用于在X射线成像中自动调节曝光的方法和X射线成像设备

摘要

本发明给出了一种用于在对待照射的移动对象进行X射线成像时进行自动曝光调节的方法。所述方法具有以下步骤：1)利用X射线辐射的可预先给定的脉冲宽度(PW)在不同的时间点产生(100)X射线图像(PD)，2)从所产生的X射线图像(PD)中的至少两个中确定(101，MM)至少一个移动图像区域，3)确定(102，EM)移动图像区域的至少一个移动边缘，4)选择边缘的至少一个像素，5)从所产生的X射线图像中确定(103)像素的强度的时间走向(tI)，6)分析(105，PW)强度的时间走向(tI)，以及7)根据分析改变脉冲宽度(PW)。替换地，还可以分析边缘附近的强度的空间走向(sI)。本发明提供如下优点：保证了最优的图像质量并且减小了次优参数选择的负面影响，例如由于过高的管电压导致的对比度损失。同样给出了一种用于执行根据本发明的方法的X射线成像设备和数字存储介质。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在对待照射的移动对象进行X射线成像时进行自动曝光调节的方法和X射线成像设备。本发明还涉及一种相关的数字存储介质。

背景技术

用于进行X射线成像的设备具有自动曝光控制器。由此保证在X射线检测器的输入端处始终存在合适的信号强度。这通过设置不同的X射线参数来实现，特别是通过调整管电压、管电流、X射线预滤器和X射线辐射的脉冲宽度来实现。

因此，如果待检查或待照射的对象的吸收特性例如由于透视角度变化而改变，则自动调整上述X射线参数，由此在X射线检测器的输入端处保证恒定的信号强度。

然而，X射线参数的任何变化也与对X射线成像有不利影响的缺点相关联，例如：

-在信号由于较高的管电压而增强的情况下图像对比度较低，

-在信号由于较高的管电流而增强的情况下X射线焦点较大以及因此空间分辨率较低，

-在信号由于较小的X射线预滤波而增强的情况下皮肤剂量较高，以及

-在信号由于X射线辐射的较长的脉冲宽度而增强的情况下时间分辨率较低。

X射线参数的调整通常受到用作X射线参数的调节的基础的固定设置的模式的限制。调节行为的具体要求、例如心脏病学应用中的短脉冲宽度仅通过相应的边界值来考虑，例如小于10ms的脉冲宽度。在改变X射线参数时，不超过该边界值，并且保证X射线图像的特定于应用的要求，例如心脏病学应用中的高时间分辨率。

然而，通过这样的固定的边界值，仅可以对脉冲宽度进行普遍有效的特定于应用的调整，而不能考虑实际的特定于患者的情况。尤其在短时间不需要高时间分辨率的心脏病学应用期间，这导致次优条件。然后，例如即使较长的脉冲宽度完全可以提供可接受的图像质量，也会发生基于其余X射线参数的信号增强。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种用于在X射线成像中自动调节曝光的方法、X射线成像设备和数字存储介质。

根据本发明，所述技术问题利用独立权利要求的方法、X射线成像设备和数字存储介质来解决。在从属权利要求中给出有利的扩展。

根据本发明，X射线成像中的曝光通过自动调节X射线辐射的脉冲宽度来优化，其中，分析移动图像区域的移动边缘的像素的空间强度走向或者时间强度走向。根据所述分析改变脉冲宽度。

本发明提供如下优点：保证了最优的图像质量并且减少了次优参数选择的负面影响，例如由于过高的管电压导致的对比度损失。

本发明请求保护一种用于在对待照射的移动对象进行X射线成像时进行自动曝光调节的方法。该方法具有以下步骤：

1)利用X射线辐射的可预先给定的脉冲宽度在不同的时间点产生X射线图像，

2)从所产生的X射线图像中的至少两个中确定至少一个移动图像区域，

3)确定移动图像区域的至少一个移动边缘，

4)选择所述边缘的至少一个像素，

5)从所产生的X射线图像中确定所述像素的强度的时间走向，

6)分析所述强度的时间走向，以及

7)根据所述分析改变脉冲宽度。

边缘检测(英文：edge detection)是图像处理中对元素的分割的一部分。如果数字图像中的平面区域沿着直线或者曲线足够以颜色值或者灰度值、亮度或者纹理(Textur)进行区分，则边缘检测尝试将数字图像中的平面区域彼此分开。特殊的边缘算子识别这些区域之间的过渡并且将这些过渡标记为边缘。

在一种扩展中，方法步骤6)可以由以下步骤代替：

6a)对所述强度的时间走向进行傅里叶变换，以及

6b)分析经过傅里叶变换的所述强度的时间走向的频率响应。

在另一种设计中，可以在方法步骤6b)中确定截止频率，并且在方法步骤7)中根据所述截止频率改变脉冲宽度。

在另一种实施方式中，可以将截止频率确定为3dB截止频率或者6dB截止频率。

在所述方法的另一种设计中，脉冲宽度可以与截止频率成反比。

在一种扩展中，可以确定多个像素的强度的时间走向并且根据其确定平均时间走向，其中，利用平均进行随后的分析。由此可以减小图像噪声的不期望的影响。

本发明还请求保护一种用于在对待照射的移动对象进行X射线成像时进行自动曝光调节的方法。该方法具有以下步骤：

-利用X射线辐射的可预先给定的脉冲宽度在不同的时间点产生X射线图像，

-从所产生的X射线图像中的至少两个中确定至少一个移动图像区域，

-确定移动图像区域的至少一个移动边缘，

-选择所述边缘的至少一个像素，

-从所产生的X射线图像中的一个中确定沿着通过所述像素的路径的强度的空间走向，

-分析所述强度的空间走向，

-根据所述分析改变脉冲宽度。

在所述方法的一种扩展中，可以选择路径，使得其在图像平面中垂直于边缘。

在另一种实施方式中，在分析所述强度的空间走向时，可以确定半值宽度，并且根据半值宽度改变脉冲宽度。

具有最大值的函数的半值宽度是两个自变量值之间的差，对于这两个自变量值，函数值下降到最大值的一半，因此形象地称为“半高宽度”。对应地，在英语中并且在半值宽度技术中，通常也使用名称FWHM(Full Width at Half Maximum，半峰全宽)。

在所述方法的另一种设计中，脉冲宽度可以间接地与半值宽度成比例。

在另一种实施方式中，可以确定多个像素的强度的空间走向并且根据其确定平均空间走向，所述平均空间走向用于进一步的评估或分析。由此可以减小信号噪声的不期望的影响。

本发明还请求保护一种具有X射线辐射源和X射线检测器的X射线成像设备，例如C形臂X射线设备，其中，在计算和控制单元中执行根据本发明的方法。

此外，本发明请求保护一种具有电子可读的控制信号的数字存储介质，所述控制信号与可编程的计算和控制单元协作，从而执行根据本发明的方法。

附图说明

本发明的其它特征和优点从下面参考示意图对几个实施例的说明中变得明显。

图1示出了通过分析强度的时间走向进行自动曝光调节的方法的流程图，

图2示出了通过分析强度的空间走向进行自动曝光调节的方法的流程图，以及

图3示出了具有自动曝光控制器的C形臂X射线设备。

具体实施方式

图1示出了用于在对移动对象进行X射线成像时进行自动曝光调节的方法的流程图。该方法的特征在于，对获取的图像数据(＝X射线图像)进行特定分析，在曝光调节中合适地考虑图像数据的分析结果。该特定分析仅仅局限于分析X射线图像的时间分辨率，其主要受X射线脉冲的持续时间(＝X射线辐射的脉冲宽度)影响。

为此，在方法步骤100中，将由X射线成像设备获取的移动对象的2D图像数据PD传输到计算和控制单元1的三个软件模块，具体地传输到以下模块：

1.运动检测模块，

2.边缘检测模块，以及

3.轮廓(Profil)选择模块。

在方法步骤101中，在运动检测模块内产生运动图MM(＝Bewegungskarte)。运动图MM指示哪些图像区域对应于对象移动。在此，所需的图像分析可以通过在时间方向上求偏导来进行，其中，在此对具有强度I(x，y，t)的X射线图像进行分析。

在方法步骤102中，基于具有强度I(x，y)的当前的X射线图像并且考虑运动图MM，在边缘检测模块中产生边缘图EM(＝Kantenkarte)。边缘图EM显示诸如血管的移动对象的移动边缘。为此，可以进行边缘检测滤波器、例如Sobel算子的局部限制的应用。在此，仅检测或考虑也对应于运动图MM内的移动图像区域的边缘。

在方法步骤103中，对应于边缘图EM中的边缘信息，利用轮廓选择模块在图像空间中创建一维强度轮廓(＝吸收轮廓)。该轮廓在时间方向t上延伸，即，其显示具有强度I(x＝常数，y＝常数，t)的单个像素的时间强度走向tI。该单个像素对应于边缘图EM内的移动边缘。

在方法步骤104中，将一维的时间强度走向tI变换到傅里叶空间中。由此，产生一种时间MTF(＝Modulationstransferfunktion，调制传递函数)。

在方法步骤105中，在独立的软件模块中分析经过傅里叶变换的时间强度走向fI的特征参数。例如，确定3dB或者6dB截止频率。将该分析的结果传输到曝光控制器，并且在参数调节中随着脉冲宽度PW的变化而考虑。

图2示出了用于在对移动对象进行X射线成像时进行自动曝光调节的另一种方法的流程图。在方法步骤101至102中，按照根据图1的方法产生边缘图EM。

在方法步骤203中，对应于边缘图EM的边缘信息，在图像空间中读取一维强度轮廓(＝吸收轮廓)。然而，该轮廓在具有强度I(x，y，z＝常数)的单个图像PD内部延伸，即，所述轮廓显示沿着路径的固定时间点的空间强度走向sI。为此，选择通过图像PD中的像素的代表性路径，从而能够进行合适的分析。例如，将路径关于边缘图EM内的边缘垂直居中。

在随后的方法步骤205中，直接使用一维的空间强度走向sI来分析特定特征。例如，对强度走向求导并且确定半值宽度。将轮廓分析的结果传输到曝光控制器，并且在参数调节中考虑，以改变脉冲宽度PW。

在上述方法的另一种设计中，产生多个强度轮廓。由此，在ROI(region-of-interest，关注区域)内产生多个轮廓。ROI的选择同样基于边缘图EM。对轮廓的共同的分析彼此独立地进行，其中，随后将单个结果组合。例如，求所确定的脉冲宽度PW的平均值。或者将不同的轮廓组合，例如求平均，并且根据其确定脉冲宽度PW。

在另一种实施方式中，可以将根据图1和图2的方法组合。例如，求根据所述方法确定的脉冲宽度PW的平均值。

图3示出了具有自动曝光调节的C形臂X射线设备。X射线辐射源2和X射线检测器3彼此相对地布置在C形臂4上。在计算和控制单元1中执行上述用于进行曝光控制的方法。

虽然通过实施例进一步详细地阐述和描述了本发明，但是本发明不限于所公开的示例，本领域技术人员可以从中导出其它变形方案，而不脱离本发明的保护范围。

附图标记列表

1计算和控制单元

2X射线辐射源

3X射线检测器

4C形臂

EM 边缘图

f频率

fI 经过傅里叶变换的时间强度走向

I像素的强度

MM 运动图

PD 图像数据或图像

sI 空间强度走向

t时间

tI 强度I的时间走向

x，y坐标

100获取和传输2D X射线图像

101识别移动并且产生运动图MM

102识别移动边缘并且产生边缘图EM

103产生像素的强度I的时间走向

104傅里叶变换

105分析经过傅里叶变换的时间强度走向fI

203产生图像的像素的强度I的空间走向

205分析空间强度走向sI