CN1331022C - 用于获取辐射图像的***和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种操作辐射检查设备特别是X-射线检验设备的方法，这种辐射检查设备包括辐射源和检测器装置。本发明提出了应用控制信号进行“在发出脉冲过程中”的辐射控制，该控制信号结合了通过剂量率测量装置所测量的剂量或剂量率信号和自适应控制值，应用自适应控制算法从在图像序列的每单幅的在先图像的所选择的感兴趣的区域中的平均图像工作点中获得该自适应控制值。本发明还涉及一种检测器装置和辐射检查设备。
Description
技术领域
本发明涉及一种操作辐射检查设备(特别是X-射线检验设备)的方法，这种辐射检查设备包括辐射源和用于采集辐射图像的检测器装置，测量入射在该检测器装置的检测器上的成像剂量和/或剂量率，并应用所说的所测量的剂量和/或剂量率确定控制辐射源的控制值。本发明还涉及一种相应的检测器装置以及一种带有辐射源和相应的检测器装置以执行该方法的辐射检查设备。
背景技术
对于这种辐射检查设备的操作，比较理想的是尽可能地精确地得知在辐射的过程中入射在该检测器上的成像剂量和/或剂量率以便能够实现这样控制辐射源：辐射源辐射出对于相关的检查最佳的辐射量。对于医疗辐射检查设备例如X-射线诊断设备来说这是非常重要的。其中要检查的患者应该遭受到最小所需的X-射线剂量。
在本发明说明书中术语“辐射源”和“X-射线源”应该理解为用于进行检查的发射出辐射的整个设备。术语“剂量”和“剂量率”应该理解为入射在要检查的对象例如患者后的检测器上的输入剂量或剂量率。
当使用平板动态X-射线检测器(动态平板X-射线检测器)时在辐射脉冲的过程中入射辐射的测量明显存在问题。除非应用附加的设备以“在线”的方式(即，在X-射线脉冲的过程中)来测量剂量或剂量率，通常仅从在先的图像中得出在成像过程中涉及X-射线入射的信息。
例如，US 5,194,736公开了一种X-射线检查装置，这种X-射线检查装置包括传感器矩阵，在该装置中应用由在相关的矩阵元件的开关晶体管的周围的寄生电容产生的剩余电流来测量辐射剂量。利用以任何方式给出的放大器或通过在反电极中的特殊放大器，通过读出线随意地进行这种测量。控制单元根据由此所执行的辐射测量至少控制辐射持续时间和辐射强度。这种方法的缺点在于，由于成本的原因不能有效地将相应的放大器与每个单独的传感器元件关联起来，所以必需读出完整的检测器矩阵列或预定的特定引线区，因此在这种意义上说测量区是固定的。然而，在相应的检查的过程中这种测量区通常并不能精确地对应于相关的感兴趣区(ROI)。
一般地说，应用术语ROI表示在图像内对相关的检查具有特殊重要性的区域。例如，在对患者的X-射线检查的情况下，这是再现要检查的相关器官的图像区域。
此外，还有一种公知的方法，在这种方法中在检测器本身的前面设置离子化室，应用该离子化室来测量剂量率。这种剂量并不能提供在测量的过程中考虑特定的ROI的最佳可能性，因为离子化室限制了ROI的功能性。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种所述类型的方法的改进方法以及实施这种方法的相应的装置，使得能够实现对辐射源的简单、经济和有效的控制以使应用对所选择的ROI最佳的辐射剂量尽可能精确地形成每单幅图像。
通过所述类型的方法实现本目的，该方法的特征在于，对于该检测器装置所采集的连续图像的测量序列的每幅图像，根据检测器装置的所选择的图像区确定图像校正值，应用所说的图像校正值和在测量序列中的在先图像的图像校正值确定自适应校正值，应用所说的自适应校正值从所测量的剂量和/或剂量率中得出控制辐射源的控制值。
附加的自适应校正值在较高程度上补偿了测量剂量或剂量功率的装置的测量误差；因此，对所选择的图像区的相关性能够实现考虑ROI进行校正，因此，将ROI考虑在控制辐射源的控制值中。由于这种自适应方法，所以应用了在测量序列内所有的在先图像的所有图像校正值。由此通过如下的方式进行补偿：仅在形成图像之后确定图像校正值，因此它仅可用于随后的图像，因此在辐射的过程中不可能确定用于辐射源的直接控制的图像校正值。此外，将自适应校正值与即时测量的剂量或剂量率相结合来进行补偿。
该方法尤其适合于与动态平板X-射线检测器结合使用，在该X-射线检测器中需要利用所说的专门设备来确定剂量或剂量率。然而，在原理上本发明还可以应用到任何其它的检测器比如静态平板X-射线检测器或基于图像增强器/TV链的成像***，在这种成像***中在X-射线曝光的过程中通过光电传感器采集与辐射强度相关的信息。
在尤其有利的实施例中，对于首先所采集的每幅图像，从该检测器装置的在所选择的图像区内的平均图像输出信号与最大图像输出信号的比率确定该检测器装置的工作点。相对于最大图像的输出信号值指示这个ROI的图像工作点。应用所说的工作点确定图像校正值。
通过检测器装置的所谓的传递函数确定工作点与入射在检测器的入口表面上的剂量的比率。这个工作点与入射剂量的比率还取决于频谱，因为该频谱取决于检测器***。因此，在通过所定义的校准辐射频谱所实施的校准过程中，确定所谓的“公称工作点”的剂量值。这种校准剂量值是所谓“剂量公称值”，即，对于这种剂量公称值，在与校准频谱相符合的曝光的过程中在检测器上或在检测器的ROI内自动地获得公称工作点。然而，当要检查的实际的目标或患者出现在X-射线束的路径中时，可以设想入射在x-射线检测器上的X-射线频谱将偏离所述的特定的校准频谱，因此，实际入射在检测器上的剂量将偏离通过图像中所得出的工作点中所确定的剂量。
优选的是，确定用于相关图像的工作点首先乘以公称比例缩放因数以形成归一化工作点。通过公称剂量值和所选择的剂量值、即通过操作人员所调节的剂量值的商形成这种公称比例缩放因数。随后，形成公称工作点值和归一化的工作点的商以获得图像校正值。因此确保最后的图像校正值代表在所调节的剂量上的工作点和从图像中所确定的工作点之间的偏差。
因为通过传递函数所确定的检测器工作点与如上文所描述的入射在检测器上的剂量成比例，所以图像必需比例缩放到公称工作点以进一步处理，即，每次独立于入射剂量，优选考虑图像校正值比例缩放这些图像。为此，在乘法装置中将公称比例缩放因数乘以图像校正值，因此整个图像总是与公称工作点成比例，即独立于所调节的或所选择的剂量值。
以将在先图像的每次图像校正值用于图像的比例缩放的方式执行图像的比例缩放。为此，通过低通滤波器对该图像校正值进行滤波以平滑例如由患者的心脏跳动或呼吸引起的检测器工作点的主要波动。仅在相对较高的图像率的情况下可以应用这种方法，在这种情况下在先图像代表下一图像。
然而，优选考虑本身的图像校正值对每幅图像进行比例缩放。为此，例如首先将图像存储在缓冲存储器中直到检测器装置已经确定了工作点和相关图像的图像校正值，因此可以应用它进一步比例缩放。
优选通过递归方法从在先自适应校正值和即时图像的图像校正值的相应的乘积中得出下一图像的自适应校正值。为此，确定自适应校正值的装置包括校正值缓冲存储器。自适应校正值每次都存储在所说的校正值缓冲存储器中并从中抽取以确定下一校正值。因此，根据这种递归方法所有的在先图像的图像校正值被准相乘。这意味着该***能够学习，该校正值每次都包含有在先校正值的整个历史。
例如，可以将来自合适的在先测量序列的自适应校正值作为递归确定自适应校正值的起始值。当然，可替换的是，通过例如以较低的剂量的单个图像采集也可以产生特定的起始值，或例如简单地设定起始值为1。
优选的是，应用自适应校正值来校正所测量的剂量或剂量率，随后例如通过控制辐射强度和/或每幅图像的曝光时间应用这种经校正的剂量或剂量率来确定控制辐射源的控制值。
根据本发明的方法在考虑ROI的同时确保了每幅图像的正确的曝光量。在较高程度上补偿了传感器或测量在检测器的入口表面上的剂量功率的方法的各种缺陷，例如补偿了在离子化室和检测器之间的特定的偏差、在离子化室面积和ROI之间的偏差以及环境对离子化室的测量结果的影响或其它误差。只要两幅连续图像相同，甚至可以实现100％的校正。因此，在检查过程中可以尽可能地使剂量最佳化，因此在医疗领域中还可以使患者的辐射负载最佳化。
从从属权利要求中可以清楚本发明的进一步细节和优点，下文的描述进一步说明了在附图中所示的本发明的实施例。
附图说明
图1表示根据本发明实施例该方法的检测器装置的方块图。
具体实施方式
本实施例是动态平板X-射线检测器***。然而，需要再次指出的是在原理上本发明还可以用于其它的检测器***。
检测器装置1首先包括检测器2，在这种情况下是动态平板X-射线检测器的传感器矩阵。检测器2暴露在X-射线中以形成图像。随后，通过预处理单元3进行读取，在预处理单元3中已经校正了检测器2已知的缺陷。在装置8中从通过由预处理单元3中所提供的图像中确定相关图像的工作点WPD。
为此，将相应的感兴趣区(ROI)输入进装置8中。在ROI中每次确定图像的工作点WPD。这意味着确定在ROI内的平均图像输出信号与最大图像输出信号的比率。
在乘法器19中首先从图像的工作点WPD通过将图像的工作点WPD乘以归一化比例缩放因数SKNE得出归一化的工作点WPNO。归一化比例缩放因数SKNE由除法装置22的输出信号形成并形成为剂量公称值DNE和所选择的剂量值DR的商。通过输入28将剂量公称值DNE应用到除法装置22中。通过输入29将所选择的或所调整的剂量值DR应用到除法装置22中。
然后将在乘法装置19的输出上出现的相关图像的归一化的工作点WPNO应用到除法装置20中，该除法装置20形成了通过输入27应用到除法装置的公称工作点WPNE和归一化的工作点WPNO的商。这个商构成了相关图像的所需的图像校正值zn。它基本上对应于相应的调整的或选择的剂量DR的工作点和通过装置8所确定的工作点WPD的商。
然而，需要注意的是，公称工作点WPNE独立于在检测器上所产生的剂量。为此，在包含特别定义的校准X-射线频谱的校准过程中事先已经确定剂量公称值DNE，因此对于在检测器上的这种剂量公称值DNE精确地产生公称工作点WPNE。
乘法器装置21由图像校正值zn和公称比例缩放因数SKNE确定用于每幅图像的比例缩放因数SKp。在比例缩放装置5中利用比例缩放因数SKp来比例缩放图像到独立于相关入射剂量的公称工作点WPNE。为了实现这种前向耦合，将随后到预处理单元3中的每幅图像首先存储在缓冲存储器4中以便首先确定并使用相关图像的图像校正值zn以形成所需的比例缩放因数SKp。
根据一种变型的方法(未示)，图像没有存储在缓冲存储器4中，而是应用在先图像的校正值。然而，更有意义的是，首先将这种校正值应用到在乘法器装置21之前的低通滤波器以形成比例缩放因数SKp，由此对例如由在连续图像中患者的心脏跳动或呼吸所引起的各种快速波动进行滤波。
在相当低的图像率的情况下所说的两种方法中的第一种方法具有特殊的优点，在该图像率下连续图像的信息可能偏差太大而附加的延迟并不是主要的。
然后通过输出23将通过比例缩放装置所输送的图像直接应用到进一步的处理单元和/或经过在动态范围转换器6和随后的比例缩放适配器7后的输出24输出。
将用于相关图像的校正值zn应用到装置14，该装置14通过递归法产生用于下一图像的自适应校正值yn+1。为此，每次将进入的值zn乘以即时自适应校正值yn。为此将装置14连接到缓冲存储器13，这个存储器每次在两个图像之间对即时自适应校正值yn进行缓存。然后应用从装置14中输出的用于下一图像的自适应校正值yn+1来控制发射辐射的辐射源(未示)以形成图像。
为了根据在形成该图像的过程中已有的入射剂量或剂量率尽可能精确地控制辐射源，可以测量入射在检测器2上的辐射剂量。为此，将离子化室11直接设置在检测器2的前面(从辐射的方向看)。在离子化室11的前面设置格栅10，该格栅10消除了来自对象所散射的X-射线束的辐射。装置12控制离子化室11，即将所需的电压应用到其中，测量剂量率RD且可能已经首先实施校正以补偿例如取决于在离子化室11和检测器2之间的频谱相关性的偏差或环境影响。需要注意的是，所应用的电压值和要检查的对象、例如相关的患者的吸收都显著地影响这种频谱偏差，因此这种频谱偏差很可能显著地不同。
在附图中所示的实施例具有测量在辐射的过程的剂量率RD的第二种可能。为此，通过装置9和预处理单元3基于由在检测器2中的寄生电容所引起的剩余电流确定入射剂量率RD。开关30能够从一种检测方法切换到另一种检测方法。当然，根据本发明的装置还可以仅包括用于测量剂量率的一种装置。在这种情况下还可以省去该开关。
将由此所确定的剂量率RD应用到除法装置16中。除法装置16形成由所测量的剂量率RD和装置14所输送的自适应校正值yn+1的商。除法装置16的输出值构成了经校正的剂量率Rc。因此经校正的剂量率Rc对应于相关图像的已经测量的并考虑已经使用的在ROI内的工作点的所有的在先图像校正值zn已经校正的即时剂量率RD。
然后将经校正的剂量率Rc首先应用到进一步的除法装置17中，该除法装置17形成了校正的剂量率Rc和通过输入31应用到除法装置17的经调整的剂量率的商。在除法装置17的输出中出现了剂量率的所需的校正值XGCR，以通过输出25将其应用到辐射源中。
可替换的是，将校正的剂量率Rc应用到剂量率积分器15中，该积分器15通过对时间积分确定(基于校正的剂量率Rc)经校正的剂量Dc。除法装置18形成校正的剂量Dc和通过输入32应用到除法装置18的调整的剂量的商。然后除法装置18的输出输送剂量的校正值XGCD，其可经输出26应用到辐射源。
通过控制值XGCD的控制，执行XGCR以使在控制值XGCD的情况下XGCR大于1，辐射源、即X-射线发生器减少剂量或剂量率，而在该值小于1的情况下增加该剂量或剂量率。因此执行该控制以使在一方面在检测器上所测量的剂量率RD或从其中所得出的剂量对应于经调整的剂量率或剂量，而在另一方面使自适应校正值yn+1以及在这个值中用乘法表示的单幅图像的图像校正值zn每次对应于总计1的值。
然而，当在由装置8在ROI中所确定的检测器工作点WPD精确地对应于所选择的或调整的剂量DR的工作点时，精确地得出总计1的图像校正值zn。这是正好在ROI内的入射剂量对应于经调整的剂量DR和所比例缩放的图像具有公称工作点WPNE时的情况。因此，自适应方法能够自动地控制辐射源以使入射剂量对应于在所选择的区域ROI内的经调整或选择的剂量值DR，而与检测器的频谱偏差、大小和配置和剂量率测量装置11，12的灵敏度无关。
Claims (13)
1.一种操作辐射检查设备的方法，这种辐射检查设备包括辐射源和用于采集辐射图像的检测器装置(1)，测量入射在该检测器装置(1)的检测器(2)上的成像剂量和/或剂量率(RD)，利用所说的测量的剂量和/或剂量率(RD)确定控制辐射源的控制值(XGCD，XGCR)，其特征在于，对于通过该检测器装置(1)所采集的连续图像的测量序列的每幅图像，利用检测器装置(1)的工作点(WPD)并根据检测器装置(1)的所选择的图像区(ROI)确定图像校正值(zn)，应用所说的图像校正值(zn)和在测量序列中的在先图像的图像校正值确定自适应校正值(yn+1)，利用所说的自适应校正值(yn+1)从所测量的剂量和/或剂量率(RD)中得出控制辐射源的控制值(XGCD，XGCR)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对于通过所述检测器(1)所采集的每幅图像，检测器装置(1)的所述工作点(WPD)根据检测装置(1)的所选择的图像区(ROI)内的平均图像输出信号与最大图像输出信号的比率确定。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，将为相关图像确定的工作点(WPD)乘以公称比例缩放因数(SKNE)以形成归一化的工作点(WPNO)，所说的公称比例缩放因数是由剂量公称值(DNE)和所选择的剂量值(DR)的商形成的，并形成公称工作点(WPNE)和归一化工作点(WPNO)的商以形成图像校正值(zn)。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过由公称比例缩放因数(SKNE)和图像校正值(zn)的乘积所形成的图像比例缩放因数(SKp)对每个所采集的图像进行比例缩放。
5.如权利要求1至4中任一权利要求所述的方法，其特征在于，应用递归法将下一图像的自适应校正值(yn+1)形成为在先自适应校正值(yn)和即时图像的图像校正值(zn)的乘积。
6.如权利要求1至5中任一权利要求所述的方法，其特征在于，通过自适应校正值(yn)校正所测量的剂量和/或剂量率(RD)，且利用经校正的剂量(DC)和/或剂量率(RC)确定控制值(XGCD，XGCR)。
7.一种检测器装置(1)，这种检测器装置包括测量入射在该检测器装置(1)的检测器(2)上的成像剂量和/或剂量率(RD)的测量装置(9，11，12，30)，利用所说的测量的剂量和/或剂量率(RD)确定用于控制辐射源的控制值(XGCD，XGCR)的装置(15，16，17，18)，将控制值(XGCD，XGCR)应用到辐射源的装置(25，26)，其特征在于，检测器装置(1)包括装置(8，19，20)和装置(13，14)，对于通过所述检测器装置(1)所采集的连续图像的测量序列的每幅图像，所述装置(8，19，20)利用检测器装置(1)的工作点(WPD)并根据检测器装置(1)的所选择的图像区(ROI)确定图像校正值(zn)，所述装置(13，14)利用所说的图像校正值(zn)和在测量序列中的在前图像的图像校正值确定自适应校正值(yn+1)，以及将用于确定控制辐射源的控制值(XGCD，XGCR)的装置(15，16，17，18)设置成应用该自适应校正值(yn+1)从所测量的剂量和/或剂量率(RD)中确定控制值(XGCD，XGCR)。
8.如权利要求7所述的检测器装置，其特征在于，对于通过所述检测器(1)所采集的每幅图像，检测器装置(1)的所述工作点(WPD)由包括在所述装置(8，19，20)中的装置(8)根据检测装置(1)的所选择的图像区(ROI)内的平均图像输出信号与最大图像输出信号的比率确定。
9.如权利要求8所述的检测器装置，其特征在于，检测器装置(1)包括用于产生公称比例缩放因数(SKNE)的装置(22)，所述公称比例缩放因数(SKNE)是由剂量公称值(DNE)和所选择的剂量值(DR)的商形成的，以及用于确定图像校正值(zn)的装置(8，9，20)，该装置(8，9，20)包括将为相关图像确定的工作点(WPD)乘以公称比例缩放因数(SKNE)以便形成归一化的工作点(WPNO)的乘法器装置(19)和形成公称工作点(WPNE)和归一化工作点(WPNO)的商以便形成图像校正值(zn)的除法装置(20)。
10.如权利要求7至9中任一权利要求所述的检测器装置，其特征在于，它包括装置(4，5)，用于通过形成为公称比例缩放因数(SKNE)和图像校正值(zn)的乘积的图像比例缩放因数(SKp)对所采集的相关图像进行比例缩放。
11.如权利要求7至9中任一权利要求所述的检测器装置，其特征在于，用于确定自适应校正值(yn+1)的装置(13，14)包括校正值缓冲存储器(13)，且设置装置(13，14)以便应用递归法将下一图像的自适应校正值(yn+1)每次形成为在先自适应校正值(yn)和即时图像的图像校正值(zn)的乘积。
12.如权利要求6至9中任一权利要求所述的检测器装置，其特征在于，用于确定控制辐射源的控制值(XGCD，XGCR)的装置(15，16，17，18)包括装置(16)，其通过自适应校正值(yn)校正所测量的剂量和/或剂量率(RD)，以便确定控制值(XGCD，XGCR)。
13.一种辐射检查设备，包括如在权利要求7至12中任一权利要求中所述的检测器装置(1)。
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