專利名稱：操作輻射檢查設(shè)備的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種操作輻射檢查設(shè)備(特別是X-射線檢驗設(shè)備)的方法，這種輻射檢查設(shè)備包括輻射源和用于采集輻射圖像的檢測器裝置，測量入射在該檢測器裝置的檢測器上的成像劑量和/或劑量率，并應用所說的所測量的劑量和/或劑量率確定控制輻射源的控制值。本發(fā)明還涉及一種相應的檢測器裝置以及一種帶有輻射源和相應的檢測器裝置以執(zhí)行該方法的輻射檢查設(shè)備。
對于這種輻射檢查設(shè)備的操作，比較理想的是盡可能地精確地得知在輻射的過程中入射在該檢測器上的成像劑量和/或劑量率以便能夠?qū)崿F(xiàn)這樣控制輻射源輻射源輻射出對于相關(guān)的檢查最佳的輻射量。對于醫(yī)療輻射檢查設(shè)備例如X-射線診斷設(shè)備來說這是非常重要的。其中要檢查的患者應該遭受到最小所需的X-射線劑量。
在本發(fā)明說明書中術(shù)語“輻射源”和“X-射線源”應該理解為用于進行檢查的發(fā)射出輻射的整個設(shè)備。術(shù)語“劑量”和“劑量率”應該理解為入射在要檢查的對象例如患者后的檢測器上的輸入劑量或劑量率。
當使用平板動態(tài)X-射線檢測器(動態(tài)平板X-射線檢測器)時在輻射脈沖的過程中入射輻射的測量明顯存在問題。除非應用附加的設(shè)備以“在線”的方式(即，在X-射線脈沖的過程中)來測量劑量或劑量率，通常僅從在先的圖像中得出在成像過程中涉及X-射線入射的信息。
例如，US 5,194,736公開了一種X-射線檢查裝置，這種X-射線檢查裝置包括傳感器矩陣，在該裝置中應用由在相關(guān)的矩陣元件的開關(guān)晶體管的周圍的寄生電容產(chǎn)生的剩余電流來測量輻射劑量。利用以任何方式給出的放大器或通過在反電極中的特殊放大器，通過讀出線隨意地進行這種測量?？刂茊卧鶕?jù)由此所執(zhí)行的輻射測量至少控制輻射持續(xù)時間和輻射強度。這種方法的缺點在于，由于成本的原因不能有效地將相應的放大器與每個單獨的傳感器元件關(guān)聯(lián)起來，所以必需讀出完整的檢測器矩陣列或預定的特定引線區(qū)，因此在這種意義上說測量區(qū)是固定的。然而，在相應的檢查的過程中這種測量區(qū)通常并不能精確地對應于相關(guān)的感興趣區(qū)(ROI)。
一般地說，應用術(shù)語ROI表示在圖像內(nèi)對相關(guān)的檢查具有特殊重要性的區(qū)域。例如，在對患者的X-射線檢查的情況下，這是再現(xiàn)要檢查的相關(guān)器官的圖像區(qū)域。
此外，還有一種公知的方法，在這種方法中在檢測器本身的前面設(shè)置離子化室，應用該離子化室來測量劑量率。這種劑量并不能提供在測量的過程中考慮特定的ROI的最佳可能性，因為離子化室限制了ROI的功能性。
本發(fā)明的一個目的是提供一種所述類型的方法的改進方法以及實施這種方法的相應的裝置，使得能夠?qū)崿F(xiàn)對輻射源的簡單、經(jīng)濟和有效的控制以使應用對所選擇的ROI最佳的輻射劑量盡可能精確地形成每單幅圖像。
通過所述類型的方法實現(xiàn)本目的，該方法的特征在于，對于該檢測器裝置所采集的連續(xù)圖像的測量序列的每幅圖像，根據(jù)檢測器裝置的所選擇的圖像區(qū)確定圖像校正值，應用所說的圖像校正值和在測量序列中的在先圖像的圖像校正值確定自適應校正值，應用所說的自適應校正值從所測量的劑量和/或劑量率中得出控制輻射源的控制值。
附加的自適應校正值在較高程度上補償了測量劑量或劑量功率的裝置的測量誤差；因此，對所選擇的圖像區(qū)的相關(guān)性能夠?qū)崿F(xiàn)考慮ROI進行校正，因此，將ROI考慮在控制輻射源的控制值中。由于這種自適應方法，所以應用了在測量序列內(nèi)所有的在先圖像的所有圖像校正值。由此通過如下的方式進行補償僅在形成圖像之后確定圖像校正值，因此它僅可用于隨后的圖像，因此在輻射的過程中不可能確定用于輻射源的直接控制的圖像校正值。此外，將自適應校正值與即時測量的劑量或劑量率相結(jié)合來進行補償。
該方法尤其適合于與動態(tài)平板X-射線檢測器結(jié)合使用，在該X-射線檢測器中需要利用所說的專門設(shè)備來確定劑量或劑量率。然而，在原理上本發(fā)明還可以應用到任何其它的檢測器比如靜態(tài)平板X-射線檢測器或基于圖像增強器/TV鏈的成像系統(tǒng)，在這種成像系統(tǒng)中在X-射線曝光的過程中通過光電傳感器采集與輻射強度相關(guān)的信息。
在尤其有利的實施例中，對于首先所采集的每幅圖像，從該檢測器裝置的在所選擇的圖像區(qū)內(nèi)的平均圖像輸出信號與最大圖像輸出信號的比率確定該檢測器裝置的工作點。相對于最大圖像的輸出信號值指示這個ROI的圖像工作點。應用所說的工作點確定圖像校正值。
通過檢測器裝置的所謂的傳遞函數(shù)確定工作點與入射在檢測器的入口表面上的劑量的比率。這個工作點與入射劑量的比率還取決于頻譜，因為該頻譜取決于檢測器系統(tǒng)。因此，在通過所定義的校準輻射頻譜所實施的校準過程中，確定所謂的“公稱工作點”的劑量值。這種校準劑量值是所謂“劑量公稱值”，即，對于這種劑量公稱值，在與校準頻譜相符合的曝光的過程中在檢測器上或在檢測器的ROI內(nèi)自動地獲得公稱工作點。然而，當要檢查的實際的目標或患者出現(xiàn)在X-射線束的路徑中時，可以設(shè)想入射在x-射線檢測器上的X-射線頻譜將偏離所述的特定的校準頻譜，因此，實際入射在檢測器上的劑量將偏離通過圖像中所得出的工作點中所確定的劑量。
優(yōu)選的是，確定用于相關(guān)圖像的工作點首先乘以公稱比例縮放因數(shù)以形成歸一化工作點。通過公稱劑量值和所選擇的劑量值、即通過操作人員所調(diào)節(jié)的劑量值的商形成這種公稱比例縮放因數(shù)。隨后，形成公稱工作點值和歸一化的工作點的商以獲得圖像校正值。因此確保最后的圖像校正值代表在所調(diào)節(jié)的劑量上的工作點和從圖像中所確定的工作點之間的偏差。
因為通過傳遞函數(shù)所確定的檢測器工作點與如上文所描述的入射在檢測器上的劑量成比例，所以圖像必需比例縮放到公稱工作點以進一步處理，即，每次獨立于入射劑量，優(yōu)選考慮圖像校正值比例縮放這些圖像。為此，在乘法裝置中將公稱比例縮放因數(shù)乘以圖像校正值，因此整個圖像總是與公稱工作點成比例，即獨立于所調(diào)節(jié)的或所選擇的劑量值。
以將在先圖像的每次圖像校正值用于圖像的比例縮放的方式執(zhí)行圖像的比例縮放。為此，通過低通濾波器對該圖像校正值進行濾波以平滑例如由患者的心臟跳動或呼吸引起的檢測器工作點的主要波動。僅在相對較高的圖像率的情況下可以應用這種方法，在這種情況下在先圖像代表下一圖像。
然而，優(yōu)選考慮本身的圖像校正值對每幅圖像進行比例縮放。為此，例如首先將圖像存儲在緩沖存儲器中直到檢測器裝置已經(jīng)確定了工作點和相關(guān)圖像的圖像校正值，因此可以應用它進一步比例縮放。
優(yōu)選通過遞歸方法從在先自適應校正值和即時圖像的圖像校正值的相應的乘積中得出下一圖像的自適應校正值。為此，確定自適應校正值的裝置包括校正值緩沖存儲器。自適應校正值每次都存儲在所說的校正值緩沖存儲器中并從中抽取以確定下一校正值。因此，根據(jù)這種遞歸方法所有的在先圖像的圖像校正值被準相乘。這意味著該系統(tǒng)能夠?qū)W習，該校正值每次都包含有在先校正值的整個歷史。
例如，可以將來自合適的在先測量序列的自適應校正值作為遞歸確定自適應校正值的起始值。當然，可替換的是，通過例如以較低的劑量的單個圖像采集也可以產(chǎn)生特定的起始值，或例如簡單地設(shè)定起始值為1。
優(yōu)選的是，應用自適應校正值來校正所測量的劑量或劑量率，隨后例如通過控制輻射強度和/或每幅圖像的曝光時間應用這種經(jīng)校正的劑量或劑量率來確定控制輻射源的控制值。
根據(jù)本發(fā)明的方法在考慮ROI的同時確保了每幅圖像的正確的曝光量。在較高程度上補償了傳感器或測量在檢測器的入口表面上的劑量功率的方法的各種缺陷，例如補償了在離子化室和檢測器之間的特定的偏差、在離子化室面積和ROI之間的偏差以及環(huán)境對離子化室的測量結(jié)果的影響或其它誤差。只要兩幅連續(xù)圖像相同，甚至可以實現(xiàn)100％的校正。因此，在檢查過程中可以盡可能地使劑量最佳化，因此在醫(yī)療領(lǐng)域中還可以使患者的輻射負載最佳化。
從從屬權(quán)利要求中可以清楚本發(fā)明的進一步細節(jié)和優(yōu)點，下文的描述進一步說明了在附圖
中所示的本發(fā)明的實施例。
僅有的附圖表示根據(jù)本發(fā)明實施例該方法的檢測器裝置的方塊圖。
本實施例是動態(tài)平板X-射線檢測器系統(tǒng)。然而，需要再次指出的是在原理上本發(fā)明還可以用于其它的檢測器系統(tǒng)。
檢測器裝置1首先包括檢測器2，在這種情況下是動態(tài)平板X-射線檢測器的傳感器矩陣。檢測器2暴露在X-射線中以形成圖像。隨后，通過預處理單元3進行讀取，在預處理單元3中已經(jīng)校正了檢測器2已知的缺陷。在裝置8中從通過由預處理單元3中所提供的圖像中確定相關(guān)圖像的工作點WPD。
為此，將相應的感興趣區(qū)(ROI)輸入進裝置8中。在ROI中每次確定圖像的工作點WPD。這意味著確定在ROI內(nèi)的平均圖像輸出信號與最大圖像輸出信號的比率。
在乘法器19中首先從圖像的工作點WPD通過將圖像的工作點WPD乘以歸一化比例縮放因數(shù)SKNE得出歸一化的工作點WPNO。歸一化比例縮放因數(shù)SKNE由除法裝置22的輸出信號形成并形成為劑量公稱值DNE和所選擇的劑量值DR的商。通過輸入28將劑量公稱值DNE應用到除法裝置22中。通過輸入29將所選擇的或所調(diào)整的劑量值DR應用到除法裝置22中。
然后將在乘法裝置19的輸出上出現(xiàn)的相關(guān)圖像的歸一化的工作點WPNO應用到除法裝置20中，該除法裝置20形成了通過輸入27應用到除法裝置的公稱工作點WPNE和歸一化的工作點WPNO的商。這個商構(gòu)成了相關(guān)圖像的所需的圖像校正值zn。它基本上對應于相應的調(diào)整的或選擇的劑量DR的工作點和通過裝置8所確定的工作點WPD的商。
然而，需要注意的是，公稱工作點WPNE獨立于在檢測器上所產(chǎn)生的劑量。為此，在包含特別定義的校準X-射線頻譜的校準過程中事先已經(jīng)確定劑量公稱值DNE，因此對于在檢測器上的這種劑量公稱值DNE精確地產(chǎn)生公稱工作點WPNE。
乘法器裝置21由圖像校正值zn和公稱比例縮放因數(shù)SKNE確定用于每幅圖像的比例縮放因數(shù)SKp。在比例縮放裝置5中利用比例縮放因數(shù)SKp來比例縮放圖像到獨立于相關(guān)入射劑量的公稱工作點WPNE。為了實現(xiàn)這種前向耦合，將隨后到預處理單元3中的每幅圖像首先存儲在緩沖存儲器4中以便首先確定并使用相關(guān)圖像的圖像校正值zn以形成所需的比例縮放因數(shù)SKp。
根據(jù)一種變型的方法(未示)，圖像沒有存儲在緩沖存儲器4中，而是應用在先圖像的校正值。然而，更有意義的是，首先將這種校正值應用到在乘法器裝置21之前的低通濾波器以形成比例縮放因數(shù)SKp，由此對例如由在連續(xù)圖像中患者的心臟跳動或呼吸所引起的各種快速波動進行濾波。
在相當?shù)偷膱D像率的情況下所說的兩種方法中的第一種方法具有特殊的優(yōu)點，在該圖像率下連續(xù)圖像的信息可能偏差太大而附加的延遲并不是主要的。
然后通過輸出23將通過比例縮放裝置所輸送的圖像直接應用到進一步的處理單元和/或經(jīng)過在動態(tài)范圍轉(zhuǎn)換器6和隨后的比例縮放適配器7后的輸出24輸出。
將用于相關(guān)圖像的校正值zn應用到裝置14，該裝置14通過遞歸法產(chǎn)生用于下一圖像的自適應校正值yn+1。為此，每次將進入的值zz乘以即時自適應校正值yn。為此將裝置14連接到緩沖存儲器13，這個存儲器每次在兩個圖像之間對即時自適應校正值yn進行緩存。然后應用從裝置14中輸出的用于下一圖像的自適應校正值yn+1來控制發(fā)射輻射的輻射源(未示)以形成圖像。
為了根據(jù)在形成該圖像的過程中已有的入射劑量或劑量率盡可能精確地控制輻射源，可以測量入射在檢測器2上的輻射劑量。為此，將離子化室11直接設(shè)置在檢測器2的前面(從輻射的方向看)。在離子化室11的前面設(shè)置格柵10，該格柵10消除了來自對象所散射的X-射線束的輻射。裝置12控制離子化室11，即將所需的電壓應用到其中，測量劑量率RD且可能已經(jīng)首先實施校正以補償例如取決于在離子化室11和檢測器2之間的頻譜相關(guān)性的偏差或環(huán)境影響。需要注意的是，所應用的電壓值和要檢查的對象、例如相關(guān)的患者的吸收都顯著地影響這種頻譜偏差，因此這種頻譜偏差很可能顯著地不同。
在附圖中所示的實施例具有測量在輻射的過程的劑量率RD的第二種可能。為此，通過裝置9和預處理單元3基于由在檢測器2中的寄生電容所引起的剩余電流確定入射劑量率RD。開關(guān)30能夠從一種檢測方法切換到另一種檢測方法。當然，根據(jù)本發(fā)明的裝置還可以僅包括用于測量劑量率的一種裝置。在這種情況下還可以省去該開關(guān)。
將由此所確定的劑量率RD應用到除法裝置16中。除法裝置16形成由所測量的劑量率RD和裝置14所輸送的自適應校正值yn+t的商。除法裝置16的輸出值構(gòu)成了經(jīng)校正的劑量率RC。因此經(jīng)校正的劑量率RC對應于相關(guān)圖像的已經(jīng)測量的并考慮已經(jīng)使用的在ROI內(nèi)的工作點的所有的在先圖像校正值zn已經(jīng)校正的即時劑量率RD。
然后將經(jīng)校正的劑量率RC首先應用到進一步的除法裝置17中，該除法裝置17形成了校正的劑量率RC和通過輸入31應用到除法裝置17的經(jīng)調(diào)整的劑量率的商。在除法裝置17的輸出中出現(xiàn)了劑量率的所需的校正值XGCR，以通過輸出25將其應用到輻射源中。
可替換的是，將校正的劑量率RC應用到劑量率積分器15中，該積分器15通過對時間積分確定(基于校正的劑量率RC)經(jīng)校正的劑量DC。除法裝置18形成校正的劑量DC和通過輸入32應用到除法裝置18的調(diào)整的劑量的商。然后除法裝置18的輸出輸送劑量的校正值XGCD，其可經(jīng)輸出26應用到輻射源。
通過控制值XGCD的控制，執(zhí)行XGCR以使在控制值XGCD的情況下XGCR大于1，輻射源、即X-射線發(fā)生器減少劑量或劑量率，而在該值小于1的情況下增加該劑量或劑量率。因此執(zhí)行該控制以使在一方面在檢測器上所測量的劑量率RD或從其中所得出的劑量對應于經(jīng)調(diào)整的劑量率或劑量，而在另一方面使自適應校正值yn+1以及在這個值中用乘法表示的單幅圖像的圖像校正值zn每次對應于總計1的值。
然而，當在由裝置8在ROI中所確定的檢測器工作點WPD精確地對應于所選擇的或調(diào)整的劑量DR的工作點時，精確地得出總計1的圖像校正值zn。這是正好在ROI內(nèi)的入射劑量對應于經(jīng)調(diào)整的劑量DR和所比例縮放的圖像具有公稱工作點WPNE時的情況。因此，自適應方法能夠自動地控制輻射源以使入射劑量對應于在所選擇的區(qū)域ROI內(nèi)的經(jīng)調(diào)整或選擇的劑量值DR，而與檢測器的頻譜偏差、大小和配置和劑量率測量裝置11，12的靈敏度無關(guān)。
權(quán)利要求
1.一種操作輻射檢查設(shè)備的方法，這種輻射檢查設(shè)備包括輻射源和用于采集輻射圖像的檢測器裝置(1)，測量入射在該檢測器裝置(1)的檢測器(2)上的成像劑量和/或劑量率(RD)，利用所說的測量的劑量和/或劑量率(RD)確定控制輻射源的控制值(XGCD，XGCR)，其特征在于，對于通過該檢測器裝置(1)所采集的連續(xù)圖像的測量序列的每幅圖像，根據(jù)檢測器裝置(1)的所選擇的圖像區(qū)(ROI)確定圖像校正值(zn)，應用所說的圖像校正值(zn)和在測量序列中的在先圖像的圖像校正值確定自適應校正值(yn+1)，利用所說的自適應校正值(yn+1)從所測量的劑量和/或劑量率(RD)中得出控制輻射源的控制值(XGCD，XGCR)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對于所采集的每幅圖像，從在檢測器裝置(1)的所選擇的圖像區(qū)(ROI)內(nèi)的平均圖像輸出信號與最大圖像輸出信號的比率確定檢測器裝置(1)的工作點(WPD)，并利用所說的工作點(WPD)確定圖像校正值(zn)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，將為相關(guān)圖像確定的工作點(WPD)乘以公稱比例縮放因數(shù)(SKNE)以形成歸一化的工作點(WPNO)，所說的公稱比例縮放因數(shù)是由劑量公稱值(DNE)和所選擇的劑量值(DR)的商形成的，并形成公稱工作點(WPNE)和歸一化工作點(WPNO)的商以形成圖像校正值(zn)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過由公稱比例縮放因數(shù)(SKNE)和圖像校正值(zn)的乘積所形成的圖像比例縮放因數(shù)(SKp)對每個所采集的圖像進行比例縮放。
5.如權(quán)利要求1至4中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，應用遞歸法將下一圖像的自適應校正值(yn+1)形成為在先自適應校正值(yn)和即時圖像的圖像校正值(zn)的乘積。
6.如權(quán)利要求1至5中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，通過自適應校正值(yn)校正所測量的劑量和/或劑量率(RD)，且利用經(jīng)校正的劑量(DC)和/或劑量率(RC)確定控制值(XGCD，XGCR)
7.一種實施在權(quán)利要求1至6中任一權(quán)利要求所述的方法的檢測器裝置(1)，這種檢測器裝置包括測量入射在該檢測器裝置(1)的檢測器(2)上的成像劑量和/或劑量率(RD)的測量裝置(9，11，12，30)，利用所說的測量的劑量和/或劑量率(RD)確定用于控制輻射源的控制值(XGCD，XGCR)的裝置(15，16，17，18)，將控制值(XGCD，XGCR)應用到輻射源的裝置(25，26)，其特征在于，檢測器裝置(1)包括裝置(8，19，20)和裝置(13，14)，對于通過所述檢測器裝置(1)所采集的連續(xù)圖像的測量序列的每幅圖像，所述裝置(8，19，20)根據(jù)檢測器裝置(1)的所選擇的圖像區(qū)(ROI)確定圖像校正值(zn)，所述裝置(13，14)利用所說的圖像校正值(zn)和在測量序列中的在前圖像的圖像校正值確定自適應校正值(yn+1)，以及將用于確定控制輻射源的控制值(XGCD，XGCR)的裝置(15，16，17，18)設(shè)置成應用該自適應校正值(yn)從所測量的劑量和/或劑量率(RD)中確定控制值(XGCD，XGCR)。
8.如權(quán)利要求7所述的檢測器裝置，其特征在于，用于確定圖像校正值(zn)的裝置(8，19，20)包括裝置(8)，該裝置(8)用于從在檢測器裝置(1)的所選擇的圖像區(qū)(ROI)內(nèi)的平均圖像輸出信號與最大圖像輸出信號的比率中確定檢測器裝置(1)的工作點(WPD)。
9.如權(quán)利要求8所述的檢測器裝置，其特征在于，檢測器裝置(1)包括用于產(chǎn)生公稱比例縮放因數(shù)(SKNE)的裝置(22)，所述公稱比例縮放因數(shù)(SKNE)是由劑量公稱值(DNE)和所選擇的劑量值(DR)的商形成的，以及用于確定圖像校正值(zn)的裝置(8，9，20)，該裝置(8，9，20)包括將為相關(guān)圖像確定的工作點(WPD)乘以公稱比例縮放因數(shù)(SKNE)以便形成歸一化的工作點(WPNO)的乘法器裝置(19)和形成公稱工作點(WPNE)和歸一化工作點(WPNO)的商以便形成圖像校正值(zn)的除法裝置(20)。
10.如權(quán)利要求7至9中任一權(quán)利要求所述的檢測器裝置，其特征在于，它包括裝置(4，5)，用于通過形成為公稱比例縮放因數(shù)(SKNE)和圖像校正值(zn)的乘積的圖像比例縮放因數(shù)(SKp)對所采集的相關(guān)圖像進行比例縮放。
11.如權(quán)利要求7至9中任一權(quán)利要求所述的檢測器裝置，其特征在于，用于確定自適應校正值(yn+1)的裝置(13，14)包括校正值緩沖存儲器(13)，且設(shè)置裝置(13，14)以便應用遞歸法將下一圖像的自適應校正值(yn+1)每次形成為在先自適應校正值(yn)和即時圖像的圖像校正值(zn)的乘積。
12.如權(quán)利要求6至9中任一權(quán)利要求所述的檢測器裝置，其特征在于，用于確定控制輻射源的控制值(XGCD，XGCR)的裝置(15，16，17，18)包括裝置(16)，其通過自適應校正值(yn)校正所測量的劑量和/或劑量率(RD)，以便確定控制值(XGCD，XGCR)。
13.一種實施在權(quán)利要求1至6中任一權(quán)利要求中所述的方法的輻射檢查設(shè)備，包括如在權(quán)利要求7至12中任一權(quán)利要求中所述的檢測器裝置(1)和輻射源。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種操作輻射檢查設(shè)備特別是X－射線檢驗設(shè)備的方法，這種輻射檢查設(shè)備包括輻射源和檢測器裝置。本發(fā)明提出了應用控制信號進行“在發(fā)出脈沖過程中”的輻射控制，該控制信號結(jié)合了通過劑量率測量裝置所測量的劑量或劑量率信號和自適應控制值，應用自適應控制算法從在圖像序列的每單幅的在先圖像的所選擇的感興趣的區(qū)域中的平均圖像工作點中獲得該自適應控制值。本發(fā)明還涉及一種檢測器裝置和輻射檢查設(shè)備。
文檔編號H05G1/30GK1422414SQ01801526
公開日2003年6月4日 申請日期2001年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月31日
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