CN104287756A - X射线图像获取方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种X射线图像获取方法及装置，所述获取方法包括：根据预曝光区域设定初始的机架参数及相邻两帧图像的重叠区域，计算进行图像拼接的初始曝光帧数；调整所述初始曝光帧数得到实际曝光帧数，并根据所述实际曝光帧数确定实际机架参数，使得实际曝光区域不大于所述预曝光区域，且所述实际曝光帧数与所述初始曝光帧数的差值的绝对值小于1；基于所述实际曝光帧数和所述实际机架参数，计算采集每帧图像时对应的探测器位置及球管旋转角度；以所述实际机架参数、采集每帧图像时对应的探测器位置及球管旋转角度进行曝光，获取待拼接图像。采用所述方法及装置，可以有效地避免受检对象在摄影过程中接受过多的辐射剂量。

Description

X射线图像获取方法及装置

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种X射线图像获取方法及装置。

背景技术

采用X射线摄影系统，进行大尺寸、大视野范围的影像拍片，如：拍摄骨骼影像、脊柱影像等已经成为一种广泛的应用。

就目前而言，由于受X射线摄影系统在物理特性上的限制，如探测器的面积限制，源像距(SID，Source Image Distance)距离限制等，在对大尺寸的待摄影部位进行成像时，通常采用将大尺寸的待摄影部位，分割为单张摄影时探测器能满足的尺寸要求进行序列摄影，然后通过图像工作站对摄影获得的序列图像进行融合、拼接、处理，以获得大尺寸的影像。

然而采用上述方式对大尺寸的待摄影部位进行摄影时，可能会导致受检对象接受过多的辐射剂量，对其产生一定的伤害。

发明内容

本发明实施例解决的问题是如何避免受检对象在摄影过程中接受过多的辐射剂量。

为解决上述问题，本发明实施例提供一种X射线图像获取方法，包括：

根据预曝光区域设定初始的机架参数及相邻两帧图像的重叠区域，计算进行图像拼接的初始曝光帧数；机架参数包括：有效光野的起始位置、终止位置以及有效光野的高度，所述有效光野的起始位置与终止位置之间至少包括两个所述有效光野的高度，所述有效光野的高度与竖直方向上限束器的开口大小相关；

调整所述初始曝光帧数得到实际曝光帧数，并根据所述实际曝光帧数确定实际机架参数，使得实际曝光区域不大于所述预曝光区域，且所述实际曝光帧数与所述初始曝光帧数的差值的绝对值小于1；

基于所述实际曝光帧数和所述实际机架参数，计算采集每帧图像时对应的探测器位置及球管旋转角度；

以所述实际机架参数、采集每帧图像时对应的探测器位置及球管旋转角度进行曝光，获取待拼接图像。

可选的，通过如下公式计算进行图像拼接的初始曝光帧数：

Y＝(L₀-L_p)/(h₀-L_p)；

其中，Y为初始曝光帧数，L_p为相邻两帧图像的重叠区域，h₀为初始有效光野的高度，L₀为初始拼接行程；

所述初始拼接行程L₀通过如下公式获得：

L₀＝Z_start0-Z_stop0；

其中，Z_start0为初始有效光野的起始位置，Z_stop0为初始有效光野的终止位置。

可选的，所述调整所述初始曝光帧数得到实际曝光帧数，包括：

所述初始曝光帧数为整数，所述实际曝光帧数为所述初始曝光帧数；

所述初始曝光帧数为非整数，所述实际曝光帧数关联于图像拼接行程的变化率，所述图像拼接行程的变化率通过如下公式获得：

P＝(L₀-L₁)/L₀；

其中，L₁为预设拼接行程，P为图像拼接行程的变化率；

所述预设拼接行程L₁通过如下公式获得：

L₁＝floor(Y)×(h₀-L_p)+L_p；

其中，函数floor(x)为取小于x的最大整数。

可选的，所述实际曝光帧数为初始曝光帧数，所述实际机架参数为初始的机架参数，所述基于所述实际曝光帧数和所述实际机架参数，计算采集每帧图像时对应的探测器位置通过如下公式进行：

Z_FDn＝Z_start0-((2n-1)/2)×h₀+(n-1)×L_p；

其中，Z_FDn为采集第n帧图像时对应的探测器中心位置，n为曝光帧数；

所述基于所述实际曝光帧数和所述实际机架参数，计算采集每帧图像时对应的球管旋转角度通过如下公式进行：

${\mathrm{\α}}_{\mathrm{RHA}}=\frac{1}{2}\×\arctan \left[\frac{S_{\mathrm{SID}}\×\left(\right|Z_n-Z_{\mathrm{TCS}}|+|Z_n-Z_{\mathrm{TCS}}-h_0\left|\right)}{S_{\mathrm{SID}}^2-\left(\right|Z_n-Z_{\mathrm{TCS}}|\×|Z_n-Z_{\mathrm{TCS}}-h_0\left|\right)}\right];$

其中，α_RHA为采集第n帧图像时球管在XZ平面旋转时球管的轴线与X轴的夹角，与采集第n-1帧图像时球管在XZ平面旋转时球管的轴线与X轴的夹角之差；arctan(·)为反正切函数，S_SID为源像距，Z_TCS为所述球管焦点与地平面的距离，Z_n为第n帧图像的初始位置；

所述第n帧图像的初始位置Z_n通过如下公式获得：

Z_n＝Z_start0-(n-1)×h₀+(n-1)×L_p。

可选的，所述图像拼接行程的变化率小于等于预设阈值，所述实际曝光帧数为小于所述初始曝光帧数的最大整数。

可选的，所述实际曝光帧数为小于所述初始曝光帧数的最大整数，对应的实际机架参数中实际有效光野的高度为所述初始有效光野的高度，实际有效光野的起始位置Z_start及终止位置Z_stop分别通过如下公式获得：

Z_start＝Z_start0-(L₀-L₁)/2；

Z_stop＝Z_stop0+(L₀-L₁)/2。

可选的，所述基于所述实际曝光帧数和所述实际机架参数，计算采集每帧图像时对应的探测器位置通过如下公式进行：

Z_FDn＝Z_start-((2n-1)/2)×h₀+(n-1)×L_p；

其中，Z_FDn为采集第n帧图像时对应的探测器中心位置，n为曝光帧数；

所述基于所述实际曝光帧数和所述实际机架参数，计算采集每帧图像时对应的球管旋转角度通过如下公式进行：

${\mathrm{\α}}_{\mathrm{RHA}}=\frac{1}{2}\×\arctan \left[\frac{S_{\mathrm{SID}}\×\left(\right|Z_n-Z_{\mathrm{TCS}}|+|Z_n-Z_{\mathrm{TCS}}-h_0\left|\right)}{S_{\mathrm{SID}}^2-\left(\right|Z_n-Z_{\mathrm{TCS}}|\×|Z_n-Z_{\mathrm{TCS}}-h_0\left|\right)}\right];$

其中，α_RHA为采集第n帧图像时球管在XZ平面旋转时球管的轴线与X轴的夹角，与采集第n-1帧图像时球管在XZ平面旋转时球管的轴线与X轴的夹角之差；arctan(·)为反正切函数，S_SID为源像距，Z_TCS为所述球管焦点与地平面的距离，Z_n为第n帧图像的初始位置；

所述第n帧图像的初始位置Z_n通过如下公式获得：

Z_n＝Z_start-(n-1)×h₀+(n-1)×L_p。

可选的，所述图像拼接行程的变化率大于预设阈值，所述实际曝光帧数为小于所述初始曝光帧数的最大整数加1。

可选的，所述实际曝光帧数为所述初始曝光帧数的最大整数加1，对应的实际机架参数中实际有效光野的起始位置为初始有效光野的起始位置，实际有效光野的终止位置为初始有效光野的终止位置，实际有效光野的高度通过如下公式获得：

h＝L_p+(L₀-L_p)/(floor(Y)+1)。

可选的，所述基于所述实际曝光帧数和所述实际机架参数，计算采集每帧图像时对应的探测器位置通过如下公式进行：

Z_FDn＝Z_start0-((2n-1)/2)×h+(n-1)×L_p；

其中，Z_FDn为采集第n帧图像时对应的探测器中心位置，n为曝光帧数；

所述基于所述实际曝光帧数和所述实际机架参数，计算采集每帧图像时对应的球管旋转角度通过如下公式进行：

${\mathrm{\α}}_{\mathrm{RHA}}=\frac{1}{2}\×\arctan \left[\frac{S_{\mathrm{SID}}\×\left(\right|Z_n-Z_{\mathrm{TCS}}|+|Z_n-Z_{\mathrm{TCS}}-h\left|\right)}{S_{\mathrm{SID}}^2-\left(\right|Z_n-Z_{\mathrm{TCS}}|\×|Z_n-Z_{\mathrm{TCS}}-h\left|\right)}\right];$

其中，α_RHA为采集第n帧图像时球管在XZ平面旋转时球管的轴线与X轴的夹角，与采集第n-1帧图像时球管在XZ平面旋转时球管的轴线与X轴的夹角之差；arctan(·)为反正切函数，S_SID为源像距，Z_TCS为所述球管焦点与地平面的距离，Z_n为第n帧图像的初始位置；

所述第n帧图像的初始位置Z_n通过如下公式获得：

Z_n＝Z_start0-(n-1)×h+(n-1)×L_p。

为解决上述问题，本发明实施例还提供了一种X射线图像获取装置，包括：

第一计算单元，用于根据预曝光区域设定初始的机架参数及相邻两帧图像的重叠区域，计算进行图像拼接的初始曝光帧数；机架参数包括：有效光野的起始位置、终止位置以及有效光野的高度，所述有效光野的起始位置与终止位置之间至少包括两个所述有效光野的高度，所述有效光野的高度与竖直方向上限束器的开口大小相关；

第一获取单元，用于调整所述初始曝光帧数得到实际曝光帧数，并根据所述实际曝光帧数确定实际机架参数，使得实际曝光区域不大于所述预曝光区域，且所述实际曝光帧数与所述初始曝光帧数的差值的绝对值小于1；

第二计算单元，用于基于所述实际曝光帧数和所述实际机架参数，计算采集每帧图像时对应的探测器位置及球管旋转角度；

图像获取单元，用于以所述实际机架参数、采集每帧图像时对应的探测器位置及球管旋转角度进行曝光，获取待拼接图像。

与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下优点：

根据预曝光区域获取初始曝光帧数，对初始曝光帧数进行调整得到实际曝光帧数及其对应的实际机架参数，使得实际曝光帧数对应的实际曝光区域不大于预曝光区域，且实际曝光帧数与初始曝光帧数之间的差值的绝对值小于1。从而可以避免在实际临床中，当初始曝光帧数为非整数时，仅取大于初始曝光帧数的整数作为实际曝光帧数而导致实际曝光区域大于预曝光区域，进而导致受检对象接受过多的辐射剂量，即可以有效地减少摄影过程中受检对象接受的辐射剂量。

进一步地，由于所述实际曝光帧数关联于图像拼接行程的变化率，且根据所述图像拼接行程的变化率与预设阈值的之间的关系，确定最终的实际曝光帧数及其对应的实际机架参数，故可以获得符合实际临床需求的图像。

此外，在摄影过程中，由于球管在Z轴方向的高度固定，其只在XZ平面内旋转，探测器的位置则随着球管的旋转在Z轴方向上进行相应的调整，使得摄影获得的序列图像的质量能够符合实际的临床需求，进而也提高了拼接后的图像质量。

附图说明

图1是本发明实施例的X射线图像获取方法的流程图；

图2是X射线摄影系统在第一时刻的示意图；

图3是X射线摄影系统在第二时刻的示意图；

图4是本发明实施例的一种确定初始曝光帧数的示意图；

图5是本发明实施例的采集第n帧图像前球管旋转的角度的示意图；

图6是本发明实施例的X射线图像获取装置的结构示意图。

具体实施方式

如背景技术中所描述的，现有技术在获得大范围影像时，可能会导致受检对象接受过多的辐射剂量。发明人发现，在进行大尺寸影像的摄影过程中，在根据预曝光区域计算出图像拼接的初始曝光帧数后，若初始曝光帧数不是整数，医生通常会取大于初始曝光帧数的整数作为实际摄影过程中的曝光帧数，因此，导致实际曝光区域大于预曝光区域，使得受检对象接受过多的辐射剂量，对其产生了一定的伤害。

发明人考虑，对计算获得的初始曝光帧数进行相应的调整以获得实际的曝光帧数，使得实际曝光区域不大于预曝光区域，从而可以减少摄影过程中受检对象接受的辐射剂量。进一步地，通过图像拼接行程的变化率来调整初始曝光帧数以获得实际曝光帧数，并获取实际曝光帧数对应的实际机架参数，以获得符合实际临床需求的图像。

如图1所示，本发明实施例的X射线图像获取方法包括：

步骤S101：根据预曝光区域设定初始的机架参数及相邻两帧图像的重叠区域，计算进行图像拼接的初始曝光帧数；

步骤S102：调整所述初始曝光帧数得到实际曝光帧数，并根据所述实际曝光帧数确定实际机架参数，使得实际曝光区域不大于所述预曝光区域，且所述实际曝光帧数与所述初始曝光帧数的差值的绝对值小于1；

步骤S103：基于所述实际曝光帧数和所述实际机架参数，计算采集每帧图像时对应的探测器位置及球管旋转角度；

步骤S104：以所述实际机架参数、采集每帧图像时对应的探测器位置及球管旋转角度进行曝光，获取待拼接图像。

为使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

在对本发明实施例中的X射线图像获取方法进行详细描述之前，先对本发明实施例采用的X射线摄影系统的结构进行简要介绍。

参照图2和图3，图2是X射线摄影系统在第一时刻的示意图，图3是X射线摄影系统在第二时刻的示意图。

图2和图3中，X射线摄影系统主要包括：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(图2和3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上设置有用以控制放射光线的限束器11。

探测器3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。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2中，将悬吊臂6的中心轴定义为轴RVA且轴RVA与Z轴平行，第二支架81的中心轴定义为轴RHA且轴RHA与Y轴平行。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使球管7绕轴RHA在XZ平面旋转。

执行步骤S101，根据预曝光区域设定初始的机架参数及相邻两帧图像的重叠区域，计算进行图像拼接的初始曝光帧数。

在具体实施中，机架参数可以包括有效光野的起始位置、终止位置以及有效光野的高度，有效光野的起始位置和终止位置之间至少可以包括两个有效光野的高度，且有效光野的高度与限束器在竖直方向上的开口大小相关。在本发明一实施例中，有效光野的高度等于限束器在竖直方向上的开口大小与常数值k的乘积，常数值k可以根据实际临床需求进行设定。

在本发明一实施例中，有效光野是指探测器上接收到的能够形成有效图像的光野范围。有效光野的起始位置是指拍摄第一帧图像时，第一帧图像对应的有效光野的上边沿；有效光野的终止位置是指拍摄最后一帧图像时，最后一帧图像对应的有效光野的下边沿。

在本发明实施例中，可以根据待拍摄的部位，确定预曝光区域，进而设置初始的机架参数，即对机架参数初始化。初始的机架参数包括：初始有效光野的起始位置、初始有效光野的终止位置以及初始有效光野的高度。实际应用中，可以根据临床需求对机架参数进行初始化，例如，医生可根据待摄影部位先确定预曝光区域，基于所述预曝光区域确定初始有效光野的起始位置和终止位置，根据临床需求确定初始有效光野的高度。

设置好初始有效光野的起始位置、终止位置及初始有效光野的高度后，可以根据初始有效光野的起始位置、终止位置确定待拼接的图像的初始拼接行程。根据所述初始拼接行程、初始有效光野的高度及待拼接的图像中相邻两帧图像的重叠区域，计算初始的曝光帧数。

图4给出了本发明实施例中的一种确定初始曝光帧数的示意图。图4中，虚线框201表示与第一帧图像对应的有效光野的位置，虚线框20n表示与最后一帧图像对应的有效光野的位置。虚线框201的上边沿表示初始有效光野的起始位置，虚线框20n的下边沿表示初始有效光野的终止位置。实线框202表示与第二帧图像对应的有效光野的位置，且实线框202和虚线框201之间存在重叠区域，重叠区域的长度为L_p。虚线框201、20n以及实线框202的高度均为初始有效光野的高度h₀，直线204表示地平面。

由图4可知，初始有效光野的起始位置相对于地平面的高度值为Z_start0，初始有效光野的终止位置相对于地平面的高度值为Z_stop0，根据初始有效光野的起始位置和终止位置之间的距离，可以计算待拼接图像的初始拼接行程L₀为：

L₀＝Z_start0-Z_stop0。

根据初始拼接行程L₀以及相邻两帧图像之间重叠区域的长度L_p，计算初始曝光帧数Y为：

Y＝(L₀-L_p)/(h₀-L_p)。

执行步骤S102，调整所述初始曝光帧数得到实际曝光帧数，并根据所述实际曝光帧数确定实际机架参数，使得实际曝光区域不大于所述预曝光区域，且所述实际曝光帧数与所述初始曝光帧数的差值的绝对值小于1。

在本发明实施例中，步骤S101中计算得到的初始曝光帧数可能是整数值，也可能是非整数值。而在实际应用中，最终需要进行曝光的帧数均应为整数值。当初始曝光帧数为整数值时，可以不对初始曝光帧数进行调整，实际曝光帧数即为初始曝光帧数。当初始曝光帧数为非整数值时，需要根据实际的临床需求对初始曝光帧数进行调整，以获取对应整数值的实际曝光帧数。例如，可以取初始曝光帧数的整数部分作为实际曝光帧数。又如，可以取初始曝光帧数的整数部分加1作为实际曝光帧数。

在本发明一实施例中，当初始曝光帧数为非整数时，实际曝光帧数的获取关联于图像拼接行程的变化率，图像拼接行程的变化率则关联于初始拼接行程L₀和预设拼接行程L₁，具体的，通过如下公式计算图像拼接行程的变化率：

P＝(L₀-L₁)/L₀；

其中，P为图像拼接行程的变化率，L₀为初始拼接行程，L₁为预设拼接行程，所述预设拼接行程为：

L₁＝floor(Y)×(h₀-L_p)+L_p；

函数floor(x)的含义为：取小于x的最大整数。

根据上述公式获得图像拼接行程的变化率之后，将图像拼接行程的变化率与预设阈值进行比较，根据比较结果确定实际曝光帧数。

在本发明一实施例中，当图像拼接行程的变化率小于等于预设阈值时，则表示不足以曝光一帧的长度对最终拼接好的图像影响不大，舍弃初始曝光帧数的小数部分，即以floor(Y)作为实际曝光帧数，最终获得的拼接图像也符合实际的临床需求；而当图像拼接行程的变化率大于预设阈值时，则表示不足以曝光一帧的长度对最终拼接好的图像影响较大，不能舍弃初始曝光帧数的小数部分，即以floor(Y)+1作为实际曝光帧数。

在本发明实施例中，所述预设阈值的范围为[3％，7％]。具体地，所述预设阈值可以为：5％，在其它实施例中，所述预设阈值也可以为：6％或7％。医生可以根据其实际的临床需求对所述预设阈值进行相应的设置。

本发明实施例中，当初始曝光帧数为整数时，实际曝光帧数与初始曝光帧数相同，此时，不需要对初始的机架参数进行调整，也即将初始的机架参数作为实际机架参数。当初始曝光帧数为非整数时，则需要对初始的机架参数进行调整，以确定实际机架参数，以满足既能获得符合实际临床需求的图像又能减少病人接受到的辐射剂量。

如上所述，由于实际曝光帧数可能为floor(Y)，也可能为floor(Y)+1，以下分别对实际曝光帧数取不同值时，对应的实际机架参数的取值进行相应的说明。

1)若实际曝光帧数为floor(Y)，相对于初始曝光帧数而言，实际曝光帧数是小于初始曝光帧数的，对应的实际拼接行程为

L₁＝floor(Y)×(h₀-L_p)+L_p。

故相对于与初始曝光帧数对应的初始拼接行程而言，与实际曝光帧数对应的实际拼接行程比初始拼接行程短，此时需对初始的机架参数中初始有效光野的起始位置和终止位置进行调整，得到实际有效光野的起始位置和有效光野的终止位置，实际有效光野的起始位置和终止位置之间的距离即为实际拼接行程，实际有效光野起始位置和终止位置之间的区域即为实际曝光区域。

在本发明一实施例中，实际曝光帧数为floor(Y)时，对应的实际机架参数中实际有效光野的起始位置Z_start、实际有效光野的终止位置Z_stop分别通过如下公式获得：

Z_start＝Z_start0-(L₀-L₁)/2；

Z_stop＝Z_stop0+(L₀-L₁)/2；

实际有效光野的高度则与初始有效光野的高度h₀相等。

2)若实际曝光帧数为floor(Y)+1，为了避免病人接受过多的辐射剂量，实际曝光区域与预曝光区域相同，此时实际拼接行程与初始拼接行程相同，故不需对初始有效光野的起始位置和终止位置进行调整。为满足拍摄的序列图像的帧数为floor(Y)+1，则需对初始有效光野的高度进行调整以得到实际有效光野的高度，实际有效光野的高度小于所述初始有效光野的高度。在本发明一实施例中，实际曝光帧数为floor(Y)+1时，对应的实际有效光野的起始位置和初始有效光野的起始位置Z_start0相同，实际有效光野的终止位置和初始有效光野的终止位置Z_stop0相同，实际有效光野的高度h通过如下公式获得：

h＝L_p+(L₀-L_p)/(floor(Y)+1)。

由上述内容可知，在本发明一实施例中，在初始曝光帧数为整数时，实际曝光帧数与初始曝光帧数相等，实际机架参数与初始机架参数相同，即实际曝光区域与预曝光区域相同。在初始曝光帧数为非整数时，根据图像拼接行程的变化率，得到的实际曝光帧数为小于初始曝光帧数的最大整数值或小于初始曝光帧数的最大整数值加1。

当实际曝光帧数为小于初始曝光帧数的最大整数值时，调整初始有效光野起始位置和终止位置，使得实际有效光野起始位置和终止位置之间的实际曝光区域小于初始曝光区域。而当实际曝光帧数为小于初始曝光帧数的最大整数值加1时，实际有效光野起始位置和终止位置之间的实际曝光区域等于初始曝光区域，实际有效光野的高度小于初始有效光野的高度。

也就是说，在本发明一实施例中，拍摄序列X射线图像时，实际曝光区域始终不大于初始曝光区域。相对于现有的拍摄序列X射线图像的过程中，初始曝光帧数为非整数时，实际曝光区域始终大于初始曝光区域而言，本发明实施例在拍摄序列X射线图像的过程中，减少了病人接受到的辐射剂量。此外，由于本发明实施例中，实际曝光帧数的确定与图像拼接行程的变化率相关，因此，不论实际曝光帧数为floor(Y)还是floor(Y)+1，拼接后的图像均满足实际的临床需求。

执行步骤S103，基于所述实际曝光帧数和所述实际机架参数，计算采集每帧图像时对应的探测器位置及球管旋转角度。

在本发明实施例中，由步骤S101～S102可知，获得的实际曝光帧数可能是初始曝光帧数，也可能是小于所述初始曝光帧数的最大整数或小于所述初始曝光帧数的最大整数加1。针对不同的实际曝光帧数，其对应的实际机架参数也不相同。下面分别对实际曝光帧数取不同值时，采集每帧图像时对应的探测器位置及球管旋转角度的计算进行说明。

在本发明实施例中，球管的焦点位置在Z轴方向上的改变远小于SID，因此球管的焦点位置可以近似地看做在Z轴方向上未发生改变，球管仅绕轴RHA在XZ平面旋转。即在采集序列图像的过程中，球管7的焦点9的高度不发生改变，球管7通过第二支架81绕轴RHA在XZ平面旋转，即以球管中心点10为旋转轴点绕轴RHA在XZ平面旋转(参见图2和图3)，探测器3则沿立柱在Z轴方向做相应的升降运动。

(1)：实际曝光帧数与计算得到的初始曝光帧数相同。

由步骤S102可知，当初始曝光帧数为整数时，实际曝光帧数与初始曝光帧数相等，初始的机架参数即为实际机架参数，不需对初始的机架参数进行调整。

在本发明一实施例中，可以根据采集的序列图像中每帧图像在探测器上的初始位置，来确定在获得每一帧图像前探测器在Z轴的位置，也即获得在采集序列图像的过程中，探测器的运动轨迹。

参见图4，相邻两帧图像之间的重叠区域的长度为L_p。第一帧图像的初始位置为：与第一帧图像对应的有效光野201的上边沿，高度值Z₁＝Z_start0；第二帧图像的初始位置为：与第二帧图像对应的有效光野202的上边沿，高度值Z₂＝Z_start0-h₀+L_p；以此类推，第n帧图像的初始位置为与第n帧图像对应的有效光野的上边沿，高度值Z_n＝Z_start0-(n-1)×h₀+(n-1)×L_p，其中，n为曝光帧数。

由上述内容可知，有效光野是指探测器上接收到的能够形成有效图像的光野范围，因此根据采集到的图像所对应的有效光野的位置在Z轴方向上的变化，可以确定探测器在Z轴方向上的位置变化。

在本发明一实施例中，以探测器中心位置作为探测器位置。结合图4，根据每帧图像对应的有效光野的上边沿高度值，可以得出采集第一帧图像时对应的探测器中心位置的高度值Z_FD1＝Z₁-(h₀/2)＝Z_start0-(h₀/2)，采集第二帧图像时对应的探测器中心位置的高度值Z_FD2＝Z₂-(h₀/2)＝Z_start0-(3/2)×h₀+L_p，以此类推，采集第n帧图像时对应的探测器中心位置的高度值Z_FDn＝Z_n-(h₀/2)＝Z_start0-((2×n-1)/2)×h₀+(n-1)×L_p，其中，n为曝光帧数。

下面对采集每帧图像时对应的球管旋转角度进行计算。在本发明一实施例中，球管旋转角度是指：采集当前帧图像时对应的球管在XZ平面旋转时球管的轴线与X轴的夹角，与采集上一帧图像时对应的球管在XZ平面旋转时球管的轴线与X轴的夹角之差。也即球管从采集上一帧图像到采集当前帧图像时，球管转过的角度。

例如，采集当前帧图像时对应的球管在XZ平面旋转时球管的轴线与X轴的夹角为A，采集上一帧图像时对应的球管在XZ平面旋转时球管的轴线与X轴的夹角为B，则采集当前帧图像时对应的球管旋转角度为α＝A-B。参照图2和图3，球管的轴线与X轴的夹角为：球管7绕轴RHA在XZ平面旋转时与X轴的夹角。

图5为本发明实施例中，采集第n帧图像时球管旋转的角度的示意图。图5中，G点为球管的旋转轴点，M点和Q点为相邻两帧图像对应的球管的焦点位置，GM和GQ之间的夹角α_RHA即为采集第n帧图像时球管旋转的角度。

旋转轴点G在X轴方向上与探测器的交点为E点，球管焦点M与探测器在X轴方向上的交点为A点，球管照射到探测器上的有效光野处于D点和B点之间，C点为球管射线野的中垂线与探测器的交点，N点为M点与水平线的垂直交点。MA与MD之间的夹角为α₂，MA与MB之间的夹角为α₁，MA与MC之间的夹角为α₃。

Q点与E点之间的距离QE为源像距S_SID(Source Image Distance，SID)，由图5可以得知，MA＝QE+NQ＝QE+GM×(1-cosa_RHA)。在实际应用中，GM的长度远小于QE的长度，因此可以令GM×(1-cosa_RHA)＝0，则有MA＝QE，即MA＝S_SID。

M点的高度值为Z_TCS。D点为第n帧图像对应的有效光野的上边沿，D点的高度值为Z_n＝Z_start0-(n-1)×h₀+(n-1)×L_p。B点为第n帧图像对应的有效光野的下边沿，B点的高度值为Z_n-h₀，则可以得知DA＝Z_n-Z_TCS，BA＝DA-h₀＝Z_n-Z_TCS-h₀。

从图5中可以得知α_RHA＝α₃＝(α₁+α₂)/2，其中： ${\mathrm{\α}}_2=\arctan \frac{\mathrm{DA}}{\mathrm{MA}},$ 分别将 ${\mathrm{\α}}_1=\arctan \frac{\mathrm{BA}}{\mathrm{MA}}$ 和 ${\mathrm{\α}}_2=\arctan \frac{\mathrm{DA}}{\mathrm{MA}}$ 代入，则有：

$\begin{array}{c}{\mathrm{\α}}_{\mathrm{RHA}}=({\mathrm{\α}}_1+{\mathrm{\α}}_2)/2=\frac{1}{2}\×(\arctan \frac{\mathrm{BA}}{\mathrm{MA}}+\arctan \frac{\mathrm{DA}}{\mathrm{MA}})\\ =\frac{1}{2}\×\arctan [(\frac{\mathrm{DA}}{\mathrm{MA}}+\frac{\mathrm{BA}}{\mathrm{MA}})/(1-\frac{\mathrm{DA}}{\mathrm{MA}}\×\frac{\mathrm{BA}}{\mathrm{MA}})]\\ =\frac{1}{2}\×\arctan \left[\frac{\mathrm{MA}\×(\mathrm{DA}+\mathrm{BA})}{{\mathrm{MA}}^2-\mathrm{DA}\×\mathrm{BA}}\right].\end{array}$

将MA＝S_SID，DA＝Z_n-Z_TCS，BA＝DA-h₀＝Z_n-Z_TCS-h₀依次带入上式，可以得到α_RHA为：

${\mathrm{\α}}_{\mathrm{RHA}}=\frac{1}{2}\×\arctan \left[\frac{S_{\mathrm{SID}}\×\left(\right|Z_n-Z_{\mathrm{TCS}}|+|Z_n-Z_{\mathrm{TCS}}-h_0\left|\right)}{S_{\mathrm{SID}}^2-\left(\right|Z_n-Z_{\mathrm{TCS}}|\×|Z_n-Z_{\mathrm{TCS}}-h_0\left|\right)}\right];$

α_RHA即为为采集第n帧图像时，球管在XZ平面旋转时球管的轴线与X轴的夹角，与采集第n-1帧图像时球管在XZ平面旋转时球管的轴线与X轴的夹角之差。

(2)：获取到的实际曝光帧数小于计算得到的初始曝光帧数。

由步骤S102可知，当获取到的实际曝光帧数为floor(Y)时，实际有效光野的起始位置为Z_start＝Z_start0-(L₀-L₁)/2，实际有效光野的终止位置为Z_stop＝Z_stop0+(L₀-L₁)/2，实际有效光野的高度为h₀。

与(1)相似地，仍然可以根据采集的序列图像中每帧图像在探测器上的初始位置，获得在采集序列图像的过程中，探测器的运动轨迹。本发明一实施例中，第一帧图像的初始位置为：与第一帧图像对应的有效光野的上边沿，高度值Z₁＝Z_start；第二帧图像的初始位置为：与第二帧图像对应的有效光野的上边沿，高度值Z₂＝Z_start-h₀+L_p；以此类推，第n帧图像的初始位置为第n帧图像对应的有效光野的上边沿，高度值Z_n＝Z_start-(n-1)×h₀+(n-1)×L_p，n为曝光帧数。

在本发明一实施例中，以探测器中心位置作为探测器位置。与(1)相类似的，采集第一帧图像时对应的探测器中心位置的高度值Z_FD1＝Z_start-(h₀/2)，采集第二帧图像时对应的探测器中心位置的高度值Z_FD2＝Z_start-(3/2)×h₀+L_p，以此类推，采集第n帧图像时对应的探测器中心位置的高度值为：Z_FDn＝Z_start-((2×n-1)/2)×h₀+(n-1)×L_p，n为曝光帧数。

从(2)中每帧图像所对应的探测器中心位置的高度值的计算过程可以看出，相比于(1)，(2)对应的实际机架参数中，实际有效光野的起始位置和终止位置不再与初始有效光野的起始位置和终止位置相同，而是对初始有效光野的起始位置和终止位置进行调整后获得的。因此在计算探测器中心位置时，只需令上式的Z_start＝Z_start0-(L₀-L₁)/2，即可。

相应地，在计算采集第n帧图像对应的球管旋转角度：

${\mathrm{\α}}_{\mathrm{RHA}}=\frac{1}{2}\×\arctan \left[\frac{S_{\mathrm{SID}}\×\left(\right|Z_n-Z_{\mathrm{TCS}}|+|Z_n-Z_{\mathrm{TCS}}-h_0\left|\right)}{S_{\mathrm{SID}}^2-\left(\right|Z_n-Z_{\mathrm{TCS}}|\×|Z_n-Z_{\mathrm{TCS}}-h_0\left|\right)}\right]$

时，仍然是只需将Z_start＝Z_start0-(L₀-L₁)/2代入Z_n＝Z_start-(n-1)×h₀+(n-1)×L_p中即可。上式中，S_SID、Z_TCS的含义可以参照(1)，Z_n为第n帧图像对应的有效光野的上边沿的高度值。

(3)：获取到的实际曝光帧数大于计算得到的初始曝光帧数。

从步骤S102中可知，相比于(1)，(3)对应的实际机架参数中未对初始有效光野的起始位置和终止位置进行调整，只对初始有效光野的高度进行了调整，调整后实际有效光野的高度为h，因此在对(3)中探测器中心位置和球管旋转角度进行计算时，只需要将(1)中与初始有效光野的高度相关的参数中的初始有效光野高度更改为实际有效光野的高度即可。因此，(3)中采集每帧图像时对应的探测器位置为：

Z_FDn＝Z_start0-((2n-1)/2)×h+(n-1)×L_p；

采集每帧图像时对应的球管旋转角度为：

${\mathrm{\α}}_{\mathrm{RHA}}=\frac{1}{2}\×\arctan \left[\frac{S_{\mathrm{SID}}\×\left(\right|Z_n-Z_{\mathrm{TCS}}|+|Z_n-Z_{\mathrm{TCS}}-h\left|\right)}{S_{\mathrm{SID}}^2-\left(\right|Z_n-Z_{\mathrm{TCS}}|\×|Z_n-Z_{\mathrm{TCS}}-h\left|\right)}\right];$

其中，Z_n＝Z_start0-(n-1)×h+(n-1)×L_p，h＝L_p+(L₀-L_p)/(floor(Y)+1)，L₀＝Z_start0-Z_stop0。

执行步骤S104，以所述实际机架参数、采集每帧图像时对应的探测器位置及球管旋转角度进行曝光，获取待拼接图像。

在实际临床应用时，可以根据预曝光区域的面积，输入初始的机架参数及相邻两帧图像的重叠区域，(初始的机架参数也可以在X射线摄影系统初始化时由系统提供)运动控制单元根据输入的信息计算初始的曝光帧数，根据上述的方式最终获得实际曝光帧数及实际机架参数。拍摄时，只需要根据运动控制单元获得实际机架参数中，实际有效光野的初始位置和终止位置，手动的设定牛头(包括限束器和球管)在整个拍摄过程中的初始位置和终止位置，按下曝光手闸，即可以进行序列曝光(序列曝光过程中，球管的旋转和探测器的运动由运动控制单元控制实现)，以获取待拼接的图像。由于在实际拍摄序列图像的过程中，医生只需要在手动的设定牛头的初始位置和终止位置后，按下曝光手闸就可以进行序列曝光，因此在很大程度上简化了序列曝光的工作流，提高了工作效率。

综上所述，根据预曝光区域获取初始曝光帧数，对初始曝光帧数进行调整得到实际曝光帧数及其对应的实际机架参数，使得实际曝光帧数对应的实际曝光区域不大于预曝光区域，且实际曝光帧数与初始曝光帧数之间的差值的绝对值小于1。从而可以避免在实际临床中，当初始曝光帧数为非整数时，仅取大于初始曝光帧数的整数作为实际曝光帧数而导致实际曝光区域大于预曝光区域，进而导致受检对象接受过多的辐射剂量，即可以有效地减少摄影过程中受检对象接受的辐射剂量。

此外，在摄影过程中，由于球管在Z轴方向的高度固定，其只在XZ平面内旋转，探测器的位置则随着球管的旋转在Z轴方向上进行相应的调整，使得摄影获得的序列图像的质量能够符合实际的临床需求，进而也提高了拼接后的图像质量。

本发明实施例还提供了一种X射线图像获取装置60，参照图6，包括：第一计算单元601、第一获取单元602、第二计算单元603以及图像获取单元604，其中：

第一计算单元601，用于根据预曝光区域设定初始的机架参数及相邻两帧图像的重叠区域，计算进行图像拼接的初始曝光帧数；机架参数包括：有效光野的起始位置、终止位置以及有效光野的高度，所述有效光野的起始位置与终止位置之间至少包括两个所述有效光野的高度，所述有效光野的高度与竖直方向上限束器的开口大小相关；

第一获取单元602，用于调整所述初始曝光帧数得到实际曝光帧数，并根据所述实际曝光帧数确定实际机架参数，使得实际曝光区域不大于所述预曝光区域，且所述实际曝光帧数与所述初始曝光帧数的差值的绝对值小于1；

第二计算单元603，用于根据所述曝光帧数，计算采集每帧图像时对应的探测器位置以及球管旋转角度；

图像获取单元604，用于以所述实际机架参数、采集每帧图像时对应的探测器位置及球管旋转角度进行曝光，获取待拼接图像。

所述X射线图像获取装置的具体实施可以参考上述X射线图像获取方法的实施，此处不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例中所述X射线图像获取装置的全部或部分是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：ROM、RAM、磁盘或光盘等。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (11)

1.一种X射线图像获取方法，其特征在于，包括：

根据预曝光区域设定初始的机架参数及相邻两帧图像的重叠区域，计算进行图像拼接的初始曝光帧数；机架参数包括：有效光野的起始位置、终止位置以及有效光野的高度，所述有效光野的起始位置与终止位置之间至少包括两个所述有效光野的高度，所述有效光野的高度与竖直方向上限束器的开口大小相关；

调整所述初始曝光帧数得到实际曝光帧数，并根据所述实际曝光帧数确定实际机架参数，使得实际曝光区域不大于所述预曝光区域，且所述实际曝光帧数与所述初始曝光帧数的差值的绝对值小于1；

基于所述实际曝光帧数和所述实际机架参数，计算采集每帧图像时对应的探测器位置及球管旋转角度；

以所述实际机架参数、采集每帧图像时对应的探测器位置及球管旋转角度进行曝光，获取待拼接图像。

2.如权利要求1所述的X射线图像获取方法，其特征在于，通过如下公式计算进行图像拼接的初始曝光帧数：

Y＝(L₀-L_p)/(h₀-L_p)；

其中，Y为初始曝光帧数，L_p为相邻两帧图像的重叠区域，h₀为初始有效光野的高度，L₀为初始拼接行程；

所述初始拼接行程L₀通过如下公式获得：

L₀＝Z_start0-Z_stop0；

其中，Z_start0为初始有效光野的起始位置，Z_stop0为初始有效光野的终止位置。

3.如权利要求2所述的X射线图像获取方法，其特征在于，所述调整所述初始曝光帧数得到实际曝光帧数，包括：

所述初始曝光帧数为整数，所述实际曝光帧数为所述初始曝光帧数；

所述初始曝光帧数为非整数，所述实际曝光帧数关联于图像拼接行程的变化率，所述图像拼接行程的变化率通过如下公式获得：

P＝(L₀-L₁)/L₀；

其中，L₁为预设拼接行程，P为图像拼接行程的变化率；

所述预设拼接行程L₁通过如下公式获得：

L₁＝floor(Y)×(h₀-L_p)+L_p；

其中，函数floor(x)为取小于x的最大整数。

4.如权利要求3所述的X射线图像获取方法，其特征在于，所述实际曝光帧数为初始曝光帧数，所述实际机架参数为初始的机架参数，所述基于所述实际曝光帧数和所述实际机架参数，计算采集每帧图像时对应的探测器位置通过如下公式进行：

Z_FDn＝Z_start0-((2n-1)/2)×h₀+(n-1)×L_p；

其中，Z_FDn为采集第n帧图像时对应的探测器中心位置，n为曝光帧数；

所述基于所述实际曝光帧数和所述实际机架参数，计算采集每帧图像时对应的球管旋转角度通过如下公式进行：

${\mathrm{\α}}_{\mathrm{RHA}}=\frac{1}{2}\×\arctan \left[\frac{S_{\mathrm{SID}}\×\left(\right|Z_n-Z_{\mathrm{TCS}}|+|Z_n-Z_{\mathrm{TCS}}-h_0\left|\right)}{S_{\mathrm{SID}}^2-\left(\right|Z_n-Z_{\mathrm{TCS}}|\×|Z_n-Z_{\mathrm{TCS}}-h_0\left|\right)}\right];$

其中，α_RHA为采集第n帧图像时，球管在XZ平面旋转时球管的轴线与X轴的夹角，与采集第n-1帧图像时球管在XZ平面旋转时球管的轴线与X轴的夹角之差；arctan(·)为反正切函数，S_SID为源像距，Z_TCS为所述球管焦点与地平面的距离，Z_n为第n帧图像的初始位置；

所述第n帧图像的初始位置Z_n通过如下公式获得：

Z_n＝Z_start0-(n-1)×h₀+(n-1)×L_p。

5.如权利要求3所述的X射线图像获取方法，其特征在于，所述图像拼接行程的变化率小于等于预设阈值，所述实际曝光帧数为小于所述初始曝光帧数的最大整数。

6.如权利要求5所述的X射线图像获取方法，其特征在于，所述实际曝光帧数为小于所述初始曝光帧数的最大整数，对应的实际机架参数中实际有效光野的高度为所述初始有效光野的高度，实际有效光野的起始位置Z_start及终止位置Z_stop分别通过如下公式获得：

Z_start＝Z_start0-(L₀-L₁)/2；

Z_stop＝Z_stop0+(L₀-L₁)/2。

7.如权利要求6所述的X射线图像获取方法，其特征在于，所述基于所述实际曝光帧数和所述实际机架参数，计算采集每帧图像时对应的探测器位置通过如下公式进行：

Z_FDn＝Z_start-((2n-1)/2)×h₀+(n-1)×L_p；

其中，Z_FDn为采集第n帧图像时对应的探测器中心位置，n为曝光帧数；

所述基于所述实际曝光帧数和所述实际机架参数，计算采集每帧图像时对应的球管旋转角度通过如下公式进行：

${\mathrm{\α}}_{\mathrm{RHA}}=\frac{1}{2}\×\arctan \left[\frac{S_{\mathrm{SID}}\×\left(\right|Z_n-Z_{\mathrm{TCS}}|+|Z_n-Z_{\mathrm{TCS}}-h_0\left|\right)}{S_{\mathrm{SID}}^2-\left(\right|Z_n-Z_{\mathrm{TCS}}|\×|Z_n-Z_{\mathrm{TCS}}-h_0\left|\right)}\right];$

其中，α_RHA为采集第n帧图像时球管在XZ平面旋转时球管的轴线与X轴的夹角，与采集第n-1帧图像时球管在XZ平面旋转时球管的轴线与X轴的夹角之差之差；arctan(·)为反正切函数，S_SID为源像距，Z_TCS为所述球管焦点与地平面的距离，Z_n为第n帧图像的初始位置；

所述第n帧图像的初始位置Z_n通过如下公式获得：

Z_n＝Z_start-(n-1)×h₀+(n-1)×L_p。

8.如权利要求3所述的X射线图像获取方法，其特征在于，所述图像拼接行程的变化率大于预设阈值，所述实际曝光帧数为小于所述初始曝光帧数的最大整数加1。

9.如权利要求8所述的X射线图像获取方法，其特征在于，所述实际曝光帧数为所述初始曝光帧数的最大整数加1，对应的实际机架参数中实际有效光野的起始位置为初始有效光野的起始位置，实际有效光野的终止位置为初始有效光野的终止位置，实际有效光野的高度通过如下公式获得：

h＝L_p+(L₀-L_p)/(floor(Y)+1)。

10.如权利要求9所述的X射线图像获取方法，其特征在于，所述基于所述实际曝光帧数和所述实际机架参数，计算采集每帧图像时对应的探测器位置通过如下公式进行：

Z_FDn＝Z_start0-((2n-1)/2)×h+(n-1)×L_p；

其中，Z_FDn为采集第n帧图像时对应的探测器中心位置，n为曝光帧数；

所述基于所述实际曝光帧数和所述实际机架参数，计算采集每帧图像时对应的球管旋转角度通过如下公式进行：

${\mathrm{\α}}_{\mathrm{RHA}}=\frac{1}{2}\×\arctan \left[\frac{S_{\mathrm{SID}}\×\left(\right|Z_n-Z_{\mathrm{TCS}}|+|Z_n-Z_{\mathrm{TCS}}-h\left|\right)}{S_{\mathrm{SID}}^2-\left(\right|Z_n-Z_{\mathrm{TCS}}|\×|Z_n-Z_{\mathrm{TCS}}-h\left|\right)}\right];$

其中，α_RHA为采集第n帧图像时球管在XZ平面旋转时球管的轴线与X轴的夹角，与采集第n-1帧图像时球管在XZ平面旋转时球管的轴线与X轴的夹角之差；arctan(·)为反正切函数，S_SID为源像距，Z_TCS为所述球管焦点与地平面的距离，Z_n为第n帧图像的初始位置；

所述第n帧图像的初始位置Z_n通过如下公式获得：

Z_n＝Z_start0-(n-1)×h+(n-1)×L_p。

11.一种X射线图像获取装置，其特征在于，包括：

第一计算单元，用于根据预曝光区域设定初始的机架参数及相邻两帧图像的重叠区域，计算进行图像拼接的初始曝光帧数；机架参数包括：有效光野的起始位置、终止位置以及有效光野的高度，所述有效光野的起始位置与终止位置之间至少包括两个所述有效光野的高度，所述有效光野的高度与竖直方向上限束器的开口大小相关；

第一获取单元，用于调整所述初始曝光帧数得到实际曝光帧数，并根据所述实际曝光帧数确定实际机架参数，使得实际曝光区域不大于所述预曝光区域，且所述实际曝光帧数与所述初始曝光帧数的差值的绝对值小于1；

第二计算单元，用于基于所述实际曝光帧数和所述实际机架参数，计算采集每帧图像时对应的探测器位置及球管旋转角度；

图像获取单元，用于以所述实际机架参数、采集每帧图像时对应的探测器位置及球管旋转角度进行曝光，获取待拼接图像。