像中所包括的信息的投影，即，不需要另外的空間相關(guān)。由于相機(jī)也由X射線設(shè)備支撐，因此獲得了相機(jī)和光照設(shè)備之間的確定的空間關(guān)系。由于使相機(jī)圖像與X射線圖像空間相關(guān)，因此不對(duì)光照設(shè)備進(jìn)行另外的校準(zhǔn)而將X射線圖像中所包括的信息投影至患者的外表。在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的又一優(yōu)選實(shí)施例中，所述光照設(shè)備布置為用于輻射滅菌。 出于該目的，光照設(shè)備布置為發(fā)射電磁輻射束，該電磁輻射具有一波長(zhǎng)，在該波長(zhǎng)處電磁輻射可被諸如細(xì)菌和其他致病細(xì)胞的傳染性病原體的DNA吸收。例如，采用大約250[nm]的波長(zhǎng)的UV輻射。該實(shí)施例具有能夠更有效地對(duì)例如手術(shù)臺(tái)的根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的環(huán)境進(jìn)行滅菌的優(yōu)點(diǎn)。即，與基于溶劑的滅菌相比，成功滅菌的機(jī)會(huì)顯著較大。該實(shí)施例的額外優(yōu)點(diǎn)在于快速且容易地執(zhí)行滅菌——即不干擾其他系統(tǒng)的事實(shí)。優(yōu)選地，所述光照設(shè)備附接于假定被包括在X射線設(shè)備中的可運(yùn)動(dòng)的C臂。在該情況下，通過(guò)采用可運(yùn)動(dòng)的C臂幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)——優(yōu)選完全旋轉(zhuǎn)而執(zhí)行滅菌。


圖1示意性地顯示根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的第一實(shí)施例，其包括安裝有相機(jī)的X射線設(shè)備；圖2示意性地顯示由圖1中所顯示的實(shí)施例生成的X射線圖像、一連串相機(jī)圖像以及一連串合成圖像；圖3示意性地顯示被提供多個(gè)基準(zhǔn)元件的患者的頭部，其中，所述基準(zhǔn)元件已被安置在相互基本不平行的平面上；圖4示意性地顯示包括X射線設(shè)備的根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的第二實(shí)施例，相機(jī)和另外的相機(jī)被安裝于該X射線設(shè)備；圖5示意性地顯示由圖4中所顯示的實(shí)施例生成的X射線圖像、一連串相機(jī)圖像、 一連串另外的相機(jī)圖像以及一連串合成圖像。
具體實(shí)施例方式圖1示意性地顯示包括用于提供如在圖2中所顯示的患者的內(nèi)部204的X射線圖像202的X射線設(shè)備104的系統(tǒng)102。參見(jiàn)圖1，X射線設(shè)備104具有由輪108支撐的基本框架106、可運(yùn)動(dòng)的C臂110以及用于支撐患者114的手術(shù)臺(tái)112，該患者114在該特定示例中是人類。在操作條件下，如在圖2中所描繪的，基準(zhǔn)元件116安裝在患者的外表206 上?？蛇\(yùn)動(dòng)的C臂110可關(guān)于具有與手術(shù)臺(tái)112的主取向相對(duì)應(yīng)的方向的軸118并且關(guān)于垂直于軸118且垂直于手術(shù)臺(tái)112的軸120旋轉(zhuǎn)。X射線源122和X射線探測(cè)器安裝在C 臂110上，使得X射線源和X射線探測(cè)器相對(duì)于軸118彼此相對(duì)，其中X射線探測(cè)器IM優(yōu)選為矩形平板探測(cè)器。如在圖2中所顯示的，用于提供患者的外表206的一連串相機(jī)圖像 208的相機(jī)1 安裝在X射線源122旁邊的C臂110上。以該方式，建立X射線圖像202和一連串相機(jī)圖像208之間的預(yù)定空間關(guān)系。在該特定示例中，相機(jī)1 對(duì)具有可見(jiàn)光譜中的波長(zhǎng)的電磁輻射敏感。圖像處理器1 基于連續(xù)相機(jī)圖像而生成指示基準(zhǔn)元件116的運(yùn)動(dòng)的輸出信號(hào)。參考圖2，基準(zhǔn)元件116安置在患者的外表206上，在患者的外表206的部分210 處，以便進(jìn)行至少可由相機(jī)126感知的患者的外表206的整體運(yùn)動(dòng)?；鶞?zhǔn)元件116在X射線圖像202和一連串相機(jī)圖像208這兩者中是可檢測(cè)的。在該示例中，X射線圖像202還顯示存在于患者114的內(nèi)部204中的腫瘤212。一連串相機(jī)圖像208另外顯示患者114的身體輪廓214。通過(guò)將X射線圖像202中的基準(zhǔn)元件116與一連串相機(jī)圖像208中的所述基準(zhǔn)元件116空間相關(guān)，X射線圖像202和一連串相機(jī)圖像208能夠空間相關(guān)。參考圖1，在操作期間，另外的數(shù)據(jù)處理器130基于由基準(zhǔn)元件116提供的空間相關(guān)將X射線圖像202和一連串相機(jī)圖像208繪制成一連串合成圖像216。基于由圖像處理器128生成的輸出信號(hào)129，關(guān)于基準(zhǔn)元件116的整體運(yùn)動(dòng)而更新X射線圖像202，并因此更新一連串合成圖像216。一連串合成圖像216在幾何結(jié)構(gòu)重疊的意義上顯示患者的內(nèi)部 204和患者的外表206，并且此外顯示基準(zhǔn)元件116、患者的外表206的部分210、腫瘤212 以及患者的身體輪廓214。相機(jī)1 配置為用于提供電磁輻射束，從而激發(fā)供應(yīng)至患者114的造影劑，以便提供一連串相機(jī)圖像204，并且因此提供具有熒光特性的一連串合成圖像216。如在圖1中所描繪的，監(jiān)視器132對(duì)醫(yī)療專業(yè)人員(未示出)顯示一連串合成圖像216。系統(tǒng)102還包括光照設(shè)備134，該光照設(shè)備134安裝在C臂110上，在X射線源122的旁邊并因此在相機(jī) 126的旁邊，以便建立X射線源104和光照設(shè)備1 之間的空間關(guān)系。光照設(shè)備134配置為用于將例如腫瘤214的包括在X射線圖像202中的信息投影至患者的外表206上。光照設(shè)備134進(jìn)一步布置為用于經(jīng)由發(fā)射具有一波長(zhǎng)的電磁輻射束而對(duì)例如手術(shù)臺(tái)112及其環(huán)境進(jìn)行輻射滅菌，其中在該波長(zhǎng)處電磁輻射可被傳染性病原體的DNA吸收。在該特定示例中， 采用大約250[nm]的波長(zhǎng)。優(yōu)選地通過(guò)進(jìn)行利用可旋轉(zhuǎn)C臂110的全旋轉(zhuǎn)而在系統(tǒng)102執(zhí)行的介入程序之間執(zhí)行手術(shù)臺(tái)112的滅菌。圖3示意性地描繪患者的頭部302。多個(gè)基準(zhǔn)元件304和306安置在患者的外表的互不平行的平面上。即，基準(zhǔn)元件304安裝在患者的前額上，更具體地說(shuō)，在患者的外表的部分308，而基準(zhǔn)元件306安裝在患者的頭部的側(cè)面上，更具體地說(shuō)，在患者的外表的另外的部分310。在其他情況下，可以安置一個(gè)基準(zhǔn)元件或多于兩個(gè)基準(zhǔn)元件。基準(zhǔn)元件304 和患者的外表的部分308被提供有基本相等的外部平面內(nèi)尺寸。即，基準(zhǔn)元件304的寬度 W1幾乎等于患者的外表的部分308的寬度w2。而且，基準(zhǔn)元件304的高度Ill幾乎等于患者的外表的部分308的高度Iv同樣地，基準(zhǔn)元件306和患者的外表的部分310被提供有基本相等的外部平面內(nèi)尺寸。在該特定示例中，基準(zhǔn)元件304和306被提供有具有100 μ m厚度的額外層。圖4示意性地顯示包括用于提供如在圖5中所顯示的患者的內(nèi)部504的X射線圖像502的X射線設(shè)備404的系統(tǒng)402。參見(jiàn)圖4，X射線設(shè)備404具有由輪408支撐的基本框架406、可運(yùn)動(dòng)的C臂410以及用于支撐患者414的手術(shù)臺(tái)412。在該特定示例中，患者 414是人類。在操作條件下，如在圖5中所描繪的，基準(zhǔn)元件416安裝在患者的外表506上。 參考圖4，C臂410可關(guān)于具有與手術(shù)臺(tái)412的主取向相對(duì)應(yīng)的方向的軸418并且關(guān)于垂直于軸418且垂直于手術(shù)臺(tái)412的軸420旋轉(zhuǎn)。X射線源422和X射線探測(cè)器似4安裝在C 臂410上，使得X射線源和X射線探測(cè)器相對(duì)于軸418彼此相對(duì)，其中X射線探測(cè)器4M優(yōu)選為矩形平板探測(cè)器。如在圖5中所描繪的，用于提供患者的外表506的一連串相機(jī)圖像 508——即一連串第一相機(jī)圖像的相機(jī)426——即第一相機(jī)安裝在X射線源422旁邊的C臂 410上。如在圖5中所顯示的，用于提供患者的外表506的一連串另外的相機(jī)圖像510—— 即一連串第二相機(jī)圖像的另外的相機(jī)428——即第二相機(jī)額外地安裝在X射線源422旁邊的C臂410上。以該方式，建立X射線圖像502與一連串第一相機(jī)圖像508和一連串第二相
9機(jī)圖像510這兩者之間的預(yù)定空間關(guān)系。除此之外，建立一連串第一相機(jī)圖像508和一連串第二相機(jī)圖像510之間的相互預(yù)定空間關(guān)系。第一相機(jī)似6響應(yīng)于具有第一范圍的波長(zhǎng)的電磁輻射，而第二相機(jī)4 響應(yīng)于具有第二范圍的波長(zhǎng)的電磁輻射。在該特定示例中，第一和第二范圍的波長(zhǎng)這兩者均處于電磁光譜的可見(jiàn)部分中。第一相機(jī)4 和第二相機(jī)4 安裝在C臂410上的不同的位置處。從而，將視差引入與第一和第二相機(jī)似6和4 相關(guān)聯(lián)的光軸之間。參考圖5，基準(zhǔn)元件416安置在患者的外表506上，在患者的外表506的部分512 處，以便進(jìn)行可由第一相機(jī)4 和第二相機(jī)4 感知的患者的外表506的整體運(yùn)動(dòng)?；鶞?zhǔn)元件416在X射線圖像502、一連串第一相機(jī)圖像508以及一連串第二相機(jī)圖像510中是可檢測(cè)的。通過(guò)將X射線圖像502中的基準(zhǔn)元件416與一連串第一相機(jī)圖像508和一連串第二相機(jī)圖像510中的所述基準(zhǔn)元件416空間相關(guān)，X射線圖像202、一連串第一相機(jī)圖像 508以及一連串第二相機(jī)圖像510能夠空間相關(guān)。在該特定示例中，X射線圖像502顯示患者的內(nèi)部504、患者的外表506的部分512、患者的外表506的輪廓514、腫瘤516或存在于患者414的內(nèi)部504中的另外的醫(yī)療缺陷以及醫(yī)療儀器518，該醫(yī)療儀器518在該特定示例中部分地存在于患者的內(nèi)部504中。出于顯示輪廓514的目的，由X射線源422提供至患者414的X射線輻射的量必須足夠大，即，X射線輻射的量能夠?qū)崿F(xiàn)X射線圖像502中患者的軟組織的可探測(cè)性。一連串第一相機(jī)圖像508和一連串第二相機(jī)圖像510這兩者顯示患者的外表506、患者的外表506的部分512、患者的外表506的輪廓514以及醫(yī)療儀器518 不存在于患者的內(nèi)部504的部分520。參考圖4，數(shù)據(jù)處理器430將一連串第一相機(jī)圖像508和一連串第二相機(jī)圖像510 繪制成一連串合成相機(jī)圖像(未示出)?；诘谝缓偷诙鄼C(jī)4 和4 的光軸之間的視差，一連串合成相機(jī)圖像能夠顯示三維特性。圖像處理器432基于一連串合成相機(jī)圖像中所包括的連續(xù)圖像而生成指示基準(zhǔn)元件416的運(yùn)動(dòng)的輸出信號(hào)433。另外的數(shù)據(jù)處理器434 基于由基準(zhǔn)元件416提供的空間相關(guān)而將X射線圖像502和一連串合成相機(jī)圖像繪制成一連串合成圖像522。監(jiān)視器436對(duì)醫(yī)療專業(yè)人員顯示一連串合成圖像522。參考圖5，一連串合成圖像522在幾何結(jié)構(gòu)重疊的意義上顯示患者的內(nèi)部504和患者的外表506，并且此外顯示患者的外表506的部分512、患者的外表506的輪廓514、腫瘤 516以及醫(yī)療儀器518?；谟蓤D像處理器432生成的輸出信號(hào)433，關(guān)于基準(zhǔn)元件416的整體運(yùn)動(dòng)而更新X射線圖像502，并因此更新一連串合成圖像522。雖然在附圖中和前面的描述中詳細(xì)地圖示說(shuō)明并描述了本發(fā)明，但該圖示說(shuō)明和描述應(yīng)被認(rèn)為是說(shuō)明性或示范性的且非限制性的。要注意，可以通過(guò)應(yīng)用本身已知的過(guò)程和材料來(lái)制造根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)及其所有部件。在權(quán)利要求書和說(shuō)明書中，詞語(yǔ)“包括/包含”不排除其他元件，并且不定冠詞“一”或“一個(gè)”不排除多個(gè)。權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)當(dāng)被解釋為限制其范圍。還要注意，在權(quán)利要求書中限定的特征的所有可能的組合是本發(fā)明的一部分。
權(quán)利要求
1.一種用于在成像程序期間檢測(cè)患者(114、414)的運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)(102、402)，所述系統(tǒng)包括-相機(jī)(126、426)，其用于提供患者的外表(206,506)的部分(210、308、310、512)的一連串相機(jī)圖像(208,508),-基準(zhǔn)元件(116、416)，其可安裝在所述患者的外表的所述部分上，其中，所述基準(zhǔn)元件在所述串相機(jī)圖像中是可檢測(cè)的，其中，所述基準(zhǔn)元件具有充分大于所述患者的外表 (206,506)的所述部分Ο10、512)的平面內(nèi)剛度的平面內(nèi)剛度，并且其中，所述基準(zhǔn)元件和所述患者的外表的所述部分被提供有基本相等的外部平面內(nèi)尺寸，以及-圖像處理器(1觀、432)，其用于基于所述串相機(jī)圖像中所包括的連續(xù)相機(jī)圖像而檢測(cè)所述基準(zhǔn)元件的位移，并且用于生成指示所述位移的輸出信號(hào)(129、433)。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述基準(zhǔn)元件(116、416)具有充分大于所述患者的外表O06、506)的所述部分的屈曲剛度的屈曲剛度。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，包括多個(gè)基準(zhǔn)元件(302、304)，其中，所述基準(zhǔn)元件可安置在相互基本不平行的平面上。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，包括-另外的相機(jī)0觀)，其用于提供所述患者的外表的所述部分Ο10、512)的一連串另外的相機(jī)圖像(510)，其中，所述相機(jī)和所述另外的相機(jī)被相互剛性地支撐，以便建立相互預(yù)定空間關(guān)系，和-數(shù)據(jù)處理器G30)，其用于在所述串相機(jī)圖像和所述串另外的相機(jī)圖像之間的另外的空間相關(guān)性的基礎(chǔ)上將所述串相機(jī)圖像(208、508)和所述串另外的相機(jī)圖像(510)繪制成一連串合成相機(jī)圖像，其中該另外的空間相關(guān)性是通過(guò)每個(gè)基準(zhǔn)元件建立的。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，包括-X射線設(shè)備(104、404)，其用于生成患者的內(nèi)部O04、504)的所述部分Ql0、512)的 X射線圖像002、503)，其中，所述相機(jī)(126、426)由所述X射線設(shè)備支撐，以便建立所述串相機(jī)圖像和所述X射線圖像之間的預(yù)定空間關(guān)系，并且其中，每個(gè)基準(zhǔn)元件(116、416)在所述X射線圖像中是可檢測(cè)的，和-另外的數(shù)據(jù)處理器(130、434)，其用于在由所述圖像處理器(128、43幻生成的所述輸出信號(hào)(129、433)的基礎(chǔ)上并在至少所述串相機(jī)圖像和所述X射線圖像之間的空間相關(guān)性的基礎(chǔ)上更新所述X射線圖像，其中該空間相關(guān)性是通過(guò)每個(gè)基準(zhǔn)元件建立的。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述數(shù)據(jù)處理器(130、434)布置為用于在所述串相機(jī)圖像和所述X射線圖像之間的所述空間相關(guān)性的基礎(chǔ)上將所述X射線圖像(20 和所述串相機(jī)圖像(208)繪制成一連串合成圖像016、522)。
7.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述X射線設(shè)備包括可運(yùn)動(dòng)的幾何結(jié)構(gòu)(110、 410)，并且其中，所述相機(jī)(1 、似6)由所述可運(yùn)動(dòng)的幾何結(jié)構(gòu)支撐。
8.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，包括用于執(zhí)行醫(yī)療介入程序的儀器(518)，其中，所述儀器在所述串相機(jī)圖像和所述X射線圖像中是可檢測(cè)的。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述相機(jī)布置為用于提供電磁輻射束，以便激發(fā)供應(yīng)至所述患者的造影劑。
10.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，包括光照設(shè)備(134)，其布置為用于在所述串相機(jī)圖像和所述X射線圖像之間的所述空間相關(guān)性的基礎(chǔ)上將所述X射線圖像中所包括的信息投影至所述患者的外表的所述部分上。
11.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中，所述光照設(shè)備由所述X射線設(shè)備(104)支撐，以便建立所述光照設(shè)備和所述X射線設(shè)備之間的另外的預(yù)定空間關(guān)系。
12.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中，所述光照設(shè)備(134)布置為用于輻射滅菌。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于在成像程序期間準(zhǔn)確地檢測(cè)患者(114)的運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)(102)。該系統(tǒng)包括用于提供患者的外表(206)的部分的一連串相機(jī)圖像的相機(jī)(126)。該系統(tǒng)(102)還包括基準(zhǔn)元件(116)，該基準(zhǔn)元件(116)可安裝在患者的外表(206)的所述部分上，并且該基準(zhǔn)元件(116)在該串相機(jī)圖像中是可檢測(cè)的；以及圖像處理器(128)，其用于基于至少該串相機(jī)圖像中所包括的連續(xù)相機(jī)圖像而檢測(cè)基準(zhǔn)元件的位移，并且用于生成指示所述位移的輸出信號(hào)(129)。在本文中，基準(zhǔn)元件(116)具有充分大于患者的外表的所述部分的平面內(nèi)剛度的平面內(nèi)剛度。此外，基準(zhǔn)元件(116)和患者的外表的所述部分被提供有基本相等的外部平面內(nèi)尺寸。
文檔編號(hào)A61B6/00GK102421365SQ201080020742
公開日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2010年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月13日
發(fā)明者B·H·W·亨德里克斯, C·善, D·巴比克, F·J·德布魯伊金, K·C·范布雷, M·C·范貝克, P-A·雷德?tīng)柼? R·J·F·霍曼, R·布拉斯彭寧, W·P·李 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司