新型曝光算法在医疗成像系统中的研究

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摘 要：介绍一种新型的XRAY曝光控制算法。该算法通过获取剂量反馈，调整曝光过程中的参数，在得到高品质图像的同时，降低曝光的XRAY剂量，较少对患者的损伤。

关键词：曝光；剂量降低；医疗成像

1 简介

医用X射线系统技术的发展，不断推进高频医用X射线机的推广使用，从减少患者和医务工作者在诊疗中受射线的伤害出发，我国必将象发达国家一样，建立患者接受X射线剂量的档案，鼓励降低辐射剂量新技术的开发。

XRAY系统辐射控制算法控制的XRAY辐射的大小和时间，与患者辐射剂量密切相关，是XRAY控制的核心部分.优秀的控制算法除了保证生成可诊断图像的剂量，同时也使患者受到的辐射剂量降到最低。

本项目是研究一种XRAY系统新型曝光算法（变体厚算法），不但降低设备的损耗，增大XRAY系统关键部件球管的使用寿命，为医院降低设备成本，更重要的是可以大幅度的降低对医生和患者的射线伤害，从而实现绿色医院，以人为本的目标。

2 国内外研究现状

目前在国内医疗行业内，大部分的XRAY系统都采用了普通曝光算法，该技术可实现设备的智能控制，但对于不同体厚的患者没有更好的进行分辨，从而对体型较胖的人会产生过高的辐射。鉴于成本和研发周期的考虑，并没有采用更好的降低患者辐射剂量的新技术。以目前国内医疗器械行业的领航者mindray（迈瑞）为例，其在2010年的数字XRAY成像系统DigiEye765，采用了自动曝光算法，但仍旧采用固定参数的技术方法，没有采用降低剂量的技术。这会大大增加患者所受的辐射剂量。

现在，只有大的医疗跨国公司（GE，PHILIPS）采用了降低剂量的技术，而且只在其高端产品中使用，这大大增加了医院和患者的医疗成本。而且处于技术壁垒的考虑，对国内的技术人员采取了严格的保密措施。

本项目采用的方法采用最低的物料成本，实现最大的剂量降低。根据不同的患者，采用最佳的初始曝光参数，可最大程度的降低患者辐射剂量。对控制算法进行优化，可快速响应辐射剂量的变化，以适应短时间曝光的需要，可实现国内卫生系统逐渐看重的低剂量控制要求。

3 算法原理

人体受到照射的累积剂量与照射时间成正比。相同剂量，一次照射比分次照射所引起的生物效应要来的严重。所以为了减少对人体的辐射影响，一个方法是减少辐射剂量，另外一个方法就是减少辐射时间。

以上是该曝光技术使用的系统框图。

本研究的重点是变体厚技术的控制算法，以实现减少曝光时间的目的。在系统产生XRAY后，XRAY首先穿透人体，在成像板上成像，同时使电离室产生电离，输出反馈信号。该信号输送到控制器，由控制器里的算法进行处理。算法会根据反馈出的剂量，调整曝光参数，控制XRAY的大小。在达到实现诊断成像的目的的同时，大大降低患者所受的剂量。主要的工作流程如下：

算法内容：1）根据已产生的XRAY剂量来调整曝光参数是实现控制的关键。确定合适的控制方法和控制参数。2）控制算法对不同体型的患者的响应特性。不同体型的患者属于不同的负载，对XRAY的滤过不一样，导致电离室检测到的剂量也不一致。而为了增加适应性，控制算法必须对不同体型的患者快速响应。3）该控制算法在XRAY系统中的稳定性。重点解决了下面两个技术难点：剂量降低。对于不同体厚的患者，在不影响图像质量的前提下，大幅降低辐射剂量。响应时间。针对不同的患者，需要更短的曝光时间。而在短时间内对反馈剂量进行响应来将是技术实现的关键。

4 算法效果

使用该算法后，剂量降低体厚10cm，15cm，20cm，25cm患者预期剂量的降低分别到达45，50，55，45如下图所示（普通技术的曝光剂量为参考值100）。