CN109788929A - Dexa方式的骨密度和身体成份的检测系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的技术涉及DEXA(dual energy x‑ray absorptiometry)方式的骨密度和身体成份的检测，其通过摄影单元拍摄被检体的身体，并获取针对所述被检体的体型及姿势的二维图像或三维图像，而且对应于从二维图像或三维图像确认的被检测者的体型及姿势调节基于X射线发生器的移动轨迹的X射线线量。

Description

DEXA方式的骨密度和身体成份的检测系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种利用X射线的检测系统及其检测方法。

背景技术

以下描述的内容仅用于提供与本实施例有关的背景信息而已，不构成现有技术。

通过把X射线透射到被检体并计算骨密度的X射线骨密度检测装置作为诊断和预防骨骼疾病的装置，被诸多医疗机构广泛使用。如众所知，骨骼由衰减X射线的钙等矿物质(骨炎)组成，从而可通过计算X射线透过时的衰减量来确定单位面积的骨密度。由于骨骼被肌肉和脂肪等软组织覆盖，因此在该部分存在X射线的衰减。为了消除这种软组织带来的影响，现有骨密度检测装置一般使用两种能量的X射线。其根据各能量计算出的衰减来解联立方程式，从而特定各骨骼部分和软组织部分的衰减。这种技术叫做双能X射线吸收测量法(Dual Energy X-ray Absorp tiometry：DEXA)。

现有DEXA方式的检测装置不考虑被检测者的体型或检测部位的厚度而以一定的量照射X射线，从而使被检测者过度地暴露在X射线中，最终导致检测仪产生饱和故障。然而，如果为了防止发生该问题而减少射线量，则由于到达检测仪的光子不充分最终导致SNR(Signal to Noise Ratio)下降。

发明内容

技术问题

本发明的目的在于提供对应于被检测者的体型及姿势可调节基于X射线发生器的移动轨迹的X射线线量的、DEXA方式的、检测骨密度和身体成份的系统及其方法。

技术方案

根据本发明的一方面，DEXA方式的检测系统包括：摄影单元，其拍摄被检体，并获取用于确认所述被检体的体型及姿势的二维图像或三维图像；X射线发生器，其用于放射高能X射线和低能X射线；以及X射线探测器，其用于探测透过所述被检体的X射线。所述检测系统还包括：关心区域选择单元，其提供图形用户界面，所述图形用户界面可基于所述二维图像或所述三维图像设定需要检测的关心区域，并基于运营者的输入设定关心区域；检测计划制定单元，其用于确定检测计划，所述检测计划定义在所述关心区域内所述X射线发生器的移动轨迹和基于移动轨迹需要进行照射的X射线线量；以及检测控制电路，其根据所述检测计划移动所述X射线发生器的同时可变地调节X射线发生器基于移动轨迹照射的X射线量。所述检测计划可被确定为，例如对所述移动轨迹中相当于所述被检体外部的区间不放射所述X射线，同时使需要与所述被检体的厚度成比例地进行照射的X射线线量增加。

本发明的另一方面，提供包括至少一个存储器及至少一个处理器的计算装置，所述至少一个处理器执行以下过程：获取可确认被检体的体型及姿势的二维图像或三维图像；提供可基于所述二维图像或所述三维图像设定需要检测的关心区域的图形用户界面，并基于运营者的输入设定关心区域；确定检测计划，所述检测计划用于定义在所述关心区域内所述X射线发生器的移动轨迹和基于移动轨迹需要进行照射的X射线线量；以及根据所述检测计划移动所述X射线发生器的同时处理检测到的X射线探测信号，从而计算与所述关心区域对应的被检体的骨密度和身体成份中的至少一个。

本发明的又一方面，提供通过DEXA方式的检测系统实现的方法，所述方法包括以下过程：获取可确认躺在检查台上的被检体的体型及姿势的二维图像或三维图像；基于所述二维图像或所述三维图像设定需要检测的关心区域；确定检测计划，所述检测计划用于定义在所述关心区域内放射高能X射线和低能X射线的X射线发生器的移动轨迹和根据移动轨迹需要进行照射的X射线的线量；以及根据所述检测计划，移动所述X射线发生器的同时基于移动轨迹可变地调节X射线发生器照射的X射线量；处理与所述X射线发生器相对设定的X射线探测器的X射线探测信号，并计算与所述关心区域相对应的被检体的骨密度和身体成份中至少一个。

技术效果

根据本实施例，通过拍摄被检测者的身体来获取针对被检测体的体型及姿势的二维图像或三维图像，并对应于从所获取的图像确认的被检测者的体型及姿势可调节基于X射线发生器的移动轨迹的X射线线量。

附图说明

图1是举例说明可实施本公开的技术的检测系统的方框图；

图2是图示图1所示的X射线装置的另一附图；

图3A及图3B是例示本发明涉及的各检测部位的X射线的线量调节方式的图；

图4是图示本发明一实施例涉及的计算装置的功能模块的方框图；

图5是图示本发明的另一实施例涉及的计算装置的功能模块的方框图；

图6是用于说明本发明一实施例涉及的检测骨密度和身体成份的方法的流程图。

具体实施方式

“本发明是通过中小企业厅扶持的2017年度中小企业技术创新开发事业的出口企业技术开发课题(全球强小企业；课题号S2479290)研发得到的课题结果。”

以下参照附图对本发明的部分实施例进行详细说明。标注附图标记时，即使相同构成要素在不同的附图中出现，也尽可能使用了相同的附图标记。而且，还要注意，在通篇说明书中，如果认为对相关已知的构成要素和功能的具体说明可能会导致本发明主题不清楚，则省略其详细说明。

此外，说明本发明的构成要素时，可以使用第一、第二、A、B、(a)、(b)等用语。这些用语仅仅是为了区分相应构成要素与其他构成要素，并非限定该技术特征的本质、次序或顺序等。贯穿说明书全文，当某部分“包括”、“具备”某一构成要素，如果没有特殊地相反的记载，可理解为一构成要素还包括另一构成要素，而不应理解为一构成要素排斥另一构成要素。此外，说明书中记载的“…部”、“模块”等用语是指能够处理至少一个功能或者动作的单位，这可由硬件或者软件或者硬件及软件的结合的方式实现。

本公开技术一般涉及根据被检测者的体型及姿势可变地调节从X射线发生器产生的X射线的线量的DEXA(dual energy x-ray absorptiometry)方式的骨密度和身体成份的检测系统及其方法。采用本公开技术的检测骨密度和身体成份的系统基于拍摄被检测者而获得的二维图像或三维图像，分析被检测者的体型及姿势，并在检测期间对应于被检测者的体型和姿势调节X射线的线量。

图1是举例说明可实施本公开技术的检测系统的方框图。图2是图示图1所示的X射线装置的另一附图。

如图1所示，DEXA方式的骨密度和身体成份的检测系统100(以下简称'检测系统')包括计算装置10和检测装置20。检测装置20包括检查台21和X射线装置22。

检查台21是被检测者躺下进行扫描的桌子，以前后可移动的形态设置。在图1中例示的检测系统100中，检测装置20在被检测者躺在检查台21上的状态进行扫描，本公开的技术还可以适用于检测装置20在被检测者站立的状态下进行扫描的站立形态的系统。部分例子中，检查台21的上面(例如，格子形态)可形成有标记(未图示)。

X射线装置22又称作'台架(gantry)'，其可设置为随着检查台21上的滑轨30朝x轴方向移动。参照图2，例示的X射线装置22的本体部210具有检测控制电路211和X射线发生器212，头部220具有摄影部221和X射线探测器222。在其他实施例中，X射线发生器212和X射线探测器222的位置可以相互交替地设置。而且，在其他实施例中，台架可以具有其他形状(例如，环状(annular shape))。

摄影部211拍摄躺在检查台21上的被检测者，并生成可确认被检测者的姿势和体型的二维或三维扫描数据。摄影部211可使用二维照相机或三维照相机(例如，TOF(Time ofFlight)扫描仪、红外线扫描仪等)。例如，三维照相机可包括传送部和接收部，所述传送部用于放射特定模式的红外线，而接收部用于扫描从被检测者反射而被歪曲的红外线模式。二维扫描和三维扫描数据被传输到与X射线装置22通信连接的计算装置10。

X射线发生器212向被检体放射X射线。部分实施例中，X射线发生器212反复交替地生成高能X射线和低能X射线。例如，通过转换向X射线发生器212内设定的X射线发生管施加的电压来实现X射线的能量转换。在其他部分实施例中，X射线发生器212同时产生高能X射线和低能X射线。X射线适合使用以扇形扩展的盘形射束(Pan beam)，也可以是笔形射束(pencil beam)。

X射线探测器222探测在X射线发生器212上生成且透过被检体的X射线。X射线探测器222可以由单一X射线传感器或多个X射线传感器构成。例如，部分实施例中，X射线探测器222可通过带形单一X射线传感器来实现，所述传感器具有适合探测随x-z平面以扇形扩展的盘形射束的x轴方向的长度。此时，在检测过程中，X射线探测器222边与X射线发生器212一起朝y轴方向移动边周期性地探测从X射线发生器212发生的X射线。其他部分实施例中，X射线探测器222由一个或多个X射线传感器构成，所述一个或多个X射线传感器具有能够充分覆盖朝y轴方向移动的X射线发生器212可照射的区域。通过X射线探测器222探测的X射线的探测信号变换为数据信号后输出到计算装置10上。

检测控制电路211控制X射线装置22上具备的各构成要素的操作，并基于从计算装置10接收的检测计划进行检测。检测计划特定X射线发生器212的移动轨迹和基于移动轨迹需要进行照射的X射线的线量。所述移动轨可分为多个区间。检测控制电路211基于来自计算装置10的检测计划控制关心区域内部的X射线发生器212的移动轨迹，并基于移动轨迹可变地调节X射线发生器212放射的线量。例如，检测控制电路211使X射线发生器212一边在关心区域内以锯齿形态划二维轨迹一边放射X射线，同时根据移动轨迹的区间可变地调节X射线发生器212放射的X射线的线量。

图3A及图3B显示本发明涉及的调节各检测部位的X射线的线量的例子。图3A及图3B中左侧的图表示被检测者的三维图，右侧的曲线图表示对上腕部(用A表示)和大腿部(用B表示)照射的例示X射线量。图3A的例子显示在被检测者的体外部分不照射X射线(即，X射线量为'O')而对骨骼和软组织部分照射的X射线量随着被检体的厚度增加而增加。不同于图3A，图3B显示骨骼部分照射的X射线的线量与软组织部分相比非常高。图3B的线量调节适合用于同时检测检测部位的身体成份和骨密度的情形。

再看图1，计算装置10通过X射线装置22上的摄影部211获取可确认躺在检查台上的被检测者的姿势和体型的二维或三维图像，并基于获取的二维或三维图像确定需要检测的关心区域的检测计划，然后把确定的检测计划传递到检测装置20上。而且，计算装置10处理从X射线装置22接收的X射线的探测信号，并计算被检体内的骨密度及/或身体成份，然后将骨密度及/或身体成份的计算结果显示到计算装置10的显示器上。

下面参照图4及图5详细说明计算装置10的操作和其多个功能模块。如前所述，计算装置10基于被检测者的二维或三维图像确定关心区域的检测计划。利用二维图像的情形和利用三维图像的情形时，本发明提议的确定检测计划的方式等不同，下面参照图4首先说明利用三维图像的计算装置涉及的实施例，然后以区别点为中心参照图5说明利用二维图像的计算装置。

图4是图示本发明的一实施例涉及的计算装置的功能模块的方框图。

如图4所示，本实施例涉及的计算装置10的功能模块包括图像获取部410、关心区域选择部420、检测计划制定部430及分析部450。图4所示的多个功能模块可以视为区分基于具备至少一个存储器和至少一个处理器(例如，CPU)的计算装置执行的程序的多个功能。即，计算装置驱动用于检测骨密度和身体成份的专用程序，并依次或并列调取图4所示的多个功能模块，以实现下面描述的功能。

图像获取部410利用三维扫描数据生成可确认被检测者的姿势和体型的三维图像，所述三维扫描数据是通过X射线装置22上的摄影部211得到的。

关心区域设定部420提供图形用户界面，以使运营者(operator)基于三维图像设定需要检测关心区域。例如，关心区域设定部420把三维图像显示在计算装置10的显示器上，而且可提供用于选择关心区域的可移动的选择框。运营者可通过利用计算装置10的鼠标等来变更三维图像上显示的选择框的位置、尺寸等的同时，设定关心区域。

检测计划制定部430确定用于定义在关心区域内的X射线发生器212的移动轨迹和根据移动轨迹需要进行照射的X射线的线量的检测计划，并把确定的检测计划传递给X射线装置22。

检测计划制定部430可基于关心区域的位置及/或尺寸确定X射线发生器212的移动轨迹。移动轨迹，例如可以是关心区域内的锯齿形态的二维轨迹。

检测计划制定部430从三维图像导出位于关心区域内的被检体的坐标和被检体(或软组织)的厚度信息，并能够基于导出的被检体的坐标和被检体的厚度信息确定根据所述移动轨迹需要进行照射的X射线线量。

检测计划制定部430确定基于移动轨迹的X射线线量时，可以进一步考虑关心区域内被检测者的骨骼的位置。通常，鉴于根据体型形成相似的骨骼，无需事先进行X射线扫描也可以推测被检体内的骨骼的位置。

例如，部分实施例中，检测计划制定部430通常基于解刨学信息，可通过从三维图像确认到的被检测者的检测部位的种类(大腿部、高关节、腰椎部、上腕部等)和检测部位的尺寸等推测关心区域内被检测者的骨骼的位置。其他部分实施例中，检测计划制定部430可利用储存的多个身体轮廓推测关心区域内被检测者的骨骼的位置。为此，计算装置10还可包含身体轮廓储存部440，所述身体轮廓储存部440用于管理多个体型和与基于各体型的骨骼位置信息有关的多个身体轮廓。在此，身体轮廓储存部440也可以管理根据不同性别、年龄等而不同的各体型的多个身体轮廓。检测计划制定部430从三维图像提取被检测者身体的轮廓线或外围面，之后比较基于提取的轮廓线或外围面特定的被检测者的体型与事先储存的身体轮廓，选择与被检测者的体型最匹配的体型的身体轮廓，将根据所选择的身体轮廓定义的骨骼的位置推测为被检测者的骨骼位置。

检测计划制定部430能够与关心区域内被检体的厚度(或软组织的厚度)对应地调整基于移动轨迹的X射线的线量。例如，软组织的厚度越大，需要照射的X射线的线量会连续或不连续地增加。检测计划制定部430可利用基于被检体的厚度(或软组织的厚度)定义的X射线的线量的图表。

部分实施例中，检测计划制定部430确定检测计划，所述检测计划中X射线不照射关心区域内的移动轨迹中相当于被检测者的体外的区间。

部分实施例中，检测计划制定部430可确定检测计划，所述检测计划中，与关心区域内的移动轨迹中的软组织的区间相比，对相当于骨骼的区间照射的X射线的照射量相当高。

分析部450处理从X射线装置22接收的X射线的探测信号，并算出被检体内的骨密度及/或身体成份。计算骨密度及/或身体成份时还可以考虑检测计划制定部430确定的基于移动轨迹的X射线的线量。所述骨密度及/或身体成份的计算结果显示于计算装置10的显示器上。

图5是图示本发明的其他实施例涉及的计算装置的功能模块的方框图。

如图5所示，本实施例涉及的计算装置的功能模块包括图像获取部510、关心区域选择部520、检测计划制定部530、身体轮廓管理部540及分析部550。与图4类似，图5中所示的多个功能模块可视为区分基于具备至少一个存储器和至少一个处理器(例如，CPU)的计算装置执行的骨密度和身体成份检测用程序的多个功能。

图像获取部510利用通过X射线装置22上具备的摄影部211获取的二维扫描数据而生成可确认被检测者的姿势和体型的二维图像。为了与检查台21的坐标整合，二维扫描数据可基于检查台21内排列的标记转换成与检查台21对应的坐标。标记以格子形状形成于检查台21上面。

为了能够使运营者(operator)设定关心区域，关心区域设定部420提供利用所述二维图像的图形用户界面，从而基于用户输入设定关心区域。

检测计划制定部530确定检测计划，所述检测计划用于定义关心区域内X射线发生器212的移动轨迹和基于移动轨迹需要进行照射的X射线的线量，并将确定的检测计划传递到X射线装置22。检测计划制定部530可基于关心区域的位置和/或尺寸确定X射线发生器212的移动轨迹。移动轨迹，例如可以是关心区域内的锯齿形态的二维轨迹。

另外，二维图像与三维图像不同，由于不存在深度信息，很难从二维图像确定被检体(或软组织)的厚度。在此，检测计划制定部530利用事先储存的多个身体轮廓推测被检测者的软组织的厚度信息、骨骼的位置等。

为此，本实施例的计算装置包括身体轮廓储存部540，其用于管理与多个体型及根据各体型的各部位的软组织的厚度信息、骨骼的位置有关的多个身体轮廓。根据不同性别、年龄各体型也可能存在不同的身体轮廓。

检测计划制定部530从三维图像提取被检测者身体的轮廓线，并与基于被提取的轮廓线特定的、事先储存的被检测者的体型的身体轮廓进行比较，并选择与被检测者的体型最匹配的体型的身体轮廓，基于被选择的身体轮廓定义的软组织的厚度和/或骨骼位置推测位于被检测者的关心区域内的软组织的厚度和/或骨骼位置。基于被推测的软组织的厚度和/或骨骼位置，检测计划制定部530确定基于所述移动轨迹需要进行照射的X射线的线量。

分析部550处理从X射线装置22接收的X射线探测信号，并计算被检体内的骨密度和/或身体成份。骨密度和/或身体成份的计算结果显示于计算装置10的显示器上。

图6是用于说明本发明的一实施例涉及的骨密度和身体成份的检测方法的流程图。

计算装置拍摄躺在检查台的被检测者，并生成可确认被检测者的姿势及体型的二维或三维图像(S610)。

为了能够使运营者(operator)设定关心区域，计算装置基于生成的二维或三维图像提供图形用户界面，从而基于用户输入设定需要检测的关心区域(S620)。

计算装置确定在关心区域内用于定义X射线发生器的移动轨迹和基于移动轨迹需要进行照射的X射线的线量的检测计划，并将确定的检测计划传递给X射线装置(S630)。计算装置可基于关心区域的位置和/或尺寸确定X射线发生器的移动轨迹。计算装置可通过考虑位于关心区域内的被检体的坐标、被检体(或软组织)的厚度信息、被检体内的骨骼位置等来确定移动轨迹的各区间需要进行照射的X射线的线量。无需事先进行X射线扫描，可基于一般的解刨学信息或事先储存的身体轮廓推测被检体内的骨骼位置。

X射线装置从计算装置接收检测计划，并根据检测计划执行对关心区域的X射线扫描(S640)。即，根据检测计划中定义的移动轨迹使X射线发生器移动，同时调整检测计划中定义的移动轨迹的各区间上的X射线线量。X射线装置将通过X射线探测器探测的X射线探测信号转换成数据信号并传输给计算装置。

计算装置处理从X射线装置接收的X射线探测信号，并计算被检体内的骨密度和/或身体成份(S650)。

以上说明，只是用于举例说明本实施例的技术思想而已，对于本实施例所属技术领域中具有一般技术知识的技术人员而言，在不超出本实施例的本质特征的范围内可进行各种修改及变形。因此，本实施例并非用于限定本实施例的技术思想而是用于说明，本实施例的技术思想的范围不受限于上述实施例。本实施例的保护范围应基于权利要求书进行解释，且与其处于等同范围内的所有技术思想皆应属于本实施例的权利范围。

相关申请的交叉参考

依据美国专利法119(a)条(35U.S.C.119(a))，本专利申请要求对2016年07月28日向韩国专利局提交的发明专利申请10-2016-0095977号的优先权，其所有内容作为参考文献包含在本专利申请中。同时，基于上述理由本发明专利申请同样可以在美国以外的其他国家要求优先权，因此其所有内容作为参考文献包含在本专利申请中。

Claims (15)

1.一种DEXA方式的检测系统，其特征在于，包括：

摄影单元，其拍摄被检体，并获取用于确认所述被检体的体型及姿势的二维图像或三维图像；

X射线发生器，其用于放射高能X射线和低能X射线；

X射线探测器，其用于探测透过所述被检体的X射线；

关心区域选择单元，其提供图形用户界面，所述图形用户界面基于所述二维图像或所述三维图像可设定需要检测的关心区域，并基于运营者的输入设定关心区域；

检测计划制定单元，其用于确定检测计划，所述检测计划用于定义在所述关心区域内所述X射线发生器的移动轨迹和基于移动轨迹需要进行照射的X射线量；以及

检测控制电路，其根据所述检测计划使所述X射线发生器移动，同时根据移动轨迹可变地调节X射线发生器照射的X射线量。

2.如权利要求1所述的检测系统，其特征在于：

所述检测计划制定单元确定所述检测计划，以使所述移动轨迹中针对相当于所述被检体外部的区间不放射所述X射线。

3.如权利要求1所述的检测系统，其特征在于：

所述检测计划制定单元确定所述检测计划，以使需要与所述被检体的厚度成比例地进行照射的X射线的线量增加。

4.如权利要求1所述的检测系统，其特征在于：

所述检测计划制定单元确定检测计划，以使所述移动轨迹中相当于骨骼的区间上的X射线的照射量高于相当于软组织的区间的X射线的照射量。

5.如权利要求1所述的检测系统，其特征在于：

所述检测计划制定单元从所述三维图像导出位于所述关心区域内的被检体的坐标和被检体的厚度信息，且基于导出的被检体的坐标和被检体的检测者的软组织的厚度信息，确定基于所述移动轨迹需要进行照射的X射线线量。

6.如权利要求1所述的检测系统，其特征在于：

所述检测计划制定单元利用事先储存的多个身体轮廓推测基于所述移动轨迹的所述被检体的厚度和骨骼位置中的至少一个。

7.如权利要求1所述的检测系统，其特征在于：

所述检测计划制定单元利用从所述二维图像或三维图像确认的、所述被检体的体型相对应的、事先储存的身体轮廓，推测基于所述移动轨迹的所述被检体的厚度和骨骼位置中的至少一个。

8.如权利要求1所述的检测系统，其特征在于：

基于所述关心区域包含的所述被检体的检测部位的类型和尺寸，所述检测计划制定单元以解剖学的方式推测所述关心区域内被检体的骨骼位置。

9.如权利要求1所述的检测系统，其特征在于：

还包括分析单元，所述分析单元处理所述X射线探测器的X射线探测信号，并计算出与所述关心区域对应的被检体的骨密度和身体成份中的至少一个。

10.一种计算装置，其包括至少一个存储器及至少一个处理器，其特征在于，所述至少一个处理器执行以下过程：

获取可确认被检体的体型及姿势的二维图像或三维图像；

提供基于所述二维图像或所述三维图像可设定需要检测的关心区域的图形用户界面，并基于运营者的输入设定关心区域；

确定检测计划，所述检测计划用于定义在所述关心区域内所述X射线发生器的移动轨迹和基于所述移动轨迹需要进行照射的X射线的线量；以及

根据所述检测计划移动所述X射线发生器的同时处理检测到的X射线探测信号，从而计算与所述关心区域对应的被检体的骨密度和身体成份中的至少一个。

11.如权利要求10所述的计算装置，其特征在于：

所述检测计划被确定为在所述移动轨迹的相当于所述被检体外部的区间不放射所述X射线。

12.如权利要求10所述的计算装置，其特征在于：

所述检测计划被确定为使需要与所述被检体的厚度成比例地进行照射的X射线线量增加。

13.一种通过DEXA方式的检测系统实现的方法，其特征在于，所述方法包括以下过程：

获取可确认躺在检查台上的被检体的体型及姿势的二维图像或三维图像；

基于所述二维图像或所述三维图像设定需要检测的关心区域；

确定检测计划，所述检测计划用于定义在所述关心区域内放射高能X射线和低能X射线的X射线发生器的移动轨迹和根据移动轨迹需要进行照射的X射线线量；以及

根据所述检测计划移动所述X射线发生器，同时基于移动轨迹可变地调节X射线发生器照射的X射线量；

处理与所述X射线发生器相对设定的X射线探测器的X射线探测信号，并计算出与所述关心区域相对应的被检体的骨密度和身体成份中至少一个。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于：

所述检测计划被确定为在所述移动轨迹的相当于所述被检体外部的区间不放射所述X射线。

15.如权利要求13所述的方法，其特征在于：

所述检测计划确定为使需要与所述被检体的厚度成比例地进行照射的X射线线量增加。