CN111323436B - 一种智能调整x射线曝光参数的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公布了一种智能调整X射线曝光参数的方法。采用实验方法确定X光球管电压与标本图像灰度像素值、本底图像灰度像素值的关系，形成参数对照表。在实际工作过程中，设备根据初始图像进行识读后，自动调用对照表进行参数设定，以输出优化的标本图像。本发明在进行标本检测时，只需系统自动执行两次拍摄就能够快速、准确、清晰的输出优化的标本图像。实现了设备工作的自动化，大大减少了人工操作的不确定性，提高了检测效率。

Description

一种智能调整X射线曝光参数的方法
技术领域
本发明属于实验检测技术领域，特别是涉及了一种标本摄影系统中针对不同的术后标本进行X射线摄影时，可智能调整X射线的能量参数以适应标本的厚度与密度，而不依赖于其它外部剂量或能量的反馈装置(如：AEC中常用的电离室剂量反馈装置等)的应用解决方案。
背景技术
标本摄影系统主要功能为实现术后标本X射线摄影图像的采集，以便于临床做出更合理的诊断与处置依据。正常工作状态下，操作人员将标本置于系统的摄影柜内，设置X射线摄影的曝光能量参数组合，关闭柜门启动曝光，曝光结束后获得采集图像。
在此过程中如何设置X射线的适当曝光能量参数组合成为了能否获得高质量图像的关键，能量设置的太低会引起很大的噪声干扰造成图像分辨率很差；能量设置的太高又容易引起图像饱和、关键性的细节信息丢失，这两者都需要避免。实际使用情况下，绝大部分的操作人员是无法根据标本的外观来判定其不同厚度与密度，从而直接设定恰当的能量参数组合。传统方式是先设定一个常用的能量组合，看图像的效果再进行调整参数的大、小，再曝光采集图像不断调整直到合适为止，这种方式既费时费力且不方便；其它方式也有采用外部剂量或能量的反馈装置作为曝光终止的条件，缺点为在成像路径上需要增加此额外装置，必须加大X射线能量才能达到与不加此装置相同的图像效果，同时此装置的精度与灵敏度将直接制约最终的图像效果。
综上所述，如何能根据当前标本的不同厚度与密度，智能调整X射线曝光能量参数，获得合适的高质量图像成为一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种快速，准确设置曝光参数，提供良好图像采集效果的智能调整X射线曝光参数的方法。
本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：
一种智能调整X射线曝光参数的方法，其特征在于包括下述步骤：
(1)在无任何被测标本，使用固定的电流时间积参数、从小到大依次分别调整球管电压参数Vn，分别测试获得对应的本底图像灰度像素值Pn；n为自然数；分别计算本底图像灰度像素增加值Pa，Pa＝Pn-P1，形成Pa与电压参数值变化值Vn-V1的对照表一；
(2)依据上述对照表参数，装载多个不同的标本进行测试，使用固定的电流时间积参数，初始球管电压参数值，执行曝光；计算初始球管电压参数值下本底图像灰度像素值和初始球管电压参数值下标本图像灰度像素值的灰度差值A；根据步骤(1)对照表一中的Pa值，选择对应的Vn-V1值调整球管电压参数，上下微调球管电压参数至标本图像效果最优；分别记录初始球管电压参数值，标本图像效果最优时的球管电压参数，初始球管电压参数值下本底图像灰度像素值，初始球管电压参数值下标本图像灰度像素值；形成初始球管电压参数值下本底图像灰度和标本图像灰度的灰度差值A，标本图像效果最优时的球管电压参数与初始球管电压参数值的电压差值B的对照表二；
(3)使用固定的电流时间积参数和初始球管电压参数执行空曝光，根据灰度值直方图获取本底图像灰度像素值；再装入被测标本后用使用固定的电流时间积参数和初始球管电压参数执行曝光，获取图像生成灰度值直方图；根据灰度值直方图读取本底图像灰度像素值和标本图像灰度像素值，计算两者的灰度差值A，根据对照表二选择对应的电压差值B自动调整球管电压参数，该球管电压参数即为优化的曝光参数。
其特征在于所述步骤(3)中装入标本后的灰度值直方图读取本底图像灰度像素值和标本图像灰度像素值的方法为：此时灰度值直方图图像中包含两部分信息，分别是被标本覆盖的标本成像区域以及未被标本覆盖的本底成像区域；在灰度值直方图中按灰度值从大到小的顺序，最初所检索到的最大累计个数所对应的像素灰度值判断是否与初始球管电压下空曝光本底图像灰度像素值相一致，若不一致且小于该值，则说明标本已经将本底区域全部覆盖，记录下当前的最大累计个数所对应的像素值P作为标本图像灰度像素值；若一致，则继续向更小的方向检索，在满足像素累计个数所形成的波峰可被识别的阈值范围内，找到最接近的第二个波峰的最大累计个数所对应的像素灰度值P作为标本图像灰度像素值，第一个波峰值对应的像素灰度值作为本底图像灰度像素值。
优选的：所述初始球管电压参数值为X光设备球管工作电压下限值。
本采用实验方法确定X光球管电压与标本图像灰度像素值、本底图像灰度像素值的关系，形成参数对照表。在实际工作过程中，设备根据初始图像进行识读后，自动调用对照表进行参数设定，以输出优化的标本图像。本发明在进行标本检测时，只需系统自动执行两次拍摄就能够快速、准确、清晰的输出优化的标本图像。实现了设备工作的自动化，大大减少了人工操作的不确定性，提高了检测效率。
附图说明
图1为初始球管电压参数值下空曝光图像直方图。
图2为初始球管电压参数值下有样本下曝光图像直方图。
图3为球管电压为20kV的条件下所采集的仿真模体图像。
图4为图3所对应的直方图与灰度值的分布列表。
图5为20kV与33kV下采集仿真体模图像的结果比较。
图6为球管电压为20kV的条件下所采集的纸张样本图像。
图7为图6所对应的直方图与灰度值的分布列表。
图8 20kV与25kV下采集纸张样本图像的结果比较。
具体实施方式
本发明的设计理念如下：
标本摄影系统X射线源到图像采集器之间的距离是相对固定的，球管的电压调节主要用于适配穿透不同厚度的标本、球管的电流时间积调节主要用于适配穿透不同密度的标本。由于本发明中的标本摄影系统的预期使用对象是术后标本，可以假定相同部位的人体组织的密度差异较小，标本的主要区别在于不同的大小、厚度所引起的差异。因此可以采用实测经验值的球管电流时间积作为固化设定参数，然后自动识别并调整球管电压来匹配标本的不同大小、厚度。
首先，在无任何被测标本，使用固定的电流时间积参数、从小到大调整电压参数条件下，分别测试获得对应的灰度值，包含：球管电压参数Vn、本底图像灰度像素值Pn、像素差值(本次本底图像灰度像素值Pn-前次本底图像灰度像素值Pn-1)和本底图像灰度像素增加值Pa(本次本底图像灰度像素值Pn-初次本底图像灰度像素值P1)，从而形成灰度变化值与电压参数值变化的对照表(记为表1)。
表1球管电压与本底图像灰度值的变化关系对照表
Figure SMS_1
Figure SMS_2
依据上述对照表参数，装载多个不同的标本进行测试，使用固定的电流时间积参数，初始球管电压参数值，执行曝光。计算初始球管电压参数值下本底图像灰度像素值和初始球管电压参数值下标本图像灰度像素值的灰度差值A；对照表1中的Pa值，选择对应的Vn-V值调整球管电压参数，上下微调球管电压参数至标本图像效果最优；分别记录初始球管电压参数值，标本图像效果最优时的球管电压参数，初始球管电压参数值下本底图像灰度像素值，初始球管电压参数值下标本图像灰度像素值；形成初始球管电压参数值下本底图像灰度和标本图像灰度的灰度差值A，标本图像效果最优时的球管电压参数与初始球管电压参数值的电压差值B的对照表2；
表2灰度值与球管电压参数变化关系对照表
A(灰度差值) B(Adj-kV)
0-150 从20kV升到25kV
150-300 从20kV升到27kV
300-450 从20kV升到29kV
450-600 从20kV升到31kV
600-750 从20kV升到33kV
750-900 从20kV升到35kV
900-1050 从20kV升到37kV
1050-1200 从20kV升到39kV
1200-1350 从20kV升到41kV
标本摄影系统工作时，首先，采用一个给定的电流时间积参数、初始球管电压参数(一般选取下限值，当然可以视具体情况而变更)，获取该配置所对应的空白图像(不含被测标本)，根据此图像的直方图(图1所示)可以得知初始球管电压参数值下本底图像灰度像素值记作参1。
然后，装入被测标本后用给定的电流时间积参数、初始球管电压参数执行曝光，获取图像生成如图2所示直方图，系统自动中断曝光。此时直方图中包含两部分信息，分别是被标本覆盖的区域以及未被标本覆盖的区域，对于未被标本覆盖的区域其最大累计个数所对应的像素灰度值应与参1相一致(在合理的误差范围之内)、另一部分则是标本的灰度阶分布。根据光子束成像原理，由X射线所产生的光子束在穿透标本后到达图像采集器所获图像中可以看出未被标本阻挡的光子数量肯定是多于被标本阻挡的光子数量，所以成像直方图中本底图像的灰度像素值是一定大于标本图像的灰度像素值。
在成像直方图中按灰度值从大到小的顺序，最初所检索到的最大累计个数所对应的像素灰度值应是本底图像灰度像素值，判断是否与参1值相一致，若不一致且小于参1 说明标本已经将本底区域全部覆盖，记录下当前的最大累计个数所对应的像素值(记为参2)作为标本图像灰度像素值；若一致，则继续向更小的方向检索，在满足像素累计个数所形成的波峰可被识别的阈值范围内，找到最接近的第二个波峰的最大累计个数所对应的像素灰度值(记为参2)。在标本中可能含有特定的金属标记物，因金属标记物的密度远远大于人体组织，就会引起灰度阶的多个波峰分布，但特征在于金属标记物的灰度值是一定小于人体组织的灰度值，所以不会影响到参2的判断识别。计算本底与被测物体之间的灰度差(记为A)。公式如下：
A＝参1–参2
然后，系统将计算得到的A根据表2中的灰度变化得到实际理想条件下的适当的球管电压差值B。
最后，系统根据电压差值B设定球管电压、沿用固化的电流时间积参数，系统自动恢复曝光对标本进行X射线摄影并采集图像数据呈现给用户。
整个实现过程中，全部由系统自动识别、自动完成。既不需要人为的操作干预，也不需要增加额外的装置，在节约了时间和成本的同时又能达到预期的图像采集效果。
实施例1：
针对人体某一部位的特定仿真模体，使用20kV的球管电压、固定的电流时间积参数进行X射线曝光摄影，得到如图3所示的图像，及图3所对应的直方图与灰度值的分布列表图4。取图3的直方图及灰度值分布列表得到图4，从图4中所列的数据可以得出：参1＝1772、参2＝1055，A＝717。根据表2所列的对应关系，717正处于600-750之间，需要将球管电压从20kV升高到33kV才是最恰当的曝光条件。
两幅图像的比对关系如图5所示，无论是从图像的清晰度还是图像信息的分布宽度都可以明显看出33kV下的图像质量要远优于20kV下的图像。
实施例2：
针对某一纸张样本，使用20kV的球管电压、固定的电流时间积参数进行X射线曝光摄影，得到如图6所示的图像。取图6的直方图及灰度值分布列表得到图7，从图7 中所列的数据可以得出：此时的参1＝1717并且没有参2波峰。依据前述设计方案，系统自动将参2置为1717、参1恢复为1770，得出A＝53。根据表2所列的对应关系， 53正处于0-150之间，需要将球管电压从20kV升高到25kV才是最恰当的曝光条件。
两幅图像的比对关系如图8所示，无论是从图像的清晰度还是图像信息的分布宽度都可以明显看出25kV下的图像质量要远优于20kV下的图像。
采用本方法的标本摄影系统应用软件能自动执行曝光，并在直方图中自动查找像素累计个数所形成的波峰，自动识读图像，过程中不需要人为操作干预。且只需系统自动执行两次拍摄就能够快速、准确、清晰的输出优化的标本图像。

Claims (2)

1.一种智能调整X射线曝光参数的方法，其特征在于包括下述步骤：
（1）在无任何被测标本，使用固定的电流时间积参数、从小到大依次分别调整球管电压参数Vn，分别测试获得对应的本底图像灰度像素值Pn；n为自然数；分别计算本底图像灰度像素增加值Pa，Pa=Pn-P1，形成Pa与电压参数值变化值Vn-V1的对照表一；
（2）依据上述对照表参数，装载多个不同的标本进行测试，使用固定的电流时间积参数，初始球管电压参数值，执行曝光；计算初始球管电压参数值下本底图像灰度像素值和初始球管电压参数值下标本图像灰度像素值的灰度差值A；根据步骤（1）对照表一中的Pa值，选择对应的Vn-V1值调整球管电压参数，上下微调球管电压参数至标本图像效果最优；分别记录初始球管电压参数值，标本图像效果最优时的球管电压参数，初始球管电压参数值下本底图像灰度像素值，初始球管电压参数值下标本图像灰度像素值；形成初始球管电压参数值下本底图像灰度和标本图像灰度的灰度差值A，标本图像效果最优时的球管电压参数与初始球管电压参数值的电压差值B的对照表二；
（3）先使用固定的电流时间积参数和初始球管电压参数执行空曝光，根据灰度值直方图获取本底图像灰度像素值；再装入被测标本后用使用固定的电流时间积参数和初始球管电压参数执行曝光，获取图像生成灰度值直方图；根据灰度值直方图读取本底图像灰度像素值和标本图像灰度像素值，计算两者的灰度差值A，根据对照表二选择对应的电压差值B自动调整球管电压参数，该球管电压参数即为优化的曝光参数；
所述步骤（3）中装入标本后的灰度值直方图读取本底图像灰度像素值和标本图像灰度像素值的方法为：此时灰度值直方图图像中包含两部分信息，分别是被标本覆盖的标本成像区域以及未被标本覆盖的本底成像区域；在灰度值直方图中按灰度值从大到小的顺序，最初所检索到的最大累计个数所对应的像素灰度值判断是否与初始球管电压下空曝光本底图像灰度像素值相一致，若不一致且小于该值，则说明标本已经将本底区域全部覆盖，记录下当前的最大累计个数所对应的像素值P作为标本图像灰度像素值；若一致，则继续向更小的方向检索，在满足像素累计个数所形成的波峰可被识别的阈值范围内，找到最接近的直方柱高度的第二个波峰的最大累计个数所对应的像素灰度值P作为标本图像灰度像素值，直方柱高度的第一个波峰值对应的像素灰度值作为本底图像灰度像素值。
2.如权利要求1所述的智能调整X射线曝光参数的方法，其特征在于：所述初始球管电压参数值为X光设备球管工作电压下限值。
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