CN104644196A - X射线成像设备及控制该设备的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了X射线成像设备及控制该设备的方法。提供一种能够通过使用ROI滤波器以让剂量比感兴趣区域(ROI)的剂量低的X射线入射在非ROI上，来实现低剂量X射线成像并最小化X射线图像的视野(FOV)丢失的X射线成像设备及控制该设备的方法。此外，提供一种可通过使ROI滤波器的移动与ROI的移动同步而被应用于X射线视频领域的X射线成像设备及控制该设备的方法。根据一方面的X射线成像设备包括：X射线源，被构造为将X射线辐射到受试体区域上；X射线检测器，被构造为检测辐射的X射线并获得受试体区域的多个帧图像；滤波器，设置在X射线源和X射线检测器之间，被设置为能够朝X射线源和X射线检测器移动，并被构造为对从X射线源辐射的X射线进行过滤。

Description

X射线成像设备及控制该设备的方法
本申请要求于2013年11月19日在韩国知识产权局提交的第P2013-140963号韩国专利申请的权益，该韩国专利申请的公开通过引用被包含于此。
技术领域
本发明的实施例涉及一种将X射线辐射到受试体上并对受试体的内部进行成像的X射线成像设备及控制该设备的方法。
背景技术
X射线成像设备是能够通过将X射线放射到受试体上并使用穿透受试体的X射线来获得受试体的内部图像的设备。由于X射线的穿透性根据形成受试体的物质的属性而不同，因此可通过检测穿透受试体的X射线的烈度或强度来对受试体的内部结构进行成像。
同时，为了确保X射线成像设备的安全性，减少针对受试体的X射线剂量成为重要课题。
发明内容
本发明提供一种能够通过使用ROI滤波器以让剂量比感兴趣区域(ROI)的剂量低的X射线入射在非ROI上，来实现低剂量X射线成像并最小化X射线图像的视野(FOV)丢失的X射线成像设备及控制该设备的方法。
此外，提供一种可通过使ROI滤波器的移动与ROI的移动同步而被应用于X射线视频领域的X射线成像设备及控制该设备的方法。
根据本发明的一方面，提供一种X射线成像设备。所述设备包括：X射线源，被构造为将X射线辐射到受试体区域上；X射线检测器，被构造为检测辐射的X射线并获得受试体区域的多个帧图像；滤波器，被布置在X射线源和X射线检测器之间，以能够朝X射线源和X射线检测器移动，并且滤波器被构造为对从X射线源辐射的X射线进行过滤。
所述滤波器可对从X射线源辐射的X射线进行过滤，使得剂量比ROI的剂量低的X射线入射在受试体区域的非ROI上。
所述设备还可包括：控制单元，被构造为进行控制使得滤波器根据ROI的移动或ROI的尺寸在由x轴、y轴和z轴限定的3D空间中移动。
根据本发明的另一方面，提供一种控制X射线成像设备的方法。所述方法包括：将X射线辐射到受试体区域上；检测辐射的X射线并获得关于受试体区域中的ROI的信息；进行控制使得被构造为对入射在受试体区域中的非ROI上的X射线进行过滤的滤波器根据ROI的移动或ROI的尺寸而移动。
进行控制使得滤波器移动的步骤可包括进行控制使得滤波器根据ROI的移动或ROI的尺寸在由x轴、y轴和z轴限定的3D空间中移动。
附图说明
从以下结合附图对实施例的描述中，本发明的这些和/或其它方面将变得清楚且更易于理解，其中：
图1是示出根据实施例的X射线成像设备的控制框图；
图2是包括在根据实施例的X射线成像设备中的X射线管的内部结构的截面图；
图3是示出当执行血管支架手术过程时的示例性感兴趣区域(ROI)的示图；
图4A是ROI滤波器的截面侧视图，图4B是示例性ROI滤波器的平面图；
图5A和图5B是示意性地示出入射在ROI和非ROI上的X射线剂量的示图；
图6A、图6B和图6C是示出根据ROI的尺寸控制ROI滤波器沿z轴移动的操作的示图；
图7A是示出根据感兴趣对象的移动的ROI的移动的示图，图7B是示意性地示出跟踪移动的ROI的操作的示图；
图8是示出根据ROI的移动而移动ROI滤波器的示图；
图9是包括多个层的ROI滤波器的截面侧视图；
图10是包括多个层的ROI滤波器的分解透视图；
图11A、图11B、图11C和图11D是示出多个层单独移动的ROI滤波器的截面侧视图；
图12A、图12B、图12C和图12D是示出ROI滤波器沿xy平面移动并位于过滤位置之外的操作的截面侧视图；
图13A是可拆分ROI滤波器的平面图，图13B是示出拆分的ROI滤波器在y轴上沿两个方向移动并位于过滤位置之外的操作的示图；
图14是示出能够恢复具有调整后的X射线剂量的帧图像的图像质量并控制X射线成像参数的X射线成像设备的控制框图；
图15是示意性地示出通过组合帧图像来恢复图像质量的示图；
图16是示出根据实施例的X射线成像设备的外观的示图；
图17是示出控制根据实施例的X射线成像设备的方法的流程图；
图18示出在控制根据实施例的X射线成像设备的方法中选择多个滤波层的实施例的流程图。
具体实施方式
在下文，将参照附图详细描述X射线成像设备及控制该设备的方法的实施例。
图1是示出根据实施例的X射线成像设备的控制框图。图2是示出包括在根据实施例的X射线成像设备中的X射线管的内部结构的截面图。
如图1中所示，X射线成像设备100包括：X射线源110，被构造为产生并辐射X射线；X射线检测器120，被构造为检测辐射的X射线并获得帧图像；滤波单元140，被构造为对从X射线源110辐射的X射线进行过滤；图像处理器150，被构造为从获得的帧图像检测感兴趣区域(ROI)；控制单元160，被构造为控制滤波单元140。
如图2中所示，X射线源110可包括被构造为产生X射线的X射线管111。在X射线管111的玻璃管111a的内部设置阳极111b和阴极111e。玻璃管111a的内部保持在高真空状态，通过加热阴极111e的灯丝111h来产生热电子。可通过将电流施加到连接到灯丝的电导体111f来加热灯丝111h。
阴极111e包括灯丝111h和被构造为聚焦电子的聚焦电极111g。聚焦电极111g还被称为聚焦杯。
然后，当在阳极111b和阴极111e之间施加高电压时，热电子被加速并与阳极的靶材料111d碰撞，从而产生X射线。可使用诸如Cr、Fe、Co、Ni、W和Mo的高电阻材料作为阳极的靶材料111d。通过窗口111i将产生的X射线辐射到外部。例如，可使用铍(Be)薄膜作为窗口111i的材料。
施加在阳极111b和阴极111e之间的电压被称为管电压，其电平可被指示为峰值千伏电压(kvp)。随着管电压增加，热电子的速率增加。结果，通过X射线与靶材料碰撞而产生的能量(光子能量)增加。还可通过在X射线的辐射方向布置滤波器来调节X射线的能量。被构造为过滤掉特定波段的X射线的滤波器布置在窗口111i之前或之后，从而可过滤掉特定波段的X射线。例如，当布置有由铝或铜制成的滤波器时，低能带的X射线被过滤掉并且辐射X射线的能量增加。
在X射线管111中流过的电流被称为管电流，可被指示为平均mA，并还可由作为管电流(mA)和X射线曝光时间(s)的乘积的管电量(mAs)来表示。当管电流增加时，X射线剂量(X射线光子的数量)增加。因此，X射线的能量可由管电压控制，并且X射线剂量可由管电流和X射线曝光时间(即，管电量(mAs))控制。
同时，X射线成像设备100可通过采用荧光镜检查来产生X射线视频，并可应用于诸如血管造影术的X射线诊断领域或使用X射线成像设备100的各种手术的领域。在此情况下，可实时产生和显示X射线视频。
X射线成像设备100连续执行X射线成像以产生X射线视频。连续执行X射线成像的方法包括连续曝光方法和脉冲曝光方法。
当采用连续曝光方法时，将低管电流持续施加到X射线管111以持续地产生X射线。当采用脉冲曝光方法时，由连续的短脉冲产生X射线。因此，当采用脉冲曝光方法时，可减少X射线剂量和运动模糊。这两种方法中的任意方法可用于X射线成像设备100。为了描述的方便，在下面将要描述的实施例中，可采用脉冲曝光方法。
X射线源110能够将X射线以预定时间间隔或任意时间间隔多次辐射到受试体区域上。这里，可根据脉冲率或帧率来确定预定时间间隔或任意时间间隔。可通过帧率确定脉冲率，反之亦然。可将帧率设置为每秒30帧(fps)、5fps、7.5fps等。例如，当将帧率设置为15fps时，脉冲率被设置为15pps，从而X射线可每秒被产生15次，此外，当将帧率设置为7.5fps时，脉冲率被设置为7.5pps，从而X射线可每秒被产生7.5次。
受试体表示内部需要由X射线图像呈现的成像目标。受试体区域是包括受试体的特定区域并表示将被成像为X射线图像的区域。因此，受试体区域与X射线成像设备100的成像区域(视野(FOV))匹配或可包括X射线成像设备100的成像区域。
受试体区域可包括ROI和非ROI中的至少一个。受试体区域中的除了ROI之外的区域是非ROI。将在下面详细描述ROI和非ROI。
X射线检测器120检测X射线并获得受试体区域的多个帧图像。帧图像表示根据X射线成像设备100的帧率获得的多个X射线图像中的每个X射线图像。X射线检测器120可具有包括多个像素的2D阵列结构。当将检测到的X射线转换为针对每个像素的电信号时，获得受试体区域的单个X射线图像。
X射线检测器120可采用检测X射线并将其转换为电信号的任何方法。例如，可采用包括直接方法和间接方法的任何方法，其中，在直接方法中，使用诸如a-Se的光电导体将X射线直接转换为电信号，在间接方法中，使用诸如CSI的闪烁体将X射线转换为可见光并将可见光转换为电信号。
滤波单元140包括由吸收X射线的材料制成的ROI滤波器141和被构造为移动ROI滤波器141的滤波器驱动单元143。滤波器驱动单元143可包括机械结构，诸如被构造为产生动力的电动机、被构造为将产生的动力传送到ROI滤波器141的齿轮等。
ROI滤波器141可对从X射线源110辐射的X射线进行过滤，从而剂量比ROI上的剂量低的X射线入射到非ROI上。执行此操作以减小X射线剂量。通过X射线滤波，剂量比非ROI上的剂量高的X射线被施加到ROI上，其中，在ROI中包括关于受试体内部的更多有用信息，而剂量比ROI上的剂量低的X射线被施加到包括少量信息的非ROI上。由于X射线还入射在非ROI上，因此不会造成成像区域的损失。下面将描述滤波单元140的更详细的结构和操作。
如上所述，X射线成像设备100可通过连续执行X射线成像来获得受试体区域的X射线视频。由X射线检测器120获得的帧图像被输入到图像处理器150。图像处理器150可通过分析输入帧图像来获得关于ROI的信息。当关于ROI的信息被传送到控制单元160时，控制单元160控制滤波单元140使得剂量比ROI的剂量低的X射线入射在非ROI上。
在下文，将具体地描述图像处理器150的获得关于ROI的信息的操作。
首先，图像处理器150从受试体区域的帧图像获得感兴趣对象。为了检测感兴趣对象，预先存储感兴趣的特性，并可从受试体区域的帧图像检测与预存储的特性对应的对象。在感兴趣对象的特性中，例如，能够从X射线图像检测到的感兴趣对象的形状、X射线吸收特性和移动特性可被预先存储。这里，感兴趣对象的移动特性包括关于感兴趣对象的移动的信息，关于移动的信息可包括移动方向、移动速度和位置改变。
感兴趣对象表示在执行X射线成像的同时用户持续观察的对象，并且可以是用于受试体或手术部位(operation site)的仪器。如果将X射线成像设备100用于例如血管造影术，则当诸如导丝、导管、针、气球和支架的仪器被插入血管时，需要对这些仪器进行仔细观察。因此，将仪器设置为感兴趣对象并且可预先存储关于仪器的特性的信息。
此外，当将手术部位设置为感兴趣对象时，可将狭窄(stenosis)或动脉瘤的区域或者癌变区域设置为感兴趣对象。
当检测到感兴趣对象时，图像处理器150将包括检测到的感兴趣对象的特定区域设置为ROI。因此，可考虑感兴趣对象的位置和尺寸或感兴趣对象的移动特性来确定ROI的位置和尺寸。
图3是示出当执行血管支架手术过程时的示例性ROI的示图。在下文，将参照图3来描述设置ROI的特定示例。
支架13a被插入血管以防止血管的阻塞等，并具有网眼形状。支架13a被折叠且安装在具有长管形状的支架装置13的末端，被引入血管，并以网眼形状在期望位置伸展。
如图3中所示，为了将支架装置13插入受试体区域的血管中，首先插入导丝11。沿着导丝11将支架装置13插入血管。当插入了支架装置13时，支架装置13(具体地说，尖端的支架13a)可以是感兴趣对象，并且包括支架13a的特定区域可以是ROI。
当插入导丝11时，导丝11或导丝11的尖端可以是感兴趣对象。虽然在附图中没有示出，但是当插入导管以将造影剂注入血管时，导管或导管的尖端可以是感兴趣对象。
可选择地，图像处理器150可使用从外部输入的信息来检测感兴趣对象。例如，当输入了关于仪器的类型、手术的类型、手术部位、造影剂的注入等的信息时，可基于输入信息从帧图像检测感兴趣对象。
例如，当输入了将进行的手术是主动脉支架手术过程并且将被插入的仪器是支架装置的信息时，图像处理器150利用预存储的关于支架的特性的信息来从受试体区域的帧图像检测主动脉内的支架。
图像处理器150可在跟踪检测到的感兴趣对象的同时确定感兴趣对象的移动特性。可根据输入到图像处理器150的帧图像的帧率来实时执行检测和跟踪感兴趣对象、以及获得关于包括感兴趣对象的ROI的信息的操作。这里，获得关于ROI的信息的操作包括检测和跟踪感兴趣对象并基于检测和跟踪的结果来设置ROI。
感兴趣对象的移动特性包括关于感兴趣对象的移动尺寸、移动方向等的信息。感兴趣对象的移动包括感兴趣对象的运动。移动尺寸可包括速度，但是感兴趣对象的移动可不具有恒定模式。因此，移动尺寸可包括指示除了速度之外的移动程度的各条信息。
ROI是包括感兴趣对象的特定区域并由感兴趣对象定义。因此，可通过感兴趣对象的移动特性确定ROI的移动特性。
然后，关于由图像处理器150获得的ROI的信息(尤其是关于ROI的位置、尺寸或移动特性的信息)被发送到控制单元160并被用于控制滤波单元140。
此外，图像处理器150可获得关于在帧图像中呈现的图像特性(诸如噪声和对比度)的信息。这些特性可被发送到控制单元160，用于控制X射线成像条件，或可用于确定入射在ROI和非ROI上的X射线剂量之间的差。这将在下面进行描述。
当图像处理器150如上所述分析受试体区域的帧图像并获得关于ROI的信息时，其移动受控制单元160控制的ROI滤波器141对入射在非ROI上的X射线进行过滤，使得低剂量的X射线入射在非ROI上。
图4A是ROI滤波器的截面侧视图，图4B是示例性ROI滤波器的平面图。
如图4A中所示，准直器131可布置在与X射线源110的前方对应的X射线辐射方向上。准直器131由吸收或阻挡X射线的材料(诸如铅或钨)制成，准直器131调节与X射线源110的X射线辐射区域相应的成像区域(FOV)的范围，并减少X射线散射。
ROI滤波器141被布置于准直器131和X射线检测器120之间，并可对从X射线源110辐射的X射线中的入射到非ROI上的X射线进行过滤。ROI滤波器141可由减少X射线的材料制成。具有X射线衰减特性的各种材料(诸如铝(Al)、铜(Cu)、锆(Zr)、钼(Mo)、银(Ag)、铱(Ir)、铁(Fe)、锡(Sn)、金(Au)、铂(Pt)和钽(Ta))或它们之间的混合物可用来形成ROI滤波器141。具有这样的X射线衰减特性的材料可被称为过滤材料。
ROI滤波器141在由x轴、y轴和z轴定义的3D空间中移动，并可被布置在与非ROI相应的位置。这里，z轴对应于连接X射线源110和X射线检测器120的竖直线，x轴和y轴与z轴垂直。
例如，ROI滤波器141可在xy平面上移动或沿着z轴移动。执行在xy平面上的移动以使得非ROI的位置与ROI滤波器141相应。执行沿着z轴的移动或在z轴方向上的移动以使得ROI的尺寸与ROI滤波器141相应。
一般来说，由于ROI被非ROI包围，因此如图4B中所示，ROI滤波器141可具有中空的形状，更具体地说，ROI滤波器141是在中心形成开口141b的环形。开口141b的周围被过滤材料141a包围。
ROI滤波器141的形状可具有开口141b是多边形的环形，诸如在图4B中的左侧示出的矩形环，并且ROI滤波器141的形状可具有开口141b是圆形的环形，如在图4B中的右侧所示，但是本发明不限于此。ROI滤波器141可根据ROI的特性、ROI和非ROI之间的几何关系等具有各种形状。
同时，在X射线流入特定材料时，当X射线的剂量减少或者X射线被过滤掉时，其可表现为X射线穿透该材料(trnsmitted therethrough)，反之，当X射线保持与在X射线流入相应材料之前的性质相同的性质而没有减少其剂量或者未被过滤掉时，其可表现为X射线通过该材料(pass therethrough)。
在从X射线源110辐射的X射线中，入射在过滤材料141a上的X射线的剂量在穿透过滤材料141a时减少，而入射在开口141b上的X射线的剂量在通过开口141b时保持不变。因此，当ROI滤波器141(更具体地说，ROI滤波器141的过滤材料)被布置在受试体区域中的与非ROI相应的位置时，剂量比ROI的剂量低的X射线可以入射在非ROI上。例如，入射在非ROI上的X射线的量可以是入射在ROI上的X射线的量的1/5、1/10或1/20或者更低。
图5A和图5B是示意性地示出入射在ROI和非ROI上的X射线剂量的示图。
图5A示出入射在跨过ROI和非ROI的任意直线AB上的X射线剂量。当控制单元160将ROI滤波器141移动到与非ROI相应的位置时，如图5A中所示，剂量比ROI的剂量低的X射线入射在非ROI上。由于X射线还入射在非ROI上，因此虽然量小，但是也可获得关于整个成像区域的信息。
如上所述，X射线成像设备100可通过连续执行X射线成像来获得视频。只要ROI在受试体区域中，在入射在ROI上的X射线剂量和入射在非ROI上的X射线剂量之间的差如图5B中所示保持不变的同时，可执行X射线成像。
图6A、图6B和图6C是示出根据ROI的尺寸控制ROI滤波器沿着z轴移动的操作的示图。
即使X射线成像设备100包括ROI滤波器141，也可能需要整个成像区域(整个FOV)的图像。例如，当感兴趣对象的移动是预定参考值或更大时，当造影剂被注入血管时，或者当X射线成像设备100的成像模式被设置为数字减影血管造影术(DSA)模式以观察整个图像时，具有均匀剂量的X射线入射到整个成像区域。
在此情况下，如图6A中所示，ROI滤波器141被紧接地布置在准直器131下方并在过滤位置之外。这里，过滤位置表示从X射线源110辐射的X射线或通过准直器131的X射线被过滤的位置。换句话说，过滤位置表示ROI滤波器141能够与从X射线源110辐射的X射线或通过准直器131的X射线相遇的位置。
具体地说，通过准直器131的X射线中的最外层的X射线被引入ROI滤波器141的开口141b的内部并在过滤位置之外。当控制单元160使得ROI滤波器141紧接地布置准直器131下方并在过滤位置之外时，可获得整个成像区域(整个FOV)的图像，其中，通过准直器131的X射线均匀地没有不同地入射在ROI和非ROI上。
如上所述，控制单元160将控制信号发送到滤波器驱动单元143，随后滤波器驱动单元143响应于发送的控制信号移动ROI滤波器141。然而，为了描述的方便，可描述为控制单元160移动ROI滤波器141。
当不需要获得整个成像区域的图像时，如图6B和图6C中所示，为了使得低剂量的X射线入射在非ROI上，可将ROI滤波器141布置在过滤位置。
由于从X射线源110辐射的X射线一般可具有锥形光束或扇形光束的形式，因此随着入射有X射线的表面离X射线源变得越远，X射线入射的面积越大。因此，当将具有预定尺寸的开口141b的ROI滤波器141布置在X射线源110前方时，入射有通过开口141b且未被ROI滤波器141过滤的X射线的面积根据ROI滤波器141和X射线源110之间的距离而不同。
因此，控制单元160根据ROI的尺寸不同地控制ROI滤波器141沿着z轴的位置。为了使入射有未被ROI滤波器141过滤的X射线的面积与ROI的尺寸相应，控制单元160可控制ROI滤波器141沿着z轴移动。
具体地说，如图6B例示，当ROI的尺寸是成像区域的1/2(FOV的1/2)时，控制单元160计算与其相应的ROI滤波器141的沿着z轴的位置，并将ROI滤波器141移动到计算的位置处。当在移动之前的ROI滤波器141如图6A中所示紧接地位于在准直器131下方时，ROI滤波器141在朝着X射线检测器120的方向上移动预定距离。
此外，如图6C中所例示，当ROI的尺寸是成像区域的1/4(FOV的1/4)时，控制单元160计算与其相应的ROI滤波器141的沿着z轴的位置，并将ROI滤波器141移动到计算的位置处。当在移动之前的ROI滤波器141位于如图6B中所示的位置时，ROI滤波器141在朝着X射线检测器120的方向上移动预定距离。
根据图6A至图6C中的示例，随着ROI的尺寸变大，控制单元160使得ROI滤波器141被布置地离X射线检测器120更远，并且随着ROI的尺寸变小，控制单元160使得ROI滤波器141被布置地离X射线检测器120更近。为此目的，控制单元160预先存储ROI的尺寸和ROI滤波器141的位置之间的关系，并可使用预存储的关系根据ROI的尺寸来计算ROI滤波器141的位置，更具体地说，沿着z轴的位置。
图7A是示出根据感兴趣对象的移动的ROI的移动的示图，图7B是示意性地示出跟踪移动ROI的操作的示图。图8是根据ROI的移动而移动ROI滤波器的示图。
X射线视频可表现受试体区域中的移动。当移动的受试体是感兴趣对象时，ROI可根据感兴趣对象的移动而移动。例如，如图7A中所示，当进行血管支架手术过程时，用作感兴趣对象的支架13a移动到血管内的目标位置，并且ROI也根据支架13a的移动而移动。
如上所述，图像处理器150可实时检测和跟踪感兴趣对象。当ROI移动时，如图7B所示，图像处理器150实时跟踪该移动，并且如图8所示，控制单元160在xy平面上移动ROI滤波器141使得ROI滤波器141的位置与ROI或非ROI的位置同步。
在图7B和图8的示例中，在ROI和ROI滤波器141根据感兴趣对象的移动而一起移动时，ROI的尺寸还可根据感兴趣对象的移动而改变。例如，当感兴趣对象的移动尺寸不大时，换言之，当移动尺寸是预定参考值或更小时，图像处理器150可根据感兴趣对象的移动增加ROI的尺寸并可固定ROI的位置。由于在ROI的位置固定的同时ROI需要包括移动的感兴趣对象，因此可根据感兴趣对象的移动尺寸增加ROI的尺寸的比率。
在此情况下，控制单元160不在xy平面上移动ROI滤波器141，而是仅沿着z轴移动ROI滤波器141，使得ROI滤波器141的沿着z轴的位置与ROI的尺寸的改变同步。
图9是包括多个层的ROI滤波器的截面侧视图。图10是包括多个层的ROI滤波器的分解透视图。
ROI滤波器141可包括可独立地在xy平面或沿着z轴移动的多个滤波层。在图9的示例中，包括三个滤波层。滤波层包括第一ROI滤波器141-1、第二ROI滤波器141-2和第三ROI滤波器141-3。
在图9和图10的示例中，第一ROI滤波器141-1、第二ROI滤波器141-2和第三ROI滤波器141-3可具有类型相同和厚度相同的过滤材料、类型相同但是厚度不同的过滤材料、类型和厚度都不同的过滤材料或者厚度相同但是类型不同的过滤材料。
控制单元160可基于关于ROI的信息确定将要入射在ROI上的X射线剂量和将要入射在非ROI上的X射线剂量之间的差。这里，关于ROI的信息还可包括在ROI和非ROI中表现的图像特性，诸如噪声、运动和对比度。根据确定的剂量差，可不同地控制ROI滤波器141的类型和厚度。
控制单元160可使用第一ROI滤波器141-1、第二ROI滤波器141-2和第三ROI滤波器141-3的组合来控制将入射在非ROI上的X射线剂量。在下文，将参照图11A至图12D详细地描述使用滤波层的组合的剂量控制操作。
图11A、图11B、图11C和图11D是多个层独立移动的ROI滤波器的截面侧视图。在图11A至图11D中，ROI滤波器141的移动是沿着z轴的移动。
当需要观察整个成像区域时或当感兴趣对象的移动是预定参考值或更大时，如图11A中所示，第一ROI滤波器141-1、第二ROI滤波器141-2和第三ROI滤波器141-3全部都沿朝着X射线源110的方向移动并在过滤位置之外。因此，可获得整个成像区域的X射线图像。
另一方面，当与确定的非ROI的X射线剂量相应的滤波器是第三ROI滤波器141-3时，如图11B中所示，第一ROI滤波器141-1和第二ROI滤波器141-2在朝着X射线源110的方向上移动并在过滤位置之外，而第三ROI滤波器141-3移动到与ROI的尺寸匹配的过滤位置，使得具有由控制单元160确定的剂量的X射线入射在非ROI上。
另外，当与确定的非ROI的X射线剂量相应的滤波器是第二ROI滤波器141-2和第三ROI滤波器141-3时，如图11C中所示，第一ROI滤波器141-1在朝着X射线源110的方向上移动并在过滤位置之外，而第二ROI滤波器141-2和第三ROI滤波器141-3移动到与ROI的尺寸匹配的过滤位置，使得具有由控制单元160确定的剂量的X射线入射在非ROI上。在此情况下，第二ROI滤波器141-2和第三ROI滤波器141-3一起执行过滤，与仅通过第三ROI滤波器141-3执行过滤时相比，入射在非ROI上的X射线剂量进一步减少。
另外，当与确定的非ROI的X射线剂量相应的滤波器是第一ROI滤波器141-1、第二ROI滤波器141-2和第三ROI滤波器141-3时，如图11D中所示，第一ROI滤波器141-1、第二ROI滤波器141-2和第三ROI滤波器141-3都移动到与ROI的尺寸匹配的过滤位置，使得具有由控制单元160确定的剂量的X射线入射在非ROI上。在此情况下，由于第一ROI滤波器141-1、第二ROI滤波器141-2和第三ROI滤波器141-3都执行过滤，因此与通过第二ROI滤波器141-2和第三ROI滤波器141-3执行过滤时或仅通过第三ROI滤波器141-3执行过滤时相比，入射在非ROI上的X射线剂量进一步减少。
当在以上的图11A至图11D中沿z轴在X射线源110的方向上移动的ROI滤波器141在过滤位置之外时，ROI滤波器141还可在xy平面上移动并在过滤位置之外。在下文中，这将参照图12A至图12D进行描述。
图12A至图12D是示出ROI滤波器在过滤位置之外并在xy平面上移动的操作的截面侧视图。
当需要观察整个成像区域时或者当感兴趣对象的移动是预定参考值或更大时，如图12A中所示，第一ROI滤波器141-1、第二ROI滤波器141-2和第三ROI滤波器141-3都在xy平面上移动(例如，在y轴方向上移动)并在过滤位置之外。因此，可获得整个成像区域的X射线图像。
另外，当与非ROI的确定的X射线剂量相应的滤波器是第二ROI滤波器141-2时，如图12B中所示，第一ROI滤波器141-1和第三ROI滤波器141-3在y轴方向上移动并且在过滤位置之外，第二ROI滤波器141-2移动到与ROI的尺寸匹配的过滤位置，使得具有由控制单元160确定的剂量的X射线入射在非ROI上。
另外，当与非ROI的确定的X射线剂量相应的滤波器是第一ROI滤波器141-1和第二ROI滤波器141-2时，如图12C中所示，第三ROI滤波器141-3在y轴方向上移动并且在过滤位置之外，第一ROI滤波器141-1和第二ROI滤波器141-2移动到与ROI的尺寸匹配的过滤位置，使得具有由控制单元160确定的剂量的X射线入射在非ROI上。
另外，当与非ROI的确定的X射线剂量相应的滤波器是第一ROI滤波器141-1时，如图12D中所示，第二ROI滤波器141-2和第三ROI滤波器141-3在y轴方向上移动并且在过滤位置之外，第一ROI滤波器141-1移动到与ROI的尺寸匹配的过滤位置，使得具有由控制单元160确定的剂量的X射线入射在非ROI上。
作为移动过滤位置之外的另一方法，ROI滤波器141被实现为可拆分的，并且拆分的ROI滤波器141可在y轴上沿两个方向移动。
图13A是可拆分ROI滤波器的平面图，图13B是示出拆分的ROI滤波器在y轴上沿两个方向移动并且在过滤位置之外的操作的示图。
如图13A中所示，ROI滤波器141可被实现为可拆分为两块141a。然而，块不限于两块，如果需要，滤波器可被划分为三块或更多块。
如图13B中所示，当拆分的块在y轴上沿相反方向移动时，第一ROI滤波器141-1、第二ROI滤波器141-2和第三ROI滤波器141-3可以在过滤位置之外。然而，这仅是示例，只要每个拆分的块在xy平面上移动到远离X射线移动就足够了。
虽然在图13B中的示例中第一ROI滤波器141-1、第二ROI滤波器141-2和第三ROI滤波器141-3都移动，但是在本示例中ROI滤波器可独立地移动。
图14是示出能够恢复具有调整后的X射线剂量的帧图像的图像质量并控制X射线成像参数的X射线成像设备的控制框图。
图像处理器150可包括：图像分析单元151，被构造为从帧图像或呈现在帧图像的ROI和非ROI中的图像特性来获得关于ROI的信息；图像恢复单元152，被构造为恢复帧图像。
当X射线剂量小时，X射线图像的信噪比(SNR)会降低。因此，图像恢复单元152可使用至少一个先前的帧图像来恢复在剂量比入射在ROI上的剂量低的X射线入射在非ROI上时获得的帧图像。
图像恢复单元152可通过将当前帧图像与至少一个先前帧图像组合来恢复当前帧图像。可对非ROI执行帧图像之间的组合。
图15是示意性地示出通过组合帧图像来恢复图像质量的示图。
如图15中所示，图像恢复单元152通过将当前帧图像与两个先前帧图像组合来恢复非ROI的当前帧图像，从而可获得具有与入射有高剂量X射线的ROI的帧图像的SNR近似的优良的SNR的帧图像。
组合当前帧图像和至少一个先前帧图像的方法的示例包括对当前帧图像和至少一个先前帧图像求和的方法、对当前帧图像和至少一个先前帧图像求平均的方法、考虑诸如边缘方向的图像特性来改变将被应用于当前帧图像的滤波器的方法、应用运动补偿时域滤波的方法以及应用运动补偿空间滤波的方法。这里，求和可以是简单求和或加权就和，求平均可以是简单求平均或加权求平均。
此外，图像恢复单元152可以对恢复的帧图像的非ROI执行附加图像增强。例如，为了减少可能在组合当前帧图像和先前帧图像时产生的分辨率的劣化和图像模糊，可以执行帧图像之间的对齐或配准(registration)、或运动预测和补偿。
可使用基于特性的算法、基于强度的算法或混合了特性和强度的算法作为用于帧图像之间的配准的算法。
可使用平移运动、基于块的分块平移运动、旋转、缩放和非刚性变形运动作为用于运动预测和补偿的运动场模型。
同时，图像恢复单元152还可执行用于提高帧图像的ROI的图像质量的恢复工作。具体地说，图像恢复单元152可使用去噪算法(诸如空间滤波器、时间滤波器、时空滤波和超分辨率重建)来恢复帧图像的ROI。
此外，图像恢复单元152可使用细节增强算法(诸如基于直方图或小波(wavelet)的对比度增强算法和边缘增强滤波器)来增强帧图像的ROI。
此外，图像恢复单元152可执行用于对帧图像的ROI和非ROI的亮度和对比度进行匹配的图像均衡算法。
控制单元160包括被构造为控制滤波单元140的滤波器控制单元161和被构造为控制用于X射线成像的成像参数的成像控制单元162。
成像控制单元162控制应用于X射线成像的各种成像参数。成像参数还被称为曝光参数。对X射线成像设备100中的成像参数的自动控制被称为自动曝光控制。
成像参数可以是从包括管电压、管电流、曝光时间、滤波器类型、成像区域(FOV)、帧率、脉冲率和靶材料的类型的组中选择的至少一个。
可基于受试体区域的帧图像来确定成像参数，还可基于在X射线成像开始之前输入的先前信息来确定成像参数。在下文中，将详细描述前一情况的实施例。
成像控制单元162可基于图像分析单元151的分析结果确定成像参数。例如，当图像分析单元151分析帧图像并确定受试体的特性(诸如厚度或密度)时，成像控制单元162可基于确定结果确定与受试体的特性匹配的成像参数(诸如管电压、管电流、曝光时间、滤波器类型和靶材料的类型)。
可选择地，成像控制单元162还可基于由图像分析单元151获得的关于ROI的信息来确定成像参数。例如，成像控制单元162根据在ROI中呈现的图像的特性或感兴趣对象的移动尺寸来确定诸如帧率、管电流和每帧剂量的成像参数，并可单独或同时控制这些成像参数。
例如，当感兴趣对象的移动尺寸大时，成像控制单元162增加帧率并最大化地获得关于感兴趣对象的移动的信息，当感兴趣对象的移动尺寸小时，成像控制单元162降低帧率并减少对受试体的X射线曝光。
成像控制单元162还可根据ROI的噪声水平控制每帧剂量。例如，当ROI的噪声水平比预定参考值高时，每帧剂量增加并且噪声水平降低，从而使得ROI被显示得更清晰。当ROI的噪声水平比预定参考值低时，每帧剂量降低，从而减少对受试体的X射线曝光。
图16是示出根据实施例的X射线成像设备的外观的示图。
如图16所示，X射线成像设备100可具有C臂结构。X射线源组件107和X射线检测器120可被分别设置在具有C形的C臂101的每端。C臂101通过连接轴105连接到主体103并可在轨道方向上旋转。
X射线源组件107的内部可包括X射线源110、准直器131和滤波单元140。病人载台109设置在X射线源组件107和X射线检测器120之间。当受试体被置于病人载台109上时，X射线源110将X射线辐射到受试体上，X射线检测器120检测辐射的X射线，从而获得受试体的X射线图像。
如上所述，X射线成像设备100可实时获得受试体的视频。用户可在观看显示单元172的同时执行手术或诊断，其中，显示单元172具有多个屏幕并可显示手术或诊断所需的多个图像。
如上所述，当图像分析单元151获得关于ROI的信息或者成像控制单元162设置成像参数时，可使用由用户输入的信息。用户可通过设置在X射线成像设备100中的输入单元171输入必要信息。
在下文中，将描述控制X射线成像设备的方法的实施例。
图17是示出控制根据实施例的X射线成像设备的方法的流程图。以上的X射线成像设备100可用于该控制方法。
如图17中所示，X射线被辐射到受试体区域上(310)。可持续辐射X射线。然而，为了减少X射线剂量并提高时间分辨率，可应用以预定时间间隔辐射X射线的脉冲曝光方法。
可通过检测辐射的X射线获得受试体区域的多个帧图像(311)。获得帧图像的操作可以与X射线的辐射同步并被实时执行。
从受试体区域的帧图像获得关于ROI的信息(312)。获得关于ROI的信息的操作可包括检测感兴趣对象和基于检测到的感兴趣对象设置ROI。具体地说，从受试体区域的帧图像检测感兴趣对象，并将包括检测到的感兴趣对象的特定区域设置为ROI。关于ROI的信息包括ROI的位置、尺寸或移动特性，ROI的移动特性可包括关于ROI的移动的信息。
然后，剂量比ROI的剂量低的X射线入射在非ROI上。为此目的，进行控制使得ROI滤波器根据ROI的移动或ROI的尺寸在3D空间移动(313)。具体地说，当ROI移动时，ROI滤波器141在xy平面上移动到与ROI或非ROI的位置相应的位置，ROI滤波器141位置的改变可以与ROI或非ROI的位置的改变同步。此外，为了使未被ROI滤波器141过滤的X射线的入射区域与ROI的尺寸相应，ROI滤波器141可沿z轴移动。
当ROI滤波器141移动到与ROI或非ROI相应的位置并且低剂量的X射线入射在非ROI上时，恢复在低剂量X射线入射在非ROI上时获得的帧图像(314)。具体地说，可通过使用至少一个先前帧图像恢复当前帧图像来提高非ROI的图像指令。可将当前帧图像与至少一个先前帧图像组合。获得当前帧图像和先前帧图像的方法的示例包括对当前帧图像和先前帧图像求和或求平均的方法、考虑在先前帧图像中呈现的图像特性(诸如噪声和边缘方向)来改变将被应用于当前帧图像的滤波器的方法、应用运动补偿时域滤波的方法以及应用运动补偿空间滤波的方法。这里，可对非ROI执行图像之间的组合。
此外，可对恢复的帧图像执行附加图像增强。例如，为了减少可在组合当前帧图像和先前帧图像时产生的分辨率的劣化和图像模糊，可以执行帧图像之间的对齐或配准、或运动预测和补偿。
同时，还可对帧图像的ROI执行用于提高图像的图像质量的恢复工作，并且可使用去噪算法(诸如空间滤波器、时间滤波器、时空滤波和超分辨率重建)来恢复帧图像的ROI。可使用细节增强算法(诸如基于直方图或小波的对比度增强算法和边缘增强滤波器)来增强帧图像的ROI。
此外，执行用于对帧图像的ROI和非ROI的亮度和对比度进行匹配的图像均衡算法，并且可在显示单元中实时显示恢复的帧图像。
在控制X射线成像设备的方法中使用的ROI滤波器141可包括如图9中所述的多个滤波层。在下文中，将描述控制X射线成像设备的方法的实施例，其中，在所述X射线成像设备中，基于在帧图像中呈现的图像特性适当地组合多个滤波层。
图18是示出在控制X射线成像设备的方法中选择多个滤波层的实施例的流程图。在该实施例中使用的ROI具有多个滤波层，并且所述多个滤波层中的任意一个、两个滤波层的厚度和过滤材料可以相同，或者两个滤波层的厚度和过滤材料均不相同。
如图18中所示，将X射线辐射到受试体区域上(320)，并且通过检测辐射的X射线来获得受试体区域的多个帧图像(321)。从获得的帧图像获得关于ROI的信息(322)。这里，关于ROI的信息还可包括在帧图像的ROI或非ROI中呈现的图像特性。
基于关于ROI的信息中的帧图像的ROI和非ROI中呈现的图像特性，选择将用于过滤的滤波层(323)。
然后，进行控制使得未被选择的滤波层位于过滤位置之外(324)，并且选择的滤波层移动到过滤位置(325)。为了将滤波层移动到过滤位置之外，如图11A至图11D所述将相应的滤波层沿z轴移动，如图12A至图12D所述将相应的滤波层在xy平面上移动，并且如图13A和图13B所述将相应的滤波层划分为两块或更多块并且划分的块在xy平面上远离X射线移动。
根据上述X射线成像设备及控制该设备的方法，使用ROI滤波器以让剂量比ROI的剂量低的X射线入射在非ROI上，从而实现低剂量X射线成像并最小化X射线图像的FOV丢失。此外，ROI滤波器的移动与ROI的移动同步，从而其被应用于X射线视频领域。此外，ROI滤波器可根据ROI的位置改变自动地移动，从而确保了使用X射线成像设备的手术过程的连续性。
使用ROI滤波器让剂量比ROI的剂量低的X射线入射在非ROI上，从而实现低剂量X射线成像并最小化X射线图像的FOV丢失。
此外，通过使ROI滤波器的移动与ROI的移动同步，可将其应用于X射线视频领域。

Claims (20)

1.一种X射线成像设备，包括：
X射线源，被构造为将X射线辐射到受试体区域上；
X射线检测器，被构造为检测辐射的X射线并获得受试体区域的多个帧图像；
感兴趣区域ROI滤波器，被布置在X射线源和X射线检测器之间，以能够朝X射线源和X射线检测器移动，并且ROI滤波器被构造为对从X射线源辐射的X射线进行过滤。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，ROI滤波器对从X射线源辐射的X射线进行过滤，使得剂量比ROI的剂量低的X射线入射在受试体区域的非ROI上。
3.根据权利要求2所述的设备，还包括：
控制单元，被构造为进行控制使得ROI滤波器根据ROI的移动或ROI的尺寸在3D空间中移动。
4.根据权利要求3所述的设备，还包括：
图像处理器，被构造为从所述多个帧图像中的至少一个帧图像获得关于ROI的信息并将所述信息发送到控制单元。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，关于ROI的信息包括ROI的位置、尺寸和移动特性中的至少一个以及在帧图像的ROI和非ROI中呈现的图像特性。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，图像处理器从帧图像检测感兴趣对象，并基于感兴趣对象的位置、尺寸和移动特性中的至少一个来设置ROI。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，图像处理器以预定帧率实时设置ROI。
8.根据权利要求3所述的设备，其中，控制单元进行控制，使得ROI滤波器沿z轴移动到与ROI的尺寸相应的位置，或在由x轴和y轴限定的xy平面上移动到与ROI的位置相应的位置，其中，z轴对应于连接X射线源和X射线检测器的竖直线，x轴和y轴与z轴垂直。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，ROI滤波器包括过滤材料，其中，所述过滤材料减少入射在非ROI上的X射线并具有允许入射在ROI上的X射线通过的开口。
10.根据权利要求9所述的设备，其中，与ROI的尺寸相应的位置是通过开口的X射线的入射区域与ROI匹配的位置。
11.根据权利要求7所述的设备，其中，控制单元进行控制使得ROI滤波器根据实时设置的ROI实时地移动。
12.根据权利要求5所述的设备，其中，ROI滤波器包括多个滤波层，并且控制单元独立地控制所述多个滤波层中的每个滤波层的移动。
13.根据权利要求12所述的设备，其中，控制单元基于帧图像的ROI和非ROI的图像特性来确定将入射在受试体区域的ROI上的X射线剂量和将入射在受试体区域的非ROI上的X射线剂量之间的差。
14.根据权利要求13所述的设备，其中，控制单元基于确定的剂量差选择所述多个滤波层中的至少一个滤波层，并进行控制使得选择的滤波层位于过滤位置。
15.根据权利要求14所述的设备，其中，控制单元进行控制，使得所述多个滤波层中的未被选择的滤波层在z轴方向上移动或在由x轴和y轴限定的xy平面上移动并在过滤位置之外，其中，z轴对应于连接X射线源和X射线检测器的竖直线，x轴和y轴与z轴垂直。
16.根据权利要求12所述的设备，其中，所述多个滤波层的类型、厚度和过滤材料中的至少一个不同。
17.一种控制X射线成像设备的方法，包括：
将X射线辐射到受试体区域上；
检测辐射的X射线并获得关于受试体区域中的ROI的信息；
进行控制使得被构造为对入射在受试体区域中的非ROI上的X射线进行过滤的ROI滤波器根据ROI的移动或ROI的尺寸而移动。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，进行控制使得ROI滤波器移动的步骤包括：进行控制使得ROI滤波器根据ROI的移动或ROI的尺寸在3D空间中移动。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，关于ROI的信息包括ROI的位置、尺寸和移动特性中的至少一个以及在帧图像的ROI和非ROI中呈现的图像特性。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，进行控制使得ROI滤波器移动的步骤包括：
进行控制使得ROI滤波器在z轴方向上移动到与ROI的尺寸相应的位置，或者进行控制使得ROI滤波器根据实时获得的关于ROI的信息在由x轴和y轴限定的xy平面上实时地移动，其中，z轴对应于连接X射线源和X射线检测器的竖直线，x轴和y轴与z轴垂直。
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