射线拍摄过程中的自动定位系统及方法

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及一种临床诊断样片的拍摄系统，一种x光拍摄过程中的自动检测定位系统。

背景技术

在现有的影像链中，X光源、束光器中心、平板探测器中心位于同一直线上，位置相对固定且只有一个自由度(上下移动)，X光源发出的圆锥型光束穿过束光器，形成特定形状大小的光束，该光束穿过待拍摄物体并被位于物体后方的平板探测器接收。

由于经过束光器的光束与平板探测器都具有特定大小和形状，只针对待拍摄物体的某个部位进行成像，当待拍摄物体的欲拍摄部位明显高于或低于预设的位置时，就会导致影像缺少部分欲拍摄的部位。此外，通常最终呈现在影像上的信息跟X-Ray穿过待拍摄物体的角度有关，而由缺乏指导，待拍摄物体平面可能与平板探测器平面之间有明显的角度，这会导致 X-Ray穿过待拍摄物体时相较于最好的角度带有一定的倾斜角度，在这种情况下，待拍摄物体某些部分可能会被其他部分覆盖遮挡以及待拍摄物体某些部分会被不正常的放大(如组织器官)，最终影像信息不足，或信息有误。

现有技术通过摄像头进行视觉定位，有遮挡物时候系统无法准确判断探测器的位置。除了前后上下，机头的角度也是可调节的，不恰当的移动会造成射线和被拍摄物体出现不合适的夹角。如果角度不合适，X光源中心和平板探测器中心就不是一条直线。为了避免上述情况，操作人员通常需要反复多次进出X射线室以调整患者的位置，并且缺乏专业医疗知识的患者通常不清楚怎样配合操作人员才能更快、更好的达到最佳位置，使得成像的时间较长、效率较低，既浪费时间，又浪费人力。

因此，如何提供一种射线拍摄过程中的自动定位系统及方法以解决上述问题实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种射线拍摄过程中的自动定位系统及方法，用于解决现有技术中x光等射线拍摄过程中难以实现有效对准，需要待检测人员等进行调整以使得姿势符合检测要求，使得成像的时间较长、效率较低，既浪费时间，又浪费人力等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种射线拍摄过程中的自动定位系统，所述自动定位系统包括：

射线产生装置，用于产生拍摄射线；

平板探测器，设置在所述射线产生装置的一侧，所述拍摄射线穿过待拍摄物体后被所述平板探测器接收；

摄像装置，用于获取无待拍摄物体时所述平板探测器的初始位置，并将所述初始位置传输给上位机；

加速度传感器，设置在所述平板探测器内部，用于测量放置所述待拍摄物体后所述平板探测器的位置信号，并将所述位置信号传输给上位机，所述上位机基于所述位置信号及所述初始位置产生控制信号；以及

执行机构，所述执行机构接收所述上位机发出的控制信号，并依据所述控制信号控制所述射线产生装置进行位置调整，以实现所述射线产生装置与所述平板探测器的对准。

可选地，所述自动定位系统还包括警示模块，用于在所述射线产生装置调整完成之后发出提示信号。

可选地，所述警示模块包括指示灯、电子铃声设备以及集成在所述上位机中的信号提示模块中的任意一种，其中，所述指示灯及所述电子铃声设备设置在所述执行机构上。

可选地，所述摄像装置设置在所述射线产生装置上；和/或，所述摄像装置包括单目测距摄像头及双目测距摄像头中的任意一种。

可选地，所述加速度传感器包括惯性导航、光纤陀螺、电子罗盘及倾角传感器中的任意一种。

可选地，所述加速度传感器获得的所述平板探测器的位置信号包括所述平板探测器的位移和倾角。

可选地，所述执行机构包括升降装置及平移装置，分别用于控制所述射线发生装置的上下移动及平移。

可选地，所述升降装置包括升降杆，所述平移装置包括滑轮，所述升降杆与所述射线发生装置相连接，所述滑轮设置在所述升降杆的下方，以带动所述升降杆实现所述射线发生装置的平移，所述信号接收装置设置在所述射线发生装置的机头上，至少所述信号接收装置、所述射线发生装置、所升降杆及所述滑轮构成可移动子系统。

可选地，所述射线发生装置的机头为可转动机头。

另外，本发明还提供一种采用如上述方案中任意一项所述的自动定位系统进行射线拍摄过程中自动定位的方法，所述自动定位方法包括步骤：

提供如上述方案中任意一项所述的射线拍摄过程中的自动定位系统；

控制所述摄像装置获取所述平板探测器的所述初始位置，并将所述初始位置传输给所述上位机；

放置所述待拍摄物体，控制所述加速度传感器获取所述位置信号，并将所述位置信号发送至所述上位机，所述上位机将所述位置信号与所述初始位置进行对比，基并于进行对比的结果发出控制信号；

控制所述执行机构基于所述控制信号对所述射线产生装置进行位置调整，以实现所述射线产生装置与所述平板探测器的对准。

可选地，当所述位置信号包括所述倾角时，基于所述加速度传感器获取所述倾角的方式包括：通过所述加速度传感器获得X轴在垂直方向的投影值：Xout＝1g*Sin(Φ)，其中，g 为Y方向重力加速度，Φ为倾角，以基于公式获得所述倾角：Φ＝arcsin(Xout)。

可选地，所述定位方法还包括基于Z轴在垂直方向的投影值获取倾角，其中，Z轴在垂直方向的投影值为：Zout＝1g*cos(Φ)，获得所述倾角为：Φ＝arctan(Xout/Zout)，以消除加速度差异引起的误差。

可选地，还包括步骤：通过所述执行机构调节所述射线发生装置的高度，以得到不同的所述平板探测器的所述初始位置。

如上所述，本发明的射线拍摄过程中的自动定位系统及方法，基于加速度传感器及执行机构，可以实现射线(如x射线)拍摄过程中的检测位置自动校准方法，可以在射线拍摄过程中自动调节射线发生装置的位置，从而实现射线发生装置、待拍摄物体以及平板探测器之间位置的对准，基于本发明的设计，可以基于加速度传感器的引入，获得平板探测器的倾角，解决倾角问题对对准和拍摄的影响，同时，结合执行机构，用户不用移动，探测器对准后，系统自动校准，不会受到遮挡物的影响校准判断，节省时间，提高对准准确度。

附图说明

图1显示为本发明一示例中自动定位系统获取初始位置的结构示意图。

图2显示为本发明一示例中自动定位系统获取平板探测器位置信号的示意图。

图3显示为本发明一示例中自动定位系统获取平板探测器倾角的获取方式示意图。

图4显示为本发明一示例中自动定位方法的定位流程图。

元件标号说明

100 射线发生装置

200 平板探测器

300 加速度传感器

400 摄像装置

500 执行机构

501 升降装置

502 平移装置

S1～S4 步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

如在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。另外，本发明中使用的“介于……之间”包括两个端点值。

在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1所示，本发明提供一种射线拍摄过程中的自动定位系统，所述自动定位系统至少包括：射线产生装置100、平板探测器200、加速度传感器300、摄像装置400以及执行机构500。本发明提供一种本发明提供一种x光拍摄过程中的检测位置自动校准方法及系统，通过设计加速度传感器及执行机构，如，可以调节DR机头角度及移动DR的位置，使影像链中， X光源、束光器中心、平板探测器中心位于同一直线上，进行校准，无需额外调整操作，也能保证待检测人员的姿势符合检测要求，从而保证影像的正确性和有效性。

下面将结合附图详细说明本发明的射线拍摄过程中的自动定位系统。

如图1所示，本发明的系统中包括射线产生装置100，用于产生拍摄射线，例如x射线，作为x光源拍摄。所述射线产生装置100可以采用现有技术中的x光源，如，所述射线产生发射装置为球管和高压发生器。

另外，本发明的系统中还包括平板探测器200，设置在射线产生装置100的一侧，例如，图1中设置在射线产生装置100的右侧。拍摄射线(如x射线)穿过待拍摄物体后被平板探测器200接收，即，接收射线产生装置100产生的射线经过转换穿过待拍摄物体后的信息被平板探测器200并将其转换为电信号。其中，所述平板探测器200可以采用现有探测器结构。

在一示例中，X光源、平板探测器中心位于同一直线上进行拍摄。当然，在进一步示例中，射线拍摄系统还包括束光器，其中，X光源、束光器中心、平板探测器中心位于同一直线上，进行校准，X光源发出的圆锥型光束穿过束光器，形成特定形状大小的光束，该光束穿过待拍摄物体并被位于物体后方的平板探测器接收。

如图1所示，本发明的射线拍摄过程中的自动定位系统还包括摄像装置400，用于获取无待拍摄物体时的所述平板探测器200的初始位置，并将所述初始位置传输给上位机。也就是说，所述摄像装置400可以获取能够表征平板探测器200的位置的信号并将对应的所述位置信号发送出去传输给上位机。

作为示例，所述摄像装置400设置在所述射线产生装置100上。利于获取无遮挡物(待拍摄物体)时，所述平板探测器200的初始位置。例如，可以是以平板探测器200的中心为原点，平板探测器的信号接收平面作为XY平面，定义一XYZ坐标系，所述初始位置为(0， 0，0)。在一示例中，可以是在没有待拍摄物体的情况下，将所述射线产生装置100的中心 (光源中心)与所述平板探测器200的中心移动到同一直线上，此时获取平板探测器的初始位置。

作为示例，所述摄像装置400选择为单目测距摄像头及双目测距摄像头中的任意一种。在一示例中，选择为单目摄像头测距，在Adas等领域中，当检测出前方目标物后通常需要进行距离估计，单目摄像头光学图像测距具有低成本和计算快的优点，可以采用现有原理测试。

如图1所示，本发明的射线拍摄过程中的自动定位系统还包括加速度传感器300，设置在所述平板探测器200内部，用于测量放置所述待拍摄物体后所述平板探测器的位置信号，并将所述位置信号传输给上位机，所述上位机基于所述位置信号及所述初始位置产生控制信号。其中，加速度传感器设置在平板探测器内部的位置依实际设定，满足测试移动信息即可。

作为示例，所述加速度传感器300包括惯性导航、光纤陀螺、电子罗盘及倾角传感器中的任意一种。其中，平板探测器中的加速度传感器系统属于推算导航方式，使用加速度传感器测量探测器倾角和位移。

在一具体示例中，所述加速度传感器300选择为惯性导航，可以采用现有惯性导航进行测试。其中，惯性导航系统INS(InerTIa NavigaTIon System，以下简称惯导)是一种利用惯性传感器测量载体的比力及角速度信息，并结合给定的初始条件实时推算速度、位置、姿态等参数的自主式导航系统.具体来说惯性导航系统属于一种推算导航方式。即从一已知点的位置根据连续测得的运载体航向角和速度推算出其下一点的位置，因而可连续测出运动体的当前位置。常规惯性导航系统采用加速度计和陀螺仪传感器来测量载体参数，而加速度计惯性导航系统主要由加速度计组成，该系统舍弃陀螺仪，用加速度计代替陀螺仪作为惯性测量元件，国际上有学者研究用多个加速度计替代陀螺仪的方案。

作为示例，所述加速度传感器300获得的所述平板探测器200的位置信号包括所述平板探测器200的位移和倾角。

具体的，可以是在上述定义的XYZ坐标系中，获取平板探测器移动后平板探测器中心的坐标(x1、y1、z1)，同时，还可以基于加速度传感器获取平板探测器转动的倾角。

其中，作为示例，参见图3所示，基于所述加速度传感器获取所述倾角的方式包括：通过所述加速度传感器获得X轴在垂直方向的投影值：Xout＝1g*Sin(Φ)，其中，g为Y方向重力加速度，Φ为倾角，以基于公式获得所述倾角：Φ＝arcsin(Xout)。

在进一步可选示例中，所述定位方法还包括基于Z轴在垂直方向的投影值获取倾角，其中，Z轴在垂直方向的投影值为：Zout＝1g*cos(Φ)，获得所述倾角为：Φ＝arctan(Xout/Zout)，以消除加速度差异引起的误差。Xout和Zout是加速度传感器读取的加速度信息，Y方向为重力加速度g，加速度传感器是一个硬件模块，例如，可以是医生通过控制上位机软件进行操作，可读取加速度传感器反馈的探测器位置信息。其中，在实际测量中，地球上每个地区的加速度存在一定的偏差，如果再辅助Z轴的信息，Zout＝1g*cos(Φ),Φ＝arctan(Xout/Zout),可以有利于消除加速度差异引起的误差。另外，在一示例中，速度的测量利用物理学公式，V＝at。速度就是对加速度进行时间内积分。位置测量同样利用物理学公式S＝(V

具体的，该步骤中，待拍摄物体放入后，例如，待测人体位置固定后，可以不进行位置调整，移动平板探测器，得到适合的待拍摄物体与平板探测器的合适位置、角度，可以依据实际经验调整，然后，通过位于平板探测器内的加速度传感器获取平板探测器的位置信号，如位移和倾角，从而将上述位置信号传输给上位机，上位机将已经接收的平板探测器的初始位置与该移动后的位置信号进行对比，获得一个控制信号，控制信号代表平板探测器的移动和转动。

继续参见图1所示，本发明的自动定位系统还包括执行机构500，所述执行机500接收所述上位机发出的所述控制信号，并依据所述控制信号控制所述射线产生装置100进行位置调整，实现所述射线产生装置100与所述平板探测器200的对准。

作为示例，所述执行机构500包括升降装置501及平移装置502，用于控制所述射线发生装置的上下移动以及平移，从而移动到需要的位置，例如，可以基于所述升降装置和所述平移装置使得所述射线发生装置100的射线射出点(射线发生装置中心)移动到与所述平板探测器的中心(x1、y1、z1)对应的位置，从而使二者位于同一直线上。另外，所述射线发生装置100为机头可转动装置，其机头可以旋转，可以基于获得的平板探测器的倾角，结合升降和平移装置，使得入射光的角度满足入射到待拍摄物体的需要的角度，从而使得光源、待拍摄物体以及平板探测器的位置、角度均满足检测需求，且不需移动待拍摄物体位置，适合受伤人等。

作为示例，所述升降装置501包括升降杆，所述平移装置502包括滑轮，所述升降杆与所述射线发生装置100相连接，用于控制所述射线发生装置的上下移动，所述滑轮502设置在所述升降杆下方，以带动所述升降杆实现所述射线发生装置100的平移。

进一步，所述摄像装置400设置在所述射线发生装置100的机头上，所述摄像装置400、所述射线发生装置100、所升降杆及所述滑轮构成可移动子系统(移动DR推车)。当然，还可以设置在其他位置，不影响测试即可。另外，如图1所示，在另一示例中，所述执行机构还可以包括主体基座，所述升降杆安装在其上，所述滑轮安装在其下方，带动整体滑动。

作为示例，所述自动定位系统还包括警示模块(图中未示出)，用于在对所述射线产生装置100调整完成之后发出提示信号。

作为示例，所述警示模块包括指示灯、电子铃声设备以及集成在上位机中的信号提示模块中的任意一种，其中，所述指示灯及所述电子铃声设备设置在所述执行机构上，如设置在执行机构的主体基座上。其中，本示例的具体方式可以是，当射线发生装置100依据所述控制信号移动完成之后，提示灯闪亮，或者电子铃声装置铃声响铃。当然，还可以是执行机构将调整完成时的完成信号传输给上位机的提示模块，上位机的提示模块发出调整完成信号。

另外，如图4所示，本发明还提供一种采用如上述方案中任意一项所述的自动定位系统进行射线拍摄过程中自动定位的方法，其中，所述自动定位方法中相关结构的使用方法均可以参见本实施例在自动定位系统中的描述，此处不再赘述。所述自动定位方法包括步骤：

S1，提供如上述方案中任意一项所述的射线拍摄过程中的自动定位系统；

S2，控制所述摄像装置获取所述平板探测器的所述初始位置，并将所述初始位置传输给所述上位机；

S3，放置所述待拍摄物体，控制所述加速度传感器获取所述位置信号，并将所述位置信号发送至所述上位机，所述上位机将所述位置信号与初始位置进行对比，基并于进行对比的结果发出控制信号；

S4，控制所述执行机构基于所述控制信号对所述射线产生装置进行位置调整，以实现所述射线产生装置与所述平板探测器的对准。

下面将详细介绍各步骤的操作。

首先，如图4中的S1及图1所示，进行步骤S1，提供如上述方案中任意一项所述的射线拍摄过程中的自动定位系统。所述定位系统中的各个部件及其设置可参见前述描述，在此不再赘述。

接着，如图4中的S2及图1所示，进行步骤S2，控制所述摄像装置400获取所述平板探测器200的所述初始位置，并将所述初始位置传输给所述上位机。

这里，本领域技术人员可以理解的是，所述初始位置是指所述摄像装置400获得的对应于得到所述平板探测器200位置的信号。其中，可以是在没有待拍摄物体的情况下，例如，待测人体没有进入测试系统时，采用现有方式将所述射线产生装置的中心(光源中心)与所述平板探测器200的中心移动到同一直线上，此时通过摄像装置获取平板探测器的初始位置。例如，可以是以平板探测器200的中心为原点，平板探测器的信号接收平面作为XY平面，定义一XYZ坐标系，所述初始位置为(0，0，0)。在一示例中，可以是在没有待拍摄物体的情况下，将所述射线产生装置100的中心(光源中心)与所述平板探测器200的中心移动到同一直线上，此时通过摄像装置获取平板探测器的初始位置。预先校准时，起始位置是在空间环境探测器的初始位置，即可选取无遮挡物时，摄像头能定位到探测器的位置并反馈一个关于当前位置的信息指令给系统中的上位机，类似选定当前位置为坐标原点，此位置不固定，摄像头能定位到探测器的最后一次位置。

接着，如图4中的S3及图2所示，进行步骤S3，放置所述待拍摄物体(即，当探测器被部分遮挡/完全遮挡时)，如，待测人体进入测试系统，位于某一光源与平板探测器之间的位置，此时，移动所述平板探测器到待测人体后的合适位置、角度，可以依据需要拍摄的部位依据经验调整。调整好所述平板探测器的位置后，控制所述加速度传感器300获取平板探测器移动的所述位置信号，并将所述位置信号发送至所述上位机，所述上位机将所述位置信号与初始位置进行对比，基并于进行对比的结果发出控制信号。其中，可以是待测人为脊椎受伤的人，不方便移动，通过摄像装置识别就比较困难，带有惯性导航的探测器可发挥其优势。另外，在一示例中，可以是上位机有启动准备，ready状态，摄像头看不见探测器的位置时，判断有遮挡物。

最后，如图4中的S4及图2所示，进行步骤S4，控制所述执行机构500基于所述控制信号对所述射线产生装置100进行位置调整，以实现所述射线产生装置与所述平板探测器的对准。例如，可以是所述平板探测器移动中心移动(x1、y1、z1)，控制所述射线产生装置中心移动(x1、y1、z1)，所述平板探测器的探测平面转动Φ，控制所述射线产生装置射线束中心垂直的平面转动Φ。

作为示例，基于所述加速度传感器获取所述倾角的方式包括：通过所述加速度传感器获得X轴在垂直方向的投影值：Xout＝1g*Sin(Φ)，其中，g为Y方向重力加速度，Φ为倾角，以基于公式获得所述倾角：Φ＝arcsin(Xout)。

作为示例，所述定位方法还包括基于Z轴在垂直方向的投影值获取倾角，其中，Z轴在垂直方向的投影值为：Zout＝1g*cos(Φ)，获得所述倾角为：Φ＝arctan(Xout/Zout)，以消除加速度差异引起的误差。

作为示例，所述定位方法还包括步骤：通过所述执行机构500调节所述射线发生装置的高度，得到不同的所述平板探测器200的所述初始位置。从而可以适用不同位置的不方便移动的待拍摄物。另外，还可以对应不同的初始位置对应获取所述平板所述探测器200的位置信号，可以进行二次校准，有利于提高对准精度。

综上所述，本发明的射线拍摄过程中的自动定位系统及方法，基于加速度传感器及执行机构，可以实现射线(如x射线)拍摄过程中的检测位置自动校准方法，可以在射线拍摄过程中自动调节射线发生装置的位置，从而实现射线发生装置、待拍摄物体以及平板探测器之间位置的对准，基于本发明的设计，可以基于加速度传感器的引入，获得平板探测器的倾角，解决倾角问题对对准和拍摄的影响，同时，结合执行机构，用户不用移动，探测器对准后，系统自动校准，不会受到遮挡物的影响校准判断，节省时间，提高对准准确度。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。