專利名稱：數(shù)字異物定位儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種醫(yī)療器械，尤其是一種對人體組織內(nèi)部異物探測、定位的數(shù)字異物定位儀。
背景技術(shù)：
以往國內(nèi)外對異物的傳統(tǒng)定位方法主要有1、正側(cè)位法根據(jù)正位(即前后位或后前位)觀察金屬異物居于內(nèi)側(cè)或外側(cè)，以及側(cè)位觀察金屬居于腹側(cè)或背側(cè)的情況，判斷異物的位置和深度，同時作皮膚標(biāo)記以便手術(shù)摘除，一般需要采取透視與攝片相結(jié)合辦法達(dá)到準(zhǔn)確定位；2、插針法多用于配合外科醫(yī)師四肢軟組織內(nèi)的異物定位和摘除，先在透視下轉(zhuǎn)動患者，找到異物距體表最近的一點(diǎn)，然后進(jìn)行局部消毒及麻醉，再在透視下由此點(diǎn)將針插向異物，觸及異物后，立即注入示蹤劑，然后沿示蹤劑方向?qū)愇镎鲜龇椒ǘ柬毥柚赬光片或在X線直接透視下對異物進(jìn)行定位。其主要缺點(diǎn)為①機(jī)動性較差，目前各醫(yī)院裝備的X光機(jī)體積較大，不僅機(jī)動性差，而且由于現(xiàn)場電源既難保證，也不穩(wěn)定，因而難以攝制優(yōu)質(zhì)照片；②操作復(fù)雜，耗時費(fèi)力由于異物定位大多需要膠片作業(yè)，故須配備暗室。而醫(yī)院除放射科以外的單位多無暗室，即使有也為臨時構(gòu)成，既暗化不良，也費(fèi)時費(fèi)水。若使用干板照片，雖可省略暗室，但曝光電壓必須提高到10～15千伏，使機(jī)器損耗增大，而且操作過程不易流水化，因此不能完全取代膠片；③智能化程度低由于現(xiàn)有異物定位大多采用普通X光機(jī)進(jìn)行，因而不僅智能化程度低，分辨率也差，不易發(fā)現(xiàn)微小破片而造成漏診誤診；④不能提供量化信息傳統(tǒng)定位方法對異物位置的判斷大多是憑肉眼觀察、主觀判定，無法獲得準(zhǔn)確的量化數(shù)字信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種對生物體內(nèi)金屬或非金屬異物進(jìn)行快速、準(zhǔn)確定位，操作簡便，能克服現(xiàn)有定位方法機(jī)動性差、操作復(fù)雜、智能程度低、異物定位無法定量之缺陷的數(shù)字異物定位儀。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明由高壓發(fā)生器、X射線管、準(zhǔn)直器、影像增強(qiáng)器、數(shù)字CCD、計算機(jī)數(shù)字成像系統(tǒng)、圖像顯示器、機(jī)械支架組成，其中計算機(jī)數(shù)字成像系統(tǒng)主要由計算機(jī)主機(jī)以及基于計算機(jī)主機(jī)的數(shù)字成像裝置和數(shù)字成像模塊裝置組成，準(zhǔn)直器位于X射線管的后端，X射線管通過機(jī)械支架與影像增強(qiáng)器相連，數(shù)字CCD也通過機(jī)械支架固定于影像增強(qiáng)器的后端，高壓發(fā)生器通過電纜與X射線管相連，數(shù)字CCD通過電纜與計算機(jī)數(shù)字成像系統(tǒng)相連，計算機(jī)數(shù)字成像系統(tǒng)通過電纜與圖像顯示器相連，數(shù)字成像裝置和數(shù)字成像模塊裝置均安裝于計算機(jī)主機(jī)中，數(shù)字成像模塊裝置控制數(shù)字CCD進(jìn)行采集信號并將信號輸入到數(shù)字成像裝置進(jìn)行實(shí)時處理，處理后的信號輸出到圖像顯示器顯示。
所述的數(shù)字成像裝置包括PCI圖像傳輸機(jī)構(gòu)，用于接受和傳輸輸入的數(shù)字視頻信號；亮度信號處理機(jī)構(gòu)，對輸入的數(shù)字視頻信號進(jìn)行圖像指數(shù)、Y校正，輸出圖像至視頻數(shù)據(jù)總線VBUS；遞歸濾波機(jī)構(gòu)，對視頻數(shù)據(jù)總線VBUS輸出的X線圖像進(jìn)行實(shí)時去噪處理后輸入到遞歸視頻數(shù)據(jù)總線RBUS；主機(jī)接口，采用ISA總線訪問方式，連接視頻數(shù)據(jù)總線VBUS、遞歸視頻數(shù)據(jù)總線RBUS、主機(jī)總線ISABUS和傳輸總線PBUS；數(shù)模轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，接受傳輸總線PBUS輸出的信號；所述的數(shù)字成像模塊裝置由硬件控制機(jī)構(gòu)、流程操作機(jī)構(gòu)以及系統(tǒng)軟件模塊機(jī)構(gòu)構(gòu)成，所述的系統(tǒng)軟件模塊包括用戶交互控制，完成功能調(diào)用成像任務(wù)；數(shù)據(jù)管理，流程調(diào)用、數(shù)據(jù)操作；流程操作，功能調(diào)用，獲取狀態(tài)；用戶交互控制直接與流程操作機(jī)構(gòu)傳遞信號或通過數(shù)據(jù)管理傳遞信號，流程操作機(jī)構(gòu)通過硬件控制機(jī)構(gòu)控制硬件設(shè)備；所述的數(shù)字成像模塊裝置中的流程操作機(jī)構(gòu)包括圖像采集機(jī)構(gòu)，對透視圖像進(jìn)行視頻采集；實(shí)時處理機(jī)構(gòu)，對采集的圖像進(jìn)行實(shí)時增強(qiáng)和遞歸降噪處理；異物定位機(jī)構(gòu)，以標(biāo)志物為基準(zhǔn)進(jìn)行幾何標(biāo)定，測量異物在三維空間的坐標(biāo)并提供量化信息；本發(fā)明中高壓發(fā)生器產(chǎn)生數(shù)十千伏電壓作用于X射線管使之發(fā)射X射線，經(jīng)準(zhǔn)直器以減少射線的散射，穿過被檢物體的射線被影像增強(qiáng)器轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姽獠υ撔盘栠M(jìn)行放大增強(qiáng)，數(shù)字CCD首先將可見光信號轉(zhuǎn)變?yōu)槟M電信號，然后把模擬電信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字圖像信號傳入計算機(jī)數(shù)字成像系統(tǒng)，數(shù)字成像裝置對所采集的數(shù)字圖像進(jìn)行實(shí)時校正和遞歸降噪處理以達(dá)到清晰的顯示效果，數(shù)字成像模塊裝置采用模塊化設(shè)計，主要包括硬件控制、流程控制、數(shù)據(jù)管理和用戶交互控制，硬件控制模塊驅(qū)動所有與X線成像有關(guān)的硬件，其中又分為若干子模塊，與硬件的功能劃分基本一致。流程控制模塊建立在硬件控制模塊的基礎(chǔ)之上，利用其提供的基本功能實(shí)現(xiàn)圖像采集、存儲、分析測量和回調(diào)等流程，數(shù)據(jù)管理模塊的操作對象主要是病人數(shù)據(jù)，接受用戶交互模塊的命令，并使用流程控制模塊來傳送數(shù)據(jù)流。用戶交互模塊向用戶報告系統(tǒng)狀態(tài)和數(shù)據(jù)信息，同時將用戶的要求轉(zhuǎn)換成控制命令發(fā)送給數(shù)據(jù)管理控制模塊和流程控制模塊。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1、與現(xiàn)有定位法所涉及的傳統(tǒng)X線攝影相比，本機(jī)采用的數(shù)字成像技術(shù)具有如下優(yōu)勢①傳統(tǒng)X線成像以膠片作為介質(zhì)，集圖像采集、顯示、存儲和傳遞功能于一體，因此限制了其中某單一功能的改進(jìn)。數(shù)字成像技術(shù)則將這些功能分解成不同的獨(dú)立部分，從而可對每一功能進(jìn)行單獨(dú)優(yōu)化。②傳統(tǒng)X線成像方式對于X線能量的利用率不高。其量子檢測效率僅為20～30％，而數(shù)字化成像系統(tǒng)可達(dá)60％以上，因此后者成像所需的輻射劑量可大幅度降低。③傳統(tǒng)X線成像的動態(tài)范圍遠(yuǎn)較數(shù)字化成像狹窄。前者僅在2個數(shù)量級呈線性變化，而后者則可在5個數(shù)量級中保持線性變化，因此數(shù)字化成像可以獲得較高的密度分辨率及較大的曝射寬容度。④傳統(tǒng)X線成像所得的圖像不能進(jìn)行成像后處理。若圖像質(zhì)量由于種種原因達(dá)不到診斷要求，因不能進(jìn)行改善圖像的處理而只能重復(fù)檢查，數(shù)字化成像則可進(jìn)行窗寬窗位調(diào)節(jié)、邊緣增強(qiáng)、灰度變換等一系列后處理技術(shù)，大大增加了診斷信息；⑤具有實(shí)時成像、明室操作、分辨率高、定量分析的特點(diǎn)。
2、采用數(shù)字CCD進(jìn)行光電耦合，實(shí)現(xiàn)檢測信號的前端數(shù)字化，極大地減低圖像信號傳輸過程中的損失和噪聲。
3、實(shí)時遞歸濾波機(jī)構(gòu)能對所采集的圖像進(jìn)行實(shí)時硬件自適應(yīng)遞歸濾波處理，降低射線系統(tǒng)引入的噪聲，大大提高成像效率和質(zhì)量，無需軟件后處理即可獲得高清晰度的圖像顯示。
4、數(shù)字成像系統(tǒng)分析軟件采用模塊化設(shè)計，中文界面，操作簡便。特別是能對異物的三維空間位置給出定量描述和圖形化直觀表達(dá)，計算異物的幾何尺寸(直線長度、區(qū)域周長、區(qū)域面積等)。根據(jù)實(shí)際需要可選取某一區(qū)域進(jìn)行特殊處理(如線性拉伸、分段顯示、分段著色、偽彩處理等)。在完成診斷后將所有診斷圖像以bmp或jpg格式存儲以備后期分析處理，并提供圖文報告。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明中數(shù)字成像裝置的原理框圖；圖3是本發(fā)明中數(shù)字成像模塊裝置中流程操作機(jī)構(gòu)原理圖；圖4是本發(fā)明中數(shù)字成像模塊裝置中系統(tǒng)軟件模塊原理圖；圖5是本發(fā)明中數(shù)字CCD5的原理圖；圖6是本發(fā)明中數(shù)字成像模塊裝置中流程操作機(jī)構(gòu)流程圖。
具體實(shí)施例方式
見圖1可知本發(fā)明主要由高壓發(fā)生器1、X射線管2、準(zhǔn)直器3、影像增強(qiáng)器4、數(shù)字CCD5、計算機(jī)數(shù)字成像系統(tǒng)6、圖像顯示器7、機(jī)械支架8組成，其中高壓發(fā)生器1通過電纜與X射線管2相連，準(zhǔn)直器3位于X射線管2的后端，X射線管2通過機(jī)械支架8與影像增強(qiáng)器4相連，影像增強(qiáng)器4的后端安裝有數(shù)字CCD5，數(shù)字CCD5通過電纜與計算機(jī)數(shù)字成像系統(tǒng)6相連，計算機(jī)數(shù)字成像系統(tǒng)6通過電纜與圖像顯示器7相連，計算機(jī)數(shù)字成像系統(tǒng)6由計算機(jī)主機(jī)以及基于計算機(jī)主機(jī)的數(shù)字成像裝置和數(shù)字成像模塊裝置組成，其中數(shù)字成像模塊裝置控制數(shù)字CCD5進(jìn)行采集信號并將信號輸入到數(shù)字成像裝置進(jìn)行實(shí)時處理，處理后的信號輸出到圖像顯示器7顯示。在此結(jié)構(gòu)中高壓發(fā)生器1產(chǎn)生數(shù)十千伏電壓作用于X射線管2使之發(fā)射X射線，經(jīng)準(zhǔn)直器3以減少射線的散射，穿過被檢物體的射線被影像增強(qiáng)器4轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姽獠υ撔盘栠M(jìn)行放大增強(qiáng)，數(shù)字CCD5首先將可見光信號轉(zhuǎn)變?yōu)槟M電信號，然后把模擬電信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字圖像信號傳入計算機(jī)數(shù)字成像系統(tǒng)6，數(shù)字成像裝置對所采集的數(shù)字圖像進(jìn)行實(shí)時校正和遞歸降噪處理以達(dá)到清晰的顯示效果，數(shù)字成像模塊裝置采用模塊化設(shè)計，主要包括硬件控制、流程控制、數(shù)據(jù)管理和用戶交互控制，硬件控制模塊驅(qū)動所有與X線成像有關(guān)的硬件，其中又分為若干子模塊，與硬件的功能劃分基本一致。流程控制模塊建立在硬件控制模塊的基礎(chǔ)之上，利用其提供的基本功能實(shí)現(xiàn)圖像采集、存儲、分析測量和回調(diào)等流程，數(shù)據(jù)管理模塊的操作對象主要是病人數(shù)據(jù)，接受用戶交互模塊的命令，并使用流程控制模塊來傳送數(shù)據(jù)流。用戶交互模塊向用戶報告系統(tǒng)狀態(tài)和數(shù)據(jù)信息，同時將用戶的要求轉(zhuǎn)換成控制命令發(fā)送給數(shù)據(jù)管理控制模塊和流程控制模塊。
見圖2可知所述的數(shù)字成像裝置包括PCI圖像傳輸機(jī)構(gòu)，用于接受和傳輸輸入的數(shù)字視頻信號；
亮度信號處理機(jī)構(gòu)，對輸入的數(shù)字視頻信號進(jìn)行圖像指數(shù)、Y校正，輸出圖像至視頻數(shù)據(jù)總線VBUS；遞歸濾波機(jī)構(gòu)，對視頻數(shù)據(jù)總線VBUS輸出的X線圖像進(jìn)行實(shí)時去噪處理后輸入到遞歸視頻數(shù)據(jù)總線RBUS；主機(jī)接口，采用ISA總線訪問方式，連接視頻數(shù)據(jù)總線VBUS、遞歸視頻數(shù)據(jù)總線RBUS、主機(jī)總線ISABUS和傳輸總線PBUS。
數(shù)模轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，接受傳輸總線PBUS輸出的信號。
所述的數(shù)字成像裝置還包括圖像幀存，對亮度信號處理機(jī)構(gòu)輸入至視頻數(shù)據(jù)總線VBUS的輸出圖像信號進(jìn)行實(shí)時存儲；遞歸濾波幀存機(jī)構(gòu)，對實(shí)時去噪處理后的X線圖像進(jìn)行實(shí)時存儲；主機(jī)接口幀存機(jī)構(gòu)，對主機(jī)接口的圖像信號實(shí)時存儲；圖像存儲器，對數(shù)模轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)接受的信號進(jìn)行實(shí)時存儲，并與主機(jī)總線ISABUS之間傳輸信號。
其中在數(shù)模轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)與圖像存儲器之間連接有圖像控制器，在圖像幀存與視頻數(shù)據(jù)總線VBUS之間連接有幀存控制器。
本發(fā)明的數(shù)字CCD攝像機(jī)產(chǎn)生的連續(xù)實(shí)時X線圖像數(shù)字視頻信號通過PCI高速數(shù)字圖像傳輸卡傳至亮度信號處理機(jī)構(gòu)，進(jìn)行圖像指數(shù)校正、γ校正后，輸出8bits圖像數(shù)據(jù)至視頻總線VBUS；遞歸濾波器進(jìn)行X線圖像實(shí)時去噪處理；圖像幀存為64Mbytes，支持實(shí)時圖像存儲；圖像存儲器用于在輸出圖像上疊加文字、符號注釋和圖形。主機(jī)接口采用ISA總線訪問方式，通過連接視頻數(shù)據(jù)總線VBUS、遞歸視頻數(shù)據(jù)總線RBUS、主機(jī)總線ISA BUS和傳輸總線PBUS存儲和回調(diào)圖像數(shù)據(jù)。
見圖3、圖6可知本發(fā)明中數(shù)字成像模塊裝置中的流程操作機(jī)構(gòu)包括初始化機(jī)構(gòu)，進(jìn)行初始化；啟動軟件并進(jìn)行初始化。
病員信息瀏覽機(jī)構(gòu)，對不需要進(jìn)行透視檢查的，直接進(jìn)入病員信息瀏覽；如不需進(jìn)行透視檢查，直接進(jìn)入病員信息瀏覽；如需進(jìn)行透視檢查，則進(jìn)入下一步驟。
透視機(jī)構(gòu)，開始透視使圖象采集系統(tǒng)處于等待狀態(tài)；開始透視，圖像采集系統(tǒng)處于等待狀態(tài)；踩下定位儀腳閘，使高壓發(fā)生器、X射線管和影像增強(qiáng)器處于工作狀態(tài)。
圖像采集機(jī)構(gòu)，對透視圖像進(jìn)行視頻采集；對影像增強(qiáng)器后端的光能量進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換、視頻采集(25幀/秒)和傳輸。
實(shí)時處理機(jī)構(gòu)，對采集的圖像進(jìn)行實(shí)時增強(qiáng)和遞歸降噪處理；對采集的圖像進(jìn)行實(shí)時增強(qiáng)和遞歸降噪處理。
圖像存儲機(jī)構(gòu)，保存透視后的圖像；停止透視，保存末幀圖像。
查看機(jī)構(gòu)，對僅需透視觀察的病員個人信息進(jìn)行保存；如僅需進(jìn)行透視觀察，進(jìn)入“查看”步驟，通過調(diào)節(jié)窗寬、窗位突出病灶細(xì)節(jié)，然后保存病員個人信息和透視圖像；如需進(jìn)行異物定位，進(jìn)入“異物定位”步驟。
異物定位機(jī)構(gòu)，以標(biāo)志物為基準(zhǔn)進(jìn)行幾何標(biāo)定，測量異物在三維空間坐標(biāo)并提供量化信息；進(jìn)行異物定位，即以金屬標(biāo)志物為基準(zhǔn)進(jìn)行幾何標(biāo)定，測量異物的三維空間坐標(biāo)并提供量化信息。
信息存儲機(jī)構(gòu)，保存病員的個人信息、透視圖像以及異物的定位信息；保存病員的個人信息、透視圖像以及異物的定位信息。
圖文打印機(jī)構(gòu)，打印病員報告；打印病員報告(圖文信息)。病員信息瀏覽機(jī)構(gòu)，對不需要進(jìn)行透視檢查的，直接進(jìn)入病員信息瀏覽；本發(fā)明中實(shí)時處理機(jī)構(gòu)在X線數(shù)字成像系統(tǒng)中，不可避免的存在各種噪聲，如X射線系統(tǒng)、CCD攝像系統(tǒng)及A/D轉(zhuǎn)換引入的噪聲，導(dǎo)致輸出的圖像效果不佳，影響異物的識別與提取。本異物定位儀采用圖像增強(qiáng)和自適應(yīng)遞歸濾波來實(shí)現(xiàn)實(shí)時數(shù)字成像過程中系統(tǒng)噪聲的有效消除，從而獲取高清晰度、高信噪比的數(shù)字圖像。
圖像增強(qiáng)的目的是增加觀察對象表現(xiàn)的對比度。其原理是基于通用線性濾波技術(shù)，如下式所示P=Σi=1nWiPi]]>其中Pi＝一個n幅圖像的序列，i＝圖像的采集時刻，Wi＝Pi中每個像素的權(quán)系數(shù)，P＝處理的結(jié)果圖像，經(jīng)增強(qiáng)處理的圖像噪聲明顯降低。
遞歸濾波算法的原理是利用相鄰圖像的相關(guān)性疊加平均去除高斯圖像噪聲。經(jīng)濾波處理生成的圖像實(shí)質(zhì)上是當(dāng)前圖像及以前圖像在時間上的積累，遞歸系數(shù)越大，遞歸深度越深，噪聲的除去效果越好，但同時對圖像運(yùn)動的敏感程度也隨之增加，其后果是造成運(yùn)動目標(biāo)的偽影，影響觀察效果。本異物定位儀采用變系數(shù)遞歸的方法改進(jìn)濾波效果，即先進(jìn)行區(qū)域分割，計算運(yùn)動區(qū)域的運(yùn)動系數(shù)，再根據(jù)計算結(jié)果實(shí)施系數(shù)不同的遞歸濾波，運(yùn)動區(qū)域越高，系數(shù)越小。本系統(tǒng)采用的自適應(yīng)遞歸濾波算法如下gn(x，y)＝fn(x，y)+T(q(M(x，y(gn-1(x，y)-fn(x，y))))其中g(shù)n(x，y)，fn(x，y)分別為遞歸處理后圖像和當(dāng)前輸入圖像，M(x，y)為運(yùn)動檢測模板，q(r)和T(r)分別為運(yùn)動系數(shù)量化函數(shù)和運(yùn)動量化系數(shù)到遞歸系數(shù)的映射函數(shù)。通常，M(x，y)為16×16到64×64大小的模板，q(r)產(chǎn)生6級左右的量化運(yùn)動系數(shù)，T(r)最大值為0.75，最小值為0。遞歸濾波機(jī)構(gòu)的設(shè)置包括遞歸系數(shù)、遞歸圖像尺寸和遞歸圖像消隱控制，其中遞歸圖像尺寸和遞歸圖像消隱由系統(tǒng)完全控制，而且系統(tǒng)有足夠的高速存儲器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所能達(dá)到的任意尺寸的遞歸濾波，因而自適應(yīng)遞歸濾波不需要主機(jī)設(shè)置系數(shù)，由硬件自主產(chǎn)生，其實(shí)時處理能力達(dá)50M像素/秒，可以完成水平1024像素垂直1249行的實(shí)時同步的遞歸濾波。
本發(fā)明中異物定位機(jī)構(gòu)異物在生物體內(nèi)的三維空間定位需要確定異物相對于參照坐標(biāo)系在XOY投影平面上距參照坐標(biāo)軸OX的垂直距離lx、距參照坐標(biāo)系原點(diǎn)的直線距離lxy以及在Z軸上的垂直投影距離lZ。以水平、垂直方向長度均為10mm的十字狀金屬標(biāo)志物作為幾何標(biāo)定基準(zhǔn)和參照坐標(biāo)系，置于傷口附近，檢測傷病員體內(nèi)異物時，先將待檢部位以冠狀面垂直于射線方向的體位置于X射線源與影像增強(qiáng)器之間，開機(jī)后將遞歸濾波參數(shù)置于自適應(yīng)狀態(tài)，調(diào)整十字狀金屬標(biāo)志物使之與異物處于同一視場中，此時所采集的圖像為異物在XOY平面的投影，然后將X射線源-影像增強(qiáng)器旋轉(zhuǎn)90°，所采集的圖像為異物在XOZ平面的投影。利用金屬標(biāo)志物的刻度進(jìn)行幾何定標(biāo)后，從異物的幾何中心分別向參照坐標(biāo)系的X、Z軸引出兩條垂直線段lx、lZ，向原點(diǎn)引出直線lxy，軟件自動計算出這三條線段的長度，由此獲得異物在參照坐標(biāo)系中的數(shù)量化三維定位信息。
本發(fā)明中圖像采集機(jī)構(gòu)由數(shù)字CCD組件完成，本發(fā)明采用高性能的大面陣科學(xué)級CCD芯片與多區(qū)域光纖面板耦合及全系統(tǒng)12Bit的數(shù)字化處理等技術(shù)和工藝，使該組件具有光電轉(zhuǎn)換效率高、能量等級分辨率高、信噪比高、多路信號一致性好及高速實(shí)時等特點(diǎn)。該數(shù)字CCD組件采用獨(dú)特的計算機(jī)供電設(shè)計，使其只需一根電纜與PCI高速數(shù)字傳輸卡相連即可工作，使用靈活、方便。
見圖4可知數(shù)字成像模塊裝置由硬件控制機(jī)構(gòu)、流程操作機(jī)構(gòu)以及系統(tǒng)軟件模塊機(jī)構(gòu)構(gòu)成，所述的系統(tǒng)軟件模塊包括用戶交互控制，完成功能調(diào)用成像任務(wù)；數(shù)據(jù)管理，流程調(diào)用、數(shù)據(jù)操作；流程操作，功能調(diào)用，獲取狀態(tài)；用戶交互控制直接與流程操作機(jī)構(gòu)傳遞信號或通過數(shù)據(jù)管理傳遞信號，流程操作機(jī)構(gòu)通過硬件控制機(jī)構(gòu)控制硬件設(shè)備。
本發(fā)明的系統(tǒng)軟件模塊一共分為四個層次硬件控制、流程控制、數(shù)據(jù)管理和用戶交互控制。硬件控制模塊驅(qū)動所有與X線成像有關(guān)的硬件，其中又分為若干子模塊，與硬件的功能劃分基本一致。流程控制模塊建立在硬件控制模塊的基礎(chǔ)之上，利用其提供的基本功能實(shí)現(xiàn)圖像采集、存儲、分析測量和回調(diào)等流程。數(shù)據(jù)管理模塊的操作對象主要是病人數(shù)據(jù)，接受用戶交互模塊的命令，并使用流程控制模塊來傳送數(shù)據(jù)流。用戶交互模塊向用戶報告系統(tǒng)狀態(tài)和數(shù)據(jù)信息，同時將用戶的要求轉(zhuǎn)換成控制命令發(fā)送給數(shù)據(jù)管理控制模塊和流程控制模塊。
見圖5可知數(shù)字CCD5包括CCD芯片，將光能轉(zhuǎn)換成與光能成正比的模擬電信號；A/D機(jī)構(gòu)，將模擬電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；多路數(shù)字信號處理機(jī)構(gòu)，將數(shù)字信號變換成適合傳輸?shù)牡碗娖讲罘謹(jǐn)?shù)字信號；LVDS接口，將低電平差分?jǐn)?shù)字信號經(jīng)電纜連接到PCI傳輸卡上；時序控制機(jī)構(gòu)，通過LVDS接口獲取PCI傳輸卡的控制命令對A/D機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行控制；邏輯驅(qū)動機(jī)構(gòu)，從時序控制機(jī)構(gòu)獲取信號對CCD芯片進(jìn)行驅(qū)動。
本發(fā)明中的數(shù)字CCD5是用光纖將各發(fā)光點(diǎn)的光能傳到耦合有光纖面板的CCD，CCD將光能轉(zhuǎn)換成與光能成正比的模擬電信號，經(jīng)A/D變換成數(shù)字信號、再將數(shù)字信號變換成適合傳輸?shù)牡碗娖讲罘謹(jǐn)?shù)字信號(LVDS，Low-voltage differential signaling)，經(jīng)50芯型專用電纜連接到專門的PCI傳輸卡上。通過PCI傳輸卡，計算機(jī)系統(tǒng)軟件將獲得數(shù)字化的光能量信號并進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，以還原出各路光能量信號的強(qiáng)度；同時，計算機(jī)系統(tǒng)軟件也能對能量采集系統(tǒng)的工作狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行控制(如增益、曝光時間等)。系統(tǒng)工作于外觸發(fā)狀態(tài)時，其工作時序如圖四所示外觸發(fā)脈沖的下降沿觸發(fā)一幀CCD曝光信號輸出，輸出時間＝10ms，同時CCD處于曝光狀態(tài)，該幀數(shù)據(jù)輸出結(jié)束后，CCD處于等待狀態(tài)，曝光繼續(xù)進(jìn)行，等待下一個觸發(fā)脈沖的到來，以輸出本次曝光所獲信號。曝光時間除受外觸發(fā)周期影響外，還受計算機(jī)控制，計算機(jī)控制CCD的清除時間，清除時間越短、曝光時間越長，當(dāng)設(shè)置清除時間＝0，可得到最大的曝光時間。實(shí)際應(yīng)用時，應(yīng)優(yōu)先加長曝光時間，其次才是加大放大倍數(shù)，以得到最大信噪比的信號輸出。
本發(fā)明的工作原理是高壓發(fā)生器1產(chǎn)生數(shù)十千伏電壓作用于X射線管2使之發(fā)射X射線，經(jīng)準(zhǔn)直器3以減少射線的散射，穿過被檢物體的射線被影像增強(qiáng)器4轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姽獠υ撔盘栠M(jìn)行放大增強(qiáng)，數(shù)字CCD5首先將可見光信號轉(zhuǎn)變?yōu)槟M電信號，然后把模擬電信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字圖像信號傳入計算機(jī)數(shù)字成像系統(tǒng)6，操作醫(yī)生可根據(jù)數(shù)字成像模塊裝置流程對病員進(jìn)行透視操作，在操作過程中數(shù)字成像裝置對數(shù)字CCD5所采集的數(shù)字圖像進(jìn)行實(shí)時校正和遞歸降噪處理以達(dá)到清晰的顯示效果，在顯示異物的定位過程中，異物在生物體內(nèi)的三維空間定位需要確定異物相對于參照坐標(biāo)系在XOY投影平面上距參照坐標(biāo)軸OX的垂直距離lx、距參照坐標(biāo)系原點(diǎn)的直線距離lxy以及在Z軸上的垂直投影距離lZ。以水平、垂直方向長度均為10mm的十字狀金屬標(biāo)志物作為幾何標(biāo)定基準(zhǔn)和參照坐標(biāo)系，置于傷口附近，檢測傷病員體內(nèi)異物時，先將待檢部位以冠狀面垂直于射線方向的體位置于X射線源與影像增強(qiáng)器之間，開機(jī)后將遞歸濾波參數(shù)置于自適應(yīng)狀態(tài)，調(diào)整十字狀金屬標(biāo)志物使之與異物處于同一視場中，此時所采集的圖像為異物在XOY平面的投影，然后將X射線源-影像增強(qiáng)器旋轉(zhuǎn)90°，所采集的圖像為異物在XOZ平面的投影。利用金屬標(biāo)志物的刻度進(jìn)行幾何定標(biāo)后，從異物的幾何中心分別向參照坐標(biāo)系的X、Z軸引出兩條垂直線段lx、lZ，向原點(diǎn)引出直線lxy，軟件自動計算出這三條線段的長度，由此獲得異物在參照坐標(biāo)系中的數(shù)量化三維定位信息。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字異物定位儀，包括高壓發(fā)生器(1)、X射線管(2)、準(zhǔn)直器(3)、影像增強(qiáng)器(4)、圖像顯示器(7)、機(jī)械支架(8)，其特征在于影像增強(qiáng)器(4)的后端安裝有數(shù)字CCD(5)，數(shù)字CCD(5)通過電纜與計算機(jī)數(shù)字成像系統(tǒng)(6)相連，計算機(jī)數(shù)字成像系統(tǒng)(6)通過電纜與圖像顯示器(7)相連，計算機(jī)數(shù)字成像系統(tǒng)(6)由計算機(jī)主機(jī)以及基于計算機(jī)主機(jī)的數(shù)字成像裝置和數(shù)字成像模塊裝置組成，其中數(shù)字成像模塊裝置控制數(shù)字CCD(5)進(jìn)行采集信號并將信號輸入到數(shù)字成像裝置進(jìn)行實(shí)時處理，處理后的信號輸出到圖像顯示器(7)顯示。所述的數(shù)字成像裝置包括PCI圖像傳輸機(jī)構(gòu)，用于接受和傳輸輸入的數(shù)字視頻信號；亮度信號處理機(jī)構(gòu)，對輸入的數(shù)字視頻信號進(jìn)行圖像指數(shù)、Y校正，輸出圖像至視頻數(shù)據(jù)總線VBUS；遞歸濾波機(jī)構(gòu)，對視頻數(shù)據(jù)總線VBUS輸出的X線圖像進(jìn)行實(shí)時去噪處理后輸入到遞歸視頻數(shù)據(jù)總線RBUS；主機(jī)接口，采用ISA總線訪問方式，連接視頻數(shù)據(jù)總線VBUS、遞歸視頻數(shù)據(jù)總線RBUS、主機(jī)總線ISABUS和傳輸總線PBUS；數(shù)模轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，接受傳輸總線PBUS輸出的信號；所述的數(shù)字成像模塊裝置由硬件控制機(jī)構(gòu)、流程操作機(jī)構(gòu)以及系統(tǒng)軟件模塊機(jī)構(gòu)構(gòu)成，所述的系統(tǒng)軟件模塊包括用戶交互控制，完成功能調(diào)用成像任務(wù)；數(shù)據(jù)管理，流程調(diào)用、數(shù)據(jù)操作；流程操作，功能調(diào)用，獲取狀態(tài)；用戶交互控制直接與流程操作機(jī)構(gòu)傳遞信號或通過數(shù)據(jù)管理傳遞信號，流程操作機(jī)構(gòu)通過硬件控制機(jī)構(gòu)控制硬件設(shè)備；所述的數(shù)字成像模塊裝置中的流程操作機(jī)構(gòu)包括圖像采集機(jī)構(gòu)，對透視圖像進(jìn)行視頻采集；實(shí)時處理機(jī)構(gòu)，對采集的圖像進(jìn)行實(shí)時增強(qiáng)和遞歸降噪處理；異物定位機(jī)構(gòu)，以標(biāo)志物為基準(zhǔn)進(jìn)行幾何標(biāo)定，測量異物在三維空間的坐標(biāo)并提供量化信息；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字異物定位儀，其特征在于所述的數(shù)字成像裝置還包括圖像幀存，對亮度信號處理機(jī)構(gòu)輸入至視頻數(shù)據(jù)總線VBUS的輸出圖像信號進(jìn)行實(shí)時存儲；遞歸濾波幀存機(jī)構(gòu)，對實(shí)時去噪處理后的X線圖像進(jìn)行實(shí)時存儲；主機(jī)接口幀存機(jī)構(gòu)，對主機(jī)接口的圖像信號實(shí)時存儲；圖像存儲器，對數(shù)模轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)接受的信號進(jìn)行實(shí)時存儲，并與主機(jī)總線ISABUS之間傳輸信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的數(shù)字異物定位儀，其特征在于在數(shù)模轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)與圖像存儲器之間連接有圖像控制器，在圖像幀存與視頻數(shù)據(jù)總線VBUS之間連接有幀存控制器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字異物定位儀，其特征在于所述的數(shù)字成像模塊裝置中的流程操作機(jī)構(gòu)還包括初始化機(jī)構(gòu)，進(jìn)行初始化；透視機(jī)構(gòu)，開始透視使圖像采集系統(tǒng)處于等待狀態(tài)；圖像存儲機(jī)構(gòu)，保存透視后的圖像；查看機(jī)構(gòu)，對僅需透視觀察的病員的透視圖像通過調(diào)節(jié)窗寬、窗位查看病灶細(xì)節(jié)，并保存病員個人信息；信息存儲機(jī)構(gòu)，保存病員的個人信息、透視圖像以及異物的定位信息；圖文打印機(jī)構(gòu)，打印病員報告；病員信息瀏覽機(jī)構(gòu)，對不需要進(jìn)行透視檢查的，直接進(jìn)入病員信息瀏覽；
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字異物定位儀，其特征在于數(shù)字CCD(5)包括CCD芯片，將光能轉(zhuǎn)換成與光能成正比的模擬電信號；A/D機(jī)構(gòu)，將模擬電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；多路數(shù)字信號處理機(jī)構(gòu)，將數(shù)字信號變換成適合傳輸?shù)牡碗娖讲罘謹(jǐn)?shù)字信號；LVDS接口，將低電平差分?jǐn)?shù)字信號經(jīng)電纜連接到PCI傳輸卡上；時序控制機(jī)構(gòu)，通過LVDS接口獲取PCI傳輸卡的控制命令對A/D機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行控制；邏輯驅(qū)動機(jī)構(gòu)，從時序控制機(jī)構(gòu)獲取信號對CCD芯片進(jìn)行驅(qū)動。
全文摘要
一種對人體組織內(nèi)異物探測、定位的數(shù)字異物定位儀，主要由高壓發(fā)生器1、X射線管2、準(zhǔn)直器3、影像增強(qiáng)器4、數(shù)字CCD5、計算機(jī)數(shù)字成像系統(tǒng)6、圖像顯示器7、機(jī)械支架8組成，高壓發(fā)生器1通過電纜與X射線管2相連，準(zhǔn)直器3位于X射線管2的后端，X射線管2通過機(jī)械支架8與影像增強(qiáng)器4相連，影像增強(qiáng)器4的后端安裝有數(shù)字CCD5，數(shù)字成像模塊裝置控制數(shù)字CCD5進(jìn)行采集信號并將信號輸入到數(shù)字成像裝置進(jìn)行實(shí)時處理，處理后的信號輸出到圖像顯示器7顯示。本發(fā)明準(zhǔn)確定位，整機(jī)小型機(jī)動，操作簡便。
文檔編號A61B6/12GK1593346SQ200410040250
公開日2005年3月16日 申請日期2004年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月16日
發(fā)明者陳菁, 李兵倉, 康建毅, 趙輝, 陳志強(qiáng), 張良潮 申請人:中國人民解放軍第三軍醫(yī)大學(xué)野戰(zhàn)外科研究所