一种x射线摄影系统的控制方法
【专利摘要】本发明涉及一种X射线摄影系统的控制方法。该方法包括：获取机架信息，并得到平板探测器平面的范围；根据所述机架信息，计算X射线通过限束器在所述平板探测器平面产生的射线野；当所述射线野超过平板探测器平面的范围，调整所述射线野宽度或高度中的至少一项参数，以使调整后的射线野小于或等于平板探测器平面的范围；将调整后的参数发送至所述限束器。本发明能够使X射线摄影系统在X射线摄影过程中自动地解决射线野超出平板探测器接收范围的问题。
【专利说明】一种X射线摄影系统的控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及X射线摄影系统，特别涉及一种X射线摄影系统的控制方法。
【背景技术】
[0002] X射线的本质是一种波长很短但能穿透人体的射线，应用在医学上就是医用X射 线摄影系统，简称X射线摄影系统，也是医学六大成像设备之一。X射线摄影系统是医院放 射科和骨科的常规设备和必备设备。医用X射线成像技术发展至今，X射线摄影系统的品种 和产量都有很大的增加，目前高频、数字化、多功能X射线摄影系统已经成为市场的主流。
[0003] 参见图1所示的一种X射线摄影系统的机架结构，主要包括安装横梁1、摄影床2、 平板探测器（Flat Detect〇r，FD)3、立柱4、移动导轨5、可上下伸缩的悬吊臂6和球管7,其 中：立柱4 一般固定在机房的地板（地板所在面即为水平面〇)上，其上安装有平板探测器 3,球管7上还有用以控制X射线的限束器8,球管7通过球管支架9与悬吊臂6连接。
[0004] 上述X射线摄影系统的工作原理为：病人躺在摄影床2上，调整球管7与平板探测 器3之间的相对位置以进入检测状态，使病人病灶部位处于球管7所发出X射线的球管焦 点10与平板探测器3接受面合适的位置上，这样从球管7射出的X射线经限束器8调节射 线野（所述射线野即X射线照射范围）后穿过病人病灶部位打在平板探测器3平面上，平 板探测器3的接收面板接收X射线，并经数字处理后在工作站（电脑）上生成病灶部位的 图像，从而医生可给出一个诊断结果。
[0005] X射线会产生电离辐射，临床进行X射线摄影检查时会造成人体吸收一定程度的X 射线，X射线照射量越大、照射时间越长，对人体的损害就越大。因此，为了尽量减少病人吸 收的X射线量，在进行X射线摄影时会尽量避免射线野超出平板探测器3的接收范围。
[0006] 此外，将射线野控制在平板探测器3的接收范围内也是为了将射线剂量控制在可 知范围内的考虑：由于被平板探测器3接收的射线剂量可以全部被接收面板接收，而对形 成的病灶部位图像有一定临床意义，而超出平板探测器3的接收范围的部分射线剂量无法 被接收且会对病人或外界环境造成射线污染，造成射线范围的失控，因而，当射线野超出平 板探测器接收范围，是禁止曝光的，需要对射线野进行控制，再允许曝光。
[0007] 现有技术的一种X射线摄影系统的控制方法，如图2所示，包括如下步骤，以解决 X射线摄影时出现的射线野超出平板探测器接收范围的问题：
[0008] 步骤S100,禁止曝光。
[0009] 所述禁止曝光即，当射线野超出平板探测器接收范围时禁止进行X射线摄影。
[0010] 步骤S101，手动控制射线野大小，以使射线野在平板探测器的接收范围内。
[0011] 所述手动控制射线野大小具体可以是如下方式：一种方式是，在X射线摄影系统 的用户界面（User Interface，UI)上选择对齐方式来调节平板探测器与限束器的相对位 置，再调整射线野至平板探测器接收范围内；另一种方式是，在Π 界面上选择射线野的预 设值，调整射线野至平板探测器接收范围内；又一种方式是，直接对限束器手动进行调节， 调制射线野范围至平板探测器接收范围内。
[0012] 若射线野依然超出平板探测器接收范围，重复步骤S101，若射线野未超出平板探 测器接收范围，则执行步骤S102。
[0013] 步骤S102,允许曝光。
[0014] 所述允许曝光即，当射线野未超出平板探测器接收范围时继续进行X射线摄影。
[0015] 上述X射线摄影系统的控制方法至少包括如下缺陷：
[0016] 仅能通过手动方式、而非自动进行射线野的调整，由于受现有技术手动调整射线 野的方式的局限，射线野的调整并不精确，仅能通过经验或直觉进行控制，可能会引起反复 调整的问题，控制方式比较粗糙，使用效率低下。
[0017] 反复调整射线野及X射线摄影系统的过程中，会增加了病人等待时间，增添病人 接受额外电离辐射量的风险。
[0018] 现有技术手动调整射线野的方式是通过经验或直觉进行控制的，可能会引起源像 距等其他机架运行时的参数变化，导致机架运行的其他失误及精度问题。
【发明内容】
[0019] 本发明技术方案所解决的技术问题是，如何在X射线摄影过程中使系统自动地防 止射线野超出平板探测器接收范围的问题。
[0020] 为了解决上述技术问题，本发明技术方案提供了一种X射线摄影系统的控制方 法，所述X射线摄影系统包括机架，所述机架包括发射X射线的球管及接收所述X射线的平 板探测器，包括：
[0021] 获取机架信息，并得到平板探测器平面的范围；
[0022] 根据所述机架信息，计算X射线通过限束器在所述平板探测器平面产生的射线 野；
[0023] 当所述射线野超过平板探测器平面的范围，调整所述射线野宽度或高度中的至少 一项参数，以使调整后的射线野小于或等于平板探测器平面的范围；
[0024] 将调整后的参数发送至所述限束器。
[0025] 可选的，所述平板探测器平面的范围和射线野分别以其形状上的顶点坐标定义。
[0026] 可选的，所述机架信息包括平板探测器平面的宽度2wFD和高度2hFD，所述平板探测 器平面的形状为矩形；
[0027] 所述得到平板探测器平面的范围包括：
[0028] 以所述平板探测器平面中心作为原点，建立平板探测器平面坐标系；
[0029] 分别记录平板探测器平面的顶点P1至P4为（-w FD, hFD)、（wFD, hFD)、（wFD, _hFD)及 (_WFD，_hFD)。
[0030] 可选的，所述机架信息包括球管焦点的旋转角度和平板探测器的倾斜角度；
[0031] 所述射线野的形状为矩形，所述根据所述机架信息计算X射线通过限束器在所述 平板探测器平面产生的射线野包括：
[0032] 以球管焦点作为原点，建立焦点三维坐标系；
[0033] 分别记录射线野的顶点Pid至P4d在所述焦点三维坐标系下的初始坐标；
[0034] 根据球管焦点的旋转角度和所述初始坐标得到射线野的顶点Pid至P4d在所述焦点 三维坐标系下的旋转坐标；
[0035] 基于所述旋转坐标，将射线野的顶点Pid至P4d沿射线方向投影到平板探测器的平 面上并获得射线野的顶点P id至P4d的平面坐标；
[0036] 根据平板探测器的倾斜角度和所述平面坐标得到射线野的顶点Pid至P4d的真实坐 标。
[0037] 可选的，所述焦点三维坐标系为xyz坐标系；该xyz坐标系以球管焦点为原点，X 轴与射线方向平行或重合，z轴与水平面垂直，xy平面平行于水平面。
[0038] 可选的，所述机架信息还包括初始射线野宽度2w，初始射线野高度2h及源像距s， 射线野的顶点P id至P4d在所述焦点三维坐标系下的初始坐标分别为：Pltl (-s，-w，h)、P2(I (-s， w，h)、P3CI(_s, w, _h)及 P4ci(_s, -w, _h) 〇
[0039] 可选的，所述机架信息还包括限束器相对于x轴的旋转角度C、球管焦点相对于z 轴的旋转角度RVA、球管焦点相对于y轴的旋转角度RHA，射线野的顶点Pid至P4d在所述焦 点三维坐标系下的旋转坐标分别为：P 1F、P2F、P3f及P4f，令：
【权利要求】
1. 一种X射线摄影系统的控制方法，所述X射线摄影系统包括机架，所述机架包括发射 X射线的球管及接收所述X射线的平板探测器，其特征在于，包括： 获取机架信息，并得到平板探测器平面的范围； 根据所述机架信息，计算X射线通过限束器在所述平板探测器平面产生的射线野； 当所述射线野超过平板探测器平面的范围，调整所述射线野宽度或高度中的至少一项 参数，以使调整后的射线野小于或等于平板探测器平面的范围； 将调整后的参数发送至所述限束器。
2. 如权利要求1所述的X射线摄影系统的控制方法，其特征在于，所述平板探测器平面 的范围和射线野分别以其形状上的顶点坐标定义。
3. 如权利要求2所述的X射线摄影系统的控制方法，其特征在于，所述机架信息包括平 板探测器平面的宽度2wFD和高度2hFD，所述平板探测器平面的形状为矩形； 所述得到平板探测器平面的范围包括： 以所述平板探测器平面中心作为原点，建立平板探测器平面坐标系； 分别记录平板探测器平面的顶点P1至P4为（-WFD,hFD)、（wFD,hFD)、（wFD, _hFD)及 (_WFD，_hFD)。
4. 如权利要求2所述的X射线摄影系统的控制方法，其特征在于，所述机架信息包括球 管焦点的旋转角度和平板探测器的倾斜角度； 所述射线野的形状为矩形，所述根据所述机架信息计算X射线通过限束器在所述平板 探测器平面产生的射线野包括： 以球管焦点作为原点，建立焦点三维坐标系； 分别记录射线野的顶点Pid至P4d在所述焦点三维坐标系下的初始坐标； 根据球管焦点的旋转角度和所述初始坐标得到射线野的顶点Pid至P4d在所述焦点三维 坐标系下的旋转坐标； 基于所述旋转坐标，将射线野的顶点Pid至P4d沿射线方向投影到平板探测器的平面上 并获得射线野的顶点Pid至P4d的平面坐标； 根据平板探测器的倾斜角度和所述平面坐标得到射线野的顶点Pid至P4d的真实坐标。
5. 如权利要求4所述的X射线摄影系统的控制方法，其特征在于，所述焦点三维坐标系 为xyz坐标系；该xyz坐标系以球管焦点为原点，X轴与射线方向平行或重合，z轴与水平 面垂直，xy平面平行于水平面。
6. 如权利要求5所述的X射线摄影系统的控制方法，其特征在于，所述机架信息还包括 初始射线野宽度2w，初始射线野高度2h及源像距s，射线野的顶点Pid至P4d在所述焦点三维 坐标系下的初始坐标分别为：P1Q(_s，-W，h)、P2Q(-s，w，h)、P3Q(-s，w，_h)及P4Q(-s，-W，_h)。
7. 如权利要求6所述的X射线摄影系统的控制方法，其特征在于，所述机架信息还包 括限束器相对于X轴的旋转角度C、球管焦点相对于z轴的旋转角度RVA、球管焦点相对于 y轴的旋转角度RHA，射线野的顶点Pid至P4d在所述焦点三维坐标系下的旋转坐标分别为： P1F、P2F、P3F 及P4f,令：
其中，Tkva为与所述旋转角度RVA相关的旋转矩阵，Tm为与所述旋转角度RHA相关的 旋转矩阵，T。为与所述旋转角度C相关的旋转矩阵，有：
8. 如权利要求7所述的X射线摄影系统的控制方法，其特征在于，射线野的顶点Pid至 P4D的平面坐标分别为：P1B、P2B、P3B及P4B，设PnF= (XnF，ynF，ZnF)，则：
9. 如权利要求8所述的X射线摄影系统的控制方法，其特征在于，所述机架信息还包括 平板探测器到相对于y轴的倾斜角度T，射线野的顶点Pid至P4d的真实坐标Pld、P2d、P3d及 P4d满足：
其中，Tt为与所述倾斜角度T相关的旋转矩阵，有：
10. 如权利要求4所述的X射线摄影系统的控制方法，其特征在于，还包括： 当射线野的顶点Pid至P4d中至少有一个顶点落入所述平板探测器平面外，则判断所述 射线野超过平板探测器平面的范围。
11. 如权利要求10所述的X射线摄影系统的控制方法，其特征在于，所述根据所述机架 信息计算球管焦点通过限束器在所述平板探测器平面产生的射线野还包括：将焦点三维坐 标系下的顶点Pid至P4d的真实坐标转换为平板探测器平面坐标系下的真实坐标； 所述当射线野的顶点Pid至P4d中至少有一个顶点落入所述平板探测器平面外，则判断 所述射线野超过平板探测器平面的范围包括： 获取平板探测器平面坐标系下的顶点P1至P4的坐标及顶点Pid至P4d的坐标； 依次连接顶点P1至P4以构成一四边形范围； 判断顶点Pid至P4d是否超过所述四边形范围。
12. 如权利要求3或11任一项所述的X射线摄影系统的控制方法，其特征在于，所述平 板探测器平面坐标系为y'z'坐标系，该y'z'坐标系以平板探测器中心为原点，y'轴与y 轴平行或重合，z'轴是z轴相对于y轴旋转倾斜角度T形成的。
13. 如权利要求11所述的X射线摄影系统的控制方法，其特征在于，所述机架信息还包 括平板探测器平面坐标系下球管焦点相对于平板探测器中心的相对坐标（y〇,Ztl); 射线野的顶点Pid至P4d在平板探测器平面坐标系下的真实坐标满足： 设Pnd- (Xnd，Υη--，Znd)，则： Pnd _(ynd+y〇，Znd+Z〇); 其中，n=l?4 ;Pld、P2d、P3d及P4d依次为根据平板探测器的倾斜角度和所述平面坐标得 到的射线野的顶点Pid至P4d的真实坐标，P1/、P2/、P3d'及P4/依次为射线野的顶点Pid至 P4d在平板探测器平面坐标系下的真实坐标。
14. 如权利要求1所述的X射线摄影系统的控制方法，其特征在于，所述调整所述射线 野宽度或高度中的至少一项参数包括： 保持源像距参数不变； 当球管焦点和平板探测器中心的对齐方式为中对齐，直接调整所述射线野宽度或高度 中的至少一项参数； 当球管焦点和平板探测器中心的对齐方式为上对齐或下对齐：先设置所述球管焦点和 平板探测器中心的对齐方式为中对齐，再调整所述射线野宽度或高度中的至少一项参数； 或者，保持所述球管焦点和平板探测器中心的对齐方式不变，调整所述射线野宽度或高度 中的至少一项参数。
15. 如权利要求9所述的X射线摄影系统的控制方法，其特征在于，所述源像距是通过 如下方式获得的： 设源像距为s，获取焦点三维坐标系下球管焦点与平板探测器中心之间的坐标点S1=L-S0 0 1]； 根据球管焦点的旋转角度和坐标点S1得到球管焦点与平板探测器中心之间的旋转点 坐标S1F，Sif 满足S1Ft=Tkva ·Tkha ·Tg ·S1T; 基于旋转点坐标Sif，将所述旋转点沿射线方向投影到平板探测器的平面上并获得球管焦点与平板探测器中心之间的平面点坐标3113=(?，-^77，^77 );其中，1#、7#及 Zsf为所得到旋转点坐标Sif的坐标值； 根据平板探测器的倾斜角度和所述平面点坐标得到球管焦点与平板探测器中心之间 真实点坐标Sls,Sls满足S1s=Tt ·Sib ; 基于所述真实点坐标Sls可得所述源像距s为：
其中，x〇,y。及Ztl为三维坐标系下球管焦点相对于平板探测器中心的相对坐标值，xls，yls及zls为所述真实点坐标Sls的坐标值，所述三维坐标系为xy'z'坐标系，该xy'z'坐标 系以球管焦点为原点，包括X轴、y'轴和z'轴，其中，y'轴和z'轴构成所述平板探测器平 面坐标系。
16. 如权利要求2所述的X射线摄影系统的控制方法，其特征在于，还包括： 依次连接平板探测器平面的顶点以形成第一多边形； 依次连接射线野的顶点以形成第二多边形； 当所述第一多边形和第二多边形存在交点，则判断所述射线野超过平板探测器平面的 范围； 调整后的射线野为所述交点和第一多边形内射线野形状上的顶点所形成的面积最大 的多边形。
17. 如权利要求16所述的X射线摄影系统的控制方法，其特征在于，所述多边形为四边 形。
【文档编号】A61B6/00GK104434148SQ201310415098
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年9月12日 优先权日:2013年9月12日
【发明者】丁健 申请人:上海联影医疗科技有限公司