一种曝光参数调整方法和装置与流程

本申请涉及医疗设备技术，特别涉及一种曝光参数调整方法和装置。

背景技术：

数字化X射线摄影(Digital Radiography，简称：DR)设备因其辐射剂量小、影像质量高等优点而被广泛应用，为了获取理想的图像质量，需要为DR设备设置合适的曝光参数，该参数可以包括：用于产生射线的球管的管电压(kv)和曝光剂量(毫安秒mAs)。在传统方式中，医生可以根据患者的身高、体重等患者特征，并结合自己的主观经验确定上述曝光参数的取值，但是这种手动设置曝光参数的方式完全依赖医生的主观经验，缺乏科学的理论依据，导致图像质量的稳定性较差。为了克服上述手动曝光控制的缺点，当前开始将AEC(Automatic Exposure Control，自动曝光控制)技术应用于DR设备，该技术可以自动调整曝光参数。

其中一种AEC的参数调整方式为二次曝光法，该方法包括预曝光和正式曝光两个阶段，预曝光时可以根据经验预先设置一种曝光参数，并根据预曝光得到的曝光图像对预设的曝光参数进行调整，调整后的参数将更加准确，以用于正式曝光中。例如，可以计算预曝光得到的曝光图像的平均灰度，并根据平均灰度和期望灰度得到调整系数，通过该调整系数对曝光参数中的曝光剂量(mAs)进行调整。但是实际应用中发现，这种二次曝光法调整后的曝光参数，在正式曝光使用时仍然不能得到较为理想的图像质量。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请提供一种曝光参数调整方法和装置，以提高采用AEC控制曝光时的图像质量。

具体地，本申请是通过如下技术方案实现的：

第一方面，提供一种曝光参数调整方法，所述方法包括：

获取预曝光图像中的感兴趣区域的灰度参数，所述预曝光图像通过对被检体进行预曝光得到；

根据所述灰度参数、预曝光时的曝光参数，得到所述被检体的等效厚度；

根据所述等效厚度、所述感兴趣区域的期望灰度参数，确定正式曝光时的曝光参数，所述曝光参数包括管电压kv和曝光剂量mAs，以将所述管电压kv和曝光剂量mAs用于正式曝光中。

第二方面，提供一种曝光参数调整装置，所述装置包括：

参数获取模块，用于获取预曝光图像中的感兴趣区域的灰度参数，所述预曝光图像通过对被检体进行预曝光得到；

厚度确定模块，用于根据所述灰度参数、预曝光时的曝光参数，得到所述被检体的等效厚度；

调整处理模块，用于根据所述等效厚度、所述感兴趣区域的期望灰度参数，确定正式曝光时的曝光参数，所述曝光参数包括管电压kv和曝光剂量mAs，以将所述管电压kv和曝光剂量mAs用于正式曝光中。

本申请提供的曝光参数调整方法和装置，通过利用预曝光和正式曝光中不变的参数等效厚度，建立了曝光参数和曝光图像的灰度参数之间的参数关系，使得参数调整与灰度变化之间的量化关系更加准确，而且还可以根据这种量化关系调整管电压kv和曝光剂量mAs两种曝光参数，相对于传统方式中只能根据简单的灰度比例法调整一种曝光参数mAs，本方案的参数调整将更能够准确的调整图像灰度，提高采用AEC控制曝光时的图像质量。

附图说明

图1是本申请一示例性实施例示出的一种AEC系统的原理示意图；

图2是本申请一示例性实施例示出的一种校正过程流程图；

图3是本申请一示例性实施例示出的一种曝光环境示意图；

图4是本申请一示例性实施例示出的一种阶梯模体生成的模体厚度图像；

图5是本申请一示例性实施例示出的一种楔形模体生成的模体厚度图像；

图6是本申请一示例性实施例示出的一种阶梯模体的曝光图像；

图7是本申请一示例性实施例示出的一种楔形模体的曝光图像；

图8是本申请一示例性实施例示出的一种应用过程流程图；

图9是本申请一示例性实施例示出的一种对预曝光图像前景分割的流程；

图10是本申请一示例性实施例示出的一种有效图像的统计灰度直方图；

图11是本申请一示例性实施例示出的一种DR设备的硬件结构图；

图12是本申请一示例性实施例示出的一种曝光参数调整装置的结构；

图13是本申请一示例性实施例示出的另一种曝光参数调整装置的结构。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

AEC是一种可以自动调整DR设备曝光参数的技术，可以克服传统方式中的手动曝光控制精度低的缺陷。图1示例了一种DR设备中的AEC系统的原理简图，该AEC系统可以应用于二次曝光法(二次曝光法是其中一种AEC控制方式，AEC控制技术还有其他方式，比如电离室控制法)。如图1所示，控制机11可以用于生成管电压(kv)、曝光剂量(mAs)等曝光参数，并将这些曝光参数下发至高压发生器12，高压发生器12根据曝光参数控制球管13发射曝光射线(如，x射线)。曝光射线穿过被检体14后，被探测器15接收，控制机11还可以根据探测器15接收到的射线生成被检体14的曝光图像，可以用于对被检体14的医疗诊断。其中，控制机11生成的曝光参数的合适与否，直接影响到后续曝光图像的质量，并且，通过调整曝光参数例如曝光剂量(mAs)等，也可以达到调整曝光图像质量的效果。

本申请实施例提供的曝光参数调整方法，即可应用于上述图1所示架构中的AEC参数的调整，并且该参数调整是使用于二次曝光AEC控制中。在二次曝光法中，可以包括预曝光和正式曝光两个阶段，预曝光时可以根据经验预先设置一种曝光参数，通过该预设曝光参数对被检体进行曝光，再根据预曝光得到的被检体的曝光图像，对预设的曝光参数进行调整，调整后的参数将更加准确，以用于正式曝光中对被检体进行正式曝光，通常预曝光阶段的使用剂量要比正式曝光时少。

本实施例的曝光参数调整方法，即描述如何对预曝光时设置的曝光参数进行调整，得到正式曝光时使用的参数，具体可以是利用预曝光和正式曝光中不变的参数等效厚度，建立了由预曝光阶段到正式曝光阶段时的参数转换，得到了曝光参数和曝光图像的灰度参数之间的参数关系，从而使得参数调整与灰度变化之间的量化关系更加准确，而且还可以根据这种量化关系调整管电压kv和曝光剂量mAs两种曝光参数，通过参数调整得到了更加准确的参数，使得正式曝光得到的图像质量得到提高。

为了使得参数调整较为准确，本申请实施例提供的曝光参数调整方法中，包括“校正”和“应用”两部分，其中，“校正”阶段主要是通过采样数据建立曝光参数调整中所需要用到的参数关系模型，比如，该模型可以包括曝光参数与曝光图像的图像灰度之间的关系，该模型可以应用于“应用”阶段，“应用”阶段即开始正式对被检体(如，患者)进行曝光扫描。在“校正”和“应用”中，都分别包括预曝光和正式曝光，比如，通过二次曝光建立上述模型，或者通过二次曝光完成对被检体的扫描建像。如下将分别描述“校正”和“应用”过程。

校正过程

该校正过程主要用于建立后续应用过程中使用到的参数关系。本例子中，在校正过程使用模体，对模体进行二次曝光，并且，在预曝光和正式曝光时，分别获取对应的曝光参数、模体厚度、以及图像的灰度参数，并分别建立预曝光和正式曝光条件下的这三种参数之间的关系模型。

还需要说明的是，预曝光时的关系模型和正式曝光时的关系模型，两者之间依靠“等效厚度”进行联系，因为等效厚度是在预曝光和正式曝光两个阶段不变的因素。“等效厚度”即利用特定材料的模体模拟特定组成的人体时的模体厚度，相同的等效厚度的模体和人体能够实现近似的能谱衰减的作用。实际的人体厚度可以转换成对应模体的等效厚度。

图2示例了校正过程的流程图，本例子不限制各步骤的执行顺序。包括：

在步骤201中，确定曝光环境，该曝光环境包括模体、球管和探测器。

本步骤中，可以确定球管、模体和探测器的空间位置关系，对模体的采样曝光都要在此相对空间位置不变的条件下进行。图3示例了一种曝光环境。

在步骤202中，根据在曝光环境下建立的模体厚度模型，计算模体的等效厚度。

本例子中，可以建立球管发出的曝光射线穿过模体形成的模体厚度模型(也可简称厚度模型)，该模体厚度模型用于确定曝光射线穿过模体时，曝光射线在模体范围内的长度。以图3示例的曝光环境为例，厚度模型的建立如下：

设射线源位置为P_s＝(x_s,y_s,z_s)，射线穿过模体后到达平板探测器的位置为P_d＝(x_d,y_d,z_d),射线的单位方向为(P_d≠P_s)，那么P_s与P_d之间的直线L(P_s,P_d)，可表示为如下的空间直线参数方程，其中，如下方程中的t表示步进系数，方程中的(x,y,z)表示直线上的任一点对应的三方向坐标：

该直线在模体范围内的长度T(P_s,P_d)为：

其中，

其中，phantom即模体。

此外，为了更直观的理解根据厚度模型计算的等效厚度结果，可以根据上述的预建立的模体厚度模型，生成模体的厚度图像。图4示例了采用阶梯模体时生成的模体厚度图像，图5示例了采用楔形模体时生成的模体厚度图像。其中，厚度图像中的灰度不同的地方表示具有不同的等效厚度，比如，由图3也可以看到，阶梯模体的不同部位可以具有不同的厚度，即同一个模体在不同部位的等效厚度可以不同。可以根据厚度图像，确定模体不同部位的等效厚度，假设图4中所示的阶梯厚度图像中包括六个不同的等效厚度，分别为radThick-1、radThick-2、radThick-3直至radThick-6。

在步骤203中，分别在预曝光和正式曝光中，以不同的曝光条件对模体进行曝光，得到模体的曝光图像。

本步骤中，在预曝光或者正式曝光中，可以变换曝光参数对模体进行曝光，例如，设置管电压为kv-1、曝光剂量为mAs-1对模体进行一次预曝光，得到模体的预曝光图像，接着以另一组曝光参数“kv-2、mAs-2”(其中，预曝光和正式曝光所采用的曝光参数中，至少曝光剂量mAs是不同的)进行正式曝光，得到模体的正式曝光图像。然后，再变换曝光参数管电压为kv-3、曝光剂量为mAs-3，对模体进行另一次二次曝光，即以管电压为kv-3、曝光剂量为mAs-3再进行一次预曝光，并以曙光参数“kv-4、mAs-4”进行正式曝光。图6和图7示例了分别以阶梯模体和楔形模体，正式曝光时得到的曝光图像。

在步骤204中，分别在预曝光和正式曝光下，获取不同曝光条件下的样本数据。

当步骤203中以某一种曝光参数进行模体曝光时，根据曝光得到的曝光图像，可以确定在曝光参数下对应的所述曝光图像的灰度参数。比如，以管电压kv-1、曝光剂量mAs-1对模体进行预曝光时，可以得到该模体的预曝光图像的图像灰度参数，以管电压kv-2、曝光剂量mAs-2对模体进行正式曝光时，可以得到该模体的正式曝光图像的图像灰度参数。而在这两次曝光中，模体的厚度图像不变，即模体的等效厚度不变，相当于对同一等效厚度的模体来说，变换曝光参数进行曝光得到了对应的不同图像。

以图6所示的阶梯模体曝光图像为例，图6的曝光图像是对图4的厚度图像对应的模体进行曝光得到，可以在该曝光图像中找到分别对应图4的模体不同等效厚度的图像灰度参数，该灰度参数可以是图像中感兴趣区域的平均灰度。

例如，对比图4和图6，对应模体中等效厚度radThick-1的部位，在预曝光后的曝光图像的平均灰度是Gray_pre-1，同理，对应模体中等效厚度radThick-2的部位，预曝光后的曝光图像的平均灰度是Gray_pre-2，可以得到多组厚度与灰度的对应样本数据。变换预曝光的曝光参数管电压为kv-2、曝光剂量为mAs-2时，对模体进行曝光，又可以得到对应的曝光图像，此时图像的平均灰度将发生变化。如下表1示例了一种预曝光中采集的样本数据，只示例了部分数据：

表1预曝光样本数据采集

由表1可以看到，在预曝光的样本数据中，模体的等效厚度不变，变换曝光参数时，曝光图像的灰度参数将变化；同理，对模体进行正式曝光时，也可以得到类似表1的样本数据，不再列举。即在本步骤中，得到了预曝光时的多组曝光参数、等效厚度和灰度参数的样本，同样也可以得到在正式曝光时的多组参数。这些参数可以在后续步骤用来建立参数关系模型。

在步骤205中，根据样本数据，分别建立预曝光和正式曝光下的参数关系。

本例子中，预曝光下可以建立等效厚度与管电压kv、单位灰度之间的参数关系，如下的公式(1)所示：

radThick＝f(kv,UnitGray_pre)....................(1)

其中，radThick为等效厚度，UnitGray_pre为预曝光时的单位灰度。

单位灰度可以按照公式(2)计算：

其中，Gray_pre为预曝光的平均灰度，mAs_pre为预曝光时的曝光参数毫安秒。

在正式曝光下可以得到单位灰度与管电压kv、等效厚度之间的参数关系，如下的公式(3)所示，其中，该公式(3)中的单位灰度为正式曝光时的曝光图像的单位灰度，管电压kv也为正式曝光时的曝光参数。

UnitGray＝f(kv,radThick)..............(3)

上述的公式(1)和公式(3)的参数关系，可以通过支持向量机或多项式拟合得到。

经过上述的校正过程，建立了公式(1)和公式(3)对应的预曝光的参数关系和正式曝光时的参数关系，并且这两个公式中等效厚度radThick是相同的。根据上述公式可以看到，在预曝光时，可以根据预曝光时的曝光参数(例如，kv、mAs_pre)以及预曝光图像的灰度参数(例如，Gray_pre、UnitGray_pre)，得到被检体(例如，模体)的等效厚度；而在正式曝光时，等效厚度保持不变，可以根据上述计算得到的等效厚度、以及正式曝光时的曝光参数管电压kv，计算得到正式曝光时的曝光图像的单位灰度。

其中，正式曝光时的曝光参数管电压kv的获取，可以通过如下方法：可以根据经验预先建立等效厚度与管电压kv之间的映射关系查找表，并且还可以根据该映射关系查找表通过插值法，确定任意的等效厚度与正式曝光的管电压kv之间的映射关系。这样在后续应用中得到等效厚度后，可以根据该映射关系得到正式曝光的管电压kv。其中，上述的映射关系查找表可以根据临床试验，或者对人体仿真模体进行试验得到的，根据大量试验计算等效厚度，然后观察图像质量，对于给定的等效厚度，选出图像质量较好的管电压kv即可。

此外，在得到正式曝光时的曝光图像的单位灰度时，结合公式(2)可以看到，可以根据该单位灰度以及期望灰度，得到正式曝光时的mAs：

其中，Target_Gray为正式曝光的曝光图像的期望灰度，是一种期望的理想平均灰度。

至此，获得了曝光参数调整所依据的参数关系，如公式(1)至公式(4)。

应用过程

该应用过程是对被检体进行正式的扫描建像，同样要进行二次曝光，以被检体为患者为例，本过程要对患者进行预曝光和正式曝光，并且在预曝光阶段要利用上面的校正过程中建立的参数关系，确定正式曝光所要使用的曝光参数。

图8示例了应用过程的流程图，本例子不限制各步骤的执行顺序。包括：

在步骤801中，对患者进行预曝光，得到预曝光图像。

本步骤中，可以预先根据经验设置预曝光的曝光参数，例如，可以根据患者的身高、体重、年龄等条件建立预曝光条件表，供预曝光时查找使用。通过预曝光的曝光参数对患者进行预曝光，可以得到预曝光图像。

在步骤802中，获取预曝光图像中的感兴趣区域的灰度参数。

本步骤可以获取预曝光图像中的感兴趣区域(Region of Interest，ROI)的灰度参数，该灰度参数可以是平均灰度。其中，预曝光图像中的ROI的数量可以为一个或多个，当多个时可以综合这些ROI计算平均灰度。

在一个例子中，为了使得对预曝光图像的灰度计算更加准确，可以对预曝光图像进行前景分割，得到前景图像部分。预曝光图像通常可以包括前景图像部分和背景图像部分，前景图像部分是目标图像区域，背景图像部分是目标图像之外的区域，根据前景图像部分计算灰度将更能准确反映图像的质量。本例子可以将预曝光图像中的前景图像部分提取出来，计算前景图像部分中的感兴趣区域的灰度参数，这部分前景分割的过程将在图9中描述。

图9示例了对预曝光图像进行前景分割的流程，可以包括：

在步骤901中，对预曝光图像进行限束器检测，提取所述预曝光图像在限束器范围内的有效图像。

本步骤可以对预曝光图像进行限束器检测，先将限束器内的有效图像提取出来。例如，可以首先选择合适的低通滤波器对预曝光图像进行平滑，排除噪声对图像的干扰。因为限束器均呈直线分布，因此可采用霍夫变换、雷登变换或者梯度运算等直线检测方法进行检测。检测出限束器后，将限束器内的有效图像提取出来。

在步骤902中，统计所述有效图像的灰度直方图。

本步骤可以统计预曝光图像限束器范围内有效图像的灰度直方图，并对直方图进行平滑处理，为查找直方图波峰波谷做准备。例如图10示例了直方图，该直方图的横轴表示图像灰度值，即每一个像素对应的灰度，纵轴表示预曝光图像中所包含的该灰度值的像素个数。

在步骤903中，将所述灰度直方图中满足阈值条件的波谷的灰度值作为分隔阈值。

在直方图中由右至左遍历各波峰波谷，当满足如下两个条件的至少一个条件时，确定满足该条件的波谷的灰度值为分割阈值：

条件一：当某波谷值的灰度个数小于一定阈值。例如，以图10为例，假设某个波谷对应的横轴的灰度值是1500，纵轴表示预曝光图像中所包含的灰度值为1500的像素的个数，该条件一中的阈值即为设置的灰度个数的阈值，即为纵轴的取值设置了一个阈值。

条件二：该波谷两侧的波峰灰度个数与该波谷值灰度个数的比值或差值要大于一定阈值。例如，波谷两侧通常有两个波峰，左波峰和右波峰，每个波峰也都有对应的纵轴上的取值即灰度个数，对于其中任一个波峰来说，都要将该波峰的灰度个数与波谷的灰度个数做比值和做差值。假设将“波峰的灰度个数/波谷的灰度个数”标记为比值B，将“波峰的灰度个数-波谷的灰度个数”标记为差值C，可以分别设置比值阈值B1和差值阈值C1，那么该条件二限定需要B大于B1，且C大于C1。波谷两侧的两个波峰，可以选择其中纵轴值比较大的一个波峰进行上述的比较，满足上述的比值和差值条件即可。

当满足以上两个条件的至少一个时，确定该波谷的灰度值为分割阈值。图10所示为预曝光图像的直方图及其阈值，虚线标出部分为分割阈值。

在步骤904中，将图像中小于所述分隔阈值的灰度对应的图像部分作为前景图像部分。

在步骤803中，根据所述灰度参数、预曝光时的曝光参数，得到所述被检体的等效厚度。

例如，步骤802中获取到的预曝光图像中的感兴趣区域的灰度参数，为平均灰度。本步骤可以先结合公式(2)，根据平均灰度和预曝光时的曝光剂量mAs，得到预曝光图像的单位灰度。

然后结合公式(1)，根据单位灰度、预曝光时的kv与等效厚度之间的参数关系，得到患者曝光部位的等效厚度。

在步骤804中，根据所述等效厚度、所述感兴趣区域的期望灰度参数，确定正式曝光时的曝光参数，所述曝光参数包括管电压kv和曝光剂量mAs。

例如，可以根据步骤803中得到的等效厚度，并结合等效厚度和管电压kv之间的映射关系，确定与所述等效厚度对应的正式曝光时的管电压kv。

然后可以结合公式(3)，根据等效厚度、正式曝光时的管电压kv与正式曝光时的单位灰度之间的参数关系，得到正式曝光时的单位灰度。

最后结合公式(4)，根据感兴趣区域的期望灰度参数和单位灰度，得到正式曝光时的曝光剂量mAs。

在步骤805中，利用计算得到的管电压kv和曝光剂量mAs，对被检体进行正式曝光。

本实施例的曝光参数调整方法，可以应用于二次曝光法执行的AEC控制中，并且通过预曝光和正式曝光中不变的参数等效厚度，建立了曝光参数和曝光图像的灰度参数之间的参数关系，使得参数调整与灰度变化之间的量化关系更加准确，而且还可以根据这种量化关系调整管电压kv和曝光剂量mAs两种曝光参数，相对于传统方式中只能根据简单的灰度比例法调整一种曝光参数mAs，本方案的参数调整将更能够准确的调整图像灰度，提高采用AEC控制曝光时的图像质量。

对应于上述方法，本申请同时提供一种曝光参数调整装置。根据应用的场景不同，所述装置可以是通过软件实现的业务逻辑，也可以是硬件或者软硬件结合的设备。下面以软件实现为例介绍本申请装置。软件作为一个逻辑意义上的装置，是通过其所在设备的处理器将非易失性存储器中对应的计算机程序指令读取到内存中运行形成的。如图11所示，为一个例子中，本申请软件装置所在DR设备的硬件结构图。所述设备除了包括有处理器1101、内存1102、IO接口1103、以及非易失性存储器1104之外，可能还包括其他硬件，对此不再赘述。

图12是本申请实施例的一种曝光参数调整装置的结构示意图，如图12所示，该装置可以包括：参数获取模块1201、厚度确定模块1202和调整处理模块1203；其中，

参数获取模块1201，用于获取预曝光图像中的感兴趣区域的灰度参数，所述预曝光图像通过对被检体进行预曝光得到；

厚度确定模块1202，用于根据所述灰度参数、预曝光时的曝光参数，得到所述被检体的等效厚度；

调整处理模块1203，用于根据所述等效厚度、所述感兴趣区域的期望灰度参数，确定正式曝光时的曝光参数，所述曝光参数包括kv和mAs，以将所述kv和mAs用于正式曝光中。

在一个例子中，所述预曝光图像中的感兴趣区域的灰度参数，为平均灰度；

厚度确定模块1202，具体用于根据所述平均灰度和预曝光时的mAs，得到单位灰度；根据所述单位灰度、预曝光时的kv与等效厚度之间的参数关系，得到所述被检体的等效厚度。

在一个例子中，调整处理模块1203，具体用于根据等效厚度和kv之间的参数关系，确定与所述等效厚度对应的正式曝光时的kv；根据所述等效厚度、正式曝光时的kv与正式曝光时的单位灰度之间的参数关系，得到正式曝光时的单位灰度；根据所述感兴趣区域的期望灰度参数和单位灰度，得到正式曝光时的mAs。

在一个例子中，如图13所示，该装置还可以包括：

模型确立模块1204，用于对模体进行预曝光和正式曝光，建立所述参数关系；包括：根据预建立的模体厚度模型，确定在曝光参数下对应的模体的等效厚度，所述模体厚度模型用于确定曝光射线穿过模体时在模体范围内的长度；根据对所述模体进行预曝光和正式曝光得到的曝光图像，确定在曝光参数下对应的所述曝光图像的灰度参数；建立所述曝光参数、等效厚度和灰度参数之间的所述参数关系。

在一个例子中，参数获取模块1201，还用于：在获取预曝光图像中的感兴趣区域的灰度参数之前，对所述预曝光图像进行限束器检测，提取所述预曝光图像在限束器范围内的有效图像；统计所述有效图像的灰度直方图；将所述灰度直方图中满足阈值条件的波谷的灰度值作为分隔阈值，小于所述分隔阈值的灰度对应的图像部分作为前景图像部分；在所述前景图像部分中提取所述感兴趣区域。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。