X-射線系統(tǒng)及其使用方法
【專利摘要】一種X-射線系統(tǒng)，其包括產(chǎn)生X-射線的X-射線源、接收所述X-射線并產(chǎn)生X-射線圖像的X-射線接收器、患者伴隨件以及連接到所述X-射線源、所述X-射線接收器和所述患者伴隨件的服務(wù)器。所述患者伴隨件緊固于所述X-射線源與所述X-射線接收器之間的患者上，并包括角定向傳感器和距離傳感器。所述角定向傳感器檢測所述患者的角取向并將信號輸出到操作人員，以使所述操作人員將所述患者相對于所述X-射線源和所述X-射線接收器定位，以便消除所述X-射線圖像中的角失真。所述距離傳感器測量所述患者與所述X-射線接收器之間的距離。
【專利說明】X-射線系統(tǒng)及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]相關(guān)申請
[0002]本申請要求2011年8月24日提交的美國臨時專利申請?zhí)?1/526，726 (未決)和2012年I月19日提交的美國臨時專利申請?zhí)?1/588，274 (未決)的所有優(yōu)先權(quán)權(quán)利，所述臨時申請全部通過參考并入本文。
【背景技術(shù)】
[0003]總的來說，本申請及其公開內(nèi)容涉及使用X-射線技術(shù)獲取X-射線圖像、尤其是人體脊椎的圖像的領(lǐng)域。
[0004]各種不同疾病可以追溯到患者脊椎中的變形。為了獲得這樣的疾病的預(yù)后，多年來的標準做法是獲得患者脊椎的圖像，目測檢查這些圖像并回顧患者的醫(yī)療史。通常，脊椎變形可能是先天性病癥的結(jié)果，或者可能由汽車事故、摔倒、身體沖突等期間遭受的嚴重創(chuàng)傷引起。根據(jù)美國醫(yī)學聯(lián)合會(American Medical Association) (AMA)的指導方針,評估者必須在脊椎的常規(guī)評估期間評估脊椎節(jié)段的異常運動。此外，AMA公布了這類評估的定量和范圍的具體流程的指令性數(shù)據(jù)。不幸的是，到目前為止，由于技術(shù)困難和X-射線獲取操作期間的失真，從這樣的圖像進行定量分析的規(guī)程非常少，這一點也被AMA注意到。因此，醫(yī)生不得不依靠軼事證據(jù)和多年經(jīng)驗做出合理準確的預(yù)后或定量。X-射線被用于產(chǎn)生顯示人類解剖學結(jié)構(gòu)例如脊柱組成的圖像，已有一百多年。然而，由于用于這一目的的現(xiàn)有系統(tǒng)在產(chǎn)生準確X-射線以從X-射線圖像產(chǎn)生明白易懂的定量報告方面具有許多缺點，因此它變成了存在大量人為誤差的耗時和充滿錯誤的過程，使得最終結(jié)果即定量報告非常不準確。
[0005]在本發(fā)明人較早的申請(即美國專利申請?zhí)?2/881，411)中，公開了用于捕獲患者脊椎的一部分的X-射線圖像的 X-射線系統(tǒng)，所述圖像包括附著于患者身體的尺寸已知的L形靶。產(chǎn)生具有靶的圖像的X-射線圖像，并使用靶的圖像作為標度指示物進行分析，還討論了用于自動或半自動分析所述X-射線圖像并產(chǎn)生協(xié)助醫(yī)生建立患者的診斷和預(yù)后的定量數(shù)據(jù)的方法。
[0006]盡管在較早申請中描述的系統(tǒng)工作良好并提供了現(xiàn)有技術(shù)狀態(tài)的極大改進，但它仍具有一些缺點。其中之一是它僅僅可特定用于較新的X-射線系統(tǒng)(例如由GE制造的X-射線系統(tǒng))，但不可用于其他較老的系統(tǒng)。另一個缺點是它不能可靠地解決與系統(tǒng)發(fā)生器的量級相關(guān)的誤差和不確定性的相關(guān)問題，導致產(chǎn)生的能量強度的變差，因此使靶不能在產(chǎn)生的圖像中顯現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在一種通用情況下，本發(fā)明涉及一種X-射線系統(tǒng)，其包括產(chǎn)生X-射線的X-射線源、接收所述X-射線并產(chǎn)生X-射線圖像的X-射線接收器、患者伴隨件以及連接到所述X-射線源的服務(wù)器。所述患者伴隨件緊固于所述X-射線源與所述X-射線接收器之間的患者上，并包括角定向傳感器、X-射線輻射傳感器和距離傳感器。所述角定向傳感器檢測所述患者相對于X-射線的方向的角取向(為了發(fā)揮適當?shù)男阅?，這種取向必須接近90° )并將信號輸出到操作人員，以使所述操作人員將所述患者相對于所述X-射線源以正確角度定位，以便消除所述X-射線圖像的X-射線接收器上的角失真。所述距離傳感器測量所述患者與所述X-射線接收器之間的距離，用于放大率調(diào)整的目的。X-射線輻射(或二極管)傳感器被用于定量和記錄人體的累計X-射線劑量，以達到在定量放射學報告中包含的信息編制及X-射線發(fā)生器的劑量監(jiān)測的目的。本發(fā)明人的觀察和基于不同X-射線設(shè)備的大量試驗的進一步結(jié)論是，不僅不同的發(fā)生器輸出不同量的X-射線輻射，而且同一發(fā)生器可以在同一種X-射線操作過程中，根據(jù)各種因素例如X-射線頭的溫度、電負荷、X-射線裝置的壽命等輸出不同的劑量。在紐約市登記的許多X-射線裝置上已經(jīng)觀察到，與進行了幾次相同類型的X-射線后發(fā)射的劑量相比，使用“冷”χ-射線頭時設(shè)備會發(fā)射較少的輻射劑量。這些輸出量變化顯著，并且這一現(xiàn)象引起了顯著的公共健康風險，因為X-射線是侵入性的并且它們的效果是潛伏和積累性的。此外，根據(jù)本發(fā)明人的觀察，同一制造商的同一型號類別中的不同設(shè)備的發(fā)生器，在同一類型的暴露期間可能輸出不同的X-射線輻射劑量。在本發(fā)明中，X-射線輻射/ 二極管傳感器記錄X-射線操作過程中所有的累計劑量，用于保持患者和提供者的安全性的記錄、劑量的進一步分析和控制的目的。
[0008]在另一種通用情況下，本發(fā)明涉及一種獲取X-射線圖像的方法。所述方法包括提供產(chǎn)生X-射線的X-射線源和提供接收所述X-射線并產(chǎn)生X-射線圖像的X-射線接收器。所述方法還包括將患者伴隨件緊固于所述X-射線源與所述X-射線接收器之間的患者，所述患者伴隨件包括角定向傳感器、測量所述X-射線強度的X-射線輻射傳感器或二極管和用于放大率/標度因子調(diào)整的距離傳感器，使用所述角定向傳感器檢測所述患者的角取向，并將信號輸出到操作人員以使所述操作人員將所述患者相對于所述X-射線源和所述X-射線接收器定位，以便消除X-射線圖像中的角失真。所述距離傳感器測量所述患者與所述X-射線接收器之間以及所述X-射線源與所述X-射線接收器之間的距離。知道準確距離后，使用簡單的數(shù)學計算對標度因子進行數(shù)學計算。根據(jù)本發(fā)明，設(shè)置有服務(wù)器并通過微處理器和藍牙連接將其連接到所述X-射線源、所述X-射線接收器和所述患者伴隨件，所述X-射線圖像通過被稱為解析( parsing)的過程從所述X-射線接收器傳送到所述服務(wù)器。
[0009]上面的情況、優(yōu)點和特點僅僅是代表性實施方式。應(yīng)該理解，它們不將被當作對權(quán)利要求書所定義的本發(fā)明的限制。在下面的描述中，結(jié)合附圖以及權(quán)利要求書，本發(fā)明的其他特點和優(yōu)點將變得顯而易見。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]本發(fā)明通過非限制性實例和附圖的圖來說明，在附圖中參考符號表示相應(yīng)部件，在所述附圖中:
[0011]圖1是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的示意圖，其示出了在患者的前側(cè)定位中傳感器的優(yōu)選位置和方位；
[0012]圖2是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的示意圖，其示出了在患者的側(cè)向定位中傳感器的優(yōu)選位置和方位；并且
[0013]圖3是X-射線系統(tǒng)的示意圖?！揪唧w實施方式】
[0014]脊柱由沿著哺乳動物骨架的長度配置和排列的一系列椎骨和互連組織構(gòu)成。在人類中，脊索呈現(xiàn)幾處彎曲并根據(jù)這些彎曲分成4個區(qū)域:頸椎、胸椎、腰椎和腰骶椎。不同區(qū)域(以及有時甚至同一區(qū)域內(nèi))的椎骨具有不同的形狀和尺寸。
[0015]由對脊椎的沿其軸向豎直地或橫向地施加的突然沖擊弓丨起的損傷、先天性缺陷或某些疾病，可以引起椎骨變形或甚至其部分斷裂，造成患者不適或疼痛，并損害其彎曲和移動身體的能力。此外，相鄰椎骨之間的橫向平移(而不是旋轉(zhuǎn))創(chuàng)傷性力可能造成相鄰椎骨的內(nèi)部通道偏移到可以使通過其中的脊髓損傷或甚至切斷的程度，引起患者的重大健康問題，例如失去移動或感覺身體部分的能力。
[0016]正如在通過參考并入本文的本發(fā)明人的專利申請?zhí)?2/881,411中所述，各個椎骨相對于彼此的尺寸和相對位置，可以使用普通X-射線成像來確定。這一信息隨后可用作評估患者狀況的手段。
[0017]更具體來說，從X-射線圖像確定椎骨的形狀和位置。一旦在圖像上識別出每塊椎骨并在裝置內(nèi)進行處理后，使用作為裝置的一部分的自動化軟件對脊椎或其至少一個區(qū)域進行數(shù)學分析，并使用這一分析為患者產(chǎn)生診斷。到目前為止困擾這一分析的問題仍是對于患者來說每塊椎骨的尺寸是特異的，并且由于X-射線束源、患者和X-射線圖像記錄儀(膠片)的相對位置，獲取的圖像發(fā)生放大率和定向失真，結(jié)果，從常規(guī)X-射線圖像難以出于定量目的準確地確定相對于另一塊椎骨的準確形狀、尺寸和位置。顯然，在確定椎骨的形狀、取向和尺寸中的任何誤差，可能造成疾病的錯誤診斷、治療和預(yù)后。
[0018]準確檢測椎骨的形狀、尺寸和位置的另一個問題是，脊椎骨和整個脊椎的真實形狀可能看起來相當不同，并且會隨著大量因素例如年齡、性別、椎骨和脊椎本身中的損傷和病理變化，在不同人之間變化。
[0019]另一個問題是現(xiàn)有系統(tǒng)例如DX Ana`lyzer不解決由放大率和定向造成的失真問題。盡管操作人員預(yù)先選擇X-射線源和膠片距離，但是沒有規(guī)定患者相對于X-射線源和膠片的位置。如果患者站得離X-射線源更近，膠片上的圖像將顯得比實際更大，并且如果患者站得更接近于膠片，圖像將顯得更接近于實際尺寸。此外，如果他不完全站直和/或不面朝與X-射線束的方向準確垂直的方向，X-射線圖像的定向(角光學)失真成為問題，這是因為將椎骨相對于三軸空間重新安放時，3軸椎骨的陰影的2軸幾何形狀變化。由于這些缺點，使用DX Analyzer所用的方法不能獲得準確的測量。
[0020]在通過參考并入本文的相關(guān)的美國專利申請?zhí)?2/881,411中，本發(fā)明人描述了使用數(shù)字羅盤對人相對于X-射線源進行精確定位。在進行了實證性研究后，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，盡管僅僅使用數(shù)字羅盤容易將身體定位成準確地“沿著與軸X-X垂直的軸Y-Y對齊”，但是在相關(guān)應(yīng)用中用于校正放大率失真的鉛板不總是出現(xiàn)在得到的圖像中。后來發(fā)現(xiàn)，鉛板的圖像明顯取決于X-射線機的強度。由于正常使用期間影響發(fā)生器的多種因素，該強度在不同機器間以及在機器本身內(nèi)變化極大。
[0021]為了消除上述問題，根據(jù)優(yōu)選實施方式，本發(fā)明提出了一種用于獲取X-射線的新系統(tǒng)，其可與任何X-射線設(shè)備一起工作。本發(fā)明的系統(tǒng)利用在X-射線圖像獲取操作期間控制3維失真并協(xié)助調(diào)整在獲取X-射線圖像期間留下的任何角失真的傳感器。一旦在X-射線獲取操作期間記錄信息后，將所述信息通過藍牙電子線路板或任何其他適合的無線連接傳送到服務(wù)器系統(tǒng)。
[0022]如圖1和2中所示，所述系統(tǒng)包括X-射線源2，其產(chǎn)生導向患者I的X-射線。X-射線通過患者并被接收器攔截。所述接收器被用于產(chǎn)生原始圖像。盡管在市場上存在許多不同種類的接收器，但在一種實施方式中使用X-射線傳感器陣列3。這樣的陣列可以從GE、Naomi和其他公知來源獲得。
[0023]在優(yōu)選實施方式中，定位傳感器系統(tǒng)包括兩組可無線訪問的傳感器:第一傳感器組和第二傳感器組。圖1和2示出了傳感器的優(yōu)選位置和方位。第一傳感器組優(yōu)選地包括主板裝置6，用于前部觀察的X-射線檢查中測量有效皮膚輸入輻射劑量的前部輻射傳感器模塊4，測量距離S、即從距離傳感器模塊5到X-射線傳感器陣列3的距離的距離傳感器模塊5，和用于側(cè)向觀察的X-射線檢查中測量有效皮膚輸入輻射劑量的側(cè)向輻射傳感器模塊
8。在優(yōu)選實施方式中，距離傳感器模塊5通過電纜連接到前部輻射傳感器模塊4。前部輻射傳感器模塊4進而通過電纜連接到主板裝置6。第一傳感器組和角定向傳感器(包括數(shù)字羅盤)一起連接到患者伴隨件10中?；颊甙殡S件10還優(yōu)選地包括藍牙收發(fā)器，用于如下所述與本地服務(wù)器通訊。
[0024]第二傳感器組優(yōu)選地包括主板裝置(未示出)和測量距離T、即X-射線源2與X-射線傳感器陣列3之間的距離的第二距離傳感器模塊7。主板裝置和第二距離傳感器模塊7優(yōu)選地形成在單一機殼中作為X-射線源伴隨件12。
[0025]所述系統(tǒng)還包括本地服務(wù)器20(如圖3所示)。X-射線源伴隨件12和患者伴隨件10通過常規(guī)的無線通訊通道例如藍牙與本地服務(wù)器通訊。此外，如圖3所示的，由X-射線傳感器陣列3收集的原始圖像也被傳送至本地服務(wù)器。
[0026]優(yōu)選地，患者伴隨件足夠小(小于約I’’χ -’)并且輕量，優(yōu)選地小于100克。如果
需要，上面描述的組件和其他組件可以設(shè)置在兩個或更多盒子中。將伴隨件在最接近于待成像的對應(yīng)身體部位的適當位置處附著于患者。
[0027]在一種實施方式中，使用膠粘劑和附連于患者的伴隨件的紐扣將單ECG電極類型的襯墊附連于患者的皮膚，然后利用紐扣將伴隨件扣接到ECG電極。
[0028]所述系統(tǒng)如下操作。首先，將患者的伴隨件朝向X-射線系統(tǒng)的X-射線管校準，使得伴隨件的方位在第三軸處成0°，能夠校正第三軸以便沒有第三軸的干擾產(chǎn)生純側(cè)向的X-射線視圖。將校準角保存在系統(tǒng)中?；颊呓邮芑颊甙殡S件部件，所述部件隨后利用紐扣附連到ECG電極。然后將患者定位于X-射線源與傳感器陣列之間。
[0029]根據(jù)特定種類X-射線圖像的需要，利用3軸角度傳感器，通過將患者移動到由所述角度傳感器指導的特定位置來調(diào)整患者部位的角定位，以提供純粹的側(cè)向視圖。通過角度傳感器監(jiān)測患者的角定位。所述傳感器為技術(shù)人員提供關(guān)于其位置的指示。在一種實施方式中，所述指示是動態(tài)的(并且是視覺和/或聽覺的)，以協(xié)助技術(shù)人員將患者以預(yù)定的角取向定位。因此，角度可以在三維上定義。
[0030]在患者正確定位后，將X-射線源打開，它開始產(chǎn)生X-射線。它們通過患者和患者的伴隨件接著到達X-射線傳感器陣列。當X-射線被患者伴隨件中的X-射線傳感器探測到后，來自于角度傳感器和超聲傳感器的數(shù)據(jù)被保存，將訊息送往連接到X-射線傳感器陣列的本地服務(wù)器，并檢測X-射線圖像(解析)。[0031]在連接到本地服務(wù)器20的DICOM瀏覽器22中對圖像進行研究。DICOM瀏覽器顯示接收到的X-射線圖像并執(zhí)行所有校正(如在本說明書中所描述)，允許放射科醫(yī)生在圖像上放置適合的標記。一旦放射科醫(yī)生完成圖像標記后，將它們儲存在本地服務(wù)器，將標記的坐標從DICOM瀏覽器送往外部場所進行定量，并產(chǎn)生帶有由X-射線輻射傳感器記錄的特定X-射線強度的報告(優(yōu)選地采取PDF格式)。
[0032]在一種實施方式中，當本地服務(wù)器20接收到X-射線圖像時，對圖像進行處理并做出幾種校正。一種校正是放大率校正，其將X-射線源、患者與X-射線傳感器陣列之間的距離考慮在內(nèi)。為了校正放大率誤差，為獲取X-射線圖像的每種特定情況計算放大率值。放
大率的值M使用公式Ar =A來計算，其中T是由所述第二距離傳感器模塊7測量的X-射

I —Ij
線源與傳感器陣列之間的距離，并且其中S是由距離傳感器模塊5測量的患者與傳感器陣列之間的距離。知道放大率的值,可以一致地調(diào)節(jié)每個圖像。
[0033]另一種校正將X-射線圖像中的各種視覺要素的角度偏離量考慮在內(nèi)。
[0034]最后，X-射線暴露量的校正可能也是必需的。本發(fā)明人的研究結(jié)論是，由同一
X-射線裝置產(chǎn)生的X-射線暴露量的變差取決于X-射線束的溫度。在監(jiān)測X-射線系統(tǒng)的輸出之后，可以通過不斷地監(jiān)測X-射線裝置的性能來避免患者接受不必要的X-射線暴露量。一旦X-射線束的強度不一致，就可以進行正確的機器和圖像調(diào)整，并在報告中提示不一致性。
[0035]在前面的說明書中，本發(fā)明已參考其具`體的示例性實施方式進行了描述。然而，顯然可以在不背離隨后的權(quán)利要求書中提出的本發(fā)明的較廣的精神和范圍的情況下，對其做出各種修改和改變。因此，應(yīng)以說明性的方式而不是限制性的意義看待說明書和附圖。
【權(quán)利要求】
1.一種x-射線系統(tǒng),其包含: 產(chǎn)生X-射線的X-射線源； 接收所述X-射線并產(chǎn)生X-射線圖像的X-射線接收器； 患者伴隨件，其緊固于所述X-射線源與所述X-射線接收器之間的患者，所述患者伴隨件包括檢測所述患者的角取向并將信號輸出到操作人員，以使所述操作人員將所述患者相對于所述X-射線源和所述X-射線接收器定位，以便消除所述X-射線圖像中的角失真的角定向傳感器，所述患者伴隨件還包括測量所述患者與所述X-射線接收器之間的距離的距離傳感器；以及 連接到所述X-射線源、所述X-射線接收器和所述患者伴隨件的服務(wù)器，該服務(wù)器從所述X-射線接收器接收所述X-射線圖像。
2.如權(quán)利要求1所述的X-射線系統(tǒng)，其中所述患者伴隨件還包含X-射線輻射傳感器，該X-射線輻射傳感器測量所述患者接受的X-射線暴露量。
3.如權(quán)利要求1所述的X-射線系統(tǒng)，其還包含緊固到所述X-射線源的X-射線源伴隨件，其中所述X-射線源伴隨件包括測量所述X-射線源與所述X-射線接收器之間的距離的第二距離傳感器。
4.如權(quán)利要求3所述的X-射線系統(tǒng)，其中所述距離傳感器和所述第二距離傳感器的測量值被發(fā)送到所述服務(wù)器，并且所述服務(wù)器通過為每個接收到的X-射線圖像計算實際放大率，調(diào)節(jié)從所 述X-射線接收器接收的所述X-射線圖像的放大率誤差。
5.如權(quán)利要求4所述的X-射線系統(tǒng)，其中所述實際放大率M使用公式M= A來計



1—0算，其中T是由所述第二距離傳感器測量的所述X-射線源與所述X-射線接收器之間的距離，并且其中S是由所述距離傳感器測量的所述患者與所述X-射線接收器之間的距離。
6.如權(quán)利要求5所述的X-射線系統(tǒng)，其中所述服務(wù)器包含顯示所述X-射線圖像的DICOM瀏覽器，所述圖像不含所述角失真并且使用所述實際放大率M進行了放大率失真校正。
7.如權(quán)利要求1所述的X-射線系統(tǒng)，其中所述輸出到操作人員的信號是視覺信號。
8.如權(quán)利要求1所述的X-射線系統(tǒng)，其中所述輸出到操作人員的信號是聽覺信號。
9.一種獲取X-射線圖像的方法，所述方法包括下列步驟: 設(shè)置產(chǎn)生X-射線的X-射線源； 設(shè)置接收所述X-射線并產(chǎn)生X-射線圖像的X-射線接收器； 將患者伴隨件緊固于所述X-射線源與所述X-射線接收器之間的患者，所述患者伴隨件包括角定向傳感器和距離傳感器； 使用所述角定向傳感器檢測所述患者的角取向并將信號輸出到操作人員，以使所述操作人員將所述患者相對于所述X-射線源和所述X-射線接收器定位，以便消除所述X-射線圖像中的角失真； 使用所述距離傳感器測量所述患者與所述X-射線接收器之間的距離； 提供連接到所述X-射線源、所述X-射線接收器和所述患者伴隨件的服務(wù)器；以及 將來自于所述X-射線接收器的所述X-射線圖像傳送到所述服務(wù)器。
10.如權(quán)利要求9所述的獲取X-射線圖像的方法，其還包括使用X-射線輻射傳感器測量所述患者的接受X-射線暴露量，并產(chǎn)生包括所述測量到的X-射線暴露量的報告的步驟。
11.如權(quán)利要求10所述的獲取X-射線圖像的方法，其還包括下列步驟:將X-射線源伴隨件緊固到所述X-射線源，所述X-射線源伴隨件包括第二距離傳感器；以及使用所述第二距離傳感器測量所述X-射線源與所述X-射線接收器之間的距離。
12.如權(quán)利要求11所述的獲取X-射線圖像的方法，其還包括下列步驟:將所述距離傳感器和所述第二距離傳感器的測量值傳送到所述服務(wù)器；以及通過為每個接收到的X-射線圖像計算實際放大率，使用所述服務(wù)器來調(diào)節(jié)從所述X-射線接收器接收的所述X-射線圖像的放大率誤差。
13.如權(quán)利要求12所述的獲取X-射線圖像的方法，其中所述實際放大率M使用公式M來計算，其中T是由所述第二距離傳感器測量的所述X-射線源與所述X-射線接
1.J收器之間的距離，并且其中S是由所述距離傳感器測量的所述患者與所述X-射線接收器之間的距離。
14.如權(quán)利要求13所述的獲取X-射線圖像的方法，其還包括在DICOM瀏覽器上顯示所述X-射線圖像的步驟，所述圖像不含所述角失真并且使用所述實際放大率M進行了放大率失真校正。
15.如權(quán)利要求1所述的獲取X-射線圖像的方法，其中所述輸出到操作人員的信號是視覺信號。
16.如權(quán)利要求1所述的獲取X-射線圖像的方法，其中所述輸出到操作人員的信號是聽覺信號。`
【文檔編號】A61B6/00GK103857339SQ201280040129
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年8月10日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月24日
【發(fā)明者】皮特·烏索夫, 其他發(fā)明人請求不公開姓名 申請人:艾伯特·達維多夫