專利名稱：用于調(diào)整x射線設(shè)備的成像參數(shù)的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于調(diào)整成像參數(shù)的調(diào)整裝置和方法，所述成像參數(shù)尤其是例如X射線劑量、管電流、管電壓、脈沖長度、和X射線設(shè)備的濾波設(shè)置，以便最小化患者受到的輻射負荷。
現(xiàn)在醫(yī)學中許多診斷和治療過程在X射線熒光觀察下執(zhí)行。為了使患者和工作人員受到的輻射照射最少，進行了很多努力來實現(xiàn)在最低可能射線劑量下達到足夠的圖像質(zhì)量?；谶@種精神，制造商在X射線設(shè)備中包括APR設(shè)置(APR＝自動編程的射線照相術(shù))，所述APR設(shè)置包含用于各種成像方案(身體區(qū)域/器官、臨床因素等等)的成像參數(shù)的預(yù)編程值。這些值也包括實時劑量控制參數(shù)，通過這些實時劑量控制參數(shù)可以將劑量基本控制成使得在探測器或圖像放大器上預(yù)定場內(nèi)(例如，探測器中心的圓)的平均亮度具有預(yù)定值。用戶通常不可能為特定情形更好地調(diào)整APR設(shè)置。然而，例如，如果它們基于的吸收模式在最新的臨床條件下是不適當?shù)?，這樣的可調(diào)整性是需要的，因為在特定情形中預(yù)定成像參數(shù)可能是次優(yōu)的。這種情況的一個典型的例子是在電生理檢查中使用的大直徑導管。這種類型的導管清楚地從它的背景中顯出，使得使用標準參數(shù)產(chǎn)生的X射線圖像通常使用了比必需劑量更多的X射線劑量。
為了調(diào)整X射線設(shè)備的成像參數(shù)，由JP-11299765可知，對于給定的最大X射線劑量計算成像參數(shù)，使得感興趣目標的對比度-噪聲比最大。
以此文獻為背景，本發(fā)明的一個目的是提供用于調(diào)整X射線設(shè)備的成像參數(shù)的裝置，其允許輻射負荷最小化。
上述目的通過具有權(quán)利要求1的特征的裝置以及具有權(quán)利要求10的特征的方法實現(xiàn)。優(yōu)選實施例包括在從屬權(quán)利要求中。
按照本發(fā)明的裝置用于調(diào)整X射線設(shè)備的成像參數(shù)，該裝置包括下述組件用戶界面，在X射線設(shè)備所產(chǎn)生的初始圖像的幫助下，通過該用戶界面，用戶可指定感興趣區(qū)域的圖像，例如一個物體(如，血管截面和/或?qū)Ч?的圖像，和該圖像區(qū)域所需的可見度標準。優(yōu)選地，根據(jù)所選圖像區(qū)域和它的環(huán)境計算該可見度標準。該用戶界面通常包括顯示初始圖像的監(jiān)視器和輸入裝置和鍵盤和/或鼠標。
數(shù)據(jù)處理裝置，其與用戶界面和X射線設(shè)備相連。該數(shù)據(jù)處理裝置例如設(shè)有適當?shù)某绦颍詧?zhí)行下述步驟a)計算X射線設(shè)備的調(diào)整的成像參數(shù)，在其使用期間對給定圖像區(qū)域達到預(yù)定的可見度標準。尤其，給定的圖像區(qū)域及其給定可見度標準可由該調(diào)整裝置的用戶通過用戶界面基于初始圖像進行預(yù)定義。
b)基于計算出的、被調(diào)整的成像參數(shù)控制該X射線設(shè)備。
所描述的裝置允許對具體的應(yīng)用情形設(shè)置X射線設(shè)備的成像參數(shù)，同時感興趣圖像區(qū)域(例如，導管)的所需可見度標準作為參考。以這種方式，為用戶提供的X射線圖像符合他關(guān)于感興趣結(jié)構(gòu)的可見度的需求，由此自動設(shè)置成像參數(shù)和輻射負荷以實現(xiàn)所需的結(jié)果。通過指定非常低的、而同時是足夠的可見度標準，并局限于相關(guān)的圖像區(qū)域或目標，尤其用戶可因此實現(xiàn)在精確的最小所需劑量下產(chǎn)生圖像。這樣既避免了對感興趣結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不必要的高能見度的高劑量照射，又避免了可能不得不重復(fù)的太低劑量的照射。
尤其，數(shù)據(jù)處理設(shè)備可設(shè)置成用于確定初始圖像中給定圖像區(qū)域的可見度標準的當前值。尤其，可在被調(diào)整的成像參數(shù)的計算框架內(nèi)執(zhí)行這種類型的步驟，以為此獲得可見度標準的當前和所需值。取決于為可見度標準和成像參數(shù)所選擇的實際的定義，關(guān)于被調(diào)整的成像參數(shù)的結(jié)論通?？捎蓛蓚€變量的比值得出。
作為要調(diào)整X射線設(shè)備的成像參數(shù)，通常尤其要考慮影響影響每次照射的X射線劑量、照射期間X射線的輻射強度、和/或在照射期間X射線輻射的質(zhì)量的那些。通常，X射線劑量是基本變量，強度值或輻射質(zhì)量取決于X射線劑量的規(guī)定。此外，X射線的強度通常由X射線源的管電流決定，而X射線輻射的質(zhì)量由X射線源的管電壓和/或濾波器元件的設(shè)置值決定。
對于可見度標準的定義，有多種可能性，可見度標準的定義涉及特定圖像區(qū)域或目標和/或其環(huán)境。優(yōu)選地，可使用感興趣區(qū)域的對比度-噪聲比CNR。這定義為圖像區(qū)域的對比度與該圖像預(yù)定相關(guān)區(qū)域內(nèi)的噪聲的商。例如，“圖像區(qū)域的對比度”可定義為圖像區(qū)域的(平均)灰度值(或圖像區(qū)域的邊緣的平均灰度值)和該圖像區(qū)域的(更近)環(huán)境區(qū)域的(平均)灰度值之間的差。平均灰度值的使用是其本意，因為在X射線圖像中，圖像背景不是均勻的，并且可能變化很大。此外，在其中確定噪聲的圖像的相關(guān)區(qū)域優(yōu)選延伸至圖像區(qū)域和周圍區(qū)域。這考慮了以下因素，即X射線圖像中的圖像噪聲通常不是不變的，而是局部變化的。然而，也可全局確定圖像噪聲并將該圖像噪聲作為整個圖像的基礎(chǔ)。噪聲通常由相關(guān)區(qū)域內(nèi)它的關(guān)聯(lián)灰度值范圍量化。
可由用戶執(zhí)行感興趣區(qū)域的規(guī)定，例如，他用合適的輸入裝置完全界定感興趣區(qū)域或為預(yù)定義的斷面幾何結(jié)構(gòu)(矩形窗口，等)預(yù)定義角點(corner point)。然而，優(yōu)選地，數(shù)據(jù)處理裝置設(shè)置為以半自動過程支持用戶，其中，借助于通過用戶界面預(yù)定義的至少一個像素，它在初始圖像上分割感興趣圖像區(qū)域。例如，用戶可規(guī)定導管部分的末端點，數(shù)據(jù)處理裝置可對這些點之間的導管部分進行自動分割。
按照本調(diào)整裝置的更多特征，數(shù)據(jù)處理裝置設(shè)置為當計算被調(diào)整的成像參數(shù)時考慮圖像操作過程的影響。典型的圖像操作過程是減少圖像噪聲的噪聲濾波。因此，如果將對比度-噪聲的比作為可見度標準的基礎(chǔ)，則適當?shù)氖菙?shù)據(jù)處理裝置不從原始圖像中的噪聲值開始，而從適當?shù)脑肼暈V波之后的噪聲值開始。
所述裝置也優(yōu)選包括在X射線圖像期間反饋控制X射線設(shè)備的成像參數(shù)的控制模塊。由所述裝置計算的被調(diào)整的成像參數(shù)可表示基本目標值，例如每幅圖像的X射線劑量，其中“動態(tài)”成像參數(shù)，例如成像期間的管電流或管電壓，受到恒定反饋監(jiān)測。此外，由所述裝置計算的成像參數(shù)也可包括被反饋控制的變量的起始值。尤其，該控制模塊可包括圖像亮度控制，以便當達到圖像亮度的預(yù)定閾值時，結(jié)束X射線圖像。
按照另一特征，所述裝置包括用于檢測成像幾何結(jié)構(gòu)的變化的裝置。例如，這種類型的變化可通過移動患者臺或旋轉(zhuǎn)X射線設(shè)備發(fā)生。與成像幾何結(jié)構(gòu)一起，先前計算的成像參數(shù)的效果也變化，因此優(yōu)選將數(shù)據(jù)處理裝置設(shè)計成在檢測到成像幾何結(jié)構(gòu)變化時它調(diào)整這些成像參數(shù)，以使在新的成像幾何結(jié)構(gòu)下(可能)也達到預(yù)定的可見度標準。對于這種類型的調(diào)整，數(shù)據(jù)處理裝置例如可確定患者厚度并考慮這個因素。
本發(fā)明還涉及一種用于調(diào)整X射線設(shè)備的成像參數(shù)的方法，包括下述步驟a)使用成像參數(shù)的起始值產(chǎn)生初始圖像；b)交互地規(guī)定感興趣圖像區(qū)域和這個圖像區(qū)域的期望可見度標準；c)為X射線設(shè)備計算被調(diào)整的成像參數(shù)，使用該參數(shù)實現(xiàn)預(yù)定圖像區(qū)域的預(yù)定可見度標準；d)基于所計算的、被調(diào)整的成像參數(shù)控制X射線設(shè)備。
所述方法以通常形式使用上面所描述類型的設(shè)備執(zhí)行可執(zhí)行步驟。對于所述方法的細節(jié)，優(yōu)勢和更多發(fā)展的的細節(jié)解釋，參考上面的描述。
本發(fā)明還涉及具有如權(quán)利要求1到9中公開的調(diào)整裝置的X射線設(shè)備。
從下文描述的實施例，本發(fā)明的這些和其它方面是顯然的，并且將參考下文描述的實施例說明本發(fā)明的這些和其它方面。
在附圖
中，唯一的附圖示意性地顯示了按照本發(fā)明用于調(diào)整X射線設(shè)備的成像參數(shù)的裝置的組件。
在附圖左側(cè)，顯示了包括具有X射線源2和X射線探測器4的C形臂的X射線設(shè)備1。借助于X射線設(shè)備1，可產(chǎn)生患者的3幅X射線投影圖像，這些圖像被傳送到附加數(shù)據(jù)處理裝置5(工作站)中的圖像記錄模塊9中。數(shù)據(jù)處理裝置5還包括發(fā)生器控制模塊7，其輸出側(cè)連接到X射線源2，以便控制成像參數(shù)，例如尤其是X射線管電流I、管電壓V和X射線脈沖的脈沖長度L。例如為了在X射線圖像期間執(zhí)行反饋圖像亮度控制，發(fā)生器控制模塊7還連接到圖像記錄模塊9。數(shù)據(jù)處理裝置5還連接到用戶界面6，用戶界面6包括監(jiān)視器6a、鍵盤6b和鼠標6c。在監(jiān)視器6a上，可顯示X射線設(shè)備1產(chǎn)生的圖像。
如果用戶希望減小X射線劑量和/或改善圖像質(zhì)量，他可在數(shù)據(jù)處理裝置5上激活適當?shù)恼{(diào)整過程。在這個過程的框架內(nèi)，首先在監(jiān)視器6a上顯示X射線設(shè)備1產(chǎn)生的當前初始圖像。例如，為了產(chǎn)生初始圖像，使用預(yù)定的APR設(shè)置并通過多個控制參數(shù)將其設(shè)置為標準設(shè)置，預(yù)定的APR設(shè)置由用戶按照基本的臨床情況預(yù)先進行選擇。然后需要用戶在該圖像上指示某一感興趣區(qū)域ROI或感興趣目標(一個解剖細節(jié)或某一醫(yī)療裝置，例如導管)，并為這個區(qū)域ROI的可見度標準規(guī)定期望值。通過用戶的交互介入，例如，感興趣區(qū)域ROI的明確識別是可能的，即使感興趣目標本身幾乎沒有特征或是模糊的，例如，在對圖像質(zhì)量具有不同要求的視覺區(qū)域中的多個醫(yī)療器械的情況下正是如此。感興趣區(qū)域ROI自然也可是不相關(guān)的或可包括多個單獨的目標，例如解剖目標(例如左心室)和導管。
有各種由用戶指示感興趣目標ROI的可能性。例如，用戶可規(guī)定感興趣目標ROI的起點A和終點B。然后數(shù)據(jù)處理裝置5可使用適當?shù)姆指钏惴▽⒔o定的點A、B擴展為更詳細的目標定義。
此外，正如前面所提到的，必須由用戶為目標的可見度標準規(guī)定期望參考值。在本文的上下文中適當?shù)目梢姸葮藴适菍Ρ榷?噪聲的比CNR，因為它使圖像噪聲與目標和其的背景之間的對比度相關(guān)聯(lián)。尤其，目標相對于目標的周圍區(qū)域的(平均)對比度可相對于目標周圍區(qū)域的平均噪聲進行設(shè)置。用戶既可為對比度-噪聲比規(guī)定特定的最小參考值CNRref，也可將來自系統(tǒng)的標準值用于此，該標準值例如為在APR設(shè)置中的預(yù)定值。
給定了感興趣區(qū)域ROI和參考值CNRref，那么數(shù)據(jù)處理裝置5就能確定對于給定應(yīng)用、確定的患者和感興趣圖像區(qū)域ROI的最佳成像參數(shù)。為了這個目的，最初在數(shù)據(jù)處理裝置的模塊10中，對于當前初始圖像，測量感興趣目標ROI和它的周圍之間的對比度，并確定圖像噪聲。由這些值，可計算對比度-噪聲比的當前值CNRm。在數(shù)據(jù)處理裝置5的另一模塊8中，隨后執(zhí)行測量得到的對比度-噪聲比CNRm與期望值CNRref之間的比較。如果測量值CNRm小于期望值CNRref，也就是說感興趣目標ROI的可見度太小，則必須改變X射線設(shè)備1的成像參數(shù)以在接下來的圖像記錄中使用高X射線劑量。然而，如果測量值CNRm大于參考值CNRref，使得感興趣區(qū)域ROI的成像優(yōu)于所需的，則X射線劑量可減小相應(yīng)的量。通常為了執(zhí)行所描述的參數(shù)調(diào)整，計算測量得到的對比度-噪聲比和期望對比度-噪聲比之間的比CNRm∶CNRref?？紤]到技術(shù)上和法定的預(yù)定限制值，可獲得X射線圖像的基本技術(shù)要求(例如每幅圖像所需劑量的值Q0)，對它們的調(diào)整取決于計算出的比值和發(fā)生器控制模塊7。此外，為了控制濾波元件的設(shè)置，模塊8也可給出命令f到X射線源2的準直器。
產(chǎn)生接下來的X射線圖像期間，使用基于亮度的劑量檢查來控制動態(tài)成像參數(shù)，動態(tài)成像參數(shù)例如為管電流I和管電壓V，因此為了使用最佳X射線劑量描繪感興趣目標ROI，也考慮了被調(diào)整的成像參數(shù)Q0。
X射線劑量Q通常受兩個參數(shù)的影響由管電流I決定的輻射強度；和由射線濾波情況和管電壓決定的輻射質(zhì)量。
按照本方法的特定實施例，僅調(diào)整輻射強度，這取決于臨床條件。這意味著照射患者的X射線光子的數(shù)目隨期望和測得對比度-噪聲之比CNRref∶CNRm之間的比值線性增加。
在本方法的另一實施例中，為了達到感興趣目標ROI和它的環(huán)境之間的期望對比度-噪聲比，不僅調(diào)整管電流I，還調(diào)整輻射質(zhì)量。在該過程中，為了找到最佳成像條件，要在不同的、部分對立的要求之間找到各種折中，例如患者厚度對圖像品質(zhì)(CNR)對kVp(峰值管電壓)，患者厚度對患者輻射對kVp。
為了改善使用本方法獲得的結(jié)果，在新劑量設(shè)置Q0的計算中，在模塊8中可考慮X射線圖像處理期間的噪聲濾波。因為劑量減少了，圖像信號的噪聲成分就增加了。然而，通過圖像處理方法，可部分消除噪聲并因此改善圖像品質(zhì)。為此，考慮噪聲濾波對于確定照射參數(shù)是有利的。
可進一步發(fā)展本方法，使得所計算的成像參數(shù)(例如劑量設(shè)置Q0)可以調(diào)整成可接受的角度和系統(tǒng)幾何結(jié)構(gòu)的改變。因此，例如，在X射線照射期間，為了描述患者解剖結(jié)構(gòu)的不同透視圖，醫(yī)師可移動患者臺或改變X射線設(shè)備1的C形臂的位置。為了處理這樣的過程，可根據(jù)初始圖像確定患者厚度，其用于確定被測量的對比度-噪聲比CNRm。隨著系統(tǒng)幾何結(jié)構(gòu)的改變，則必須重新計算患者厚度以及實際的對比度-噪聲比CNRm和期望值CNRref之間的商，以基于這些計算更新劑量設(shè)置Q0并將它們傳送給發(fā)生器控制模塊7。以這種方式，盡管改變了幾何結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)可以繼續(xù)以圖像品質(zhì)和所使用的射線劑量之間的最佳平衡進行工作。
總之，上述方法取得了下述優(yōu)勢-最小化照射負荷而同時確保感興趣結(jié)構(gòu)足夠的可見度；由此劑量減少到原來的1/2成為可能；-對于不夠的成像條件，改善細節(jié)的可見度；-不需要實時分割感興趣目標(即，沒有不穩(wěn)定性的潛在源)；-即使在可見區(qū)域中存在多個目標，感興趣目標也很明顯；-即使感興趣目標在觀察區(qū)域之外也可確?？梢姸鹊慕o定水平；-由于感興趣目標的基本可見度模型可相對于各種患者厚度進行外推，因此對系統(tǒng)幾何結(jié)構(gòu)的改變不敏感；-現(xiàn)有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)只需進行很小的改變就能結(jié)合所述方法；尤其現(xiàn)有的基于亮度的劑量可保持不變；-要實現(xiàn)的APR設(shè)置的數(shù)目最少。
權(quán)利要求
1.一種用于調(diào)整X射線設(shè)備(1)的成像參數(shù)(I，V，L，f，Q0)的調(diào)整裝置，包括用戶界面，通過該用戶界面，借助于初始圖像，用戶可指定感興趣的圖像區(qū)域(ROI)和該圖像區(qū)域的期望可見度標準(CNRref)；數(shù)據(jù)處理裝置(5)，設(shè)置成執(zhí)行下述步驟a)計算X射線設(shè)備(1)的被調(diào)整的成像參數(shù)(I，V，L，f，Q0)，通過使用該被調(diào)整的成像參數(shù)實現(xiàn)所述給定圖像區(qū)域(ROI)的所述預(yù)定可見度標準(CNRref)；b)基于所計算的被調(diào)整的成像參數(shù)(I，V，L，f，Q0)控制該X射線設(shè)備(1)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于數(shù)據(jù)處理裝置(5)設(shè)置成在初始圖像中確定預(yù)定圖像區(qū)域(ROI)的可見度標準的當前值(CNRm)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述成像參數(shù)影響每次照射的劑量(Q0)、X射線設(shè)備(1)產(chǎn)生的X射線輻射的強度和/或質(zhì)量。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于所述成像參數(shù)包括管電流(I)、管電壓(V)、脈沖長度(L)和/或濾波元件的設(shè)置值(f)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于可見度標準是感興趣圖像區(qū)域(ROI)的對比度-噪聲比。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于數(shù)據(jù)處理裝置(5)設(shè)置成在初始圖像中基于通過用戶界面預(yù)定的至少一個像素(A，B)，分割感興趣圖像區(qū)域(ROI)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于數(shù)據(jù)處理裝置(5)設(shè)置成當計算被調(diào)整的成像參數(shù)(I，V，L，f，Q0)時，考慮圖像處理過程的影響，尤其是噪聲濾波的影響。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于它包括控制模塊(7)，用于在X射線圖像期間反饋控制X射線設(shè)備(1)的成像參數(shù)(I，V，L)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于它包括檢測成像幾何結(jié)構(gòu)的變化的裝置，且數(shù)據(jù)處理裝置(5)設(shè)置成在成像幾何結(jié)構(gòu)改變的情況下調(diào)整被計算的成像參數(shù)(I，V，L，f，Q0)，使得仍能達到預(yù)定可見度標準(CNRref)。
10.一種用于調(diào)整X射線設(shè)備(1)的成像參數(shù)(I，V，L，f，Q0)的方法，包括下述步驟a)使用成像參數(shù)的起始值產(chǎn)生初始圖像；b)交互地規(guī)定感興趣圖像區(qū)域(ROI)和該圖像區(qū)域的期望可見度標準(CNRref)；c)為X射線設(shè)備(1)計算被調(diào)整的成像參數(shù)(I，V，L，f，Q0)，在使用上述參數(shù)期間，實現(xiàn)所述預(yù)定圖像區(qū)域(ROI)的所述預(yù)定可見度標準(CNRref)；d)基于所計算的被調(diào)整的成像參數(shù)(I，V，L，f，Q0)控制X射線設(shè)備(1)。
11.具有根據(jù)權(quán)利要求1到9之一的調(diào)整裝置的X射線設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于調(diào)整X射線設(shè)備(1)的成像參數(shù)的裝置，由此用戶在初始圖像上預(yù)定義圖像的感興趣區(qū)域(ROI)和該圖像區(qū)域的期望對比度－噪聲比值(CNR
文檔編號G01T1/166GK1874726SQ200480032028
公開日2006年12月6日 申請日期2004年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月29日
發(fā)明者S·莫盧斯, J·韋澤 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司