CN104173066A - 检测x射线摄影系统源像距的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种检测X射线摄影系统源像距的方法。所述检测X射线摄影系统源像距的方法包括：获取球管旋转中心沿射线方向到探测器平面连线的长度；计算第一偏移，所述第一偏移为球管焦点与所述球管旋转中心之间的距离连线在所述射线方向上的投影长度；基于所述第一偏移调整所述连线的长度以得到X射线摄影系统的源像距。本发明能够精准地检测X射线摄影系统源像距。

Description

检测X射线摄影系统源像距的方法

技术领域

本发明涉及X射线摄影系统，特别涉及一种检测X射线摄影系统源像距的方法。

背景技术

X射线的本质是一种波长很短但能穿透人体的射线，应用在医学上就是医用X射线摄影系统，简称X射线摄影系统，也是医学六大成像设备之一。X射线摄影系统是医院放射科和骨科的常规设备和必备设备。医用X射线成像技术发展至今，X射线摄影系统的品种和产量都有很大的增加，目前高频、数字化、多功能X射线摄影系统已经成为市场的主流。

随着临床应用复杂程度的增加，X射线摄影系统集成的功能越来越多，自动化程度也在不断提升。全面支持立位、卧位、侧位水平、全自由角度及担架轮椅紧急摄影的X射线摄影系统也开始逐步投入市场，以满足医生在各种条件下的X射线摄影需求。

参见图1所示的一种X射线摄影系统在初始化时的结构示意图，主要包括安装横梁1、摄影床2、探测器3、立柱4、移动导轨5、可上下伸缩的悬吊臂6和球管7(初始化时球管7的光线方向垂直于地平面o1，图1中XYZ三维坐标系的XY平面与地平面o1平行)，其中：立柱4一般安装固定在机房的地板(地板所在面即为地平面o1)上，其上安装有探测器3，球管7上还有用以控制放射光线的限束器11。

继续参考图1，在上述结构中，探测器3可围绕X轴方向旋转，也可沿立柱4做上下升降运动；球管7通过球管支架8与悬吊臂6连接；球管支架8可使球管7分别在XY平面和/或XZ平面旋转，也与可上下伸缩的悬吊臂6一起进行上下升降运动。

继续参考图1，球管支架8主要包括相垂直的第一支架80和第二支架81，图1中，将悬吊臂6中心轴定义为轴RVA且轴RVA与Z轴平行，第二支架81中心轴定义为轴RHA且轴RHA与Y轴平行；第一支架80由至少一个连接部件(图1中包括与悬吊臂6相连的部件801、与第二支架81相连的部件802、连接部件801和部件802的部件803)组成，第一支架80可带动整体球管支架8和球管7绕轴RVA在XY平面旋转；第二支架81由至少一个连接部件(图1中包括连接部件802和球管7的部件804)形成，第二支架81使球管7绕轴RHA在XZ平面旋转。

X射线摄影系统的工作原理为：病人躺在摄影床2上，调整球管7与探测器3之间的相对位置以形成立位放射检测、卧位放射检测或斜位放射检测，图2～图4分别为处于立位放射检测、卧位放射检测或斜位放射检测时X射线摄影系统的结构示意图；使病人病灶部位处于球管7所发出放射光线的焦点9(以下简称球管焦点)与探测器3接受面合适的位置上，这样从球管7射出的X光射线经调节光野后穿过病人病灶部位打在探测器3的接收板上，经数字处理后，在工作站(电脑)上生成病灶部位的图像，从而医生可给出一个诊断结果。

X射线摄影系统运行期间，检测源像距(SID，Source Image Distance)是很重要的过程。系统源像距SID定义了球管7所发出的射线(X线束)中心线到探测器平面的距离，即以球管焦点9为起点、沿X线束中心线到探测器3平面之间的距离，由于源像距的控制精度直接决定了图像放大率、X射线野面积以及累积剂量率三个参数的精度，在X射线摄影系统运行过程中精确、及时地对源像距的调整及控制是必要的。

现有技术中，对于系统源像距的检测往往是通过如下方式：

如图2所示的X射线摄影系统，当所述球管7与探测器3形成立位放射检测，系统源像距等同为S01与R01之和，其中，S01为轴RVA到探测器3的距离S01，R01为立位放射检测时球管焦点9与轴RVA之间的距离连线在X轴的投影长度，需要说明的是，本申请中，所述距离连线专指计算相应点点之间、点线之间、点面之间、线面之间、线线之间或面面之间距离所用的连线；

如图3所示的X射线摄影系统，当所述球管7与探测器3形成卧位放射检测，系统源像距等同为轴RHA到探测器3之间距离S02，因图中轴RHA贯穿球管7的旋转中心10，此时系统源像距等同为球管7的旋转中心10到探测器3平面之间距离。

如图4所示的X射线摄影系统，当所述球管7与探测器3形成斜位放射检测，系统源像距等同为式(S01+R02)/sinθ所得结果，其中，S01为轴RVA到探测器3的距离S01，R02为斜位放射检测时球管焦点9与轴RVA之间的距离连线在X轴的投影长度，θ为斜位放射检测的角度。

在上述方案中，参数距离S01和距离S02是通过系统电机的编码器检测获得的，R01和R02是用系统初始化时球管焦点9与轴RVA之间的距离连线在X轴方向的投影长度R0(参见图1)近似的，并且R0是根据球管支架8中各部件801～804的设计参数获得的。

现有技术检测X射线摄影系统源像距的方式至少有如下缺陷：

由于源像距是自球管焦点出发，沿射线中线到探测器之间的距离连线，现有技术在卧位放射检测状态时，将系统源像距等同于探测器平面和球管旋转中心在射线方向的连线长度，其计算结果与真实源像距存在一定的偏差，所得源像距的精准性较差。

在计算系统立位放射检测/斜位放射检测状态的源像距时，用初始化时球管焦点与轴RVA之间的距离连线在X轴的投影长度替代立位放射检测/斜位放射检测时球管焦点与轴RVA之间的距离连线在X轴的投影长度R01/R02，忽略了球管焦点随球管位置变化而改变了与探测器3平面之间的距离连线在X轴的投影长度值这一因素，不能满足检测源像距的精确度。

现有技术在计算初始化时球管焦点与轴RVA之间的距离连线在X轴的投影长度时，是通过球管支架的设计数据或球管厂商提供的工程手册上的数据来获取球管支架8中各部件在所需轴向上的长度，以部件轴向上的长度近似于球管焦点与相应轴之间的距离连线，从而得到距离R0；这种近似势必在实际调整源像距离的过程中引入机械加工及调整所造成的误差，需要进一步微调校准以消除误差带来的控制偏移，这使得系统调整源像距离的效率低，影响系统整体的使用性能。

发明内容

本发明技术方案所解决的技术问题是：如何精准地检测X射线摄影系统源像距。

为了解决上述技术问题，本发明技术方案提供了一种检测X射线摄影系统源像距的方法，所述X射线摄影系统包括探测器和能够与所述探测器形成立位放射检测、卧位放射检测或斜位放射检测的球管，包括：

获取球管旋转中心沿射线方向到探测器平面连线的长度；

计算第一偏移，所述第一偏移为球管焦点与所述球管旋转中心之间的距离连线在所述射线方向上的投影长度；

基于所述第一偏移调整所述连线的长度以得到X射线摄影系统的源像距。

可选的，所述X射线摄影系统还包括悬吊臂和连接所述悬吊臂且可使球管分别在XYZ空间的XY平面及XZ平面旋转的球管支架，悬吊臂中心轴垂直于所述XY平面：

当所述球管与探测器形成立位放射检测，所述射线方向为X轴方向，所述连线的长度为悬吊臂中心轴与探测器平面之间的距离连线在X轴的投影长度与所述悬吊臂中心轴与球管旋转中心之间的距离连线在X轴的投影长度之和；

当所述球管与探测器形成卧位放射检测，所述射线方向为Z轴方向，所述连线的长度为所述球管旋转中心与探测器平面之间的距离连线在Z轴的投影长度；

当所述球管与探测器形成斜位放射检测，所述射线方向为与Z轴夹角为θ_t的方向，所述连线的长度为对悬吊臂中心轴与探测器平面之间的距离连线在X轴的投影长度和所述悬吊臂中心轴与球管旋转中心之间的距离连线在X轴的投影长度之和进行三角几何变换所得，所述三角几何变换基于斜位放射检测的角度θ_t。

可选的，所述球管支架包括相垂直的第一支架及第二支架，所述第一支架的一端与所述悬吊臂连接使所述第二支架和球管能够绕悬吊臂中心轴在XY平面上旋转，所述第二支架的一端与所述第一支架的另一端相连、另一端与所述球管连接使所述球管能够绕所述第二支架的中心轴在XZ平面上旋转，第二支架中心轴贯穿球管旋转中心，所述悬吊臂中心轴与球管旋转中心之间的距离连线在X轴的投影长度为悬吊臂中心轴和第二支架中心轴之间的距离。

可选的，所述悬吊臂中心轴和第二支架中心轴之间的距离是通过计算初始化时悬吊臂中心轴和所述球管焦点之间的距离连线在X轴的投影长度与第二偏移之和获得的，所述第二偏移为初始化时球管焦点和球管旋转中心之间的距离连线在X轴的投影长度。

可选的，所述初始化时悬吊臂中心轴和所述球管焦点之间的距离连线在X轴的投影长度与所述球管在XY平面的不同旋转角度下投影到地平面的光线位置有关。

可选的，通过如下步骤获取所述初始化时悬吊臂中心轴和所述球管焦点之间的距离连线在X轴的投影长度：

记录初始化时所述球管垂直于地平面发射光线并投影到地平面的第一光线位置及所述球管在XY平面旋转设定角度时所述球管垂直于地平面发射光线并投影到地平面的第二光线位置；

通过如下算式计算初始化时悬吊臂中心轴和球管焦点之间的距离连线在X轴的投影长度：

$\frac{R2}{\sin {\mathrm{\θ}}_m}+W2+\frac{W1-R2}{\tan {\mathrm{\θ}}_m}=R1$

$\frac{R2}{\tan {\mathrm{\θ}}_m}+\frac{W1-R2}{\sin {\mathrm{\θ}}_m}=R1$

上式中，

R1为初始化时悬吊臂中心轴和球管焦点之间的距离连线在X轴的投影长度；

R2为初始化时第一支架中心轴和球管焦点之间的距离连线在Y轴的投影长度；

W1为第一光线位置及第二光线位置之间的距离连线在初始化时的第二支架中心轴方向上的投影长度；

W2为第一光线位置及第二光线位置之间的距离连线在初始化时的第一支架中心轴方向上的投影长度；

θ_m为所述设定角度。

可选的，当所述球管与探测器形成斜位放射检测，所述连线的长度基于如下算式获得：

$M=\frac{S_t}{\sin {\mathrm{\θ}}_t}$

上式中，

M为所述连线的长度；

S_t为悬吊臂中心轴与探测器平面之间的距离连线在X轴的投影长度和所述悬吊臂中心轴与球管旋转中心之间的距离连线在X轴的投影长度之和；

θ_t为所述斜位放射检测的角度。

可选的，所述基于所述第一偏移调整所述连线长度以得到X射线摄影系统的源像距包括将所述连线长度与第一偏移作差以得到X射线摄影系统的源像距。

可选的，当所述球管与探测器形成立位放射检测或卧位放射检测，所述第一偏移为第一投影长度，当所述球管与探测器形成斜位放射检测，所述第一偏移与第一投影长度和第二投影长度有关；所述第一投影长度为初始化时所述球管焦点与球管旋转中心之间的距离连线在Z轴的投影长度，所述第二投影长度为初始化时所述球管焦点与球管旋转中心之间的距离连线在X轴的投影长度。

可选的，当所述球管与探测器形成斜位放射检测，所述第一偏移基于如下算式获得：

$K=r1+\frac{r2}{\tan {\mathrm{\θ}}_t}$

上式中，K为所述第一偏移，r1为所述第一投影长度，r2为所述第二投影长度，θ_t为所述斜位放射检测的角度。

可选的，所述第一投影长度和第二投影长度的获取与所述球管在XZ平面的不同旋转角度下投影到地平面的光线高度有关。

可选的，通过如下步骤获取所述第一投影长度和第二投影长度；

分别记录初始化时、所述球管在XZ面从初始化顺时针旋转90°时及所述球管在XZ面从初始化逆时针旋转90°时，所述球管垂直于地平面发射光线并投影到地平面的第一光线高度、第二光线高度及第三光线高度；

通过如下算式获得所述第一投影长度和第二投影长度：

L-r1=H1

L+r2=H2

L-r2=H3

上式中，L为球管旋转中心到地平面的高度，H1、H2及H3分别为所记录的第一光线高度、第二光线高度及第三光线高度，r1为所述第一投影长度，r2为所述第二投影长度。

本发明技术方案的有益效果至少包括：

本发明技术方案不同于现有技术之处在于考虑了球管焦点在不同放射检测状态时与球管旋转中心的相对位置的变化情况：通过计算对应放射检测状态时所述球管焦点与球管旋转中心在所述射线方向上的偏移，利用计算所得的偏移调整探测器平面和球管旋转中心的连线长度以得到系统源像距，优化了检测X射线摄影系统源像距的算法，更具有普适性和优越性。

通过初始化时获取得到的球管焦点与球管旋转中心在Z轴方向的第一投影长度和球管焦点与球管旋转中心在X轴方向第二投影长度，计算对应放射检测状态时所述球管焦点与球管旋转中心在所述射线方向上的第一偏移，避免对于设计数据的依赖，能够大大提高数据的获取及处理效率。

对于悬吊臂中心轴和第二支架中心轴之间的距离的计算涉及对悬吊臂部件及第二支架部件的设计数据的计算获取，现有技术是通过支架的设计数据或球管厂商提供的工程手册上的数据来获取球管支架中各部件在所需轴向上的长度，但这会引入机械加工及调整所造成的误差，本发明技术方案另外提供了一种能够从实际运行的X射线摄影系统上获知所需参数的方式解决了上述问题：悬吊臂中心轴和第二支架中心轴之间的距离是通过计算悬吊臂中心轴和球管焦点之间的距离连线在X轴的投影长度与第二偏移之和获得的，所述第二偏移为球管焦点和球管旋转中心之间的距离连线在X轴的投影长度；因此，本发明技术方案所检测得到的源像距具备更高精准性，将实际测量结果与原始设计数据进行对比，可以指导X射线摄影系统的检验加工及安装形成的误差，以便进行设备合理的设计调整或是安装微调。

本发明技术方案无需复杂的测量工具，而只需一定精度的卷尺即可完成悬吊臂中心轴和第二支架中心轴之间的距离计算：悬吊臂中心轴和第二支架中心轴之间的距离是通过计算所述球管在XY平面的不同旋转角度下投影到地平面的光线位置，用所述卷尺获得所记录的第一光线位置及第二光线位置在相应方向上的投影距离得到的，能够进一步提高系统源像距的检测精确。

同样的，为检测源像距所依赖的初始化时所述球管焦点与球管旋转中心在Z轴的第一投影长度和在X轴的第二投影长度，本发明的技术方案也特别提供了一种较为精确的计算方式：第一投影长度和第二投影长度的获取与球管在XZ平面的不同旋转角度下投影到地平面的光线高度有关，本发明技术方案通过分别记录初始化时、所述球管在XZ面从初始化顺时针旋转90°时及所述球管在XZ面从初始化逆时针旋转90°时，所述球管垂直于地平面发射光线并投影到地平面的第一光线高度、第二光线高度及第三光线高度获得第一投影长度和第二投影长度；第一投影长度和第二投影长度的精确获得能够避免了由于机械加工以及安装导致的误差，提高源像距的控制精度。

从第一投影长度、第二投影长度和悬吊臂中心轴和第二支架中心轴之间的距离的计算方式可知，本发明技术方案尽量用系统初始化时的参数数值进行换算以表示系统运行状态中的相应参数，能够避免对于设计数据的依赖，能够大大提高数据的获取及处理效率。

附图说明

图1为X射线摄影系统在初始化时的结构示意图；

图2为X射线摄影系统在立位放射检测时的结构示意图；

图3为X射线摄影系统在卧位放射检测时的结构示意图；

图4为X射线摄影系统在斜位放射检测时的结构示意图；

图5为本发明技术方案提供的检测X射线摄影系统源像距的方法的流程示意图；

图6为初始化时X射线摄影系统内球管焦点、球管旋转中心及探测器平面的相对位置示意图；

图7为立位放射检测时X射线摄影系统内球管焦点、球管旋转中心及探测器平面的相对位置示意图；

图8为卧位放射检测时X射线摄影系统内球管焦点、球管旋转中心及探测器平面的相对位置示意图；

图9为斜位放射检测时X射线摄影系统内球管焦点、球管旋转中心及探测器平面的相对位置示意图；

图10为图7各点进一步的连线关系示意图；

图11为图9各点进一步的连线关系示意图；

图12为球管在XY面从初始化开始围绕轴RVA旋转到设定角度时投影到地平面o1的光线位置的关系示意图；

图13为球管在初始化时、从初始化开始围绕轴RHA在XZ面顺时针旋转90°时、从初始化开始围绕轴RHA在XZ面逆时针旋转90°时投影到地平面o1的光线高度的关系示意图。

具体实施方式

为了更为精确地检测X射线摄影系统源像距以更好地指导X射线摄影系统运行，本实施例提供了一种检测X射线摄影系统源像距的方法，如图5所示，包括：

步骤S100，获取球管旋转中心沿射线方向到探测器平面连线的长度。

步骤S101，计算第一偏移，所述第一偏移为球管焦点与所述球管旋转中心之间的距离连线在所述射线方向上的投影长度。

步骤S102，基于所述第一偏移调整所述连线的长度以得到X射线摄影系统的源像距。

结合图2～图3，可知X射线摄影系统包括探测器3和能够与探测器3形成立位放射检测、卧位放射检测或斜位放射检测的球管7，球管7上设置能够控制球管放射光线的限束器11。

在背景技术的论述中，现有技术X射线摄影系统的源像距在立位放射检测时，X射线摄影系统的源像距等同为轴RVA到探测器3的距离S01与球管焦点9与轴RVA之间的距离连线在X轴的投影长度R01之和；在卧位放射检测时，X射线摄影系统的源像距等同为轴RHA到探测器3平面之间的距离S02。斜位放射检测时，X射线摄影系统的源像距为(S01+R02)/sinθ，其中，S01为轴RVA到探测器3平面的距离，R02为斜位放射检测时球管焦点9与轴RVA之间的距离连线在X轴的投影长度，θ为斜位放射检测的角度。现有技术的上述方案存在如下弊端：

参见图6，图6是系统初始化时，球管焦点9、球管旋转中心10及探测器3平面的相对位置示意图，其中，轴RHA贯穿球管旋转中心10，r1为第一投影长度，即球管焦点9与球管旋转中心10之间的距离连线在Z轴的偏移量，r2为第二投影长度，即球管焦点9与球管旋转中心10之间的距离连线在X轴的偏移量。

图7是X射线摄影系统处于立位放射检测时，球管焦点9、球管旋转中心10及探测器3平面的相对位置示意图，可见：因立位放射检测时，射线方向发生改变，球管焦点9与球管旋转中心10的相对位置产生了变化，此时射线方向为X轴方向，球管焦点9与球管旋转中心10在X轴方向的偏移量等同于第一投影长度r1，球管焦点9与球管旋转中心10在Z轴方向的偏移量同于第二投影长度r2，考虑到大多数情况下，r1是不等于r2的，因此，R01一般不等同于R0(R0为初始化时球管焦点9与轴RVA之间的距离连线在X轴方向的投影长度)。

图8是X射线摄影系统处于卧位放射检测时，球管焦点9、球管旋转中心10及探测器3平面的相对位置示意图，此时，射线方向为Z轴方向，可见：将X射线摄影系统的源像距等同为轴RHA到探测器3所在平面之间的距离S02是没有考虑此时球管焦点9与球管旋转中心10在Z轴方向的偏移。

图9是系统处于斜位放射检测时，球管焦点9、球管旋转中心10及探测器3平面的相对位置示意图，可见：因射线方向发生改变，球管焦点9与球管旋转中心10的相对位置再次产生了变化，球管焦点9与球管旋转中心10之间的距离连线在偏离X轴α角度的方向上的偏移量等同于第一投影长度r1，球管焦点9与球管旋转中心10之间的距离连线在偏离Z轴α角度的方向上的偏移量等同于第二投影长度r2，其中，α角度是由X射线摄影系统斜位放射的角度引起的。此时，第一投影长度r1并不是球管焦点9与球管旋转中心10之间的距离连线在在X轴方向上的偏移量，因此，R02一般也不等同于R0。

如图5所示的方法通过如下思路克服了上述缺点：本发明技术方案首先计算了对应放射检测状态时球管旋转中心沿射线方向到探测器平面连线的长度；再通过初始化时获取得到的球管焦点9与球管旋转中心10在Z轴方向的偏移量r1和球管焦点9与球管旋转中心10在X轴方向偏移量r2，计算对应放射检测状态时所述球管焦点与球管旋转中心在所述射线方向上的第一偏移，再将探测器平面和球管旋转中心连线的长度减去所述第一偏移以得到X射线摄影系统的源像距。

本实施例的技术方案不同于现有技术之处至少在于考虑了球管焦点在不同放射检测状态时与球管旋转中心的相对位置的变化情况，且优化了检测X射线摄影系统源像距的算法，更具有普适性和优越性。

下面进一步对本实施例的步骤S100～S102分别进行更为具体的论述。

对于如何实现步骤S100，即如何实现获取所述球管旋转中心沿射线方向到探测器平面连线的长度：

从图1～图4所示的X射线摄影系统可知X射线摄影系统是包括悬吊臂6和可使球管7分别在XY平面和/或XZ平面旋转的球管支架8的，本实施例认为可通过如下方式计算连线的长度：

如图10(图10基于图7)所示，当所述球管7与探测器3形成立位放射检测，此时射线方向为X轴方向，探测器3平面和球管旋转中心10连线的长度s1为悬吊臂6中心轴(轴RVA)与探测器平面之间的距离连线在X轴的投影长度S11和悬吊臂6中心轴与球管旋转中心10之间的距离连线在X轴的投影长度R11之和，即s1=S11+R11。

其中，悬吊臂6中心轴(轴RVA)与探测器3平面之间的距离连线在X轴的投影长度S11是通过系统电机的编码器检测获得的，可视为已知值，故在本实施例不再讨论；针对悬吊臂6中心轴与球管旋转中心10之间的距离连线在X轴的投影长度R11的求值，本实施例认为可以从球管支架8的具体结构入手解析：从图1～4的X射线摄影系统的结构可知，所述球管支架8包括相垂直的第一支架80及第二支架81，第一支架80的一端与所述悬吊臂6连接使所述第二支架81和球管7能够绕悬吊臂6中心轴RVA在XY平面上旋转，第二支架81的一端与第一支架80的另一端相连，第二支架81的另一端与球管7连接使球管7能够绕第二支架81的中心轴RHA在XZ平面上旋转，第二支架中心轴RHA贯穿球管旋转中心10。因此，参考图10，能够得到悬吊臂6中心轴与球管旋转中心10之间的距离连线在X轴的投影长度R11实际是为悬吊臂中心轴RVA和第二支架中心轴(轴RHA)之间的距离，这是一个较为精确的数值。

但是，对于悬吊臂中心轴RVA和第二支架中心轴(轴RHA)之间的距离的计算又涉及对悬吊臂部件及第二支架部件的设计数据的计算获取。根据背景技术的分析，通过支架的设计数据或球管厂商提供的工程手册上的数据来获取球管支架8中各部件在所需轴向上的长度会引入机械加工及调整所造成的误差，本实施例为了克服这个问题，另外提供了一种能够从实际运行的X射线摄影系统上获知所需参数的方式：悬吊臂中心轴RVA和第二支架中心轴(轴RHA)之间的距离是通过计算悬吊臂中心轴RVA和球管焦点9之间的距离连线在X轴的投影长度与第二偏移之和获得的，所述第二偏移为球管焦点9和球管旋转中心10之间的距离连线在X轴的投影长度。

这里，考虑到悬吊臂6中心轴与球管旋转中心10之间的距离连线在X轴的投影长度R11(也即悬吊臂中心轴RVA和第二支架中心轴(轴RHA)之间的距离)从系统初始化至系统为立位放射状态时是不变的(也可以认为，R11在球管7仅绕轴RVA在XY平面上旋转时是不变的)，因此，立位放射状态时的悬吊臂6中心轴与球管旋转中心10之间的距离连线在X轴的投影长度R11与初始化时悬吊臂6中心轴与球管旋转中心10之间的距离连线在X轴的投影长度相等。如图6所示，初始化时悬吊臂6中心轴与球管旋转中心10之间的距离连线在X轴的投影长度为初始化时球管焦点9与轴RVA之间的距离连线在X轴的投影长度R0与初始化时球管焦点9与球管旋转中心10之间的距离连线在X轴的第二偏移(本实施例中，第二偏移的偏移量等于第二投影长度r2)之和，有R11=R0+r2。因此，可知：

对于如图10处于立位放射检测状态的X射线摄影系统来说，结合图6，连线的长度s1=S11+R11=S11+R0+r2。

参考图8，当球管7与探测器3形成卧位放射检测，此时射线方向为Z轴方向，由于对于卧位放射检测，球管旋转中心10和探测器3平面连线的长度s2(以下简称连线的长度s2)为球管旋转中心10与探测器3平面之间的距离连线在Z轴的投影长度，因球管旋转中心10与第二支架81的中心轴RHA重合，在本实施例，球管旋转中心10与探测器3平面之间的距离连线在Z轴的投影长度等同于轴RHA和探测器3平面之间的距离连线在Z轴的投影长度，这里，连线的长度s2与现有技术的轴RHA到探测器3之间的距离S02实质相同，可参考图8。连线的长度s2同样能够通过系统电机的编码器检测获得，可视为已知值，故在本实施例不再讨论。

如图11所示，当球管7与探测器3形成斜位放射检测，此时射线方向为与Z轴夹角为θ_t的方向，球管旋转中心10和探测器3平面连线的长度s3为对悬吊臂中心轴RVA与探测器3平面之间的距离连线在X轴的投影长度S13和悬吊臂中心轴RVA与球管旋转中心10之间的距离连线在X轴的投影长度R13之和进行三角几何变换所得。其中，S13及R13的获取及算法可参考S11及R11的相关论述，可认为：S13+R13=S11+R11。基于三角几何变换，有s3=(S13+R13)/sinθ_t=(S11+R11)/sinθ_t=(S11+R0+r2)/sinθ_t，θ_t为图11中斜位放射检测的角度(即探测器3平面和球管旋转中心10的连线方向与Z轴的夹角)，偏移角度α=90°-θ_t。

在上述过程中，需要注意的是对初始化时悬吊臂6中心轴与球管旋转中心10之间的距离连线在X轴的投影长度的求取。由于本实施例将立位放射检测状态/斜位放射检测状态时悬吊臂6中心轴与球管旋转中心10之间的距离连线在X轴的投影长度R11/R13与初始化时悬吊臂6中心轴与球管旋转中心10之间的距离连线在X轴的投影长度相等，而初始化时悬吊臂6中心轴与球管旋转中心10之间的距离连线在X轴的投影长度涉及初始化时球管焦点9与轴RVA之间的距离连线在X轴的投影长度R0，R0的获取方法很重要。

不同于通过系统部件的设计参数及出厂手册来求取R0，本实施例通过记录球管在不同XY平面的旋转角度下投影到地平面o1的光线位置获取初始化时球管焦点9与轴RVA之间的距离连线在X轴的投影长度R0，结合图6和图12，包括步骤：

记录初始化时球管7垂直于地平面o1发射光线并投影到地平面o1的第一光线位置P1(球管焦点9在地平面o1的投影点)及在球管7在XY平面旋转设定角度θ_m时投影到地平面o1的第二光线位置P2(球管在XY平面旋转设定角度θ_m时球管焦点9在地平面o1的投影点)。

结合图1，并继续参考图12，上述记录过程具体可为：将球管7旋转至管套纵轴沿水平方向，即球管7的限束器11垂直于地平面o1(可参考图1的初始化系统)；打开限束器11的光野灯，在地平面o1上记录光野灯的十字形激光线位置，该十字中心点P1即为焦点在地平面o1上的垂直投影；保持限束器垂直方位不变，沿RVA轴逆时针旋转设定角度θ_m并再次打开限束器的光野灯，在地平面o1上记录光野灯的十字形激光线位置P2；延长两处十字形长度相交于P3与P4，建立地平面o1上如图12所示的结构示意图。

如图12的四个位置点P1、P3、P2、P4形成一个矩形，通过直接测量即可获得该矩形的长度值W1与宽度值W2。

可以根据图12所示的结构，通过如下算式计算始化时球管焦点9与轴RVA之间的距离连线在X轴的投影长度R0：

$\frac{R2}{\sin {\mathrm{\θ}}_m}+W2+\frac{W1-R2}{\tan {\mathrm{\θ}}_m}=R1---\left(1\right)$

$\frac{R2}{\tan {\mathrm{\θ}}_m}+\frac{W1-R2}{\sin {\mathrm{\θ}}_m}=R1---\left(2\right)$

在式(1)及(2)中，

R1为初始化时悬吊臂6中心轴和球管焦点9之间的距离连线在X轴的投影长度(也即待求R0)；

R2为初始化时第一支架80中心轴和球管焦点9之间的距离连线在Y轴的投影长度；

W1为第一光线位置P1及第二光线位置P2之间的距离连线在初始化时的第二支架81中心轴RHA方向上的投影长度，也即图12中P3、P1之间的距离或P2、P4之间的距离；

W2为第一光线位置P1及第二光线位置P2之间的距离连线在初始化时的第一支架80中心轴方向上的投影长度，也即图12中P4、P1之间的距离或P2、P3之间的距离；

θ_m为所述设定角度。

更为优选的，可将设定角度θ_m预定为90°以简化上述过程。

此时，式(1)及(2)分别转化如下所示的式(3)及式(4)：

R2+W2=R1        (3)

W1-R2=R1        (4)

由式(3)及(4)可知：

$R0=R1=\frac{W1+W2}{2}.$

在步骤S100中，除了涉及初始化时悬吊臂6中心轴和球管焦点9之间的距离连线在X轴的投影长度R0的求取问题以外，还涉及对初始化时第二偏移(即第二投影长度r2)的求取过程。这里，可以结合步骤S101中涉及的第一偏移求取过程进行探讨：

从对步骤S100的论述可知，由于本发明技术方案将悬吊臂中心轴RVA与球管旋转中心10之间的距离连线在X轴的投影长度R11/R13等同于初始化时悬吊臂中心轴RVA和球管焦点9之间的距离连线在X轴的投影长度R0与第二偏移之和，初始化时的第二偏移实际为第二投影长度r2。

而对于步骤S101：

结合图10，可知：

当所述球管与探测器形成立位放射检测时，射线方向为X轴方向，因此第一偏移为球管焦点9与球管旋转中心10在X轴方向的偏移，相较于初始化时球管焦点9与球管旋转中心10之间的距离连线在XZ平面的第一投影长度r1和第二投影长度r2，这个偏移量实际等同于第一投影长度r1。

结合图8，可知：

当所述球管与探测器形成卧位放射检测时，射线方向为Z轴方向，因此第一偏移为球管焦点9与球管旋转中心10在Z轴方向的偏移，相较于初始化时球管焦点9与球管旋转中心10之间的距离连线在XY平面的第一投影长度r1和第二投影长度r2，这个偏移量实际也等同于第一投影长度r1。

结合图11，可知：

当所述球管与探测器形成斜位放射检测时，射线方向为与Z轴夹角为θ_t方向，其中θ_t为斜位放射角度，第一偏移与初始化时球管焦点9与球管旋转中心10之间的距离连线在XY平面的第一投影长度r1和第二投影长度r2有关：继续参考图11，通过作球管焦点9沿射线方向与探测器平面的连线SID3可知，第一偏移K满足：

$K=r1+\frac{r2}{\tan {\mathrm{\θ}}_t}---\left(5\right)$

式(5)中：

K为所述第一偏移，r1为所述第一投影长度，r2为所述第二投影长度，θ_t为所述斜位放射检测的角度。

上述过程中在系统运行过程中尽量用系统初始化时的参数数值进行换算以表示系统运行状态中的相应参数，能够大大提高数据的获取及处理效率。

从系统各放射状态时求取第一偏移的过程可知：对于系统初始化时球管焦点9与球管旋转中心10之间的距离连线在XZ平面的第一投影长度r1和第二投影长度r2的求取过程是很重要的，能够影响检测系统源像距的精度。本实施例通过记录球管在不同XZ平面的旋转角度下投影到地平面o1的光线高度获取(同时保持球管7在XY平面的初始化状态)第一投影长度r1及第二投影长度r2的数值。

具体地，可以通过如下步骤获得初始化时球管焦点9与球管旋转中心10之间的距离连线在XY平面的第一投影长度r1和第二投影长度r2：

结合图13，记录在初始化时(图13的状态1)球管7垂直于地平面o1发射光线并投影到地平面o1的第一光线高度H1、从初始化在XZ平面绕轴RHA顺时针旋转90°时(图13中从状态1转换到状态2)球管7垂直于地平面o1发射光线并投影到地平面o1的第二光线高度H2、从初始化在XZ平面绕轴RHA逆时针旋转90°时(图13中从状态1转换到状态3)投影到地平面o1的第三光线高度H3。上述记录过程具体可为：

初始化时将球管旋转至图13状态1，使用限束器11上的SID尺，可测得球管焦点9至地平面o1的垂直距离H1；

从初始化将球管绕RHA轴顺时针旋转90°至状态2，打开限束器11的光野灯，记录十字形激光线中心点，并测量该十字形中心点至地平面o1的垂直距离H2；

继续(非初始化时，而从状态2开始继续以保持系统的连贯性)将球管绕RHA轴逆时针旋转180°至状态3，打开限束器11光野灯，记录十字形激光线中心点，并测量该十字形中心点至地平面o1垂直距离H3。

通过如下算式获得第一投影长度r1及第二投影长度r2：

L-r1=H1         (6)

L+r2=H2        (7)

L-r2=H3        (8)

式(6)～(8)中：

L为球管旋转中心10到地平面o1的高度；

H1、H2及H3分别为所记录的第一光线高度、第二光线高度及第三光线高度；

r1为第一投影长度；

r2为第二投影长度。

通过式(6)～(8)可得：

$r_1=\frac{H2+H3-2H1}{2};$

$r_2=\frac{H2-H3}{2}.$

综上，对应步骤S102得到的源像距可依如下方式计算；

对于图10立位放射检测状态的X射线摄影系统，其源像距SID1满足；

SID1=s1-r1=S11+R11-r1=S11+R0+r2-r1；

对于图8卧位放射检测状态的X射线摄影系统，其源像距SID2满足；

SID2=s2-r1；

对于图11斜位放射检测状态的X射线摄影系统，其源像距SID3满足；

$\mathrm{SID}3=s3-K=(S11+R0+r2)/\sin {\mathrm{\θ}}_t-(r1+\frac{r2}{\tan {\mathrm{\θ}}_t}).$

通过步骤S100～S102检测得到源像距可以指导实时调整X射线摄影系统的源像距以控制X射线摄影系统的运行参数。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (12)

1.一种检测X射线摄影系统源像距的方法，所述X射线摄影系统包括探测器和能够与所述探测器形成立位放射检测、卧位放射检测或斜位放射检测的球管，其特征在于，包括：

获取球管旋转中心沿射线方向到探测器平面连线的长度;

计算第一偏移，所述第一偏移为球管焦点与所述球管旋转中心之间的距离连线在所述射线方向上的投影长度；

基于所述第一偏移调整所述连线的长度以得到X射线摄影系统的源像距。

2.如权利要求1所述的检测X射线摄影系统源像距的方法，其特征在于，所述X射线摄影系统还包括悬吊臂和连接所述悬吊臂且可使球管分别在XYZ空间的XY平面及XZ平面旋转的球管支架，悬吊臂中心轴垂直于所述XY平面：

当所述球管与探测器形成立位放射检测，所述射线方向为X轴方向，所述连线的长度为悬吊臂中心轴与探测器平面之间的距离连线在X轴的投影长度与所述悬吊臂中心轴与球管旋转中心之间的距离连线在X轴的投影长度之和；

当所述球管与探测器形成卧位放射检测，所述射线方向为Z轴方向，所述连线的长度为所述球管旋转中心与探测器平面之间的距离连线在Z轴的投影长度；

当所述球管与探测器形成斜位放射检测，所述射线方向为与Z轴夹角为θ_t的方向，所述连线的长度为对悬吊臂中心轴与探测器平面之间的距离连线在X轴的投影长度和所述悬吊臂中心轴与球管旋转中心之间的距离连线在X轴的投影长度之和进行三角几何变换所得，所述三角几何变换基于斜位放射检测的角度θ_t。

3.如权利要求2所述的检测X射线摄影系统源像距的方法，其特征在于，所述球管支架包括相垂直的第一支架及第二支架，所述第一支架的一端与所述悬吊臂连接使所述第二支架和球管能够绕悬吊臂中心轴在XY平面上旋转，所述第二支架的一端与所述第一支架的另一端相连、另一端与所述球管连接使所述球管能够绕所述第二支架的中心轴在XZ平面上旋转，第二支架中心轴贯穿球管旋转中心，所述悬吊臂中心轴与球管旋转中心之间的距离连线在X轴的投影长度为悬吊臂中心轴和第二支架中心轴之间的距离。

4.如权利要求3所述的检测X射线摄影系统源像距的方法，其特征在于，所述悬吊臂中心轴和第二支架中心轴之间的距离是通过计算初始化时悬吊臂中心轴和所述球管焦点之间的距离连线在X轴的投影长度与第二偏移之和获得的，所述第二偏移为初始化时球管焦点和球管旋转中心之间的距离连线在X轴的投影长度。

5.如权利要求4所述的检测X射线摄影系统源像距的方法，其特征在于，所述初始化时悬吊臂中心轴和所述球管焦点之间的距离连线在X轴的投影长度与所述球管在XY平面的不同旋转角度下投影到地平面的光线位置有关。

6.如权利要求5所述的检测X射线摄影系统源像距的方法，其特征在于，通过如下步骤获取所述初始化时悬吊臂中心轴和所述球管焦点之间的距离连线在X轴的投影长度：

记录初始化时所述球管垂直于地平面发射光线并投影到地平面的第一光线位置及所述球管在XY平面旋转设定角度时所述球管垂直于地平面发射光线并投影到地平面的第二光线位置；

通过如下算式计算初始化时悬吊臂中心轴和球管焦点之间的距离连线在X轴的投影长度：

$\frac{R2}{{\sin \mathrm{\θ}}_m}+W2+\frac{W1-R2}{{\tan \mathrm{\θ}}_m}=R1$

$\frac{R2}{{\tan \mathrm{\θ}}_m}+\frac{W1-R2}{{\sin \mathrm{\θ}}_m}=R1$

上式中，

R1为初始化时悬吊臂中心轴和球管焦点之间的距离连线在X轴的投影长度；

R2为初始化时第一支架中心轴和球管焦点之间的距离连线在Y轴的投影长度；

W1为第一光线位置及第二光线位置之间的距离连线在初始化时的第二支架中心轴方向上的投影长度；

W2为第一光线位置及第二光线位置之间的距离连线在初始化时的第一支架中心轴方向上的投影长度；

θ_m为所述设定角度。

7.如权利要求2所述的检测X射线摄影系统源像距的方法，其特征在于，当所述球管与探测器形成斜位放射检测，所述连线的长度基于如下算式获得：

$M=\frac{S_t}{{\sin \mathrm{\θ}}_t}$

上式中，

M为所述连线的长度；

S_t为悬吊臂中心轴与探测器平面之间的距离连线在X轴的投影长度和所述悬吊臂中心轴与球管旋转中心之间的距离连线在X轴的投影长度之和；

θ_t为所述斜位放射检测的角度。

8.如权利要求1所述的检测X射线摄影系统源像距的方法，其特征在于，所述基于所述第一偏移调整所述连线长度以得到X射线摄影系统的源像距包括将所述连线长度与第一偏移作差以得到X射线摄影系统的源像距。

9.如权利要求1或8所述的检测X射线摄影系统源像距的方法，其特征在于，当所述球管与探测器形成立位放射检测或卧位放射检测，所述第一偏移为第一投影长度，当所述球管与探测器形成斜位放射检测，所述第一偏移与第一投影长度和第二投影长度有关；所述第一投影长度为初始化时所述球管焦点与球管旋转中心之间的距离连线在Z轴的投影长度，所述第二投影长度为初始化时所述球管焦点与球管旋转中心之间的距离连线在X轴的投影长度。

10.如权利要求9所述的检测X射线摄影系统源像距的方法，其特征在于，当所述球管与探测器形成斜位放射检测，所述第一偏移基于如下算式获得：

$K=r1+\frac{r2}{{\tan \mathrm{\θ}}_t}$

上式中，K为所述第一偏移，r1为所述第一投影长度，r2为所述第二投影长度，θ_t为所述斜位放射检测的角度。

11.如权利要求9所述的检测X射线摄影系统源像距的方法，其特征在于，所述第一投影长度和第二投影长度的获取与所述球管在XZ平面的不同旋转角度下投影到地平面的光线高度有关。

12.如权利要求11所述的检测X射线摄影系统源像距的方法，其特征在于，通过如下步骤获取所述第一投影长度和第二投影长度：

分别记录初始化时、所述球管在XZ面从初始化顺时针旋转90°时及所述球管在XZ面从初始化逆时针旋转90°时，所述球管垂直于地平面发射光线并投影到地平面的第一光线高度、第二光线高度及第三光线高度‘

通过如下算式获得所述第一投影长度和第二投影长度：

L-r1=H1

L+r2=H2

L-r2=H3

上式中，L为球管旋转中心到地平面的高度，H1、H2及H3分别为所记录的第一光线高度、第二光线高度及第三光线高度，r1为所述第一投影长度，r2为所述第二投影长度。