本發明涉及醫療器械技術領域，尤其涉及一種C型臂X射線機自動曝光控制方法、系統及裝置。

背景技術：

在醫療領域，X射線被廣泛應用于醫療診斷，尤其是對患者體內的情況進行無創傷診斷。

X射線可穿透人體至成像器件最終生成診斷圖像，人體內不同組織對X射線的吸收強度不同，因此穿透人體達到成像器件的X射線會有數量上的差異，這種差異可導致診斷圖像中的灰度差異，從而幫助醫生進行診斷。

長時間過量的X射線會對人體造成傷害，因此要在醫療診斷過程中對人體接受到的X射線的曝光劑量進行嚴格的控制。

多種醫療設備使用了X射線，包括：CR、DR、CT、直線加速器、C型臂X射線機等。其中CR、DR、CT、直線加速器都是按照預先設置好的程序進行一次性的曝光，因此曝光劑量相對可控，并且只有病人會受到曝光輻射，醫生處于安全隔離區域。在所有使用X射線的醫療設備中，C型臂X射線機是唯一在手術室中使用的設備，并且設備使用過程中需要由醫生現場操作，因此醫患均需暴露在X射線中，使用時依據病患手術的復雜程度需進行長時間多次X射線照射。因此，出于射線劑量控制的需求，對C型臂X射線機的曝光控制要求很高。

醫療診斷用X射線的參數主要有：電壓kV，電流mA，曝光時間s，這三個參數決定了X射線的曝光量，也決定了最終診斷圖像的質量。電壓kV決定了射線的質，即穿透能力，一定程度上會影響圖像的對比度，而電流mA和曝光時間s決定了射線的量，即數量多少，會影響圖像的明暗度。圖像質量效果需滿足醫生診斷需求。

曝光控制關鍵難點有兩個：

1.診斷圖像一致性，即針對不同體型病患的不同部位，生成的診斷圖像應盡可能保持一致性。

2.低劑量，即在保證生成圖像滿足診斷要求的前提下，盡可能的將射線輻射水平控制在最低。

部分設備沒有自動曝光控制技術，需要醫生或技師針對病人體型與檢查部位厚度等具體情況，手動調節電壓kV，電流mA，曝光時間s等參數，根據經驗生成診斷圖像。可能會因醫生操作不當或技術經驗不足設置的錯誤參數導致診斷圖像有問題，重新設置參數再次曝光不僅增加了手術時間，加重病人風險，而且也額外增加了醫患X射線劑量。

現有設備有多種自動曝光控制技術，技術層面主要分兩種：1.使用電離室的自動曝光控制技術。使用氣態或固態電離室，配合前置放大器實現對X射線劑量的精確測量，當劑量達到設定值時通過電路瞬間中斷X射線的發射。2.使用熒光效應控制的光電倍增管。將射線劑量轉換成電壓(或電流)，經時間積分后的電壓正比于X射線劑量，當積分電壓達到設定的電壓時通過電路瞬間切斷高壓，實現自動曝光控制。

現有自動曝光控制技術的缺點是只能自動調節電流mA和曝光時間s這兩個參數，不能自動調節電壓kV參數，也就是說實際使用時還需要通過人工選擇病患體型(幼兒、瘦、中等、胖、超胖)來間接確定電壓kV的大致范圍。

技術實現要素：

鑒于上述現有技術的不足之處，本發明的目的在于提供一種C型臂X射線機自動曝光控制方法及控制系統，實現對不同體型病患的不同部分的自動曝光控制，實現診斷圖像的一致性。

本發明的另一目的在于提供一種C型臂X射線機自動曝光控制裝置，以提高曝光控制的穩定性和準確性，降低醫患受到的輻射量，減少手術風險。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的。

一種C型臂X射線機自動曝光控制方法，包括以下步驟：

210：初始化步驟，其中對硬件進行初始化，以及對電壓相關調節值、電流相關調節值進行初始化；

220：電壓調節步驟，其中對電壓進行更新調節；

230：電流調節步驟，其中對電流進行更新調節；

240：增益調節步驟：其中對增益進行更新調節；

250：參數輸出步驟：其中對電壓、電流、增益以及球管大、小焦點進行設置并進行輸出。

優選的，步驟210中，所述初始化步驟具體包括：

211：硬件初始化；

212：初始化電壓調節亮度Ev，電流調節亮度Ec；

213：初始化電壓調節閾值Tv，電流調節閾值Tc，增益調節閾值Tg；

214：初始化電壓調節步長Sv，電流調節步長Sc，增益調節步長Sg；

215：初始化電壓kV，電流mA，增益gain；

216：初始化完成。

其中，亮度Ev與Ec，閾值Tv、Tc與Tg，步長Sv、Sc與Sg，電壓kV，電流mA，增益gain均由工程師在安裝調試設備時進行設置。

優選的，步驟220中，所述電壓調節步驟具體包括：

221：設定電壓kV，電流mA；

222：獲取射線圖像img；

223：獲取圖像感興趣區域平均灰度值avg＝mean(img(roi))；

224：計算偏差值comp＝1-avg/Ev；

225：進行比較comp＜Tv，若否，則跳轉到226，若是，則跳轉到227；

226：更新電壓kV＝kV+Sv*comp，然后跳轉到221；

227：電壓調節完成，存儲當前電壓kV。

其中，roi表示感興趣區域，mean表示求算術平均值。

優選的，步驟230中，所述電流調節步驟具體包括：

231：設定電壓kV，電流mA；

232：獲取射線圖像img；

233：獲取圖像感興趣區域平均灰度值avg＝mean(img(roi))；

234：計算偏差值comp＝1-avg/Ec；

235：進行比較comp＜Tc，若否，則跳轉到236，若是，則跳轉到237；

236：更新電流mA＝mA+Sc*comp，然后跳轉到231；

237：電流調節完成，存儲當前電流mA值。

其中，roi表示感興趣區域，mean表示求算術平均值。

優選的，步驟240中，所述增益調節步驟具體包括：

241：設定電壓kV，電流mA，設定增益gain；

242：獲取射線圖像img；

243：計算圖像局部對比度contrast＝sdev(img)；

244：計算圖像噪聲水平noise

245：進行比較contrast/noise＞Tg，若是，則跳轉到246，若否，則跳轉到247；

246：更新增益gain＝gain+Sg，并更新電流mA＝mA/10∧(Sg/10)，然后跳轉到241；

247：增益調節完成，存儲當前增益gain和電流mA。

其中，sdev表示求標準方差，增益gain的單位是dB

優選的，步驟250中，所述參數輸出步驟具體包括：

251：建立連接；

252：設置電壓kV，電流mA；

253：設置增益gain；

254：設置球管大、小焦點；

255：輸出完成。

一種C型臂X射線機自動曝光控制系統，包括：

初始化模塊(210’)，用于對硬件進行初始化，以及對電壓相關調節值、電流相關調節值進行初始化；

電壓調節模塊(220’)，用于對電壓進行更新調節；

電流調節模塊(230’)，用于對電流進行更新調節；

增益調節模塊(240’)，用于對增益進行更新調節；

參數輸出模塊(250’)，用于對電壓、電流、增益以及球管大、小焦點進行設置并進行輸出。

優選的，初始化模塊(210’)中的初始化具體包括：

211：硬件初始化；

212：初始化電壓調節亮度Ev，電流調節亮度Ec；

213：初始化電壓調節閾值Tv，電流調節閾值Tc，增益調節閾值Tg；

214：初始化電壓調節步長Sv，電流調節步長Sc，增益調節步長Sg；

215：初始化電壓kV，電流mA，增益gain；

216：初始化完成。

其中，亮度Ev與Ec，閾值Tv、Tc與Tg，步長Sv、Sc與Sg，電壓kV，電流mA，增益gain均由工程師在安裝調試設備時進行設置。

優選的，所述電壓調節模塊(220’)對電流值行更新調節具體包括：

221’：設定電壓kV，電流mA；

222’：獲取射線圖像img；

223’：獲取圖像感興趣區域平均灰度值avg＝mean(img(roi))；

224’：計算偏差值comp＝1-avg/Ev；

225’：進行比較comp＜Tv，若否，則跳轉到226’，若是，則跳轉到227’；

226’：更新電壓kV＝kV+Sv*comp，然后跳轉到221’；

227’：電壓調節完成，存儲當前電壓kV值。

其中，roi表示感興趣區域，mean表示求算術平均值。

優選的，所述電流調節模塊(230’)具體包括：

231’：設定電壓kV，電流mA；

232’：獲取射線圖像img；

233’：獲取圖像感興趣區域平均灰度值avg＝mean(img(roi))；

234’：計算偏差值comp＝1-avg/Ec；

235’：進行比較comp＜Tc，若否，則跳轉到236’，若是，則跳轉到237’；

236’：更新電流mA＝mA+Sc*comp，然后跳轉到231’；

237’：電流調節完成，存儲當前電流mA。

其中，roi表示感興趣區域，mean表示求算術平均值。

優選的，所述增益調節模塊(240’)對增益進行更新調節具體包括：

241’：設定電壓kV，電流mA，設定增益gain；

242’：獲取射線圖像img；

243’：計算圖像局部對比度contrast＝sdev(img)；

244’：計算圖像噪聲水平noise

245’：進行比較contrast/noise＞Tg，若是，則跳轉到246’，若否，則跳轉到247’；

246’：更新增益gain＝gain+Sg，并更新mA＝mA/10∧(Sg/10)，然后跳轉到241’；

247’：增益調節完成，存儲當前增益gain和電流mA。

其中，sdev表示求標準方差，增益gain的單位是dB。

優選的，所述參數輸出模塊具體包括：

251’：建立連接；

252’：設置電壓kV，電流mA；

253’：設置增益gain；

254’：設置球管大、小焦點；

255’：輸出完成。

一種采用如上所述C型臂X射線機自動曝光控制方法的C型臂X射線機自動曝光控制裝置，包括：X射線探測器、濾線柵、圖像工作站、高壓控制板、逆變器、高壓發生器、球管、限束器，所述X射線探測器通過千兆網線連接圖像工作站，通過信號線連接高壓控制板；所述圖像工作站通過串口線連接高壓控制板；所述限束器通過信號線與高壓控制板連接，限束器通過一個可調節大小的窗口，屏蔽掉不必要的X射線，并且能屏蔽球管處泄漏的散射線；所述高壓控制板通過電纜線連接高壓發生器，通過電纜線連接球管；所述高壓發生器通過正負兩根高壓電纜線連接球管；球管發射的X射線通過病患后被X射線探測器接收并成像，高壓發生器通過信號線與逆變器連接，逆變器通過信號線和高壓控制板連接，完成直流電與交流電的轉變；濾線柵用于過濾X射線的散射線，與X射線探測器緊貼在一起，其中球管，高壓發生器，和逆變器一起構成了X射線發生裝置，該裝置由高壓控制板控制，高壓控制板又受圖像工作站控制，圖像工作站計算出一組曝光參數時，X射線發生裝置會根據這個曝光參數生成X射線，X射線穿透病患的同時會產生一部分散射線，該散射線會降低圖像質量，用濾線柵過濾掉，最終X射線達到X射線探測器形成數字圖像，圖像通過網線傳送到圖像工作站進行處理和分析；所述圖像工作站加載默認的曝光參數，將所述曝光參數通過串口線下發到所述高壓控制板，所述高壓控制板通過電纜線啟動所述球管中的旋轉陽極，曝光準備完畢；然后所述高壓控制板發出曝光指令控制所述高壓發生器產生與所述曝光參數匹配的高壓，所述高壓發生器將高壓通過高壓電纜發送到所述球管的同時，X射線從所述球管發射出去，穿透所述病患抵達所述X射線探測器；與此同時，高壓控制板通過信號線發送觸發信號到所述X射線探測器，所述X射線探測器將抵達的X射線轉換為數字圖像并通過千兆網線傳送到所述圖像工作站；所述圖像工作站分析接受到的圖像并調整曝光指令，并重復以上過程，當圖像滿足一定要求而不再調整曝光指令時，所述圖像工作站鎖定最后一組曝光參數，并完成自動曝光控制過程。

優選的，所述X射線探測器是X射線平板探測器，

優選的，所述X射線探測器是X射線影像增強器或者其它的X射線接收與轉換裝置。

優選的，所述圖像工作站是計算機。

優選的，所述圖像工作站是嵌入式系統或架構的數字系統。與現有技術相比，本發明的技術方案具有以下優點：

1、本發明可實現C型臂X射線機使用過程中的自動曝光控制，避免人工設定相關曝光參數，減輕醫生負擔，降低手術風險。

2、本發明可實現針對不同體型病患不同部位的診斷圖像一致性，并且在滿足圖像診斷質量的前提下，將射線輻射水平控制在最低，降低醫患輻射風險。

附圖說明

圖1是本發明裝置結構示意圖。

圖2是本發明自動曝光控制系統結構示意圖。

圖3是本發明自動曝光控制方法初始化步驟的具體流程示意圖。

圖4是本發明自動曝光控制方法電壓調節步驟的具體流程示意圖。

圖5是本發明自動曝光控制方法電流調節步驟的具體流程示意圖。

圖6是本發明自動曝光控制方法增益調節步驟的具體流程示意圖。

圖7是本發明自動曝光控制方法參數輸出步驟的具體流程示意圖。

具體實施方式

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，并不用于限定本發明。

本發明所述C型臂X射線機自動曝光控制方法，具體包括：

步驟210：初始化步驟，其中對硬件進行初始化，以及對電壓相關調節值、電流相關調節值進行初始化；

步驟220：電壓調節步驟，其中對電壓進行更新調節；

步驟230：電流調節步驟，其中對電流進行更新調節；

步驟240：增益調節步驟：其中對增益進行更新調節；

步驟250：參數輸出步驟：其中對電壓、電流、增益以及球管大、小焦點進行設置并進行輸出。

如圖3所示，所述步驟210中，初始化具體包括：

步驟211：硬件初始化；

步驟212：初始化電壓調節亮度Ev，電流調節亮度Ec；

步驟213：初始化電壓調節閾值Tv，電流調節閾值Tc，增益調節閾值Tg；

步驟214：初始化電壓調節步長Sv，電流調節步長Sc，增益調節步長Sg；

步驟215：初始化電壓kV，電流mA，增益gain；

步驟216：初始化完成。

其中，亮度Ev與Ec，閾值Tv、Tc與Tg，步長Sv、Sc與Sg，電壓kV，電流mA，增益gain均由工程師在安裝調試設備時進行設置。

如圖4所示，所述步驟220中，電壓調節包括：

步驟221：設定電壓kV，電流mA；

步驟222：獲取射線圖像img；

步驟223：獲取圖像感興趣區域平均灰度值avg＝mean(img(roi))；

步驟224：計算偏差值comp＝1-avg/Ev；

步驟225：進行比較comp＜Tv，若否，則跳轉到226，若是，則跳轉到227；

步驟226：更新電壓kV＝kV+Sv*comp，然后跳轉到221；

步驟227：電壓調節完成，存儲當前電壓kV。

如圖5所示，所述步驟230中，電流調節具體包括：

步驟231：設定電壓kV，電流mA；

步驟232：獲取射線圖像img；

步驟233：獲取圖像感興趣區域平均灰度值avg＝mean(img(roi))；

步驟234：計算偏差值comp＝1-avg/Ec；

步驟235：進行比較comp＜Tc，若否，則跳轉到236，若是，則跳轉到237；

步驟236：更新電流mA＝mA+Sc*comp，然后跳轉到231；

步驟237：電流調節完成，存儲當前電流mA。

如圖6所示，所述步驟240中，增益調節具體包括：

步驟241：設定電壓kV，電流mA，設定增益gain；

步驟242：獲取射線圖像img；

步驟243：計算圖像局部對比度contrast＝sdev(img)；

步驟244：計算圖像噪聲水平noise

步驟245：進行比較contrast/noise＞Tg，若是，則跳轉到246，若否，則跳轉到247；

步驟246：更新增益值gain＝gain+Sg，并更新mA＝mA/10∧(Sg/10)，然后跳轉到241；

步驟247：增益調節完成，存儲當前增益gain和電流mA。

如圖7所示，所述步驟250中，參數輸出具體包括：

步驟251：建立連接；

步驟252：設置電壓kV，電流mA；

步驟253：設置增益gain；

步驟254：設置球管大、小焦點；

步驟255：輸出完成。

如圖1所示，采用上述控制方法的本發明C型臂X射線機自動曝光控制裝置，包括：X射線探測器100、濾線柵800、圖像工作站200、高壓控制板300、逆變器700、高壓發生器400、球管500、限束器900，所述X射線探測器100通過千兆網線連接圖像工作站200，通過信號線連接高壓控制板300；所述圖像工作站200通過串口線連接高壓控制板300；所述限束器900通過信號線與高壓控制板連接，限束器900通過一個可調節大小的窗口，屏蔽掉不必要的X射線，并且能屏蔽球管處泄漏的散射線；所述高壓控制板300通過電纜線連接高壓發生器400，通過電纜線連接球管500；所述高壓發生器400通過正負兩根高壓電纜線連接球管500。球管500發射的X射線通過病患600后被X射線探測器100接收并成像，高壓發生器通過信號線與逆變器700連接，逆變器700通過信號線和高壓控制板連接，完成直流電與交流電的轉變；其中濾線柵800用于過濾X射線的散射線，與X射線探測器100緊貼在一起，病患600只是用來輔助說明所述C型臂X射線機自動曝光控制裝置，并不屬于所述控制裝置本身的一個組件。

所述C型臂X射線機自動曝光控制裝置的工作過程如下：球管，高壓發生器，和逆變器一起構成了X射線發生裝置，該裝置由高壓控制板控制，高壓控制板又受圖像工作站控制，圖像工作站計算出一組曝光參數時，X射線發生裝置會根據這個曝光參數生成X射線，X射線穿透病患的同時會產生一部分散射線，該散射線會降低圖像質量，因此需要用濾線柵過濾掉，最終X射線達到X射線探測器形成數字圖像，圖像通過網線傳送到圖像工作站進行處理和分析。所述圖像工作站200加載默認的曝光參數，將所述曝光參數通過串口線下發到所述高壓控制板300，所述高壓控制板300通過電纜線啟動所述球管500中的旋轉陽極，曝光準備完畢；然后所述高壓控制板300發出曝光指令控制所述高壓發生器400產生與所述曝光參數匹配的高壓，所述高壓發生器400將高壓通過高壓電纜發送到所述球管500的同時，X射線從所述球管500發射出去，穿透所述病患600抵達所述X射線探測器100；與此同時，高壓控制板300通過信號線發送觸發信號到所述X射線探測器100，所述X射線探測器100將抵達的X射線轉換為數字圖像并通過千兆網線傳送到所述圖像工作站200；所述圖像工作站200分析接受到的圖像并調整曝光指令，并重復以上過程，當圖像滿足一定要求而不再調整曝光指令時，所述圖像工作站200鎖定最后一組曝光參數，并完成自動曝光控制過程。

所述X射線探測器100可以是X射線平板探測器，也可以是X射線影像增強器或者其它的X射線接收與轉換裝置。

所述圖像工作站200可以是計算機，也可以是嵌入式系統或架構相似的數字系統。

如圖2所示，與上述C型臂X射線機自動曝光控制方法對應，本發明一種C型臂X射線機自動曝光控制系統，包括：

初始化模塊(210’)，用于對硬件進行初始化，以及對電壓相關調節值、電流相關調節值進行初始化；

電壓調節模塊(220’)，用于對電壓進行更新調節；

電流調節模塊(230’)，用于對電流進行更新調節；

增益調節模塊(240’)，用于對增益進行更新調節；

參數輸出模塊(250’)，用于對電壓、電流、增益以及球管大、小焦點進行設置并進行輸出。

其中初始化模塊(210’)中的初始化具體包括：

211’：硬件初始化；

212’：初始化電壓調節亮度Ev，電流調節亮度Ec；

213’：初始化電壓調節閾值Tv，電流調節閾值Tc，增益調節閾值Tg；

214’：初始化電壓調節步長Sv，電流調節步長Sc，增益調節步長Sg；

215’：初始化電壓kV，電流mA，增益gain；

216’：初始化完成。

其中，亮度Ev與Ec，閾值Tv、Tc與Tg，步長Sv、Sc與Sg，電壓kV，電流mA，增益gain均由工程師在安裝調試設備時進行設置。

所述電壓調節模塊(220’)對電流值進行更新調節具體包括：

221’：設定電壓kV，電流mA；

222’：獲取射線圖像img；

223’：獲取圖像感興趣區域平均灰度值avg＝mean(img(roi))；

224’：計算偏差值comp＝1-avg/Ev；

225’：進行比較comp＜Tv，若否，則跳轉到226’，若是，則跳轉到227’；

226’：更新電壓kV＝kV+Sv*comp，然后跳轉到221’；

227’：電壓調節完成，存儲當前電壓kV。

其中，roi表示感興趣區域，mean表示求算術平均值。

所述電流調節模塊(230’)具體包括：

231’：設定電壓kV，電流mA；

232’：獲取射線圖像img；

233’：獲取圖像感興趣區域平均灰度值avg＝mean(img(roi))；

234’：計算偏差值comp＝1-avg/Ec；

235’：進行比較comp＜Tc，若否，則跳轉到236’，若是，則跳轉到237’；

236’：更新電流mA＝mA+Sc*comp，然后跳轉到231’；

237’：電流調節完成，存儲當前電流mA值。

其中，roi表示感興趣區域，mean表示求算術平均值。

所述增益調節模塊(240’)對增益值進行更新調節具體包括：

241’：設定電壓kV，電流mA，設定增益gain；

242’：獲取射線圖像img；

243’：計算圖像局部對比度contrast＝sdev(img)；

244’：計算圖像噪聲水平noise

245’：進行比較contrast/noise＞Tg，若是，則跳轉到246’，若否，則跳轉到247’；

246’：更新增益值gain＝gain+Sg，并更新mA＝mA/10∧(Sg/10)，然后跳轉到241’；

247’：增益調節完成，存儲當前增益gain和電流mA。

其中，sdev表示求標準方差，增益gain的單位是dB。

所述參數輸出模塊具體包括：

251’：建立連接；

252’：設置電壓kV，電流mA；

253’：設置增益gain；

254’：設置球管大、小焦點；

255’：輸出完成。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，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范圍之內。