诊断用X射线系统 【技术领域】
本发明涉及具有自动亮度控制过程的诊断用X射线系统。
背景技术
诊断用X射线系统是以灰度图显示穿过对象内部的X射线强度变化的成像设备，包括适于特定用于诊断、处理等的各种类型。将透射X射线图像转换成可视图像的手段大致分为两种方法：成像和荧光照相。例如，采用荧光照相的诊断用X射线系统具有极好的直接性，可以在TV监视器上将所获得的X射线图像作为活动图像进行实时观测。
采用荧光照相或成像的诊断用X射线系统(以下称作诊断用X射线系统)通常具有称作自动亮度控制的功能。这是一种通过改变X射线负载因子来进行自动控制从而使要显示的X射线荧光照相图像保持恒定亮度的功能。
图7是用于说明传统的诊断用X射线系统中的自动亮度控制控能的视图，示出在TV监视器上显示的X射线荧光照相图像。
根据传统的诊断用X射线系统，由亮度测量设备(例如，测量光倍增器的电平和视频信号电平的设备)来计算，例如，图1所示地X射线荧光透射图像中亮度测量区域70的平均亮度。然后，通过鉴别整个亮度测量区域70的亮和暗来进行自动亮度控制，然后确定X射线负载因子从而获得合适的亮度，并将该X射线负载因子反馈给X射线发生系统。
附带地，为了防止对象曝光过度以使显示的图像更易观看等，在使用诊断用X射线系统进行诊断的过程中有时用X射线限束(beam limiting)装置限制从X射线发生系统发射出的X射线束。在此情形中，X射线荧光透射图像受到这种限束的影响，它反过来限制如图1所示的成像区域。
然而，因为平均亮度是通过前面提到的传统自动亮度控制功能根据亮度测量区域70来计算的，当对亮度测量区域70进行如图1所示的限束时，进行亮度控制包括受限束影响的区域。这导致了亮度控制从而极大地增加了X射线荧光透射图像的亮度，因此使得不可能确定能够给出最佳亮度的X射线负载因子。
另外，诊断中感兴趣的区域之间通常都不相同。然而，传统的诊断用X射线系统中的亮度测量区域具有特定的形状和尺寸，而不管要成像的目标(区域)如何。因此，对要显示的给定区域来说，可能出现亮度测量区域70不符合感兴趣的区域的情况，这使得进行相应于给定区域的精确亮度控制不可实行。
本发明考虑到上面提到的这些，因此其目的在于给出对X射线限束不敏感且能容易地对要分析的区域进行精确的亮度控制过程的诊断用X射线系统。
发明公开
换句话说，本发明的某一方面给出诊断用X射线系统，包括：X射线发生单元，以给定的X射线负载因子向对象发射X射线；限束单元，通过限束限制X射线的照射区域；图像发生单元，根据穿过对象身体内部的X射线产生预定尺寸的图像；亮度计算单元，计算涉及图像内预定区域的亮度；控制单元，根据亮度计算单元中计算的亮度确定X射线负载因子并对X射线发生单元进行X射线负载因子的反馈控制；以及判断单元，判断相应于限束的区域是否与图像中的预定区域重叠，其中当判断单元判断到重叠时，亮度计算单元将预定区域变换到不和相应于限束的区域重叠的给定区域，并根据该给定区域计算亮度。
本发明的另一方面给出诊断用X射线系统，包括：X射线发生单元，以给定的X射线负载因子向对象发射X射线；限束单元，通过限束限制X射线的照射区域；图像发生单元，根据穿过对象身体内部的X射线产生预定尺寸的图像；亮度计算单元，在进行X射线荧光照相时计算涉及图像中第一区域的亮度，并在进行X射线成像时计算涉及图像中第二区域的亮度；控制单元，根据亮度计算单元中计算的亮度确定X射线负载因子并对X射线发生单元进行X射线负载因子的反馈控制；以及判断单元，判断相应于限束的区域是否与图像中的第一区域或第二区域重叠，其中当判断单元判断X射线荧光照相中相应于限束的区域与第一区域重叠时，亮度计算单元将第一区域变换到不和相应于限束的区域重叠的第三区域，并根据该第三区域计算亮度；当判断单元判断X射线成像中相应于限束的区域不与第二区域重叠时，亮度计算单元根据第二区域计算亮度；而当判断单元判断X射线成像中相应于限束的区域与第二区域重叠时，亮度计算单元将第二区域变换到第三区域并根据该第三区域计算亮度。
附图简述
图1为用于说明传统的自动亮度控制过程的视图；
图2为示意性示出根据某一实施方案的诊断用X射线系统的布置；
图3为详述用于自动亮度控制的程序的某一实施例的流程图，其中可根据需要改变亮度测量区域；
图4为用于说明涉及第一亮度测量区域的自动亮度控制过程的视图，示出显示在TV监视器上的X射线荧光照相图像；
图5为用于说明当进行X射线限束操作时的自动亮度控制过程的视图，示出显示在TV监视器上的X射线荧光照相图像；
图6A、图6B和图6C为用于说明当接连进行X射线限束操作时的自动亮度控制过程的视图，每个都示出显示在TV监视器上的X射线荧光照相图像；
图7为用于说明对每个区域自动设置亮度测量区域的功能的视图；以及
图8为用于说明由该具有自动成像条件评估过程的诊断用X射线系统进行的一串成像动作的流程图。
实现本发明的最佳模式
下面的描述将参考附图描述本发明的实施方案。本发明适用于荧光照相诊断用X射线系统和成像诊断用X射线系统(或既能以荧光照相模式也能以成像模式拾取图像的诊断用X射线系统)。
图2为示意性示出根据该实施方案的诊断用X射线系统的布置。
参见图2，该诊断用X射线系统包含高电压变压组件11、X射线管13、X射线限束装置15、探测器17以及具有探测器接口22的荧光图像处理装置20、亮度计算图像存储器24、X射线限束接口26、高电压变压组件接口28、CPU 30、成像条件储存部分31，以及视频信号转换部分32，还有都和设备主体相连的TV监视器34和控制台36。
参见图2，高电压变压组件11为向X射线管13提供高电压的装置。
X射线管13为X射线发生真空管，通过利用高电压变压组件11中产生的高电压加速电子使其与目标碰撞，从而产生X射线。
X射线限束装置15置于X射线管13和对象之间，使从X射线管13的X射线聚焦点发射的X射线束称为锥形，从而产生具有所需立体角的X射线束。
位置探测装置16探测涉及X射线限束装置15的限束的位置信息并将其通过X射线限束I/F 26传给CPU 30。更具体地，它探测限束装置15处理X射线形状的区域的形状、从限束装置15到探测器17的距离等，并将探测结果作为位置信息传给CPU 30。
应当指出，从限束装置15到探测器17的距离并不一定要由位置探测装置16来探测，可以用另一探测器探测该距离并将其传给CPU30。
探测器17探测穿过对象P的X射线的X射线传输数据并将其输出给探测器接口22。探测器通常包括使用半导体器件的平板探测器，以及包含X射线图像增强器和光学系统的探测器。本发明的诊断用X射线系统可使用以上任何一种探测器，在该实施方案中，为说明方便器件，使用平板探测器。
探测器接口22接收在探测器17中转换成数字形式的数字荧光照相图像数据，并将该数据传送给CPU 30、亮度计算图像存储器24，等。
亮度计算图像存储器24接收来自探测器接口22的数字荧光照相图像数据，并将其逐帧储存。
X射线限束接口26将来自CPU 30的控制信号转换成预定信号序列并将其传给X射线限束装置15。
高电压变压组件接口28为将来自CPU 30用于产生X射线的控制信号传送给高电压变压组件11。
CPU 30为控制X射线荧光照相图像数据的获得和所得图像数据的处理的中央处理器。CPU 30还控制：对储存在亮度计算图像存储器24中的X射线荧光照相图像数据进行的亮度计算；根据从X射线限束装置15输入的限束位置信息进行亮度测量区域的改变；根据所计算的亮度进行X射线负载因子的确定；X射线负载因子向高电压变压组件11的反馈，等等。
此外，CPU 30根据储存在成像条件储存部分31中的信息从用于荧光照相的X射线负载因子估算用于成像的X射线负载因子。在下面描述的自动成像条件估算过程中将具体说明估算过程的内容。
成像条件储存部分31储存涉及用于荧光照相的X射线负载因子和用于成像的X射线负载因子之间预定对应关系的信息。例如，该对应关系如下确定。
也就是说，预备许多具有不同厚度的体模，并将各体模进行成像。在每个体模的成像过程中，设定相应于用于荧光照相的X射线负载因子的用于成像的X射线负载因子以使在TV监视器34上可得到最佳亮度信号。这些真实测量的值编成表格、曲线图等，用作以后涉及对应关系的信息。应当指出，具有不同厚度的许多体模的预备考虑到对象和对象之间结构的不同。另外，每个体模具有厚度不同的区域。这是因为考虑到实际情况下，病人的不同区域——例如身体和头部——厚度不同。用于荧光照相和用于成像的X射线负载因子之间的对应关系在，例如，USP 4,985,908中进行了详细讨论。
视频信号转换部分32将输入的X射线荧光照相图像数据的信号序列转换成视频形式的信号。
TV监视器34显示出视频信号转换部分输出的图像数据。
控制台36是具有键盘、各种开关、鼠标等的输入装置。
(自动亮度控制过程)
现在将参考图3和图4对通过荧光照相的诊断进行说明，作为在如上布置的诊断用X射线系统上进行X射线限束操作时自动亮度控制过程的实施例。
自动亮度控制过程是一种控制方法，通过它重新设置X射线负载因子，从而对于涉及X射线荧光照相图像中参考区域的平均亮度给出适当的亮度，并反馈给高电压变压组件11。X射线负载因子包括X射线管电流、X射线管电压，等等。
图3为详述自动亮度控制程序的某一实施例的流程图，其中亮度测量区域可根据需要进行改变，它是本发明的诊断用X射线系统的特征之一。
图4为用于说明自动亮度控制过程的视图，示出显示在TV监视器上的脊椎X射线荧光照相图像和初始设置的感兴趣区域(ROI)。
参见图3，首先响应预定输入确定检查规程(步骤S1)。通过选择要检查的区域等来确定检查规程。
然后，CPU 30从位置信息探测装置16获得涉及X射线限束装置15进行的限束的位置信息(步骤S2)。
然后，根据位置信息计算某一帧的图像中受X射线限束影响的区域，并判断这样计算的区域是否与初始设置的感兴趣区域重叠(在该实施方案的下文中，称作第一亮度测量区域)(步骤S3)。
更具体地，给定了限束装置15限制X射线形状的区域的尺寸以及从限束装置15到探测器17的距离，就可确定探测器17上的X射线照射区域。
当在步骤S3中判断出第一亮度测量区域40和受限束影响的区域重叠时(见图8)，流程进入步骤S4，执行改变涉及下述自动亮度控制的参考区域的过程，这是该系统的特征之一。
换句话说，CPU 30根据步骤S3确定的受限束影响的区域将图4所示的第一亮度测量区域40变为图5所示的不受限束影响的第二亮度测量区域。然后，CPU 30设置第二亮度测量区域42作为涉及自动亮度控制的参考区域(步骤S4)。
可在某一帧中如步骤S2中描述的那样通过选取被X射线照射区域占据的区域来找到改变了的参考区域。
另一方面，当在步骤S3中判断第一亮度测量区域不与受限束影响的区域重叠时，流程进入步骤S3，第一亮度测量区域40设为自动亮度控制的参考区域(步骤S5)。
应当指出，第一亮度控制区域40可通过在控制台36上的操作变为任意形状。此外，第一亮度测量区域40的适当形状、尺寸等根据要成像的目标(要成像的区域)而不同。因此，最好根据要成像的目标自动设置具有适当形状、尺寸等的第一亮度测量区域40，其内容将在下面详细描述。
然后，从X射线管13在预定时间发射出X射线，在探测器17中获得穿过对象P的X射线的X射线传输数据(步骤S6)。
然后，CPU 30执行涉及在步骤S4或S5中设置的参考区域的自动亮度控制(步骤S7)。
换句话说，所获得的X射线传输数据通过探测器接口22逐帧储存到亮度计算图像存储器24中。CPU 30读出储存在亮度计算图像存储器24中的某一帧的数字荧光照相图像，并计算涉及读出的图像中设置的参考区域的亮度。亮度计算则计算参考区域中所有象素的平均亮度。然后CPU 30设置X射线负载因子从而向参考区域中的荧光照相图像给出适当的亮度，并将其反馈给高电压变压组件11。
上述自动亮度控制的结果是在TV监视器34上显示经过了适当亮度控制的X射线荧光照相图像(步骤S8)。
根据上述程序，有可能通过以最合适的方法控制亮度以使其不受X射线限束的影响从而以适当的亮度显示X射线荧光照相图像。应当指出，可连续进行亮度控制功能。现在将简要描述在情形中的程序。
图6A、图6B和图6C为用于说明连续进行X射线限束操作的情形中的自动亮度控制过程的视图。
例如，假设如图6A所示对X射线荧光照相图像进行限束操作，然后设置如图6B所示的第二亮度测量区域42并根据这样设置的区域进行自动亮度控制过程。
当对图6B所示的荧光照相图像进一步进行预定限束操作时，再次重复图3中详述的程序。因此设置如图6C所示的第三亮度测量区域44，并根据这样设置的区域进行自动亮度控制过程(在此情形中，因为没有改变检查规程，该过程实际上从步骤S2开始。此外，根据第二亮度测量区域42进行步骤S3中的判断和步骤S5中的过程，根据第三亮度测量区域44进行步骤S4中的过程)。无须说明，对于限束操作或进一步进行的放光操作，自动亮度控制过程都以相同的方式进行。
现在将说明为每个要成像的目标(区域)自动设置第一亮度测量区域的功能。
通常，第一亮度测量区域是感兴趣的区域，在其上显示了在诊断中尤其重要的荧光照相图像信息。感兴趣的区域的适当形状、尺寸等根据要成像的目标(要成像的区域)而不同。因此最好设置相应于要诊断的目标的区域。为此，本发明的诊断用X射线系统具有对要成像的每个目标自动设置区域的功能。现在将参考图7说明该功能。
图8为用于说明为每个区域自动设置亮度测量区域的功能的视图。
参见图7，如上所述，通过选择要检查的区域等确定检查规程50，并且，例如，将其分为头部规程、腹部规程、腿部规程等。根据在图3的步骤S1中确定的检查规程，CPU 30在图3的步骤S3中利用为每个区域预先记录的第一亮度测量区域40进行判断。图7示出相应于各个区域的第一亮度测量区域的实施例。显然，可通过改变记录的内容任意改变各区域的形状和尺寸。
根据上述布置，可获得如下优点。
因为自动亮度控制按常规那样对如图1所示的整个包括受限束影响的区域和不受限束影响的区域的亮度测量区域进行，因而亮度控制没有适当进行。
反过来，根据本发明的诊断用X射线系统，用作参考区域的第一亮度测量区域40变为不受限束影响的第二亮度测量区域42，如图6所示，从而可容易且适当地控制亮度，而不会受限束的影响。这样就有可能给出适当的且易于观看的X射线荧光照相图像。
而且，因为根据需要进行自动亮度控制，当进行X射线限束操作时，可容易地实时给出适当且易于观看的X射线荧光照相图像。
此外，因为自动设置了适于每个要检查区域的亮度测量区域，可给出适于观察特殊区域的亮度。这样就有可能通过省略改变参考区域所需的过程来提高效率。
(自动成像条件估算过程)
现在将说明诊断用X射线系统所进行的自动成像条件估算过程。
通常，诊断用X射线系统可以以获得要诊断对象的静态图像或移动图像的成像模式摄录图像，也可以以连续地或周期地获得一系列X射线图像以实时显示可视图像的荧光照相模式摄录图像。比较起来，以成像模式拾取的图像和以荧光照相模式拾取的图像在初始设置的ROI、发射的X射线强度等上都有所不同。更特定地，因为成像模式中初始设置的ROI为包括要成像的对象的区域，它的尺寸通常要大于荧光照相模式中初始设置的ROI(也就是，上述的第一亮度测量区域)反过来，因为当经常移动成像系统以使其定位在实际荧光照相模式中时常观察到图像，所以第一亮度测量区域经常设置在一帧图像的中心附近(应当指出，将，例如，图4中所示的第一亮度测量区域显示为相对较大的区域，这是为了说明方便起见)。而且，获得诊断图像的成像模式中所发射X射线的强度高于针对定位的荧光照相模式中所发射的X射线的强度。
作为一种使用前述这些的图像获取的形式，例如，可在成像系统(X射线管13、X射线限束装置15、探测器17、未示出用于安装这些组件的C-臂，等)以荧光照相模式充分定位之后以成像模式摄录诊断图像。在此情形中，如上所述，因为这些模式之间各种条件的不同，在普通诊断用X射线系统中，当从荧光照相模式转变到成像模式时，所有条件都要重置。因此，当启动成像模式时，必需为成像模式重新设置条件。通常，例如，根据成像模式中第一X射线辐射寻找并设置成像条件。
反过来，根据这一诊断用X射线系统，当在荧光照相模式中充分定位成像系统之后在成像模式中摄录诊断图像时，进行自动成像条件估算过程，以使成像模式中能用到荧光照相模式中所获得的信息。根据自动成像条件估算过程，在成像模式中第一次发射X射线之前就设置了适当的成像条件，因此可即时获得X射线诊断图像。
图8为用于说明具有自动成像条件估算过程的诊断用X射线系统中一系列成像操作的流程图。
参见图8，首先根据图3中详述的程序在荧光照相模式中定位成像系统(步骤S9)。假设在这一步骤中进行上述步骤S1至S8中的过程。
然后，响应于操作者通过控制台36输入的预定输入将模式切换至成像模式(步骤S10)。
在切换到成像模式之后，CPU 30判断在图3的步骤S3中计算的一帧图像中受X射线限束影响的区域是否与成像模式中初始设置的ROI(以下称为成像模式ROI)重叠(步骤S11)。
当在步骤S11中判断到成像模式ROI与受限束影像的区域重叠时(见图1)，流程进入步骤S12，其中成像模式ROI改变为不与受限束影响的区域重叠的优化ROI并设为参考区域。
更特定地，CPU 30根据步骤S3中确定的受限束影响的区域将，例如，图4所示的成像模式ROI(第一亮度测量区域)变为图5所示的不受限束影响的优化ROI(第二亮度测量区域)。然后CPU30将优化ROI设为涉及自动亮度控制的参考区域(步骤S12)。
可以像第二亮度测量区域42那样在某一帧中通过计算步骤S2中描述的被X射线照射区域占据的区域来确定优化ROI。
另一方面，当在步骤S11中判断到成像模式ROI不与受限束影响的区域重叠时，流程进入步骤S13，成像模式ROI设为参考区域(步骤S13)。
然后，从荧光照相模式中的X射线负载因子自动计算成像模式中的X射线负载因子(步骤S14)。换句话说，不用发射X射线，而是使用在荧光照相模式中获得的像限束位置和最佳亮度值这样的信息来得到成像模式中的X射线负载因子。更具体地，CPU 30根据储存在成像条件储存部分31中的涉及荧光照相的X射线负载因子和成像的X射线负载因子之间关系的信息，从步骤S9中进行的荧光照相的X射线负载因子获得成像模式的X射线负载因子，而无需发射X射线。在，例如，前述USP4,985,908中详细讨论了从荧光照相模式的X射线负载因子获得成像模式的X射线负载因子的方法。
然后，在所需时刻从X射线管13发射X射线，在探测器17中得到通过穿过对象P的X射线的X射线成像数据(步骤S15)。
然后CPU 30对步骤S12或步骤S13中设置的参考区域进行自动亮度控制(步骤S16)。自动亮度控制已在上面进行了说明。
上述自动亮度控制的结果是可在TV监视器34上显示经过适当亮度控制的X射线成像图像(步骤S17)。
根据上述自动成像条件估算过程，在这样的情形——在荧光照相模式中进行成像系统的定位过程然后在成像模式中进行诊断图像的摄录——中，可使用前述步骤中在成像系统的定位过程中获得的限束定位信息来优化ROI。换句话说，尽管在成像模式中初始设置的ROI比荧光照相模式中的ROI大，也可在成像模式中通过使用荧光照相模式中获得的信息从初始X射线辐射进行适当的自动亮度控制。因此，根据诊断用X射线系统，不仅可以摄录适当的和易于观看的X射线成像图像，还可以提高诊断工作的效率，因为在成像模式中不再需要重新获得限束定位信息。
尽管已描述了本发明的实施方案，但是应当理解，任何熟练的技术人员都可在本发明的领域内实现各种修改和调整，还应当理解，这样的修改和调整应包括在本发明中。例如，可在不改变其要旨的基础上如下修改本发明。
例如，在图3或图8所示的流程的任何步骤中在任意时间改变X射线限束位置作为插入操作的情形中，可以使流程返回步骤S1，以使过程根据新的X射线限束位置信息来进行。
而且，应当理解，在可能的时候可根据需要将各个实施方案组合起来，在这样一个情形中可实现组合效果。此外，上述实施方案包括各种阶段的发明，通过适当组合上述许多组成特征，可得到多种发明。例如，在实施方案中示出的所有组成特征中，即使省略了一些组成特征，也可实现“本发明要解决的问题”栏中讨论的目的，而且在实现了“发明优点”栏中讨论的至少一个优点的情形中，省略某些组成特征的布置也可作为一个发明。
工业适用性
根据本发明，可容易地进行不受X射线限束影响并相应于要检查区域的足够的亮度控制过程。