一種x射線攝影系統的控制方法
【專利摘要】本發明涉及一種X射線攝影系統的控制方法。該方法包括：獲取機架信息，并得到平板探測器平面的范圍；根據所述機架信息，計算X射線通過限束器在所述平板探測器平面產生的射線野；當所述射線野超過平板探測器平面的范圍，調整所述射線野寬度或高度中的至少一項參數，以使調整后的射線野小于或等于平板探測器平面的范圍；將調整后的參數發送至所述限束器。本發明能夠使X射線攝影系統在X射線攝影過程中自動地解決射線野超出平板探測器接收范圍的問題。
【專利說明】一種X射線攝影系統的控制方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及X射線攝影系統，特別涉及一種X射線攝影系統的控制方法。

【背景技術】
[0002] X射線的本質是一種波長很短但能穿透人體的射線，應用在醫學上就是醫用X射 線攝影系統，簡稱X射線攝影系統，也是醫學六大成像設備之一。X射線攝影系統是醫院放 射科和骨科的常規設備和必備設備。醫用X射線成像技術發展至今，X射線攝影系統的品種 和產量都有很大的增加，目前高頻、數字化、多功能X射線攝影系統已經成為市場的主流。
[0003] 參見圖1所示的一種X射線攝影系統的機架結構，主要包括安裝橫梁1、攝影床2、 平板探測器（Flat Detect〇r，FD)3、立柱4、移動導軌5、可上下伸縮的懸吊臂6和球管7,其 中：立柱4 一般固定在機房的地板（地板所在面即為水平面〇)上，其上安裝有平板探測器 3,球管7上還有用以控制X射線的限束器8,球管7通過球管支架9與懸吊臂6連接。
[0004] 上述X射線攝影系統的工作原理為：病人躺在攝影床2上，調整球管7與平板探測 器3之間的相對位置以進入檢測狀態，使病人病灶部位處于球管7所發出X射線的球管焦 點10與平板探測器3接受面合適的位置上，這樣從球管7射出的X射線經限束器8調節射 線野（所述射線野即X射線照射范圍）后穿過病人病灶部位打在平板探測器3平面上，平 板探測器3的接收面板接收X射線，并經數字處理后在工作站（電腦）上生成病灶部位的 圖像，從而醫生可給出一個診斷結果。
[0005] X射線會產生電離輻射，臨床進行X射線攝影檢查時會造成人體吸收一定程度的X 射線，X射線照射量越大、照射時間越長，對人體的損害就越大。因此，為了盡量減少病人吸 收的X射線量，在進行X射線攝影時會盡量避免射線野超出平板探測器3的接收范圍。
[0006] 此外，將射線野控制在平板探測器3的接收范圍內也是為了將射線劑量控制在可 知范圍內的考慮：由于被平板探測器3接收的射線劑量可以全部被接收面板接收，而對形 成的病灶部位圖像有一定臨床意義，而超出平板探測器3的接收范圍的部分射線劑量無法 被接收且會對病人或外界環境造成射線污染，造成射線范圍的失控，因而，當射線野超出平 板探測器接收范圍，是禁止曝光的，需要對射線野進行控制，再允許曝光。
[0007] 現有技術的一種X射線攝影系統的控制方法，如圖2所示，包括如下步驟，以解決 X射線攝影時出現的射線野超出平板探測器接收范圍的問題：
[0008] 步驟S100,禁止曝光。
[0009] 所述禁止曝光即，當射線野超出平板探測器接收范圍時禁止進行X射線攝影。
[0010] 步驟S101，手動控制射線野大小，以使射線野在平板探測器的接收范圍內。
[0011] 所述手動控制射線野大小具體可以是如下方式：一種方式是，在X射線攝影系統 的用戶界面（User Interface，UI)上選擇對齊方式來調節平板探測器與限束器的相對位 置，再調整射線野至平板探測器接收范圍內；另一種方式是，在Π 界面上選擇射線野的預 設值，調整射線野至平板探測器接收范圍內；又一種方式是，直接對限束器手動進行調節， 調制射線野范圍至平板探測器接收范圍內。
[0012] 若射線野依然超出平板探測器接收范圍，重復步驟S101，若射線野未超出平板探 測器接收范圍，則執行步驟S102。
[0013] 步驟S102,允許曝光。
[0014] 所述允許曝光即，當射線野未超出平板探測器接收范圍時繼續進行X射線攝影。
[0015] 上述X射線攝影系統的控制方法至少包括如下缺陷：
[0016] 僅能通過手動方式、而非自動進行射線野的調整，由于受現有技術手動調整射線 野的方式的局限，射線野的調整并不精確，僅能通過經驗或直覺進行控制，可能會引起反復 調整的問題，控制方式比較粗糙，使用效率低下。
[0017] 反復調整射線野及X射線攝影系統的過程中，會增加了病人等待時間，增添病人 接受額外電離輻射量的風險。
[0018] 現有技術手動調整射線野的方式是通過經驗或直覺進行控制的，可能會引起源像 距等其他機架運行時的參數變化，導致機架運行的其他失誤及精度問題。


【發明內容】

[0019] 本發明技術方案所解決的技術問題是，如何在X射線攝影過程中使系統自動地防 止射線野超出平板探測器接收范圍的問題。
[0020] 為了解決上述技術問題，本發明技術方案提供了一種X射線攝影系統的控制方 法，所述X射線攝影系統包括機架，所述機架包括發射X射線的球管及接收所述X射線的平 板探測器，包括：
[0021] 獲取機架信息，并得到平板探測器平面的范圍；
[0022] 根據所述機架信息，計算X射線通過限束器在所述平板探測器平面產生的射線 野；
[0023] 當所述射線野超過平板探測器平面的范圍，調整所述射線野寬度或高度中的至少 一項參數，以使調整后的射線野小于或等于平板探測器平面的范圍；
[0024] 將調整后的參數發送至所述限束器。
[0025] 可選的，所述平板探測器平面的范圍和射線野分別以其形狀上的頂點坐標定義。
[0026] 可選的，所述機架信息包括平板探測器平面的寬度2wFD和高度2hFD，所述平板探測 器平面的形狀為矩形；
[0027] 所述得到平板探測器平面的范圍包括：
[0028] 以所述平板探測器平面中心作為原點，建立平板探測器平面坐標系；
[0029] 分別記錄平板探測器平面的頂點P1至P4為（-w FD, hFD)、（wFD, hFD)、（wFD, _hFD)及 (_WFD，_hFD)。
[0030] 可選的，所述機架信息包括球管焦點的旋轉角度和平板探測器的傾斜角度；
[0031] 所述射線野的形狀為矩形，所述根據所述機架信息計算X射線通過限束器在所述 平板探測器平面產生的射線野包括：
[0032] 以球管焦點作為原點，建立焦點三維坐標系；
[0033] 分別記錄射線野的頂點Pid至P4d在所述焦點三維坐標系下的初始坐標；
[0034] 根據球管焦點的旋轉角度和所述初始坐標得到射線野的頂點Pid至P4d在所述焦點 三維坐標系下的旋轉坐標；
[0035] 基于所述旋轉坐標，將射線野的頂點Pid至P4d沿射線方向投影到平板探測器的平 面上并獲得射線野的頂點P id至P4d的平面坐標；
[0036] 根據平板探測器的傾斜角度和所述平面坐標得到射線野的頂點Pid至P4d的真實坐 標。
[0037] 可選的，所述焦點三維坐標系為xyz坐標系；該xyz坐標系以球管焦點為原點，X 軸與射線方向平行或重合，z軸與水平面垂直，xy平面平行于水平面。
[0038] 可選的，所述機架信息還包括初始射線野寬度2w，初始射線野高度2h及源像距s， 射線野的頂點P id至P4d在所述焦點三維坐標系下的初始坐標分別為：Pltl (-s，-w，h)、P2(I (-s， w，h)、P3CI(_s, w, _h)及 P4ci(_s, -w, _h) 〇
[0039] 可選的，所述機架信息還包括限束器相對于x軸的旋轉角度C、球管焦點相對于z 軸的旋轉角度RVA、球管焦點相對于y軸的旋轉角度RHA，射線野的頂點Pid至P4d在所述焦 點三維坐標系下的旋轉坐標分別為：P 1F、P2F、P3f及P4f，令：

【權利要求】
1. 一種X射線攝影系統的控制方法，所述X射線攝影系統包括機架，所述機架包括發射 X射線的球管及接收所述X射線的平板探測器，其特征在于，包括： 獲取機架信息，并得到平板探測器平面的范圍； 根據所述機架信息，計算X射線通過限束器在所述平板探測器平面產生的射線野； 當所述射線野超過平板探測器平面的范圍，調整所述射線野寬度或高度中的至少一項 參數，以使調整后的射線野小于或等于平板探測器平面的范圍； 將調整后的參數發送至所述限束器。
2. 如權利要求1所述的X射線攝影系統的控制方法，其特征在于，所述平板探測器平面 的范圍和射線野分別以其形狀上的頂點坐標定義。
3. 如權利要求2所述的X射線攝影系統的控制方法，其特征在于，所述機架信息包括平 板探測器平面的寬度2wFD和高度2hFD，所述平板探測器平面的形狀為矩形； 所述得到平板探測器平面的范圍包括： 以所述平板探測器平面中心作為原點，建立平板探測器平面坐標系； 分別記錄平板探測器平面的頂點P1至P4為（-WFD,hFD)、（wFD,hFD)、（wFD, _hFD)及 (_WFD，_hFD)。
4. 如權利要求2所述的X射線攝影系統的控制方法，其特征在于，所述機架信息包括球 管焦點的旋轉角度和平板探測器的傾斜角度； 所述射線野的形狀為矩形，所述根據所述機架信息計算X射線通過限束器在所述平板 探測器平面產生的射線野包括： 以球管焦點作為原點，建立焦點三維坐標系； 分別記錄射線野的頂點Pid至P4d在所述焦點三維坐標系下的初始坐標； 根據球管焦點的旋轉角度和所述初始坐標得到射線野的頂點Pid至P4d在所述焦點三維 坐標系下的旋轉坐標； 基于所述旋轉坐標，將射線野的頂點Pid至P4d沿射線方向投影到平板探測器的平面上 并獲得射線野的頂點Pid至P4d的平面坐標； 根據平板探測器的傾斜角度和所述平面坐標得到射線野的頂點Pid至P4d的真實坐標。
5. 如權利要求4所述的X射線攝影系統的控制方法，其特征在于，所述焦點三維坐標系 為xyz坐標系；該xyz坐標系以球管焦點為原點，X軸與射線方向平行或重合，z軸與水平 面垂直，xy平面平行于水平面。
6. 如權利要求5所述的X射線攝影系統的控制方法，其特征在于，所述機架信息還包括 初始射線野寬度2w，初始射線野高度2h及源像距s，射線野的頂點Pid至P4d在所述焦點三維 坐標系下的初始坐標分別為：P1Q(_s，-W，h)、P2Q(-s，w，h)、P3Q(-s，w，_h)及P4Q(-s，-W，_h)。
7. 如權利要求6所述的X射線攝影系統的控制方法，其特征在于，所述機架信息還包 括限束器相對于X軸的旋轉角度C、球管焦點相對于z軸的旋轉角度RVA、球管焦點相對于 y軸的旋轉角度RHA，射線野的頂點Pid至P4d在所述焦點三維坐標系下的旋轉坐標分別為： P1F、P2F、P3F 及P4f,令：
其中，Tkva為與所述旋轉角度RVA相關的旋轉矩陣，Tm為與所述旋轉角度RHA相關的 旋轉矩陣，T。為與所述旋轉角度C相關的旋轉矩陣，有：
8. 如權利要求7所述的X射線攝影系統的控制方法，其特征在于，射線野的頂點Pid至 P4D的平面坐標分別為：P1B、P2B、P3B及P4B，設PnF= (XnF，ynF，ZnF)，則：
9. 如權利要求8所述的X射線攝影系統的控制方法，其特征在于，所述機架信息還包括 平板探測器到相對于y軸的傾斜角度T，射線野的頂點Pid至P4d的真實坐標Pld、P2d、P3d及 P4d滿足：
其中，Tt為與所述傾斜角度T相關的旋轉矩陣，有：
10. 如權利要求4所述的X射線攝影系統的控制方法，其特征在于，還包括： 當射線野的頂點Pid至P4d中至少有一個頂點落入所述平板探測器平面外，則判斷所述 射線野超過平板探測器平面的范圍。
11. 如權利要求10所述的X射線攝影系統的控制方法，其特征在于，所述根據所述機架 信息計算球管焦點通過限束器在所述平板探測器平面產生的射線野還包括：將焦點三維坐 標系下的頂點Pid至P4d的真實坐標轉換為平板探測器平面坐標系下的真實坐標； 所述當射線野的頂點Pid至P4d中至少有一個頂點落入所述平板探測器平面外，則判斷 所述射線野超過平板探測器平面的范圍包括： 獲取平板探測器平面坐標系下的頂點P1至P4的坐標及頂點Pid至P4d的坐標； 依次連接頂點P1至P4以構成一四邊形范圍； 判斷頂點Pid至P4d是否超過所述四邊形范圍。
12. 如權利要求3或11任一項所述的X射線攝影系統的控制方法，其特征在于，所述平 板探測器平面坐標系為y'z'坐標系，該y'z'坐標系以平板探測器中心為原點，y'軸與y 軸平行或重合，z'軸是z軸相對于y軸旋轉傾斜角度T形成的。
13. 如權利要求11所述的X射線攝影系統的控制方法，其特征在于，所述機架信息還包 括平板探測器平面坐標系下球管焦點相對于平板探測器中心的相對坐標（y〇,Ztl); 射線野的頂點Pid至P4d在平板探測器平面坐標系下的真實坐標滿足： 設Pnd- (Xnd，Υη--，Znd)，則： Pnd _(ynd+y〇，Znd+Z〇); 其中，n=l?4 ;Pld、P2d、P3d及P4d依次為根據平板探測器的傾斜角度和所述平面坐標得 到的射線野的頂點Pid至P4d的真實坐標，P1/、P2/、P3d'及P4/依次為射線野的頂點Pid至 P4d在平板探測器平面坐標系下的真實坐標。
14. 如權利要求1所述的X射線攝影系統的控制方法，其特征在于，所述調整所述射線 野寬度或高度中的至少一項參數包括： 保持源像距參數不變； 當球管焦點和平板探測器中心的對齊方式為中對齊，直接調整所述射線野寬度或高度 中的至少一項參數； 當球管焦點和平板探測器中心的對齊方式為上對齊或下對齊：先設置所述球管焦點和 平板探測器中心的對齊方式為中對齊，再調整所述射線野寬度或高度中的至少一項參數； 或者，保持所述球管焦點和平板探測器中心的對齊方式不變，調整所述射線野寬度或高度 中的至少一項參數。
15. 如權利要求9所述的X射線攝影系統的控制方法，其特征在于，所述源像距是通過 如下方式獲得的： 設源像距為s，獲取焦點三維坐標系下球管焦點與平板探測器中心之間的坐標點S1=L-S0 0 1]； 根據球管焦點的旋轉角度和坐標點S1得到球管焦點與平板探測器中心之間的旋轉點 坐標S1F，Sif 滿足S1Ft=Tkva ·Tkha ·Tg ·S1T; 基于旋轉點坐標Sif，將所述旋轉點沿射線方向投影到平板探測器的平面上并獲得球管焦點與平板探測器中心之間的平面點坐標3113=(?，-^77，^77 );其中，1#、7#及 Zsf為所得到旋轉點坐標Sif的坐標值； 根據平板探測器的傾斜角度和所述平面點坐標得到球管焦點與平板探測器中心之間 真實點坐標Sls,Sls滿足S1s=Tt ·Sib ; 基于所述真實點坐標Sls可得所述源像距s為：
其中，x〇,y。及Ztl為三維坐標系下球管焦點相對于平板探測器中心的相對坐標值，xls，yls及zls為所述真實點坐標Sls的坐標值，所述三維坐標系為xy'z'坐標系，該xy'z'坐標 系以球管焦點為原點，包括X軸、y'軸和z'軸，其中，y'軸和z'軸構成所述平板探測器平 面坐標系。
16. 如權利要求2所述的X射線攝影系統的控制方法，其特征在于，還包括： 依次連接平板探測器平面的頂點以形成第一多邊形； 依次連接射線野的頂點以形成第二多邊形； 當所述第一多邊形和第二多邊形存在交點，則判斷所述射線野超過平板探測器平面的 范圍； 調整后的射線野為所述交點和第一多邊形內射線野形狀上的頂點所形成的面積最大 的多邊形。
17. 如權利要求16所述的X射線攝影系統的控制方法，其特征在于，所述多邊形為四邊 形。
【文檔編號】A61B6/00GK104434148SQ201310415098
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年9月12日 優先權日:2013年9月12日
【發明者】丁健 申請人:上海聯影醫療科技有限公司