CN111096758A - X射线照相系统的剂量率变化的确定 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及X射线成像技术，特别涉及用于确定X射线照相系统的剂量率的变化的方法、装置和计算机存储介质。按照本发明一个方面的用于确定X射线照相系统的剂量率的变化的方法包含下列步骤：a）获取X射线照相系统的参考曝光时间，所述参考曝光时间为在当前时刻之前的一个时刻，在标准曝光条件下，X射线照相系统达到设定曝光量所需的时间长度，所述标准曝光条件至少包括曝光量；b）获取X射线照相系统的当前曝光时间，所述当前曝光时间为在标准曝光条件下，X射线照相系统达到所述设定曝光量所需的时间长度；以及c）通过比较参考曝光时间和当前曝光时间确定X射线照相系统的剂量率的变化程度。
Description
技术领域
本发明涉及X射线成像技术，特别涉及用于确定X射线照相系统的剂量率的变化的方法、装置和计算机存储介质。
背景技术
在X射线照相系统中，随着曝光次数的增加，X射线管将逐渐老化，这导致剂量率减小。研究表明，由于热负荷和电子碰撞，阳极表面变得粗糙并且溅射的阳极材料沉积在X射线窗上。阳极表面粗糙化和阳极材料的沉积增强了X射线管的滤光作用，并且导致减少的剂量率以及增大的半值层(HVL)。已经研究了剂量率、HVL、总滤光作用和阳极粗糙度之间的关系。可以根据由扫描探针显微镜(SPM)测量的阳极粗糙度来确定剂量率的损失。
由于剂量对于X射线图像的质量和患者的安全至关重要，因此对剂量率的变化进行准确的监测是迫切需要的。
发明名称为“用于X射线管老化确定和补偿的系统和方法”的美国专利申请US2014/0177810描述了一种在X射线管中估计阳极目标滤光作用的方法。该方法记录了在X射线管的寿命周期内光子通量的变化，通过比较通量值，可以推断粗糙的目标表面和管窗上的目标沉积所导致的滤光作用的强弱。
由日立医疗器械公司申请的日本专利公开JP4748869B2涉及预测X射线管寿命的X射线装置，其可以控制寿命并且可以根据使用条件在灵活的曝光条件下使用。该X射线装置包括：X射线管；X射线管电源，用于向X射线管供电以执行X射线曝光；以及用于控制X射线管电源的操作的控制部分，控制部分配备有用于根据X射线管的累积曝光剂量来预测X射线管寿命的寿命预测装置和用于根据X射线管的寿命控制到X射线管的负载输入的负载输入控制装置。该方法根据测量的剂量、累积的曝光数量和衰减曲线预测X射线管的寿命。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于确定X射线照相系统的剂量率的变化的方法，其能够准确监测剂量率的变化程度。
按照本发明一个方面的用于确定X射线照相系统的剂量率的变化的方法包含下列步骤：
a)获取所述X射线照相系统的参考曝光时间，所述参考曝光时间为在当前时刻之前的一个时刻，在标准曝光条件下，所述X射线照相系统达到设定曝光量所需的时间长度，所述标准曝光条件至少包括曝光量；
b)获取所述X射线照相系统的当前曝光时间，所述当前曝光时间为在标准曝光条件下，所述X射线照相系统达到所述设定曝光量所需的时间长度；以及
c)通过比较所述参考曝光时间和当前曝光时间确定所述X射线照相系统的剂量率的变化程度。
可选地，在上述方法中，还包括下列步骤：
d)如果所述剂量率的变化程度在预设范围之外，则生成X射线管老化严重的提示信息。
可选地，在上述方法中，所述X射线照相系统配备自动曝光控制功能，所述参考曝光时间和当前曝光时间利用所述自动曝光控制功能得到。
可选地，在上述方法中，所述标准曝光条件还包括下列项中的一个或多个：X射线管电压、X射线管电流、源图像距离、附加的滤光器和自动曝光控制视野。
可选地，在上述方法中，所述剂量率的变化程度表示为所述当前曝光时间与参考曝光时间的比值。
可选地，在上述方法中，步骤a)包括：
a1)接收用户输入；
a2)基于所述用户输入，从包含一个或多个预设标准曝光条件的参考集中选择其中一个作为所述标准曝光条件；以及
a3)基于步骤a2)中选定的标准曝光条件获取相应的参考曝光时间。
可选地，在上述方法中，所述当前时刻之前的一个时刻位于所述X射线照相系统的质量检验标定期间。
按照本发明另一个方面的用于确定X射线照相系统的剂量率的变化的装置包含：
第一模块，用于获取所述X射线照相系统的参考曝光时间，所述参考曝光时间为在当前时刻之前的一个时刻，在标准曝光条件下，所述X射线照相系统达到设定曝光量所需的时间长度；
第二模块，用于获取所述X射线照相系统的当前曝光时间，所述当前曝光时间为在标准曝光条件下，所述X射线照相系统达到所述设定曝光量所需的时间长度；以及
第三模块，用于通过比较所述参考曝光时间和当前曝光时间确定所述X射线照相系统的剂量率的变化程度。
按照本发明另一个方面的用于确定X射线照相系统的剂量率的变化的装置包含存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其执行所述程序以实现如上所述的方法。
按照本发明还有一个方面的计算机可读存储介质，其上存储计算机程序，其中，该程序被处理器执行时实现如上所述的方法。
按照本发明的一个或多个实施例，在确定剂量率的变化时，除了在X射线照相系统中常见的自动曝光控制(AEC)装置以外，无需附加的检测器，因此可有效降低制造成本和开发成本；此外，这也利于推广应用至现有的X射线照相系统。按照本发明的一个或多个实施例，剂量率检测的准确度取决于AEC装置的测量精度，因此准确性优于经验推测或者理论计算。
附图说明
本发明的上述和/或其它方面和优点将通过以下结合附图的各个方面的描述变得更加清晰和更容易理解，附图中相同或相似的单元采用相同的标号表示。附图包括：
图1示出了一种移动X射线照相系统的透视图。
图2为一种移动X射线照相系统的结构框图。
图3为按照本发明一个或多个实施例的用于确定X射线照相系统的剂量率的变化的方法的流程图。
图4为按照本发明的一个或多个实施例的用于确定参考曝光时间的方法的流程图。
图5为按照本发明一个或多个实施例的用于确定X射线照相系统的剂量率的变化的装置的示意框图。
图6为按照本发明一个或多个实施例的用于确定X射线照相系统的剂量率的变化的装置的示意框图。
具体实施方式
下面参照其中图示了本发明示意性实施例的附图更为全面地说明本发明。但本发明可以按不同形式来实现，而不应解读为仅限于本文给出的各实施例。给出的上述各实施例旨在使本文的披露全面完整，以将本发明的保护范围更为全面地传达给本领域技术人员。
在本说明书中，诸如“包含”和“包括”之类的用语表示除了具有在说明书和权利要求书中有直接和明确表述的单元和步骤以外，本发明的技术方案也不排除具有未被直接或明确表述的其它单元和步骤的情形。
诸如“第一”和“第二”之类的用语并不表示单元在时间、空间、大小等方面的顺序而仅仅是作区分各单元之用。
在本说明书中，术语“剂量率”指的是单位时间内X射线源的辐射量或曝光输出。这里的辐射源例如包括但不限于X射线管和X射线发生器等。
图1示出了一种移动X射线照相系统的透视图。图1所示的移动X射线照相系统100包括可移动的传输框架120、X射线源140。传输框架120包括用于显示相关信息(诸如获得的图像和有关的数据)的第一显示器110和可选的第二显示器110'。如图1所示，第二显示器110'以可旋转的方式安装在X射线源140上，以达到360度区域内可视/可接触的效果。显示器110、110'(例如触摸屏)可实现或控制诸如图像生成、存储、传输、修改、打印和获取之类的功能，并且可包括完整或单独的控制面板(未示出)以帮助实现诸如图像生成、存储、传输、修改、打印和获取之类的功能。
需要指出的是，图1所示的X射线照相系统可以是数字化、胶片、移动式等各种类型的X射线照相系统。
为了提供移动性，移动X射线照相系统100配备有一个或多个轮子115和一个或多个手柄125。手柄125通常设置在腰部水平、胳臂水平或者手水平，其帮助将移动X射线照相系统引导至预期的位置。框架中或者其它地方包含的电池组(例如可充电电池)可以提供电力，从而减少或消除靠近电源插座操作的需要。此外，所包含的电池组可以提供机动化传输所需的电力。为了存储的需要，移动X射线照相系统100可包括区域/固定器以用于固定/存储一个或多个数字化X射线(DR)探测器或计算机放射成像(CR)暗盒。区域/固定器可以位于例如设置在框架120上的存储区域130。该存储区域130配置成可拆卸地保留至少一个数字射线(DR)探测器，或者配置成固定多个探测器，还可以配置成固定一个或多个尺寸的DR探测器或暗盒。
安装到框架120的是支撑X射线源140的立柱135，X射线源140又叫做X射线球管，管头或X射线发生器，可安装到立柱135。在图1示出的实施例中，支撑构件(例如立柱135)可以包括第二部分，该第二部分从第一部分朝外延伸固定/可变的距离，其中第二部分配置成将第一部分垂直地向上和向下控制到期望的高度用于获得图像。在另一个实施例中，球管或者X射线源140可以可旋转地耦合到立柱135。在另一个示范实施例中，以联合机制弯曲的支撑圆柱的铰接构件可以允许X射线源140在垂直和水平位置的范围内运动。X射线源140的高度可以设置从较低高度到肩部及以上位置以满足病人在各种体位从足部摄影到上半身摄影的各种摄影需求。移动X射线照相系统100也可以包括预备/曝光控制单元150。
图2为一种移动X射线照相系统的结构框图。图2所示的X射线照相系统200包括X射线管210、X射线发生器220、自动曝光控制(AEC)单元230和控制台240。X射线发生器220与X射线管210耦合以输出X射线曝光。AEC单元230与X射线发生器220耦合，其配置为根据设定的曝光量控制X射线发生器220的曝光输出。控制台240与X射线发生器220耦合。控制台240通常为通用或专用计算机/处理器，其被配置为控制X射线照相系统各个单元的运行，并且可选地，其还可配置为对成像进行分析。
在图2所示的实施例中，自动曝光控制(AEC)单元230可以被直接放置在成像设备(例如胶卷暗盒、数字探测器、平板检测器等)前方，以测量X射线到达胶片或检测器的辐射剂量。AEC单元230可被配置为在剂量达到设定水平时停止/终止X射线发生器220的曝光输出。例如，AEC单元将接收到的辐射剂量与期望值或预定值(又称为AEC密度)进行比较，当接收到的X射线辐射剂量的累积值达到期望值或预定值时，AEC单元向X射线发生器220发送“停止/终止”信号，从而切断后者的曝光输出。因此，AEC密度一旦设定，则辐射剂量也得以设定。
按照本发明的一个或多个实施例，可以利用自动曝光控制(AEC)功能来确定或评估X射线管的剂量率的变化。例如可以在预定的标准曝光条件下，利用AEC单元确定相应的参考曝光时间，在X射线照相系统经历一段时间之后，在同样的标准曝光条件下，利用AEC单元确定当前的曝光时间。由此，通过比较当前曝光时间与参考曝光，可以确定剂量率的变化程度。这里，标准曝光条件至少包括曝光量或AEC密度。为了提高对剂量率变化的评估的准确度，还可以考虑更多的因素，例如包括但不限于下列项中的一个或多个：X射线管电压、X射线管电流、源图像距离、附加的滤光器和自动曝光控制视野。此外，剂量率的变化程度可以表示为当前曝光时间与参考曝光时间的比值。
按照本发明的一个或多个实施例，可以在评估当前剂量率之前的任一时刻确定或标定参考曝光时间，例如可以在X射线照相系统的质量检验标定期间。
图3为按照本发明一个或多个实施例的用于确定X射线照相系统的剂量率的变化的方法的流程图。在下面的描述中，示例性地但非必须地，所述方法步骤在图1和2所示的X射线照相系统中实施。可选地，可以由X射线照相系统内的控制单元或AEC单元来实施下面描述的方法步骤。进一步地，可以通过在控制单元或AEC单元内提供具有独立功能模块(软件模块或物理模块)的方式实施下面将要描述的方法步骤。可选地，上述独立功能模块也可以与控制单元或AEC单元中的其它功能模块集成在一起。
在步骤310，控制单元或AEC单元获取X射线照相系统的参考曝光时间tref。这里所述的参考曝光时间为在当前时刻T(n)之前的某一个时刻(例如三个月前或出厂前的质量检验标定期间)，在标准曝光条件下(至少包括曝光量Dref)，X射线照相系统达到设定曝光量所需的时间长度。表1为标准曝光条件的一个示例。
表1
随后进入步骤320，控制单元或AEC单元获取X射线照相系统的当前曝光时间tT(n)，其中，当前曝光时间为在标准曝光条件下，X射线照相系统达到设定曝光量Dref所需的时间长度。
接着进入步骤330，控制单元或AEC单元通过比较参考曝光时间tref和当前曝光时间tT(n)确定X射线照相系统的剂量率的变化程度。示例性地，剂量率的变化程度λ可以表示为：
这里tref和tT(n)分别为比较参考曝光时间和当前曝光时间。
需要指出的是，剂量率的变化程度的数学表示并非是唯一的，例如其也可以表示为：
可选地，图3所示的实施例还包含步骤340和350。具体而言，在步骤330之后，图3所示的流程进入步骤340。在该步骤中，控制单元或AEC单元将剂量率的变化程度与预设范围进行比较，如果超出，则进入步骤350，否则退出方法流程。对于采用式(1)形式表示的变化程度，可以设定一个第一预设值，当变化程度小于该第一预设值时，即判定超出预设范围；对于采用式(2)形式表示的变化程度，可以设定一个第二预设值，当变化程度小于该第二预设值时，即判定超出预设范围。
在步骤350，控制单元或AEC单元将生成X射线管老化严重的提示信息，并且可以各种方式(例如包括但不限于图像、文字、声音或者它们的各种组合)呈现给操作人员。
需要指出的是，在X射线照相系统的实际应用中，对于不同的患者、部位或疾病类型可能需要采用不同的曝光条件，而剂量率可能因曝光条件的不同而变化。针对上述情况，在本发明的一个或多个实施例中，可以生成一个参考集，该参考集包含一个或多个标准曝光条件以及相应的参考曝光时间。操作人员可以从参考集中选择其中一个标准曝光条件并由此确定相应的参考曝光时间。
图4为按照本发明的一个或多个实施例的用于确定参考曝光时间的方法的流程图。示例性地，图4所示的方法可用于实施图3所示方法的步骤310。
如图4所示，在步骤410，控制单元或AEC单元接收用户经人机交互装置(例如键盘、触摸屏和话筒等)输入的选择命令。
随后，在步骤420，控制单元或AEC单元基于用户输入的选择命令，从包含一个或多个预设标准曝光条件的参考集中选择其中一个作为标准曝光条件。
接着，在在步骤430，控制单元或AEC单元基于步骤420中选定的标准曝光条件获取相应的参考曝光时间。
在图4所示的实施例中，参考集可以保存在控制单元或AEC单元内部或外部的存储器。此外，虽然在这里将参考曝光时间与标准曝光条件一同保存在参考集内，但是这并非必需的，也就是说，参考曝光时间可以在参考集以外的文件中保存。
图5为按照本发明一个或多个实施例的用于确定X射线照相系统的剂量率的变化的装置的示意框图。
图5所示的装置50包含存储器510(例如诸如闪存、ROM、硬盘驱动器、磁盘、光盘之类的非易失存储器)、处理器520以及存储在存储器510上并可在处理器520上运行的计算机程序530，其中，执行计算机程序530可以实现上面借助图1-4所述的用于确定X射线照相系统的剂量率的变化的方法。
图6为按照本发明一个或多个实施例的用于确定X射线照相系统的剂量率的变化的示意框图。
图6所示的装置60包含第一模块610、第二模块620和第三模块630，其中第一模块610用于获取所述X射线照相系统的参考曝光时间，所述参考曝光时间为在当前时刻之前的一个时刻，在标准曝光条件下，所述X射线照相系统达到设定曝光量所需的时间长度；第二模块620，用于获取所述X射线照相系统的当前曝光时间，所述当前曝光时间为在标准曝光条件下，所述X射线照相系统达到所述设定曝光量所需的时间长度；以及第三模块630，用于通过比较所述参考曝光时间和当前曝光时间确定所述X射线照相系统的剂量率的变化程度。
按照本发明的另一方面，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储计算机程序，该程序被处理器执行时可实现上面借助图1-4所述的用于X射线照相系统的剂量率的变化的方法。
提供本文中提出的实施例和示例，以便最好地说明按照本技术及其特定应用的实施例，并且由此使本领域的技术人员能够实施和使用本发明。但是，本领域的技术人员将会知道，仅为了便于说明和举例而提供以上描述和示例。所提出的描述不是意在涵盖本发明的各个方面或者将本发明局限于所公开的精确形式。
鉴于以上所述，本公开的范围通过以下权利要求书来确定。
Claims (12)
1.一种用于确定X射线照相系统的剂量率的变化的方法，其特征在于，包含下列步骤：
a)获取所述X射线照相系统的参考曝光时间，所述参考曝光时间为在当前时刻之前的一个时刻，在标准曝光条件下，所述X射线照相系统达到设定曝光量所需的时间长度，所述标准曝光条件至少包括曝光量；
b)获取所述X射线照相系统的当前曝光时间，所述当前曝光时间为在标准曝光条件下，所述X射线照相系统达到所述设定曝光量所需的时间长度；以及
c)通过比较所述参考曝光时间和当前曝光时间确定所述X射线照相系统的剂量率的变化程度。
2.如权利要求1所述的方法，其中，还包括下列步骤：
d)如果所述剂量率的变化程度在预设范围之外，则生成X射线管老化严重的提示信息。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述X射线照相系统配备自动曝光控制功能，所述参考曝光时间和当前曝光时间利用所述自动曝光控制功能得到。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述标准曝光条件还包括下列项中的一个或多个：X射线管电压、X射线管电流、源图像距离、附加的滤光器和自动曝光控制视野。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述剂量率的变化程度表示为所述当前曝光时间与参考曝光时间的比值。
6.如权利要求1所述的方法，其中，步骤a)包括：
a1)接收用户输入；
a2)基于所述用户输入，从包含一个或多个预设标准曝光条件的参考集中选择其中一个作为所述标准曝光条件；以及
a3)基于步骤a2)中选定的标准曝光条件获取相应的参考曝光时间。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述当前时刻之前的一个时刻位于所述X射线照相系统的质量检验标定期间。
8.一种用于确定X射线照相系统的剂量率的变化的装置，其包含存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，执行所述程序以实现如权利要求1-7中任意一项所述的方法。
9.如权利要求8所述的装置，其中，所述装置被集成在所述X射线照相系统的控制台内或自动曝光控制单元内。
10.一种X射线照相系统，其特征在于，包含：
X射线源；以及
如权利要求8或9所述的装置。
11.一种用于确定X射线照相系统的剂量率的变化的装置，其包含：
第一模块，用于获取所述X射线照相系统的参考曝光时间，所述参考曝光时间为在当前时刻之前的一个时刻，在标准曝光条件下，所述X射线照相系统达到设定曝光量所需的时间长度；
第二模块，用于获取所述X射线照相系统的当前曝光时间，所述当前曝光时间为在标准曝光条件下，所述X射线照相系统达到所述设定曝光量所需的时间长度；以及
第三模块，用于通过比较所述参考曝光时间和当前曝光时间确定所述X射线照相系统的剂量率的变化程度。
12.一种计算机可读存储介质，其上存储计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的方法。
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