CN102961157A - 控制荧光透视系统中发射的x 射线辐射量的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及控制荧光透视系统中发射的X射线辐射量的系统和方法。所述控制是通过下列操作实现的：用被安装在可移动单元(1)的G形臂(18)上以在相交的平面(P1、P2)内产生X射线图像的第一和第二X射线设备(19、20)获得表示被检查的对象的图像数据；将从所述可移动单元(1)获得的图像数据传送给控制单元(2)；为每个所接收的图像计算该所接收的图像的所有像素值的平均值；根据所计算的平均值产生控制信号；将所述控制信号传送给发射机(21、23)；以及根据所述控制信号调整所发射的X射线辐射量，以便使得图像捕获设备所捕获的图像具有优化的灰度级、亮度级或色彩级。

Description

控制荧光透视系统中发射的X 射线辐射量的系统和方法

技术领域

本发明一般涉及医用可移动数字荧光透视系统，该系统用被安装以在相交的平面内产生X射线图像的两个X射线设备进行操作。具体地说，本发明涉及控制这样的荧光透视系统中每个所述X射线设备所发射的X射线辐射量。

背景技术

在整形外科环境内，需要可以充分看到手术区，以便在每个步骤都能完全控制。因此，通常所使用的是使用包括成像系统的C形机座或G形机座的X射线成像。

对称的G形机座一般优于C形机座，因为它包括两个相互垂直安装的X射线成像系统，因此能在固定设置的情况下进行正面和侧面X射线成像。能够同时以正视和侧视看到手术区减少了在手术期间移动和调整设备的需要，因此减少了手术时间和辐射剂量。在移动设备的需要得以减少时，也达到了较好的无菌状态。

G形机座能够使外科医生的视野加倍还导致对植入物的精确定位，建立更为安全可靠的外科方法。X射线成像系统相对于病人的角位置在手术期间是可调整的，而在所产生的X射线图像的相交平面之间由于G形机座上X射线设备的固定设置从而保持固定的关系。

为了获得被成像的对象的有关部分清晰可见的图像，必须优化由发射机发射到被成像的景物的X射线辐射量。在这里，被成像的景物通常会包括经受手术的病人的身体的部分。

目前已知的G形机座系统考察每个所捕获的图像的一小部分，通常是在图像中心的少数几个像素，以便决定要发射的最佳辐射量。如果例如图像的中心碰巧描绘景物的包括一块金属或具有高密度的某种其它物体的部分，根据这样的反馈，辐射量会急剧增大，从而导致所捕获的图像只有黑色或至少非常暗的像素，由于在图像内没有可见的对象，因此难以判读图像。

在SwemacMedical Appliances AB的专利申请WO 03/077762中所说明的具有G形机座配置的荧光透视系统公开了一种医用可移动数字荧光透视系统，该系统用被安装在可移动G形机座单元上以在相交的平面内产生X射线图像的两个X射线设备进行操作。这种荧光透视系统还包括一个控制装置，它具有显示所得到的图像的高分辨率监视器和使得交替在相应平面内产生X射线图像的脚动控制开关。

在WO 03/077762中所说明的G形机座系统的主要应用领域是骨折外科。由于这种系统是可移动的，它也可以用于必需定位精确和便于使用的其他应用，诸如神经外科、起搏器植入、经皮腰椎间盘切除、支气管镜检查或异物定位。

发明内容

本发明的目的是改善对医用可移动数字荧光透视系统的X射线发射机所发射的X射线辐射量的控制，该系统用被安装在可移动G形机座单元上以在相交的平面内产生X射线图像的两个X射线设备进行操作。通过优化所发射的X射线辐射量，所获得的被成像的景物或对象的图像将更易于判读。

本发明涉及控制医用可移动数字荧光透视系统中每个X射线设备所发射的X射线辐射量，该系统用被安装以在相交的平面内产生X射线图像的两个X射线设备进行操作。所述控制是通过下列操作实现的：用被安装在可移动单元的G形臂上以在相交的平面内产生X射线图像的第一和第二X射线设备获得表示被检查的对象的图像数据；将从所述可移动单元获得的图像数据传送给控制单元；为每个所接收的图像计算该所接收的图像的所有像素值的平均值；根据所计算的平均值产生控制信号；将所述控制信号传送给发射机；以及根据所述控制信号调整所发射的X射线辐射量，以便使得图像捕获设备所捕获的图像具有优化的灰度级、亮度级或色彩级。

按照本发明的一个示范性实施例，所计算的平均值是当前所接收的图像和至少一个先前所接收的图像的移动平均值。按照另一个实施例，平均值Average按下式计算：

$\mathrm{Average}=\frac{1}{N}\underset{t=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\left(\frac{1}{n}\underset{j=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}\left(\mathrm{pixel\; value\; of}{\mathrm{pixel}}_j\right)\right)$

其中，N为在每次平均值计算中所用图像的个数，n为每个图像内的像素的个数，而pixel value of pixel_j表示第j个像素的像素值。

附图说明

下面将参照附图对本发明进行进一步说明，在这些附图中：

图1示出了按照本发明的可移动数字荧光透视系统的可移动单元的示范性实施例的示意图；

图2A-2B示出了按照本发明的可移动数字荧光透视系统的控制单元的示范性实施例的示意图；以及

图3示出了按照本发明的示范性方法的框图。

具体实施方式

本发明涉及图1至3所例示的适合用于外科整形手术的系统和方法。

按照本发明的第一方面，所提供的可移动数字荧光透视系统包括：

可移动单元1，所述可移动单元1包括：

具有悬架在底盘架7上的G形臂18的G形机座；以及

安装在G形臂18上用来在相交的平面P1、P2内产生X射线图像的第一和第二X射线设备19，20，所述第一X射线设备19具有安装在G形臂18的上端的第一接收机22和与所述第一接收机22相对地安装在G形臂18上的第一发射机21，而所述第二X射线设备20具有安装在G形臂18的下端的第二接收机24和与所述第二接收机24相对地安装在G形臂18上的第二发射机23，其中，所述接收机22、24各包括用来将X射线变换成可见图像的图像增强装置和图像捕获设备；以及

与所述可移动单元1通信联接的控制单元2，所述控制单元2包括：用来显示图像数据的至少一个显示器202，控制面板204，以及包括用来接收所述接收机22、24内的所述图像捕获设备所传送的图像的图像处理装置的数据处理器206。

此外，该系统的图像处理装置还用来为每个所接收的图像计算该所接收的图像的所有像素值的平均值。所计算的平均值然后由数据处理器206用来产生控制信号传送给可移动单元1的发射机21、23。

发射机21、23还用来根据所接收的控制信号调整所发射的X射线辐射量，以便使所述图像捕获设备所捕获的图像具有优化的灰度级、亮度级或色彩级。

具体地说，该系统包括可移动单元1(见图1)、使得平面交替的脚踏开关、以及高分辨率监视器(未示出)。可移动单元1(见图1)包括在相交的平面内进行操作的两个X射线系统。对象，通常是经受手术的病人的身体，被安置在可移动单元1内，使得两个X射线系统的平面P1和平面P2穿过该对象。第一X射线设备19包括发射X射线的第一发射机21(X射线管或X管)和接收第一发射机21所发射的穿过对象的X射线的第一接收机22(例如图像增强器或半导体传感器)。第一发射机21可以设置在G形机座的G形臂18的下部，而第一接收机22可以设置在G形臂18的顶上。第二X射线设备20包括发射X射线的第二发射机23(X射线管或X管)和接收第二发射机23所发射的穿过所述对象的X射线的第二接收机24(例如图像增强器或半导体传感器)。

接收机22、24各包括用来将X射线变换成可见图像的图像增强装置和图像捕获设备，通常为CCD(电荷耦合器件)摄像机。每个接收机22、24可以沿它的轴向机动。

该系统还包括图2A-2B所示的控制单元2，该控制单元包括显示图像数据的至少一个显示器202、控制面板204和数据处理器206，该数据处理器包括适合接收从所述接收机22、24中所包括的所述图像捕获设备传送的图像的图像处理装置。

按照一个示范性实施例，控制单元2包括两个显示器202，适合接收分别来自第一和第二X射线设备19、20的图像。

按照另一个示范性实施例，控制单元2包括一个显示器202，适合接收来自第一和第二X射线设备19、20的图像，一次一个地显示在从第一和第二X射线设备19、20接收到的图像之间切换的图像。

按照另一个示范性实施例，控制单元2包括一个显示器202，适合接收来自第一和第二X射线设备19、20的图像，在该显示器的不同部分同时显示这些图像。

按照本发明的一个示范性实施例，控制单元2还可以包括面向控制面板204的显示器202。该显示器202可以通过切换来显示从第一和第二X射线设备19、20接收到的图像或同时显示这些图像，而且还可以以用户界面的形式向用户显示与控制面板有关的信息和交互选项。

可移动单元1和控制单元2相互通信联接，例如用电缆或通过无线电信号传输联接。

按照本发明的可移动数字荧光透视系统在许多方面与在专利申请WO 03/077762中所描述的系统类似，但还被配备成使系统的对所发射的X射线辐射量的控制得到改善，从而使得被成像的景物或对象的图像更易于判读。

按照一个示范性实施例，本发明的目的是由图3所例示的方法来达到的，这种方法包括以下步骤：

302：用发射机21、23发射X射线辐射穿过被检查的对象。

304和306：在接收机22、24中接收所发射的X射线辐射，并用接收机22、24中所包括的图像增强装置和图像捕获设备将X射线变换成可见图像。

308：将从可移动单元1获得的图像数据传送给控制单元2。

按照本发明的示范性实施例，所传送的图像数据呈现为来自两个成像设备例如CCD摄像机的视频信号。

310：为每个所接收的图像计算该所接收的图像的所有像素值的平均值。

按照一个示范性实施例，像素值被表示为像素的亮度值。

可以用任何已知的方法，例如二次或算术平均值计算，可选地包括使用直方图或分布信息，来得到一个图像内的所有像素的像素值的平均值。

按照一个示范性实施例，所计算的平均值是当前所接收的图像和至少一个先前所接收的图像的移动平均值。每次计算平均值所用的先前所接收的图像的个数可以是例如4个。

按照另外的示范性实施例，平均值Average按下式计算：

$\mathrm{Average}=\frac{1}{N}\underset{t=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\left(\frac{1}{n}\underset{j=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}\left(\mathrm{pixel\; value\; of}{\mathrm{pixel}}_j\right)\right)$ (式1)

其中，N为在每次平均值计算中所用图像的个数，n为每个图像内的像素的个数，而pixel value of pixel_j表示第j个像素的像素值。

312：根据所计算的平均值产生控制信号。

314：将所述控制信号传送给所述发射机21、23。

316：根据所述控制信号调整发射机21、23所发射的X射线辐射量。

由此，实现了反馈环控制，提供了对发射机21、23所发射的X射线辐射量的连续控制或调整，以便使所述图像捕获设备所捕获的图像具有优化的灰度级、亮度级或色彩级。通过以这种方式优化所发射的X射线辐射量，可以获得被成像的景物或对象的易于判读的图像，其中各对象是清晰可见和可辨别的。

通过在每次平均值计算中使用多个图像，成像设备的摆动、振动的影响或所接收的图像的像素值中的偏差就不太可能影响控制信号的值。因此，实现了稳定和可靠的反馈调整。

上述步骤302、304、306和316在可移动单元1内执行，而步骤310和312在控制单元2内执行，如图3中的虚线所示。步骤308和314涉及在系统中的两个单元1和2之间的数据传输。

Claims (8)

1.一种可移动数字荧光透视系统，包括：

可移动单元(1)，所述可移动单元(1)包括：

i)具有悬架在底盘架(7)上的G形臂(18)的G形机座；以及

ii)安装在G形臂(18)上的第一和第二X射线设备(19，20)，用来在相交的平面(P1，P2)内产生X射线图像，所述第一X射线设备(19)具有安装在G形臂(18)的上端的第一接收机(22)和与所述第一接收机(22)相对地安装在G形臂(18)上的第一发射机(21)，而所述第二X射线设备(20)具有安装在G形臂(18)的下端的第二接收机(24)和与所述第二接收机(24)相对地安装在G形臂(18)上的第二发射机(23)，其中，所述接收机(22，24)各包括用来将X射线变换成可见图像的图像增强装置和图像捕获设备；以及

与所述可移动单元(1)通信联接的控制单元(2)，所述控制单元(2)包括：

i)用来显示图像数据的至少一个显示器(202)；

ii)控制面板(204)；以及

iii)数据处理器(206)，该数据处理器(206)包括用来接收从所述接收机(22，24)中所包括的所述图像捕获设备传送的图像的图像处理装置，

其特征在于：

所述图像处理装置还用来为每个所接收的图像计算该所接收的图像的所有像素值的平均值；

所述数据处理器(206)还包括用来根据所计算的平均值产生控制信号的X射线辐射控制装置；

所述控制单元(2)还用来将所述控制信号传送给所述发射机(21，23)；以及

所述发射机(21，23)还用来根据所述控制信号调整所发射的X射线辐射量，以便使所述图像捕获设备所捕获的图像具有优化的灰度级、亮度级或色彩级。

2.按照权利要求1所述的系统，其中，所计算的平均值是当前所接收的图像和至少一个先前所接收的图像的移动平均值。

3.按照权利要求2所述的系统，其中，所述平均值Average按下式计算：

$\mathrm{Average}=\frac{1}{N}\underset{t=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\left(\frac{1}{n}\underset{j=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}\left(\mathrm{pixel\; value\; of}{\mathrm{pixel}}_j\right)\right)$

其中，N为在每次平均值计算中所用图像的个数，n为每个图像内的像素的个数，而pixel value of pixel_j表示第j个像素的像素值。

4.按照以上任一权利要求所述的系统，其中，所述像素值被表示为像素的亮度。

5.一种控制在可移动数字荧光透视系统中所发射的X射线辐射量的方法，所述方法包括下列步骤：

用第一和第二X射线设备(19，20)获得表示被检查的对象的图像数据，第一和第二X射线设备(19，20)被安装在可移动单元(1)的G形臂上以在相交的平面(P1，P2)内产生X射线图像，所述第一X射线设备(19)具有安装在G形臂(18)的上端的第一接收机(22)和与所述第一接收机(22)相对地安装在G形臂(18)上的第一发射机(21)，而所述第二X射线设备(20)具有安装在G形臂(18)的下端的第二接收机(24)和与所述第二接收机(24)相对地安装在G形臂(18)上的第二发射机(23)，其中，所述接收机(22，24)各包括用来将X射线变换成可见图像的图像增强装置和图像捕获设备；

将从所述可移动单元(1)获得的图像数据传送给控制单元(2)；

为每个所接收的图像计算该所接收的图像的所有像素值的平均值；

根据所计算的平均值产生控制信号；

将所述控制信号传送给所述发射机(21，23)；以及

根据所述控制信号调整所发射的X射线辐射量，以便使得所述图像捕获设备所捕获的图像具有优化的灰度级、亮度级或色彩级。

6.按照权利要求5所述的方法，其中，所计算的平均值是当前所接收的图像和至少一个先前所接收的图像的移动平均值。

7.按照权利要求6所述的方法，其中，所述平均值Average按下式计算：

$\mathrm{Average}=\frac{1}{N}\underset{t=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\left(\frac{1}{n}\underset{j=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}\left(\mathrm{pixel\; value\; of}{\mathrm{pixel}}_j\right)\right)$

其中，N为在每次平均值计算中所用图像的个数，n为每个图像内的像素的个数，而pixel value if pixel_j表示第j个像素的像素值。

8.按照权利要求5-7中任一项所述的方法，其中，所述像素值被表示为像素的亮度。

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