Система и способ управления излучением и его минимизации

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к системе и способу управления излучением и его минимизации. Система содержит устройство генерации излучения, монитор, устройство мониторинга внимания для генерации сигнала внимания, показывающего, когда внимание оператора направлено на монитор, модуль мониторинга внимания, сконфигурированный для определения зоны фиксации оператора, модуль активации излучения для генерации задающего сигнала излучения и активации пучка излучения оператором и блок управления. Способ включает этапы работы с системой управления. Использование заявленной группы изобретений позволяет минимизировать воздействие потенциально вредного излучения на оператора и/или пациента. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 14 ил.

 

Заявление приоритета/родственные заявки

Согласно параграфу 120 раздела 35 Свода законов США эта заявка притязает на приоритет заявок на патент США №13/311491, 13/311495 и 13/311486, поданных вместе 5 декабря 2011 года, при этом все они согласно параграфу 119(e) раздела 35 Свода законов США в свою очередь притязают на приоритет предварительной заявки на патент №61/453540, поданной 6 марта 2011 года под названием "Radiation Control and Minimization System and Method", все из которых включены сюда по средством ссылки во всей своей полноте.

Область техники, к которой относится изобретение

Раскрытие относится в основном к системам излучения (или для промышленного, охранного, терапевтического применения или визуализации) и, в частности, к системам для минимизации излучения, которому подвергается пациент, человек, объект или оператор.

Уровень техники

Устройства и системы, которые генерируют различные формы энергии излучения/ионизации, применяются для различных терапевтических/лечебных, диагностических или визуализирующих целей. Например, различные формы энергии излучения/ионизации могут использоваться для обследования объекта (например, в сканирующих системах аэропортов, различных установках обеспечения безопасности, средствах управлении производственным и технологическим процессом) или обследования пациента (например, в поликлинике или больнице, например в рентген-операционной, где хирург/терапевт работает с рентгеновской или КТ-системой.)

Отрасль медицинской визуализации, например, сильно сфокусирована на уменьшении дозы излучения при процедуре диагностики и лечения, которое включает модификацию аппаратного и программного обеспечения и процедур в комнате оператора. См. Miller DL, Baiter S, Schueler BA, Wagner LK, Strauss KJ, Vano E. "Clinical radiation management for fluoroscopically guided interventional procedures", Radiology, ноябрь 2010; 257(2): 321-332. Отчетность по дозе излучения является одним из измерений обеспечения качества (QA), которые требуются программой медицинской помощи Medicare. Кроме того, Управление по контролю за продуктами и лекарствами (FDA) в своей "White paper", изд. 2010 г., призывает к существенному сокращению "излишнего излучения". FDA, "White Paper: Initiative to Reduce Unnecessary Radiation Exposure from Medical Imaging". Управление CfDaRHUSFaD, изд. 2010 г.

Существует два основных компонента, которые могут сократить воздействие излучения. Первый компонент представляет собой технические улучшения рентгеновского оборудования, такие как инвестирование в лучшую фильтрацию, коллиматоры, оборудование для сбора информации и анализ изображений. Другой компонент представляет собой способ, которым оператор применяет излучение, который включает продолжительность воздействия, расстояние от источника до пациента и правильную коллимацию. См. Miller DL, Baiter S, Schueler BA, Wagner LK, Strauss KJ, Vano E. "Clinical radiation management for fluoroscopically guided interventional procedures", Radiology, ноябрь 2010 г.; 257(2): 321-332 и Arthur WR, Dhawan J, Norell MS, Hunter AJ, Clark AL, "Does cardiologist - or radiographer-operated fluoroscopy and image acquisition influence optimization of patient radiation exposure during routine coronary angiography?", Br J Radiol, сентябрь 2002;75(897):748-753. Радиологическое образование оператора/врача является решающим для сокращения дозы излучения, и обученный врач применяет существенно меньшие количества излучения. Подобный курс на сокращение воздействия излучения существует в немедицинских областях. Например, ядерная промышленность была очень восприимчива на протяжении нескольких десятилетий к воздействию излучения, и во многих других производственных областях существуют четкие направления на минимизацию воздействия. См. Http://www.state.il.us/iema/publications/pdf/IEMA%20032%20Everyday%20Uses%20оР/o20Radiation.pdf.

Например, во время хирургической медицинской процедуры с применением рентгеноскопии существуют периоды времени, когда оператор (обычно врач), даже когда он/она активирует источник излучения, который облучает пациента и персонал, не получает информации, которая генерируется источником излучения. Это излучение (и информация в нем) не только расходуется впустую, но и, кроме того, без нужды наносит вред пациенту и персоналу/оператору источника излучения. Это излучение является нежелательным. Таким образом, во многих различных применениях, в которых обследуют объекты или пациентов, желательно сократить нежелательное излучение и, следовательно, минимизировать воздействие потенциально вредного излучения на оператора и/или пациента, и поэтому на это направлено данное раскрытие.

Краткое описание графических материалов

На фиг. 1 изображен пример медицинского применения, при котором применяется источник излучения для обследования пациента и при котором может возникать нежелательное излучение;

на фиг. 2 изображен вариант осуществления устройства сокращения и минимизации излучения;

на фиг. 3 изображен пример устройства мониторинга направления взгляда, которое может использоваться с устройством сокращения и минимизации излучения;

на фиг. 4А-4С изображены три примера устройств мониторинга внимания посредством отслеживания движения глаз;

на фиг. 5А-5 В изображена реализация отслеживания зоны фиксации в устройстве сокращения и минимизации излучения;

на фиг. 6A-6D изображены различные варианты осуществления для управления источником излучения при использовании отслеживания зоны фиксации;

на фиг. 7 изображено больше деталей модуля контроллера для отслеживания зоны фиксации;

и

на фиг. 8 изображена реализация мониторинга мозговой активности в устройстве сокращения и минимизации излучения.

Подробное описание одного или нескольких вариантов осуществления

Раскрытие, в частности, применимо к системе, используемой для обследования/лечения/диагностики пациента, в которой минимизируют излучение, и представлено в том смысле, в котором будет описано раскрытие. Следует иметь в виду, однако, что система и способ для сокращения воздействия излучения имеет большую практичность, так как он может использоваться в любом применении, в котором желательно минимизировать воздействие излучения на объект или человека, например на пациента или оператора, которому может быть нанесен вред этим воздействием, и при эти применениях могут использоваться системы, которые обследуют объект, в котором оператор может подвергаться воздействию нежелательного излучения (например, сканирующие системы аэропортов, различные установки обеспечения безопасности, средства управления производственным и технологическим процессом и т.п.), или система для обследования пациента (такая как в клинике или больнице, например в рентген-операционной, где хирург/терапевт работает с рентгеновской или КТ-системой, выполняют процедуру диагностики, процедуру лечения, процедуру визуализации и т.п.). Минимизация излучения может применяться к любому типу излучения, включая источники ионизирующего излучения (рентгеновского, гамма, альфа и бета) и источникам неионизирующего излучения (электромагнитного, УЗ). Минимизация излучения может также применяться в 3D-системах, таких как КТ, МРТ, двухпроекционная визуализация и других.

На фиг. 1 изображен пример медицинского применения, в котором источник излучения применяется для обследования пациента, в котором может возникать нежелательное излучение. В медицинском применении пациент 20 может лежать на поверхности 22 устройства 24. В этом примере устройство в этом примере содержит источник 26 излучения и детектор 28, соединенные друг с другом рамой 30 С-типа, при этом излучение направляют на пациента 20 для визуализации или лечения определенной части пациента. Устройство 24 может также содержать монитор 32, на котором отображаются результаты визуализации/лечения пациента. Устройство может также содержать активатор 34 излучения, который позволяет оператору приводить в действие испускание излучения из источника излучения. Кроме пациента 20 в непосредственной близости от устройства 24 может находиться оператор 36 (иногда врач) и ассистент 38. В результате, пациент, оператор и ассистент могут также подвергаться воздействию излучения и, более конкретно, подвергаться воздействию нежелательного излучения, которое минимизируют с помощью системы сокращения и минимизации излучения, которая описана ниже. Медицинское применение, изображенное на фиг. 1, является только представлением типов системы, для которых может применяться система сокращения и минимизации излучения, в силу того, что система сокращения и минимизации излучения может применяться для любой системы, в которой желательна возможность сокращения/минимизации нежелательного излучения, такой как, но не ограничиваясь этим, системы, определенные выше.

На фиг. 2 изображен вариант осуществления устройства 40 сокращения и минимизации излучения, которое может соединяться с устройством 24 генерации излучения для сокращения/минимизации нежелательного излучения устройства 24 генерации излучения. Устройство 40 может быть реализовано в виде сочетания аппаратных элементов и программных элементов, которые выполняют функции и операции, описанные выше. В других исполнениях устройство может быть реализовано исключительно в виде аппаратного обеспечения (специально запрограммированное аппаратное устройство или подобное). Устройство 40 может содержать модуль/блок 42 мониторинга внимания, который принимает входные сигналы от одной или нескольких систем 41 мониторинга внимания оператора, которые могут быть реализованы с применением системы с датчиками головы и/или мозга, системы с датчиками глаза или глаз, или системы с датчиком взгляда, которые описаны ниже, и генерирует задающий сигнал внимания (например, фокус взгляда). Задающий сигнал внимания указывает на то, что тот кто работает с устройством 24 генерации излучения сфокусировал(а) соответствующим образом свое внимание, например в направил(а) на/к монитору. Более детально, модуль/блок 42 мониторинга внимания и блок 46 контроллера мониторят всех пользователей/операторов, для определения того, используется ли или может ли использоваться, а также когда используется или может быть использована информация, которая генерируется посредством излучения, (например, пользователи/операторы считывают информацию с монитора), и генерируется сигнал внимания. Задающий сигнал внимания подается в модуль/блок 46 контроллера.

Системы 41 мониторинга внимания оператора могут факультативно содержать систему анализа изображений и автоматической идентификации области интереса. Например, система может автоматически определять местоположение наконечника катетера с применением хорошо известных способов обработки изображения (например, определение движения устройства внутри тела, заданной геометрической формы устройства и/или специально помеченного устройства) и направление излучения к этому местоположению для определения того, что оператор находится в состоянии внимания, поскольку катетер должен находиться в том же местоположении, что и излучение. Направляемое устройство (например, наконечник катетера) также может быть "помечено" специальным индикатором. Это может быть выполнено несколькими способами, включающими встроенное программное обеспечение, которое выполняет правильную сегментацию изображения и распознавание объекта (скажем, инструмент/катетер), с последующей ссылкой/доступом к предварительно загруженной базе знаний (данных) медицинской процедуры, которая обеспечит координаты для сфокусированного излучения (область высокого интереса). Эта система анализа изображений и автоматической идентификации области интереса может применяться с другими системами мониторинга внимания, описанными выше, или может применяться вместо систем мониторинга внимания, описанных выше.

Устройство 40 дополнительно может содержать модуль/блок 44 активации излучения, который принимает входные сигналы от одного или нескольких устройств 43 активации излучения, таких как активатор 34 излучения на фиг. 1 или любое другое устройство, которое указывает намерение оператора/ассистента активировать источник излучения, и генерирует задающий сигнал излучения. Задающий сигнал излучения указывает на то, что оператор активировал устройства активации излучения (указывая намерение оператора/пользователя инициировать излучение), указывая на то, что излучение должно генерироваться. Устройства активации излучения может быть выполнено различными способами, включающими педаль (как показано на фиг. 1), механический переключатель; голосовую команду, оптическое указание, а также много других, все из которых могут применяться с устройством минимизации излучения, поскольку устройство минимизации излучения не ограничено какими-либо частными устройствами активации излучения. Если устройство активации излучения активировано, задающий сигнал излучения также подается в модуль/блок 46 контроллера.

Модуль/блок 46 контроллера, основанный на входах задающего сигнала излучения и задающего сигнала внимания, активирует устройство генерации излучения таким способом, чтобы сократить/минимизировать нежелательное излучение. В частности, задающий сигнал излучения и задающий сигнал внимания должны указывать на то, что внимание оператора надлежащим образом сфокусировано и что устройство активации излучения активировано оператором. Поскольку оба сигнала должны присутствовать для активации устройства генерации излучения, воздействие нежелательного излучения сокращается/минимизируется. В частности, если устройство активации излучения активировано, но внимание оператора не сфокусировано должным образом (на основании мониторинга мозговой активности и/ил и определения оптического фокусирования посредством устройства отслеживания движения глаз), вполне вероятно, что оператор не обращает внимание, поэтому устройством генерации излучения не генерируется или генерируется минимальный уровень (определяемый пользователем) излучения. Подобным образом, если внимание оператора должным образом сфокусировано, но устройство активации излучения не активировано, оператор, вероятно, не хочет, чтобы генерировалось излучение, поэтому излучение не генерируется устройством генерации излучения. Таким образом, модуль/блок 46 контроллера только разрешает возникновение излучения (используя соответствующие средства взаимодействия и управляющий интерфейс), если и модуль мониторинга внимания, и модуль активации излучения посылают сигнал включения.

Модуль/блок 46 контроллера может также управлять другими характеристиками системы диагностики/лечения. В частности, модуль/блок 46 контроллера может управлять столом 22 пациента на основании внимания оператора. В обычной системе большую часть времени врач хотел бы иметь центр своего внимания в середине /центре экрана/монитора, при этом врач часто вручную изменяет положение стола и рентгеновской трубки для достижения этого в обычной системе. При применении описанной здесь системы врач, когда он/она решил (а), что он/она желает изменить положение стола, он/она посылает команду системе, чтобы регулировать положение стола/рентгеновской трубки согласно их вниманию (например, на основании положению их взгляда), и система может автоматически регулировать стол. Команда врача может быть выполнена с помощью или голоса, или переключателя. Оператор будет иметь переключатель блокировки автоматического управления для включения или выключения этой опции.

Если излучение должно генерироваться устройством 24 генерации излучения, модуль/блок 46 контроллера может генерировать один или несколько параметров управления излучением, которые применяют для управления генерацией излучения устройством 24 генерации излучения. Один или несколько параметров управления излучением могут включать местоположение излучения (когда желательно точное фокусирование излучения в определенное местоположение), фильтрацию/коллимацию излучения за пределами центра внимания, выбор времени (время, в течение которого будет генерироваться излучение), частоту (число раз генерации импульсного пучка излучения за заданное количество времени) и интенсивность (для устройства генерации излучения, в котором может регулироваться интенсивность пучка излучения). Например, для рентгеновского излучения применяется пиковое напряжение (kVp) в качестве энергии пучка, и плотность тока в mA - для интенсивности пучка. Параметры также могут включать степень коллимации/фильтрации излучения для ограничения пучка в точке внимания. Другими существенными параметрами являются пространственные и временные показатели сокращения от центральной точки с сильным излучение к периферии изображения, где может требоваться меньший уровень излучения (или его отсутствие).

В конфигурациях с несколькими источниками излучения, нацеленных на одну и ту же цель (пациент/объект), параметры излучения могут также включать указатель источника излучения, который необходимо применять (иногда в разные моменты времени). С применением этих одного или нескольких параметров управления излучением модуль/блок 46 контроллера может дополнительно минимизировать излишнее излучение путем обеспечения применения только необходимого количества излучения для определенной задачи посредством управляющих элементов устройства генерации излучения, таких как электронная решетка, фильтрация, коллимация и др. Один или несколько параметров управления излучением также могут применяться для обеспечения того, что излучение направляется только в определенное местоположение, при этом определенное местоположение может быть определено, что сокращает периферическое излучение на местоположения, которые не подлежат облучению. Дополнительно, нежелательное излучение может блокироваться с применением электрической решетки источника излучения или посредством помещения щита, блокирующего излучение. Теперь описываются несколько примеров случаев, в которых может возникать нежелательное излучение, включающих: 1) случай "нет взгляда, нет излучения"; 2) случай "если вы не можете использовать это, не просите об этом"; 3) случай "куда смотрите - там и получаете"; и 4) случай "если вы действительно хотите это, вы получите это".

Случай "нет взгляда - нет излучения"

В этом случае оператор продолжает управлять источником устройства генерации излучения, даже не смотря в монитор или без его/ее внимания, сфокусированного должным образом. Устройство сокращения и минимизации излучения, описанное выше, может применяться для исправления этой ситуации, в которой система мониторинга взгляда оператора синхронизирована с устройством активации излучения для выключения устройства генерации излучения, в случае если и когда назначенный оператор не смотрит на экран для сокращения воздействия излучения на пациента (в медицинских применениях) и/или оператора и других людей рядом с устройством генерации излучения в течение работы устройства генерации излучения.

В этом случае устройства 41 мониторинга внимания могут быть реализованы несколькими различными способами. Первым исполнением устройств 41 мониторинга внимания может быть устройство отслеживания взгляда. Устройство отслеживания взгляда может представлять собой устройство, уже доступное в продаже, или изготовленное по заказу устройство отслеживания взгляда, и устройство сокращения и минимизации излучения может применяться с различными типами устройств отслеживания взгляда. Например, устройства отслеживания взгляда могут содержать различные доступные в продаже системы отслеживания движения глаз, такие как производимые компанией SensoMotoric Instruments Inc. (www.smivision.com) системы и система, которую можно найти по ссылке www.sr-reasearch.com/index.html.

Другое исполнение устройств 41 мониторинга внимания может представлять собой системы мониторинга направления взгляда, которые определяют, направлен ли взгляд оператора должным образом, например на монитор. Пример устройства мониторинга направления взгляда, которое может применяться с устройством сокращения и минимизации излучения для исправления этой ситуации, показан на фиг. 3. Устройство сокращения и минимизации излучения содержит такие же модули/блоки, показанные на фиг. 2 (хотя не все модули/блоки показаны на фиг. 3). Устройство отслеживания взгляда на фиг. 3 содержит комплект закрытых очков/очков 50, которые содержат ряд датчиков и передатчик/излучатель 52 и ряд датчиков, и приемник 54, а также отражатель 56 на мониторе 32. В качестве альтернативы, передатчик и/или приемник могут присоединяться к голове оператора. Передатчик посылает пучок электромагнитной энергии (инфракрасное излучение, радиочастотное излучение, лазерное излучение и др.) в направлении отражателя 56, и отраженная энергия принимается приемником 54 для определения того, направлен ли взгляд оператора на монитор 32. Если оператор не смотрит на монитор 32, энергия от передатчика не отражается (или отраженный сигнал не имеет определенной характеристики), то таким образом определяется то, что оператор не смотрит на монитор. В этом варианте осуществления устройств мониторинга направления взгляда может применяться несколько конструкций сочетания излучатель-приемник, в том числе, но не ограничиваясь: 1) излучатель и приемник на видимой цели и отражатель на голове оператора; 2) излучатель на цели и приемник, расположенный на голове оператора; 3) излучатель и приемник на голове оператора; 4) излучатель на голове оператора и приемник на цели; 5) либо излучатель или приемник, либо оба расположены где-либо еще на рабочей площадке; 6) отслеживание силуэта камерой обычного или инфракрасного света; и 7) отслеживание трехмерного (3D) изображения, в котором положение головы будет записываться, и камеры располагаются на мониторе и могут различать лицо и выражение оператора, включая направление взгляда.

В этом случае модуль/блок 44 активации излучения имеет такие же элементы и принцип действия, как описанный выше на фиг. 2. Модуль/блок 46 контроллера также имеет такие же элементы и принцип действия, как описанный выше на фиг. 2. В этом случае, устройство предотвращает воздействие излучения, если оператор не сфокусирован должным образом или не смотрит в/в направлении монитора 32.

Пример этого случая возникает в лаборатории катетеризации. В частности, динамическая/непрерывная рентгеноскопия повседневно применяется для выполнения минимально инвазивных хирургических процедур для облегчения навигации внутри тела человека. Руководствуясь динамической/непрерывной рентгеноскопией и применяя небольшое рентгеноконтрастное (видимое под воздействием рентгеновского излучения) оборудование (катетеры, баллоны, стенты, пружины), оператор может продвигаться внутри тела человека и производить лечение в определенном местоположении. Обычно источник излучения активируется пользователем/оператором, зачастую переключателем/ножной педалью, которая активирует источник излучения (рентгеновская трубка), который, в свою очередь, генерирует рентгеновские лучи. Рентгеновские лучи затем проходят сквозь объект/пациента, и камера детектора принимает информацию. Информация затем появляется на мониторе для анализа пользователем/оператором. Во многих случаях эти хирургические процедуры требуют существенной умственной концентрации и внимания по отношению к деталям. В этих случаях оператор может быть отвлечен сложностью процедуры и продолжает работать с рентгеновским оборудованием, не смотря в монитор. Результатом этого является "излишнее" излучение, которое не обеспечивает информацией оператора, существенно увеличивая дозу излучения, которая наносит вред пациенту и оператору. Системы сокращения/минимизации излучения сокращают такое излишнее излучение.

Случай "если вы не можете использовать это, не просите об этом"

В течение некоторых фаз визуального восприятия человека существуют фазы или отрезки времени, такие как саккады (физиологические движения глаз, которые возникают несколько раз в секунду, при этом каждая имеет длительность приблизительно 80 миллисекунд), или в течение "закрытия" (интервалов времени, когда глазные веки временно закрыты), где мозг не получает/обрабатывает/использует визуальную информацию, "попадающую" на сетчатку (саккадное маскирование) и полезная визуальная информация извлекается только во время фаз фиксирования глаз. В этом случае применяется устройство минимизации излучения, которое содержит детектор саккад оператора (устройство 41 мониторинга внимания в этом случае), синхронизированное с устройством активации излучения. Устройство минимизации излучения выключает источник излучения во время таких "неэкономичных" отрезков времени (таких как "саккадное маскирование"). Одним распространенным способом доставки излучения является то, что называется "импульсной рентгеноскопией", в которой применяется частота импульсов, равная 30 импульсам в секунду. При применении устройства минимизации излучения импульсы, которые падают в "неэкономные " отрезки времени (саккадное маскирование и закрытие), будут блокироваться.

В этом случае устройства 41 мониторинга внимания/отслеживания движения глаз определяют фазу зрительного пути оператора, и во время фаз "невнимательности" зрительного цикла этот модуль посылает сигнал на модуль контроллера, чтобы заблокировать излучение. Устройства 41 мониторинга внимания могут быть реализованы несколькими различными способами. Первое исполнение может представлять собой технические средства отслеживания взгляда/движения глаз, как описано выше. В другом исполнении устройства 41 мониторинга внимания могут представлять собой технические средства отслеживания движения глазного яблока (с тремя примерами, показанными на фиг. 4). Как показано на фиг. 4, технические средства отслеживания движения глазного яблока могут иметь монтируемую на голову или на наголовник модификацию 400, монтируемую на очки модификацию 402 или дистанционную модификацию 404, в которых один или несколько датчиков 406 (такие как пьезоэлектрические, магнитные, емкостные, инфракрасные, видео или лазерные датчики, например) монтируются для определения движения глаз оператора. В специальных исполнениях технические средства отслеживания движения глазного яблока могут представлять собой инфракрасные камеры, расположенные в защищающих от излучения очках, один или несколько емкостных датчиков, расположенных в защищающих от излучения очках, одну или несколько оптических камер, расположенных в защищающих от излучения очках, сочетание лазерный излучатель-приемник или УЗ датчики.

В этом случае, модуль/блок 44 активации излучения имеет такие же элементы и принцип действия, как описанный выше на фиг. 2. Модуль/блок 46 контроллера также имеет такие же элементы и принцип действия, как описанный выше на фиг. 2. В этом случае устройство предотвращает воздействие излучения, если оператор не сфокусирован должным образом или не смотрит в/в направлении монитора 32.

Случай "куда смотрите - там и получаете"

Во многих интерактивных процедурах, включающих визуальный мониторинг, большую часть времени зона фиксации оператора связана с деталями процедуры (например, устройство, угол инструмента, анатомические особенности и др.) с измерениями/размерами, которые обычно составляют малую долю (например, 1-5%) всей изображаемой области (поле зрения (ПЗ)) [16 дюймов]. Данные изображения, окружающие эту зону фиксации, хотя и являются полезными для контекстной информации, не требуют такой же частоты обновления (частоты излучения) или интенсивности и разрешения, требуемых в зоне фиксации. Кроме того, даже в случае обеспечения информации оператор в полном объеме не воспринимает ее и не использует за пределами этой области наивысшей зрительной и умственной концентрации (зоны фиксации). В этом случае для сокращения дозы излучения излучение оптимизируют посредством оптимизации параметров излучения (частота, интенсивность, временное и пространственное разрешения) для каждой зоны ПЗ на основании полезности информации.

Процесс оптимизации в модуле 46 контроллера вычисляет достоверные параметры для каждого сегмента изображения. Например, в упрощенном варианте осуществления процесса зона фиксации принимает высокую частоту излучения и высокую интенсивность излучения, а все остальные зоны (фоновое изображение) принимают минимальное (низкое) излучение или даже не принимают излучения, используя прошлые изображения, и избегают полного обновления. В этом случае монитор зоны фиксации оператора синхронизируется (через модуль контроллера) с устройством активации излучения. В этом случае датчики 408 фиксации применяются для определения зоны 410 фиксации оператора на мониторе 32. Датчики 408 фиксации функционируют так же, как отслеживание движения глаз, так как отслеживание движения глаз основано на записи движения и местоположения зрачков, которое дает одновременно направление взгляда, движение глаз и местоположение взгляда/внимания. В этом случае модуль мониторинга внимания содержит модуль 411 определения зоны фиксации, который определяет зону фиксации оператора. В этом случае устройства мониторинга внимания могут применять подобные устройства мониторинга внимания, как описано выше.

В этом случае модуль/блок 44 активации излучения имеет такие же элементы и принцип действия, как описанный выше на фиг. 2. Для модуля/блока 46 контроллера и источника 26 излучения показаны несколько различных вариантов осуществления на фиг. 6А-6С.

Модуль контроллера 46 содержит модуль 414 оптимизации излучения в каждом варианте осуществления. Модуль 414 оптимизации излучения вычисляет в реальном времени (используя сигнал отслеживания взгляда) и подает на контроллер источника излучения оптимальные параметры излучения (частота импульсов, интенсивность мА-мин), энергия (kVp) пучка излучения и разрешение, требуемое на каждый сегмент изображения во всем ПЗ). Этот модуль может применять процесс оптимизации, в котором применяют архивированную историю зон фиксации и их длительность, полученных в результате отслеживания глазами, а также профили излучения и их длительности, доставленные для каждой зоны изображения, как показано более подробно на фиг. 7. Модуль выделяет минимальную дозу, необходимую в каждом подмножестве сегментов изображения (элементе изображения), которая требуется для обеспечения необходимой четкости изображения и достоверности (длительность) оператору. Например, сначала он принимает информацию относительно области максимального внимания ПЗ (сигнал отслеживания взгляда) от модуля 42 мониторинга внимания, как показано на фиг. 6А-6С. Эта область будет назначена модулем 414 оптимизации излучения для приема существенно большего излучения, исходя из увеличенной мА-мин., и частоты импульсов, чем остальная часть ПЗ для обеспечения оптимальной визуализации. Это приведет к намного лучшему временному, контрастному и пространственному разрешению, что, свою очередь, улучшит производительность оператора. Профиль излучения и параметры излучения затем передаются на источник 26 излучения.

Источник 26 излучения для этого случая сконструирован так, что источник излучения может доставлять различные дозы излучения к различным сегментам ПЗ. Как правило, это может достигаться применением или механических, или электронных коллиматоров, источника излучения пучка электронов или сочетания нескольких источников излучения. В одном исполнении источник 26 излучения может представлять собой стандартный источник излучения, такой как рентгеновская трубка, с перемещающимся механическим коллиматором или фильтром области интереса (ОИ), так что механические коллиматоры (или фильтры) 461, как показано на фиг. 6А, могут применяться, чтобы динамически облучать зоны максимального внимания 410 и коллимировать остальные области ПЗ 412. В другом исполнении могут применяться два или более источника 462 излучения, такие как рентгеновские трубки, как показано на фиг. 6А, в которых несколько источников излучения обеспечивают излучение для области максимального внимания, а остальные - для остальной части ПЗ с соответствующими средствами коллиматоров. В еще одном исполнении источника излучения источник излучения может содержать анод/катод 462, как показано на фиг. 6 В, и перемещающийся коллиматор (или фильтр ОИ) 461, который применяется для регулировки излучения, направленного к зоне 410 фиксации и к фоновой зоне 412.

В еще одном исполнении источник излучения может содержать коллиматор (или фильтр ОИ) 461 и анод со сложной геометрией 462. В этом исполнении источник излучения сконструирован способом, подобным КТ с применением пучка электронов (см., например, патент №4352021), в котором электроны, которые возникают на катоде, направляют посредством внешнего магнитного поля к различным сегментам/частям анода или различным анодным зеркалам. Анод сконструирован в виде составного ряда геометрически ориентированных зеркал (например, матрицы зеркал). Анод также может быть механически перемещен для изменения угла и, таким образом, создает дополнительные опции для перемещения пучка излучения. Применение/направление пучка электронов к различным частям анода приводит к изменению направления излучения. Направление излучения затем будет сопоставляться с областью максимального внимания. Излучение для остальной части ПЗ будет обеспечиваться или посредством другой рентгеновской трубки, или другого источника пучка электронов в той же рентгеновской трубке.

В другом исполнении источник излучения может содержать матрицу излучателей 462 поля излучения (или маленькие традиционные излучающие трубки, которые доступны в продаже). Излучение электронного поля является эффективным способ извлечения свободных электронов, так как электроны испускаются при комнатной температуре и выходной ток управляется напряжением. Недавно исследователи из Университета Северной Каролины оптимизировали морфологию пленок из углеродных нанотрубок (УНТ), которые оптимизируют поток электронов для генераторов рентгеновского излучения (см. патент №7085351 b2). В этом случае неравномерное излучение может активироваться (или изменение параметров излучения) с применением различных сочетаний излучателей поля излучения. Рентгеновские лучи, которые генерируются с применением УНТ, имеют высокую частоту и высокую интенсивность и являются более программируемыми. Источник рентгеновского излучения может быть сконструирован в виде квадратной матрицы из нескольких рентгеновских трубок для излучения поля или традиционных излучающих трубок. В этой конструкции каждая рентгеновская трубка программируется отдельно и может доставить пучок рентгеновского излучения желаемой интенсивности в определенную область. Например, одна из рентгеновских трубок будет доставлять максимальную дозу излучения к области 410 максимального внимания, а другие доставляют меньшую дозу излучения к остальной части поля зрения 412.

Матрица трубок излучения, такого как рентгеновское, также может быть вытянута, чтобы походить на частный КТ-сканнер. В этом случае возможно создание типов 3D- или КТ-изображений, при этом генерация КТ-изображений в течение хирургических процедур с применением рентгеноскопии является очень желательным средством для хирурга. Однако непрерывный тип КТ сканирования всего тела подвергает пациента большому количеству излучения. С применением устройства минимизации и сокращения излучения, описанного выше, с мониторингом внимания, тип КТ сканирования всего тела может выполняться в определенных зонах 410 фиксации, а изображения генерируются периодически, так что воздействие излучения уменьшается.

Случай "если вы действительно хотите это, вы получите это"

Во многих случаях оператор может смотреть, даже зафиксировать неподвижно взгляд на подзоне изображения - хотя его/его "разум" отключается, "размышляя/занимаясь умственной деятельностью", которая не относится непосредственно к поставленной задаче. Могут применяться технические средства 800 мониторинга мозговой активности, которые при применении будут обеспечивать включение сигнала тревоги всякий раз, когда оператор переключает его/ее внимание/фокусировку с текущей задачи. В этом случае монитор 800 фокусировки внимания/мозгового состояния оператора и монитор 42 зоны фиксации синхронизируются, как показано на фиг. 8.

Модуль 800 мониторинга умственного внимания может представлять собой модуль, такой как электроды и монитор состояния мозга, показанный на фиг. 8, так что умственное внимание может мониториться с применением ЭКГ-электродов (см., например, заявку на патент США №. 11/145612, в которой в качестве изобретателей приведены Bruce Katz и Allon Guez, и которая имеет название "Brain State Recordation System" и полностью включена сюда посредством ссылки. В этом случае модуль активации излучения и модуль контроллера имеют одни и те же элементы и принцип действия, как тут указанно здесь.

Хотя приведенное выше описание приведено со ссылкой на частный вариант осуществления изобретения, специалистам в данной области техники будет понятно, что изменения в этом варианте осуществления могут быть выполнены без отхода от принципов и смысла раскрытия изобретения, объем которого определяется прилагаемой формулой изобретения.

1. Система управления излучением, содержащая:
устройство (24) генерации излучения, сконфигурированное для генерации пучка излучения;
монитор (32), сконфигурированный для отображения области, изображенной при помощи пучка излучения;
устройство (41) мониторинга внимания для генерации сигнала внимания, показывающего, когда внимание оператора (36) направлено на монитор (32);
модуль (42) мониторинга внимания, сконфигурированный для определения зоны (410) фиксации оператора (36) согласно указанному сигналу внимания и генерации задающего сигнала внимания;
модуль (44) активации излучения для генерации задающего сигнала излучения для активации пучка излучения оператором (36); и
блок управления (46), сконфигурированный для активации устройства (24) генерации излучения на основании задающего сигнала внимания и задающего сигнала излучения, и генерации по меньшей мере одного параметра излучения, сконфигурированного для управления излучением от устройства (24) генерации излучения к зоне (410) фиксации, для обеспечения в реальном времени излучения от устройства (24) генерации излучения к зоне (410) фиксации.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что указанная активация содержит включение пучка излучения от устройства (24) генерации излучения при генерации пучка излучения оператором (36) с помощью задающего сигнала излучения и при указании задающим сигналом внимания на концентрацию внимания оператора (36) на мониторе (32).

3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что устройство (41) мониторинга внимания содержит одно из: системы отслеживания взгляда, системы направления взгляда и монитора мозговой активности.

4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что устройство (41) мониторинга внимания представляет собой детектор саккад оператора, сконфигурированный для определения саккад оператора.

5. Система по п. 1, отличающаяся тем, что система дополнительно содержит стол (22) пациента, сконфигурированный располагаться на основании определенной зоны (410) фиксации.

6. Система по п. 1, отличающаяся тем, что указанный по меньшей мере один параметр излучения выбран из группы, состоящей из: местоположения излучения, фильтрации/коллимации излучения за пределами зоны фиксации, выбора времени, интенсивности, а также пространственных и временных показателей сокращения от центральной точки с сильным излучением к периферии изображения, где может потребоваться меньший уровень излучения или его отсутствие.

7. Способ управления излучением, при этом способ включает этапы, на которых:
генерируют посредством устройства (41) мониторинга внимания сигнал внимания, показывающий внимание оператора (36) на мониторе (32), отображающем область, изображенную с помощью устройства (24) генерации излучения;
определяют с помощью модуля (42) мониторинга внимания зону (410) фиксации оператора (36) согласно указанному сигналу внимания и генерируют задающий сигнал внимания;
генерируют посредством модуля (44) активации излучения задающий сигнал излучения для активации устройства (24) генерации излучения оператором (36);
и
управляют в реальном времени устройством (24) генерации излучения на основании задающего сигнала внимания и задающего сигнала излучения и генерации по меньшей мере одного параметра излучения для обеспечения в реальном времени излучения от устройства (24) генерации излучения к зоне (410) фиксации.

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что указанный по меньшей мере один параметр излучения выбирают из группы, состоящей из: местоположения излучения, фильтрации/коллимации излучения за пределами зоны (410) фиксации, выбора времени, интенсивности, а также пространственных и временных показателей сокращения от центральной точки с сильным излучением к периферии изображения, где может потребоваться меньший уровень излучения или его отсутствие.

9. Способ по п. 7, отличающийся тем, что генерация сигнала внимания включает определение саккад оператора.

10. Способ по п. 7, отличающийся тем, что дополнительно включает расположение стола (22) пациента на основании определенной зоны (410) фиксации.