一种图像引导系统校准装置及方法

技术领域

本发明属于医学、工业领域，具体涉及一种图像引导系统校准装置及方法。

背景技术

传统双X射线图像引导系统大多为永久固定安装，在进行二次位置调节与校准时较为麻烦。本发明所述的图像引导系统校准装置及方法具备前后距离可调节、上下伸缩可调节、角度可调节等特点，安装与调节灵活方便。

由于双X射线图像引导系统，特别是机械部分复杂精密，在校准、检测、移动时需要频繁调节，同时需要保证调节完毕后的准确度，在调节后需要水平稳固支撑，否则会因水平度差导致旋转设备卡轴甚至损坏。因此，图像引导系统校准装置如何保证方便、灵活、易用是一个亟待解决的问题。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供能够满足双X射线图像引导系统在移动过程中的安全性、精准性、快速要求的图像引导系统校准装置及方法。

技术方案：本发明的图像引导系统校准装置，包括安装于屏蔽机房顶部的前后移动装置，前后移动装置侧面垂直安装有伸缩调节装置，伸缩调节装置底部铰接有固定装置，固定装置背面安装平板探测器，伸缩调节装置顶部安装有旋转装置；还包括校准模块和X射线管组件，所述校准模块的等中心点处放置校准模体，校准模体的表面刻有光道，用于校准装置；所述X射线管组件发出的X射线通过校准模体并在平板探测器上成像。

还包括调节模块，所述调节模块包括设置在前后移动装置上的前后调节子模块，以及设置在伸缩调节装置上的的上下调节子模块；待前后、上下的位置完成粗调节后，再通过调节模块进行细调节。

所述伸缩调节装置包括伸缩臂和滚轮机构，滚轮机构通过螺栓安装于伸缩臂外侧，伸缩调节装置通过滚轮机构安装于前后移动装置，使得伸缩调节装置不仅能够上下移动，还可通过滑轨前后移动。

所述固定装置包括通过固定背板和旋转轴，固定装置通过旋转轴与伸缩调节装置铰接连接，固定装置与伸缩调节装置之间设有弹性材料层，旋转轴可以调整平板探测器的位置和角度，弹性材料层可以缓解移动过程中的载荷与震动。

所述旋转装置包括旋转块与定位块，定位块设置在旋转块上方，起到紧固与旋转平板探测器的作用。

所述X射线管组件在预留工装位内角度可调，与平板探测器形成斜交的图像引导装置。

所述前后移动装置采用滑轨式、滑轮式或齿轮齿条式移动装置，实现装置前后方向的移动。

本发明还包括一种图像引导系统校准方法，包括以下步骤：

(一)安装调节装置并将校准模块置于设定的等中心点位置；

(二)激光束沿校准模块的校准模体表面的光道投照，确定平板探测器的初始安装位置；

(三)假定等中心点为原点，将校准模体放置在校准模块等中心点处，设定X射线管组件的X射线能量参数使其向平板探测器发射X射线；初步确认安装位置，若X射线管组件的X射线穿过校准模体，且校准模体在平板探测器上成像时，表明平板探测器处于X射线照射范围内；

(四)安装位置初步确认后，采集X射线管组件中第一个X射线管产生的X射线在平板探测器上的成像；并计算采集到的图像中心点坐标与假定的等中心点坐标之间的偏差值；

(五)判断步骤(四)计算出的偏差值是否小于设定值，若不满足则根据计算出的偏差值对校准装置进行位置角度调节后再次采集X射线图像，直至满足设定的偏差值；

(六)将步骤(五)满足设定偏差值所对应的图像，记作ImageA；然后，采集X射线管组件中第二个X射线管产生的X射线在平板探测器上的成像，经过同样的步骤，保存最后一次采集后图像，记作Image B；

(七)将采集的图像ImageA与Image B配准并计算偏差，当配准偏差小于设定值时，校准完成。

步骤(二)中，激光束沿校准模块的校准模体表面的光道投照，若激光束与光道有偏差，则调节激光束位置，直至激光束与光道重合，确定投照点位置，平板探测器基于投照点确定初始安装位置。

步骤(三)中，若校准模体未在平板探测器上成像，则调整平板探测器的位置，直至校准模体在平板探测器上成像。

有益效果：本发明与现有技术相比，其有益效果在于：(1)根据激光束与模体光道快速完成平板探测器初始位置安装，再基于X射线与标记物(金属小球)实现平板探测器安装位置精确定位，最后配准实现平板探测器最终位置的确认与验证；(2)位置调节通过粗调与细调联合的方式实现，在进行调节运动时，可以实现较快速度的调节，由于滑轨的运动特点，还可以保证运动时的稳定性，同时也可以实现精确定位功能；(3)固定装置与伸缩装置之间有减震功能，可以缓解移动过程中的载荷与震动；此外，整体的模块设计可以有效地降低重心，提高移动时的稳定性、防止发生倾倒；(4)完成调节、移动作，方便图像引导系统的移动与安装，有效保障安全运行。

附图说明

图1为本发明所述图像引导系统校准装置的轴视图；

图2为本发明所述图像引导系统校准装置的后视图；

图3为本发明所述图像引导系统校准装置中校准模块的结构示意图；

图4为本发明所述图像引导系统校准方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式和说明书附图对本发明做进一步详细描述。

如图1和图2所示，本发明的图像引导系统校准装置包括前后移动装置1、伸缩调节装置2、固定装置3、旋转装置4、校准模块5、调节模块、平板探测器7、X射线管组件。前后移动装置1通过螺栓安装于屏蔽机房顶部。本实施例中，前后移动装置1采用滑轨式、滑轮式或齿轮齿条式移动装置，其中，滑轨式的运行平稳度和固定方法相对于齿轮齿条式较好。前后移动装置由横梁、滑轨、固定机构组成。前后移动装置1侧面垂直安装有伸缩调节装置2。伸缩调节装置2包括伸缩臂201和滚轮机构202，滚轮机构202通过螺栓安装于伸缩臂201外侧，伸缩调节装置2通过滚轮机构202安装于前后移动装置1的横梁之上。本实施例中，伸缩调节装置2为伸缩壁式调节机构，为减轻装置重量和更好的电磁兼容性，伸缩臂201可选用铝合金材质，伸缩调节装置2沿着前后移动装置1的滑轨前后移动。固定装置3通过螺栓或其他方式铰接于伸缩臂201底部。固定装置3包括通过固定背板301和旋转轴302，固定背板301和旋转轴302螺栓或焊接的方式形成一整体机构，固定装置3通过旋转轴302与伸缩调节装置2铰接连接。为防止移动过程中产生的震动对平板探测器7产生影响，在伸缩调节装置2与固定装置3之间可安装一层弹性材料，以防止装置间异步震动使管路与装置之间产生局部应力，导致设备损坏。固定装置3背面安装平板探测器7，具体的，固定背板301通过螺栓与平板探测器7安装成一个整体，保证机械装置在移动过程中平板探测器7不会发生移动和脱落，整体的模块设计还可以有效地降低重心，提高移动时的稳定性、防止发生倾倒。伸缩调节装置2顶部安装有旋转装置4，旋转装置4包括旋转块401与定位块402，定位块402设置在旋转块401上方，本实施例中，旋转装置4为可旋转180°的顶部旋转机构，起到紧固与旋转平板探测器7的作用。

调节模块包括设置在前后移动装置1上的前后调节子模块601，以及设置在伸缩调节装置2上的上下调节子模块602。前后调节子模块601、上下调节子模块602分别包含移动固定块与螺栓部件，当前后、上下的位置粗调节后，确定平板探测器7的大致位置，再通过前后调节子模块601、上下调节子模块602中的螺栓机构进行微调节，螺栓调节的精度可达0.1mm，完全可满足整个系统的精度要求。调节完成后的装置经校准模块5进行等中心点与成像质量的硬件、软件双重确认。X射线管组件的在预留工装位内可进行角度(左右)调节，继而进行X射线出束角度的调节，与平板探测器7形成斜交的图像引导装置。

如图3所示，校准模块5为有机玻璃制成的方形模块，表面刻有光道，光道直径的范围在1～5mm之间，本实施例中，光道直径设置成1mm。校准模块5的等中心点处放置校准模体，用于校准装置，本实施例中，校准模体采用金属小球。当激光束穿过中间点时，认为等中心点初步校准成功，基于激光束的投影点进行平板探测器的初始位置调节安装。

如图4所示，本发明还包括一种图像引导系统校准方法，包括以下步骤：

(一)安装调节装置并将校准模块5置于设定的等中心点位置；

(二)激光束(或其它方式)沿校准模块5的校准模体表面的光道投照；若激光束与光道有偏差，则调节激光束位置，直至激光束与光道重合，确定投照点位置，平板探测器7基于投照点确定初始安装位置；

(三)假定等中心点的坐标为(X0，Y0，Z0)点，在等中心点位置处放一个直径不低于1mm且不高于5mm的金属小球(或其它标记物)，设定X射线管组件的X射线能量参数使其向平板探测器7发射X射线；初步确认安装位置，若X射线管组件发出的X射线穿过金属小球并能在平板探测器7上成像，则说明平板探测器7处于X射线照射范围内；如果金属小球未能在平板探测器7上成像，则继续调整平板探测器7，直至金属小球能够在平板探测器7上成像；

(四)安装位置初步确认后，为验证平板探测器7的安装位置与角度是否满足要求，需进行X射线图像采集；具体操作如下：

利用采集软件采集X射线管组件中第一个X射线管产生的X射线在对应的平板探测器7上的成像；并计算采集到的图像中心点坐标与假定的等中心点坐标之间的偏差值，具体地，将采集到的图像中心点坐标标记为(X1，Y1，Z1)，偏差值记作△X、△Y、△Z，其中△X＝X1-X0，△Y＝Y1-Y0，△Z＝Z1-Z0；

(五)判断步骤(四)计算出的偏差值(△X、△Y、△Z)是否小于设定的偏差最大允许值，即设定值(比如0.5mm)，若不满足则根据计算出的偏差值对校准装置进行位置、角度调节后再次采集X射线图像，直至满足设定的偏差值；

(六)将步骤(五)最后一次采集的图像，也即满足设定偏差值所对应的图像记作Image A；然后，采集X射线管组件中第二个X射线管产生的X射线在对应的平板探测器7上的成像，经过同样的步骤，保存最后一次采集后图像，记作Image B；

(七)将采集的图像ImageA与Image B配准并计算偏差，当配准偏差小于设定值(比如0.5mm)时，校准完成。