CN105078485A - 一种高能射线束成像装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种高能射线束成像装置及其方法。所述装置包括准直器，用于设置高能射线束的投射区域；影像采集装置，用于采集位于所述射线束投射区域内被照射物体的影像；光学投影装置，用于在所述被照射物体上投射图案；及中央控制装置，用于计算出被照射物体表面几何特征数据及内部几何特征数据，并最终结合所述表面几何特征数据和内部几何特征数据得到被照射物体的三维结构数据，整个过程操作简单、智能化程度高，且能够精准的得到物体内外的详细的三维数据，给实际应用带来极大便利。

Description

一种高能射线束成像装置及其方法

技术领域

本发明涉及医疗影像设备领域，尤其涉及一种高能射线束成像装置及其方法。

背景技术

由于高能射线具有波长短、穿透力强的物理特性，被广泛应用于物体成像检测和医学临床诊断与治疗。出于减少散射和降低剂量考虑，具备高能射线装置的影像设备常常配套准直器使用，以对高能射线进行控制。常规的影像设备利用其内的高能射线装置，能够获取到被照射物体的射线图像，但是这类射线图像仅仅是被照射物体的二维（2D）影像，而无法获取到被照射物体的三维（3D）数据，例如体积、形状等参数，使人无法完整的了解被照射物体表面及内部的结构数据，这给某些临床应用带来了极大不便；另外，对被照射物体的照射过程也不够智能化，很多细节操作都需要人工进行，例如准直器的调节、物体摆放位置调整等，使得设备的自动化程度比较低，这给实际应用带来了一些困难和不便。

鉴于此，本发明提供一种新的高能射线束的成像装置及其方法来解决上述智能化程度不足的技术问题。

发明内容

本申请所解决的技术问题在于提供一种高能射线束成像装置及其方法，以改善现有技术中成像效果不佳且智能化程度较低的问题。

为解决上述技术问题，本申请公开一种高能射线束成像装置，包括：

准直器，用于设置高能射线束的投射区域；

影像采集装置，用于采集位于所述射线束投射区域内被照射物体的影像；

光学投影装置，用于在所述被照射物体上投射图案；及

中央控制装置，用于根据投射图案在被照射物体上发生的畸变情况计算出被照射物体表面几何特征数据、根据被照射物体的高能射线图像计算出被照射物体内部几何特征数据、以及结合所述表面几何特征数据和内部几何特征数据得到被照射物体的三维结构数据。

进一步地，所述准直器包括受一驱动装置驱动的可调滑块以及位于可调滑块内侧的射线出束口，所述可调滑块一侧设有滤波片；所述驱动装置包括三轴控制器、X轴位置传感器和X轴方向驱动马达、Y轴位置传感器和Y轴方向驱动马达、以及滤波片驱动马达。

进一步地，所述高能射线束成像装置还包括介于所述准直器和高能射线源之间的射线剂量测量装置，所述射线剂量测量装置包括位于所述高能射线束光路中的反射器以及位于反射器反射光路中的光子感应器。

进一步地，所述影像采集装置包括设于所述高能射线束两侧的两个二维影像拍摄装置。

进一步地，所述光学投影装置设有投射光源及投射图案，所述投射图案为网格图案，投射光源为波长350nm~700nm的可见光或波长700~2000nm的不可见光。

进一步地，所述光学投影装置界定有一投影区域，所述影像采集装置界定有一拍摄区域，而且所述射线束的投射区域、投影区域及拍摄区域的面积依次由小变大设置。

进一步地，所述拍摄区域覆盖并超过所述射线束的投射区域和光学投影装置的投影区域，且所述射线束的投射区域位于所述拍摄区域和投影区域的中央位置。

进一步地，所述中央控制装置包括控制器、处理器及数据存储器，所述控制器分别连接并控制所述光学投影装置、影像采集装置及准直器。

本申请还公开一种一种高能射线束成像方法，包括：

设置高能射线束的投射区域，并调整被照射物体位置使其位于所述投射区域内；

采集位于所述射线束投射区域内被照射物体的影像；

在被照射物体上投射网格图案，并采集含有网格图案的被照射物体的影像；

根据网格图案在被照射物体上发生的畸变情况，计算出被照射物体表面几何特征数据；

采集在高能射线束照射下时被照射物体的高能射线图像，计算出被照射物体内部几何特征数据；

结合所述表面几何特征数据和内部几何特征数据，得到被照射物体的三维结构数据。

进一步地，设置高能射线束的投射区域，包括：

沿X轴方向调整准直器内可调滑块；

沿Y轴方向调整准直器内可调滑块及设置滤光片。

进一步地，调整被照射物体位置使其位于所述投射区域内，包括：

采集被照射物体的位置信息；

读取预设的标准位置信息；

分析并判断被照射物体是否位于高能射线束的投射区域内；

若是，则确认所述被照射物体的位置正确；

否则，输出位置偏移信息。

进一步地，采集被照射物体的位置信息，包括采集被照射物体所在位置的图像信息；读取预设的标准位置信息，包括读取预设的标准位置图像信息。

进一步地，分析并判断被照射物体是否位于高能射线束投射区域内时，对所述被照射物体所在位置的图像信息和所述预设的标准位置图像信息进行图像比对分析。

本申请高能射线束成像装置及其方法结合了光学投影、影像采集及射线图像采集的方式，并利用中央控制装置来对各个装置进行控制、分析，并最终根据二维图像和射线图像结合计算出被照射物体真实的表面结构数据和内部结构数据，得到被照射物体的三维（3D）结构特征，整个过程智能化程度高，操作非常方便、快捷，计算分析的结果更加精确。

附图说明

图1为本申请所述的高能射线束成像装置的内部结构示意图。

图2为本申请所述的高能射线束成像装置成像板上照射区域的示意图。

图3为本申请所述的高能射线束成像装置的中央控制装置的连接示意图。

图4为本申请所述的高能射线束成像方法的流程图。

图5为本申请所述的高能射线束成像方法中设置高能射线束区域的过程。

图6为本申请所述的高能射线束成像方法中调整被照射物体位置的过程。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请在实施例之一中，如图1所示，提供了一种高能射线束成像装置，其设有一外壳100，所述外壳100内包含有位于高能射线源200的射线出口侧的准直器10、射线剂量测量装置20、影像采集装置30、光学投影装置40、以及中央控制装置。

所述准直器10与所述高能射线源200相对设置，使得准直器10位于高能射线的传播线路上，且所述准直器10包括一可调滑块11及位于滑块内侧的出束口12，所述可调滑块11受所述中央控制装置连接控制，由驱动装置带动实现自动滑移，从而调整内侧的出束口12的大小，进而改变高能射线束在成像板上的投射区域。其中，在所述驱动装置的驱动下，所述可调滑块11在同一平面内可沿相互垂直的两个方向滑动（如X轴方向和Y轴方向），以调整出束口12大小及位置，灵活性较大，可满足多种情况下的应用需求。在较佳实施例中，所述驱动装置包括三轴控制器、X轴位置传感器和X轴方向驱动马达、Y轴位置传感器和Y轴方向驱动马达、以及滤波片驱动马达，所述滤波片驱动马达用于驱动滤波片13的移动，所述滤波片13用于过滤高能射线束源中不必要的低能射线束，由于这些低能射线束对射线图像的成像没有实际用途，且会增加物体本身的射线吸收剂量，因此可以通过滤波片13进行过滤。

所述射线剂量测量装置20靠近所述外壳100的内壁，且介于所述准直器10和高能射线源200之间，用于测量来自高能射线源200的射线束剂量。在本申请较佳实施例中，所述射线剂量测量装置20包括一设于所述射线束光路中的反射器21以及设于反射器21反射光路上的光子感应器22，所述反射器21用于将来自高能射线源200的部分射线束反射至所述光子感应器22，由所述光子感应器22对来自反射器21的射线束进行感应测量，并由此计算出所述高能射线源200发出的实际高能射线的剂量及其光子的能谱分布。所述反射器21可以是一具有反射面的反射镜，其位于所述准直器10和高能射线源200之间，在较佳实施例中，所述反射镜的反射面呈45度角倾斜设置，使得入射线束和反射线束相互垂直；所述光子感应器22可以是光子计数器，其可测量一次、多次或连续的高能射线剂量值。

所述影像采集装置30为拍摄方向相互呈一角度设置的两个拍摄装置，进一步地，是两个所述影像采集装置30的纵轴呈相互垂直设置。所述拍摄装置分别设于所述高能射线束的两侧，用于采集位于高能射线投射区内的被照射物体的影像，其中，所述拍摄装置还包括有一对具有自动对焦功能的光学镜头31及一对反射镜。在较佳实施例中，所述拍摄装置为一视频/普通数字照相系统，包括但不限于CCD，CMOS数码相机或视频摄像机，能够以（与射线束发射源）相似或相同的视角拍摄，记录被照射物体的二维（2D）影像，包括单帧或视频两种模式。所述拍摄装置30通过所述反射镜的反射以获取成像板50上一定区域的影像，该区域即为拍摄装置的拍摄区域C，如此设置，可使得拍摄装置可以获取到高能射线束投射区域内被照射物体的二维（2D）影像，同时利用自动对焦的光学镜头进行对焦，使二维（2D）影像更为清晰。

所述光学投影装置40设有投射光源及预设的投射图案，所述投射图案为网格或其他规则或非规则线条图案，投射线条可以是可见光(350nm~700nm)，也可以是不可见光(700~2000nm)。在本申请较佳实施例中，所述投射图案为网格图案，其通过反射镜被投射至成像板50上，并在成像板50上形成网格投影区域。

值得一提的是，所述高能射线束的投射区域A、光学投影装置40的网格投影区域B以及拍摄装置的拍摄区域C，分别由内向外且面积由小变大设置，如图2所示，即射线束投射区域A位于成像板的中央位置，面积最小，而网格投影区域B投身于所述射线束投射区域A上，且面积大于所述射线束投射区域A的面积，所述拍摄区域C面积最大，其覆盖并超过所述射线束投射区域A和网格投影区域B。如此设置，可使得影像采集装置30能够覆盖全部的网格投影区域B和高能射线束投射区域A，从而拍摄完整的网格影像；通过网格投影区域B覆盖全部射线束投射区域A的方式，并根据网格图案投射在物体上后发生变形的影像，计算出被照射物体的三维（3D）空间结构。

所述中央控制装置包括控制器、处理器及数据存储器，所述控制器分别连接并控制所述光学投影装置40、影像采集装置30、射线剂量测量装置20及准直器10。如图3所示，所述控制器连接控制所述准直器10驱动装置内的三轴控制器，从而实现对X轴方向驱动马达、Y轴方向驱动马达及滤波片13驱动马达的指令控制。所述数据存储器用于存储来自影像采集装置30的影像信息、射线剂量测量装置20测得的剂量信息及预存的被照射物体模型信息等。

本申请较佳实施例中，通常需根据被照射物体对高能射线束的吸收特性，预先在中央控制装置中构建被照射物体的三维（3D）内部结构模型；然后，通过影像采集装置30获得被照射物体图像信息（包括网格投影区域B内网格图案的畸变信息），得到被照射物体的表面几何特征数据、被照射物体的物理位置数据（如面积、与射线源的距离），从而计算生成一个新的三维（3D）内部结构模型，其包括内部物质组成信息和位置信息，此即为被照射物体真实的三维结构数据。所述中央控制装置的处理器可以计算出该被照射物体所需的高能射线束剂量，便于在实际操作中对剂量进行调整控制。

另外，本申请所述高能射线束成像装置还包括与所述中央控制装置连接的通信装置及供电电源，所述通信装置用于接收控制指令，以及传输图像信息、计算数据、测量剂量信息、束光特征信息、网格特征曲线、叶片方向或坐标等数据。

本申请还提供一种高能射线束成像方法，如图4所示，包括如下步骤：

S10：设置高能射线束投射区域，调整被照射物体位置并使其位于所述投射区域内；

S20：采集位于所述射线束投射区域内被照射物体的影像；

S30：在被照射物体上投射网格图案，并采集含有网格图案的被照射物体的影像；

S40：根据网格图案在被照射物体上发生的畸变情况，计算出被照射物体表面几何特征数据；

S50：采集在高能射线束照射下时被照射物体的高能射线图像，计算出被照射物体内部几何特征数据；

S60：结合所述表面几何特征数据和内部几何特征数据，得到被照射物体的三维结构数据。

在本申请较佳实施例中，所述S10中，“设置高能射线束投射区域”具体包括：沿X轴方向调整准直器10内可调滑块11、沿Y轴方向调整准直器10内可调滑块11及设置滤光片，如图5所示。

另外，如图6所示，所述S10中，“调整被照射物体位置使其位于所述投射区域内”具体包括：

采集被照射物体的位置信息；

读取预设的标准位置信息；

分析并判断被照射物体是否位于高能射线束投射区域内；

若是，则确认所述被照射物体的位置正确，此时可发出位置调整完毕的指令；

否则，输出位置偏移信息，并发出被照射物体位置需要调整的提示，供操作员重新摆放物体位置，并重复上述步骤，直至确认物体的摆放位置正确。

其中，“采集被照射物体的位置信息”，包括采集被照射物体所在位置的图像信息；“读取预设的标准位置信息”，包括读取预设的标准位置图像信息。

另外，“分析并判断被照射物体是否位于高能射线束投射区域内”中，“分析”的过程主要是对所述被照射物体所在位置的图像信息和所述预设的标准位置图像信息进行图像比对分析，以此来判断被照射物体是否摆放位置正确。

综上所述，本申请结合了二维图像采集、射线图像采集以及网格图案投影的方式，并利用中央控制装置来对各个装置进行控制调整，能够精准控制各个装置的运行过程，并最终根据二维图像和射线图像结合计算出被照射物体真实的表面结构数据和内部结构数据，得到被照射物体的三维（3D）结构特征，整个过程智能化程度高，操作非常方便、快捷，计算分析的结果更加精确。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (13)

1.一种高能射线束成像装置，其特征在于：包括

准直器，用于设置高能射线束的投射区域；

影像采集装置，用于采集位于所述射线束投射区域内被照射物体的影像；

光学投影装置，用于在所述被照射物体上投射图案；及

中央控制装置，用于根据投射图案在被照射物体上发生的畸变情况计算出被照射物体表面几何特征数据、根据被照射物体的高能射线图像计算出被照射物体内部几何特征数据、以及结合所述表面几何特征数据和内部几何特征数据得到被照射物体的三维结构数据。

2.根据权利要求1所述的高能射线束成像装置，其特征在于：所述准直器包括受一驱动装置驱动的可调滑块以及位于可调滑块内侧的射线出束口，所述可调滑块一侧设有滤波片；所述驱动装置包括三轴控制器、X轴位置传感器和X轴方向驱动马达、Y轴位置传感器和Y轴方向驱动马达、以及滤波片驱动马达。

3.根据权利要求2所述的高能射线束成像装置，其特征在于：所述高能射线束成像装置还包括介于所述准直器和高能射线源之间的射线剂量测量装置，所述射线剂量测量装置包括位于所述高能射线束光路中的反射器以及位于反射器反射光路中的光子感应器。

4.根据权利要求3所述的高能射线束成像装置，其特征在于：所述影像采集装置包括设于所述高能射线束两侧的两个二维影像拍摄装置。

5.根据权利要求1所述的高能射线束成像装置，其特征在于：所述光学投影装置设有投射光源及投射图案，所述投射图案为网格图案，投射光源为波长350nm~700nm的可见光或波长700~2000nm的不可见光。

6.根据权利要求1所述的高能射线束成像装置，其特征在于：所述光学投影装置界定有一投影区域，所述影像采集装置界定有一拍摄区域，而且所述射线束的投射区域、投影区域及拍摄区域的面积依次由小变大设置。

7.根据权利要求6所述的高能射线束成像装置，其特征在于：所述拍摄区域覆盖并超过所述射线束的投射区域和光学投影装置的投影区域，且所述射线束的投射区域位于所述拍摄区域和投影区域的中央位置。

8.根据权利要求1所述的高能射线束成像装置，其特征在于：所述中央控制装置包括控制器、处理器及数据存储器，所述控制器分别连接并控制所述光学投影装置、影像采集装置及准直器。

9.一种高能射线束成像方法，其特征在于：包括：

设置高能射线束的投射区域，并调整被照射物体位置使其位于所述投射区域内；

采集位于所述射线束投射区域内被照射物体的影像；

在被照射物体上投射网格图案，并采集含有网格图案的被照射物体的影像；

根据网格图案在被照射物体上发生的畸变情况，计算出被照射物体表面几何特征数据；

采集在高能射线束照射下时被照射物体的高能射线图像，计算出被照射物体内部几何特征数据；

结合所述表面几何特征数据和内部几何特征数据，得到被照射物体的三维结构数据。

10.根据权利要求9所述的高能射线束成像方法，其特征在于：设置高能射线束的投射区域，包括：

沿X轴方向调整准直器内可调滑块；

沿Y轴方向调整准直器内可调滑块及设置滤光片。

11.根据权利要求10所述的高能射线束成像方法，其特征在于：调整被照射物体位置使其位于所述投射区域内，包括：

采集被照射物体的位置信息；

读取预设的标准位置信息；

分析并判断被照射物体是否位于高能射线束的投射区域内；

若是，则确认所述被照射物体的位置正确；

否则，输出位置偏移信息。

12.根据权利要求11所述的高能射线束成像方法，其特征在于：采集被照射物体的位置信息，包括采集被照射物体所在位置的图像信息；读取预设的标准位置信息，包括读取预设的标准位置图像信息。

13.根据权利要求12所述的高能射线束成像方法，其特征在于：分析并判断被照射物体是否位于高能射线束投射区域内时，对所述被照射物体所在位置的图像信息和所述预设的标准位置图像信息进行图像比对分析。