运动状态触发的智能X光成像系统的制作方法

运动状态触发的智能x光成像系统
技术领域
1.本实用新型涉及x光成像系统技术领域，具体涉及一种运动状态触发的智能x光成像系统。


背景技术：

2.x光成像系统是人类关节疾病主要的有效的诊断设备。近年来，动态x光成像系统开始被用于人类关节疾病动态研究和诊断。以膝关节为例，医生会让病人自己走路或者跑步，然后用动态x光成像系统在该病人走路或者跑步时关节的运动状态以每秒几十帧的x光动态影像记录下来。然后，通过对关节的运动时的x光动态影像的分析，就可以比较精准地确诊病人膝关节的问题。虽然每秒几十帧的x光动态影像对帮助诊断病人膝关节的问题非常有效，但是毕竟x光的放射线对人体是有害的。假定医生需要录制20秒的x光动态影像来确诊病人膝关节的问题，而x光动态影像的拍摄速度是30帧每秒，那么这位病人就需要被拍摄600张x光片，才能够让医生完成诊断。而这600张x光片的放射剂量对人体而言危害还是比较大的。


技术实现要素：

3.1、实用新型要解决的技术问题
4.针对现有的动态x光成像系统在成像时需要较大放射剂量的技术问题，本实用新型提供了一种运动状态触发的智能x光成像系统，它能够通过选择最佳的拍摄时刻把医生诊断所需要的受检部位在运动时的关键状态帧拍摄下来，进而大幅减少病人在做检查时受到的放射剂量，保障病人的健康。
5.2、技术方案
6.为解决上述问题，本实用新型提供的技术方案为：
7.一种运动状态触发的智能x光成像系统，包括用于对用户受检部位进行x光成像的x光发生器和x光探测器，还包括固定于用户受检部位或受检部位周围的若干标记物，以及至少一个标记物成像装置；所述标记物成像装置用于对固定于用户受检部位的若干标记物成像以获取用户受检部位的运动状态。可选地，所述标记物为主动发光标记物或被动发光标记物。
8.可选地，所述主动发光标记物或被动发光标记物固定于用户受检部位的周围。
9.可选地，所述主动发光标记物或被动发光标记物为可见光标记物，所述标记物成像装置能够对所述的可见光标记物成像。
10.可选地，所述主动发光标记物或被动发光标记物为不可见光标记物，所述标记物成像装置上安装有与所述不可见光的波段相匹配的滤光片，所述标记物成像装置能够对所述的不可见光标记物成像。
11.可选地，还包括原地运动平台。
12.可选地，所述原地运动平台为跑步机。
13.可选地，所述标记物成像装置包括成像模块、标记物分析定位模块和条件触发启动模块。
14.可选地，所述x光发生器和标记物成像装置通过定时启动模块电连接。
15.可选地，还包括控制器和显示器，所述控制器分别与x光发生器、x光探测器和标记物成像装置电连接。
16.3、有益效果
17.采用本实用新型提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
18.(1)本运动状态触发的智能x光成像系统能够被用于绝大多数运动关节的疾病诊断，并能够通过选择最佳的拍摄时刻把医生诊断所需要的受检部位在运动时的关键状态帧拍摄下来，就可以大幅减少x光动态影像中x光片得总的拍摄数量，进而大幅减少病人在做检查时受到的放射剂量，保障病人的健康。
附图说明
19.图1为本实用新型实施例提出的一种运动状态触发的智能x光成像系统的结构示意图；
20.图2为本实用新型实施例一提出的一种运动状态触发的智能x光成像系统的工作流程示意图；
21.图3为本实用新型实施例二提出的一种运动状态触发的智能x光成像系统的工作流程示意图；
22.1、x光发生器；2、x光探测器；3、标记物；4、标记物成像装置；5、控制器；6、显示器。
具体实施方式
23.为进一步了解本实用新型的内容，结合附图1-3及实施例对本实用新型作详细描述。
24.实施例一
25.结合附图1和2，本实施例的一种运动状态触发的智能x光成像系统，包括原地运动平台，以及用于对用户受检部位进行x光成像的x光发生器1和x光探测器2，所述原地运动平台为跑步机，所述x光发生器1包括x光的球管、x光的束光器和高压发生器，获取x光影像时，高压发生器发出球管需要的高压，让x光的球管发出x光，x光的球管发出x光经过x光的束光器，射向人体的受检部位，如左侧膝关节，x光穿过人体的受检部位后，就会被x光探测器2测接收并转换成影像，还包括固定于用户受检部位或受检部位周围的若干标记物3，以及与若干标记物3相配合以获取用户受检部位运动状态的至少一个标记物成像装置4，所述x光发生器1和标记物成像装置4电连接人体的受检部位，如左侧膝盖和右侧膝盖的附近，分别放置着一系列(多个)标记物3，这些标记物3能够被标记物成像装置4快速成像，标记物3的特点是能够被标记物成像装置4非常快速地成像和定位，如图1所示，若干标记物3分别被放置在人体受检部位的两侧，在实际应用中，标记物成像装置4可多可少，假定在某种情况下，医生只需要通过右侧膝盖的外侧的影像，就可以诊断受检者左侧膝盖的问题，那么在这种情况下，人们可能只需要使用一个标记物成像装置4，对准受检者左侧膝盖即可，在另外的一些情况下，医生可能还需要右侧膝盖的外侧的影像和前侧的影像，才能够诊断受检者左侧
膝盖的问题，那么在这种情况下，人们就需要使用两个，甚至更多的标记物成像装置4；用标记物来做人体的各个部位在运动时的定位，在现代动画片制作，现代游戏制作，和虚拟现实的应用中十分常见，是非常成熟的技术。例如在现代动画片制作中，如果需要让动画片中的人物来跳舞或者打拳，一般动画片制作者会去找一位会跳舞或打拳的真人来表演舞蹈或者打拳。动画片制作者会在这个人的身体的各个主要部位如头部，四肢的各个关节附近都放置好标记物，再在这个人的周围放置好一系列的标记物成像装置，然后就可以让这个人表演跳舞或者打拳。所述的一系列的标记物成像装置就会实时采集和定位这个人身体各个部位的标记物，然后通过标记物分析定位模块就可以完美定位和跟踪这个人身体各个部位在跳舞或者打拳时的运动轨迹。然后再通过适当的软件，就可以用这个人的身体各个部位的真实的运动轨迹来让动画中的人物跳出相同的跳舞或者做出相同的打拳的动作。和老式的动画需要人工一张一张图像画出来相比，这种用标记物采集人体运动轨迹新的技术制作现代动画片，其效率更高而且动画人物运动的真实感也会更强。
26.本运动状态触发的智能x光成像系统的工作原理：如图2所示，开始时，医生或者相关的设备操作者先需要为受检者放置好受检部位的标记物，然后让受检者在跑步机上试走或者试跑；在确定受检者在跑步机上试走或者试跑的方式，速度和位置等都符合诊断成像的要求后，设备操作者可以加载所有预设的检测所需要的参数；然后启动x光机和标记物成像装置，对准受检者的受检部位；在确定x光机和标记物成像装置4都已经对准受检者的受检部位后，系统就可以进入正式的循环的图像采集流程了；标记物成像装置先采集一张运动影像；然后根据该影像来确定当前所采集到的运动时的影像是否诊断所需要的关键状态帧，如果是，就让x光发生器1和x光探测器2快速采集一张x光影像；否则，让标记物成像装置4采集下一张运动影像；当x光发生器1和x光探测器2快速完成采集一张x光影像后，系统将判定目前已经采集到的x光影像，是否已经得到了所有需要的运动时的关键状态帧，如果是，系统采图完毕，并将已经采集到的影像，即所有的受检部位在运动时的关键状态帧通过显示器显示出来，供医生诊断使用，否则，让x光机快速采集下一张x光影像；如此循环，直到所有诊断需要的关键状态帧全部采集完毕。
27.本运动状态触发的智能x光成像系统在成像前期的准备流程如下：医生或者相关的设备操作者先选取诊断的部位和运动的方式，比如右侧膝关节，或者左侧膝关节，运动方式为慢走，中速走，快走，慢跑，中速跑，等；选取x光的成像角度和曝光剂量；在完成上述选择后，系统将根据设备操作者的选择的诊断的部位和运动的方式列出系统中已有的和该部位和运动方式相类似的在一个周期中全部运动状态影像；紧接着系统将对诊断所需的运动时的关键状态帧的数量和以及选用哪些关键状态帧提出建议；这些建议可以来自过去的一些类似的检测或者由设备供应商在出厂时根据受检部位和诊断的内容预先设定完成；医生或者相关的设备操作者可以根据提出的建议再做出自己的选择，也就是说，医生或者相关的设备操作者可以接受建议，也可以对当前的检测做出调整和变更，以便让检测更加符合当前病人的个人情况；在完成接受或者变更后，系统将对所有的选择的参数进行存储，方便在成像流程中使用。
28.如果系统中还没有和设备操作者所选取诊断的部位和运动的方式相类似的在一个周期中全部运动状态影像，或者由于受检人的受检部位比较特殊，或者受检人的走路或者跑步的方式比较特殊而找不到已有的相类似的一个周期中全部运动状态影像，那么医生
或者相关的设备操作者就需要为这位较为特殊的受检者的受检部位来产生一个周期中全部运动状态影像。具体做法如下：医生或者相关的设备操作者先需要为受检者放置好受检部位的标记物，然后让受检者在跑步机上试走或者试跑；在确定受检者在跑步机上试走或者试跑的方式，速度和位置等都符合诊断成像的要求后，设备操作者启动标记物成像装置(但是不需要启动x光成像部分)，对准受检者的受检部位；在标记物成像装置对准受检者的受检部位后，让受检人按照诊断所需要的选择开始走路或者跑步，同时让标记物成像装置采集相应的一个周期中全部运动状态影像。这些采集到的影像，就可以让医生或者相关的设备操作者通过所述的本运动状态触发的智能x光成像系统在成像前期的准备流程来完成诊断所需要的关键状态帧的选择了。
29.本运动状态触发的智能x光成像系统能够被用于绝大多数运动关节的疾病诊断，并能够通过选择最佳的拍摄时刻把医生诊断所需要的受检部位在运动时的关键状态帧拍摄下来，就可以大幅减少x光动态影像中x光片得总的拍摄数量，进而大幅减少病人在做检查时受到的放射剂量，保障病人的健康。
30.作为本实用新型的可选方案，所述标记物3为主动发光标记物或被动发光标记物，主动发光标记物含有电池和发光源，如发光二极管。这类标记物可以主动发出特定的光线，方便标记物成像装置快速成像和定位，被动发光标记物一般没有电池和发光源，但是其表面有反射特定光线的反射层，被动发光标记物在外界的特定光线的照明下，会通过反射被动发出特定的光线，也能够让标记物成像装置快速成像和定位，在使用被动发光标记物时，人们需要在标记物成像装置中的成像模块附近放置被动发光标记物所需要的外界的特定光线的照明源，以便所述被动发光标记物能够反射所述特定光线的照明源发出的光让标记物成像装置成像。人们也可以在标记物成像装置中的成像模块上集成被动发光标记物所需要的外界的特定光线的照明源，以便所述被动发光标记物能够反射所述特定光线的照明源发出的光。事实上，目前市场上的绝大多数的监控相机都会在其镜头的周围集成多个用于照明的可见光或者近红外光的照明源，如发光二极管led灯珠。在使用被动发光标记物时，所述标记物成像装置可以采用类似的集成照明源的方式。这两种标记物在实际应用中都比较常见。
31.作为本实用新型的可选方案，所述标记物3为主动发光标记物，所述主动发光标记物固定于用户受检部位的周围，主动发光标记物的内部含有电池和发光源，而这些物体会在x光影像中留下明显的物体痕迹。这些在x光影像中留下明显的物体痕迹会和人体的受检部位的影像产生重叠，使用主动发光标记物时，尽量将主动发光标记物放置在受检部位以外，避免和重叠。例如，在使用主动发光标记物做膝盖关节的检查时，主动发光标记物要避开膝盖关节，而是放置在膝盖关节的附近的外围，如果无法完全做到将主动发光标记物放置在受检部位以外，那就要尽量放置在对诊断没有影响或者影响较小的地方；作为本实用新型的可选方案，所述标记物3为被动发光标记物，所述被动发光标记物固定于用户受检部位的周围，被动发光标记物的优点是一般的被动发光标记物在x光影像中不会留下明显的物体痕迹。因此被动发光标记物放置的位置就可以相对而言比较随意一些。但是，被动发光标记物的缺点是发光亮度没有主动发光标记物的发光亮度高，因此标记物成像装置做快速成像和定位的效果会比使用主动发光标记物的情况稍微差一些，但是，随着标记物成像装置的灵敏度的提高，这两者的快速成像和定位的效果已经几乎没有区别了，两者均可按需
选用。
32.作为本实用新型的可选方案，所述主动发光标记物或被动发光标记物为不可见光标记物，所述标记物成像装置4上安装有与不可见光的波段相匹配的滤光片，人体的受检部位在运动时的定位中使用的标记物以发光波段来区分，一般分为可见光和不可见光两个大类，不可见光又主要含有红外光和紫外光两类，这实际的标记物相关的应用中，不可见光主要以近红外光为主，标记物以不可见光为光源有一个最大的好处就是不会让人眼察觉到标记物发出的光，因此不会对人的各种活动或者工作产生不利影响，标记物以不可见光为光源的主要缺点是标记物成像装置4需要使用和不可见光的波段相匹配的特殊的滤光片，标记物成像装置4使用的传感器也必须能够检测到那个不可见光的波段，在实际应用中，由于常见的cmos金属氧化物图像传感器能够对可见光和近红外光成像，而且成本相对较低，因此人们最常用的标记物的发光波段就是可见光和近红外波段，常用的近红外波段典型波长有840,850,940,950纳米，常见的cmos金属氧化物图像传感器能够对近红外波段有效成像；本运动状态触发的智能x光成像系统可以使用可见光或近红外波段的标记物和与之对应的可见光或近红外波段的标记物成像装置4，人们还可以使用荧光标记物，荧光标记物会在漆黑的环境中发出荧光，而绝大部分的荧光是可见光，因此利用可见光的标记物成像装置4就可以对荧光标记物进行快速成像和定位，本系统如果需要在夜间黑暗条件下使用的话，可以考虑使用荧光的或者近红外波段的标记物和与之对应的可见光或近红外波段的标记物成像装置4；标记物成像装置4可以和普通的摄像头类似，但是在近红外波段的标记物时，标记物成像装置4一般需要加装近红外波段的滤光片，以便能够更加清晰的采集到被放置到受检者受检部位附近的近红外波段的标记物，在可见光波段的标记物时，标记物成像装置4一般不需要加装近红外波段的滤光片，另外，标记物成像装置4所有的摄像头还需要有较高的成像速度和较小的镜头的畸变，以保证采集到的图像的质量，成像速度较慢的摄像头在拍片时容易引起拖影和运动模糊，而镜头的畸变较大的摄像头在拍片时容易引起标记物成像形状的畸变，这两个不利因素，标记物成像装置4需要避免，好在有较高的成像速度和较小的镜头的畸变的摄像头已经非常常见，目前市场上大部分好一点的摄像头就能够满足本专利中标记物成像装置4的要求。
33.作为本实用新型的可选方案，所述标记物成像装置4包括成像模块、标记物分析定位模块和条件触发启动模块，所述成像模块为常用的摄像头，所述标记物分析定位模块用于根据成像模块采集到的图像判断运动状态，并与条件触发启动模块内的运动状态关键状态帧进行比对，若相似，则启动x光发生器1和x光探测器2进行x光影响的采集。作为本实用新型的可选方案，还包括控制器5和显示器6，所述控制器5分别与x光发生器1、x光探测器2和标记物成像装置4电连接，显示器6用于显示采集到的x光影像，所述控制器5用于数据的交换，以及用于控制x光发生器1和x光探测器2的启动，其电连接的方式可以为有线或无线的方式。
34.实施例二
35.结合附图3，本实施例的一种运动状态触发的智能x光成像系统，其余结构和实施例一中所述运动状态触发的智能x光成像系统相同，主要区别在于，所述x光发生器1和标记物成像装置4通过定时启动模块电连接，通过定时启动模块可以补偿x光发生器1和标记物成像装置4启动的时间差，因为x光发生器1的启动需要一定的时间，需要一定的提前时间来
启动x光发生器1，才能够真正获得和预先设置的诊断所需要的关键状态帧。
36.本运动状态触发的智能x光成像系统的工作原理：如图3所示，当标记物分析定位模块检测到了运动时的关键状态帧的提前帧(所述关键状态帧的提前帧也就是条件触发启动模块内的运动状态关键状态帧前的图像)，而这个提前帧相当于给了系统一个33毫秒的时间提前量(本实施例中假定系统采集图像速度是每秒30帧)，假定标记物分析定位模块确定是否是关键状态帧的提前帧需要花费5毫秒的时间来完成，而x光机在触发后只需要1毫秒的准备时间就能够开始采集图像，那么步骤133b就可以在延迟33-5-1＝27毫秒的时间后正式启动，就可以确保获得的影像就是系统预先设置好的关键状态帧，事实上，目前市场上的x光机的图像采集所需要的触发时间差别较大，较为先进的x光机在触发后只需要几个毫秒的准备时间就能够开始采集图像，而另外一些x光机在触发后可能就需要几十毫秒准备时间才能够开始采集图像，因此，所需要的延时触发的时间就需要根据x光机在触发后实际的准备时间来设定。
37.以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。