CN107811646A - 透视曝光控制方法、装置及x射线机 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种透视曝光控制方法、装置及X射线机，所述控制方法包括：获取目标对象第N帧图像的亮度；基于目标亮度及所述第N帧图像的亮度获取所述目标对象的等效体厚；在体厚模型中确定与所述目标对象的等效体厚匹配的曝光参数；基于所述曝光参数对所述目标对象进行透视。本发明实施例提供的透视曝光控制方法可以快速地获取符合临床需求的目标亮度图像，在很大程度上降低了透视过程中的辐射剂量。

Description

透视曝光控制方法、装置及X射线机

技术领域

本发明实施例涉及医疗器械控制领域，尤其涉及一种透视曝光控制方法、装置及X射线机。

背景技术

在医用X射线透视领域中，经常使用C形臂X射线机对患者进行诊断治疗。例如在骨科手术中，经常利用C形臂X射线机定位手术部位。

目前，现有的透视曝光控制技术有透视和曝光两种控制模式。其中，透视模式一般是连续多帧的发射X射线脉冲，X射线辐射的时间由医生自己控制，通常从医生踩下透视脚闸到看到符合其需求的图像后松开脚闸，一般会有2～3s的时间，在这个过程中，通常会产生至少20帧以上的图像。但是很多情况下医生可能仅对一帧或几帧图像关注，例如在骨科手术中，骨科医生较少通过长时间的透视对进钉过程进行监控，通常是在进钉之前透视一次，观察进钉前手术部位的状态，进钉后再透视一次，观察进钉结果，对两次透视的图像进行比较评估。因此对于骨科医生而言，其主要关注的是进钉前和进钉后的图像，而非持续动态的透视过程。显然对于上述的应用场景而言，采集多帧的透视图像意义不大，且会使得患者受到不必要的辐射。而对于曝光模式而言，虽然最终显示的图像只有1帧，但是曝光模式下单帧X射线的辐射剂量通常远远大于透视模式下单帧X射线的辐射剂量，故，采用曝光模式采集图像的辐射剂量较高。因此，前述两种曝光模式，辐射剂量均较高。

发明内容

本发明实施例提供了一种透视曝光控制方法、装置及X射线机，有效降低了透视过程中的辐射剂量。

第一方面，本发明实施例提供了一种透视曝光控制方法，该方法包括：

获取目标对象第N帧图像的亮度，其中，N大于等于1；

基于目标亮度及所述第N帧图像的亮度获取所述目标对象的等效体厚；

在体厚模型中确定与所述目标对象的等效体厚匹配的曝光参数；

基于所述曝光参数对所述目标对象进行透视。

进一步地，所述基于所述曝光参数对所述目标对象进行透视包括：基于所述曝光参数对所述目标对象进行M帧曝光后停止放线，其中M小于等于5。

进一步地，所述基于目标亮度及所述第N帧图像的亮度获取所述目标对象的等效体厚包括：

获取所述第N帧图像的亮度与所述目标亮度的比值；

基于所述比值和体厚模型中与所述第N帧图像的曝光参数对应的体厚获取所述目标对象的等效体厚。

进一步地，所述方法还包括：获取所述体厚模型，所述获取所述体厚模型包括：

获取不同厚度体模的图像亮度达到目标亮度时，与其对应的曝光参数；

对所述体模厚度和与其对应的曝光参数进行拟合。

进一步地，所述曝光参数至少包括：透视电压、透视电流、滤过型号、射野大小和源像距中的一种。

第二方面，本发明实施例提供了一种透视曝光控制装置，所述装置包括：

获取模块，用于获取目标对象第N帧图像的亮度，其中，N大于等于1；

计算模块，用于基于目标亮度及所述第N帧图像的亮度获取所述目标对象的等效体厚；

确定模块，用于在体厚模型中确定与所述目标对象的等效体厚匹配的曝光参数；

透视模块，用于基于所述曝光参数对所述目标对象进行透视。

进一步地，所述透视模块包括：曝光控制单元，所述曝光控制单元用于基于所述曝光参数对所述目标对象进行M帧曝光后停止放线，其中M小于等于5。

进一步地，所述计算模块包括：

比值获取单元，用于获取所述第N帧图像的亮度与所述目标亮度的比值；

等效体厚获取单元，用于基于所述比值和体厚模型中与所述第N帧图像的曝光参数对应的体厚获取所述目标对象的等效体厚。

进一步地，所述装置还包括：

体厚模型获取模块，所述体厚模型获取模块包括：

曝光参数获取单元，用于获取不同厚度体模的图像亮度达到目标亮度时，与其对应的曝光参数；

拟合单元，用于对所述体模厚度和与其对应的曝光参数进行拟合。

第三方面，本发明实施例提供了一种X射线机，包括上述第二方面提供的透视曝光控制装置。

本发明实施例提供的透视曝光控制方法，通过获取目标对象第N帧图像的亮度，基于目标亮度和第N帧图像的亮度获取目标对象的等效体厚，进而在体厚模型中确定与所述目标对象的等效体厚匹配的曝光参数，并基于所述曝光参数对所述目标对象进行透视，可以快速地获取符合临床需求的目标亮度图像，在很大程度上降低了透视过程中的辐射剂量。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的一种透视曝光控制方法流程示意图；

图2是本发明实施例二提供的一种透视曝光控制方法流程示意图；

图3是本发明实施例三提供的一种透视曝光控制装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项步骤描述成顺序的处理，但是其中的许多步骤可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各项步骤的顺序可以被重新安排。当其步骤完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。

实施例一

正如背景技术中提及的，采用C形臂X射线机利用现有透视曝光模式采集图像时，辐射剂量较高。

本领域技术人员知晓，不同的目标对象对X射线的衰减程度不同，例如脂肪组织对X射线的衰减小，而肌肉组织对X射线的衰减大。若目标对象对X射线的衰减程度越大，则采集到的图像亮度就越暗(灰度值越小)，若目标对象对X射线的衰减程度越小，则采集到的图像亮度就越亮(灰度值越大)，这两种情况下的图像都因为没有达到期望的目标亮度而导致图像不清晰。为了得到目标亮度的图像，若图像亮度偏暗，则需要加大X射线剂量(通过曝光参数控制)，若图像亮度偏亮，则需要减小X射线剂量。因此根据目标对象对X射线的衰减程度合理调整X射线剂量，可以快速得到目标亮度的图像。

图1为本发明实施例一提供的一种透视曝光控制方法流程示意图，本实施例提供的透视曝光控制方法可适用于通过C形臂X射线机对目标对象(通常为患者)进行透视，如：适用于骨科医生对手术部位进行定位，该方法可以由透视曝光控制装置来执行，所述装置可通过软件和/或硬件的方式实现。参见图1所示，所述控制方法具体包括如下：

步骤110、获取目标对象第N帧图像的亮度，其中，N大于等于1。

其中，所述目标对象通常指患者，具体的可以指患者的某个部位或器官，例如手、腿、腹部或者胸部等。

通常而言，透视过程中图像的采集从第1帧开始，本实施例中，以N＝1为例进行说明。

对于第1帧图像而言，其曝光参数通常为预设曝光参数，也即以预设曝光参数对所述目标对象进行透视，进而获得所述目标对象第1帧图像的亮度。

所述曝光参数至少包括：透视电压、透视电流、滤过型号、射野大小和源像距(SID)中的一种。其中，透视电压指能够产生X射线的X射线球管的阴极与阳极之间的电压；透视电流指X射线球管的阴极与阳极之间的电流；滤过是一种用于滤掉不合格的X射线束，使合格的X射线束在射出X射线球管之前必须穿过的物质，通常有铝Al滤过，铜Cu滤过，且不同型号的滤过厚度不同，穿过的X射线的剂量也不同；射野大小也是一种可调参数，射野大则得到的图像中能看到的组织多，但是清晰度差，射野小则得到的图像中能看到的组织少，但是清晰度高。

步骤120、基于目标亮度及所述第N帧图像的亮度获取所述目标对象的等效体厚。

具体的，可在预先生成的体厚模型中查找：与第1帧图像的曝光参数相同，图像亮度为目标亮度时对应的体模厚度为多少，查找到对应的体模厚度后，结合目标亮度与所述第1帧图像的亮度比值确定所述目标对象在体厚模型中的等效体厚，具体确定过程可详见实施例二。

步骤130、在体厚模型中确定与所述目标对象的等效体厚匹配的曝光参数。

本实施例中，所述体厚模型可以是图像亮度为目标亮度时，体模厚度与曝光参数之间的对应关系。示例性地，获取所述体厚模型具体包括：

获取不同厚度体模的图像亮度达到目标亮度时，与其对应的曝光参数；

对所述体模厚度和与其对应的曝光参数进行拟合；

拟合得到的体模厚度与曝光参数之间的函数关系即为所述体厚模型。其中，获取不同厚度体模的图像亮度达到目标亮度时，与其对应的曝光参数，可以通过分别对不同厚度的体模进行透视得到，或者还可以通过直接获取已有的不同厚度的体模与曝光参数之间的对应关系表得到。本实施例中，可以采用与人体对X射线衰减程度相当的水模或者PMMA体模进行多次透视以获得不同厚度体模的图像达到目标亮度时，与其对应的曝光参数。

通过直接在预先生成的体厚模型中确定与所述目标对象的等效体厚匹配的曝光参数，可以实现快速将当前帧图像的亮度调整到目标亮度的目的，缩短了透视时间，减少了透视过程中的辐射剂量。

步骤140、基于所述曝光参数对所述目标对象进行透视。

示例性地，基于所述曝光参数对所述目标对象进行透视包括：基于所述曝光参数对所述目标对象进行M帧曝光后停止放线，其中M小于等于5。

实际应用中，可能由于一些原因(例如X射线转换率、图像噪声、测量误差等)导致基于所述曝光参数对目标对象进行一次透视得到的图像亮度未能达到预期的目标亮度，此时可以根据当前帧图像的实际亮度与目标亮度来获取所述目标对象的等效体厚，进而在体厚模型中再次确定与所述等效体厚匹配的曝光参数，并基于再次确定的与所述目标对象等效体厚匹配的曝光参数进行透视，进而使得透视得到的图像的实际亮度逐渐接近目标亮度，在透视得到的图像的实际亮度与所述目标亮度趋于一致时停止放线，即停止透视。经多次试验发现，采用本发明实施例提供的透视曝光控制方法，通常对目标对象进行3～4帧曝光后即可使得所述图像的实际亮度与目标亮度趋于一致。

需要说明的是，每次获取到的所述目标对象的等效体厚并不相同，因为获取等效体厚所依据的每帧图像的实际亮度互不相同。具体获取过程可详见实施例二。本实施例中，通过预设曝光参数获取目标对象第一帧图像的亮度，然后基于目标亮度及所述第一帧图像的亮度获取所述目标对象在体厚模型中的等效体厚，以等效体厚来表征目标对象对X射线的衰减程度，进一步地在体厚模型中根据等效体厚来确定最适合当前目标对象的曝光参数，基于确定好的曝光参数对目标对象进行透视，可以快速得到目标亮度图像，进而在减小整个透视过程中的X射线剂量的同时也获得了符合实际临床需求的图像。

在C形臂X射线机中采用本发明实施例提供的透视曝光控制方法，一旦医生踩下脚闸，C形臂X射线机开始放线，并以预设曝光参数(预设曝光参数以及目标亮度预先设定在C形臂X射线机中)对目标对象进行透视，得到第1帧图像的亮度，进而基于目标亮度及所述第1帧图像的亮度获取所述目标对象的等效体厚，并在体厚模型中确定与所述目标对象的等效体厚匹配的曝光参数，最后基于与所述目标对象的等效体厚匹配的曝光参数对所述目标对象进行透视，在当前帧图像的亮度达到目标亮度时，则立即停止放线，即停止透视，整个过程由C形臂X射线机自动完成，透视过程中曝光参数的调整，透视的停止等，均不需要医生的介入，在一定程度上提高了C形臂X射线机的自动化及智能化程度，此外，相对于通过人工控制脚闸来停止放线的方式，可以减少约85％的辐射剂量。且，实际应用中，采用本发明实施例提供的透视曝光控制方法，得到目标亮度的图像至多需要进行3～4帧的曝光，即至多需要采集3～4帧的X射线图像即可自动停止透视。

实施例二

图2是本发明实施例二提供的透视曝光控制方法流程示意图，在实施例一技术方案的基础上，本实施例对步骤120“基于目标亮度及所述第N帧图像的亮度获取所述目标对象的等效体厚”进行了进一步优化，优化的好处是可以准确快速地得到所述目标对象的等效体厚，进而快速得到目标亮度的图像，以缩短透视时间，减少透视过程中的辐射剂量。具体参见图2所示，所述方法包括：

步骤210、获取目标对象第N帧图像的亮度，其中，N大于等于1。

步骤220、获取所述第N帧图像的亮度与所述目标亮度的比值。

步骤230、基于所述比值和体厚模型中与第N帧图像的曝光参数对应的体厚获取所述目标对象的等效体厚。

步骤240、在体厚模型中确定与所述目标对象的等效体厚匹配的曝光参数。

步骤250、基于所述曝光参数对所述目标对象进行透视。

具体的，所述体厚模型指得到目标亮度图像的前提下，体模厚度与透视过程中X射线剂量之间的对应关系，由于X射线剂量可以通过曝光参数进行控制，因此所述体厚模型进一步可以是图像亮度为目标亮度时，体模厚度与曝光参数之间的对应关系。示例性地，当曝光参数为透视电压和透视电流时，所述体厚模型可以参见表1所示，表1中示出了目标亮度为20时，体模厚度与曝光参数之间的对应关系，如：体模厚度为5mm时，透视电压为40KV，透视电流为10mA；体模厚度为10mm时，透视电压为60KV，透视电流为15mA。

表1体厚模型

透视电压/KV	40	45	50	60	80
						透视电流/mA	10	11	12	15	20
体厚	5	6.75	7.5	10	15

需要说明的是，上述表1中的数值仅作为示例给出，不是透视中实际使用的数值，实际使用的数值可通过试验获得。另一方面，体厚模型中，曝光参数除了可以为透视电压、透视电流之外，还可以包括其他的如：SID、射野大小等。容易理解的，曝光参数越多，当前帧图像的实际亮度与目标亮度之间的误差就越小，使当前帧图像达到目标亮度所需的时间就越短，也即达到目标亮度的图像所需的透视帧数就越少，进而透视过程中的辐射剂量就越小。

以下举例说明上述基于目标亮度及所述第N帧图像的亮度获取所述目标对象的等效体厚的计算过程，本实施例仍以N＝1为例进行说明：

以第1帧图像的预设曝光参数为60KV的透视电压、15mA的透视电流，目标亮度为20，所述目标对象的第1帧图像的亮度为15为例，首先计算第1帧图像的亮度与目标亮度的比值为15/20＝0.75，通过上述表1所示的体厚模型，与所述预设曝光参数(60，15)即60KV的透视电压与15mA的透视电流匹配的体模厚度为10mm，将该匹配的体模厚度(10mm)乘以所述比值(0.75)的结果(10*0.75＝7.5)作为所述目标对象在体厚模型中的等效体厚，即所述等效体厚为7.5mm，进一步从表1所示的体厚模型中查找与所述等效体厚(7.5mm)匹配的曝光参数为(50，12)，最后基于50KV的透视电压与12mA的透视电流对所述目标对象进行透视。实际应用中，可能会出现以上述的(50，12)的曝光参数对所述目标对象进行透视后获得的第2帧图像亮度达不到目标亮度20，如，当前测试获得的第2帧图像的实际亮度为18，此时，可以继续根据第2帧图像的实际亮度18与目标亮度20继续获取所述目标对象的等效体厚，即18/20*7.5＝6.75，进而在体厚模型中再次确定与等效体厚6.75匹配的曝光参数，即(45，11)，而后基于45KV的透视电压与11mA的透视电流对所述目标对象进行透视，若透视获得的第3帧图像的亮度达到目标亮度20(或者与目标亮度20接近，实际亮度与目标亮度之间的误差可根据实际临床需求而定)则停止透视，若透视获得的第3帧图像亮度仍没有达到目标亮度20，则继续重复上述操作，直到获得目标亮度为20(或与目标亮度20接近)的图像。通过上述方法可快速得到目标亮度的图像，极大地减小了透视过程中的辐射剂量。

本实施例提供的透视曝光控制方法，在上述实施例的基础上，对“基于目标亮度及所述第N帧图像的亮度获取所述目标对象的等效体厚”进行了优化，通过获取所述第N帧图像的亮度与所述目标亮度的比值，基于所述比值和体厚模型中与第N帧图像的曝光参数对应的体厚获取所述目标对象的等效体厚，进而在体厚模型中查找与所述等效体厚匹配的曝光参数，以该曝光参数进行透视可以快速得到目标亮度的图像，缩短了透视时间，极大地减小了透视过程中的辐射剂量。

实施例三

图3是本发明实施例三提供的透视曝光控制装置的结构示意图，参见图3所示，所述装置包括：获取模块310，计算模块320，确定模块330和透视模块340。

其中，获取模块310，用于获取目标对象第N帧图像的亮度，其中，N大于等于1；计算模块320，用于基于目标亮度及所述第N帧图像的亮度获取所述目标对象的等效体厚；确定模块330，用于在体厚模型中确定与所述目标对象的等效体厚匹配的曝光参数；透视模块340，用于基于所述曝光参数对所述目标对象进行透视。

进一步地，透视模块340包括曝光控制单元，所述曝光控制单元用于基于所述曝光参数对所述目标对象进行M帧曝光后停止放线，其中M小于等于5。

进一步地，计算模块320包括：

比值获取单元，用于获取所述第N帧图像的亮度与所述目标亮度的比值；

等效体厚获取单元，用于基于所述比值和体厚模型中与所述第N帧图像的曝光参数对应的体厚获取所述目标对象的等效体厚。

进一步地，所述装置还包括：

体厚模型获取模块，用于获取所述体厚模型，包括：

曝光参数获取单元，用于获取不同厚度体模的图像亮度达到目标亮度时，与其对应的曝光参数；

拟合单元，用于对所述体模厚度和与其对应的曝光参数进行拟合；

进一步地，所述曝光参数至少包括：透视电压、透视电流、滤过型号、射野大小和源像距中的一种。

本实施例提供的透视曝光控制装置，通过获取目标对象第N帧图像的亮度，基于目标亮度和第N帧图像的亮度获取目标对象的等效体厚，进而在体厚模型中确定与所述目标对象的等效体厚匹配的曝光参数，并基于所述曝光参数对所述目标对象进行透视，可以快速地获取符合临床需求的目标亮度图像，在很大程度上降低了透视过程中的辐射剂量。

本发明实施例所提供的透视曝光控制装置可执行本发明任意实施例所提供的透视曝光控制方法，具备执行方法相应的功能模块和与透视曝光控制方法相应的有益效果。

在上述技术方案的基础上，本发明实施例还公开了一种X射线机，所述X射线机包括上述实施例中所述的透视曝光控制装置。

通过在X射线机中设置本发明实施例提供的透视曝光控制装置，整个透视过程由C形臂X射线机自动完成，透视过程中曝光参数的调整，透视的停止等，均不需要医生的介入，在一定程度上提高了C形臂X射线机的自动化及智能化程度。另一方面，通过采用本发明实施例提供的视曝光控制方法，医生还可以自定义透视延续的时间，X射线透视机系统默认的透视延续时间为0，即图像亮度达到目标亮度后系统即刻停止透视，并在显示设备上显示图像。

本实施例中，可以通过如下步骤操作上述的X射线机：

步骤1：用户(通常指医生)通过所述X射线机的控制屏可自行设置透视延续的时间，系统的默认值为图像亮度达到目标亮度后即刻停止放线，即透视延续时间为零。

步骤2：用户通过X射线机的控制屏选择X射线机的短暂透视功能，并且踩下脚闸，X射线机开始加载X射线脉冲。

步骤3：当X射线机的控制系统检测到当前帧的图像亮度达到目标亮度时，自动停止X射线脉冲的加载，并在显示屏上显示透视图像；而在此过程中用户即使仍然踩着脚闸，X射线机也不会继续放线；也即X射线的停止不再由用户通过对脚闸的控制来实现，而是由X射线机的控制系统自动控制。

本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种透视曝光控制方法，其特征在于，包括：

获取目标对象第N帧图像的亮度，其中，N大于等于1；

基于目标亮度及所述第N帧图像的亮度获取所述目标对象的等效体厚；

在体厚模型中确定与所述目标对象的等效体厚匹配的曝光参数；

基于所述曝光参数对所述目标对象进行透视。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述基于所述曝光参数对所述目标对象进行透视包括：基于所述曝光参数对所述目标对象进行M帧曝光后停止放线，其中M小于等于5。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述基于目标亮度及所述第N帧图像的亮度获取所述目标对象的等效体厚包括：

获取所述第N帧图像的亮度与所述目标亮度的比值；

基于所述比值和体厚模型中与第N帧图像的曝光参数对应的体厚获取所述目标对象的等效体厚。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，还包括：获取所述体厚模型，所述获取所述体厚模型包括：

获取不同厚度体模的图像亮度达到目标亮度时，与其对应的曝光参数；

对所述体模厚度和与其对应的曝光参数进行拟合。

5.根据权利要求1-4任一项所述的控制方法，其特征在于，所述曝光参数至少包括：透视电压、透视电流、滤过型号、射野大小和源像距中的一种。

6.一种透视曝光控制装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取目标对象第N帧图像的亮度，其中，N大于等于1；

计算模块，用于基于目标亮度及所述第N帧图像的亮度获取所述目标对象的等效体厚；

确定模块，用于在体厚模型中确定与所述目标对象的等效体厚匹配的曝光参数；

透视模块，用于基于所述曝光参数对所述目标对象进行透视。

7.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，所述透视模块包括：曝光控制单元，所述曝光控制单元用于基于所述曝光参数对所述目标对象进行M帧曝光后停止放线，其中M小于等于5。

8.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，所述计算模块包括：

比值获取单元，用于获取所述第N帧图像的亮度与所述目标亮度的比值；

等效体厚获取单元，用于基于所述比值和体厚模型中与第N帧图像的曝光参数对应的体厚获取所述目标对象的等效体厚。

9.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，还包括：

体厚模型获取模块，所述体厚模型获取模块包括：

曝光参数获取单元，用于获取不同厚度体模的图像亮度达到目标亮度时，与其对应的曝光参数；

拟合单元，用于对所述体模厚度和与其对应的曝光参数进行拟合。

10.一种X射线机，其特征在于，包括如权利要求6-9任一项所述的透视曝光控制装置。