CN113100792A - 用于x射线成像的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于控制x射线成像系统的方法和系统。在一个实施方案中，用于x射线成像系统的方法包括：当该x射线成像系统的x射线管电流斜升至目标x射线管电流时，利用该x射线成像系统来获取第一图像；确定该第一图像的校正亮度；该校正亮度包括该第一图像的测量亮度，该测量亮度通过相对于目标x射线管电流的反馈x射线管电流来校正；以及基于该第一图像的校正亮度来更新目标x射线管电流。

Description

用于X射线成像的系统和方法
技术领域
本文公开的主题的实施方案涉及医学成像，并且更具体地涉及x射线荧光镜透视成像。
背景技术
非侵入性成像技术允许获得患者或对象的内部结构或特征的图像，而无需对患者或对象执行侵入性过程。具体地，此类非侵入式成像技术依赖于各种物理原理(诸如x射线通过目标体积的差分传输或声波的反射)，以获取数据和构建图像或以其他方式表示患者或对象的观察到的内部特征。
例如，在荧光镜透视检查和其他基于x射线的成像技术中，x射线辐射指向受试者，通常是医疗诊断应用中的患者、安全筛选应用中的包装或行李、或工业质量控制或检验应用中的制造的部件。辐射的一部分撞击检测器，在检测器中收集图像数据并将其用于图像生成过程。在由此类系统产生的图像中，有可能识别并检查患者身体内部的内部结构和器官、包装或容器内的对象或制造的部件内的缺陷(例如，裂缝)。在某些情况下，诸如在用于支持介入或导航规程的荧光镜透视检查应用中，可在延长的时段内以高的帧速率获取低剂量x射线以提供可用于引导或导航患者体内的工具的实时图像数据。
发明内容
在一个实施方案中，用于x射线成像系统的方法包括：当该x射线成像系统的x射线管电流斜升至目标x射线管电流时，利用该x射线成像系统来获取第一图像；确定该第一图像的校正亮度；该校正亮度包括该第一图像的测量亮度，该测量亮度通过相对于目标x射线管电流的反馈x射线管电流来校正；以及基于该第一图像的校正亮度来更新目标x射线管电流。
应当理解，提供上面的简要描述来以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的精选概念。这并不意味着识别所要求保护的主题的关键或必要特征，该主题的范围由具体实施方式后的权利要求书唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上文或本公开的任何部分中提到的任何缺点的实施方式。
附图说明
通过参考附图阅读以下对非限制性实施方案的描述将更好地理解本公开，其中以下：
图1描绘了根据本公开的各方面的数字x射线成像系统的实施方案的框图；
图2描绘了根据本公开的各方面的x射线成像系统的实施方式；
图3是示出了用于操作x射线成像系统的方法的流程图；
图4示出了示例性索引跳跃查找表；
图5示出了示例性索引表；并且
图6示出了自动亮度稳定例程期间图像获取事件、设定电流和测量电流的示例性时间线。
具体实施方式
以下描述涉及减少从x射线成像开始直到获取到具有稳定/目标亮度的图像的时间的各种实施方案。在通过荧光镜透视成像进行监视/辅助的外科规程期间，可显示患者的连续实时x射线图像，从而允许临床医生监视解剖特征的运动。在此类规程期间，偶尔使用单个静止的x射线图像监视患者也可能是有用的。为了引发荧光镜透视成像，可例如通过临床医生的脚压下曝光控制踏板。曝光控制踏板的快速压下和松开(例如，轻拍)可指示临床医生正在请求单个x射线图像，其中曝光控制踏板的延长的压下可指示临床医生正在请求荧光镜透视成像。
通常，为了获得高质量x射线图像，先执行步骤序列然后再获取稳定图像并且输出该稳定图像以便显示，该序列被称为自动亮度稳定(ABS)。这些步骤可包括：使成像系统为曝光作准备；通过激活辐射源(诸如x射线管)使患者曝光于辐射束；以及基于由辐射检测器所获取的所得图像的亮度来调整辐射源的电压和电流。一旦达到目标亮度，就可例如通过应用时间噪声滤波器来进行进一步的图像质量调整。一旦图像达到目标对比度噪声比，就可获取稳定图像并且输出该稳定图像以便显示，然后可根据需要进行连续成像。
上述ABS序列可能相对较长，这部分地是因为由于完成以下操作所需的时间引起的系统延迟：获得图像帧，确定图像帧的亮度，然后基于图像帧的亮度来调整辐射源参数。另外，辐射源不能利用某些类型的x射线管快速达到命令电流。相反，虽然x射线管可几乎瞬时达到命令电压，但x射线管的电流基于管电压和x射线管灯丝的温度。因此，直到灯丝被加热或冷却到一定温度，x射线管才达到命令电流，并且改变灯丝温度所花费的时间可能相对较长。在电流朝向命令电流斜升的时间期间，所获取的图像可能是饱和的或以其他方式太暗而无法充分可视化患者的解剖特征。因此，ABS序列可等待直到达到目标x射线管电流(例如，3.9mA)，然后可获取图像。一旦获取了图像，就进一步(例如，基于上述图像亮度)调整初始命令电压和电流，因为获取高质量图像所需的实际管电压和电流随患者的解剖结构而变化，这也延长了该过程。
根据本文所公开的实施方案，可通过利用最终稳定图像的预测亮度来缩短荧光镜透视成像系统的自动亮度稳定序列，该预测亮度作为输入以在电流朝向目标电流斜升时基于对图像的亮度与用于获取该图像的电流成比例的理解来确定目标x射线成像参数(例如，电流、电压和相机增益)。例如，可利用初始/默认设置(例如，电压、电流和增益)来激活x射线系统，并且一旦获得第一图像，就可根据第一图像的亮度与用于获取第一图像的x射线管电流之间的关系来确定预测亮度，而不是用第一图像的实际亮度来确定预测亮度。该预测亮度可用于从一组索引中获得目标电压、电流和增益，并且命令系统传输处于目标电压和电流的辐射束。如果校正亮度不在围绕目标亮度的稳定窗口内，则该过程可随着管电流从初始电流斜升至新目标电流而继续，直到实现稳定的图像。
这样，通过使用未来稳定图像的预测亮度而不是当前图像的当前亮度，可减少实际达到稳定亮度的时间。这样做时，可降低患者所曝光于的辐射量，并且可比在上述更长的序列期间更快地显示稳定图像，这在时间敏感的规程期间可能是有益的。本文所述的图像稳定过程考虑了用于获取图像的实际x射线管电流。例如，可利用70kV和4mA的预设x射线技术来获取图像，但由于x射线管灯丝的缓慢响应，获取图像时的实际电流可为2mA。可确定图像的亮度(例如，78的视频水平指示(VLI))。在不进行本文所述的亮度校正的情况下，可调整kV/mA，直到测量亮度处于稳定窗口(例如，110的±6％的VLI)内，这可能需要过长的时间，因为系统将需要等待直到电流稳定才能获得用于检查的稳定亮度。例如，用于获取具有稳定的目标亮度的图像的现有方法包括：等待直到亮度稳定，然后确定稳定亮度是否在稳定窗口内，并且如果不在稳定窗口内，则调整kV/mA。另一种现有方法包括以微小逐步的方式针对每个帧调整kV/mA，而不管亮度是否稳定。在任一种方法中，达到目标的稳定亮度的时间较慢。
相比之下，本文所述的稳定过程可基于获取图像时的实际x射线管电流来校正亮度(如将在下文更详细地描述的)。在上文所呈现的其中图像的测量亮度为78的VLI并且实际x射线管电流为2mA的示例中，校正VLI可为110，在稳定窗口内，因此图像将被确定为稳定的并且将不对电压或电流进行附加调整。虽然灯丝可花费大约500ms来完全达到稳定的目标电流，但灯丝可在大约200ms内达到目标电流的90％，因此在200ms之后，图像的亮度可足够稳健以用于测量，并且一旦被校正，就预测将达到稳定亮度而无需进一步校正电压或电流。这样做时，可减少为了检查亮度而可能需要获得的图像数量，从而减少对x射线技术进行的调整以达到最终稳定亮度的次数。
尽管以举例的方式描述了荧光镜透视成像系统，但应当理解，当应用于使用其他成像模态(诸如标准、非荧光镜透视x射线成像、断层合成等)所获取的图像时，本发明技术也可以是有用的。对荧光镜透视成像模态的本发明论述仅提供作为一种合适的成像模态的示例。
图1示意性地示出了用于获取和处理图像数据的成像系统10。在示出的实施方案中，系统10是被设计成既获取原始图像数据又处理图像数据以便显示的数字x射线系统。成像系统10可以是固定的或移动的x射线系统。在图1所示的实施方案中，成像系统10包括x射线辐射源12，该x射线辐射源将辐射束或辐射流16发射到其中定位有对象或受试者18的区域中。x射线辐射源12(其可包括x射线发生器和x射线管)由电源/控制电路24控制，该电源/控制电路提供功率信号和控制信号以用于检查序列。辐射20的一部分穿过或绕过受试者并且撞击数字x射线检测器，该数字x射线检测器一般以附图标号22表示。检测器22可以是便携式的或永久性地安装到系统10。在某些实施方案中，检测器22可将入射x射线光子转换为检测到的较低能量的光子。响应于检测到的光子来生成电信号，并且处理这些信号以重建对象或受试者体内的特征的图像。
检测器阵列22可包括一个或多个CMOS光成像器面板，每个CMOS光成像器面板单独地限定检测器元件(例如，像素)阵列。每个检测器元件产生表示在光束照射检测器22时入射在检测器元件的位置处的x射线束的强度的电信号。此信号可被数字化并且发送至监视器/显示设备以便显示。在所描绘的示例中，检测器22包括检测器控制器26(例如，控制电路)或与该检测器控制器通信，该检测器控制器命令获取在检测器22中生成的信号。在当前示出的实施方案中，检测器22可经由任何合适的无线通信标准(R)与检测器控制器26进行通信，但也设想了使用通过电缆(T)或一些其他机械连接与检测器控制器26进行通信的数字x射线检测器22。另选地，在一些实施方式中，检测器控制器26的操作方面可在检测器22自身上实现或以其他方式提供。检测器控制器26还可执行各种信号处理和滤波功能，诸如用于动态范围的初始调整、数字图像数据的交错等。
电源/控制电路24和检测器控制器26两者均响应于来自系统控制器28的信号。一般来讲，系统控制器28命令操作成像系统以执行检查协议并且处理所获取的图像数据。在目前情况下，系统控制器28还可包括信号处理电路和一个或多个数据存储结构诸如光学存储器设备、磁存储器设备或固态存储器设备，用于存储由系统10的处理器执行以执行各种功能的程序和例程，以及用于存储配置参数和图像数据。在一个实施方案中，已编程的计算机系统可设置有用于执行归因于电源/控制电路24、检测器控制器26和/或系统控制器28中的一者或多者的功能的硬件、电路、固件和/或软件。
在图1所示的实施方案中，系统控制器28链接到至少一个输出设备，诸如如以附图标记30所指出的显示器或打印机。该输出设备可包括标准监视器或专用监视器以及相关联的处理电路。可在系统中进一步链接一个或多个操作员工作站32，以用于输出系统参数、请求检查、查看图像等。一般来讲，系统内提供的显示器、打印机、工作站和类似设备可以是数据获取部件本地的，或可以远离这些部件，诸如机构或医院内的其他地方，或位于完全不同的位置，经由一个或多个可配置的网络(诸如互联网、虚拟专用网络、基于云的网络等)链接到图像获取系统。
如图1所示，x射线系统10还可包括一般被配置为满足某些应用的特定需要的多种另选实施方案。例如，x射线系统10可以是固定系统、移动系统或移动C形臂系统，其中x射线检测器永久性地安装在C形臂的一个端部内或可从系统移除。此外，x射线系统10可以是固定x射线室中的台和/或墙壁支架系统，其中x射线检测器22与该系统永久性地安装在一起或者是便携式的。另选地，x射线系统10可以是具有便携式x射线检测器的移动x射线系统。这种便携式x射线可进一步构造成具有用于将检测器读出电子器件连接到扫描仪的数据获取系统的可拆卸的拴系件或电缆。当不使用时，可将便携式x射线检测器从扫描站拆下以便储存或转移。在实施过程中，成像系统10可以是任何合适的基于x射线的成像系统，包括但不限于常规x射线照相系统、CT成像系统、层析X射线照相系统、C形臂系统、荧光镜透视检查系统、乳房摄影术系统、双能或多能系统、导航或介入成像系统等。此外，虽然上面描述了平板检测器的示例，但可使用包括图像增强器和摄像机的数字检测器系统来将入射x射线转换成视频信号。
虽然前述内容示意性地描述了基于x射线的成像系统10的部件(包括如本文所讨论的检测器以及检测器控制和读出电路)，但图2描绘了如何在真实世界环境中提供这种成像系统10的示例。如上面所指出的，x射线系统10可被实现为移动x射线设备(例如，包括C形臂、微型C形臂、O形臂、非圆形臂等的x射线设备)和固定x射线设备。以举例的方式，图2示出了x射线成像系统10，该x射线成像系统包括C形臂x射线设备42，该C形臂x射线设备被配置为使检测器面板22和x射线源12围绕要成像的体积旋转。在所描绘的示例中，x射线系统10还包括准直器48。可使用任何合适的x射线源12，包括标准x射线源、旋转的阳极x射线源、静止或固定的阳极x射线源、固态x射线发射源或荧光镜透视x射线源54(如图2所示)。可使用任何合适的x射线检测器22，包括数字平板检测器、图像增强器等。
图2示出了其中准直器48包括x射线衰减材料52的一种实施方式，该x射线衰减材料限定x射线可穿过的孔56，并且该孔继而防止或限制x射线发射超过所限定的孔的边界，因而使所限定的束成形并且限制该束。准直器48可包括允许其以此方式准直x射线束的任何合适的x射线衰减材料52。合适的x射线衰减材料的一些示例包括钨、铅、金、铜、浸渍钨的基板(例如，浸渍有钨的玻璃或聚合物)、带涂层的基板(例如，涂覆有钨、铅、金等的玻璃或聚合物)、钢、铝、青铜、黄铜、稀土金属或它们的组合。
可经由一个或多个用户输入设备提供对系统控制器28的输入。图2示出了脚踏板曝光踏板100形式的示例性用户输入设备。曝光踏板100可经由合适的连接(例如，有线或无线)连接到系统控制器28。曝光踏板100可具有按钮，该按钮在被压下时向系统控制器28发信号以引发x射线成像。在一个示例中，当曝光踏板100被压下时，引发荧光镜透视成像规程。该荧光镜透视成像规程可包括朝向患者传输辐射束(例如，经由x射线源12的激活)，其中辐射的穿过或绕过患者的部分撞击在检测器22上。然后，使用来自检测器22的信号来生成图像以便显示。一旦调整了成像参数以使图像达到合适的质量水平(例如，目标对比度噪声比)，就可开始荧光镜透视成像(例如，其中以合适的帧速率诸如30fps显示所获取的图像)。如果在荧光镜透视成像开始之前(例如，在调整成像参数以达到目标对比度噪声比的步骤系列期间)松开了曝光踏板，则可替代地显示趾轻拍图像。趾轻拍图像可以是单个非移动x射线图像。
为了获取特定亮度的x射线图像，可根据ABS例程来控制x射线成像系统，该ABS例程由系统控制器(例如，系统控制器28)上的ABS伺服机构执行。例如，根据成像规程的类型、被成像的解剖结构等，可控制或命令x射线成像系统输出具有特定亮度的图像。由于患者体型、解剖结构密度等的变化，将实现特定亮度的x射线成像参数(诸如x射线源电压、x射线源电流和相机/显示器/图像增益)是未知的。可执行ABS例程以快速调整x射线成像参数，以便尽可能快地输出具有特定亮度的图像。ABS伺服机构可包括可链接特定电流、电压和增益值的一组索引表。例如，索引表可包括用于电流、电压和增益中的每一者的相应索引表，其中每个成像设置被绘制为例如0至250范围内的索引编号的函数。可基于相对于目标亮度的当前图像亮度来选择索引。例如，如果当前图像具有50的亮度(由视频水平指示限定)并且目标亮度为110，则可通过从当前亮度中减去目标亮度(例如，通过从50中减去110)来确定-60的亮度变化。
该亮度变化可被键入输出索引跳跃的查找表中，该索引跳跃限定索引应被改变的量。例如，如果在70kV和3.9mA的默认系统参数下获得图像，则获取图像时的索引可为188。查找表可基于-60的亮度变化来指示62的索引跳跃。因此，索引可从188变化至250。可通过从索引表中获得对应的值(例如，可从相应的索引表中获得各自对应于250的索引值的电流、电压和增益值)来确定更新的电流、电压和增益值，并且可命令系统在这些参数中的每个参数下进行操作，并且该过程可重复，直到达到目标亮度。
如将在下文更详细地描述的，可通过确定在x射线管达到预定义的目标电流之前所获取的一个或多个图像的预测亮度来缩短该ABS例程，而不是依赖于达到预定义的目标电流时所获取的图像的实际亮度来缩短该ABS例程。基于当前图像的亮度以及目标电流与反馈电流(其可为用于获取当前图像的电流)的比率来确定预测亮度。通过这样做，ABS伺服机构可基于电流的比率来确定最近所获取图像的亮度与目标亮度相差多少，并且相应地调整键入查找表中的亮度。这样，可在x射线管朝向目标电流斜升的同时执行图像亮度的自动稳定，这可减少达到目标亮度的时间。
转到图3，提供了用于操作x射线成像系统(诸如图1至图2的系统10)的方法300。将参照在本文参照图1至图2所描述的系统和部件来描述该方法，然而应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，该方法可利用其他系统和部件来实现。方法300可被实现为诸如系统控制器28的计算设备的非暂态存储器中的可执行指令。
在302处，方法300包括确定当前成像条件。所确定的当前成像条件可包括确定当前是否正在进行x射线成像、曝光踏板的状态(例如，压下或松开)、正在执行的规程的类型(诸如血管、心脏病或脊柱规程)和/或其他参数。在304处，方法300包括确定是否已检测到曝光踏板压下。如上面所解释的，x射线成像系统(诸如系统10)可包括一个或多个用户输入设备，包括曝光踏板诸如曝光踏板100。曝光踏板可包括临床医生(诸如外科医生)可压下以引发x射线成像的踏板/按钮。为了便于在外科规程期间获取x射线图像，曝光踏板可以是被配置为由临床医生的脚压下的脚踏板，这可使得能够以免手动方式控制荧光镜透视成像，而不干扰临床工作流程。因此，确定是否检测到曝光踏板的压下可包括从曝光踏板接收命令开始x射线成像的用户输入信号。可在曝光踏板被压下时，连续地或周期性地接收到用户输入信号。在其他示例中，可以从另一个合适的输入设备诸如键盘、触摸屏、语音命令等接收用户输入信号，而不是压下曝光踏板。
如果未检测到曝光踏板的压下，则方法300前进至306以维持当前成像条件。当前成像条件可包括保持x射线成像源的辐射源被停用(例如，不向x射线发生器提供功率)在其他示例中，保持当前成像参数可包括保持当前荧光镜透视成像会话。检测曝光踏板的压下可包括检测到曝光踏板从被松开(例如，未被压下)变为被压下。因此，在方法300执行时已经压下曝光踏板的示例中，当前荧光镜透视成像会话可继续而不中断。
如果检测到曝光踏板被压下，则方法300前进至308以激活x射线源并且获取第一图像。例如，在检测到曝光踏板被压下时，x射线成像系统可为辐射的曝光作准备，例如通过命令x射线发生器和x射线管准备生成具有预先确定的管电压(例如，峰值电压kVp，其为x射线管上的最大电压)、预先确定的管电流(例如，从管的阴极跳至阳极的电子数目，以mA表示)和预先确定的脉冲宽度的x射线。该系统还可命令x射线检测器以预先确定的帧速率等准备接收具有命令的预定kVp、mA和脉冲宽度的x射线，并且还可命令图像处理单元终止任何当前任务并且准备处理传入图像。在一个示例中，预先确定的kVp和预先确定的mA可为默认系统设置，诸如70kV和3.9mA，但其他预先确定的电压和电流也在本公开的范围内。在一些示例中，预先确定的kVp和mA可基于目标亮度，该目标亮度可为固定的或者可基于要进行的成像类型、要成像的目标解剖结构等而变化。例如，目标亮度可包括110的VLI，并且预先确定的kVp和mA可为将导致针对(例如，如根据聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)虚假对象确定的)标准/一般患者的VLI为110的kVp和mA。
在一些示例中，在接收到为成像作准备的命令时，x射线检测器可引发以所请求的帧速率对检测器面板进行擦洗。然后，检测器可在达到平衡条件时生成同步信号，并且将该同步信号发送回系统控制器。x射线发生器和x射线管可等待来自检测器的同步信号，并且一旦启用了x射线曝光就开始在同步信号处生成x射线。工作站/图像处理单元可停止当前活动、初始化获取和图像处理模块并且等待传入帧。此外，在一些示例中，在曝光准备阶段期间，可预热x射线管的灯丝(例如，经由在x射线曝光之前在灯丝上施加一定量的电压)以便减少x射线管达到命令的预定义的电流的时间量。例如，可将灯丝加热到基于预定义的管电流的预先确定的温度，使得一旦曝光开始，就可快速达到预定义的管电流。
一旦该系统已命令部件为生成/接收x射线作准备，则一旦所有部件都准备就绪，该系统就前进到x射线成像序列中的后续阶段(例如，一旦检测器开始发送同步信号，x射线发生器就会设置发生器准备就绪标记，并且工作站会设置工作站准备就绪标记)。后续阶段包括引发x射线曝光，其中x射线管在预定义的kVp和mA下操作。这使得x射线生成并且被发送到患者、穿过患者并且围绕患者，其中x射线撞击在检测器上，并且获取到第一图像。可相对快速地(诸如在3毫秒内)达到该管电压。然而，由于除了管电压之外，管电流还取决于管灯丝温度，因此可能需要相对长的时间(诸如300毫秒或更长时间)才能达到目标管电流。在发出曝光命令之后，可相对快速地(例如，10毫秒)获取第一图像。在一些示例中，x射线管的灯丝可保持在如上所述的高温(例如，相对于室温)下，这可允许快速达到预定义电流。例如，在发送曝光命令时，x射线管电流可花费7毫秒至8毫秒来达到预定义/设定的管电流的90％。
在310处，确定第一图像的视频水平指示(VLI)。视频水平指示可为图像亮度的测量结果，并且可包括感兴趣的区域(诸如，对应于检测器中心的图像区域)中的图像的平均亮度。在312处，基于第一图像的VLI、目标电流和反馈电流来确定校正VLI。目标电流可为上面讨论的预定义电流(例如，3.9mA)，该预定义电流可为命令x射线系统操作直到确定更新的目标电流(其在下文被更详细地解释)的默认电流。反馈电流可为在获取第一图像时的x射线管电流。考虑到慢灯丝响应，校正VLI可为对图像在目标电流下的亮度的预测。x射线图像的亮度与获取该图像的x射线管电流成比例。当在电流斜升到目标电流时获取图像(诸如，第一图像)时，图像的亮度可由下式定义：
Bright＝bright_with_unit_ma*maf (等式1)
在以上等式中，maf是获取图像时x射线源的平均(反馈)电流，并且bright_with_unitma是将已知成像对象(例如，虚假对象)的电流单位(mA)与亮度单位(例如，VLI)相关的会话因子。因此，等式1示出了图像的亮度与获取该图像的电流成比例。在电流立即响应设定值mas的理想系统中(例如，在发出改变电流的命令时电流立即改变的理想系统中)，亮度应为：
Bright′＝Bright*mas/maf (等式2)
在以上等式中，Bright是在具有电流斜升延迟的真实系统中获取的亮度。这表明，如果将Bright*mas/maf的校正应用于真实亮度，则具有电流斜升延迟的系统将“改变”为理想系统。因此，如果对真实亮度进行了校正，则缓慢电流响应的约束将不在是考虑因素，同时还将实现图像亮度预测和ABS稳定预测。
因此，在稳定过程期间，实时监测实际/所施加的电流并将其记录为每个图像帧的反馈电流(maf)。该反馈电流用于校正VLI，因为VLI与亮度的平方根成比例。例如，校正VLI(被称为vli′、))可根据下式基于所测量的VLI、反馈电流和目标电流来确定：
Figure BDA0002851204460000111
以这种方式，校正VLI可根据与设定电流(例如，目标电流)成比例的反馈电流来校正。该校正亮度而不是当前亮度可被用作ABS系统的输入来调整x射线参数，从而达到目标亮度。
在312处，方法300确定校正VLI是否在稳定的VLI窗口之外。稳定的VLI窗口可包括接近目标VLI的阈值范围，诸如在目标VLI的1％-1.5％内。此外，为了被认为在稳定的VLI窗口内，对于给定数量(诸如两个或三个)的连续图像帧，校正VLI可在目标VLI的阈值内。
如果校正VLI在稳定的VLI窗口之外，则方法300前进至316以基于校正VLI来确定索引跳跃。为了确定索引跳跃，计算目标VLI与校正VLI之间的差值(被称为VLI变化)并将该差值键入索引跳跃查找表中，该索引跳跃查找表基于VLI变化输出索引跳跃(也被称为索引变化)。然后基于索引跳跃来改变索引，例如，根据下式来改变：
f(n)＝f(n-1)+LUT(vlin) (等式4)
在以上等式中，f(n-1)是最近获取的图像的索引(例如，对应于被应用于获取图像的成像参数的索引)，并且LUT(vlin)是基于校正VLI根据查找表确定的索引变化。
图4示出了示例性索引跳跃查找表400。表400包括被绘制为VLI变化的函数的索引跳跃。因为VLI和索引表两者的可能值(例如，0至255)受到限制并且还因为VLI变化是相对于可为中间值(例如，110)的目标VLI的，所以表400仅包括一组有限的索引跳跃值(例如，-60至80)和VLI变化值(例如，-100至150)，但在不脱离本公开的范围的情况下，其他值也是可能的。索引跳跃和VLI变化之间的关系可为大致指数(具有负衰减)的，但其他关系也是可能的。
例如，可确定为获取第一图像而施加的电压、电流和增益，并且可基于该电压、电流和增益来确定索引。校正VLI可如上所述那样来确定，并且VLI变化可通过从校正VLI中减去目标VLI(例如，VLI′-目标VLI)来确定(该目标VLI可为固定值或者可基于所选择的成像协议、成像解剖结构、用户偏好等来确定)。如果校正VLI为90并且目标VLI为110，则VLI变化可为-20，这可导致索引跳跃为15。可将索引跳跃添加至索引，从而导致索引增大。然后可使用更新的索引来获得更新的目标电压、电流和增益，并且可命令x射线系统在更新的目标电压、电流和增益下操作。
因此，在318处，基于更新的索引根据索引表确定更新的目标电压、电流和增益。图5示出了电压的示例性索引表500。索引表500包括被绘制为索引的函数的电压(以kV为单位)，该索引包括0至255范围内的值。如果先前的索引(例如，在其处获得第一图像)例如为135并且更新的索引为150，则先前的目标电压可为58kV并且更新的目标电压可为62kV。可包括针对电流和增益的类似索引表，并且更新的索引用于确定更新的目标电流和增益中的每一者。
在320处，命令x射线系统在更新的目标电压下、更新的目标电流和更新的目标增益下操作。在322处，获取下一个图像。在324处，如上文在312处所述，确定下一个图像的校正VLI(例如，确定下一个图像的VLI，确定获取下一个图像的反馈电流，并且基于该下一个图像的VLI、反馈电流和目标电流来确定校正VLI，其中目标电流是在318处确定的更新的目标电流)。方法300然后循环回到314以确定校正VLI是否在稳定的VLI窗口之外。如果是，则重复该过程(基于下一个图像的校正VLI来确定索引跳跃，基于该索引跳跃来确定更新的目标电压、电流和增益，命令x射线成像系统在更新的设置下操作，并且获取另外的下一个图像)。
如果校正VLI不在稳定的VLI窗口之外，则方法300前进至326以在稳定设置(例如，当前电压、电流和增益)下获取一个或多个图像。可以合适的帧速率(例如，10fps至30fps)获取和显示图像，直到释放曝光踏板或直到接收到另一个合适的信号，而命令终止成像。如果曝光踏板已被释放，则可通过终止对x射线发生器的电源供应来终止辐射曝光，从而使得管电压和电流降至零并且管停止生成x射线。
在成像期间，患者可能移动，针或其他设备可能进入成像视野，并且/或者x射线系统的位置可能改变(在移动时)，其中每一者都可引起输出图像的亮度的改变。因此，在一些示例中，如果VLI改变，则可基于VLI来调整成像设置，如在328处所示。例如，ABS伺服机构可继续确定VLI，并且如果VLI移动到稳定窗口之外，则可通过将VLI变化键入索引表查找表中并且调整索引并因此调整成像设置来调整设置，直到VLI返回到稳定窗口。然后，方法300返回。
图6示出了使用所测量的VLI来调整成像设置的荧光镜透视成像过程的时间线600。时间线600包括示出指示何时获取每个图像帧的帧获取信号(帧同步)的第一曲线图602、示出实际获取帧的第二曲线图604、每个帧的视频水平指示的第三曲线图606、目标x射线源电流(mA)的第四曲线图608以及实际mA的第五曲线图610。对于示出mA的曲线图，沿着竖直轴线描绘了相应的mA，其从较低值(例如，0)增加到较高值(例如，5)。所有曲线图被示出为时间的函数，并且所有曲线图都是时间对准的。示出VLI的第三曲线图606不表示实际测量或校正VLI，而仅旨在示出何时确定对应图像的VLI。
在时间t1之前，操作者(例如，外科医生)压下曝光踏板，并且管电压和电流两者均被命令为预定义值，以便开始向患者传输x射线光束。在时间t1处，获取第一图像。一旦获取到第一图像，就确定第一图像的VLI。一旦确定了第一图像的VLI，该VLI就可用于调整电流(和电压以及增益)以便达到用于成像的目标亮度。因此，如图6所示，在发送开始获取图像的信号时(时间t1)与第一图像的VLI用于调整成像设置时(时间t2)之间存在延迟。在所示的示例中，该延迟可为80ms，但是如果x射线成像系统具有更长的帧循环时间(例如，获取图像并确定所获取图像的VLI的时间)，则该延迟可更长。
在时间t2处，将第一图像的VLI用于调整x射线源电流。因为电流较低并且朝向最终目标电流斜升，所以第一图像的VLI相对于目标VLI(例如，110)可较低(例如，50)。使用校正亮度，可根据上述等式3通过目标电流和反馈电流来校正第一图像的VLI(50)。例如，如果目标电流为3.9mA并且反馈电流为1.2mA，则校正VLI可为
Figure BDA0002851204460000141
即，将为约90。VLI变化可为-20，从而导致索引跳跃为15。
可随着电流朝向目标电流斜升以及随着图像亮度朝向目标亮度斜升继续调整设定电流。在图像帧9周围，电流开始稳定，并且在图像帧14之前完全稳定。
基于设定电流和反馈电流来校正图像的视频水平指示的技术效果是快速确定目标x射线管电压和目标x射线管电流，从而降低稳定图像亮度所需的时间量并且减少患者辐射曝光。
如本文所用，以单数形式列举并且以单词“一个”或“一种”开头的元件或步骤应当被理解为不排除多个所述元件或步骤，除非明确说明此类排除。此外，对本发明的“一个实施方案”的引用不旨在被解释为排除也包含所引用特征的附加实施方案的存在。此外，除非明确地相反说明，否则“包含”、“包括”或“具有”具有特定特性的元件或多个元件的实施方案可包括不具有该特性的附加此类元件。术语“包括”和“在...中”用作相应的术语“包含”和“其中”的简明语言等同形式。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标记，而不旨在对其对象施加数字要求或特定位置次序。
该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使相关领域中的普通技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何包含的方法。本发明可取得专利权的范围由权利要求书限定，并且可包括本领域普通技术人员想到的其他示例。如果此类其他示例具有与权利要求书的字面语言没有区别的结构元件，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言具有微小差别的等效结构元件，则此类其他示例旨在落入权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种用于x射线成像系统的方法，所述方法包括：
当所述x射线成像系统的x射线管电流斜升至目标x射线管电流时，利用所述x射线成像系统来获取第一图像；
确定所述第一图像的校正亮度，所述校正亮度包括所述第一图像的测量亮度，所述测量亮度通过相对于所述目标x射线管电流的反馈x射线管电流来校正；以及
基于所述第一图像的所述校正亮度来更新所述目标x射线管电流。
2.根据权利要求1所述的方法，其中基于所述第一图像的所述校正亮度来更新所述目标x射线管电流包括：响应于所述校正亮度在目标亮度的阈值范围之外而更新所述目标x射线管电流。
3.根据权利要求2所述的方法，其中基于所述第一图像的所述校正亮度来更新所述目标x射线管电流包括：基于所述校正亮度来获得索引跳跃值，基于所述索引跳跃值来调整索引值以及根据所调整的索引值来获得所更新的目标x射线管电流。
4.根据权利要求3所述的方法，其中基于所述校正亮度来获得所述索引跳跃值包括：基于所述校正亮度和目标亮度来确定亮度变化，以及通过将所述亮度变化作为输入键入索引跳跃查找表来获得所述索引跳跃值，所述索引跳跃查找表将索引跳跃值映射为亮度变化的函数。
5.根据权利要求3所述的方法，其中根据所调整的索引值来获得所更新的目标x射线管电流包括：将所调整的索引值作为输入键入电流索引表，所述电流索引表将x射线管电流映射为索引值的函数。
6.根据权利要求5所述的方法，所述方法还包括通过将所调整的索引值作为输入键入电压索引表来更新目标x射线管电压，所述电压索引表将电压映射为索引值的函数。
7.根据权利要求2所述的方法，所述方法还包括：利用所述x射线成像系统来获取一个或多个附加图像，确定每个附加图像的校正亮度，以及基于每个附加图像的所述校正亮度来调整所述目标x射线管电流，直到获取到具有在所述目标亮度的所述阈值范围内的校正亮度的最终附加图像。
8.根据权利要求7所述的方法，所述方法还包括响应于获取到所述最终附加图像，保持x射线管电流并且在所述x射线管电流下获取多个图像。
9.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述第一图像的所述校正亮度包括：测量所述第一图像的视频水平指示(VLI)，以及通过相对于所述目标x射线管电流的所述反馈x射线管电流来校正所述VLI。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述反馈x射线管电流包括获取所述第一图像的x射线管电流。
11.一种x射线成像系统，所述x射线成像系统包括：
辐射源，所述辐射源包括x射线管，所述x射线管被配置为朝向患者投射辐射束；
辐射检测器，所述辐射检测器被配置为接收由所述辐射源投射并且由所述患者撞击的所述辐射束；和
控制器，所述控制器被配置为：
当所述x射线管的x射线管电流斜升至目标x射线管电流时，利用所述辐射源和所述辐射检测器来获取第一图像；
确定所述第一图像的校正亮度，所述校正亮度包括所述第一图像的测量亮度，所述测量亮度通过相对于所述目标x射线管电流的反馈x射线管电流来校正；以及
基于所述第一图像的所述校正亮度来更新所述目标x射线管电流。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述控制器被进一步配置为基于所述第一图像的所述校正亮度来更新所述x射线管的目标x射线管电压。
13.根据权利要求11所述的系统，其中所述控制器被进一步配置为：
在所述第一图像之后获取第二图像；
确定所述第二图像的校正亮度；
如果所述第二图像的所述校正亮度在目标亮度的阈值范围内，则在设定的x射线管电流下继续获取图像，所述设定的x射线管电流包括获取所述第二图像的x射线管电流；以及
如果所述第二图像的所述校正亮度不在所述目标亮度的所述阈值范围内，则基于所述第二图像的所述校正亮度来进一步更新所述目标x射线管电流。
14.根据权利要求11所述的系统，其中所述反馈x射线管电流包括获取所述第一图像的x射线管电流。
15.一种用于x射线成像系统的方法，所述方法包括：
命令所述x射线成像系统在目标电流和目标电压下操作所述x射线成像系统的x射线管，所述目标电流和所述目标电压各自基于利用所述x射线成像系统来获取的图像的校正亮度来确定。
16.根据权利要求15所述的方法，所述方法还包括基于所述图像的测量亮度、所述x射线管的预设电流以及获取所述图像的所述x射线管的电流来确定所述校正亮度。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述x射线管的所述预设电流包括默认电流或基于先前图像的校正亮度来确定的先前目标电流。
18.根据权利要求16所述的方法，其中所述测量亮度包括所述图像的测量的视频水平指示。
19.根据权利要求15所述的方法，其中所述图像为第一图像，并且所述方法还包括：如果在所述第一图像之后获取的第二图像的校正亮度在目标亮度的阈值范围内，则在所述目标电流和所述目标电压下继续获取图像。
20.根据权利要求15所述的方法，所述方法还包括：如果所述第二图像的所述校正亮度不在所述目标亮度的所述阈值范围内，命令所述x射线成像系统在更新的目标电流和更新的目标电压下操作所述x射线管，所述更新的目标电流和所述更新的目标电压各自基于所述第二图像的所述校正亮度来确定。
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