CN101010039A - X射线设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于一X射线设备(1)的控制装置(11)和一种具有所述控制装置(11)的X射线设备(1)。所述X射线设备(1)具有一与所述控制装置(11)相连的X射线发生器(10)和至少一个与所述控制装置(11)相连的照相机(16，16′)，其中，所述控制装置(11)设计为可从所述照相机(16，16′)接收一患者或物体(7)的图像数据。根据本发明，所述控制装置(11)包括一分析模块(14)，所述分析模块设计为用于分析从所述照相机(16，16′)接收到的图像数据，并根据所述图像数据的一分析结果生成至少一个用于控制所述X射线发生器(10)的控制信号，所述信号由所述控制装置(11)传输给所述X射线发生器。

Description

X射线设备
技术领域
本发明涉及一种根据独立权利要求1前序部分所述的X射线设备。这种X射线设备具有一控制装置，所述控制装置具有一用于连接X射线设备的至少一个需要被控制的组件的控制接口与一用于连接至少一个照相机的照相机接口。所述控制装置设计为可从所述照相机接口接收一患者或物体的图像数据。
背景技术
X射线设备可用于对患者或物体进行诊断性的X射线照射或对患者进行X射线放疗。其在技术领域内可以应用于材料研究或机场的行李检查。在医学上，X射线设备一方面用于对患者身体组织进行放疗，另一方面用于进行以生成X射线图像为目的的透视。这些X射线图像主要是被透视的身体部位的2D投影。此外也可通过成像算法根据同一身体部位的不同2D投影的X射线图像生成3D图像数据。
就技术角度而言，2DX射线图像的特性，如亮度、对比度或锐度，主要取决于X射线的能量和X射线剂量。这些参数由X射线发生器预先决定，其控制X射线管，因而对X射线图像的特性有着决定性的影响。另一方面，X射线图像的特性很大程度上会受到被X射线透视的物体的影响，其中，在对一患者身体进行诊断性检查时，患者身体的体积首先起着突出作用。此外，X射线图像检测器的参数，例如灵敏度、分辨率或散射光栅，也起着重要作用。
因此在X射线诊断技术中，在生成一X射线图像之前必须由操作人员对X射线设备进行各种与患者相关的调节。这种调节往往可根据患者的身高和体积来进行。举例而言，X射线发生器的参数必须调整至与身体体积相匹配。此外还须进行与患者位置相关的调节。举例而言，必须根据需要检查的器官或身体部位的位置来调节X射线检测器的位置，必须根据需要检查的器官或身体部位的大小来调节X射线源的光阑，以便将X射线束限制在尽可能小的范围内，从而确保患者承受较低的辐射曝光量。
操作人员借助一光学面盔手动进行几何调节，即定向和光阑调校。操作人员通过估计患者体积来调整X射线发生器的记录参数；作为可选方案，也可进行自动曝光，但这需要在X射线图像检测器前面布置一附加的剂量测定装置。
JP08-266536中公开了一种具有至少一个活动组件的X射线设备。所述活动组件可例如是一X射线图像检测器。这个组件一方面应以尽可能快的速度移动，另一方面应尽可能避免与障碍物相撞。出于这个目的，所述活动组件上安装有非接触式测距传感器，当活动组件与障碍物之间的距离低于一最小间距时，所述测距传感器可以检测到。
申请人在DE 197 43 500 A1中公开了一种同样需要避免活动组件与障碍物或需要检查的患者相撞的X射线设备。出于这个目的，所述X射线设备配有一用于发射一扇形光的光发射器与一用于检测患者或障碍物的照相机。借助照相机可生成用于避免发生碰撞的3D数据。其中，一种优选的设计方案是，光发射器和照相机在红外波长范围内工作。
申请人在DE 102 32 676 A1中公开了一种在一计算机断层摄影装置中对一需要检查的患者进行定位的方法。为此需设置一用于获取待检查患者的图像数据的照相机。对所述图像数据进行图像处理后，系统会自动建议一需要检查的身体部位。随后，患者会被自动定位在其需要检查的身体部位正好处于计算机断层摄影装置扫描区内的位置上。
发明内容
本发明的目的是提供一种X射线设备，所述X射线设备不仅自动控制功能有所增强，同时还可更有效地避免因操作人员而出现的误调。
这个目的通过一种具有权利要求1所述特征的X射线设备和一种具有权利要求11所述特征的X射线设备而达成。
本发明的目的通过一种根据权利要求1所述的、具有一控制装置的X射线设备而达成，所述控制装置具有一用于连接X射线设备的至少一个需要被控制的组件的控制接口与一用于连接至少一个照相机的照相机接口，其中，所述控制装置设计为可从所述照相机接口接收一患者或物体的图像数据。根据这个解决方案，控制装置包括一分析模块，所述分析模块设计为用于分析从照相机接口接收到的图像数据，并根据图像数据的一分析结果生成至少一个控制信号，所述控制信号用于控制至少一个为对患者或物体进行诊断性或治疗性X射线照射而设置的组件，通过所述控制接口提供所述信号。
上述的组件应当理解为需要被控制的组件，需要被控制这些组件包括对穿过身体或物体的X射线的特性直接产生决定性影响的组件，例如X射线发生器、光阑或滤光器，或对需要生成的X射线图像的特性有决定性影响的组件，例如除上述组件外的X射线检测器或散射光栅。
由此产生的优点是，可借助对患者或物体的图像数据的自动分析来调整X射线设备原本由一操作人员借助光学效应(例如根据目测)来估计的那部分参数。这一方面可减轻操作人员的工作，因为既不需要采取光学措施，随后也不需要手动输入参数。另一发面还可降低操作人员错误估计和错误输入的几率。在此情况下，参数选择就不再取决于操作人员的经验或技巧。
所述X射线设备的一优选设计方案为，照相机接口设计为可连接一CCD照相机、一激光扫描仪或一红外照相机。由此产生的优点在于，通过照相机接口可连接通用的照相机，这些照相机的工作原理已广为人知，因而可在广泛的经验基础上进行图像数据分析。其中，使用CCD照相机的优点特别在于，获得的图像数据不仅可被操作人员或医生以光学方式进行观察，还可提供用于控制X射线设备或用于诊断患者或物体的附加信息。使用激光扫描仪的优点在于可使用3D图像数据检测方法。使用红外照相机的优点特别在于，可通过一特别简单的照相机结构在不使用可见光的情况下进行测量，此外也特别容易获取距离信息。
所述X射线设备的另一优选设计方案为，分析模块设计为用于分析从照相机接口接收到的2D图像数据，且所述分析包括测定患者或物体的2D轮廓。2D图像数据测定的优点是其特别易于实现。此外，根据一测定的2D轮廓一方面可检验患者或物体是否处于一合适位置。另一方面，通过在代表性量值方面对2D图像数据进行分析，可得出有关物体体积的推断，所述推断又可用于控制像X射线电压或X射线电流-时间之积这样的参数，其中，所述代表性量值例如为腰围或关节直径。
所述X射线设备的另一优选设计方案为，分析模块设计为用于分析从照相机接口接收到的3D图像数据，且所述分析包括测定患者或物体的体积。由此产生的优点是可直接测定患者或物体的体积，特别可精确测定需要透视的部位的尺寸。根据所述尺寸可针对X射线治疗或X射线诊断将像X射线电压或X射线电流-时间之积这样的参数非常精确地调整为最佳值。
所述X射线设备的另一优选设计方案为，分析模块设计为用于分析从照相机接口接收到的3D图像数据，且所述分析包括测定至患者或物体的一距离。由此产生的优点是例如可对至患者或物体的一最小距离进行监控，或者可对X射线管与X射线图像检测器之间的X射线通道的几何量值，例如光阑开口，进行自动控制。
此外，本发明的目的还通过一种根据权利要求11所述的X射线设备而达成，所述X射线设备具有一控制装置、一与所述控制装置相连的X射线发生器和至少一个与所述控制装置相连的照相机，其中，所述控制装置设计为可从所述照相机接收一患者或物体的图像数据。根据这一解决方案，所述控制装置包括一分析模块，所述分析模块设计为用于分析从照相机接收到的图像数据，并根据图像数据的一分析结果生成至少一个用于控制X射线发生器的控制信号，所述信号由控制装置传输给X射线发生器。
由此产生的优点是，通过对患者或物体的图像数据进行自动分析可针对X射线治疗或X射线诊断对X射线发生器的参数进行最佳调整。X射线发生器的可调整参数包括X射线电压和X射线电流-时间之积，其主要对X射线照射的效果有着决定性的影响。这些参数在X射线诊断中对所生成的X射线图像的质量有决定性影响。
所述X射线设备的一优选设计方案为，分析模块设计为用于分析从照相机接口接收到的3D图像数据，且所述分析包括测定患者或物体的体积。由此产生的优点是可直接测定患者或物体的体积，从而精确知晓需要透视的部位的尺寸。通过精确知晓需要透视的部位的尺寸可针对X射线治疗或X射线诊断对X射线发生器的参数进行最佳调整。
所述X射线设备的另一优选设计方案为，所述控制信号设计为用于控制X射线发生器的X射线电压。由此产生的优点是，通过对图像数据的自动分析可对发生器电压进行匹配，从而改善图像质量，通过对发生器电压进行匹配同时还可降低软X射线负载，即对图像质量没有优选影响的低能量X射线的负载。为此，透视较瘦患者或体积较小物体时将X射线电压降低，透视体积较大的病患或物体时则将其升高。尽管X射线电压匹配并非是产生一正确曝光的X射线图像的必要条件，但其对辐射曝光量和所生成的X射线图像的对比度总是有着重大影响。
所述X射线设备的另一优选设计方案为，所述控制信号设计为用于控制一X射线发生器的电流-时间之积。由此产生的优点是，可通过对X射线电流-时间之积与患者或物体的体积进行匹配来达到使需要生成的X射线图像正确曝光的目的。特别对于没有自动曝光功能(即自动调整X射线电流-时间之积的功能)的X射线设备而言，这一点优选于改善图像质量。为达到这个目的，透视体积较大的患者或物体时将X射线电流-时间之积升高，透视较瘦患者或体积较小物体时则将其降低。
附图说明
其他优选设计方案可从其他权利要求和附图说明中获得。下面借助一附图对本发明的实施例进行详细说明，其中：
图1为一具有自动图像数据分析功能的X射线设备的图示。
具体实施方式
图1显示的是一具有自动图像数据分析功能的X射线设备1的示意图。
一需要接受检查的患者7被安置在一检查台2上。检查台2的下面布置有一X射线图像检测器5，其用于在射入的X射线基础上生成X射线图像数据。X射线图像检测器5既可为一胶片薄膜系统，也可为一数字检测器(Flachdetektor，FD，平板检测器)，此外也可使用图像放大器。
检查台2固定在一支架3上，可与X射线图像检测器5一起在所述支架上沿垂直和水平方向移动。支架3上还安装有一同样可在垂直和水平方向上移动的X射线源4。X射线源4内布置有一作为其组成部分的、用于产生一X射线束6的X射线管18。X射线源4和检查台2可以彼此对齐，使得图中用虚线表示的X射线束6穿过患者7，随后射在X射线图像检测器5上。
X射线束6在患者7需要透视的身体部位范围内的几何图形一方面取决于X射线源4与检查台2之间的距离和对齐度。另一方面，其还可受一光阑17的影响，所述光阑可借助遮光板在两个水平方向上限制X射线束6。由此可使X射线束6的轮廓与需要透视的身体部位的轮廓相匹配。
X射线的特性此外还受一滤光器19的影响，借助所述滤光器可使X射线的频谱最佳化。滤光器19根据折射原理工作，在此情况下便可通过倾斜滤光器19、并进而通过X射线折射的布拉格角来进行控制。滤光器19或者也可在具有不同光学指数的各种滤光器材料的基础上工作，在此情况下便可通过插入滤光器19或通过更换不同的滤光器19来进行控制。
由X射线图像检测器5生成的X射线图像的特性受一散射光栅20的影响。散射光栅20可阻挡住在患者7体内完成散射过程后射在X射线图像检测器5上的X射线。此外，并非来自X射线管18、但射在X射线图像检测器5上的X射线也会受到所述光栅的阻挡。为使X射线图像中不出现非期望的光栅图像，光栅会在X射线照射过程中进行移动。可通过控制散射光栅20的类型和移动来使需要生成的X射线图像最佳化。
X射线源4通过一供电线8与一系统机柜9相连，所述系统机柜9内包含一X射线发生器10。所述X射线发生器用于产生可使X射线管18工作的X射线电压。因此，X射线发生器10决定的是X射线电压、X射线管18的X射线能量和施加时间，并对X射线电流具有决定性的影响。X射线发生器10借此与X射线管10一起决定对患者7的X射线透视起决定性作用的X射线参数。
系统机柜9通过一控制线13与一操作台12相连。操作台12具有一显示器15，其可为一操作人员显示一用户界面。操作台12的一组成部分为一控制装置11，所述控制装置可由一操作人员操作，并特别对X射线发生器10进行控制。除X射线发生器10外，控制装置11还可控制其他设备组件，例如控制光阑17的位置及X射线源4和检查台2的位置。
此外，X射线源14还具有两个照相机16、16′，其用于在可见光或红外线基础上获取患者7的图像数据。所述照相机特别不适用于拍摄X射线图像，其所工作的波长范围只给患者7带来尽可能小的、甚至可忽略不计的辐射曝光量。照相机16、16′所获取的图像数据同样通过供电线8和控制线13到达控制装置11。
控制装置11接收上述图像数据，并将其传输给一分析模块14。分析模块14对图像数据进行自动分析。在此过程中，可根据2D图像数据得出量值，例如患者7的一轮廓、身体部位的直径或身高。借助这些代表性量值可推导出患者的体积。而这又会对X射线束6所穿过的身体部位的尺寸起决定性影响，进而对射在X射线图像检测器5上的X射线的特性起决定性影响。如果照相机16、16′提供的是3D图像数据，或者如果通过照相机16、16′的相应布置，例如立体定向布置，可获得3D图像数据，则分析模块14也会对3D图像数据进行分析，并可直接使用关于患者7的体积的信息。
分析模块14可根据间接或直接得到的患者体积生成一与患者体积相关的信号，并将其提供给控制装置11。为此可将体积值和与此相关的信号排列成表格形式，或者可根据一以体积值作为变量的公式算出所述相关信号。控制装置11可据此生成一控制信号，所述控制信号可直接或间接根据患者7的体积来控制X射线发生器10，并借此对需要透视的身体部位的尺寸进行控制。由此例如可在对较瘦患者进行透视时将X射线电压或X射线电流-时间之积降低，反之，在对体积较大的患者进行透视时将X射线电压或X射线电流-时间之积升高。
此外还可根据体积来对光阑17进行控制，从而决定X射线束6在需要透视的患者7范围内的几何图形。除此之外，还可借助分析模块14的分析来对滤光器19和散射光栅20进行自动控制。
上文对一使用两个照相机16、16′的实施例进行了说明。使用两个照相机可获得2D图像数据，根据这些2D图像数据可通过一相应的图像处理算法生成3D图像数据。
但本发明并不仅限于使用两个或多个照相机的实施方案，本发明在只使用一个照相机的情况下也可以实现。在只使用一个照相机，且所述照相机采取静止安装方式时，就只能获得2D图像数据，而无法生成3D图像数据。但根据2D图像数据同样也可得出重要量值，根据所述重要量值可自动调整X射线控制参数。举例而言，可使用患者的一2D投影来测定患者或物体在所述投影中的直径。根据所述直径例如可对体积进行估计，借助通过这种方法估计出来的体积可获得一用于X射线控制的参数调整值。

Claims (16)

1.一种具有一控制装置(11)的X射线设备(1)，所述控制装置具有一用于连接所述X射线设备(1)的至少一个需要被控制的组件的控制接口与一用于连接至少一个照相机(16，16′)的照相机接口，其中，所述控制装置(11)设计为可从所述照相机接口接收一患者或物体(7)的图像数据，
其特征在于，
所述控制装置(11)包括一分析模块(14)，所述分析模块设计为用于分析从所述照相机接口接收到的图像数据，并根据所述图像数据的一分析结果生成至少一个控制信号，所述控制信号用于控制至少一个为对所述患者或物体(7)进行诊断性或治疗性X射线照射而设置的组件，通过所述控制接口提供所述信号。
2.根据权利要求1所述的X射线设备(1)，其特征在于，
所述控制接口设计为可连接一X射线发生器(10)、一光阑(16)、一滤光器(19)、一散射光栅(20)和/或一X射线检测器(5)作为所述需要被控制的组件。
3.根据上述权利要求中任一项所述的X射线设备(1)，其特征在于，
所述照相机接口设计为可连接一CCD照相机、一激光扫描仪或一红外照相机。
4.根据上述权利要求中任一项所述的X射线设备(1)，其特征在于，
所述分析模块(14)设计为用于分析从所述照相机接口接收到的2D图像数据，且所述分析包括测定所述患者或物体(7)的2D轮廓。
5.根据权利要求4所述的X射线设备(1)，其特征在于，
所述分析包括测定所述患者或物体(7)的位置。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的X射线设备(1)，其特征在于，
所述分析模块(14)设计为用于分析从所述照相机接口接收到的3D图像数据，且所述分析包括测定所述患者或物体(7)的体积。
7.根据权利要求6所述的X射线设备(1)，其特征在于，
所述分析包括测定所述患者或物体(7)的3D包络面。
8.根据权利要求6或7所述的X射线设备(1)，其特征在于，
所述分析包括测定至所述患者或物体(7)的一距离。
9.根据上述权利要求中任一项所述的X射线设备(1)，其特征在于，
所述控制信号设计为用于控制一X射线发生器(10)的X射线电压。
10.根据上述权利要求中任一项所述的X射线设备(1)，其特征在于，
所述控制信号设计为用于控制一X射线发生器(10)的电流-时间之积。
11.一种X射线设备(1)，具有一控制装置(11)、一与所述控制装置(11)相连的X射线发生器(10)和至少一个与所述控制装置(11)相连的照相机(16，16′)，其中，所述控制装置(11)设计为可从所述照相机(16，16′)接收一患者或物体(7)的图像数据，
其特征在于，
所述控制装置(11)包括一分析模块(14)，所述分析模块设计为用于分析从所述照相机(16，16′)接收到的图像数据，并根据所述图像数据的一分析结果生成至少一个用于控制所述X射线发生器(10)的控制信号，所述信号由所述控制装置(11)传输给所述X射线发生器。
12.根据权利要求11所述的X射线设备(1)，其特征在于，
所述照相机接口设计为可连接一CCD照相机、一激光扫描仪或一红外照相机。
13.根据权利要求11或12所述的X射线设备(1)，其特征在于，
所述分析模块(14)设计为用于分析从所述照相机接口接收到的2D图像数据，且所述分析包括测定所述患者或物体(7)的2D轮廓。
14.根据权利要求11或12所述的X射线设备(1)，其特征在于，
所述分析模块(14)设计为用于分析从所述照相机接口接收到的3D图像数据，且所述分析包括测定所述患者或物体(7)的体积。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的X射线设备(1)，其特征在于，
所述控制信号设计为用于控制所述X射线发生器(10)的X射线电压。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的X射线设备(1)，其特征在于，
所述控制信号设计为用于控制一X射线发生器(10)的电流-时间之积。
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