一种智能化便携X射线摄像系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及医疗电子设备技术领域，尤其是涉及一种智能化便携X射线摄像系统及其控制方法。

背景技术

为满足登记、摆位、拍片、阅片、存储等需要，常规的X射线摄影系统，往往由高压发生器、球管及其附件、限束器及滤过、滤线栅、X射线成像探测器、医用影像工作站组成，目前该设备存在功率高、体积大、成本高、智能化程度低等问题，但这类设备在医院有较广泛的临床应用。另一类小型化的X射线系统，体积较小，易于携带，可手持拍摄X光图片，这类设备仅包含高压发生器及球管等部件，集成化和智能化程度较低。现在还有一些厂家开始注重设计便携式X射线成像系统，而这类设备已开始加入拍片控制及阅片特征，但往往功率较低且不可拆分，应用较受限；目前整体的设备还不具备智能化，通常需要手动操作来调整X射线成像探测器、X射线源以及待成像物体之间的位置，调试起来较为复杂，所需时间较长。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种智能化便携X射线摄像系统及其控制方法，实现了系统的自动调整，降低对操作人员的技能要求，使用2D与3D相机实现对X射线成像探测器、X射线源以及待成像物体之间的定位。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种智能化便携X射线摄像系统，包括

输入模块，用于接收外部信号以及系统内部信号并将信号传输至处理控制单元进行处理，包括2D相机、3D相机、第一陀螺仪、触控装置以及操作手柄；

处理控制模块，用于接收输入模块信号并处理、存储，之后向外输出控制信号，包括处理芯片以及存储芯片；

输出模块，接收处理控制模块发出的控制信号，并进行相应的执行动作，包括显示屏以及无线定位发射器；

通讯模块，用于与外部设备进行通讯连接，接收外部信号输入以及将内部信号输出，包括有线连接以及无线连接，所述无线连接包括WIFI、蓝牙以及低延迟无线连接；

X射线模块，用于X射线的产生以及发出，包括高压转换组、X射线生成组以及光源控制组；

电源模块，用于向系统内各个模块提供电能，包括动力电池；

X射线成像探测器，用于接收X射线并转换为图像信号传输至处理控制模块；

所述输入模块、处理控制模块、输出模块、通讯模块、X射线模块以及电源模块设置为一体式结构；使用2D相机完成对待成像物体的体位识别，使用3D相机检测X射线成像探测器的位置、待成像物体与X射线源之间的距离、以及待成像物体的厚度。

进一步具体的，所述输入模块内还包括第一陀螺仪，所述输出模块内还包括无线定位发射器，所述X射线成像探测器包括第二陀螺仪以及无线定位接收器；

所述第一陀螺仪实时采集输入模块的位置信息，所述第二陀螺仪实时采集X射线成像探测器的位置信息，所述无线定位接收器接收所述无线定位发射器发射的位置信息，反馈至处理控制模块，所述处理控制模块结合无线定位接收器的位置信息、第一陀螺仪反馈的位置信息以及第二陀螺仪反馈的位置信息完成本系统的空间定位。

进一步具体的，所述输入模块还包括有用于检测环境亮度的光线传感器、用于检测系统各热源处温度的温度传感器以及用于检测X射线剂量的X射线剂量仪；所述输出模块还包括驱动马达，所述驱动马达用于驱动内置的限束器叶片及滤过，且保持与设置的限束器的窗口一致。

进一步具体的，所述光源控制组用于曝光条件的设定并驱动X射线按预设路径完成曝光操作；所述高压转化组将接收到的电能调制转换为X射线输出时所需的能量时序。

进一步具体的，该系统还包括辅助模块，所述辅助模块包括补光灯、指示灯以及调整机构，所述补光灯用于补充环境亮度；所述指示灯用于指示当前工作状态；所述调整机构用于调整握持角度、X射线拍摄角度以及显示屏观察角度。

进一步具体的，通过所述通讯模块连接有云影像服务器、PC影像工作站以及智能设备终端。

一种智能化便携X射线摄像系统的控制方法，该控制方法为，

S1、开启电源模块以及X射线成像探测器，待成像物体摆放到位；

S2、系统进行自检，若自检出现异常，系统发出警报，由工作人员排除异常；若自检未出现异常，系统启动后进入操作显示界面，进入步骤S3进行人机交互；

S3、通过触控装置或操作手柄进行操作手动连接X射线成像探测器或自动连接X射线成像探测器；

S4、通过触控装置或操作手柄选择自动剂量模式，X射线成像探测器进入曝光接收准备状态；

S5、第一陀螺仪感应到设备运动，2D相机开启，显示屏显示2D相机成像视频及设备运动姿态；通过触控装置或操作手柄调整限束器窗口与目标X射线照射区域一致，调整设备出束口对准待成像物体；

S6、手动控制曝光按钮至第一位置，使用2D相机完成对待成像物体的体位识别，使用3D相机检测X射线成像探测器的位置、待成像物体与X射线源之间的距离、以及待成像物体的厚度，并根据系统内置的体位-厚度-剂量关系对照表，自动选择合适的曝光剂量；

S7、手动控制曝光按钮至第二位置，X射线源按照步骤S6中的曝光剂量输出X射线进行曝光；

S8、曝光完成之后，X射线成像探测器接收到曝光图像并进行预处理，并将预处理后的图像信息发送至处理控制模块内进行后处理；

S9、后处理完成之后在显示屏上进行显示，并可进行保存操作；此时曝光按钮复位，自动进入下一次曝光等待。

进一步具体的，在此期间，若2D相机成像像素灰度小于设定阈值，则控制系统内的补光灯进行补光操作；若3D相机未检测到X射线成像探测器，则开启系统内置的无线定位发射器与无线定位接收器，并配合第一陀螺仪与第二陀螺仪最终确定X射线成像探测器的空间位置；通过对待成像物体的体位识别指导操作人员通过调整机构来调整本系统以满足曝光的空间位置。

进一步具体的，所述输入模块包括有X射线剂量仪，所述X射线剂量仪检测X射线剂量并输送至处理控制模块进行比对，若X射线剂量不符合所发出的设定值，则调整X射线模块发出的X射线剂量或者警告停机。

进一步具体的，在所述步骤S7中进行曝光的同时，开启系统内的抖动检测模块、温度检测模块以及过流检测模块，当抖动过大或温度超过设定阈值或过流时，发出警告并停止曝光。

本发明的有益效果是：该系统整体一体化设计，体积小且方便携带；可实现自动识别待成像物体，自动适配X射线剂量；可通过2D相机、3D相机对X射线源、待成像物体以及X射线成像探测器之间的位置进行定位，方便进行调整；同时若3D相机不能实现对X射线成像探测器的空间位置确定，通过无线定位发射器与无线定位接收器并配合第一陀螺仪与第二陀螺仪进行确定；可适用于多种场合，降低了对操作人员的技能要求，提高拍片效率和成像质量，提升操作人员操作体验。

附图说明

图1是本发明智能化便携X射线摄像系统的结构示意框图；

图2是本发明智能化便携X射线摄像系统与外部的PC影响工作站、云影像服务器、智能设备终端连接的结构示意框图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1所示一种智能化便携X射线摄像系统，可适用于多种场合，例如医院、野外以及特殊需求场合，该系统包括输入模块、处理控制模块、输出模块、通讯模块、X射线模块、电源模块以及X射线成像探测器，其中，所述输入模块、处理控制模块、输出模块、通讯模块、X射线模块以及电源模块设置为一体式结构，即由一个壳体进行组装集合，通过其内部结构的合理设计，整体结构的体积减小，方便携带；X射线成像探测器为一单独模块，在使用时与一体式结构进行配合。

所述输入模块，用于接收外部信号以及系统内部信号并将信号传输至处理控制单元进行处理，包括2D相机、3D相机、第一陀螺仪、操作手柄、触控装置、X射线剂量仪、光线传感器以及温度传感器等；

其中，操作手柄可以直接集成于壳体上，也可将其设计为一个独立式的小型终端设备，方便进行独立操控；进一步，可以在壳体上设计一安装口，操作手柄可安装于壳体上操控，也可从壳体上取下独立操作；可使用线缆连接，也可以使用无线连接，例如WIFI、蓝牙等。

X射线剂量仪工作在X射线输出位置，用于实时快速采集X射线的强度数据，并传输回处理控制模块进行处理和记录，处理控制模块根据处理结果输出控制信号至X射线模块调整X射线的剂量。

2D相机与3D相机用于实时采集待成像物体的感兴趣区、成像探测区以及外部背景区，并将视频数据传回处理控制模块进行处理和分析，实时调整并显示操作人员感兴趣区视频流，计算并推荐X射线剂量，同时监控待成像物体是否发生移动，若出现移动则需要停止曝光。

第一陀螺仪用于实时采集所述壳体的三维空间数据，第二陀螺仪用于实时采集和反馈X射线成像探测器的三维空间数据，结合两者同步后的时间信息，利用处理控制模块进行处理和分析，模拟显示两者之间的三维空间实时变化关系；同时结合无线定位发射器与无线定位接收器的3D空间定位信息，并判断是否满足曝光的位置关系，若不满足则不能进行曝光操作，在此情形下，显示引导操作人员如何转动本设备，以满足开启曝光所要求的位置关系。

触控装置用于实现人机互动中的信息输入，操作人员可通过触控装置输入相关信息至处理控制模块进行控制；光线传感器用于检测本系统所处环境的光强度，并控制补光灯开启补充环境光线；温度传感器用于检测壳体内各热源处的温度，当温度过高时需要停机进行保护。

所述处理控制模块，用于接收输入模块信号并处理、存储，之后向输出模块或X射线模块发出控制信号，该模块是系统智能化的基础，需要满足系统基本的运算及存储应用要求，所述处理控制模块包括处理芯片以及存储芯片，其中处理芯片包括CPU、GPU以及MCU，通过CPU与GPU的配合实现对数据与图像的快速处理，通过MCU实现控制输入输出；所述存储芯片包括RAM以及FLASH。

所述输出模块，接收处理控制模块输出的控制信号，并进行相应的执行动作，该输出模块包括显示屏、无线定位发射器以及驱动马达等，无线定位发射器可以为定位线圈；显示屏不仅用于显示当前系统的各项内部信息、实时视频、操作模式、曝光条件等，也用于显示配对连接的各个传感器的各项信息，及其传递过来的诊断用图像，进一步地，可配合触控装置完成对图像的应用处理，图像与PC端或云端的上传下载等交互操作；无线定位发射器用于发射磁场，配合智能X射线成像探测器内反馈的无线定位接收器数据，完成X射线成像探测器相对于壳体的3D空间定位；驱动马达用于驱动内置的限束器叶片及滤过，且保持与设置的限束器的窗口一致。

所述通讯模块，用于与外部设备进行通讯连接，接收外部信号输入以及将内部信号输出，所述通讯模块包括有线连接以及无线连接；有线连接包括有LAN接口，无线连接包括WIFI、蓝牙以及低延迟无线连接，LAN接口以及WIFI用于连接X射线成像探测器以及连接外部的PC影响工作站、云影像服务器、智能设备终端等(如图2所示)，负责控制指令、状态信息、诊断用图像数据等信息传递，可实现图像和其它数据的同步及访问；蓝牙可用于连接操作手柄，用于人机交互；低延迟无线连接用于传递曝光使能的开始和截止信号。

所述X射线模块，用于X射线的产生以及发出，包括高压转换组、X射线生成组以及光源控制组；其中，所述高压转换组将接收到的电能调制转换为X射线输出时所需的能量时序；所述X射线生成组是X射线的产生、输出以及X射线源冷却的执行组件，其内包括有X射线源、球管及其附件、限束器及滤过等；所述光源控制组用于曝光条件的设定并驱动X射线按预设路径完成曝光操作。

所述电源模块，用于向系统内各个模块以及X射线成像探测器提供电能，在所述壳体内部设置容纳空间，在该容纳空间内安装动力电池，能够实现便携移动；同时，在壳体上设置有电源接口，可插入电源线直接连接市电进行使用，该电源线也可实现对动力电池的充电操作；所述电源模块还包括电源管理部件以及电压转换部件，电源管理部件包括电源安全监测、系统功耗管理等功能；电压转换部件负责将动力电池的输出电压转化为系统各模块所需的电压。

所述X射线成像探测器，用于接收X射线并转换为图像信号传输至处理控制模块，其内部还包括有第二陀螺仪以及无线定位接收器，此处的无线定位接收器为磁传感器；所述第二陀螺仪用于实时采集所述X射线成像探测器的三维空间数据，并配合第一陀螺仪完成该系统的空间定位；无线定位接收器用于接收无线定位发射器发出的磁信号，完成X射线成像探测器相对于壳体的3D空间定位。

本系统还包括有辅助模块，所述辅助模块包括补光灯、指示灯以及调整机构，所述补光灯与光线传感器配合用于补充环境亮度；所述指示灯用于指示当前工作状态；所述调整机构用于调整握持角度、X射线拍摄角度以及显示屏观察角度。

基于上述系统，提供一种智能化便携X射线摄像系统的控制方法，该控制方法的步骤为，

S1、开启电源模块以及X射线成像探测器，待成像物体摆放到位，设备启动，显示屏点亮，驱动马达到位。

S2、系统进行自检，若自检出现异常，系统发出警报，由工作人员排除异常；若自检未出现异常，系统启动后进入操作显示界面并在显示屏上进行显示，进入步骤S3进行人机交互；其中，异常可包括动力电池电量是否能够支持曝光操作，可通过指示灯进行显示，出现异常可亮红灯警示，未出现异常可亮绿灯表示正常。

S3、通过输入模块进行操作手动连接X射线成像探测器或自动连接X射线成像探测器；手动连接可通过操作手柄或者触控装置实现输入，自动连接为系统内部自动搜索进行匹配连接。

S4、通过输入模块内的触控装置或者操作手柄选择自动剂量模式，处理控制模块发出准备信号至X射线成像探测器，所述X射线成像探测器接收准备信号并进入曝光接收准备状态，等待曝光。

S5、第一陀螺仪感应到设备运动，2D相机开启，显示屏显示2D相机成像视频及设备运动姿态，为限束器对应的X射线照射区大小，操作人员根据成像视频调整设备出束口对准待成像物体，此时可通过操作手柄或触控装置调整限束器窗口的大小，保证限束器窗口与目标X射线照射区域一致。

S6、手动控制曝光按钮至第一位置(半按曝光按钮)，使用2D相机完成对待成像物体的体位识别，使用3D相机检测X射线成像探测器的位置、待成像物体与X射线源之间的距离、以及待成像物体的厚度，并根据系统内置的体位-厚度-剂量关系对照表，自动选择合适的曝光剂量。

S7、手动控制曝光按钮至第二位置(全按曝光按钮)，X射线源按照步骤S6中的曝光剂量输出X射线进行曝光。

其中，不同于步骤S6、S7，另一种完成曝光的方式是借助低延迟无线连接，在接收到X射线成像探测器输出的曝光终止信号时，控制X射线模块停止曝光；此情况针对合适曝光剂量的判断，是通过X射线成像探测器在对应模式下完成。

S8、曝光完成之后，X射线成像探测器接收到曝光图像并进行预处理，并将预处理后的图像信息发送至处理控制模块内进行后处理；预处理包括对图像是否满足诊断的有效性检查，如果图像被判断为无效，则给出相应提示及可能的产生原因到操作人员。

S9、后处理完成之后在显示屏上进行显示，并可进行保存操作；此时曝光按钮复位，自动进入下一次曝光等待。

在进行步骤S1-S5期间，处理控制模块对2D相机成像灰度进行判断，若2D相机成像像素灰度小于设定阈值，说明曝光环境光线较暗，不适合进行曝光操作，此时，处理控制模块控制系统内的补光灯进行补光操作，根据环境内光线的亮度选择合适的电流来驱动补光灯的亮度。

在进行步骤S1-S5期间，若3D相机未检测到X射线成像探测器，则开启系统内置的无线定位发射器与无线定位接收器，并配合第一陀螺仪与第二陀螺仪最终确定X射线成像探测器的空间位置；其中，所述第一陀螺仪实时采集所述壳体的位置信息，所述第二陀螺仪实时采集X射线成像探测器的位置信息，所述无线定位接收器接收所述无线定位发射器发射的位置信息，反馈至处理控制模块，所述处理控制模块结合无线定位接收器的位置信息、第一陀螺仪反馈的位置信息以及第二陀螺仪反馈的位置信息完成本系统的空间定位；在显示屏上显示引导操作人员如何转动本设备，以满足开启曝光所要求的位置关系。

在进行步骤S7开始时，同时开启本系统内的抖动检测模块、温度检测模块以及过流检测模块；当本系统进行运转时，抖动检测模块检测抖动状态，当抖动超过设定阈值即抖动过大时，会发出警报并适时停止曝光操作；当温度检测模块检测本系统内温度状态，当温度超过设定阈值即温度搞过，也会发出警报并适时停止曝光操作；当过流检测模块检测到电路中电流超过设定阈值即电流过大，也会发出警报并适时停止曝光操作。

综上，通过本系统的使用，在2D相机与3D相机不能够对本系统进行定位时，可通过第一陀螺仪、第二陀螺仪、无线定位发射器以及无线定位接收器实现定位，保证本系统不会收到环境以及外部因素的影响；同时，通过控制方法的使用，能够实现自动剂量设置，当2D相机与3D相机不能够对本系统进行定位时，自动开启无线定位发射器进行自动定位；所述输入模块、处理控制模块、输出模块、通讯模块、X射线模块以及电源模块设置为一体式结构设计，具有较小体积方便外出携带；可适用于多种场合，降低了对操作人员的技能要求，提高拍片效率和成功率，提升操作人员操作体验。

需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是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、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。