一种基于自适应准直系统的DSA低剂量成像方法与流程

本发明涉及一种基于自适应准直系统的dsa低剂量成像方法，属于x射线机成像技术领域。

背景技术：

数字减影血管造影(dsa)技术已成为全身各种血管性疾病影像检查的首选，也是脑血管和心脏大血管成像的“金标准”。对介入技术，特别是血管内介入技术，dsa也已不可或缺。随着dsa在临床上应用越来越广泛，对dsa技术和设备的要求也越来越多，新的功能不断被引入，比如三维dsa成像功能、更高频的实时成像功能等。然而，这些新技术、新功能往往需要更高的成像剂量。如何在保持成像功能、成像质量不受影响的情况下，尽可能降低成像剂量，已成为一个亟需解决的问题。

在x射线机球管和受检组织之间放置准直器，是一种有效的剂量控制技术。准直窗口区域的x射线通过准直窗口投射到受检组织、穿过组织后被探测器采集并分析，获得诊断信息；而准直窗口之外的x射线则被金属材质的准直器板阻挡，不会被投射到受检组织。通过准直窗口和受检组织区域大小相匹配，则可在不影响成像检查的基础上有效降低成像剂量。

与常见的静态准直技术不同，提出一种基于自适应准直系统的dsa低剂量成像方法，在x射线机球管和受检组织之间放置自适应准直器，通过可自适应调整的准直窗口，以实现对成像剂量更精准的控制，从而进一步大幅降低成像剂量。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于：提供一种基于自适应准直系统的dsa低剂量成像方法，它解决了目前x射线机采用静态准直技术，成像剂量有待进一步降低的问题。

本发明所要解决的技术问题采取以下技术方案来实现：

一种基于自适应准直系统的dsa低剂量成像方法，它包括以下步骤：

(1)摄影准备，在x射线机球管和受检组织之间设置准直窗口区域可调整的自适应准直器，新建用于储存原始图像的原始图像库，用于储存减影图像的剪影图像库；

(2)在注入造影剂前，自适应准直器的准直窗口处于最大开口状态，进行首次摄影，将生成的蒙片图像储存到原始图像库中；

(3)如果需要继续摄影，则执行步骤(4)，否则，结束；

(4)如果剪影图像库中还未储存减影图像，则从原始图像库中选取参考图像，划定临床诊断所需的感兴趣区域roi(regionofinterest)，否则，从减影图像库中选取参考图像，划定临床诊断所需的感兴趣区域roi；

(5)根据感兴趣区域roi范围，调整自适应准直器的各个叶片位置，在自适应准直器内部形成与感兴趣区域roi相匹配的镂空的准直窗口；

(6)x射线机透过自适应准直器的准直窗口，仅对感兴趣区域roi进行低剂量摄影，拍摄的图像储存到原始图像库中，并生成相应的剪影图像，剪影图像储存至剪影图像库，返回至步骤(3)。

作为优选实例，所述自适应准直器包括多个金属叶片，以及驱动每个金属叶片独立平移的线性驱动电机，多个金属叶片紧密排成左右两列，形成分体式x射线遮挡板，每个金属叶片外侧连接一个线性驱动电机。

作为优选实例，所述感兴趣区域roi是根据操作人员从蒙片图像或剪影图像上观察到的临床诊断所需的区域进行手动划定。

作为优选实例，所述参考图像选取原始图像库或剪影图像库中储存的最新一张图像。

在注入造影剂前，需要进行首次摄影以获取蒙片，此刻自适应准直器的准直窗口处于最大开口的初始状态，此过程为正常剂量成像。

获取蒙片后，根据临床诊断所需首次划定感兴趣区域roi，作为后续成像和诊断的主要关注区域。

如果需要进行多次摄影，则在每次拍摄之前，都可以根据最新的图像，进行感兴趣区域roi优化调整。比如随着更多信息从后续图像(特别是有部分造影剂图像)中获得，感兴趣区域roi可进一步缩小范围，以便进一步降低成像剂量，或者根据造影剂在血管中的流动扩散趋势，逐步调整扩大roi范围，以避免遗漏重要诊断信息。能够根据各种临床需要，自由划定临床所需的感兴趣区域roi。

感兴趣区域roi划定后，自适应准直器的准直窗口是通过两列金属叶片共同围成，通过计算机对自适应准直器的每片金属叶片进行位置计算，根据位置计算结果，计算机控制线性驱动电机将金属叶片驱动到相应位置，形成与感兴趣区域roi对应的准直窗口。

自适应准直器适形调整后，根据临床需要的帧频进行低剂量成像，直至摄影任务完成。

每次拍摄的图像储存到原始图像库中，进行包括减影在内的图像处理和分析，生成相应的剪影图像，剪影图像储存至剪影图像库。其中，生成剪影图像所用到的图像处理和分析方法，为现有常用dsa图像处理和分析方法，两者并无差别，此处不再赘述。因两次相邻成像获取的图像的差别仅有注入的造影剂在血管内流动所致，且有诊断意义的差别均在所划定的感兴趣区域roi内，因此相关图像处理和分析均仅针对感兴趣区域roi区域，减少了数据处理量。

本发明的有益效果是：在x射线机球管和受检组织之间设置自适应准直器，通过自适应准直器的可调整准直窗口覆盖感兴趣区域roi，在需要多次摄影的情况下，后续摄影只照射感兴趣区域roi，能够降低成像剂量；根据每次成像所获取的图像信息，感兴趣区域roi可进一步动态调整优化，以便每次摄影都能使用尽可能小的成像剂量。

附图说明

图1为本发明主要步骤的流程示意图；

图2为较大范围的感兴趣区域roi示意图；

图3为较大范围的感兴趣区域roi所对应的准直窗口调整示意图；

图4为较小范围的感兴趣区域roi示意图；

图5为较小范围的感兴趣区域roi所对应的准直窗口调整示意图；

图6为局部感兴趣区域roi左右侧边缘在x轴上的投影距离l1、l2的示意图；

图7为与l1、l2对应的一对金属叶片端部到z轴的距离示意图；

图8为x射线机球管到金属叶片、受检组织之间距离示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

如图1所示，一种基于自适应准直系统的dsa低剂量成像方法，它包括以下步骤：

(1)摄影准备，在x射线机球管和受检组织之间设置准直窗口区域可调整的自适应准直器，新建用于储存原始图像的原始图像库，用于储存减影图像的剪影图像库；

(2)在注入造影剂前，自适应准直器的准直窗口处于最大开口状态，进行首次摄影，将生成的蒙片图像储存到原始图像库中；

(3)如果需要继续摄影，则执行步骤(4)，否则，结束；

(4)如果剪影图像库中还未储存减影图像，则从原始图像库中选取参考图像，划定临床诊断所需的感兴趣区域roi(regionofinterest)，否则，从减影图像库中选取参考图像，划定临床诊断所需的感兴趣区域roi；感兴趣区域roi是根据操作人员从蒙片图像或剪影图像上观察到的临床诊断所需的区域进行手动划定；参考图像选取原始图像库或剪影图像库中储存的最新一张图像；

(5)根据感兴趣区域roi范围，调整自适应准直器的各个叶片位置，在自适应准直器内部形成与感兴趣区域roi相匹配的镂空的准直窗口；

(6)x射线机透过自适应准直器的准直窗口，仅对感兴趣区域roi进行低剂量摄影，拍摄的图像储存到原始图像库中，并生成相应的剪影图像，剪影图像储存至剪影图像库，返回至步骤(3)。

实施例

如图3、图5、图7所示，自适应准直器包括多个金属叶片(图中条形片)，以及驱动每个金属叶片独立平移的线性驱动电机(图中未画出)，多个金属叶片紧密排成左右两列，形成分体式x射线遮挡板，x射线遮挡板完全对应覆盖受检组织区域，每个金属叶片外侧连接一个线性驱动电机。线性驱动电机通过计算机的自适应准直器驱动算法完成金属叶片位置调整。图中，条形片为金属叶片，空白区域为准直窗口。

在注入造影剂前，需要进行首次摄影以获取蒙片，此刻自适应准直器的准直窗口处于最大开口的初始状态，此过程为正常剂量成像。

获取蒙片后，根据临床诊断所需首次划定感兴趣区域roi，作为后续成像和诊断的主要关注区域。

如图2-图5所示，如果需要进行多次摄影，则在每次拍摄之前，都可以根据最新的图像，进行感兴趣区域roi优化调整。比如随着更多信息从后续图像(特别是有部分造影剂图像)中获得，感兴趣区域roi可进一步缩小范围，以便进一步降低成像剂量，或者根据造影剂在血管中的流动扩散趋势，逐步调整扩大roi范围，以避免遗漏重要诊断信息。能够根据各种临床需要，自由划定临床所需的感兴趣区域roi。

感兴趣区域roi划定后，自适应准直器的准直窗口是通过两列金属叶片共同围成，通过计算机对自适应准直器的每片金属叶片进行位置计算，根据位置计算结果，计算机控制线性驱动电机将金属叶片驱动到相应位置，形成与感兴趣区域roi对应的准直窗口。

如图6-图8所示，自适应准直器驱动算法如下：

(1)以两列金属叶片中间分割线为z轴，金属叶片移动方向为x轴，y轴过x轴和z轴交点，建立坐标系；

(2)沿z轴方向将左右对称的一对金属叶片依次编号为1，2，3，…，n，…；δn，1(t)表示根据t时刻划定的感兴趣区域roi来设定第n对金属叶片中左侧金属叶片端部到z轴的距离，δn，2(t)表示根据t时刻划定的感兴趣区域roi来设定第n对金属叶片中右侧金属叶片端部到z轴的距离；

(3)第n对金属叶片所覆盖的局部感兴趣区域roi中，用l1表示该局部感兴趣区域roi左侧边缘在x轴上的投影距离，用l2表示该局部感兴趣区域roi右侧边缘在x轴上的投影距离；

(4)在y轴方向上，x射线机球管到金属叶片之间的距离为h1，x射线机球管到受检组织之间距离为h2；

(5)根据相似三角形原理(三角形上顶点为x射线机球管位置)，计算出：

δn，1(t)＝(h1/h2)l1，δn，2(t)＝(h1/h2)l2

(6)根据以上计算结果，线性驱动电机将每个金属叶片移动到相应位置，完成准直窗口调整。

自适应准直器适形调整后，根据临床需要的帧频进行低剂量成像，直至摄影任务完成。

每次拍摄的图像储存到原始图像库中，进行包括减影在内的图像处理和分析，生成相应的剪影图像，剪影图像储存至剪影图像库。其中，生成剪影图像所用到的图像处理和分析方法，为现有常用dsa图像处理和分析方法，两者并无差别，此处不再赘述。因两次相邻成像获取的图像的差别仅有注入的造影剂在血管内流动所致，且有诊断意义的差别均在所划定的感兴趣区域roi内，因此相关图像处理和分析均仅针对感兴趣区域roi区域，减少了数据处理量。

在x射线机球管和受检组织之间设置自适应准直器，通过自适应准直器的可调整准直窗口覆盖感兴趣区域roi，在需要多次摄影的情况下，后续摄影只照射感兴趣区域roi，能够降低成像剂量；根据每次成像所获取的图像信息，感兴趣区域roi可进一步动态调整优化，以便每次摄影都能使用尽可能小的成像剂量。

在感兴趣区域roi先验信息引导下，准直系统进行实时的自适应适形调整。与dsa等影像设备常规固定窗口准直器不同，自适应准直系统的窗口可随感兴趣区域roi形状进行动态适形调整。对应适形窗口以内区域的x射线成像不受影响，产生有意义的诊断信息；而适形窗口以外区域并不产生有意义的诊断信息，其x射线被高衰减准直系统的金属叶片阻挡，避免受检组织接受额外辐射剂量。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入本发明要求保护的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。