CN116570306B - 基于x射线的移动式3d成像机、三维成像数据获取方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于X射线成像技术领域，尤其涉及一种基于X射线的移动式3D成像机、三维成像数据获取方法。基于X射线的移动式3D成像机，包括机体、安装于该机体上的限位机构、曝光成像机构和位置参数提取机构；通过在机体上设置限位机构来限制曝光成像机构与待检测物之间的相对位置，曝光成像机构可以先后到达各个预设的相对位置处进行曝光成像，再通过位置参数提取机构提取投影数据对应的相对位置数据，具有投影数据与相对位置数据配合度高、对三维重建贡献高，降低了对采集距离和角度等的精度要求的同时，确保了能够获取高质量三维重建所需的数据，和操作简单、容易，而且成像机可以根据需要移动至病房、检查室等任意位置。

Description

基于X射线的移动式3D成像机、三维成像数据获取方法

技术领域

本发明属于X射线成像技术领域，尤其涉及一种基于X射线的移动式3D成像机、三维成像数据获取方法。

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，如何通过较少次的二维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。

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，但是其不仅需要二维图像数据，还需要每张二维图像与待成像物体之间准确的距离、入射X射线位于待成像物体的哪个方位等。这就要求基于X射线的移动式3D成像机中具有很高精度的距离计算设备、严格控制X射线源、探测器以及待成像物体之间角度、距离的操控设备等。这使得三维成像技术，大大限制了三维成像技术的发展。

为了解决上述技术问题，本申请旨在提出一种于X射线的移动式3D成像机、三维成像数据获取方法，其通过在机体上设置限位机构来限制曝光成像机构与待检测物之间的相对位置，曝光成像机构可以先后到达各个预设的相对位置处进行曝光成像，再通过位置参数提取机构提取投影数据对应的相对位置数据，具有投影数据与相对位置数据配合度高、对三维重建贡献高，降低了对采集距离和角度等的精度要求的同时，确保了能够获取高质量三维重建所需的数据，和操作简单、容易，而且成像机可以根据需要移动至病房、检查室等任意位置。

本发明的技术方案如下：

本发明的一个方面，提供了一种基于X射线的移动式3D成像机，包括：机体、安装于所述机体上的限位机构、曝光成像机构和位置参数提取机构；

所述限位机构，用于控制所述曝光成像机构与待检测物之间的相对位置，使所述曝光成像机构先后到达与待检测物之间的不同相对位置处；

所述曝光成像机构，用于在多个相对位置处分别采集X射线对所述待检测物的投影数据；

所述位置参数提取机构，用于提取各个投影数据对应的，待检测物与所述曝光成像机构之间的相对位置，和/或所述曝光成像机构中X射线源、探测器之间的相对位置数据。

进一步地，所述限位机构包括安装于所述机体上的弧形的轨道，沿所述轨道运动的运动块，和控制所述运动块沿所述轨道运动的运动控制模块；所述曝光成像机构中的X射线源与所述运动块对应连接。

进一步地，两个所述轨道并排间隔设置于所述机体上，沿各所述轨道长度方向在其内均铺设有齿条；所述运动块包括第一安装架，穿装于所述第一安装架上的连接轴，和设置于所述连接轴上的多个运动齿轮，各个所述运动齿轮分别与对应的所述轨道上的齿条相啮合；所述X射线源与所述第一安装架对应连接；

或者，所述轨道为滑轨，两个所述轨道并排间隔设置于所述机体上；所述运动块包括第二安装架，穿设于所述第二安装架上的连接轴，和设置于所述连接轴上多个滚轮，各个所述滚轮分别至于对应的所述滑轨内；所述X射线源与所述第二安装架对应连接；

或者，所述轨道为限位滑杆，两个所述限位滑杆并排间隔设置于所述机体上；所述运动块包括分别穿设于所述限位滑杆上的多个滑块，和将各个所述滑块连接于一体的第三安装架；所述X射线源与多个所述滑块对应连接。

进一步地，当所述运动块包括运动齿轮或者滚轮时，

所述运动控制模块包括电机、套设于所述电机输出轴上的主动齿轮、和固定于所述连接轴上的从动齿轮，所述主动齿轮与所述从动齿轮对应啮合；

或者，所述运动控制模块包括主动链轮、套设于所述连接轴上的从动链轮，连接所述主动链轮与所述从动链轮的传动链条，和带动所述主动链轮转动的转动把手；所述主动链轮位于所述轨道所在圆形的圆心处；

或者，所述运动控制模块包括主同步轮、套设于所述连接轴上的从同步轮，连接所述从同步轮与所述主同步轮的同步带，和带动所述主同步轮转动的转动把手；所述主同步轮位于所述轨道所在圆形的圆心处。

进一步地，当所述轨道为限位滑杆时，所述运动控制模块包括置于所述限位滑杆侧下方的电动伸缩杆，所述电动伸缩杆的一端固定于所述机体上，另一端通过轴承与所述第三安装架连接。

进一步地，所述位置参数提取机构包括设置于连接轴上的转数计量仪，用于根据所述连接轴的转动圈数提取当前所述X射线源所处的位置；或者，所述位置参数提取机构包括沿所述轨道长度方向均匀布设的多个光电耦合器，用于根据被阻断光电耦合器所处的位置提取当前所述X射线源所处的位置；或者，所述位置参数提取机构包括刻度提取摄像机，以及沿所述轨道长度方向设置于所述轨道外壁上的位置刻度和设置于所述曝光成像机构上指向所述位置刻度的第一指针；或者，所述位置参数提取机构包括刻度提取摄像机、设置于所述主动链轮或所述主同步轮上的角度刻度和指向所述角度刻度的第二指针。

进一步地，所述机体包括移动底盘，设置于该移动底盘上的成像操控计算器，高压发生器和升降架；所述成像操控计算器与所述高压发生器和探测器分别电连接；所述高压发生器与所述X射线源电连接；所述轨道安装于所述升降架上。

进一步地，所述升降架包括设置于所述移动底盘上的旋转底座，置于所述旋转底座上的纵滑动支杆，所述轨道一端安装于所述纵滑动支杆内。

进一步地，还包括与所述成像操控计算器电连接的无线控制计算器。

本发明的另一方面，提供了一种三维成像数据获取方法，包括应用如上任一项所述的基于X射线的移动式3D成像机获取三维成像数据。

本发明的有益效果在于：

1. 针对现有三维成像技术，要求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造成现有三维成像设备价格较高、使用较繁琐的问题；以及设备体积较大，不易移动，或因需要采集精确的几何信息等要求而使设备不能移动等造成三维成像技术并不适合广泛使用，大大限制了三维成像技术的发展问题。本发明提供了一种可移动、且可简单的控制曝光成像机构与待检测物之间的相对距离，以及简单的获取几何参数的基于X射线的移动式3D成像机，采用包括机体、安装于该机体上的限位机构、曝光成像机构和位置参数提取机构的设计； 通过所述限位机构限制曝光成像机构的运动来实现获取多张不同相对位置处的投影数据，再通过简单的位置参数提取机构提取相对位置数据，将控制X射线穿过物体的路径与采集路径相关参数相配合，使采集的投影数据与相对位置数据配合度高、对三维重建贡献高，实现了简单有效的控制X射线源、探测器以及待成像物体之间的相对位置，同时，降低了采集距离和角度等的精度要求，有助于降低成本、提高效率，并保持成像质量。而且，可通过机体带动限位机构以及曝光成像机构等移动到检查室、病房等任意位置，且在移动后进行简单的调整即可采集到重建高质量三维图像所需要的二维投影数据和相对位置数据。应用本系统进行三维成像具有曝光次数少、辐射小、成像包含信息多、成像速度快、价格低、可推广性高等优点。

2. 本发明采用所述限位机构包括安装于所述机体上的弧形的轨道，沿该轨道运动的运动块，和控制该运动块沿所述轨道运动的运动控制模块；所述曝光成像机构中的X射线源与所述运动块对应连接的设计；所述运动块在所述轨道内运动时带动所述X射线源运动，将运动块在轨道上运动稳定的特点用于曝光成像机构，保证了曝光成像机构的稳定性，有效确保了对所述曝光成像机构控制的精确性，同时减少运动伪影；将所述轨道设计为弧形，有助于限定X射线源与探测器之间的距离，当该弧形所在圆的圆心在探测器成像区域的某一点且X射线束的中心也穿过该点时，X射线源在轨道上移动过程中，其射束中心始终位于该点，成像距离不变。因此，采集相对位置参数时，不再需要采集距离参数。

3. 本发明采用包括移动底盘，设置于该移动底盘上的成像操控计算器，高压发生器和升降架；所述成像操控计算器与所述高压发生器电连接；所述高压发生器与所述X射线源电连接；所述轨道安装于所述升降架上的设计；将高压发生器和成像操控计算器均设置于所述移动底盘上，通过移动底盘带动各设备移动，避免了X射线源的移动受成像操控计算器的限制，保证了本移动式3D成像机的自由移动。

4. 本发明采用所述升降架包括设置于所述移动底盘上的旋转底座，置于该旋转底座上的纵滑动支杆，所述轨道一端安装于所述纵滑动支杆内的设计；通过所述旋转底座可以调整所述纵滑动支杆方向，通过调整所述轨道在所述纵滑动支杆上的位置，可以调整其高度。因此，通过所述升降架可以调整所述轨道处于所述机体的方向，和所述轨道的高度，以适应待检测物体所处的位置，增加本设计的适用性。

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示出了本发明的基于X射线的移动式3D成像机的实施例一的结构示意图（主视图，沿图中虚线将一个轨道局部以及纵滑动支杆局部剖去后的视图）；

图2示出了本发明的基于X射线的移动式3D成像机的实施例一的结构示意图（俯视图，沿图中虚线将所述轨道上部剖去后的视图）；

图3为图2中A的局部放大图；

图4示出了本发明的基于X射线的移动式3D成像机的实施例一中所述运动块的结构示意图；

图5示出了本发明的基于X射线的移动式3D成像机的实施例一中所述运动控制模块与所述齿轮连接的结构示意图（沿图中虚线将第一安装架局部剖开后的剖视图）；

图6示出了本发明的基于X射线的移动式3D成像机的实施例二的结构示意图（主视图，沿图中虚线将一个轨道局部以及纵滑动支杆局部剖去后的视图）；

图7示出了本发明的基于X射线的移动式3D成像机的实施例二的结构示意图（俯视图，沿图中虚线将所述轨道上部剖去后的视图）；

图8示出了本发明的基于X射线的移动式3D成像机的实施例二中所述运动块的结构示意图；

图9示出了本发明的基于X射线的移动式3D成像机的实施例三的结构示意图（主视图）；

图10示出了本发明的基于X射线的移动式3D成像机的实施例三中所述运动控制模块的结构示意图（俯视图，沿图中虚线将所述轨道上方剖去后的局部示意图）；

图11示出了本发明的基于X射线的移动式3D成像机的实施例四中所述位置参数体积机构的结构示意图；

图12示出了本发明的基于X射线的移动式3D成像机的实施例五中所述位置参数体积机构的结构示意图；

图13为图12中B的局部放大图；

图14示出了本发明的基于X射线的移动式3D成像机的实施例六的结构示意图（主视图）；

图15示出了本发明的基于X射线的移动式3D成像机的实施例六的结构示意图（俯视图）。

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。本申请中的上、下、平、竖等位置描述词，仅为与实施例中附图相匹配的描述、或人们习惯使用的状态而进行的可以所处的位置的描述，并不对其使用的状态、位置等进行限定。

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。

本申请提供的基于X射线的移动式3D成像机，将限位机构和位置参数采集机构与传统二维X射线成像中的曝光成像机构相结合。所述限位机构设置于所述机体上、通过所述限位机构限制所述曝光成像机构与待检测物之间的相对位置。当本成像机移动到需要成像的位置后，通过所述限位机构限制所述曝光成像机构先后到达各个相对位置处，获取对应的投影数据和相对位置数据。根据获取的数据即可进行三维重建。具有结构简单且可移动，对相对位置参数提取设备的精度要求低等特点。

实施例一

参见图1至图5所示，为本发明提供的基于X射线的移动式3D成像机的示意图。

参见图1所示，本实施例提供的基于X射线的移动式3D成像机，包括：机体1、安装于该机体1上的限位机构2、曝光成像机构和位置参数提取机构；

所述限位机构，用于控制所述曝光成像机构与待检测物之间的相对位置，使所述曝光成像机构先后到达与待检测物之间的不同相对位置处；

所述曝光成像机构，用于在多个相对位置处分别采集X射线对所述待检测物的投影数据；

所述位置参数提取机构，用于提取各个投影数据对应的，待检测物（图中未示出）与所述曝光成像机构之间的相对位置，和/或所述曝光成像机构中X射线源101、探测器（图中未示出）之间的相对位置数据。

本发明应用限位机构限制曝光成像机构与待检测物之间的相对位置，限制曝光成像机构的运动路径，使曝光成像机构能够沿着预设的轨迹逐步移动到每个预设的相对位置处，再在各个相对位置处进行曝光获取投影数据，并用所述位置参数提取机构结合预设的各个相对位置的信息与采集的信息，共同获取各个投影数据对应的相对位置数据，以便后续根据投影数据和相对位置数据进行重建得到三维图像。本系统既可以用于人体组织结构的检测，也可以用于物体检测，本领域技术人员可以根据实际采集物体的类型、大小确定等确定曝光参数以及重建三维影像需要的二维影像数量和角度等。在应用本系统采集二维数据前、确定各个相对位置时，可以根据重建三维影像需要的成像数量和角度等位置数据，优选出需要的二维影像数量和对应的相对位置，再根据该优选出的二维影像和相对位置，确定曝光成像机构需要达到的相对位置。结合采集有限次的曝光获取的二维影像数据和对应的相对位置数据即可重建出三维成像数据。

参见图1至图5所示，本实施例中所述限位机构2包括轨道21，沿该轨道运动的运动块22，和控制该运动块沿所述轨道运动的运动控制模块；所述曝光成像机构中的X射线源101与所述运动块对应连接。

为了使得所述曝光成像机构在各个相对位置处运动的过程中，曝光成像机构与待检测物之间的距离不变。本实施例中所述轨道呈弧形，且该弧形所在圆的圆心处于所述探测器上表面，所述第一安装架带动所述X射线源移动过程中，所述X射线源与所述探测器之间的距离保持不变、且所述X射线源的焦点一直保持在探测器上。

本实施例中轨道呈弧形的设计，还有助于限制曝光成像机构的成像区域、X射线源在探测器上照射的中心点等，防止因运动而造成的X射线源发出的X射线不能准确的投影到探测器上，或不能有效地穿过待检测物体，或成像区域仅有部分在探测器上影响三维重建。

参见图1至图5所示，本实施例中两个所述轨道21并排间隔设置于所述机体1上，沿各所述轨道21长度方向在其内均铺设有齿条2101；所述运动块22包括第一安装架2201，穿装于该第一安装架2201上的连接轴2202，和设置于该连接轴2202上的多个运动齿轮2203，各个所述运动齿轮2203分别与对应的所述轨道上的齿条2101相啮合；所述X射线源与所述第一安装架对应连接。本实施例中所述X射线源与所述第一安装架之间通过一焊接延伸架焊接连接；所示X射线源底部连接两个焊接延伸架，两个焊接延伸架分别与所述第一安装架的前、后壁焊接连接，X射线束发射口与所述第一安装架前后臂之间的空隙相对，以防所述限位机构遮挡X射线束。

本实施例中采用所述齿条与运动齿轮相啮合来限制所述运动块在所述轨道内的移动，不光限制了运动块的运动方向还有利于限制所述X射线源在轨道内的位置，使所述X射线源精准的达到各个相对位置处，并在曝光成像时牢固的处于相对位置内，防止X射线源在曝光成像过程中发生相对晃动产生运动伪影，可以说，该设计有效保证了获取的三维成像数据的精确性。

为了保证所述运动齿轮运动的稳定性和曝光成像机构在所述第一安装架上的稳定性，在如图1至图5所示的，本实施例提供的基于X射线的移动式3D成像机中，所述第一安装架2201上穿装间隔设置的两个所述连接轴2202，各个所述连接轴2202上均设有多个运动齿轮2203；所述连接轴上的各个运动齿轮2203分别与对应轨道上的齿条2101啮合；所述运动控制模块与至少一个所述连接轴连接。

为了控制本基于X射线的移动式3D成像机零件数量，增加装配便捷性，本实施例中采用两个所述连接轴的两端分别穿设一个所述运动齿轮，各所述连接轴两端的运动齿轮分别与两个所述轨道内的齿条对应啮合。本领域技术人员当然也可以根据需要增加在所述连接轴上穿设所述运动齿轮的数量，使一个所述齿条同时与多个所述运动齿轮相啮合，在此时增加运动齿轮的数量相当于加宽了与齿条啮合的运动齿轮的宽度，有利于保持运动齿轮在齿条上运动的稳定性，当然运动齿轮数量的增多也增加了装配的难度。本实施例中所述轨道为两个，各个轨道内均设有一条齿条。两个的设计是为了保证所述第一安装架运动的稳定性。当然为了进一步提高运动的稳定性也可以增加轨道和齿条的数量，轨道和齿条数量越多越有利于保持第一安装架和运动齿轮运动的稳定性，但是数量越多装配难度越大、成本越高。本领域技术人员可以根据实际需要选择连接轴上设置运动齿轮的数量，也可以根据实际需要选择轨道的数量，此处不再过多赘述。

本申请中所述运动控制模块可以为在一个所述连接轴上连接转动手柄，或其他手动旋转传递的机构，由人力操作所述连接轴正、反转动，带动所述第一安装架在所述轨道的两端之间移动。当然也可以使用电动或气动设备带动所述连接轴转动，下面提供一种本实施例中使用的电动的运动控制模块。

参见图3至图5和图7所示，本实施例中，所述运动控制模块包括电机2301、套设于该电机2301输出轴上的主动齿轮2302、和固定于所述连接轴上的从动齿轮2303，所述主动齿轮2302通过传动齿轮2304与所述从动齿轮2303对应啮合。本实施例中所述电机连接倒顺开关，以控制所述电机进行正转或反转，实现带动所述连接轴在所述轨道内向前或向后移动。

参见图1至图5所示，本实施例中，所述位置参数提取机构包括设置于所述连接轴2202上的转数计量仪（图中未示出），用于根据所述连接轴的转动圈数提取当前所述曝光成像机构所处的位置。所述电机2301通过齿轮传统机构带动连接轴2202转动，再由连接轴2202带动所述运动齿轮2203转动，完成第一安装架2201及第一安装架2201上曝光成像机构的X射线源101在轨道21内的移动，实现了将转动转化为前后移动，且严格限制了转动与前后移动之间的转化关系。因此，通过统计所述连接轴转动的圈数、传动比等即可确定所述第一安装架平移移动的距离，根据该第一安装架平移移动的距离就可以直接确定所述曝光成像机构曝光时所处的位置。本实施例中所述转数计量仪具有构件数量少、结构简单、便于拆装，且结构隐藏于第一安装架内不易被破坏，输出结果受干扰性小的特点。

优选地，X射线源的焦点在探测器的几何中心上；通过统计所述连接轴转动的圈数则可以判断出入射到探测器上X射线的角度，便于后续进行反投影变换或其他计算以重建出三维图像。

本实施例中提供的上述方法通过计算可以得到X射线源与探测器之间的相当位置，当然也可以采用沿所述轨道长度方向均匀布设的多个光电耦合器，用于根据被阻断光电耦合器所处的位置提取当前所述曝光成像机构所处的位置；用光电耦合器作为位置参数提取机构。

为了进一步保证所述第一安装架和所述曝光成像机构平稳地运动。如图1至图3所示，本实施例中，在各所述轨道上均设置连接轴穿设口2102，所述连接轴2201的两端分别至于两个所述连接轴穿设口2102内。从所述连接轴穿设口2102上穿处的所述连接轴可以用于连接更多的运动齿轮，以及与更多数量的齿条啮合，也可以用于安装其他类型的运动驱动机构，还可以用于根据伸出的所述连接轴在所述轨道上位置确定所述曝光成像机构的位置等，本领域技术人员可以根据实际需要的功能等搭配对应辅助结构或算法，此处不再过多赘述。

参见图1、图2所示，本实施例中所述机体1包括移动底盘111，设置于该移动底盘上的成像操控计算器121，高压发生器131和升降架141；所述成像操控计算器121与所述高压发生器和探测器分别电连接；所述高压发生器与所述X射线源电连接；所述轨道安装于所述升降架上。所述成像操控计算器内设有成像控制软件，用于向所述高压发生器发送曝光控制信号，还用于接收探测器的成像数据。

参见图1、图2所示，本实施例中所述升降架141包括设置于所述移动底盘上的旋转底座1411，置于该旋转底座1411上的纵滑动支杆1412，所述轨道一端安装于所述纵滑动支杆内，可沿所述纵滑动支杆长度方向滑动。为了保证所述升降架的稳定性，防止因所述X射线源在所述轨道上移动的位置等造成设备中心变化，引起设备倾倒等，采取在所述轨道远离所述纵滑动支杆的一端连接至少一个纵向伸缩杆1413的设计，使用时，该纵向伸缩杆的底端支撑于地面或其他牢固的物体上。所述纵向伸缩杆确保了在X射线源在所述轨道上移动的过程中，所述轨道不会上下晃动，保证成像数据的精确性。

本实施例还包括与所述成像操控计算器电连接的无线控制计算器。以便于远程控制所述曝光成像机构进行曝光，减少对操作人员的辐射。

实施例二

本实施例是在实施例一的基础上进行的改进，重复部分此处不再过多赘述。在该实施例中所述限位机构中轨道与运动块的具体结构与实施例一不同。下面对本实施例中所述限位机构中轨道和运动块的结构进行说明。

参见图6至8所示，本实施例中轨道为滑轨2111，两个所述轨道并排间隔设置于所述机体上；所述运动块包括第二安装架2211，穿设于所述第二安装架2211上的连接轴2212，和设置于该连接轴2212上多个滚轮2213，各个所述滚轮2213分别至于对应的所述滑轨内；所述X射线源与所述第二安装架对应连接。

参见图6至8所示，本实施例中所述第二安装架上穿装间隔设置两个所述连接轴2212，各个所述连接轴上均设有多个滚轮2213；所述连接轴2212上的各个滚轮2213分别至于对应的所述滑轨内；所述运动控制模块与至少一个所述连接轴连接。本实施例中各个所述连接轴上分别设有两个所述滚轮2213；所述连接轴的两端穿出所述第二安装架后分别与一个所述滚轮连接。

为提高所述滚轮与所述滑轨之间滚动运动的稳定性，防止所述滚轮在所述滑轨上滑动，采用在所述滑轨内铺设弹性垫，增加滚轮与所述轨道之间的摩擦力。本实施例中所述弹性垫的材质为硅胶，当然也可以采用具有微微粘性的纳米胶，或者橡胶，其材质本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。当然也可以采用在滚轮表面和轨道表面均设置磨砂层，增加两者之间的摩擦力来防止滑动。

本实施例采用滚轮在所述轨道内运动，滚轮运动时，可以随时停止在轨道内任意位置的特点，有助于在任意位置设置相对位置处，便于随意调整采集投影数据的位置、数量、相邻两个相对位置处间的间隔等，提高了本系统的灵活性。

实施例三

本实施例是在实施例一或实施例二的基础上进行的改变，重复部分此处不再过多赘述。在该实施例中所述运动控制模块与上述实施例的运动控制模块不同。下面对本实施例中所述运动控制模块的结构进行简单说明。

参见图9和图10所示，本实施例中，所述运动控制模块包括主动链轮2321、套设于一个连接轴2320上的从动链轮2322，连接该主动链轮2321与从动链轮2322的传动链条2323，和带动所述主动链轮转动的转动把手2324；所述主动链轮位于所述轨道21所在圆形的圆心处。所述主动链轮通过固定设备固定于稳定的支架、基座或探测器安装架上。所述运动块中的连接轴从所述轨道的侧壁穿出，与所述从动链轮连接，所述转动把手在机械或人力的作用下带动所述主动链轮转动，所述主动链轮通过所述传动链条带动所述从动链轮转动，由于所述从动链轮所在的连接轴是可活动的，且所述主动链轮位于所述轨道所在的圆心处，所以所述连接轴上的滚轮或运动齿轮可在轨道内滚动，并可根据调整所述主动链轮的转动方向调整所述运动块在所述轨道内的运动方向，实现带动所述曝光成像机构先后运动到各个相对位置。

本实施例提供的运动控制模块具有控制精度高、受惯性影响小、反应速度快，以及方向控制简单的优点。

本实施例中所述运动控制模块为链轮与链条，链条与链轮通常为金属，质量较大，不利于控制本系统的重量，为了进一步减轻本系统的重量，也可以选择用同步轮和同步带传动，带动所述连接轴转动。此时，所述运动控制模块包括主同步轮、套设于所述连接轴上的从同步轮，连接该从同步轮与主同步轮的同步带，和带动所述主同步轮转动的转动把手；所述主同步轮位于所述轨道所在圆形的圆心处。

通过同步带和同步轮为现有技术，通过同步带、主同步轮和从同步轮等来驱动所述连接轴以及所述曝光成像机构的方式与本实施例中通过所述传动链条、所述主动链轮和所述从动链轮等带动所述连接轴以及所述曝光成像机构的方式相同，本领域技术人员可以参考该链轮和链轮的安装方式等进行设计，此处不再过多赘述。

实施例四

本实施例是在实施例一、二或三基础上进行的改进，重复部分此处不再过多赘述。在该实施例中所述位置参数提取机构与上述实施例不同。下面对本实施例中所述位置参数提取机构的结构进行简单说明。

参见图11所示，本实施例中，所述位置参数提取机构包括刻度提取摄像机（图中未示出），以及沿所述轨道3130长度方向设置于所述轨道外壁上的位置刻度3132和设置于所述X射线源上指向所述位置刻度的第一指针3133。

本实施例中所述第一指针设置于所述曝光成像机构上，当然也可以使所述第一指针3133连接在所述连接轴3131。所述位置刻度贴覆于所述轨道的外壁上，当所述连接轴和所述曝光成像机构沿所述轨道移动时，带动所述第一指针也随之运动，通过与所述轨道有一定距离的、拍摄方向朝向所述轨道且拍摄幅面可以囊括整个刻度的刻度提取摄像机获取各个相对位置处或各次曝光时所述第一指针指向的位置刻度即可准确确定曝光成像机构与待检测物，或X射线源与探测器之间的相对位置。

本实施例提供的位置参数提取机构可以直接读取出所述曝光成像机构移动的距离或所处的位置，根据该移动距离或所处的位置可以计算出入射到探测器的X射线的穿透路径，基于此以及各相对位置处的投影数据即可进行三维重建。

优选地，所述位置刻度为所述曝光成像机构处于各位置时，X射线照射入待检测物或探测器的角度，即所述位置刻度指示角度。此方式可直接读取出各个相对位置处即各个投影参数对应的X射线的穿透路径，便于快速进行三维重建。

实施例五

本实施例是在实施例三基础上进行的改进，重复部分此处不再过多赘述。在本实施例中所述位置参数提取机构与上述实施例的位置参数提取机构不同。下面对本实施例中所述位置参数提取机构的结构进行简单说明。

本发明中，当所述运动控制模块为传动链条与链轮相配合、或同步带与同步轮相配合时，所述位置参数提取机构可以采用上述实施例中提供的方案，当然也可以采用在所述主动链轮或所述主同步轮上设置标识，根据所述主动链轮或所述主同步轮转动的角度获取曝光成像机构的位置，或者直接获取到X射线源与探测器之间的角度。

本实施例中当所述运动控制模块为传动链条与链轮相配合时，所述位置参数提取机构，如图12、图13所示，包括刻度提取摄像机（图中未示出）、设置于所述主动链轮3141上的角度刻度3142和指向所述角度刻度的第二指针3143。所述主动链轮3141可以通过安装轴3144固定于固定机构3145上，该固定机构可以为探测器安装架，也可以是通过配重等固定于地面或任何装置上的固定架。本实施例中所述第二指针设置于所述固定机构3145上，所述刻度提取摄像机与所述主动链轮和所述曝光成像机构均间隔设置，所述刻度提取摄像机拍摄时，曝光成像机构的X射线源，以及第二指针和带有角度刻度的主动链轮均存在于画面中，以便根据拍摄的画面中所述主动链轮转动的圈数和所述第二指针指向的角度获取到角度；无需根据投影参数获取到的时间来推断发射X射线的时间，再根据刻度提取摄像机拍摄画面的时间找到投影参数对应的角度。避免了因提取的角度参数与实际曝光投影操作之间存在误差，而引起建立的三维图像出现错误。

在设置所述角度刻度时，可以在轨道、运动块、探测器以及运动控制模块安装完成后，根据运动块带动X射线源达到各个预设的相对位置时，所述第二指针在所述主动链轮上指示的位置来进行设置。

进一步地，为了减少对转动圈数的计算，还可以调整所述主动链轮与所述从动链轮的尺寸，比如增大所述主动链轮的尺寸和/或减小所述从动链轮的直径等。

实施例六

本实施例是在前述实施例基础上进行的改进与前述实施例相同的部分此处不再描述。

参见图14、图15所示，本实施例中所述轨道为限位滑杆241，两个所述限位滑杆并排间隔设置于所述机体上；所述运动块包括分别穿设于所述限位滑杆上的多个滑块242，和将各个所述滑块连接于一体的第三安装架244；所述X射线源与多个所述滑块对应连接。所述运动控制模块包括置于所述限位滑杆侧下方的电动伸缩杆243，该电动伸缩杆的一端固定于所述机体上，另一端通过轴承245与所述第三安装架连接。本实施例中，两个所述限位滑杆所在圆的圆心处于所述探测器上；两所述限位滑杆241上均设有两个滑块242。

本实施例中为了使曝光成像机构稳定的在所述限位滑杆上移动，也为了方便安装，采取了所述限位滑杆上套设所述滑块，所述滑块上设有贯穿的穿孔，穿孔呈弧形、孔径略大于所述限位滑杆的外径；所述限位滑杆与所述穿孔对应穿装，所述曝光成像机构固定于所述滑块上的设计；所述滑块穿孔的内径与所述限位滑杆的直径相匹配，使得所述滑块只能沿着所述限位滑杆移动，且移动时滑块外壁与所述限位滑杆外壁之间的距离不变，则所述曝光机构与所述限位滑杆之间的距离不变，实现了在沿所述限位滑杆运动过程中，有效保障所述曝光成像机构的稳定性。为了使得所述曝光成像机构在各个相对位置处运动的过程中，曝光成像机构与待检测物之间的距离不变。本实施例中所述曝光成像机构的X射线源与所述运动块对应连接；所述限位滑杆呈弧形，且该弧形所在圆的圆心处于所述探测器上。本实施例中所述X射线源与所述滑块之间焊接连接，各个滑块分别与所述X射线源底部的四角对应连接，以防阻碍X射线束的投影角度。当然也可以选择使用胶水或螺栓等机械结构进行连接，本领域技术人员可以根据实际需要选择连接方式，此处不再过多赘述。

本实施例中，所述位置参数提取机构包括电动伸缩杆伸缩程度采集机构，通过电动伸缩杆的伸缩长度确定第三安装架及所述曝光成像机构所处的位置。

本实施例中所述电动伸缩杆伸缩程度采集机构为沿伸缩杆长度设置的刻度和用于拍摄该伸缩杆伸缩长度的摄像机；通过摄像机拍摄的图像中刻度显示的内容确定相对位置参数。设置刻度时，可以通过其他测量或计算工具计算出处于各个相对位置处时，X射线源运动的距离或角度，再将该距离或角度标记于电动伸缩杆上的对应位置处。当然也可以通过能够计算伸缩杆伸缩长度的结构、或者电动伸缩杆伸缩电机通电的时间或电机轴转动圈数等进行采集，本领域技术人员可以根据需要进行选择，此处不再过多赘述。

参见图14至图15所示，为进一步保证电动伸缩杆243控制所述滑块运动的稳定性，在电动伸缩杆的自由端固定连接所述轴承245，所述轴承套设于U形稳定架247上，该U形稳定架中部套设所述轴承245，两端分别通过轴承与所述第三安装架对应穿装。优选地，所述U形稳定架的两端到距离其最近的所述滑块间的距离相等。

参见图14至图15所示，本实施例中所述纵滑动支杆内设有转接滑块246，所述转接滑块可沿所述纵滑动支杆长度方向上下移动；所述限位滑杆的一端连接在所述转接滑块上，且所述电动伸缩杆的固定端连接在所述转接滑块上，连接位置置于所述限位滑杆与所述转接滑块连接位的下方；所述电动伸缩杆的自由端通过所述轴承与所述第三安装架对应连接。

本实施例中所述U形稳定架将电动伸缩杆的力均匀的传递到所述第三安装架上，有助于稳定的带动所述第三安装架两侧的各个所述滑块在两所述限位滑杆上移动。

本实施例中通过所述限位滑杆、滑块和电动伸缩杆带动X射线源运动，通过所述电动伸缩杆带动所述滑块在所述限位滑杆上运动，以任一顺序先后到达各个预设的相对位置处。所述限位滑杆与所述滑块的组合具有对曝光成像机构的控制程度高的特点，可以有效防止所述曝光成像机构上下跳动。

本发明中弧形的所述限位滑杆实现了，在各个相对位置处，X射线源发射X射线的焦点一直保持在探测器的固定一点上，不会因为X射线源的移动造成焦点转移。同时，弧形所在圆的圆心在所述探测器的表面上，探测器或X射线源在各个相对位置处，探测器与X射线源之间的距离都保持不变，更有利于快速进行三维重建。

实施例七

本实施例提供的一种三维成像数据获取方法，包括利用如上任一实施例所述的基于X射线的移动式3D成像机获取三维成像数据。

本发明还涉及计算机存储介质，其上存储有计算机程序代码，当程序代码被执行时可以实现本发明的方法的各种实施例，该存储介质可以是有形存储介质，诸如光盘、U盘、软盘、硬盘等。

本领域技术人员应该可以明白，结合本文中所公开的实施方式描述的各示例性的组成部分、系统和方法，能够以硬件、软件或者二者的结合来实现。具体究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路（ASIC）、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM（EROM）、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频（RF）链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。

还需要说明的是，本发明中提及的示例性实施例，基于一系列的步骤或者装置描述一些方法或系统。但是，本发明不局限于上述步骤的顺序，也就是说，可以按照实施例中提及的顺序执行步骤，也可以不同于实施例中的顺序，或者若干步骤同时执行。

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 (7)

1.一种基于X射线的移动式3D成像机，其特征在于，包括：机体、安装于所述机体上的限位机构、曝光成像机构和位置参数提取机构；

所述限位机构，用于控制所述曝光成像机构与待检测物之间的相对位置，使所述曝光成像机构先后到达与待检测物之间的不同相对位置处；

所述曝光成像机构，用于在多个相对位置处分别采集X射线对所述待检测物的投影数据；

所述位置参数提取机构，用于提取各个投影数据对应的所述曝光成像机构中X射线源、探测器之间的相对位置数据；

所述限位机构包括安装于所述机体上的弧形的轨道，沿所述轨道运动的运动块，和控制所述运动块沿所述轨道运动的运动控制模块；该弧形所在圆的圆心处于所述探测器上表面；所述曝光成像机构中的X射线源与所述运动块对应连接；所述X射线源移动过程中，所述X射线源与所述探测器之间的距离不变；X射线源的焦点在探测器的几何中心上；

所述轨道上设有齿条；所述运动块包括第一安装架，穿装于所述第一安装架上的连接轴，和设置于所述连接轴上的多个运动齿轮，各个所述运动齿轮分别与对应的所述轨道上的齿条相啮合；两个所述轨道并排间隔设置于所述机体上，沿各所述轨道长度方向在其内均铺设有齿条；所述X射线源与所述第一安装架对应连接；所述第一安装架上穿装间隔设置的两个所述连接轴，各个所述连接轴上均设有多个运动齿轮；或者，所述轨道为滑轨，所述运动块包括第二安装架，穿设于所述第二安装架上的连接轴，和设置于所述连接轴上多个滚轮，各个所述滚轮分别置于对应的所述滑轨内；两个所述滑轨并排间隔设置于所述机体上；所述X射线源与所述第二安装架对应连接；所述第二安装架上穿装间隔设置的两个所述连接轴，各个所述连接轴上均设有多个滚轮；

所述运动控制模块包括电机、套设于所述电机的输出轴上的主动齿轮、和固定于所述连接轴上的从动齿轮，所述主动齿轮与所述从动齿轮对应啮合；或者，所述运动控制模块包括主动链轮、套设于所述连接轴上的从动链轮，连接所述主动链轮与所述从动链轮的传动链条，和带动所述主动链轮转动的转动把手；所述主动链轮位于所述轨道所在圆形的圆心处；或者，所述运动控制模块包括主同步轮、套设于所述连接轴上的从同步轮，连接所述从同步轮与所述主同步轮的同步带，和带动所述主同步轮转动的转动把手；所述主同步轮位于所述轨道所在圆形的圆心处；

所述位置参数提取机构包括设置于连接轴上的转数计量仪，用于根据所述连接轴的转动圈数提取当前所述X射线源所处的位置；或者，所述位置参数提取机构包括沿所述轨道长度方向均匀布设的多个光电耦合器，用于根据被阻断光电耦合器所处的位置提取当前所述X射线源所处的位置；或者，所述位置参数提取机构包括刻度提取摄像机，以及沿所述轨道长度方向设置于所述轨道外壁上的位置刻度和设置于所述曝光成像机构上指向所述位置刻度的第一指针。

2.根据权利要求1所述的基于X射线的移动式3D成像机，其特征在于，当所述轨道上设有所述齿条时，所述X射线源与所述第一安装架之间通过焊接延伸架连接；所示X射线源底部连接两个焊接延伸架，两个焊接延伸架分别与所述第一安装架的前、后壁连接，X射线束发射口与所述第一安装架前后壁之间的空隙相对。

3.根据权利要求1所述的基于X射线的移动式3D成像机，其特征在于，当所述轨道为滑轨时，在各所述轨道上均设置连接轴穿设口，所述连接轴的两端分别至于两个所述连接轴穿设口内；在所述滑轨内铺设弹性垫。

4.根据权利要求2或3所述的基于X射线的移动式3D成像机，其特征在于，所述机体包括移动底盘，设置于所述移动底盘上的成像操控计算器，高压发生器和升降架；所述成像操控计算器与所述高压发生器和探测器分别电连接；所述高压发生器与所述X射线源电连接；所述轨道安装于所述升降架上。

5.根据权利要求4所述的基于X射线的移动式3D成像机，其特征在于，所述升降架包括设置于所述移动底盘上的旋转底座，置于所述旋转底座上的纵滑动支杆，所述轨道一端安装于所述纵滑动支杆内；在所述轨道远离所述纵滑动支杆的一端连接至少一个纵向伸缩杆。

6.根据权利要求4所述的基于X射线的移动式3D成像机，其特征在于，还包括与所述成像操控计算器电连接的无线控制计算器。

7.一种三维成像数据获取方法，其特征在于，包括应用如权利要求1至6中任一项所述的基于X射线的移动式3D成像机获取三维成像数据。