一種降低x射線診斷設備x射線劑量的系統及方法
2023-12-03 21:03:26 2
專利名稱：一種降低x射線診斷設備x射線劑量的系統及方法
技術領域：
本發明屬於醫療設備技術領域，尤其涉及一種降低X射線診斷設備X射線劑量的系統及方法。
背景技術：
隨著醫療技術的不斷發展，X射線診斷設備得到越來越多的應用。但是X射線診斷設備會釋放X射線，如果人體吸入過多的X射線會對人體造成一定的損害。現有的X射線診斷設備在整個掃描過程中X射線源為連續工作狀態，降低X射線劑量的方法主要集中在通過降低X射線管的管電流值降低整個掃描過程中的X射線源能發射的總劑量，如中國專利申請第02142119. 6號，其根據要檢查的患病區域和X射線發射方向，並根據X射線投射面積計來調整X射線源的管電流值，中國專利申請第01111331. 6號同樣採用根據組織不同調節管電流的方式減小X射線劑量，中國專利申請第200310122353.0號同樣是根據被照射患者的體積來調節管電流達到減小X射線劑量。現有的X射線診斷設備受到X射線源本身以及射線源曝光方式的限制，X射線劑量降低有限，另外，現有的X射線診斷設備在整個採集過程中一直保持開啟，在數據採集間斷區仍然對患者進行大量無用的X射線輻射。
發明內容
本發明提供了一種降低X射線診斷設備X射線劑量的系統及方法，旨在解決現有的X射線診斷設備在整個採集過程中一直保持開啟，在數據採集間斷區仍然對患者進行大量無用的X射線輻射的技術問題。本發明提供的技術方案為一種降低X射線診斷設備X射線劑量的系統，包括X射線機、X射線控制器和探測器，所述X射線機用於產生X射線對人體待測試部的層面進行掃描，X射線控制器與X射線機相連，控制X射線機的X射線源曝光方式，所述探測器接收透過所述人體待測試部的層面的X射線，所述X射線控制器控制X射線機，將X射線機的曝光方式設置為離散可控的脈衝式曝光方式。本發明的技術方案還包括所述X射線機與探測器通過連接臂固定。。本發明的技術方案還包括所述降低X射線診斷設備X射線劑量的系統還包括運動控制器，所述運動控制器控制連接臂的運動。本發明的技術方案還包括所述降低X射線診斷設備X射線劑量的系統還包括工作站，所述工作站分別與X射線控制器、探測器和運動控制器相連，用於系統的總體控制。本發明的技術方案還包括所述離散脈衝曝光參數可由預先曝光的單幅圖像數據根據低劑量可靠圖像分辨的要求計算得出。本發明的技術方案還包括所述X射線控制器控制X射線機的脈衝X光發射參數，所述脈衝X光發射參數包括曝光時間長度和停止時間長度。本發明的技術方案還包括所述X射線控制器控制X射線機的脈衝X射線發射硬體同步模式設置，當設置脈衝X射線為硬體模式時，不接受連續X射線發射設置指令和脈衝X光發射設置指令，只接受外部同步脈衝信號來觸發曝光。本發明採取的另一技術方案為一種降低X射線診斷設備X射線劑量的方法，包括設置X射線診斷設備的X射線源脈衝控制參數，將X射線診斷設備的X射線曝光方式設置為離散可控的脈衝式曝光方式；進行衝脈式曝光採集圖像。本發明的技術方案還包括所述設置X射線診斷設備的X射線源脈衝控制參數步驟前還包括進行正位單次脈衝曝光，根據曝光數據計算適合的低劑量曝光電流值。本發明的技術方案還包括所述根據曝光數據計算最適合的低劑量曝光電流值步驟後還包括根據曝光數據計算適合的曝光脈衝寬度。本發明的技術方案具有如下優點或有益效果本發明實施例的降低X射線診斷設備X射線劑量的系統及方法將傳統的X射線診斷設備連續不間斷曝光方式轉變為離散的脈衝式的曝光方式，完全消除了 X射線探測器採集間隔區間的無用劑量，極大地降低了患者整體X射線的吸收劑量；脈衝曝光參數可根據預先單幅曝光圖像進行計算調整，以達到保證圖像質量又能保證低劑量的要求；本發明實施例的降低X射線診斷設備X射線劑量的系統及方法可用於各類環狀掃描CT設備中、方便移植應用；另外，對X射線源的控制更方便靈活。
圖1是本發明實施例的降低X射線診斷設備X射線劑量的系統的結構示意圖；圖2是本發明實施例的降低X射線診斷設備X射線劑量的系統X射線脈衝發射控制方波示意圖；圖3是本發明實施例的降低X射線診斷設備X射線劑量的系統X射線平穩關閉信號時間設置示意圖；圖4是本發明實施例的降低X射線診斷設備X射線劑量的系統同步信號和X射線源曝光信號時序圖；圖5是本發明實施例的降低X射線診斷設備X射線劑量的方法的流程圖。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。請參閱圖1，為本發明實施例的降低X射線診斷設備X射線劑量的系統的結構示意圖。本發明實施例的降低X射線診斷設備X射線劑量的系統包括X射線機、X射線控制器、工作站、探測器和運動控制器。X射線機用於產生X射線對人體某部一定厚度的層面進行掃描，其中，X射線機為錐形束CT或各類環狀掃描CT設備，也可以為其他各種形式的X射線診斷設備。錐形束CT設備是一種計算機斷層成像設備，其原理是X射線源圍繞患者做環形360度數字式成像掃描，然後將X射線探測器所獲得的數據通過計算機進行三維重建。X射線控制器與X射線機相連，控制X射線機的X射線源曝光方式，進行X射線機工作電壓和工作電流等的設置。X射線機與探測器通過連接臂固定，，其中，連接臂為旋轉C型臂。運動控制器控制連接臂和其他運動部件的運動。工作站分別與X射線控制器、探測器和運動控制器相連，用於系統的總體控制。探測器接收透過人體某部一定厚度的層面的X射線，轉變為可見光後，由光電轉換變為電信號，再經模擬/數字轉換器(analog/digital converter)轉為數字，輸入計算機處理。本發明實施例的降低X射線診斷設備X射線劑量的系統通過X射線控制器控制X射線機，將傳統的X射線診斷設備的X射線源連續不間斷曝光方式轉變為離散的可控的脈衝式曝光方式。離散脈衝曝光參數可由預先曝光的單幅圖像數據根據低劑量可靠圖像分辨的要求計算得出。X射線控制器可以對X射線機的大小焦斑、電壓、電流、腳閘手閘檢測、X射線發射和關閉、X射線平穩發射與關閉、X射線平穩關閉信號時間、脈衝X光發射參數、脈衝X光發射硬體同步模式要求等進行設置。本發明實施例的降低X射線診斷設備X射線劑量的系統採用工業RS232C協議標準接口，三線制RX (RS232C接口中的發送電氣物理引腳)、TD (RS232C接口中的接收電氣物理引腳)和GND，波特率為9600或者更高，8位數據位，無奇偶校驗，一位停止位配置；數據採用循環冗餘檢驗方式進行數據完整性保護。以下為X射線控制器對X射線機進行設置進行具體的描述，可以理解，本發明的具體實現方式不限於下述的具體描述。其中，雙引號「」中的內容為傳輸指令字符；[》>]標誌說明字串是由指令機發往執行機；[〈〈〈]標誌說明字串是執行機發往指令機；每傳送一個指令給執行機，執行機都要有應答，應答代碼見協議；指令中的小寫字母代表可變變量如=KVnu當nu=40時，指令為KV40，代表40KV ;指令中的標點符號全部採用英文狀態下的標點符號既ASCII格式而非寬字符格式；對應的每個出錯標誌應提供說明性文檔，可以根據出錯標誌索引到出錯信息；其中指令機可由PC機擔任，執行機器可由X射線源控制器(多數為MCU)擔任。I)、大小焦斑設置把X射線源焦斑設置為大焦斑或者小焦斑；大焦斑設置指令[>>>] :「M0DEBF」(M0DEBF，模式大焦斑)。a)、如果正確設置為大焦斑執行機返回[〈〈〈] :「0K」(0K，正確)；b)、如果沒有成功設置大焦斑返回[〈〈〈] :「ERR0R:1d」(id，出錯信息標誌數；ERROR:1d，出錯號碼)。小焦斑設置指令[>>>] :「M0DESF」(M0DESF，模式小焦斑)。a)、如果正確設置為小焦斑執行機返回[〈〈〈] :「0K」；b)、如果沒有成功設置小焦斑返回[〈〈〈] :「ERR0R:1d」。當前焦斑大小查詢[>>>] :「FM0DE 」(FM0DE ，焦斑模式查詢？)。a)、大焦斑返回[ <] :「FB」 (FB，大焦斑)；b)、小焦斑返回[ <] :「FS」(FS，小焦斑)。大小焦斑的切換 需要X射線源的射線管支持，大小焦斑的切換可以實現低高解析度的切換。2)、電壓調節設置
電壓設置指令[>>>] :「KVnu」，其中，nu為電壓值且範圍為40_120、步長為1，例如，當設置為70KV時，其指令為KV70 (nu，千伏特的設定值)。a)、正確設置返回[〈〈〈] :「0K」；b)、出錯返回[ >>] :「KV 」。(千伏特的當前值？)a)、返回當前電壓值[〈〈〈] :「KVnu」(nu,千伏特的當前值)。3)、電流調節設置為方便處理，採用10倍量級電流值。電流設置指令[>>>]:小焦斑「FSMAnu」，其中，nu範圍2_32、步長為5，例如設置為1. 7mA時，指令為FSMA17 (FSMA，小焦斑毫安；nu，10倍毫安值)。a)、正確設置返回[〈〈〈] :「0K」；b)、出錯返回[〈〈〈]:「ERROR:1d」。大焦斑「FB·MAnu」，其中，nu範圍20-150、步長為20，例如設置IOmA時，指令為FBMA100 (FBMA，大焦斑毫安；nu，10倍毫安值)。a)、正確設置返回[〈〈〈] :「0K」；b)、出錯返回[ >>] :「MA 」(MA ，查詢當前毫安值)。返回當前電流值[〈〈〈]:小焦斑「FSMAnu」，其中，nu為真實電流值的10倍量。例如1. 7mA時，返回為MA17 (FSMA,小焦斑毫安；nu，10倍毫安值)。大焦斑「FBMAnu」，其中，nu為真實電流值的10倍量。例如IOmA時，返回為MA100(FBMA,大焦斑暈安；nu, 10倍暈安值)。其中，如果在大(小)焦斑模式下，發送的是小(大)焦斑命令串，應返回錯誤代碼標誌，此標誌在錯標誌文檔中應說明不同模式操作出錯信息。4)、腳閘或手閘檢測查詢指令[>>>] :「SW 」(SW ，查詢當前為腳閘還是手閘模式？)。a)、腳閘閉合[〈〈〈] :「SWF0N」 (SffFON,當前為腳閘模式)；b)、手閘閉合[〈〈〈] :「SWH0N」 (SffHON,當前為手閘模式)；C)、腳閘手閘全閉合[〈〈〈] :「SWFH0N」(SWFH0N，當前為手閘、腳閘同時作用模式)；d)、全部關閉[〈〈〈] :「SW0FF」(SW0FF，當前禁用手閘、腳閘模式)。5) X射線發射設置連續X射線發射設置指令[>>>] :「XRC0UT」 (XRCOUT, X射線連續發射曝光)。a)、開啟成功[ <] :「0K，，;b)、出現錯誤，未能開啟[ >>] :「XRP0UT」 (XRPOUT, X射線脈衝發射曝光)。a)、開啟成功[ >>] :「XR 」(XR ，查詢當前X射線發射曝光模式？)。a)、連續X光發射返回「XRC0UT」 (XRCOUT, X射線連續發射曝光)；b)、脈衝X光發射返回「XRP0UT」 (XRPOUT, X射線脈衝發射曝光)；
c)、處於未發射狀態「XR0FF」 (XROFF, X射線未發射曝光)。說明X射線能夠發射與否前提是腳閘或手閘已經閉合，如果發送了發射指令，而腳閘或手閘沒有閉合，應返回錯誤標誌來說明腳閘或手閘沒有閉合。X射線只能以一種狀態發射，當處於連續發射時，收到脈衝發射指令應返回錯誤標誌，此標誌在錯標誌文檔中應說明相應出錯信息。脈衝X射線發射既一個接著一個的連續的脈衝發射，脈衝參數預先設定。6)、X射線平穩發射與關閉信號連續模式對應脈衝模式一個脈衝區域。X射線已經開始平穩發射[〈〈〈] :「XRS0N」(XRSON，X射線已經開始平穩發射)；X射線已經停止平穩發射[〈〈〈] :「XRS0FF」(XRS0FF，X射線已經停止平穩發射)。請參閱圖2，為本發明實施例的降低X射線診斷設備X射線劑量的系統X射線脈衝發射控制方波示意圖。其中，a)、此兩條字串為執行機主動發送，「XRS0N」為X射線正常平穩發光，發出點為電壓，電流平穩拐點處；「XRS0FF」為X射線平穩發光預結束信號，發出時間(距拐點處時間差)應可調整；b)、另外執行機應該提供一個硬體實時的方波信號，方波信號的由低到高跳變處對應著「XRS0N」的發送，由高到低跳變對應著「XRS0FF」。7)、X射線平穩關閉信號時間設置請參閱圖3，為本發明實施例的降低X射線診斷設備X射線劑量的系統X射線平穩關閉信號時間設置示意圖。其中，平穩時間設置[》>] :「XRS0FFnu」，其中，nu為平穩信號發出到拐點時間參數範圍0-{曝光時間長度設置的值-1}，步長1、單位ms。(XRSOFF X射線平穩發光預結束信號ms毫秒)。a)、成功[〈〈〈]:「 OK」；b)、錯誤，未 能設置[ ] :「XRSD」(XRSD，X射線源關閉)。a)、成功[〈〈〈]:「 OK」；b)、錯誤，未能關閉[ 》] :「PUnu」，其中nu為曝光時間參數範圍3—⑴、步長1、單位ms (PU,曝光參數；nu,曝光時間長度、ms毫秒)。a)、設置成功[〈〈〈] :「0K」；b)、出現錯誤，未能設置[〈〈〈] :「ERR0R:1d」。停止時間長度設置[>>>] :「ronu」，其中nu為曝光時間參數範圍10—⑴、步長1、單位ms (PD,非曝光參數；nu,曝光時間長度、ms毫秒)。a)、成功[〈〈〈]:「 OK」；b)、錯誤，未能設置[ >>] :「PU 」 (I3U ,讀取當前曝光參數)。a)、[ >>] :「ro 」(ro ，讀取當前非曝光參數)；b)、[ =3*t2，應返回錯誤標誌，此標誌在錯標誌文檔中應說明相應出錯信息。另外，機器開機應有個默認的時間值。10)、脈衝X射線發射硬體同步模式要求設置為脈衝硬體模式[>>>] :「HDPM0N」(HDPM0N，開啟脈衝硬體模式)。a)、設置成功[ >>] :「HDPM0FF」(HDPM0FF，關閉脈衝硬體模式)。a)、設置成功[ >>] :「HDPM 」(HDPM ，脈衝模式查詢)。a)、是硬體模式[〈〈〈] :「YES」(YES，硬體模式)；b)、不是硬體模式[〈〈〈] :「N0」(NO，非硬體模式)。請參閱圖4，為本發明實施例的降低X射線診斷設備X射線劑量的系統同步信號和X射線源曝光信號時序圖。其中，信號可以採用上升沿或是下降沿捕獲，其中同步信號的周期不一定是固定的。當設置硬`件模式時，不接受{連續X射線發射設置指令和脈衝X光發射設置指令}，只接受外部同步脈衝信號來觸發曝光，既收到一個脈衝信號即曝光一次，沒有外部同步信號永不曝光；需要提供外部同步接口，接口可以接受外部脈衝信號；對應的脈衝參數設置同樣採用正常模式脈衝X射線發射參數設置。受限於本發明實施例對採集時間的要求，停止時間需為曝光時間3倍以上，如果停止時間設置值tl和曝光時間設置值t2關係不丨兩足tl>=3*t2，應返回錯誤標誌，禁止曝光，此標誌在錯標誌文檔中應說明相應出錯信息。當在停止時間未結束時，收到脈衝信號，應同樣報錯，應返回錯誤標誌，禁止曝光，此標誌在錯標誌文檔中應說明相應出錯信息；當取消脈衝模式後，即恢復正常模式，接受正常曝光指令。11)、X射線非正常關閉信號X射線非正常關閉[〈〈〈] :「ERR0R:1d」，其中id為出錯信息標誌，根據標誌能夠索取到X-RAY非正常關閉並能提供非正常關閉原因。12)、發生其他錯誤的信號發生其他錯誤[〈〈〈] :「ERR0R:1d」，其中id為出錯信息標誌，根據標誌能夠索取到詳細的出錯原因。例如在硬體脈衝模式中，發送了正常曝光模式指令，應返回「ERR0R:1d」，其中id為出錯信息標誌，根據標誌能夠索取到「硬體脈衝中不允許正常模式曝光指令執行」的出錯原因。請參閱圖5，為本發明實施例的降低X射線診斷設備X射線劑量的方法的流程圖。為本發明實施例的降低X射線診斷設備X射線劑量的方法包括步驟100 :進行正位單次脈衝曝光；步驟110 :進行側位單次脈衝曝光；其中，步驟110進行側位單次曝光為可選流程，實際應用中用來進行患者的輔助定位。
步驟120 :根據曝光數據計算最適合的低劑量曝光電流值；在步驟120中，為方便處理，採用10倍量級電流值。電流設置指令[》>]:小焦斑「FSMAnu」，其中nu範圍2-32、步長為5，例如設置為1. 7mA時，指令為FSMA17 (FSMA，小焦斑毫安；nu，10倍毫安值)。a)、正確設置返回[ <] :「0K」;b)、出錯返回[ <] :「ERROR:1d」。大焦斑「FBMAnu」，其中，nu範圍20-150、步長為20，例如設置IOmA時，指令為FBMA100 (FBMA，大焦斑毫安；nu，10倍毫安值)。a)、正確設置返回[ <] :「0K」;b)、出錯返回[ <] :「ERROR:1d」。步驟130 :根據曝光數據計算最適合的曝光脈衝寬度；步驟140 :設置合適的X射線源脈衝控制參數；步驟150 :根據圖像解析度的需要設置循環一周需要採集的圖像數目；步驟160 :設置探測器、連接臂(C臂)等控制參數；步驟170 :開始衝脈式曝光採集；步驟180 :進行 單次脈式曝光採集；步驟190 :判斷採集圖像數目是否達到要求，如果沒有達到要求，則返回步驟180，如果達到要求，則進入步驟200 ；步驟200 :進行圖像重建及醫療診斷。本發明實施例的降低X射線診斷設備X射線劑量的系統及方法將傳統的X射線診斷設備連續不間斷曝光方式轉變為離散的脈衝式的曝光方式，完全消除了 X射線探測器採集間隔區間的無用劑量，極大地降低了患者整體X射線的吸收劑量；脈衝曝光參數可根據預先單幅曝光圖像進行計算調整，以達到保證圖像質量又能保證低劑量的要求；本發明實施例的降低X射線診斷設備X射線劑量的系統及方法可用於各類環狀掃描CT設備中、方便移植應用；另外，對X射線源的控制更方便靈活。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種降低X射線診斷設備X射線劑量的系統，包括χ射線機、X射線控制器和探測器，所述X射線機用於產生X射線對人體待測試部的層面進行掃描，X射線控制器與X射線機相連，控制X射線機的X射線源曝光方式，所述探測器接收透過所述人體待測試部層面的 X射線，其特徵在於所述X射線控制器控制X射線機，將X射線機的曝光方式設置為離散可控的脈衝式曝光方式。
2.根據權利要求1所述的降低X射線診斷設備X射線劑量的系統，其特徵在於，所述X 射線機與探測器通過連接臂固定。
3.根據權利要求2所述的降低X射線診斷設備X射線劑量的系統，其特徵在於，還包括運動控制器，所述運動控制器控制連接臂的運動。
4.根據權利要求2所述的降低X射線診斷設備X射線劑量的系統，其特徵在於，還包括工作站，所述工作站分別與X射線控制器、探測器和運動控制器相連，用於系統的總體控制。
5.根據權利要求1所述的降低X射線診斷設備X射線劑量的系統，其特徵在於，所述離散可控的脈衝式曝光方式可由預先曝光的單幅圖像數據根據低劑量可靠圖像分辨的要求計算得出。
6.根據權利要求1所述的降低X射線診斷設備X射線劑量的系統，其特徵在於，所述X 射線控制器控制X射線機的脈衝X光發射參數，所述脈衝X光發射參數包括曝光時間長度和停止時間長度。
7.根據權利要求1所述的降低X射線診斷設備X射線劑量的系統，其特徵在於，所述X 射線控制器控制X射線機的脈衝X射線發射硬體同步模式設置，當設置脈衝X射線為硬體模式時，不接受連續X射線發射設置指令和脈衝X光發射設置指令，只接受外部同步脈衝信號來觸發曝光。
8.一種降低X射線診斷設備X射線劑量的方法，包括設置X射線診斷設備的X射線源脈衝控制參數，將X射線診斷設備的X射線曝光方式設置為離散可控的脈衝式曝光方式；進行衝脈式曝光採集圖像。
9.根據權利要求8所述的降低X射線診斷設備X射線劑量的方法，其特徵在於，所述設置X射線診斷設備的X射線源脈衝控制參數步驟前還包括進行正位單次脈衝曝光，根據曝光數據計算適合的低劑量曝光電流值。
10.根據權利要求9所述的降低X射線診斷設備X射線劑量的方法，其特徵在於，所述根據曝光數據計算適合的低劑量曝光電流值步驟後還包括根據曝光數據計算適合的曝光脈衝寬度。
全文摘要
本發明屬於醫療設備技術領域，尤其涉及一種降低X射線診斷設備X射線劑量的系統及方法。本發明降低X射線診斷設備X射線劑量的系統包括X射線機、X射線控制器和探測器，所述X射線機用於產生X射線對人體待測試部的層面進行掃描，X射線控制器與X射線機相連，控制X射線機的X射線源曝光方式，所述探測器接收透過所述人體待測試部層面的X射線，所述X射線控制器控制X射線機，將X射線機的曝光方式設置為離散可控的脈衝式曝光方式。本發明實施例的降低X射線診斷設備X射線劑量的系統及方法將傳統的X射線診斷設備連續不間斷曝光方式轉變為離散的脈衝式的曝光方式，完全消除了X射線探測器採集間隔區間的無用劑量，極大地降低了患者整體X射線的吸收劑量。
文檔編號H05G1/46GK103040481SQ20121057256
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月25日 優先權日2012年12月25日
發明者張其陽, 李彥明, 胡戰利, 蔣昌輝, 張成祥, 王劍宇, 鄭海榮 申請人:深圳先進技術研究院