CN109223012A - 成像设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种成像设备，包括数据采集系统、与数据采集系统信号连接的图像重建系统以及图像输出系统。数据采集系统包括射线源、探测器、分别与射线源和探测器连接的第一机械手臂和第二机械手臂以及监测和获取第一机械手臂与第二机械手臂的位置信息的监控装置。图像重建系统根据监控装置采集的第一机械手臂的位置控制第二机械手臂相应地移动。该成像设备不局限于固定的扫描轨迹，能够根据成像物自适应的调整扫描轨迹，可以是三维空间中的任意扫描轨迹，实现了灵活的三维成像。

Description

成像设备

技术领域

本发明涉及CT成像技术领域，尤其涉及一种成像设备。

背景技术

目前，X射线成像广泛应用于医疗领域，例如：DR设备和CT设备。DR设备和CT设备一般主要包括三部分，分别为机架、射线源和探测器。其中射线源发射X射线、探测器采集X射线信号进行成像，机架结构固定射线源和探测器。DR设备和CT设备的成像模式为将患者固定在射线源和探测器中间，射线源发射X射线，探测器接收穿过患者的X射线信号并进行成像。

DR是二维投影成像；传统的X射线CT成像设备的射线源和探测器通常为固定式的，在CT扫描过程中相对静止，或者固定在一个公共的机架上，保证相对位置不变。CT通过射线源和探测器围绕患者转动，采集多幅图像重构立体结构，进行三维成像。

现有的CT系统为了满足精确的扫描轨迹，射线源和探测器都采用固定结构，或者两者同时固定在一个结构上为一个整体。在CT扫描过程中需要患者采取固定的姿势，或站立、或平躺。如果一次扫描完成后，需要变换扫描位置，通常需要操作人员重新进行摆位；扫描过程中，患者只能适应扫描设备的成像方式，无法实现灵活的CT扫描，扫描设备无法适应患者的特殊情况，例如轮椅患者等。

有鉴于此，有必要设计一种改进的成像设备，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够根据被扫描物体自适应的调整扫描轨迹，实现灵活的三维成像的成像设备。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种成像设备，包括数据采集系统、与所述数据采集系统信号连接的图像重建系统以及图像输出系统，所述数据采集系统包括射线源、探测器、分别与所述射线源和所述探测器连接的第一机械手臂和第二机械手臂以及监测和获取所述第一机械手臂与所述第二机械手臂的位置信息的监控装置；所述图像重建系统根据所述监控装置采集的所述第一机械手臂的位置控制所述第二机械手臂相应地移动。

作为本发明的进一步改进，所述第一机械手臂与所述第二机械手臂分别安装在一个可移动基座上，所述可移动基座在平面上自由移动；所述第一机械手臂与所述第二机械手臂均具有若干个独立驱动关节，以使所述射线源与所述探测器在三维空间中自由移动。

作为本发明的进一步改进，所述第一机械手臂与所述第二机械手臂均至多具有6个独立驱动关节。

作为本发明的进一步改进，每一个所述独立驱动关节的任意一端设有信号发射装置，所述监控装置用于采集所述信号发射装置发出的位置信号以获取所述第一机械手臂的位置，所述图像重建系统接收、计算所述信号接收装置采集的所述第一机械手臂的位置以形成所述第二机械手臂的控制指令并控制所述第二机械手臂移动。

作为本发明的进一步改进，所述信号发射装置为可见光标记点，所述监控装置为可见光相机。

作为本发明的进一步改进，所述可见光标记点为红外标记点，所述可见光相机为红外摄像机。

作为本发明的进一步改进，所述红外摄像机的数量不小于2。

作为本发明的进一步改进，所述图像重建系统包括控制所述第一机械手臂移动的控制模块和与所述监控装置信号连接的信号反馈模块，所述控制模块包括若干种预设轨迹，所述信号反馈模块用于比较采集的所述第一运动轨迹与操作者选定执行的预设轨迹。

作为本发明的进一步改进，所述成像设备还包括与所述信号反馈模块信号连接的报警装置。

作为本发明的进一步改进，所述监控装置还用于采集所述信号发射装置发出的位置信号以形成所述第二机械手臂的第二运动轨迹，当所述第一运动轨迹与操作者选定的所述预设轨迹不一致时，所述报警装置报警；当所述第一运动轨迹与操作者选定的所述预设轨迹一致时，所述图像重建系统发出控制指令控制所述第二机械手臂移动，当所述第二运动轨迹与所述控制指令不一致时，所述报警装置报警。

作为本发明的进一步改进，每一个所述独立驱动关节上还设有实时探测所述独立驱动关节与周围物体的距离的探测装置。

作为本发明的进一步改进，所述探测装置为超声波传感器。

作为本发明的进一步改进，所述成像设备包括三种成像模式，分别为单角度成像、多角度成像以及360°成像；在单角度成像模式下，两个所述可移动基座均固定，所述射线源的拍摄角度以及所述射线源与所述探测器之间的距离可微调；在多角度成像模式下，任意一个所述可移动基座固定，所述射线源的拍摄角度具有多个且所述射线源与所述探测器之间的距离可调节；在360°成像模式下，两个所述可移动基座均可自由移动，所述射线源与所述探测器均可在三维空间中移动。

本发明的有益效果是：本发明的成像设备通过将射线源设置于可自由移动的第一机械手臂上、X射线探测器设置于可自由移动的第二机械手臂上，并通过监控装置与图像重建系统实时记录、控制第二机械手臂根据第一机械手臂的移动而移动，实现二者之间的联动控制，进行三维成像。该成像设备不局限于固定的扫描轨迹，能够根据成像物自适应的调整扫描轨迹，可以是三维空间中的任意扫描轨迹，实现了灵活的三维成像。

附图说明

图1为本发明成像设备的立体图。

图2为本发明成像设备的另一角度的结构示意图。

图3为单个独立驱动关节上设置红外标记点的结构示意图。

图4为图1中射线源朝向被扫描物体在三维空间中运动的示意图。

图5为第一机械手臂与第二机械手臂之间运动关系图。

图6为图1中第一机械手臂与第二机械手臂联动的逻辑控制示意图。

图7为图像重建系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

请参阅图1至图7所示，一种成像设备100，包括数据采集系统、与数据采集系统信号连接的图像重建系统以及图像输出系统。数据采集系统包括射线源1、探测器2、分别与射线源1和探测器2连接的第一机械手臂3和第二机械手臂4、监测和获取第一机械手臂3与第二机械手臂4的位置信息的监控装置5以及与监控装置5信号连接的报警装置(未图示)。图像重建系统6用于根据监控装置5采集的第一机械手臂3的位置控制第二机械手臂4相应地移动以使射线源1的发射方向与探测器2的屏幕垂直且两者之前的距离保持固定不变。

第一机械手臂3与第二机械手臂4分别安装在第一可移动基座30与第二可移动基座40上，第一可移动基座30与第二可移动基座40可以在平面(如地面)上自由移动以使第一机械手臂3与第二机械手臂4可以在平面上能够做较大范围的移动。第一机械手臂3和第二机械手臂4均包括若干个六自由度的独立驱动关节10，以使射线源1与探测器2可以在三维空间中自由移动。每一个独立驱动关节10上设有信号反射装置11和探测装置12。信号发射装置11设置于独立驱动关节10的任意一端。在本发明中，信号发射装置11为可见光标记点，可见光标记点11可以为红外标记点，即，在每一个独立驱动关节10上均设有红外标记点11，以在第一机械手臂3与第二机械手臂4在三维空间中移动过程中，实时标记对应的独立驱动关节10的位置。特别地，在本发明中，第一机械手臂3和第二机械手臂4仅需要至多5个独立驱动关节10即可。如此设置，相较于传统的6轴机械手臂，降低了产品的生产成本。

探测装置12用于实时探测独立驱动关节10与周围物体的距离以防止第一机械手臂3及第二机械手臂4与周围物体碰撞而损坏设备，优选地，探测装置12设置于相邻两个独立驱动关节10的连接节点处。在本实施方式中，探测装置12为超声波传感器。当然，探测装置12也可以为其他常用的距离探测设备，在此不予限制。

监控装置5为与信号发射装置11信号连接的可见光相机，可见光相机5可以为红外摄像机。可见光相机5用于采集信号发射装置11发出的对应的独立驱动关节10的位置信号以形成对应的机械手臂的运动轨迹，即，可见光相机5分别基于第一机械手臂3和第二机械手臂4上的信号反射装置11发出的信号以分别对应形成第一机械手臂3的第一运动轨迹P1和第二机械手臂4的第二运动轨迹P2。在本实施方式中，监控装置5包括设置于第一机械手臂3和第二机械手臂4周围的若干个红外摄像机，若干红外摄像机5实时捕捉并记录红外标记点11的运动轨迹和运动距离以形成第一运动轨迹P1和第二运动轨迹P2。优选地，红外摄像机5的数量不小于2个。

需要说明的是，信号发射装置11并不限于为红外标记点，监控装置5也并不限于为红外摄像机，只需保证信号发射装置11能够实时标记第一机械手臂3/第二机械手臂4的位置，监控装置5能够接收并记录信号发射装置11的信号即可。

请参阅图7并结合图1所示，图像重建系统6与第一机械手臂3和第二机械手臂4信号连接，包括控制第一机械手臂3移动的控制模块61和与监控装置5信号连接的信号反馈模块62。控制模块61内设有若干种预设轨迹，预设轨迹为预先存储于控制模块内的供选择的第一机械手臂3的多种运动轨迹(扫描轨迹)，操作者可以根据需要，在若干种预设轨迹中任意选定第一机械手臂3执行的运动轨迹。当然，第一机械手臂3的运动轨迹也可以通过外力控制，例如：操作者直接手动控制。控制模块61还用于接收、计算监控装置5采集的第一运动轨迹P1并形成第二机械手臂4的控制指令以控制第二机械手臂4运动以实现第一机械手臂3与第二机械手臂4之间的联动。

信号反馈模块62与监控装置5信号连接，用于比较监控装置5采集的第一运动轨迹P1与操作者选定执行的预设轨迹，还用于比较监控装置5采集的第二运动轨迹P2与图像重建系统6发出的控制指令。报警装置与信号反馈模块62信号连接。当第一运动轨迹P1与操作者选定的预设轨迹不一致时，判定第一机械手臂3移动异常，报警装置报警；当第一运动轨迹P1与操作者选定的预设轨迹一致时，判定第一机械手臂3移动正常，图像重建系统6发出控制指令控制第二机械手臂4联动，当第二运动轨迹P2与控制指令不一致时，判定第二机械手臂4移动异常，报警装置报警。报警装置用于向操作者发出错误警报，可以为声光报警器或者其他常用的报警装置，在此不予限制。

成像设备100可实现三种成像模式，分别为单角度成像、多角度成像以及360°成像(三维成像)。当第一可移动基座30与第二可移动基座40均被固定时，操作者可以对射线源1与成像物之间的拍摄角度及两者之间的成像距离进行微调，成像设备100的扫描角度小于180°，此时成像设备100处于单角度成像模式；当第一可移动基座30与第二可移动基座40中的其中一个被固定时，操作者可以根据需要对射线源1与成像物之间的拍摄角度进行调整，进行多角度成像，成像设备100的扫描角度可达到180°，此时成像设备100处于多角度成像模式；当第一可移动基座30与第二可移动基座40均可自由移动时，操作者可以预先选定第一机械手臂3执行的预设轨迹，第二机械手臂4根据第一机械手臂3的运动轨迹联动，成像设备100的扫描角度大于180°，此时成像设备100处于三维成像模式。

射线源1为X射线源，探测器4为X射线探测器。

请参图5所示，以下对成像设备100中的第一机械手臂3与第二机械手臂4之间的联动控制过程进行说明：操作者选定第一机械手臂3的预设轨迹，红外摄像机5获取并记录第一机械手臂3移动前的位置信息；第一机械手臂3带动射线源1执行移动，红外摄像机5获取并记录第一机械手臂3移动后的位置信息，计算得到第一机械手臂3的第一运动轨迹P1；信号反馈模块62比较第一运动轨迹P1与操作者选定的预设轨迹，当第一运动轨迹P1与操作者选定的预设轨迹不一致时，判定第一机械手臂3移动异常，报警装置报警；当第一运动轨迹P1与操作者选定的预设轨迹一致时，判定第一机械手臂3移动正常，图像重建系统6发出控制指令至第二机械手臂4，红外摄像机5获取并记录第二机械手臂4移动前的位置信息；第二机械手臂4带动探测器4执行移动，红外摄像机5获取并记录第二机械手臂4移动后的位置信息，计算得到第二机械手臂4的第二运动轨迹P2；信号反馈模块62比较第二运动轨迹P2与图像重建系统6发出的控制指令，当第二运动轨迹P2与控制指令不一致时，判定第二机械手臂4移动异常，报警装置报警；当第二运动轨迹P2与控制指令一致时，判定第二机械手臂4移动正常，至此，完成第一机械手臂3与第二机械手臂4之间的联动，以保证X射线源1的发射方向与X射线探测器4的屏幕垂直，且X射线探测器4与X射线源1之间的距离保持固定不变，保证了成像质量。

综上，本发明的成像设备100通过将X射线源1设置于可自由移动的第一机械手臂3上、X射线探测器4设置于可自由移动的第二机械手臂4上，并通过监控装置5与图像重建系统6实时记录、控制第二机械手臂4根据第一机械手臂3的移动而移动，实现二者之间的联动控制，进行三维成像，该成像设备100不局限于固定的扫描轨迹，能够根据成像物自适应的调整扫描轨迹，可以是三维空间中的任意扫描轨迹，实现了灵活的三维成像。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (13)

1.一种成像设备，包括数据采集系统、与所述数据采集系统信号连接的图像重建系统以及图像输出系统，其特征在于：所述数据采集系统包括射线源、探测器、分别与所述射线源和所述探测器连接的第一机械手臂和第二机械手臂以及监测和获取所述第一机械手臂与所述第二机械手臂的位置信息的监控装置；所述图像重建系统根据所述监控装置采集的所述第一机械手臂的位置控制所述第二机械手臂相应地移动。

2.根据权利要求1所述的成像设备，其特征在于：所述第一机械手臂与所述第二机械手臂分别安装在一个可移动基座上，所述可移动基座在平面上自由移动；所述第一机械手臂与所述第二机械手臂均具有若干个独立驱动关节，以使所述射线源与所述探测器在三维空间中自由移动。

3.根据权利要求2所述的成像设备，其特征在于：所述第一机械手臂与所述第二机械手臂均至多具有6个独立驱动关节。

4.根据权利要求3所述的成像设备，其特征在于：每一个所述独立驱动关节的任意一端设有信号发射装置，所述监控装置用于采集所述信号发射装置发出的位置信号以获取所述第一机械手臂的位置，所述图像重建系统接收、计算所述信号接收装置采集的所述第一机械手臂的位置以形成所述第二机械手臂的控制指令并控制所述第二机械手臂移动。

5.根据权利要求4所述的成像设备，其特征在于：所述信号发射装置为可见光标记点，所述监控装置为可见光相机。

6.根据权利要求5所述的成像设备，其特征在于：所述可见光标记点为红外标记点，所述可见光相机为红外摄像机。

7.根据权利要求6所述的成像设备，其特征在于：所述红外摄像机的数量不小于2。

8.根据权利要求1所述的成像设备，其特征在于：所述图像重建系统包括控制所述第一机械手臂移动的控制模块和与所述监控装置信号连接的信号反馈模块，所述控制模块包括若干种预设轨迹，所述信号反馈模块用于比较采集的所述第一运动轨迹与操作者选定执行的预设轨迹。

9.根据权利要求8所述的成像设备，其特征在于：所述成像设备还包括与所述信号反馈模块信号连接的报警装置。

10.根据权利要求9所述的成像设备，其特征在于：所述监控装置还用于采集所述信号发射装置发出的位置信号以形成所述第二机械手臂的第二运动轨迹，当所述第一运动轨迹与操作者选定的所述预设轨迹不一致时，所述报警装置报警；当所述第一运动轨迹与操作者选定的所述预设轨迹一致时，所述图像重建系统发出控制指令控制所述第二机械手臂移动，当所述第二运动轨迹与所述控制指令不一致时，所述报警装置报警。

11.根据权利要求4所述的成像设备，其特征在于：每一个所述独立驱动关节上还设有实时探测所述独立驱动关节与周围物体的距离的探测装置。

12.根据权利要求11所述的成像设备，其特征在于：所述探测装置为超声波传感器。

13.根据权利要求2所述的成像设备，其特征在于：所述成像设备包括三种成像模式，分别为单角度成像、多角度成像以及360°成像；在单角度成像模式下，两个所述可移动基座均固定，所述射线源的拍摄角度以及所述射线源与所述探测器之间的距离可微调；在多角度成像模式下，任意一个所述可移动基座固定，所述射线源的拍摄角度具有多个且所述射线源与所述探测器之间的距离可调节；在360°成像模式下，两个所述可移动基座均可自由移动，所述射线源与所述探测器均可在三维空间中移动。