用于患者轻推的超声触觉系统

摘要

一种用于在成像或放射治疗中的患者定位的系统(PPS)。所述系统包括发射器(TX)。发射器(TX)被配置为生成输出信号，所述输出信号能够从一定距离在患者的皮肤上的撞击区域(IRE)处诱发触觉感受。所述系统还包括控制逻辑(CL)，其被配置为响应于接收到的输入请求，或者根据患者(PAT)的感兴趣区域(ROI)的当前位置与在成像装置中或在放射治疗装置中的目标区域(TA)之间的距离来修正所述输出信号。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在成像或放射治疗中的患者定位的系统、一种用于在成像或放射治疗中的患者定位的方法、一种包括这种系统的成像装置或放射治疗递送装置、一种包括这种系统和成像装置或放射治疗递送装置的装置、计算机程序单元及计算机可读介质。

背景技术

在医学成像中，患者定位很重要。在没有正确定位的情况下，某些感兴趣解剖结构的部分(感兴趣区域，ROI)可能在图像中被截断，从而致使图像基本上无用。可能需要重新成像，这会增加成本、增加等待时间并且还可能导致健康危害，例如由额外的X射线暴露对患者或工作人员造成的危害。

目前，需要由医学工作人员在成像系统中尽可能精确和准确地定位患者，以尽可能最佳地捕获ROI。这可能需要经验丰富的医学工作人员，他们随着时间的推移已经形成了位置提示，以帮助定位患者并帮助在整个成像过程中保持正确的姿势。有时需要对患者进行(亚)厘米级的最终定位。对于较长的扫描序列，可能存在对这种重新定位的重复要求。

实现正确的患者定位可能很麻烦，尤其是在患者处于在诸如CT(计算机断层摄影)或MRI(磁共振成像)扫描器的膛中的封闭空间内的成像系统中。具体地，在MRI膛的情况下，由于紧密的空间限制，患者不能由医务工作人员轻易地定位在膛内。工作人员可能无法身体到达膛内以给出身体指示。有时，由于膛内的空间限制，工作人员所能做的就是向患者给出口头指示。然而，由于语言障碍或其他沟通挑战，这可能效率低下。

然而，即使没有这样的空间限制，例如在某些胸部X射线成像系统中，患者站在成像室中的X射线源和探测器之间的开放空间中，定位可能仍然很麻烦，因为工作人员将需要离开并重新进入房间以协助在不同的X射线成像序列之间重新定位。这是因为，特别是使用X射线时，由于有害的X射线剂量暴露，工作人员通常不能在成像期间留在检查室中。

在放射治疗(RT)递送中可能会出现类似的患者定位挑战，其中，必须同样确保ROI被正确定位在放射束中，以尽可能多地保留健康组织，同时尽可能多地破坏癌组织。

发明内容

因此可能需要一种系统或方法来支持成像或RT中的患者定位。

本发明的目的由独立权利要求的主题解决，其中，其他实施例并入从属权利要求中。应当注意，本发明的以下描述的方面同样适用于，用于在成像或放射治疗中的患者定位的系统、用于在成像或放射治疗中的患者定位的方法、包括这种系统的成像装置或放射治疗递送装置、包括这种系统和成像装置或放射治疗递送装置的装置、计算机程序单元和计算机可读介质。

根据本发明的第一方面，提供一种用于在成像或放射治疗中的患者定位的系统，包括

-至少一个发射器，其被配置为生成能够从一定距离在患者皮肤上的撞击区域引起触觉感受的输出信号；以及

-控制逻辑，其被配置为响应于接收到的输入请求，或者根据i)患者的感兴趣区域的当前位置与ii)成像装置中或放射治疗装置中的目标区域之间的距离来修正输出信号。

具体地，至少一个发射器被配置为从一定距离生成能够撞击在患者的皮肤上的输出信号，从而导致在患者的皮肤上的撞击区域处的触觉感受。

由发射器生成的输出信号朝向患者皮肤的一部分(即，撞击区域)进行传播。所述系统允许“引领”或引导患者将诸如手臂、膝盖或其他的解剖结构(“ROI”)朝向诸如成像区域的目标区域移动，或者使感兴趣区域保持在目标区域内。成像或放射治疗程序能够更有效地进行。由于重新定位的中断能够被缩短并且能够更精确地进行，在一些实施例中无需人工用户干预。目标区域可以是2D或3D的。目标区域可以是成像装置或放射治疗装置中的空间的一部分。目标区域可以是成像装置中的检查区域的一部分或者可以是放射治疗递送装置中的处置区域的一部分。根据一个实施例，由控制逻辑对输出信号的修正包括以下中的一个或多个：i)改变撞击区域相对于感兴趣区域(ROI)的位置，以及ii)改变输出信号的强度模式。例如可以根据距离改变信号的脉动。

根据一个实施例，控制逻辑自动操作或响应于通过用户接口接收的输入请求而操作。根据一个实施例，用户接口允许控制单元的远程控制。

根据一个实施例，所述系统包括被配置为确定感兴趣区域的当前位置的定位器模块。定位器模块和控制逻辑可以在闭环系统中一起操作。

根据一个实施例，定位器模块被耦合至接收器，所述接收器被配置为感测输入信号，其中，定位器模块基于输入信号来确定感兴趣区域的当前位置。

发射器TX和接收器RX可以被集成在单个设备，即收发器中。

根据一个实施例，所述系统包括被配置为接收与患者相关的测量信号的调节器，并且其中，调节器被配置为根据测量信号来修正输出信号。

在实施例中，测量信号是生命体征，如心率。在范例性实施例中，可以使输出信号以低于或高于心率的频率脉动，从而诱发呼吸频率的降低。这允许使患者平静下来，实现更好的依从性和更有效的成像。在实施例中，生命体征是周期性的，并且输出信号可以与生命体征异相脉动。这进一步有助于使患者平静下来。测量信号优选地描述患者的生理或心理状态。测量优选地通过诸如脉冲探头的探头、ECG设备等来采集。代替使用输出信号，可以替代地使用从不同的发射器发出的不同信号。

根据一个实施例，控制逻辑被配置为在输出信号中编码要被传输给患者的信息。编码可以包括通过改变频率和/或幅度/强度来生成诸如在脉冲中的调制模式。即使在存在噪音或视线受阻的情况下，诸如与定位不一定相关的指令之类的信息也可以安全地发送给患者。代码是与患者预先商定的。代码的语义可以显示在显示设备上以帮助患者。

根据一个实施例，发射器被配置作为以下中的至少一个：i)空中超声触觉发射器，iii)空气喷嘴，输出信号是空气射流，iv)电磁波发射器。电磁波发射器具体地被配置为激光发射器以发射激光束。总体上，如本文所设想的，信号“通过空气”起作用，而不与患者进行物理接触(而是，在实施例中，通过空气接触)。

根据一个实施例，患者处于成像装置中或成像装置上，或者处于放射治疗递送装置中或放射治疗递送装置上，如LINAC等。

具体而言，患者可以处于成像器的膛中，如在CT或MRI中。

所述系统不需要安装在其空间已经不足的膛中，从而提高了患者的舒适度。

根据一个实施例，成像装置为以下任何一个：X射线成像装置、磁共振成像装置和PET/SPECT成像装置。

在一个方面，提供一种至少包括根据前述权利要求中的任一项所述的发射器的成像装置或放射治疗递送装置。

在另一方面，提供一种装置，包括i)成像装置或放射治疗递送装置以及ii)根据上述实施例中的任一个的系统。

在另一方面，提供一种用于医学成像或放射治疗递送的患者定位的方法，包括：

-利用至少一个发射器生成输出信号，所述输出信号能够从一定距离诱发在患者的皮肤上的撞击区域处的触觉感受；并且

-响应于接收到的输入请求，或者根据i)患者的感兴趣区域的当前位置与ii)成像装置或放射治疗装置中的目标区域之间的距离来修正输出信号。

在另一方面，提供一种计算机程序单元，当由至少一个处理单元执行时，所述计算机程序单元适于使处理单元执行所述方法。

具体地，输出信号是从(距患者的)一定距离产生的，并且能够撞击在患者的皮肤上，从而导致在患者的皮肤上的撞击区域处的触觉感受。

在另一方面，提供一种以及在其上存储有程序单元的计算机可读介质。

所提出的系统和方法可以通过给予患者反馈/建议来用于高级定位，优选地在闭合反馈回路中。所述系统可用于减少患者的焦虑。在实施例中，所述系统可以用于通过外部(例如超声脉冲)来影响呼吸率或心率。所提出的系统和方法可以用于调谐在成像系统的采集窗口中的患者位置和/或姿势，以减少扫描时间和/或增强图像质量。

所提出的系统和方法可以在没有医务人员存在的时间期间有益地用于自主成像系统或RT系统。

定义

本文中所称的“用户”是至少部分地以管理或组织方式参与成像程序的医务人员。

“患者”是人，或者在兽医环境中，是被成像的动物(特别是哺乳动物)。

“ROI”(感兴趣区域)涉及人体内部或外部的一部分，但也可以涉及患者的整个身体，在这种情况下，身体的某些或每个部分是感兴趣区域。总体上，ROI是(基于图像的)医学检查的感兴趣主题。

附图说明

现在将参考以下未按比例绘制的附图来描述本发明的范例性实施例，其中：

图1示出了包括患者定位系统的装置的框图；

图2示出了患者定位系统的操作模式的示意图；

图3示出了包括根据一个实施例的患者定位系统的一部分的成像装置；

图4示出了包括根据第二实施例的患者定位系统的一部分的成像装置；以及

图5示出了在成像或放射治疗中支持患者定位的方法的流程图。

具体实施方式

参考图1中的示意性框图，其中示出了如本文所设想的装置AR，其包括用于患者定位PPS的计算机化系统和(在一些实施例中)成像装置IA。在实施例中的本文所设想的成像装置IA包括基于发射的成像或者基于透射的成像，但也包括超声成像或磁共振成像MRI。

在实施例中，成像装置IA被配置为采集患者PAT的内部结构的医学图像。医学图像可以揭示患者的内部器官。备选地，代替诸如在X射线或MRI中的解剖结构成像，还设想功能成像。功能成像允许可视化，例如，像某些类型的核发射成像(如SPECT或PET)中的代谢活动。在任何一种情况下，医学图像都可以帮助患者PAT的治疗或诊断。

从广义上讲，首先更详细地转向成像装置IA，在实施例中，其包括用于生成询问成像信号的装置。询问成像信号与患者内部的组织相互作用。患者组织修正询问信号并产生修正后的信号。这样修正后的信号对关于患者的内部结构、解剖结构、功能活动等的信息进行编码。修正后的信号能够由探测器单元D探测。

在本文中具体地设想的用于透射成像的一个实施例是基于X射线的成像，如放射线照相、C型或U型臂成像或计算机断层摄影CT成像(“CT扫描器”)。在这些实施例中，询问成像信号是X射线束XB。在本实施例中，生成X射线束的设备包括X射线源XR，如X射线管。X射线源可供给能量，以其他已知方式释放X射线束。X射线束穿过患者，然后被修正，具体地是被衰减，然后在X射线敏感探测器D处探测到这样修正后的射束。

X射线敏感探测器D与X射线源相对布置以在成像期间在患者所驻留的二者之间形成成像区域。本文所使用的术语“成像”是询问成像信号(如X射线束)穿过患者的整个周期，并且在探测器D处被探测到。在探测器D处记录的强度数据随后能够通过合适的电路被处理为内部解剖或功能图像。例如，能够根据探测到的X射线强度获得CT横截面X射线图像。可以渲染图像以在显示设备上进行可视化来帮助临床人员。在发射实施例中，在成像之前适当施用之后，用于生成询问成像信号的设备驻留在患者内部。设备可以包括合适的放射性示踪物质。示踪物质从内部与患者组织相互作用，然后离开患者，然后被布置在患者外部的探测器探测到，最后部分地包围患者，如在PET或SPECT及类似成像技术中一样。

在MRI中，探测单元D包括能够拾取无线电波信号的一个或多个射频线圈。当在成像期间弛豫返回到与由MRI成像器生成的强磁场对齐时，患者组织中的受干扰的质子发出无线电波信号。

所描述的成像装置IA实施例中的一些，但不一定是全部，可以包括在成像期间围绕患者的物理围场EL。患者在成像期间驻留在围场EL内，可能躺在或坐在围场内的诸如检查台TB之类的支撑物上。CT扫描器和MRI扫描器可以包括被布置为膛的这种围场。膛是相对紧密的，并且没有留出太多空间供患者移动。无论成像装置是否包括围场，在所有实施例中，成像装置IA总体上位于特定的成像室中。在成像进行时，医务人员通常不在成像室中。这是因为例如需要保护工作人员免于不必要的X射线曝光，或者因为成像装置如在实施例中所设想的那样以自主模式操作。

为了使成像程序更有效并且是使在图像中捕获的信息最大化，重要的是，将感兴趣的特定器官(本文中也称为感兴趣区域(“ROI”))在成像期间定位在指定目标区域TA中。目标区域是2D或3D空间的一部分。具体地，目标区域是检查区域中的2D或3D空间的一部分。在包括患者围场EL的成像器IA实施例中，目标区域TA至少部分或全部在围场内。

为了更好地支撑患者定位，以更快、更容易且更有效地实现这一点，成像装置AR包括患者定位系统PPS，本文中称为“PPS”。从广义上讲，PPS包括一个或多个安装在成像围场EL处或成像围场EL内部(例如膛)的发射器TX，或者至少安装在成像室内。PPS允许手动或全自动操作发射器TX。在操作中，当患者处于检查区域中或者在实施例中处于围场EL内部时，发射器TX被供给能量以朝向患者发射信号。由发射器TX发出的信号从一定距离导致在与患者没有身体接触的情况下在某些撞击区域IRE处的患者的皮肤上的触觉感受。

用于导致这种触觉感受的实施例具体地包括超声发射器TX。在这种实施例中，一个或多个发射器TX被配置为导致能够被引导到患者身体PAT上的期望撞击区域IRE的定向或聚焦的超声射束。超声射束的方向是自动或手动可调节的，以撞击期望的撞击区域IRE，这将在下文更充分地解释。

由发射器发出的超声波的频率和/或强度使得它们能够模拟位于患者的皮肤中的机械性感受器。患者没有必要为此暴露裸露的皮肤，因为超声波能够通过适当薄的服装(如由患者通常穿着的医院长袍)耦合到皮肤上。

由发射器TX发出的信号的作用是使得其激励患者移动到期望位置，从而使感兴趣区域在目标区域TA内或保持在目标区域TA内。实质上，发射器TX能够用于通过所发出的信号轻推或引领患者，从而使患者采取正确的位置，并且使感兴趣区域在目标区域TA内，或者视情况而定，使ROI保持在TA内。在下文中，由一个或多个发射器TX可发出的所描述的信号在本文中可被称为“轻推信号”。使用如所描述的超声发射器是一个优选实施例，但是，额外地或备选地，本文还设想使用其他物理原理的其他类型的发射器。PPS可以包括控制轻推信号的强度、频率和方向中的任何一个的控制逻辑CL。

如上所述，多个这样的发射器TX可以在空间上适当地布置在成像器中/或成像器处，具体地是在其围场(如果有的话)内和/或可以适当地分布在检查室中。优选地，一个或多个发射器TX的布置使得一旦患者在检查区域内，则患者的皮肤的一个或多个部分能够形成用于轻推信号的撞击区域IRE。这可以例如通过使一个或多个发射器在空间上相对于检查区域适当地布置来实现。发射器可以布置在检查区域内、膛内和/或检查区域周围。此外，发射器中的一个或多个可以在不同的空间方向上移动。可以使用关节、铰接臂、轨道或允许移动(包括平移和/或旋转移动)的其他装置来安装发射器。在实施例中，如果被布置在合适的有利位置处和/或被允许足够的运动自由度，单个发射器可以是足够的。发射器的运动受控制逻辑的影响。具体地，控制逻辑指示合适的致动器以调整发射器的方向，并因此调整由发射器可发出的轻推信号的方向。合适的致动器可以包括伺服或步进发动机中的任何一个或多个，包括机械齿轮、液压、压电元件、前述的任何组合和/或其他。

现在首先转向如本文所设想的和如前所述的PPS的手动实施例，控制逻辑CL可以响应于从用户接口UI接收的命令。优选地，用户接口UI被布置为操纵杆装置，但是也设想其他实施例，诸如触摸屏、基于击键的接口和任何其他装置。

用户接口(“UI”)优选地远离成像装置布置，例如布置在成像室之外。备选地，UI可以被布置在成像室内，在实施例中被屏蔽在小隔间中，在所述小隔间中，用户能够安全地操作用户接口而不会暴露于潜在的危险成像信号。如果布置多个发射器TX，用户接口UI可以包括允许用户在不同发射器TX之间进行选择和切换以选择从其发出轻推信号的空间上合适的一个发射器的用户接口元件。在这种手动实施例中，用户可以被定位成使得与ROI相关的相关解剖结构在视线内，以便有效地操纵发射器，以实现从其发出轻推信号的所期望的方向。如果由于患者的结构上遮挡(例如，膛)和/或姿势而不直接看到，则用户可以由监视或监测系统(如包括传感器RX的视频相机系统)支持。一个或多个视频相机RX可以被布置在检查室中，适当地被布置在医学成像器IA的检查区域周围。具体地，一个或多个视频相机可以被布置在成像装置处。一个或多个相机可以被布置在围场或类似物内部，从而使得能够由用户确认患者的位置和姿势，以及因此的ROI的当前位置。基于视频相机的连续镜头，用户随后能够通过UI请求发射器TX的适当的重新定位。然后可以通过UI请求轻推信号的发出，以将轻推信号指向到合适的撞击区域，并且因此敦促患者移动或重新摆姿势，使得ROI朝向目标区域TA移动或保持在目标区域TA内。

为了计算机游戏的目的，已经在其他地方描述了通过超声的方式在一定距离处诱发触觉的所描述的实施例，如空中触觉系统。例如，参见B Long等人的“Renderingvolumetric haptic shapes in mid-air using ultrasound”(发表在ACM SIGGRAPH亚洲2014年会刊，2014年第33(6)卷“ACM Transaction on Graphics”)。

申请人已经发现基于超声的触觉系统特别有利，因为患者对感知到的触摸做出积极反应，触摸是用于空间线索和定位的基本感官输入。从而影响对患者微调他/她的姿势的有效引导。由所发出的超声波导致的触觉的感受也可以以平静的方式作用至患者上。如果超声波应用在适当选择的撞击区域IRE(下文更详细)，用户能够轻松、直观、明确、快速地指导患者采取正确的位置。

现在更详细地转向超声实施例，发射器TX可以被布置为超声换能器的一维或二维相控阵列。超声换能器由控制逻辑CL以一种方式进行控制，以便创建声学干涉模式，其产生能够诱发在撞击区域IRE处的患者皮肤上的触觉感受的定向超声束。聚焦的超声波在一定距离处并且以非侵入性方式导致在任何期望的强度和/或频率下的声音感受。在实施例中，由相控阵列创建的声场允许形成体积声场、“触觉形状”，如可触及的球体或其他几何结构。当在撞击区域IRE处应用于患者时，患者会经受一种感受，就像特定形状的物理对象与皮肤接触一样。合适的声学形状，如所提到的球体，可以用于产生令人愉悦的按摩效果，例如，轻轻地将患者轻推向所期望的目标区域。

由于发射器TXR的所描述的超声实施例是有用的，这些并不排除不一定基于超声的其他实施例。例如，在其他实施例中，一个或多个空气喷嘴能够替代地用作发射器TX。在这种实施例中，发射器TX发出定向空气射流，从而导致触觉感受并实现轻推。在又一其他实施例中，使用一个或多个基于电磁辐射的发射器TX，其被配置为导致触觉感受。具体地，电磁辐射被配置为激发嵌入患者的皮肤中的机械性感受器。在所述概念的范例性实施例中，轻推发射器TX可以被布置为可在合适频率下进行操作的激光发射器。诸如激光的电磁场也能够在距离激发源一定距离处产生触觉效果。在实施例中，使用基于脉冲激光的系统。在实施例中，使用纳秒激光，当将其应用于皮肤时，会唤起触觉感受。在实施例中，可以使用热辐射。人皮肤中的某些受体(例如TRPV1)不仅对热量有反应，而且对疼痛也有反应。通过依次引发这两种反应，能够导致触觉感受。这可以通过控制例如卤素灯或其他的热源来实现。使用一个或多个反射器适当地聚焦热源并且快速切换焦点。参见例如Saga S.的“HeatHaptThermal Radiation-Based Haptic Display”(Kajimoto H.，Ando H.，Kyung KU.(eds)，“Haptic Interaction”，Leture Notes in Electrical Engineering，2015年，第277卷，第105-107页，Springer，Tokyo)。上述发射器TX的实施例能够单独使用或组合使用或以任何子组合使用。

在实施例中，轻推信号可以是脉冲的。在任何上述实施例中，信号的频率、脉冲的频率和/或轻推信号的强度可以在整个轻推操作中保持恒定，但在其他实施例中也可以变化。更详细地，感兴趣区域更接近目标区域TA，轻推信号的强度可以下降。通过改变轻推信号的脉动的频率，可以额外地或备选地调制接近信息。ROI和目标区域之间的距离更近，脉冲频率可以下降。以类似方式，US信号本身的频率可以改变。

在实施例中，一旦感兴趣区域在目标区域中，即一旦患者采取了正确的位置，发射器TX就不再发出轻推信号。在实施例中，一旦患者移动，即一旦目标区域内有ROI的运动，则发射器TX被重新激活，以激励患者采取使感兴趣区域保持在目标区域TA内的姿势。如果感兴趣区域的一部分延伸到目标区域之外，则可以根据感兴趣区域的当前位置与目标区域TA的(总体上是固定的和已知的)位置之间的距离来相应地改变轻推信号的方向和/或强度和/或脉冲频率。

在上述实施例中，轻推信号的方向、脉冲频率和/或强度中的任何一个或其组合可以受响应于通过用户接口UI接收到的命令的控制逻辑来影响。然而，在其他实施例中，控制逻辑CL基于与患者和/或ROI相关的位置信号自动地，具体是自主地控制发射器TX。具体地，控制逻辑被配置为基于ROI的当前位置与目标区域TA之间的距离来改变轻推信号的方向和调制中的任何一个或全部。以这种方式改变调制包括改变轻推信号的脉冲频率、改变轻推信号的强度和改变信号的频率中的任何一个或全部。此类全自动实施例，或至少半自动实施例，如本文针对自主成像所设想的，要求在成像期间或在成像之间没有用户动作或者具有低水平的用户动作。具体地，在自主实施例中，PPS包括定位器模块LM，其被配置为基于位置信号来建立患者的当前位置，具体地建立感兴趣区域的当前位置。位置信号可以通过接收器RX来接收。

可以相对于世界坐标系定义ROI的当前位置。世界坐标系还可以用于建立探测器和/或诸如X射线源的成像信号源的位置。

目标区域可以被定义为患者包络。这是空间的一部分，由虚拟或真实的分界线适当地标记(de-marked)。定位器模块LM被适当地配置为知道患者包络的空间范围。针对定位模块LM设想许多不同的实施例。在实施例中，如果ROI的一部分延伸到包络TA外部，则由发射器将目标定于适当选择的撞击区域IRE处，以敦促患者移动延伸的身体部分，以便使患者缩回包络内。

更详细地，目标区域TA可以由患者位置标记系统定义。在实施例中，标记可以提供两种功能：(1)它定义患者或至少ROI应该保持在其中的边界，以及(2)它定义扫描具体的患者位置。标记能够是依据物理定义的边界或虚拟标记，或者可以经由光学投影系统或在可视化为3D轮廓的远程系统中实施。由患者位置标记系统定义的患者位置边界包括上述患者包络。基于患者和扫描类型以及扫描类型内的特定扫描序列，可以在2D或3D空间矩阵坐标系中定义包络。空间矩阵表示包络的轮廓。

如上所述，在实施例中，PPS包括适当地定位为接收来自患者的输入位置信号的接收器RX，并且该输入信号之后由定位模块LM处理，以建立患者的(特别是感兴趣区域的)当前位置。输入信号可以是具体的输出轻推信号的至少部分背向反射信号或背向散射信号。轻推信号因此可以在实施例中起到双重作用：用于轻推和ROI定位。

在实施例中，RX包括光学相机或基于视频的系统，类似于上述关于用户被提供有实况连续镜头的手动实施例所描述的系统。与手动实施例不同的是，在自动/自主实施例中，由接收器RX接收的输入位置信号由定位器模块LM自动处理成当前ROI位置信息。

在实施例中，相机的光敏传感器RX被配置为接收由从患者散射的周围光线导致的背向散射光。除了或代替所描述的光学传感器相机，使用具有深度感测或热感测(IF)传感器的相机系统。

由位置解析传感器RX获得的图像由定位器模块LM适当地配准到世界坐标系。定位器模块中的图像识别部件可以用于分析捕获到的图像，以在图像中识别患者，特别是感兴趣区域。感兴趣区域可以由适当地紧密围绕感兴趣区域的几何形状在几何上进行定义。一旦定位器模块LM在接收器RX的图像中已经识别出ROI或与ROI具有已知距离的另一解剖结构，图像中的位置就被映射到世界坐标系。由于目标TA的位置在世界坐标中到定位器模块LM是先前已知的，因此能够通过采用欧几里德距离来计算ROI和TA之间的相对距离。在设置PPS时，一个或多个相机RX的位置及其放大率可以用于与世界坐标系的预先校准，以便定位器模块能够将图像信息映射到针对ROI-TA距离的真实世界距离。当使用基于不同定位原理操作的定位模块LM时，也可以应用类似的3D或2D几何计算。

具体地，在上述超声实施例中，用于轻推和定位目的的是超声信号本身。在实施例中可以使用回波定位来建立ROI-TA距离。控制逻辑可以控制发射器TX以两种模式(轻推模式或定位模式)中的任一种进行操作，并且根据需要在这两种模式之间快速切换。当在定位模式下进行操作时，TX-发出的超声的频率可以发生变化，使得不会在患者的皮肤中导致轻推感受。从收发器引导的输出超声波被发出并被反射回来，并且在接收器RX处作为输入信号被接收。然后可以使用对所引起的多普勒频移的评估来建立感兴趣区域的位置。在该实施例和其他实施例中，接收器RX和发射器TX可以被布置组合成单个单元，即收发器。如前所述，并且如在针对接收器RX的光学相机或基于视频的实施例方面所说明的，如此找到的ROI位置能够被映射到世界坐标系中，以建立目标区域和感兴趣区域的当前位置之间的相对距离。换言之，在该实施例和类似实施例中，超声系统可以用作闭环控制系统。具体地，感兴趣区域的位置被监测并且响应于ROI的当前位置，并且因此与目标区域的相对距离，轻推信号通过改变调制和/或方向来适配。具体地，可以根据所测量的ROI-IRE距离适当地调制轻推信号的方向和/或(脉冲)频率和/或强度。

如上所述，一旦感兴趣区域在目标区域内，轻推信号减弱，但是定位器模块LM可以继续监测ROI位置。如果定位模块在目标区域内配准感兴趣区域的运动，则切换到轻推模式，并重新发出轻推信号以激励患者移动或重新摆姿势，从而使感兴趣区域保持在目标区域TA内。

在闭环实施例中，当ROI保持在目标区域TA内时，轻推模式保持关闭，但是，一旦感兴趣区域的至少一部分延伸超出目标区域，例如延伸超出患者包络，则切换回轻推模式。尽管已经具体参考通过超声的触觉发射器TX描述了闭环系统，但是诸如空气喷射或激光实施例的非超声系统也可以沿着上述路线以闭环方式布置。

现在参考图2，其示出了控制逻辑CL的操作。更具体地，图2示出了如何定义撞击区域IRE，在那里，递送触觉感受以轻推患者采取正确的位置。如本文所使用的，如果感兴趣区域至少部分地，优选完全在目标区域TA中时，则患者的位置或姿势是正确的。如果这样选择了撞击区域，则患者被引导、领进或轻推，以执行运动或姿势的改变，使得ROI朝向目标区域移动或者使得ROI保持在目标区域TA内。

概括地说，控制逻辑CL被配置为生成轻推信号，使得所述轻推信号从“背向”作用于患者上以激励患者采取正确的位置。更详细地，给定ROI的当前位置(如上说明所确定的)和目标区域TA的总体上固定和已知的位置，则可以将动作l

图2中的几何原理可以通过以下范例来说明，例如，膝关节将在特定位置成像，例如，当在扫描器膛的中心处以给定角度弯曲并定位在目标区域TA处以得到最佳图像质量时。在这种情况下，操作者能够首先检查膝盖位置是否与患者位置标记系统正确对齐。如果不是这种情况，一个或多个触觉脉冲可能被应用到与期望运动方向相反的膝盖一侧的远端点(d)。这种轻推将说服患者将膝盖从轻推位置移开，即在所期望的方向上。类似地，如果膝盖位置正确但弯曲角度错误，则指向小腿或足部的轻推将帮助患者正确调整弯曲角度。很容易理解，如果需要一系列扫描(例如在不同的弯曲角度处)，则可能在扫描序列期间(例如在扫描之间)多次重复轻推，而无需将患者从膛中移开。

一旦在世界坐标系中已知ROI的当前位置和目标区域的位置，则可以使用上面在图2中说明的几何原理，通过三维几何计算建立撞击区域(例如其中心或任何其他参考点)的空间坐标。

也可以优选地至少近似地知道患者的三维形状。例如，为了控制逻辑CL的上述操作目的，患者的身体可以适当地近似为例如圆柱体。一旦建立了撞击区域的位置，如上述远端点d，就可以定义一个区域，例如圆盘或任何其他几何形状。该区域是撞击区域IRE。然后激活和定向发射器(如果有多个)中的一个合适的发射器，以便输出的轻推信号沿着当前的作用线传播，并在如此定义的撞击区域IRE处撞击到患者的皮肤上。应当理解，在实践中，IRE的位置可以随着患者运动而改变以实现实时轻推。根据图2的基于作用线原理的撞击区域IRE位置的上述几何计算是范例性实施例，也可以替代地使用其他实施例，利用其他信息源。

现在参考图3，其示出了所提出的成像装置的各方面，包括此处所代表的成像装置IA，但没有患者围场EL。图3中所示的成像系统适用于例如胸部成像，其中X射线源(未示出)与探测器D相对布置。探测器D可以安装在检查室内的墙壁上或安装在支架上。探测器D的高度能够改变以容纳不同的患者体型。在该实施例中，患者可以在成像期间站立在检查区域内，而不是如图1的范例性实施例所示那样躺在支撑物上。两个(或多个)轻推信号发出发射器TX1和TX2可以被布置在患者的任一侧上。发出器同样可以安装在房间的墙壁上，或者可以安装在被附接到成像装置上，或者是附接到成像装置的其他结构的臂。

图3中所示的发射器是超声类型的，其中，超声换能器的相控阵列被布置在相应的面板上。示出了两个这样的面板，可能有更多或更少的面板。每个面板可以通过合适的致动器移动，从而面板能够被重新定向。发射器TX1、TX2随后被供给能量，已聚焦的声波链(train)沿着作用线向撞击区域传播。如图所示，可以使用投射到患者背部的光线来可视化包络的一部分，在此范例中为患者肺部ROI周围的皮肤。在所示范例中，可以将十字形投影到患者的背部。

在一个实施例中，优选地存在四个发射器，一个TX1、TX2在患者的任一侧，另外两个在X射线源侧XR处，一个在患者前面(在探测器侧)，一个在患者后面。例如，如果患者(朝向发射器TX2)向左移动很远，则根据图2的原理，发射器TX2被激活，从而促使患者朝向另一个发射器TX1被定位的位置向右移动，以激励运动，从而使肺部ROI被重新定位在目标区域中。图3中的目标区域TA可以被认为是从地板向上朝向天花板延伸的圆柱体的一部分形式的患者包络。圆柱体的直径可以选择为普通患者的周长。该圆柱体与地板的交点可以被可视化为在地板上绘制的轮廓，例如圆形或外接正方形等。使用少于四个的发射器也是可能的，例如三个、两个或一个，但随后要有一个在适当位置的电动装置，以便发射器能够围绕患者绕轨道运行，从而能够很好地针对大多数(如果不是全部)定位要求定义撞击区域IRE。

图4示出了成像装置的实施例，其中，发射器TX被布置在诸如CT膛或(如图所示)MRI膛之类的围场内。在这些或诸如PET的类似实施例中，患者躺在膛EL内的检查台TB上。在实施例中，发射器可以定位在感兴趣区域的顶部，在这种情况下是在患者的头部上方。如果患者将他们的头部移动到目标区域之外，则优选地以图2的原理施加轻推信号。发射器可以沿着膛的纵轴滑动，例如在用于不同ROI或成像协议的轨道上滑动。也可以设想沿膛的曲率进行圆周运动，从而使发射器不仅可以定位在ROI的顶部，而且可以定位在任一侧，左侧或右侧。此外，发射器可以重新定向以增加导向范围。在实施例中，可以如在头部MRI成像中所使用的以及如在图4中范例性示出的那样，将发射器安装在头部线圈中。

尽管上述患者定位系统PPS可以以完全自动自主化的方式使用，但仍可以与某些用户交互工具相结合。例如，可以能够期望在成像期间通过视频链接和/或音频连接和适当布置的麦克风和扬声器，使来自远程位置的用户与患者接触。

在实施例中，还可以存在允许调制轻推信号以执行呼吸控制的调节元件CN。例如，触觉超声或空气喷嘴实施例中的发射器TX可以由控制逻辑CL控制，以发出具有根据生命体征测量值调整的频率和/或相位的脉冲超声信号。适当脉冲超声信号可以降低呼吸率(RR)，从而以平静的方式作用于患者。具体地，在实施例中，诸如血压测量装置或脉搏计之类的探头PR可以用于当患者在成像装置处或在成像装置中时采集他或她的生命体征数据。可以在成像期间或在成像之间获得生命体征测量值。

生命体征读数能够用于控制由发射器TR发出的脉冲信号的频率。控制模块因此可以切换到RR控制模式以控制RR速率。可以在患者定位期间，通过在患者定位期间调制轻推信号来应用RR控制模式。备选地或额外地，一旦患者的ROI在目标区域TA内，就可以应用RR模式。例如，一旦患者已经适当地定位，则控制单元CL可以指示发射器TX以RR控制模式操作，在RR控制模式下，现在，在患者的皮肤上诱发触觉感受信号，不是为了通过轻推进行定位的目的，而是为了通过激励降低RR使患者平静。

由发射器TX发出的脉冲信号可以根据所采集的生命体征读数进行调制。具体地，由发射器TX发出的RR控制信号的频率可以由控制逻辑CL调整为低于或高于当前心率的频率或由控制逻辑CL根据血压读数进行调整。已知心率和血压读数都与患者的当前RR相关。将RR控制脉冲信号调整为RR控制脉冲具体地低于患者的当前心率可以引起RR的降低，从而使患者平静下来。降低RR可以继而降低心率或血压，从而增加平静效果。此外，已经发现，使所发出的RR控制信号的脉动与心率异相也可以诱发RR的降低。换言之，触觉系统不仅能够用于控制如上所述的位置，还能够用于控制患者的RR。一旦患者被适当定位进行，就可以完成这种RR控制模式下的操作，或者可以在轻推操作期间完成这种RR控制模式下的操作。初始RR提供起点，而所期望的RR提供最终终点。声学触觉系统能够用于提供模仿RR呼吸模式的触觉反馈，其与RR呼吸模式的相位略有不同。这会将当前的RR转移到触觉系统相位中。触觉系统再次被触发，以使触觉反馈模式与当前的RR模式稍微不同步，因为不能立即将呼吸率引发至所期望的水平，这必须逐步来实现。这将在成像之前提供RR连续上升和/或下降到所期望的水平。

除了或代替如上所述调制用于RR控制的发射器TX信号，可以将控制逻辑切换到触摸模仿模式，以模仿人的敲击或轻拍。控制逻辑CL可以用于调制触摸模式，模仿周期性和有节奏的触摸以使患者特别是儿童平静下来。有节奏的触摸能够用作减少成像期间的焦虑的存在保证。切换到触摸模仿模式，能够在轻推期间来完成，或者优选地，一旦患者被正确定位就完成。控制逻辑可以例如，基于诸如血压或心率的增加的表明患者焦虑状态的生命体征读数自动切换到触摸模拟模式。在手动实施例中也可以使用触摸模仿模式。如果用户认为患者心烦意乱，则可以操作用户接口切换到触摸模仿模式并相应地应用信号以使患者平静下来。触觉超声或空气喷射发射器TX可以由控制逻辑CL控制，以发出脉冲US-信号，以便模仿人的轻拍或敲击。

应当理解，如果控制器CL在触摸模仿或RR控制模式下操作，则撞击区域IRE可以并非如图2中所描述的那样定义。撞击区域可能是任何地方，但是将信号应用于患者背部或肩膀可以是有利的。

还应当理解，在实施例中，所有上述功能，即轻推信号生成、ROI位置确定、RR控制信号生成和触摸模仿模式都可以通过相同的一组一个或多个发射器TX来管理，就如同由单个控制逻辑CL控制一样。控制逻辑可以被配置为通过操作模式进行切换，以管理这些功能中的每一个。这允许紧凑的构建。但是，还设想了可选择的布置，其中，通过相应的一个或多个不同的发射器来管理上述功能中的一些或全部，和/或其中，跨越一组两个或多个不同的控制逻辑来分配相应的控制任务。在一个极端的实施例中，可能有多达四个不同的控制逻辑，每个控制逻辑专用于单个功能，并且可能每个控制逻辑都使用不同的发射器。可选择地，在这种实施例中也可以设想发射器共享。

PPS的一些或所有组件可以体现为或者在单个处理单元PU上或者分布在多个处理单元之间的硬件或软件。PPS的一些或全部组件可以作为软件模块驻留在存储器MEM中，或者可以分布在多个这样的存储器单元之间。具体地，控制单元可以被布置为集成到成像装置中的ASIC或FGPA。如果需要，发射器和/或接收器可以布置在成像装置中或成像装置处，具体地布置在膛内，或者可以适当地布置在成像室内的成像装置周围，例如根据需要安装在墙上、安装在天花板上或者安装在地板上。尽管PPS的组件在附图中显示为独立的功能单元，但它们中的一些或全部实际上可以集成在单个处理单元中。

在实施例中，控制逻辑被配置为将旨在用于患者的其他信息调制到轻推信号上。信息可以通过频率和/或幅度调制或其他方式来调制，以引起代表“代码”的调制模式。因此，轻推信号以调制模式对信息进行编码。以这种方式，已编码的触觉信号可以由控制逻辑CL创建。显示设备DD可以安装在膛内或膛外，但在任何一种情况下，至少在患者处于成像器膛内时，使其屏幕可见地暴露于患者。图形显示GD可以由可视化组件VC生成并显示在显示设备DD上。图形显示GD在解释性的文本和/或图像方面代表特定调制模式的“语义”。所显示的文本或图像为患者解释(“解码”)调制模式(编码)的含义是什么。

已编码的触觉信号可以在成像程序期间有利地使用，不仅用于告知诸如“屏气”、“保持静止”的指令，而且与提供关于成像或要执行的成像支持临床程序有关的其他信息相关。例如，可以由已编码的触觉信号预先通知患者将要注射造影剂，患者能够预期热感/冷感等。由于嘈杂的环境，患者可能无法听到口头指令，或者当他们的头部在膛内时或者他们必须采取某种姿势来拍摄X射线等时，可能并不总是能够读取显示器的信息。但是，利用已编码的触觉信号，能够在这些情况下很容易地传达信息。

编码可以通过管理脉冲下的触觉信号来完成。可能的调制模式可以包括以下中的任何一个或多个：不同的脉冲计数，绝对的或每单位时间的(频率)，不同的强度(幅度)，应用脉冲序列的不同持续时间。编码还可以包括暴露某个身体部位，但现在不是为了定位的目的，而是为了传达信息。因此，利用触觉信号对准不同的身体部位代表不同的信息/指令。

上述模式中的任何一种都可以编码以下任何一种：定位请求，某个身体部位应当移动/转移/转动的量等，程序正在进行的指示等。身体部位的不同对准可以用于指示移动或重新定位等，或者指示任何其他协商好的信息。

此外，触觉代码脉冲可以用于疼痛评估或定位，例如通过增加推力。这对于定量评估疼痛或类似情况可以是有用的。

除了或替代上述选项，触觉信号可以用于依从性/合作性检查。在通过应用已编码的信号(例如，脉冲)向患者递送指令/信息之后，存在指令后超时时间段。具体地，一旦已编码的触觉信号已被发送给患者，控制逻辑将在预设的超时时间段内切换到等待模式。这种超时时间段是患者对信号作出反应所花费的预期时间。如果没有响应，则再次应用信号，还是有超时，依此类推。如果患者反复不遵守指令，则系统可以要求人工干预。例如，可以通过静态或视频-相机监控来检查正确的响应，其中，基于机器学习的处理来检查患者的正确响应。

对于所有患者，代码能够是固定的完全相同的。或者，代码是特定于患者的或特定于应用程序的，以满足患者的对最佳用户接口的要求。

编码是通过卫生保健工作者的事先口头指令、通过注入传单的印刷材料或者通过电子邮件、网址或任何其他传达渠道与患者协商一致的。在上述用于显示每个代码含义的解释的显示器DD上，可能包括附加的特定于患者的修正。应当理解，除了通过编码传达信息/指令之外，还可以使用本文中设想的用于患者(patent)预先定位的触觉信号。此外，一旦患者被正确定位，仍然可以从发射器TX应用触觉信号，但这次仅用于通过编码传达信息，不一定与定位相关。

现在参考图5，其示出了支持患者定位的方法的流程图。方法可以优选地用于成像目的，但也可以替代地用于放射治疗(RT)。换言之，上述实施例都可以与在其中治疗递送期间患者的正确定位是很重要的诸如LINAC或其他的放射治疗递送设备一起使用。

尽管以下描述的步骤涉及上述图1-4的系统，但是这些步骤不一定依赖于所描述的系统，并且以下描述的用于患者位置支撑的方法也可以被理解为它们自身实力的教导。

在步骤S510处，建立ROI的当前位置与目标区域之间的相对距离。目标区域可以位于成像装置的检查区域中或者位于RT递送装置的治疗区域中。建立距离可以通过在注入传感器的接收器RX装备处接收能够与患者的当前位置或者至少与ROI的当前位置相关联的输入测量信号来实现。

在步骤S520处，操作发射器以生成输出信号。该输出信号能够在成像或RT递送之间或期间从一定距离处远程诱发患者皮肤上的触觉感受。输出信号可以或者直接作用在患者裸露的皮肤上，或者也可以通过诸如一块布的中间层间接作用。发射器在空间上布置在成像装置或RT递送装置处或布置在其中，或者至少布置在患者所位于的成像或处置室中。

在步骤S530处，修正输出信号，以便以某种方式轻推患者，使得感兴趣区域正朝向目标区域移动，或者如果感兴趣区域已经在目标区域中，则使其保持。输出信号的修正取决于所确定的ROI的当前位置与检查或治疗区域内的目标区域之间的相对距离。具体地，输出(“轻推”)信号的修正可以包括通过变化强度或脉冲频率中的任何一个或二者来改变信号的方向和/或调制信号。

具体地，在自动设置中，轻推信号的空间方向被选择为使得信号沿着在感兴趣区域的当前位置与目标区域之间延伸的假想线传播和作用。更具体地，将患者上的撞击区域选择为使得感兴趣区域在空间上位于目标区域与撞击区域之间。

可以将频率强度和/或方向中的任何一个修正为感兴趣区域到目标区域的当前距离，以及因此的患者到目标区域的当前距离的函数。所述距离是ROI或患者的当前位置的函数。回到步骤S510，可以通过任何合适的定位方案来建立当前位置。当前位置可以基于回波位置和从包括光学光线传感器、深度感测传感器、红外传感器或任何前述传感器的组合或子组合的视频相机监控导出的图像数据来确认。在实施例中，当前ROI位置的感测可以通过操作成像装置采集扫描跟踪图像来建立。与诊断成像相比，诸如CT的X射线成像中的跟着图像是使用较低剂量的图像。

诸如图像识别的图像处理技术可以用于在图像中隔离感兴趣区域，并且通过位于成像装置处的世界坐标系将该信息与目标区域相关联。

输出信号的修正和ROI当前位置的确定可以在闭环架构中完成。具体地，输出轻推信号的背向散射或背向反射可以用于建立当前位置。

除了或代替在步骤S510处的自动确定距离，可以响应于通过诸如由用户操作的操纵杆之类的用户接口接收到的用户请求来如上所述修正输出轻推信号。

在可选的步骤S540处，调制输出信号或不同的信号，以用作呼吸率控制。在该实施例中，从患者接收生命体征，并且根据所测量的生命体征信号控制输出信号的脉冲频率或强度和/或由合适的(不同的)发射器以其他方式生成的不同信号的脉冲频率或强度。具体地，在实施例中，生命体征信号是来自患者的心率读数，并且使输出信号或不同的信号以小于或高于患者的当前测量的心率的频率脉动。这已被示出为以平静的方式作用于患者，以减少呼吸的呼吸率RRT。此外或替代地，输出信号与心率或可从诸如血压监测、血液氧化等的其他生命体征测量值导出的其他周期性度量异相生成。

除了或代替上述之外，在其他可选步骤中，输出信号和/或第三信号可以以一种方式来操作，以模拟人的触摸，例如轻拍或敲击患者。在该实施例中，输出信号以有节奏的模式脉动，以模拟人的触摸动作使患者平静。

除了或代替上述之外，在其他可选步骤中，可以对输出信号进行编码以向患者传送指令/信息而不是定位请求。编码可以包括特定调制模式的应用，如代表要传达给患者的某个协商好的指令/信息的的脉冲频率和/或幅度。

本文所公开的一个或多个特征可以被配置或实施为编码在计算机可读介质内的电路，或者与编码在计算机可读介质内的电路一起配置或实施，和/或以其组合来配置或实施。电路可以包括分立的和/或集成的电路、专用集成电路(ASIC)、片上系统(SOC)及其组合、机器、计算机系统、处理器和存储器、计算机程序。

在本发明的另一范例性实施例中，提供一种计算机程序或计算机程序单元，其特征在于适于在适当的系统上执行根据前述实施例之一的方法的方法步骤。

计算机程序单元因此可以存储在计算机单元上，所述计算机单元也可以是本发明的实施例的一部分。该计算单元可以适于执行或诱发执行上述方法的步骤。此外，它可以适于操作上述装置的组件。计算单元能够适于自动操作和/或执行用户的命令。可以将计算机程序加载到数据处理器的工作存储器中。数据处理器因此可以被配备为执行本发明的方法。

本发明的该范例性实施例涵盖从一开始就使用本发明的计算机程序和通过更新将现有程序变成使用本发明的程序的计算机程序两者。

此外，计算机程序单元可能能够提供所有必要的步骤来实现如上所述的方法的范例性实施例的过程。

根据本发明的又一范例性实施例，提出一种诸如CD-ROM的计算机可读介质，其中，计算机可读介质具有存储在其上的计算机程序单元，所述计算机程序单元在前面的部分中进行了描述。

计算机程序可以存储和/或分布在合适的介质上(具体地，但不一定是非暂时性介质)，如与其他硬件一起提供或作为其他硬件的一部分提供的光存储介质或固态介质，但是也可以以其他形式分布，如经由互联网或其他有线或无线电信系统。

然而，计算机程序也可以通过像万维网这样的网络呈现并且能够从这样的网络下载到数据处理器的工作存储器中。根据本发明的又一范例性实施例，提供一种用于使计算机程序单元可供下载的介质，所述计算机程序元素被布置为执行根据本发明的前述实施例之一的方法。

必须注意，参考不同的主题描述了本发明的实施例。具体地，参考方法类型权利要求描述了一些实施例，参考设备类型权利要求描述了其他实施例。但是，本领域技术人员将从以上和以下说明中得出，除非另行通知，否则除了属于一种类型的主题的特征的任何组合之外，与不同主题有关的特征之间的任何组合也被认为是在本申请中被公开。但是，所有特征都能够组合在一起，提供比这些特征的简单加和更多的协同效应。

尽管已经在附图和前述说明中详细图示和说明了本发明，但是这样的图示和说明被认为是示意性的或范例性的，而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、公开内容和从属权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现对所公开的实施例的其他变化。

在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，不定冠词“一”或“一个”不排除复数。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中记载的若干项的功能。在相互不同的从属权利要求中引用某些措施这一事实并不表示这些措施的组合不能有利地使用。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。