CN110916694B - 成像方法、装置、工作站及x射线摄像系统 - Google Patents

成像方法、装置、工作站及x射线摄像系统 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种成像方法、装置、工作站及X射线摄像系统。所述方法包括：响应于放射源开始放射X射线，按照周期读取指定反馈区域的信号，并分别对各个所述反馈区域的信号在各个周期上进行累加，得到各个所述反馈区域的累加信号；根据各个所述反馈区域的累加信号计算反馈灰度；在所述反馈灰度达到截至灰度的情况下，使所述放射源停止放射X射线；读取所述探测器的所有反馈区域的信号，根据所读取的信号和所述指定反馈区域的累加信号进行成像。本申请利用指定反馈区域的累加信号计算反馈灰度，控制放射源发射X射线；并根据曝光停止后读取的信号以及所述累加信号进行成像，提高了成像质量和效率。

Description

成像方法、装置、工作站及X射线摄像系统
技术领域
本说明书涉及医疗设备技术领域，尤其涉及一种成像方法、装置、工作站及X射线摄像系统。
背景技术
数字化X射线摄像(Digital Radiography，DR)系统因其辐射剂量小、影响质量高等优点而被广泛应用。为了获取理想的图像质量，需要为DR系统设置合适的曝光参数。
目前较常使用曝光参数调整方法为AEC(Automatic Exposure Control，自动曝光控制)，其使用电离室反馈信号使得平板探测器的照射剂量恒定来实现稳定的图像质量。AEC方法的使用对摆位和感兴趣区域的选择有较高要求，操作人员需要准确地把待拍摄部位与电离室所在的场进行对准，如果有偏差则因剂量不足而引起图像质量下降；并且AEC方法对系统要求较高，需要电离室装置，不利于移动DR或便携DR的应用。
发明内容
为克服相关技术中存在的问题，本说明书提供了一种成像方法、装置、工作站及X射线摄像系统。
具体地，本申请是通过如下技术方案实现的：
第一方面，提供一种成像方法，应用于X射线成像系统的工作站，所述系统还包括放射源、探测器，其中，所述探测器包括多个反馈区域，所述方法包括：响应于放射源开始放射X射线，按照周期读取指定反馈区域的信号，并分别对各个所述反馈区域的信号在各个周期上进行累加，得到各个所述反馈区域的累加信号，其中，所述指定反馈区域包括一个或多个反馈区域；根据各个所述反馈区域的累加信号计算反馈灰度；在所述反馈灰度达到截至灰度的情况下，使所述放射源停止放射X射线；读取所述探测器的所有反馈区域的信号，根据所读取的信号和所述指定反馈区域的累加信号进行成像。
可选的，所述分别对各个所述反馈区域的信号在各个周期上进行累加，包括：对所读取的信号进行暗场校正和增益校正；对各个所述反馈区域的校正后的信号在各个周期上进行累加。
可选的，所述分别对各个所述反馈区域的信号在各个周期上进行累加，包括：在第一个周期中，根据扫描所述指定反馈区域中各行的时刻对所读取的信号进行灰度修正，并对修正后的信号进行累加；在所述第一个周期之后的周期，对所读取的信号进行累加。
可选的，所述根据所读取的信号和所述指定反馈区域的累加信号进行成像，包括：将所述指定反馈区域中每行的累加信号与相邻行的累加信号进行拟合；根据所读取的信号和所述指定反馈区域的拟合后的累加信号进行成像。
可选的，所述根据各个所述反馈区域的累加信号计算反馈灰度，包括以下中的任意一种：将所述指定反馈区域中平均灰度最大区域的值作为反馈灰度值；将所述指定反馈区域中所有反馈区域的平均值作为反馈灰度值；将所述指定反馈区域中平均灰度最小区域的值作为反馈灰度值。
可选的，所述方法还包括：在所述指定反馈区域包括坏线所在的行时，读取相邻行的信号。
第二方面，提供一种成像装置，应用于X射线成像系统的工作站，所述系统还包括放射源、探测器，其中，所述探测器包括多个反馈区域，所述装置包括：累加单元，用于响应于放射源开始放射X射线，按照周期读取指定反馈区域的信号，并分别对各个所述反馈区域的信号在各个周期上进行累加，得到各个所述反馈区域的累加信号，其中，所述指定反馈区域包括一个或多个反馈区域；计算单元，用于根据各个所述反馈区域的累加信号计算反馈灰度；控制单元，用于在所述反馈灰度达到截至灰度的情况下，使所述放射源停止放射X射线；成像单元，用于读取所述探测器的所有反馈区域的信号，根据所读取的信号和所述指定反馈区域的累加信号进行成像。
可选的，所述成像单元具体包括：将所述指定反馈区域中每行的累加信号与相邻行的累加信号进行拟合；根据所读取的信号和所述指定反馈区域的拟合后的累加信号进行成像。
摄像第三方面，提供一种工作站，包括：所述工作站包括存储器、处理器，所述存储器用于存储可在处理器上运行的计算机指令，所述处理器用于在执行所述计算机指令时实现以上所述的成像方法。
第四方面，提供一种X射线摄像系统，包括放射源、探测器、设置在所述放射源端的摄像头、驱动所述探测器运动的运动机构，以及如上所述的工作站。
本申请利用指定反馈区域的累加信号计算反馈灰度，并根据所述反馈灰度和预先设定的截至灰度控制放射源进行X射线的放射；在停止放射后，根据探测器所有反馈区域的信号以及指定反馈区域的累加信号进行成像，提高了成像质量和效率。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本说明书。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本说明书的实施例，并与说明书一起用于解释本说明书的原理。
图1是本申请至少一个实施例提出的X射线摄像系统的结构示意图；
图2是本申请至少一个实施例提出的一种成像方法的流程图；
图3是探测器的像素单元的示意图；
图4是本申请至少一个实施例提出的探测器的反馈区域示意图；
图5是示例性的曝光图像的灰度与曝光剂量之间的关系图；
图6是本申请至少一个实施例提出的一种成像装置的示意图；
图7是本申请至少一个实施例提出的一种工作站的结构示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本说明书相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本说明书的一些方面相一致的装置和方法的例子。
图1是本申请至少一个实施例提出的X射线摄像系统的结构示意图。该系统可以包括工作站11、放射源12、探测器13。其中，放射源12可以包括高压发生器121和球管122，探测器13例如可以是一个数字化的平板探测器，探测器13的主体部分包括感光层131和光电转换层132。其中，感光层131可以是闪烁体层或者荧光体层，其用于将X射线光子转换为可见光；光电转换层132可以是光电二极管构成的阵列，或者可以是具有光电二极管作用的非晶硅阵列，用于将可见光转换成电信号。探测器13还包括控制单元133和存储单元134，控制单元133与光电转换层132连接，用于对转换得到的电信号进行处理，存储单元134与控制单元133连接，用于存储处理结果。其中，控制单元133可以是微控制器MCU、数字信号处理器DSP、现场可编程门阵列FPGA等，本领域技术人员应当理解，控制单元133可以是适当类型的处理器，本公开对此不进行限制。
如图1所示，工作站11可以用于生成管电压(kv)、曝光剂量(mAs)、滤过参数(设置在球管前端的滤过材料、厚度等)等曝光参数，并将这些曝光参数发送至高压发生器121，高压发生器121根据所述曝光参数控制球管122发射曝光射线(例如X射线)。曝光射线穿过被检体13后，被探测器13接收。工作站11可以根据探测器13接收到的射线生成被检体14的曝光图像，可以用于对被检体14的医疗诊断。其中，工作站11生成的曝光参数直接影响到后续曝光图像的质量，并且，通过调整曝光参数，例如管电压、曝光剂量等，也可以达到调整曝光图像质量的效果。
下面结合图1所示的X射线摄像系统对本公开实施例的成像方法进行详细描述。
图2是本申请至少一个实施例提出的一种成像方法的流程图，如图2所示，该方法可应用于X摄像系统的工作站，可以包括步骤201～204。：
在步骤201中，响应于放射源开始放射X射线，按照周期读取指定反馈区域的信号，并分别对各个所述反馈区域的信号在各个周期上进行累加，得到各个所述反馈区域的累加信号。
在本公开实施例中，探测器包括多个反馈区域，所述指定反馈区域包括一个或多个反馈区域。
图3是本申请至少一个实施例提出的探测器的像素单元示意图。如图3所示，探测器的每个像素单元主要由具有光敏性的光电二极管301以及不能感光的开关二极管302、行驱动线303和列读出线304构成。位于同一行所有像素单元的行驱动线相连，也即同一行的开关二极管302的通断是统一控制的，位于同一列所有像素单元的列读出线相连。在开关二极管302断开的情况下，可见光激发光电二极管301所产生的电流存储在光电二极管自身的电容中，每个像素单元存储的电荷量大小与入射的X射线的强弱正成比。在开关二极管302导通时，累积的电荷被读出。应当注意的是，由于同一行所有像素单元的开关二极管302是统一控制的，所以同一行的所有像素单元是同时被读出的。进一步的，根据像素单元所在的列来确定各个像素单元存储的电荷量，也即入射至该像素单元的X射线的大小。
探测器的控制单元可以控制各行开关二极管的通断，从而实现行信号的读取。可以逐行控制二极管开关导通，以实现逐行读取；也可以控制设定行的二极管开关导通，以读取设定行的信号。关于列信号，是根据像素单元的位置来确定的。
如果按照逐行扫描的方式，完成对探测器所有像素单元的读取，该过程需要约500-1000ms，扫描一行的像素的时间约100um。在本公开实施例中，在周期T内进行信号的读取，并进行后续的一系列处理过程，为了保证周期T小于1ms，以实现更好的控制精度，因此在曝光过程中仅仅读取探测器的指定反馈区域。
在探测器包括多个反馈区域的情况下，每个反馈区域可以包括设定数目的行和列。如图4所示，探测器包括D*D个反馈区域，其中，灰色反馈区域表示指定反馈区域。本领域技术人员应当理解，D*D仅为示例，探测器也可以包括其他数目的反馈区域。
所述指定反馈区域是探测器成像范围内预先定义的像素位置集合，也可以称为探测器的感兴趣区域。由于人体各个组织器官体厚和密度差异，对于传统AEC曝光，在曝光之前通常需要进行电离室场的选择。以三场电离室胸片投照为例，如果需要关注的是肺部区域，操作医生需要通常选择左场、右场，而如果关注的是胸椎则需要选择中场。本公开实施例中，使用探测器像素作为反馈，可以更灵活设置反馈区域。例如，可以如图4所示将整个探测器按行和列化分成多个D*D个反馈区域，每一个反馈区域对应尺寸为L×L平方厘米，L通常取0.5-2cm。对于每个反馈区域可以选取中间一行数据信号代表该块的灰度特征。所述指定反馈区域，可以是指定的多个反馈区域。对于不同的APR(拍摄)部位和条件，可以根据目标大小和形状预定义好位置，可以适用于不同解剖部位。操作人员在进行投照之前，可以通过软件界面或控制台进行交互操作，选取感兴趣区域作为指定反馈区域，也可以通过摄像头识别的方式实现指定反馈区域的选取。
在曝光过程中，通过设定一周期定时器，每间隔时间T触发采样，每次触发采样时依次采集所述设定反馈区域对应的所有行信号，并记录每行的开始采集时间。之后，将每个周期读取到的信号都分别累加至缓存区，得到各个反馈区域的累加信号I_s。所述缓存区可以设置在所述探测器的存储单元中。
在步骤202中，根据各个所述反馈区域的累加信号计算反馈灰度。
由于在确定的线质下平板探测器剂量与探测器输出灰度呈线性关系，如图5所示，因此可以根据灰度准确地反映出曝光剂量。
当完成对行信号的扫描和处理后，需要根据获取反馈的时机进行判断。如果当前过程处于第一个周期中，则需要根据该行扫描的时刻进行灰度修正，并将修正好的信号数据进行累加；而对于在非第一个周期所得到的行信号则直接进行累加，然后再计算指定反馈区域所对应的平均灰度。
由于读取过程采用的是逐行扫描方式，本公开实施例中，在进行数据扫描的同时曝光还在进行，当前正在读取行以外的行数据还在进行积分，对于第一个周期读取到的信号经数据校正后，由于读取的时机不同，后扫描到的行信息比前面的行信息累计的电荷会多，因此需要根据扫描时刻灰度修正以保证自动曝光控制的精度。而对于后续控制周期，由于行采样得到的则是完整周期T时间的积分的累计电荷，因此本公开实施例中需要对第一周期采样信号进行灰度修正。而对于列方向的信息，同一行是同时取得的，无需进行时间修正，仅需要考虑行方向上时间修正。
以扫描第m行信号为例，需要分别记录经校正的行数据信号以及数据开始读取的时刻，产生对应数据集合：
{gray(1),T(1)}{gray(2),T(2)}……{gray(m),T(m)} (1)
根据扫描的开始和结束时刻确定总的扫描时间长度：
T_total＝T(m)–T(1) (2)
因此可以根据如下关系对灰度进行修正：
Gray’(i)＝Gray(i)*(T_total-T(i))/T_total (3)
其中，Gray(i)表示第i行扫描数据灰度，Gray’(i)表示第i行修正数据。
由于本申请实施例中的信号是对指定反馈区域读取的信号，因此对于反馈灰度，需要计算的是指定反馈区域所对应的信息。在一个示例中，可以将各个区域所对应的线性化数据均值表示该区域的反馈信号。
对于包括一个或多个反馈区域的指定反馈区域，可以根据多种规则计算反馈灰度。例如，可以将所述指定反馈区域中平均灰度最大区域的值作为反馈灰度值(取所有块的最大值)，或者可以将所述指定反馈区域中所有反馈区域的平均值作为反馈灰度值(取所有块的平均值)，或者将所述指定反馈区域中平均灰度最小区域的值作为反馈灰度值(取所有块的最小值)。
在步骤203中，在所述反馈灰度达到截至灰度的情况下，使所述放射源停止放射X射线。
如果反馈灰度小于截至灰度，则继续查看下一周期的反馈灰度；如果反馈灰度大于或等于所述截至灰度，则使放射源停止放射X射线，例如可以通过触发高压发生器使球管停止放射X摄像。
针对不同曝光部位，需要设置不同的截至灰度，具体的截至灰度值通常根据经验得到。所述截至灰度与指定反馈区域一样，都可以由工作站进行设置。
在步骤204中，读取所述探测器的所有反馈区域的信号，根据所读取的信号和所述指定反馈区域的累加信号进行成像。
在所述放射源停止发生X射线后，可以读取探测器的所有反馈区域的信号I_f以进行成像。在成像过程中，由于此前所述指定反馈区域所对应行数据信息被用作反馈信息，电荷已经被释放，因此当曝光结束后读取到整幅图像中，所述指定反馈区域所对应的行信息灰度与其他区域的行信号灰度不一致，因此需要将之前缓存的累加信号I_s，也即所述反馈区域对应行的累加信号，和曝光结束后读取的信号I_f进行结合，共同形成最后图像数据。
通过以上方式，行方向坏线恰好与行反馈线相邻，避免行坏线无法修复的情况。并且，由于人眼对线信号的感知具备很高的灵敏度，即使是微弱的信号差异，如果存在统一的特征也会被发现，因此，对累加信号I_s进行变换，以消除与相邻行信息的灰度差异。变换过程如下式所示：
I_s’(i,j)＝f(I_s(i,j)) (4)
其中，f通过扫描行和相邻行灰度通过数据拟合得到。例如，可以使用线性拟合，则可得：
I_s’(i,j)＝K*I_s(i,j)+B (5)
其中，K和B为I_s(i,j)与I_s’(i,j)之间的变换参数，其中以通过将I_s(i)与I_s(i+1)或I_s(i-1)进行最小二乘拟合得到。
在一些实施例中，可以随即从I_s(i)和I_s(i+1)或I_s(i-1)中随即抽取一些点进行计算，以提高计算效率。
在本公开实施例中，利用指定反馈区域的累加信号计算反馈灰度，并根据所述反馈灰度和预先设定的截至灰度控制放射源进行X射线的放射；在停止放射后，根据探测器所有反馈区域的信号以及指定反馈区域的累加信号进行成像，提高了成像的质量；且无需额外电离室则能够实现自动曝光控制，并且不需要进行预曝光采集，提高了成像的效率。
在一些实施例中，对各个反馈区域的信号进行暗场校正和增益校正，以修正探测器各个像素不同的响应特征；并对校正后的信号进行累加。
暗场的校正过程指偏移校正，消除掉不同像素之间的本底差异。暗场校正可以通过以下公式表示：
IB(x，y)＝I(x，y，T)-B(x，y，T) (6)
其中，IB(x，y)表示暗场校正后的抽样数据，I(x，y，T)表示曝光窗口为T对应的亮场图像，而B(x，y，T)是同样曝光窗口为T的暗场图像，亮场图像为曝光过程中有射线时候读取到的图像，而暗场图像则表示曝光窗口内无射线读取到的图像。
增益校正过程用以消除掉各个像素对剂量不同的响应差异，使得各个像素灰度一致化。增益校正可以通过以下公式表示：
IC(x，y)＝(I(x，y，T)-B(x，y，T))×G(x，y) (7)
其中，IC(x，y)表示增益校正后的抽样数据，
Figure BDA0002258050570000091
其中S表示目标灰度，可以根据/>
Figure BDA0002258050570000092
所有像素取平均得到，/>
Figure BDA0002258050570000093
表示多次取采集平均的暗场校正后数据。
应当注意的是，校正过程只针对整个探测器的部分区域，也即只针对指定反馈区域对应的像素。
在一些实施例中，对于所述指定反馈区域的所在行，若恰好包含了坏线所在位置，则会导致反馈失效，则需要选取相邻的行作为反馈。
上述图2所示流程中的各个步骤，其执行顺序不限制于流程图中的顺序。此外，各个步骤的描述，可以实现为软件、硬件或者其结合的形式，例如，本领域技术人员可以将其实现为软件代码的形式，可以为能够实现所述步骤对应的逻辑功能的计算机可执行指令。当其以软件的方式实现时，所述的可执行指令可以存储在存储器中，并被系统中的处理器执行。
与前述定位方法的实施例相对应，本公开还提供了成像装置、工作站以及X射线摄像系统的实施例。
参见图6，为本公开至少一个实施例提供的成像装置的结构示意图。该装置应用于X射线成像系统的工作站，所述系统还包括放射源、探测器，其中，所述探测器包括多个反馈区域，所述装置包括：累加单元601，用于响应于放射源开始放射X射线，按照周期读取指定反馈区域的信号，并分别对各个所述反馈区域的信号在各个周期上进行累加，得到各个所述反馈区域的累加信号，其中，所述指定反馈区域包括一个或多个反馈区域；计算单元602，用于根据各个所述反馈区域的累加信号计算反馈灰度；控制单元603，用于在所述反馈灰度达到截至灰度的情况下，使所述放射源停止放射X射线；成像单元604，用于读取所述探测器的所有反馈区域的信号，根据所读取的信号和所述指定反馈区域的累加信号进行成像。
在一些实施例中，成像单元604具体用于：将所述指定反馈区域中每行的累加信号与相邻行的累加信号进行拟合；根据所读取的信号和所述指定反馈区域的拟合后的累加信号进行成像。
参见图7，为本公开至少一个实施例提供的工作站的结构示意图，所述工作站包括存储器、控制器，存储单元用于存储可在处理器上运行的计算机指令，处理器用于在执行所述计算机指令时实现本公开任一实施例所述的成像方法。
在本申请实施例中，计算机可读存储介质可以是多种形式，比如，在不同的例子中，所述机器可读存储介质可以是：RAM(Radom Access Memory，随机存取存储器)、易失存储器、非易失性存储器、闪存、存储驱动器(如硬盘驱动器)、固态硬盘、任何类型的存储盘(如光盘、dvd等)，或者类似的存储介质，或者它们的组合。特殊的，所述的计算机可读介质还可以是纸张或者其他合适的能够打印程序的介质。使用这些介质，这些程序可以被通过电学的方式获取到(例如，光学扫描)、可以被以合适的方式编译、解释和处理，然后可以被存储到计算机介质中。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种成像方法，其特征在于，应用于X射线成像系统的工作站，所述系统还包括放射源、探测器，其中，所述探测器包括多个反馈区域，所述方法包括：
响应于放射源开始放射X射线，按照周期读取指定反馈区域的信号，并分别对各个所述反馈区域的信号在各个周期上进行累加，得到各个所述反馈区域的累加信号，其中，所述指定反馈区域包括一个或多个反馈区域；
根据各个所述反馈区域的累加信号计算反馈灰度；
在所述反馈灰度达到截至灰度的情况下，使所述放射源停止放射X射线；
读取所述探测器的所有反馈区域的信号，根据所读取的信号和所述指定反馈区域的累加信号进行成像；
其中，所述分别对各个所述反馈区域的信号在各个周期上进行累加，包括：
在第一个周期中，根据扫描所述指定反馈区域中各行的时刻对所读取的信号进行灰度修正，并对修正后的信号进行累加；
在所述第一个周期之后的周期，对所读取的信号进行累加。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分别对各个所述反馈区域的信号在各个周期上进行累加，包括：
对所读取的信号进行暗场校正和增益校正；
对各个所述反馈区域的校正后的信号在各个周期上进行累加。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根据所读取的信号和所述指定反馈区域的累加信号进行成像，包括：
将所述指定反馈区域中每行的累加信号与相邻行的累加信号进行拟合；
根据所读取的信号和所述指定反馈区域的拟合后的累加信号进行成像。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根据各个所述反馈区域的累加信号计算反馈灰度，包括以下中的任意一种：
将所述指定反馈区域中平均灰度最大区域的值作为反馈灰度值；
将所述指定反馈区域中所有反馈区域的平均值作为反馈灰度值；
将所述指定反馈区域中平均灰度最小区域的值作为反馈灰度值。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在所述指定反馈区域包括坏线所在的行时，读取相邻行的信号。
6.一种成像装置，其特征在于，应用于X射线成像系统的工作站，所述系统还包括放射源、探测器，其中，所述探测器包括多个反馈区域，所述装置包括：
累加单元，用于响应于放射源开始放射X射线，按照周期读取指定反馈区域的信号，并分别对各个所述反馈区域的信号在各个周期上进行累加，得到各个所述反馈区域的累加信号，其中，所述指定反馈区域包括一个或多个反馈区域；
计算单元，用于根据各个所述反馈区域的累加信号计算反馈灰度；
控制单元，用于在所述反馈灰度达到截至灰度的情况下，使所述放射源停止放射X射线；
成像单元，用于读取所述探测器的所有反馈区域的信号，根据所读取的信号和所述指定反馈区域的累加信号进行成像；
其中，所述累加单元，在用于分别对各个所述反馈区域的信号在各个周期上进行累加时，具体用于：
在第一个周期中，根据扫描所述指定反馈区域中各行的时刻对所读取的信号进行灰度修正，并对修正后的信号进行累加；
在所述第一个周期之后的周期，对所读取的信号进行累加。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述成像单元具体用于：
将所述指定反馈区域中每行的累加信号与相邻行的累加信号进行拟合；
根据所读取的信号和所述指定反馈区域的拟合后的累加信号进行成像。
8.一种工作站，其特征在于，所述工作站包括存储器、处理器，所述存储器用于存储可在处理器上运行的计算机指令，所述处理器用于在执行所述计算机指令时实现权利要求1至5中任一所述的方法。
9.一种X射线摄像系统，其特征在于，所述系统包括放射源、探测器，以及如权利要求8所述的工作站。
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