CN110536639A - 用于确定射线照相系统中的sid与患者厚度的方法和系统 - Google Patents

Abstract

用于利用无线射线照相检测器来准确地确定射线照相术配置中的SID（源‑图像‑距离）的方法和系统，以及用于确定射线照相术配置中的患者的厚度的方法和系统。所述用于确定SID的方法基于用于精确地确定在传感器阵列和生成器阵列的集合之间的距离的方法。生成器阵列和传感器阵列优选是正交布置的磁场生成器和传感器，其允许测量距离，而不受生成器与传感器阵列之间的人体组织的存在所影响。

Description

用于确定射线照相系统中的SID与患者厚度的方法和系统

技术领域

本发明一般涉及SID（源-图像-距离）以及患者厚度的测量，以用于设置常规射线照相术配置中的曝光参数，其中所述射线照相术检测器对着患者的一侧被定位，但是当从X射线源定位的视点查看的时候，检测器表面被患者遮蔽。

背景技术

考虑到患者的年龄和性别是已知的，能够精确地为所选检查确定最优曝光设置已经是常规射线照相术中长期存在的问题。为了能够计算最优曝光设置（即kV、mAs & 滤波），射线照相术系统的获取几何结构和患者厚度必须已知。患者厚度参数确定X射线射束在击中成像检测器之前的衰减和散射，并且因此对所获取的图像的总体图像品质有显著影响。术语“获取几何结构”必须被理解为确定以下各项的参数的集合：X射线源的物理特性（诸如准直器设置）以及在X射线源与患者或成像检测器之间的几何关系（诸如例如SID（源图像距离））。

在常规射线照相术中，X射线源（在大多数情况中是X射线管）的射束被修改或成形，以最优地使受检查的患者组织主体暴露，以提供最优图像品质结果，而同时最小化患者对于辐射的暴露。暴露患者感兴趣的区的X射线射束的部分被射束在其去往成像检测器的路径上所遇到的组织部分地衰减，并且形成潜像，所述潜像在对于X射线灵敏的检测器中积累（CR-图像）或集成（DR图像）。所谓的曝光设置完全地确定X射线射束的品质并且对结果得到的图像有重要影响，但是类似地对患者吸收的剂量有影响。曝光设置基本上由将被实施的检查的类型确定，并且取决于以下：检查的类型（软组织检查需要与骨结构检查相比不同的设置）、患者年龄（儿科或非儿科）、患者的性别、特定的获取几何结构SID（源图像距离）、ODD（对象检测器距离）、射束的入射角和患者厚度。曝光设置在以下各项的方面中被限定：mA（通过X射线管的阳极的电流）、s（以秒为单位的曝光持续时间）以及kV（以千伏为单位的管电压）。

在固定的射线照相术装置中，获取几何结构相对容易确定，因为不同模态组件的移动的自由度由模态设计来限定，并且单独组件的移动可以容易地通过测量其位移来被追踪。用于获取几何结构（即X射线源、图像检测器和桌台表面）的主要确定组件在空间中的确切位置可以相对容易地通过追踪或测量那些组件相对于参考定位的移动来被计算。C臂台架的位移或旋转的数字读数可以不含糊地限定例如X射线射束的发射点和倾斜角。在典型的固定射线照相术装置中，图像检测器的位置也可以被不含糊地定位，这是由于以下事实：即它驻留在所谓的检测器“布凯氏（bucky）”中，所述检测器“布凯氏”在桌台中的位置被预定或可以被容易地测量。

对于没有关于所有组件的数字定位读数的较老旧的射线照相术装备、以及对于移动射线照相术设备或对于需要检测器在所述布凯氏外部的检查类型而言，情形是不同的。移动X射线设备被用作在如下境况下获取射线照相术图像的通用解决方案：在所述境况中，患者不能被容易地输送到专用X射线室，或不能被容易地定位。在急救室中、在介入性设置中或在其中患者在他医院病床上需要检查的情况中使用移动X射线设备。清楚的是，在这些境况下，当在不同组件、诸如X射线源与图像检测器之间的相对定位信息不可用的时候，精确地确定获取几何结构不明显得多。

特别地，图像检测器相对于X射线源的确切定位和定向的确定是有挑战性的，因为这两个对象通常没有机械关系，并且甚至可能不在彼此的视线中。而且，患者的厚度不能直接得自容易的测量，因为它至少需要确定图像检测器、并且相对于X射线射束去往患者体中的入射点的相对定位。必须假定当从源视角查看的时候，待成像的对象或患者遮蔽图像检测器。因此，不能应用需要清楚视线的距离测量技术。然而，它们可以被应用于确定在X射线源与患者表面之间的距离。

在本领域中，依赖于各种效应的不同距离测量技术已经作为解决方案被提出。一些解决方案部分或完全地依赖于动力学传感器的集成，所述动力学传感器可以基于加速度测量或相对于例如重力的成角来记录并且计算位移。这些解决方案需要所记录的移动的复杂计算，并且对于此处被描述的应用而言不足够精确，因为传感器可能随时间而漂移。基于此原理的解决方案还总是需要校准步骤，在所述校准步骤中，待追踪的对象必须在参考定位中被配准。另外，在这种应用中所使用的类型的动力学传感器具有某些固有限制，其不允许测量某些参数。例如，加速度传感器不能检测被定向在与地表面平行（与重力垂直）的平面中的对象的旋转。作为示例，美国专利US2014376700（Samsung Electronics（三星电子）有限公司）提出了一种解决方案，其用于至少对准X射线管与使用这样的角度测量传感器的检测器的定向。

在相同的公开内容中，还提出了磁场传感器，其用于测量并且检测（所述磁场传感器被附连到的）X射线图像检测器相对于磁场生成器的相对定位，所述磁场生成器被连接到X射线源组装件。磁场生成器生成静态磁场，所述静态磁场的强度在磁场传感器的定位处被测量并且被使得与在磁场传感器和磁场生成器（后者被定位成靠近于X射线源）之间的相对距离相关联。所述磁场与磁场生成器和各个磁传感器之间的相应距离的三次方近似成反比。所测量的磁场强度值因而指示磁场生成器与磁传感器之间的距离。磁场测量与加速度传感器相组合地被使用，以便获得图像检测器的相对位置和相对定向，其与起始位置的确定相组合而允许计算距X射线源定位的绝对距离。然而，该解决方案不是非常精确，并且非常容易受到可能影响磁场的外部影响，其诸如金属对象的存在或者诸如地球的磁场之类的其它静态或非静态磁场的存在、或者在检测器附近的电磁体或线圈的存在。

US9179886（Carestream Health公司）公开了一种途径，借此，用于对准图像检测器与X射线源射束的方法还基于磁原理。在本公开内容中，在被连接到X射线源的定位处生成时变磁场模式，使得该信号可以被拾取并且通过被连接到成像检测器的多个磁传感器（至少2个）来被测量。以所选的预定频率来生成磁场模式，以便使得信号对于人类组织而言是透明的（即能量不被人类组织吸收）。交变磁场的优点在于幅度测量允许补偿任何存在的静态磁场，诸如地球的磁场。时变信号在多个空间上分布的磁传感器元件（或线圈）处被拾取并且测量，所述多个空间上分布的磁传感器元件（或线圈）被布置在图像检测器的固定定位处，并且其中由所生成的磁场感应的所组合的读出指示检测器相对于磁场生成器的位置。所述技术因而是在先前提及的解决方案之上的改进，因为它不太易受外部磁干扰影响，但是同时清楚的是，所述技术不意图（并且不实现）获得被附连到检测器的传感器的绝对位置测量。本公开内容实现所有检测器相对于磁场生成器的相对定位的更可靠估计。通过对照一组参考值而比较所测量的值，所述方法能够提供图像检测器与X射线源位置的对准的指示。

贡献于系统精确度的一个重要方面是不同的磁传感器被不同地对准，尽管仅仅在与图像检测器相同的平面中。需要至少两个磁传感器，并且优选地在彼此至少成45°下被对准。附加的磁传感器可以被添加以进一步改进所述方法的精确度。附加的检测器优选地被布置在相同的平面中，但是在不同的偏移角下。

在另一公开内容（US7581885）中，使用被内置到成像检测器包套拐角中的3个GPS传感器的集合的想法被用于通过使用GPS的卫星来执行3个传感器的绝对GPS定位（依赖于三边测量技术来用于确定GPS传感器的单独定位的测量）。在该文献中，提出如下想法：即一旦成像检测器的拐角中的3个传感器的确切位置是已知的，就也可以计算成像检测器相对于X射线源的相对定位。然而当今一般已知的是：对于在亚厘米水平上定位对象的这个所意图的应用而言，（民用）GPS的精确度是不够的，因为在最优信号接收条件下民用GPS接收器的标准水平精确度是3.5米。最优化的GPS位置增强技术（诸如在采矿工业中所使用的RKP）导致4cm的精确度。尤其是当一般已知许多外部因素可使GPS定位精确度降级（诸如建筑物中的信号阻断或对着墙壁的信号反射）的时候，清楚的是：在这样的X射线成像检测器对准系统的操作条件下——即在医院建筑物内部，所提出的系统的精确度将尤其受损。

总而言之，在本领域中已经描述了多个解决方案，其最佳地解决当寻找完整且精确的解决方案来确定图像传感器相对于X射线源定位的定位和定向的时候所遇到的部分问题之一。在可以使用直接视线距离测量技术的情况中，存在许多良好且精确的解决方案，但是当在源与检测器之间的视觉路径被阻断的时候，仅仅存在部分解决方案。规避直接视线限制的最有前景的技术是基于磁场测量技术，但是到目前为止，仅已实现具有受限精确度和可靠性的估计或相对测量。清楚的是：测量患者厚度的问题需要对图像检测器定位的精确测量，以及用于测量X射线射束在患者身上的入射点的位置的精确方法（假定检测器被定位成对着患者的背部）。对入射点的测量可以通过使用本领域中已知的方法来被执行，所述方法需要清楚的视线来用于其测量（诸如被使用在光学测距仪、激光距离测量、卷尺测量或类似物中）。

发明内容

本发明提供一种用于确定射线照相系统中的源图像距离（SID）的方法，所述方法包括如下步骤：在与射线照相系统的X射线源的发射点空间上相关联的至少三个空间上分布的信号生成器阵列中顺序地生成信号；同时测量在至少三个信号传感器阵列中的所述接连生成的信号，所述信号传感器阵列与便携式图像检测器组装件在空间上相关联，并且所述所测量的信号相应地指示在所述生成器阵列与检测器阵列之间的绝对距离；通过相应地在所述生成器阵列与传感器阵列之间的所述所得到的绝对距离上执行三边测量来获得针对每个传感器阵列定位的坐标数据；基于所述中心的已知定位和所述传感器阵列定位来计算针对所述便携式图像检测器组装件的表面的所述中心的坐标数据；以及通过从所述X射线源的所述发射点的坐标数据中减去所述便携式图像检测器组装件的表面的所述中心的坐标数据而计算所述SID。此外提供一种用于通过SID和SSD（源-皮肤-距离）的测量和后续减法来确定患者厚度的方法。

本发明的目的是解决以上提及的问题，并且提供一种系统：所述系统允许精确并且可靠地确定被定位成对着射线照相术系统中的成像检测器的表面的患者的厚度。

为了解决该问题的部分，有必要以可靠的方式标识成像检测器相对于X射线射束的定位和定向的位置和定向。同时，在患者的皮肤表面与X射线源之间的距离必须是已知的。有必要能够找到一种技术，其允许确定对所述定位和定向进行限定的所有6个自由度。虽然以上提及的其它技术被限制到4个或5个自由度（因为它们依赖于部分相对测量技术、诸如角度测量或类似物），但是我们的发明通过确定成像检测器中三个已知点的实际空间坐标（x，y，z）来解决该限制。这三个已知的点是指其确切位置通过本发明的方法被确定的三个传感器的物理位置。这三个点在数学上限定图像检测器被定向在其中的平面。而且它们还限定图像检测器关于所有轴的旋转角，以及与位于X射线源组装件上的参考点的距离。知道针对三个传感器的三个坐标确定成像检测器的定位在空间中相对于参考坐标系的6个自由度，其通过被附连到X射线源组装件的三个信号生成器的位置来被确定。

图像检测器关于X射线射束的定向的精确确定于是允许射线照相术中不同的实际应用，诸如对SID（源图像距离）的自动化和精确确定，所述SID（源图像距离）是用于为任何类型的射线照相术研究选择曝光设置的重要参数。定向和定位数据允许检测器（和患者）与X射线射束的对准的自动化或经引导的调节。另一应用可以存在于断层融合（tomosynthesis）情境中自动确定射线照相术系统的获取几何结构中，其中获取几何结构的精确知识对于精确图像重构是必要的。

成像检测器中三个信号传感器的空间坐标（x，y，z）的实际确定基于在GPS领域中所使用的已知计算技术；即三边测量。所述方法依赖于在至少三个信号生成器（GPS情境中的卫星）与信号传感器之间的距离的可靠测量。在三个信号生成器的确切位置已知的假定中，于是还可以通过该三边测量计算来得到对来自所述三个信号生成器的所述至少三个信号进行配准的信号传感器的确切位置。对于计算的关键是所述距离的可靠测量。

在本发明的上下文中，所测量的信号指示信号生成器与信号传感器之间的绝对距离，其意指每个所测量的信号直接与绝对距离相关（以线性或非线性方式）。可以设想不同的测量技术或物理原理，从而允许从所测量的信号直接导出绝对距离。示例可以是例如对以下的测量：声学回波信号、雷达信号、激光距离测量、磁场强度或类似物……

在本发明的上下文中，包括正交地布置的线圈的三元组的信号生成器被称为生成器阵列。类似地，包括正交地布置的线圈的三元组的信号传感器被称为传感器阵列。

附图说明

图1示出了被定位在具有发射点[112]的X射线管下方的处于仰卧位的患者的示意性表示。在图像检测器[120]的发射点[112]与中心之间的距离被称为源-图像-距离或SID[130]。在发射点[112]与X射线射束在患者上的入射点之间的距离被称为源-皮肤-距离或SSD[131]。患者的厚度因此是SID与SSD之间的差。

图2示出了3个生成器阵列的集合[111]借助于被固定到X射线源组装件或准直器[110]的结构而被附连到的移动X射线设备[100]的示意性表示。所述3个生成器阵列被固定在框架状结构中，所述框架状结构将生成器阵列保持在距彼此的固定距离处并且其尺寸是已知的。结合X射线设备而示出图像检测器组装件[120]。从生成器阵列之一发送信号[122]，并且所述信号[122]由全部3个传感器阵列来检测，所述全部3个传感器阵列被集成到图像检测器组装件[120]中或被附连到所述图像检测器组装件[120]。

图3示出了3个生成器阵列的该集合[111]被附连到的X射线源组装件的细节。检测器阵列从彼此间隔开。箭头[130]表示SID（源到图像距离）并且可以通过由本发明的方法所执行的测量来被获得。SID是在图像检测器组装件[120]的中心与X射线源的发射点[112]之间的距离。

图4示出了也被应用在GPS技术中的三边测量的概念，其允许在最小条件下精确地计算GPS接收器（由图画中的汽车之一表示）的坐标，3个卫星发送信号，所述信号允许GPS接收器确定其到全部3个卫星的距离。对于应用该技术的最小要求是具有提供距离信息的至少3个卫星。在我们的发明中，GPS卫星被生成器阵列取代，所述生成器阵列各自向传感器阵列（类似于图中的汽车）中的每一个提供连续的信号，所述信号可以被传感器解释为它们到生成器阵列的相应距离。在本发明中，所有传感器阵列（汽车）计算它们到3个生成器阵列（卫星）的距离，在此之后，3个三边测量计算被执行以从传感器阵列（汽车）获得坐标：（x1，y1，z1）、（x2，y2，z2）和（x3，y3，z3）。

图5示出了X射线检测器组装件[120]的实施例，所述X射线检测器组装件[120]在其拐角中的3个上被预见具有传感器阵列[121]。在该配置中，明显的是：在传感器阵列[120a]、[120b]和[120c]之间的内部距离是恒定并且已知的，并且因此可以用于经由本发明的方法来验证所获得的传感器阵列坐标的精确度。

图6示出了与生成器阵列的集合[111]对准的准直器[110]的实施例，该生成器阵列的集合[111]将其在空间中的配置与X射线射束（由图中所指示的Z轴表示）的对准相关联。

具体实施方式

本发明的第一实施例基于使用至少三个信号生成器的集合，所述信号生成器被物理地连接到射线照相术系统的X射线源组装件。所述至少三个信号生成器被机械地固定到X射线源组装件，以便在空间中固定参考坐标系，所述参考坐标系被选为X射线辐射所源自的点并且确定X射线射束的定向。该虚拟点被称为X射线源的发射点。需要至少三个信号生成器来确定参考坐标系的位置和定向。添加更多的信号生成器元件可贡献于系统的更好的精确度，但是严格来说不是必须的。所述至少三个信号生成器被这样布置使得它们在空间上与彼此分离（例如位于X射线源组装件周围的定位处），以便确保它们所生成的信号对于不同定位处的检测器看起来是不同的。

在优选实施例中，三个信号生成器顺序地或接连地生成它们的信号，这意味着这些生成器从不同时被操作，而是一个接一个地被操作。然后重复顺序或接连的信号序列，直到完成检测器定位测量为止。

确定在信号传感器位置与生成器位置之间的绝对距离的所生成的信号的特定方面或特性然后被信号生成器的检测范围内的信号传感器拾取。对于将在本申请中使用的信号生成和感测技术的先决条件是：信号的至少一个可测量的参数（诸如强度、幅度或信号强度）应当取决于在信号生成器与信号传感器本身之间的物理距离。可设想和可接受的是需要附加的数学运算和校准来将信号数据转换成距离值。优选地，信号的可测量参数不应当容易地被环境因素影响或被降级，并且对于人类组织而言应当是透明的。

除了以上我们的优选实施例之外，存在被内置到图像检测器组装件中的三个信号传感器，所述图像检测器组装件的定位正被检测。需要以上提及的信号传感器中的至少三个来使得本发明运作，并且它们需要在空间上尽可能远地与彼此分离，以获得最精确的结果。对于图像检测器组装件中三个信号传感器的位置的明显设计选择将在组装件框架的四个拐角中的三个中。由于三个信号传感器的确切定位的确定是本发明的方法的目的，所以清楚的是，当图像传感器组装件的尺寸以及组装件内信号传感器的位置是已知的时候，这三个定位可以唯一地标识图像检测器组装件的位置和定向。在几何结构中，两个点标识空间中的一线，三个点限定一平面。本发明因此需要至少三个信号传感器，其完全地限定图像传感器组装件的定位和定向，而每个附加的传感器仅可贡献于计算的增加的精确度。此外，在信号传感器之间的内部距离（或图像检测器组装件的尺寸）已知的情况中，可以通过对照从信号传感器的所测量的位置得到的所测量的内部距离来比较传感器的已知内部距离而验证三个信号传感器的所测量的信号传感器位置的精确度。

三个信号生成器产生连续循环的基于时间的生成器信号序列，使得所有可能的距离测量（其包括在有源信号生成器与三个信号传感器之间的三个同时的测量）可以一个接一个地被执行。如以上所解释的，信号传感器的位置确定所测量的信号值，所述所测量的信号值由每个信号传感器针对每个生成器信号来被拾取。这在我们特定的实施例中导致总共九个信号测量。这些测量值然后被转换成距离测量，并且被馈送到三边测量算法中，所述三边测量算法计算信号传感器定位相对于（虚拟）发射点定位的3D坐标。

三边测量算法是已知的数学算法，其本质上标识空间中与三个（假想的）球体（在我们的实施例的情况中，围绕所述三个信号生成器的球体）相交的点，所述三个（假想的）球体被以下各项限定：作为所述球体的中心的信号生成器的定位，以及作为它们相应球体半径的以上提及的所计算的距离。理论上，该方程的结果是空间中的2点，其中一个可以被容易地排除，因为唯一有效的一个应存在于X射线射束的方向上，而另一个通过发射点而朝向X射线源组装件的后面（并且因而远离X射线射束方向）被反射。

如以上所解释的，这意味着在任何附加的信号生成器被添加到系统（使得总共存在多于三个生成器）的情况中，结果得到的至不同信号传感器的距离测量将通过如下而贡献于坐标计算的精确度：添加补充球体，该补充球体的表面也应当与信号传感器的坐标点在数学上相交。在附加球体不与根据前3个球体所计算的信号传感器的位置恰好相交的情况中，于是该数据可以用于在不同的可能的解之间进行插值（或者可以使用从GPS技术已知的其它优化算法）。

本发明的另一重要的方面是适当选择距离检测原理，所述距离检测原理可满足对于人类组织的精确度和透明性的以上提及的要求。有前景的起始点似乎是磁性，因为已知的是磁场穿过非金属对象。然而，其它普遍的波、射束或辐射能量可以被认为是可替换方案。本领域中已知的是，在频率低于100 kHz的条件下，人体对于交变磁场而言是透明的。当频率提升到5 MHz以上的时候，人类组织开始吸收相当大部分的发射能量，并且信号变得对于由在附近的电路所引起的电磁扰动而言更灵敏。这些元件使得5 MHz以上的频率不太可用于距离测量的目的。如相对于静态磁场而使用交变磁场的原因是：在所接收的信号的幅度被取为用于距离测量的参数的情况中，这种途径补偿诸如地球的磁场之类的任何静态磁场的存在。

因此，所设想的是使用谐振磁信号生成器与传感器对来优化磁体信号传递，用于执行距离测量。在优选的实施例中，信号生成器是一线圈，通过所述线圈，电子生成器电路发送交变电流。交变电流感应出相同频率的交变磁场，该磁场可以在距生成器线圈的一距离处被检测到。类似或更小的线圈被用作信号传感器，并且拾取穿过它的交变磁场；相反地，交变磁场在传感器线圈中感应出可以被拾取并且测量的交变电流。检测器线圈在尺寸上可以更小，并且与生成器线圈相比具有不同的绕组数目。读出传感器线圈中交变电流的电路借助于恰当电容器和电阻器网络的选择被“调谐”至生成器的频率（因此称为“谐振”），以便优化对于生成器信号频率的灵敏度。

虽然在以上优选实施例中，磁生成器和谐振磁传感器是线圈，但是不同类型的磁传感器可以被用作可替换方案，诸如MEMS、基于霍尔效应的传感器、磁阻传感器或类似物……

谐振磁传感器中所测量的交变电流的幅度具有与信号生成器和信号传感器之间的距离的关系。当从生成器的径向方向上被测量的时候，幅度与距所生成的信号的立方距离近似成反比。当将传感器线圈保持在到生成器的相同距离处、但其定向和/或相对定向改变的时候，所接收的信号范围从100%至0%。

互感L_m取决于三个向量乘积；是描述生成器定向的向量；描述传感器的定向；并且是在传感器与生成器之间的相对定向。

当确定某个定位中的磁场的向量与传感器线圈轴对准的时候，可以测量最大幅度。在所有其它情况中，仅仅具有与传感器线圈轴相同方向的磁场分量才将贡献于该特定传感器线圈中的测量值。仅仅在没有角度变化可被预期的情况中（并且这不是我们申请中的情况），依赖于幅度测量来进行距离确定才将是可行的解决方案。

对基于来自单个线圈传感器的幅度读出的距离测量值有影响的另一方面是磁场扰动，诸如在传感器线圈的附近存在金属对象。这样的扰动对磁场向量的幅度分量没有这么多影响，而是相反对磁场向量的方向有影响。这意味着：虽然如此，但是这样的扰动可对通过某个定位中的传感器线圈的所测量的幅度有显著影响。这是为什么依赖于单独的单个磁传感器的幅度测量不足以用可靠的方式确定传感器与生成器之间的距离的另一原因。

用正交布置的线圈的三元组来取代信号生成器与信号传感器二者中的上述单个线圈（或其它类型的磁生成器和传感器）结构大幅度地增大距离测量精确度，但是仅仅在以下条件下：即它们以本发明中所公开的特定方式来被操作。在本发明的上下文中，包括正交布置的线圈的三元组的信号生成器被称为生成器阵列，并且包括正交布置的线圈的三元组的信号传感器被称为传感器阵列。虽然经由单个线圈传感器的单个线圈生成器读出导致单个幅度测量，但是读出生成器三元组与传感器线圈三元组的所有组合导致9个幅度信号读出，即9个感应电流与结果得到的电压：

。

为了简化传感器阵列的距离和坐标计算，有利的是对电压矩阵元素求平方，并且限定信号矩阵，和总信号以及信号分量：

在生成器阵列与传感器阵列之间的距离可以根据来被计算，并且轴截距或坐标可以根据 来被计算：

遵照以上公式，有可能直接计算传感器阵列的确切定位（以坐标来表述）。然而，对于传感器阵列位置的直接确定而言，该方法不合期望。以上公式直接说明了每个坐标的确定对于生成器和检测器线圈之间的相应角度中的改变是非常灵敏的。

与如上所述通过磁信号的测量的传感器线圈坐标的确定的灵敏度相反，绝对距离的确定对于传感器阵列相对于生成器阵列的定向不灵敏；距离仅仅取决于线圈三元组中被生成以及在所述3个传感器线圈中被拾取的信号的求和。正是在该方面之上，绝对距离的可靠计算是用于上述三边测量方法中的进一步应用的基础。

使用以上提及的线圈三元组集合的距离测量依赖于所有电压矩阵元素的平方和。该测量针对外部场或由近旁金属所感应的扰动令人惊讶地稳定，因为它使用所有测量值（其由所有信号生成器生成并且由所有信号检测器拾取）。可以通过以下事实来解释稳健性：即所述距离根据所有三个发射器线圈的完成磁场、而不仅仅根据场分量来被计算。引入距离相关的增益矩阵可补偿与此处所使用的经简化模型的偏离，该经简化模型假定距离是线圈本身尺寸的许多倍大，使得可以假定线圈表现得像偶极子。所述增益矩阵还可以对不同接收器和生成器线圈之间的不同耦合效率进行校正。坐标分量的测量不太稳定，因为仅一个接收器线圈用于每个坐标轴。另外，存在产生相同电压矩阵的不同定位——与发射器点对称的所有位置（其导致在给出相同电压矩阵的2个不同的可能解之间的不确定性）。但是该问题不重要，因为对于射线照相术设置，仅仅使用了球体的一半——我们总是在相同的半球中、即在X射线射束的方向中运作。

靠近于发射器或接收器的电导体、诸如金属板或对象产生干扰，并且因而使测量失真。这由所谓的“涡流”引起，所述“涡流”在导体中由发射器线圈的交变场所感应。导体中的涡流产生与感应场相对的磁场。磁场因而变得更弱（涡流从磁场排出能量）。另一方面，涡流还在传感器线圈中感应出电流。在谐振电路设计的情况中，在直接感应出的电流和涡流感应出的电流之间没有相位差。结果，取决于金属对象的位置和定向，所测量（以及因而所观测）的距离可变得更大或更小。对所测量的距离的影响相应地取决于导体到信号生成器阵列或传感器阵列的距离。当使用线圈三元组配置的时候，对坐标以及传感器阵列定向的影响比距离测量的失真大得多。在导体中所感应的磁场取决于导体对于生成器的定向。因而，磁场不是对称地减小，而是主要在与导体垂直的方向上减小，使得所测量的场强度主要针对传感器线圈而改变，所述传感器线圈被定向成几乎垂直于所述板。总之，涡流适度地影响距离测量（稍微较大或较小的距离被测量），而坐标和定向测量强烈地被影响。

另一潜在的测量失真来源是外部交变磁场。几乎任何电设备都在宽频率范围中产生交变电磁场。场的影响强烈地取决于其频率并且取决于用于传感器线圈的读出的设计。如果外部场的频率与任何传感器线圈的设计频率相符合，则对测量精确度的影响可能非常大。外部磁场因而可能影响测量精确度，但是与涡流相比，该影响不太显著，因为外部场典型地没有固定的相位关系或不符合设计频率。

因此，总之，出于以上提及的原因，当使用线圈三元组配置作为交变磁场生成器和传感器的时候，可使得通过使用磁场强度测量来测量绝对距离稳健。在优选实施例中，这样的交变磁场信号生成器中的至少三个（各自包括正交布置的线圈三元组）组合至少三个这样的交变磁场信号传感器（各自也包括正交布置的线圈三元组）来被使用。如以上所解释的，当针对每个生成器阵列的时候可以做出可靠距离计算；在构成三元组的3个线圈中的每一个中接连地生成交变磁场。这些接连的信号然后可以通过每个信号传感器三元组或传感器阵列中的所有传感器线圈同时地被读出。从所有相应的传感器线圈三元组读出数据导致在所讨论的生成器线圈三元组或生成器阵列与相应的传感器线圈三元组或传感器阵列之间的距离计算。当针对所有生成器阵列（至少3个）重复相同过程的时候，可以基于不同传感器阵列被集成在其中的图像检测器组装件的定位的三边测量技术而做出精确计算。

为了确定患者的厚度——这是本发明的目的，两个定位被测量，出自其中的一距离被计算。假定检测器表面对着患者被定位在与X射线源的定位相对的该侧处。因此，患者的厚度（“”）被确定为在X射线射束的中央轴重合在其上的图像检测器组装件的中心的坐标与患者的表面（或皮肤）上的X射线射束的入射点的坐标之间的数学上的差（或距离）。在具有坐标（a₁，a₂，a₃）和（b₁，b₂，b₃）的这2个点之间的距离通过应用毕达哥拉斯定理两次而被计算：

基于如上所获得的相同信息——即检测器阵列的精确坐标或定位信息——当检测器阵列的所述（至少）3个位置之间的几何关系关于图像检测器表面的该中心是已知的时候，可以容易地计算图像检测器表面的中心。在检测器阵列物理上位于图像检测器组装件的拐角中的3个上的情况中，图像检测器表面的中心将处于对角地定位在检测器的相对拐角上的检测器阵列之间的中途处。

可以通过使用用于测量在X射线源的发射点与所述入射点之间的距离的任何已知和合适的距离测量技术来实现X射线射束在患者表面上的入射点的坐标的测量。这些测量技术可以但是不限于光学测距技术、激光距离测量、卷尺测量或类似技术。测量该后一个距离不被约束于没有清楚视线的该相同限制，并且因而实现起来容易得多。

在如本发明中所解释的方法的执行中所涉及的计算可以借助于标准计算机装备或标准计算机配置来被实施，并且可以被具体化为计算机程序，或可替换地可以被具体化在允许执行这些计算的专用编程电路中。

Claims (13)

1.一种用于确定射线照相系统中的源图像距离（SID）的方法，所述方法包括如下步骤：

-在与射线照相系统的X射线源的发射点空间上相关联的至少三个空间上分布的信号生成器阵列中顺序地生成信号，

-同时测量在至少三个信号传感器阵列中的所述接连生成的信号，所述信号传感器阵列与便携式图像检测器组装件在空间上相关联，并且所述所测量的信号相应地指示在所述生成器阵列与检测器阵列之间的绝对距离，

-通过相应地在所述生成器阵列与传感器阵列之间的所述所得到的绝对距离上执行三边测量来获得针对每个传感器阵列定位的坐标数据，

-基于所述中心的已知定位和所述传感器阵列定位，来计算针对所述便携式图像检测器组装件的表面的所述中心的坐标数据，

-通过从所述X射线源的所述发射点的坐标数据中减去所述便携式图像检测器组装件的表面的所述中心的坐标数据而计算所述SID。

2.根据权利要求1所述的方法，

其中所述生成器阵列中的每一个顺序地生成正交定向的交变磁场的序列，并且

其中所述传感器阵列中的每一个测量由所述生成器阵列生成的每个正交定向的交变磁场所感应的磁场的正交信号分量，并且

其中在生成器阵列与传感器阵列之间的距离的计算基于由所述传感器阵列所测量并且由所述生成器阵列所生成的所有正交信号分量的测量值。

3.根据权利要求2所述的方法，其中在所述生成器阵列与所述传感器阵列之间的具有正交测量分量的所述距离被计算为：

其中m=6并且

并且

其中表示传感器阵列中所有正交信号分量的测量值。

4.根据权利要求2和3所述的方法，其中所述交变磁场频率在100kHz以下。

5.根据权利要求2和3所述的方法，其中所述磁场生成器组装件是正交布置的线圈的配置。

6.根据权利要求2和3所述的方法，其中所述正交布置的磁场传感器是线圈、霍尔效应传感器、磁阻传感器MEMS或其它类型的磁场传感器。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中检测器阵列的定位与生成器阵列的定位交换，并且反之亦然。

8.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中生成器阵列被标识为有源地生成所述信号，其借助于在所生成的磁场序列中的任一个中包括经编码的信号。

9.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中通过对照在根据每个传感器阵列的所测量的坐标数据的所述传感器阵列之间的所计算的距离来比较传感器阵列之间的所有已知距离，来验证传感器的所计算的定位的品质。

10.一种用于确定常规射线照相术设置中的患者的厚度的方法，所述方法包括如下步骤：

-根据前述权利要求中任一项的方法来确定射线照相系统中的源图像距离（SID），

-测量在X射线源的所述发射点与X射线射束在患者皮肤上的进入点之间的源皮肤距离（SSD），

-通过从所述SSD中减去所述SID来计算患者的厚度。

11.一种用于确定用于患者的最优曝光设置的方法，包括如下步骤：

-根据权利要求10的方法来确定患者的厚度，

-接收与曝光类型、患者的年龄和性别相关的用户输入，

-通过在数据库表中查找所述参数或通过使用预定义的公式来确定经优化的曝光设置。

12.一种用于确定射线照相系统中的源图像距离（SID）的系统，包括：

-至少三个空间上分布的信号生成器阵列的集合，其与X射线源的所述发射点在空间上相关联并且被配置成顺序地生成信号，

-至少三个信号传感器阵列的集合，其与所述便携式图像检测器组装件在空间上相关联并且被配置成同时测量所述接连生成的信号，

-处理器，其被配置成基于所述所测量的信号来相应地计算在所述生成器阵列中每一个与所述检测器阵列中每一个之间的绝对距离，

-处理器，其被配置成通过相应地在所述生成器阵列与传感器阵列之间的所述所得到的绝对距离上执行三边测量来计算针对每个传感器阵列定位的坐标数据，

-处理器，其被配置成基于所述中心的已知定位和所述传感器阵列定位来计算针对所述便携式图像检测器组装件的表面的所述中心的坐标数据，

-处理器，其被配置成通过从所述X射线源的所述发射点的坐标数据中减去所述便携式图像检测器组装件的表面的所述中心的坐标数据而计算所述SID。

13.一种用于确定常规射线照相术设置中的患者的厚度的系统，包括：

-用于根据权利要求12而确定源图像距离（SID）的构件，

-用于测量在X射线源的所述发射点与X射线射束在患者皮肤上的进入点之间的源皮肤距离（SSD）的构件，

-被配置成通过从所述SSD中减去所述SID来计算患者的厚度的处理器。