CN108451536A

CN108451536A - 自动地定位x射线系统的x射线源的方法和x射线系统

Info

Publication number: CN108451536A
Application number: CN201810151239.7A
Authority: CN
Inventors: B.塔默索伊; V.K.辛格; 张耀仁; S.厄平; R.南克; T.陈
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Medical Ag
Priority date: 2017-02-21
Filing date: 2018-02-14
Publication date: 2018-08-28
Anticipated expiration: 2038-02-14
Also published as: EP3364214B1; US20180235566A1; EP3364214A1; CN108451536B; US10478149B2

Abstract

提供了自动地定位X射线系统的X射线源的方法和X射线系统。公开了用于将X射线系统的可定位X射线源自动地对齐成与移动X射线检测器对齐的方法和系统，其中该X射线系统使用3D相机来检测移动X射线检测器的位置并然后将可定位X射线源驱动到与移动X射线检测器对齐的位置。

Description

自动地定位X射线系统的X射线源的方法和X射线系统

相关申请的交叉引用

无。

技术领域

本发明涉及用于自动地定位X射线系统的X射线源的方法以及用于实行这样的方法的X射线系统。

背景技术

其中X射线源和X射线检测器二者都具有几个自由度（DOF）的X射线系统在患者定位灵活性方面提供显著优势。这样的系统利用移动X射线检测器，其可以被定位在患者空间中的任何位置，并且结果得到更加鲁棒的X射线系统。这样的系统使得能够针对更加具体的感兴趣区域以及针对患者的更宽的范围（例如，在严重外伤的情况下）实行高质量的X射线检查。所述移动X射线检测器可以是通过导线连接的或者可以是无线的。

然而，该灵活性是要付出代价的。为了获取高质量的X射线图像，应良好地对齐X射线源、患者身上的感兴趣区域以及X射线检测器。该对齐越好，X射线图像的质量将会越高。在移动X射线检测器的情况下，该对齐以两个步骤来执行：关于感兴趣区域对齐X射线检测器，并然后关于X射线检测器对齐X射线源。常规来说，操作者通过将移动X射线检测器定位在使得能够记录患者身上的感兴趣区域的X射线图像的位置处来手动地执行该对齐。然后，操作者相对于X射线检测器手动地对齐并定位X射线源。因为该对齐是手动地执行的，因此对齐的质量无法每次都始终如一且难以重现。

因此，存在对改进将X射线源对齐到X射线检测器的方法的需要。

发明内容

根据各种实施例，可以提供一种确保可定位X射线源的简单且快速的定位的方法。根据另外的实施例，可以提供一种用于实行该方法的适当的X射线系统。

根据各种实施例，公开了一种用于确定X射线系统中的移动X射线检测器的位置的方法，其中所述X射线系统被提供有3D相机。该方法包括：

使用所述3D相机来获取所述移动X射线检测器的图像，其中所述移动X射线检测器具有平面表面上的X射线接收部分以及提供在具有所述X射线接收部分的所述平面表面上的多个无源标记；

检测所述多个无源标记以及所述标记的图案，其中所述标记的图案定义了所述移动X射线检测器的具有所述X射线接收部分的所述平面；

估算所述移动X射线检测器的X射线接收部分的所述平面；

估算所述移动X射线检测器的6个DOF位姿，其中所述6个DOF位姿定义了所述移动X射线检测器在所述3D相机的坐标系中的位置；以及

将所述移动X射线检测器在所述3D相机的坐标系中的位置变换成X射线基座坐标系中的位置。

根据一些实施例，公开了一种用于将X射线系统的可定位X射线源自动地对齐成与移动X射线检测器对齐的方法，其中所述X射线系统装配有3D相机。所述方法包括：

手动地定位所述移动X射线检测器，其中所述移动X射线检测器具有平面表面上的X射线接收部分以及提供在具有所述X射线接收部分的所述平面表面上的多个无源标记；

将所述3D相机定位成使得所述移动X射线检测器在所述3D相机的视场内；

使用所述3D相机自动地确定所述移动X射线检测器的位置，其中自动地确定所述移动X射线检测器的位置包括：

使用所述3D相机获取所述移动X射线检测器的图像；

在所获取的图像中检测所述多个无源标记以及所述标记的图案，其中所述标记的图案定义了所述移动X射线检测器的具有所述X射线接收部分的平面；

估算所述移动X射线检测器的X射线接收部分的所述平面；

将所述移动X射线检测器在所述3D相机的坐标系中的位置变换成定义了对齐位置的X射线基座坐标系中的位置；以及

通过驱动X射线管机器人系统来将所述X射线源自动地定位到所述对齐位置，所述X射线管机器人系统将所述X射线源带到与所述移动X射线检测器对齐。

附图说明

全部绘制的图都是示意性的，并且不一定是按比例的。

图1A示出了根据各种实施例的利用移动X射线检测器的X射线系统的视图。

图1B是能够实现本公开的方法的系统控制器170的高级框图。

图2是图1中的移动X射线检测器的详细视图。

图3示出了以RGB成像模式查看的根据本公开的双模目标。

图4示出了以IR成像模式查看的根据本公开的双模目标。

图5示出了根据本公开的在移动X射线检测器的6个DOF位姿的自动运算中涉及到的三个主要模块的序列。

图6A-6D示出了其上具有无源反射标记的移动X射线检测器的一系列IR图像，其图示出检测移动X射线检测器上的无源反射标记以及将图像匹配至X射线检测器模板的过程。

图7A、7B和7C分别示出了在X射线检测器与3D相机/X射线源之间有遮挡物的情况下的移动X射线检测器的RGB图像、IR图像和点云表示。

图8示出了图示出根据一些实施例的方法的流程图。

图9示出了图示出根据一些其它实施例的方法的流程图。

具体实施方式

对示例性实施例的本描述旨在结合附图来阅读，所述附图应被视为全部撰写的描述的一部分。

我们介绍了用于X射线源和移动X射线检测器的自动对齐的方法以及X射线系统，其利用了两个特征：1）提供在可定位X射线源上的、被配置并适配有光学深度感测和成像能力的3D相机，以及2）具有无源标记置于其上的移动X射线检测器。在图1A中图示出这样的X射线系统100的一个实施例。X射线系统100包括X射线管机器人系统120、可定位X射线源122、X射线源基座125、安装在X射线源上的3D相机130、移动X射线检测器110和系统控制器170。3D相机可以取决于特定的X射线源122的物理配置而附接到X射线源上的适当位置。在一些实施例中，3D相机可以附接到X射线源的背侧。

在一些实施例中，移动X射线检测器110有利地由移动扁平面板检测器形成以用于记录高质量X射线图像。在一些实施例中，移动X射线检测器110是无线的且配置有用于与系统控制器170无线通信（例如，用于发射所获取的X射线图像）的发射和接收部件。

在一些实施例中，移动X射线检测器具有到X射线系统的有线连接，并且确保了X射线检测器与有别于其的X射线系统的组件之间的这样快速且无差错的通信。

提供系统控制器170以用于实现X射线系统100的总体操作。例如，系统控制器170被配置有控制X射线系统100的全部组件的操作所必需的适当的硬件和软件，控制操作包括：控制3D相机130并与之对接，对接、控制并驱动可定位X射线源122，使用3D相机获取RGB/IR图像，处理接收自3D相机的RGB/IR图像数据和深度传感器数据并确定移动X射线检测器110的位置，计算X射线源的对齐位置，驱动X射线系统100的X射线图像获取功能。

系统控制器170可以进一步具有网络接口172以用于经由网络与系统中的其它设备通信。例如，网络接口172被配置成实行与移动X射线检测器110的数据传输。附加地，X射线系统一般具有用于处理X射线图像的图像处理系统，包括触摸/显示屏、键盘、鼠标等以便X射线技术人员与X射线系统对接的用户对接单元175。也可以为移动X射线检测器110预作安排成具有到系统控制器170的有线连接以用于数据传输。可以由X射线技术人员将X射线检测器110手动地定位在患者500周围的任何位置，以便记录患者身上的感兴趣区域的X射线图像。在该示例图示中，移动X射线检测器110被定位成用于患者500的股骨区域的X射线检查。

X射线管机器人系统120被配置并适配成由系统控制器170驱动以用于将可定位X射线源关节连接到任何期望的位置中以使X射线源122与移动X射线检测器110对齐。例如，X射线管机器人系统120可以包括机械臂，X射线源被布置在该机械臂上。这样的机械臂允许X射线源的可特定变化的可调节性。可替换地，X射线管机器人系统120可以包括从架空轨道悬挂出的可伸缩臂。

根据本公开的一方面，3D相机130的光学深度感测特征允许相机确定相机与其图像场中看到的表面之间的距离。换言之，3D相机产生其图像场的数字图像，并且还产生与该图像中的每个像素相关联的距离（也称为深度）。3D相机可以被配置成通过基于IR的深度感测来执行光学深度感测，所述基于IR的深度感测获取红外谱中的图像以及其视场中的每个像素的深度值。可替换地，3D相机可以被配置成使用可见光谱来执行深度感测。在任一情况中，都将多个无源标记200置于移动X射线检测器110的表面上的指定的点处，这将允许3D相机看到并解析移动X射线检测器110的定向并且确定X射线源122与移动X射线检测器110之间的距离。所述多个无源标记200是以能够唯一地标识移动X射线检测器110的每个角落的形状和图案来提供的。通过在由3D相机提供的数字图像中检测所述多个无源标记200，系统控制器170使用该信息来计算X射线系统中的移动X射线检测器100的准确位置和定向，并然后将可定位X射线源122自动地对齐到移动X射线检测器110。系统控制器170通过执行3D相机的坐标系、X射线基座的坐标系以及可定位X射线源的坐标系之间的变换来实现这点。结果可得到相比于常规的手动对齐的更加准确且可重复的X射线源与移动X射线检测器的对齐。

在其中3D相机是基于红外（IR）的相机和深度传感器的实施例中，无源标记200是对投影到标记上的红外光具有强响应的IR反射标记，并且允许3D相机看到IR反射标记并确定到移动X射线检测器的距离以及检测器的定向。使用IR反射标记的益处在于可以使得标记的颜色与检测器的颜色相调和以使得标记在可见谱中不那么显眼。基于IR的3D相机产生IR数字图像，在所述IR数字图像中每个像素具有IR值和深度（或距离）值。从这样的基于IR的3D相机获得的数字图像数据将在本文中称为IRD图像。

在其中3D相机是基于可见光谱的相机和深度传感器的实施例中，无源标记200具有在视觉上可从移动X射线检测器的表面的颜色区分开的颜色，以使得3D相机能够在可见光谱中看到无源标记并确定到移动X射线检测器的距离和检测器的定向。这样的可见光3D相机产生RGB（红、绿、蓝）数字图像。从这样的3D相机获得的数字图像数据典型地称为RGBD（RGB+深度）图像，其包括其中每个像素具有RGB值的RGB图像以及深度（或距离）值。

移动X射线检测器的位置是根据使用3D相机从无源标记200收集的距离和定向信息计算出的，并且被表示为关于移动X射线检测器的6个DOF（自由度）位姿信息。

相关联的X射线检查工作流为如下：适当地定位患者；关于感兴趣区域定位移动X射线检测器；使用3D相机获取一对场景图像（一个IR和一个深度）；使用这对图像来运算X射线检测器的6个DOF位姿；基于关于移动X射线检测器的6个DOF位姿信息将X射线源自动地定位到与移动X射线检测器对齐的对齐位置；然后记录所述感兴趣区域的一个或多个X射线图像。

根据本公开，系统控制器170被配置成执行上述工作流的在关于感兴趣区域在恰当的位置定位了移动X射线检测器之后的部分。在优选实施例中，系统控制器170被配置成在经由系统控制器的操作者输入设备175输入单个命令时发起该过程。例如，所述单个命令可以是语音命令、点击键、点击鼠标、触摸屏上的触摸等。所述工作流的其余部分不要求来自X射线技术人员的任何手动介入，并且所得到的X射线检测器与X射线源之间的对齐比常规实现的对齐准确得多。

为了使用3D相机来生成可靠且准确的关于移动X射线检测器的6个DOF位姿信息，需要对3D相机进行校准。

系统校准

3D相机的校准涉及到：（1）3D相机其自身的内在校准，以及（2）3D相机坐标系与X射线基座坐标系之间的变换。3D相机坐标系与X射线基座坐标系之间的变换是必要的，因为3D相机130和X射线源122在X射线源122和3D相机130相对于X射线基座125可移动的情况下安装在X射线基座125上。X射线源122到X射线检测器110的对齐涉及到三个坐标系之间的变换：X射线基座坐标系；X射线源坐标系；以及3D相机坐标系。X射线基座坐标系定义有X射线源基座125上的点作为参照原点。X射线源坐标系定义有可定位X射线源122上的点作为参照原点。3D相机坐标系定义有3D相机上的点作为参照原点。因此，为了使X射线系统恰当地操作，必须校准这三个坐标系之间的变换。因为通过使用3D相机130光学地感测无源标记200来检测移动X射线检测器110，因此移动X射线检测器110是在3D相机坐标系中检测的。

3D相机的内在校准为所获取的图像的每个像素提供了到3D相机的坐标系中的物理公制尺寸的公制换算。通过将具有已知图案的平面校准目标（棋盘或点状图案的网格）在关于相机的各种相对位姿处置于相机前方来实现用于相机内在校准的标准方案。相机的内在校准提供了关于相机的内在属性的信息，包括其焦距、主点和径向失真参数。更正式地讲，内在校准的目的是要经由校准目标上的已知的3D点集{}和其在第i个图像上的2D对应性{}来获得相机的内在属性。这是通过最小化2D投影和对应的测量点之间的二次投影误差来实现的。亦即，

， (1)

其中，f(.)是从相机的坐标系到其图像平面的3D到2D投影函数，是包含焦距和图像上的3D相机的两个轴和主点的偏斜的内在校准矩阵，并且是其镜头失真向量。和是描述相机在第i个图像中的位姿的外来参数。通过使用常规的校准算法（例如，Zhang 2000、Bouguet MCT等）来实行优化。

取决于3D相机所使用的成像系统，图案需要可由相机清楚地检测到。针对基于正常RGB成像系统的3D相机，将暗色的图案置于白色表面上是常见的选择。针对基于IR的3D相机，将需要IR反射图案。相机的内在校准的质量影响最终的对齐准确度。正如任何校准设置一样，具有带有大的目标可变性的更多图像改进校准质量，但是同时使得对应的获取过程很麻烦。为了克服这点，我们引入了双模IR/RGB校准目标400，参见图3和图4，并使此目标伴随有自动数据获取协议。

我们的双模IR/RGB校准目标400由如在图3和图4中图示出的置于点状图案中的反射标记410构成。图3示出了以RGB成像模式查看的双模目标400。与亮色背景420形成对照的以点状图案布置的暗色的反射标记410提供了高对比度RGB图像。图4示出了以IR成像模式查看的双模目标400。反射标记410由于这些反射标记将IR从IR源反射回到IR相机而看起来是白色的，并且背景420由于亮色背景表面漫反射和/或吸收IR而看起来是暗色的。使用该双模目标，我们可以同时从双模式3D相机的RGB模式和IR模式二者获取非常高对比度的图像，并且自动地建立在所获取的图像之间的点的对应性。

我们然后利用可定位X射线源用于在各种X射线源位姿和位置下自动地获取校准图像对的非常大的集合。此外，由于双模目标在这两种模态中都可容易地检测到，因此我们可以确保在我们捕获图像时在所捕获的图像对当中的大可变性，同时将校准目标保持在3D相机的视场内部。

一旦完成了3D相机的成像系统的内在校准，就可以执行运动学校准以建立X射线基座坐标系与3D相机坐标系之间的变换。X射线基座坐标系与X射线源坐标系之间的变换的校准遵循整个X射线管机器人系统120的运动学机制。这可以从用于X射线管机器人系统120的制造商的说明书导出或者利用运动学校准，以建立3D相机的坐标系与X射线源坐标系的坐标系之间的变换。在提交于2015年10月13日的美国专利申请序列号14/881,526中描述了这样的运动学校准，其公开内容通过引用以其整体并入本文。一旦完成了运动学校准，3D相机就准备好使用了。

运算X射线检测器的6个DOF位姿

根据本公开的一方面，现在将描述X射线检测器110的6个DOF位姿的自动运算。这是通过以下三个过程组件来实现的：（A）标记/图案检测，（B）移动X射线检测器平面估算，以及（C）移动X射线检测器位置估算，如在图5中依次描绘的那样。

（A）标记/图案检测

针对本论述，假定基于IR的3D相机实施例。在给出诸如在图6A中示出的图像的移动X射线检测器110的输入IRD图像的情况下，第一步骤是检测该图像中的无源反射标记200。在该实施例中，无源反射标记200包括点标记210和提供在图案中以唯一地标识移动X射线检测器110的具体角落的径向角落标记220。较小的点标记210通过利用简单的环状模板来对输入图像进行卷积（convolve）来检测，而针对较大的径向角落标记220，我们使用基于霍夫变换的检测方案。霍夫变换是在图像分析、计算机视觉和数字图像处理中使用的特征提取技术。该技术的目的是要通过投票程序来找出某一类形状内的对象的不完美实例。

在其中使用基于可见光的3D相机的一些实施例中，无源反射标记是可见标记，并且移动X射线检测器110的输入图像将会是RGBD图像。

如图6A中可看到的，径向角落标记是位于每个检测器角落处的¾的饼状的圆形，其被定向成允许X射线系统检测和识别移动X射线检测器的四个角落并探知移动X射线检测器的相对定向。参考图6B，一旦从标记检测阶段中获得了径向角落标记假设，我们然后就使用被定向的饼状模板来确定这些标记的相对定向。

参考图6C，该过程中的下一个步骤是通过确定所述角落标记来确定移动X射线检测器的定向。为此，我们使用装仓极坐标（binning in polar coordinate），其中使每个径向角落标记假设的坐标系的中心都在检测到的标记位置处，并根据所匹配的径向角落标记定向来对该坐标系定向。在每个角落处（即，右上、右下、左上和左下），以指定特定角落的具体图案来提供径向角落标记220与伴随的点标记210的组合。我们使用类似的策略来检测手柄图案。参考图6D，然后将每个检测到且已验证的标记匹配至预定义的检测器模板上的具体的点。获得该一对一对应性是该标记/图案检测过程的最后的步骤。

（B）X射线检测器平面估算

针对IR图像中的检测到的点集（即，反射标记），标记/图案检测模块提供到预定义的检测器模板的一对一对应性。在理想条件中（即，没有遮挡物、完美检测等），该信息将足以估算图像中的X射线检测器的6个DOF位姿。然而，实际条件与理想相差甚远。在大多数X射线检查中，检测器的一个、两个或三个角落由于必须将患者定位在X射线检测器与X射线源之间而被患者遮挡。为了说明性目的，图7A示出了，三个角落（右上、右下和左下）被遮挡了的移动X射线检测器。此外，由于成像噪声和检测准确度，在标记位置中通常具有一些像素误差。这些不那么理想的条件使得从非常有限数目的点进行6个DOF位姿的估算并不可靠。

我们通过使用深度信息用于非常可靠地估算3个DOF检测器平面并然后使用该可靠的平面信息用于估算3个DOF检测器位置而克服了该问题。在图7A-7C中图示出我们的检测器平面估算方案。

我们首先通过使用IR图像中的检测到且已验证的标记的凸壳（convex hull）来建立感兴趣区域（ROI）。在数学上，在欧几里得平面中或在欧几里得空间中（或更一般性地，在现实之上的仿射空间中）的点集X的凸壳或凸包是包含X的最小的凸集。在给出输入点集并假定这些点不在同一直线上的情况下，那么它们的凸壳是凸多边形，其顶点是该输入点集中的点中的一些。该ROI被描绘为图7C的点云中的白色区域610。我们然后使用相邻点的表面法线信息通过“区域增长”来扩展该ROI。所增长的区域通过图7C的点云中的灰色区域620来描绘。取决于图像中的遮挡物的量，该方案为我们提供了检测器表面上的数以千计的点，然后我们可以使用这些点用于拟合非常可靠的平面。要注意，此处我们假定并非所扩展的ROI内的全部的点都位于检测器表面上。我们的基于RANSAC的鲁棒平面拟合算法将能够处置所扩展的ROI内的大多数非检测器对象（例如，手臂或腿），因为这些对象将最可能是非平面的。利用可靠地估算的检测器平面，我们知晓移动X射线检测器110的定向。

（C）X射线检测器的6个DOF位姿估算

6个DOF位姿运算中的最后的步骤是估算移动X射线检测器110的3D位置。在给出到模板的点对应性（标记/图案检测模块）以及移动X射线检测器平面的可靠估算（X射线检测器平面估算模块）的情况下，移动X射线检测器位置估算问题被精简成简单的2D-2D的对齐问题。为此，我们使用由Schweighofer和Pinz提出的鲁棒的位姿估算算法，其在我们的6个DOF位姿运算中提供了另一级别的鲁棒性。用于移动X射线检测器的6个DOF位姿定义了移动X射线检测器110在3D相机坐标系中的位置和定向。

X射线源的自动对齐

一旦以3D相机坐标系中的6个DOF数据的形式估算了移动X射线检测器的位姿，我们就可以通过使用在系统校准步骤中获得的变换来将该位置信息转换成X射线基座坐标系中的位置。然后可以应用在提交于2015年10月13日的美国专利申请序列号14/881,526中描述的逆向运动学来导出最佳X射线控制参数（通过将X射线基座坐标系中的位置转换成X射线源坐标系中的位置），使得可以将可定位X射线源122移动到与移动X射线检测器110对齐的对齐位置中。

根据一些实施例，系统控制器170取得移动X射线检测器110的位置信息，确定针对X射线来说与移动X射线检测器的位置对齐的用于X射线源122的对齐位置，并驱动X射线管机器人系统120以将可定位X射线源122移动到该对齐位置中。

参考图8中的流程图10，根据一些实施例，公开了一种用于确定X射线系统100中的移动X射线检测器110的位置的方法，其中该X射线系统装配有上文描述的3D相机。该方法包括：使用3D相机来获取移动X射线检测器的数字3D图像（框11），其中移动X射线检测器具有平面表面上的X射线接收部分以及提供在具有X射线接收部分的平面表面上的多个无源标记；在数字3D图像中检测所述多个无源标记以及标记的图案（框12），其中无源标记的图案定义了移动X射线检测器的具有X射线接收部分的平面；估算移动X射线检测器的X射线接收部分的平面（框13）；估算移动X射线检测器的6个DOF位姿（框14），其中所述6个DOF位姿定义了移动X射线检测器在3D相机的坐标系中的位置；以及将移动X射线检测器在3D相机的坐标系中的位置变换成X射线基座坐标系中的位置（框15）。

参考图9中的流程图20，根据各种实施例，公开了一种用于将X射线系统100的可定位X射线源122自动地对齐成与移动X射线检测器110对齐的方法，其中该X射线系统装配有上文描述的具有视场的3D相机。该方法包括：将移动X射线检测器手动地定位在用以检查患者身上的感兴趣区域的位置处（框21），其中移动X射线检测器具有平面表面上的X射线接收部分，并且多个无源标记被提供在具有X射线接收部分的平面表面上；将3D相机定位成使得移动X射线检测器在3D相机的视场内（框22）；使用3D相机自动地确定移动X射线检测器的位置（框23），其中自动地确定移动X射线检测器的位置包括：使用3D相机来获取移动X射线检测器的数字3D图像（框24），其中移动X射线检测器具有平面表面上的X射线接收部分以及提供在具有X射线接收部分的平面表面上的多个无源标记；在所获取的数字3D图像中检测所述多个无源标记以及标记的图案（框25），其中所述标记的图案定义了移动X射线检测器的具有X射线接收部分的平面；估算移动X射线检测器的X射线接收部分的平面（框26）；估算移动X射线检测器的6个DOF位姿（框27），其中所述6个DOF位姿定义了移动X射线检测器在3D相机的坐标系中的位置；以及将移动X射线检测器在3D相机的坐标系中的位置变换成定义了对齐位置的X射线基座坐标系中的位置（框28）；以及通过驱动X射线管机器人系统120来将X射线源自动地定位到对齐位置（框29），所述X射线管机器人系统120将X射线源带到与移动X射线检测器对齐。

在一些实施例中，使用移动X射线检测器在X射线基座坐标系中的位置来确定用于X射线源的对齐位置。用于X射线源的对齐位置是其中X射线源与移动X射线检测器对齐以进行X射线检查的位置。

在一些实施例中，3D相机是具有IR深度传感器能力的基于红外（IR）的相机，并且由3D相机获取的图像是IRD图像。如上文结合对运算X射线检测器的6个DOF位姿的论述所论述的，在3D相机是基于IR的相机的情况下，所述多个无源标记是IR反射标记。

在其它实施例中，3D相机是被配置有可见光谱深度传感器能力的基于可见光谱的相机，并且由3D相机获取的图像是RGBD图像。在这些实施例中，所述多个无源标记具有关于移动X射线检测器的颜色形成对比的颜色，以使得所述标记是可从移动X射线检测器的颜色区分开的。

在IR深度感测实施例和RGB深度感测实施例二者中，无源标记用于检测移动X射线检测器。在一些实施例中，无源标记包括径向角落标记220和较小的点标记210。较大的径向角落标记220被成形以标记移动X射线检测器的四个角落中的每一个。较小的点标记210用于标识和验证较大的径向角落标记，以使得我们知晓在具体的图像位置处观察检测器的哪个角落。在其它实施例中，也可以使用无源标记的其它形状和配置以及放置用于检测器检测。

本文中公开的X射线系统和方法由于X射线源与移动X射线检测器之间的更好的对齐而提供了改进的X射线图像质量。将通过使X射线源到移动X射线检测器的对齐自动化来改进X射线系统的操作效率，这将意味着增加的患者吞吐量。X射线检查的可重复性也将由于X射线源与移动X射线检测器之间的对齐的准确度将不再取决于X射线技术人员的经验水平而得到改进。此外，将该自动化对齐特征集成到X射线系统中的壁垒低，因为实现该自动化特征的成本低。

根据另一方面，公开了一种存储计算机程序指令的非暂时性计算机可读介质，所述计算机程序指令用于确定X射线系统中的移动X射线检测器的位置。所述计算机程序指令在由处理器执行时促使该处理器执行包括以下的操作：使用3D相机来获取移动X射线检测器的数字3D图像，其中移动X射线检测器具有平面表面上的X射线接收部分以及提供在具有X射线接收部分的平面表面上的多个无源标记；在所述数字3D图像中检测所述多个无源标记以及标记的图案，其中所述标记的图案定义了移动X射线检测器的具有X射线接收部分的平面；估算移动X射线检测器的X射线接收部分的平面；估算移动X射线检测器的6个DOF位姿，其中所述6个DOF位姿定义了移动X射线检测器在3D相机的坐标系中的位置；以及将移动X射线检测器在3D相机的坐标系中的位置变换成X射线基座坐标系中的位置。

根据另一方面，公开了一种存储计算机程序指令的非暂时性计算机可读介质，所述计算机程序指令用于将X射线系统的可定位X射线源自动地对齐成与移动X射线检测器对齐。所述计算机程序指令在由过程执行时促使处理器执行包括以下的操作：将移动X射线检测器手动地定位在用以检查患者身上的感兴趣区域的位置处，其中移动X射线检测器具有平面表面上的X射线接收部分以及提供在具有X射线接收部分的平面表面上的多个无源标记；将3D相机定位成使得移动X射线检测器在3D相机的视场内；使用3D相机自动地确定移动X射线检测器的位置，其中自动地确定移动X射线检测器的位置包括：使用3D相机来获取移动X射线检测器的数字3D图像，其中移动X射线检测器具有平面表面上的X射线接收部分以及提供在具有X射线接收部分的平面表面上的多个无源标记；在所获取的数字3D图像中检测所述多个无源标记以及标记的图案，其中所述无源标记的图案定义了移动X射线检测器的具有X射线接收部分的平面；估算移动X射线检测器的X射线接收部分的平面；估算移动X射线检测器的6个DOF位姿，其中所述6个DOF位姿定义了移动X射线检测器在3D相机的坐标系中的位置；以及将移动X射线检测器在3D相机的坐标系中的位置变换成定义了对齐位置的X射线基座坐标系中的位置；以及通过驱动X射线管机器人系统来将X射线源自动地定位到对齐位置，所述X射线管机器人系统将X射线源带到与移动X射线检测器对齐。

参考图1B，上述方法可以实现在使用系统控制器170的X射线系统100上，所述系统控制器170恰当地装配有计算机处理器171，其通过执行定义系统控制器170的总体操作的计算机程序指令来控制这样的操作。所述计算机程序指令可以存储在数据存储设备176（例如，固态存储器单元、磁盘等）中并在期望所述计算机程序指令的执行时被加载到存储器177中。因此，上述方法的步骤可以是存储在存储器177和/或数据存储设备176中的计算机程序指令并且由执行所述计算机程序指令的处理器171来控制。3D相机130可以连接到系统控制器170以将数字3D图像数据输入到系统控制器170。3D相机130和系统控制器170可以直接连接或者可以通过网络或其它无线通信协议进行无线通信。X射线管机器人系统120也可以连接到系统控制器170。X射线管机器人系统120和系统控制器170可以直接连接或者可以通过网络或其它无线通信协议进行通信。

系统控制器170可以与X射线管机器人系统120通信以控制X射线源122的定位和定向并且以控制通过移动X射线检测器110的X射线图像获取。可以将由X射线检测器110获取的X射线图像输入到系统控制器170。系统控制器170还包括一个或多个网络接口172以用于经由通信网络与其它设备通信。系统控制器170还包括使得用户能够与系统控制器170交互的其它输入/输出设备175。这样的输入/输出设备175可以是触摸屏接口、显示器、键盘、鼠标、扬声器、按钮等。本领域技术人员将认识到的是，系统控制器170的实现也可以包含其它组件，并且图1B是用于说明性目的的这样的控制系统的组件中的一些的高级框图。

提供了各种实施例的描述以使得本领域技术人员能够实践本公开内容。对这些实施例的各种修改将对本领域技术人员来说是容易地显而易见的，并且本文中定义的一般原理可以在不使用发明能力的情况下应用于其它实施例。本公开不旨在限于本文中示出的实施例，而是应被给予与本文中公开的原理和新颖特征一致的最宽范围。

Claims

1.一种用于确定X射线系统中的移动X射线检测器的位置的方法，其中所述X射线系统被提供有3D相机，所述方法包括：

使用所述3D相机来获取所述移动X射线检测器的数字3D图像，其中所述移动X射线检测器具有平面表面上的X射线接收部分以及提供在具有所述X射线接收部分的所述平面表面上的多个无源标记；

在所述数字3D图像中检测所述多个无源标记以及所述标记的图案，其中所述标记的图案定义了所述移动X射线检测器的具有所述X射线接收部分的平面；

估算所述移动X射线检测器的X射线接收部分的所述平面；

估算所述移动X射线检测器的6个DOF位姿，其中所述6个DOF位姿定义了所述移动X射线检测器在所述3D相机的坐标系中的位置和定向；以及

将所述移动X射线检测器在所述3D相机的坐标系中的所述6个DOF位姿变换成X射线基座坐标系中的对应的位置和定向。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述移动X射线检测器具有四个角落，并且所述多个无源标记被提供在所述四个角落中的每一个处的指定该特定角落的具体角落图案中，

其中在所述数字3D图像中检测所述多个无源标记和所述标记的图案包括确定所述具体角落图案，以及确定所述移动X射线检测器的定向。

3.根据权利要求2所述的方法，其中确定所述移动X射线检测器的定向包括将所述具体角落图案匹配至预定义的检测器模板。

4.根据权利要求2所述的方法，其中所述多个无源标记包括径向角落标记和多个点标记。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述3D相机是基于红外（IR）的相机并且所述多个无源标记是IR反射标记，并且所述3D相机被配置并适配有IR深度感测能力。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述3D相机是基于可见光谱的相机并且所述多个无源标记具有在视觉上可从所述移动X射线检测器的颜色区分开的颜色，并且所述3D相机被配置并适配有可见光谱深度感测能力。

7.一种用于将X射线系统的可定位X射线源自动地对齐成与移动X射线检测器对齐的方法，其中所述X射线系统装配有具有视场的3D相机，所述方法包括：

将所述移动X射线检测器手动地定位在用以检查患者身上的感兴趣区域的位置处，其中所述移动X射线检测器具有平面表面上的X射线接收部分以及提供在具有所述X射线接收部分的所述平面表面上的多个无源标记；

在所获取的数字3D图像中检测所述多个无源标记以及所述标记的图案，其中所述无源标记的图案定义了所述移动X射线检测器的具有所述X射线接收部分的平面；

估算所述移动X射线检测器的X射线接收部分的所述平面；

将所述移动X射线检测器在所述3D相机的坐标系中的所述6个DOF位姿变换成定义了对齐位置的X射线基座坐标系中的位置；以及

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述移动X射线检测器具有四个角落并且所述多个无源标记被提供在所述四个角落中的每一个处的指定该特定角落的具体角落图案中，

9.根据权利要求8所述的方法，其中确定所述移动X射线检测器的定向包括将所述具体角落图案匹配至预定义的检测器模板。

10.根据权利要求7所述的方法，其中所述多个无源标记包括径向角落标记和多个点标记。

11.根据权利要求7所述的方法，其中所述3D相机是基于红外（IR）的相机并且所述多个无源标记是IR反射标记，并且所述3D相机被配置并适配有IR深度感测能力。

12.根据权利要求7所述的方法，其中所述3D相机是基于可见光谱的相机并且所述多个无源标记具有在视觉上可从所述移动X射线检测器的颜色区分开的颜色，并且所述3D相机被配置并适配有可见光谱深度感测能力。

13.一种存储计算机程序指令的非暂时性计算机可读介质，所述计算机程序指令用于确定X射线系统中的移动X射线检测器的位置，其中所述X射线系统被提供有3D相机，所述计算机程序指令在被处理器执行时促使所述处理器执行包括以下的操作：

估算所述移动X射线检测器的X射线接收部分的所述平面；

将所述移动X射线检测器在所述3D相机的坐标系中的所述6个DOF位姿变换成X射线基座坐标系中的位置。

14.根据权利要求13所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述移动X射线检测器具有四个角落并且所述多个无源标记被提供在所述四个角落中的每一个处的指定该特定角落的具体角落图案中，

15.根据权利要求14所述的非暂时性计算机可读介质，其中确定所述移动X射线检测器的定向包括将所述具体角落图案匹配至预定义的检测器模板。

16.根据权利要求14所述的方法，其中所述多个无源标记包括径向角落标记和多个点标记。

17.根据权利要求13所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述3D相机是基于红外（IR）的相机并且所述多个无源标记是IR反射标记，并且所述3D相机被配置并适配有IR深度感测能力。

18.根据权利要求13所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述3D相机是基于可见光谱的相机并且所述多个无源标记具有在视觉上可从所述移动X射线检测器的颜色区分开的颜色，并且所述3D相机被配置并适配有可见光谱深度感测能力。

19.一种存储计算机程序指令的非暂时性计算机可读介质，所述计算机程序指令用于将X射线系统的可定位X射线源自动地对齐成与移动X射线检测器对齐，其中所述X射线系统装配有具有视场的3D相机，所述方法包括：

估算所述移动X射线检测器的X射线接收部分的所述平面；

20.根据权利要求19所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述移动X射线检测器具有四个角落并且所述多个无源标记被提供在所述四个角落中的每一个处的指定该特定角落的具体角落图案中，

21.根据权利要求20所述的非暂时性计算机可读介质，其中确定所述移动X射线检测器的定向包括将所述具体角落图案匹配至预定义的检测器模板。

22.根据权利要求20所述的方法，其中所述多个无源标记包括径向角落标记和多个点标记。

23.根据权利要求19所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述3D相机是基于红外（IR）的相机并且所述多个无源标记是IR反射标记，并且所述3D相机被配置并适配有IR深度感测能力。

24.根据权利要求19所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述3D相机是基于可见光谱的相机并且所述多个无源标记具有在视觉上可从所述移动X射线检测器的颜色区分开的颜色，并且所述3D相机被配置并适配有可见光谱深度感测能力。