CN102217946A

CN102217946A - 采用束光仪联动控制变焦技术的全身数字x线机

Info

Publication number: CN102217946A
Application number: CN 201110141774
Authority: CN
Inventors: 赵福元; 黄文龙; 王宣懿; 邹筱君
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-05-28
Filing date: 2011-05-28
Publication date: 2011-10-19
Anticipated expiration: 2031-05-28
Also published as: CN102217946B

Abstract

本发明公开了一种采用束光仪联动控制变焦技术的全身数字X线机，包括X线球管(1)、束光器(2)和成像发光板(3)，在束光器(2)的底部设有调节X射线通道开口大小的X轴遮光板(21)和Y轴遮光板；在X轴遮光板(21)上设有电位器W I(61)，在Y轴遮光板上设有电位器WII(62)；在成像发光板(3)的下方设置前反镜(4)，在成像发光板(3)的下方设置可移动的相机(5)；电位器WI(61)、电位器WII(62)和用于带动相机(5)移动的电动机(68)分别与联动控制器信号相连。该全身数字X线机能实现数码相机摄取的图像大小与X射线照射野的尺寸相一致。

Description

采用束光仪联动控制变焦技术的全身数字X线机

技术领域

本发明涉及一种采用束光仪联动控制变焦技术的全身数字X线机。

背景技术

传统医疗X射线机采用摄片(或透视)成像，称为模拟图像，用于临床医疗已有百年历史。随着社会技术发展，数字X射线机(DR)已广泛应用于临床影像学诊断，由于DR较传统模拟X射线机有很多优点，逐步将替代传统X射线机。

数字X射线机(DR)的成像***(又称图像传感装置)，其结构形式可分为二类，即平板传感器和数码相机(CCD/CMOS)成像***。

数字X射线机和传统摄片X射线机都是采用X射线直接通过人体(摄片部位)获得X射线图像，在摄片过程中，为了提高图像清晰度和减少病人照射的X射线量均设有束光器，束光器包括手动束光器和电动束光器，2者的功能一致。其功能是需摄片的部位有X射线通过，不摄片的人体组织不受X射线照射，因为X射线照射野缩小了，照射过程中产生的次发射线相应减少，从而可以提高图像清晰度。

目前世界各国和国内生产的DR(含平板DR)的摄取图像都是固定尺寸(束光器只改变X线照射野的大小)，这会导致以下不利结果：使用过程中只调节X射线照射野的大小，不再调节相机视野的大小，因此在摄取小视野时，相机存在无效像素(无效像素的比例与视野大小有关)。当图像变小时，数码相机位置固定不变，因此相机CCD(图像传感器)并没有被完全利用。即，数码相机摄像大小是固定的不可改变，与X射线的最大照射野相同。

目前国内外数字X射线机尚未见有采用束光器与相机位置联动调节技术，从而来提高DR(CCD/COMS)的图像分辨率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种采用束光仪联动控制变焦技术的全身数字X线机，其能实现数码相机摄取的图像大小与X射线照射野的尺寸相一致。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种采用束光仪联动控制变焦技术的全身数字X线机，包括从上至下依次设置的X线球管、束光器和成像发光板，X线球管和束光器固定相连，X线球管与成像发光板之间的距离为可调或不可调；在束光器内设有贯穿束光器的X射线通道，在束光器的底部设有调节X射线通道开口大小的X轴遮光板和Y轴遮光板；在X轴遮光板上设有电位器WI，在Y轴遮光板上设有电位器WII；在成像发光板的下方设置前反镜，前反镜的正面与成像发光板呈45±0.5°的夹角；在成像发光板的下方设置可移动的相机；相机的移动路径平行于成像发光板，且相机的镜头面对前反镜的正面；

整个全身数字X线机还包括联动控制器；电位器W I、电位器W II和用于带动相机移动的电动机分别与联动控制器信号相连。

作为本发明的采用束光仪联动控制变焦技术的全身数字X线机的改进：联动控制器包括A/D转换器I、A/D转换器II、CPU、D/A转换器和电动机控制器；

电位器W I与A/D转换器I信号相连，电位器W II与A/D转换器II信号相连，A/D转换器I和A/D转换器II分别与CPU信号相连，CPU、D/A转换器、电动机控制器和电动机依次信号相连。

作为本发明的采用束光仪联动控制变焦技术的全身数字X线机的进一步改进：用于感知X线球管与成像发光板之间距离的位置传感器通过A/D转换器III与CPU相连。

作为本发明的采用束光仪联动控制变焦技术的全身数字X线机的进一步改进：成像发光板的大小需满足以下条件：当束光器与成像发光板之间的距离最大、且X射线通道的开口最大(即X轴遮光板和Y轴遮光板均处于最大开口)时，X线球管发出的光线能全部落在成像发光板上。注：此时成像发光板产生的图像最大。

作为本发明的采用束光仪联动控制变焦技术的全身数字X线机的进一步改进：前反镜的大小需满足以下条件：能保证成像发光板产生最大图像时能完全落在前反镜上。

本发明只用于数码相机成像的数字X线机。本发明根据束光器照射野的调节，从而联动改变数码相机的位置，使数码相机摄取的图像大小与X射线照射野的尺寸一致。从而避免当尺寸不一致所导致的以下不良结果：1、数码相机的摄取图像范围大于X射线照射野，相机存在无效像素。2、数码相机摄取图像范围小于X射线照射野，图像拍摄不全，需要摄像的位置部分丢失。

我们知道，数码相机的感光芯片(CCD/COMS)的像素是固定的，在摄取小视野相片的空间分辨率(以每mm能分辨出的线对数)较摄取大视野有明显提高，提高的数值与图像大小成反比关系。

本发明具有如下优点：

1、提高图像的分辨率(即清晰度)：

大多数接受X线射摄影的病人，所需照射部位的大小，小于DR仪器的额定大小。本发明在摄取不同大小的图像时，相机位置相应调整获得合理的图像尺寸，保证相机像素全部使用(依靠调节相机与前反镜之间的距离)，从而可以提高大多数病人图像的分辨率(即清晰度)。

2、操作简便：

其需要人工调节的步骤与现有的普通数字X射线机操作步骤一样。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1是本发明的采用束光仪联动控制变焦技术的全身数字X线机的工作原理图；此时，相机5与前反镜4之间的距离最远；

图2是图1在另一种状态下的示意图；此时，相机5与前反镜4之间的距离最近；

图3是本发明中的联动控制器的电路原理图。

具体实施方式

图1～图3结合给出了一种采用束光仪联动控制变焦技术的全身数字X线机，包括从上至下依次设置的X线球管1、束光器2和成像发光板3，X线球管1和束光器2固定相连，X线球管1的中心轴线和束光器2的中心轴线相重合；X线球管1与成像发光板3之间的距离可调；在束光器2内设有贯穿束光器2的X射线通道，在束光器2的底部设有调节X射线通道开口大小的X轴遮光板21和Y轴遮光板。上述内容同现有技术，其使用方式也同现有技术。

在X轴遮光板21上设有电位器W I 61，电位器W I 61用于感知X轴遮光板21的移动情况，即，用于感知X射线通道在X轴方向的开口大小。在Y轴遮光板上设有电位器WII62，电位器WII62用于感知Y轴遮光板的移动情况，即，用于感知X射线通道在Y轴方向的开口大小。

在成像发光板3的下方设置基座7，在基座7上设置成像发光板3，该成像发光板3位于束光器2的下方，成像发光板3为水平状，即成像发光板3与束光器2的中心轴线相垂直。在成像发光板3的下方设置前反镜4，该前反镜4被固定在基座7上；前反镜4的正面与成像发光板3呈45±0.5°的夹角。

在基座7上设有导轨8，该导轨8平行于成像发光板3；相机5被置于导轨8上并可沿着导轨8移动，因此相机5的移动路径平行于成像发光板3，相机5位于成像发光板3的下方，且相机5的镜头面对前反镜4的正面。

在基座7上设置用于感知X线球管1与成像发光板3之间距离的位置传感器60。

整个全身数字X线机还包括联动控制器；联动控制器包括A/D转换器I 63、A/D转换器II 64、CPU65、D/A转换器66、电动机控制器67、电动机68和A/D转换器III69。电位器W I 61通过A/D转换器I 63与CPU65信号相连，电位器W II 62通过A/D转换器II 64与CPU65信号相连，位置传感器60通过A/D转换器III69与CPU65信号相连；CPU65、D/A转换器66、电动机控制器67和电动机68依次信号相连。电动机68与相机5相连，用于控制相机5沿着导轨8左右滑动。CPU65是购买的常规产品；例如STC的51系列、Microchip的PIC系列都可满足要求。

成像发光板3的大小需满足以下条件：当束光器2与成像发光板3之间的距离最大、且X射线通道的开口最大时(即X轴遮光板21和Y轴遮光板均处于最大开口时)，X线球管1发出的光线能全部落在成像发光板3上。成像发光板3一般选用常规尺寸17英寸x14英寸。

前反镜4的大小需满足以下条件：能保证成像发光板3产生最大图像时能完全落在前反镜4上。

相机5一般需满足以下条件：产生最大图像时，相机5能将17英寸*14英寸的图像完整拍摄下来，并保证CCD最大限度被使用的位置。

本发明的采用束光仪联动控制变焦技术的全身数字X线机的工作原理和工作过程，具体如下：

1、首先，按照常规的X射线摄片要求，医生根据病人摄片部位，调节照射野大小(即调节X线球管1与成像发光板3之间的距离，以及对X轴遮光板21和Y轴遮光板进行相应调节)，减少病人的射线照射量，从而提高图像清晰度。当然，一般对于同一摄片部位时，X线球管1与成像发光板3之间的距离是不太需要调节的。此为常规技术。

2、位于X轴遮光板21上的电位器I 61将测得的X轴(长)光野大小相对应的模拟电信号传输至A/D转换器I 63，A/D转换器I 63负责将该模拟电信号转换成数字信号传递至CPU65。

同理，位于Y轴遮光板上的电位器II 62将测得的Y轴(宽)光野大小相对应的模拟电信号传输至A/D转换器II 64，A/D转换器II 64负责将该模拟电信号转换成数字信号传递至CPU65。

位置传感器60将测得的与X线球管1与成像发光板3之间距离相对应的模拟电信号传输至A/D转换器III69，A/D转换器III69负责将该模拟电信号转换成数字信号传递至CPU65。

3、CPU65的判断的原理和具体内容如下：

1)、以X轴为例：

X线球管1的焦点与束光器2的底部之间的距离定义为h1，h1为已知固定值；X线球管1的焦点与成像发光板3之间的距离定义为h2，位置传感器60负责向CPU65提供h2的相应数据；X轴遮光板21开口大小的1/2定义为a1；电位器W I 61负责向CPU65提供a1的相应数据。

X射线在成像发光板3上的X轴照射野大小(即X轴图像大小)的1/2定义为c1。

CPU65根据c1/a1＝h2/h1(三角形相似定理)，即可得知X轴图像大小是2倍的c1，即等于＝2*h2*a1/h1。

相机5的焦距定义为L1，L1为已知固定值；相机5的图像传感器X轴的尺寸定义为b，b为已知的固定值；前反镜4中图像在X轴的尺寸定义为d；由于d与X射线在成像发光板3上的X轴照射野大小相等(平面镜成像原理)，因此，d＝2c1。

相机5镜头的中心线到前反镜4之间的距离定义为L2，相机5在前反镜4上的最大视野的垂直面到相机5镜头的中心线在前反镜4上的对应点之间的距离定义为L3(固定已知)。

根据三角形相似定理，L1/(L2+L3)＝b/d；即，L2＝L₁*2*h2*a1/(b*h1)-L3。

2)、以Y轴为例：

Y轴遮光板的开口大小的1/2定义为f1；电位器W II 62负责向CPU65提供f1的相应数据。相机5的图像传感器Y轴的尺寸定义为g，g为已知的固定值。

计算方式等同与上述步骤1)的“以X轴为例”。相机5镜头的中心线到前反镜4之间的距离定义为L2’。

计算所得的L2’＝L₁*2*h2*fl/(g*h1)-L3。

3)、CPU65将L2与L2’进行比较，选择数值大的作为标准值，CPU65将上述数据以数字信号的形式传递至D/A转换器66，D/A转换器66负责将该数字信号转换成模拟电信号，电动机控制器67收到此信号后带动电动机68作相应的运转(包括正反转、转多少圈等)，带动相机5沿着导轨8作相应的滑动，从而确保相机5镜头的中心线与前反镜4之间的距离为上述计算所得的标准值。

本发明的采用束光仪联动控制变焦技术的全身数字X线机，当X射线照射视野变大时，CPU65向电机控制器67发送反转和旋转圈数信号使相机5向背离前反镜4的方向移动相应距离(如图1所示)；反之当X射线照射视野缩小时，CPU65向电机控制器67发送正转和旋转圈数信号使相机5向前反镜4的方向移动适当的距离(如图2所示)。

通常全身数字X射线机数码相机的照射野的大小是设计好的(即成像发光板3的大小)，使用过程中只调节X射线照射野的大小，不再调节相机视野的大小，因此在摄取小视野时，相机存在无效像素(无效像素的比例与视野大小有关)。本发明的相机5是由电动机68带动沿着光轴前后移动，相机5的具体摄像位置是由计算机根据病人实际照射野大小而定，不同大小的照射野，相机5的位置不同。相机5每到一个新的位置，自动聚焦***工作，以保证正确对焦，获得优质图像。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的一个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims

1.采用束光仪联动控制变焦技术的全身数字X线机，包括从上至下依次设置的X线球管(1)、束光器(2)和成像发光板(3)，所述X线球管(1)和束光器(2)固定相连，X线球管(1)与成像发光板(3)之间的距离为可调或不可调；在束光器(2)内设有贯穿束光器(2)的X射线通道，在束光器(2)的底部设有调节X射线通道开口大小的X轴遮光板(21)和Y轴遮光板；其特征是：在X轴遮光板(21)上设有电位器WI(61)，在Y轴遮光板上设有电位器WII(62)；在成像发光板(3)的下方设置前反镜(4)，所述前反镜(4)的正面与成像发光板(3)呈45±0.5°的夹角；在成像发光板(3)的下方设置可移动的相机(5)；所述相机(5)的移动路径平行于成像发光板(3)，且相机(5)的镜头面对前反镜(4)的正面；

整个全身数字X线机还包括联动控制器；所述电位器WI(61)、电位器WII(62)和用于带动相机(5)移动的电动机(68)分别与联动控制器信号相连。

2.根据权利要求1所述的采用束光仪联动控制变焦技术的全身数字X线机，其特征是：

所述联动控制器包括A/D转换器I(63)、A/D转换器II(64)、CPU(65)、D/A转换器(66)和电动机控制器(67)；

电位器WI(61)与A/D转换器I(63)信号相连，电位器WII(62)与A/D转换器II(64)信号相连，A/D转换器I(63)和A/D转换器II(64)分别与CPU(65)信号相连，所述CPU(65)、D/A转换器(66)、电动机控制器(67)和电动机(68)依次信号相连。

3.根据权利要求2所述的采用束光仪联动控制变焦技术的全身数字X线机，其特征是：用于感知X线球管(1)与成像发光板(3)之间距离的位置传感器(60)通过A/D转换器III(69)与CPU(65)相连。

4.根据权利要求3所述的采用束光仪联动控制变焦技术的全身数字X线机，其特征是：成像发光板(3)的大小需满足以下条件：当所述束光器(2)与成像发光板(3)之间的距离最大、且X射线通道的开口最大时，X线球管(1)发出的光线能全部落在成像发光板(3)上。

5.根据权利要求4所述的采用束光仪联动控制变焦技术的全身数字X线机，其特征是：所述前反镜(4)的大小需满足以下条件：能保证成像发光板(3)产生最大图像时能完全落在前反镜(4)上。