数字X‑射线影像立体定位系统及其方法

摘要

本发明公开了一种数字X‑射线影像立体定位系统及其方法，其包括X‑射线源、X‑射线探测器和数字图像信号处理装置，数字图像信号处理装置包括多点定位模块以及多点信息处理模块，多点定位模块用于获取X‑射线源在空间多个曝光成像位置下对应的X‑射线源的位置，被测物体在平板投影成像的位置，X‑射线源移动平面到平板探测器平面的垂直距离，多点信息处理模块从多点定位模块获取信息并计算确定被测物体的空间位置。本发明方法、装置简便、有效，可对人体内部病变组织进行精确定位。

权利要求

1.数字X-射线影像立体定位系统，包括X-射线源、X-射线探测器和数字图像信号处理装置，所述X-射线源发射X-射线，所述X-射线探测器接受X-射线源发射的X-射线并转换成图像信号，所述数字图像信号处理装置对X-射线探测器形成的图像信号进行处理，其特征在于：所述数字图像信号处理装置包括多点定位模块以及多点信息处理模块， X-射线源在空间两个位置对被探测物体进行投影成像，数字图像信号处理装置同时记录下两个位置下对应的X-射线源的位置，被测物体在平板投影成像的位置，X-射线源移动平面到平板探测器平面的垂直距离；然后，多点定位模块获取记录的两个位置下对应的X-射线源的位置，被测物体在平板投影成像的位置，X-射线源移动平面到平板探测器平面的垂直距离，并由多点信息处理模块计算确定被测物体的空间位置，则X-射线源在同一水平面上进行移动并在两个位置对被探测物体进行投影成像，得到被测物体在空间的坐标（x, y, z）：其中，射线源的空间坐标分别是 和 ，它们在平板探测器上所

对应的投影坐标分别是 和 ，X-射线源横向水平面上的位移为D，

，被测物体在平板上投影像的位移为d， , 

X-射线源移动平面到平板探测器平面的垂直距离为SID。

说明书

数字X-射线影像立体定位系统及其方法

技术领域

[0001] 本发明属于医疗技术领域，具体涉及X-射线影像装置。

背景技术

[0002] 数字X-射线影像装置系统(DR)是利用X-射线平板探测器(Flat Panel Detector)接受到投影的X-射线而形成的像。它通常由三部分组成：1)X-射线源：X-射线管、高压发生器以及相关的高压控制电路；2)X-射线探测器：探测器首先将接受的X-射线通过一个转换板(例如CsI结晶体)将接受的X－射线转换成可见光，然后这些可见光直接照射到TFT探测器表面，把光信号转换成电信号，然后这些电信号以列输出的型式被读出，从而形成图像信号；3)数字图像信号处理及图像显示：对形成的图像信号进行放大、处理，以得到所需的临床医学所需的诊断图像。相对于传统的胶片X射线照像术而言，DR所成的像具有更大的动态显示范围，同时DR可充分利用现代计算机图像处理技术，以实现最佳的诊断效果。

[0003] 但是，目前市场上采用的数字X-射线影像立体定位系统，定位精确度、定位效率仍有很大的提升空间。

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题就是提供一种数字X-射线影像立体定位系统及其方法，提升定位精度和定位效率。

[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：数字X-射线影像立体定位系统，包括X-射线源、X-射线探测器和数字图像信号处理装置，所述X-射线源发射X-射线，所述X-射线探测器接受X-射线源发射的X-射线并转换成图像信号，所述数字图像信号处理装置对X-射线探测器形成的图像信号进行放大、处理，所述数字图像信号处理装置包括多点定位模块以及多点信息处理模块，所述多点定位模块用于获取X-射线源在空间多个曝光成像位置下对应的X-射线源的位置，被测物体在平板投影成像的位置，X-射线源移动平面到平板探测器平面的垂直距离，所述多点信息处理模块从多点定位模块获取信息并计算确定被测物体的空间位置。

[0006] 另外，采用上述数字X-射线影像立体定位系统进行定位的方法采用的技术方案为：

[0007] 数字X-射线影像立体定位方法，首先，X-射线源在空间多个位置对被探测物体进行投影成像，并同时记录下多个位置下对应的X-射线源的位置，被测物体在平板投影成像的位置，X-射线源移动平面到平板探测器平面的垂直距离；然后，多点定位模块获取记录的上述位置信息，并由多点信息处理模块计算确定被测物体的空间位置。

[0008] 优选的，X-射线源在同一水平面上进行移动并在两个位置对被探测物体进行投影成像，得到待测物体距平板探测器的距离：

[0009]

[0010]

[0011]

[0012] 其中，X-射线源横向水平面上的位移为D，被测物体在平板上投影像的位移为d，X-射线源移动平面到平板探测器平面的垂直距离为SID，被测物体在空间的坐标是(x,y,z)。

[0013] 优选的，X-射线源在同一水平面上进行移动并在三个以上位置对被探测物体进行投影成像，得到被测物体距平板探测器的距离：

[0014]

[0015] 同时，水平位置为：

[0016]

[0017]

[0018] 其中，X-射线源横向水平面上的位移为D，被测物体在平板上投影像的位移为d，X-射线源移动平面到平板探测器平面的垂直距离为SID，被测物体在空间的坐标是(x,y,z)，[0019] 优选的，X-射线源在在空间任何位置(Xi,Yi,Zi)，i＝0，…，N-1，对被探测物体进行投影成像，此时分两步计算实现对被探测物体的空间定位：

[0020] 第一步，将X-射线源位置(Xi,Yi,Zi)沿着物体在平板探测器上的投影像位置(xi,yi)的方向上，延伸到位于Z＝SID的平面上，所对应截点坐标是

[0021]

[0022]

[0023] 求出

[0024] 第二步，根据公式

[0025]

[0026]

[0027]

[0028] 求得被测物体的空间位置(x,y,z)；

[0029] 上述公式中，X-射线源横向水平面上的位移为D，被测物体在平板上投影像的位移为d，X-射线源移动平面到平板探测器平面的垂直距离为SID，被测物体在空间的坐标是(x,y,z)。

[0030] 优选的，X-射线源在垂直方向上移动，采用两次不同垂直位置曝光进行定位，即X-射线源分别在(0,0,SID1)和(0,0,SID2)对物体进行曝光，这里假设射线源位于坐标原点，被探测物体在平板探测器上的投影位置分别是：(x1,y1)，(x2,y2)，距坐标原点的距离分别是：

[0031]

[0032] 有以下几何关系成立：

[0033]

[0034] 以及

[0035]

[0036]

[0037]

[0038] 这样，根据上述公式确定被测物体的空间位置(x,y,z)。

[0039] 优选的，被探测物体位于垂直轴上(0，0)时， 此时移动X-射线源的水平位置，使得被测物体所成的像能移到垂直轴以外的位置，然后分两步计算实现对被探测物体的空间定位：

[0040] 第一步，将X-射线源位置(Xi,Yi,Zi)沿着物体在平板探测器上的投影像位置(xi,yi)的方向上，延伸到位于Z＝SID的平面上，所对应截点坐标是

[0041]

[0042]

[0043] 求出 和

[0044] 第二步，根据公式

[0045]

[0046]

[0047]

[0048] 求得被测物体的空间位置(x,y,z)；

[0049] 上述公式中，X-射线源横向水平面上的位移为D，被测物体在平板上投影像的位移为d，X-射线源移动平面到平板探测器平面的垂直距离为SID，被测物体在空间的坐标是(x,y,z)。

[0050] 优选的，X-射线源在原始点的曝光剂量与常规X-射线投影影像相同，其他位置的射线曝光剂量选择原始点曝光剂量的1/(N-1)。

[0051] 本发明采用X-射线通过不同的入射角，对人体内部病变组织，如结石、囊肿等，进行投影成像，具体的讲是投影到X-射线平板探测器上成像。然后利用投影像之间的空间几何关系，来确定待测物体的空间位置，即进行立体定位。由于方法、装置简便、有效，该装置可以结合其他医学诊断、治疗方法或设备，如冲击波碎石机、活体样品采集装置等，可对人体内部病变组织进行精确定位，并进行有效诊断、治疗。

附图说明

[0052] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：

[0053] 图1为X-射线源在同一水平面上进行移动，在两个位置进行曝光时的示意图；

[0054] 图2为X-射线源在同一水平面上进行移动，在多个位置进行曝光时的示意图；

[0055] 图3为X-射线源在空间任何位置对被探测物体进行投影成像时的示意图；

[0056] 图4为X-射线源采用两次不同垂直位置曝光时的示意图；

[0057] 图5为X-射线源采用两次不同垂直位置曝光时的几何关系示意图；

[0058] 图6为通过本发明实现空间定位的原理框图。

具体实施方式

[0059] 本发明采用X-射线通过不同的入射角，对人体内部病变组织，如结石、囊肿等，进行投影成像，用投影像之间的空间几何关系，来确定待测物体的空间位置，即进行立体定位。其可以结合其他医学诊断、治疗方法或设备，如冲击波碎石机、活体样品采集装置等，可对人体内部病变组织进行精确定位，并进行有效诊断、治疗。

[0060] 任何一个3D物体和它的投影像之间存在着联系，本发明的技术方案将利用多个投影成像的方法，来实现3D物体的立体空间定位。待测物体如图1所示，首先，X-射线源在位置“0”处对待定物体进行投影曝光成像(通常在非常短的时间内完成曝光成像)，接下来通过影像设备的计算机自动控制系统，控制X-射线源在水平面方向移动。例如，从位置“0”，(X0,Y0)，移动到位置“1”，(X1,Y1)，X-射线源水平面上移动的直线距离为“D”(在这移动过程中，保持X-射线平板探测器固定不动)

[0061]

[0062] 在位置“1”，对待测物体进行第二次光曝(也是在非常短的时间内完成曝光成像)，这样，所感兴趣的物体(结石、囊肿等)在平板探测器上的投影的像就从位置(x0,y0)移动到位置(x1,y1)，这两像点之间的直线距离(位移)是

[0063]

[0064] 这里假定X-射线源只是水平面方向平移。为了分析方便起见，设置X-射线源的水平面上的原点位置坐标与平板面上的原点坐标位置相同。同时，在两次曝光时间间隔之内，假定人体本身没有任何运动。

[0065] 然后依据X-射线源(X-射线球管)横向水平面上的位移为D，待测物体在平板上投影像的位移为d，以及球管移动平面到平板探测器平面的垂直距离为SID。就可以得到待测物体在空间的坐标是(x,y,z)：

[0066]

[0067]

[0068]

[0069] 为了提高空间定位的测量精度，可以将X-射线管在同一水平面上(Z＝SID)进行移动，在多个位置,(Xi,Yi)，进行曝光(如图2，N＝4个点曝光)。这样待测物体距平板探测器的距离就可得到：

[0070]

[0071] 同时，水平位置为：

[0072]

[0073]

[0074] 其中<…>表示取平均， 和

[0075] 这里，在多点曝光进行物体定位的过程中，为了尽量降低X-射线辐射剂量，可以采取：X-射线源在原始点的曝光剂量与常规X-射线投影影像相同，其他位置的射线曝光剂量可以选择的原始点曝光剂量的1/(N-1)，这样，在不影响测量精度的前提下，使得总的曝光剂量与两点曝光定位类似。

[0076] 这里更为一般的情形是，X-射线源可以在空间任何位置(Xi,Yi,Zi)，i＝0,,N-1，对被探测物体进行投影成像(如图3所示)。这时，可以分两步计算来实现对物体的空间定位。第一步，将X-射线源位置(Xi,Yi,Zi)沿着物体在平板探测器上的投影像位置(xi,yi)的方向上，延伸到位于Z＝SID的平面上，所对应截点坐标是

[0077]

[0078]

[0079] 求出 和 第二步，与X-射线源位于同一平面情形类似，把这些截点作为新的X-射线源点，应用公式(4)、(5)、(6)，就可以求得待测物体的空间位置(x,y,z)。

[0080] 另外一个特殊情况，也是一些简易的X-射线影像系统所存在的情形，就是X-射线源不能在水平方向上移动，而只能在垂直方向上移动。在这种情况下，如图4所示，也可以采用两次不同垂直位置曝光的方法来进行定位，即X-射线源分别在(0,0,SID1)和(0,0,SID2)对物体进行曝光(这里假设射线源位于坐标原点)。被探测物体在平板探测器上的投影位置分别是：(x1,y1)，(x2,y2)，距坐标原点的距离分别是：

[0081]

[0082] 依据图5所示，有以下几何关系成立：

[0083]

[0084] 以及

[0085]

[0086]

[0087]

[0088] 这样，就可以确定待测物体的空间位置(x,y,z)。但是，如果被探测物体位于垂直轴上(0,0)，这时， 上述方法就不能有效地求出待测物体的空间位置，这时就需要略微移动X-射线源的水平位置，使得被探测物体所成的像能移到垂直轴(原点)以外的位置。然后上述方法仍然可以使用。

[0089] 整个实现空间定位的框图见图6。这里只讨论了只有一个待测物体的情形，如果涉及多个物体，也可以用一样的方法进行计算、处理。如果知道了各个物体的空间坐标，他们之间的相对距离也就可以求出。