CN111134708B - 限束器控制装置及方法、放射线成像设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种限束器控制装置及方法、放射线成像设备。该限束器控制装置的一具体实施方式包括交互装置和控制器；所述控制器，用于模拟处于初始位置的限束器的第一虚拟模型；所述交互装置，用于显示所述第一虚拟模型，并接收用户对所述第一虚拟模型的运动操作；所述控制器，用于将对所述第一虚拟模型的运动操作转换为对所述限束器的运动操作，并控制所述限束器由初始位置开始运动。该实施方式可精确高效的控制限束器位置。
Description
技术领域
本发明涉及影像设备技术领域。更具体地，涉及一种限束器控制装置及方法、放射线成像设备。
背景技术
放射线成像设备中通常设置有用于控制放射线的照射野的限束器。以X射线成像设备(例如CT成像设备)为例，限束器是X射线成像设备的重要组成部分，其安装在X射线管套输出窗口，可以在X射线检查过程中遮去不必要的原发X射线，把X射线的照射野限制在检查所需要的最小的范围，尽可能的将病人检查时接受的X射线照射的剂量降到最小。
X射线成像设备的限束器通常包括多个叶片(材质为铅)，例如与光圈叶片结构类似的包括七个或九个叶片、可形成大致圆形开口的虹膜限束器，或包括四个叶片、可形成矩形开口的限束器等。最传统的限束器控制方式是采用手动旋钮，并通过特定的机械传动结构来驱动叶片旋转从而调节X射线的照射野，但这样的限束器功能较为单一，无法适应越来越高的使用要求。
因此，目前常用的限束器是使用电机等致动器驱动的机电型器件。由于限束器是安装在X射线成像设备内部的，操作者在外部无法观察到限束器的位置(限束器的位置即各叶片的位置，而各叶片的位置决定了限束器的开口尺寸，其与X射线的照射野直接对应)，因此，目前常用的限束器控制方式为被动监测式控制：操作者在控制面板上持续按压运动按钮以控制限束器的电机驱动限束器运动(例如运动按钮包括标识为向上箭头的变大按钮和表示为向下箭头的变小按钮：操作者持续按压变大按钮时控制电机驱动限束器由当前位置向最大位置匀速运动，以使得限束器的开口尺寸持续变大；操作者持续按压变小按钮时控制电机驱动限束器由当前位置向最小位置匀速运动，以使得限束器的开口尺寸持续变小)，同时，限束器的编码器实时采集的限束器位置反馈至上位机，上位机根据限束器的编码器实时采集的限束器位置模拟并显示限束器的虚拟模型，其中，虚拟模型与限束器形状相同，与限束器进行等比例的同步运动，可实时反映限束器的开口尺寸。这样，操作者便可通过上位机显示的虚拟模型来确定对于限束器运动的控制是否符合预期。
被动监测式控制中，如图1所示，限束器处于初始位置A时上位机读取限束器的编码器采集的限束器位置A并将其转换得到虚拟模型初始位置A`，操作者在控制面板上持续按压运动按钮的起始时刻限束器从初始位置A开始运动，运动过程中上位机需要读取限束器的编码器实时采集的限束器位置并将其转换为虚拟模型的显示图形，当操作者观察到虚拟模型运动到预期位置B`时，松开控制按钮以使限束器停止运动。其存在的问题为控制精度难以得到保证，如图1所示，原因如下：第一、上位机读取限束器的编码器实时采集的限束器位置、以及将其转换为虚拟模型的显示图形都需要时间，会带来时延，无法完全同步，所以在限束器运动过程中虚拟模型位置所反映的限束器位置并非是限束器的实际位置，存在一定的时延误差；第二、限束器运动过程存在惯性，因此当操作者观察到虚拟模型运动到预期位置B`时，松开控制按钮后，由于惯性作用，限束器仍会继续运动一定的位移才会完全的停止，也就造成了的虚拟模型通过预期位置B`所反映的限束器位置与限束器实际位置C不一致的情况，存在一定的惯性误差。由此，会导致X射线图像质量的降低，或者在曝光结束后需要反复调整限束器位置，延长了成像时长，也增加了病人接受的X射线照射的剂量。
因此，需要提供一种新的限束器控制装置及方法、放射线成像设备。
发明内容
本发明的目的在于提供一种限束器控制装置及方法、放射线成像设备，以解决现有技术存在的问题中的至少一个。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
本发明第一方面提供了一种限束器控制装置，包括交互装置和控制器；
所述控制器，用于模拟处于初始位置的限束器的第一虚拟模型；
所述交互装置，用于显示所述第一虚拟模型，并接收用户对所述第一虚拟模型的运动操作；
所述控制器，用于将对所述第一虚拟模型的运动操作转换为对所述限束器的运动操作，并控制所述限束器由初始位置开始运动。
本发明第一方面提供的限束器控制装置采用的控制方式是响应于操作者对第一虚拟模型的运动操作而控制限束器运动，其实现的是一种主动预览式的控制，对于操作者来说可实现所见即所得，可避免被动监测式控制存在的时延误差，从而可精确的一步到位的控制限束器位置，减少累计误差，有利于放射线成像设备高效地获取高质量的X射线图像、降低病人接受的X射线照射的剂量，还可提升限束器的使用寿命。
可选地，所述限束器的运动延迟于所述第一虚拟模型的运动。
此可选方式可进一步保证限束器位置控制的精度和效率，可避免出现反复调整限束器位置的情况。
可选地，所述控制器，用于将对所述第一虚拟模型的运动操作转换为对所述限束器的运动操作，并控制所述限束器由初始位置开始运动进一步包括：
所述控制器，用于在所述第一虚拟模型运动到最终位置后，将所述第一虚拟模型的最终位置转换为限束器的预期位置，并控制所述限束器由初始位置运动到所述预期位置。
此可选方式可进一步保证限束器位置控制的精度和效率，可完全避免出现反复调整限束器位置的情况。
可选地，所述控制器，用于控制所述限束器由初始位置运动到所述预期位置进一步包括：
所述控制器，用于在限束器的运动过程中获取所述限束器的编码器实时采集的限束器位置，判断所述限束器的当前位置与所述预期位置之间的距离是否超过预设阈值，若是则控制所述限束器以第一运动速度运动，若否则控制所述限束器以第二运动速度运动，所述第二运动速度小于所述第一运动速度。
采用此可选方式，可通过控制限束器在接近预期位置时减慢运动速度的方式消除惯性误差，从而进一步保证限束器控制的精度。
可选地，所述控制器，还用于根据所述限束器的编码器实时采集的限束器位置模拟限束器的第二虚拟模型；所述交互装置，还用于显示所述第二虚拟模型。
采用此可选方式，操作者可通过第二虚拟模型查看限束器的运动过程，及时发现异常情况。
可选地，所述控制器，用于控制所述限束器的初始位置为限束器的最大位置。
采用此可选方式，可在初始时刻显示全部的照射野，以便于为操作者调节限束器的照射野提供参照。
本发明第二方面提供了一种放射线成像设备，包括放射源和限束器，还包括本发明第一方面提供的限束器控制装置。
本发明第三方面提供了一种限束器控制方法，包括：
模拟处于初始位置的限束器的第一虚拟模型；
显示所述第一虚拟模型，并接收用户对所述第一虚拟模型的运动操作；
将对所述第一虚拟模型的运动操作转换为对所述限束器的运动操作，并控制所述限束器由初始位置开始运动。
可选地，所述限束器的运动延迟于所述第一虚拟模型的运动。
可选地，所述将对所述第一虚拟模型的运动操作转换为对所述限束器的运动操作，并控制所述限束器由初始位置开始运动进一步包括：
在所述第一虚拟模型运动到最终位置后，将所述第一虚拟模型的最终位置转换为限束器的预期位置，并控制所述限束器由初始位置运动到所述预期位置。
可选地，所述控制所述限束器由初始位置运动到所述预期位置进一步包括：
在限束器的运动过程中获取所述限束器的编码器实时采集的限束器位置，判断所述限束器的当前位置与所述预期位置之间的距离是否超过预设阈值，若是则控制所述限束器以第一运动速度运动，若否则控制所述限束器以第二运动速度运动，所述第二运动速度小于所述第一运动速度。
可选地，该方法还包括：根据所述限束器的编码器实时采集的限束器位置模拟并显示限束器的第二虚拟模型。
可选地，所述限束器的初始位置为限束器的最大位置。
本发明的有益效果如下：
本发明所述技术方案采用的控制方式是响应于操作者对第一虚拟模型的运动操作而控制限束器运动，其实现的是一种主动预览式的控制，对于操作者来说可实现所见即所得，可避免被动监测式控制存在的时延误差，从而可精确的一步到位的控制限束器位置，减少累计误差，有利于放射线成像设备高效地获取高质量的X射线图像、降低病人接受的X射线照射的剂量，还可提升限束器的使用寿命。
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的说明；
图1示出现有的被动监测式限束器控制的效果示意图。
图2示出采用本发明实施例提供的放射线成像设备中的限束器控制装置进行限束器控制的效果示意图。
图3示出本发明实施例提供的限束器控制方法的流程图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
本发明的一个实施例提供了一种放射线成像设备，包括放射源、限束器和限束器控制装置，其中，限束器控制装置包括交互装置和控制器；
所述控制器，用于模拟处于初始位置的限束器的第一虚拟模型；
所述交互装置，用于显示所述第一虚拟模型，并接收用户对所述第一虚拟模型的运动操作；
所述控制器，用于将对所述第一虚拟模型的运动操作转换为对所述限束器的运动操作，并控制所述限束器由初始位置开始运动。
其中，限束器控制装置可由终端设备实现，或者说由上位机实现，终端设备可以是各种电子设备，包括但不限于个人电脑、智能手机、智能手表、平板电脑、个人数字助理等等。在本实施例中，所称的“接收”的具体实现对应于操作者使用交互装置的方式。例如，操作者通过鼠标点选、键盘操作等方式向交互装置输入数据，则交互装置接收用户所输入的数据。
本实施例提供的放射线成像设备中的限束器控制装置采用的控制方式是响应于操作者对第一虚拟模型的运动操作而控制限束器运动，其实现的是一种主动预览式的控制，对于操作者来说可实现所见即所得，可避免被动监测式控制存在的时延误差，从而可精确的一步到位的控制限束器位置，减少累计误差，有利于放射线成像设备高效地获取高质量的X射线图像、降低病人接受的X射线照射的剂量，还可提升限束器的使用寿命。
在本实施例的一些可选的实现方式中，所述限束器的运动延迟于第一虚拟模型的运动。即，交互装置接收到操作者对第一虚拟模型的运动操作后，控制器滞后控制真实的限束器运动。
此实现方式可进一步保证限束器位置控制的精度和效率，可避免出现反复调整限束器位置的情况。
在本实施例的一些可选的实现方式中，所述控制器，用于将对所述第一虚拟模型的运动操作转换为对所述限束器的运动操作，并控制所述限束器由初始位置开始运动进一步包括：
所述控制器，用于在所述第一虚拟模型运动到最终位置后，将所述第一虚拟模型的最终位置转换为限束器的预期位置，并控制所述限束器由初始位置运动到所述预期位置。
此实现方式可进一步保证限束器位置控制的精度和效率，可完全避免出现反复调整限束器位置的情况，例如操作者通过鼠标拖拽第一虚拟模型输入对其的运动操作时，可能不会一步到位而是需要调整，而采用在第一虚拟模型运动到最终位置再控制限束器运动的方式可完全避免对第一虚拟模型的反复调整作用于限束器上，使得限束器可根据第一虚拟模型的最终位置直接运动到限束器的预期位置。
在一个具体示例中，控制器可通过如下预设方式判断第一虚拟模型运动到最终位置：(1)响应于交互装置接收的操作者的确认操作判定第一虚拟模型运动到最终位置，例如，操作者通过鼠标拖拽第一虚拟模型输入对其的运动操作后通过键盘按确认键输入表示运动操作输入完毕的确认信息，控制器响应于确认信息判定第一虚拟模型运动到最终位置；(2)控制器判断交互装置在预设时段(例如2秒)内不再能接收到操作者对所述第一虚拟模型的运动操作则判定第一虚拟模型运动到最终位置。可理解的是，还有其他预设方式，本实施例不再赘述。
在本实施例的一些可选的实现方式中，所述控制器，用于控制所述限束器由初始位置运动到所述预期位置进一步包括：
所述控制器，用于在限束器的运动过程中获取所述限束器的编码器实时采集的限束器位置，判断所述限束器的当前位置与所述预期位置之间的距离是否超过预设阈值，若是则控制所述限束器以第一运动速度运动，若否则控制所述限束器以第二运动速度运动，所述第二运动速度小于所述第一运动速度。
采用此实现方式，可通过控制限束器在接近预期位置时减慢运动速度的方式消除惯性误差，从而进一步保证限束器控制的精度。
在本实施例的一些可选的实现方式中，所述控制器，还用于根据所述限束器的编码器实时采集的限束器位置模拟限束器的第二虚拟模型；所述交互装置，还用于显示所述第二虚拟模型。
采用此实现方式，操作者可通过第二虚拟模型查看限束器的运动过程，及时发现异常情况，例如，操作者可及时发现由于电机故障导致限束器运动出现异常甚至无法运动。
在本实施例的一些可选的实现方式中，所述控制器，用于控制所述限束器的初始位置为限束器的最大位置。
采用此实现方式，可在初始时刻显示全部的照射野，以便于为操作者调节限束器的照射野提供参照。
在一个具体示例中，控制器在放射线成像设备每一次启动后将所述限束器的初始位置控制到最大位置，而在第一次调整后的后续调整时，初始位置可以回到最大位置，也不必回到最大位置而是处于上一次调整的最终位置。
在一个具体示例中，综合上述实现方式，以交互装置的输入组件为鼠标和键盘、输出组件为显示屏，限束器为虹膜限束器，其致动器为电机为例，本实施例提供的限束器控制装置的操作方式及工作流程如下：
操作者启动放射线成像设备，如图2所示，控制器控制限束器处于初始位置A(可设置为最大位置)，同时，控制器模拟处于初始位置A的限束器的图形化的第一虚拟模型并通过显示屏显示，其中，限束器的编码器采集的限束器位置与第一虚拟模型的位置呈等比例关系(或者直接称为正比关系)，关系公式可表示为：Mindisplay为第一虚拟模型的最小位置值，Maxdisplay为第一虚拟模型的最大位置值，Minencoder为限束器的编码器采集的限束器的最小位置值，Maxencoder为限束器的编码器采集的限束器的最大位置值，这四个值为已知变量，而由于初始时刻控制限束器处于初始位置A，所以限束器的编码器采集的限束器的当前位置值Curencoder也是已知的，则可通过上述关系公式转换得到第一虚拟模型的当前位置值Xdisplay(对于初始时刻，第一虚拟模型的当前位置值Xdisplay，即第一虚拟模型的初始位置A`)：/>进一步，可在显示屏上以照射野或者说放射线成像设备的曝光图像中心为圆心，显示初始位置为A`的模拟限束器的圆形第一虚拟模型；
操作者通过鼠标拖拽第一虚拟模型或通过鼠标点击结合键盘操作的方式，输入对第一虚拟模型的运动操作后，通过键盘按确认键输入表示运动操作输入完毕的确认信息；
控制器响应于确认信息判定第一虚拟模型运动到最终位置B`，将第一虚拟模型的最终位置B`转换为限束器的预期位置B，根据限束器的预期位置B控制电机转动，以使得限束器由初始位置A开始向预期位置B运动，其中，同样是基于上述关系公式，在第一虚拟模型的最终位置B`已确定，第一虚拟模型的当前位置值Curdisplay已知的情况下，可通过关系公式转换得到未知量Xencoder即限束器的预期位置B。且在限束器运动的过程中，控制器获取限束器的编码器实时采集的限束器位置，一方面，控制器模拟与限束器位置实时对应的限束器的图形化的第二虚拟模型并通过显示器显示(可通过与上述关系公式类似的转换方式模拟并显示第二虚拟模型)，另一方面，控制器判断限束器的当前位置与预期位置B之间的距离是否超过预设阈值(例如2mm-3mm)，若是则通过向电机发送控制指令以控制限束器快速运动，若否则说明限束器的当前位置已接近预期位置，通过向电机发送控制指令以降低限束器的运动速度使其慢速运动以提升精确性，若限束器的当前位置与预期位置B相等则通过向电机发送控制指令以使其停止运动，由于控制指令的发送和接收的响应时间都是毫秒级的，且限束器的当前位置接近预期位置时限束器的运动速度减慢，因此，可保证限束器的实际位置C与预期位置B相同。可理解的是，在限束器运动的起始时刻，限束器的起始运动速度也是由控制器根据控制根据限束器的初始位置A与预期位置B之间的距离是否超过预设阈值来设定的。
如图3所示，本发明的另一个实施例提供了一种限束器控制方法，包括：
模拟处于初始位置的限束器的第一虚拟模型；
显示所述第一虚拟模型，并接收用户对所述第一虚拟模型的运动操作；
将对所述第一虚拟模型的运动操作转换为对所述限束器的运动操作，并控制所述限束器由初始位置开始运动。
本实施例提供的限束器控制方法采用的控制方式是响应于操作者对第一虚拟模型的运动操作而控制限束器运动，其实现的是一种主动预览式的控制，对于操作者来说可实现所见即所得，可避免被动监测式控制存在的时延误差，从而可精确的一步到位的控制限束器位置，减少累计误差，有利于放射线成像设备高效地获取高质量的X射线图像、降低病人接受的X射线照射的剂量，还可提升限束器的使用寿命。
在本实施例的一些可选的实现方式中，所述限束器的运动延迟于所述第一虚拟模型的运动。
此实现方式可进一步保证限束器位置控制的精度和效率，可避免出现反复调整限束器位置的情况。
在本实施例的一些可选的实现方式中，所述将对所述第一虚拟模型的运动操作转换为对所述限束器的运动操作，并控制所述限束器由初始位置开始运动进一步包括：
在所述第一虚拟模型运动到最终位置后，将所述第一虚拟模型的最终位置转换为限束器的预期位置，并控制所述限束器由初始位置运动到所述预期位置。
此实现方式可进一步保证限束器位置控制的精度和效率，可完全避免出现反复调整限束器位置的情况。
在本实施例的一些可选的实现方式中，所述控制所述限束器由初始位置运动到所述预期位置进一步包括：
在限束器的运动过程中获取所述限束器的编码器实时采集的限束器位置，判断所述限束器的当前位置与所述预期位置之间的距离是否超过预设阈值，若是则控制所述限束器以第一运动速度运动，若否则控制所述限束器以第二运动速度运动，所述第二运动速度小于所述第一运动速度。
采用此实现方式，可通过控制限束器在接近预期位置时减慢运动速度的方式消除惯性误差，从而进一步保证限束器控制的精度。
在本实施例的一些可选的实现方式中，该方法还包括：根据所述限束器的编码器实时采集的限束器位置模拟并显示限束器的第二虚拟模型。
采用此可选方式，操作者可通过第二虚拟模型查看限束器的运动过程，及时发现异常情况。
在本实施例的一些可选的实现方式中，所述限束器的初始位置为限束器的最大位置。
采用此可选方式，可在初始时刻显示全部的照射野，以便于为操作者调节限束器的照射野提供参照。
需要说明的是，本实施例提供的限束器控制方法与上述放射线成像设备中的限束器控制装置的原理及工作流程相似，相关之处可以参照上述说明，在此不再赘述。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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。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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
还需要说明的是，在本发明的描述中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于本领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (9)
1.一种限束器控制装置，其特征在于，包括交互装置和控制器；
所述控制器，用于模拟处于初始位置的限束器的第一虚拟模型；
所述交互装置，用于显示所述第一虚拟模型，并接收用户对所述第一虚拟模型的运动操作；
所述控制器，用于将对所述第一虚拟模型的运动操作转换为对所述限束器的运动操作，并控制所述限束器由初始位置开始运动；
用于将对所述第一虚拟模型的运动操作转换为对所述限束器的运动操作，并控制所述限束器由初始位置开始运动进一步包括：
所述控制器，用于在所述第一虚拟模型运动到最终位置后，将所述第一虚拟模型的最终位置转换为限束器的预期位置，并控制所述限束器由初始位置运动到所述预期位置；
所述控制器，用于控制所述限束器由初始位置运动到所述预期位置进一步包括：
所述控制器，用于在限束器的运动过程中获取所述限束器的编码器实时采集的限束器位置，判断所述限束器的当前位置与所述预期位置之间的距离是否超过预设阈值，若是则控制所述限束器以第一运动速度运动，若否则控制所述限束器以第二运动速度运动，所述第二运动速度小于所述第一运动速度。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述限束器的运动延迟于所述第一虚拟模型的运动。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制器，还用于根据所述限束器的编码器实时采集的限束器位置模拟限束器的第二虚拟模型；所述交互装置，还用于显示所述第二虚拟模型。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制器，用于控制所述限束器的初始位置为限束器的最大位置。
5.一种放射线成像设备，包括放射源和限束器，其特征在于，还包括如权利要求1-4中任一项所述的限束器控制装置。
6.一种限束器控制方法，其特征在于，包括：
模拟处于初始位置的限束器的第一虚拟模型；
显示所述第一虚拟模型，并接收用户对所述第一虚拟模型的运动操作；
将对所述第一虚拟模型的运动操作转换为对所述限束器的运动操作，并控制所述限束器由初始位置开始运动；
所述将对所述第一虚拟模型的运动操作转换为对所述限束器的运动操作，并控制所述限束器由初始位置开始运动进一步包括：
在所述第一虚拟模型运动到最终位置后，将所述第一虚拟模型的最终位置转换为限束器的预期位置，并控制所述限束器由初始位置运动到所述预期位置；
所述控制所述限束器由初始位置运动到所述预期位置进一步包括：
在限束器的运动过程中获取所述限束器的编码器实时采集的限束器位置，判断所述限束器的当前位置与所述预期位置之间的距离是否超过预设阈值，若是则控制所述限束器以第一运动速度运动，若否则控制所述限束器以第二运动速度运动，所述第二运动速度小于所述第一运动速度。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述限束器的运动延迟于所述第一虚拟模型的运动。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，该方法还包括：根据所述限束器的编码器实时采集的限束器位置模拟并显示限束器的第二虚拟模型。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述限束器的初始位置为限束器的最大位置。
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