X射线成像设备的成像方法及定位装置与流程

本发明涉及医疗成像设备领域，特别涉及X射线成像设备的成像位置确定方法及装置。

背景技术：

当前所有C臂机的设计，不管是等中心旋转还是非等中心旋转，C臂旋转时，不同位置处的图像均会发生不同程度的偏离。图1是等中心旋转的C臂机旋转示意图；如图1所示，等中心旋转是指X射线发射球管20发射的X射线经探测器10接收时，二者之间形成的光束的中心线经过等中心(Isocenter)，且在C臂机旋转的过程中所述光束的中心线一直经过等中心。在C臂机等中心旋转时感兴趣区域(以下简称ROI)若不在等中心，C臂机旋转一定角度后，感兴趣区域就会偏离出成像视野或不在图像的合理位置上；图2是非等中心旋转的C臂机旋转示意图，如图2所示，非等中心旋转是指X射线发射球管20发射的X射线由探测器10接收时，二者之间形成的光束的中心线不经过等中心，且在C臂机旋转的过程中所述光束的中心线始终不会经过等中心。在这种情况下不管感兴趣区域是否在等中心，C臂机旋转一定角度后，ROI会偏离出成像视野或不在图像的合理位置。这就导致C臂机不管是等中心或是非等中心旋转，在实际使用过程中调整角度时，不仅要进行相应的角度旋转，而且还要通过上下左右移动的方式，将ROI调整到成像视野中。然而，手术过程中频繁地切换不同的角度，会导致每次拍摄位置切换操作变得复杂，而且，还需要通过图像进行验证，病人和医生难免要接收不必要的辐射。

技术实现要素：

本发明要解决的问题是C臂机在旋转的过程中感兴趣区域偏离出成像视野及无法确定成像位置的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种X射线成像设备的成像方法，所述X射线成像设备包括X射线球管和探测器，所述X射线球管和探测器之间具有成像视野，包括：

将待检测物置于成像视野中；

至少在两个不同的位置对待检测物进行成像，获得待检测物的图像；

获取图像中的感兴趣区域；

根据所述图像中的感兴趣区域计算感兴趣区域的空间位置；

根据所述感兴趣区域的空间位置与成像视野的位置关系调整X射线成像设备的成像位置。

可选的，所述不同的位置包括第一、第二位置，所述第一位置和第二位置的成像角度不同，

在第一位置成像时经过所述感兴趣区域的X射线为第一线段；

在第二位置成像时经过所述感兴趣区域的X射线为第二线段；

所述第一线段和第二线段的相交处为感兴趣区域的空间位置。

可选的，获取图像中的感兴趣区域包括，

获取在第一位置采集到的图像中的感兴趣区域；

根据所述第一位置采集到的图像中的感兴趣区域确定在第二位置采集到的图像中的感兴趣区域。

可选的，若所述第一线段和第二线段无交点，重新获取图像中的感兴趣区域。

可选的，若所述第一线段和第二线段无交点，以两个线段上的相互最接近两个点的中间位置作为感兴趣区域的空间位置。

可选的，若所述第一线段和第二线段无交点，对两个线段上的相互最接 近两个点的距离与预设阈值进行比较，若小于所述预设阈值，以两个线段的相互最接近两个点的中间位置作为感兴趣区域的空间位置，若大于所述预设阈值，重新获取图像中的感兴趣区域。

可选的，在第一位置成像时经过所述感兴趣区域中心点的X射线为第一线段；在第二位置成像时经过所述感兴趣区域中心点的X射线为第二线段。

可选的，所述成像位置的X射线球管到感兴趣区域的距离大于感兴趣区域到探测器之间的距离。

本发明还提供一种X射线成像设备的定位装置，包括：

成像单元，对待检测物进行成像；

感兴趣区域位置计算单元，根据成像单元的成像结果计算感兴趣区域的空间位置；

位置确定单元，确定成像设备所处位置；

成像位置计算单元，根据感兴趣区域的空间位置和设备所处位置计算成像位置，及

驱动单元，根据成像位置驱动所述成像设备。

可选的，所述X射线成像设备的定位装置，还包括：

引导单元，提供移动到成像位置的移动路径信息。

与现有技术相比，该发明的优势在于：通过用户在图像上定义的感兴趣区域，系统计算出感兴趣区域的空间位置，之后再调整C臂机角度时，系统计算出各个方向的运动距离或角度，围绕感兴趣区域进行旋转，以保证感兴趣区域位于成像视野范围内。通过上述方案，可以减少用户的反复操作和图像的反复确认工作，简化工作流，节约手术时间，且可减少患者和用户所受的辐射。

附图说明

图1是等中心旋转的C臂机旋转示意图；

图2是非等中心旋转的C臂机旋转示意图；

图3是在第一、第二位置上的成像过程示意图；

图4是在第二、第三位置上的成像过程示意图；

图5是图像中的ROI区域标记为区域时的成像过程示意图；

图6-a是X射线球管在光束中心线上的不同位置的成像示意图；

图6-b是X射线球管在与光束中心线垂直方向上不同位置的成像示意图；

图7是本发明的成像设备定位装置模块示意图；

图8是本发明的另一成像设备定位装置模块示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

一般在手术中为了对手术进行指导，会通过X射线成像设备实时的进行拍摄，引导并确认手术的过程。所述X射线成像设备包括：用于发射X射线的X射线球管；接收经过待检测物的X射线的探测器，所述X射线球管和探测器相对设置。在手术过程中最常用的X射线成像设备是C臂机，主要是因为连接X射线球管和探测器的支架形状像字母C。

如图1、图2所示，C臂机包括C形支架30和分别位于C形支架两端的X射线球管20和探测器10，所述X射线球管20和探测器10相对设置。这种C形结构便于将待检的患者移动至X射线球管20和探测器10之间进行拍摄。

所述C臂机又可以分为移动式、悬吊式、落地式等。移动式是C形支架固定于可移动的小车，操作人员可以通过推动小车移动C臂机(或通过小车具有的驱动装置移动C臂机)，并在需要的位置对患者进行拍摄；在悬吊式中所述C形支架一般会略大于移动式的C形支架，并通过固定支架固定于天花板上，可在天花板上设置导轨，在驱动设备的驱动下沿着所述导轨移动，在悬吊式中，所述C形支架还可以沿水平或垂直方向上任意旋转；落地式与移动式相似，区别是与地面的固定支架连接，无法推走移动。

但是现有的各种C臂机都不具备调节拍摄位置的功能，尤其是对于手术过程中的成像而言，因为人工的调节拍摄位置，经常会导致感兴趣区域偏离出成像视野或不在图像的合理位置上，为此为了得到理想的图像需要重复多次拍摄，患者和医生要承受不必要的辐射，且影响治疗效果。本发明的C臂机根据目标区域的空间位置和欲拍摄的角度调节到成像位置，或指导医生对成像设备进行调节，达到任何角度的拍摄均能使目标区域位于成像视野内。方便了医生的操作，提高了治疗效率。

为了达到上述目的，本发明的X射线成像设备的成像方法，所述X射线成像设备包括X射线球管和探测器，所述X射线球管和探测器之间具有成像视野，包括：将待检测物至于成像视野中；至少在两个不同的位置对待检测物进行成像，获得待检测物的图像；获取图像中的感兴趣区域；根据图像中的感兴趣区域计算感兴趣区域的空间位置；根据所述感兴趣区域的空间位置与成像视野的位置关系调整X射线成像设备的成像位置。其中所述X射线成像设备的成像位置，包括与欲拍摄的角度及该角度下的最佳拍摄位置。一般在治疗过程中，患者位于病床上不会移动位置，因此待检测部位的ROI的空间位置不变，位置可变化的X射线成像设备可以记录自己的位置变化，因为ROI空间位置不变，只要通过多次不同位置的拍摄，即可以计算出ROI的空间坐标，当确定ROI的空间位置以后X线成像设备可以结合当前角度计算最佳 拍摄位置，使感兴趣区域始终位于成像视野中间。

所述ROI空间坐标的确定，一般只要通过两次不同位置的成像即可以实现，为此确定ROI空间坐标的步骤包括：在第一成像位置时经过ROI中心点的X射线为第一线段位置；在第二成像位置时经过ROI中心点的X射线为第二线段位置；所述第一线段和第二线段的相交处为ROI的空间位置。图3是在第一、第二位置上的成像过程示意图，如图3所示，在X射线球管位于A₁位置时为第一位置、在A₂位置时为第二位置，根据X射线成像设备的自身位置确定功能可知A₁点的空间坐标，在经过待检测物以后ROI(图中以R点表示)在探测器上的位置为C₁(图像上的位置)，同样地，根据X射线成像设备的自身位置确定功能可以知道B₁点的空间坐标，B₁为探测器中心点，根据B₁点与C₁点在探测器上的位置关系可计算出C₁点的空间坐标，根据两个已知的点A₁、C₁计算出连接所述两个点的线段位置，即可以计算出A₁C₁在空间的位置，A'是只考虑对X射线球管进行旋转，没有进行前后、升降、左右移动时的位置，根据设备的自身位置确定功能可知道旋转角度β，A'点的空间坐标可以通过β表示，A₂的位置是在旋转β角度的基础上进行上下、左右、前后移动以后的位置，所述移动也可以根据设备的自身位置确定功能得知，因此A₂的位置也可以通过β等参数表述，同样B₂点的空间坐标也可通过A₂点的空间坐标表示，C₂点的空间坐标可通过A₂点的空间和B₂点的空间坐标建立联系，这样直线A₂C₂也可以表示出来，当确定A₁C₁和A₂C₂以后通过计算交点的位置即可以确定ROI在空间的坐标。

在上过程中，在不同位置拍摄的图像中，所述ROI的位置是要操作人员确定，如在第一位置生成第一图像40以后操作人员在第一图像中确定C₁点，根据所述C₁确定线段A₁C₁，在第二位置生成第二图像50以后在第二图像中确定C₂点，由此确定线段A₂C₂。为了简化上述步骤，本发明还提供根据在第一图像40确定的C₁点识别第二图像50的C₂点，故无需操作人员确定两次。如根 据ROI在图像中的灰度值特性分析找出第二图像中的ROI区域，以此确定C₂点。在其它的实施例中所述ROI的位置也可以是设备自动计算，如在目标区域放置标记物，所述标记物的位置即为ROI的位置，在图像中的标记物的位置是可以通过图像的识别算法计算得出。

除此之外，当A₁C₁和A₂C₂线段无交点时，以两个线段上相互最接近的两个点之间的中间位置作为ROI的空间位置。进一步当所述相互最接近的两个点之间距离超过预设阈值时发出错误警告，要求重新获取图像中的感兴趣区域。

在确定ROI的空间坐标以后，围绕着所述ROI设备可以根据用户的需求调整成像角度。图4是在第二、第三位置上的成像过程示意图。其中第三位置为操作者要求拍摄的角度，根据设备的位置确定功能已知图像的中心位置C₃(探测器的中心位置)及X射线球管的位置A₃，因为R的空间位置也通过上述步骤计算得出，只要计算平移距离，使A₃C₃经过R即可，此时ROI在图像上可以位于合理的位置。

考虑到实际应用中，医生希望ROI区域尽可能的靠近探测器一侧，其原因是可以较大、较详细的观察到ROI区域，对诊断有帮助。但是因为成像区域体厚等原因，也不能过多的靠近探测器一侧，因此，本发明中R点在A₃C₃上的位置可以预先根据经验确定，在确定了R点在A₃C₃上的位置后，可以根据R点在A₃C₃上的位置来最终确定经过R点的A₃C₃的空间位置。也就是说，本发明中A₃C₃的空间位置需根据预先设定的R点的空间位置，来调整A₃C₃的空间位置以使得A₃C₃在经过R点的同时，R点也尽可能地靠近探测器器一侧。考虑到R点和探测器之间的位置关系，本发明最终确定的R点在A₃C₃上的位置满足A₃R长度大于RC₃。

在上述过程中，当ROI为一个点(操作者在图像中把ROI区域标记成一个点)，或在图像中标记为较小的区域时(以区域的中心点表示该区域)通过 两个线段的相交处作为ROI的空间坐标。上述方案中为了能够得到线段的相交点，需避免线段平行或部分重叠，所述第一位置和第二位置的拍摄角度不能相同，当所述ROI在图像中标记为一个较大的区域时所述第一位置和第二位置的拍摄角度可以相同，但是X射线球管和探测器沿着光束中心线上的高度要有变化，或沿探测器面上要有平移变化。

图5是图像中的ROI区域标记为区域时的成像过程示意图，如图5所示，在ROI为一个较大块状时，在图像中的显示为一片区域。如图6-a是X射线球管在光束中心线上的不同位置的成像示意图，其中:

得出

得出

A₄H＝A₅H+A₄A₅

其中，A₄B₄，A₅B₅，B₄D₄，B₅D₅，A₄A₅已知，因此可计算出HR₂，同样的方法HR₁也可以计算出，通过获得R₁和R₂的空间坐标，进一步可以计算出ROI在空间的大致位置(以R₁R₂表示)。

图6-b是X射线球管在与光束中心线垂直方向上不同位置的成像示意图，其中：

得出

得出

H₅R₂＝H₄R₂+B₅B₄

其中，A₅B₅，A₄B₄，B₅D₅，B₄D₄已知，A₅H₅＝A₄H₄可以计算出A₅H₅、A₄H₄，同样也可以计算出H₄R₂和H₅R₂，同样的方法也可以计算出H₅R₁、H₄R₁，通过获得 R₁和R₂的空间坐标，进一步可以计算出ROI在空间的大致位置(以R₁R₂表示)。

本发明还提供一种X射线成像设备，一种成像设备的定位装置，包括：成像单元11，对待检测物进行成像；ROI位置计算单元12，根据成像单元11的成像结果计算感兴趣区域的空间位置；位置确定单元13，确定成像设备所处位置；成像位置计算单元14，根据感兴趣区域的空间位置和设备所处位置计算成像位置，及驱动单元15，根据成像位置驱动所述成像设备。

进一步所述X射线成像设备还可以包括引导单元16，所述引导单元16可以是显示屏，通过显示屏显示适合曝光的最佳位置，并提示路径。所述引导单元16也可以是语音与显示相结合的引导单元16，通过所述显示屏显示同时结合语音提示，使操作者更方便的完成移动操作。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。