一種x射線質量對比評估裝置及方法
【專利摘要】本發明公開了一種X射線質量對比評估裝置及方法，所述方法包括：創建基準射線質量表；創建對比射線質量表；等效射線質量對比評估。所述裝置包括基準射線質量表創建模塊、對比射線質量表創建模塊、等效射線質量評估模塊。本發明能有效評估出射線光譜之間的差異，提升臨床曝光劑量的準確性，提升設備使用效率。
【專利說明】
一種X射線質量對比評估裝置及方法
技術領域
[0001] 本發明涉及X射線醫療設備領域，具體的說是一種X射線質量對比評估裝置及方 法。
【背景技術】
[0002] 隨著醫療設備領域技術的不斷發展，數字X線攝影設備(DR)以其低劑量、高圖像質 量、高使用效率等優勢已經逐步取代傳統的CR設備，成為醫院主流的X線攝影設備。
[0003] 在DR設備的使用過程中不同的X線球管、高壓之間存在著一定的差異，而又沒有特 別有效的方法來評估這些差異的大小，因而經常出現同一品牌的設備之間存在圖像質量的 差異。目前針對這樣的問題都是由服務工程師在現場通過調整曝光劑量來摸索出一套與該 設備匹配的曝光參數，來達到圖像質量的最優化。
[0004] 同時，現在很多基層醫院為了節約成本，充分利用現有資源，采用將老CR升級為DR 的方式來實現設備的升級。在這種情況下，設備中的球管、高壓來自哪一個廠家是不能確定 的，并且這些都是用過較長一段時間之后的設備，其狀態也是難以評估的，因此在進行設備 升級時就需要進行大量曝光摸索才能找到一套合適的曝光參數。
[0005] 采用目前的方式不僅設備的調試效率低下，更嚴重的是增加了設備初裝期患者承 受額外曝光劑量的風險。
【發明內容】
[0006] 針對現有技術中存在的上述不足之處，本發明要解決的技術問題是提供一種X射 線質量對比評估裝置及方法，通過與基準射線質量進行比較得到當前使用環境下射線質量 與基準射線質量之間的關系，有效的指導現有設備曝光參數的制定。
[0007] 本發明為實現上述目的所采用的技術方案是：一種X射線質量對比評估裝置，包 括：
[0008] 基準射線質量表創建模塊：用于創建在基準部件及使用場景下的基準射線質量 表；
[0009] 對比射線質量表創建模塊：用于創建在對比部件及使用場景下的對比射線質量 表；
[0010] 等效射線質量對比評估模塊:用于根據基準射線質量表和對比射線質量表生成與 基準部件和使用場景對應的對比結果。
[0011] 所述基準射線質量表創建模塊包括：
[0012] 基準部件選取單元:用于選取基準部件；
[0013] 使用場景設置單元:用于設置基準部件的使用場景；
[0014]基準射線質量數據采集單元:用于采集創建基準射線質量表所需要的數據；
[0015] 基本射線質量表創建單元:用于創建基準射線質量表。
[0016] 所述對比射線質量表創建模塊包括：
[0017] 場景設置單元:用于設置與基準射線質量表創建模塊相同的使用場景；
[0018] 對比射線質量數據采集單元:用于采集創建對比射線質量表需要的數據；
[0019] 對比射線質量表創建單元:用于創建對比射線質量表。
[0020] 所述基準部件包括X線球管、高壓發生器、限束器、平板探測器、濾過片、機械系統。
[0021] 所述使用場景包括X線球管與平板探測器之間的距離和位置關系、限束器開口范 圍、環境溫濕度。
[0022] 所述等效射線質量對比評估模塊包括：
[0023] 綜合差異計算單元:用于計算對比射線質量表中每一個kV對應的數據與基準射線 質量表中所有kV對應數據之間的綜合差異；
[0024]差異極值計算單元:用于計算所述綜合差異的極值點，即理論匹配點；
[0025] 等效轉換單元:用于根據所述極值點位置計算等效的kV值；
[0026] kV轉換關系創建單元:用于創建對比kV值和基準kV值之間的線性關系；
[0027] 濾過厚度轉換關系創建單元:用于創建對比kV值同濾過厚度之間的線性關系；
[0028] 對比評估單元:用于對需要進行對比的球管和基準球管的射線質量進行評估。
[0029] 一種X射線質量對比評估方法，包括以下步驟：
[0030] A.創建基準射線質量表；
[0031] B.創建對比射線質量表；
[0032] C.等效射線質量對比評估。
[0033] 所述步驟A包括以下步驟：
[0034] Al.選取基準部件；
[0035] A2.設置基準部件的使用場景；
[0036] A3.采集基準射線質量對應的數據；
[0037] A4.根據采集到的數據創建基準射線質量表。
[0038] 所述步驟A3包括以下步驟：
[0039] A31.創建不同kV和不同厚度濾過片組合后平板有效線性范圍對應的曝光劑量映 射表；
[0040] A32.根據A31中的曝光劑量映射表，獲取每一個kV和濾過片組合下的最小和最大 曝光劑量，并在其間選取一系列曝光點，進行數據采集；
[0041] A33.將A32中選取的每個曝光點都進行多次采集，取均值作為該曝光點的數據。 [0042] 所述步驟A4包括以下步驟：
[0043] A41.將每一個kV和濾過片厚度組合下的一組曝光點數據進行線性擬合，得到其斜 率系數；
[0044] A42.將斜率系數根據kV和濾過片厚度組織成基準射線質量表。
[0045] 所述步驟B包括以下步驟：
[0046] Bl.設置與基準射線質量采集一致的使用場景；
[0047] B2.采集對比射線質量對應的數據；
[0048] B3.創建對比射線質量表。
[0049]所述步驟Bl具體為：將X線球管到平板探測器的距離，限束器遮擋范圍，環境的溫 濕度調整到同基準數據采集時一致的狀態;如果X線球管到平板探測器的距離無法調整至 基準數據采集時的距離，使用平方反比定律對采集到的數據進行折算。
[0050]所述步驟B2具體為:在步驟A創建的曝光劑量映射表中選擇部分kV和濾過片厚度 組合中對應的部分曝光點進行數據采集，每個曝光點都進行多次重復的數據采集，取均值 作為該曝光點的數據。
[00511 所述步驟B3包括以下步驟：
[0052] B31.將每一個kV和濾過片厚度組合下的一組曝光點數據進行線性擬合，得到其斜 率系數；
[0053] B32.將斜率系數根據kV和濾過片厚度組織成對比射線質量表。
[0054] 所述步驟C包括以下步驟：
[0055] Cl.將對比射線質量表中同一 kV下不同濾過厚度的數據，在基準射線質量表中按 濾過厚度間隔差異一致的模式分別沿濾過厚度方向和kV方向進行綜合差異計算；
[0056] C2.根據計算得到的二維差異點，擬合出極值點對應的位置；
[0057] C3.將C2中的極值點位置轉換為等效基準kV和濾過厚度值，并計算對比射線質量 表中所有kV對應的等效基準kV和濾過厚度值；
[0058] C4.創建對比kV值和基準kV值之間的線性關系；
[0059] C5.創建對比kV值同濾過厚度之間的線性關系；
[0060] C6.利用C4和C5中的線性關系進行對比射線和基準射線質量的對比評估。
[0061] 本發明具有以下優點及有益效果：
[0062] 本發明能夠通過基準X射線質量表對比評估出臨床使用環境下X射線質量，進而指 導服務工程師及設備的操作技師制定有效的曝光劑量，提升設備的調試效率，降低患者承 受額外曝光劑量風險的同時，保證更優的圖像質量。
【附圖說明】
[0063]圖1為本發明的方法流程圖；
[0064] 圖2為基準射線質量表創建流程圖；
[0065] 圖3為對比射線質量表創建流程圖
[0066] 圖4為射線質量對比評估流程圖；
[0067]圖5為本發明裝置框圖；
[0068] 圖6為空氣和20_濾過片厚度下不同kV值對應的射線質量表征曲線圖。
【具體實施方式】
[0069] 下面結合附圖及實施例對本發明做進一步的詳細說明。
[0070] 本發明所述的X射線質量對比評估方法主要分成射線質量表創建和對比評估兩部 分，方法流程如圖1所示：
[0071] A、創建基準射線質量表；
[0072] B、創建對比射線質量表；
[0073] C、等效射線質量對比評估。
[0074] 創建基準射線質量表的流程如圖2所示：
[0075] 步驟201.選取基準部件，選擇能夠得到優異臨床圖像質量的X線球管和高壓發生 器，以及限束器、平板探測器和固定這些部件的機械系統。選擇不同厚度的純鋁片作為濾過 片，此處選擇最薄Imm，然后依次增加 Imm厚度，最厚達30mm的30片純錯片。
[0076]步驟202.設置使用場景，設置數據采集時的球管焦點到平板探測器的距離，此處 設置為I. lm。球管中心射束垂直于平板探測器，限束器開口至射線剛好覆蓋平板探測器有 效范圍，環境溫濕度控制在設備正常運行需要的溫濕度范圍內。
[0077] 步驟203.創建曝光劑量映射表，映射表的形式如表1所示。
[0078] 表1曝光劑量映射表
[0080] 創建射線質量表需要采集不同kV下的數據，此處選擇采用最低40kV，間隔10kV，最 高120kV的一系列曝光kV值。每一個曝光kV值都需要組合空氣及全部的濾過片厚度。
[0081] 步驟204.選取將要采集的曝光點，在曝光劑量映射表中每一個kV和濾過片厚度組 合下獲取對應的最小曝光劑量值和最大曝光劑量值，然后在最小和最大值形成的區間內進 行10等分來選取將要進行數據采集的曝光劑量點。
[0082]步驟205.采集當前曝光點對應的數據，在曝光劑量映射表中按照kV優先或是濾過 厚度優先的選擇進行曝光劑量點選取，然后按照對應的條件進行曝光采集。
[0083]步驟206.判斷當前曝光點數據采集是否結束，為了增加采集數據的穩定性，每一 個曝光點的數據都進行3次曝光采集，當3次全部采集結束后才認為是完成了該曝光點的數 據采集。
[0084] 舟3娶州7_社管逬前_1占的救捉倍.
[0085]
[0086] 其中，val即為當前曝光點的數據值，i、j表示采集到的數據對應的行列下標，R、C 表示采集到的數據的行數和列數，Pk表示第k次采集的數據值。
[0087]步驟208.判斷是否所有kV和濾過片組合的曝光點都已經完成了數據采集。
[0088]步驟209.選擇下一曝光點，如果還存在尚未采集的kV和濾過片組合，按照之前定 義的曝光點優先選擇順序選取下一個需要采集的曝光點序列。
[0089]步驟210.計算斜率系數，取一組kV和濾過片組合下的系列曝光點數據值Val1按照 公式y = k*x+b進行線性擬合。其中X的取值為曝光點對應的mAs實際值，y的取值為vali。擬 合后得到該組kV和濾過片對應的斜率系數k。
[0090] 步驟211.創建基準射線質量表，射線質量表的形式如表2所示。
[0091] 表2射線質量表
L0093」每一個kV和濾過片厚度對應的射線質量通過斜率糸數k進行表示。經步驟210得到 的所有組合下的k填充到射線質量表中即得到基準射線質量表。
[0094] 圖6為空氣和20_濾過片厚度下不同kV值對應的射線質量表征曲線。
[0095] 創建對比射線質量表的流程如圖3所示：
[0096]步驟301.設置使用場景，將X線球管到平板探測器的距離，限束器遮擋范圍，環境 的溫濕度調整到同基準數據采集時相同的狀態。如果球管到平板探測器的距離無法調整至 基準數據采集時的距離時使用如下公式進行折算：
[0097]
[0098]其中，val是有效的數據值，SIDbase為基準數據采集時X線球管焦點到平板的距離， SIDcur為對比數據采集時X線球管焦點到平板探測器的距離，val'為在SIDcur下采集得到的 數據值。
[0099] 步驟302.選取將要采集的曝光點，從曝光劑量映射表中選取有代表性的kV和濾過 片組合，然后進行數據采集。
[0100] 步驟303.采集當前曝光點對應的數據，在曝光劑量映射表中按照kV優先或是濾過 厚度優先的選擇進行曝光劑量點選取，然后按照對應的條件進行曝光采集。
[0101]步驟304.判斷當前曝光點數據采集是否結束，為了增加采集數據的穩定性，每一 個曝光點的數據都進行3次曝光采集，當3次全部采集結束后才認為是完成了該曝光點的數 據采集。
[0102]步驟305.計算當前曝光點的數據值：
[0103]
[0? 04]共1f，vaI κμ ；/、」3則_兀好、mitin且，1、J衣不采集到的數據對應的行列下標，R、C 表示采集到的數據的行數和列數，Pk表示第k次采集的數據值。
[0105] 步驟306.判斷是否所有kV和濾過片組合的曝光點都已經完成了數據采集。
[0106] 步驟307.選擇下一曝光點，如果還存在尚未采集的kV和濾過片組合，按照之前定 義的曝光點優先選擇順序選取下一個需要采集的曝光點序列。
[0107] 步驟308.計算斜率系數，取一組kV和濾過片組合下的系列曝光點數據值Val1按照 公式y = k*x+b進行線性擬合。其中X的取值為曝光點對應的mAs實際值，y的取值為vali。擬 合后得到該組kV和濾過片對應的斜率系數k。
[0108] 步驟309.創建對比射線質量表，射線質量表的形式如表2所示，每一個kV和濾過片 厚度對應的射線質量通過斜率系數k進行表示。經步驟308得到的所有組合下的k填充到射 線質量表中即得到對比射線質量表。
[0109] 等效射線質量對比評估的流程如圖4所示：
[0110] 步驟401.計算綜合差異，取對比射線質量表中同一 kV不同濾過片厚度對應的值，
同基準射線質量表中各個kV下具有相應濾過片厚度差異的值進行比較，取其差值的絕對值 白勺均僧' # f/Π
[0111]
[0112] 其中，DeV(r，C)為綜合差異，r和C分別對應綜合偏差表中的行和列序號，如圖4所 示，r對應不同的kV，c對應不同的濾過片厚度，[h，...，i n]表示對比濾過片厚度集合， val[ii,...,in]表示當前kV下與對比濾過片厚度集合[ii,. . .，in]對應的射線質量表中的值，η 表示對比濾過片的數目。
[0113] 步驟402.確定極值點位置，步驟401中的結果會隨著kV和濾過片厚度的匹配程度 的接近而逐漸縮小，整體分布呈現凹曲面形態，通過擬合可以得到曲面的最低點，此最低點 即為極值點。
[0114] 步驟403.計算等效kV和濾過厚度值，通過步驟402得到極值點對應的kV值，即為等 效kV。得到的與基準濾過厚度表中對應的系列濾過片厚度值與對比濾過片厚度值之間的差 值，即為等效濾過厚度值。
[0115] 步驟404.建立kV線性轉換關系，通過步驟401到步驟403得到所有對比kV的等效kV 和濾過厚度值，以對比kV值為X，等效kV值為Y，進行線性擬合，建立對比kV值到等效kV值的 線性轉換關系。對比kV值與基準kV值是根據臨床常用kV值進行設定的。
[0116] 步驟405.建立濾過厚度的線性轉換關系，以對比kV值為X，等效濾過厚度為Y，進行 線性擬合，建立對比kV值到等效濾過厚度的線性對應關系。
[0117] 步驟406.對比評估，利用步驟404和步驟405建立的轉換關系，得到對比環境下X線 球管kV和濾過與標準環境下X線球管kV之間的對比關系，進而可以以標準環境下X射線質量 為標準對對比環境下的X射線質量進行評估。
[0118] 如圖5所示，本發明裝置實施例中各模塊及單元的工作方式與方法實施例中方法 操作步驟對應，這里不再贅述。
[0119] 本發明實施例中所述的模塊和單元可以是或者也可以不是物理分開的，可以根據 實際的需要選擇其中的部分或全部模塊來達到本實施例方案的目的。按照本發明的上述步 驟，本領域的普通技術人員在不付出創造性勞動的情況下，即可以理解并實施。
【主權項】
1. 一種X射線質量對比評估裝置，其特征在于，包括： 基準射線質量表創建模塊:用于創建在基準部件及使用場景下的基準射線質量表； 對比射線質量表創建模塊:用于創建在對比部件及使用場景下的對比射線質量表； 等效射線質量對比評估模塊:用于根據基準射線質量表和對比射線質量表生成與基準 部件和使用場景對應的對比結果。2. 根據權利要求1所述的一種X射線質量對比評估裝置，其特征在于，所述基準射線質 量表創建模塊包括： 基準部件選取單元:用于選取基準部件； 使用場景設置單元:用于設置基準部件的使用場景； 基準射線質量數據采集單元:用于采集創建基準射線質量表所需要的數據； 基本射線質量表創建單元:用于創建基準射線質量表。3. 根據權利要求1所述的一種X射線質量對比評估裝置，其特征在于，所述對比射線質 量表創建模塊包括： 場景設置單元:用于設置與基準射線質量表創建模塊相同的使用場景； 對比射線質量數據采集單元:用于采集創建對比射線質量表需要的數據； 對比射線質量表創建單元:用于創建對比射線質量表。4. 根據權利要求1所述的一種X射線質量對比評估裝置，其特征在于，所述基準部件包 括X線球管、高壓發生器、限束器、平板探測器、濾過片、機械系統。5. 根據權利要求1所述的一種X射線質量對比評估裝置，其特征在于，所述使用場景包 括X線球管與平板探測器之間的距離和位置關系、限束器開口范圍、環境溫濕度。6. 根據權利要求1所述的一種X射線質量對比評估裝置，其特征在于，所述等效射線質 量對比評估模塊包括： 綜合差異計算單元:用于計算對比射線質量表中每一個kV對應的數據與基準射線質量 表中所有kv對應數據之間的綜合差異； 差異極值計算單元:用于計算所述綜合差異的極值點，即理論匹配點； 等效轉換單元:用于根據所述極值點位置計算等效的kV值； kV轉換關系創建單元:用于創建對比kV值和基準kV值之間的線性關系； 濾過厚度轉換關系創建單元:用于創建對比kV值同濾過厚度之間的線性關系； 對比評估單元:用于對需要進行對比的球管和基準球管的射線質量進行評估。7. -種X射線質量對比評估方法，其特征在于，包括以下步驟： A. 創建基準射線質量表； B. 創建對比射線質量表； C. 等效射線質量對比評估。8. 根據權利要求7所述的一種X射線質量對比評估方法，其特征在于，所述步驟A包括以 下步驟： Al.選取基準部件； A2.設置基準部件的使用場景； A3.采集基準射線質量對應的數據； A4.根據采集到的數據創建基準射線質量表。9. 根據權利要求8所述的一種X射線質量對比評估方法，其特征在于，所述步驟A3包括 以下步驟： A31.創建不同kV和不同厚度濾過片組合后平板有效線性范圍對應的曝光劑量映射表； A32.根據A31中的曝光劑量映射表，獲取每一個kV和濾過片組合下的最小和最大曝光 劑量，并在其間選取一系列曝光點，進行數據采集； A33.將A32中選取的每個曝光點都進行多次采集，取均值作為該曝光點的數據。10. 根據權利要求8所述的一種X射線質量對比評估方法，其特征在于，所述步驟A4包括 以下步驟： A41.將每一個kV和濾過片厚度組合下的一組曝光點數據進行線性擬合，得到其斜率系 數； A42.將斜率系數根據kV和濾過片厚度組織成基準射線質量表。11. 根據權利要求7所述的一種X射線質量對比評估方法，其特征在于，所述步驟B包括 以下步驟： Bl.設置與基準射線質量采集一致的使用場景； B2.采集對比射線質量對應的數據； B3.創建對比射線質量表。12. 根據權利要求11所述的一種X射線質量對比評估方法，其特征在于，所述步驟Bl具 體為:將X線球管到平板探測器的距離，限束器遮擋范圍，環境的溫濕度調整到同基準數據 采集時一致的狀態;如果X線球管到平板探測器的距離無法調整至基準數據采集時的距離， 使用平方反比定律對采集到的數據進行折算。13. 根據權利要求11所述的一種X射線質量對比評估方法，其特征在于，所述步驟B2具 體為:在步驟A創建的曝光劑量映射表中選擇部分kV和濾過片厚度組合中對應的部分曝光 點進行數據采集，每個曝光點都進行多次重復的數據采集，取均值作為該曝光點的數據。14. 根據權利要求11所述的一種X射線質量對比評估方法，其特征在于，所述步驟B3包 括以下步驟： B31.將每一個kV和濾過片厚度組合下的一組曝光點數據進行線性擬合，得到其斜率系 數； B32.將斜率系數根據kV和濾過片厚度組織成對比射線質量表。15. 根據權利要求7所述的一種X射線質量對比評估方法，其特征在于，所述步驟C包括 以下步驟： Cl.將對比射線質量表中同一 kV下不同濾過厚度的數據，在基準射線質量表中按濾過 厚度間隔差異一致的模式分別沿濾過厚度方向和kV方向進行綜合差異計算； C2.根據計算得到的二維差異點，擬合出極值點對應的位置； C3.將C2中的極值點位置轉換為等效基準kV和濾過厚度值，并計算對比射線質量表中 所有kV對應的等效基準kV和濾過厚度值； C4.創建對比kV值和基準kV值之間的線性關系； C5.創建對比kV值同濾過厚度之間的線性關系； C6.利用C4和C5中的線性關系進行對比射線和基準射線質量的對比評估。
【文檔編號】A61B6/00GK105943067SQ201610392543
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月6日
【發明人】張啟林, 周傳麗, 王永貞, 崔靖男
【申請人】遼寧開普醫療系統有限公司