CN103040481A

CN103040481A - 一种降低x射线诊断设备x射线剂量的系统及方法

Info

Publication number: CN103040481A
Application number: CN2012105725624A
Authority: CN
Inventors: 张其阳; 李彦明; 胡战利; 蒋昌辉; 张成祥; 王剑宇; 郑海荣
Original assignee: Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS
Current assignee: Shenzhen Shen Tech Advanced Cci Capital Ltd; Shenzhen National Research Institute of High Performance Medical Devices Co Ltd
Priority date: 2012-12-25
Filing date: 2012-12-25
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2032-12-25
Also published as: CN103040481B

Abstract

本发明属于医疗设备技术领域，尤其涉及一种降低X射线诊断设备X射线剂量的系统及方法。本发明降低X射线诊断设备X射线剂量的系统包括：X射线机、X射线控制器和探测器，所述X射线机用于产生X射线对人体待测试部的层面进行扫描，X射线控制器与X射线机相连，控制X射线机的X射线源曝光方式，所述探测器接收透过所述人体待测试部层面的X射线，所述X射线控制器控制X射线机，将X射线机的曝光方式设置为离散可控的脉冲式曝光方式。本发明实施例的降低X射线诊断设备X射线剂量的系统及方法将传统的X射线诊断设备连续不间断曝光方式转变为离散的脉冲式的曝光方式，完全消除了X射线探测器采集间隔区间的无用剂量，极大地降低了患者整体X射线的吸收剂量。

Description

一种降低X射线诊断设备X射线剂量的系统及方法

技术领域

本发明属于医疗设备技术领域，尤其涉及一种降低X射线诊断设备X射线剂量的系统及方法。

背景技术

随着医疗技术的不断发展，X射线诊断设备得到越来越多的应用。但是X射线诊断设备会释放X射线，如果人体吸入过多的X射线会对人体造成一定的损害。现有的X射线诊断设备在整个扫描过程中X射线源为连续工作状态，降低X射线剂量的方法主要集中在通过降低X射线管的管电流值降低整个扫描过程中的X射线源能发射的总剂量，如中国专利申请第02142119.6号，其根据要检查的患病区域和X射线发射方向，并根据X射线投射面积计来调整X射线源的管电流值，中国专利申请第01111331.6号同样采用根据组织不同调节管电流的方式减小X射线剂量，中国专利申请第200310122353.0号同样是根据被照射患者的体积来调节管电流达到减小X射线剂量。

现有的X射线诊断设备受到X射线源本身以及射线源曝光方式的限制，X射线剂量降低有限，另外，现有的X射线诊断设备在整个采集过程中一直保持开启，在数据采集间断区仍然对患者进行大量无用的X射线辐射。

发明内容

本发明提供了一种降低X射线诊断设备X射线剂量的系统及方法，旨在解决现有的X射线诊断设备在整个采集过程中一直保持开启，在数据采集间断区仍然对患者进行大量无用的X射线辐射的技术问题。

本发明提供的技术方案为：一种降低X射线诊断设备X射线剂量的系统，包括：X射线机、X射线控制器和探测器，所述X射线机用于产生X射线对人体待测试部的层面进行扫描，X射线控制器与X射线机相连，控制X射线机的X射线源曝光方式，所述探测器接收透过所述人体待测试部的层面的X射线，所述X射线控制器控制X射线机，将X射线机的曝光方式设置为离散可控的脉冲式曝光方式。

本发明的技术方案还包括：所述X射线机与探测器通过连接臂固定。。

本发明的技术方案还包括：所述降低X射线诊断设备X射线剂量的系统还包括运动控制器，所述运动控制器控制连接臂的运动。

本发明的技术方案还包括：所述降低X射线诊断设备X射线剂量的系统还包括工作站，所述工作站分别与X射线控制器、探测器和运动控制器相连，用于系统的总体控制。

本发明的技术方案还包括：所述离散脉冲曝光参数可由预先曝光的单幅图像数据根据低剂量可靠图像分辨的要求计算得出。

本发明的技术方案还包括：所述X射线控制器控制X射线机的脉冲X光发射参数，所述脉冲X光发射参数包括曝光时间长度和停止时间长度。

本发明的技术方案还包括：所述X射线控制器控制X射线机的脉冲X射线发射硬件同步模式设置，当设置脉冲X射线为硬件模式时，不接受连续X射线发射设置指令和脉冲X光发射设置指令，只接受外部同步脉冲信号来触发曝光。

本发明采取的另一技术方案为：一种降低X射线诊断设备X射线剂量的方法，包括：

设置X射线诊断设备的X射线源脉冲控制参数，将X射线诊断设备的X射线曝光方式设置为离散可控的脉冲式曝光方式；

进行冲脉式曝光采集图像。

本发明的技术方案还包括：所述设置X射线诊断设备的X射线源脉冲控制参数步骤前还包括：进行正位单次脉冲曝光，根据曝光数据计算适合的低剂量曝光电流值。

本发明的技术方案还包括：所述根据曝光数据计算最适合的低剂量曝光电流值步骤后还包括：根据曝光数据计算适合的曝光脉冲宽度。

本发明的技术方案具有如下优点或有益效果：本发明实施例的降低X射线诊断设备X射线剂量的系统及方法将传统的X射线诊断设备连续不间断曝光方式转变为离散的脉冲式的曝光方式，完全消除了X射线探测器采集间隔区间的无用剂量，极大地降低了患者整体X射线的吸收剂量；脉冲曝光参数可根据预先单幅曝光图像进行计算调整，以达到保证图像质量又能保证低剂量的要求；本发明实施例的降低X射线诊断设备X射线剂量的系统及方法可用于各类环状扫描CT设备中、方便移植应用；另外，对X射线源的控制更方便灵活。

附图说明

图1是本发明实施例的降低X射线诊断设备X射线剂量的系统的结构示意图；

图2是本发明实施例的降低X射线诊断设备X射线剂量的系统X射线脉冲发射控制方波示意图；

图3是本发明实施例的降低X射线诊断设备X射线剂量的系统X射线平稳关闭信号时间设置示意图；

图4是本发明实施例的降低X射线诊断设备X射线剂量的系统同步信号和X射线源曝光信号时序图；

图5是本发明实施例的降低X射线诊断设备X射线剂量的方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，为本发明实施例的降低X射线诊断设备X射线剂量的系统的结构示意图。本发明实施例的降低X射线诊断设备X射线剂量的系统包括：X射线机、X射线控制器、工作站、探测器和运动控制器。X射线机用于产生X射线对人体某部一定厚度的层面进行扫描，其中，X射线机为锥形束CT或各类环状扫描CT设备，也可以为其他各种形式的X射线诊断设备。锥形束CT设备是一种计算机断层成像设备，其原理是X射线源围绕患者做环形360度数字式成像扫描，然后将X射线探测器所获得的数据通过计算机进行三维重建。X射线控制器与X射线机相连，控制X射线机的X射线源曝光方式，进行X射线机工作电压和工作电流等的设置。X射线机与探测器通过连接臂固定，，其中，连接臂为旋转C型臂。运动控制器控制连接臂和其他运动部件的运动。工作站分别与X射线控制器、探测器和运动控制器相连，用于系统的总体控制。探测器接收透过人体某部一定厚度的层面的X射线，转变为可见光后，由光电转换变为电信号，再经模拟/数字转换器（analog/digitalconverter）转为数字，输入计算机处理。

本发明实施例的降低X射线诊断设备X射线剂量的系统通过X射线控制器控制X射线机，将传统的X射线诊断设备的X射线源连续不间断曝光方式转变为离散的可控的脉冲式曝光方式。离散脉冲曝光参数可由预先曝光的单幅图像数据根据低剂量可靠图像分辨的要求计算得出。

X射线控制器可以对X射线机的大小焦斑、电压、电流、脚闸手闸检测、X射线发射和关闭、X射线平稳发射与关闭、X射线平稳关闭信号时间、脉冲X光发射参数、脉冲X光发射硬件同步模式要求等进行设置。

本发明实施例的降低X射线诊断设备X射线剂量的系统采用工业RS232C协议标准接口，三线制：RX（RS232C接口中的发送电气物理引脚）、TD（RS232C接口中的接收电气物理引脚）和GND，波特率为9600或者更高，8位数据位，无奇偶校验，一位停止位配置；数据采用循环冗余检验方式进行数据完整性保护。

以下为X射线控制器对X射线机进行设置进行具体的描述，可以理解，本发明的具体实现方式不限于下述的具体描述。

其中，双引号“”中的内容为传输指令字符；[>>>]标志说明字串是由指令机发往执行机；[<<<]标志说明字串是执行机发往指令机；每传送一个指令给执行机，执行机都要有应答，应答代码见协议；指令中的小写字母代表可变变量如：KVnu当nu=40时，指令为KV40，代表40KV；指令中的标点符号全部采用英文状态下的标点符号既ASCII格式而非宽字符格式；对应的每个出错标志应提供说明性文档，可以根据出错标志索引到出错信息；其中指令机可由PC机担任，执行机器可由X射线源控制器（多数为MCU）担任。

1）、大小焦斑设置：把X射线源焦斑设置为大焦斑或者小焦斑；

大焦斑设置指令[>>>]：“MODEBF”（MODEBF，模式大焦斑）。

a)、如果正确设置为大焦斑执行机返回[<<<]：“OK”（OK，正确）；

b)、如果没有成功设置大焦斑返回[<<<]：“ERROR:id”（id，出错信息标志数；ERROR:id，出错号码）。

小焦斑设置指令[>>>]：“MODESF”（MODESF，模式小焦斑）。

a)、如果正确设置为小焦斑执行机返回[<<<]：“OK”；

b)、如果没有成功设置小焦斑返回[<<<]：“ERROR:id”。

当前焦斑大小查询[>>>]：“FMODE?”（FMODE?，焦斑模式查询？）。

a)、大焦斑返回[<<<]：“FB”（FB，大焦斑）；

b)、小焦斑返回[<<<]：“FS”（FS，小焦斑）。

大小焦斑的切换需要X射线源的射线管支持，大小焦斑的切换可以实现低高分辨率的切换。

2）、电压调节设置：

电压设置指令[>>>]：“KVnu”，其中，nu为电压值且范围为40-120、步长为1，例如，当设置为70KV时，其指令为：KV70（nu，千伏特的设定值）。

a)、正确设置返回[<<<]：“OK”；

b)、出错返回[<<<]：“ERROR:id”；

读取当前电压值[>>>]：“KV?”。（千伏特的当前值？）

a)、返回当前电压值[<<<]：“KVnu”（nu，千伏特的当前值）。

3）、电流调节设置：为方便处理，采用10倍量级电流值。

电流设置指令[>>>]：小焦斑：“FSMAnu”，其中，nu范围2-32、步长为5，例如设置为1.7mA时，指令为：FSMA17（FSMA，小焦斑毫安；nu，10倍毫安值）。

a)、正确设置返回[<<<]：“OK”；

b)、出错返回[<<<]：“ERROR:id”。

大焦斑：“FBMAnu”，其中，nu范围20-150、步长为20，例如设置10mA时，指令为：FBMA100（FBMA，大焦斑毫安；nu，10倍毫安值）。

a)、正确设置返回[<<<]：“OK”；

b)、出错返回[<<<]：“ERROR:id”。

读取当前电流值[>>>]：“MA?”（MA?，查询当前毫安值）。

返回当前电流值[<<<]：小焦斑：“FSMAnu”，其中，nu为真实电流值的10倍量。例如1.7mA时，返回为：MA17（FSMA，小焦斑毫安；nu，10倍毫安值）。

大焦斑：“FBMAnu”，其中，nu为真实电流值的10倍量。例如10mA时，返回为：MA100（FBMA，大焦斑毫安；nu，10倍毫安值）。

其中，如果在大（小）焦斑模式下，发送的是小（大）焦斑命令串，应返回错误代码标志，此标志在错标志文档中应说明不同模式操作出错信息。

4）、脚闸或手闸检测：

查询指令[>>>]：“SW?”（SW?，查询当前为脚闸还是手闸模式？）。

a)、脚闸闭合[<<<]：“SWFON”（SWFON，当前为脚闸模式）；

b)、手闸闭合[<<<]：“SWHON”（SWHON，当前为手闸模式）；

c)、脚闸手闸全闭合[<<<]：“SWFHON”（SWFHON，当前为手闸、脚闸同时作用模式）；

d)、全部关闭[<<<]：“SWOFF”（SWOFF，当前禁用手闸、脚闸模式）。

5）X射线发射设置：

连续X射线发射设置指令[>>>]：“XRCOUT”（XRCOUT，X射线连续发射曝光）。

a)、开启成功[<<<]：“OK”；

b)、出现错误，未能开启[<<<]：“ERROR:id”。

脉冲X射线发射设置指令[>>>]：“XRPOUT”（XRPOUT，X射线脉冲发射曝光）。

a)、开启成功[<<<]：“OK”；

b)、出现错误，未能开启[<<<]：“ERROR:id”。

读取X射线发射状态（正在发射或已经关闭）[>>>]：“XR?”（XR?，查询当前X射线发射曝光模式？）。

a)、连续X光发射返回：“XRCOUT”（XRCOUT，X射线连续发射曝光）；

b)、脉冲X光发射返回：“XRPOUT”（XRPOUT，X射线脉冲发射曝光）；

c)、处于未发射状态：“XROFF”（XROFF，X射线未发射曝光）。

说明：X射线能够发射与否前提是脚闸或手闸已经闭合，如果发送了发射指令，而脚闸或手闸没有闭合，应返回错误标志来说明脚闸或手闸没有闭合。

X射线只能以一种状态发射，当处于连续发射时，收到脉冲发射指令应返回错误标志，此标志在错标志文档中应说明相应出错信息。

脉冲X射线发射：既一个接着一个的连续的脉冲发射，脉冲参数预先设定。

6）、X射线平稳发射与关闭信号：连续模式对应脉冲模式一个脉冲区域。X射线已经开始平稳发射[<<<]：“XRSON”（XRSON，X射线已经开始平稳发射）；X射线已经停止平稳发射[<<<]：“XRSOFF”（XRSOFF，X射线已经停止平稳发射）。

请参阅图2，为本发明实施例的降低X射线诊断设备X射线剂量的系统X射线脉冲发射控制方波示意图。其中，a)、此两条字串为执行机主动发送，“XRSON”为X射线正常平稳发光，发出点为电压，电流平稳拐点处；“XRSOFF”为X射线平稳发光预结束信号，发出时间（距拐点处时间差）应可调整；b)、另外执行机应该提供一个硬件实时的方波信号，方波信号的由低到高跳变处对应着“XRSON”的发送，由高到低跳变对应着“XRSOFF”。

7）、X射线平稳关闭信号时间设置

请参阅图3，为本发明实施例的降低X射线诊断设备X射线剂量的系统X射线平稳关闭信号时间设置示意图。其中，平稳时间设置[>>>]：“XRSOFFnu”，其中，nu为平稳信号发出到拐点时间参数范围0-{曝光时间长度设置的值-1}，步长1、单位ms。（XRSOFF X射线平稳发光预结束信号ms毫秒）。

a)、成功[<<<]：“OK”；

b)、错误，未能设置[<<<]：“ERROR:id”。

8）、X射线关闭设置：

X射线关闭指令（连续，脉冲通用）[>>>]：“XRSD”（XRSD，X射线源关闭）。

a)、成功[<<<]：“OK”；

b)、错误，未能关闭[<<<]：“ERROR:id”。

9）、脉冲X光发射参数设置：

曝光时间长度设置[>>>]：“PUnu”，其中nu为曝光时间参数范围3—∞、步长1、单位ms（PU，曝光参数；nu，曝光时间长度、ms毫秒）。

a)、设置成功[<<<]：“OK”；

b)、出现错误，未能设置[<<<]：“ERROR:id”。

停止时间长度设置[>>>]：“PDnu”，其中nu为曝光时间参数范围10—∞、步长1、单位ms（PD，非曝光参数；nu，曝光时间长度、ms毫秒）。

a)、成功[<<<]：“OK”；

b)、错误，未能设置[<<<]：“ERROR:id”。

曝光时间长度读取[>>>]：“PU?”（PU?，读取当前曝光参数）。

a)、[<<<]：“PUnu”，其中，nu为曝光时间参数，单位ms（PU，曝光参数；nu，曝光时间长度、ms毫秒）。

停止时间长度读取[>>>]：“PD?”（PD?，读取当前非曝光参数）；

b)、[<<<]：“PDnu”，其中，nu为停止时间参数、单位为ms（PD，非曝光参数；nu，曝光时间长度、ms毫秒）。

说明：受限于本发明实施例对采集时间的要求，停止时间需为曝光时间3倍以上，如果停止时间设置值t1和曝光时间设置值t2关系不满足t1>=3*t2，应返回错误标志，此标志在错标志文档中应说明相应出错信息。另外，机器开机应有个默认的时间值。

10）、脉冲X射线发射硬件同步模式要求：

设置为脉冲硬件模式[>>>]：“HDPMON”（HDPMON，开启脉冲硬件模式）。

a)、设置成功[<<<]：“OK”；

b)、出现错误，未能设置[<<<]：“ERROR:id”。

取消脉冲硬件模式[>>>]：“HDPMOFF”（HDPMOFF，关闭脉冲硬件模式）。

a)、设置成功[<<<]：“OK”；

b)、出现错误，未能设置[<<<]：“ERROR:id”。

检测是否为脉冲硬件模式[>>>]：“HDPM?”（HDPM?，脉冲模式查询）。

a)、是硬件模式[<<<]：“YES”（YES，硬件模式）；

b)、不是硬件模式[<<<]：“NO”（NO，非硬件模式）。

请参阅图4，为本发明实施例的降低X射线诊断设备X射线剂量的系统同步信号和X射线源曝光信号时序图。其中，信号可以采用上升沿或是下降沿捕获，其中同步信号的周期不一定是固定的。当设置硬件模式时，不接受{连续X射线发射设置指令和脉冲X光发射设置指令}，只接受外部同步脉冲信号来触发曝光，既：收到一个脉冲信号即曝光一次，没有外部同步信号永不曝光；需要提供外部同步接口，接口可以接受外部脉冲信号；对应的脉冲参数设置同样采用正常模式脉冲X射线发射参数设置。受限于本发明实施例对采集时间的要求，停止时间需为曝光时间3倍以上，如果停止时间设置值t1和曝光时间设置值t2关系不满足t1>=3*t2，应返回错误标志，禁止曝光，此标志在错标志文档中应说明相应出错信息。当在停止时间未结束时，收到脉冲信号，应同样报错，应返回错误标志，禁止曝光，此标志在错标志文档中应说明相应出错信息；当取消脉冲模式后，即恢复正常模式，接受正常曝光指令。

11）、X射线非正常关闭信号：

X射线非正常关闭[<<<]：“ERROR:id”，其中id为出错信息标志，根据标志能够索取到X-RAY非正常关闭并能提供非正常关闭原因。

12）、发生其他错误的信号：

发生其他错误[<<<]：“ERROR:id”，其中id为出错信息标志，根据标志能够索取到详细的出错原因。例如：在硬件脉冲模式中，发送了正常曝光模式指令，应返回“ERROR:id”，其中id为出错信息标志，根据标志能够索取到“硬件脉冲中不允许正常模式曝光指令执行”的出错原因。

请参阅图5，为本发明实施例的降低X射线诊断设备X射线剂量的方法的流程图。为本发明实施例的降低X射线诊断设备X射线剂量的方法包括：

步骤100：进行正位单次脉冲曝光；

步骤110：进行侧位单次脉冲曝光；

其中，步骤110进行侧位单次曝光为可选流程，实际应用中用来进行患者的辅助定位。

步骤120：根据曝光数据计算最适合的低剂量曝光电流值；

在步骤120中，为方便处理，采用10倍量级电流值。

电流设置指令[>>>]：小焦斑：“FSMAnu”，其中nu范围2-32、步长为5，例如设置为1.7mA时，指令为：FSMA17（FSMA，小焦斑毫安；nu，10倍毫安值）。

a)、正确设置返回[<<<]：“OK”；

b)、出错返回[<<<]：“ERROR:id”。

a)、正确设置返回[<<<]：“OK”；

b)、出错返回[<<<]：“ERROR:id”。

步骤130：根据曝光数据计算最适合的曝光脉冲宽度；

步骤140：设置合适的X射线源脉冲控制参数；

步骤150：根据图像分辨率的需要设置循环一周需要采集的图像数目；

步骤160：设置探测器、连接臂（C臂）等控制参数；

步骤170：开始冲脉式曝光采集；

步骤180：进行单次脉式曝光采集；

步骤190：判断采集图像数目是否达到要求，如果没有达到要求，则返回步骤180，如果达到要求，则进入步骤200；

步骤200：进行图像重建及医疗诊断。

本发明实施例的降低X射线诊断设备X射线剂量的系统及方法将传统的X射线诊断设备连续不间断曝光方式转变为离散的脉冲式的曝光方式，完全消除了X射线探测器采集间隔区间的无用剂量，极大地降低了患者整体X射线的吸收剂量；脉冲曝光参数可根据预先单幅曝光图像进行计算调整，以达到保证图像质量又能保证低剂量的要求；本发明实施例的降低X射线诊断设备X射线剂量的系统及方法可用于各类环状扫描CT设备中、方便移植应用；另外，对X射线源的控制更方便灵活。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种降低X射线诊断设备X射线剂量的系统，包括：X射线机、X射线控制器和探测器，所述X射线机用于产生X射线对人体待测试部的层面进行扫描，X射线控制器与X射线机相连，控制X射线机的X射线源曝光方式，所述探测器接收透过所述人体待测试部层面的X射线，其特征在于：所述X射线控制器控制X射线机，将X射线机的曝光方式设置为离散可控的脉冲式曝光方式。

2.根据权利要求1所述的降低X射线诊断设备X射线剂量的系统，其特征在于，所述X射线机与探测器通过连接臂固定。

3.根据权利要求2所述的降低X射线诊断设备X射线剂量的系统，其特征在于，还包括运动控制器，所述运动控制器控制连接臂的运动。

4.根据权利要求2所述的降低X射线诊断设备X射线剂量的系统，其特征在于，还包括工作站，所述工作站分别与X射线控制器、探测器和运动控制器相连，用于系统的总体控制。

5.根据权利要求1所述的降低X射线诊断设备X射线剂量的系统，其特征在于，所述离散可控的脉冲式曝光方式可由预先曝光的单幅图像数据根据低剂量可靠图像分辨的要求计算得出。

6.根据权利要求1所述的降低X射线诊断设备X射线剂量的系统，其特征在于，所述X射线控制器控制X射线机的脉冲X光发射参数，所述脉冲X光发射参数包括曝光时间长度和停止时间长度。

7.根据权利要求1所述的降低X射线诊断设备X射线剂量的系统，其特征在于，所述X射线控制器控制X射线机的脉冲X射线发射硬件同步模式设置，当设置脉冲X射线为硬件模式时，不接受连续X射线发射设置指令和脉冲X光发射设置指令，只接受外部同步脉冲信号来触发曝光。

8.一种降低X射线诊断设备X射线剂量的方法，包括：

进行冲脉式曝光采集图像。

9.根据权利要求8所述的降低X射线诊断设备X射线剂量的方法，其特征在于，所述设置X射线诊断设备的X射线源脉冲控制参数步骤前还包括：进行正位单次脉冲曝光，根据曝光数据计算适合的低剂量曝光电流值。

10.根据权利要求9所述的降低X射线诊断设备X射线剂量的方法，其特征在于，所述根据曝光数据计算适合的低剂量曝光电流值步骤后还包括：根据曝光数据计算适合的曝光脉冲宽度。