CN108937992A - 一种x射线透视成像的原位可视化系统以及其标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种X射线透视成像的原位可视化系统以及其标定方法。本发明通过提供一种X射线透视成像原位可视化系统及其标定方法，将获取的透视图像，按照X射线原光路，投影在成像物体的表面；操作者通过观看物体表面的透视图像投影，即可以获取物体的内部图像信息；本发明采用标定装置和第一光学追踪系统工具确定X射线光源的位置和主光轴，再利用第二和第三光学追踪系统工具以及空间位置拾取工具确定投影反射装置的位置和主光轴，统一变换到同一个坐标系后，进行对齐，并进一步统一投影张角并对正图像方向，从而能比较方便地完成X射线光源与投影反射装置标定。

Description

一种X射线透视成像的原位可视化系统以及其标定方法

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种X射线透视成像的原位可视化系统以及其标定方法。

背景技术

移动式C型臂X光机是临床中常用的成像设备，在微创骨科等手术的诊断、定位与导航中有重要作用。然而实际手术中，需要利用X射线透视成像来观察操作工具相对于病灶点的实时位置，其视角需要反复在操作部位与影像显示设备之间切换，不利于手眼的协调操作。同时，上述过程需要反复透视，会给医生带来较多的电离辐射。

为解决上述问题，美国发布的专利(US 7198404B2，申请发布日2007.04.03)在C型臂 X光机上设计了一套相机增强的可视化系统，将真实病人图像与透视图像进行融合，在屏幕中显示，医生可以从屏幕中同时获取透视图像和真实手术场景，避免了视角的切换。这一定程度上提升了手术效率，减少了透视次数。但是，医生在操作的同时需要注视屏幕，仍存在手眼不协调的问题。

国内发布的专利(专利号CN 104739434A，申请公布日2015.07.01)在C型臂X光机上设计了一套具有手术定位和线性导航功能的装置，能够利用线激光在病人体表定位靶点位置，直接为医生提供了手术入点信息，可以减少透视次数，提高手术效率。但手术中，除手术入点信息外，医生还需要观察相关的解剖结构，这仍然需要从屏幕中获取，依然存在手眼不协调的问题。

发明内容

针对以上现有技术中存在的问题，本发明提出了一种X射线透视成像的原位可视化系统以及其标定方法，通过将透视图像按照成像时X射线的原光路投影到成像物体表面，实现透视图像在成像物体上的原位可视化显示。

本发明的一个目的在于提出一种X射线透视成像的原位可视化系统。

本发明的X射线透视成像的原位可视化系统包括：X射线成像系统、投影反射装置、调节装置、计算机和标定工具；其中，X射线成像系统包括X射线源和探测器；调节装置的一端固定在X射线源的外壳上，另一端连接投影反射装置；投影反射装置包括反射镜、投影仪和连接件，连接件一端固定反射镜，另一端固定投影仪；X射线成像系统通过网线连接至计算机；投影仪通过数据线连接至计算机；通过标定工具将X射线源的位置和主光轴方向与投影反射装置的光源位置和主光轴方向对齐并且调整投影反射装置的光路张角与图像方向，使得X射线源和投影反射装置的张角一致且图像对正，实现投影反射装置的光路与X射线源光路完全一致；X射线源发射X射线穿透反射镜照射至成像物体上，透射后衰减的X射线由探测器接收，形成透视图像，并传输至计算机，计算机将透视图像传输至投影仪，通过反射镜反射，透视图像按照X射线成像原光路投影在成像物体的表面。

标定工具包括：标定装置、第一至第三光学追踪系统工具和空间位置拾取工具；其中，标定装置放置在探测器上，在探测器旁侧固定第一光学追踪系统工具，通过标定装置求得X 射线源在第一光学追踪系统工具坐标系下的位置和主光轴方向；将标定装置从探测器的表面移开，在反射镜下放置平板，在连接杆上设置第二光学追踪系统工具，在平板上设置第三光学追踪系统工具，控制投影仪投影棋盘格，利用空间位置拾取工具在平板上拾取棋盘格角点位置进行计算，从而确定投影反射装置在第二光学追踪系统工具坐标下的光源位置和主光轴方向；将投影反射装置的光源位置和主光轴方向通过坐标变换转换到第一光学追踪系统工具坐标下；通过调节装置调整投影反射装置的光源位置和主光轴方向，从而将X射线源的位置和主光轴方向与投影反射装置的光源位置和主光轴方向对齐；进一步调整投影反射装置的光路张角与图像方向，使得二者张角一致且图像对正，实现投影反射装置的光路与X射线源光路完全一致。

标定装置包括：上面板、下面板、定位孔、标定线和支撑架；其中，上面板和下面板互相平行，二者由支撑架固定连接；在上面板上设置有均匀分布的M×N定位孔，定位孔的形状为倒圆台，上表面的直径大于下表面的直径，相邻的定位孔的横向间距和纵向间距均为等间距；在下面板上横向和纵向均匀分布M×N条标定线，每一个横向与纵向标定线的相交点，与一个定位孔的中心相对应，二者的连线垂直于上面板和下面板，N和M均为≥6的自然数。

上面板和下面板采用硬质非金属材料；标定线采用金属线。定位孔上表面的孔径为 5～6mm，下表面的孔径为上表面的一半；相邻的定位孔的间距在2.5～3cm之间。

调节装置采用万向臂。

本发明的另一个目的在于提供一种X射线透视成像的原位可视化系统的标定方法。

本发明的X射线透视成像的原位可视化系统的标定方法，包括以下步骤：

1)X射线源的标定：

a)将标定装置放置在X射线成像系统的探测器的上表面中间位置摆正，在探测器旁侧固定第一光学追踪系统工具；

b)建立第一光学跟踪系统工具坐标系S_tool1；

c)采集图像，并利用图像求解X射线光源在第一光学追踪系统工具坐标系下的位置和主光轴方向；

2)投影反射装置的标定：

a)将标定装置从探测器的表面移开，在反射镜下放置平板，在连接杆上设置第二光学追踪系统工具，在平板上设置第三光学追踪系统工具，分别定义第二和第三光学追踪系统工具坐标系S_tool2和S_tool3；

b)利用投影反射装置在平板上投影棋盘格，并采用空间位置拾取工具获取棋盘格角点在第三光学追踪系统工具坐标系下的位置，结合棋盘格角点的像素位置，进行计算，得到投影反射装置在第三光学追踪系统工具坐标系S_tool3下的光源位置和主光轴方向；

c)将投影反射装置在第三光学追踪系统工具坐标系下的光源位置和主光轴方向转换到第二光学追踪系统工具坐标系S_tool2下；

3)利用第一光学跟踪系统工具坐标系S_tool1与第二光学追踪系统工具坐标系S_tool2的转换关系，将投影反射装置在第二光学追踪系统工具坐标系下的光源位置和主光轴方向转换到第一光学追踪系统工具坐标系下；

4)在同一坐标系下，通过调整调节装置，使得投影反射装置的光源位置和主光轴方向与 X射线光源的位置和主光轴方向对齐；

5)确定X射线光源的张角，调整投影仪的投射范围，从而使得二者的张角一致；并且通过投影仪实际投影测试确定投影图像旋转角度，使得投影仪的图像方向与X射线光源的图像方向一致，从而完成X射线光源与投影反射装置的最终标定。

在步骤1)的c)中，采集图像并利用图像求解X射线光源在第一光学追踪系统工具坐标下的位置和主光轴方向，包括以下步骤：

i.采集透视图像：

X射线源发射X射线穿透反射镜照射至标定装置上，透射后衰减的X射线由探测器接收，形成透视图像，并传输至计算机；

ii.定义探测器坐标系S_detector：

利用计算机获取采集到的透视图像，将透视图像视为探测器所在的平面，取透视图像的一个顶角作为原点，图像的一边为x轴，另一边为y轴，垂直于图像远离X射线源的方向为z轴，定义探测器坐标系S_detector；

iii.求解X射线光源在探测器坐标系下的位置的(x,y)坐标：

借助标定装置求解X射线光源在探测器上的投影，从而确定X射线光源的(x,y)坐标；

iv.求解X射线光源的z轴坐标：

借助标定装置，根据相似三角形定理，求得X射线光源在探测器坐标系S_detector的z坐标；同时，X射线光源的主光轴方向为探测器坐标系S_detector的z轴方向；

v.坐标系变换：

将X射线光源的位置和主光轴方向从探测器坐标系S_detector转换到第一光学追踪系统工具坐标下。

在步骤2)的b)中，利用投影反射装置在平板上投影棋盘格，拾取棋盘格角点并计算，得到投影反射装置在第三光学追踪系统工具坐标系S_tool3下的光源位置和主光轴方向，具体包括以下步骤：

i.投影反射装置在平板上投影棋盘格，采用空间位置拾取工具，拾取棋盘格角点在第三光学追踪系统工具坐标系下的位置；

ii.多次改变投影反射装置的位置，重复步骤i)，进行棋盘格角点的拾取；

iii.利用拾取的角点坐标以及投影图像角点的像素位置，在第三光学追踪系统工具坐标系下计算投影反射装置的内参矩阵和外参矩阵，其中外参矩阵包含投影反射装置的光源位置和主光轴的信息。

本发明的优点：

本发明通过提供一种X射线透视成像原位可视化系统及其标定方法，将获取的透视图像，按照X射线原光路，投影在成像物体的表面；操作者通过观看物体表面的透视图像投影，即可以获取物体的内部图像信息；本发明采用标定装置和第一光学追踪系统工具确定X射线光源的位置和主光轴，再利用第二和第三光学追踪系统工具以及空间位置拾取工具确定投影反射装置的位置和主光轴，统一变换到同一个坐标系后，进行对齐，并进一步统一投影张角并对正图像方向，从而能比较方便地完成X射线光源与投影反射装置标定。

附图说明

图1为本发明的X射线透视成像的原位可视化系统的一个实施例的示意图；

图2为本发明的X射线透视成像的原位可视化系统的标定方法的流程图；

图3为本发明的X射线透视成像的原位可视化系统的标定装置的一个实施例的示意图；

图4为本发明的X射线透视成像的原位可视化系统的标定装置的标定原理图；

图5为本发明的X射线透视成像的原位可视化系统的投影反射装置的标定示意图。

具体实施方式

下面结合附图，通过具体实施例，进一步阐述本发明。

如图1所示，本实施例的X射线透视成像的原位可视化系统包括：X射线成像系统1、投影反射装置、调节装置2、计算机6和标定工具；其中，X射线成像系统包括X射线源和探测器；调节装置2的一端固定在X射线源的外壳上，另一端连接投影反射装置；投影反射装置包括反射镜3、投影仪5和连接件4，连接件4一端固定反射镜3，另一端固定投影仪5； X射线成像系统1通过网线连接至计算机6；投影仪5通过数据线连接至计算机6。通过标定工具使得投影反射装置的光路与X射线源光路完全一致，X射线源发射X射线穿透反射镜照射至成像物体7上，透射后衰减的X射线由探测器接收，形成透视图像，并传输至计算机，计算机将透视图像传输至投影仪，通过反射镜反射，透视图像按照X射线成像时的原光路投影在成像物体的表面，成像物体内的感兴趣点9的图像投影在成像物体的表面位置8上。

在本实施例中，X射线成像系统1采用C臂X光机，x射线源通过C型连接臂连接探测器。

如图3所示，本实施例的标定装置包括：上面板11、下面板14、定位孔10、标定线13和支撑架12；其中，上面板11和下面板14互相平行，二者由支撑架12固定连接，支撑架 12为四根支撑柱；在上面板11上设置有均匀分布的6×6定位孔10，定位孔10的形状为倒圆台，上表面的直径为5mm，下表面的直径为2.5mm，相邻的定位孔的横向间距和纵向间距均为3cm；在下面板上横向和纵向均匀分布6×6条标定线，采用钨丝，相邻钨丝间距为3cm，每一个横向与纵向标定线的相交点，与一个定位孔的中心相对应，二者的连线垂直于上面板和下面板。

如图2所示，本实施例的X射线透视成像的原位可视化系统的标定方法，包括以下步骤：

1)X射线源的标定：

a)将标定装置放置在X射线成像系统的探测器的上表面中间位置摆正，在探测器旁侧上固定第一光学追踪系统工具。

b)建立第一光学跟踪系统工具坐标系S_tool1。

c)采集图像，并利用图像求解X射线光源在第一光学追踪系统工具坐标下的位置和主光轴方向：

i.采集透视图像：

X射线源发射X射线穿透反射镜照射至标定装置上，透射后衰减的X射线由探测器接收，形成透视图像，并传输至计算机。

ii.定义探测器坐标系S_detector：

将透视图像视为探测器所在的平面，取透视图像的一个顶角作为原点，图像一边为x 轴，另一边为y轴，垂直于图像远离X射线源的方向为z轴，定义探测器坐标系S_detector。iii.求解X射线光源在探测器坐标下的位置的(x,y)坐标：

原理如图4所示，其中，O表示X射线源，U₁和U₂分别表示标定装置的上面板横向或纵向相邻的两个定位孔(位于上面板下表面)位置，U′₁和U′₂分别是对应的在成像平面上的点。D₁和D₂分别表示下面板上对应于U₁和U₂的标定线相交形成的点，D′₁和D′₂分别表示对应的在成像平面上的点。O′点表示O点在成像平面的投影点，其中O_U为OO′与上面板下表面的交点，O_D为OO′与标定线相交点所在平面的交点。

利用计算机获取透视图像的像素间隔信息，并计算U′₁，U′₂，D′₁，D′₂在探测器坐标系下的位置。可以证明O′点为U′₁D′₁和U′₂D′₂线段延长线的交点，即可以通过求解线段相交点来获取O点的(x,y)坐标。证明如下：

由于标定装置的上下面板平行于成像平面，即面D₁D₂O_D平行于成像平面，又由于标定装置中U₂D₂垂直于平面D₁D₂O_D，因此，U₂D₂垂直于成像平面。U₂D₂在平面OU′₂D′₂上，因此平面OU′₂D′₂垂直于成像平面。同理可知，平面OU′₁D′₁垂直于成像平面。假设U′₁D′₁和 U′₂D′₂线段延长线的交点为P，则知道OP为平面OU′₁D′₁与平面OU′₂D′₂的交线，所以OP 垂直于成像平面。又因为OO’也垂直于成像平面，则可以知道P点实际上与O’点重合，因此上述结论成立。

通过求U′₁D′₁和U′₂D′₂线段延长线的交点可以得到O’点坐标的几何解，为了使得求解更加准确，需要使用非线性的优化来求解。利用上述几何解作为初始化解，进行迭代优化。针对36组点U′_iD′_i(i＝1,2,3…36),假设真实的O’点距离每一直线U′_iD′_i的距离为L_i,优化的公式如下：

利用经典Levenberg-Maquard算法可对上式进行优化，求得当C值最小时，O′的位置。此时得到的解为最优解(x_op，y_op)。

iv.求解X射线光源的z轴坐标：

由于O_UO_D的长度可以通过测量标定装置获得，只需求解OO_u，O_DO′的长度即可。根据相似三角形定理可得到如下两组方程：

上面方程中只有OO_u，O_DO′两个未知量，从而可以联立立方程求解，最终可以求得OO′的长度，即OO_u+O_uO_D+O_DO′。为了使结果准确，使用上述方法选择不同的定位孔进行计算，求得OO′参数均值得到X射线源z坐标为则X射线源在S_detector坐标系下的坐标为(x_op，y_op，-)，主光轴方向为S_detector坐标系z轴的方向。

v.坐标系变换：

将上述在S_detector坐标系下的X射线源的位置和主光轴方向，转化到第一光学跟踪系统工具坐标系S_tool1下。为了求取S_detector与S_tool1的坐标转换关系，需要分别获取 m(3＜m＜36)个标定线相交点在两个坐标系之间的位置。其中，m个钨丝交叉点在S_tool1中的位置{D_k ^tool1}(k＝1，2，...，m)可通过空间位置拾取工具进行拾取。而m 个标定线相交点在S_detector中的位置{D_k}则通过以下方案求得：

以D₁为例，如图4，根据标定装置上下面板与探测器的平行关系，可知与图像中对应的方向一致，又根据三角形相似原理，求得：

则可知，又知O_D＝(x_op，y_op，-O′O_D)；从而可知 D₁的坐标。其余的位置D_k求解可用类似办法求得。

之后根据刚性变换原理，利用{D_k ^NDI_tool1}与{D_k}(k＝1，2，...，m)

求得S_detector到S_tool1的变换矩阵

最终求得X射线源在S_tool1坐标系下的位置T₁ ^-1*(x_op，y_op，-OO′，1)。而中T₁的旋转矩阵R₁反映主光轴在S_tppl1下的方向。

2)投影反射装置的标定，如图5所示：

a)将标定装置从探测器的表面移开，在反射镜下放置平板，在连接杆上设置第二光学追踪系统工具16，在平板上设置第三光学追踪系统工具17，分别定义第二和第三光学追踪系统工具坐标系S_tool2，S_tool3；

b)利用投影反射装置在平板上投影棋盘格，通过空间位置拾取工具18获取棋盘格角点位置并计算，得到投影反射装置在第三光学追踪系统工具坐标系S_tool3下的光源位置和主光轴方向：

i.投影反射装置在平板上投影棋盘格，通过空间位置拾取工具18获取棋盘格角点在第三光学追踪系统工具坐标系下的位置；

ii.多次改变投影反射装置的位置，重复步骤i)，进行棋盘格角点的拾取；

iii.利用拾取的角点以及投影图像角点的像素位置，在第三光学追踪系统工具坐标系下求解投影反射装置的内参矩阵：

dx，dy表示像素的尺寸，f表示焦距，u₀，v₀表示主点的像素位置。然后求解投影反射装置在第三光学追踪系统工具坐标系多组外参矩阵：

外参矩阵包含投影反射装置的光源位置和主光轴的信息，R_{pro_i}表示旋转矩阵，t_{pro_i}表示平移向量(i＝1，2，...10),具体过程见文献^[1]。

c)将第三光学追踪系统工具坐标系下的投影反射装置的光源位置和主光轴转换到第二光学追踪系统工具坐标系下：

在光学追踪系统工具测量系统中，较易知道S_tool2与S_tool3坐标系之间的变换关系T₂，即

S_tool2×T₂＝S_tool3

则可知S_tool2与投影反射系统坐标系的转换关系

由于实际中投影反射系统与第二光学追踪系统工具固定，所以多组外参求解得到的是接近的，多组计算平均值有

因而得到第二光学追踪系统工具坐标系S_tool2下，投影反射装置的光源的位置为

R_{pro_i} ^ave包含有主光轴的方向信息。

3)利用第一光学跟踪系统工具坐标系S_tool1与第二光学追踪系统工具坐标系S_tool2的转换关系，将投影反射装置在第二光学追踪系统工具坐标系下的光源位置和主光轴方向转换到第一光学追踪系统工具坐标系下。

4)在同一坐标系下，通过调整调节装置，使得投影反射装置的光源位置和主光轴方向与解X射线光源的位置和主光轴方向对齐。

5)确定X射线光源的张角，调整投影仪的投射范围，从而使得二者的张角一致：

实际应用中的X射线透视到成像平面常为一个半径为R的圆形。由于已经算得X射线源到成像平面的距离L＝OO’，所以可知X射线透视的张角为2arctan(R/L)；又知道投影仪投射的形状为围绕主点的一个矩形，为了保证投影仪光路的张角和X射线透视张角一致，需要调整投影仪的投射范围。假设其投射范围为长LL和宽LW(像素数)，由于投影仪模型可以视为相机模型的逆过程。则LW，LL满足如下等式：

其中dx，dy，f为(2)中求得的投影仪内参。实际使用中，需要在图像中截取圆形区域的外接正方形作为输入图像，将该图像缩放到上述所求的长为LL，宽为LW的区域中，进行投影。

并且通过投影仪实际投影测试确定投影仪的旋转角度：

由于S_detector由用户定义，所以投影图像可能有90、180或270度的旋转，通过实际投影测试确定旋转的角度。

从而投影仪的图像方向与X射线光源的图像方向一致，从而完成X射线光源与投影反射装置的最终标定。

最后需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

参考文献：

[1]Gavaghan K A,Peterhans M,Oliveira-Santos T,et al.A portable imageoverlay projection device for computer-aided open liver surgery[J].IEEEtransactions on biomedical engineering, 2011,58(6):1855-1864。

Claims (9)

1.一种X射线透视成像的原位可视化系统，其特征在于，所述原位可视化系统包括：X射线成像系统、投影反射装置、调节装置、计算机和标定工具；其中，X射线成像系统包括X射线源和探测器；调节装置的一端固定在X射线源的外壳上，另一端连接投影反射装置；投影反射装置包括反射镜、投影仪和连接件，连接件一端固定反射镜，另一端固定投影仪；X射线成像系统通过网线连接至计算机；投影仪通过数据线连接至计算机；通过标定工具将X射线源的位置和主光轴方向与投影反射装置的光源位置和主光轴方向对齐并且调整投影反射装置的光路张角与图像方向，使得X射线源和投影反射装置的张角一致且图像对正，实现投影反射装置的光路与X射线源光路完全一致；X射线源发射X射线穿透反射镜照射至成像物体上，透射后衰减的X射线由探测器接收，形成透视图像，并传输至计算机，计算机将透视图像传输至投影仪，通过反射镜反射，透视图像按照X射线成像原光路投影在成像物体的表面。

2.如权利要求1所述的原位可视化系统，其特征在于，所述标定工具包括：标定装置、第一至第三光学追踪系统工具和空间位置拾取工具；其中，标定装置放置在探测器上，在探测器旁侧固定第一光学追踪系统工具，通过标定装置求得X射线源在第一光学追踪系统工具坐标系下的位置和主光轴方向；将标定装置从探测器的表面移开，在反射镜下放置平板，在连接杆上设置第二光学追踪系统工具，在平板上设置第三光学追踪系统工具，控制投影仪投影棋盘格，利用空间位置拾取工具在平板上拾取棋盘格角点位置进行计算，从而确定投影反射装置在第二光学追踪系统工具坐标下的光源位置和主光轴方向；将投影反射装置的光源位置和主光轴方向通过坐标变换转换到第一光学追踪系统工具坐标下；通过调节装置调整投影反射装置的光源位置和主光轴方向，从而将X射线源的位置和主光轴方向与投影反射装置的光源位置和主光轴方向对齐；进一步调整投影反射装置的光路张角与图像方向，使得二者张角一致且图像对正，实现投影反射装置的光路与X射线源光路完全一致。

3.如权利要求2所述的原位可视化系统，其特征在于，所述标定装置包括：上面板、下面板、定位孔、标定线和支撑架；其中，上面板和下面板互相平行，二者由支撑架固定连接；在上面板上设置有均匀分布的M×N定位孔，定位孔的形状为倒圆台，上表面的直径大于下表面的直径，相邻的定位孔的横向间距和纵向间距均为等间距；在下面板上横向和纵向均匀分布M×N条标定线，每一个横向与纵向标定线的相交点，与一个定位孔的中心相对应，二者的连线垂直于上面板和下面板，N和M均为≥6的自然数。

4.如权利要求2所述的原位可视化系统，其特征在于，所述上面板和下面板采用硬质非金属材料；标定线采用金属线。

5.如权利要求2所述的原位可视化系统，其特征在于，所述定位孔上表面的孔径为5～6mm，下表面的孔直径为上表面的一半；相邻的定位孔的间距在2.5～3cm之间。

6.如权利要求1所述的原位可视化系统，其特征在于，所述调节装置采用万向臂。

7.一种X射线透视成像的原位可视化系统的标定方法，其特征在于，所述标定方法包括以下步骤：

1)X射线源的标定：

a)将标定装置放置在X射线成像系统的探测器的上表面中间位置摆正，在探测器旁侧固定第一光学追踪系统工具；

b)建立第一光学跟踪系统工具坐标系S_tool1；

c)采集图像，并利用图像求解X射线光源在第一光学追踪系统工具坐标系下的位置和主光轴方向；

2)投影反射装置的标定：

a)将标定装置从探测器的表面移开，在反射镜下放置平板，在连接杆上设置第二光学追踪系统工具，在平板上设置第三光学追踪系统工具，分别定义第二和第三光学追踪系统工具坐标系S_tool2和S_tool3；

b)利用投影反射装置在平板上投影棋盘格，并采用空间位置拾取工具获取棋盘格角点在第三光学追踪系统工具坐标系下的位置，结合棋盘格角点的像素位置，进行计算，得到投影反射装置在第三光学追踪系统工具坐标系S_tool3下的光源位置和主光轴方向；

c)将投影反射装置在第三光学追踪系统工具坐标系下的光源位置和主光轴方向转换到第二光学追踪系统工具坐标系S_tool2下；

3)利用第一光学跟踪系统工具坐标系S_tool1与第二光学追踪系统工具坐标系S_tool2的转换关系，将投影反射装置在第二光学追踪系统工具坐标系下的光源位置和主光轴方向转换到第一光学追踪系统工具坐标系下；

4)在同一坐标系下，通过调整调节装置，使得投影反射装置的光源位置和主光轴方向与X射线光源的位置和主光轴方向对齐；

5)确定X射线光源的张角，调整投影仪的投射范围，从而使得二者的张角一致；并且通过投影仪实际投影测试确定投影图像旋转角度，使得投影仪的图像方向与X射线光源的图像方向一致，从而完成X射线光源与投影反射装置的最终标定。

8.如权利要求7所述的标定方法，其特征在于，在步骤1)的c)中，采集图像并利用图像求解X射线光源在第一光学追踪系统工具坐标下的位置和主光轴方向，包括以下步骤：

i.采集透视图像：

X射线源发射X射线穿透反射镜照射至标定装置上，透射后衰减的X射线由探测器接收，形成透视图像，并传输至计算机；

ii.定义探测器坐标系S_detector：

利用计算机获取采集到的透视图像，将透视图像视为探测器所在的平面，取透视图像的一个顶角作为原点，图像的一边为x轴，另一边为y轴，垂直于图像远离X射线源的方向为z轴，定义探测器坐标系S_detector；

iii.求解X射线光源在探测器坐标系下的位置的(x,y)坐标：

借助标定装置求解X射线光源在探测器上的投影，从而确定X射线光源的(x,y)坐标；

iv.求解X射线光源的z轴坐标：

借助标定装置，根据相似三角形定理，求得X射线光源在探测器坐标系S_detector的z坐标；同时，X射线光源的主光轴方向为探测器坐标系S_detector的z轴方向；

v.坐标系变换：

将X射线光源的位置和主光轴方向从探测器坐标系S_detector转换到第一光学追踪系统工具坐标下。

9.如权利要求7所述的标定方法，其特征在于，在步骤2)的b)中，利用投影反射装置在平板上投影棋盘格，拾取棋盘格角点并计算，得到投影反射装置在第三光学追踪系统工具坐标系S_tool3下的光源位置和主光轴方向，具体包括以下步骤：

i.投影反射装置在平板上投影棋盘格，采用空间位置拾取工具，拾取棋盘格角点在第三光学追踪系统工具坐标系下的位置；

ii.多次改变投影反射装置的位置，重复步骤i)，进行棋盘格角点的拾取；

iii.利用拾取的角点坐标以及投影图像角点的像素位置，在第三光学追踪系统工具坐标系下计算投影反射装置的内参矩阵和外参矩阵，其中外参矩阵包含投影反射装置的光源位置和主光轴的信息。