專利名稱：具有準(zhǔn)直器的x射線設(shè)備及其設(shè)置方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有準(zhǔn)直器的X射線設(shè)備，還涉及設(shè)置這種準(zhǔn)直器的方法。
用于記錄醫(yī)療X射線圖像的X射線設(shè)備通常包括具有不透明快門和半透明屏蔽楔的準(zhǔn)直器，設(shè)置該準(zhǔn)直器可以形成X射線束，使得僅以所希望的輻射強(qiáng)度照射患者身體的感興趣的部分。此外，準(zhǔn)直器典型地包括按照希望的方式改變射線的光譜的濾光元件。使用準(zhǔn)直器的最重要的優(yōu)點(diǎn)是改進(jìn)了圖像質(zhì)量，降低了由輻射導(dǎo)致的損害患者的風(fēng)險(xiǎn)(例如傷害皮膚)，并且減少了在記錄圖像的過程中暴露到人員的散射輻射。
DE19903749A1公開了一種具有準(zhǔn)直器的X射線設(shè)備，其中考慮到輻射的生物有效性，按照選定的屏蔽設(shè)置和受照射患者的器官的函數(shù)計(jì)算暴露給患者的有效光量。因此對(duì)于醫(yī)師來講可以更加精確地估定X射線照射對(duì)于患者身體不同區(qū)域的效果，因此他可以例如通過設(shè)置該準(zhǔn)直器更好地確定沒有超過預(yù)定的最大光量。
據(jù)此，本發(fā)明的目的是提供可以進(jìn)一步優(yōu)化準(zhǔn)直器設(shè)置的裝置。
該目的是由具有權(quán)利要求1的特征的X射線設(shè)備以及通過具有權(quán)利要求5的特征的方法實(shí)現(xiàn)的。優(yōu)選方式在從屬權(quán)利要求中給出。
根據(jù)本發(fā)明的X射線設(shè)備，其尤其可以用于生成醫(yī)療X射線圖像，包括以下元件a)X射線輻射光源，其典型包括用于生成X射線束的X射線管。
b)具有屏蔽元件的(手動(dòng)或自動(dòng))可設(shè)置準(zhǔn)直器，該屏蔽元件對(duì)于X射線輻射是非透明和/或半透明的，利用該屏蔽裝置可以限制離開X射線輻射光源的X射線束的形狀，和/或使其局部衰減，和/或該準(zhǔn)直器具有濾光元件，利用該濾光元件可以改變X射線的光譜。典型的是，該屏蔽元件包括用于圓形限制X射線束的所謂光闌，并且該濾光元件包括用于優(yōu)化輻射質(zhì)量的輻射濾光片或者預(yù)濾光系統(tǒng)。
c)設(shè)置在X射線束路徑中的X射線檢測(cè)器，其可以以局部解析的方式測(cè)量照射它的X射線輻射的量，其中通常將檢查目標(biāo)，例如患者安置在X射線輻射光源與X射線檢測(cè)器之間。
d)用于檢測(cè)由準(zhǔn)直器引起的X射線束中輻射光量減少的裝置。
這種X射線設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)在于，其提供給用戶關(guān)于準(zhǔn)直器減少了多少離開X射線輻射光源的X射線輻射的信息。這就使用戶更好地評(píng)估設(shè)置該準(zhǔn)直器以便改進(jìn)圖像并最小化暴露給患者和人員的仍然存在的潛力，或者已被使用的潛力。因此可以借助于所述信息更好地優(yōu)化設(shè)置該準(zhǔn)直器。
可以直接測(cè)量由于準(zhǔn)直器引起的輻射光量的減少，例如利用準(zhǔn)直器與患者之間適當(dāng)?shù)膫鞲衅?。?yōu)選的是，該X射線設(shè)備包括用于控制圖像生成以及用于處理所記錄的X射線圖像的數(shù)據(jù)處理單元，其中該數(shù)據(jù)處理單元連接到X射線輻射光源、準(zhǔn)直器和X射線檢測(cè)器，并且為了檢測(cè)準(zhǔn)直器的當(dāng)前設(shè)置以及據(jù)此確定由準(zhǔn)直器引起的輻射光量的減少，設(shè)置該數(shù)據(jù)處理單元。通過獲知準(zhǔn)直器的當(dāng)前設(shè)置，即尤其是各個(gè)屏蔽和濾光元件的幾何位置和吸收特性，由于理論估計(jì)可以以很高的精度確定輻射光量的減少，因此不需要附加的測(cè)量。例如，可以由適當(dāng)?shù)?位置)傳感器測(cè)量準(zhǔn)直器的當(dāng)前設(shè)置。如果設(shè)置該數(shù)據(jù)處理單元以生成或者傳遞對(duì)于準(zhǔn)直器自動(dòng)設(shè)置機(jī)構(gòu)的命令，則可以由所發(fā)送的命令推斷準(zhǔn)直器的設(shè)置(甚至沒有傳感器的反向耦合)。此外，根據(jù)所記錄的X射線圖像，利用適當(dāng)?shù)淖詣?dòng)圖像處理方法也可以確定屏蔽元件的位置。
根據(jù)X射線設(shè)備的改進(jìn)，后者包括用于顯示所記錄的X射線圖像的顯示單元和/或用于顯示成像參數(shù)的顯示單元，成像參數(shù)例如X射線輻射光源的發(fā)電機(jī)電壓，其中可以將檢測(cè)到的輻射光量的減少作為文本和/或圖形顯示在所述顯示單元上?？傊?，用于X射線圖像和用于成像參數(shù)的顯示單元通常出現(xiàn)在常規(guī)X射線設(shè)備中。因此，提出了在這些顯示單元上將所確定的輻射光量的減少作為附加信息顯示給用戶，以便于他在設(shè)置準(zhǔn)直器時(shí)可以使用該信息。
此外，本發(fā)明還涉及一種設(shè)置X射線設(shè)備的準(zhǔn)直器的方法，該設(shè)備尤其是上述類型的X射線設(shè)備。在該方法中，根據(jù)當(dāng)前的準(zhǔn)直器設(shè)置以及X射線設(shè)備其它部件的可能設(shè)置，就可以確定由準(zhǔn)直器引起的輻射光量的減少，并且將其顯示給用戶。在這種情況下，所引起的減少可以選擇性地表示為一個(gè)絕對(duì)的值或表示為當(dāng)屏蔽完全打開和/或沒有濾光片時(shí)的參數(shù)比值(將當(dāng)前的準(zhǔn)直器設(shè)置給定為該參數(shù)值)。關(guān)于上述的X射線設(shè)備，所述方法的優(yōu)點(diǎn)在于向用戶提供關(guān)于仍然存在或者已經(jīng)使用的準(zhǔn)直器優(yōu)化可能性的信息。尤其是，如果其它值諸如提供給患者的光量率或者輻射的總光量(考慮或者不考慮生物有效性)已經(jīng)位于目標(biāo)范圍內(nèi)，則利用該方法，可以檢測(cè)用于進(jìn)一步減少輻射光量的可能的至今未使用的潛力，然后使用該潛力。
存在幾種量化由準(zhǔn)直器引起的輻射光量減少的可能性。根據(jù)第一種優(yōu)選方法，利用在準(zhǔn)直器中具有定位的屏蔽元件時(shí)與沒有屏蔽元件時(shí)(即屏蔽完全打開)的X射線束(到達(dá)患者)的橫截面積之比來量化輻射光量的減少，而不使用光量測(cè)定法。根據(jù)第二優(yōu)選方法，利用在準(zhǔn)直器中配置和沒有配置屏蔽和濾光元件時(shí)面積光量乘積之比來量化輻射光量的減少。面積光量乘積是光量測(cè)定值，其對(duì)應(yīng)于X射線束內(nèi)的光量與相同點(diǎn)處其橫截面積的乘積(單位Gy·cm2)。
根據(jù)以上方法的改進(jìn)，在一組準(zhǔn)直器的情況下，按照X射線設(shè)備的X射線輻射光源的特性函數(shù)可計(jì)算面積光量乘積，例如其輻射質(zhì)量(射線的光譜)。這樣就可以更加精確地確定例如在使用濾光片和/或厚度連續(xù)遞增的半透明屏蔽元件(例如楔)的情況下輻射光量的減少，其中通過的輻射量取決于入射輻射的輻射質(zhì)量。
優(yōu)選的是，將所確定的輻射光量的減少作為文本(例如數(shù)值)和/或圖形(例如圓形分格統(tǒng)計(jì)圖表或條形統(tǒng)計(jì)圖表)顯示出來，以便使用者可以對(duì)其進(jìn)行利用。此外，可以單獨(dú)地顯示由不同元件引起的光量減少，例如利用一側(cè)的屏蔽元件和另一側(cè)的濾光元件。在這方面，可以想到利用對(duì)光量減少的比例進(jìn)行彩色編碼的組合顯示。
根據(jù)本發(fā)明的另一種改進(jìn)，根據(jù)輻射光量的減少來確定X射線輻射反向散射的減少和/或圖像質(zhì)量的改進(jìn)，并且將其顯示給用戶。這樣，用戶可以直接檢測(cè)用過的和仍然存在的用于光量減少的有益效果的潛能。
參照附圖
所示的實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明，然而本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。
唯一的附圖示意性地表示了根據(jù)本發(fā)明的X射線設(shè)備的部件。
為了生成患者5身體的X射線圖像，所述X射線設(shè)備包括具有X射線管的X射線輻射源7，其利用發(fā)電機(jī)提供的X射線電壓生成X射線輻射，還包括X射線檢測(cè)器4，其按照局部解析的方式測(cè)量通過患者5身體的X射線輻射。此外，X射線檢測(cè)器4連接用于讀取單獨(dú)的圖像傳感器的圖像生成單元1。通過數(shù)據(jù)處理單元2控制X射線設(shè)備和對(duì)所獲得的(數(shù)字化)X射線圖像的處理，該數(shù)據(jù)處理單元為此連接到圖像生成單元1和X射線輻射源7。此外，數(shù)據(jù)處理單元2連接到系統(tǒng)控制板8，利用該控制板用戶可以輸入命令并且控制記錄過程，并且該數(shù)據(jù)處理單元2還連接到用于顯示所記錄的X射線圖像的顯示單元3。
該X射線設(shè)備還包括準(zhǔn)直器6，該圖中表示了該準(zhǔn)直器的插入到X射線束中的兩個(gè)快門和一個(gè)濾光器。該準(zhǔn)直器還包括所謂的主輻射濾光器(未示出)，其包括光闌，由X射線管生成的輻射在該光闌處僅通過錐形射線束，以及包括預(yù)濾光器。準(zhǔn)直器中的輻射濾光器經(jīng)常用于控制輻射質(zhì)量以及減少患者光量。
同樣，準(zhǔn)直器6連接到數(shù)據(jù)處理單元2，該數(shù)據(jù)處理單元可以將用于設(shè)置希望的濾光器和屏蔽元件位置的命令發(fā)送給準(zhǔn)直器6，其中所述的命令由合適的自動(dòng)定位機(jī)構(gòu)執(zhí)行。
現(xiàn)有技術(shù)中，用戶可以用來設(shè)置準(zhǔn)直器的信息是總患者光量(單位Gy·cm2)和瞬時(shí)患者光量速率(單位cGy·cm2/s)，在僅考慮到快門和光闌位置以及修正屏蔽生成的當(dāng)前圖像的同時(shí)確定該信息。通過盡可能地關(guān)閉準(zhǔn)直器的屏蔽，由于散射輻射減少可以提高圖像質(zhì)量。此外，還使暴露于患者和人員的輻射最小化。除了這些優(yōu)點(diǎn)之外，在臨床實(shí)踐中，僅偶爾使用準(zhǔn)直器。
為了更好地通知使用具有準(zhǔn)直器的X射線設(shè)備的用戶，因此根據(jù)本發(fā)明實(shí)施對(duì)準(zhǔn)直器引起的輻射光量減少的檢測(cè)。優(yōu)選的是，根據(jù)理論，將準(zhǔn)直器和X射線設(shè)備作為一個(gè)整體來考慮，根據(jù)其當(dāng)前的設(shè)置來計(jì)算這種情況下的減少。所述設(shè)置包括例如屏蔽和濾光元件的位置和傳輸函數(shù)。在本方法的附屬方面中，還可以估定由于反向散射減少對(duì)人員的益處以及對(duì)圖像質(zhì)量的益處。
可以將各種劑量測(cè)定參數(shù)用于使得光量的減少可視化，例如能量光量(單位Gray)、離子光量(kerma“物體中釋放的動(dòng)能”(kineticenergy re1eased in matter))或者有效光量或者等效光量(單位Sievert)。例如，根據(jù)患者模型，可以通過從檢測(cè)器圖像確定患者的截面圖像并且自動(dòng)分割各種組織類型(參見DE19903749A1)來計(jì)算后者。在光量確定中，進(jìn)一步區(qū)分進(jìn)入患者的光量(沒有散射部分的純光量)和表面光量(考慮了散射)。理論上，可以獲得絕對(duì)信息(例如面積光量的光量率乘積，單位cGy·cm2或者整個(gè)面積光量乘積，單位Gy·cm2)以及相關(guān)信息(見下)。
具體講，根據(jù)本發(fā)明方法中X射線設(shè)備的使用如下舉例首先，由操作者利用控制板8手動(dòng)或者由數(shù)據(jù)處理單元2自動(dòng)定位準(zhǔn)直器6的濾光和屏蔽元件。然后由數(shù)據(jù)處理單元2讀取屏蔽元件的位置，以便據(jù)此計(jì)算受屏蔽的X射線束的橫截面面積Ab(即在準(zhǔn)直器6后面“丟失”的面積)。于是當(dāng)屏蔽打開時(shí)可以利用受屏蔽的橫截面面積Ab和X射線束的總橫截面面積A0之商來計(jì)算面積屏蔽系數(shù)AA，如下式AA=AbA0·100%]]>因此，AA＝0％的值對(duì)應(yīng)于完全打開的屏蔽，而AA＝100％的值對(duì)應(yīng)于完全關(guān)閉的屏蔽。根據(jù)基本應(yīng)用，仍然必須分析瞬時(shí)圖像，以便從這些計(jì)算中排除直接照射的非相關(guān)區(qū)域(即沒有X射線輻射通過患者)。在這種分析中，例如首先按照給定獲取參數(shù)(X射線管電壓和電流、預(yù)濾光、II模式、光譜等)的函數(shù)確定沒有吸收(或者僅具有幾厘米水吸收)的圖像亮度的模擬閾值；然后進(jìn)行分段，其中將比閾值亮的圖像區(qū)域分類為直接輻射的區(qū)域，以及將比閾值暗的圖像區(qū)域分類為與患者相關(guān)的區(qū)域。
此外，可以利用X射線輻射源7的電流發(fā)生器的設(shè)置值來確定準(zhǔn)直器6中的濾光傳輸，所述濾光的傳輸取決于輻射的質(zhì)量。這樣，可以計(jì)算光量減少系數(shù)DRF。在這種情況下，將屏蔽完全打開時(shí)每幅圖像、每秒、每序列或者每次干預(yù)的面積光量乘積DAP0與放置了濾光器之后估定面積光量乘積DAPb之間的關(guān)系如下式DRF=DAP0DAPb]]>可選擇的是，可以根據(jù)以下公式計(jì)算面積光量乘積的相對(duì)減少DRDR=DAPbDAP0·100%]]>面積屏蔽系數(shù)AA、面積光量乘積DR的相對(duì)減少和/或光量減少系數(shù)DRF的上述參數(shù)可以顯示為特定指示。常規(guī)的X射線系統(tǒng)在當(dāng)前的X射線圖像下使系統(tǒng)控制板8上和顯示單元3上的患者光量可視化。最后提到的顯示單元典型包括有關(guān)各種成像參數(shù)的信息(SID＝光源-圖像-距離、管的電流充電、II模式、患者光量速率等)?？梢栽陲@示單元3或者顯示單元3和系統(tǒng)控制板8上顯示光量減少的新指示。
存在幾種表示數(shù)據(jù)的可能性。在最簡(jiǎn)單的情況下，如圖所示，可以顯示指示的絕對(duì)數(shù)值。此外或者作為選擇，還可以選擇符號(hào)表示，例如圓形分格統(tǒng)計(jì)圖表或者條線圖。
上述用于準(zhǔn)直器6輻射光量減少的新指示尤其在與自動(dòng)濾光器放置和對(duì)感興趣的區(qū)域成像的方法相聯(lián)系的情況下是有價(jià)值的，這是因?yàn)槠涫沟米詣?dòng)濾光器放置的優(yōu)點(diǎn)可以直接明了。與手動(dòng)設(shè)置準(zhǔn)直器相聯(lián)系，新的指示提供給用戶更多的有關(guān)可獲得的光量減少潛力的信息，因此實(shí)際上可以更規(guī)則地使用后者，同時(shí)具有成像質(zhì)量好和使暴露于輻射最小化的相應(yīng)優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種X射線設(shè)備，包括a)X射線輻射光源(7)；b)用于限制、局部衰減和/或過濾X射線束的可設(shè)置準(zhǔn)直器(6)；c)X射線檢測(cè)器(4)；d)用于檢測(cè)由準(zhǔn)直器(6)引起的輻射光量減少的裝置(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線設(shè)備，其特征在于其包括數(shù)據(jù)處理單元(2)，用于控制圖像的生成以及處理所記錄的x射線圖像，該數(shù)據(jù)處理單元(2)與X射線輻射光源(7)、準(zhǔn)直器(6)和X射線檢測(cè)器(4)相連，并且為了檢測(cè)準(zhǔn)直器(6)的當(dāng)前設(shè)置以及根據(jù)該設(shè)置確定由準(zhǔn)直器引起的輻射光量的減少而對(duì)該數(shù)據(jù)處理單元進(jìn)行設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線設(shè)備，其特征在于其包括顯示單元(3)，用于顯示所記錄的X射線圖像，在該顯示單元(3)上能夠?qū)z測(cè)到的輻射光量的減少作為文本和/或圖形顯示出來。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線設(shè)備，其特征在于其包括顯示單元，用于顯示成像參數(shù)，在該顯示單元上能夠?qū)z測(cè)到的輻射光量的減少作為文本和/或圖形顯示出來。
5.一種設(shè)置X射線設(shè)備的準(zhǔn)直器(6)的方法，其中根據(jù)準(zhǔn)直器(6)的當(dāng)前設(shè)置和X射線設(shè)備的其它可能的部件，確定并且顯示由準(zhǔn)直器(6)引起的輻射光量的減少。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于由具有準(zhǔn)直器(6)和不具有準(zhǔn)直器(6)的情況下的輻射橫截面面積的比例來量化輻射光量的減少。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于由具有準(zhǔn)直器(6)和不具有準(zhǔn)直器(6)的情況下的面積光量乘積的比例來量化輻射光量的減少。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于按照X射線設(shè)備的X射線輻射光源(7)的特性函數(shù)計(jì)算具有準(zhǔn)直器(6)時(shí)的面積光量乘積。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于將輻射光量的減少作為文本和/或圖形顯示出來。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于根據(jù)輻射光量的減少來確定X射線輻射的反向散射的減少和/或圖像質(zhì)量的改進(jìn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種X射線設(shè)備，其具有X射線輻射光源(7)、準(zhǔn)直器(6)和X射線檢測(cè)器(4)。由數(shù)據(jù)處理單元(2)根據(jù)準(zhǔn)直器(6)的屏蔽和濾光元件的當(dāng)前設(shè)置來計(jì)算暴露給患者(5)的輻射光量的減少，并且將其顯示在顯示單元(3)上，所述減少是由準(zhǔn)直器(6)成生的，例如作為面積屏蔽因數(shù)AA和/或光量減少因數(shù)DRF顯示出來。這樣，用戶可以檢測(cè)該準(zhǔn)直器仍然存在的用于改進(jìn)圖像和使暴露于輻射最小化的潛力。
文檔編號(hào)A61N5/10GK1747688SQ200480003923
公開日2006年3月15日 申請(qǐng)日期2004年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月11日
發(fā)明者S·莫魯斯 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司