CN1293787C - X－射线曝光控制方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在通过辐射源(1)照射对象的过程中(特别是在X-射线曝光的过程中)限制施加到对象的辐射(输入剂量率)的方法和装置。通过所计算的系数校正产生施加到要检查的对象上的超过预定的最大输入剂量率的输入剂量率的控制曲线的值对。这就得到了整个长度用于调节所需的管参数(管电压、管电流或负载)的校正的控制曲线，而不会造成超过最大的输入剂量率的危险。

Description

X-射线曝光控制方法和装置
技术领域
本发明涉及在通过辐射源照射对象的过程中(尤其是在通过X-射线曝光的过程中)限制施加到对象的辐射(输入剂量率)的方法和装置。本发明还涉及在利用限制输入剂量率的方法和装置的同时控制X-射线曝光的方法和装置。本发明还涉及实施所述的方法的X-射线发生器以及包括所述类型的装置的对应的X-射线设备或X-射线系统。
技术背景
一般地说，X-射线设备或系统包括一个或多个X-射线源，该X-射线源具有用于产生X-射线的X-射线管和X-射线发生器，该X-射线发生器被提供有电源(高压发生器)，该电源包括主要部分并输送操作X-射线管所要求的高压。在X-射线源和产生高压的部件组合以形成一个结构单元时，这种单元也称为single-tank发生器。
为了获得照射的区域的最佳的图像质量(亮度、对比度、信号噪声比和锐度)，特别是入射在相关区域中的X-射线的强度具有关键的作用。一般地说，X-射线剂量越大图像质量越好。在另一方面，很显然的原因是，必须确保患者不暴露在过高的剂量率中。各个国家的官方法规和规章都规定了在这种检查中的最大值。
患者或对象所受曝光的剂量率主要取决于施加到X-射线管的电压和电流的调节、在X-射线管和对象之间的距离(SSD或源与皮肤间距)以及可能设置在X-射线管和对象之间的束路径中的任何滤光器。
因为这些参数一般受自动曝光装置控制或者在检查的过程中可以由用户改变，因此必须遵守特定的步骤以确保不超过患者所曝光的施加的最大剂量率。
EP1 035 420公开了一种在放射成像系统中曝光控制的方法和装置，该方法和装置希望解决如下的问题：在由于在X-射线源和对象之间或者在X-射线源和图像采集装置之间的距离变化引起的相关的对象的几何尺寸放大的情况下，在保持照射到对象的辐射剂量恒定时在信号噪声比方面所遇到的问题。在此所输入的剂量根据这两个距离变化以使在对象平面中适合的等效剂量保持恒定。
发明内容
本发明的一个基本目的是提供一种方法和装置，通过该方法和装置将施加到要检查的对象的(X-射线)辐射剂量率(输入剂量率)限制到可选择的最大值，而与由用户所选择的用于运行辐射源的控制曲线无关，并且与照射条件比如在对象和辐射源之间的距离、它们的辐射量以及设置在束路径中的滤光器无关。
此外，本发明的一个目的是提供一种X-射线曝光控制的方法和装置，在这种方法和装置中不超过可选择的最大输入剂量率，而与控制曲线和照射条件无关，即特别是在使用自动曝光装置时如此。
本发明的另一个目的是提供一种X-射线曝光控制的方法和装置，在这种方法和装置中不管所说的参数如何都不会超过可选择的最大输入剂量率，并且可用于荧光检查以及系列曝光(单图像)。
最后，本发明的另一目的是提供一种X-射线发生器，该X-射线发生器包括实施上述的方法中的一种方法的装置。
以权利要求1所述的技术方案实现该目的，该权利要求1公开了在通过辐射源(尤其是X-射线源)照射对象的过程中限制施加到对象的辐射(输入剂量率)的方法，该辐射源由通过多对值形成的控制曲线(I，II)控制，由此每次辐射源的至少一个第一操作参数与辐射源的第二操作参数相关，根据照射条件校正该控制曲线以使在照射的过程中任何对值都不超过输入剂量率。
以权利要求6中所述的实施该方法的装置实现该目的，该装置包括用于至少一个控制曲线以及至少一个产出(yield)曲线的第一存储装置、计算所校正的控制曲线的可编程的算术单元以及用于存储所校正的控制曲线的第二存储装置。
这些方案的特定优点在于可使用所校正的控制曲线，该控制曲线的整个长度都可以用于调整所需的管参数(管电压、管电流或负载)，因此可以使图像的质量最佳，而不会造成超过最大的输入剂量率的危险。
从属权利要求涉及本发明的进一步的有利的实施例。
权利要求2和3涉及优选的控制曲线，而权利要求4和5描述了优选的照射条件和考虑这种条件的方式。
参考附图并通过对举例的方式给出的优选的实施例的描述将会清楚本发明的进一步的细节、特征和优点。
附图说明
附图1所示为根据本发明的X-射线系统的方块图，
附图2所示为X-射线管的第一控制曲线，
附图3所示为X-射线管的第二控制曲线，
附图4所示为作为所施加的电压的函数的X-射线管的产出曲线，
附图5所示为根据本发明的第一方法的流程图，以及
附图6所示为根据本发明的第二方法的流程图。
实施例详述
附图1所示为根据本发明的X-射线系统的方块图。该系统包括以X-射线管的形式的X-射线源，由此将X-射线照射到要检查的对象8(患者)。通过距离测量装置11测量在X-射线管的焦点和要检查的对象的入口平面之间的距离(SSD或者源与皮肤间距)。对于给定的检查，滤光器2可以设置在X-射线源1和要检查的对象8之间。通过滤光传感器装置21检测所使用的滤光器的类型。
通过检测器3例如次级电子倍增器(图像增强器)检测已经穿过要检查的对象8的辐射以通过相机4转换为相应的图像信号。随后通过带有剂量率传感器9的分束器传导图像信号，由此测量在对象之后的剂量率并产生对应的剂量率信号(10)。随后在视频放大器5中处理图像信号，在这之后将它显示在监视器6。
为操作X-射线管1，提供了一种X-射线发生器7，该X-射线发射器基本由控制装置70和给X-射线管1输送电源的电源单元80组成，通过所说的控制装置70控制X-射线管1，将该控制装置构造成形成X-射线发生器的一部分或者作为单独的单元。
控制装置70接收由测量装置11所形成的距离信号、由滤光传感器装置21所形成的滤光器信号和由剂量率传感器9所形成的剂量率信号(10)。
此外，用户可以在控制单元70中进行各种调节或者选择。这些活动基本是相关的检查的适当的控制曲线的选择(71)、在检查的过程中不超过的要检查的最大剂量率(输入剂量率)的调节、自动曝光装置基于其控制曝光量的管电压和/或管电流的初始值的调节(73)以及在连续曝光的情况下(单次曝光的静态图像)管电压的脉冲重复频率的调节(74)。
控制装置70实质包括第一存储装置75，用于控制X-射线管的操作的多个控制曲线。每次通过多个值对形成控制曲线，由此X-射线管的第一操作参数每次与X-射线管的第二操作参数相关，例如管电压与管电流或负载相关。
多个控制曲线实施不同的控制分布，通过系统的用户选择不同的控制分布作为检查的类型的函数以实现最佳的图像装置。
第一存储装置75也起存储多个产出曲线的作用，每次通过多对值形成产出曲线，由此第一或第二操作参数的数量每次与可以实现的剂量率相关，并将该剂量率规格化(normalize)为管电流以及与X-射线管的距离。
控制装置70也包括算术单元76，该算术单元76选择适当的产出曲线作为所使用的X-射线管的类型以及所施加的信号(特别是滤光器信号)的函数和所进行的调节，并且该算术单元在算术上校正由用户所选择的控制曲线；以及第二存储装置77，用于存储所校正的控制曲线。
自动曝光装置(未示)根据由剂量率传感器9所产生的剂量率信号(10)确定适合于最佳曝光量的第一操作参数值。基于所校正的控制曲线确定与第一操作参数的这个值相关的第二操作参数值。然后将这对值施加到电压输送单元80。
最后，电压输送单元80连接到X-射线管1并以所接收的值对产生操作X-射线管1所需的电压和电流，并且在连续曝光的情况下在时间上具有适当的变化(例如方波脉冲形)。
为了实施X-射线检查，X-射线管1和要检查的对象8必须相对运动到对要检查的区域最佳成像的位置。
因为在X-射线束方向上的相对运动，在要检查的对象的入口面上增加或者降低剂量率。在垂直于X-射线束的方向上的相对运动的情况下，该束一般穿过具有不同的吸收特性的要检查的对象的区域。因此运动的方向导致在图像增强器3上的剂量率的变化，由此还导致在监视器6上显示的图像的亮度的变化。
由于剂量率的降低影响了图像质量，在剂量率降低时通过自动曝光装置成比例地自动增加或者可以手动地增加施加到X-射线管1的电压和/或电流。然而，还需要考虑，一方面，剂量率的连续增加导致可能导致在所形成的图像中在细小部位过曝光。在另一方面，由于健康的原因，当然还需要保持患者的辐射负荷尽可能地小并且不超过患者的预定的最大输入剂量率。
在X-射线管和患者之间的距离改变或者在束路径中插入不同的滤光器时应该特别注意，因为输入剂量率可能实质增加。
控制装置70被设计成在自动曝光装置的控制范围中无论如何都不超过最大的输入剂量率。下文基于实例详细描述这种实施方式。
更具体地说，如上文所述，控制装置70存储用于荧光检查的多个第一控制曲线，因此不同的管电压U每次与相应的管电流I相关。此外，控制装置存储用于连续曝光的多个第二控制曲线，由此相应的负载值Q每次与不同的管电压U相关。通过举例，附图2示出了一条第一控制曲线(I)，而附图3示出了一条第二控制曲线(II)。
还存储的并且其中之一在附图4中示出的产出曲线(III)描述了在考虑可能插入到束路径中的滤光器的同时每次在施加到X-射线管的管电压和每mA管电流所获得的剂量率Y之间的关系，即规格化为距X-射线管1米(产出)的距离下。由此每次X-射线曝光基于与所使用的滤光器和X-射线管相关的产出曲线。
为了确保在由用户可调节的或选择的一个或多个参数(特别是在X-射线管和要检查的对象之间的距离、管电压、管电流、管类型、滤光器的类型、脉冲率)改变的情况下不超过施加到对象的X-射线的预先设定的最大剂量率，在考虑这种最大的输入剂量率的同时校正控制曲线。
在本方面应该区别用于荧光检查的第一控制曲线(I)的校正和用于连续曝光的第二控制曲线(II)的校正。
对于荧光检查，首先对用户所选择的第一控制曲线进行算术分析以在附图2的绘制中确定在该曲线的右上端，即最高的管电压的值以及与这个电压值相关的管电流的值。对于在附图2中的实例，对于150kV的最大电压获得9mA的电流。
此外，基于按照所使用的滤光器(和X-射线管)选择的产出曲线，确定这种最大的电压的产出。对于在附图4中所示的实例，对于150kV的最大电压获得大约96.4μGy/mA的产出。
通过将这种产出乘以所确定的最大电流获得在最大管电压的情况下在距X-射线管1米的距离下可能产生的最大剂量率。对于所说的实例，这种最大的剂量率达到867.6μGy/s。
随后，通过将这个值乘以在X-射线管和要检查的对象之间的实际距离的负二次方确定入射在要检查的对象上的最大的剂量率。对于0.8m的距离，如通过距离测量装置11所确定，例如获得1355.63μGy/s的值。
然后将这个值与最大输入剂量率的所选择的值(例如，600μGy/s)进行比较。将这个最大值除以所计算的值得到减缩系数(在本实例中为0.4426)，由此乘以与最高的值相关的电流值(在该情况下9mA)。对于最大的电压来说这使电流值降低(在该情况下3.9834mA)，由此获得了降低的597.51W的最大功率。
然后将这对值(降低的电流值和最大电压)定义为在增加电压方向上的上部(最后的)的值对，并作为校正的控制曲线的末端。然后基于这个上端校正控制曲线的变化以使在任何位置上都不超过所计算的降低的最大功率以及因此预定的最大的输入剂量率。
通过定义新的(上部)曲线段(2)实现这些，由此在最大的电压值之下的电压值每次与相应的降低的电流值相关，这些值的乘积每次产生了等于或小于降低的最大功率的功率。新的曲线段(2)因此在原始控制曲线的方向上延伸，直到它与这个曲线交叉，因此替换了位于这两个曲线的交叉点(在此情形102.5kV)之上的原始控制曲线的部分(1)。因此校正的控制曲线由对应于原始变化的第一下部段和新的第二上部段(2)构成。
当然，第二上部段的变化可以是这样的：从上部的值对开始，管电压和相应的电流值的乘积在原始曲线的方向上降低，然后交叉点仅达到下部电压值。
可取的是，以通过算术单元76执行的程序的形式实施该方法。基于附图5中所示的流程图说明该程序的执行。
在该程序的开始100之后，在第一步骤101中检查在先前执行的曲线校正之后滤光器2和/或X-射线管1是否已经改变。如果已经改变，在第二步骤102中，选择与这种新的X-射线管/滤光器组合相关的产出曲线并在第七步骤107中继续执行。
如果在第一步骤101中的结果为否定，则在第三步骤103中检查自从最后校正之后控制曲线是否已经改变。如果已经改变，则在第七步骤107中继续执行。否则在第四步骤104中检查自最后校正之后在X-射线管和要检查的对象8之间的距离是否已经改变。如果已经改变，则在第七步骤107中继续执行；否则，在第五步骤105中检查自最后校正之后所选择的最大的输入剂量率是否已经改变。如果检查结果是肯定的，则在第七步骤107中继续执行；否则，通过第九步骤109终止该方法。
在第七步骤107中，检查依照附图2的第一控制曲线是否包括造成可能超过在要检查的对象上的所选择的最大输入剂量率的值对。如果包括，则在第八步骤108中校正该控制曲线以存储在第二存储装置77中。然后在第九步骤109中终止该程序，与在第七步骤107中的检查的结果为否定的情况类似。
如上文所述，在第一种控制曲线的校正的情况下执行在第七步骤107和第八步骤108。
为了校正用于连续曝光的第二控制曲线(附图3)，在连续曝光中X-射线管运行在脉冲的模式中，输入的剂量率的预定的最大值(例如，800μGy/s)必须除以每秒的曝光间隔数(即，例如2/s的脉冲重复频率)。因此获得用于单脉冲(一个曝光间隔)的最大剂量值，这种单脉冲是说明的实例的基础，并且在本实例中可达到400μGy。
用户所选择的第二控制曲线的分析开始确定用于最大管电压的负载。在附图3中所示的曲线对于130kV的最大的电压产生大约5.17mA的负载。
基于根据所使用的滤光器所选择的产出曲线再次确定最大的电压的产出。对于在附图4中所确定的实例，对于130kV的最大的电压，获得大约67μGy/mA的产出。
因此通过将所说的产出乘以所确定的最大负载获得在距X-射线管1米的距离下在最大的管电压下所发生的最大剂量。在所说的实例中这种剂量达到346.4μGy。
随后通过将这个值乘以在X-射线管和要检查的对象之间的实际的距离的负二次方确定入射在要检查的对象上的最大的剂量。在0.8m的距离下，如通过距离测量装置11所确定，本实例获得541.25μGy的值。
然后将这个值与一个脉冲的先前所计算的最大剂量的值(在这种情况下为400μGy)进行比较。通过将这个最大值除以所计算的值获得降低系数(在这种情况下为0.74)，由控制曲线计算的负载值(在这种情况下为5.17mA)乘以所说的降低系数。这就得到130kV的最大管电压的降低的负载值(在这种情况下为3.827mA)，因此得到降低的最大能量495.51w。
然后将这值对(降低的负载值、最大电压)定义为在增加电压的方向上的上部(最后的)值对，以及因此作为校正的控制曲线的末端。然后基于这个上端校正控制曲线的变化，以便再次使在任何位置上都不超过所计算的降低的最大能量，以及因此对于给定的脉冲重复频率的预定的最大的输入剂量率。
通过定义新的(上部)曲线段(2)实现这些，由此在最大的电压值之下的电压值每次与相应的降低的电流值相关，这些值的乘积每次产生了等于或小于最大能量的能量。因此新的曲线段在原始控制曲线的方向上延伸，直到它与这个曲线交叉，因此替换了位于这两个曲线的交叉点(在81.2kV的情况下)之上的原始控制曲线的部分(1)。因此校正的控制曲线再次由对应于原始变化的第一下部段和新的第二上部段(2)构成。
第二上部段的变化可以仍然是这样的：从上部值对开始，管电压和相关的负载值在原始曲线的方向上降低，交叉点仅在下部电压值被到达。
可取的是，再次以通过算术单元76执行的程序的形式实施该方法。
附图6所示为这种程序的基本步骤。这个程序的执行与附图5中所示的程序的执行不同，在第五步之后插入了第六步骤106，在第六步骤106中检查自最后校正之后是否已经改变了脉冲重复频率。如果已经改变了，在第七步骤107中继续执行，与在步骤101至105中的检查的肯定的结果的起来类似；在步骤107中检查根据在附图3中的第二控制曲线是否包含造成超过所选择的最大的输入剂量率的值对。如果这种检查是肯定的，则在第八步骤108中校正该控制曲线，并且将经校正的控制曲线存储在第二存储装置77中。
根据上文的描述在第二控制曲线的校正的情况下实施第七步骤107和第八步骤108。
还可以没有新的第二上部曲线段(2)被确定的形式来校正控制曲线，但专门使用第一下部曲线段；这意味着所校正的控制曲线仅根据原始控制曲线以及该对值所位于的点变化，由此获得最大的预定输入剂量率。然而，本发明的一个特有的优点在于除了少数的例外以外这是不需要的。
其它的控制曲线可以用作在附图2和3中所示的曲线的变型。
一种变型实例如通过控制曲线形成，对于该控制曲线分别绘制在附图2和3中的x轴和y轴中的第一和第二操作参数相互交换。
例如，在X-射线管以脉冲的模式运行时还可以改变以管电压或管电流的脉冲宽度的形式的第一参数。然后最大输入剂量率对应于不会超过的最大的脉冲宽度。
进一步的变型包括定义带有三个操作参数的三维控制曲线，其中一个操作参数可调节，通过其它的两个或一个操作参数的上述计算可以校正该控制曲线。例如这些参数可以是脉冲重复频率以及管电压和管电流。
因此根据本发明的原理实际上可以延伸到两个或多个的操作参数的任何组合，所说的参数首先是管电压、管电流、在脉冲模式中这些变量的脉冲宽度和这些变量的脉冲重复频率。在本方面中在X-射线管和要检查的对象之间的距离的变化和具有不同的辐射吸收的滤光器的交换也是可行的。
最后，根据本发明的方法还可以用于照相的单次曝光。

Claims (10)

1.一种在通过X射线源照射对象的过程中限制施加到对象上的辐射输入剂量率的方法，该X射线源由通过多对值形成的控制曲线(I，II)控制，由此使X射线源每次的至少一个第一操作参数与X射线源的第二操作参数相关，根据照射条件校正该控制曲线以使在照射的过程中对于任何对值都不超过输入剂量率。
2.权利要求1所述的方法，其中第一操作参数是X-射线管电压，而第二操作参数是X-射线管电流。
3.权利要求1所述的方法，其中第一操作参数是X-射线管电压，而第二操作参数是X-射线管电流和曝光时间的乘积。
4.权利要求1所述的方法，其中照射条件由在对象和X射线源之间的距离、它的辐射产出以及在束路径中设置的滤光器定义。
5.权利要求1所述的方法，其中以由多对值组成的产出曲线(III)的形式定义照射条件，由此每次一个操作参数与规格化的X-射线量相关。
6.实施如在先任一权利要求所述的方法的装置，该装置包括用于至少一个控制曲线以及至少一个产出曲线的第一存储装置(75)、计算如在权利要求1-5中任一权利要求所述的经校正的控制曲线的可编程的算术单元(76)以及用于存储所校正的控制曲线的第二存储装置(77)。
7.一种在利用如在权利要求1至5中任一权利要求所述的方法而进行X-射线曝光控制的方法。
8.一种用于X-射线曝光控制的装置，包括如在权利要求6中所述的装置以及自动曝光控制装置，由此基于所测量的施加给对象的剂量率和基于校正的控制曲线产生控制用于X-射线管(1)的电压输送单元(80)的信号。
9.一种包括用于X-射线管(1)的电压输送单元(80)以及如在权利要求8中所述的装置的X-射线发生器。
10.一种包括如在权利要求9中所述的X-射线发生器的X-射线系统。
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