CN112472109B - 校准方法及x射线成像系统 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种校准方法及X射线成像系统，以及非暂态计算机可读存储介质。所述校准方法包括基于X射线源在第一位置曝光所得的第一图像和X射线源在第二位置曝光所得的第二图像，获取X射线源的发射角度以及相对于探测器中心的偏移量，以及基于X射线源的发射角度以及相对于探测器中心的偏移量，驱动X射线源，以使得X射线源对准所述探测器的中心，其中，第二位置在第一位置相对于探测器的垂直线或其延长线上。

Description

校准方法及X射线成像系统
技术领域
本发明涉及医学成像技术，更具体地涉及一种校准方法及X射线成像系统，以及非暂态计算机可读存储介质。
背景技术
在X射线成像系统中，来自X射线源的辐射射向被检测对象，该被检测对象通常为医学诊断应用中的患者。辐射的一部分通过所述被检测对象且冲击探测器，该探测器被划分成离散元件(例如像素)的矩阵。读出探测器元件以基于冲击每个像素区域的辐射的数量或强度而产生输出信号。可接着处理所述信号以产生可显示以供检视的医学图像，该医学图像可以显示在X射线成像系统的显示装置中。
通常地，在X射线成像系统的初始装配过程中，都需要将X射线源的焦点对准探测器的中心，并将该设置保存至控制系统中，以使得在之后的成像过程中，可以通过控制系统驱动X射线源移动和/或旋转，以使得其焦点直接对准探测器的中心。在初始装配过程中，通常地，需要操作者手动操作X射线源(或球管)，并通过肉眼判断以使得穿过限速器的X射线的中心射线(或焦点)可以对准探测器的中心，然而在这个过程中，不仅费时，而且精度也不够。
在另一方面，即使在初始装配的过程中，已经配准好X射线源和探测器的相对位置，然而在多次成像过程中，往往会出现一定的偏差(或误差)，导致X射线源的焦点不能对准探测器的中心，例如，X射线源的入射角度偏移等，如果偏差较大可能会导致部分X射线超出成像区域(或探测器区域)，在此种情况下，X射线源和探测器的相对位置的校准也较为困难和费时。
发明内容
本发明提供一种校准方法及X射线成像系统，以及非暂态计算机可读存储介质，该校准方法利用在仅有像源距改变的第一位置和第二位置处曝光所得的两幅图像，计算所述X射线源的发射角度以及相对于探测器中心的偏移量，并根据计算所得发射角度以及偏移量可以驱动X射线源移动和/或旋转，以使得X射线源的焦点对准探测器的中心，以达到校准的目的，该校准方法不但适用于初始装配过程中，也是适用于X射线源和探测器之间出现偏差的情况。
本发明的示例性实施例提供了一种校准方法，所述校准方法包括基于X射线源在第一位置曝光所得的第一图像和所述X射线源在第二位置曝光所得的第二图像，获取所述X射线源的发射角度以及相对于探测器中心的偏移量，以及基于所述X射线源的发射角度以及相对于探测器中心的偏移量，驱动所述X射线源，以使得所述X射线源对准所述探测器的中心，其中，第二位置在所述第一位置相对于所述探测器的垂直线或其延长线上。
具体地，在所述第一位置和所述第二位置处的所述X射线源的曝光视野均在所述探测器的成像区域之内。
具体地，所述第二位置在所述第一位置相对于所述探测器的垂直线上。
具体地，基于所述第一图像和所述第二图像，获取所述X射线源的发射角度以及相对于探测器中心的偏移量进一步包括确定所述第一位置与所述第二位置之间的距离H，所述第一图像与第一基准线的一端的交点到探测器中心的距离A11，所述第二图像与所述第一基准线的一端的交点到探测器中心的距离A12，所述第一图像与所述第一基准线的另一端的交点到探测器中心的距离B11，所述第二图像与所述第一基准线的另一端的交点到探测器中心的距离B12，所述第一图像与第二基准线的一端的交点到探测器中心的距离A21，所述第二图像与所述第二基准线的一端的交点到探测器中心的距离A22，所述第一图像与所述第二基准线的另一端的交点到探测器中心的距离B21，所述第二图像与所述第二基准线的另一端的交点到探测器中心的距离B22，其中，所述第一基准线为穿过所述探测器的中心且垂直于所述探测器的第一侧边的直线，所述第二基准线为穿过所述探测器的中心且垂直于与所述第一侧边相邻的第二侧边的直线。
进一步地，基于所述第一图像和所述第二图像，获取所述X射线源的发射角度以及相对于探测器中心的偏移量进一步包括基于所述第一位置与所述第二位置之间移动的距离，所述第一图像和所述第二图像与第一基准线和第二基准线之间的交点到所述探测器中心之间的距离，获取所述X射线源的发射角度。更进一步地，所述X射线源的发射角度包括中心射线与第一平面的偏移角α,其中，所述中心射线为所述X射线源发射的射线束的中心射线，所述第一平面为垂直于所述第一侧边的平面。更进一步地，偏移角α通过如下公式得到：其中，a1＝A11-A12，为所述第一图像和所述第二图像与所述第一基准线的一端的交点之间的距离，b1＝B11-B12，为所述第一图像和所述第二图像与所述第一基准线的另一端的交点之间的距离。更进一步地，所述X射线源的发射角度包括所述中心射线与第二平面的偏移角β，其中，所述第二平面为垂直于所述第二侧边的平面。再进一步地，偏移角β通过如下公式得到：其中，a2＝A21-A22，为所述第一图像和所述第二图像与所述第二基准线的一端的交点之间的距离，b2＝B21-B22，为所述第一图像和所述第二图像与所述第二基准线的另一端的交点之间的距离。
进一步地，基于所述第一图像和所述第二图像，获取所述X射线源的发射角度以及相对于探测器中心的偏移量进一步包括基于所述第一图像和所述第二图像与所述第一基准线和所述第二基准线之间的交点到所述探测器中心之间的距离，获取所述X射线源相对于探测器中心的偏移量。更进一步地，所述X射线源相对于探测器中心的偏移量包括投影点到所述第二基准线的距离d1以及所述投影点到所述第一基准线的距离d2，其中，所述投影点为所述X射线源到所述探测器的垂直线且与所述探测器的交点。再进一步地，距离d1和d2通过如下公式得到：
进一步地，校准方法进一步包括基于所述第一图像和所述第二图像，获取所述第一位置处的像源距SID1。更进一步地，基于所述第一图像和所述第二图像，获取所述第一位置处的像源距SID1进一步包括基于所述第一位置与所述第二位置之间的距离，所述第一图像与第一基准线和第二基准线之间的交点到所述探测器中心之间的距离，获取所述像源距SID1。再进一步地，像源距SID1可以通过如下公式得到：
本发明的示例性实施例还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其用于存储计算机程序，所述计算机程序由计算机执行时使计算机执行上述的用于校准方法的指令。
本发明的示例性实施例还提供了一种X射线成像系统，所述系统包括X射线源，探测器，以及校准模块，所述校准模块包括计算单元和驱动单元，所述计算单元用于基于X射线源在第一位置曝光所得的第一图像和所述X射线源在第二位置曝光所得的第二图像，获取所述X射线源的发射角度以及相对于探测器中心的偏移量，其中，第二位置在所述第一位置相对于所述探测器的垂直线或其延长线，所述驱动单元用于基于所述X射线源的发射角度以及相对于探测器中心的偏移量，驱动所述X射线源，以使得所述X射线源对准所述探测器的中心。
具体地，在所述第一位置和所述第二位置处的所述X射线源的曝光视野在所述探测器的成像区域之内。
具体地，所述第二位置在所述第一位置相对于所述探测器的垂直线上。
具体地，所述计算单元包括第一单元，所述第一单元用于获取所述第一位置与所述第二位置之间的距离H，所述第一图像与第一基准线的一端的交点到探测器中心的距离A11，所述第二图像与所述第一基准线的一端的交点到探测器中心的距离A12，所述第一图像与所述第一基准线的另一端的交点到探测器中心的距离B11，所述第二图像与所述第一基准线的另一端的交点到探测器中心的距离B12，所述第一图像与第二基准线的一端的交点到探测器中心的距离A21，所述第二图像与所述第二基准线的一端的交点到探测器中心的距离A22，所述第一图像与所述第二基准线的另一端的交点到探测器中心的距离B21，所述第二图像与所述第二基准线的另一端的交点到探测器中心的距离B22，其中，所述第一基准线为穿过所述探测器的中心且垂直于所述探测器的第一侧边的直线，所述第二基准线为穿过所述探测器的中心且垂直于与所述第一侧边相邻的第二侧边的直线。
进一步地，所述计算单元包括第二单元，所述第二单元用于基于所述第一单元的输出，计算所述X射线源的发射角度，其中，所述X射线源的发射角度包括中心射线与第一平面的偏移角α，所述中心射线为所述X射线源发射的射线束的中心射线，所述第一平面为垂直于所述第一侧边的平面。更进一步地，所述X射线源的发射角度进一步包括所述中心射线与第二平面的偏移角β，所述第二平面为垂直于所述第二侧边的平面。
进一步地，所述计算单元包括第三单元，所述第三单元用于基于所述第一单元的输出，计算所述X射线源相对于探测器中心的偏移量，其中，所述X射线源相对于探测器中心的偏移量包括投影点到所述第二基准线的距离d1以及所述投影点到所述第一基准线的距离d2，所述投影点为所述X射线源到所述探测器的垂直线且与所述探测器的交点。
进一步地，所述计算单元包括第四单元，所述第四单元用于基于所述第一单元的输出，计算所述第一位置处的像源距SID1。
通过下面的详细描述、附图以及权利要求，其他特征和方面会变得清楚。
附图说明
通过结合附图对于本发明的示例性实施例进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中：
图1是根据本发明一些实施例的X射线成像系统的示意图；
图2是根据本发明一些实施例的固定式X射线成像系统的示意图；
图3是根据本发明一些实施例的校准模块的示意图；
图4-7是根据本发明第一实施例的校准模块的原理图，其中，图4是基于图2所示的成像系统中的探测器230的示意图，图5是基于不同位置的示意图，图6是根据图5所示的原理图中的x-z轴平面的原理图，图7是根据图5所示的原理图中的x-y轴平面的原理图；
图8-9是根据本发明第二实施例的校准模块的原理图，其中，图8是基于图2所示的成像系统中的探测器220的示意图，图9是根据图8所示的原理图中的x-z轴以及y-z轴平面的原理图；以及
图10是根据本发明一些实施例的校准方法的流程图。
具体实施方式
以下将描述本发明的具体实施方式，需要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。应当可以理解的是，在任意一种实施方式的实际实施过程中，正如在任意一个工程项目或者设计项目的过程中，为了实现开发者的具体目标，为了满足系统相关的或者商业相关的限制，常常会做出各种各样的具体决策，而这也会从一种实施方式到另一种实施方式之间发生改变。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本发明公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本公开揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本公开的内容不充分。
除非另作定义，权利要求书和说明书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，也不限于是直接的还是间接的连接。
图1示出了根据本发明一些实施例的X射线成像系统100。如图1所示，X射线成像系统系统100包括X射线源104，探测器106，以及控制子系统108。在一些实施例中，所述的X射线成像系统100可以是设置在固定X射线成像室中的固定X射线成像系统，也可以是移动X射线成像系统。
X射线源104可以向被检测对象102中的预期感兴趣区域投射X射线114。具体地，X射线源104可以邻近限束器116定位，限束器116用于将X射线114对准到被检测对象102中的预期感兴趣区域。X射线114的至少一部分可以通过被检测对象102衰减，并且可以入射到探测器106上。
探测器106包括探测器面板阵列，其包括光感测光电二极管和开关薄膜场效应晶体管(FET)的像素阵列，其将光子转换成电信号。沉积在光电二极管和FET的像素阵列上的闪烁体材料将在闪烁体材料表面上接收的入射X射线辐射光子转换成较低能量的光子。如上文提到的，光电二极管和FET的像素阵列将光子转换成电信号。备选地，探测器面板阵列可直接将X射线光子转换成电信号。这些电信号由探测器面板阵列接口(其提供数字信号)给计算装置120以转换成图像数据并且重建被检测对象102的医学图像。在一些实施例中，探测器106可以配置成使用光转换、直接转换和/或其他任何适当的检测技术将入射X射线114转换成电信号。在一些实施例中，探测器106包括用于与通信链路112无线通信的无线通信接口以及有线通信接口，用于与控制子系统108无线和/或有线通信，其中，无线通信接口可利用任何适合的无线通信协议，例如超宽带(UWB)通信标准、蓝牙通信标准或任何IEEE802.11通信标准。
探测器106还可配置成经由有线或无线连接将未被处理或被部分处理的图像数据传送到工作站或便携式探测器控制装置或将经处理的X射线图像传送到打印机来生成图像的副本。便携式探测器控制装置可包括个人数字助理(PDA)、掌上型计算机、膝上型计算机、智能电话、例如iPadTM等平板计算机或任何适合的通用或专用便携式接口装置。便携式探测器控制装置配置成由用户持有并且与探测器106无线通信。注意探测器和便携式探测器控制装置可利用任何适合的无线通信协议，例如IEEE 802.15.4协议、UWB通信标准、蓝牙通信标准或任何IEEE 802.11通信标准。备选地，便携式探测器控制装置可配置成系连或可拆分地系连到探测器106以经由有线连接而通信。
控制子系统108包括源控制器(图中未示出)和探测器控制器(图中未示出)。源控制器用于命令X射线源104发出X射线114用于图像曝光。探测器控制器用于协调各种探测器功能的控制，例如，可执行各种信号处理和过滤功能，具体地，用于动态范围的初始调整、数字图像数据的交错等。在一些实施例中，控制子系统108可以提供用于控制X射线源104和探测器106的操作的功率和定时信号。确切地说，控制子系统108可以分别通过使用电源110以及一个或多个有线和/或无线通信链路112向X射线源104和/或探测器106提供功率和定时信号，其中，通信链路112可以对应于背板总线、局域网、广域网和/或互联网等。在一些实施例中，电源110包括一个或多个电池，此外，尽管图1示出了电源110与X射线源104通过通信链路连接，然而，本领域技术人员应该理解，电源110和X射线源104也可以直接耦合。
控制子系统108可以被设置和/或布置成以不同的方式使用。例如，在一些实现中，可以使用单个控制子系统108；在其他实现中，多个控制子系统108被配置成一起(例如，基于分布式处理配置)或单独地工作，每个控制子系统108被配置成处理特定方面和/或功能，和/或处理用于生成仅用于特定的医学成像系统的模型的数据。在一些实现中，控制子系统108可以是本地的(例如，与一个或多个X射线成像系统100同地，例如在同一设施和/或同一局部网络内)；在其他实现中，控制子系统108可以是远程的，因此只能经由远程连接(例如，经由因特网或其他可用的远程访问技术)来访问。在特定实现中，控制子系统108可以以类似云的方式配置，并且可以以与访问和使用其他基于云的系统的方式基本上相似的方式被访问和/或使用。
在一些实施例中，系统100还包括计算装置120，计算装置120可以配置成使用数字化信号来重建一个或多个所需图像和/或确定与被检测对象102相对应的有用诊断信息，其中，计算装置120可以包括一个或多个专用处理器、图形处理单元、数字信号处理器、微型计算机、微控制器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他适当的处理装置。
在一些实施例中，系统100还包括存储装置122，计算装置120可以将数字化信号存储在存储装置122中。例如，存储装置122可包括硬盘驱动器、软盘驱动器、光盘读/写(CD-R/W)驱动器、数字通用磁盘(DVD)驱动器、闪存驱动器和/或固态存储装置。该存储装置用于存储可以由计算机执行的程序，当计算机执行程序时，可以使X射线成像系统的多个部件实施对应于上述成像序列的操作。当计算机执行程序时，还可以执行医学成像方法，以对原始图像进行后处理，以得到后处理之后的优化图像。
尽管图1将存储装置122、计算装置120、和控制子系统108图示成单独的装置，但是在一些实施例中，它们中的一个或多个可以组合成单个装置，以有效地使用占地面积和/或满足预期的成像要求。
在一个实施例中，系统100还包括显示装置124，显示装置124可以用于显示重建图像和/或诊断信息等。
在一个实施例中，系统100还包括操作员工作站126，操作员工作站126允许用户接收和评估重建图像，以及输入控制指令(操作信号或控制信号)。操作员工作站126可以包括用户接口(或用户输入设备)，诸如键盘、鼠标、语音激活控制器或任何其他适合的输入设备等操作者界面的某个形式，操作者可以通过用户接口来向控制子系统108输入操作信号/控制信号，例如一个或多个扫描参数和/或请求所需诊断信息和/或图像以评估被检测对象102的内部结构和/或机能。
图2示出了根据本发明一些实施例的固定式X射线成像系统200，如图2所示，X射线成像系统200包括可伸缩的球管吊架(Overhead Tube Suspension,OTS)210，床225以及立柱235，OTS210包括安装在天花板的导轨211，可伸缩筒212，X射线源213，OTS控制台214以及限束器215。在床225和立柱235上分别设置有探测器220和230。
可伸缩筒212连接到X射线源213，在竖直方向上可伸缩。可伸缩筒212的下端设置有旋转部分，该旋转部分可以带动X射线源213旋转。
限束器215通常安装在X射线源213的下面，X射线源213可以发射X射线，该X射线通过限束器215的开口照射到被检测对象身上。其中，限束器215的开口的大小决定X射线的照射范围，即曝光视场(Field of View，FOV)的区域大小。X射线源213和限束器215在横向上的位置决定曝光视场FOV在被检测对象身上的位置。众所周知的是，X射线对人体是有害的，因此需要控制X射线使其只照射被检测对象需要检查的部位，即感兴趣区域(Region ofInterest，ROI)。
为了便于描述，在图2的X射线成像系统，将沿导轨211的长度方向(床220的长度方向)定义为x轴方向，沿导轨211的宽度方向定义为y轴方向，竖直方向(OTS210上下运动方向)定义为z轴，绕y轴的旋转定义为α轴，绕z轴的旋转定义为β轴。
在装配过程或成像之前，通常需要将X射线源213的焦点可以对准探测器220/230的中心，然而如果通过手动调节OTS并通过肉眼判断并不准确。因此，本发明一些实施例的X射线成像系统进一步包括校准模块(图中未示出)，该校准模块可以基于在不同像源距的位置处曝光所得的两幅图像，确定X射线源的入射角度(相对于探测器220为α轴的偏移，相对于探测器230为α和β轴的偏移)以及相对于探测器的偏移量(相对于探测器220为x轴和y轴的偏移，相对于探测器230为x轴和z轴的偏移)，依据上述确定的偏移，控制X射线源在相应的轴向上进行移动和/或旋转，以使得X射线源可以对准探测器的中心，以完成装配和/或校准。
在一些实施例中，校准模块可以是设置在如图2所示的OTS控制台214中，也可以是设置在远程控制室中，也可以是设置在移动式控制设备中，在另一些实施例中，校准模块也可以是单独设置的一个独立模块。
图3示出了本发明一些实施例的校准模块300的示意图，图4-7示出了根据本发明第一实施例的校准模块的原理图，其中，图4是基于图2所示的成像系统中的探测器230的示意图，图5是基于不同位置的示意图，图6示出了图5所示的原理图中的x-z轴平面的原理图，图7示出了图5所示的原理图中的x-y轴平面的原理图。为了便于描述，在图4-7中，沿用了如图2所示的坐标轴，即，将垂直于探测器的方向定义为x轴，将平行于探测器的第一侧边431的轴定义为y轴，将平行于探测器的第二侧边432的轴定义为z轴，其中，第二侧边432与第一侧边431相邻，此外，将通过探测器中心O且垂直于第一侧边431的直线定义为第一基准线441，通过探测器中心O且垂直于与第二侧边432的直线定义为第二基准线442，此外，将X射线源到探测器的垂直线(即X射线源相对于探测器的投影)和/或其延长线定义为投影线401，垂直线401与探测器的交点定义为投影点Q，将X射线源发射的X射线束中的中心射线与最外围的射线之间的夹角定义为θ。
如图3-7所示，校准模块300包括计算单元310和驱动单元320。
计算单元310用于基于X射线源在第一位置S1曝光所得的第一图像I1和X射线源在第二位置S2曝光所得的第二图像I2，获取X射线源的发射角度以及相对于探测器中心的偏移量，其中，第二位置S2在第一位置S1相对于探测器230的垂直线401或其延长线上。
具体地，在第一位置S1和第二位置S2处的X射线源的曝光视野均在探测器230的成像区域之内，例如，在第一位置S1发射的X射线束412在探测器230的成像区域内，在第二位置S2发射的X射线束422也在探测器230的成像区域内。
此外，第二位置S2在第一位置S1相对于探测器230的垂直线上，也就是说，第二位置S2处的像源距SID小于第一位置S1处的SID，换言之，X射线源基于控制朝向探测器的方向移动。
计算单元310包括第一单元311。第一单元311用于基于第一图像I1和第二图像I2，确定第一位置S1与第二位置S2之间的距离H，第一图像I1与第一基准线441的一端的交点A1′到探测器中心O的距离A11，第二图像I2与第一基准线441的一端的交点A2′到探测器中心O的距离A12，第一图像I1与所述第一基准线441的另一端的交点B1′到探测器中心O的距离B11，第二图像I2与所述第一基准线441的另一端的交点B2′到探测器中心O的距离B12，第一图像I1与第二基准线442的一端的交点A1到探测器中心O的距离A21，第二图像I2与所述第二基准线442的一端的交点A2到探测器中心O的距离A22，第一图像I1与第二基准线442的另一端的交点B1到探测器中心O的距离B21，第二图像I2与第二基准线442的另一端的交点B2到探测器中心O的距离B22。
具体地，通过在第一位置和第二位置曝光所得的第一图像和第二图像，可以基于所得图像的几何形状确定探测器中心O点，而且由于探测器是由多个像素阵列组成的，基于第一图像和第二图像可以确定所述图像的每个边到探测器中心的距离。
计算单元310包括第二单元312，第二单元312用于基于第一单元311的输出，计算X射线源的发射角度，其中，所述X射线源的发射角度包括中心射线与第一平面的偏移角α以及所述中心射线与第二平面的偏移角β，其中，中心射线402为X射线源发射的射线束412的中心射线，第一平面为垂直于探测器的第一侧边431的平面，第二平面为垂直于与探测器的第二侧边432的平面。
在一些实施例中，偏移角α是指如图6所示的x-z轴平面中的中心射线402相对于投影线401的夹角，具体地，假定中心射线相对于投影线向z轴的正方向(第一图像和第二图像与第一基准线的一端的交点A1′/A2′方向)偏移，则α为负值，假定中心射线相对于投影线向z轴的负方向(第一图像和第二图像与第一基准线的另一端的交点B1′/B2′方向)偏移，则α为正值，也就是说，如果通过公式求得α为负值，则证明中心射线相对于投影线向z轴的正方向偏移，则需要控制X射线源绕y轴向z轴的负方向旋转α角度。偏移角β是指如图7所示的x-y轴平面中的中心射线402与投影线401之间的夹角，具体地，假定中心射线相对于投影线向y轴的正方向(第一图像和第二图像与第二基准线的一端的交点A1/A2方向)偏移，则β为负值，相对于投影线向y轴的负方向(第一图像和第二图像与第二基准线的另一端的交点B1/B2方向)偏移，则β为正值。
具体地，由于在如图4所示的第一实施例中，对于探测器230，x轴定义了像源距SID，也就是说，第一位置S1相对于第二位置S2只在x轴发生移动，因此，如图6所示的第一位置S1处的射线束412平行于第二位置S2处的射线束422，因此，S2与点N之间的距离等于点A1′与点A2′之间的距离，即S2N＝A1′A2′＝A11-A12，同样的，S2M＝B1′B2′＝B11-B12，为了便于描述，将A11-A12定义为a1，将B11-B12定义为b1，因此，可以得到如下公式(1)。
通过公式(1)可以得到如下公式(2)。
类似的，在如图7所示的x-y轴平面中，可以得到偏移角β。
计算单元310包括第三单元313，第三单元313用于基于第一单元311的输出，计算X射线源相对于探测器中心的偏移量，其中，X射线源相对于探测器中心的偏移量包括投影点到第二基准线的距离d1，以及投影点到第一基准线的距离d2。
在一些实施例中，距离d1是指如图6所示的x-z轴平面中的投影点Q与探测器中心O之间的距离，具体地，假定投影点相对于探测器中心在z轴的正方向(第一图像和第二图像与第一基准线的一端的交点A1′/A2′方向)，则d1为负值，假定投影点相对于相对于探测器中心在z轴的负方向(第一图像和第二图像与第一基准线的另一端的交点B1′/B2′方向)，则d1为正值，也就是说，如果通过公式求得d1为负值，则证明投影点相对于探测器中心向z轴的正方向偏移，则需要控制X射线源沿z轴向其负方向移动d1距离。距离d2是指如图7所示的x-y轴平面中的投影点Q与探测器中心O之间的距离，具体地，假定投影点相对于探测器中心在y轴的正方向(第一图像和第二图像与第二基准线的一端的交点A1/A2方向)，则d1为负值，假定投影点相对于探测器中心在y轴的负方向(第一图像和第二图像与第二基准线的另一端的交点B1/B2方向)，则d1为正值。
具体地，如图6所示，根据三角形相似的原理，可以得到如下公式(4)。
根据公式(4)可以得到距离d1。
类似的，在如图7所示的x-y轴平面中，可以得到距离d2。
计算单元310包括第四单元314，第四单元314用于基于第一单元311的输出，计算第一位置S1处的像源距SID1。
例如，如图6所示，可以确定SID1。
驱动单元320用于基于所述X射线源的发射角度以及相对于探测器中心的偏移量，驱动X射线源，以使得X射线源对准探测器的中心。具体地，驱动单元320可以驱动X射线源沿着y轴、z轴进行移动，和/或驱动X射线源绕x轴、z轴旋转以使其对准探测器的中心，以完成装配和/或校准。
图8-9是根据本发明第二实施例的校准模块的原理图，其中，图8是基于图2所示的成像系统中的探测器220的示意图，图9是根据图8所示的原理图中的x-z轴以及y-z轴平面的原理图。为了便于描述，在图8-9中，沿用了如图2所示的坐标轴，即，沿床的长度方向定义为x轴，沿床的宽度方向定义为y轴，垂直于探测器的方向定义为z轴，平行于y轴的探测器的其中一边定义为第一侧边531，平行于x轴的探测器的另一边定义为第二侧边532，此外，将通过探测器中心O且垂直于第一侧边531的直线定义为第一基准线541，通过探测器中心O且平行于与第二侧边532的直线定义为第二基准线542，此外，将X射线源到探测器的垂直线(即X射线源相对于探测器的投影)和/或其延长线定义为投影线501，垂直线501与探测器的交点定义为投影点Q，将X射线源发射的X射线束中的中心射线与最外围的射线之间的夹角定义为θ。
由于如图2所示，X射线源只能绕y轴和z轴进行旋转，不能绕x轴进行转动，因此，针对如图8所示的探测器220，X射线源(或其发射的X射线)与y-z轴形成的平面(垂直于探测器220的第二侧边532的平面)不存在偏移角，即在y-z轴中，x射线源的中心射线502与投影线501是重合的。
因此，与图4-7所示的第一实施例不同的是，如图8-9所示的第二实施例中的第二单元312，第二单元312用于基于第一单元311的输出，计算X射线源的发射角度，其中，X射线源的发射角度仅包括中心射线与第一平面的偏移角α，其中，中心射线502为X射线源发射的射线束412的中心射线，第一平面为垂直于探测器的第一侧边531的平面。具体地，偏移角α是指如图9所示的x-z轴平面中的中心射线502相对于投影线501的夹角。
因此，偏移角α可以基于第一位置S1与第二位置S2之间移动的距离H，第一图像I1和第二图像I2与第一基准线541的交点到探测器中心O之间的距离确定，具体地，可以基于上述公式(2)确定。即：
因此，驱动单元320也可以驱动X射线源沿着x轴、y轴进行移动，和/或驱动X射线源绕x轴进行旋转以使其对准探测器的中心，以完成装配和/或校准。
本发明一些实施例的X射线成像系统，包括校准模块，该校准模块可以利用在仅有像源距改变的第一位置和第二位置处曝光所得的两幅图像，计算所述X射线源的发射角度以及相对于探测器中心的偏移量，并根据计算所得发射角度以及偏移量可以驱动X射线源移动和/或旋转，以使得X射线源的焦点对准探测器的中心，以达到校准的目的，该校准方法不但适用于初始装配过程中，也是适用于X射线源和探测器之间出现偏差的情况。此外，本发明一些实施例的校准模块还可以基于第一图像和第二图像确定(初始的)第一位置处的像源距，节省了手动测量的时间并且提高了测量的精度。
图10示出了本发明一些实施例的校准方法。如图10所示，校准方法600包括步骤610和步骤620。
在步骤610中，基于X射线源在第一位置曝光所得的第一图像和X射线源在第二位置曝光所得的第二图像，获取X射线源的发射角度以及相对于探测器中心的偏移量，其中，第二位置在第一位置相对于探测器的垂直线或其延长线上。
优选地，第二位置在第一位置相对于探测器的垂直线上。也就是说，第二位置处的像源距SID小于第一位置处的SID，第二位置相对于第一位置仅有像源距的改变。
在一些实施例中，在第一位置和第二位置处的X射线源的曝光视野均在探测器的成像区域之内。
在一些实施例中，步骤640进一步包括如下步骤。
第一，基于第一图像和所述第二图像，可以得到如下已知量：第一位置与第二位置之间的距离H，第一图像与第一基准线的一端的交点到探测器中心的距离A11，第二图像与第一基准线的一端的交点到探测器中心的距离A12，第一图像与第一基准线的另一端的交点到探测器中心的距离B11，第二图像与第一基准线的另一端的交点到探测器中心的距离B12，第一图像与第二基准线的一端的交点到探测器中心的距离A21，第二图像与第二基准线的一端的交点到探测器中心的距离A22，第一图像与第二基准线的另一端的交点到探测器中心的距离B21，第二图像与第二基准线的另一端的交点到探测器中心的距离B22，其中，第一基准线为穿过探测器中心且垂直于所述探测器的第一侧边的直线，第二基准线为穿过探测器中心且垂直于与所述第一侧边相邻的第二侧边的直线。
第二，基于第一位置与第二位置之间移动的距离H，第一图像和第二图像与第一基准线和第二基准线之间的交点到探测器中心之间的距离(A11，A12，A21，A22，A11，B12，B21，B22)，获取X射线源的发射角度。具体地，X射线源的发射角度包括中心射线与第一平面的偏移角α,其中，中心射线为X射线源发射的射线束的中心射线，第一平面为垂直于探测器的第一侧边的平面，在一些实施例中，偏移角α可以通过如下公式得到：
其中，a1＝A11-A12，代表第一图像和第二图像与第一基准线的一端的交点之间的距离，b1＝B11-B12，代表第一图像和第二图像与第一基准线的另一端的交点之间的距离。
此外，X射线源的发射角度包括中心射线与第二平面的偏移角β，其中，第二平面为垂直于与探测器的第二侧边的平面，在一些实施例中，偏移角β通过如下公式得到：
其中，a2＝A21-A22，代表第一图像和第二图像与第二基准线的一端的交点之间的距离，b2＝B21-B22，代表第一图像和第二图像与第二基准线的另一端的交点之间的距离。
第三，基于第一图像和第二图像与第一基准线和第二基准线之间的交点到探测器中心之间的距离(A11，A12，A21，A22，B11，B12，B21，B22)，获取X射线源相对于探测器中心的偏移量。具体地，X射线源相对于探测器中心的偏移量包括投影点到第二基准线的距离d1以及投影点到第一基准线的距离d2，其中，投影点为X射线源到探测器的垂直线且与探测器的交点，在一些实施例中，距离d1和d2通过如下公式得到：
在步骤620中，基于X射线源的发射角度以及相对于探测器中心的偏移量，驱动X射线源，以使得X射线源对准探测器的中心。具体地，基于X射线源的发射角度可以驱动X射线源进行旋转，并基于X射线源相对于探测器中心的偏移量驱动X射线源进行移动，
在一些实施例中，校准方法进一步包括基于第一图像和第二图像，获取第一位置处的像源距SID1。具体地，可以基于第一位置与第二位置之间的距离H，第一图像与第一基准线和第二基准线之间的交点到探测器中心之间的距离(A11，A12，B11，B12)，获取第一位置处的像源距SID1。在一些实施例中，像源距SID1可以通过如下公式得到：
本发明还可以提供一种非暂态计算机可读存储介质，其用于存储指令集和/或计算机程序，该指令集和/或计算机程序由计算机执行时使计算机执行上述的获医学成像方法，执行该指令集和/或计算机程序的计算机可以为X射线成像系统的计算机，也可以为X射线成像系统的其它装置/模块，在一种实施例中，该指令集和/或计算机程序可以编制于计算机的处理器/控制器中。
具体地，该指令集和/或计算机程序由计算机执行时使计算机：
基于X射线源在第一位置曝光所得的第一图像和X射线源在第二位置曝光所得的第二图像，获取X射线源的发射角度以及相对于探测器中心的偏移量，其中，第二位置在第一位置相对于探测器的垂直线或其延长线上；以及
基于X射线源的发射角度以及相对于探测器中心的偏移量，驱动X射线源，以使得X射线源对准探测器的中心。
如上所述的指令可以被合并为一个指令执行，任一指令也可以被拆分成多个指令以执行，此外，也并不限于按照上述的指令执行顺序。
在一些实施例中，基于X射线源在第一位置曝光所得的第一图像和X射线源在第二位置曝光所得的第二图像，获取X射线源的发射角度以及相对于探测器中心的偏移量包括基于第一位置与第二位置之间移动的距离，第一图像和第二图像与第一基准线和第二基准线之间的交点到探测器中心之间的距离，获取X射线源的发射角度。
在一些实施例中，基于X射线源在第一位置曝光所得的第一图像和X射线源在第二位置曝光所得的第二图像，获取X射线源的发射角度以及相对于探测器中心的偏移量包括基于第一图像和第二图像与第一基准线和第二基准线之间的交点到探测器中心之间的距离，获取X射线源相对于探测器中心的偏移量。
在一些实施例中，还包括基于第一图像和第二图像，获取第一位置处的像源距。
如本文使用的，术语“计算机”可包括任何基于处理器或基于微处理器的系统，其包括使用微控制器、精简指令集计算机(RISC)、专用集成电路(ASIC)、逻辑电路和能够执行本文描述的功能的任何其它电路或处理器的系统。上文的示例只是示范性的，并且从而不意在采用任何方式限制术语“计算机”的定义和/或含义。
指令集可包括各种命令，其指示作为处理机的计算机或处理器执行特定的操作，例如各种实施例的方法和过程。指令集可采用软件程序的形式，该软件程序可形成一个或多个有形的非暂时性计算机可读介质的一部分。该软件可采用例如系统软件或应用软件的各种形式。此外，该软件可采用独立程序或模块的集合、在更大程序内的程序模块或程序模块的一部分的形式。该软件还可包括采用面向对象编程的形式的模块化编程。输入数据由处理机的处理可响应于操作者命令，或响应于先前的处理结果，或响应于由另外一个处理机作出的请求。
上面已经描述了一些示例性实施例，然而，应该理解的是，可以做出各种修改。例如，如果所描述的技术以不同的顺序执行和/或如果所描述的系统、架构、设备或电路中的组件以不同方式被组合和/或被另外的组件或其等同物替代或补充，则可以实现合适的结果。相应地，其他实施方式也落入权利要求的保护范围内。

Claims (23)

1.一种校准方法，其包括：
基于X射线源在第一位置曝光所得的第一图像和所述X射线源在第二位置曝光所得的第二图像，获取所述X射线源的发射角度以及相对于探测器中心的偏移量，其中，第二位置在所述第一位置相对于所述探测器的垂直线或其延长线上，其中，获取所述X射线源的发射角度包括基于所述第一位置与所述第二位置之间移动的距离，所述第一图像和所述第二图像与第一基准线和第二基准线之间的交点到所述探测器中心之间的距离，获取所述X射线源的发射角度，所述X射线源的发射角度包括所述X射线源发射的射线束的中心射线与垂直于探测器第一侧边和/或第二侧边的平面之间的偏移角，所述第一基准线为穿过所述探测器的中心且垂直于所述第一侧边的直线，所述第二基准线为穿过所述探测器的中心且垂直于与所述第二侧边的直线；以及
基于所述X射线源的发射角度以及相对于探测器中心的偏移量，驱动所述X射线源，以使得所述X射线源对准所述探测器的中心。
2.如权利要求1所述的校准方法，其中，在所述第一位置和所述第二位置处的所述X射线源的曝光视野均在所述探测器的成像区域之内。
3.如权利要求1所述的校准方法，其中，所述第二位置在所述第一位置相对于所述探测器的垂直线上。
4.如权利要求1所述的校准方法，其中，基于所述第一图像和所述第二图像，获取所述X射线源的发射角度以及相对于探测器中心的偏移量进一步包括：
确定所述第一位置与所述第二位置之间的距离H，所述第一图像与第一基准线的一端的交点到探测器中心的距离A11，所述第二图像与所述第一基准线的一端的交点到探测器中心的距离A12，所述第一图像与所述第一基准线的另一端的交点到探测器中心的距离B11，所述第二图像与所述第一基准线的另一端的交点到探测器中心的距离B12，所述第一图像与第二基准线的一端的交点到探测器中心的距离A21，所述第二图像与所述第二基准线的一端的交点到探测器中心的距离A22，所述第一图像与所述第二基准线的另一端的交点到探测器中心的距离B21，所述第二图像与所述第二基准线的另一端的交点到探测器中心的距离B22。
5.如权利要求4所述的校准方法，其中，所述X射线源的发射角度包括中心射线与第一平面的偏移角α,其中，所述中心射线为所述X射线源发射的射线束的中心射线，所述第一平面为垂直于所述第一侧边的平面。
6.如权利要求5所述的校准方法，其中，偏移角α通过如下公式得到：
其中，a1＝A11-A12，为所述第一图像和所述第二图像与所述第一基准线的一端的交点之间的距离，b1＝B11-B12，为所述第一图像和所述第二图像与所述第一基准线的另一端的交点之间的距离。
7.如权利要求5所述的校准方法，其中，所述X射线源的发射角度包括所述中心射线与第二平面的偏移角β，其中，所述第二平面为垂直于所述第二侧边的平面。
8.如权利要求7所述的校准方法，其中，偏移角β通过如下公式得到：
其中，a2＝A21-A22，为所述第一图像和所述第二图像与所述第二基准线的一端的交点之间的距离，b2＝B21-B22，为所述第一图像和所述第二图像与所述第二基准线的另一端的交点之间的距离。
9.如权利要求4所述的校准方法，其中，基于所述第一图像和所述第二图像，获取所述X射线源的发射角度以及相对于探测器中心的偏移量进一步包括：
基于所述第一图像和所述第二图像与所述第一基准线和所述第二基准线之间的交点到所述探测器中心之间的距离，获取所述X射线源相对于探测器中心的偏移量。
10.如权利要求9所述的校准方法，其中，所述X射线源相对于探测器中心的偏移量包括投影点到所述第二基准线的距离d1以及所述投影点到所述第一基准线的距离d2，其中，所述投影点为所述X射线源到所述探测器的垂直线且与所述探测器的交点。
11.如权利要求10所述的校准方法，其中，距离d1和d2通过如下公式得到：
12.如权利要求4所述的校准方法，其中，进一步包括：
基于所述第一图像和所述第二图像，获取所述第一位置处的像源距SID1。
13.如权利要求12所述的校准方法，基于所述第一图像和所述第二图像，获取所述第一位置处的像源距SID1进一步包括：
基于所述第一位置与所述第二位置之间的距离，所述第一图像与第一基准线和第二基准线之间的交点到所述探测器中心之间的距离，获取所述像源距SID1。
14.如权利要求13所述的校准方法，其中，像源距SID1可以通过如下公式得到：
15.一种非暂态计算机可读存储介质，其用于存储计算机程序，所述计算机程序由计算机执行时使计算机执行权利要求1-14任一项所述的校准方法。
16.一种X射线成像系统，其包括X射线源，探测器，以及校准模块，所述校准模块包括：
计算单元，其用于基于X射线源在第一位置曝光所得的第一图像和所述X射线源在第二位置曝光所得的第二图像，获取所述X射线源的发射角度以及相对于探测器中心的偏移量，其中，第二位置在所述第一位置相对于所述探测器的垂直线或其延长线上，其中，获取所述X射线源的发射角度包括基于所述第一位置与所述第二位置之间移动的距离，所述第一图像和所述第二图像与第一基准线和第二基准线之间的交点到所述探测器中心之间的距离，获取所述X射线源的发射角度，所述X射线源的发射角度包括所述X射线源发射的射线束的中心射线与垂直于探测器第一侧边和/或第二侧边的平面之间的偏移角，所述第一基准线为穿过所述探测器的中心且垂直于所述第一侧边的直线，所述第二基准线为穿过所述探测器的中心且垂直于与所述第二侧边的直线；以及
驱动单元，其用于基于所述X射线源的发射角度以及相对于探测器中心的偏移量，驱动所述X射线源，以使得所述X射线源对准所述探测器的中心。
17.如权利要求16所述的X射线成像系统，其中，在所述第一位置和所述第二位置处的所述X射线源的曝光视野在所述探测器的成像区域之内。
18.如权利要求16所述的X射线成像系统，其中，所述第二位置在所述第一位置相对于所述探测器的垂直线上。
19.如权利要求16所述的X射线成像系统，其中，所述计算单元包括第一单元，所述第一单元用于获取所述第一位置与所述第二位置之间的距离H，所述第一图像与第一基准线的一端的交点到探测器中心的距离a11，所述第二图像与所述第一基准线的一端的交点到探测器中心的距离A12，所述第一图像与所述第一基准线的另一端的交点到探测器中心的距离B11，所述第二图像与所述第一基准线的另一端的交点到探测器中心的距离B12，所述第一图像与第二基准线的一端的交点到探测器中心的距离A21，所述第二图像与所述第二基准线的一端的交点到探测器中心的距离A22，所述第一图像与所述第二基准线的另一端的交点到探测器中心的距离B21，所述第二图像与所述第二基准线的另一端的交点到探测器中心的距离B22，其中，所述第一基准线为穿过所述探测器的中心且垂直于所述探测器的第一侧边的直线，所述第二基准线为穿过所述探测器的中心且垂直于与所述第一侧边相邻的第二侧边的直线。
20.如权利要求19所述的X射线成像系统，其中，所述计算单元包括第二单元，所述第二单元用于基于所述第一单元的输出，计算所述X射线源的发射角度，其中，所述X射线源的发射角度包括中心射线与第一平面的偏移角α，所述中心射线为所述X射线源发射的射线束的中心射线，所述第一平面为垂直于所述第一侧边的平面。
21.如权利要求20所述的X射线成像系统，其中，所述X射线源的发射角度进一步包括所述中心射线与第二平面的偏移角β，所述第二平面为垂直于所述第二侧边的平面。
22.如权利要求19所述的X射线成像系统，其中，所述计算单元包括第三单元，所述第三单元用于基于所述第一单元的输出，计算所述X射线源相对于探测器中心的偏移量，其中，所述X射线源相对于探测器中心的偏移量包括投影点到所述第二基准线的距离d1以及所述投影点到所述第一基准线的距离d2，所述投影点为所述X射线源到所述探测器的垂直线且与所述探测器的交点。
23.如权利要求19所述的X射线成像系统，其中，所述计算单元包括第四单元，所述第四单元用于基于所述第一单元的输出，计算所述第一位置处的像源距SID1。
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