CN104367331A - 用于数字乳腺x射线机的全数字自动曝光方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于数字乳腺X射线机的全数字自动曝光方法，其包括步骤：预建立压迫力及压迫厚度与预曝光所需的电压V₀和电流I₀之间对应关系的查找表；根据上述查找表计算出预曝光的电压V₀和电流I₀并进行预曝光，获得预曝光图像M；对预曝光图像M进行组织区域检测，将预曝光图像M分割为组织区域和背景区域；利用组织区域平均灰度值记为D₀，采用公式I₁＝θI₀D_T/D₀计算出正式曝光所需电流I₁。本发明可以准确高效的完成曝光剂量优化的全数字自动曝光方法，在降低设备成本的同时提高图像质量，且可以最大限度的降低受照者的射线量。

Description

用于数字乳腺X射线机的全数字自动曝光方法

技术领域

本发明涉及一种自动曝光控制（AEC）方法，尤其是涉及一种用于数字乳腺X射线机的全数字自动曝光（AEC）方法。

背景技术

在当前诸多的乳腺疾病检查筛查手段当中，乳腺X射线机仍然是早期发现病灶的主流设备。同时，随着数字平板工艺的不断改进和成本降低，数字乳腺X射线机已经逐渐开始取代模拟乳腺机的地位。由于乳腺主要是用脂肪和敏感腺体所组成，过多的X线照射在一定程度上也会引起乳腺组织的病变，因此如何使用最合适的曝光剂量，从而在获取可诊断图像的同时最大限度降低受照患者的射线剂量一直是放射医生和设备工程师的关注焦点之一。

传统的方法（比如中国专利CN200910109280.9）是通过在射线探测器前额外安装电离室等传感元件，配合高压曝光时间控制电路，实现一个模拟反馈回路，在进行曝光的过程中，该回路会不断检测当前的射线累积量，在剂量到达一定限度的情况下，即会控制高压停止触发球管放线。现有方法不仅会增加设备的成本，并会因为加装的传感器元件是放置在射线探测器之前，从而会在一定程度上对通过人体组织的射线信号进行二次衰减，降低信号质量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提出一种用于数字乳腺X射线机中不需要在设备上额外安装电离室或类似的传感器件即可更加准确高效的完成曝光剂量优化的全数字自动曝光方法，在降低设备成本的同时提高图像质量，且可以最大限度的降低受照者的射线量。

本发明采用如下技术方案实现：一种用于数字乳腺X射线机的全数字自动曝光方法，其包括步骤：

A、预建立压迫力及压迫厚度与预曝光所需的电压V₀和电流I₀之间对应关系的查找表；

B、由数字乳腺机的压迫盘获取当前的压迫力及压迫厚度信息，根据上述查找表计算出预曝光的电压V₀和电流I₀并进行预曝光，获得预曝光图像M；

C、对预曝光图像M进行组织区域检测，将预曝光图像M分割为组织区域和背景区域；

D、利用组织区域平均灰度值记为D₀，采用公式I₁＝θI₀D_T/D₀计算出正式曝光所需电流I₁，其中，D_T为数字乳腺X射线机的预设目标阈值，θ为介于0～1之间的系统预设常数；

E、根据计算出的正式曝光所需电流I₁进行曝光处理。

其中，步骤A具体包括：

数字乳腺X射线机的探测器在无X射线时，计算探测器在暗电流作用下形成的暗场图像的灰度平均值为D_dark；

在一个确定的压迫力作用下，依次放置不同厚度的PMMA体模，对于一个确定厚度下的PMMA体模，从选定曝光所需的最低初始电压和电流开始逐渐调整电压和电流并依次进行图像拍摄，如果PMMA体模下形成的影像区域均值满足D_samplex>2*D_dark，则选取能满足该条件时值最小的电压和电流组合参数作为该厚度的PMMA体模对应预曝光所需的电压V₀和电流I₀；

建立PMMA体模的厚度与等效组织厚度之间的对应关系。

其中，步骤C是计算出图像M的最佳灰阶分割点，利用最佳灰阶分割点将图像M分割成组织区域和背景区域。

其中，计算出图像M的最佳灰阶分割点的步骤具体包括：

图像M的大小为X*Y，利用初始分割阈值T将把图像M分为组织区域和背景区域，其中组织区域所占的像素个数记为K₀，其占整幅图像的比例记为p₀，其平均灰度记为μ₀，背景区域占的像素个数记为K₁，其占整幅图像的比例记为p₁，其平均灰度为μ₁，图像的总平均灰度记为μ，利用下列公式计算类间方差记为P₀＝K₀/XY，P₁＝K₁/XY，

采用遍历法，搜索所有可能的阈值，其中使得最大的阈值T₀即为所求的最佳灰阶分割点。

其中，D_T为数字乳腺X射线机中探测器输出图像最大灰度值的10%～15%。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明通过当前系统反馈的压迫厚度和压迫力，计算预曝光时所需的kV和mAs以及滤过组合，获取一次极低剂量的预曝光图像，对其进行信息的分析和计算，从而得到正式曝光阶段的mAs值，达到最佳的曝光剂量控制。与传统的模拟AEC方法相比，该发明不许要额外安装传感设备，仅需要设备必备的射线探测器配合系统提供的机械信息即可实现最优的剂量控制，获得最佳的图像质量。

附图说明

图1是本发明一个实施例的流程示意图。

具体实施方式

本发明公开一种用于数字乳腺X射线机（或简称为数字乳腺机）的全数字自动曝光(Automatic Exposure Control，AEC)方法，通过当前系统反馈的压迫厚度和压迫力，计算预曝光时所需的电压（kV千伏）和电流（毫安秒mAs）以及过滤片类型，获取一次极低剂量的预曝光图像，对其进行信息的分析和计算，从而得到正式曝光阶段的mAs值，达到最佳的曝光剂量控制。因此，本发明不需要在设备上额外安装电离室或类似的传感器件，即可更加准确高效的完成曝光剂量优化，在降低设备成本的同时，提高图像质量，最大限度的降低受照者的射线量。

如图1所示，在本发明一个优选实施例中，包括如下实现步骤：

步骤S1、将数字乳腺X射线机的压迫盘压迫组织到合适的状态，获取当前的压迫力P及压迫厚度T信息通过通讯线路传递给AEC计算模块。

数字乳腺X射线机的压迫盘运动结构是为了使得乳腺腺体分布更加均匀，便于固定组织，提升乳腺图像质量的机械装置。放射技师操作数字乳腺机的压迫盘，使压迫盘压迫组织到合适的状态，使得乳腺固定并且紧致，压迫运动结构中的压力传感器和位移传感器分别将当前的压迫力P及压迫厚度T信息通过通讯线路传递给AEC计算模块。

步骤S2、由AEC计算模块根据压迫力P及压迫厚度T的信息，计算出预曝光的电压V₀和电流I₀以及滤过片类型。

AEC计算模块根据输入的压迫力P及压迫厚度T的信息，计算出预曝光所需的管电压V₀和管电流I₀以及滤过片类型，该结果可以通过实验预先得到，然后制作成查找表，从而提高计算速度。

数字乳腺X射线机的探测器在无X射线时，自身在工作状态下，其暗电流形成的图像称为暗场图像，设暗场图像灰度平均值为D_dark，则建立数据查找表的方法如下：依次放置不同厚度的PMMA体模，对于一个固定厚度下的PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）体模，从选定的最低初始kV和mAs开始，进行图像拍摄，如果PMMA体模下形成的影像区域均值满足D_samplex>2*D_dark，则选取能满足该条件时值最小的电压kV和电流mAs组合参数作为该厚度的PMMA对应的“等效组织厚度”下的预曝光参数，此处某厚度的PMMA对应“等效组织厚度”见下表1。

表1.PMMA与等同组织厚度对照表

对于不同类型的乳腺机，球管靶面材料以及滤过材料均有较大差异，本发明中滤过类型的选择，主要是与kV、平均腺体吸收剂量以及图像中组织对比度相关，随着kV升高，射线穿透力增强，腺体吸收剂量下降，但组织对比度也会随之下降，因此其选择的原则是在满足定义的组织对比度指标的情况下，选择一个kV，使得X射线的平均腺体吸收剂最小。组织对比度及平均腺体剂量测试方法参见“Commissioning and Routine Testing of Full Field DigitalMammography Systems.NHS Cancer Screening Programmes.NHSBSPEquipment Report0604version3,2009.”

同等厚度T下，不同的压迫力P体现了组织的致密度，但不适用于刚性物体，如PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）。即此参数的影响是在实际使用过程中统计的经验值，其主要原则是对于柔性组织腺体，以一个压迫力P₀为参考，适当调整电压kV，使得腺体能够得到足够的穿透度。调整的原则是同等厚度下，以一个参考压迫力为界限，压迫力越大，则kV适当升高。

步骤S3、利用获得的预曝光的电压V₀和电流I₀进行预曝光，获得预曝光图像M。

步骤S4、对预曝光图像M进行组织区域检测，将预曝光图像M分割为组织区域和背景区域。

本步骤用个对预曝光图像M进行分析，获取有效组织区域的腺体密度特征值，用于后续确定正式曝光阶段的剂量值。

组织区域检测方法多种多样，例如采用大律法进行组织与背景的分离，对于图像M，若其大小为X*Y，利用初始分割阈值T将把图像M分为组织区域和背景区域，其中组织区域所占的像素个数记为K₀，其占整幅图像的比例记为p₀，其平均灰度记为μ₀；背景区域占的像素个数记为K₁，其占整幅图像的比例记为p₁，其平均灰度为μ₁，图像的总平均灰度记为μ，则区分两个区域之间差异程度的变量称为类间方差记为其公式表达为：

P₀＝K₀/XY      (1)

P₁＝K₁/XY      (2)

采用遍历法，搜索所有可能的阈值，其中使得最大的阈值T₀即为所求的最佳灰阶分割点，利用最佳灰阶分割点将图像M分割成组织区域和背景区域。

步骤S5、计算正式曝光所需要的曝光电流值。

预曝光图像中，经过上述分割后，判定为组织区域平均灰度值记为D₀，采用以下公式进行接下来正式曝光的剂量计算：

I₁＝θI₀D_T/D₀    (4)

其中I₁为正式曝光阶段的电流值，D_T为数字乳腺X射线机的预设目标阈值，对于不同的探测器，其取值会有较大的差别，综合考虑真实组织的密度组成差异，以及患者的受照射量，这里D_T选择为探测器输出图像最大灰度值的10%～15%，θ为一个介于0～1之间的系统预设常数，修改此数值能够调节自动曝光过程的总光密度，可根据实际应用进行修正。

步骤S6、根据AEC模块计算出的数值进行常规曝光，获取最终的图像进行后处理输出到显示终端。

综上，本发明的思路完全突破上述传统思路的束缚，通过当前系统反馈的压迫厚度和压迫力，计算预曝光时所需的kV和mAs以及滤过组合，获取一次极低剂量的预曝光图像，对其进行信息的分析和计算，从而得到正式曝光阶段的电流mAs值，达到最佳的曝光剂量控制。与传统的模拟AEC方法相比，该发明不许要额外安装传感设备，仅需要设备必备的射线探测器配合系统提供的机械信息即可实现最优的剂量控制，获得最佳的图像质量。

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 (5)

1.一种用于数字乳腺X射线机的全数字自动曝光方法，其特征在于，包括步骤：

A、预建立压迫力及压迫厚度与预曝光所需的电压V₀和电流I₀之间对应关系的查找表；

B、由数字乳腺机的压迫盘获取当前的压迫力及压迫厚度信息，根据上述查找表计算出预曝光的电压V₀和电流I₀并进行预曝光，获得预曝光图像M；

C、对预曝光图像M进行组织区域检测，将预曝光图像M分割为组织区域和背景区域；

D、利用组织区域平均灰度值记为D₀，采用公式I₁＝θI₀D_T/D₀计算出正式曝光所需电流I₁，其中，D_T为数字乳腺X射线机的预设目标阈值，θ为介于0～1之间的系统预设常数；

E、根据计算出的正式曝光所需电流I₁进行曝光处理。

2.根据权利要求1所述用于数字乳腺X射线机的全数字自动曝光方法，其特征在于，步骤A具体包括：

数字乳腺X射线机的探测器在无X射线时，计算探测器在暗电流作用下形成的暗场图像的灰度平均值为D_dark；

在一个确定的压迫力作用下，依次放置不同厚度的PMMA体模，对于一个确定厚度下的PMMA体模，从选定曝光所需的最低初始电压和电流开始逐渐调整电压和电流并依次进行图像拍摄，如果PMMA体模下形成的影像区域均值满足D_samplex>2*D_dark，则选取能满足该条件时值最小的电压和电流组合参数作为该厚度的PMMA体模对应预曝光所需的电压V₀和电流I₀；

建立PMMA体模的厚度与等效组织厚度之间的对应关系。

3.根据权利要求1所述用于数字乳腺X射线机的全数字自动曝光方法，其特征在于，步骤C是计算出图像M的最佳灰阶分割点，利用最佳灰阶分割点将图像M分割成组织区域和背景区域。

4.根据权利要求3所述用于数字乳腺X射线机的全数字自动曝光方法，其特征在于，计算出图像M的最佳灰阶分割点的步骤具体包括：

图像M的大小为X*Y，利用初始分割阈值T将把图像M分为组织区域和背景区域，其中组织区域所占的像素个数记为K₀，其占整幅图像的比例记为p₀，其平均灰度记为μ₀，背景区域占的像素个数记为K₁，其占整幅图像的比例记为p₁，其平均灰度为μ₁，图像的总平均灰度记为μ，利用下列公式计算类间方差记为P₀＝K₀/XY，P₁＝K₁/XY，

采用遍历法，搜索所有可能的阈值，其中使得最大的阈值T₀即为所求的最佳灰阶分割点。

5.根据权利要求1所述用于数字乳腺X射线机的全数字自动曝光方法，其特征在于，D_T为数字乳腺X射线机中探测器输出图像最大灰度值的10%～15%。