基于双机器人的医用X射线影像系统及控制方法技术方案

本发明专利技术提出基于双机器人的医用X射线影像系统及控制方法，所述双机器人指主从两个6自由度关节机器人，主机器人夹持X射线球管及束光器，从机器人夹持平板X射线检测器，主从机器人都由各自独立的控制器直接控制，在主从机器人之上有中央控制模块，中央控制模块将主从机器人的两个独立的坐标系整合为统一的坐标系，在这个统一的坐标系中，中央控制模块规划主从机器人各自的位姿，向主从机器人各自的控制器发出命令，协调主从机器人的运动。中央控制模块还对高压发生器进行控制，高压发生器驱动X线球管的阴极灯丝。平板X射线检测器将检测影像转化为电信号并传送到影像工作站。像转化为电信号并传送到影像工作站。像转化为电信号并传送到影像工作站。

【技术实现步骤摘要】
基于双机器人的医用X射线影像系统及控制方法


[0001]本专利技术涉及一种X射线影像系统，特别是一种基于双机器人的医用X射线影像系统及控制方法。

技术介绍

[0002]传统X射线机经过了近百年的临床应用，为人类的健康和医学事业的发展进步起到了重要的作用，但是也暴露除了一些缺陷，影像重叠是其中的最主要缺陷，产生这一缺陷根本原因就是X射线成像是将三维实景显示成二维图像，深度方向的信息会重叠在一起，引起混淆。
[0003]解决这个问题的根本是CT，CT装置是利用X射线管对一个物体切面外围的多方位扫描，根据各个扫描方向上的X射线的吸收情况，计算出物体内部该切面中的内容，目前的CT装置一般是多层扫描，即一次可完成多个切面的扫描，但即使是这样，也需要在纵向移动相当的距离才能完成一次CT检测，从原理上可以看出，CT检测的放射剂量是多于数字X射线摄片检测的，而且CT装置不适合移动使用，也不适合在手术中使用；近年来出现的C臂X射线机可以在手术中使用，C臂X射线机的中的X射线球管及束光器和平板X射线检测器(或影像增强器)可以在空间不同的位置移动，可以在不同的角度和位置摄取X射线影像，从而一定程度上克服了X射线的三维实景二维显示所带来的图像信息重叠的问题。
[0004]由于C臂机有一个C形的导轨，X射线球管及束光器和平板X射线检测器(或影像增强器)沿着C形的导轨运动，C形导轨本身可以平移和转动，结构部分体积较大占用手术的空间，而且由于机械结构复杂传动链比较长，对X射线球管及束光器和平板X射线检测器(或影像增强器)的重复定位精度和影像精度产生了不利的影响。
[0005]本专利技术提出的基于双机器人的X射线影像系统，既能够实现以不同的位置以不同的角度即时摄取X影像，又具有结构简单重复定位精度和影像精度高的特点。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中存在的上述缺陷或缺陷之一，本专利技术提出并设计了一种基于双机器人的医用X射线影像系统，该系统包括两个6自由度关节机器人，其中一个机器人夹持X射线球管及束光器，另一机器人夹持平板X射线检测器，夹持X射线管及束光器的机器人称为主机器人，夹持平板X射线检测器的机器人称为从机器人，主从机器人由各自的控制器直接控制，在主从机器人之上有中央控制模块，中央控制模块将主从机器人的两个独立的坐标系整合为统一的坐标，在这个统一的坐标系中，中央控制模块根据X线摄影角度和位置的需求，规划主从机器人各自的位姿，协调主从机的运动，中央控制模块对高压发生器进行控制，高压发生器驱动X线球管的阴极灯丝，平板X射线检测器将检测影像转化为电信号并传送到影像工作站。
[0007]一种基于双机器人的医用X射线影像系统，其特征在于，包括：主机器人及其控制器、从机器人及其控制器、X射线球管及束光器、高压发生器、平板X射线检测器、影像处理工
作站、中央控制模块及人机操作界面，其中：
[0008]所述主机器人是6自由度关节机器人，由其控制器控制实现多关节运动，主机器人的末端夹持X射线球管及束光器；
[0009]所述从机器人是6自由度关节机器人，由其控制器控制实现多关节运动，从机器人的末端夹持平板X射线检测器；
[0010]所述X射线球管及束光器与高压发生器相连接，高压发生器驱动X球管的阴极灯丝，并对电压、电流进行控制；
[0011]所述平板X射线检测器接收由X射线球管发出并穿透患者待检部位的X射线，将其转换成数字电信号并对其进行处理后传送给影像工作站；
[0012]所述影像工作站为个人电脑，通过USB口接收平板X射线检测器传送的影像信息，并对其进行存储显示和编辑；
[0013]所述中央控制模块为嵌入式控制器，通过人机操作面板接收操作者的指令，控制主从机器人的动作，也将灯丝电压、灯丝电流等参数发送到高压发生器，控制X球管的曝光。
[0014]一种基于双机器人的医用X射线影像系统的控制方法，包括如下步骤：
[0015]步骤一：在医疗手术开始前，将夹持X射线球管的主机器人和夹持平板X射线检测器的从机器人移动到合适的位置，启动双机器人的初始相对位置测量流程，测出主从两个机器人的基坐标系之间的变换矩阵其中R
x
，R
y
，R
z
分别是从机器人基坐标系的三个坐标轴在主机器人基坐标系中的坐标矢量，V0＝(vx
o vy
o vz
o
)是从机器人基坐标系的原点在主机器人基坐标系中的坐标矢量。
[0016]步骤二：引导主机器人的运动以改变其位姿，以使得X射线球管及束光器处于合适的位置以利于X射线照射检查，在主机器人的末端夹持X射线球管及束光器，以X射线球管中的焦点的中心为主机器人末端工具坐标系的原点，以X射线的方向为工具坐标系的z轴的方向，按右手定则确定工具坐标系的x轴和y轴，主机器人末端工具坐标系在主机器人基坐标系中的位姿位置矩阵是其中r
x
，r
y
，r
z
分别是末端工具坐标系的三个坐标轴在基坐标系中的坐标矢量，p0＝(px
o py
o pz
o
)是末端工具坐标系的原点(X射线球管及束光器的焦点中心)在主机器人基坐标系中的坐标矢量。
[0017]步骤三：确定夹持平板X射线检测器的从机器人的末端工具坐标系，以平板X射线检测器的中心点为工具坐标系原点，以平板X射线检测器的法线方向(X射线的方向)为z轴方向，依据右手定则确定x轴和y轴。
[0018]步骤四：主机器人控制器将末端工具坐标位姿(即X射线球管及束光器的位姿)传送给中央控制模块，中央控制模块据此计算出从机器人末端的位姿(即平板X射线检测器的位姿)，在主机器人基坐标系中平板X射线检测器的位姿矩阵是其中p1＝p0+h0，对于一般情况有：h0＝(0 0 h)，p1＝(px
o py
o pz
o
+h)，h是X射线管到成像介质的距离，将位姿矩阵扩展成中央控制模块根据此位姿矩阵T以及步骤二中得到的主从机
器人基坐标系的变换矩阵可以计算出在从机器人基坐标系中其末端工具坐标系的位姿(即平板X射线检测器的位姿)，并将其传送到从机器人控制器中。
[0019]步骤五：从机器人控制器根据步骤四中由中央控制模块发送来的末端工具坐标系的位姿信息，控制自身运动，将平板平板X射线检测器调整到与与主机器人夹持的X射线球管及束光器相对应的合适位置，在此位置上X射线球管及束光器的焦点与平板X射线检测器的空间距离是h。
[0020]实施效果
[0021]相对于普通的C臂X射线机，本专利技术提出的基于双机器人的医用X射线影像系统，既能够实现对检测部位以不同的角度即时摄取X影像，又具有结构简单重复定位精度和影像精度高的特点。
附图说明
[0022]附图1是基于双机器人的医用X射线影像系统及控制方法的示意图。
[0023]附图2是基于双机器人的医用X射线影像系统及控制方法的控制原理图。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于双机器人的医用X射线影像系统，包括两个6自由度关节机器人及各自的控制器，X射线球管及束光器，中央控制模块，人机操作界面，平板X射线检测器，影像服务器，其特征在于：上述两个6自由度机器人可分为主机器人和从机器人，主机器人夹持X射线球管及束光器，主机器人由主机器人的控制器控制；从机器人夹持平板X射线检测器，从机器人由从机器人控制器控制，中央控制模块分别与主从机器人控制器连接；中央控制器与高压发生器连接；高压发生器与X射线球管的阴极灯丝连接；平板X射线检测器通过接口与影像服务器连接。2.根据权利要求1所述的基于双机器人的医用X射线影像系统，其特征在于：所述主机器人控制器直接控制主机器人，所述从机器人控制器直接控制从机器人，所述中央控制模块向主机器人控制器和从机器人控制器发出命令，控制主从机器人之间的配合运动。3.根据权利要求1所述的基于双机器人的医用X射线影像系统，其特征在于：所述中央控制模块控制高压发生器，高压发生器驱动X射线球管阴极灯丝的曝光，中央控制模块接收人机操作界面发来的操作指令，中央控制模块有现场总线接口，通过现场总线接口可以与其它的医疗设备实现互联。4.基于双机器人的医用X射线影像系统的控制方法，其特征是包括如下步骤：步骤一：在医疗手术开始前，将夹持X射线影灯和束光器的主机器人和夹持平板X射线检测器的从机器人移动到合适的位置，启动双机器人的初始相对位置测量流程，测出主从两个机器人的基坐标系的变换矩阵,其中，、、分别是从机器人基坐标系的三个坐标轴在主机器人基坐标系中的坐标矢量，是从机器人基坐标系的原点（在主机器人基坐标系中的坐标矢量；步骤二：引导主机器人的运动以改变其位姿，以使得X射线球管及束光器处于合适的位置以利于X射线照射检查，在主机器人的末端夹持X射线球管及束光器，以X射线球管中的焦点的中心为主机器人末端的工具坐标系的原...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宁，李劲生，陈圣国，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：