Ccd图像采集装置、x射线成像系统和ccd数字成像系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了CCD图像采集装置、X射线成像系统和CCD数字成像系统。该CCD图像采集装置包括：壳体，所述壳体内限定出光线传播空间；CCD相机，所述CCD相机设置在所述壳体的上壁；用于将X射线转换为可见光的闪烁屏，所述闪烁屏设置在所述壳体的前壁上；以及用于将可见光的至少一部分反射至CCD相机的反射镜，所述反射镜设置在所述壳体的后壁上，所述反射镜与所述闪烁屏相对设置，其中，在所述壳体的横截面上，所述闪烁屏的近CCD相机端与所述反射镜的远CCD相机端的连线与所述反射镜呈的夹角为78?82度。该CCD图像采集装置避免反射镜的反射光线回到闪烁屏所引起的图像噪声。
【专利说明】
CCD图像采集装置、X射线成像系统和CCD数字成像系统
技术领域
[0001] 本实用新型涉及数字化X射线成像装置领域，具体地，涉及C⑶图像采集装置。
【背景技术】
[0002] 由于医学诊断对于图像质量要求日益提高，各种类型的成像设备也在不断地发 展。基于高分辨率CCD的X射线直接数字化成像(DR)系统是近几年发展起来的一种新型X射 线医学诊断设备。如何最大限度地增大DR的信噪比，提高图像的质量，成为CCD图像采集，尤 其是医用DR的研究重点方向之一。 【实用新型内容】
[0003] 本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型的 一个目的在于提出一种CCD图像采集装置，通过改进由闪烁屏与反射镜之间的光路，显著降 低反射镜光线回到闪烁屏所引起的图像噪声。
[0004] 因而，根据本实用新型的一个方面，本实用新型提供了一种CCD图像采集装置。根 据本实用新型的实施例，该装置包括:壳体，所述壳体内限定出光线传播空间；CCD相机，所 述CCD相机设置在所述壳体的上壁;用于将X射线转换为可见光的闪烁屏，所述闪烁屏设置 在所述壳体的前壁上；以及用于将可见光的至少一部分反射至CCD相机的反射镜，所述反射 镜设置在所述壳体的后壁上，所述反射镜与所述闪烁屏相对设置，其中，所述闪烁屏的近 CCD相机端与所述反射镜的远CCD相机端的连线与所述反射镜呈的夹角为78-82度。
[0005] 根据本实用新型实施例的CCD图像采集装置，发明人在闪烁屏面积和闪烁屏到CCD 相机光心距离一定的情况下通过调整反射镜与闪烁屏的距离和设置角度，改进可见光在壳 体内的传播光路，当闪烁屏的近CCD相机端与反射镜的远CCD相机端的连线与反射镜呈的夹 角为78-82度时，显著降低反射镜的反射光线回到闪烁屏所引起的图像噪声。
[0006] 任选地，在所述壳体的横截面上，所述闪烁屏的近CCD相机端与所述反射镜的远 CCD相机端的连线与所述反射镜呈的夹角为80度。
[0007] 任选地，在所述壳体的横截面上，所述闪烁屏的近CCD相机端与所述反射镜的远 C⑶相机端的连线与所述闪烁屏呈的夹角为50-60度，优选地，为55度。
[0008] 任选地，所述闪烁屏与所述反射镜所形成的夹角为20-30度，优选地，为25度。
[0009] 任选地，在所述壳体的横截面上，所述CCD相机镜头相对于所述反射镜的像点构成 由所述闪烁屏和所述反射镜确定的三角形的顶点。
[0010]任选地，所述三角形的高为72厘米。
[0011] 任选地，所述闪烁屏为边长为43厘米的正方形，所述反射镜为上底为23厘米，下底 为27厘米，高为23厘米的梯形。
[0012] 任选地，所述壳体的侧壁为五边形。
[0013] 根据本实用新型的另一方面，本实用新型提供了一种X射线成像系统。根据本实用 新型的实施例，该系统包括:前述的CCD图像采集装置。由此，该CCD图像采集装置最大限度 的避免反射镜的反射光线回到闪烁屏所引起的图像噪声，从而，使X射线成像系统得到的图 像更清晰。
[0014] 根据本实用新型的再一方面，本实用新型提供了一种CXD数字成像系统。根据本实 用新型的实施例，该系统包括:前述的CCD图像采集装置。由此，该CCD图像采集装置避免反 射镜的反射光线回到闪烁屏所引起的图像噪声，从而，使CCD数字成像系统得到的图像更清 晰。
[0015] 本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述 中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
【附图说明】
[0016] 本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将 变得明显和容易理解，其中：
[0017] 图1显示了根据本实用新型一个实施例的CCD图像采集装置横截面结构示意图； [0018]图2显示了根据本实用新型一个实施例的C⑶图像采集装置的立体结构示意图； [0019]图3显示了根据本实用新型一个实施例的C⑶图像采集装置的光路示意图；
[0020]图4显示了根据本实用新型一个实施例的CCD图像采集装置的AE与α和β关系的示 意图；
[0021]图5显示了根据本实用新型一个实施例的X光机和现有X光机检测线对卡的结果示 意图；
[0022]图6显示了现有X光机检测动物胸腔的结果示意图；
[0023]图7显示了现有X光机检测人胸腔的结果示意图；
[0024]图8显示了根据本实用新型一个实施例的X光机检测动物胸腔的结果示意图；
[0025] 图9显示了根据本实用新型一个实施例的X光机检测人胸腔的结果示意图。
【具体实施方式】
[0026] 下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始 至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参 考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的 限制。
[0027] 在本实用新型的描述中，术语"纵向"、"横向"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、 "竖直"、"水平"、"顶"、"底"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实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此 不能理解为对本实用新型的限制。
[0028] 需要说明的是，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相 对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以 明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。进一步地，在本实用新型的描述中，除非另有 说明，"多个"的含义是两个或两个以上。
[0029] 根据本实用新型的一个方面，本实用新型提供了一种CCD图像采集装置。参考图1 和2,根据本实用新型的实施例，对该CCD图像采集装置进行解释说明，该装置包括：壳体 100、CXD相机200、闪烁屏300和反射镜400，其中，壳体100内限定出光线传播空间；CXD相机 200设置在壳体100的上壁；闪烁屏300设置在壳体100的前壁上，用于将X射线转换为可见 光;反射镜400设置在壳体100的后壁上，反射镜400与闪烁屏300相对设置，反射镜400用于 将可见光的至少一部分反射至C⑶相机200，需要说明的是，反射至CXD相机的至少部分可见 光可以清晰的反应后续成像所需要的全部信息，其中，在壳体100的横截面上，闪烁屏300的 近CCD相机端与所述反射镜的远CCD相机端的连线与所述反射镜呈的夹角为78-82度，即δ为 78-82度。
[0030] 根据本实用新型实施例的CCD图像采集装置，发明人发现在闪烁屏面积和闪烁屏 至IjCCD相机光心距离一定的情况下通过调整反射镜与闪烁屏的距离和设置角度，改进可见 光在壳体内的传播光路，最大限度的避免反射镜的反射光线回到闪烁屏所引起的图像噪 声。
[0031] 在图3中，AB为闪烁屏，ED为反射镜，F为CCD相机镜头组光心位置，C为镜头组光心 在反射镜中成的像。以闪烁屏大小为430*430(mm)的正方形，即AB为430(mm)，闪烁屏到镜头 组光心距离OC为720(mm)为例进行说明。所以闪烁屏发出的光只要在圆锥顶角为ZACB之 内，都可以被镜头组接收到。其中，需要注意的是闪烁屏AB发出的光经过反射镜DE后，有一 部分光可以重新反射回闪烁屏，在闪烁屏上发生漫反射，漫反射的光再次到达反射镜，再次 被镜头接收，因此为了减小可见光的二次反射，我们要求ZADE尽量的大；同时考虑装置的 应用方便性和可行性，也要关注CCD整个成像装置的大小，所以也要求AE的长度尽量的短。 [0032] 在图3中，将Z BAD设为a，Z DEG设为β，用这两个角度变量来控制Z ADE和AE的大 小，其中，ZADE = a+0
[0033]
[0034]
[0035]
[0036]
[0037]
[0038] 根据AE的关系选取了当a分别为20°、45°、60°、80°，β从20°到90°，作出了AE与a与β 关系，如图4所示，AE总体变化趋势是：在a为20°、45°和60°时，随β增大而增大，但是在a为 80°时，AE随β增大而变小。在同一β角时，AE随a增大也增大。发明人充分考虑CCD成像的应用 性和可行性，认为β在20°到30°之间，a在50°到60°之间时，比较符合工业和应用需求。在这 里选取Z DEG = 20°、Z BAD = 51°与Z DEG = 25°，Z BAD = 55°时的两种情况进行试验，由Z ADE = a+i3得到ZADE分别为71°与80°。在下面给出这两种情况光路图。并从这两个情况进行 设计了探测器和进行实验，计算两种情况下二次反射发生的概率，具体如下：
[0039]在光路图中，如果们做辅助线MD丄ED，由光学的反射定律易知，处于AM段发出的光 经过反射镜被反射后，可能再次照射到闪烁屏上发生漫反射引起反射镜的二次反射。在图3 中已知：Z ADE、Z BAD、Z DEG、OC与AB，我们得到：
[0040]
[0043] iZADE = 711t4#M=150mm;[0044] 同理当ZADE = 80°时，AM = 85mm;在这里定义二次反射的概率为P:
[0041]
[0042]
[0045]
[0046] m&:iZADE = 7lHP?0.35
[0047] ZADE = 8〇HP?0.2。
[0048] 从上面的计算可以看出，当ZADE = 71°时，可能发生二次反射的概率显著大于Z ADE = 80°的概率。所以从理论上来看，当Z ADE = 80°时的成像分辨率和成像质量比Z ADE = 71°时要好。
[0049] 进而，根据本实用新型的实施例，在壳体100的横截面上，闪烁屏300的近CCD相机 端与所述反射镜的远CCD相机端的连线与所述反射镜呈的夹角为78-82度，即δ为78-82度。 由此，该角度下，X光机发出的X射线经闪烁屏转换为可见光后，照射到反射镜的可见光经反 射镜反射后充分的被反射至CCD相机的镜头组，避免反射光线反射至闪烁屏引起噪声，成像 分辨率和成像质量好。根据本实用新型的优选实施例，在壳体100的横截面上，闪烁屏300的 近CCD相机端与所述反射镜的远CCD相机端的连线与所述反射镜呈的夹角为80度，即δ为80 度。由此，该角度下，X光机发出的X射线经闪烁屏转换为可见光后，照射到反射镜的可见光 经反射镜反射后充分的被反射至CCD相机的镜头组，还能极大限度的避免反射光线反射至 闪烁屏引起噪声，成像分辨率和成像质量更佳。
[0050] 根据本实用新型的实施例，在壳体100的横截面上，闪烁屏300的近CCD相机端与反 射镜400的远CXD相机端的连线与闪烁屏300呈的夹角α为50-60度。由此，在δ为78-82度条件 下，α为50-60度时，便于CCD成像应用，成像效果好。根据本实用新型的优选实施例，该夹角β 为55度，更易于应用于CCD成像，成像效果更佳。
[0051]根据本实用新型的实施例，闪烁屏300与反射镜400所形成的夹角β为20-30度。由 此，在δ为78-82度条件下，β为20-30度时，便于CCD成像应用，成像效果好。根据本实用新型 的优选实施例，该夹角β为25度，更易于应用于CCD成像，成像效果更佳。参考图3,根据本实 用新型的实施例，在壳体100的横截面上，CCD相机镜头相对于反射镜400的像点构成由闪烁 屏200和反射镜400确定的三角形的顶点。具体地，A和B闪烁屏上两边的端点，D和E是反射镜 上底和下底的端点，连接AE和BD并延长得到一个交点C，该C点即镜头由反射镜成像的像点。 由此，反射镜反射的光线充分进入相机的镜头中，使成像效果更好。根据本实用新型的具体 实施例，该三角形的高为72厘米。根据本实用新型的又一具体实施例，闪烁屏200为边长为 43厘米的正方形，反射镜400为上底为23厘米，下底为27厘米，高为23厘米的梯形。
[0052]根据本实用新型的实施例，壳体100的侧壁为五边形。由此，CCD图像采集装置的 体积小，便于安装和应用。
[0053]参考图2,根据本实用新型的实施例，该装置进一步包括:法兰，该法兰固定在壳体 100的外壁上，便于将CCD图像采集装置固定在其它装置上，可以提供全帧幅旋转。
[0054]根据本实用新型的另一方面，本实用新型提供了一种X射线成像系统。根据本实用 新型的实施例，该系统包括:前述的CCD图像采集装置。由此，该CCD图像采集装置最大限度 的避免反射镜的反射光线回到闪烁屏所引起的图像噪声，从而，使X射线成像系统得到的图 像更清晰。
[0055] 根据本实用新型的再一方面，本实用新型提供了一种CXD数字成像系统。根据本实 用新型的实施例，该系统包括:前述的CCD图像采集装置。由此，该CCD图像采集装置避免反 射镜的反射光线回到闪烁屏所引起的图像噪声，从而，使CCD数字成像系统得到的图像更清 晰。
[0056] 对比例
[0057]采用碘化铯(CsI)的闪烁屏，其大小为430*430(mm)，X光机的图像采集装置的结构 示意图如1-3所示，其中，ZADE = 71°，探测器单反镜头分辨率为3.4LP/mm，实验采用20KW高 压和50KW高压两种实验条件，其中，20KW主要针对线对卡和宠物实验，50KW针对人体实验。 利用该X光机对线对卡、动物胸腔和人的胸腔进行X检测，其中，线对卡的X光检测结果如图5 中左侧所示，动物胸腔的X光检测如图6所示，人的胸腔的X光检测如图7所示。
[0058] 实施例1
[0059]采用碘化铯(Cs I)的闪烁屏，其大小为430*430 (mm )，X光机的图像采集装置的结构 示意图如1-3所示，其中，Z ADE = 80°，图像采集装置的单反镜头分辨率为4.6LP/mm，实验采 用20KW高压和50KW高压两种实验条件，其中，20KW主要针对线对卡和宠物实验，50KW针对人 体实验。
[0060]利用该X光机对线对卡、动物胸腔和人的胸腔进行X检测，其中，线对卡的X光检测 结果如图5中右侧所示，相比于左侧的线对卡图像，右侧的图像更清晰。动物胸腔的X光检测 如图8所示，从宠物的胸腔结果上来看，与对比例的图6的照片相比，图8的结果更加令人满 意，宠物的肋骨和胸腔边界更加突出，细节显示更加完善。在高压输出为50kw时，人体拍片 实验，实验结果如图9所示，相对于对比例检测得到的图7,胸片的肋骨和脊柱的细节凸显更 加明显，肋骨的边界也更清晰。
[0061 ]综上所述，图像采集装置中，ZADE的增大对CCD探测器无论是在图像分辨率还是 在图像的质量效果上都有质的提高。因此在不改变外部条件的情况下，通过增大ZADE的角 度来提高CCD探测器的分辨率和成像质量是可行的。但是过度的增大Z ADE也会带来AE长度 的增大，所以选定ZADE在78-82°，尤其是80°的设计不论是在成像结果和成像分辨率上都 能很大的满足我们的要求了。
[0062]在本说明书的描述中，参考术语"一个实施例"、"一些实施例"、"示例"、"具体示 例"、或"一些示例"等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特 点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表 述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在 任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0063]尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解： 在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换
【主权项】
1. 一种CXD图像采集装置，其特征在于，包括： 壳体，所述壳体内限定出光线传播空间； CCD相机，所述CCD相机设置在所述壳体的上壁； 用于将X射线转换为可见光的闪烁屏，所述闪烁屏设置在所述壳体的前壁上；以及 用于将可见光的至少一部分反射至CCD相机的反射镜，所述反射镜设置在所述壳体的 后壁上，所述反射镜与所述闪烁屏相对设置， 其中，在所述壳体的横截面上，所述闪烁屏的近CCD相机端与所述反射镜的远CCD相机 端的连线与所述反射镜呈的夹角为78-82度。2. 根据权利要求1所述的CCD图像采集装置，其特征在于，在所述壳体的横截面上，所述 闪烁屏的近CCD相机端与所述反射镜的远CCD相机端的连线与所述反射镜呈的夹角为80度。3. 根据权利要求1所述的CCD图像采集装置，其特征在于，在所述壳体的横截面上，所述 闪烁屏的近CCD相机端与所述反射镜的远CCD相机端的连线与所述闪烁屏呈的夹角为50-60 度，优选地，为55度。4. 根据权利要求1所述的CCD图像采集装置，其特征在于，所述闪烁屏与所述反射镜所 形成的夹角为20-30度，优选地，为25度。5. 根据权利要求1所述的CCD图像采集装置，其特征在于，在所述壳体的横截面上，所述 CCD相机镜头相对于所述反射镜的像点构成由所述闪烁屏和所述反射镜确定的三角形的顶 点。6. 根据权利要求5所述的CCD图像采集装置，其特征在于，所述三角形的高为72厘米。7. 根据权利要求6所述的CCD图像采集装置，其特征在于，所述闪烁屏为边长为43厘米 的正方形，所述反射镜为上底为23厘米，下底为27厘米，高为23厘米的梯形。8. 根据权利要求1所述的CCD图像采集装置，其特征在于，所述壳体的侧壁为五边形。9. 一种X射线成像系统，其特征在于，包括： 权利要求1-8任一项所述的CCD图像采集装置。10. -种CXD数字成像系统，其特征在于，包括： 权利要求1-8任一项所述的CCD图像采集装置。
【文档编号】A61B6/00GK205586015SQ201620115967
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年2月5日
【发明人】王 义, 陈晓龙, 刘超
【申请人】清华大学, 河北天地智慧医疗设备股份有限公司