CN116548994B - X射线投影方位指示盘、基于x射线的三维数据采集系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于X射线成像技术领域,尤其涉及一种X射线投影方位指示盘、基于X射线的三维数据采集系统;X射线投影方位指示盘包括:包括盘体,该盘体上设有用于接收来自X射线源方向的指示光束照射的刻度面板;沿所述刻度面板延伸方向在其上布设有角度刻度,用于通过读数获取指示光束的照射角度;通过在盘体的刻度面板上设置角度刻度,以实现与指示光束等相配合后可直接显示出X射线源的方位,便于准确获取到二维投影数据对应的几何参数,进而获取到精确的三维数据。
Description
技术领域
本发明属于X射线成像技术领域,尤其涉及一种X射线投影方位指示盘、基于X射线的三维数据采集系统。
背景技术
由于人体各种组织、器官在密度、厚度等方面存在差异,对投照在其上的X射线的吸收量各不相同,从而使透过人体的X射线强度分布发生变化并携带人体信息,最终形成X射线信息影像。基于此,人们先后研发出了二维的胶片X射线成像技术、计算机x线摄影术(英文Computed Radiography,简称CR)和数字X射线成像技术(英文Digital Radiography,简称DR),以及三维的计算机断层成像技术(英文Computed Tomography,简称CT)。随着技术的发展和应用需求的增加,CR、DR以及CT等基于X射线的检测技术也被应用到无损探伤检测、工业检测、安检等领域。
CR、DR数字X射线成像技术以其辐射小、成像快等优势被广泛使用,但是,其使用场景存在诸多局限性,比较突出的是,其只能进行二维投影成像,形成的图像容易受到待成像物体内部不同厚度处组织结构的干扰、或者外部物质的干扰,成像可用信息少。用于异常判断时,可信度低。CT虽然能形成待成像物体内部的三维结构图像,但是其需要围绕待成像物体的周向曝光多次,存在辐射量大,成像速度慢以及设备笨重且成本高等问题,这也限制着CT的推广。
因此,如何通过二维X射线成像形成3D成像,成为了X射线技术的未来,随着图像处理等计算机技术的发展,用二维的成像数据通过三维图像重建技术建立3D图像已经成为可能。如图1所示为现有使用DR采集三维成像数据的装置,包括相对设置的X射线源401和探测器403,在探测器403与X射线源401之间设置用于承载物体411的转盘402,根据转盘转动的角度推定承载的物体的转动角度,依次推断X射线的入射角度,再基于该入射角度等几何参数和投影数据进行三维重建。
发明内容
申请人发现,虽然已经有一些算法支持使用多张二维图像进行三维重建,但是其重建图像的准确性受到采集的几何参数准确性的限制。现有的几何参数采集装置,不能直接获取X射线入射角等参数,只能通过承载待检测物的转盘转动的方向等推算X射线的入射角度、入射X射线相对于待检测物的方位等,结构复杂,采集几何参数精确度低,且转盘转动时其上的人或物体容易因惯性运动,影响了成像的准确性也容易造成人损伤。
为了解决上述技术问题,本申请旨在提出一种X射线投影方位指示盘、基于X射线的三维数据采集系统,通过在盘体的刻度面板上设置角度刻度,以实现与指示光束等相配合后可直接显示出X射线源的方位,便于准确获取到二维投影数据对应的几何参数,进而得到精确的三维图像数据,也保证了获取二维投影数据的安全性。
本发明的技术方案如下:
本发明的一个方面,提供了一种X射线投影方位指示盘,包括盘体,该盘体上设有用于接收来自X射线源方向的指示光束照射的刻度面板;沿所述刻度面板延伸方向在其上布设有角度刻度,用于通过读数获取指示光束的照射角度。
进一步地,所述刻度面板上还设有多条并列的偏移指示线,用于根据指示光束照射到的偏移指示线,确定X射线投影区域的偏移量。
进一步地,所述刻度面板设置于所述盘体的上表面或下表面。
进一步地,所述盘体的材质为玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯和聚对苯二甲酸乙二醇脂的其中一种。
进一步地,所述刻度面板呈弧形,该弧形所在的圆与X射线源移动轨迹所在的圆为同心圆;所述角度刻度沿所述刻度面板弧形的延伸方向均匀排布;和/或,各所述偏移指示线均沿所述刻度面板的延伸方向设置,且与所述角度刻度的各刻度线所在直线相互垂直。
进一步地,还包括用于将所述盘体固定于探测器上的支撑固定机构;所述支撑固定机构包括与探测器对应连接的下连接件、与所述盘体对应连接的上连接件、和连接所述上连接件与所述下连接件的支撑杆;沿所述支撑杆长度方向在其上设置有刻度,通过调节所述上连接件与所述支撑杆连接的位置,或所述下连接件与所述支撑杆连接的位置来实现调节所述盘体与探测器间的距离。
本发明的另一方面,提供了一种基于X射线的三维数据采集系统,包括:X射线源,探测器,与所述X射线源连接且照射方向与所述X射线源投影方向相同的指示光光源,如上任一项所述的X射线投影方位指示盘,和用于采集指示光束在刻度面板上照射位置的摄像机。
进一步地,还包括:弧形限位轨道和沿该限位轨道运动的运动块,该弧形限位轨道所在圆的圆心与所述刻度面板所在圆的圆心相同;所述X射线源安装于所述运动块上。
进一步地,所述摄像机安装于所述X射线源上,拍摄方向朝向所述刻度面板,且所述摄像机拍摄的焦点为指示光束与所述刻度面板的焦点。
进一步地,所述指示光光源为红外线光源。
本发明的有益效果在于:
本发明的X射线投影方位指示盘、基于X射线的三维数据采集系统,针对现有基于X射线二维图像的三维图像重建算法需要采集各个二维图像时精确的几何参数,造成要求三维成像数据获取系统中,必须具有很高精度的距离计算设备、严格控制和计算X射线源、探测器以及待成像物体之间角度的操控设备和角度计算设备等问题。而现有三维数据采集系统,只能通过推断承载待检测物的转盘转动的方向等估算X射线的入射角度、入射X射线相对于待检测物的方位等,结构复杂,采集几何参数精确度低,影像了应用二维X射线图像建立三维图像的发展。本发明提供的一种X射线投影方位指示盘,采用包括所述盘体,该盘体上设有用于接收来自X射线源方向的指示光束照射的所述刻度面板;沿所述刻度面板延伸方向在其上布设有角度刻度,用于通过读数获取指示光束的照射角度的设计;通过将该X射线投影方向指示盘与指示光束等相配合,实现了直接读取X射线入射角,准确获取X射线源位于探测器的方位等,而且该盘体结构简单,制作方便,当将该设备与二维投影机构相配合时,采集三维成像数据时不需要待检测物转动,安全性,可推广性高。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本申请的一部分,并不构成对本发明的限定。
图1示出了现有基于DR的三维数据采集系统的结构示意图;
图2示出了本发明的X射线投影方位指示盘的结构示意图(主视图);
图3示出了本发明的X射线投影方位指示盘中所述盘体结构示意图(主视图);
图4示出了本发明的X射线投影方位指示盘中所述盘体结构示意图(俯视图);
图5示出了本发明的X射线的三维数据采集系统的结构示意图。
实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施方式和附图,对本发明做进一步详细说明。在此,本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明,但并不作为对本发明的限定。
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根据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。
应该强调,术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在,但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。
在此,还需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。
如本文所用,短语“重建图像”并非旨在排除其中生成表示图像的数据而非可视图像的本公开的实施方案。因此,如本文所用,术语“图像”广义地是指可视图像和表示可视图像的数据两者。然而,许多实施方案生成(或被配置为生成)至少一个可视图像。
图2至图4是本申请的X射线投影方位指示盘。通过在探测器与X射线源之间设置的盘体来接收来自X射线源方向的指示光束的照射,盘体上设置角度刻度,通过读取指示光束照射位置处的角度刻度确定X射线源相对于该盘体的照射角度,再根据该盘体与探测器间的相对位置、角度设置等,确定X射线源相对于探测器的投影方位。根据该投影方位以及X射线源与探测器间的距离等,即可确定对应位置处投影的几何参数,根据多个投影数据及对应的几何参数即可进行三维重建。当X射线源与探测器之间的距离已知时,只需盘体上的角度刻度读数即可进行三维重建,具有获取方位准确、方便等优点。
参见图2至图4所示,本实施例提供的X射线投影方位指示盘,包括盘体1,该盘体1上设有用于接收来自X射线源方向的指示光束照射的刻度面板11;沿所述刻度面板延伸方向在其上布设有角度刻度111,用于通过读数获取指示光束的照射角度。根据指示光束照射到所述刻度面板上角度刻度的位置,读取对应的角度值,可以直接读取出对应参数,具有结构简单,获取角度参数容易的特点。当指示光束与X射线束中心平行,且设置X射线束中心线始终照射探测器上表面的几何中心时,可以快速直接确定探测器几何中心与X射线束中心光束之间的角度,便于结合该数据与其他数据快速进行三维重建。
如图4所示,本实施例中角度刻度的刻度标记交错设置,以便增加角度值标记数量的同时,便于识别。当然,图3中所示数值仅为示意性地说明可标记角度的样式,并不对其具体数据进行限定,本领域技术人员可以根据实际需要设计刻度线1111的长短、单位刻度值等。
在X射线源沿一定路线运动过程中,由于控制X射线源移动或转动的设备的稳定性以及相关连接件的牢固性的限制,常常造成X射线源不光沿着既定的路线运动,还会发生偏移,在既定路线上偏移的位置可以由角度读数确定,但是在其他方向上的偏移却无法确定,为了确定在其他方向上偏移的程度,采取如下所示的方法来确定X射线束的偏移量。
如图4所示,本实施例中,所述刻度面板上还设有多条并列的偏移指示线112(图中虚线所示),用于根据指示光束照射到的偏移指示线,确定X射线投影区域的偏移量。
本实施例提供的该偏移指示线可以根据被照射到的偏移指示线的值来快速确定X射线投影区域的偏移量,具有偏移量读取准确的特点,而且,本实施例仅是在刻度面板上设置与角度刻度方向不同的刻度方向,利用指示光束的读数就可以快速的确定投影区域的偏移量,结构简单。
参见图4所示,本实施例中所述刻度面板设置于所述盘体的上表面,当然也可以将所示刻度面板设置于所述盘体的下表面,设置于下表面时需要指示光束能够穿透所述盘体。
本实施例中,所述盘体的材质为玻璃,当然也可以选择其为聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯和聚对苯二甲酸乙二醇脂的其中一种。
参见图2、图3所示,本实施例中所述刻度面板呈弧形,该弧形所在的圆与X射线源移动轨迹所在的圆为同心圆;所述角度刻度沿所述刻度面板弧形的延伸方向均匀排布;和/或,各所述偏移指示线均沿所述刻度面板的延伸方向设置,且与所述角度刻度的各刻度线1111所在直线相互垂直。
本实施例中,为了充分利用三维重建数据采集中,X射线源在探测器上的投影区域不变时,三维重建算法较简单的特点,采用将刻度面板设置成弧形,该弧形与X射线源移动轨迹所在圆为同心圆的设计;读出的指示光束在角度刻度上的数值即是X射线源的X射线束与探测器中心之间,无需转换,方便直接。
参见图2、图3所示,本实施例还包括用于将所述盘体固定于探测器上的支撑固定机构;所述支撑固定机构包括与探测器对应连接的下连接件22、与所述盘体对应连接的上连接件21、和连接所述上连接件与所述下连接件的支撑杆23;沿所述支撑杆23长度方向在其上设置有刻度,通过调节所述上连接件与所述支撑杆连接的位置,或所述下连接件与所述支撑杆连接的位置来实现调节所述盘体与探测器间的距离。所述盘体上还设有安装部12,以便于所述盘体与所述支撑固定机构安装。
参见图2所示,本实施例中所述上连接件上设有第一弹性夹211、第一套筒212,所述第一套筒内径略大于所述支撑杆外径,所述第一套筒212的筒壁上穿装至少两个第一压接螺母213,所述支撑杆与所述第一套筒穿装后通过所述第一压接螺母213将所述支撑杆与所述第一套筒相对固定。所述下连接件上设有第二弹性夹221、第二套筒222,所述第二套筒内径略大于所述支撑杆外径,所述第二套筒222的筒壁上穿装至少两个第二压接螺母223,所述支撑杆与所述第二套筒穿装后通过所述第二压接螺母223将所述支撑杆与所述第二套筒相对固定。所述第二弹性夹221内夹持L延长板224,L延长板224一端与所述第二弹性夹对应链接,另一端与探测器安装架对应连接。所述第一弹性夹上可以安装不同尺寸型号的盘体,当X射线源移动路线变化时,可以根据X射线源移动路线的变化选择对应弯曲程度的盘体;而调整所述L延长板224的规格以及所述支撑杆与第一套筒或第二套筒的连接位置等可以时不同弯曲程度的盘体所在圆的圆心在探测器上。本支撑固定机构结构简单、拆装方便,还可以将不同尺寸型号的盘体安装于探测器上方并保持盘体所在圆的圆心在探测器的几何中心上,增加了本X射线投影方位指示盘的适用性。
参见图5所示,本实施例还提供了一种基于X射线的三维数据采集系统,包括:X射线源301,探测器302,与所述X射线源连接且照射方向与所述X射线源投影方向相同的指示光光源311,如上所述的X射线投影方位指示盘312,和用于采集指示光束3111在刻度面板上照射位置的摄像机313。指示光束3111处于与X射线束3011的轴线平行、且指示光光源的照射方向随着X射线源投影方向的移动而移动。图中标记3111的虚线所示为指示光束,图中标记3011的虚线所示为X射线束。
参见图5所示,本实施例还包括:弧形限位滑杆321和沿该限位滑杆运动的滑块322,该弧形限位滑杆所在圆的圆心与所述刻度面板所在圆的圆心相同;所述X射线源安装于所述滑块上。
本实施例中所述摄像机安装于所述X射线源上,拍摄方向朝向所述刻度面板,且所述摄像机拍摄的焦点为指示光束与所述刻度面板的焦点。
本实施例中所述指示光光源为红外线光源。
使用中所述弧形限位滑杆可以固定于C形臂上,也可以固定于悬吊式系统的悬架上或立式系统的立柱上,本领域技术人员可以根据实际使用场景进行对应固定安装,此处不再过多赘述。
本实施例中所述弧形限位滑杆所在圆的圆心与所述盘体所在圆的圆心相同。在X射线源沿所述弧形限位滑杆所限定的路线移动过程中,所述X射线源射出的X射线束的中心一直朝向所述探测器上预设的成像区域中心,以保证各个成像位置处,穿过待测物体的X射线均能被所述探测器接收,保证投影数据的有效性;同时,各个成像位置处,探测器与X射线源之间的距离不变,再结合采集到的角度数据或者角度数据和偏移量数据就可以进行三维重建,准确重建出三维图像。且本基于X射线的三维数据采集系统在成像过程中,不需要待检测物运动,能够有效防止运动引起的待检测物损伤,且X射线源沿着所述弧形限位滑杆运动时,即使因惯性等原因使X射线源不能精确的停到预设位置,也不会对所述X射线投影方位指示盘312采集投影角度的准确性产生影响。
本发明中,针对一个实施方式描述和/或例示的特征,可以在一个或更多个其它实施方式中以相同方式或以类似方式使用,和/或与其他实施方式的特征相结合或代替其他实施方式的特征。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明实施例可以有各种更改和变化。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 (9)
1.一种X射线投影方位指示盘,其特征在于,包括盘体,该盘体上设有用于接收来自X射线源方向的指示光束照射的刻度面板;沿所述刻度面板延伸方向在其上布设有角度刻度,用于通过读数获取指示光束的照射角度;所述刻度面板上还设有多条并列的偏移指示线,用于根据指示光束照射到的偏移指示线,确定X射线投影区域的偏移量;偏移指示线与角度刻度方向不同。
2.根据权利要求1所述的X射线投影方位指示盘,其特征在于,所述刻度面板设置于所述盘体的上表面或下表面。
3.根据权利要求2所述的X射线投影方位指示盘,其特征在于,所述盘体的材质为玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯和聚对苯二甲酸乙二醇脂的其中一种。
4.根据权利要求3所述的X射线投影方位指示盘,其特征在于,所述刻度面板呈弧形,该弧形所在的圆与X射线源移动轨迹所在的圆为同心圆;所述角度刻度沿所述刻度面板弧形的延伸方向均匀排布;和/或,各所述偏移指示线均沿所述刻度面板的延伸方向设置,且与所述角度刻度的各刻度线所在直线相互垂直。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的X射线投影方位指示盘,其特征在于,还包括用于将所述盘体固定于探测器上的支撑固定机构;所述支撑固定机构包括与探测器对应连接的下连接件、与所述盘体对应连接的上连接件、和连接所述上连接件与所述下连接件的支撑杆;沿所述支撑杆长度方向在其上设置有刻度,通过调节所述上连接件与所述支撑杆连接的位置,或所述下连接件与所述支撑杆连接的位置来实现调节所述盘体与探测器间的距离。
6.一种基于X射线的三维数据采集系统,其特征在于,包括:X射线源,探测器,与所述X射线源连接且照射方向与所述X射线源投影方向相同的指示光光源,如权利要求1至5中任一项所述的X射线投影方位指示盘,和用于采集指示光束在刻度面板上照射位置的摄像机。
7.根据权利要求6所述的基于X射线的三维数据采集系统,其特征在于,还包括:弧形限位轨道和沿该限位轨道运动的运动块,该弧形限位轨道所在圆的圆心与所述刻度面板所在圆的圆心相同;所述X射线源安装于所述运动块上。
8.根据权利要求7所述的基于X射线的三维数据采集系统,其特征在于,所述摄像机安装于所述X射线源上,拍摄方向朝向所述刻度面板,且所述摄像机拍摄的焦点为指示光束与所述刻度面板的焦点。
9.根据权利要求8所述的基于X射线的三维数据采集系统,其特征在于,所述指示光光源为红外线光源。
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