CN101396275A - 用于成像系统的曝光对中装置 - Google Patents

Abstract

一种辐射成像系统，包含：角度取向可调的辐射源，以及提供校准信号并且耦合到辐射源的发射器。一种二维辐射成像探测装置包含：根据辐射源发射的辐射记录成像的接收器，在相对接收器的固定位置上耦合的第一传感器，其探测发射器发出的校准信号并且提供第一响应信号，以及在相对接收器的固定位置上耦合的第二传感器，其探测发射器发出的校准信号并且提供第二响应信号。一个控制逻辑处理器与第一和第二传感器通信以便接收第一和第二响应信号，而且还与至少一个指示所述成像探测装置相对于辐射源的校准的指示器通信。

Description

用于成像系统的曝光对中装置

技术领域

本发明涉及一种辐射成像装置，其包含用于提供辐射源相对于用来记录辐射成像的成像探测装置的恰当的校准的定位装置。

背景技术

为了获得X射线成像，在辐射源与用来记录成像数据的二维接收器之间一般得有一个优化的角度。大多数情况下，最好让X射线源提供的辐射的方向垂直于记录介质的表面。为此，大规模放射学系统都将辐射头与记录介质支架彼此安装成特定角度。辐射头与接收器的角度调整，通常需要相当大尺寸的、沿这两大部件的全距离延伸的支撑臂。在这样的大规模系统上，靠成像系统本身的硬件来防止接收器不希望有的倾斜或歪扭。

随着诸如用于特别照护区(Intensive Care Center，ICU)这类环境的便携式辐射成像装置的出现，不再由系统本身的支撑硬件来排布辐射源与二维辐射接收器之间的固定的角度关系。代之以需要一个操作者来将辐射源对准接收器表面，通过视察估计，要调节到尽可能垂直的角度。在计算机放射学系统(CR)中，该二维成像传感装置本身是一个便于插入和取出的装有可读成像介质的卡盒。

对于帮助操作者调节源与接收器角度的方法和工具的问题有几种解决办法。在MacMahon的题名“Mobile Radiography Alignment Device(可移动的放射学校准装置)”(美国专利号4752948)中提供了一种简便的机械校准的经典的办法，其中提供了装有可枢转的标准的平台来维持成像卡盒与辐射源之间的校准。然而这类采用的复杂的机械办法却降低了这种X射线系统的灵活性和方便性。在Kwasnick等人的题为“Digital X-rayImager Alignment Method(X射线成像器的数字校准方法)”(美国专利号6422750)中提出了另一类办法，采用初始低曝光脉冲来探测校准栅格；然而，这种方法并不适合便携式成像的工作环境，因为接收器得在安装在病员背后之后再进行校准。

别的一些办法是从辐射源投射一束光到接收器上以便实现二者间的校准。这类办法的例子有：美国专利号5388143题名“放射学校准方法及采用这种方法的放射学装置”，以及美国专利号5241578题名“便携式放射学的光学栅格校准系统及采用这种系统的便携式放射学装置”，二者都属MacMahon。类似的有Cumings的美国专利号6154522题名“用于发射辐射束的装置的对准的方法、系统和设备”，其中描述了采用反射的激光束来进行辐射靶的校准。然而，所述的这些采用光来进行CR卡盒或DR接收器的校准的方案都受到几个因素的制约。在MacMahon的‘143和‘578两个专利所述需要预先确定固定的SID(源-像距离)，然后利用该固定的SID值进行三角测量。一旦SID值变了就得对三角测量设定的结果做几步调整。而便携式成像系统中的SID是可变的，所以是不太希望采用这样的安排的。在Cumings的专利‘522所述的采用激光的那类装置，固有地存在某些布居障碍的问题，在进行调整时有些情况下会需要大大超过实际需求的精确度。

在Tanaka等人的美国专利号7156553题名“便携式辐射成像系统及配备了角度信号输出装置的辐射成像探测设备”中描述了保持辐射源与二维成像探测设备之间基本垂直关系的另一种方案。在Tanaka等人的‘553专利中描述了在成像探测设备的顶上或沿其一边设置一个角度传感装置。该角度传感装置发送信号来调整成像探测设备的倾斜角或者辐射源的取向角，以便保持成像探测设备相对于辐射源的垂直关系。与此相似的办法在以前已经用于几种X射线产品，例如在Siemens Mobilett XP混合便携式X-射线源中就采用了内置的倾斜传感器。

与这些早期办法类似的还有利用相对于重力的倾斜，在Tanaka等人的‘553专利也提出这种方案，它对于实施图像传感设备与辐射源之间的对准的价值有限。测量相对于重力的倾斜只在一个特例下是合适的：就是，想要图像传感设备为水平的场合，其中辐射源应该垂直于图像传感设备的表面。然而，对于任何别的取向，随着图像传感设备的表面从完全水平方位偏离，这种方案都会越加无效。对于对准辐射源的中心射线与图像传感设备表面的法线，这类方案缺乏足够的定位信息。在最差情况的位置，图像传感设备处在接近竖直或竖直的方位时，对于图像传感设备表面是否垂直于辐射源，从倾斜传感器只能得到很少信息或得不出信息。

今天的便携式辐射成像装置可以给放射学技术员对于CR卡盒或DR(Digital Radiography数字放射学)接收器的安置有相当大的灵活性。病员照像时不必用水平位置，而是可以采取任何角度，只取决于需要成像的类型和做X射线检查的病员的移动能力。每次照像期间，技术员可以手动分别调节卡盒和辐射源二者的位置。于是，要得到辐射源与图像传感设备表面间的所需角度，校准装置必须能够适应为了获得图像的任何最恰当的取向，这一点就受到重视。常规的倾斜度传感，在Tanaka等人的‘553专利等处也曾用过，然而对于卡盒-辐射源取向却未能给出足够信息，除了卡盒水平安置这个特例之外。虽然可用一些更复杂的定位传感装置，但是都受到采样误差和随时间变得更差的累积舍入误差的制约，必须频繁地进行重新同步操作。

所以，显然常规校准办法只可用在特定类型的系统和环境；而改进的余地仍是相当大的。便携式放射学装置必须紧凑和轻便，这就使得MacMahon的‘948专利所披露的机械校准办法不太适合。目测校准的直线约束使得很多类型的基于反射光的方法的用途减小到有限范围的成像情况。而Tanaka等人‘553专利所需的复杂的传感器和运动控制作用会对现有设计增加许多花费、复杂性、重量和体积，其带来的好处很有限。许多不太贵的便携式辐射成像单元就没有为了实现必须的调节所需的那种控制逻辑和运动坐标部件。这些办法中没有一种能够给操作员所需的信息以便手动调节在正确方向上纠正校准失误。

重要的是，上述这些常规办法中没有一种能特别适合用来改进更新现有的便携式放射学系统。就是说，实施所述这些较早的办法中的任何一种到新制造的设备都是划不来的，成本都会很高。

上述这些办法都没有谈到的另一个问题是关于放射学家和放射学技术员的实际工作实践的。在Tanaka等人‘553专利中特别强调的是垂直发送辐射的要求，这并非对于所有各类成像都是最佳的。事实上，有某些类的诊断照像，其中辐射的斜入射角(非垂直入射)最合适。例如，对于标准的胸部的前-后(AP)视图，推荐的中心射线角度是相对于垂直(法向)入射偏斜约3-5度。而常规的校准系统只提供中心射线的法向入射，它们不适合帮助技术员调节到斜角入射。

由此可见，为了记录辐射照像需要有一种装置使得辐射源相对于成像探测装置校准到恰当角度。

发明内容

本发明的一个目的是要提供一种特别适合于便携式辐射成像系统的校准装置。因此，本申请揭示一个辐射成像系统，包括：具有可调节角度取向的辐射源；提供校准信号并与辐射源耦合的发射器；辐射成像探测装置，包括根据辐射源发射的辐射来记录图像的接收器；在相对接收器的固定位置上耦合的第一传感器，其探测来自发射器的校准信号并且提供第一响应信号；在相对接收器的固定位置上耦合的第二传感器，其探测来自发射器的校准信号并且提供第二响应信号；以及与第一和第二传感器通信的控制逻辑处理器，用以接收第一和第二响应信号，并且还与至少一个用于指示成像探测装置相对于辐射源的校准的指示器通信。在另一个实施例中，将发射器和二传感器相对于辐射源和接收器的位置做了对调。

在一个实施例中，所述辐射成像系统采用了定时来接收辐射源附近发射的信号。

所述系统的一个优点是它可以用来直接翻新改进现存的X射线装置。

所述系统的另一个优点在于，它提供了一种可用于可变的SID距离的方法，乃至在一些实施方案中还可用来提供SID测量。

本领域的技术人员在结合附图阅读了下面的详细描述，其中显示并描述了本发明的解说性实施方案，就会明了本发明的这些以及别的目的和优点。

附图说明

虽然在说明书后的权利要求书特别指明了并且明确提出了本发明的权利要求主题，但是相信，结合所附各图对照后面的实施方案的详细描述就会更加理解本发明，其中：

图1为显示辐射源相对于接收器的校准所感兴趣的角度和坐标的透视图，其中显示了栅格取向；

图2为显示本发明的传感器外罩相对辐射源方位的平面图；

图3为显示本发明的校准装置的控制部件和显示部件的平面图；

图4为显示各校准部件的透视图；

图5A为同步的实施方案的定时图；

图5B为异步的实施方案的定时图；

图6A和6B分别为本发明一个实施方案中校准部件的外罩的侧视图和前视图；

图7为采用无线通信的替代实施方案的透视图；及

图8A和8B为采用两个发射器和单个传感器的另一实施方案的操作的透视图。

具体实施方式

与各种早期的放射学系统所采用的有限的倾斜度传感的办法不同，本发明的装置和方法对于辐射源-到-接收器的校准的问题提供了直接的解决方案，可用于几种CR和DR成像系统。本发明采用了一种三角测量的形式来确定源的恰当角度。

本披露所附各图和定时图用于更清楚地显示各种概念和重要部件，无意于按比例作图。

图1显示源到接收器的校准所感兴趣的角度和坐标。图中显示具有可调角度取向的辐射源20处在将辐射指向接收器10，例如胶片卡盒、CR卡盒或DR接收器。接收器10可具有光可激发的介质，例如胶片或荧光介质，或者具有探测器阵列，来记录辐射源20发出的辐射所成的图像。反散射栅格12具有如图1所示的排列的板18，正好在接收器10表面上。图示的xyz坐标轴让源-到-像距离(SID)处在z轴方向。角度A在yz平面，平行于栅格12各板的长度方向。角度B在xz平面，正交于栅格12各板的长度方向。角度A可在某个范围内变动，因为它平行于栅格12各板。然而，角度B被约束在比较窄的范围，通常偏离法线在±5度之内。

图2显示按照本发明的校准装置40应用时的位置安排。接收器10置于病员14后面。L12线指示栅格方向。外罩26安置在接收器10上并且装有两个传感器24，以及可选择地还装有校准装置40的别的部件。二传感器24适当地相对外罩26固定于对称位置。

实践中，将接收器10安置在病员后面，要使得病员解剖成像相对接收器对着中心。二传感器24对称地安装在接收器顶端面对着源20。由于接收器10成像时是在病员后面，X射线操作员未必看得到它的成像时的位置。然而，二传感器24可安装在接收器10的外边上，例如足够高，使能得到二传感器24与辐射源20之间的清楚的目测线。以胸部检查为例，二传感器24在接近病员的颈部处可以看得见。

经设计，例如在图2中所示，二传感器24高于接收器10顶端一个已知距离D。由于这样，已知距离D后，X射线操作员就可用二传感器24作为参考靶来估计病员后面的接收器10的定位。于是操作员就可将准直场恰当地瞄准、定位、并且对中在病员上(如准直器光图形28所示)。这为成像用的辐射源20，即X射线管，的对中提供了初步设置。一旦这一设置实施了，就采用下述的本发明的三角测量法来进行对中。当准直器光与辐射源20的X射线管二者相对于二传感器24对中后，就完成了接收器10与入射的X射线束的适当的校准。

图3和图4显示本发明的校准装置40如何应用三角测量原理来解决接收器10与辐射源20的校准的问题的。在所示实施例中的准直器22上面或附近安装的发射器30发射一个信号被二传感器24探测到。由控制逻辑处理器32监察到二传感器24的响应来确定校准条件。然后用指示器或显示器34来报告校准结果以帮助操作员进行任何必要的调整。如图2和图4所示，当外罩26搁置于接收器10上后，与准直器22相联系的准直器光42形成的光图形28可被恰当地瞄准。

再参考图3，发射器30发射信号被二传感器24探测到。在一个实施例，被发射的信号是超声信号。发射器30可以与控制逻辑处理器32通信做同步操作，如图3的实施例所示，也可分别控制来做异步操作。在同步操作时，如图5A的定时图所示，SID和接收器的校准二者可随时核对。Tx定时线显示从发射器30发射的一个脉冲信号。Rcv1和Rcv2定时线分别显示在第一和第二传感器24接收到同一个脉冲信号，操作员可在显示器34上看到它们。控制逻辑32可用时间T1和T2来计算近似的SID，只要利用关系式：

L＝s×(T1+T2)/2

SID＝sqrt(L²-(DS/2)²)

其中s是所发射信号的速度，例如超声信号的声速。DS是二传感器之间的距离。按照上面式子计算得到的L是发射器30与任何一个传感器24的平均距离。于是，控制逻辑利用大家熟悉的三角Pythagorean定理就可确定SID的近似值并且显示给操作员。

仍然参考图5A，时间ΔT可用来计算接收器10的校准角度相对于法线的相对偏置。理想地，时间ΔT为零；实际上，稍微一些角度误差是可以接受的，只要不超过±4或±5度。作为这一测量的数量的例子，若SID近似为1米并且用了超声，时间T1为1/344秒，约为2.9微秒。用此SID对于大约2度的角度误差，对于标准尺寸的CR卡盒，时间T2在大约0.035微秒的数量级。

图5B显示了另一种定时关系，就是当控制逻辑处理器32不与发射器30通信，即采用了异步操作。此时，Tx脉冲定时不能自己感知。反过来，只采用所接收到的二脉冲Rcv1与Rcv2的时间差ΔT。图示二示例性时间区间ΔT1和ΔT2。因为并不需要精密的角度校准，可以容许合理的误差，只要将时间ΔT减小到预定的阈值之下，就能满足异步操作的需要。

无论同步或者异步操作，都可利用提供准直器光图形28的准直器光来活化触发发射器30。异步操作中，简单地打开准直器光42就会引发发射器30周期性地发射一个脉冲来帮助校准，如图5B所示。在同步操作中，打开准直器光42就会使得发射器30被同步并且被控制逻辑处理器32所控制。

如图5A和5B的定时的例子所示，在此应用中可采用超声作为发射信号。超声比别的类型的信号有几个优点，它可用相比不太贵的传感器方便地探测到。在超声信号与所发射的任何辐射之间没有干扰，而且只需要很低的能量水平。如在图5A和5B的定时例子中所示，特别适合脉冲定时，因为只需做转换探测。由于容许误差，不需要高精度传感器分辨率，只需采用不贵的电子学设备。在一个实施例中，用作发射器30的超声发射器是Acroname，Inc.，Boulder，CO公司的SRF05型。接收器24也采用的SRF05型。也可替代采用别的型号的无线信号，例如RF信号、红外信号、电子信号等。

图6A和6B显示一个实施例中的外罩26的侧视和正视图。此处，控制逻辑处理器32是和没有显示出来的别的支持部件例如电池或电源供给一起包在外罩26内。二传感器24安装在外罩26的正前面，指示器34的元件为LED或能发光指示校准的相对状态的灯。例如，当操作员完成了正常校准，两个灯就亮了。如图6A所示，在外罩26上安装了CR卡盒或别种接收器10。在校准和照像过程，可采用机械领域熟悉的各种安装方式，来恰当地安装外罩26到CR卡盒或别的接收器10，例如磁耦合26a。

对于校准装置40的结构安排还可能有另外几种方式。例如，二传感器24可被分别剪接到接收器10的相反边缘上，并且无线地连接到控制逻辑处理器32。参考图7，控制逻辑处理器32也可作为一个单元与发射器30等分在一起而安装在准直器22的上面或附近。于是在二传感器24与安装在准直器22上的控制逻辑处理器32之间可以采用有线的或者无线的通信。例如，可以采用蓝牙的或者别的RF通信于二传感器24与控制逻辑处理器32之间。在图7所示的实施例，发送超声的第一信号36作为校准和距离的传感信号。为了响应，二传感器24返回RF信号38作为得到所需的定时信息的通信信号。

在用超声作为核查校准的信号的场合，检查任一或两个传感器24不被阻塞可能是有用的。这可以通过探知所接收到的信号幅度来实现。如果该信号低于预定的幅度阈值，就表示发射信号的通路被阻塞了。在这种情况下，出错状况可以显示出来或者以别的方式通知操作员。

指示器34可采取的形式有几种。例如图6的实施例，采用LED或别的指示器的发光来指示校准是否可接受了。可以采用多颜色的指示器，例如，对于一种出错状况发射一种颜色，而当校准处于可接受的范围内时发出另一种颜色。可用多重的LED、灯或别的指示器来显示各种图形，以指示校准是否可接受，也可指示在哪个方向需要进行调整。

在另一个实施例，可采用显示监视器作为指示器34。例如，作为X射线系统的界面的显示监视器可用来显示额外的校准信息，以及可从响应的传感器得到的SID信息。可以提供一个符号，例如图标或者字母文本或信息，来指示校准状态。也可用可听指示器来替代。例如，一个可以发出喇叭声或别的声调来指示校准状态。

在另一个实施例，当扫描图像时SID信息被送到图像捕获装置并且结合别的病员信息作为医学数字成像和通信(DICOM)的输出的一部分。此外，如果能从俘获装置得到先前获得的图像的SID信息，该SID可用作此后成像的目标。回来参考图3，控制逻辑处理器32可以编程得采用指示器34将所需的SID调整通知X射线操作员。

图8A和8B显示一个替代的实施方案，其中将传感器和发射器组件的位置对调。此处，外罩26与两个发射器30a和30b联在一起，而传感器24联在准直器22一起。发射器30a发送信号44a与发射器30b发出信号44b交替进行。这两个发射信号44a和44b的相对定时就被用来测量辐射源20与接收器10之间的校准。作为替代方案，两个信号44a和44b可以同时发送，或者依某种特定的序列发送，使得信号定时之差来提供校准的偏置信息。

示例性操作程序

用本发明的校准装置40得到接收器10与辐射源20之间的适当的校准(图1、3、4)的基本顺序如下：

1.将二传感器24定位于接收器10。这只要将外罩26(图6)或者持有二传感器24的别的组件附着到接收器10上。然后，将接收器10定位到病员后面，并且将接收器对中于待检查的解剖区域。

2.利用传感器24或校准装置40提供的的别的作为视察向导的部件的标志，将准直器光42瞄准到病员待成像的区域。于是利用准直器光图形28为向导，调整准直器设置。这一步骤保证了辐射场在病员后面的位置对中于接收器10。

3.观察指示器34以确定所要求的辐射头法向校准是否达到了。于是调整辐射源20的X射线管或别的辐射头，直到指示器34指示出合适的定位，同时维持着准直器光图形28定位在病员。

4.获得照像。

与各种早期的放射学系统采用的限定性校准办法不同，本发明的装置和方法工作在可变的SID状况，当改变这一距离时不需要重新调整靶或做别的操纵。本发明的校准装置可以用来翻新改造现有的数字放射学系统，包括CR和DR方式的，乃至早期的采用胶片的放射学装置。本校准装置可为刻度方便地调整，而且不需要周期性的重新设置。

至此特别参照了一些较佳的实施方案对本发明做了详细描述，可以理解，也如后面的权利要求书所提出，本领域的技术人员在上述本发明的范围内可以进行变化和更改，并不背离本发明的范围。例如，几种不同的方法中的任何一种都可用来机械上将发射器30连接于准直器22。可以用压力安装，也可用磁力耦合。指示器34可以用简单的单个LED或灯，也可用一组多重LED，或者显示监视器屏的一部分。

于是，在此提供了一种将辐射源相对于成像探测装置恰当校准来记录辐射照像的装置和方法。

部件列表

10  接收器

12  栅格

14  病员

18  板

20  辐射源

22  准直器

24  传感器

26  外罩

26a 磁耦合

28  准直器光图形

30、30a、30b  发射器

32  控制逻辑处理器

34  指示器

36  信号

40  校准装置

42  准直器光

44a 、44b  信号

A、B角度

D   距离

L12 栅格方向线

DS  传感器24之间的距离

Claims (9)

1.一种辐射成像系统，包括：

具有可调节角度取向的辐射源；

提供校准信号并与辐射源耦合的发射器；

辐射成像探测装置，包括根据辐射源发射的辐射来记录图像的接收器；

在相对接收器的固定位置上耦合的第一传感器，其探测来自发射器的校准信号并且提供第一响应信号；

在相对接收器的固定位置上耦合的第二传感器，其探测来自发射器的校准信号并且提供第二响应信号；以及

与第一和第二传感器通信的控制逻辑处理器，用以接收第一和第二响应信号，并且还与至少一个用于指示成像探测装置相对于辐射源的校准的指示器通信。

2.如权利要求1所述的辐射成像系统，其特征在于，其中，传感器装置被装入一个可与卡盒分离的外罩内。

3.如权利要求1所述的辐射成像系统，其特征在于，其中，至少一个指示器提供声频信号。

4.如权利要求1所述的辐射成像系统，其特征在于，其中，第一响应信号是电子信号。

5.如权利要求1所述的辐射成像系统，其特征在于，其中，至少一个指示器是多个指示相对校准的LED。

6.一种用于具有辐射源和成像探测设备的辐射成像系统的校准装置，包括：

提供校准信号并适于耦合到成像系统的辐射源的发射器；

适于耦合到探测设备的第一传感器，其探测来自发射器的校准信号并且提供第一响应信号；

适于耦合到探测设备的第二传感器，其探测来自发射器的校准信号并且提供第二响应信号；以及

与第一和第二传感器通信的控制逻辑处理器，用来接收第一和第二响应信号，并且还与至少一个指示成像探测设备相对于辐射源的校准的指示器通信。

7.一种在辐射成像系统中得到对于靶的校准的方法，包括下列步骤：

a)将辐射源瞄准靶；

b)从耦合到辐射源的发射器发射校准信号；

c)检测来自发射器的校准信号并从耦合的传感器向接收器的第一侧提供第一响应信号；

d)检测来自发射器的校准信号并从耦合的传感器向接收器的第二侧提供第二响应信号；

e)根据探测第一与第二响应信号之间的定时差值计算出校准偏置；

f)根据校准偏置只是校准状态。

8.一种辐射成像系统，它包括：

a)角度取向可调节的辐射源；

b)探测第一和第二校准信号并耦合到辐射源的传感器；

c)在相对辐射接收器的固定位置上耦合的第一发射器，其发射第一校准信号；

d)在相对辐射接收器的固定位置上耦合的第二发射器，其发射第二校准信号；

e)与传感器通信的控制逻辑处理器，用以根据第一和第二校准信号的检测的相对定时计算校准；以及

f)至少一个与控制逻辑处理器通信以指示计算得到的校准的指示器。

9.一种在辐射成像系统中得到对于接收器的校准的方法，包括下列步骤：

a)将辐射源瞄准接收器；

b)从耦合到接收器的第一发射器发射第一校准信号；

c)从耦合到接收器的第二发射器发射第二校准信号；

d)在耦合到辐射源的传感器处探测第一和第二校准信号；

e)根据探测第一与第二校准信号之间的定时差值计算出校准偏置；

f)根据校准偏置指明校准状态。

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