CN110916693B - 成像方法、装置、探测器及x射线摄像系统 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种成像方法、装置、探测器及X射线摄像系统。所述方法包括：根据被检体设置预曝光时的曝光参数，并根据所述预曝光时的曝光参数控制所述放射源发射X射线；利用所述控制单元采集探测器的第一信号，并根据所述第一信号以及所述预曝光时的曝光参数，确定正式曝光时的曝光参数，其中，所述探测器接收所述X射线；根据所述正式曝光时的曝光参数控制所述放射源发射X射线；利用所述控制单元采集所述探测器的第二信号，并根据所述第二信号进行成像。本申请根据预曝光时接收的信号和曝光参数和确定正式曝光时的曝光参数，提高了成像质量。
Description
技术领域
本说明书涉及医疗设备技术领域，尤其涉及一种成像方法、装置、探测器及X射线摄像系统。
背景技术
数字化X射线摄影(Digital Radiography，DR)系统因其辐射剂量小、影响质量高等优点而被广泛应用。为了获取理想的图像质量，需要为DR系统设置合适的曝光参数。
目前较常使用曝光参数调整方法为AEC(Automatic Exposure Control，自动曝光控制)，其使用电离室反馈信号使得平板探测器的照射剂量恒定来实现稳定的图像质量。AEC方法的使用对摆位和感兴趣区域的选择有较高要求，操作人员需要准确地把待拍摄部位与电离室所在的场进行对准，如果有偏差则因剂量不足而引起图像质量下降；并且AEC方法对系统要求较高，需要电离室装置，不利于移动DR或便携DR的应用。
发明内容
为克服相关技术中存在的问题，本说明书提供了一种成像方法、装置、探测器及X射线摄像系统。
具体地，本申请是通过如下技术方案实现的：
第一方面，提供一种成像方法，应用于X射线摄像系统的工作站，所述系统还包括放射源、探测器，其中，所述探测器配置有控制单元，所述方法包括：根据被检体设置预曝光时的曝光参数，并根据所述预曝光时的曝光参数控制所述放射源发射X射线；利用所述控制单元采集探测器的第一信号，并根据所述第一信号以及所述预曝光时的曝光参数，确定正式曝光时的曝光参数，其中，所述接收所述X射线的；根据所述正式曝光时的曝光参数控制所述放射源发射X射线；利用所述控制单元采集所述探测器的第二信号，并根据所述第二信号进行成像。
可选的，所述探测器包括多个探测区域；所述利用所述控制单元采集探测器的第一信号，包括：在行的方向上和/或列的方向上，间隔设定距离读取所述指定探测区域的第一信号，其中，所述探测器接收所述X射线。
可选的，所述根据所述第一信号以及所述预曝光时的曝光参数，确定正式曝光时的曝光参数，包括：在局部区域对所述第一信号对应的数据进行加权平均，得到抽样数据；利用所述控制单元对所述抽样数据进行暗场校正和增益校正，得到校正后的抽样数据；根据校正后的抽样数据获得经校正预曝光图像；根据所述经校正预曝光图像确定正式曝光时的曝光参数。
可选的，所述曝光参数包括管电压和曝光剂量；所述根据所述经校正预曝光图像确定正式曝光时的曝光参数，包括：根据所述预曝光时的曝光参数和所述经校正预曝光图像，获取所述被检体的感兴趣区域的等效厚度；根据所述等效厚度与所述管电压之间的参数关系，确定与所述等效厚度对应的正式曝光时的管电压；根据所述等效厚度、管电压与单位灰度之间的参数关系，得到正式曝光时的单位灰度；根据正式曝光时的单位灰度和期望灰度，得到正式曝光时的曝光剂量。
可选的，所述根据所述预曝光时的曝光参数和所述经校正预曝光图像，获取所述被检体的等效厚度，包括：根据所述预曝光时的曝光参数、所述经校正预曝光图像，获取所述被检体的厚度分布图；根据所述厚度分布图和当前拍摄部位，确定所述探测器的感兴趣区域；获得所述探测器的感兴趣区域所对应的被检体的感兴趣区域；获得所述被检体的感兴趣区域的等效厚度。
可选的，所述方法还包括：根据曝光剂量与源像距的关系，以及曝光剂量与灰度的关系，对所述经校正预曝光图的灰度值进行归一化处理。
可选的，所述探测器还配置有存储单元，所述方法还包括：生成暗场校正文件和增益校正文件；将所述暗场校正文件和所述增益校正文件发送至所述存储单元；所述利用所述控制单元对所述抽样数据进行暗场校正和增益校正，包括：所述控制单元从所述存储单元中获得所述暗场校正文件和所述增益校正文件，利用所述暗场校正文件和所述增益校正文件对所述抽样数据进行暗场校正和增益校正。
可选的，所述方法还包括：获取所述等效厚度与所述管电压之间的参数关系，并生成第一参数关系文件；获取所述等效厚度、管电压与单位灰度之间的参数关系，并生成第二参数关系文件；将所述第一参数关系文件和所述第二参数关系发送至所述存储单元；所述根据所述等效厚度与所述管电压之间的参数关系，确定与所述等效厚度对应的正式曝光时的管电压，包括：所述控制单元从所述存储单元中读取所述第一参数关系文件，根据所述等效厚度确定正式曝光时的管电压；所述根据所述等效厚度、管电压与单位灰度之间的参数关系，得到正式曝光时的单位灰度，包括：所述控制单元从所述存储单元中读取所述第二参数关系文件，根据所述等效厚度、所述正式曝光时的管电压，确定所述正式曝光时的单位灰度。
可选的，所述利用所述控制单元采集探测器的第一信号，还包括：响应于所采集的探测器行信号异常，则读取相邻行的第一信号；标记所述异常行；所述利用所述控制单元采集所述探测器的第二信号，包括：读取所述探测器中未标记异常的行信号。
第二方面，提供一种成像装置，应用于X射线摄像系统的工作站，所述系统还包括放射源、探测器，其中，所述探测器配置有控制单元，所述装置包括：预曝光单元，用于根据被检体设置预曝光时的曝光参数，并根据所述预曝光时的曝光参数控制所述放射源发射X射线；确定单元，用于利用所述控制单元采集探测器的第一信号，并根据所述第一信号以及所述预曝光时的曝光参数，确定正式曝光时的曝光参数，其中，所述探测器接收所述X射线；正式曝光单元，用于根据所述正式曝光时的曝光参数控制所述放射源发射X射线；成像单元，用于利用所述控制单元采集所述探测器的各个探测区域的第二信号，并根据所述第二信号进行成像。
第三方面，提供一种探测器，应用于X射线摄像系统，所述系统还包括放射源，其中，在预曝光阶段，所述放射源根据预曝光时的曝光参数发射X射线，所述预曝光时的曝光参数是根据被检体设置的；在正式曝光阶段，所述放射源根据正式曝光时的曝光参数发射X射线；所述探测器包括：感光层，用于在预曝光阶段和正式曝光阶段将所述放射源发射的X射线转换为可见光；转换层，用于将所述感光层输出的可见光转换为电信号；控制单元，用于在预曝光阶段采集所述转换层输出的电信号，并根据所述信号以及所述预曝光时的曝光参数确定正式曝光时的曝光参数，以及用于在正式曝光阶段采集所述转换层输出的电信号，并根据所述信号进行成像。
第四方面，提供一种工作站，所述工作站包括存储器、处理器，所述存储器用于存储可在处理器上运行的计算机指令，所述处理器用于在执行所述计算机指令时实现以上所述的成像方法。
第五方面，提供一种X射线摄像系统，所述系统包括放射源、探测器，所述探测器配置有控制单元，以及以上所述的工作站。
本申请根据预曝光时接收的信号以及曝光参数确定正式曝光时的曝光参数，再根据所述正式曝光时的曝光参数控制放射源发射X射线，并根据正时曝光时接收的信号进行成像，提高了成像质量；并且通过探测器的控制单元进行正式曝光参数的计算，提高了成像的速度和效率。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本说明书。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本说明书的实施例，并与说明书一起用于解释本说明书的原理。
图1是本申请至少一个实施例提出的X射线摄像系统的结构示意图；
图2是本申请至少一个实施例提出的一种成像方法的流程图；
图3是本申请至少一个实施例提出的探测器的读取方式示意图；
图4是本申请至少一个实施例提出的探测器的探测区域示意图；
图5是本申请至少一个实施例提出的曝光时序流程图；
图6是本申请至少一个实施例提出的确定正式曝光时的曝光参数方法的流程图；
图7是本申请至少一个实施例提出的根据经校正预曝光图像确定正式曝光时的曝光参数方法的流程图；
图8是本申请至少一个实施例提出的X射线摄像系统构架示意图；
图9是本申请至少一个实施例提出的一种成像装置的示意图；
图10是本申请至少一个实施例提出的一种工作站的结构示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本说明书相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本说明书的一些方面相一致的装置和方法的例子。
图1是本申请至少一个实施例提出的X射线摄像系统的结构示意图。该系统可以包括工作站11、放射源12、探测器13。其中，放射源12可以包括高压发生器121和球管122，探测器13例如可以是一个数字化的平板探测器，探测器13的主体部分包括感光层131和光电转换层132。其中，感光层131可以是闪烁体层或者荧光体层，其用于将X射线光子转换为可见光；光电转换层132可以是光电二极管构成的阵列，或者可以是具有光电二极管作用的非晶硅阵列，用于将可见光转换成电信号。探测器13还包括控制单元133和存储单元134，控制单元133与光电转换层132连接，用于对转换得到的电信号进行处理，存储单元134与控制单元133连接，用于存储处理结果。其中，控制单元133可以是微控制器MCU、数字信号处理器DSP、现场可编程门阵列FPGA等，本领域技术人员应当理解，控制单元133可以是适当类型的处理器，本公开对此不进行限制。
如图1所示，工作站11可以用于生成管电压(kv)、曝光剂量(mAs)、滤过参数(设置在球管前端的滤过材料、厚度等)等曝光参数，并将这些曝光参数发送至高压发生器121，高压发生器121根据所述曝光参数控制球管122发射曝光射线(例如X射线)。曝光射线穿过被检体14后，被探测器13接收。工作站11可以根据探测器13接收到的射线生成被检体14的曝光图像，可以用于对被检体14的医疗诊断。其中，工作站11生成的曝光参数直接影响到后续曝光图像的质量，并且，通过调整曝光参数，例如管电压、曝光剂量等，也可以达到调整曝光图像质量的效果。
该成像方法包括了预曝光和正式曝光两个阶段，预曝光时可以根据经验预先设置一种曝光参数，通过该预设曝光参数对被检体进行曝光，再根据预曝光过程中探测器接收的信号和曝光参数，确定正式曝光参数；之后再通过该正式曝光参数对被检体进行曝光，得到被检体的曝光图像。所确定的正式曝光时的曝光参数相较于预曝光时的曝光参数更加准确，因此正式曝光得到的图像质量得到了提高。
下面结合图1所示的X射线摄像系统对本公开实施例的成像方法进行详细描述。
图2是本申请至少一个实施例提出的一种成像方法的流程图如图2所示，该方法可应用于X摄像系统的工作站，可以包括步骤201～204：
在步骤201中，根据被检体设置预曝光时的曝光参数，并根据所述预曝光时的曝光参数控制所述放射源发射X射线。
预曝光时的曝光参数(预曝光参数)，可以包括管电压、曝光剂量、滤过参数等。在扫描过程中，预曝光参数过小，探测器反馈灰度过低，使得计算精度、成像质量下降；而预曝光参数过大会为患者增加额外的伤害。因此，需要根据拍摄(APR)部位的体厚范围或者通过外部测量的方式获得患者的体厚，根据体厚来确定预曝光参数。也可以根据被检体，依据经验对预曝光参数进行设置。
根据该预曝光参数控制放射源发射X射线，例如可以将这些曝光参数发送至放射源中的高压发生器，所述高压发生器根据所述曝光参数控制球管发射X射线。
在步骤202中，利用控制单元采集探测器的第一信号，并根据所述第一信号以及所述预曝光时的曝光参数，确定正式曝光时的曝光参数，其中，所述探测器接收所述X射线，所述控制单元为探测器所配置的控制单元。
本公开实施例中的成像方法与传统成像方式不同，并非利用工作站采集探测器的信号，而是利用探测器配置的控制单元采集探测器的信号，并利用所述探测器计算正式曝光时的曝光参数(正式曝光参数)。为了与正式曝光阶段探测器的信号进行区分，可以将预曝光阶段采集的探测器的信号称为第一信号。
利用探测器的控制单元，可以直接对探测器的信号进行采集以及计算，省略了将信号传输至工作站的过程，既节省了时间，实现了高效的数据处理，也保证了信号数据的完整性和准确性。
在本公开实施例中，控制单元根据所采集的第一信号，以及预曝光时的曝光参数，确定正式曝光时的曝光参数。确定正式曝光参数的具体方法容后详述。
在步骤203中，根据所述正式曝光时的曝光参数控制所述放射源发射X射线。
根据该正式曝光参数控制放射源发射X射线与预曝光阶段的曝光过程相似，在此不再赘述。
在步骤204中，利用所述控制单元采集所述探测器的第二信号，并根据所述第二信号进行成像。
与预曝光阶段相似，利用探测器所配置的控制单元直接采集探测器的信号，工作站根据所采集的信号进行成像，也即获得了正式曝光图像。在此，为了与预曝光阶段进行区分，将正式曝光阶段所采集的探测器的信号称为第二信号。
在本公开实施例中，根据预曝光时接收的信号以及曝光参数确定正式曝光时的曝光参数，再根据所述正式曝光时的曝光参数控制放射源发射X射线，并根据正时曝光时接收的信号进行成像，提高了成像质量；并且通过探测器的控制单元进行正式曝光参数的计算，提高了成像的速度和效率。
图3是本申请至少一个实施例提出的曝光时序流程图，其显示以软触发模式为例的曝光时序流程，具体包括：
在设置好预曝光时的曝光参数(管电压kv_pre和曝光剂量mAs_pre)后，工作站WS触发准备命令给高压发生器，启动旋转阳极，等待旋转阳极就绪后反馈准备就绪的信号给工作站WS。
工作站WS收到来自高压发生器的准备就绪信号后，发送预曝光请求命令给探测器,探测器在接收到该请求后，执行准备命令，包括清除暗电流、打开预曝光采集窗口。当所述探测器打开曝光窗口后反馈准备就绪信号给工作站WS。
当工作站WS收到来自探测器的准备就绪信号后，触发发射X射线(X ray On)命令，控制高压发生器发出X射线。
在X射线发射过程中，探测器同步累计射线，当射线停止后，探测器执行自动曝光计算过程，根据所采集的信号和预曝光时的曝光参数，计算正式曝光时的曝光参数：管电压kv和曝光剂量mAs，并将kv和mAs值反馈给工作站。
工作站将kv和mAs值给高压发生器，当再次收到来自高压发生器的准备就绪信号后，给探测器发送正式曝光请求信号，同样探测器执行准备命令，包括清暗电流、打开曝光采集窗口，就绪后反馈准备就绪信号给工作站。
工作站再次触发发射X射线(X ray On)命令，控制高压发生器发射X射线。探测器同步累计射线，在曝光窗口结束后探测器读取数据，执行校正过程，通过校正后的读取数据获得曝光图像数据。探测器可以将校正后的读取数据发送给工作站WS，由工作站WS进行成像；或者探测器可以进行成像，并将所生成的曝光图像发送给工作站WS。
为了使得参数调整较为准确，本申请实施例提供的曝光参数调整方法中，包括校正和应用两部分，其中，校正阶段主要是通过采样数据建立曝光参数调整中所需要用到的参数关系模型，比如，该模型可以包括曝光参数与曝光图像的图像灰度之间的关系，该模型可以应用于应用阶段，应用阶段即开始正式对被检体(如，患者)进行曝光扫描。在校正和应用中，都分别包括预曝光和正式曝光。
在校正过程中可以使用模体，通过对模体进行预曝光和正式曝光，分别获取对应的曝光参数、模体厚度、以及图像的灰图参数，并分别建立预曝光和正式曝光条件下的这三种参数之间的关系模型。
还需要说明的是，预曝光时的关系模型和正式曝光时的关系模型，两者之间依靠“等效厚度”进行联系，因为等效厚度是在预曝光和正式曝光两个阶段不变的因素。“等效厚度”即利用特定材料的模体模拟特定组成的人体时的模体厚度，相同的等效厚度的模体和人体能够实现近似的能谱衰减的作用。实际的人体厚度可以转换成对应模体的等效厚度。
以下对预曝光过程和正式曝光过程进一步进行描述。
在预曝光过程中，当探测器接收到预曝光请求时，控制单元对所述探测器进行清空图像处理。清空图像处理指清空暗电流所累积的电荷，减少图像噪声。清空过程与数据读取过程类似，都需要对探测器的面板进行扫描。
根据曝光目标需求，进行清空图像处理的探测区域，可以是整个探测器，也可以是指定探测区域。在一些实施例中，为了加速读取过程，可以仅清空指定探测区域，并读取指定探测区域的第一信号。指定探测区域是所述探测器所包含的多个探测区域中的一个或多个。
图4是本申请至少一个实施例提出的探测器的像素单元示意图。如图4所示，探测器的每个像素单元主要由具有光敏性的光电二极管401以及不能感光的开关二极管402、行驱动线403和列读出线404构成。位于同一行所有像素单元的行驱动线相连，也即同一行的开关二极管402的通断是统一控制的，位于同一列所有像素单元的列读出线相连。在开关二极管402断开的情况下，可见光激发光电二极管401所产生的电流存储在光电二极管自身的电容中，每个像素像素单元存储的电荷量大小与入射的X射线的强弱正成比。在开关二极管402导通时，累积的电荷被读出。应当注意的是，由于同一行所有像素单元的开关二极管402是统一控制的，所以同一行的所有像素单元是同时被读出的。进一步的，根据像素单元所在的列来确定各个像素单元存储的电荷量，也即入射至该像素单元的X射线的大小。
探测器的控制单元可以控制各行开关二极管的通断，从而实现行信号的读取。可以逐行控制二极管开关导通，以实现逐行读取；也可以控制设定行的二极管开关导通，以读取设定行的信号。关于列信号，是根据像素单元的位置来确定的。
在探测器包括多个探测区域的情况下，每个探测区域可以包括设定数目的行和列。如图5所示，探测器包括D*D个探测区域，其中，灰色探测区域表示指定探测区域。本领域技术人员应当理解，D*D仅为示例，探测器也可以包括其他数目的探测区域。
为了加速读取过程，还可以在行的方向上和/或列的方向上，间隔设定距离读取所述探测器的第一信号。例如，可以间隔1～5mm进行读取。针对比如胸片、腰椎等需要大视野的部位，例如可以选定扫描间隔5mm进行读取，而针对手、足以及鼻子等小的部位，例如可以设定扫描间隔为1mm。由于通常进行小的部位投照为了减少患者照射都会使用束光器遮挡检查部位以外的组织，这种情况通常指定扫描区域范围。
由于探测器可能存在坏线，在扫描过程中，响应于所采集的探测器行信号异常，也即该行为坏线，则读取相邻行的行信号，并标记所述异常行，也即记录所述异常行的位置。在正式曝光时，则无需读取坏线的信号，而只读取未标记异常的行信号。
图6是本申请至少一个实施例提出的确定正式曝光时的曝光参数方法的流程图。如图6所示，该方法包括步骤601～604。
在步骤601中，在局部区域对所述第一信号对应的数据进行加权平均，得到抽样数据。
参见图3所示的曝光流程，当预曝光采集窗口结束后，探测器的控制单元读取探测器的第一信号，并在局部区域对述第一信号对应的数据进行加权平均，得到抽样数据。其中，局部区域的大小也即进行抽样的间隔。
例如，对于单行数据，局部区域可以为包括N行和N列的区域，N的具体数值可以通过以上所述的扫描间隔除以像素尺寸得到。可以按照如下公式获得抽样数据：
其中，m、n分别为标识抽样图像的列和行方向坐标，m＝xi/N，n＝y。
对于连续行数据，局部区域可以为包含M行和N列的区域，N的具体数值可以通过以上所述的扫描间隔除以像素尺寸得到，其中，density表示滤线栅密度，resulution表示像素尺寸。可以按照如下公式获得抽样数据：
其中，m、n分别为标识抽样图像的列和行方向坐标，m＝xi/N，n＝yi/N。
在DR应用中会使用低密度滤线栅，当扫描行的分布方向与滤线栅条纹方向一致时，使用但像素可能会存在信号的差异而带来最后控制精度的下降。通过在局部区域进行加权平均，能够克服这一问题。
在步骤602中，利用所述控制单元对所述抽样数据进行暗场校正和增益校正，得到校正后的抽样数据。
在本步骤中，利用控制单元对探测器进行暗正校正和增益校正，以修正探测器各个像素不同的响应特征。
暗场校正可以通过以下公式表示：
IB(x，y)＝I(x，y，T)-B(x，y，T) (3)
其中，IB(x，y)表示暗场校正后的抽样数据，I(x，y，T)表示曝光窗口为T对应的亮场图像，而B(x，y，T)是同样曝光窗口为T的暗场图像，亮场图像为曝光过程中有射线时候读取到的图像，而暗场图像则表示曝光窗口内无射线读取到的图像。
增益校正可以通过以下公式表示：
IC(x，y)＝(I(x，y，T)-B(x，y，T))×G(x，y) (4)
其中，IC(x，y)表示增益校正后的抽样数据，其中S表示目标灰度，可以根据/>所有像素取平均得到，/>表示多次取采集平均的暗场校正后数据。
在一些实施例中，所述方法还包括：工作站离线生成暗场校正文件和增益校正文件；将所述暗场校正文件和所述增益校正文件发送至所述探测器的存储单元；所述控制单元从所述存储单元中获得所述暗场校正文件和所述增益校正文件，利用所述暗场校正文件和所述增益校正文件对所述抽样数据进行暗场校正和增益校正。
所述暗场校正文件可以包括预曝光暗场校正文件和全尺寸暗场校正文件，其中，所述预曝光暗场校正文件是基于抽样数据的校正文件，所述全尺寸暗场校正文件可用于正式曝光时的暗场校正。所述增益校正文件可以包括预曝光增益校正文件和全尺寸增益校正文件，其中，所述预曝光增益校正文件是基于抽样数据的校正文件，所述全尺寸增益校正文件可用于正式曝光时的增益校正。所述暗场校正文件和所述增益校正文件由工作站离线生成，并发送至探测器的存储单元进行存储。存储单元中还存储了预曝光所述探测器的坏点文件。
在步骤603中，根据校正后的抽样数据获得经校正预曝光图像。
在步骤604中，根据所述经校正预曝光图像确定正式曝光时的曝光参数。
图7是本申请至少一个实施例提出的根据经校正预曝光图像确定正式曝光时的曝光参数方法的流程图。如图7所示，所述方法包括步骤701～704。
在步骤701中，根据所述预曝光时的曝光参数和所述经校正预曝光图像，获取所述被检体的感兴趣区域的等效厚度。
在一些实施例中，可以通过以下方法获得所述被检体的等效厚度：
首先，根据所述预曝光时的曝光参数、所述经校正预曝光图像，获取所述被检体的厚度分布图。
在一个示例中，可以将所述预曝时的曝光参数和经校正预曝光图像输入至厚度模型文件中，获得被检体的厚度分布图。所述厚度模型文件中存储的是等效厚度与图像灰度参数之间的关系数据。
在一个示例中，可以通过以下方式生成厚度模型文件：
获得在确定的滤过类型、管电压和曝光剂量下，模体厚度与图像灰度(平均灰度)的关系：
thick＝fthick(log(gray1)) (5)
根据确定的曝光设置(kvpre，filterpre，mAspre)对校正模体进行数据采集，从模体图像中提取到等效厚度和灰度对应组合，如{(thick1，gray1)，(thick2，gray2)，(thick3，gray3)，…，(thickN，grayN)}，通过数据拟合可以得到等效厚度与灰度之间的关系。例如采用多项式进行拟合，如下式所示：
其中，n为整数，例如可以为5。其中gray1、…grayN表示归一化的灰度值，例如可以通过将灰度值减去灰度基准值后再除以曝光剂量进行归一化。
在以某一种曝光参数进行模体曝光时，根据曝光得到的曝光图像，可以确定在曝光参数下对应的所述曝光图像的灰度参数。比如，以管电压kv-1、曝光剂量mAs-1对模体进行预曝光时，可以得到该模体的预曝光图像的图像灰度参数，以管电压kv-2、曝光剂量mAs-2对模体进行正式曝光时，可以得到该模体的正式曝光图像的图像灰度参数。
根据预曝光时的曝光参数和经校正的预曝光图像，可以得到对应的所述经校正的预曝光图像的灰度参数，根据所述厚度模型中存储的等效厚度与灰度之间的关系，则可以得到所述被检体的厚度分布图。
之后，根据所述厚度分布图和当前拍摄部位，确定所述探测器的感兴趣区域。
在一个示例中，可以结合拍摄部位的厚度范围[T1,T2]，排除掉该厚度范围以外的非正常人体组织的高密度或低密度像素。之后，在所述厚度分布图中，结合所述当前拍摄部分，确定探测器的感兴趣区域。
接下来，获得所述探测器的感兴趣区域所对应的被检体的感兴趣区域。
最后，获得所述被检体的感兴趣区域的等效厚度。
在获得了被检体的感兴趣区域的等效厚度后，执行步骤702。
在步骤702中，根据所述等效厚度与所述管电压之间的参数关系，确定与所述等效厚度对应的正式曝光时的管电压。
假设，在预曝光参数为kv-1、mAs-1的情况下，对应模体中等效厚度thick-1的部位，在预曝光后的曝光图像的平均灰度是gray-1，同理，对应模体中等效厚度thick-2的部位，预曝光后的曝光图像的平均灰度是gray-2，以此类推，得到多组等效厚度与灰度的对应样本数据。变换预曝光的曝光参数管电压为kv-2、曝光剂量为mAs-2时，对模体进行曝光，又可以得到对应的曝光图像，此时图像的平均灰度将发生变化。如下表1示例了一种预曝光中采集的样本数据，其中只示例了部分数据：
表1预曝光样本数据采集
由表1可以看到，在预曝光的样本数据中，模体的等效厚度不变，变换曝光参数时，曝光图像的灰度参数将变化；同理，对模体进行正式曝光时，也可以得到类似表1的样本数据，不再列举。即在本步骤中，得到了预曝光时的多组曝光参数、等效厚度和灰度参数的样本，同样也可以得到在正式曝光时的多组参数。这些参数可以在后续步骤用来建立分别建立预曝光和正式曝光下的参数关系。
正式曝光时的曝光参数管电压kv的获取，可以通过如下方法：可以根据经验预先建立等效厚度与管电压kv之间的映射关系查找表，并且还可以根据该映射关系查找表通过插值法，确定任意的等效厚度与正式曝光的管电压kv之间的映射关系。这样在后续应用中得到等效厚度后，可以根据该映射关系得到正式曝光的管电压kv。其中，上述的映射关系查找表可以根据临床试验，或者对人体仿真模体进行试验得到的，根据大量试验计算等效厚度，然后观察图像质量，对于给定的等效厚度，选出图像质量较好的管电压kv即可。
在步骤703中，根据所述等效厚度、管电压与单位灰度之间的参数关系，得到正式曝光时的单位灰度；
在一个示例中，预曝光下可以建立等效厚度与管电压kv、单位灰度之间的参数关系，如下的公式(7)所示：
ugray＝fgray(kv,thick) (7)
其中，ugray为单位灰度。单位灰度可以按照公式(8)计算：
Ugray＝gray/mAs (8)
在正式曝光下也可以得到单位灰度与管电压kv、等效厚度之间的参数关系。
经过上述的校正过程，可以分别建立预曝光的参数关系和正式曝光时的参数关系，并且这两个公式中等效厚度thick是相同的。也即是说，在预曝光时，可以根据预曝光时的曝光参数以及预曝光图像的灰度参数得到被检体(例如，模体)的等效厚度；而在正式曝光时，等效厚度保持不变，可以根据上述计算得到的等效厚度、以及正式曝光时的曝光参数管电压kv，计算得到正式曝光时的曝光图像的单位灰度。
在步骤704中，根据正式曝光时的单位灰度和期望灰度，得到正式曝光时的曝光剂量。
在得到正式曝光时的曝光图像的单位灰度后，结合公式(7)可知，根据该单位灰度以及期望灰度，得到正式曝光时的mAs：
其中，graytarget表示期望灰度(目标灰度)，graybase表示灰度基准值。
等效厚度、管电压之间的关系以及等效厚度、管电压与单位灰度之间的参数关系被存储为剂量模型文件。该剂量模型文件中等效厚度、管电压与单位灰度之间的关系，同样需要从模体图像中提取到厚度和灰度对应组合，然后再改变kv设定，如：
{(kv1,thick1，gray1)，(kv1,thick2，gray2),......，(kv1,thickN,grayN)；
(kv2,thick1，grayN+1)，(kv2,thick2，grayN+2),.....，(kv2,thickN,grayN+N)； (10)
(kvM,thick1，gray(M-1)*N+1)，(kvM,thick1，gray(M-1)*N+2)，......，(kvM,thickN,grayM*N)}
通过公式(11)进行多项式拟合：
在一个示例中，还可以根据等效厚度选择合适的滤过，因此剂量模型则变为：
gray＝fgray(kv，thick，filter)
在一个示例中，可以根据曝光剂量与源像距的关系，以及曝光剂量与灰度的关系，对所述经校正预曝光图的灰度值进行归一化处理。
在一些实施例中，工作站可以离生成厚度模型文件和剂量模型文件，并将所述厚度模型文件和剂量模型文件发送至存储单元。所述控制单元从所述存储单元中获取所述厚度模型文件和剂量模型文件，根据所述厚度模型文件确定被检体感兴趣区域的等效过滤，并根据所述等效厚度和所述剂量模型文件，确定正式曝光时的曝光参数，包括管电压和曝光剂量。
其中，所述剂量模型文件包括第一参数关系文件，即等效厚度与管电压之间的参数关系，以及第二参数关系文件，即等效厚度、管电压与单位灰度之间的参数关系。所述控制单元从所述存储单元中读取所述第一参数关系文件，根据所述等效厚度确定正式曝光时的管电压，从所述存储单元中读取所述第二参数关系文件，根据所述等效厚度、所述正式曝光时的管电压，确定所述正式曝光时的单位灰度。
在一些实施例中，可以将离线的APR参数文件存储在探测器的存储单元中，可以根据等效厚度值，通过查找表即可获得正式曝光时的管电压kv以及滤过。
图8是本申请至少一个实施例提出的X射线摄像系统构架示意图。如图8所示，工作站包括图像校正模块、厚度校正模块和剂量校正模块，其中，所述图像校正模块用于生成图像校正文件，具体包括暗场校正文件、增益校正文件、坏点校正文件，所述厚度校正模块用于生成厚度模型文件，所述剂量校正文件用于生成剂量模型文件。所述探测器配置有存储单元和控制单元，其中，所述存储单元接收来自工作站的图像校正文件、厚度模型文件和剂量模型文件并进行存储，同时，所述存储单元中还存储有离线的APR参数文件。所述控制单元包括数据采集模块、图像校正模块、厚度校正模块、剂量计算模块和ROI分析模块。其中，所述数据采集模块用于采集所述探测器的信号，所述图像校正模块用于进行校场校正、增益校正以及坏点校正，所述厚度计算模块用于计算所述被检体的感兴趣区域的等效厚度，所述剂量计算模块用于计算正式曝光时的曝光参数，包括管电压和曝光剂量，所述ROI分析模块用于确定所述被检体的感兴趣区域。
被检体的感兴趣区域是与探测器的感兴趣区域对应的。确定探测器的感兴趣区域包括手动方式和自动方式。手动方式是指根据曝光协议指定的反馈位置，或者用户根据需要调整的反馈位置。在手动方式下，感兴趣输出是被选中的区域。
对于自动模式，首先检测厚度图中有效的像素数量，如果达不到检测要求则按照协议指定的感兴趣输出，如果满足识别要求，则可以根据拍摄部分的号码(APR D)，进行反馈信号的识别。
在一个示例中，可以根据如下方案确定探测器的感兴趣区域：对有效组织的厚度图进行直方图统计；设置累加器，从直方图最小通道开始扫描，将已扫描过的通道数量更新至累加器，计算累加器值与总数之间的比值。当该比值到达预定义比例因子时停止扫描，该通道对应的厚度，即作为感兴趣区域输出。
上述图2、图6和图7所示流程中的各个步骤，其执行顺序不限制于流程图中的顺序。此外，各个步骤的描述，可以实现为软件、硬件或者其结合的形式，例如，本领域技术人员可以将其实现为软件代码的形式，可以为能够实现所述步骤对应的逻辑功能的计算机可执行指令。当其以软件的方式实现时，所述的可执行指令可以存储在存储器中，并被系统中的处理器执行。
与前述成像方法的实施例相对应，本公开还提供了成像装置、探测器、工作站以及X射线摄像系统的实施例。
参见图9，为本公开至少一个实施例提供的成像装置的结构示意图。该装置应用于X射线摄像系统的工作站，所述系统还包括放射源、探测器，其中，所述探测器配置有控制单元，所述装置包括：预曝光单元901，用于根据被检体设置预曝光时的曝光参数，并根据所述预曝光时的曝光参数控制所述放射源发射X射线；确定单元902，用于利用所述控制单元采集探测器的第一信号，并根据所述第一信号以及所述预曝光时的曝光参数，确定正式曝光时的曝光参数，其中，所述探测器接收所述X射线；正式曝光单元903，用于根据所述正式曝光时的曝光参数控制所述放射源发射X射线；成像单元904，用于利用所述控制单元采集所述探测器的各个探测区域的第二信号，并根据所述第二信号进行成像。
本公开还提出一种探测器，在预曝光阶段，放射源根据预曝光时的曝光参数发射X射线，所述预曝光时的曝光参数是根据被检体设置的；在正式曝光阶段，所述放射源根据正式曝光时的曝光参数发射X射线；所述探测器包括：感光层，用于在预曝光阶段和正式曝光阶段将所述放射源发射的X射线转换为可见光；转换层，用于将所述感光层输出的可见光转换为电信号；控制单元，用于在预曝光阶段采集所述转换层输出的电信号，并根据所述信号以及所述预曝光时的曝光参数确定正式曝光时的曝光参数，以及用于在正式曝光阶段采集所述转换层输出的电信号，并根据所述信号进行成像。
参见图10，为本公开至少一个实施例提供的工作站的结构示意图，所述工作站包括存储器、控制器，存储单元用于存储可在处理器上运行的计算机指令，处理器用于在执行所述计算机指令时实现本公开任一实施例所述的成像方法。
在本申请实施例中，计算机可读存储介质可以是多种形式，比如，在不同的例子中，所述机器可读存储介质可以是：RAM(Radom Access Memory，随机存取存储器)、易失存储器、非易失性存储器、闪存、存储驱动器(如硬盘驱动器)、固态硬盘、任何类型的存储盘(如光盘、dvd等)，或者类似的存储介质，或者它们的组合。特殊的，所述的计算机可读介质还可以是纸张或者其他合适的能够打印程序的介质。使用这些介质，这些程序可以被通过电学的方式获取到(例如，光学扫描)、可以被以合适的方式编译、解释和处理，然后可以被存储到计算机介质中。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。
Claims (12)
1.一种成像方法，其特征在于，应用于X射线摄像系统的工作站，所述系统还包括放射源、探测器，其中，所述探测器配置有控制单元，所述方法包括：
根据被检体设置预曝光时的曝光参数，并根据所述预曝光时的曝光参数控制所述放射源发射X射线；
利用所述控制单元采集探测器的第一信号，并根据所述第一信号以及所述预曝光时的曝光参数，确定正式曝光时的曝光参数，包括：在局部区域对所述第一信号对应的数据进行加权平均，得到抽样数据；利用所述控制单元对所述抽样数据进行暗场校正和增益校正，得到校正后的抽样数据；根据校正后的抽样数据获得经校正预曝光图像；根据所述经校正预曝光图像确定正式曝光时的曝光参数，其中，所述探测器接收所述X射线；
根据所述正式曝光时的曝光参数控制所述放射源发射X射线；
利用所述控制单元采集所述探测器的第二信号，并根据所述第二信号进行成像；
其中，所述局部区域的大小为进行抽样的间隔，所述局部区域通过下列方式确定：
对于单行数据，所述局部区域为N行和N列的区域，所述N通过扫描间隔s除以像素尺寸确定；
对于连续行数据，所述局部区域为包含M行和N列的区域，M＝2×(10/density)/resolution+1，其中，density表示滤线栅密度，resolution表示像素尺寸；
对于单行数据，按照如下公式获得抽样数据：
其中，m、n分别为标识抽样图像的列和行方向坐标，m＝xi/N，n＝y；
对于连续行数据，按照如下公式获得抽样数据：
其中，m、n分别为标识抽样图像的列和行方向坐标，m＝xi/N，n＝yi/N。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述控制单元采集探测器的第一信号，包括：
在行的方向上和/或列的方向上，间隔设定距离读取所述探测器的第一信号。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述曝光参数包括管电压和曝光剂量；
所述根据所述经校正预曝光图像确定正式曝光时的曝光参数，包括：
根据所述预曝光时的曝光参数和所述经校正预曝光图像，获取所述被检体的感兴趣区域的等效厚度；
根据所述等效厚度与所述管电压之间的参数关系，确定与所述等效厚度对应的正式曝光时的管电压；
根据所述等效厚度、管电压与单位灰度之间的参数关系，得到正式曝光时的单位灰度；
根据正式曝光时的单位灰度和期望灰度，得到正式曝光时的曝光剂量。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述预曝光时的曝光参数和所述经校正预曝光图像，获取所述被检体的等效厚度，包括：
根据所述预曝光时的曝光参数、所述经校正预曝光图像，获取所述被检体的厚度分布图；
根据所述厚度分布图和当前拍摄部位，确定所述探测器的感兴趣区域；
获得所述探测器的感兴趣区域所对应的被检体的感兴趣区域；
获得所述被检体的感兴趣区域的等效厚度。
5.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据曝光剂量与源像距的关系，以及曝光剂量与灰度的关系，对所述经校正预曝光图的灰度值进行归一化处理。
6.根据权利要求2至4任一项所述的方法，其特征在于，所述探测器还配置有存储单元，所述方法还包括：
生成暗场校正文件和增益校正文件；
将所述暗场校正文件和所述增益校正文件发送至所述存储单元；
所述利用所述控制单元对所述抽样数据进行暗场校正和增益校正，包括：
所述控制单元从所述存储单元中获得所述暗场校正文件和所述增益校正文件，利用所述暗场校正文件和所述增益校正文件对所述抽样数据进行暗场校正和增益校正。
7.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述探测器还配置有存储单元，所述方法还包括：
获取所述等效厚度与所述管电压之间的参数关系，并生成第一参数关系文件；
获取所述等效厚度、管电压与单位灰度之间的参数关系，并生成第二参数关系文件；
将所述第一参数关系文件和所述第二参数关系发送至所述存储单元；
所述根据所述等效厚度与所述管电压之间的参数关系，确定与所述等效厚度对应的正式曝光时的管电压，包括：
所述控制单元从所述存储单元中读取所述第一参数关系文件，根据所述等效厚度确定正式曝光时的管电压；
所述根据所述等效厚度、管电压与单位灰度之间的参数关系，得到正式曝光时的单位灰度，包括：
所述控制单元从所述存储单元中读取所述第二参数关系文件，根据所述等效厚度、所述正式曝光时的管电压，确定所述正式曝光时的单位灰度。
8.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，所述利用所述控制单元采集探测器的第一信号，还包括：
响应于所采集的探测器行信号异常，则读取相邻行的第一信号；
标记所述异常行；
所述利用所述控制单元采集所述探测器的第二信号，包括：
读取所述探测器中未标记异常的行信号。
9.一种成像装置，其特征在于，应用于X射线摄像系统的工作站，所述系统还包括放射源、探测器，其中，所述探测器配置有控制单元，所述装置包括：
预曝光单元，用于根据被检体设置预曝光时的曝光参数，并根据所述预曝光时的曝光参数控制所述放射源发射X射线；
确定单元，用于利用所述控制单元采集探测器的第一信号，并根据所述第一信号以及所述预曝光时的曝光参数，确定正式曝光时的曝光参数，包括：在局部区域对所述第一信号对应的数据进行加权平均，得到抽样数据；利用所述控制单元对所述抽样数据进行暗场校正和增益校正，得到校正后的抽样数据；根据校正后的抽样数据获得经校正预曝光图像；根据所述经校正预曝光图像确定正式曝光时的曝光参数，其中，所述探测器接收所述X射线；
正式曝光单元，用于根据所述正式曝光时的曝光参数控制所述放射源发射X射线；
成像单元，用于利用所述控制单元采集所述探测器的各个探测区域的第二信号，并根据所述第二信号进行成像；
其中，所述局部区域的大小为进行抽样的间隔，所述局部区域通过下列方式确定：
对于单行数据，所述局部区域为N行和N列的区域，所述N通过扫描间隔s除以像素尺寸确定；
对于连续行数据，所述局部区域为包含M行和N列的区域，M＝2×(10/density)/resolution+1，其中，density表示滤线栅密度，resolution表示像素尺寸；
对于单行数据，按照如下公式获得抽样数据：
其中，m、n分别为标识抽样图像的列和行方向坐标，m＝xi/N，n＝y；
对于连续行数据，按照如下公式获得抽样数据：
其中，m、n分别为标识抽样图像的列和行方向坐标，m＝xi/N，n＝yi/N。
10.一种探测器，其特征在于，应用于X射线摄像系统，所述系统还包括放射源，其中，在预曝光阶段，所述放射源根据预曝光时的曝光参数发射X射线，所述预曝光时的曝光参数是根据被检体设置的；在正式曝光阶段，所述放射源根据正式曝光时的曝光参数发射X射线；
所述探测器包括：
感光层，用于在预曝光阶段和正式曝光阶段将所述放射源发射的X射线转换为可见光；
转换层，用于将所述感光层输出的可见光转换为电信号；
控制单元，用于在预曝光阶段采集所述转换层输出的电信号，并根据所述信号以及所述预曝光时的曝光参数确定正式曝光时的曝光参数，包括：在局部区域对第一信号对应的数据进行加权平均，得到抽样数据；利用所述控制单元对所述抽样数据进行暗场校正和增益校正，得到校正后的抽样数据；根据校正后的抽样数据获得经校正预曝光图像；根据所述经校正预曝光图像确定正式曝光时的曝光参数，以及用于在正式曝光阶段采集所述转换层输出的电信号，并根据所述信号进行成像；
其中，所述局部区域的大小为进行抽样的间隔，所述局部区域通过下列方式确定：
对于单行数据，所述局部区域为N行和N列的区域，所述N通过扫描间隔s除以像素尺寸确定；
对于连续行数据，所述局部区域为包含M行和N列的区域，M＝2×(10/density)/resolution+1，其中，density表示滤线栅密度，resolution表示像素尺寸；
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其中，m、n分别为标识抽样图像的列和行方向坐标，m＝xi/N，n＝yi/N。
11.一种工作站，其特征在于，所述工作站包括存储器、处理器，所述存储器用于存储可在处理器上运行的计算机指令，所述处理器用于在执行所述计算机指令时实现权利要求1至8中任一所述的方法。
12.一种X射线摄像系统，其特征在于，所述系统包括放射源、探测器，所述探测器配置有控制单元，以及如权利要求11所述的工作站。
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| CN110916693A (zh) | 2020-03-27 |
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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