X射线设备和获得x射线图像的方法
【专利摘要】提供一种X射线设备和获得X射线图像的方法，所述X射线设备包括：源，用于将X射线发射到对象；检测器，用于检测穿透对象的X射线；臂，用于将源连接到检测器并根据源的旋转将检测器进行上下移动；控制器，用于通过对臂进行驱动来控制对象的成像。
【专利说明】X射线设备和获得X射线图像的方法
[0001]本申请要求于2012年10月11日提交到韩国知识产权局的第10-2012-0113042号韩国专利申请的优先权，该申请的公开通过引用全部包含于此。
【技术领域】
[0002]与示例性实施例一致的设备和方法涉及通过使用X射线设备来捕捉X射线图像，更具体地讲，涉及通过对X射线设备进行驱动来获得X射线图像。
【背景技术】
[0003]当X射线穿透对象时，X射线根据对象的性质和与对象的距离而衰减。X射线设备可通过使用这样的特性来对人体或物体的内部区域或内容进行成像，并被广泛用于医学成像和工业无损检测中。
[0004]基于期望的准确度和/或分辨率，可通过X射线设备被一次成像的对象的区域可仅限于对象的一部分。因此，已开发出用于通过组合多个成像图像来获得具有较大区域或较高分辨率的图像的图像拼接技术。通常，通过使用计算机软件来执行图像拼接技术，并且需要放射相同的X射线来获得将被组合的单独图像之间的精确的重叠。
[0005]X射线设备包括用于产生X射线的设备以及用于检测X射线并将检测到的X射线转换为图像的设备。X射线设备的示例包括天花板类型X射线设备和U臂类型X射线设备。
[0006]在天花板类型X射线设备中，用于产生X射线的设备被固定到天花板，从而由于操作的灵活性而提供宽的操作范围并且容易访问病人的成像区域。
[0007]在U臂类型X射线设备中，用于产生X射线的设备和用于检测X射线的设备被固定到臂上，其中，所述臂连接到固定在地上的臂架。与天花板类型X射线设备相比，U臂类型X射线设备具有以下的优点:其占用空间小且其价钱和安装成本较低。然而，由于用于产生X射线的设备和用于检测X射线的设备被固定到臂上，因此与天花板类型X射线设备相比，U臂类型X射线设备具有以下的缺点:自由度较低，从而限制了移动的范围。
【发明内容】
[0008]示例性实施例可至少解决以上问题和/或缺点以及以上未描述的其它缺点。此外，不需要示例性实施例克服上述缺点，示例性实施例可不克服上述任何问题。
[0009]一个或多个示例性实施例提供一种用于使图像失真最小化并获得大的区域的图像的X射线设备。
[0010]根据示例性实施例的一方面，提供一种X射线设备，包括:源，用于将X射线发射到对象；检测器，用于检测穿透对象的X射线；臂，用于将源连接到检测器并根据源的旋转将检测器进行上下移动；支撑单元，用于对臂进行支撑；控制器，用于通过对臂进行驱动来控制对象的成像。
[0011]控制器可控制源、检测器和臂中的至少一个，并可基于从源发射到检测器的X射线的X射线入射角度来控制连接到检测器的臂的末端的直线移动距离。[0012]控制器可基于在第一成像中的X射线入射角度，来控制连接到检测器的臂的末端的直线移动距离以执行第二成像。
[0013]控制器可对臂进行控制，使得在对应于第一成像的第一成像区域和对应于第二成像的第二成像区域彼此重叠的预定区域中，第一成像中的X射线入射角度与第二成像中的X射线入射角度彼此对应。
[0014]控制器可对臂进行控制，使得在所述预定区域中，第一成像中的X射线入射角度与第二成像中的X射线入射角度彼此相同。
[0015]所述X射线设备还可包括图像处理器，其中，所述图像处理器通过组合由第一成像获得的第一图像和由第二成像获得的第二图像来产生组合图像。
[0016]图像处理器可通过基于对象与检测器之间的距离调整第一图像的放大比率或缩小比率和第二图像的放大比率或缩小比率来产生组合图像。
[0017]检测器可相对于对象保持恒定角度而不管检测器的移动。
[0018]所述X射线设备还可包括:臂连接单元，用于将支撑单元连接到臂；源连接单元，用于将源连接到臂；检测器连接单元，用于将检测器连接到臂，其中，源连接单元和检测器连接单元位于臂连接单元之下。
[0019]控制器可对臂进行控制以使检测器位于与检测器基本位置相同的位置或检测器基本位置之上，其中，检测器基本位置是当源的X射线放射角度与检测器的X射线检测面垂直时检测器的位置。
[0020]根据示例性实施例的一方面，提供一种通过使用包括源、检测器、用于将源连接到检测器的臂和用于支撑臂的支撑单元的X射线设备来捕捉X射线图像的方法，所述方法包括:将X射线发射到对象；检测穿透对象的X射线；通过对臂进行驱动以根据源的旋转将检测器进行上下移动来捕捉X射线图像。
[0021]捕捉X射线图像的步骤可包括:执行通过使用检测器检测穿透对象的X射线的第一成像；对源、检测器和臂中的至少一个进行控制，以基于在第一成像中从源发射到检测器的X射线的入射角度来执行第二成像；执行通过使用检测器检测穿透对象的X射线的第二成像。
[0022]所述对源、检测器和臂中的至少一个进行控制的步骤可包括:控制连接到检测器的臂的末端的直线移动距离。
[0023]控制直线移动距离的步骤可包括:对臂进行控制，使得在对应于第一成像的第一成像区域和对应于第二成像的第二成像区域彼此重叠的预定区域中，第一成像中的X射线入射角度与第二成像中的X射线入射角度彼此对应。
[0024]控制直线移动距离的步骤可包括:对臂进行控制，使得在所述预定区域中，第一成像中的X射线入射角度与第二成像中的X射线入射角度彼此相同。
[0025]所述方法还可包括:通过组合由第一成像获得的第一图像和由第二成像获得的第二图像来产生组合图像。
[0026]产生组合图像的步骤可包括:通过基于对象与检测器之间的距离调整第一图像的放大比率或缩小比率和第二图像的放大比率或缩小比率来产生组合图像。
[0027]检测器可在捕捉X射线图像时相对于对象保持恒定角度。
[0028]所述X射线设备还可包括:臂连接单元，用于将支撑单元连接到臂；源连接单元，用于将源连接到臂；检测器连接单元，用于将检测器连接到臂，其中，源连接单元和检测器连接单元位于臂连接单元之下。
[0029]捕捉X射线图像的步骤可包括:对臂进行控制以使检测器位于与检测器基本位置相同的位置或检测器基本位置之上，其中，检测器基本位置是当源的X射线放射角度与检测器的X射线检测面垂直时检测器的位置。
[0030]根据示例性实施例的一方面，提供一种获得X射线图像的方法，所述方法包括:执行将X射线从连接到臂的一个末端的源发射到对象并通过使用连接到臂的另一末端的检测器检测穿透对象的X射线的第一成像；基于从源发射到检测器的X射线的入射角度，根据源的旋转将检测器进行上下移动；执行将X射线从源发射到对象并通过使用检测器检测穿透对象的X射线的第二成像；获得X射线图像，其中，获得X射线图像的步骤包括:基于对象与检测器之间的距离，调整在第一成像中获得的第一图像的放大比率或缩小比率和在第二成像中获得的第二图像的放大比率或缩小比率，并通过组合放大比率或缩小比率均已被调整的第一图像和第二图像来产生组合图像。
[0031]依据根据示例性实施例的X射线设备、通过使用X射线设备捕捉X射线图像的方法以及通过使用X射线设备获得X射线图像的方法，可不失真地对多个图像进行拼接。因此，可获得针对大的区域的准确度高的图像。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]通过参照附图在特定示例性实施例中进行描述，上述和/或其它方面将变得更加清楚，在附图中:
[0033]图1是示出X射线设备的结构的示图；
[0034]图2A、图2B和图2C是示出X射线设备的基于光阶法的成像操作的示图；
[0035]图3A和图3B是用于解释由于基于光阶法的成像而发生的图像失真的示图；
[0036]图4A、图4B、图4C和图4D是示出根据基于光阶法的成像而捕捉的实际图像的示图；
[0037]图5是示出根据示例性实施例的X射线设备的示图；
[0038]图6是示出根据示例性实施例的X射线设备的操作的示图；
[0039]图7A和图7B是用于解释使用根据示例性实施例的X射线设备的仿真成像的示图；
[0040]图8示出使用根据示例性实施例的X射线设备获得的仿真结果图像；
[0041]图9是示出根据示例性实施例的X射线设备的示图；
[0042]图10是示出根据示例性实施例的捕捉X射线图像的方法的流程图；
[0043]图11是示出根据示例性实施例的获得X射线图像的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0044]以下参照附图更详细地描述特定示例性实施例。
[0045]在以下的描述中，即使在不同的附图中，相同的附图标号也用于相同的元件。描述中限定的内容(诸如详细的构造和元件)被提供以助于对示例性实施例的全面理解。因此，清楚的是，在没有那些具体限定的内容的情况下，可实施示例性实施例。此外，由于公知的功能或构造会在不必要的细节上模糊示例性实施例，因此不详细描述公知的功能或构造。
[0046]在本说明书中使用的术语用于解释特定示例性实施例，并不限制本发明构思。因此，除非在上下文中另外明确指示，否则本说明书中的单数的表达包括复数的表达。除非另外限定，否则这里使用的包括技术或科学术语的所有术语具有与本发明构思所属领域的技术人员通常理解的含义相同的含义。如在通用字典中定义的术语被解释为具有与现有技术的上下文中的含义匹配的含义，并且除非另外清楚地定义，否则不被解释为理想地或过分地正式。
[0047]当一部分可“包括”特定元件时，除非另外指示，否则不被解释为排除其它元件，而可被解释为还包括其它元件。在说明书中陈述的诸如“~部分”、“~单元”、“~模块”和“~块”的术语可表示用于处理至少一个功能或操作的单元，并且所述单元可由硬件、软件或者硬件和软件的组合来实现。当诸如“……中的至少一个”的表达出现在一列元件之后时，其修饰整列元件而不修饰列中的单个元件。
[0048]图1是示出X射线设备100的结构的示图。参照图1，X射线设备100包括源110和检测器120，其中，源110用于向对象发射X射线，检测器120用于检测穿透对象的X射线。例如，X射线设备100还包括臂130和支撑单元140，其中，臂130用于将源110连接到检测器120，支撑单元140用于支撑臂130。
[0049]图2A至图2C是示出X射线设备100的光阶法成像操作的示图。图1中示出的X射线设备100可通过使用光阶法来对对象进行成像。光阶法是在移动源110和检测器120的同时捕捉对象的X射线图像的方法。
[0050]如图2A所示，根据光阶法，将X射线从源210发射到与检测器220的X射线检测平面垂直的检测器220。通过检测穿透对象250的X射线来对对象250进行成像。以下，在图2A中示出的成像被称为第一成像，在图2B中示出的成像被称为第二成像，在图2C中示出的成像被称为第三成像。
[0051]当完成针对对象250 的第一成像时，在沿方向230移动检测器220和源210的同时依次执行图2B中示出的第二成像和图2C中示出的第三成像。在第一成像、第二成像和第三成像期间，从源210到检测器220的X射线的放射角度和从源210到检测器220的距离被保持恒定，而仅源210和检测器220距地面的高度被改变。根据光阶法，可通过多个成像操作对对象的大的区域进行成像。然而，当组合通过光阶法捕捉的多个图像以产生单个图像时，即，当执行图像拼接技术时，会发生图像失真。
[0052]以下，参照图3A和图3B描述由于使用光阶法来进行成像而发生的图像失真。图3A示出由于检测器321检测到在位置A从源311发射之后穿透对象350的X射线而获得的第一图像361。由于检测器321检测到在位置B从源311发射之后穿透对象350的X射线而获得第二图像362。
[0053]参照图3A，在对象350中，指示为圆圈的第一组织353和指示为三角形的第二组织354位于同一高度。然而，第一组织353和第二组织354的相对位置与实际情况不同，其中，在通过检测穿透对象350的X射线而获得的第一图像361或第二图像362中观察到第一组织353和第二组织354的相对位置。即，在第一图像361中，第一组织353的图像(圆圈)位于第二组织354的图像(三角形)之上。在第二图像362中，第一组织353的图像(圆圈)位于第二组织354的图像(三角形)之下。[0054]第一组织353和第二组织354在第一图像361上的位置与第一组织353和第二组织354在第二图像362上的位置之间的差是由于在位置A从源311发射到检测器321的X射线的入射角度与在位置B从源311发射到检测器321的X射线的入射角度之间的差导致的。
[0055]从源发射到检测器的X射线的入射角度是从源发射的X射线与检测器的X射线检测平面334之间的角度。因此，入射到检测器的X射线检测平面的每个点上的X射线的入射角度彼此不同。参照图3A，入射角度Θ I是在位置A从源311发射X射线之后穿透对象350的第一组织353和第二组织354的X射线330的方向与检测器321的X射线检测平面之间的角度。入射角度Θ 2是在位置B从源发射X射线之后穿透对象350的第一组织353和第二组织354的X射线332的方向与检测器321的X射线检测平面之间的角度。在这种情况下，针对第一图像361，穿透第一组织353和第二组织354的X射线的入射角度为Θ 1，而针对第二图像362，穿透第一组织353和第二组织354的X射线的入射角度为Θ 2，并且Θ I与Θ 2彼此不同。因此，在第一图像361中观察到的第一组织353和第二组织354的相对位置与在第二图像362中观察到的第一组织353和第二组织354的相对位置不同。
[0056]因此，由于第一图像361上的第一组织353和第二组织354的位置与第二图像362上的第一组织353和第二组织354的位置之间的差，当通过组合第一图像361和第二图像362来产生单个图像时(即，当执行图像拼接时)发生图像失真。
[0057] 参照图3B描述由于第一图像361和第二图像362的组合而发生的图像失真。图像379显示在第一图像361和第二图像362未被组合之前的状态。图像380显示通过基于第二组织354的图像来组合第一图像361和第二图像362而获得的图像。图像390显示通过基于第一组织353的图像来组合第一图像361和第二图像362而获得的图像。参照图像380和图像390，在第一图像361和第二图像362彼此重叠的区域中发生被示出为第一组织353或第二组织354的双重图像的图像失真。
[0058]图4A至图4D是示出根据X射线设备100的基于光阶法的成像而捕捉的实际图像的示图。图4A示出通过对对象的预定区域进行成像而捕捉的图像。图4B示出通过对与对象的预定区域不同的区域进行成像而捕捉的图像。圆圈401和402指示被重复成像的对象的区域。参照图4A的圆圈401和图4B的圆圈402，尽管已对对象的相同区域进行成像，但是圆圈401的图像和圆圈402的图像彼此不匹配。
[0059]参照示意性地示出图4A和图4B的图4C和图4D，这样的图像不匹配可容易地被理解。图4C中示出的由点指示的第一组织与由斜线指示的第二组织之间的位置关系与图4D中示出的由点指示的第一组织与由斜线指示的第二组织之间的位置关系不同。因此，当对两个图像(即，图4C中示出的图像和图4D中示出的图像)进行拼接时发生图像失真。因此，示例性实施例提供一种可使在执行拼接以获得针对大的区域的图像时发生的图像失真最小化的X射线设备。此外，本发明提供一种通过使用X射线设备来捕捉X射线图像的方法。
[0060]图5是示出根据示例性实施例的X射线设备500的示图。
[0061]参照图5，X射线设备500包括源510、检测器520、臂530、支撑单元540和控制器560。源510将X射线发射到对象，检测器520检测穿透对象的X射线。臂530将源510连接到检测器520，并根据源510的旋转或移动来对检测器520进行上下移动。检测器520可相对于对象保持恒定角度而不管上下移动。支撑单元540对臂530进行支撑，控制器560通过对臂530进行驱动来控制对象的成像。以下参照图6描述X射线设备500的操作。
[0062]控制器560控制源510、检测器520和臂530中的至少一个，并可控制连接到检测器520的臂530，以便基于在第一成像期间从源510发射到检测器520的X射线的入射角度来执行第二成像。在这种情况下，臂530可被控制以在支撑单元540上进行旋转或进行上下移动，控制器560可通过控制连接到检测器520的臂530的末端的直线移动距离来移动检测器520。详细地讲，控制器560可控制连接到检测器520的臂530的末端的直线移动距离，并可根据直线移动距离垂直地移动检测器520。
[0063]基于X射线入射角度对臂530进行控制的操作可以是这样对臂530进行控制的操作，使得在对应于第一成像的第一成像区域与对应于第二成像的第二成像区域彼此重叠的预定区域中，第一成像中的X射线入射角度与第二成像中的X射线入射角度彼此对应。例如，基于X射线入射角度对臂530进行控制的操作可以是这样对臂530进行控制的操作，使得在所述预定区域中，第一成像中的X射线入射角度与第二成像中的X射线入射角度之间的差在预定的可接受范围内。所述预定的可接受范围表示允许位于同一点的至少两个组织区域(例如，图3A中示出的第一组织353和第二组织354)被显示为位于第一成像区域(例如，图3A的第一图像361)和第二成像区域(例如，图3A的第二图像362)中的同一点的第一成像中的X射线入射角度与第二成像中的X射线入射角度之间的差。例如，基于X射线入射角度对臂530进行控制的操作可以是这样对臂530进行控制的操作，使得第一成像中的X射线入射角度和第二成像中的X射线入射角度在所述预定区域中彼此相同。
[0064]图6是示出根据示例性实施例的X射线设备的操作的示图。在图6中示出的臂630和支撑单元640对应于在图5中示出的臂530和支撑单元540，因此，不重复与图5的描述重叠的描述。
[0065]如图6所示，臂630可相对于支撑单元640如箭头603所示进行旋转，并且还可如箭头605所示进行上下移动。例如，位于臂630的末端的检测器620可如箭头621所示进行直线移动以对应于臂630的旋转或上下移动。
[0066]图7A和图7B是用于解释使用根据示例性实施例的X射线设备的仿真成像的示图。在图7A中示出的X射线设备用于仿真。图7A的X射线设备包括源710、检测器720、臂730、支撑单元740和控制器(未示出)。例如，图7A的X射线设备还可包括臂连接单元735、源连接单元715和检测器连接单元725，其中，臂连接单元735用于将支撑单元740连接到臂730，源连接单元715用于将源710连接到臂730，检测器连接单元725用于将检测器720连接到臂730。源连接单元715可以是源710进行旋转的中心，检测器连接单元725可以是检测器进行旋转的中心，臂连接单元735可以是臂730进行旋转的中心。
[0067]为了稳定地对臂730进行驱动，考虑检测器720和源710的重量，将检测器720和源710置于臂730之下。即，源连接单元715和检测器连接单元725可位于臂连接单元735之下。例如，可通过对臂730进行控制以使检测器720位于基本位置或第一位置之上来执行对象的成像。检测器720的基本位置是在源710的X射线放射角度与检测器720的X射线检测平面垂直时检测器720的位置。源710的X射线放射角度是检测器720的X射线检测平面的中心点与源710之间的角度。
[0068]图7A示出检测器72`0位于基本位置的X射线设备。如图7A所示，源连接单元715和检测器连接单元725位于臂连接单元735之下，可通过对臂730进行控制以使检测器720位于基本位置之上来对对象进行成像，以减少当在臂730旋转的同时检测器720移动到基本位置之下时随着检测器720与对象之间的距离可能迅速缩短而会发生碰撞的可能性。例如，如图7B所示，位置I是基本位置，臂730可被控制以使检测器720位于位置I处或位置I之上(例如,在位置2或位置3)。
[0069]图7B是示意性地示出用于仿真的图7A的X射线设备的操作的示图。X射线设备对臂730进行控制以将检测器720从位置I移动到位置2并从位置2移动到位置3，而所述位置彼此重叠大约5cm。图8示出通过在将臂730的角度增加12°的同时将检测器720向上移动所捕捉的图像的拼接而获得的结果。臂730的角度是臂730与检测器720的X射线检测平面780之间的角度。在当前的仿真中，臂730的角度被控制以便与源710的X射线放射角度一致。Θ 3指示在位置1执行的成像中臂730的角度，Θ 4指示在位置2执行的成像中臂730的角度，Θ 5指示在位置3执行的成像中臂730的角度。在图7B中，未示出臂730。检测器720垂直于地面(即，沿基本上垂直于地球的地平线的方向)被移动。在当前的仿真中，在表1中指示X射线设备的详细的驱动坐标。
[0070]表1
[0071]
【权利要求】
1.一种X射线设备，包括: 源，被构造为将X射线发射到对象； 检测器，被构造为检测已穿透对象的X射线； 臂，被构造为将源连接到检测器，并根据源的旋转将检测器进行上下移动； 控制器，被构造为通过对臂进行驱动来控制对象的成像。
2.如权利要求1所述的X射线设备，其中，控制器还被构造为基于从源发射到检测器的X射线的X射线入射角度来控制连接到检测器的臂的末端的直线移动距离。
3.如权利要求1所述的X射线设备，其中，控制器还被构造为基于在第一成像操作中进行成像的对象的第一成像区域中的X射线的第一 X射线入射角度，来控制连接到检测器的臂的末端的直线移动距离，以在第二成像操作中对对象的第二成像区域进行成像。
4.如权利要求3所述的X射线设备，其中，控制器还被构造为对臂进行控制，使得在第一成像区域和第二成像区域彼此重叠的区域的至少一部分中，第一 X射线入射角度与在第二成像操作中进行成像的第二成像区域中的X射线的第二 X射线入射角度彼此对应。
5.如权利要求4所述的X射线设备，其中，控制器还被构造为对臂进行控制，使得第一X射线入射角度与第二 X射线入射角度彼此相同。
6.如权利要求1所述的X射线设备，还包括图像处理器，所述图像处理器被构造为通过组合在第一成像操作和第二成像操作中分别对对象的第一区域和第二区域进行成像而获得的第一图像和第二图像来产生组合图像。
7.如权利要求6所述的X射线设备，其中，图像处理器被构造为通过基于对象与检测器之间的距离调整第一图像的放大比率或缩小比率和第二图像的放大比率或缩小比率来产生组合图像。
8.如权利要求1所述的X射线设备，其中，检测器被构造为相对于对象保持恒定角度而不管检测器的移动。
9.如权利要求1所述的X射线设备，还包括: 支撑单元，对臂进行支撑； 臂连接单元，将支撑单元连接到臂； 源连接单元，将源连接到臂； 检测器连接单元，将检测器连接到臂， 其中，源连接单元和检测器连接单元位于臂连接单元之下。
10.如权利要求9所述的X射线设备，其中，控制器被构造为对臂进行控制以使检测器位于与第一位置相同的位置或第一位置之上，其中，第一位置是当源的X射线放射角度与检测器的X射线检测平面垂直时检测器的位置。
11.一种捕捉X射线图像的方法，所述方法包括: 通过源将X射线发射到对象；通过检测器来检测已穿透对象的X射线； 通过对连接在 源与检测器之间的臂进行驱动以根据源的旋转将检测器进行上下移动，来捕捉X射线图像。
12.如权利要求11所述的方法，其中，捕捉X射线图像的步骤包括: 通过检测已穿透对象的第一成像区域的X射线来执行第一成像； 对源、检测器和臂中的至少一个进行控制，以基于在第一成像中从源发射的X射线的第一入射角度来执行第二成像； 通过检测已穿透对象的第二成像区域的X射线来执行第二成像。
13.如权利要求12所述的方法，其中，所述控制的步骤包括:控制连接到检测器的臂的末端的直线移动距离。
14.如权利要求13所述的方法，其中，控制直线移动距离的步骤包括: 对臂进行控制，使得在第一成像区域和第二成像区域彼此重叠的区域的至少一部分中，第一入射角度与第二成像中的X射线的第二入射角度彼此对应。
15.如权利要求14所述的方法，其中，控制直线移动距离的步骤包括:对臂进行控制，使得 第一入射角度与第二入射角度彼此相同。
【文档编号】A61B6/00GK103720483SQ201310471828
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年10月11日 优先权日:2012年10月11日
【发明者】慎承祐, 金正焕, 吴度官, 李东宰, 李相彻 申请人:三星电子株式会社