CN102525491B - X线放射成像设备及其限束器光野调节方法、装置 - Google Patents

X线放射成像设备及其限束器光野调节方法、装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种X线放射成像设备及其限束器光野调节方法、装置，将限束器中心对准X线放射成像设备的探测器，根据获取的叶片到X线源的距离和用户输入的限束器叶片移动参数计算各叶片的张开距离；然后根据各叶片的张开距离分别控制各叶片的移动。本发明通过分别计算各个叶片的张开距离，可单独控制该叶片的张开距离，通过控制各叶片的张开距离，可控制光野的大小，同时通过控制各叶片的张开距离，还可改变光野的中心位置。

Description

X线放射成像设备及其限束器光野调节方法、装置
技术领域
本发明涉及一种X线放射成像设备，尤其涉及X线放射成像设备的限束器及其光野调节方法。
背景技术
在采用X线放射成像设备进行DR(数字放射成像)摄影检查中，X射线照射野大小通过限束器进行调节，X射线点光源从球管发出后，经过限束器的约束，部分X射线被阻挡，而只保留投射向特定区域的X线。目前，限束器光野都采用呈矩形分布的4个叶片进行调节，光野范围是对称的，即光野边界相对于光束中心线成左右对称和上下对称，请参见图1，投射到物体上的X线窗口成矩形。目前限束器光野的调节工作步骤如下：
步骤1：限束器中心对准被照物体中心；
步骤2：系统接收光野的长和宽(例如长为X、宽为Y)值，及SID值(像源距，即球管焦点到探测器中心的距离；
步骤3：系统获取自身叶片到X线源的距离L；
步骤4：根据接收到上述参数，计算4个限束器叶片需要的张开距离，使得光野边界相对于中心的距离分别为：X/2、X/2、Y/2、Y/2。
步骤5：系统控制X向叶片和Y向叶片的电机转动，带动X向的两个叶片相向移动X/2，带动Y向叶片的两个叶片相向移动Y/2，从而使光野达到用户的要求。
通常情况下，限束器固定在球管上，球管固定在X线放射成像设备的机头上，对于U型臂结构的设备，在产品制成后，限束器不能移动，限束器中心对准X线放射成像设备的探测器的中心，现有的限束器光野调节方案的缺陷是：机器中心对准后，光野只能对称增加或减小，光野4个边界无法独立调节，有时难以将光野约束到指定的区域，同时也难以改变光野的中心位置。
对于其它类型的X线成像设备(如悬吊臂类型)，虽然机头可以单独移动，理论上也可以实现光野的位置及光野大小的控制，但由于机头运动的误差，导致光野的实际控制精度难以保证。
发明内容
本发明要解决的主要技术问题是，提供一种X线放射成像设备及其限束器光野调节方法、装置，使光野的各边界可自由调节。
根据本发明的一方面，提供一种X线放射成像设备的限束器光野调节方法，包括：
将限束器中心对准X线放射成像设备的探测器；
获取限束器叶片到X线源的距离，接收用户输入的限束器叶片移动参数；
根据叶片到X线源的距离和用户输入的限束器叶片移动参数计算各叶片的张开距离；
根据各叶片的张开距离分别控制各叶片的移动。
根据本发明的另一方面，提供一种X线放射成像设备的限束器光野调节装置，包括：初始化单元，用于将限束器中心对准X线放射成像设备的探测器；参数获取单元，用于获取限束器叶片到X线源的距离，接收用户输入的限束器叶片移动参数；计算单元，用于根据叶片到X线源的距离和用户输入的限束器叶片移动参数计算各叶片的张开距离；控制单元，用于根据各叶片的张开距离分别控制各叶片的移动。
本发明还提供一种X线放射成像设备，包括：球管，用于发射X线；探测器，用于接收X线；限束器，其包括用于围合成多边形的至少三个叶片，所述限束器固定在X线放射成像设备的球管上，用于通过调节各叶片所围合成的多边形的中心位置和大小从而确定照射到探测器上的X线的光野的位置和大小；至少一个电机，用于驱动所述叶片移动；上述的X线放射成像设备的限束器光野调节装置，所述装置用于控制所述电机，从而控制所述叶片的移动距离。
本发明通过分别计算各个叶片的张开距离，可单独控制该叶片的张开距离，通过控制各叶片的张开距离，可控制光野的大小，同时通过控制各叶片的张开距离，还可改变光野的中心位置。
附图说明
图1为限束器光野对称调节示意图；
图2为本发明一种实施例的结构图；
图3为本发明一种实施例的流程图；
图4为本发明一种实施例的叶片张开距离的计算原理图；
图5为本发明一种实施例的叶片移动的示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
在一种实施例中，X线放射成像设备包括球管、探测器、限束器、至少一个电机、控制系统等部件，球管通常固定在机头上，其用于发射X线；探测器位于远离球管的位置，例如固定在U臂上或某个固定位置上，其用于接收X线；限束器包括用于围合成多边形的至少三个叶片，所述限束器固定在X线放射成像设备的球管上，用于通过调节各叶片所围合成的多边形的中心位置和大小从而确定照射到探测器上的X线的光野的位置和大小；电机用于驱动所述叶片移动；控制系统用于控制整个X线放射成像设备的工作，其至少包括限束器光野调节装置，限束器光野调节装置用于控制所述电机，从而控制所述叶片的移动距离。
一种实施例中，限束器光野调节装置如图2所示，包括初始化单元10、参数获取单元20、计算单元30和控制单元40。初始化单元10用于将限束器中心对准X线放射成像设备的探测器；参数获取单元20用于获取限束器叶片到X线源的距离，接收用户输入的限束器叶片移动参数；计算单元30用于根据叶片到X线源的距离和用户输入的限束器叶片移动参数计算各叶片的张开距离；控制单元40用于根据各叶片的张开距离分别控制各叶片的移动。
上述限束器光野调节装置可制作成专用的IC芯片，也可制作在印刷电路板上。
基于上述X线放射成像设备，在一种实施例中，限束器光野调节方法如图3所示，包括以下步骤。
步骤S1，在X线放射成像设备开始工作时，先控制所有叶片复位，处于初始位置，叶片围合成很小的多边形，限束器的中心即该多边形的中心，X线从该多边形穿过照射到探测器上。
步骤S2，然后根据被照物体的具体情况，由用户输入限束器叶片移动参数，系统接收用户输入的参数，另外系统还从配置中读出已经设置好的限束器叶片到X线源的距离，或通过检测得到限束器叶片到X线源的距离。
步骤S3，根据限束器叶片到X线源的距离和用户输入的限束器叶片移动参数计算各个叶片需要张开的距离。
步骤S4，按照各个叶片需要张开的距离，分别控制各个叶片的移动，通过叶片的移动调节照射到探测器上的光野的大小和位置。
上述步骤中，也可以先进行步骤S2，然后在执行步骤S1，也可以达到本发明的效果。
在本发明的具体实施例中，用户根据被照物体的具体情况，输入限束器叶片移动参数，限束器光野调节装置然后根据限束器叶片到X线源的距离和限束器叶片移动参数分别计算出各个叶片的张开距离，并向电机发出与各叶片对应的驱动指令，控制电机动作，各叶片在电机的带动下移动一定的距离。
本实施例中，可单独控制该叶片的张开距离，通过控制各叶片的张开距离，各个叶片可具有相同或不同的张开距离，从而既可只有调节光野的大小，又可改变光野的投照位置。
限束器可以包括三个叶片，三个叶片围合成三角形，调节三个叶片的张开距离，可改变三角形光野的大小。限束器也可以包括四个或五个、六个叶片，分别围合成矩形或五边形、六边形。
下面以限束器包括四个围合成矩形的叶片为例进行说明。
在一种实施例中，以限束器包括四个围合成矩形的叶片为例进行说明，限束器光野的调节包括以下步骤。
步骤1：限束器中心对准探测器。
步骤2：根据被照物体的情况，用户(例如操作者或医务人员)根据需要和经验确定限束器的光野大小和位置，并根据目前限束器中心的中心位置确定限束器光野的左边距离XL0、右边距离XR0、上边距离YTop0和下边距离YDown0，及SID值。本步骤中，SID值的获得也可以通过检测或读取系统中设置的SID值。
步骤3：系统获取自身叶片到X线源的距离L。
步骤4：根据接收到上述参数，计算4个限束器叶片需要的张开距离
根据相似三角形原理，请参见图4，4个叶片的需要张开的距离的计算公式如下所示：
XL＝(L*XL0)/SID
XR＝(L*XR0)/SID
YTop＝(L*YTop0)/SID
YDown＝(L*YDown0)/SID
其中，XL0、XR0、YTop0和YDown0分别为限束器光野的左边距离、右边距离、上边距离和下边距离，XL、XR、YTop和YDown分别为限束器的左叶片张开距离、右叶片张开距离、上叶片张开距离和下叶片张开距离，L为限束器叶片到X线源的距离，SID为像源距。
步骤5，按照步骤4中计算出的叶片需要张开的距离，控制电机旋转，电机带动叶片移动到符合其需要张开的距离的位置，然后电机停止。在本步骤中，可以是只有一个电机，轮流对四个叶片进行驱动。也可以是两个电机，一个电机负责驱动两个叶片进行X方向的移动，另一个电机负责驱动两个叶片进行Y方向的移动。还可以是四个电机，每个电机负责驱动一个叶片，这种方式可以同时调节四个叶片的开合程度，可以使限束器光野迅速调节到位。
在另一种实施例中，仍以限束器包括四个围合成矩形的叶片为例进行说明，限束器光野的调节包括以下步骤。
步骤1：限束器中心对准探测器。
步骤2：系统接收光野的大小值，即限束器光野的长X0和宽Y0，光野中心偏移值Δx0、Δy0，及SID值。在初始化状态，限束器具有一个光野中心，在工作中，根据被照物体的大小和位置，限束器光野中心可能需要变动，用户根据经验判断中变动后的限束器光野中心位置，变动后的限束器光野中心与初始化状态下的光野中心在X方向和Y方向的偏差即光野中心偏移值Δx0、Δy0。
步骤3：系统获取自身叶片到X线源的距离L。
步骤4：根据接收到的上述参数，计算单元计算4个限束器叶片需要的张开距离(XL、XR、YTop，YDown)，计算公式如下：
XL＝(L*(X0/2-Δx0))/SID
XR＝(L*(X0/2+Δx0))/SID
YTop＝(L*(Y0/2+Δy0))/SID
YDown＝(L*(Y0/2-Δy0))/SID
其中，X0、和Y0分别为限束器光野的长和宽，Δx0和Δy0分别为限束器光野中心坐标的偏移值，XL、XR、YTop和YDown分别为限束器的左叶片张开距离、右叶片张开距离、上叶片张开距离和下叶片张开距离，L为限束器叶片到X线源的距离，SID为像源距。
本步骤中，根据限束器光野的长X0和宽Y0，以及光野中心偏移值Δx0、Δy0，叶片的张开距离有可能是负值，因此可规定，对于左叶片，当其张开距离为正值时，控制左叶片向左移动，当其张开距离为负值时，控制左叶片向右移动。其他叶片也可做同理规定。因此可能存在左叶片和右叶片都向右移动的情况，如图5所示。
步骤5，按照步骤4中计算出的叶片需要张开的距离，控制电机旋转，电机带动叶片移动到符合其需要张开的距离的位置，然后电机停止。
上述实施例中，当四个叶片两两对称移动时，即相对的两个叶片开合相同时，限束器光野的中心位置不变。当四个叶片两两不是对称移动时，即相对的两个叶片开合程度不同时，限束器光野的中心位置改变，从而既可调节限束器光野的大小，又可调节限束器光野的投照位置。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种X线放射成像设备的限束器光野调节方法,其特征在于包括：
将限束器中心对准X线放射成像设备的探测器；
获取限束器叶片到X线源的距离，接收用户输入的限束器叶片移动参数；
根据叶片到X线源的距离和用户输入的限束器叶片移动参数分别计算各叶片的张开距离；
根据各叶片的张开距离分别单独控制各叶片的移动。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述用户输入的限束器叶片移动参数包括限束器光野的左边距离、右边距离、上边距离和下边距离，在所述根据叶片到X线源的距离和用户输入的限束器叶片移动参数分别计算各叶片的张开距离的步骤中，各叶片张开距离的计算公式为：
XL＝(L*XL0)/SID
XR＝(L*XR0)/SID
YTop＝(L*YTop0)/SID
YDown＝(L*YDown0)/SID
其中，XL0、XR0、YTop0和YDown0分别为限束器光野的左边距离、右边距离、上边距离和下边距离，XL、XR、YTop和YDown分别为限束器的左叶片张开距离、右叶片张开距离、上叶片张开距离和下叶片张开距离，L为限束器叶片到X线源的距离，SID为像源距。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述用户输入的限束器叶片移动参数包括限束器光野的长和宽以及光野中心偏移值，在所述根据叶片到X线源的距离和用户输入的限束器叶片移动参数分别计算各叶片的张开距离的步骤中，各叶片张开距离的计算公式为：
XL＝(L*(X0/2-⊿x0))/SID
XR＝(L*(X0/2+⊿x0))/SID
YTop＝(L*(Y0/2+⊿y0))/SID
YDown＝(L*(Y0/2-⊿y0))/SID
其中，X0、和Y0分别为限束器光野的长和宽，⊿x0和⊿y0分别为限束器光野中心坐标的偏移值，XL、XR、YTop和YDown分别为限束器的左叶片张开距离、右叶片张开距离、上叶片张开距离和下叶片张开距离，L为限束器叶片到X线源的距离，SID为像源距。
4.一种X线放射成像设备的限束器光野调节装置，其特征在于包括：
初始化单元，用于将限束器中心对准X线放射成像设备的探测器；
参数获取单元，用于获取限束器叶片到X线源的距离，接收用户输入的限束器叶片移动参数；
计算单元，用于根据叶片到X线源的距离和用户输入的限束器叶片移动参数分别计算各叶片的张开距离；
控制单元，用于根据各叶片的张开距离分别单独控制各叶片的移动。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述用户输入的限束器叶片移动参数包括限束器光野的左边距离、右边距离、上边距离和下边距离，所述计算单元通过以下公式计算各叶片的张开距离：
XL＝(L*XL0)/SID
XR＝(L*XR0)/SID
YTop＝(L*YTop0)/SID
YDown＝(L*YDown0)/SID
其中，XL0、XR0、YTop0和YDown0分别为限束器光野的左边距离、右边距离、上边距离和下边距离，XL、XR、YTop和YDown分别为限束器的左叶片张开距离、右叶片张开距离、上叶片张开距离和下叶片张开距离，L为限束器叶片到X线源的距离，SID为像源距。
6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述用户输入的限束器叶片移动参数包括限束器光野的长和宽以及光野中心偏移值，所述计算单元通过以下公式计算各叶片的张开距离：
XL＝(L*(X0/2-⊿x0))/SID
XR＝(L*(X0/2+⊿x0))/SID
YTop＝(L*(Y0/2+⊿y0))/SID
YDown＝(L*(Y0/2-⊿y0))/SID
其中，X0、和Y0分别为限束器光野的长和宽，⊿x0和⊿y0分别为限束器光野中心坐标的偏移值，XL、XR、YTop和YDown分别为限束器的左叶片张开距离、右叶片张开距离、上叶片张开距离和下叶片张开距离，L为限束器叶片到X线源的距离，SID为像源距。
7.一种X线放射成像设备，其特征在于包括：
球管，用于发射X线；
探测器，用于接收X线；
限束器，其包括用于围合成多边形的至少三个叶片，所述限束器固定在X线放射成像设备的球管上，用于通过调节各叶片所围合成的多边形的中心位置和大小从而确定照射到探测器上的X线的光野的位置和大小；
至少一个电机，用于驱动所述叶片移动；
如权利要求4所述的X线放射成像设备的限束器光野调节装置，所述装置用于控制所述电机，从而控制所述叶片的移动距离。
8.如权利要求7所述的X线放射成像设备，其特征在于，所述限束器包括用于围合成矩形的四个叶片，所述电机有两个，分别用于驱动叶片的X方向的移动和Y方向的移动。
9.如权利要求7所述的X线放射成像设备，其特征在于，所述限束器包括用于围合成矩形的四个叶片，所述电机有四个，分别用于对应驱动四个叶片的移动。
10.如权利要求8或9所述的X线放射成像设备，其特征在于，用户输入的限束器叶片移动参数包括限束器光野的左边距离、右边距离、上边距离和下边距离，所述计算单元通过以下公式计算各叶片的张开距离：
XL＝(L*XL0)/SID
XR＝(L*XR0)/SID
YTop＝(L*YTop0)/SID
YDown＝(L*YDown0)/SID
其中，XL0、XR0、YTop0和YDown0分别为限束器光野的左边距离、右边距离、上边距离和下边距离，XL、XR、YTop和YDown分别为限束器的左叶片张开距离、右叶片张开距离、上叶片张开距离和下叶片张开距离，L为限束器叶片到X线源的距离，SID为像源距。
11.如权利要求8或9所述的X线放射成像设备，其特征在于，用户输入的限束器叶片移动参数包括限束器光野的长和宽以及光野中心偏移值，所述计算单元通过以下公式计算各叶片的张开距离：
XL＝(L*(X0/2-⊿x0))/SID
XR＝(L*(X0/2+⊿x0))/SID
YTop＝(L*(Y0/2+⊿y0))/SID
YDown＝(L*(Y0/2-⊿y0))/SID
其中，X0、和Y0分别为限束器光野的长和宽，⊿x0和⊿y0分别为限束器光野中心坐标的偏移值，XL、XR、YTop和YDown分别为限束器的左叶片张开距离、右叶片张开距离、上叶片张开距离和下叶片张开距离，L为限束器叶片到X线源的距离，SID为像源距。
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Application publication date: 20120704

Assignee: Shenzhen Mindray Animal Medical Technology Co.,Ltd.

Assignor: SHENZHEN MINDRAY BIO-MEDICAL ELECTRONICS Co.,Ltd.

Contract record no.: X2022440020009

Denomination of invention: X-ray imaging equipment and beam limiter optical field adjustment method and device

Granted publication date: 20151202

License type: Common License

Record date: 20220804