ТРЕХМЕРНЫЙ РЕНТГЕНОВСКИЙ ПРОСМОТР В РЕЖИМЕ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к трехмерной рентгенографии. В частности, изобретение относится к системе и способу трехмерного рентгеновского просмотра в режиме реального времени. Кроме того, изобретение относится к компьютерной программе, которая реализует этот способ.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известная возможность достижения трехмерного объемного изображения показана на фиг. 1. Система 100 на фиг. 1 содержит С-дугу 2 с источником 3 рентгеновских лучей и детектором 4 рентгеновских лучей, монитор 5 и стол 6. С-дугу 2, т.е. одно фокусное пятно 8 источника 3 рентгеновских лучей вместе с детектором 4 рентгеновских лучей, вращают вблизи интересующего объекта (указанного изогнутыми стрелками) и получают ряд двухмерных изображений под разными углами. Ссылочная позиция 10 обозначает веерный пучок рентгеновских лучей, испускаемых из фокусного пятна 8 на аноде источника 3 рентгеновских лучей и обнаруживаемых посредством детектора 4 рентгеновских лучей. Впоследствии трехмерная реконструкция предоставляет трехмерное объемное изображение. Однако такое трехмерное изображение не может быть обеспечено в режиме реального времени.

US 2010/0040196 A1 раскрывает генератор рентгеновских лучей для достижения эффекта стереоскопического изображения и рентгеновское устройство, использующее генератор рентгеновских лучей в качестве источника рентгеновских лучей. Генератор рентгеновских лучей с трубкой может испускать рентгеновские лучи попеременно из двух положений, пространство между которыми соответствует требованиям для достижения эффекта стереоскопического изображения человека.

Однако трехмерный стереопросмотр может вызвать усталость и головную боль из-за различных обстоятельств, включая неправильную или неестественную перспективу, конфликт вергентности/аккомодации, визуальные артефакты, такие как мерцание или потеря разрешающей способности, и ношение трехмерных очков. Например, дискомфорт может быть обусловлен несоответствием между расстоянием до плоскости (экрана), на которой сфокусированы глаза, и расстоянием до точки, в которой они сходятся.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Стереорентгенографию можно использовать для двух основных целей: просмотра и извлечения информации о положении/направлении. Для извлечения информации (например, отслеживания или совмещения катетера) полезно иметь большое расстояние между двумя рентгеновскими пятнами, которое делает возможной хорошую глубину резкости. Для трехмерного стереопросмотра, который может дать наблюдателя информацию о глубине удобным способом (простота использования), важно обеспечить оптимальную комфортность трехмерного просмотра, чтобы предотвратить усталость.

В качестве задачи изобретения можно рассматривать создание системы и способа трехмерного рентгеновского просмотра в режиме реального времени с повышенной комфортностью просмотра.

Эта задача решается объектом изобретения каждого из независимых пунктов формулы изобретения. Другие варианты осуществления изобретения описаны в соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения.

Основная идея изобретения состоит в том, что расстояние между двумя фокусными пятнами рентгеновских лучей должно соответствовать фактическим условиям трехмерного просмотра для обеспечения правильной трехмерной перспективы для глаз наблюдателя, что ведет к повышенной комфортности просмотра.

Другими словами, перед началом и/или во время трехмерной стереовизуализации в режиме реального времени расстояние между двумя фокусными стереопятнами рентгеновских лучей должно быть скорректировано таким образом, что угол регистрации соответствует углу обзора и таким образом дает правильную трехмерную перспективу для глаз наблюдателя для того, чтобы оптимизировать удобство просмотра и предотвращать усталость.

В общем, система трехмерного рентгеновского просмотра в режиме реального времени в соответствии с аспектом по изобретения содержит источник рентгеновских лучей, детектор рентгеновских лучей, блок обработки, монитор и средство для обнаружения глаз наблюдателя, где источник рентгеновских лучей и детектор рентгеновских лучей расположены на перемещаемой С-дуге. Источник рентгеновских лучей содержит два фокусных пятна, интервал между которыми является регулируемым. Два фокусных пятна можно реализовать посредством двух катодов, которые можно перемещать относительно друг друга или посредством только одного катода с электрическим, магнитным или механическим отклонением излучения на анод.

Блок обработки выполнен с возможностью вычисления интервала между двумя фокусными пятнами на основании расстояния между интересующим объектом и двумя фокусными пятнами, расстояния между монитором и глазами наблюдателя и интервала между двумя глазами и выполнен с возможностью обеспечения команд для регулирования интервала между двумя фокусными пятнами, соответствующего вычисленному интервалу.

Следует отметить, что средство обработки можно реализовать посредством только одного процессора, выполняющего все аспекты по изобретению, или посредством группы или множества процессоров, например системного процессора для управления рентгенографией и обработки данных рентгенограммы, отдельного процессора, который специализируется на вычислении интервала, и еще одного процессора для управления монитором для визуализации результата.

Трехмерную визуализацию можно реализовать на мониторе с автостереоскопическим дисплеем, таким как лентикулярный дисплей или дисплей с барьерным параллаксом, или посредством комбинации монитора и трехмерных очков на основании соответствующих способов, например, используя средства для отделения изображения для правого глаза от изображения для левого глаза посредством затворного способа, цветового кодирования или поляризации. Следует отметить, что термин «трехмерные очки» включает в себя не только комплект очков с наушниками, но также дополнительные элементы, например насадочные элементы, для использования с обычными очками или рентгенозащитными просвинцованными очками или защитными антикровоподтечными очками.

Понятно, что блок обработки соединен как с источником рентгеновских лучей, так и с детектором рентгеновских лучей, а также с монитором. Кроме того, расстояние между источником рентгеновских лучей и интересующим предметом, расположенным между источником рентгеновских лучей и детектором рентгеновских лучей, а также расстояние между двумя линзами трехмерных очков, т.е. приблизительно между центрами линз, или между глазами человека, использующего систему, можно считать как известное. Среднее значение упомянутого последним расстояния, может представлять собой средний интервал между глазами в 6,5 см. Также возможно однократно измерять эти расстояния и вводить соответствующие значения, прежде чем начать использовать систему.

Расстояние между монитором и глазами можно также определять посредством средств для обнаружения положения глаз наблюдателя, т.е., например, положения глаз наблюдателя по отношению к отображаемому трехмерному объекту. Например, можно использовать пригодные для ношения элементы, такие как отслеживаемые очки. Отслеживаемые очки можно реализовать посредством установки на очки отслеживаемых светодиодов или отражателей.

Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения система дополнительно содержит средство для регулирования высоты изображения на мониторе по отношению к высоте глаз наблюдателя. Таким образом, положение высоты трехмерного изображения можно согласовывать с высотой глаз наблюдателя, чтобы избежать отклонения фактического направления наблюдения от оптимального направления наблюдения, которое перпендикулярно к плоскости установленного монитора. Соответственно, оптимальным направлением просмотра является горизонтальное, когда экран монитора расположен вертикально.

Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения система дополнительно содержит средство для автоматического обнаружения положения и ориентации глаз и средство для отслеживания положения и ориентации глаз. Блок обработки может быть дополнительно выполнен с возможностью управления движениями С-дуги таким образом, что ориентация С-дуги соответствует ориентации глаз наблюдателя. В случае использования трехмерных очков средство для обнаружения положения и/или ориентации глаз наблюдателя можно расположить в трехмерных очках таким образом, что расстояние между экраном монитора и глазами является суммой определяемого расстояния между экраном и трехмерными очками и постоянным значением, представляющим расстояние между трехмерными очками и глазами наблюдателя.

Кроме того, система в соответствии с изобретением может дополнительно содержать средства для запуска управления движениями С-дуги, чтобы синхронизировать по времени С-дугу с легкими движениями головы наблюдателя вблизи отображаемого трехмерного объекта, чтобы предоставить еще более естественное трехмерное стереоизображение.

Согласно другому варианту осуществления изобретения блок обработки системы дополнительно выполнен с возможностью регулирования диспаратности, т.е. положения изображения для правого глаза на мониторе относительно изображения для левого глаза, и наоборот. Это позволяет осуществлять отображение интересующего объекта с минимальной диспаратностью и, таким образом, осуществлять просмотр с максимальной резкостью.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предложен способ просмотра трехмерной рентгенограммы в режиме реального времени, причем способ содержит этапы вычисления интервала между двумя фокусными пятнами источника рентгеновских лучей на основании расстояния между интересующим объектом и двумя фокусными пятнами, расстояния между монитором и трехмерными очками, т.е. глазами наблюдателя, и расстояния между двумя линзами трехмерных очков, т.е. интервала между глазами, регулирования интервала между двумя фокусными пятнами согласно вычисленному интервалу, формирования изображения рентгеновских лучей на основании излучения одного из двух фокусных пятен, формирования рентгенограммы на основании излучения второго из двух фокусных пятен, визуализации одновременно обоих изображений на мониторе, доступных для просмотра, например, посредством трехмерных очков.

Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения способ дополнительно содержит этапы приема ввода данных, связанных с высотой изображения, и регулирования высоты изображений по отношению к высоте трехмерных очков.

Согласно еще одному варианту осуществления изобретения способ дополнительно содержит этапы приема ввода данных, связанных с диспаратностью, т.е. положением изображений относительно друг друга, т.е. совпадения изображений и регулирования диспаратности изображений.

Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения способ дополнительно содержит этапы определения изменения ориентации трехмерных очков и перемещения С-дуги, соответствующее изменению ориентации стерео очков. Определение изменения ориентации трехмерных очков можно осуществлять автоматически. Однако перемещением С-дуги можно также управлять вручную.

Следует отметить, что ввод можно обеспечивать посредством ручных средств ввода, таких как клавиатура, переключатель, или других видов кнопок или можно обеспечивать посредством приема акустических команд, например голосовых команд.

Совпадение положения высоты отображаемого трехмерного изображения и высоты глаз и предоставление возможности временно перемещать С-дугу легким движением головы вблизи отображаемого трехмерного объекта могут сделать восприятие еще более удобным и естественным.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предоставлена компьютерная программа, которая при выполнении на блоке обработки системы, как описано выше, побуждает систему к осуществлению этапов способа, как также описано выше.

Соответствующую компьютерную программу предпочтительно загружают в рабочую память процессора данных. Процессор данных или блок обработки оборудованы таким образом для того, чтобы осуществлять способ по изобретению. Кроме того, изобретение относится к машиночитаемым носителям, таким как компакт-диск, на котором можно хранить компьютерную программу. Однако компьютерную программу можно также представлять через сеть, такую как Всемирная паутина, и можно загружать в рабочую память процессора данных из такой сети.

Следует отметить, что варианты осуществления настоящего изобретения описаны со ссылкой на различные объекты изобретения. В частности, некоторые варианты осуществления описаны со ссылкой на пункты формулы изобретения о способе, тогда как другие варианты осуществления описаны со ссылкой на пункты формулы изобретения на устройство (систему). Однако специалисту в данной области техники понятно из вышеизложенного и последующего описания, что если не указано иное в дополнение к какому-либо сочетанию признаков, относящихся к одному типу объектов изобретения, какое-либо сочетание признаков, относящихся к другим объектам изобретения, также считается раскрытым в этой заявке.

Аспекты, определенные выше, и дополнительные аспекты, признаки и преимущества настоящего изобретения также можно получать из примеров вариантов осуществления, которые описаны далее в настоящем документе и которые объясняют со ссылкой на примеры вариантов осуществления, которые также показаны на чертежах, но которыми изобретение не ограничено.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг. 1 представлена иллюстрация рентгеновской системы для трехмерной объемной рентгенографии.

На фиг. 2 представлена иллюстрация системы для трехмерного рентгеновского просмотра в режиме реального времени в соответствии с изобретением.

На фиг. 3 представлена еще одна иллюстрация системы трехмерного рентгеновского просмотра в режиме реального времени в соответствии с изобретением.

На фиг. 4 представлена блок-схема, иллюстрирующая этапы способа в соответствии с изобретением.

Следует отметить, что иллюстрации на чертежах являются лишь схематическими и не выполнены в масштабе. На разных чертежах для схожих элементов предусмотрены одинаковые ссылочные позиции.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг. 2 представлена система 1 для трехмерного рентгеновского просмотра в режиме реального времени в соответствии с изобретением. Понятно, что система 1 похожа на систему 100, показанную на фиг. 1, тем, что система 1 содержит С-дугу 2 с источником 3 рентгеновских лучей и детектором 4 рентгеновских лучей, монитор 5 и стол 6. Система 1 отличается от системы 100 тем, что источник 3 рентгеновских лучей содержит два фокусных пятна 8 вместо только одного. Кроме того, на фиг. 2 представлены блок 7 обработки, средство 18 ввода и трехмерные очки 9 со средством (17) для обнаружения положения трехмерных очков в форме отслеживаемых элементов.

Чтобы добиться трехмерного рентгеновского просмотра в режиме реального времени в соответствии с изобретением, можно располагать средство (17) для обнаружения положения трехмерных очков в форме отслеживаемых светодиодов или отражателей на трехмерных очках 9 и, например, можно использовать средний интервал С между глазами или можно измерять межзрачковое расстояние у наблюдателя (или можно использовать отслеживание глаз). Кроме того, параметры трехмерной регистрации/просмотра в режиме реального времени согласно положению головы наблюдателя можно регулировать относительно экрана монитора 5.

В частности, повышенную комфортность рентгеновского трехмерного просмотра обеспечивают посредством регулирования угла регистрации (определяют посредством интересующего предмета (например, кончика катетера) и двух фокусных пятен) по отношению к углу обзора (определяют посредством отображаемого объекта и глаз).

Как указано на фиг. 2, определяют расстояние D просмотра (которое зависит от сферы применения и фактического клинического комплекта). На основании измеренного интервала С между глаз можно вычислять угол α, где разумное усреднение заключается в использовании среднего межзрачкового расстояния, чтобы вычислять угол зрения. Для получения оптимальных условий просмотра этот угол α должен быть одинаковым для излучения из двух фокусных пятен 8, которое направлено к интересующему объекту 20. На основании угла α и расстояния В между двумя фокусными пятнами 8 и интересующим объектом 20 можно определить интервал между двумя фокусными пятнами. Впоследствии интервал между фокусными пятнами можно регулировать, чтобы угол регистрации соответствовал углу обзора. Пользователь может выбирать интересующий объект (20), например, посредством сенсорного экрана, мыши и т.д. Кроме того, интересующий объект исходя из того, что это катетер, можно определять автоматически, на основании, например, его пограничного контраста или совпадения с паттерном.

Отклонения от точного соответствия могут быть предпочтительными в некоторых случаях. Например, меньший угол может обеспечивать дополнительный визуальный комфорт, тогда как больший угол может быть предпочтительным, чтобы увеличить глубину (для большей точности, в ущерб комфортности). Эти отклонения можно точно определять в качестве масштабного коэффициента для общего совпадения, и их можно последовательно применять, по мере того, как движется голова наблюдателя.

Если, например, расстояние между источником рентгеновских лучей и интересующим объектом составляет 1 м, расстояние глаз от монитора составляет 2 м, и расстояние между глазами составляет 6,5 см, интервал между двумя фокусными пятнами должен быть отрегулирован до 3,25 см.

Следует отметить, что интересующий трехмерный объект (например, кончик катетера) в идеальном случае представлен с нулевой диспаратностью на экране (спроецирован на плоскость экрана) таким образом, что фокусирование глаз на экране означает также фокусирование на отображаемом трехмерном объекте, что повышает комфортность трехмерного просмотра.

На фиг. 3 указаны аспекты регулирования трехмерного рентгеновского просмотра в режиме реального времени. Первый вид регулирования можно предоставить посредством сдвига отображаемого изображения 13 относительно отображаемого изображения 15, указанного двойной стрелкой Ε (вызывая неполное совпадение 16 между двумя изображениями) так, что можно изменять положение глубины объекта, т.е. видимое положение объекта относительно плоскости экрана.

Второй вид регулирования может быть таким, что объект можно отображать с некоторым увеличением (также связано с размером экрана).

Третий вид регулирования может представлять собой изменение высоты изображения (как указано посредством стрелкой F). Например, можно использовать дисплей с высотой экрана больше, чем трехмерная высота стереоизображения, так что положение высоты отображаемого трехмерного изображения можно сдвигать для оптимального просмотра в соответствии с высотой глаз наблюдателя. Альтернативно, можно изменять высоту монитора, т.е. монитор можно перемещать вверх или вниз.

Четвертый вид регулирования может быть таким, чтобы изменить перспективу относительно интересующего объекта (как показано стрелками G). Во время сложного трехмерного задания, такого как протягивание проволоки через игольное ушко, используют человека для того, чтобы адаптировать ориентацию объекта (иглы) относительно головы человека для улучшения перспективы. Чем более естественным является восприятие трехмерной рентгенографии в режиме реального времени, тем больше наблюдателя склонен поворачивать его/ее голову вблизи визуализированного трехмерного объекта для улучшения перспективы.

Изменение перспективы может быть вызвано посредством какого-либо вида ввода, включая также голосовое управление. После вызова, например синхронизация, С-дуга следует (синхронно) за легкими движениями головы наблюдателя вблизи отображаемого объекта: после вызова, например, «стоп», синхронизация останавливается и наблюдатель может вернуться к более удобному положению тела и продолжить свою работу с новой перспективой.

Следует отметить, что синхронизированная С-дуга идеально вращается вблизи интересующего объекта, например кончика катетера, который визуализируют с глубиной на экране при нулевой диспаратности. Таким образом, интересующий объект центрирован относительно С-дуги во время стандартного трехмерного сканирования. Посредством использования аналогичной конфигурации можно обеспечить перемещение синхронизированной С-дуги естественным способом.

На блок-схеме на фиг. 4 проиллюстрирован принцип этапов, выполняемых в соответствии с настоящим изобретением. Понятно, что описанные этапы являются основными этапами, причем эти основные этапы можно дифференцировать или разделить на несколько подэтапов. Кроме того, также между этими основными этапами могут быть отдельные подэтапы. Таким образом, подэтап упоминается только если этот этап может быть важным для понимания принципов способа в соответствии с изобретением.

На этапе S1 определяют положение глаз наблюдателя, в частности расстояние от глаз до монитора.

На этапе S2 интервал между фокусными пятнами источника рентгеновских лучей вычисляют, как описано выше.

На этапе S3 регулируют фактический интервал между фокусных пятен.

На этапе S4 первое изображение, например, для правого глаза, формируют посредством излучения, исходящего из одного из двух фокусных пятен.

На этапе S5 второе изображение, например, для левого глаза, формируют посредством излучения, исходящего из другого из двух фокусных пятен.

На этапе S6 оба изображения визуализируют на трехмерном мониторе с визуальной диспаратностью, для того чтобы сделать возможным эффект трехмерного изображения при просмотре.

Вместо этапа S4, непосредственно следующего за этапом S3, можно осуществить три альтернативы, как указано на Фиг. 4.

В качестве первой альтернативы, принимают ввод на этапе S7, инициируя регулирование высоты изображений по отношению к высоте глаз наблюдателя на этапе S8. В случае если автоматически определяют не только расстояние, но также высоту глаз относительно экрана монитора, регулирование высоты изображений также можно выполнять автоматически.

В качестве второй альтернативы принимают ввод данных на этапе S9, вызывая корректирование диспаратности изображений, таким образом изменяя положение глубины объекта на трехмерных изображениях.

В качестве третьей альтернативы ввод принимают на этапе S11, вызывая определение движения (изменение ориентации и положения) от глаз наблюдателя на этапе S12 с последующим движением С-дуги, соответствующей определенному движению трехмерных очков.

Несмотря на то что изобретение проиллюстрировано и подробно описано на чертежах и в вышеприведенном описании, такие иллюстрации и описания следует рассматривать как иллюстративные или примерные и неограничивающие, настоящее изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления.

Другие вариации раскрытых вариантов осуществления настоящего изобретения будут ясны и осуществлены специалистами в данной области техники при практическом осуществлении описываемого в заявке изобретения, при изучении чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения слово «содержит» не исключает другие элементы или этапы, а формы единственного числа не исключают множества. Один процессор или другое устройство может выполнять функции нескольких элементов, перечисленных в формуле изобретения.

Сам факт того, что определенные средства перечислены во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что комбинация этих мер не может быть использована с пользой. Компьютерную программу можно хранить/размещать на подходящем носителе, таком как оптический запоминающий носитель или твердотельный носитель, поставляемом вместе с другим аппаратным обеспечением или в качестве его части, но также можно размещать в других формах, например, через Интернет или другие проводные или беспроводные телекоммуникационные системы. Какие-либо ссылочные позиции в формуле изобретения не следует толковать в качестве ограничивающих объем.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ:

1 система по изобретению

100 система согласно современному уровню развития техники

2 C-arm

3 источник рентгеновских лучей

4 детектор рентгеновских лучей

5 монитор

6 стол пациента

7 блок обработки

8 фокусное пятно

9 трехмерные очки

10 рентгеновский пучок

12 рентгеновский пучок для левого глаза

13 изображение для правого глаза

14 рентгеновский пучок для правого глаза

15 изображение для левого глаза

16 наложение изображений

17 средства для обнаружения положения трехмерных очков

18 средство ввода

20 интересующий объект

А интервал между двумя фокусными пятнами

В расстояние между интересующим объектом и фокусными пятнами

С расстояние между глазами наблюдателя D расстояние между монитором и трехмерными очками

Ε изменение наложения

F изменение высоты изображения

G изменение ориентации трехмерных очков

α угол обзора/угол регистрации