CN108078577A - 一种数字x射线放射系统、姿态检测方法以及姿态检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种数字X射线放射系统、姿态检测方法以及姿态检测系统，预先划分多个角度区间，且每个角度区间分别相应的设置一增益模板；根据陀螺仪和加速度计的检测结果计算并获取平板探测器的初始姿态；当平板探测器转动至一当前状态后，根据陀螺仪和加速度计的检测结果，获取平板探测器在当前状态下相对于初始姿态的转动角度；确定与转动角度对应的角度区间，进而提取与转动角度对应的增益模板，以供平板探测器对在当前状态下拍摄的图像根据增益模板进行校正。本发明可以根据平板探测器的转动角度，自动调用相应的增益模板，提高用户使用便利性及效率，保证图像质量。还可以确保移动DR应用中，系统的自动化同步，降低用户的专业操作技能要求。

Description

一种数字X射线放射系统、姿态检测方法以及姿态检测系统
技术领域
本发明涉及一种数字X射线放射系统，特别是涉及一种可自动调整姿态的数字X射线放射系统。
背景技术
目前平板探测器使用过程中，一般均保留一个增益校正模板，用于针对图像进行增益校正，而当平板探测器旋转一定角度后，原有的增益模板将会失效，从而导致拍摄的图像出现均匀性变差等问题，影响临床图像质量。
在移动DR应用中，在实际拍摄场景下，一般首先由操作人员摆放平板探测器，此时无法保证平板探测器的水平度或垂直度，然后由操作人员调整X射线球管来控制射线方向，同理此时无法确保射线方向与平板探测器的平面保持垂直，从而导致图像偏光，均匀性降低等问题。
以上原因均会导致在平板探测器的特定应用场景中，降低图像质量。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种数字X射线放射系统、姿态检测方法以及姿态检测系统，用于解决现有技术中平板探测器拍摄图像的均匀性差且图像质量降低等的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种姿态检测方法，应用于平板探测器中，所述平板探测器具有陀螺仪和加速度计，所述姿态检测方法包括：预先划分多个角度区间，且每个角度区间分别相应的设置一增益模板；根据所述陀螺仪和所述加速度计的检测结果计算并获取所述平板探测器的初始姿态；当所述平板探测器转动至一当前状态后，根据所述陀螺仪和所述加速度计的检测结果，获取所述平板探测器在所述当前状态下相对于所述初始姿态的转动角度；确定与所述转动角度对应的所述角度区间，进而提取与所述转动角度对应的所述增益模板，以供所述平板探测器对在所述当前状态下拍摄的图像根据所述增益模板进行校正。
于本发明一具体实施例中，所述平板探测器具有分别与基本坐标系的X轴、Y轴和Z轴对应的边；所述平板探测器的转动，包括关于所述X轴、Y轴和/或Z轴的转动。
于本发明一具体实施例中，所述平板探测器的转动包括关于所述X轴、Y轴和/或Z轴进行特定角度的转动；所述特定角度包括以下角度中的一种：90度、180度和270度。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种姿态检测系统，应用于平板探测器中，所述平板探测器具有陀螺仪和加速度计，所述姿态检测系统包括：预设模块，用以预先划分多个角度区间，且每个角度区间分别相应的设置一增益模板；初始模块，用以根据所述陀螺仪和所述加速度计的检测结果计算并获取所述平板探测器的初始姿态；转动角度获取模块，用以当所述平板探测器转动至一当前状态后，根据所述陀螺仪和所述加速度计的检测结果，获取所述平板探测器在所述当前状态下相对于所述初始姿态的转动角度；增益模板提取模块，用以确定与所述转动角度对应的所述角度区间，进而提取与所述转动角度对应的所述增益模板，以供所述平板探测器对在所述当前状态下拍摄的图像根据所述增益模板进行校正。
于本发明一具体实施例中，所述平板探测器具有分别与基本坐标系的X轴、Y轴和Z轴对应的边；所述平板探测器的转动，包括关于所述X轴、Y轴和/或Z轴的转动。
于本发明一具体实施例中，所述平板探测器的转动包括关于所述X轴、Y轴和/或Z轴进行特定角度的转动；所述特定角度包括以下角度中的一种：90度、180度和270度。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种平板探测器，具有陀螺仪、加速度计以及如上所述的姿态检测系统。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种数字X射线放射系统，包括处理设备、与所述处理设备通信的X射线球管以及如上所述的平板探测器通信；所述处理设备用以与所述平板探测器通信，且获取所述平板探测器的所述陀螺仪和所述加速度计在所述当前状态下的所述检测结果，进而根据所述检测结果调整所述X射线球管的姿态。
于本发明一具体实施例中，所述检测结果为所述陀螺仪和所述加速度计在所述当前状态下检测的原始数据或者为对所述原始数据进行相应处理后的数据。
于本发明一具体实施例中，所述处理设备根据所述转动角度调整所述X射线球管的姿态，以令所述X射线球管的X射线出射角度与所述平板探测器的表面垂直。
于本发明一具体实施例中，所述处理设备通过特定的网络通讯方式与所述平板探测器通信；所述特定的网络通讯方式包括以下通讯方式中的一种：有线网络、红外、蓝牙、和zigbee。
如上所述，本发明的数字X射线放射系统、姿态检测方法以及姿态检测系统，预先划分多个角度区间，且每个角度区间分别相应的设置一增益模板；根据所述陀螺仪和所述加速度计的检测结果计算并获取所述平板探测器的初始姿态；当所述平板探测器转动至一当前状态后，根据所述陀螺仪和所述加速度计的检测结果，获取所述平板探测器在所述当前状态下相对于所述初始姿态的转动角度；确定与所述转动角度对应的所述角度区间，进而提取与所述转动角度对应的所述增益模板，以供所述平板探测器对在所述当前状态下拍摄的图像根据所述增益模板进行校正。本发明可以根据自动检测的用户对平板探测器的转动角度，自动调用相应的增益模板，无需重新生成增益模板，提高用户使用便利性及效率，保证图像质量。还可以确保移动DR应用中，系统的自动化同步，确保图像质量及应用效率，降低用户的专业操作技能要求。
附图说明
图1显示为本发明的姿态检测方法在一具体实施例中的流程示意图。
图2显示为本发明的平板探测器在一具体实施例中的组成示意图。
图3显示为本发明的姿态检测系统在一具体实施例中的组成示意图。
图4显示为一具体实施例中平板探测器的转动示意图。
图5显示为一具体实施例中平板探测器的转动示意图。
图6显示为一具体实施例中平板探测器的转动示意图。
图7显示为本发明的数字X射线放射系统在一具体实施例中的组成示意图。
图8显示为本发明的数字X射线放射系统在一具体实施例中的应用示意图。
元件标号说明
1 平板探测器
11 陀螺仪
12 加速度计
13 姿态检测系统
131 预设模块
132 初始模块
133 转动角度获取模块
134 增益模板提取模块
135 A边
136 B边
137 C边
138 平面
2 数字X射线放射系统
21 处理设备
22 X射线球管
221 中心线
221′ 中心线
S1～S4 步骤
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本发明涉及数字x射线平板探测器的应用领域，当平板探测器进行一定角度旋转后，拍摄图像时原有的增益校正模板会失效，导致图像均匀性变差。
同时在移动DR(Digital Radiography，直接数字平板X线成像系统)应用中，平板探测器的摆放以及X射线的方向均有人员进行手工操作，所以探测器在使用过程中无法保证水平姿态或垂直姿态，同时X射线方向无法保证与平板探测器保持垂直，导致图像偏光等问题。
为解决上述平板探测器特定应用场景中的问题，本发明可通过实时检测平板探测器的姿态，发现平板探测器旋转后，可自动识别姿态以及旋转角度，动态调用不同角度对应的增益校正模板，而无需重新生成模板进行图像拍摄，提高了应用效率，实现动态校正，解决图像均匀性变差的问题。同时可通过姿态检测，自动同步移动DR的X射线。
同时移动DR中，可实时获知平板探测器姿态，从而自动调节X射线球管方向，确保X射线与平板探测器入射平面的垂直，降低人工调整的不确定性风险，提高图像质量及应用效率。
具体的，请参阅图1，显示为本发明的姿态检测方法在一具体实施例中的流程示意图。所述姿态检测方法，应用于如图2所示的平板探测器1中，且在所述平板探测器1的内部处理器中运行，所述平板探测器1具有陀螺仪11和加速度计12，所述姿态检测方法包括以下步骤：
S1：预先划分多个角度区间，且每个角度区间分别相应的设置一增益模板；
S2：根据所述陀螺仪和所述加速度计的检测结果计算并获取所述平板探测器的初始姿态；
S3：当所述平板探测器转动至一当前状态后，根据所述陀螺仪和所述加速度计的检测结果，获取所述平板探测器在所述当前状态下相对于所述初始姿态的转动角度；
S4：确定与所述转动角度对应的所述角度区间，进而提取与所述转动角度对应的所述增益模板，以供所述平板探测器对在所述当前状态下拍摄的图像根据所述增益模板进行校正。
于具体实施中，所述平板探测器具有分别与基本坐标系的X轴、Y轴和Z轴对应的边；所述平板探测器的转动，包括关于所述X轴、Y轴和/或Z轴的转动。
进一步的，所述平板探测器的转动包括关于所述X轴、Y轴和/或Z轴进行以下角度中的一种的转动：90度、180度和270度。具体应用中，转动角度包括但不限于90度、180度和270度，可由用户自定义。所述角度区间例如包括以下区间：大于0度且小于等于90度、大于90度且小于等于180度、大于180度且小于等于270度以及大于270度且小于等于360度。且对应该四个角度区间，分别设置了对应的增益模板。
进一步参阅图3，显示为本发明的姿态检测系统在一具体实施例中的组成示意图。所述姿态检测系统13，应用于所述平板探测器1中，优选的，所述姿态检测系统13运行于所述平板探测器1的内部处理器中。所述姿态检测系统13包括预设模块131、初始模块132、转动角度获取模块133以及增益模板提取模块134。
预设模块131，用以预先划分多个角度区间，且每个角度区间分别相应的设置一增益模板。
初始模块132，用以根据所述陀螺仪和所述加速度计的检测结果计算并获取所述平板探测器的初始姿态。
转动角度获取模块133，用以当所述平板探测器转动至一当前状态后，根据所述陀螺仪和所述加速度计的检测结果，获取所述平板探测器在所述当前状态下相对于所述初始姿态的转动角度。
增益模板提取模块134，用以确定与所述转动角度对应的所述角度区间，进而提取与所述转动角度对应的所述增益模板，以供所述平板探测器对在所述当前状态下拍摄的图像根据所述增益模板进行校正。
于一具体实施例中，所述平板探测器具有分别与基本坐标系的X轴、Y轴和Z轴对应的边；所述平板探测器的转动，包括关于所述X轴、Y轴和/或Z轴的转动。
进一步的，所述平板探测器的转动包括关于所述X轴、Y轴和/或Z轴进行以下角度中的一种的转动：90度、180度和270度。具体应用中，转动角度包括但不限于90度、180度和270度，可由用户自定义。
以下结合图4～图6，对本发明的平板探测器1及其应用的姿态检测方法和姿态检测系统13做进一步的说明，其中图4～图6分别显示为具体实施例中平板探测器的转动示意图，且图4～图6的左边部分为所述平板探测器1的初始状态，图4～图6的右边部分为所述平板探测器1进行一定角度转动后的状态。
如图4，平板探测器1原先处于垂直状态，即A边135与地面平行，B边136与重力加速度方向平行，C边137分别与地面及重力加速度方向成90度夹角。此时读出的陀螺仪11及加速度计12的数据作为平板探测器1的初始姿态。当平板探测器旋转90度后，加速度计的三轴数据值会发生变化，此时A边135与重力加速度方向平行，B边136与地面平行，而C边137仍然与地面平行线及重力加速度方向平行线成90度夹角。所述平板探测器1的内部处理器读出加速度计12的数据后，发现三轴的重力加速度发生偏离，即A边135的重力加速度由0变成1g，B边136重力加速度由1g变为0，C边137重力加速度不变。由于加速度计12的数据可同时表示方向，即+1g还是-1g，所以可据此获知平板探测器1往哪个方向旋转。而加速度计12的测量数据会由于器件原因，或环境原因存在一定误差，此时需要根据陀螺仪11的读出数据，利用算法进行数据融合，消除误差。如果此时计算到平板探测器向右旋转90度，则动态调用出相应的增益模板进行图像拍摄后的校正，确保图像质量。
同理，如果平板探测器向左旋转90度，则可动态调用出向左旋转90度的增益模板使用。
如图5，当平板探测器进行向右基于Y轴方向的旋转时，例如同时存在基于X轴的旋转，同理此时可得到加速度计12关于A边135，B边136，C边137的重力加速度值发生了变化，A边135重力加速度值未变化仍然为0g，B边136重力加速度值由1g变为0g，C边137重力加速度值由0g变为1g，此时如果只根据加速度值计算，无法得到平板由垂直方便变为水平方向后，水平方向是否进行了旋转，此时需要利用读出的陀螺仪11的旋转角速度值来同步计算出旋转角度。此时可得到图5的平板探测器1由垂直面变换为水平面放置并进行了角度旋转。
进一步的，如图6，所述平板探测器1基于水平面旋转时，平板探测器1的三轴重力加速度均未发生变化，此时需要利用陀螺仪11的旋转角速度计算出旋转方向及角度。
在其他具体应用中，所述平板探测器1还可以具有其他的转动方式，且在确定了所述平板探测器1的转动角度后，调用对应的增益模板即可。
进一步参阅图7，显示为本发明的数字X射线放射系统在一具体实施例中的组成示意图。所述数字X射线放射系统2包括处理设备21、与所述处理设备21通信的X射线球管22以及如上所述的平板探测器1；所述处理设备21用以与如上所述的平板探测器1通信，且获取所述平板探测器1的所述陀螺仪11和所述加速度计12在所述当前状态下的所述检测结果，即平板探测器的转动角度，进而根据所述检测结果调整所述X射线球管22的姿态。
进一步的，所述检测结果为所述陀螺仪11和所述加速度计12在所述当前状态下检测的原始数据或者为对所述原始数据进行融合处理后的数据。
进一步的，所述数字X射线放射系统2的所述处理设备21根据所述转动角度调整所述X射线球管22的姿态，以令所述X射线球管22的X射线出射角度与所述平板探测器1的表面垂直。
优选的，所述处理设备21通过有线网络或无线网络与所述平板探测器1通信。其中，所述无线网络可以包括但不限于红外、蓝牙、和zigbee等通讯方式。
且进一步结合图8对所述数字X射线放射系统2的运行进行说明，其中图8显示为本发明的数字X射线放射系统在一具体实施例中的应用示意图。如图8左侧部分，在移动DR应用中，由于人工操作的原因，平板探测器1与水平或垂直面可能均不重合，此时X射线球管22的中心线221与平板探测器的平面138可能并不垂直。此时平板探测器1将陀螺仪11及加速度计12的数据进行融合后形成的姿态数据通过相应数据接口发送至所述处理设备21，使DR系统自动调整X射线球管22的角度为如图8右侧所示，使其中心线221调整为中心线221′，与平板探测器1的平面138保持垂直，解决图像偏光及均匀性问题，提高图像质量。于一具体应用中，所述处理设备21以一DR系统工作站的形成存在。
本发明可以令用户随意旋转平板探测器角度，且根据转动角度，自动调用相应的增益模板，无需重新生成增益模板，提高用户使用便利性及效率，保证图像质量。还可以确保移动DR应用中，系统的自动化同步，确保图像质量及应用效率，降低用户的专业操作技能要求。
综上所述，本发明的数字X射线放射系统、姿态检测方法以及姿态检测系统，预先划分多个角度区间，且每个角度区间分别相应的设置一增益模板；根据所述陀螺仪和所述加速度计的检测结果计算并获取所述平板探测器的初始姿态；当所述平板探测器转动至一当前状态后，根据所述陀螺仪和所述加速度计的检测结果，获取所述平板探测器在所述当前状态下相对于所述初始姿态的转动角度；确定与所述转动角度对应的所述角度区间，进而提取与所述转动角度对应的所述增益模板，以供所述平板探测器对在所述当前状态下拍摄的图像根据所述增益模板进行校正。本发明可以根据自动检测的用户对平板探测器的转动角度，自动调用相应的增益模板，无需重新生成增益模板，提高用户使用便利性及效率，保证图像质量。还可以确保移动DR应用中，系统的自动化同步，确保图像质量及应用效率，降低用户的专业操作技能要求。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (11)

1.一种姿态检测方法，其特征在于，应用于平板探测器中，所述平板探测器具有陀螺仪和加速度计，所述姿态检测方法包括：
预先划分多个角度区间，且每个角度区间分别相应的设置一增益模板；
根据所述陀螺仪和所述加速度计的检测结果计算并获取所述平板探测器的初始姿态；
当所述平板探测器转动至一当前状态后，根据所述陀螺仪和所述加速度计的检测结果，获取所述平板探测器在所述当前状态下相对于所述初始姿态的转动角度；
确定与所述转动角度对应的所述角度区间，进而提取与所述转动角度对应的所述增益模板，以供所述平板探测器对在所述当前状态下拍摄的图像根据所述增益模板进行校正。
2.根据权利要求1所述的姿态检测方法，其特征在于：所述平板探测器具有分别与基本坐标系的X轴、Y轴和Z轴对应的边；所述平板探测器的转动，包括关于所述X轴、Y轴和/或Z轴的转动。
3.根据权利要求2所述的姿态检测方法，其特征在于：所述平板探测器的转动包括关于所述X轴、Y轴和/或Z轴进行特定角度的转动；所述特定角度包括以下角度中的一种：90度、180度和270度。
4.一种姿态检测系统，其特征在于，应用于平板探测器中，所述平板探测器具有陀螺仪和加速度计，所述姿态检测系统包括：
预设模块，用以预先划分多个角度区间，且每个角度区间分别相应的设置一增益模板；
初始模块，用以根据所述陀螺仪和所述加速度计的检测结果计算并获取所述平板探测器的初始姿态；
转动角度获取模块，用以当所述平板探测器转动至一当前状态后，根据所述陀螺仪和所述加速度计的检测结果，获取所述平板探测器在所述当前状态下相对于所述初始姿态的转动角度；
增益模板提取模块，用以确定与所述转动角度对应的所述角度区间，进而提取与所述转动角度对应的所述增益模板，以供所述平板探测器对在所述当前状态下拍摄的图像根据所述增益模板进行校正。
5.根据权利要求4所述的姿态检测系统，其特征在于：所述平板探测器具有分别与基本坐标系的X轴、Y轴和Z轴对应的边；所述平板探测器的转动，包括关于所述X轴、Y轴和/或Z轴的转动。
6.根据权利要求5所述的姿态检测系统，其特征在于：所述平板探测器的转动包括关于所述X轴、Y轴和/或Z轴进行特定角度的转动；所述特定角度包括以下角度中的一种：90度、180度和270度。
7.一种平板探测器，其特征在于：具有陀螺仪、加速度计以及如权利要求4所述的姿态检测系统。
8.一种数字X射线放射系统，其特征在于：包括处理设备、与所述处理器通信的X射线球管以及如权利要求7所述的平板探测器通信；所述处理设备用以与所述平板探测器通信，且获取所述平板探测器的所述陀螺仪和所述加速度计在所述当前状态下的所述检测结果，进而根据所述检测结果调整所述X射线球管的姿态。
9.根据权利要求8所述的数字X射线放射系统，其特征在于：所述检测结果为所述陀螺仪和所述加速度计在所述当前状态下检测的原始数据或者为对所述原始数据进行相应处理后的数据。
10.根据权利要求8所述的数字X射线放射系统，其特征在于：所述处理设备根据所述转动角度调整所述X射线球管的姿态，以令所述X射线球管的X射线出射角度与所述平板探测器的表面垂直。
11.根据权利要求8所述的数字X射线放射系统，其特征在于：所述处理设备通过特定的网络通讯方式与所述平板探测器通信；所述特定的网络通讯方式包括以下通讯方式中的一种：有线网络、红外、蓝牙、和zigbee。
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