CN107874768B - 移动辐射成像系统及其对齐方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动辐射成像系统，其包括：辐射源，其用于发射多个射线；探测器，其用于检测来源于辐射源的多个射线；控制器，其用于确定辐射源和探测器间的角度差；及定位装置，其与所述辐射源安装在一起，识别探测器相对于辐射源的位置，该位置与辐射源和探测器间的角度差相关，从而将辐射源与探测器对齐。同时还公开了一种对齐移动辐射成像系统的方法，该系统包括辐射源和探测器。

Description

移动辐射成像系统及其对齐方法

技术领域

本发明一般涉及用于辐射成像技术，尤其是移动辐射成像系统及其对齐方法。

背景技术

移动数字X辐射成像(DR)系统已经在医院中广泛使用。而移动DR的图像质量却常常不如固定DR。一种主要原因是当使用移动系统时，操作员需要手动调整X射线管和探测器。而对于固定系统而言，探测器的位置在多数情况下是固定的。操作员只需要沿着两到三条正交运动轨道调整X射线管的位置。对于固定系统而言，由于X射线管和探测器都对齐地很好，从而能够使用防散射滤线栅来提升X射线图像的对照噪声比。对于移动DR系统，若X射线管和探测器没有对齐好，则会在X射线图像中发现由防散射滤线栅造成的伪影。

为了对齐辐射源和探测器，该辐射源需要以预定的距离对齐到探测器的中心，辐射源的中心射线则需垂直于探测器。而将辐射源与探测器对齐以满足这三个要求颇具挑战性。

现今已经有方法用来辅助操作员调整辐射源和探测器的问题。名为“Alignmentapparatus for x-ray imaging system”，专利号9179886的美国专利提出了一种在X辐射成像系统中，将辐射源与便携式图像接收器对齐的方法，其以预定的场模式和以预定的频率并随着时间变化的矢量方向产生磁场，该磁场源自连接辐射源的发射装置，其中产生的磁场还包括同步信号。磁场的感应信号从连接了图像接收器的感应装置获得，其中感应装置包括三或更多传感元件，其中至少两个传感元件以相对各自互相不同的角度排列，且被安置在图像接收器的图像区域的外部。根据获得的相对于同步信号的传感信号的振幅和相位来调整便携式图像接收器，并且通过输出信号表示调整结果。本发明利用磁场技术来得到辐射源和便携式图像接收器的关系。然而，磁场可被周围环境轻易干扰。本发明还有低精度和高成本的缺点。

名为“Automatic tool alignment in a backscatter x-ray scanningsystem”，专利号为9055886的美国专利基于X射线图像提出了一种对齐方法。获得第一X射线图像，并在该图像内选取目标区域。该系统将自动对齐X射线源和探测器并重新拍摄第二X射线图像。本发明的缺点为，患者要暴露于额外剂量的X射线，因为需要X射线的第二次照射。

因此，可以看出需要有一种可以使辐射源相对于图像探测器适当对齐的装置，而该图像探测器具有用于拍摄射线图像的可选择的防散射滤线栅。

发明内容

在一个实施例中，本发明提供了一种移动辐射成像系统，该系统包括：辐射源，其用于发射多个射线；探测器，其用于检测来源于辐射源的多个射线；控制器，其用于确定辐射源和探测器间的角度差；及定位装置，其与辐射源安装在一起，识别探测器相对于辐射源的位置，该位置与所述辐射源和探测器间的角度差相关，从而将辐射源与探测器对齐。该系统包括两个分别安装在辐射源和探测器上的方向传感器，其用于确定辐射源和探测器间的角度差。该探测器包括至少两个间隔的，分别具有LED的标记。该定位装置包括照相机。

在另一个实施例中，本发明提供了一种方法，其用于对齐移动辐射成像系统，该系统包括探测器和辐射源，该方法包括：确定辐射源和探测器间的角度差；识别探测器相对于辐射源的位置,所述位置与所述辐射源和所述探测器间的所述角度差相关；根据所述探测器的位置以及辐射源和探测器间的角度差，对齐辐射源与探测器。其中识别探测器的位置包括获得探测器的图像。该方法还包括设定探测器的先验模型，其基于辐射源和探测器间的角度差产生先验模型的透视变换；将所述透视变换与探测器在由照相机获得的图像上的位置比较；并确定探测器的中心区域。其中将辐射源与探测器对齐包括将探测器的中心区域与光照区域的中心对齐，该光照区域指示辐射源的中心。

本发明提供对齐系统和方法用于诊所内的移动DR用户。结合本发明，移动DR操作员可以很好的参照其提供的视觉或声音指令将X射线管对齐探测器，而不是基于经验或直觉来对齐。探测器和X射线管的好的对齐可以有助于减少诊所的重新拍摄并提高流程效率。如果探测器和X射线管能够对齐好，则可以通过使用防散射滤线栅结合提高图像质量，并且使用相对低的辐射剂量。

附图说明

当参照附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面及优点将变得更好理解，在附图中，相同的元件标号在全部附图中用于表示相同的部件，其中：

图1是根据本发明一个实施例的移动射线系统的透视图；

图2是根据本发明一个实施例的移动射线系统的探测器的透视图；

图3是根据本发明一个实施例的移动射线系统说明辐射源和探测器对齐的透视图；

图4是根据本发明另一个实施例的移动射线系统的透视图；

图5是根据本发明一个实施例中的显示器，其显示移动射线系统的对齐状态；

图6是根据本发明一个实施例示出的如何对齐移动射线系统的步骤；及

图7是根据本发明另一个实施例示出的用来对齐移动辐射成像的三要素。

具体实施方式

为帮助本领域的技术人员能够确切地理解本发明所要求保护的主题，下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式。在以下对这些具体实施方式的详细描述中，本说明书对一些公知的功能或构造不做详细描述以避免不必要的细节而影响到本发明的披露。

除非另作定义，本权利要求书和说明书中所使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书以及权利要求书中所使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“具有”等类似的词语意指出现在“包括”或者“具有”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“具有”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。

本发明的实施例在这里可依据功能组件和多种处理步骤描述。应当理解的是，这些功能组件可通过配置任意数量的硬件、软件和/或固件组件以实现特定功能。例如，本发明的实施例可使用多种集成电路组件，如记忆元件、数字信号处理元件、逻辑元件、查找表或类似的，其可在一个或多个微处理器或其他控制设备的控制下，执行控制器的多种功能。此外，这里所述的系统仅仅阐述了一种典型实施例。

图1是根据本发明公开的实施例的移动射线系统10的透视图。如图1所示，该移动射线系统10，例如移动辐射成像可包括辐射源14和探测器20。

该辐射源14，具体为管的形式，向探测器20发射多个射线，如X射线或伽马射线。探测器20检测源自辐射源14的穿过包含多种材料的物体200的多个射线，物体200可为患者。探测器20，具体为板的形式，其具有光激励媒介，该媒介依据从辐射源14发射的射线记录图像，从而产生代表穿过物体200的射线的电信号。患者可以如图1所示于水平位置平躺，基于必须获得的图像的种类，也可以为倾斜的角度或甚至为垂直角度。

为了对齐辐射源14和探测器20，源自辐射源14的中心射线最好实质上垂直于探测器20的表面，该中心射线可位于辐射源管的中轴线。

移动射线系统10包括控制器16，其用于确定辐射源14和探测器20间的角度差。该移动射线系统10包括两个分别安装在辐射源14和探测器20上的方向传感器41、42，因此控制器16可分别获得辐射源14和探测器20的方向，然后通过探测器20的方向减去辐射源14的方向，反之亦然，最后即可依据相减结果确定辐射源14和探测器20间的角度差。可分别给每个对应辐射源或探测器特定方向的方向传感器赋予初始值。更具体地说，在本发明的优选方案中，两个方向传感器41、42中的每一个都包括惯性传感器。由于从辐射源发射的中心射线和辐射源的表面具有固定的角度关系，如垂直于辐射源的表面，所以可依据辐射源14和探测器20的角度差15，通过调整辐射源或探测器，来对齐该辐射源的表面和探测器，以保证中心射线实质上垂直于该探测器，其中该角度差15由控制器16实时确定。

移动辐射成像10包括定位装置30，其与辐射源14安装在一起，识别探测器20相对于辐射源14的位置，其位置与辐射源和探测器间的角度差相关，从而将辐射源14与探测器对齐。更可取地，该定位装置包括可视传感器，更具体地说就是一个照相机，或不可视传感器，其会在下文中介绍。在本发明的实施例中，探测器的位置由照相机拍摄的探测器的照片获得。在本发明的另一个实施例中，探测器上包括至少两个间隔的，可由定位装置30探测的标记21、22。参照图2，四个标记21、22、23、24设置在探测器的边缘，如分别设置在探测器四条边的中心位置，因而该探测器的位置可由可视传感器识别。在另一个例子中，标记设置在延伸件上，延伸件与探测器连接，从探测器向外延伸，从而解决病人太大，探测器可能被全部阻挡的情况。延伸件可以和探测器通过轴连接，使用时打开或转动延伸件，从而从探测器边缘延伸出来，使标记可以被照相机探测到。这些标记分别具有LED。当LED发射可见光时，可视传感器或照相机可用于获取LED标记。当标记发射不可见光时，不可视传感器可用于识别标记。

因为由可视传感器识别的探测器20的位置是探测器的平面视图，且位置与形状会因为辐射源14和探测器20的方向而改变，所以由和辐射源14安装在一起的可视传感器识别的探测器20相对于辐射源14的位置会根据辐射源14和探测器20间的角度差而改变。因此，可通过定位装置识别的图像或探测器上的标记的图像，以及辐射源和探测器间的角度差来来确定探测器的最优位置，然后即可调整探测器来与辐射源对齐。

参照图5，移动辐射成像10包括显示器17，其用来从照相机、两个惯性传感器及控制器接收数据，该显示器上显示基于控制器计算的角度差的相对于辐射源14探测器20的位置的平面视图。在图5中，显示器显示了辐射源和探测器12的角度差。因此，操作员可以调整该辐射源或探测器来对齐辐射源和探测器到一个合适的角度差和相对位置。

在优选实施例中，定位装置30安装在辐射源的一侧，因为位置的获得是通过定位装置而不是辐射源，所以在辐射源和定位装置间会存在偏差。可通过预先校准辐射源和定位装置间的偏差，从而获得探测器20相对于辐射源14的平面视图并显示在显示器上。

在一些实施例中，如图3所示，防散射滤线栅25安置在探测器上，来吸收散射光以获得更多清晰辐射影像。当该防散射滤线栅被使用时，需要对齐辐射源14到探测器的预定区域，该预定区域最好是探测器的中心区域，更具体地讲就是探测器18的中心。但探测器的中心并不能被照相机直接获得，因为该中心会被扫描的患者遮挡。

参照图4，移动辐射成像10包括光源15，其安装在靠近辐射源14的一侧。该光源15发射光束，如白光，照射到患者身上来表示患者身上需要被扫描的目标区域19。图4中，光照区域中存在一个十字叉显示在患者身上。十字叉的中心表示用来与探测器中心对齐的辐射源的中心。

为了确定探测器18的中心，控制器包括了一个探测器的先验模型并基于辐射源和探测器间的角度差产生先验模型的透视变换。将透视变换与由照相机获得图像上的探测器的位置比较，则可确定探测器的中心区域。在另一个实施例中，将透视变换与由照相机获得图像上的探测器上标记的位置比较。

先验模型反映了探测器的数据，在一个实施例中，其包括标记的位置和探测器的中心位置，或在另一个实施例中包括探测器的长度和宽度，或包括其它可以达到相同目的的数据。控制器基于辐射源和探测器间的角度差产生探测器先验模型的透视变换，该先验模型包括标记和探测器的中心区域的数据，控制器还映射了探测器的先验模型的透视变换到显示器上，其为平面视图。将具有标记和中心区域的探测器的先验模型的透视变换与具有由可视传感器获得的探测器的标记位置比较，则探测器的中心可由该控制器确定并在显示器上显示。目标区域的十字交叉中心也显示在图5的显示器上。移动探测器或辐射源来通过显示器来调整探测器的中心，以与显示在图5的显示器上的目标区域的十字交叉中心对齐，从而确保辐射源和探测器很好地对齐。

除了辐射源的射线中心需要垂直于探测器及辐射源需要与探测器的中心对齐，还有第三要素，即辐射源和探测器的距离需要为预定值，以很好地对齐辐射源和探测器。

为了确保辐射源和探测器的距离为预定值，在一个实施例中，测量由定位装置获得的探测器上的两个标记间的第一距离，然后基于辐射源和探测器间的角度差来获取探测器先验模型的透视变换的两个标记间的第二距离，比较第一距离和第二距离来获得辐射源和探测器间的距离。因为当辐射源和探测器间的距离越大，相对于探测器的先验模型根据辐射源和探测器间的角度差而透视变换后的两个标记间的第二距离，由可视传感器获得至少两个间隔的标记间的第一距离越小。

仍参照图5，探测器先验模型的两个标记13的透视变换映射在显示器上，与由照相机获得的也被映射在显示器上的探测器的两个标记21、22的位置相比较，从而得到探测器的中心位置18，并显示在显示器上。操作员可以手动操作，以调整探测器的中心，使之与映射在显示器上的白光的十字交叉中心对齐。辐射源管和探测器间的距离，表示为“tub-detdistance”也被显示。

控制器还包括指示模块，其可向操作员提供指示以对齐辐射源和探测器，如通过声音指示或可视指示表示上升、下降和调整方向等等来确保辐射源的方向对齐到探测器的方向，辐射源对齐到探测器的中心，及辐射源和探测器间的距离为预定值。

操作员可以以两种方式对齐辐射源和探测器。在第一种方式中，操作员可以先将探测器置于患者后，然后向探测器移动辐射源管。当移动辐射源管时，向操作员提供视觉或声音指示以引导管的移动。在另一种方式中，操作员可以先将管向患者移动并确保X射线在管上的白光的引导下，将覆盖整个目标区域。然后操作员可以移动探测器并将其置于患者后方。在此过程中，引导探测器移动使源自管的中心X射线穿过探测器的中心。最终，操作员可以根据指示微调管的位置和方向，从而使X射线垂直于探测器。

参照图6和7，本发明还提供了一种用于对齐包括探测器的辐射源的移动辐射成像系统方法，图6根据本发明公开的实施例示出了如何对齐移动辐射成像系统的步骤，其中用来对齐包括探测器的辐射源的移动辐射成像系统的方法包括：步骤110，确定辐射源和探测器间的角度差；步骤120，识别探测器相对于辐射源的位置,该位置与所述辐射源和所述探测器间的所述角度差相关；步骤130，根据所述探测器的位置以及所述辐射源和所述探测器间的所述角度差，对齐辐射源与探测器。

确定辐射源和探测器间的角度差的步骤包括分别确定辐射源和探测器的方向。该方法包括提供两个分别安装在辐射源14和探测器20上的方向传感器41、42，因此可分别获得辐射源14和探测器20的方向，然后通过探测器20的方向减去辐射源14的方向，反之亦然，即可依据相减结果确定辐射源14和探测器20间的角度差。方向传感器可以获得辐射源或探测器与参考值之间的相对方向。该方法分别给每个对应辐射源或探测器特定方向的方向传感器赋予初始值。更具体地说，在本发明的优选方案中，两个方向传感器41、42中都分别为惯性传感器。由于从辐射源发射的中心射线垂直于辐射源的表面，对齐辐射源和探测器的步骤包括依据辐射源14和探测器20的角度差15，来调整辐射源或探测器，该角度差15由控制器16实时确定以确保中心射线实质上垂直于该探测器。

在一个实施例中，识别探测器的位置包括通过拍照获得探测器的位置；在另一个实施例中，识别探测器的位置包括获得至少两个间隔的探测器的标记的位置。由定位装置识别的探测器的位置从定位装置的视角看，为探测器或者探测器上标记的平面图，并显示在显示器上。定位装置包括可视传感器，更具体地讲，还包括照相机或不可视传感器，通过照相机和传感器可以获得探测器或探测器上标记的平面图，平面图上表示探测器位置，其除了根据辐射源和探测器的角度关系，可根据探测器的位置将辐射源与探测器对齐。

参照图2，四个标记21、22、23、24排列在探测器的边缘，具体分别设置在探测器四条边的中心位置，不会被病人阻挡，因而该标记的位置可由可视传感器识别。该方法包括分别提供光源到至少两个间隔的标记。其中获得至少两个间隔的标记包括识别源自探测器至少两个间隔的标记的光。当LED发射可见光时，可视传感器或照相机可用于获得LED标记。当标记发射不可见光时，不可视传感器可用于识别标记。

探测器20相对于辐射源14的位置，根据辐射源14和探测器20间的角度差，由和辐射源14安装在一起的可视传感器识别，因为由可视传感器识别的探测器20的位置是探测器的平面视图且位置会因为辐射源14和探测器20的方向而改变。因此，可根据定位装置获得的探测器的图像或探测器上标记以及辐射源和探测器间的角度差来确定探测器的优选位置，然后即可调整探测器或辐射源使辐射源与探测器的优选位置对齐。

在一些案例中，如图3所示，防散射滤线栅25安置在探测器上，来吸收散射光以获得更多清晰辐射影像。当该防散射滤线栅被使用时，需要对齐辐射源到探测器的预定区域，该预定区域最好是探测器的中心区域，更具体地讲就是探测器18的中心。该移动辐射成像系统的方法包括步骤140，确定探测器的中心。

对齐包括辐射源和探测器的移动辐射成像系统的方法，包括设定探测器的先验模型，其基于辐射源和探测器间的角度差产生先验模型的透视变换；将具有探测器中心区域数据的透视变换13与显示器上定位装置获得的探测器的位置比较，并确定探测器的中心区域。

探测器的先验模型是源自探测器的实际数据，在一个实施例中，其包括探测器的长度、宽度等。在这个实施例中，探测器的中心可由探测器的长度和宽度计算，或由先验模型提供的数据计算。在另一个实施例中，探测器的先验模型包括探测器标记和探测器中心的位置。因此，通过对比，可确定探测器的中心，并且可将辐射源与探测器的中心对齐。

用于对齐包括探测器的辐射源的移动辐射成像系统的方法，包括在物体200上提供光照区域，而光照区域来源于安装在辐射源14上并靠近于辐射源14边缘的光源15。该光源15发射光束到患者身上，来表示患者身上要被扫描的目标区域。光照区域上有一个十字叉，用来表示与探测器中心对齐的辐射源的中心。在该案例中，对齐辐射源与探测器包括将探测器中心和表示辐射源中心的光照区域中心对齐。

此外，本发明的方法包括将探测器的先验模型的透视变换映射到照相机的每帧图像内，并在显示器上显示探测器的先验模型的透视变换和照相机获得的图像，在该显示器上将探测器的先验模型的透视变换与探测器的位置比较，则可确定探测器18的中心。该方法还将光照区域11映射到显示器上，该光照区域上有将辐射源中心显示在显示器上的十字叉，并将探测器18的中心在显示器上显示，从而操作员可调整辐射源或探测器，使探测器的中心与十字叉的中心对齐。

本发明的方法包括映射辐射源和探测器的角度差到显示器上，来确保辐射源的中心射线垂直于探测器。

图7示出了三个需确定的因素，来对齐移动辐射成像系统，这些因素为辐射源和探测器间的角度差，探测器的中心区域和辐射源和探测器间的距离。其中第一和第二因素已在上文陈述。

本发明的方法还包括步骤150，用于确定辐射源和探测器间的距离，所述方法包括获取由定位装置获得的至少两个间隔的标记间的第一距离；获取基于辐射源和探测器间的角度差的探测器的先验模型的透视变换的所述至少两个间隔的标记间的第二距离；将所述第一距离与该第二距离比较；确定所述辐射源和所述探测器间的距离。例如，计算由定位装置获得的至少两个间隔的标记间的第一距离和基于辐射源和探测器间的角度差的探测器先验模型的透视变换的至少两个间隔的标记间的第二距离的比例，则可知晓辐射源和探测器间的距离。因为辐射源和探测器间的距离越大，相对于探测器的先验模型基于辐射源和探测器间的角度差而透视变换后的两个标记间的第二距离，由可视传感器获得至少两个间隔的标记间的第一距离越小。

该用于对齐包括探测器的辐射源的移动辐射成像系统方法，包括通过显示器显示辐射源和探测器间的距离，来确保辐射源和探测器很好地对齐。

该用于对齐包括探测器的辐射源的移动辐射成像系统方法，该探测器包括提供用于对齐辐射源和探测器的指示，如声音指示或可视化指示，如显示上升、下降和调整方向等等来确保辐射源的方向对齐到探测器的方向，辐射源对齐到探测器的中心及辐射源和探测器间的距离为预定值。

结合本发明公开的方法，根据辐射源和探测器的角度差，探测器中心的位置及辐射源和探测器间的距离，对齐辐射源和探测器。当辐射源和探测器对齐后，可通过移动辐射成像系统为患者拍摄射线图像。

虽然结合特定的具体实施方式对本发明进行了详细说明，但本领域的技术人员可以理解，对本发明可以做出许多修改和变型。因此，要认识到，权利要求书的意图在于覆盖在本发明真正构思和范围内的所有这些修改和变型。

Claims (12)

1.一种移动辐射成像系统，其特征在于，包括：

辐射源，其用于发射多个射线；

探测器，其用于检测来源于所述辐射源的多个射线；

控制器，其用于确定所述辐射源和所述探测器间的角度差；及

定位装置，识别所述探测器相对于所述辐射源的位置，该位置与所述辐射源和所述探测器间的所述角度差相关，从而将所述辐射源与所述探测器对齐，

其中所述控制器还用于设定所述探测器的先验模型，基于所述辐射源和所述探测器间的所述角度差产生所述先验模型的透视变换，将所述透视变换与所述探测器的所述位置比较，并且确定所述探测器的中心区域。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于：包括两个分别安装在所述辐射源和所述探测器上的方向传感器，其用于确定所述辐射源和所述探测器间的角度差。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述探测器包括至少两个间隔的，可由所述定位装置检测到的标记。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于：所述至少两个间隔的标记分别具有LED。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述定位装置包括可视传感器，其用于获得所述探测器的图像。

6.一种对齐包括辐射源和探测器的移动辐射成像系统的方法，其特征在于，包括：

确定所述辐射源和所述探测器间的角度差；

识别所述探测器相对于所述辐射源的位置,该位置与所述辐射源和所述探测器间的所述角度差相关；

设定所述探测器的先验模型；

基于所述辐射源和所述探测器间的所述角度差产生所述先验模型的透视变换；

将所述透视变换与所述探测器的所述位置比较；

确定所述探测器的中心区域；以及

根据所述探测器的位置以及所述辐射源和所述探测器间的所述角度差，

对齐所述辐射源与所述探测器。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：识别所述探测器的位置包括获得所述探测器的图像。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于：对齐所述辐射源与所述探测器包括将所述探测器的所述中心区域与光照区域的中心对齐，该光照区域指示所述辐射源的所述中心。

9.如权利要求6所述的方法，其特征在于：其中识别所述探测器的所述位置包括获得所述探测器的至少两个间隔的标记的位置。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于：包括获取所述至少两个间隔的标记间的第一距离；获取基于所述辐射源和所述探测器间的角度差的所述探测器的先验模型的透视变换的所述至少两个间隔的标记间的第二距离；将所述第一距离与该第二距离比较；确定所述辐射源和所述探测器间的距离。

11.如权利要求6所述的方法，其特征在于：确定所述角度差包括分别确定所述辐射源和所述探测器的方向。

12.如权利要求6所述的方法，其特征在于：包括显示所述探测器相对所述辐射源的所述位置，所述位置与所述辐射源和所述探测器间的角度差相关。

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