CN111528880B - 一种x射线成像系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种X射线成像系统及方法，其包括X射线源球管、高压发生器、束光器、数字平板探测器以及计算主机，通过显示屏直观的展示投射区域与受检者的位置关系，直接拖动显示屏上的图框至受检者在显示屏上所成图像的对应位置或画出感兴趣区域，束光片组件自动带动束光片移动并使投射区域移动至受检者所需的观测位置，同时将感兴趣区域信息传输到探测器，作为选择自动曝光控制(AEC)的响应区域的输入，束光器与数字自动曝光控制(DAEC)相互配合，对病人的摆位不再有严格要求。

Description

一种X射线成像系统及方法

技术领域

本发明涉及X光探测仪成像领域，尤其涉及一种X射线成像系统及方法。

背景技术

目前X射线影像设备各个关键部件之间相互配合较少，没有挖掘部件除了基本功能外的应用潜力。例如：1.束光器只是一个单纯的X射线范围调节设备；2.自动曝光控制区域受限，并且需要额外的器件(电离室)和成本，器件吸收X射线导致剂量浪费，病人摆位需要位置精确等缺点。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种X射线成像系统及方法，其能提高束光器、探测器的协同动作，只需要简单操作即可自动智能化的完成对受检者的X射线检查,所述技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种X射线成像系统，其包括X射线源球管、高压发生器、束光器、数字平板探测器以及计算主机，所述束光器包括束光片组件，所述束光片组件使光线在受检者上形成投射区域，所述数字平板探测器具有生成DAEC参数功能，所述参数包括实际DAEC响应区域以及目标灰度值，

所述系统还包括摄像头、用于根据摄像头所摄图像以及诊断需要自动调整所述投射区域和实际DAEC响应区域至所需位置的调节模块。

优化的，所述投射区域覆盖实际DAEC响应区域。

优化的，所述调节模块包括PLC，所述摄像头通过PLC将受检者成比例显示在显示屏上，PLC在所述显示屏上生成坐标系，并将所述摄像头所成图像与所述坐标系对应，

当所述显示屏上生成与所述投射区域对应的投射图框时，所述投射区域随诊断需要以及所述投射图框调整而调整，所述实际DAEC响应区域随诊断需要调整而调整。

进一步的，所述显示屏为与所述PLC连接的显示屏或计算主机的显示屏。

进一步的，所述PLC为所述计算主机的一部分或设于所述束光器中。

进一步的，所述投射图框和响应区域图框在所述显示屏上显示或不显示。

优化的，所述调节模块包括用于识别摄像头所呈现的受检者的受检部位的智能识别模块，智能识别模块与所述束光器和所述数字平板探测器连接，当所述智能识别模块识别出受检者的受检部位、受检部位与当前投射区域位置关系以及受检部位与当前实际DAEC响应区域位置关系后，智能识别模块根据输入的诊断需要调整所述投射区域和所述实际DAEC响应区域。

另一方面，本发明还提供了一种基于上述系统的成像方法，所述探测器的最大曝光接受范围为有效成像区域，其包括以下步骤：

a.待X射线成像受检者进入成像系统，确保受检者在有效成像区域内；

b.摄像头将受检者与当前投射区域和当前实际DAEC响应区域的位置关系反馈至调节模块；

c.调节模块根据诊断需要调整投射区域和实际DAEC响应区域至所需位置；

d.根据诊断需要确定目标灰度值；

e.X射线拍摄过程中，探测器根据所述DAEC参数，自动通知高压停止曝光，获得X射线图片；步骤c和步骤d不分先后。

另一方面，本发明还提供了一种基于上述系统的成像方法，所述探测器的最大曝光接受范围为有效成像区域，其包括以下步骤：

a.待X射线成像受检者进入成像系统，确保受检者在有效成像区域内；

b.摄像头将受检者以及投射区域实时显示于所述显示屏上；

c.所述投射区域在显示屏上具有与其相对应的图框，用户在显示屏上触摸图框并将其拖动至所需观测位置；或者在显示屏上圈出或点出感兴趣区域形成图框，

PLC将图框的各边在所述显示屏上的位移转换为束光片组件各自所需调整位移，再由束光片组件各自调整至所需覆盖位置，形成投射区域；

d.感兴趣区域位置信息传递到平板探测器，平板探测器根据该区域位置信息以及诊断需要调整自动曝光控制参数；

e待束光片组件动作完成和自动曝光控制参数确定后系统开始曝光；

f.探测器根据自动曝光控制参数，自动通知高压停止曝光，获得X射线图片。

另一方面，本发明还提供了一种基于上述系统的成像方法，所述系统还包括用于识别摄像头在显示屏上所呈现的受检者的受检部位的智能识别模块，所述探测器的最大曝光接受范围为有效成像区域，所述数字平板探测器具有自动生成DAEC参数功能，所述方法包括以下步骤：

a.待X射线成像受检者进入成像系统，确保受检者在有效成像区域内；

b.摄像头拍摄受检者与探测器，并将图片传送至智能识别模块，智能识别模块设别出受检者的受检部位、受检部位与当前投射区域位置关系以及受检部位与当前实际DAEC响应区域位置关系；

c.智能识别模块根据输入的诊断需要调整所述投射区域和所述实际DAEC响应区域；

d.平板探测器根据诊断需要调整自动曝光控制参数；

e.待束光片组件动作完成和自动曝光控制参数确定后系统开始曝光；

f.探测器根据自动曝光控制参数，自动通知高压停止曝光，获得X射线图片。

本发明提供的技术方案带来的有益效果如下：通过显示屏直观的展示投射区域与受检者的位置关系，直接拖动显示屏上的图框至受检者在显示屏上所成图像的对应位置或画出感兴趣区域，束光片组件自动带动束光片移动并使投射区域移动至受检者所需的观测位置，同时将感兴趣区域信息传输到探测器，作为选择自动曝光控制(AEC)的响应区域的输入，束光器与DAEC相互配合，对病人的摆位不再有严格要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明的结构示意图；

图2是实施例一中束光器的结构示意图；

图3是实施例一中滤片组件和束光片组件的结构示意图；

图4是针孔模型示意图；

图5是屏幕像素调整--接收器位移--束光口位移对应关系

图6是束光器的工作流程示意图；

图7是曝光时各区域的位置关系示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

X射线成像系统，其包括X射线源球管001、高压发生器002、束光器003、数字平板探测器004以及计算主机005，束光器003包括束光片组件，所述束光片组件使光线在受检者上形成投射区域，所述数字平板探测器004具有自动生成DAEC参数功能，所述参数包括实际DAEC响应区域008以及目标灰度值，所述投射区域007覆盖实际DAEC响应区域008,系统还包括摄像头9、用于根据摄像头9所摄图像以及诊断需要自动调整所述投射区域和实际DAEC响应区域008至所需位置的调节模块。

所述调节模块包括PLC8，所述摄像头9通过PLC8将受检者成比例显示在显示屏7上，PLC8在所述显示屏7上生成坐标系，并将所述摄像头9所成图像与所述坐标系对应，

当所述显示屏7上生成与所述投射区域对应的投射图框以及与所述实际DAEC响应区域008对应的响应区域图框时，所述投射区域007随诊断需要以及所述投射图框调整而调整，所述实际DAEC响应区域008随诊断需要以及所述响应区域图框调整而调整。

所述显示屏7为与所述PLC8连接的显示屏或计算主机006的显示屏；所述PLC8为所述计算主机006的一部分或设于所述束光器003中；所述投射图框和响应区域图框在所述显示屏上显示或不显示。

实施例一

如图1-6所示，

X射线成像系统包括X射线源球管001、高压发生器002、束光器003、数字平板探测器004以及计算主机005。

数字平板探测器具有DAEC功能，其为授权公告号为CN106954329B的专利所公开的曝光系统，其自动生成DAEC参数，DAEC参数包括实际DAEC响应区域008和目标灰度值。

束光器包括外壳0，安装于外壳0上的摄像头9、PLC8、滤片组件2、束光片组件1、显示屏7以及X光探测仪。在本实施例中，显示屏7与PLC8连接，PLC8设于外壳0中，摄像头9包括RGB相机，其通过PLC8将受检者009成比例显示在显示屏7，束光片组件1使光线在受检者009上形成投射区域007，PLC8在显示屏7上生成坐标系，并将摄像头9所成图像与显示屏7坐标系对应。显示屏上能生成与投射区域007对应的图框。摄像头9、PLC8以及显示屏7组成调节模块，显示屏7为触控显示屏。

滤片组件2包括第一安装板21、安装于第一安装板21上的第一上层滑杆22和第一下层滑杆23、滑动连接于第一上层滑杆22和第一下层滑杆23上的第一滤片24和第二滤片25，第一滤片24和第二滤片25的同一侧上设有导向槽26，第一上层滑杆22和第一下层滑杆23分别有两根且相平行设置，第一上层滑杆22位于第一下层滑杆23上方，滤片组件2还包括安装于第一安装板21上的第一驱动电机27、固定套设于第一驱动电机27的转轴上的第一变速齿轮28、转动连接于第一安装板21上且与第一变速齿轮28相传动连接的第二齿轮29、固定于第二齿轮29的端面上且分别插设于第一滤片24和第二滤片25上的导向槽26内的第一导向杆20和第二导向杆210、用于检测第二齿轮29转动圈数进而检测滤片移动位置的第一行程传感器211、照度计组件212，第二齿轮29转动带动第一滤片24和第二滤片25分别在第一上层滑杆22和第一下层滑杆23上朝相反方向滑动。

束光片组件1包括第二安装板11、安装于第二安装板11上的上层支架12和下层支架13、分别安装于上层支架12和下层支架13上的上层导向轴14和下层导向轴15、滑动连接于上层导向轴14和下层导向轴15上的上层屏蔽片16和下层屏蔽片17、分别用于驱动上层屏蔽片16和下层屏蔽片17在上层导向轴14和下层导向轴15上滑动的上层驱动丝杆机构和下层驱动丝杆机构、用于分别检测上层屏蔽片16和下层屏蔽片17的移动距离的上层行程传感器18和下层行程传感器19，上层屏蔽片16和下层屏蔽片17的滑动方向向垂直。上层驱动丝杆机构包括上层第二电机10、与上层第二电机10传动连接的上层第二齿轮组111、与上层导向轴14相平行设置的上层丝杆112、与上层丝杆112的传动螺母相固定连接的上层安装架113，上层丝杆112与上层第二齿轮组111相传动连接，上层屏蔽片16安装于上层安装架113上，上层安装架113和上层屏蔽片16各有两个，下层驱动丝杆机构包括下层第二电机110、与下层第二电机110传动连接的下层第二齿轮组114、与下层导向轴15相平行设置的下层丝杆115、与下层丝杆115的传动螺母相固定连接的下层安装架116，下层丝杆115与下层第二齿轮组114相传动连接，下层屏蔽片17安装于下层安装架116上，下层安装架116和下层屏蔽片17各有两个。

结合图4对成像及投射区域007原理进行详述：

1.相关变量常量如下：

Co_y(collimator_offset_y)：束光器开口与球管焦点在垂直方向偏移距离(单位：mm)

Co_x(camera_offset_x)：相机与球管焦点在水平方向偏移距离(单位：mm)

Dw(detector_width)：X光探测仪成像区域的宽度(单位：mm)

Dh(detector_height)：X光探测仪成像区域的高度(单位：mm)

(D_x，D_y)：X光探测仪在屏幕显示中的中心坐标(单位：pixel)

CID(camera to image-receptor distance)相机到图像接受器的距离(单位：mm)

FW(field_width)：在CID确定时，摄像头所能覆盖的宽度(单位：mm)

w(width_pixel)：图像像素宽度(单位：pixel)

f：相机内参数

2.摄像机内参数

由针孔模型，如图3所示，对应得到束光器宽度方向参数：

其中相机参数f由相机厂家提供。

3.屏幕像素调整--接收器位移--束光口位移对应关系

1)交互界面调整像素Δw(pixel)，X光探测仪成像区域变化位移ΔFW(mm)。

由前面公式可知：

可得到离散化形式:

式中，CID为相机到X光探测仪成像区域的距离，可以实时测得，f为已知值，当交互界面宽度位移Δw(pixel)时，可知X光探测仪成像区域的位移ΔFW(mm)。

2)交互界面调整像素Δw(pixel)，束光器口驱动电机位移Δc(mm)。由相似三角形公式可知：

推导可得：

带入ΔFW可得：

式中，CID为相机到X光探测仪成像区域的距离，可以通过相机测距实时测得，其余为已知值，当交互界面宽度位移Δw(pixel)时，束光口位移Δc(mm)。

对应可以求得本系统需要给步进电机驱动器发多少个脉冲，已知步进电机单脉冲位移：其中θ为步进角，n为驱动器细分数，k为齿轮传动比，L为丝杠导程。所以当需要束光口位移Δc时，系统需要给驱动器发脉冲数N_pulse为：

探测器的参数调整参照授权公告号为CN106954329B的专利所公开的曝光系统。

如图1所示，所述探测器的最大曝光接受范围为有效成像区域006，基于上述系统的成像方法，其包括以下步骤：

a.待X射线成像受检者009进入成像系统，确保受检者009在有效成像区域006内；

b.摄像头9将受检者009以及投射区域007实时显示于所述显示屏7上；

c.所述投射区域007在显示屏7上具有与其相对应的投射图框，用户在显示屏7上触摸投射图框并将其拖动至所需观测位置，PLC8将投射图框的各边在所述显示屏7上的位移转换为束光片组件1各自所需调整位移，再由束光片组件1各自调整至所需覆盖位置，形成投射区域007；

d.在所述显示屏7上选择所需滤光片序号，PLC控制滤片组件2动作，调整为所需滤光片；

e.感兴趣区域信息传递到平板探测器004，平板探测器004根据该区域信息以及诊断需要计算自动曝光控制参数(DAEC参数)；

f.待束光片组件1和滤片组件2动作完成后系统开始曝光；

g.探测器根据自动曝光控制参数，自动通知高压停止曝光，获得X射线图片。

实施例二

本实施例与实施例一的区别在于，每个束光片由一个丝杆组件控制，从而满足用圈出感兴趣区域的方式确定投射区域007和实际DAEC响应区域008，PLC8只需分别控制各丝杆组件实现束光片的独立动作并使投射区域覆盖圈出的观测区域，显示屏所感应到的区域变化与各丝杆组件动作实现束光片位移的转换原理与实施例一相同。

所述探测器的最大曝光接受范围为有效成像区域006，基于上述系统的成像方法，其包括以下步骤：

a.待X射线成像受检者009进入成像系统，确保受检者009在有效成像区域006内；

b.摄像头9将受检者009以及投射区域007实时显示于所述显示屏7上；

c.用户在显示屏7上圈出或点出感兴趣区域形成图框，PLC8将图框的各边在所述显示屏7上的位移转换为束光片组件1各自所需调整位移，再由束光片组件1各自调整至所需覆盖位置，形成投射区域007；

d.在所述显示屏7上选择所需滤光片序号，PLC控制滤片组件2动作，调整为所需滤光片；

e.感兴趣区域信息传递到平板探测器004，平板探测器004根据该区域信息以及诊断需要计算自动曝光控制参数；

f.待束光片组件1和滤片组件2动作完成后系统开始曝光；

g.探测器根据自动曝光控制参数，自动通知高压停止曝光，获得X射线图片。

实施例三

如图7所示，本实施与实施例一的区别在于，所述调节模块为用于识别摄像头所呈现的受检者的受检部位的智能识别模块，智能识别模块与所述束光器和所述数字平板探测器连接，当所述智能识别模块识别出受检者的受检部位、受检部位与当前投射区域位置关系以及受检部位与当前实际DAEC响应区域位置关系后，智能识别模块根据输入的诊断需要调整所述投射区域和所述实际DAEC响应区域。

所述探测器的最大曝光接受范围为有效成像区域006，基于上述系统的成像方法，所述数字平板探测器具有自动生成DAEC参数功能，智能识别模块内存储有针对各种受检者各部位的DAEC参数配置，当智能识别模块识别出受检者的待成像部位后自动输出与该部位匹配的DAEC参数；

所述方法包括以下步骤：

a.待X射线成像受检者进入成像系统，确保受检者在有效成像区域内；

b.摄像头拍摄受检者与探测器，并将图片传送至智能识别模块，智能识别模块设别出受检者的受检部位、受检部位与当前投射区域位置关系以及受检部位与当前实际DAEC响应区域位置关系；

c.智能识别模块根据输入的诊断需要调整所述投射区域和所述实际DAEC响应区域。

d.平板探测器根据诊断需要调整自动曝光控制参数；

e.待束光片组件、滤光片组件动作完成和自动曝光控制参数确定后系统开始曝光；

f.探测器根据自动曝光控制参数，自动通知高压停止曝光，获得X射线图片。

步骤c中诊断需求包括所述实际DAEC响应区域的位置及形状，实际DAEC响应区域的位置在诊断需求确定时即确定，如：受检部位为肺部，则在投射区域确定后，探测器会根据受检部位为肺部的要求自动确定所需实际DAEC响应区域的位置及形状并自动做调整同时确定目标灰度值，随后进行曝光，实施例一、二同理。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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。

Claims (7)

1.一种X射线成像系统，其包括X射线源球管、高压发生器、束光器、数字平板探测器以及计算主机，所述束光器包括滤片组件、束光片组件，所述束光片组件使光线在受检者上形成投射区域，所述数字平板探测器具有生成DAEC参数功能，所述参数包括实际DAEC响应区域以及目标灰度值，

其特征在于：

所述系统还包括摄像头、用于根据摄像头所摄图像以及诊断需要自动调整所述投射区域和实际DAEC响应区域至所需位置的调节模块；

滤片组件包括第一安装板、第一安装板上的第一驱动电机、固定套设于第一驱动电机的转轴上的第一变速齿轮、转动连接于第一安装板上且与第一变速齿轮相传动连接的第二齿轮、用于检测第二齿轮转动圈数进而检测滤片移动位置的第一行程传感器、照度计组件；束光片组件包括第二安装板、安装于第二安装板上的上层支架和下层支架、分别安装于上层支架和下层支架上的上层导向轴和下层导向轴、滑动连接于上层导向轴和下层导向轴上的上层屏蔽片和下层屏蔽片、分别用于驱动上层屏蔽片和下层屏蔽片在上层导向轴和下层导向轴上滑动的上层驱动丝杆机构和下层驱动丝杆机构、用于分别检测上层屏蔽片和下层屏蔽片的移动距离的上层行程传感器和下层行程传感器；

所述调节模块包括PLC，所述摄像头通过PLC将受检者成比例显示在显示屏上，PLC在所述显示屏上生成坐标系，并将所述摄像头所成图像与所述坐标系对应，

当所述显示屏上生成与所述投射区域对应的投射图框，所述投射区域随诊断需要以及所述投射图框调整而调整，所述实际DAEC响应区域随诊断需要调整而调整；

所述显示屏为与所述PLC连接的显示屏或计算主机的显示屏；

所述PLC为所述计算主机的一部分或设于所述束光器中。

2.根据权利要求1所述的X射线成像系统，其特征在于：所述投射区域覆盖实际DAEC响应区域。

3.根据权利要求1所述的X射线成像系统，其特征在于：所述投射图框和响应区域图框在所述显示屏上显示或不显示。

4.根据权利要求1所述的X射线成像系统，其特征在于：所述调节模块包括用于识别摄像头所呈现的受检者的受检部位的智能识别模块，智能识别模块与所述束光器和所述数字平板探测器连接，当所述智能识别模块识别出受检者的受检部位、受检部位与当前投射区域位置关系以及受检部位与当前实际DAEC响应区域位置关系后，智能识别模块根据输入的诊断需要调整所述投射区域和所述实际DAEC响应区域。

5.一种基于权利要求1-4中任一所述系统的成像方法，所述探测器的最大曝光接受范围为有效成像区域，其特征在于，其包括以下步骤：

a.待X射线成像受检者进入成像系统，确保受检者在有效成像区域内；

b.摄像头将受检者与当前投射区域和当前实际DAEC响应区域的位置关系反馈至调节模块；

c.调节模块根据诊断需要调整投射区域和实际DAEC响应区域至所需位置；

d.根据诊断需要确定目标灰度值；

e.X射线拍摄过程中，探测器根据所述DAEC参数，自动通知高压停止曝光，获得X射线图片；

步骤c和步骤d不分先后。

6.一种基于权利要求1-4中任一所述系统的成像方法，所述探测器的最大曝光接受范围为有效成像区域，其特征在于，其包括以下步骤：

a.待X射线成像受检者进入成像系统，确保受检者在有效成像区域内；

b.摄像头将受检者以及投射区域实时显示于所述显示屏上；

c.所述投射区域在显示屏上具有与其相对应的投射图框，用户在显示屏上触摸图框并将其拖动至所需观测位置；或者在显示屏上圈出或点出感兴趣区域形成图框，

PLC将图框的各边在所述显示屏上的位移转换为束光片组件各自所需调整位移，再由束光片组件各自调整至所需覆盖位置，形成投射区域；

d.感兴趣区域位置信息传递到平板探测器，平板探测器根据该区域位置信息以及诊断需要调整自动曝光控制参数；

e.待束光片组件动作完成和自动曝光控制参数确定后系统开始曝光；

f.探测器根据自动曝光控制参数，自动通知高压停止曝光，获得X射线图片。

7.一种基于权利要求1-4中任一所述系统的成像方法，所述系统还包括用于识别摄像头在显示屏上所呈现的受检者的受检部位的智能识别模块，所述探测器的最大曝光接受范围为有效成像区域，其特征在于，所述数字平板探测器具有自动生成DAEC参数功能，所述方法包括以下步骤：

a.待X射线成像受检者进入成像系统，确保受检者在有效成像区域内；

b.摄像头拍摄受检者与探测器，并将图片传送至智能识别模块，智能识别模块设别出受检者的受检部位、受检部位与当前投射区域位置关系以及受检部位与当前实际DAEC响应区域位置关系；

c.智能识别模块根据输入的诊断需要调整所述投射区域和所述实际DAEC响应区域；

d.平板探测器根据诊断需要调整自动曝光控制参数；

e.待束光片组件动作完成和自动曝光控制参数确定后系统开始曝光；

f.探测器根据自动曝光控制参数，自动通知高压停止曝光，获得X射线图片。