发明内容
本发明的主要目的在于提供一种具有低材料成本和低软件复杂度的用于医疗设备的防碰撞装置和方法以及计算机可读存储介质，以解决现有技术中在医疗检查时被检者与扫描机架发生碰撞的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种用于医疗设备的防碰撞装置包括：图像控制系统，被配置为提供与医疗设备的机架扫描孔相关的预定数据；TOF传感器，被配置为获取被检者身体以及医疗设备扫描床的局部区域的感测数据；控制器，包括：硬件解码模块，被配置为对感测数据进行硬件解码以获得图像数据；计算模块，被配置从图像数据计算图像矩阵；数据获取模块，被配置为从图像控制系统获取预定数据；比较模块，被配置为将图像矩阵中矩阵元素的极值与预定数据进行比较，以获得比较结果；以及发送模块，被配置为将比较结果发送至图像控制系统，其中，图像控制系统进一步用于根据比较结果，在确定被检者与扫描机架会发生碰撞时，发出警告。
在本发明中，利用TOF传感器获得被检者身体以及医疗设备扫描床的局部区域的感测数据，可以通过对感测数据进行硬解码，容易地从该感测数据计算出被检者身体以及医疗设备扫描床的局部区域的多个点的二维位置信息和深度信息，从而以低的软件复杂度判断出被检者与扫描机架是否会发生碰撞。另外，TOF传感器的材料成本相对于现有技术的3D照相机也是比较低的。
其中，TOF传感器设置在医疗设备的扫描机架顶部，图像矩阵包括被检者身体以及医疗设备扫描床的局部区域的多个点的二维位置信息和深度信息。
其中，控制器还包括接收模块和控制模块，接收模块被配置为在被检者进入机架扫描孔之前从图像控制系统接收防碰撞检查命令，控制模块被配置为基于防碰撞检查命令控制TOF传感器获取感测数据。
其中，发送模块响应于来自图像控制系统的防碰撞检查命令将比较结果发送至图像控制系统。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于医疗设备的防碰撞方法包括：接收防碰撞检查命令；基于防碰撞检查命令，由TOF传感器获取被检者身体以及医疗设备扫描床的局部区域的感测数据；根据感测数据计算图像矩阵；获取与医疗设备的机架扫描孔相关的预定数据；将图像矩阵中矩阵元素的极值与预定数据进行比较，以获得比较结果；以及根据比较结果，在确定被检者与扫描机架会发生碰撞时，发出警告。
其中，根据感测数据计算图像矩阵包括：对感测数据进行硬件解码以获得图像数据；以及从图像数据计算所述图像矩阵，其中，图像矩阵包括被检者身体以及医疗设备扫描床的局部区域的多个点的二维位置信息和深度信息。
其中，在被检者进入医疗设备的机架扫描孔之前，接收防碰撞检查命令。
根据本发明的又一方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，当被执行时，计算机指令使处理器执行上述的防碰撞方法。
通过上述方式，可以以低的软件复杂性和低的材料成本防止CT、MR、分子影像(MI)等医疗设备检查过程中的碰撞事件。
具体实施例
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
需要说明的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或模块或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或模块或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或模块或单元。
根据本发明的实施例，提供了一种用于医疗设备的防碰撞装置，以下以CT设备为例进行说明，MR设备、分子影像(MI)等其它医疗设备中防碰撞与此本质上相同。图1示出了根据本发明实施例的根据本发明实施例的用于CT设备的防碰撞装置的框图。
如图1所示，根据本发明实施例的用于CT设备的防碰撞装置10包括：图像控制系统101、TOF(Time of Flight，飞行时间)传感器103以及控制器105。
CT设备是利用精确准直的X线束，与灵敏度极高的探测器一同围绕被检者的某一部分做一个接一个的断层扫描的设备。CT设备通常具有扫描机架、扫描床等。扫描机架具有机架扫描孔，当进行扫描时，被检者通过该机架扫描孔。扫描床是运载被检者以完成扫描任务的工具，其能够进行水平纵向运动、垂直运动，实现自动进出扫描机架的机架扫描孔。
图像控制系统101被配置为提供与CT设备的机架扫描孔相关的预定数据。
CT设备的机架扫描孔通常为穿过扫描机架的圆柱形腔体，为简单起见，本发明实施例以CT设备的机架扫描孔为圆柱形腔体进行描述，但本发明并不限于此。
与CT设备的机架扫描孔相关的预定数据包括但不限于圆柱形腔体的直径、圆柱形腔体的中心轴位置、扫描床与机架扫描孔之间的相对位置关系等数据。
CT设备机架扫描孔的入口截面圆的圆周上各个点的坐标以及各个点与TOF传感器的垂直距离等作为与CT设备的机架扫描孔相关的预定数据也存储在图像控制系统101中。
TOF传感器103被配置为获取被检者身体以及CT设备扫描床的局部区域的感测数据。
TOF传感器103可以安装在CT设备扫描机架的顶部并且可以是具有320×240像素阵列的TOF传感器，但本发明并不限于此。
TOF传感器103利用TOF(Time of Flight，飞行时间)技术，向被检者身体以及CT设备扫描床的局部区域发射近红外光，近红外光在被检者身体以及CT设备扫描床的局部区域被反射回TOF传感器103，TOF传感器103可以计算近红外光的发射和反射时间差或者相位差，从而产生表示被检者身体以及CT设备扫描床的局部区距TOF传感器103的距离的深度信息。由此，通过TOF传感器103可以产生表示被检者身体以及CT设备扫描床的局部区域的多个点的二维位置信息和深度信息的感测数据。
这里的感测数据包括被检者身体以及CT设备扫描床的局部区域的多个点的灰度值。
控制器105包括硬件解码模块1051、计算模块1052、数据获取模块1053、比较模块1054以及发送模块1055。控制模块105与图像控制系统101和TOF传感器103通信连接。
TOF传感器103将获取的被检者身体以及CT设备扫描床的局部区域的感测数据通信传输至控制器105。
硬件解码模块1051被配置为对感测数据进行硬件解码以获得图像数据。这里，硬件解码模块1051可以为硬件解码器。硬件解码获得的图像数据为具有多个像素的图片形式。
计算模块1052从图像数据计算图像矩阵。
例如，计算模块1052通过映射的方式将图片形式的图像数据映射为表示被检者身体以及CT设备扫描床的局部区域的二维位置信息和深度信息的图像矩阵，该图像矩阵包括多个矩阵元素(x，y，depth)，其中，以以下方式来定义坐标系，TOF传感器为参考原点，在经过该参考原点且平行于扫描床的平面A上，定义y轴与扫描床的长度方向平行，x轴垂直于y轴，depth深度方向表示垂直于平面A的方向。因此，x，y表示被检者身体以及CT设备扫描床的局部区域的二维位置信息，depth表示其深度信息。注意，图像控制系统101中存储的数据也以上述坐标系定义。
数据获取模块1053从图像控制系统101获取与CT设备的机架扫描孔相关的预定数据。
比较模块1054将计算模块1052计算的图像矩阵中矩阵元素的极值与数据获取模块1053获取的与CT设备的机架扫描孔相关的预定数据进行比较。
具体地，例如，计算模块1052计算出被检者腹部最高点O1的深度信息depth为d1，即被检者腹部最高点O1与TOF传感器103的垂直距离为d1。由数据获取模块1053从图像控制系统101获取与CT设备的机架扫描孔相关的预定数据，即，从图像控制系统101获取从CT设备的机架扫描孔的最高点与TOF传感器之间的垂直距离为d2，如果d1大于d2，则被检者不会与CT设备的扫描机架发生碰撞，但如果d1小于d2，则被检者将会与CT设备的扫描机架发生碰撞。
上述例举了如何利用图像矩阵中的深度信息来判断被检者是否会与CT设备的扫描机架发生碰撞，但本发明并不限于此。
也可以利用图像矩阵中的二维位置信息来判断被检者是否会与CT设备的扫描机架发生碰撞。具体地，例如，如果被检者相对于CT设备的机架扫描孔的中心向右侧偏移，计算模块1052计算出被检测者身体最右侧的点O2的二维信息和深度信息为(x1，y1，depth)，由数据获取模块1053从图像控制系统101获取与CT设备的机架扫描孔相关的预定数据，即，获取机架扫描孔入口截面圆的圆周上各个点中与点O2具有相同深度信息depth的二维信息中x值的最大值x2，如果x1小于x2，则被检者不会与CT设备的扫描机架发生碰撞，但如果x1大于x2，则被检者将会与CT设备的CT设备的扫描机架发生碰撞。
发送模块1055将上述由比较模块1054获得的比较结果发送给图像控制系统101。
图像控制系统101根据比较结果，在确定被检者与扫描机架会发生碰撞时，发出警告和/或操作提示。图像控制系统101可以以音频或图像的形式发出警告，例如，在CT设备的显示界面上弹出警告窗口或发出警告的蜂鸣声等。可选地，图像控制系统101还可以给出相应的操作提示，例如，将扫描床向下移动、将扫描床向扫描孔外移动等。
在本发明实施例的用于CT设备的防碰撞装置中，利用TOF传感器获得被检者身体以及CT设备扫描床的局部区域的感测数据，可以通过对感测数据进行硬解码，容易地从该感测数据计算出被检者身体以及CT设备扫描床的局部区域的多个点的二维位置信息和深度信息，从而以低的软件复杂度判断出被检者与扫描机架是否会发生碰撞。
此外，在根据本发明实施例的用于CT设备的防碰撞装置中，控制器105还可包括接收模块和控制模块(在图1中未示出)。接收模块可以被配置为在被检者进入机架扫描孔之前从图像控制系统101接收防碰撞检查命令。控制模块可以被配置为基于接收模块接收的防碰撞命令控制TOF传感器103获取被检者身体以及CT设备扫描床的局部区域的感测数据。
在根据本发明实施例的用于CT设备的防碰撞装置中，接收模块也可以被配置为从图像控制系统101接收命令TOF传感器实时获取被检者身体以及CT设备扫描床的位置信息和深度信息的感测命令，控制模块也可以被配置为基于该感测命令控制TOF传感器获取被检者身体以及CT设备扫描床的实时位置信息和深度信息。发送模块1055也可以被配置为将由TOF传感器获取的被检者身体以及CT设备扫描床的实时位置信息和深度信息发送至图像控制系统101。在图像控制系统101中存储该信息。
在根据本发明实施例的用于CT设备的防碰撞装置中，硬件解码模块1051和控制模块可以形成TOF控制器。例如，TOF传感器与TOF控制器可以集成在一起或者TOF传感器与TOF控制器之间可以通过低电压差分信号(LVDS)实现数据的远程传输。计算模块1052、数据获取模块1053、比较模块1054、发送模块1055可以形成CT控制器。TOF控制器和CT控制器可以集成在同一控制板上。CT控制器与TOF控制器可以通过扫描控制接口(SSI)或USB电缆进行连接。CT控制器与图像系统控制系统101可以通过基于以太网的接口进行连接。例如，在从图像系统控制系统101接收到防碰撞检查命令而进行防碰撞检测时，由TOF控制器的硬件解码模块1051对从TOF传感器获取的感测数据进行硬件解码之后，获得图片形式的图像数据。TOF控制器将该图像数据通过SSI接口发送至CT控制器的计算模块1052，该计算模块1052通过映射处理将图片形式的图像数据映射为表示被检者身体以及CT设备扫描床的局部区域的二维位置信息和深度信息的图像矩阵。随后，CT控制器的比较模块1054将图像矩阵和与所述CT设备的机架扫描孔相关的预定数据进行比较，CT控制器的发送模块1055响应于来自图像控制系统101的防碰撞检查命令将比较结果发送至图像控制系统101。图像控制系统101根据该比较结果，在确定被检者与扫描机架会发生碰撞时，发出警告和/或操作提示。
图2示出了根据本发明实施例的用于CT设备的防碰撞方法的流程图，图3示出了根据本发明的实施例的用于CT设备的防碰撞装置的应用实例图，下面结合图2和图3，对根据本发明实施例的用于CT设备的防碰撞方法进行具体描述。
如图2所示，根据本发明实施例的用于CT设备的防碰撞方法包括：
S1：接收防碰撞检查命令。
如图3所示，在进行CT检查时，在将被检者移进CT设备的扫描机架5的机架扫描孔之前，图像控制系统1发出防碰撞检查命令。由控制器2通过基于以太网的接口从图像控制系统1接收防碰撞检查命令。控制器2设置在CT设备的扫描机架5中，其可以由上述TOF控制器和CT控制器集成在同一控制板上而形成。图像控制系统1和控制器2之间通过基于以太网的接口连接。
S2：基于防碰撞检查命令，由TOF传感器获取被检者身体以及CT设备扫描床的局部区域的感测数据。
在接收到防碰撞检查命令之后，控制器2(例如，其中的TOF控制器)控制设置在扫描机架5顶部的TOF传感器3对被检者P的身体以及CT设备的扫描床4的局部区域进行感测，以获得感测数据。具体地，TOF传感器3向被检者P的身体以及CT设备扫描床4的局部区域7发射近红外光6，近红外光6在被检者P的身体以及CT设备扫描床4的局部区域7被反射回TOF传感器3，TOF传感器3可以计算近红外光的发射和反射时间差或者相位差，从而产生表示被检者P的身体以及CT设备扫描床4的局部区7距TOF传感器3的距离的深度信息。由此，通过TOF传感器3可以产生表示被检者P的身体以及CT设备扫描床4的局部区域7的多个点的二维位置信息和深度信息的灰度值作为感测数据。
S3：根据感测数据计算图像矩阵。
具体地，控制器2(例如，其中的TOF控制器)在通过LVDS从TOF传感器3接收到感测数据后，例如，控制器2对感测数据进行硬件解码以获得图片形式的图像数据，并对图像数据进行映射处理以获得表示被检者P的身体以及CT设备扫描床4的局部区域7的多个点的二维位置信息和深度信息的图像矩阵。
S4：获取与CT设备的机架扫描孔相关的预定数据。
具体地，控制器2通过基于以太网的接口从图像控制系统1获取与CT设备的机架扫描孔相关的预定数据，例如，机架扫描孔最高点与TOF传感器3之间的垂直距离d2。
在本发明实施例中，获取与机架扫描孔相关的预订数据(步骤S4)与获取感测数据并计算图像矩阵(步骤S2、S3)没有必须的先后顺序，两者可以同时进行，也可以先进行步骤S4、或者先进行步骤S2、S3。
S5：将图像矩阵与预定数据进行比较，以获得比较结果。
例如，控制器2将计算出的被检者P的腹部最高点与TOF传感器3的垂直距离d1与从图像控制系统1获取的机架扫描孔最高点与TOF传感器3之间的垂直距离d2进行比较，如果d1大于d2，则被检者不会与CT设备的扫描机架发生碰撞，但如果d1小于d2，则被检者将会与CT设备的CT设备的扫描机架发生碰撞。
S6：根据所述比较结果，在确定被检者与所述扫描机架会发生碰撞时，发出警告。
例如，控制器2将在步骤S5中获得的比较结果通过基于以太网的接口发送至图像控制系统1。图像控制系统1根据该比较结果，在确定被检者与扫描机架会发生碰撞时，在CT设备的显示界面上弹出警告窗口、发出警告的蜂鸣声等，以向CT操作者发出碰撞警告。可选地，图像控制系统1可以给出相应的操作提示，例如，将扫描床向下移动、或者向扫描孔外移动等。
CT操作者可以忽略该碰撞警告或决定调整并再次检查被检者的位置或CT设备扫描床的位置。
根据本发明的实施例，还提供了一种计算机可读存储介质，在该计算机可读存储介质上存储有计算机指令，当所述计算机指令被执行时，其使处理器执行根据本发明实施例的用于CT设备的防碰撞方法。
在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元或模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，模块或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元或模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元或模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元或模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元或模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元或模块来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元或模块可以集成在一个处理单元或模块中，也可以是各个单元或模块单独物理存在，也可以两个或两个以上单元或模块集成在一个单元或模块中。上述集成的单元或模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元或模块的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。