本實(shí)用新型涉及醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種C型臂X射線機(jī)自動(dòng)曝光控制裝置。

背景技術(shù)：

在醫(yī)療領(lǐng)域，X射線被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療診斷，尤其是對(duì)患者體內(nèi)的情況進(jìn)行無(wú)創(chuàng)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(nèi)不同組織對(duì)X射線的吸收強(qiáng)度不同，因此穿透人體達(dá)到成像器件的X射線會(huì)有數(shù)量上的差異，這種差異可導(dǎo)致診斷圖像中的灰度差異，從而幫助醫(yī)生進(jìn)行診斷。

長(zhǎng)時(shí)間過(guò)量的X射線會(huì)對(duì)人體造成傷害，因此要在醫(yī)療診斷過(guò)程中對(duì)人體接受到的X射線的曝光劑量進(jìn)行嚴(yán)格的控制。

多種醫(yī)療設(shè)備使用了X射線，包括：CR、DR、CT、直線加速器、C型臂X射線機(jī)等。其中CR、DR、CT、直線加速器都是按照預(yù)先設(shè)置好的程序進(jìn)行一次性的曝光，因此曝光劑量相對(duì)可控，并且只有病人會(huì)受到曝光輻射，醫(yī)生處于安全隔離區(qū)域。在所有使用X射線的醫(yī)療設(shè)備中，C型臂X射線機(jī)是唯一在手術(shù)室中使用的設(shè)備，并且設(shè)備使用過(guò)程中需要由醫(yī)生現(xiàn)場(chǎng)操作，因此醫(yī)患均需暴露在X射線中，使用時(shí)依據(jù)病患手術(shù)的復(fù)雜程度需進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間多次X射線照射。因此，出于射線劑量控制的需求，對(duì)C型臂X射線機(jī)的曝光控制要求很高。

醫(yī)療診斷用X射線的參數(shù)主要有：電壓kV，電流mA，曝光時(shí)間s，這三個(gè)參數(shù)決定了X射線的曝光量，也決定了最終診斷圖像的質(zhì)量。電壓kV決定了射線的質(zhì)，即穿透能力，一定程度上會(huì)影響圖像的對(duì)比度，而電流mA和曝光時(shí)間s決定了射線的量，即數(shù)量多少，會(huì)影響圖像的明暗度。圖像質(zhì)量效果需滿足醫(yī)生診斷需求。

曝光控制關(guān)鍵難點(diǎn)有兩個(gè)：

1.診斷圖像一致性，即針對(duì)不同體型病患的不同部位，生成的診斷圖像應(yīng)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(shè)備沒(méi)有自動(dòng)曝光控制技術(shù)，需要醫(yī)生或技師針對(duì)病人體型與檢查部位厚度等具體情況，手動(dòng)調(diào)節(jié)電壓kV，電流mA，曝光時(shí)間s等參數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)生成診斷圖像?？赡軙?huì)因醫(yī)生操作不當(dāng)或技術(shù)經(jīng)驗(yàn)不足設(shè)置的錯(cuò)誤參數(shù)導(dǎo)致診斷圖像有問(wèn)題，重新設(shè)置參數(shù)再次曝光不僅增加了手術(shù)時(shí)間，加重病人風(fēng)險(xiǎn)，而且也額外增加了醫(yī)患X射線劑量。

現(xiàn)有設(shè)備有多種自動(dòng)曝光控制技術(shù)，技術(shù)層面主要分兩種：1.使用電離室的自動(dòng)曝光控制技術(shù)。使用氣態(tài)或固態(tài)電離室，配合前置放大器實(shí)現(xiàn)對(duì)X射線劑量的精確測(cè)量，當(dāng)劑量達(dá)到設(shè)定值時(shí)通過(guò)電路瞬間中斷X射線的發(fā)射。2.使用熒光效應(yīng)控制的光電倍增管。將射線劑量轉(zhuǎn)換成電壓(或電流)，經(jīng)時(shí)間積分后的電壓正比于X射線劑量，當(dāng)積分電壓達(dá)到設(shè)定的電壓時(shí)通過(guò)電路瞬間切斷高壓，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)曝光控制。

現(xiàn)有自動(dòng)曝光控制技術(shù)的缺點(diǎn)是只能自動(dòng)調(diào)節(jié)電流mA和曝光時(shí)間s這兩個(gè)參數(shù)，不能自動(dòng)調(diào)節(jié)電壓kV參數(shù)，也就是說(shuō)實(shí)際使用時(shí)還需要通過(guò)人工選擇病患體型(幼兒、瘦、中等、胖、超胖)來(lái)間接確定電壓kV的大致范圍。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本實(shí)用新型的目的在于提供一種C型臂X射線機(jī)自動(dòng)曝光控制裝置，以提高曝光控制的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，降低醫(yī)患受到的輻射量，減少手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

一種C型臂X射線機(jī)自動(dòng)曝光控制裝置，包括：X射線探測(cè)器、濾線柵、圖像工作站、高壓控制板、逆變器、高壓發(fā)生器、球管、限束器，所述X射線探測(cè)器通過(guò)千兆網(wǎng)線連接圖像工作站，通過(guò)信號(hào)線連接高壓控制板；所述圖像工作站通過(guò)串口線連接高壓控制板；所述限束器通過(guò)信號(hào)線與高壓控制板連接，限束器通過(guò)一個(gè)可調(diào)節(jié)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(guò)電纜線連接高壓發(fā)生器，通過(guò)電纜線連接球管；所述高壓發(fā)生器通過(guò)正負(fù)兩根高壓電纜線連接球管；球管發(fā)射的X射線通過(guò)病患后被X射線探測(cè)器接收并成像，高壓發(fā)生器通過(guò)信號(hào)線與逆變器連接，逆變器通過(guò)信號(hào)線和高壓控制板連接，完成直流電與交流電的轉(zhuǎn)變；濾線柵用于過(guò)濾X射線的散射線，與X射線探測(cè)器緊貼在一起，其中球管，高壓發(fā)生器，和逆變器一起構(gòu)成了X射線發(fā)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(jì)算出一組曝光參數(shù)時(shí)，X射線發(fā)生裝置會(huì)根據(jù)這個(gè)曝光參數(shù)生成X射線，X射線穿透病患的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生一部分散射線，該散射線會(huì)降低圖像質(zhì)量，用濾線柵過(guò)濾掉，最終X射線達(dá)到X射線探測(cè)器形成數(shù)字圖像，圖像通過(guò)網(wǎng)線傳送到圖像工作站進(jìn)行處理和分析；所述圖像工作站加載默認(rèn)的曝光參數(shù)，將所述曝光參數(shù)通過(guò)串口線下發(fā)到所述高壓控制板，所述高壓控制板通過(guò)電纜線啟動(dòng)所述球管中的旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極，曝光準(zhǔn)備完畢；然后所述高壓控制板發(fā)出曝光指令控制所述高壓發(fā)生器產(chǎn)生與所述曝光參數(shù)匹配的高壓，所述高壓發(fā)生器將高壓通過(guò)高壓電纜發(fā)送到所述球管的同時(shí)，X射線從所述球管發(fā)射出去，穿透所述病患抵達(dá)所述X射線探測(cè)器；與此同時(shí)，高壓控制板通過(guò)信號(hào)線發(fā)送觸發(fā)信號(hào)到所述X射線探測(cè)器，所述X射線探測(cè)器將抵達(dá)的X射線轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像并通過(guò)千兆網(wǎng)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(diào)整曝光指令，并重復(fù)以上過(guò)程，當(dāng)圖像滿足一定要求而不再調(diào)整曝光指令時(shí)，所述圖像工作站鎖定最后一組曝光參數(shù)，并完成自動(dòng)曝光控制過(guò)程。

優(yōu)選的，所述X射線探測(cè)器是X射線平板探測(cè)器，

優(yōu)選的，所述X射線探測(cè)器是X射線影像增強(qiáng)器或者其它的X射線接收與轉(zhuǎn)換裝置。

優(yōu)選的，所述圖像工作站是計(jì)算機(jī)。

優(yōu)選的，所述圖像工作站是嵌入式系統(tǒng)或架構(gòu)的數(shù)字系統(tǒng)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)C型臂X射線機(jī)使用過(guò)程中的自動(dòng)曝光控制，避免人工設(shè)定相關(guān)曝光參數(shù)，減輕醫(yī)生負(fù)擔(dān)，降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

2、本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)針對(duì)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(zhì)量的前提下，將射線輻射水平控制在最低，降低醫(yī)患輻射風(fēng)險(xiǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。

請(qǐng)參閱圖1所示，本實(shí)用新型所述C型臂X射線機(jī)自動(dòng)曝光控制裝置，具體包括：X射線探測(cè)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(fā)生器400、球管500、限束器900，所述X射線探測(cè)器100通過(guò)千兆網(wǎng)線連接圖像工作站200，通過(guò)信號(hào)線連接高壓控制板300；所述圖像工作站200通過(guò)串口線連接高壓控制板300；所述限束器900通過(guò)信號(hào)線與高壓控制板連接，限束器900通過(guò)一個(gè)可調(diào)節(jié)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(guò)電纜線連接高壓發(fā)生器400，通過(guò)電纜線連接球管500；所述高壓發(fā)生器400通過(guò)正負(fù)兩根高壓電纜線連接球管500。球管500發(fā)射的X射線通過(guò)病患600后被X射線探測(cè)器100接收并成像，高壓發(fā)生器通過(guò)信號(hào)線與逆變器700連接，逆變器700通過(guò)信號(hào)線和高壓控制板連接，完成直流電與交流電的轉(zhuǎn)變；其中濾線柵800用于過(guò)濾X射線的散射線，與X射線探測(cè)器100緊貼在一起，病患600只是用來(lái)輔助說(shuō)明所述C型臂X射線機(jī)自動(dòng)曝光控制裝置，并不屬于所述控制裝置本身的一個(gè)組件。

所述C型臂X射線機(jī)自動(dòng)曝光控制裝置的工作過(guò)程如下：球管，高壓發(fā)生器，和逆變器一起構(gòu)成了X射線發(fā)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(jì)算出一組曝光參數(shù)時(shí)，X射線發(fā)生裝置會(huì)根據(jù)這個(gè)曝光參數(shù)生成X射線，X射線穿透病患的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生一部分散射線，該散射線會(huì)降低圖像質(zhì)量，因此需要用濾線柵過(guò)濾掉，最終X射線達(dá)到X射線探測(cè)器形成數(shù)字圖像，圖像通過(guò)網(wǎng)線傳送到圖像工作站進(jìn)行處理和分析。所述圖像工作站200加載默認(rèn)的曝光參數(shù)，將所述曝光參數(shù)通過(guò)串口線下發(fā)到所述高壓控制板300，所述高壓控制板300通過(guò)電纜線啟動(dòng)所述球管500中的旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極，曝光準(zhǔn)備完畢；然后所述高壓控制板300發(fā)出曝光指令控制所述高壓發(fā)生器400產(chǎn)生與所述曝光參數(shù)匹配的高壓，所述高壓發(fā)生器400將高壓通過(guò)高壓電纜發(fā)送到所述球管500的同時(shí)，X射線從所述球管500發(fā)射出去，穿透所述病患600抵達(dá)所述X射線探測(cè)器100；與此同時(shí)，高壓控制板300通過(guò)信號(hào)線發(fā)送觸發(fā)信號(hào)到所述X射線探測(cè)器100，所述X射線探測(cè)器100將抵達(dá)的X射線轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像并通過(guò)千兆網(wǎng)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(diào)整曝光指令，并重復(fù)以上過(guò)程，當(dāng)圖像滿足一定要求而不再調(diào)整曝光指令時(shí)，所述圖像工作站200鎖定最后一組曝光參數(shù)，并完成自動(dòng)曝光控制過(guò)程。

所述X射線探測(cè)器100可以是X射線平板探測(cè)器，也可以是X射線影像增強(qiáng)器或者其它的X射線接收與轉(zhuǎn)換裝置。

所述圖像工作站200可以是計(jì)算機(jī)，也可以是嵌入式系統(tǒng)或架構(gòu)相似的數(shù)字系統(tǒng)。

上述C型臂X射線機(jī)自動(dòng)曝光裝置對(duì)應(yīng)的控制方法，具體包括：

步驟210：初始化步驟，其中對(duì)硬件進(jìn)行初始化，以及對(duì)電壓相關(guān)調(diào)節(jié)值、電流相關(guān)調(diào)節(jié)值進(jìn)行初始化；

步驟220：電壓調(diào)節(jié)步驟，其中對(duì)電壓進(jìn)行更新調(diào)節(jié)；

步驟230：電流調(diào)節(jié)步驟，其中對(duì)電流進(jìn)行更新調(diào)節(jié)；

步驟240：增益調(diào)節(jié)步驟：其中對(duì)增益進(jìn)行更新調(diào)節(jié)；

步驟250：參數(shù)輸出步驟：其中對(duì)電壓、電流、增益以及球管大、小焦點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置并進(jìn)行輸出。

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(diào)節(jié)亮度Ev，電流調(diào)節(jié)亮度Ec；

步驟213：初始化電壓調(diào)節(jié)閾值Tv，電流調(diào)節(jié)閾值Tc，增益調(diào)節(jié)閾值Tg；

步驟214：初始化電壓調(diào)節(jié)步長(zhǎng)Sv，電流調(diào)節(jié)步長(zhǎng)Sc，增益調(diào)節(jié)步長(zhǎng)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(zhǎng)Sv、Sc與Sg，電壓kV，電流mA，增益gain均由工程師在安裝調(diào)試設(shè)備時(shí)進(jìn)行設(shè)置。

所述步驟220中，電壓調(diào)節(jié)包括：

步驟221：設(shè)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(qū)域平均灰度值avg＝mean(img(roi))；

步驟224：計(jì)算偏差值comp＝1-avg/Ev；

步驟225：進(jìn)行比較comp＜Tv，若否，則跳轉(zhuǎn)到226，若是，則跳轉(zhuǎn)到227；

步驟226：更新電壓kV＝kV+Sv*comp，然后跳轉(zhuǎn)到221；

步驟227：電壓調(diào)節(jié)完成，存儲(chǔ)當(dāng)前電壓kV。

所述步驟230中，電流調(diào)節(jié)具體包括：

步驟231：設(shè)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(qū)域平均灰度值avg＝mean(img(roi))；

步驟234：計(jì)算偏差值comp＝1-avg/Ec；

步驟235：進(jìn)行比較comp＜Tc，若否，則跳轉(zhuǎn)到236，若是，則跳轉(zhuǎn)到237；

步驟236：更新電流mA＝mA+Sc*comp，然后跳轉(zhuǎn)到231；

步驟237：電流調(diào)節(jié)完成，存儲(chǔ)當(dāng)前電流mA。

所述步驟240中，增益調(diào)節(jié)具體包括：

步驟241：設(shè)定電壓kV，電流mA，設(shè)定增益gain；

步驟242：獲取射線圖像img；

步驟243：計(jì)算圖像局部對(duì)比度contrast＝sdev(img)；

步驟244：計(jì)算圖像噪聲水平noise

步驟245：進(jìn)行比較contrast/noise＞Tg，若是，則跳轉(zhuǎn)到246，若否，則跳轉(zhuǎn)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(zhuǎn)到241；

步驟247：增益調(diào)節(jié)完成，存儲(chǔ)當(dāng)前增益gain和電流mA。

所述步驟250中，參數(shù)輸出具體包括：

步驟251：建立連接；

步驟252：設(shè)置電壓kV，電流mA；

步驟253：設(shè)置增益gain；

步驟254：設(shè)置球管大、小焦點(diǎn)；

步驟255：輸出完成。

與上述C型臂X射線機(jī)自動(dòng)曝光控制方法對(duì)應(yīng)，如圖2所示，本實(shí)用新型一種C型臂X射線機(jī)自動(dòng)曝光控制系統(tǒng)，包括：

初始化模塊(210’)，用于對(duì)硬件進(jìn)行初始化，以及對(duì)電壓相關(guān)調(diào)節(jié)值、電流相關(guān)調(diào)節(jié)值進(jìn)行初始化；

電壓調(diào)節(jié)模塊(220’)，用于對(duì)電壓進(jìn)行更新調(diào)節(jié)；

電流調(diào)節(jié)模塊(230’)，用于對(duì)電流進(jìn)行更新調(diào)節(jié)；

增益調(diào)節(jié)模塊(240’)，用于對(duì)增益進(jìn)行更新調(diào)節(jié)；

參數(shù)輸出模塊(250’)，用于對(duì)電壓、電流、增益以及球管大、小焦點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置并進(jìn)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(diào)節(jié)亮度Ev，電流調(diào)節(jié)亮度Ec；

213’：初始化電壓調(diào)節(jié)閾值Tv，電流調(diào)節(jié)閾值Tc，增益調(diào)節(jié)閾值Tg；

214’：初始化電壓調(diào)節(jié)步長(zhǎng)Sv，電流調(diào)節(jié)步長(zhǎng)Sc，增益調(diào)節(jié)步長(zhǎng)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(zhǎng)Sv、Sc與Sg，電壓kV，電流mA，增益gain均由工程師在安裝調(diào)試設(shè)備時(shí)進(jìn)行設(shè)置。

所述電壓調(diào)節(jié)模塊(220’)對(duì)電流值進(jìn)行更新調(diào)節(jié)具體包括：

221’：設(shè)定電壓kV，電流mA；

222’：獲取射線圖像img；

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

224’：計(jì)算偏差值comp＝1-avg/Ev；

225’：進(jìn)行比較comp＜Tv，若否，則跳轉(zhuǎn)到226’，若是，則跳轉(zhuǎn)到227’；

226’：更新電壓kV＝kV+Sv*comp，然后跳轉(zhuǎn)到221’；

227’：電壓調(diào)節(jié)完成，存儲(chǔ)當(dāng)前電壓kV。

其中，roi表示感興趣區(qū)域，mean表示求算術(shù)平均值。

所述電流調(diào)節(jié)模塊(230’)具體包括：

231’：設(shè)定電壓kV，電流mA；

232’：獲取射線圖像img；

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

234’：計(jì)算偏差值comp＝1-avg/Ec；

235’：進(jìn)行比較comp＜Tc，若否，則跳轉(zhuǎn)到236’，若是，則跳轉(zhuǎn)到237’；

236’：更新電流mA＝mA+Sc*comp，然后跳轉(zhuǎn)到231’；

237’：電流調(diào)節(jié)完成，存儲(chǔ)當(dāng)前電流mA值。

其中，roi表示感興趣區(qū)域，mean表示求算術(shù)平均值。

所述增益調(diào)節(jié)模塊(240’)對(duì)增益值進(jìn)行更新調(diào)節(jié)具體包括：

241’：設(shè)定電壓kV，電流mA，設(shè)定增益gain；

242’：獲取射線圖像img；

243’：計(jì)算圖像局部對(duì)比度contrast＝sdev(img)；

244’：計(jì)算圖像噪聲水平noise

245’：進(jìn)行比較contrast/noise＞Tg，若是，則跳轉(zhuǎn)到246’，若否，則跳轉(zhuǎn)到247’；

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

247’：增益調(diào)節(jié)完成，存儲(chǔ)當(dāng)前增益gain和電流mA。

其中，sdev表示求標(biāo)準(zhǔn)方差，增益gain的單位是dB。

所述參數(shù)輸出模塊具體包括：

251’：建立連接；

252’：設(shè)置電壓kV，電流mA；

253’：設(shè)置增益gain；

254’：設(shè)置球管大、小焦點(diǎn)；

255’：輸出完成。

以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。