專利名稱：X射線成象系統(tǒng)中自動(dòng)確定自動(dòng)亮度系統(tǒng)采樣窗口大小和位置的方法和裝置的制作方法
背景1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明一般涉及X射線成象裝置。更具體地，本發(fā)明涉及在使用自動(dòng)亮度控制采樣窗口的閉環(huán)成象系統(tǒng)中的自動(dòng)亮度控制。
2.本領(lǐng)域現(xiàn)狀X射線成象系統(tǒng)是眾所周知的醫(yī)療診斷和插入工具。在高壓發(fā)生器向X射線管提供電源時(shí)產(chǎn)生X射線。一個(gè)電路通過加熱該管的絲極而為該管的X射線輻照作準(zhǔn)備。第二電路產(chǎn)生高壓電勢(shì)，用于在X射線管內(nèi)加速?gòu)慕z極(或陰極)向陽(yáng)極發(fā)射的X射線。
X射線管內(nèi)的絲極是盤繞的鎢絲，當(dāng)被電流加熱時(shí)鎢絲發(fā)射電子。這是低電壓電路。加熱絲極只需要相對(duì)較小的功率，并且絲極電流中小的變化導(dǎo)致X射線管電流大的變化。
從絲極發(fā)射的電子被聚焦在鎢靶(陽(yáng)極)中的點(diǎn)上。當(dāng)電子因突然減速而在鎢陽(yáng)極內(nèi)相互作用時(shí)產(chǎn)生X射線光子。調(diào)整鎢靶表面的角度，使X射線向著X射線管輸出窗口的方向反射。
為了理解高壓發(fā)生器控制與其對(duì)X射線束穿透率及隨后的診斷圖象質(zhì)量的影響之間的關(guān)系，關(guān)鍵在于記住X射線束的強(qiáng)度隨著施加到管上的千伏電勢(shì)(kVp)和管電流(mA)而變化。所產(chǎn)生的X射線光子的質(zhì)量和強(qiáng)度幾乎完全取決于kVp。
由于曝露在輻射下是有害的，因此所有實(shí)際使用的方法都降低輻照到患者的X射線。一種方法是用會(huì)部分或完全吸收X射線的材料使X射線束準(zhǔn)直。正確的束準(zhǔn)直通過禁止不衰減(不受阻礙)的X射線光子到達(dá)圖象增強(qiáng)器也有助于視頻成象系統(tǒng)。
不同的臨床程序具有各自的束準(zhǔn)直要求。最普通的系統(tǒng)使用固定的、可調(diào)整的葉片和可調(diào)整的光圈(iris)組合準(zhǔn)直。系統(tǒng)還可使用具有獨(dú)立的電動(dòng)控制和位置反饋的光圈和葉片準(zhǔn)直儀。
在檢查患者的過程中，當(dāng)X射線光子穿過患者并接著通過使用圖象增強(qiáng)器管或一些其它的X射線轉(zhuǎn)換器件而被轉(zhuǎn)變成可見光光子(lightphoton)時(shí)形成圖象。X射線光子在撞擊圖象增強(qiáng)器的輸入表面之前穿過各種質(zhì)量和成分的組織和材料。X射線會(huì)穿透或會(huì)被任何位于X射線束路徑上的東西吸收。當(dāng)X射線撞到圖象增強(qiáng)器的輸入屏?xí)r，X射線光子被轉(zhuǎn)變成可見光光子。在光陰極內(nèi)，可見光光子被轉(zhuǎn)變成電子并被靜電透鏡聚焦到輸出磷光體上。輸出磷光體再次把電子轉(zhuǎn)變成可見光光子，在圖象增強(qiáng)器管的輸出窗口處圖象是可見的。
在此階段，在圖象中計(jì)算物體的實(shí)際大小或尺寸需要以下知識(shí)1)圖象增強(qiáng)器的大??；2)圖象增強(qiáng)器靜電透鏡的放大率；以及3)所述物體因其到圖象增強(qiáng)器管表面的距離而引起的放大率。
當(dāng)圖象在圖象增強(qiáng)器的輸出上顯示時(shí)，視頻照相機(jī)捕捉此圖象。自動(dòng)亮度系統(tǒng)(ABS)控制應(yīng)用程序基于圖象亮度統(tǒng)計(jì)動(dòng)態(tài)地確定照相機(jī)增益、kVp和mA。在ABS采樣窗口內(nèi)的峰值亮度和區(qū)域平均亮度在設(shè)置ABS控制參數(shù)(kVp、mA和照相機(jī)增益)時(shí)用作常規(guī)因數(shù)。還應(yīng)提到，圖象增強(qiáng)器也可以是一些其它類型的圖象接收器，如平板X射線圖象接收器或一些其它的掃描圖象X射線接收器。
當(dāng)患者在檢查過程中重新位于X射線束之下時(shí)，由于當(dāng)X射線束穿過不同厚度和密度的身體組織和骨頭時(shí)X射線束衰減發(fā)生變化，因此視頻圖象的亮度改變。為了補(bǔ)償這些圖象亮度的變化，已發(fā)明各種自動(dòng)亮度補(bǔ)償系統(tǒng)。
例如，在美國(guó)專利4573183中，從視頻信號(hào)圖象的平均亮度得到自動(dòng)亮度控制。此平均亮度信息用于產(chǎn)生控制照相機(jī)的視頻增益信號(hào)并且產(chǎn)生控制X射線管電源的亮度反饋信號(hào)。為了響應(yīng)亮度反饋信號(hào)，X射線管電源產(chǎn)生用于X射線管的偏壓和絲極電流，由此調(diào)節(jié)圖象增強(qiáng)管形成的X射線圖象的亮度。通過改變視頻照相機(jī)的增益系數(shù)或光圈，也可控制在監(jiān)視器上得到的圖象亮度。相應(yīng)地，用于自動(dòng)亮度控制的反饋改變影響圖象亮度的X射線發(fā)射和照相機(jī)增益。此反饋控制可被校正，以產(chǎn)生與患者X射線吸收變化無關(guān)且一致的圖象顯示亮度。從視頻增益和來自共有平均亮度值、峰值亮度或圖象數(shù)值組合的亮度反饋信號(hào)得到標(biāo)準(zhǔn)的自動(dòng)亮度控制。然而，共有亮度反饋信號(hào)對(duì)這些影響監(jiān)視器上圖象形成的系統(tǒng)參數(shù)的控制不夠理想。
本領(lǐng)域現(xiàn)狀的另一實(shí)例在美國(guó)專利4703496中描述。此專利清楚地?cái)⑹?，在每個(gè)視頻圖象區(qū)域中圖象元素的輝度被取平均，以產(chǎn)生具有與平均圖象亮度成正比的電壓的信號(hào)。
平均亮度值用作反饋信號(hào)，以控制X射線管的激勵(lì)和視頻增益，由此維持最佳水平基本不變的視頻圖象亮度。然而，此系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，它利用三個(gè)單獨(dú)的環(huán)路來調(diào)節(jié)管電流、偏壓和視頻增益。
上述系統(tǒng)復(fù)雜且難以維護(hù)。相應(yīng)地，在本領(lǐng)域現(xiàn)狀中提供一種便于操作的自動(dòng)亮度控制系統(tǒng)是有益的，并且此系統(tǒng)應(yīng)能補(bǔ)償患者不正確位置、患者體形差別以及軀干到肢端成象迅速變化的影響。
本發(fā)明目的及概述本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于在閉環(huán)成象系統(tǒng)中進(jìn)行自動(dòng)亮度系統(tǒng)(ABS)控制的方法。
另一目的是提供一種用于ABS的方法，此ABS使用采樣窗口確定ABS采樣區(qū)域邊界，此方法能補(bǔ)償當(dāng)最大的X射線衰減不對(duì)準(zhǔn)圖象中心的情況。
另一目的是提供一種用于使用ABS采樣窗口的ABS的方法，此方法能補(bǔ)償不衰減的X射線光子面積在成象區(qū)域內(nèi)的情況。
另一目的是提供一種用于使用ABS采樣窗口的ABS的方法，其中，作為圖象內(nèi)空間灰度分布函數(shù)的采樣窗口位置是可調(diào)整的。
另一目的是提供一種用于使用ABS采樣窗口的ABS的方法，其中，作為圖象增強(qiáng)器尺寸、圖象增強(qiáng)器放大模式以及圖象kVp值的函數(shù)的采樣窗口尺寸是可調(diào)整的。
另一目的是提供一種用于使用ABS采樣窗口的ABS的方法，其中，作為準(zhǔn)直函數(shù)的采樣窗口的形狀是可調(diào)整的。
還有一目的是提供一種用于ABS的方法，其中，在圖象處理系統(tǒng)中以動(dòng)態(tài)函數(shù)執(zhí)行此方法，由此盡管患者位置不正確、患者體形變化并且軀干到肢端成象迅速變化，也提供最佳的成象。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例是用于在使用ABS采樣窗口的閉環(huán)成象系統(tǒng)中提供自動(dòng)亮度控制的方法。根據(jù)從感興趣的圖象區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)得到的統(tǒng)計(jì)信息，調(diào)整ABS采樣窗口的位置和幾何形狀。
在本發(fā)明的第一方面中，ABS采樣窗口根據(jù)圖象內(nèi)空間灰度分布函數(shù)而移動(dòng)。
在本發(fā)明的第二方面中，圖象被劃分成多個(gè)分區(qū)，其中，分析每個(gè)分區(qū)以確定對(duì)于ABS最有用的采樣區(qū)域而不是確定圖象的中心。
在本發(fā)明的第三方面中，考慮準(zhǔn)直對(duì)圖象的侵占。
在本發(fā)明的第四方面中，根據(jù)kVp、圖象增強(qiáng)器的尺寸和放大模式調(diào)整ABS采樣窗口的尺寸。
在本發(fā)明的第五方面中，通過在算法中增加瞬時(shí)取平均而減緩ABS采樣窗口的移動(dòng)。
在本發(fā)明的第六方面中，為灰度值設(shè)置閥值由此限制極值對(duì)算法的影響。
從以下結(jié)合附圖而進(jìn)行的詳細(xì)描述中，本發(fā)明的這些和其它目的、特征、優(yōu)點(diǎn)和替代方面對(duì)于本領(lǐng)域中技術(shù)人員是顯而易見的。
圖2示出常規(guī)ABS采樣窗口，此窗口直接對(duì)準(zhǔn)診斷X射線圖象的中心。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的ABS采樣窗口在已移動(dòng)和確定尺寸后的狀況。
圖4示出被劃分成兩個(gè)橫跨X坐標(biāo)軸的分區(qū)的感興趣區(qū)域。
圖5示出被劃分成兩個(gè)橫跨Y坐標(biāo)軸的分區(qū)的感興趣區(qū)域。
圖6是

圖1圖象的正視圖，其中ROI現(xiàn)在被劃分。
圖7示出劃分成象限的感興趣區(qū)域，這些象限基于準(zhǔn)直而被剪切。
圖8是綜述本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例步驟的流程圖。
圖9示出在臨床圖象的模擬測(cè)試中系統(tǒng)是如何體現(xiàn)的。
圖10為示出代入公式1、2和3中的值與所得到的偏移X和Y的表格。
圖11為X射線系統(tǒng)的示意圖，此系統(tǒng)具有改變ABS采樣窗口尺寸、位置和形狀的調(diào)整單元。
本發(fā)明詳述現(xiàn)在參照附圖，對(duì)本發(fā)明的各種元件分配數(shù)字編號(hào)，并且討論本發(fā)明以使本領(lǐng)域中技術(shù)人員能實(shí)施和使用本發(fā)明。應(yīng)理解，以下僅僅是本發(fā)明原理的示例性描述并且不應(yīng)視為是對(duì)后附權(quán)利要求的限制。
在對(duì)優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述之前，對(duì)本發(fā)明作個(gè)綜述是有幫助的。相應(yīng)地觀察到，本發(fā)明有利地提供一種利用ABS采樣窗口的自動(dòng)亮度系統(tǒng)(ABS)。在圖象中定義ABS采樣窗口的兩個(gè)特性為1)窗口位置；和2)窗口幾何形狀。
通過比較感興趣分區(qū)的圖象區(qū)域的平均灰度值來確定ABS采樣窗口的位置?；趉Vp和圖象增強(qiáng)器的尺寸和放大率調(diào)整ABS采樣窗口的尺寸。進(jìn)一步地，ABS采樣窗口的形狀也基于ABS采樣窗口的準(zhǔn)直來調(diào)整。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例提供用于閉環(huán)成象系統(tǒng)中的ABS。本方法提供操作ABS采樣窗口的動(dòng)態(tài)ABS功能，由此提高成象系統(tǒng)提供最佳成象的能力。通過使本系統(tǒng)自動(dòng)化，所產(chǎn)生的圖象具有更好的診斷信息。
圖1是視頻圖象10的正視圖。感興趣區(qū)域的尺寸(ROISize)在圓形空白區(qū)域12內(nèi)建立。在此圖中，示出的ROI 14為正方形區(qū)域，但如以后將解釋地，ROI 14也可以是圓形或其它任意的幾何形狀。圓形空白區(qū)域12外部的區(qū)域16包括與將要進(jìn)行的計(jì)算無關(guān)的信息。所有有用的信息在圓形空白區(qū)域12內(nèi)示出。ROISize定義一些被檢查的象素。
必須了解與圖象有關(guān)的一些特性，以便理解在本發(fā)明中用于確定ABS窗口位置和尺寸的方法。首先，在圖象中更暗的區(qū)域代表圖象中最厚的或最密的組織。在此定義一區(qū)域作為大得足以代表明顯的解剖學(xué)性質(zhì)或特征的圖象區(qū)域。
應(yīng)該理解，在圖象中最暗象素的位置對(duì)于ABS采樣窗口而言不可能是最佳的中心點(diǎn)位置，因?yàn)樽畎档南笏乜梢允墙饘傩扪a(bǔ)物或相似的材料。進(jìn)而，所有無阻礙(非準(zhǔn)直)的圖象區(qū)域的灰度組成提供用于判斷ABS采樣窗口位置的有用信息。
圖2示出臨床X射線圖象，其中，在腿38中被X射線照射的組織密度最大的區(qū)域(如髖關(guān)節(jié)34)不在圖象30的中央。同時(shí)示出的ABS采樣窗口32使用常規(guī)方法在目標(biāo)圖象30內(nèi)使ABS采樣窗口32居中。圖2中的ABS采樣窗口還包括具有不衰減的X射線光子的區(qū)域40。在平均或峰值灰度值計(jì)算中包括不衰減的X射線光子產(chǎn)生令人誤解的輸出。結(jié)果，增益或kVp不會(huì)增加到足夠高的水平，因?yàn)锳BS系統(tǒng)會(huì)相信圖象已足夠亮了。
圖3示出使用本發(fā)明方法進(jìn)行定位的ABS采樣窗口36。通過在圖象30內(nèi)在密實(shí)的患者組織34上使ABS采樣窗口36居中，對(duì)圖象的灰度范圍進(jìn)行優(yōu)化。應(yīng)該指出，根據(jù)本發(fā)明方法定位的ABS采樣窗口36避免捕捉不衰減的X射線光子。重新確定ABS窗口的位置和尺寸也捕捉更密實(shí)些的組織區(qū)域，以確保采用正確的kVp、mA和增益在正確的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)觀察受驗(yàn)組織。換句話說，由于因重新定位而使不衰減的X射線光子面積最小化，因此組織圖象不會(huì)太暗，并且在確定X射線強(qiáng)度時(shí)會(huì)考慮患者組織更密實(shí)的區(qū)域。
現(xiàn)在參照?qǐng)D4，在本發(fā)明中用于移動(dòng)ABS采樣窗口的方法比較ABS采樣窗口14左半部60的平均灰度值和右半部62的平均灰度值，以確定水平(X軸)偏移。基于此描述還顯而易見，左半部或右半部還可與整個(gè)圖象12相比較，但比較ABS采樣窗口的左右兩半是更有效的。不考慮全部圖象10中先前空白的外部區(qū)域16。
圖5示出在ABS采樣窗口14的上半部64和下半部66之間所作的相同類型的比較，以確定垂直(Y軸)偏移。
為便于描述和執(zhí)行，本發(fā)明的方法計(jì)算圖象中各象限的平均灰度值，然后結(jié)合適當(dāng)?shù)南笙扌纬梢粋€(gè)半?yún)^(qū)，此半?yún)^(qū)接著與所有象限平均灰度的總和相比較。在本質(zhì)上，這與前述一樣，比較一個(gè)半?yún)^(qū)和另一個(gè)半?yún)^(qū)。圖6是圖1中圖象10的正視圖，其中圖象ROI 14被劃分成多個(gè)象限。被劃分的區(qū)域Q1、Q2、Q3和Q4定義成其統(tǒng)計(jì)信息被用作ABS采樣窗口調(diào)整的各個(gè)區(qū)域。重要的是應(yīng)注意，對(duì)于準(zhǔn)直而言剪切得是否正確將影響分區(qū)形狀。然而，分區(qū)(或象限)的數(shù)量、位置和形狀根據(jù)具體的執(zhí)行而改變。
盡管示出的分區(qū)Q1、Q2、Q3和Q4在圖6中是鄰接的，但分區(qū)不必是互相接觸的。分區(qū)可以是互相分隔開，或者甚至是重疊的。比較圖象四個(gè)象限的平均灰度值提供足夠的信息，以對(duì)ABS采樣窗口作相應(yīng)的位置調(diào)整。如前面所提到的，每個(gè)象限不必具有相同的形狀或面積。比較每個(gè)象限的灰度平均值使它們的統(tǒng)計(jì)權(quán)重相同，這與每個(gè)象限采樣的象素比例無關(guān)。
在劃分后，下一步是確定圖象每個(gè)分區(qū)的平均灰度值。計(jì)算圖象中任何可選擇部分的平均灰度值的方法對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是熟知的。例如，灰度值可在零(0)到255之間變化，零對(duì)應(yīng)于完全黑的象素而255對(duì)應(yīng)于完全白的象素。表示不衰減的X射線束的象素一般會(huì)被分配灰度值255，不衰減的X射線束是因沒有患者組織、骨頭或其它材料阻礙而得到的。相反，當(dāng)X射線不能穿透物體時(shí)，象素一般被分配給值0。相應(yīng)地，表示組織、骨頭或其它已至少被部分X射線光子穿透的材料的象素被分配給在0-255數(shù)值之間的絕對(duì)值。本領(lǐng)域中技術(shù)人員應(yīng)該清楚，如果需要可把灰度值擴(kuò)展到12位、16位或更多。
在確定所有分區(qū)的平均灰度值之后，下一步是計(jì)算ABS采樣窗口的X和Y軸向偏移量。這些偏移量被確定為在分區(qū)中的空間灰度分布的函數(shù)。
在圖6中，ROI 14被劃分成四個(gè)相同的分區(qū)。相應(yīng)地，本優(yōu)選方法所用的公式見下式(1)和(2)公式1Xoff＝(ROISize/2)-(ROISize×(Q2％GS+Q4％GS))其中Xoff＝ABS采樣窗口的X偏移量ROISize＝ROI中橫跨X軸的總象素?cái)?shù)Q2％GS＝在第二分區(qū)中灰度分布的百分比Q4％GS＝在第四分區(qū)中灰度分布的百分比公式2Yoff＝(ROISize/2)-(ROISize×(Q3％GS+Q4％GS))其中Yoff＝作用到ABS采樣窗口的Y偏移量ROISize＝ROI中橫跨Y軸的總象素?cái)?shù)Q3％GS＝在第三分區(qū)中灰度分布的百分比Q4％GS＝在第四分區(qū)中灰度分布的百分比為計(jì)算公式1和2的結(jié)果，首先需要計(jì)算在分區(qū)中灰度分布的百分比。此結(jié)果用公式3決定。公式3Q(n)％GS＝Q(n)AverageGS/SumOfQAverages其中Q(n)％GS＝在分區(qū)n中灰度分布的百分比Q(n)AverageGS＝在分區(qū)n中的平均灰度分布SumOfQAverages＝在1到n的所有分區(qū)中平均灰度分布的總和當(dāng)已確定X偏移量和Y偏移量后，根據(jù)偏移量移動(dòng)ABS采樣窗口?；诖嗣枋隹煽闯?，也可用Q1得到等效的公式。
在前述實(shí)施例中，應(yīng)注意，圖6中的分區(qū)Q1、Q2、Q3和Q4都在圖象ROI 14的中點(diǎn)匯合。相應(yīng)地，X偏移和Y偏移可以認(rèn)為是從圖象ROI14的中點(diǎn)或者從沿著圖象ROI 14邊緣的任意點(diǎn)作用的偏移。得到的結(jié)果是相同的。ABS采樣窗口會(huì)正確地移動(dòng)。
基于發(fā)生器kVp值、圖象增強(qiáng)器的尺寸和放大模式確定ABS采樣窗口的尺寸。在本發(fā)明中已研究kVp和組織結(jié)構(gòu)成象之間的近似關(guān)系公式4kVp＝40+(2×以cm為單位的組織厚度)根據(jù)在本發(fā)明中進(jìn)行的觀察，即大多數(shù)組織部分在橫向和軸向上具有大致相同的橫截面尺寸，確定此近似關(guān)系。此關(guān)聯(lián)用于創(chuàng)建ABS采樣窗口和kVp之間的關(guān)系，在此通過求解下面公式得到ABS采樣窗口的尺寸公式5ABS窗口直徑(cm)＝(kVp-40)÷2ABS采樣窗口直徑(如投影到圖象接收器或圖象增強(qiáng)器表面上的)也與圖象增強(qiáng)器的尺寸和放大模式有關(guān)，因此圖象增強(qiáng)器的模式必須標(biāo)稱化。這可通過在每種情況下把從以上公式計(jì)算得到的ABS采樣窗口直徑除以圖象增強(qiáng)器視域直徑而實(shí)現(xiàn)。
例如，假設(shè)kVp值是60kVp，對(duì)應(yīng)于10cm厚的組織厚度并因此對(duì)應(yīng)于組織的近似寬度或高度。另外，對(duì)投影到圖象增強(qiáng)器上的采樣窗口直徑計(jì)算為10cm或最初為23cm視域圖象直徑的43％。那么，如果23cm圖象增強(qiáng)器(或相似的圖象接收器)以14cm放大模式操作，全屏幕的采樣窗口百分比就是10/14或71％。因而ABS采樣直徑應(yīng)為當(dāng)前視域圖象直徑的71％。根據(jù)此描述應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，在公式4和5中所用的常數(shù)可根據(jù)本發(fā)明的應(yīng)用或ABS窗口和kVp之間所希望的的尺寸關(guān)系而修改。
由于kVp值用在ABS采樣窗口中得到的數(shù)據(jù)修改，因此，直徑范圍必須有上限和下限以使ABS采樣窗口不會(huì)變得不穩(wěn)定。例如，如果在X射線系統(tǒng)中觀察較小的組織部分如患者的手指(如1cm厚)，那么由于尺寸的改變，ABS采樣窗口有可能變得如此之小，以致于定位方法實(shí)際上會(huì)移動(dòng)ABS窗口掠過手指，因?yàn)锳BS窗口不知道手指在變暗的分區(qū)中。如果ABS采樣窗口錯(cuò)過被觀察的組織，它就只會(huì)捕捉不衰減的X射線光子，因此手指圖象會(huì)變得更暗和不能使用。上限存在是因?yàn)橐坏┗颊叩慕M織超過圖象尺寸的一定百分比就沒有理由增加ABS采樣窗口的尺寸，因?yàn)橥ㄟ^增加此尺寸得不到任何好處。例如，如果患者的軀干占滿圖象，那么增加ABS采樣直徑超過一定量時(shí)就不再會(huì)明顯地影響kVp。
直徑百分比的上限和下限可通過實(shí)驗(yàn)確定。優(yōu)選的直徑百分比是下限為圖象直徑的大約40％并且上限為約70％。此直徑限制可根據(jù)圖象增強(qiáng)器尺寸、圖象增強(qiáng)器放大模式和具體的X射線應(yīng)用而改變。
由于本發(fā)明方法的優(yōu)選實(shí)施例比較每個(gè)分區(qū)內(nèi)的平均灰度值和所有象限灰度值平均的總和，因此分區(qū)不需要具有相同的面積或一致的尺寸。當(dāng)因準(zhǔn)直儀侵占而必需修改ROI(感興趣區(qū)域)時(shí)這是有好處的。
光圈和葉片準(zhǔn)直儀提供X射線屏障以減少對(duì)患者的照射。當(dāng)準(zhǔn)直儀進(jìn)入圖象區(qū)域時(shí)它們產(chǎn)生黑暗的邊界。如果可確定準(zhǔn)直儀的位置，在采集平均灰度數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)把這些黑暗區(qū)域排除在外。圖7說明因準(zhǔn)直而引起地如何修改分區(qū)尺寸。
圖8示出本優(yōu)選實(shí)施例的步驟。第一步驟20選擇圖象ROI和相應(yīng)的ABS采樣窗口。下一步22把圖象ROI劃分成所需數(shù)量、尺寸和形狀的分區(qū)。步驟24從公式3確定圖象ROI每個(gè)分區(qū)的平均灰度值。步驟26根據(jù)在公式1、2和3確定的數(shù)值，找到ABS采樣窗口的X和Y軸偏移量。步驟28根據(jù)在步驟26確定的偏移量移動(dòng)ABS采樣窗口。
步驟30基于發(fā)生器kVp值、圖象增強(qiáng)器的尺寸和放大模式確定ABS采樣窗口的大小。接著在步驟32中，修改采樣窗口以計(jì)算準(zhǔn)直儀對(duì)采樣區(qū)域的侵占。最后在步驟34中，成象系統(tǒng)在ABS采樣窗口中進(jìn)行必要的測(cè)量，由此確定用于調(diào)節(jié)圖象亮度的ABS值。這些測(cè)量包括在ABS采樣窗口內(nèi)收集統(tǒng)計(jì)的圖象象素?cái)?shù)據(jù)。包括峰值和平均象素值的信息用作輸入，以確定將在ABS控制邏輯模塊內(nèi)進(jìn)行的調(diào)整。對(duì)ABS采樣窗口位置、尺寸和形狀確定的改進(jìn)在由X射線系統(tǒng)生成的組織圖象內(nèi)提供更好的灰度值動(dòng)態(tài)范圍。由本發(fā)明方法對(duì)ABS采樣窗口所作的調(diào)整能從X射線圖象獲得更好的醫(yī)療和診斷信息。
圖9提供在對(duì)臨床圖象的模擬測(cè)試中系統(tǒng)如何操作的示例。具體地，臨床圖象40在計(jì)算機(jī)顯示器的窗口內(nèi)示出。應(yīng)記住，從ABS采樣窗口42得到的統(tǒng)計(jì)信息輸入到用于成象系統(tǒng)閉環(huán)控制的ABS控制系統(tǒng)中。
在示范窗口中，在程序窗口左下角中有可選擇的數(shù)值，這些數(shù)值輸入以模擬一般由尺寸確定和象素采樣方法提供的數(shù)值。這些數(shù)值包括尺寸44、偏移量46、粒度48、暗度限值(dark clip)50、直徑52和偏移系數(shù)54。
尺寸44指采樣窗口以象素為單位的尺寸。偏移量46指作用到ABS采樣窗口的以象素為單位的偏移量。粒度48指象素采樣水平。例如，如果象素被跳過并且在象限或分區(qū)中只有第2、4、8等象素被采樣，那么采樣就可以加速。暗度限值50指灰度閥值，這在以后解釋。直徑52指ABS采樣窗口以象素為單位的直徑，此直徑由上述的kVp值、圖象增強(qiáng)器尺寸和放大率控制。偏移系數(shù)54指減少ABS采樣窗口從其中心原點(diǎn)移動(dòng)的量。
上述的暗度限值50指閥值。對(duì)于某些灰度值(如矯形器具或不衰減的X射線束)有可能劇烈地偏離對(duì)分區(qū)的閱讀。暗度限值50使系統(tǒng)能忽略落在設(shè)定的灰度值范圍之外的灰度值。在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，象素灰度值的有效范圍可設(shè)定上界和下界。例如，范圍可建立在50到200之間。此范圍建立暗度限值和亮度閥值，這排除非常亮和非常暗的值。限值的實(shí)際范圍可通過各種因素如自適應(yīng)空間采樣、黑暗掩蔽采樣或直接實(shí)驗(yàn)來確定。
圖10提供用于確定公式1、2和3結(jié)果的計(jì)算的結(jié)果頁(yè)。給定的采樣數(shù)量是對(duì)圖9中臨床圖象40的分析結(jié)果。此結(jié)果表示獲得X偏移量-42和Y偏移量-39。注意，ROISize值是以象素為單位的ROI正方形邊的長(zhǎng)度或ROI圓的直徑。
四個(gè)分區(qū)Q1、Q2、Q3和Q4的百分比灰度值Q(n)包括相對(duì)較大范圍的數(shù)值。這些數(shù)值是在組成圖象ROI中整個(gè)圖象的每個(gè)分區(qū)內(nèi)的亮象素的百分比。注意，對(duì)于Q1平均灰度值是56.93，這意味著分區(qū)相當(dāng)暗(在0-255的范圍內(nèi))。
圖11示出與X射線系統(tǒng)一起使用的本發(fā)明。示出產(chǎn)生X射線104的X射線管100，X射線104穿過光圈和葉片準(zhǔn)直儀102。X射線104接著穿過患者106并進(jìn)入增強(qiáng)器管108(圖象增強(qiáng)器)，增強(qiáng)器管108又產(chǎn)生可被視頻照相機(jī)110檢測(cè)到的圖象。視頻信號(hào)111成為圖象處理器的輸入，圖象處理器又產(chǎn)生數(shù)字圖象數(shù)據(jù)124，ABS采樣窗口處理器114按照以上詳細(xì)描述處理數(shù)字圖象數(shù)據(jù)124。本發(fā)明的ABS采樣窗口處理器114基于發(fā)生器kVp值130、圖象增強(qiáng)器的尺寸和放大模式122確定ABS采樣窗口的尺寸。
按照以上結(jié)合公式1-3所描述的，在114中計(jì)算ABS采樣窗口的位置。最后，如果需要的話，基于從準(zhǔn)直儀102得到的準(zhǔn)直信息128剪切ABS采樣窗口。應(yīng)該提到，ABS采樣窗口處理器可以是單一用途特定芯片(ASIC)、多用途ASIC或可編程通用處理器。
修改的ABS采樣窗口(ROI定義)信息接著傳遞到圖象數(shù)據(jù)分析儀116，圖象數(shù)據(jù)分析儀116產(chǎn)生關(guān)于ABS采樣窗口內(nèi)圖象的具體統(tǒng)計(jì)信息，此統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)134傳遞到ABS控制118。隨后，增益信號(hào)126基于接收到的圖象統(tǒng)計(jì)從ABS控制118發(fā)送到照相機(jī)110。然后，基于接收到的統(tǒng)計(jì)信息134，ABS控制118發(fā)送關(guān)于kVp(千伏)138和mA(毫安)136的信號(hào)到高壓(HV)發(fā)生器以控制系統(tǒng)圖象亮度。
本發(fā)明還有幾個(gè)應(yīng)該研究的替代實(shí)施例。本發(fā)明的一個(gè)替代實(shí)施例提供另一個(gè)確定ABS采樣窗口尺寸的準(zhǔn)則。整個(gè)圖象平均灰度值與象限平均灰度值之比可用于確定ABS采樣窗口的尺寸。因此，如果整個(gè)圖象是不同尋常地亮，那么這意味著在圖象內(nèi)的組織較小并且采樣窗口尺寸應(yīng)減小。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，確定ABS采樣窗口尺寸的因數(shù)基于組織選擇技術(shù)。如果ABS應(yīng)用知道在圖象區(qū)域中的組織例如為側(cè)向的腕關(guān)節(jié)，那么狹窄的矩形采樣窗口比圓形采樣窗口提供更有意義的統(tǒng)計(jì)信息。
偏移量46(在圖9中示出)也是替代實(shí)施例。具體地，本發(fā)明可配置成從圖象中心移動(dòng)ABS采樣窗口的距離比確定的X偏移量和Y偏移量更小或更大。當(dāng)本發(fā)明方法對(duì)于監(jiān)視器上的圖象不會(huì)自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)最佳ABS時(shí)，這有助于細(xì)微調(diào)整。
另一替代實(shí)施例提供一種減緩ABS采樣窗口移動(dòng)的方法?？赏ㄟ^為本方法增加瞬時(shí)取平均來獲得此減緩效果。換句話說，為了提供動(dòng)態(tài)(接近于實(shí)時(shí))補(bǔ)償，可對(duì)每幀或以高達(dá)每秒30次的速度進(jìn)行取平均計(jì)算。
應(yīng)該理解，上述設(shè)置僅僅是本發(fā)明原理應(yīng)用的示例。只要不偏離本發(fā)明的精神和范圍，本領(lǐng)域中技術(shù)人員可創(chuàng)造大量的變更和替代的設(shè)置。后附權(quán)利要求用于涵蓋這些變更和設(shè)置。
權(quán)利要求
1.一種在X射線圖象中確定自動(dòng)亮度系統(tǒng)(ABS)采樣窗口的尺寸、位置和形狀以及在閉環(huán)X射線成象系統(tǒng)中調(diào)節(jié)圖象亮度的方法，所述方法包括以下步驟(a)基于發(fā)生器kVp值的函數(shù)，確定ABS采樣窗口的尺寸；(b)基于在感興趣的圖象區(qū)域內(nèi)的空間灰度分布，確定ABS采樣窗口的位置；(c)基于系統(tǒng)中X射線的準(zhǔn)直，確定ABS采樣窗口的幾何形狀；以及(d)根據(jù)從按步驟(a)-(c)中修改的ABS采樣窗口得到的數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)圖象的亮度控制，由此補(bǔ)償患者不正確的位置、患者形體的變化以及軀干到肢端成象的迅速變化所帶來的不利效果。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定自動(dòng)亮度系統(tǒng)(ABS)采樣窗口尺寸的步驟進(jìn)一步包括以下步驟使用來自高壓發(fā)生器的千伏電勢(shì)值，尋找ABS采樣窗口以厘米為單位的直徑；所述直徑除以以厘米為單位的圖象增強(qiáng)器模式，得到ABS采樣窗口相對(duì)于全圖象直徑的百分比；以及設(shè)置ABS采樣窗口直徑為全圖象直徑的ABS采樣窗口百分比。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，使用來自高壓發(fā)生器的千伏電勢(shì)值尋找自動(dòng)亮度系統(tǒng)(ABS)采樣窗口以厘米為單位的直徑的步驟進(jìn)一步包括從千伏電勢(shì)值減去40并把結(jié)果除以2。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，基于發(fā)生器kVp值的函數(shù)確定自動(dòng)亮度系統(tǒng)(ABS)采樣窗口尺寸的步驟進(jìn)一步包括基于發(fā)生器kVp值和圖象接收器模式的函數(shù)，確定ABS采樣窗口的尺寸。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定自動(dòng)亮度系統(tǒng)(ABS)采樣窗口尺寸的步驟進(jìn)一步包括基于圖象增強(qiáng)器的尺寸和圖象增強(qiáng)器的放大模式確定增強(qiáng)器的模式。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定自動(dòng)亮度系統(tǒng)(ABS)采樣窗口尺寸的步驟進(jìn)一步包括選擇限制全圖象視域直徑最大值和最小值的ABS采樣窗口尺寸。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，自動(dòng)亮度系統(tǒng)(ABS)采樣窗口被限制在全圖象視域直徑的40％-70％。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，基于系統(tǒng)中X射線的準(zhǔn)直確定自動(dòng)亮度系統(tǒng)(ABS)采樣窗口形狀的步驟進(jìn)一步包括修改采樣窗口以計(jì)算準(zhǔn)直儀對(duì)ABS采樣窗口的侵占。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定自動(dòng)亮度系統(tǒng)(ABS)采樣窗口位置的步驟進(jìn)一步包括以下步驟(1)在被處理的圖象內(nèi)選擇感興趣的區(qū)域；(2)把感興趣區(qū)域劃分成多個(gè)分區(qū)；以及(3)通過比較分區(qū)內(nèi)相應(yīng)的灰度值，基于圖象內(nèi)的灰度分布確定ABS采樣窗口的位置。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，在顯示的圖象內(nèi)選擇感興趣區(qū)域的步驟進(jìn)一步包括在圖象內(nèi)生成圓形空白區(qū)域的步驟，其中感興趣區(qū)域從圓形空白區(qū)域內(nèi)選擇。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，在圖象內(nèi)選擇感興趣區(qū)域的步驟進(jìn)一步包括在感興趣區(qū)域內(nèi)建立自動(dòng)亮度系統(tǒng)(ABS)采樣窗口的步驟，其中ABS采樣窗口內(nèi)的統(tǒng)計(jì)灰度分布數(shù)據(jù)用來確定對(duì)圖象亮度的正確調(diào)節(jié)。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，把感興趣區(qū)域劃分成多個(gè)分區(qū)的步驟進(jìn)一步包括選擇自動(dòng)亮度系統(tǒng)(ABS)采樣窗口以包含圖象圓形區(qū)域的步驟。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，把感興趣的圖象區(qū)域(ROI)采樣窗口劃分成多個(gè)象限的步驟進(jìn)一步包括把感興趣的圖象區(qū)域(ROI)劃分成相等大小象限的步驟。
14.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，通過比較分區(qū)內(nèi)相應(yīng)的灰度值，基于圖象內(nèi)的灰度分布確定ABS采樣窗口位置的步驟進(jìn)一步包括移動(dòng)自動(dòng)亮度系統(tǒng)(ABS)采樣窗口的步驟，以便ABS采樣窗口內(nèi)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的測(cè)量會(huì)使系統(tǒng)對(duì)亮度控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而在監(jiān)視器上獲得改進(jìn)的圖象。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，移動(dòng)自動(dòng)亮度系統(tǒng)(ABS)采樣窗口的步驟進(jìn)一步包括首先確定ABS采樣窗口的X偏移量和Y偏移量的步驟。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，確定用于自動(dòng)亮度系統(tǒng)(ABS)采樣窗口的X偏移量和Y偏移量的步驟進(jìn)一步包括以下步驟(1)確定感興趣的圖象區(qū)域(ROI)中每個(gè)分區(qū)的平均灰度值；以及(2)利用每個(gè)分區(qū)的平均灰度值和感興趣區(qū)域的尺寸確定X偏移量和Y偏移量。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，確定感興趣的采樣窗口圖象區(qū)域(ROI)中每個(gè)分區(qū)的平均灰度值的步驟進(jìn)一步包括為每個(gè)分區(qū)計(jì)算以下公式的步驟Q(n)％GS＝Q(n)AverageGS/SumOfQAverages其中Q(n)％GS＝在分區(qū)n中灰度分布的百分比Q(n)AverageGS＝在分區(qū)n中的平均灰度分布SumOfQAverages＝在1到n的所有分區(qū)中平均灰度分布的總和。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，利用四個(gè)分區(qū)中每一個(gè)的平均灰度值確定X偏移量和Y偏移量的步驟進(jìn)一步包括利用下列公式確定X偏移量的步驟Xoff＝(ROISize/2)-(ROISize×(Q2％GS+Q4％GS))其中Xoff＝自動(dòng)亮度系統(tǒng)采樣窗口的X偏移量ROISize＝感興趣區(qū)域中橫跨X軸的總象素?cái)?shù)Q2％GS＝在第二分區(qū)中灰度分布的百分比Q4％GS＝在第四分區(qū)中灰度分布的百分比。
19.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，利用四個(gè)分區(qū)中每一個(gè)的平均灰度值確定X偏移量和Y偏移量的步驟進(jìn)一步包括利用下列公式確定Y偏移量的步驟Yoff＝(ROISize/2)-(ROISize×(Q3％GS+Q4％GS))其中Yoff＝作用到自動(dòng)亮度系統(tǒng)采樣窗口的Y偏移量ROISize＝感興趣區(qū)域中橫跨Y軸的總象素?cái)?shù)Q3％GS＝在第三分區(qū)中灰度分布的百分比Q4％GS＝在第四分區(qū)中灰度分布的百分比。
20.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，此方法進(jìn)一步包括后述步驟根據(jù)被X射線輻照且在監(jiān)視器上顯示的患者組織厚度，使用整個(gè)感興趣的自動(dòng)亮度系統(tǒng)圖象區(qū)域(ROI)的平均灰度分布與分區(qū)灰度之比，由此調(diào)整ABS采樣窗口的定位。
21.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，此方法進(jìn)一步包括通過利用瞬時(shí)取平均來減緩自動(dòng)亮度系統(tǒng)(ABS)采樣窗口移動(dòng)的步驟。
22.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，通過比較分區(qū)內(nèi)相應(yīng)的灰度值，基于圖象內(nèi)的灰度分布確定ABS采樣窗口位置的步驟進(jìn)一步包括建立用于忽略灰度值的上限和下限由此避免使灰度分布值偏離的步驟。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中，此方法進(jìn)一步包括后述步驟如果部分X射線輻照在所述上限和下限之外，從用于確定空間灰度分布的計(jì)算中刪除一部分感興趣的圖象區(qū)域(ROI)采樣窗口。
24.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，把感興趣的圖象區(qū)域(ROI)采樣窗口劃分成多個(gè)分區(qū)的步驟進(jìn)一步包括后述步驟相對(duì)于感興趣的圖象區(qū)域(ROI)采樣窗口原點(diǎn)使分區(qū)居中，以便多個(gè)分區(qū)互相不接觸并與原點(diǎn)相等地分隔開。
25.一種在閉環(huán)X射線成象系統(tǒng)中對(duì)在監(jiān)視器上顯示的圖象的亮度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)的方法，所述方法包括以下步驟(1)在圖象內(nèi)選擇感興趣的區(qū)域；(2)在感興趣區(qū)域內(nèi)建立自動(dòng)亮度系統(tǒng)(ABS)采樣窗口；(3)通過在ABS采樣窗口內(nèi)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)灰度分布的測(cè)量而調(diào)節(jié)ABS采樣窗口的位置；以及(4)根據(jù)ABS采樣窗口內(nèi)灰度統(tǒng)計(jì)調(diào)節(jié)圖象亮度，由此補(bǔ)償患者不正確的位置、患者形體的變化以及軀干到肢端成象的迅速變化所帶來的不利效果。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其中調(diào)節(jié)自動(dòng)亮度系統(tǒng)(ABS)采樣窗口位置的步驟進(jìn)一步包括后述步驟在感興趣的圖象區(qū)域(ROI)內(nèi)基于與至少一個(gè)其它具有空間灰度分布的分區(qū)相比較的分區(qū)的空間灰度分布，調(diào)節(jié)自動(dòng)(ABS)采樣窗口的位置。
27.用于在X射線圖象內(nèi)確定自動(dòng)亮度系統(tǒng)(ABS)采樣窗口的尺寸、位置和形狀以及根據(jù)在被調(diào)整的ABS采樣窗口內(nèi)的灰度數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)閉環(huán)X射線成象系統(tǒng)中圖象亮度的裝置，其中包括耦合到X射線成象系統(tǒng)的位置處理器，基于空間灰度分布，在從X射線成象系統(tǒng)接收到的X射線圖象中確定ABS采樣窗口的位置，其中所述選擇的分區(qū)在感興趣區(qū)域中具有所需的統(tǒng)計(jì)灰度分布；耦合到位置處理器的尺寸處理器，基于發(fā)生器kVp值的函數(shù)確定ABS采樣窗口的尺寸；耦合到尺寸處理器的形狀處理器，基于X射線成象系統(tǒng)中X射線準(zhǔn)直確定ABS采樣窗口的形狀；耦合到形狀處理器的統(tǒng)計(jì)處理器，用于接收ABS采樣窗口數(shù)據(jù)并基于ABS采樣窗口數(shù)據(jù)產(chǎn)生統(tǒng)計(jì)信息；以及耦合到統(tǒng)計(jì)處理器的自動(dòng)亮度控制，根據(jù)從統(tǒng)計(jì)處理器收到的關(guān)于被修改的ABS采樣窗口的統(tǒng)計(jì)信息調(diào)節(jié)圖象亮度，由此補(bǔ)償患者不正確的位置、患者形體的變化以及軀干到肢端成象的迅速變化所帶來的不利效果。
全文摘要
用于在使用自動(dòng)亮度系統(tǒng)(ABS)采樣窗口的閉環(huán)X射線成象系統(tǒng)中提供自動(dòng)亮度控制的方法。根據(jù)從與X射線系統(tǒng)和被處理的圖象有關(guān)的數(shù)據(jù)得到的包含空間灰度分布數(shù)據(jù)(24)的統(tǒng)計(jì)信息,調(diào)整ABS采樣窗口的位置(28)、尺寸(30)和形狀(32),由此根據(jù)被修改的ABS采樣窗口的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),使自動(dòng)亮度控制能進(jìn)行亮度和功率調(diào)節(jié)。
文檔編號(hào)A61B6/00GK1364400SQ00808555
公開日2002年8月14日 申請(qǐng)日期2000年5月5日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月7日
發(fā)明者維蒙·T·詹森, R·拉里·安德頓, 巴里·K·哈諾維爾 申請(qǐng)人:Oec醫(yī)療系統(tǒng)公司