CN111195134A - 用于确定x射线照相系统的剂量率变化程度的方法和装置 - 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程度的方法、装置和计算机存储介质。按照本发明一个方面,所提供的用于确定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射线照相系统的累计曝光次数;以及b)利用预先确定的第一衰减函数,由所述累计曝光次数确定所述X射线照相系统的剂量率的变化程度,其中,所述第一衰减函数表示在与所述X射线照相系统相关联的使用环境下,剂量率随所述累计曝光次数的增加而减小的变化关系,并且所述第一衰减函数中的参数与所述使用环境有关。
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程度的方法、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射线管的滤过作用,从而导致剂量率的减小以及半价层(HVL)的增大。根据已有的对剂量率、HVL、总滤过作用和阳极粗糙度之间关系的研究,可以根据由扫描探针显微镜(SPM)测量的阳极粗糙度来确定X射线管剂量率的损失。
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射线管老化程度确定和补偿的系统和方法”的美国专利申请US2014/0177810描述了一种估算X射线管阳极滤过作用的方法。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,可以推断出阳极靶面粗糙化和X射线窗上靶材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公开专利JP4748869B2涉及预测X射线管寿命的X射线装置,其可以用于X射线管的寿命控制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射线管的寿命控制调整X射线管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,其能够准确预测剂量率的变化程度。
按照本发明一个方面,所提供的用于确定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射线照相系统的累计曝光次数;以及
b)利用预先确定的第一衰减函数,由所述累计曝光次数确定所述X射线照相系统的剂量率的变化程度,其中,所述第一衰减函数表示在与所述X射线照相系统相关联的使用环境下,剂量率随所述累计曝光次数的增加而减小的变化关系,并且所述第一衰减函数中的参数与所述使用环境有关。
可选地,在上述方法中,所述使用环境以一个或多个曝光参数组来表征,每个曝光参数组具有与所述第一衰减函数的形式相同或相似的第二衰减函数,所述第二衰减函数中的参数与所对应的曝光参数组有关,并且所述第一衰减函数中的参数由所述使用环境所包含的曝光参数组的第二衰减函数中的参数确定。
可选地,在上述方法中,所述第二衰减函数中的参数基于同种类型的X射线辐射源的历史使用数据确定。
可选地,在上述方法中,所述第一衰减函数为:
其中,dose(n)为累计曝光次数n时的剂量率,dose(n0)为基准曝光次数n0时的剂量率,αe为与所述使用环境有关的参数。
可选地,在上述方法中,所述第二衰减函数为:
其中,dose(ni)为第i个曝光参数组在累计曝光次数为ni时的剂量率,dose(ni 0)为第i个曝光参数组的基准曝光次数ni 0时的剂量率,αi e为与第i个曝光参数组有关的参数。
可选地,在上述方法中,所述参数αe依照下来方式确定:
获取所述使用环境的曝光参数组;以及
基于曝光参数组所对应的第二衰减函数的参数αi e确定参数αe。
可选地,在上述方法中,所述第一衰减函数中的参数αe被确定为所述第二衰减函数中的参数αi e的加权平均值,参数αi e的权重表示相应的曝光参数组在所述使用环境下的使用率。
可选地,在上述方法中,所述第一衰减函数中的参数αe被确定为所述第二衰减函数中的参数αi e的算术平均值。
可选地,在上述方法中,每个曝光参数组包括下列类型的参数中的至少一种:X射线管电压、X射线管电流和曝光时间。
可选地,在上述方法中,还包括下列步骤:
c)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。
按照本发明另一个方面,所提供的用于确定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射线照相系统的累计曝光次数;以及
第二模块,用于利用预先确定的第一衰减函数,由所述累计曝光次数确定所述X射线照相系统的剂量率的变化程度,其中,所述第一衰减函数表示在与所述X射线照相系统相关联的使用环境下,剂量率随所述累计曝光次数的增加而减小的变化关系,并且所述第一衰减函数中的参数与所述使用环境有关。
按照本发明另一个方面,所提供的用于确定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,提供一种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,由于可以基于同种类型的X射线辐射源的大量历史数据来确定曝光参数组的第二衰减函数中的参数,因此对于特定的X射线照相系统而言,利用自身的使用数据来确定第二衰减函数的参数将不再必要,这不仅简化了第一衰减函数的确定过程,而且也提高了剂量率变化程度的预测精准性。此外,通过在确定第一衰减函数的参数过程中将曝光参数组的使用率作为第二衰减函数的参数的权重因子,能够很好地刻画X射线照相系统的使用环境特征,进一步提高了剂量率变化程度的预测精准性。
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为一种X射线照相系统的结构框图。
图2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程度的方法的流程图。
图3为按照本发明的一个或多个实施例的用于确定第一衰减函数中的参数的方法的流程图。
图4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程度的装置的示意框图。
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程度的装置的示意框图。
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射线辐射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射线管等。
术语“累计曝光次数”指的是X射线辐射源从某一初始状态起累计的曝光次数。可理解的是,初始状态可以是X辐射源的全新状态,但是也可以将投入使用后的某个状态设定为初始状态。
图1为一种X射线照相系统的结构框图。图1所示的X射线照相系统100包括X射线管210、X射线发生器220和控制台230。X射线发生器220与X射线管210耦合以输出X射线曝光。控制台230与X射线发生器220耦合。控制台230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。
按照本发明的一个或多个实施例,可以利用预先确定的第一衰减函数,由累计曝光次数确定X射线照相系统的剂量率的变化程度。所使用的第一衰减函数可以具有各种数学形式,其表示在与X射线照相系统相关联的使用环境下,剂量率随累计曝光次数的增加而减小的趋势。
可选地,第一衰减函数可以采用如下的数学形式:
其中,dose(n)为累计曝光次数n时的剂量率,dose(n0)为基准曝光次数n0时的剂量率,αe为与使用环境有关的参数。
基准曝光次数可以根据实际应用情况确定。例如,可以将基准曝光次数选择为在其之后,剂量率随累计曝光次数的增加而明显减小。又如,对于有些X射线管,其在经历一定数量的曝光次数之后,剂量率与累计曝光次数之间的衰减变化关系才趋于稳定,因此将基准曝光次数取值为该数量是合理和明智的。可理解的是,在确定基准曝光次数时还可以基于其它考虑因素,例如计算的简便性等。
在本发明的一个或多个实施例中,剂量率的变化程度可以用累计曝光次数下的剂量率相对于基准曝光次数下的剂量率的变化率或变化幅度来表征。例如,剂量率的变化程度δ可以表示为:
因此结合上式(1)和(2)可得:
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:
通常情况下,一个使用环境下存在一种或多种应用场景,针对每种应用场景,需要设置相应的曝光条件。曝光条件例如包括但不限于X射线管电压、X射线管电流和曝光时间等。以体检中心这样一种使用环境为例,其应用场景以胸片拍摄为主,单次曝光平均剂量大,因此需设置较高的X射线管电压或较大的X射线管电流。又如宠物医院,应用场景主要是宠物检查,单次曝光平均剂量小,因而需设置较低的X射线管电压和较小的X射线管电流。此外,一个使用环境可能存在多种应用场景,这些应用场景以一定的频度发生。例如综合性医院,其应用场景可能包括胸透、骨片拍摄、牙齿成像等,并且每种应用场景均对应于不同的曝光条件。
在不同的曝光条件下,即使累计曝光次数相同或接近,X射线管的衰减情况也会不同。在本发明的一个或多个实施例中,采用具有相同数学形式的第一衰减函数来确定各种使用环境下曝光率随累计曝光次数的变化程度,但是针对不同的使用环境,对第一衰减函数中的参数(例如上式(1)、(3)和(4)中的参数αe)进行相应的设置。有关参数设置的具体方式将会在下面作详细的描述。
图2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程度的方法的流程图。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所示的X射线照相系统中实施。优选地,可以由X射线照相系统内的控制单元来实施下面描述的方法步骤。更优选地,可以通过在控制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中的其它功能模块集成在一起。
在步骤210,控制单元获取X射线照相系统的累计曝光次数n。这里所述的累计曝光次数例如可以选择为X射线管从全新状态起累计的曝光次数。但是如上所述,累计曝光次数也可以从其它初始状态起算。
随后进入步骤220,控制单元利用与X射线照相系统所关联的使用环境相对应的第一衰减函数,由累计曝光次数n确定剂量率的变化程度。第一衰减函数例如可以采用上式(1)的形式,变化程度可以利用上式(2)、(3)或(4)确定。
接着进入步骤230,控制单元将剂量率的变化程度与预设范围进行比较,如果超出预设范围,则进入步骤330,否则退出方法流程。对于采用式(2)或(3)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(4)形式表示的变化程度,可以设定一个第二预设值,当变化程度大于该第二预设值时,即判定超出预设范围。
在步骤240,控制单元将生成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。
在本发明的一个或多个实施例中,使用环境以一个或多个曝光参数组来表征,每个曝光参数组包括下列类型的参数中的至少一种:X射线管电压、X射线管电流和曝光时间。对于每个曝光参数组,其具有与使用环境相同或相似的第二衰减函数,以表示在该曝光参数组下,剂量率随累计曝光次数的增加而减小的变化关系。可选地,每个曝光参数组可以具有下列形式的第二衰减函数:
其中,dose(ni)为第i个曝光参数组在累计曝光次数为ni时的剂量率,dose(ni 0)为第i个曝光参数组的基准曝光次数ni 0时的剂量率,αi e为与第i个曝光参数组有关的参数,其例如可以通过实验数据拟合确定。
每个曝光参数组的第二衰减函数可以看作在单一应用场景下,剂量率与累计曝光次数之间的变化关系,而使用环境下的第一衰减函数的参数可以视为多个应用场景(或曝光参数组)的第二衰减函数的参数的某种组合。需要指出的是,曝光参数组的第二衰减函数中的参数(例如参数αi e)可以基于同种类型的X射线辐射源(例如X射线管)的历史数据确定(例如拟合方式)。也就是说,对于一个特定的X射线照相系统而言,利用自身的使用数据来确定曝光参数组的第二衰减函数的参数是不必要的。这种非必要性的存在对于确定第一和第二衰减函数的参数是非常有利的。
图3为按照本发明的一个或多个实施例的用于确定第一衰减函数中的参数的方法的流程图。
在步骤310,控制单元获取与X射线照相系统相关联的使用环境所包含的曝光参数组。可选地,控制单元还可获取所包含的每个曝光参数组在当前使用环境下的使用率或使用频度。表1为一个示出当前使用环境所包含的曝光参数组的示例,其中每一行指示一个曝光参数组的曝光参数取值以及该曝光参数组的使用率。
表1
随后进入步骤320,控制单元获取各个曝光参数组所对应的第二衰减函数的参数αi e。
接着,在步骤330,控制单元基于各个曝光参数组所对应的第二衰减函数的参数αi e确定参数αe。在本发明的一个或多个实施例中,可以将第一衰减函数中的参数αe确定为各个曝光参数组的第二衰减函数中的各个参数αi e的加权平均值,其中,将第i个曝光参数组在使用环境下的使用率作为参数αi e的权重。在本发明另外的实施例中,可以将第一衰减函数中的参数αe确定为各个曝光参数组的第二衰减函数中的参数αi e的算术平均值。
图4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程度的装置的示意框图。
图4所示的装置40包含存储器410(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420以及存储在存储器410上并可在处理器420上运行的计算机程序430,其中,执行计算机程序430可以实现上面借助图1-3所述的用于确定X射线照相系统的剂量率的变化程度的方法。
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程度的装置的示意框图。
图5所示的装置50包含第一模块510和第二模块520,其中第一模块510用于获取所述X射线照相系统的累计曝光次数,第二模块520用于利用预先确定的第一衰减函数,由所述累计曝光次数确定所述X射线照相系统的剂量率的变化程度,其中,所述第一衰减函数表示在与所述X射线照相系统相关联的使用环境下,剂量率随所述累计曝光次数的增加而减小的变化关系,并且所述第一衰减函数中的参数与所述使用环境有关。
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1-3所述的用于X射线照相系统的剂量率的变化程度的方法。
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 (14)
1.一种用于确定X射线照相系统的剂量率的变化程度的方法,其特征在于,包含下列步骤:
a)获取所述X射线照相系统的累计曝光次数;以及
b)利用预先确定的第一衰减函数,由所述累计曝光次数确定所述X射线照相系统的剂量率的变化程度,其中,所述第一衰减函数表示在与所述X射线照相系统相关联的使用环境下,剂量率随所述累计曝光次数的增加而减小的变化关系,并且所述第一衰减函数中的参数与所述使用环境有关。
2.如权利要求1所述的方法,其中,所述使用环境以一个或多个曝光参数组来表征,每个曝光参数组具有与所述第一衰减函数的形式相同或相似的第二衰减函数,所述第二衰减函数中的参数与所对应的曝光参数组有关,并且所述第一衰减函数中的参数由所述使用环境所包含的曝光参数组的第二衰减函数中的参数确定。
3.如权利要求2所述的方法,其中,所述第二衰减函数中的参数基于同种类型的X射线辐射源的历史使用数据确定。
6.如权利要求5所述的方法,其中,所述参数αe依照下来方式确定:
获取所述使用环境的曝光参数组;以及
基于曝光参数组所对应的第二衰减函数的参数αi e确定参数αe。
7.如权利要求6所述的方法,其中,所述第一衰减函数中的参数αe被确定为各个曝光参数组的第二衰减函数中的参数αi e的加权平均值,参数αi e的权重为相应的曝光参数组在所述使用环境下的使用率。
8.如权利要求6所述的方法,其中,所述第一衰减函数中的参数αe被确定为各个曝光参数组的第二衰减函数中的参数αi e的算术平均值。
9.如权利要求2所述的方法,其中,每个曝光参数组包括下列类型的参数中的至少一种:X射线管电压、X射线管电流和曝光时间。
10.如权利要求1所述的方法,其中,还包括下列步骤:
c)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。
11.一种用于确定X射线照相系统的剂量率的变化程度的装置,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1-10中任意一项所述的方法。
12.一种X射线照相系统,其特征在于,包含:
X射线管;以及
如权利要求11所述的装置。
13.一种用于确定数字化X射线照相系统的剂量率的变化程度的装置,其包含:
第一模块,用于获取所述X射线照相系统的累计曝光次数;以及
第二模块,用于利用预先确定的第一衰减函数,由所述累计曝光次数确定所述X射线照相系统的剂量率的变化程度,其中,所述第一衰减函数表示在与所述X射线照相系统相关联的使用环境下,剂量率随所述累计曝光次数的增加而减小的变化关系,并且所述第一衰减函数中的参数与所述使用环境有关。
14.一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1-10中任一项所述的方法。
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