CN108618800B - X射线发生装置、x光机、激光定位方法及调控方法 - Google Patents

X射线发生装置、x光机、激光定位方法及调控方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种X射线发生装置、X光机、激光定位方法及调控方法。根据一实施方式，X射线发生装置包括：一球管以及两个激光器组件，每个所述激光器组件包括：一激光器；以及一激光入射角度控制器，所述激光入射角度控制器与所述激光器连接并且能够控制所述激光器的激光入射角度。本发明便于定位导航且不会影响X光图像。

Description

X射线发生装置、X光机、激光定位方法及调控方法
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，特别是一种具有角度可调的激光器组件的X射线发生装置以及具有该X射线发生装置的X光机。并且，本发明还涉及一种激光定位方法与激光器组件的调控方法。
背景技术
微创治疗具有创伤小、痛苦少等特点，目前正在被越来越多的用于外科手术。“体外定位”是微创手术的关键技术，即指在不切开身体的情况下通过X光影像确定体内目标部位(如病灶)的具体位置，并确定最佳创口的位置和角度。因此如何使用X光机(如C形臂X光机)进行精准的创口定位是微创治疗成败的关键。
目前临床上应用的“体外定位方法”很多，比如，手术医生在皮肤上放置钢针等标志物，利用术中C臂X光机透视来进行体内目标的初步定位。然而，这种方式不仅错误率较高，而且对医患的辐射量大，增加了手术难度和风险。近年也提出了诸如计算机辅助三维手术定位导航技术等相关方式，这样的方式虽然准确性较高，但由于这类技术在应用上实时性差、费用昂贵、操作复杂，在普通手术中应用成本过高，使得普及推广受到限制。此外，还提出了如金属网定位法、三维导向器、四角激光定位法等各种方式，但均有明显缺陷，很少用于临床。
发明内容
有鉴于此，本发明一方面提出了一种具有角度可调的激光器组件的X射线发生装置以及具有该X射线发生装置的X光机。并且本发明另一方面提出了一种激光定位方法与激光器组件的调控方法。
根据一实施方式，X射线发生装置包括：一球管；以及两个激光器组件，每个所述激光器组件包括：一激光器；以及一激光入射角度控制器，所述激光入射角度控制器与所述激光器连接并且能够控制所述激光器的激光入射角度。
其中，所述两个激光器组件可以分别位于所述球管相邻的两侧外壁上，并且所述两个激光器组件的激光口与所述球管的下端面处于同一平面且被设置于所在球管边缘的中间位置。
其中，所述两个激光器组件可以分别可拆卸地安装于所述球管的两侧外壁上。
根据一实施方式，X光机包括如前所述的任一种X射线发生装置，所述X射线发生装置的两个激光器组件所产生的两个激光面的交线与所述X光机所产生并投射于所述X光机的平板探测器以生成目标部位图像的X光重合。
其中，所述X光机可以为C形臂X光机。
根据一实施方式，激光定位方法利用如前所述的X光机，将所述两个激光器组件所产生的两个激光面的交线与待检对象身体上的交点选定为定位点。
根据一实施方式，激光器组件的调控方法，用于一如前所述的X光机，所述方法包括：确定X光机生成的图像中的目标部位点向图像上对应于设有激光器组件的两侧边缘的投影点；分别计算所述X光机生成的图像的中心点到图像中的所述目标部位点与所述投影点之间连线的投影距离x和y；获取所述X光机的X光源到所述X光机的平板探测器的垂直距离SID；以及根据所述垂直距离SID与所述投影距离x和y，分别计算所述两个激光器组件中的激光器的激光入射角度α和β。
其中，所述方法还可以包括通过如下公式分别计算α和β：
α＝arctan(x/SID)
β＝arctan(y/SID)。
其中，在初始状态时，所述两个激光器组件中的激光器的激光入射角度可以与所述X光机的平板探测器平面垂直。
应用本发明提出的包含手术定位导航功能的C形臂X光机能够将激光定位机制与C形臂X光机融为一体，即在C形臂X光机内置激光手术定位导航功能，激光定位装置不再置于X光探测器下方，对X光图像不产生影响。同时，激光定位装置无复杂的机械结构设计，且不再需要使用校准板进行校准。此外，激光定位装置位于球管端，解决了定位装置位于探测器端，导致探测器在床下无法进行定位导航的问题。
附图说明
下面将通过参照附图详细描述本发明的实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其他特征和优点，附图中：
图1为根据本发明一实施方式的X射线发生装置的示意图。
图2为根据本发明一实施方式的激光器组件的示意性框图。
图3为根据本发明一实施方式的X光机的示意图。
图4为根据本发明一实施方式的激光器组件的调控方法的示意性流程图。
图5为根据本发明一实施方式的X光机生成的图像的示意图。
图6为根据本发明一实施方式的示意性原理图。
图7为根据本发明一实施方式的示意性原理图。
其中，附图标记如下：
100、31 球管
10、20 激光器组件
101 激光器
102 激光入射角度控制器
300 X光机
32、60 平板探测器
33、34、36 旋转调节装置
35 控制台
37 升降调节装置
38 激光器组件
39 束光器
400 激光器组件的调控方法
S410-S440 步骤
500 图像
S X光源
O 中心点
O' 目标部位点
x 投影距离
y 投影距离
SID 垂直距离
α、β 角度
P、Q 投影点
L 交线
W、V 激光面
G 目标部位的真实位置
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部分。
在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。
在本文中，“一”、“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。在本文中，“第一”、“第二”等仅用于彼此的区分，而非表示它们的重要程度及顺序、以及互为存在的前提等。
参见图1和图2，图1为根据本发明一实施方式的X射线发生装置的示意图，图2为根据本发明一实施方式的激光器组件的示意性框图。如图1所示，X射线发生装置包括球管100以及两个激光器组件10和20。在图2中以激光器组件10为例进行图示说明，每个激光器组件可以包括激光器101和激光入射角度控制器102，激光入射角度控制器102与激光器101连接并且能够控制激光器101的激光入射角度。
如图1所示，两个激光器组件10和20分别位于球管100相邻的两侧外壁上，并且两个激光器组件10和20的激光口与球管100的下端面处于同一平面且被设置于所在球管100边缘的中间位置，从而当X射线发生装置应用于一X光机时，其激光器组件10和20所产生的两个激光面的交线与X光机所产生并投射于X光机的平板探测器以生成目标部位图像的X光重合。在一实施方式中，两个激光器组件10和20可以分别可拆卸地安装于球管100的两侧外壁上。本领域的技术人员可以根据实际需要选择激光器组件的设置位置与安装方式，本发明在此方面不以图示内容为限。
下面结合图3说明前述X射线发生装置应用于一X光机的情形。图3为根据本发明一实施方式的X光机的示意图，在此以C形臂X光机为例进行示意性说明。本领域的技术人员容易理解的是，可以将本文所公开和教导的X射线发生装置应用于其他类型的X光机而不以C形臂X光机为限。
在如图3所示的示意性实施方式中，X光机300包括如前所述的任一种X射线发生装置。具体地，如图3所示，X光机300包括X射线发生装置和X射线接收装置以及控制台35、旋转调节装置33、34、36和升降调节装置37。
X射线发生装置包括球管31以及两个激光器组件，图3中仅示出其中一个激光器组件38。此外，X射线发生装置前端还设置一束光器39。X射线接收装置在图3中被示出为平板探测器32。其中，两个激光器组件所产生的两个激光面的交线与X光机300所产生并投射于平板探测器32以生成目标部位图像的X光重合。如此一来，能够应用如图3所示的X光机300这样的X光机实现一种激光定位方法，即将两个激光器组件所产生的两个激光面的交线与待检对象身体上的交点选定为定位点。实践中，可以利用这一激光定位方法来进行目标部位(如病灶)的体外定位。
参见图4，图4为根据本发明一实施方式的激光器组件的调控方法的示意性流程图。在如图4所示的示意性实施方式中，激光器组件的调控方法400用于一如前所述的X光机，所述方法400包括：
步骤S410：确定X光机生成的图像中的目标部位点向图像上对应于设有激光器组件的两侧边缘的投影点；
步骤S420：分别计算X光机生成的图像的中心点到图像中的目标部位点与投影点之间连线的投影距离x和y；
步骤S430：获取X光机的X光源到X光机的平板探测器的垂直距离SID；以及
步骤S440：根据垂直距离SID与投影距离x和y，分别计算两个激光器组件中的激光器的激光入射角度α和β。
下面一并参照图5-图7对上述方法400进行详细描述。其中，图5为根据本发明一实施方式的X光机生成的图像的示意图，图6为根据本发明一实施方式的示意性原理图，图7为根据本发明一实施方式的示意性原理图。
参见图5-图7，在如图5所示的X光机生成的图像500中，以O表示图像500的中心点，O'表示目标部位在图像500中的位置，即目标部位点。首先，确定图像500中的目标部位点O'向图像500上对应于设有激光器组件的两侧边缘(参见图7)的投影点P和Q(步骤S410)。分别计算图像500的中心点O到图像500中的目标部位点O'与投影点之间连线的投影距离x和y，x和y也可以表述为目标部位点O'在经过中心点O的横纵坐标方向(x方向和y方向)上相对于中心点O的偏移值(步骤S420)。实践中，可以根据目标部位点O'的坐标和平板探测器60的物理像素尺寸等信息计算得出x和y的数值。
参见图6和图7，接下来获取X光机的X光源S到X光机的平板探测器60的垂直距离SID(步骤S430)。实践中，可以根据产品手册等相关说明文件查询垂直距离SID的值，或者根据实际情况进行测量而获得，本发明在此方面不受限。
然后，根据垂直距离SID与投影距离x和y，分别计算两个激光器组件中的激光器的激光入射角度α和β(步骤S440)。在一实施方式中，可以通过如下公式分别计算α和β：
α＝arctan(x/SID)
β＝arctan(y/SID)。
其中，α表示x方向上的激光器组件10的激光入射角度，即激光器组件10中的激光器需要沿x方向旋转的角度，以保证其激光平面V同时经过X光源S和目标部位点O'。其中，β表示y方向上的激光器组件20的激光入射角度，即激光器组件20中的激光器需要沿y方向旋转的角度，以保证其激光平面W同时经过X光源S和目标部位点O'(参见图7)。
需要说明的是，尽管在图7中为清楚起见，分别以虚线表示的三角平面V和W图示两个激光器组件产生的激光面，容易理解的是，两个激光器组件所产生的激光面分别为沿平面V和W方向延伸的平面，并且二者的交线如图7中所示为经过X光源S和目标部位点O'的直线L。图7中所示的该交线L上的点G表示目标部位的真实位置，换言之，两个激光面的交线L与X光机所产生并投射于X光机的平板探测器60以生成目标部位图像的X光重合，从而可以利用交线L与待检测对象身体的交点来确定最佳创口位置。
在本文所公开和教导的X光机中，初始状态时，两个激光器组件中的激光器的激光入射角度与平板探测器平面垂直，以作为常规透视的十字准正激光器。当用于手术定位导航时，可以通过激光入射角度控制器对激光器的激光入射角度进行调节。当再次进入常规透视模式时，激光器组件将重置为初始状态。实践中，使用者可以手动输入目标部位在X光机生成的图像中的目标部位点位置，由X光机的控制台进行相关运算并生成控制信号，将控制信号发送至激光器组件中的激光入射角度控制器来进行角度调节，也可以由激光入射角度控制器直接进行相关运算并生成相应控制信号来调节激光器的激光入射角度。
在本文的各示意性图示中，为清楚示出激光器组件所设置的位置隐去了X光机发射端的外壳，实践中可以将激光器组件设置于X光机发射端的外壳内，仅在外壳上的适当位置留有激光口即可。
本发明提供一种X射线发生装置、X光机、激光定位方法及调控方法。根据一实施方式，X射线发生装置包括：一球管以及两个激光器组件，每个所述激光器组件包括：一激光器；以及一激光入射角度控制器，所述激光入射角度控制器与所述激光器连接并且能够控制所述激光器的激光入射角度。本发明便于定位导航且不会影响X光图像。
应用本发明提出的包含手术定位导航功能的C形臂X光机能够将激光定位机制与C形臂X光机融为一体，即在C形臂X光机内置激光手术定位导航功能，激光定位装置不再置于X光探测器下方，对X光图像不产生影响。同时，激光定位装置无复杂的机械结构设计，且不再需要使用校准板进行校准。此外，激光定位装置位于球管端，解决了定位装置位于探测器端，导致探测器在床下无法进行定位导航的问题。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。在各方法实施方式中，虽结合示意性流程图进行相关说明，各步骤之间的顺序不以所示内容为限，本领域的技术人员可以根据需要调整各步骤之间的顺序和/或对各步骤进行拆分执行或合并执行。

Claims (6)

1.一种激光器组件的调控方法，用于一X光机，所述X光机包括一X射线发生装置和一平板探测器，所述X射线发生装置包括：
一球管；以及
两个激光器组件，每个所述激光器组件包括：
一激光器；以及
一激光入射角度控制器，所述激光入射角度控制器与所述激光器连接并且能够控制所述激光器的激光入射角度；
其中，所述X射线发生装置的两个激光器组件所产生的两个激光面的交线与所述X光机所产生并投射于所述X光机的平板探测器以生成目标部位图像的X光重合；
所述方法包括：
确定X光机生成的图像中的目标部位点向图像上对应于设有激光器组件的两侧边缘的投影点；
分别计算所述X光机生成的图像的中心点到图像中的所述目标部位点与所述投影点之间连线的投影距离x和y；
获取所述X光机的X光源到所述X光机的平板探测器的垂直距离SID；以及
根据所述垂直距离SID与所述投影距离x和y，分别计算所述两个激光器组件中的激光器的激光入射角度α和β。
2.如权利要求1所述的激光器组件的调控方法，其中，所述两个激光器组件分别位于所述球管相邻的两侧外壁上，并且所述两个激光器组件的激光口与所述球管的下端面处于同一平面且被设置于所在球管边缘的中间位置。
3.如权利要求2所述的激光器组件的调控方法，其中，所述两个激光器组件分别可拆卸地安装于所述球管的两侧外壁上。
4.如权利要求1所述的激光器组件的调控方法，所述方法还包括通过如下公式分别计算α和β：
α＝arctan(x/SID)
β＝arctan(y/SID)。
5.如权利要求1-4中任一项所述的激光器组件的调控方法，其中，在初始状态时，所述两个激光器组件中的激光器的激光入射角度与所述X光机的平板探测器平面垂直。
6.如权利要求1-4中任一项所述的激光器组件的调控方法，其中，所述X光机为C形臂X光机。
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