CN105943067B - 一种x射线质量对比评估装置及方法 - Google Patents

一种x射线质量对比评估装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种X射线质量对比评估装置及方法，所述方法包括：创建基准射线质量表；创建对比射线质量表；等效射线质量对比评估。所述装置包括基准射线质量表创建模块、对比射线质量表创建模块、等效射线质量评估模块。本发明能有效评估出射线光谱之间的差异，提升临床曝光剂量的准确性，提升设备使用效率。

Description

一种X射线质量对比评估装置及方法
技术领域
本发明涉及X射线医疗设备领域，具体的说是一种X射线质量对比评估装置及方法。
背景技术
随着医疗设备领域技术的不断发展，数字X线摄影设备(DR)以其低剂量、高图像质量、高使用效率等优势已经逐步取代传统的CR设备，成为医院主流的X线摄影设备。
在DR设备的使用过程中不同的X线球管、高压之间存在着一定的差异，而又没有特别有效的方法来评估这些差异的大小，因而经常出现同一品牌的设备之间存在图像质量的差异。目前针对这样的问题都是由服务工程师在现场通过调整曝光剂量来摸索出一套与该设备匹配的曝光参数，来达到图像质量的最优化。
同时，现在很多基层医院为了节约成本，充分利用现有资源，采用将老CR升级为DR的方式来实现设备的升级。在这种情况下，设备中的球管、高压来自哪一个厂家是不能确定的，并且这些都是用过较长一段时间之后的设备，其状态也是难以评估的，因此在进行设备升级时就需要进行大量曝光摸索才能找到一套合适的曝光参数。
采用目前的方式不仅设备的调试效率低下，更严重的是增加了设备初装期患者承受额外曝光剂量的风险。
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种X射线质量对比评估装置及方法，通过与基准射线质量进行比较得到当前使用环境下射线质量与基准射线质量之间的关系，有效的指导现有设备曝光参数的制定。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种X射线质量对比评估装置，包括：
基准射线质量表创建模块：用于创建在基准部件及使用场景下的基准射线质量表；
对比射线质量表创建模块：用于创建在对比部件及使用场景下的对比射线质量表；
等效射线质量对比评估模块：用于根据基准射线质量表和对比射线质量表生成与基准部件和使用场景对应的对比结果。
所述基准射线质量表创建模块包括：
基准部件选取单元：用于选取基准部件；
使用场景设置单元：用于设置基准部件的使用场景；
基准射线质量数据采集单元：用于采集创建基准射线质量表所需要的数据；
基本射线质量表创建单元：用于创建基准射线质量表。
所述对比射线质量表创建模块包括：
场景设置单元：用于设置与基准射线质量表创建模块相同的使用场景；
对比射线质量数据采集单元：用于采集创建对比射线质量表需要的数据；
对比射线质量表创建单元：用于创建对比射线质量表。
所述基准部件包括X线球管、高压发生器、限束器、平板探测器、滤过片、机械***。
所述使用场景包括X线球管与平板探测器之间的距离和位置关系、限束器开口范围、环境温湿度。
所述等效射线质量对比评估模块包括：
综合差异计算单元：用于计算对比射线质量表中每一个kV对应的数据与基准射线质量表中所有kV对应数据之间的综合差异；
差异极值计算单元：用于计算所述综合差异的极值点，即理论匹配点；
等效转换单元：用于根据所述极值点位置计算等效的kV值；
kV转换关系创建单元：用于创建对比kV值和基准kV值之间的线性关系；
滤过厚度转换关系创建单元：用于创建对比kV值同滤过厚度之间的线性关系；
对比评估单元：用于对需要进行对比的球管和基准球管的射线质量进行评估。
一种X射线质量对比评估方法，包括以下步骤：
A.创建基准射线质量表；
B.创建对比射线质量表；
C.等效射线质量对比评估。
所述步骤A包括以下步骤：
A1.选取基准部件；
A2.设置基准部件的使用场景；
A3.采集基准射线质量对应的数据；
A4.根据采集到的数据创建基准射线质量表。
所述步骤A3包括以下步骤：
A31.创建不同kV和不同厚度滤过片组合后平板有效线性范围对应的曝光剂量映射表；
A32.根据A31中的曝光剂量映射表，获取每一个kV和滤过片组合下的最小和最大曝光剂量，并在其间选取一系列曝光点，进行数据采集；
A33.将A32中选取的每个曝光点都进行多次采集，取均值作为该曝光点的数据。
所述步骤A4包括以下步骤：
A41.将每一个kV和滤过片厚度组合下的一组曝光点数据进行线性拟合，得到其斜率系数；
A42.将斜率系数根据kV和滤过片厚度组织成基准射线质量表。
所述步骤B包括以下步骤：
B1.设置与基准射线质量采集一致的使用场景；
B2.采集对比射线质量对应的数据；
B3.创建对比射线质量表。
所述步骤B1具体为：将X线球管到平板探测器的距离，限束器遮挡范围，环境的温湿度调整到同基准数据采集时一致的状态；如果X线球管到平板探测器的距离无法调整至基准数据采集时的距离，使用平方反比定律对采集到的数据进行折算。
所述步骤B2具体为：在步骤A创建的曝光剂量映射表中选择部分kV和滤过片厚度组合中对应的部分曝光点进行数据采集，每个曝光点都进行多次重复的数据采集，取均值作为该曝光点的数据。
所述步骤B3包括以下步骤：
B31.将每一个kV和滤过片厚度组合下的一组曝光点数据进行线性拟合，得到其斜率系数；
B32.将斜率系数根据kV和滤过片厚度组织成对比射线质量表。
所述步骤C包括以下步骤：
C1.将对比射线质量表中同一kV下不同滤过厚度的数据，在基准射线质量表中按滤过厚度间隔差异一致的模式分别沿滤过厚度方向和kV方向进行综合差异计算；
C2.根据计算得到的二维差异点，拟合出极值点对应的位置；
C3.将C2中的极值点位置转换为等效基准kV和滤过厚度值，并计算对比射线质量表中所有kV对应的等效基准kV和滤过厚度值；
C4.创建对比kV值和基准kV值之间的线性关系；
C5.创建对比kV值同滤过厚度之间的线性关系；
C6.利用C4和C5中的线性关系进行对比射线和基准射线质量的对比评估。
本发明具有以下优点及有益效果：
本发明能够通过基准X射线质量表对比评估出临床使用环境下X射线质量，进而指导服务工程师及设备的操作技师制定有效的曝光剂量，提升设备的调试效率，降低患者承受额外曝光剂量风险的同时，保证更优的图像质量。
附图说明
图1为本发明的方法流程图；
图2为基准射线质量表创建流程图；
图3为对比射线质量表创建流程图
图4为射线质量对比评估流程图；
图5为本发明装置框图；
图6为空气和20mm滤过片厚度下不同kV值对应的射线质量表征曲线图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
本发明所述的X射线质量对比评估方法主要分成射线质量表创建和对比评估两部分，方法流程如图1所示：
A、创建基准射线质量表；
B、创建对比射线质量表；
C、等效射线质量对比评估。
创建基准射线质量表的流程如图2所示：
步骤201.选取基准部件，选择能够得到优异临床图像质量的X线球管和高压发生器，以及限束器、平板探测器和固定这些部件的机械***。选择不同厚度的纯铝片作为滤过片，此处选择最薄1mm，然后依次增加1mm厚度，最厚达30mm的30片纯铝片。
步骤202.设置使用场景，设置数据采集时的球管焦点到平板探测器的距离，此处设置为1.1m。球管中心射束垂直于平板探测器，限束器开口至射线刚好覆盖平板探测器有效范围，环境温湿度控制在设备正常运行需要的温湿度范围内。
步骤203.创建曝光剂量映射表，映射表的形式如表1所示。
表1曝光剂量映射表
kV1 滤过1 mAs11_1 mAs11_2 …… mAs11_T
…… …… …… …… …… ……
kV1 滤过N mAs1N_1 mAs1N_2 …… mAs1N_T
kV2 滤过1 mAs21_1 mAs21_2 …… mAs21_T
…… …… …… …… …… ……
kV2 滤过N mAs2N_1 mAs2N_2 …… mAs2N_T
…… …… …… …… …… ……
kVM 滤过1 mAsM1_1 mAsM1_2 …… mAsM1_T
…… …… …… …… …… ……
kVM 滤过N mAsMN_1 mAsMN_2 …… mAsMN_T
创建射线质量表需要采集不同kV下的数据，此处选择采用最低40kV，间隔10kV，最高120kV的一系列曝光kV值。每一个曝光kV值都需要组合空气及全部的滤过片厚度。
步骤204.选取将要采集的曝光点，在曝光剂量映射表中每一个kV和滤过片厚度组合下获取对应的最小曝光剂量值和最大曝光剂量值，然后在最小和最大值形成的区间内进行10等分来选取将要进行数据采集的曝光剂量点。
步骤205.采集当前曝光点对应的数据，在曝光剂量映射表中按照kV优先或是滤过厚度优先的选择进行曝光剂量点选取，然后按照对应的条件进行曝光采集。
步骤206.判断当前曝光点数据采集是否结束，为了增加采集数据的稳定性，每一个曝光点的数据都进行3次曝光采集，当3次全部采集结束后才认为是完成了该曝光点的数据采集。
步骤207.计算当前曝光点的数据值：
其中，val即为当前曝光点的数据值，i、j表示采集到的数据对应的行列下标，R、C表示采集到的数据的行数和列数，pk表示第k次采集的数据值。
步骤208.判断是否所有kV和滤过片组合的曝光点都已经完成了数据采集。
步骤209.选择下一曝光点，如果还存在尚未采集的kV和滤过片组合，按照之前定义的曝光点优先选择顺序选取下一个需要采集的曝光点序列。
步骤210.计算斜率系数，取一组kV和滤过片组合下的系列曝光点数据值vali按照公式y＝k*x+b进行线性拟合。其中x的取值为曝光点对应的mAs实际值，y的取值为vali。拟合后得到该组kV和滤过片对应的斜率系数k。
步骤211.创建基准射线质量表，射线质量表的形式如表2所示。
表2射线质量表
滤过1 滤过2 …… …… 滤过N
kV1 K11 K12 …… …… K1N
kV2 K21 K22 …… …… K2N
…… …… …… …… …… ……
……. …… …… …… …… ……
kVM KM1 KM2 …… …… KMN
每一个kV和滤过片厚度对应的射线质量通过斜率系数k进行表示。经步骤210得到的所有组合下的k填充到射线质量表中即得到基准射线质量表。
图6为空气和20mm滤过片厚度下不同kV值对应的射线质量表征曲线。
创建对比射线质量表的流程如图3所示：
步骤301.设置使用场景，将X线球管到平板探测器的距离，限束器遮挡范围，环境的温湿度调整到同基准数据采集时相同的状态。如果球管到平板探测器的距离无法调整至基准数据采集时的距离时使用如下公式进行折算：
其中，val是有效的数据值，SIDbase为基准数据采集时X线球管焦点到平板的距离，SIDcur为对比数据采集时X线球管焦点到平板探测器的距离，val'为在SIDcur下采集得到的数据值。
步骤302.选取将要采集的曝光点，从曝光剂量映射表中选取有代表性的kV和滤过片组合，然后进行数据采集。
步骤303.采集当前曝光点对应的数据，在曝光剂量映射表中按照kV优先或是滤过厚度优先的选择进行曝光剂量点选取，然后按照对应的条件进行曝光采集。
步骤304.判断当前曝光点数据采集是否结束，为了增加采集数据的稳定性，每一个曝光点的数据都进行3次曝光采集，当3次全部采集结束后才认为是完成了该曝光点的数据采集。
步骤305.计算当前曝光点的数据值：
其中，val即为当前曝光点的数据值，i、j表示采集到的数据对应的行列下标，R、C表示采集到的数据的行数和列数，pk表示第k次采集的数据值。
步骤306.判断是否所有kV和滤过片组合的曝光点都已经完成了数据采集。
步骤307.选择下一曝光点，如果还存在尚未采集的kV和滤过片组合，按照之前定义的曝光点优先选择顺序选取下一个需要采集的曝光点序列。
步骤308.计算斜率系数，取一组kV和滤过片组合下的系列曝光点数据值vali按照公式y＝k*x+b进行线性拟合。其中x的取值为曝光点对应的mAs实际值，y的取值为vali。拟合后得到该组kV和滤过片对应的斜率系数k。
步骤309.创建对比射线质量表，射线质量表的形式如表2所示，每一个kV和滤过片厚度对应的射线质量通过斜率系数k进行表示。经步骤308得到的所有组合下的k填充到射线质量表中即得到对比射线质量表。
等效射线质量对比评估的流程如图4所示：
步骤401.计算综合差异，取对比射线质量表中同一kV不同滤过片厚度对应的值，同基准射线质量表中各个kV下具有相应滤过片厚度差异的值进行比较，取其差值的绝对值的均值，公式如下
其中，Dev(r,c)为综合差异，r和c分别对应综合偏差表中的行和列序号，如图4所示，r对应不同的kV，c对应不同的滤过片厚度，[i1,...,in]表示对比滤过片厚度集合，val[i1,...,in]表示当前kV下与对比滤过片厚度集合[i1,...,in]对应的射线质量表中的值，n表示对比滤过片的数目。
步骤402.确定极值点位置，步骤401中的结果会随着kV和滤过片厚度的匹配程度的接近而逐渐缩小，整体分布呈现凹曲面形态，通过拟合可以得到曲面的最低点，此最低点即为极值点。
步骤403.计算等效kV和滤过厚度值，通过步骤402得到极值点对应的kV值，即为等效kV。得到的与基准滤过厚度表中对应的系列滤过片厚度值与对比滤过片厚度值之间的差值，即为等效滤过厚度值。
步骤404.建立kV线性转换关系，通过步骤401到步骤403得到所有对比kV的等效kV和滤过厚度值，以对比kV值为X，等效kV值为Y，进行线性拟合，建立对比kV值到等效kV值的线性转换关系。对比kV值与基准kV值是根据临床常用kV值进行设定的。
步骤405.建立滤过厚度的线性转换关系，以对比kV值为X，等效滤过厚度为Y，进行线性拟合，建立对比kV值到等效滤过厚度的线性对应关系。
步骤406.对比评估，利用步骤404和步骤405建立的转换关系，得到对比环境下X线球管kV和滤过与标准环境下X线球管kV之间的对比关系，进而可以以标准环境下X射线质量为标准对对比环境下的X射线质量进行评估。
如图5所示，本发明装置实施例中各模块及单元的工作方式与方法实施例中方法操作步骤对应，这里不再赘述。
本发明实施例中所述的模块和单元可以是或者也可以不是物理分开的，可以根据实际的需要选择其中的部分或全部模块来达到本实施例方案的目的。按照本发明的上述步骤，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

Claims (12)

1.一种X射线质量对比评估装置，其特征在于，包括：
基准射线质量表创建模块：用于创建在基准部件及使用场景下的基准射线质量表；
对比射线质量表创建模块：用于创建在对比部件及使用场景下的对比射线质量表；
等效射线质量对比评估模块：用于根据基准射线质量表和对比射线质量表生成与基准部件和使用场景对应的对比结果；
所述等效射线质量对比评估模块包括：
综合差异计算单元：用于计算对比射线质量表中每一个kV对应的数据与基准射线质量表中所有kV对应数据之间的综合差异；
差异极值计算单元：用于计算所述综合差异的极值点，即理论匹配点；
等效转换单元：用于根据所述极值点位置计算等效的kV值；
kV转换关系创建单元：用于创建对比kV值和基准kV值之间的线性关系；
滤过厚度转换关系创建单元：用于创建对比kV值同滤过厚度之间的线性关系；
对比评估单元：用于对需要进行对比的球管和基准球管的射线质量进行评估。
2.根据权利要求1所述的一种X射线质量对比评估装置，其特征在于，所述基准射线质量表创建模块包括：
基准部件选取单元：用于选取基准部件；
使用场景设置单元：用于设置基准部件的使用场景；
基准射线质量数据采集单元：用于采集创建基准射线质量表所需要的数据；
基本射线质量表创建单元：用于创建基准射线质量表。
3.根据权利要求1所述的一种X射线质量对比评估装置，其特征在于，所述对比射线质量表创建模块包括：
场景设置单元：用于设置与基准射线质量表创建模块相同的使用场景；
对比射线质量数据采集单元：用于采集创建对比射线质量表需要的数据；
对比射线质量表创建单元：用于创建对比射线质量表。
4.根据权利要求1所述的一种X射线质量对比评估装置，其特征在于，所述基准部件包括X线球管、高压发生器、限束器、平板探测器、滤过片、机械***。
5.根据权利要求1所述的一种X射线质量对比评估装置，其特征在于，所述使用场景包括X线球管与平板探测器之间的距离和位置关系、限束器开口范围、环境温湿度。
6.一种X射线质量对比评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
A.创建基准射线质量表；
B.创建对比射线质量表；
C.等效射线质量对比评估；
所述步骤A包括以下步骤：
A1.选取基准部件；
A2.设置基准部件的使用场景；
A3.采集基准射线质量对应的数据；
A4.根据采集到的数据创建基准射线质量表；
所述步骤A3包括以下步骤：
A31.创建不同kV和不同厚度滤过片组合后平板有效线性范围对应的曝光剂量映射表；
A32.根据A31中的曝光剂量映射表，获取每一个kV和滤过片组合下的最小和最大曝光剂量，并在其间选取一系列曝光点，进行数据采集；
A33.将A32中选取的每个曝光点都进行多次采集，取均值作为该曝光点的数据。
7.根据权利要求6所述的一种X射线质量对比评估方法，其特征在于，所述步骤A4包括以下步骤：
A41.将每一个kV和滤过片厚度组合下的一组曝光点数据进行线性拟合，得到其斜率系数；
A42.将斜率系数根据kV和滤过片厚度组织成基准射线质量表。
8.根据权利要求6所述的一种X射线质量对比评估方法，其特征在于，所述步骤B包括以下步骤：
B1.设置与基准射线质量采集一致的使用场景；
B2.采集对比射线质量对应的数据；
B3.创建对比射线质量表。
9.根据权利要求8所述的一种X射线质量对比评估方法，其特征在于，所述步骤B1具体为：将X线球管到平板探测器的距离，限束器遮挡范围，环境的温湿度调整到同基准数据采集时一致的状态；如果X线球管到平板探测器的距离无法调整至基准数据采集时的距离，使用平方反比定律对采集到的数据进行折算。
10.根据权利要求8所述的一种X射线质量对比评估方法，其特征在于，所述步骤B2具体为：在步骤A创建的曝光剂量映射表中选择部分kV和滤过片厚度组合中对应的部分曝光点进行数据采集，每个曝光点都进行多次重复的数据采集，取均值作为该曝光点的数据。
11.根据权利要求8所述的一种X射线质量对比评估方法，其特征在于，所述步骤B3包括以下步骤：
B31.将每一个kV和滤过片厚度组合下的一组曝光点数据进行线性拟合，得到其斜率系数；
B32.将斜率系数根据kV和滤过片厚度组织成对比射线质量表。
12.根据权利要求6所述的一种X射线质量对比评估方法，其特征在于，所述步骤C包括以下步骤：
C1.将对比射线质量表中同一kV下不同滤过厚度的数据，在基准射线质量表中按滤过厚度间隔差异一致的模式分别沿滤过厚度方向和kV方向进行综合差异计算；
C2.根据计算得到的二维差异点，拟合出极值点对应的位置；
C3.将C2中的极值点位置转换为等效基准kV和滤过厚度值，并计算对比射线质量表中所有kV对应的等效基准kV和滤过厚度值；
C4.创建对比kV值和基准kV值之间的线性关系；
C5.创建对比kV值同滤过厚度之间的线性关系；
C6.利用C4和C5中的线性关系进行对比射线和基准射线质量的对比评估。
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