Компьютерная томография и позиционирование отображаемой области
COMPUTER TOMOGRAPHY AND POSITIONING OF DISPLAYED AREA

Область техники
Настоящее изобретение относится к позиционированию отображаемой области для формирования изображений компьютерной томографии или, другими словами, направлению процесса формирования изображений на требуемую анатомическую область. В частности, настоящее изобретение относится к формированию компьютерного томографического изображения зоны головы человека или животного.
Предпосылки создания изобретения
Формирование изображений медицинской компьютерной томографии (СТ, Computed Tomography) является одним из видов формирования рентгеновских изображений, в котором отображаемая область облучается рентгеновскими лучами с разных направлений, и затем на основе собранных данных реконструируется двумерное или трехмерное изображение. При формировании рентгеновских изображений человека необходимо использовать минимально возможную для выполнения диагностики дозу облучения. По этой причине размер и объем отображаемой области должны быть как можно меньше. Например, для стоматологической конусно-лучевой компьютерной томографии (СВСТ, Cone-Beam Computed Tomography) обычно не формируется изображение всей головы пациента для реконструкции поперечного сечения всей головы, а реконструируется только небольшая часть, например зубная дуга. Требование формирования изображения только определенной области без формирования изображения не требующихся для диагностики областей обуславливает возникновение проблемы позиционирования отображаемой анатомии относительно устройства формирования изображений для отображения только требуемой области.
Для позиционирования отображаемой анатомии используются, например, разные источники света для позиционирования, такие как источники лазерного излучения. Для направления таких источников на требуемую точку анатомии всегда требуется определенное время и, когда весь процесс обычно реализуется на основе "эмпирического предположения" о положении требуемой отображаемой области относительно внешних признаков анатомии, позиционирование даже опытным специалистом может оказаться неточным. В таких случаях возможно потребуется повторное формирование изображения, что увеличивает общую дозу облучения пациента, что является очень нежелательным, и требует затрат дополнительного времени как со стороны пациента, так и со стороны медицинского персонала.
Известно, что для облечения направления процесса формирования изображения можно использовать предварительное рентгеновское изображение анатомии, полученное при малой дозе облучения; по этому изображению можно определить положение требуемой отображаемой области. Однако качество таких предварительных рентгеновских изображений обычно является очень низким, и, с другой стороны, любая, даже очень малая, дополнительная доза облучения в любом случае всегда увеличивает дозу облучения.
Краткое описание изобретения
Целью настоящего изобретения является улучшение позиционирования отображаемой анатомии, особенно головы человека или животного, для формирования изображений компьютерной томографии.
Настоящее изобретение, как определено в независимых пунктах формулы изобретения, реализуется на основе решения, в котором средство отображения информации изображений показывает по меньшей мере первое и второе изображения головы человека или животного, полученные по меньшей мере двумя оптическими камерами по меньшей мере с двух направлений, или первое и второе изображения прямой передачи, а также индикатор позиционирования области совместно с этими изображениями. Индикатор позиционирования области указывает положение области, отображаемой на рассматриваемых двухмерных изображениях; также возможно использование индикатора позиционирования области, который будет использоваться как средство, с помощью которого может быть указана, выбрана или определена отображаемая область анатомии.
Таким образом, возможно практическое применение настоящего изобретения, например, таким образом, что пациента помещают в зоне формирования изображений устройства формирования изображений компьютерной томографии, и по меньшей мере первое и второе отображаемые изображения головы человека или животного, снятые по меньшей мере двумя оптическими камерами по меньшей мере с двух направлений, или первое и второе изображения прямой передачи, отображают, например, на дисплее компьютера или на дисплее, подключенном к средству формирования изображений. На этих изображениях можно указать или выбрать отображаемую область с помощью индикатора позиционирования области, после чего информация о положении рассматриваемой области передается в виде управляющих данных в систему управления устройством формирования изображений компьютерной томографии. Для того чтобы система управления могла определить, какой области системы координат устройства формирования изображений соответствует область, выбранная на изображении, в принимаемом решении также содержится информация о том, как система координат индикатора позиционирования области, показанного на дисплее, размещается относительно положения средства формирования рентгеновских изображений в устройстве формирования изображений компьютерной томографии. Одно решение для получения этой информации заключается в размещении указанных по меньшей мере двух оптических камер как составной части структуры устройства формирования изображений компьютерной томографии таким образом, чтобы было известно их положение относительно средства формирования рентгеновских изображений в устройстве формирования изображений компьютерной томографии. После этого положение индикатора позиционирования области на изображениях, принятых с разных направлений, однозначно определяет положение отображаемой области в системе координат устройства формирования изображений.
Решение в соответствии с настоящим изобретением предлагает новый вид наглядной и удобной для использования возможности указания отображаемой области в требуемой точке анатомии пациента, и является способом, который не увеличивает дозу облучения. При направлении процесса формирования изображений можно использовать один или более дисплеев, на которых отображают по меньшей мере два упомянутых изображения. Дисплей или дисплеи могут размещаться в защищенной от излучения области, и направление процесса формирования изображений также может выполняться из этой области; при этом не нужно ждать, пока технический специалист завершит направление процесса формирования изображений из защищенного от излучения укрытия.
Некоторые предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения представлены в приложенных зависимых пунктах формулы изобретения и более подробно описываются ниже.
Краткое описание чертежей
Далее настоящее изобретение более подробно описывается с учетом предпочтительных вариантов осуществления и прилагаемых чертежей, на которых:
На фиг. 1 показано типовое устройство, используемое для формирования изображений конусно-лучевой компьютерной томографии;
На фиг. 2 и 3 показаны первый и второй примеры модуля приемника информации изображений, пригодные для использования в устройстве, показанном на фиг. 1;
На фиг. 4 показан дисплей, на котором отображаются изображения головы человека, принятые двумя оптическими камерами с двух направлений, изображение зубной арки и индикатор позиционирования области для каждого изображения; и
На фиг. 5 показан один способ в соответствии с настоящим изобретением для позиционирования анатомии для формирования изображений компьютерной томографии.
Подробное описание изобретения
На фиг. 1 показана базовая структура одного устройства, пригодного для использования в компьютерной томографии. Это устройство содержит вертикальную несущую стойку 11, от которой горизонтально отходит кронштейн 12, удерживающий средства фиксации пациента и кронштейн 13, на котором установлен элемент, удерживающий устройство формирования изображений, кронштейн 14. В структуре, показанной на фиг. 1, на кронштейне 14, удерживающем устройство формирования изображений, размещается второй кронштейн 14', обеспечивающий вращение устройства формирования изображений; это решение обеспечивает выполнение разных перемещений устройства формирования изображений. На кронштейне 14, удерживающем устройства формирования изображений, на определенном расстоянии друг от друга размещается источник 15 рентгеновского излучения и приемник 21 информации рентгеновских изображений, которые позиционированы в устройстве относительно средств 17 фиксации пациента таким образом, что в устройстве образуется место 18 формирования изображений, которое находится между источником 15 рентгеновского излучения и приемником 21 информации рентгеновских изображений, таким образом, что луч, сформированный источником 15 рентгеновского излучения, может быть направлен для прохождения через место 18 формирования изображений к приемнику 21 информации рентгеновских изображений. Устройство содержит систему управления; на фиг. 1 показана относящаяся к ней панель 16 управления, установленная на несущей стойке 11, и относящееся к ней устройство 19 выбора рабочего режима. В устройстве, показанном на фиг. 1, приемник 21 информации рентгеновских изображений используется как часть модуля 20 приемника информации изображений, который функционально соединен с компьютером 30, например, по фиксированному или беспроводному соединению, например по кабелю, через Bluetooth или через беспроводную сеть. К компьютеру 30 подключается средство обработки информации изображений и средство отображения информации изображений, то есть дисплей 31 для отображения изображений, сгенерированных компьютером 30.
На фиг. 2 показан один модуль 20 приемника информации изображений, пригодный для использования в устройстве, показанном на фиг. 1. Этот модуль содержит две оптических камеры 22, размещаемых горизонтально на противоположных сторонах приемника 21 информации рентгеновских изображений и направленных на место 18 формирования изображений. Кроме того, в модуле 20 размещаются источники 23 предпочтительно белого света для освещения места 18 формирования изображений и два лазера 24. Эти лазеры размещаются в середине модуля 20 в непосредственной близости от его верхнего и нижнего краев. Лазеры 24 предназначены для формирования и направления на место 18 формирования изображений узкого вертикального веерного луча, который формирует шаблон лазерного излучения на лице пациента, который, хоть непосредственно и не относится к настоящему изобретению, может использоваться для генерации модели поверхности на основе анатомии, отображенной камерами 22.
Может использоваться более двух камер 22. Камеры 22 могут быть реализованы для формирования отдельных фотографий, но в одном из предпочтительных вариантов осуществления они формируют непрерывное изображение прямой передачи (в реальном времени) из места 18 формирования изображений. Модуль описанного выше типа может быть реализован путем использования только части упомянутых выше компонентов. В качестве примера другого модуля, на фиг. 3 показано решение, в котором нет лазеров 24, но в котором есть камеры 22 на каждой верхней части для формирования пары камер на обоих краях модуля 20. Камеры 22 могут быть установлены в любом направлении; может использоваться более двух камер. В одном из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения модуль 20 содержит по меньшей мере две оптических камеры 22, расположенных по горизонтали на определенном расстоянии друг от друга; модуль 20 разработан для устройства компьютерной томографии таким образом, чтобы можно было сделать изображение головы человека или животного с двух разных направлений.
На фиг. 4 показан дисплей 31, на котором отображается первое и второе изображения 40 головы человека, принятые двумя оптическими камерами 22 с двух направлений в одной плоскости, и третье изображение 41, показывающее челюстную кость в направлении, перпендикулярном этим направлениям. Совместно с каждым из этих изображений также отображается индикатор 42 позиционирования области.
Даже в том случае, если позиционирование анатомии может быть реализовано посредством позиционирования пациента в требуемой точке в месте 18 формирования изображений в соответствии с положением индикатора 42 позиционирования области на дисплее относительно изображения, принятого от пациента, совершенно нет необходимости в перемещении пациента в одном из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения; однако индикаторы 42 позиционирования области могут перемещаться на дисплее и на средстве для отображения, особенно в том случае, когда область в пределах рабочего диапазона устройства формирования изображений указывает положение индикатора 42 позиционирования области на дисплее 31.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения на дисплее 31 отображаются упомянутые выше первая и вторая фотографии 40, благодаря этому индикатор 42 позиционирования области отображается на этих фотографиях или на изображениях прямой передачи, представляющих отображаемую анатомию.
Индикатор 42 позиционирования области может быть независимым образом перемещен в требуемую точку на каждой фотографии или на изображении 40 прямой передачи, благодаря этому положение отображаемой области определяется зонами, указанными на этих изображениях индикатором 42 позиционирования области.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения отображение индикатора 42 позиционирования области по меньшей мере на двух фотографиях или на изображении 40 прямой передачи реализовано на основе информации о форме челюстной кости 41 или зубной арки, интегрированной в систему; другими словами, на отображении индикатора 42 позиционирования области на двухмерных фотографиях или на изображениях 40 прямой передачи также содержится информация о глубине, относящаяся к отображаемой анатомии. После этого положение индикатора 42 позиционирования области на каждом изображении или на изображении 40 прямой передачи всегда может быть установлено в соответствии со своим положением относительно челюстной кости. Таким образом, если индикатор 42 позиционирования области будет перемещаться, например, на изображении, принятом со стороны головы от области задних зубов к области передних зубов, то оно переместится соответствующим образом в изображении, принятом с передней стороны, то есть следуя форме челюстной кости, к середине изображения.
Соответствующая синхронизация также может быть реализована в изображении, отображающем челюстную кость 41, в котором индикатор 42 позиционирования области может быть значительно перемещен, следуя форме челюстной кости.
Таким образом, в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения на дисплее 31 отображаются все изображения, показанные на фиг. 4, и когда индикатор 42 позиционирования области перемещается из одного в другое место на любом из этих изображений, то он автоматически перемещается на других изображениях в положение, соответствующее положению области, которая была выбрана на каком-либо изображении. После этого также возможно, что на дисплее 31 не будет отображаться изображение зубной арки 41, а отображение индикатора 42 позиционирования области на первом и втором изображениях 40 будет синхронизироваться таким образом, что положение индикатора 42 позиционирования области всегда будет соответствовать положению на зубной арке.
Также можно указать трехмерное положение отображаемой области изменения размера индикатора 42 позиционирования области. Например, в описанном выше примере индикатор 42 позиционирования области начнет увеличиваться на изображении анатомии, снятом с передней стороны, поскольку он передается из области задних зубов в область передних зубов и поэтому станет ближе к камере, которая приняла упомянутое выше изображение. Здесь размер области анатомии фактически не изменяется, а изменяется размер индикатора 42 позиционирования области на дисплее, когда пациент остается на месте, и индикатор 42 позиционирования области перемещается ближе к устройству просмотра - то есть, ближе к камере, снимающей изображение.
Описанная выше операция синхронизации может быть реализована на основе сохраненной в системе информации о форме челюстной кости или зубной арки и алгоритма, который всегда показывает индикатор 42 позиционирования области на дисплее 31 в определенной позиции сохраненной формы. Предпочтительнее, чтобы в системе сохранялась информация по меньшей мере о двух разных челюстных костях, чтобы каждый раз пользователю устройства была предоставлена возможность выбора формы и/или размера анатомии по умолчанию, в наилучшей степени соответствующих отображаемой анатомии. Также можно использовать информацию о форме определенной отображаемой анатомии, когда такая информация была предоставлена системе для использования.
Необходимо отметить еще раз, что операция, в которой индикатор 42 позиционирования области всегда размещается в предполагаемой области челюстной кости, может быть применена как в контексте варианта осуществления, в котором на дисплее 31 отображаются только изображения анатомии или изображения анатомии прямой передачи, снимаемые с разных направлений, так и в контексте варианта осуществления, в котором также отображается челюстная кость.
На фиг. 4 индикатор 42 позиционирования области показан с разных направлений в виде двухмерного изображения для получения изображения отображаемой области в форме цилиндра; изображение также может быть показано в другой форме. В одном из предпочтительных вариантов осуществления решение, показанное на фиг. 4, в частности допускает реализацию дисплея 31 в виде сенсорного экрана и реализацию изменения положения и размеров индикатора 42 позиционирования области, показанного на дисплее 31, непосредственно на этом дисплее. Это решение обеспечивает наглядный и удобный для использования способ определения требуемой области для изображения. Размеры индикатора 42 позиционирования области также могут быть изменены другим способом - например, определением в цифровой форме из интерфейса пользователя, используемого для определения размещения.
На фиг. 5 представлен способ направления процесса формирования изображений компьютерной томографии на требуемую область отображаемой анатомии. Для реализации этого способа может использоваться, например, система, показанная на фиг. 1, в которой содержится устройство формирования изображений компьютерной томографии, содержащее средство формирования рентгеновских изображений, систему управления устройства формирования изображений компьютерной томографии и средство отображения информации изображений, которое функционально соединено с устройством формирования изображений компьютерной томографии. Устройством формирования изображений компьютерной томографии может быть, например, устройство компьютерной томографии (СТ, Computed Tomography) или устройство формирования изображений конусно-лучевой компьютерной томографии (СВСТ, Cone-Beam Computed Tomography). Средство отображения информации изображений может содержать дисплей 31, например дисплей компьютера, телефона или планшета. В качестве дисплея может использоваться стандартный дисплей или сенсорный экран.
Для способа на шаге 300 анатомия размещается в зоне формирования изображений устройства формирования изображений; например в случае устройства, показанного на фиг. 1 - в средстве 17 фиксации пациента в месте 18 формирования изображений. Средство отображения информации изображений, например дисплей 31, на шаге 302 отображает изображения 40 анатомии, принимаемые по меньшей мере двумя оптическими камерами 22 по меньшей мере с двух разных направлений; и, как было сказано выше, также может отображаться третье изображение 41, отображающее челюстную кость в направлении, перпендикулярном этим направлениям. На шаге 304 средство 31 отображения информации изображений дополнительно отображает индикатор 42 позиционирования области, который указывает положение области для формирования изображений устройством формирования изображений компьютерной томографии в пределах области, отображаемой вышеуказанными камерами 22. Индикатор 42 позиционирования области также может использоваться для указания размера требуемой отображаемой области. На шаге 306 положение требуемой отображаемой области указывается, выбирается или определяется с помощью индикатора 42 позиционирования области, и на шаге 308 управляющая информация передается в систему управления устройства формирования изображений компьютерной томографии для отображения требуемой области анатомии.
Выше уже было сказано, что индикатор 42 позиционирования области можно перемещать непосредственно на дисплее 31; кроме того, индикатор 42 позиционирования области можно перемещать с помощью мыши и/или клавиатуры компьютера. Можно показать индикатор 42 позиционирования области на дисплее с требуемой формой и размерами. В одном из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, как уже было сказано выше, этот индикатор указывается на изображениях или на изображениях прямой передачи в виде прямоугольника, высота и ширина которого соответствуют размерам цилиндрической области, изображение которой было выполнено устройством формирования изображений. В случае применения варианта осуществления настоящего изобретения, в котором также используется третье изображение, показывающее челюстную кость 41, на этом изображении может отображаться круг, показывающий область соответствующего размера - то есть, круг, диаметр которого соответствует диаметру цилиндрической области, изображение которой формируется устройством формирования изображений. Если устройство формирования изображений поддерживает формирование изображений областей разных размеров, то размеры индикатора 42 позиционирования области могут изменяться соответствующим образом.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения устройство компьютерной томографии может использоваться для формирования изображений областей более одного размера, и размеры показанного на дисплее индикатора 42 позиционирования области могут изменяться в диапазоне соответствующих предельных значений. Таким образом, и положение индикатора 42 позиционирования области, и его размер относительно изображений, отображаемых на дисплее, могут изменяться, и информация о положении и размерах определенной области передается в систему управления устройства формирования изображений.
В итоге можно сказать следующее: способ в соответствии с настоящим изобретением может быть описан как способ, в котором используется устройство формирования изображений компьютерной томографии, включающее средство формирования рентгеновских изображений, система управления устройства формирования изображений компьютерной томографии и средство отображения информации изображений, имеющее функциональное соединение с устройством формирования изображений компьютерной томографии, при этом требуемая отображаемая область с изображением головы человека или животного размещается в зоне формирования изображений устройства формирования изображений компьютерной томографии. В этом способе голова человека или животного снимается по меньшей мере двумя оптическими камерами по меньшей мере с двух разных направлений, и по меньшей мере первое и второе изображения, сформированные этими камерами, или первое и второе изображение прямой передачи, сформированные этими камерами, принимаются по меньшей мере с двух разных направлений и отображаются средством отображения информации изображений. Кроме того, совместно с этими первым и вторым изображениями отображается индикатор позиционирования области, который указывает положение области для формирования изображений устройством формирования изображений компьютерной томографии в пределах области, отображаемой этими камерами. С помощью этого индикатора позиционирования области положение требуемой области для формирования изображений устройством формирования изображений компьютерной томографии затем указывается, выбирается или определяется путем позиционирования индикатора позиционирования области в требуемой точке на изображениях, принимаемых камерами.
В одном из вариантов осуществления этого способа индикатор позиционирования области устанавливается во втором изображении всегда в такой точке относительно определенной анатомии области головы, которая соответствует его положению в первом изображении.
В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления первое изображение принимается со стороны лица человека или животного, а второе изображение - по существу с боковой стороны головы; оба этих изображения сняты в направлении по существу одной плоскости, определяемой зубной аркой. В средстве отображения информации изображений, в дополнение к этим изображениям, также отображается третье изображение, указывающее челюстную кость или зубную арку, видимую с направления, перпендикулярного плоскости, определяемой вышеуказанной зубной аркой; на всех изображениях указывается индикатор позиционирования области; положение индикатора позиционирования области всегда указывается на первом и втором изображениях в соответствующем положении в зоне формирования изображений в соответствии с его положением на третьем изображении.
Для этого способа предпочтительнее использовать камеру, формирующую изображения прямой передачи; таким образом, первое и второе изображения, отображаемые на дисплее, являются изображениями прямой передачи головы в зоне формирования изображений.
Указание, выбор или определение положения требуемой отображаемой области может содержать по меньшей мере одно из следующих измерений: i) измерение перемещения анатомии в вышеуказанной зоне формирования изображений; ii) измерение перемещения индикатора позиционирования области, отображаемого средством отображения информации изображений; iii) измерение перемещения средства формирования рентгеновских изображений; размеры индикатора позиционирования области могут быть изменены; в изображениях, принимаемых камерами, индикатор позиционирования области может иметь прямоугольную форму и отображаться совместно с изображением, на котором отображается челюстная кость или зубная арка соответственно в форме круга.
Камеры, используемые в этом способе, могут быть частью системы камер устройства формирования изображений компьютерной томографии; также они могут использоваться для идентификации положения пациента в зоне формирования изображений во время формирования изображений компьютерной томографии. Затем, после изменения положения анатомии, управление перемещением средства формирования рентгеновских изображений устройства формирования изображений для компенсации изменения положения пациента может выполняться во время формирования изображений.
Устройство формирования изображений компьютерной томографии в соответствии с настоящим изобретением может быть описано как устройство, содержащее средство формирования рентгеновских изображений, которое содержит источник рентгеновского излучения и приемник информации рентгеновских изображений, место формирования изображений, систему управления, средства, имеющие функциональное соединение с устройством формирования изображений компьютерной томографии, для обработки информации изображений и средство отображения информации изображений, а также по меньшей мере две камеры, размещенные на определенном расстоянии друг от друга и направленные, или которые могут быть направлены, на вышеуказанное место формирования изображений. Система управления устройства содержит средство отображения информации изображений или изображений прямой передачи, сформированных камерами, а также индикатора позиционирования области совместно с этими изображениями, и средства для указания, выбора или определения положения требуемой отображаемой области путем установки индикатора позиционирования области в требуемую точку на изображениях.
Система управления устройством может содержать средства для регулировки по меньшей мере одного из следующего: положения индикатора позиционирования области на изображениях; одного или нескольких размеров индикатора позиционирования области; положения средства формирования рентгеновских изображений относительно места формирования изображений.
Устройство может использоваться для съемки первого изображения по существу со стороны лица человека или животного, а второе изображение - по существу со стороны головы; оба этих изображения по существу снимают в направлении одной плоскости, определяемой зубной аркой. Кроме того, средство отображения информации изображений может использоваться для отображения третьего изображения, указывающего челюстную кость или зубную арку, видимую в направлении, перпендикулярном плоскости, определяемой вышеуказанной зубной аркой. Индикатор позиционирования области может отображаться на всех этих изображениях; положение индикатора позиционирования области всегда указывается на первом и втором изображениях в точке места формирования изображений, соответствующей его положению на указанном третьем изображении.
Различные функции настоящего изобретения могли быть частично описаны выше с использованием более общих терминов или как часть процесса формирования изображений; очевидно, что функции настоящего изобретения, реализация которых относится к структурам или функциям устройства формирования изображений, например к функциям, реализуемых в соответствии с конфигурацией системы управления, относятся к функциям устройства формирования изображений в соответствии с настоящим изобретением.
Для специалистов в этой области техники очевидно, что при развитии технологий основная идея настоящего изобретения может быть реализована различными способами. Настоящее изобретение и варианты его осуществления не ограничены примерами, приведенными в этом описании, и могут изменяться в рамках формулы изобретения.