Name: 通过自适应曝光的减少剂量X射线透视影像 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-09-11T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 30 s
Description: 了解扫描束数字X射线系统的自适应曝光技术，通过根据物体不透明度实时调整曝光参数，在保持图像质量的同时实现30%的辐射剂量降低。该方法适用于医学影像和辐射剂量管理领域。

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

作者感谢Triple Ring Technologies公司的Anne Sandman、Keith Nishihara和Brian Wilfley对本项目的贡献。本工作由美国国立卫生研究院挑战性资助项目（NIH Challenge Grant）5RC1HL100436-0资助。

1. 系统设置
<ol>
 <li>将模体设置在等中心处进行成像（即距离准直器 40 cm）。</li>
 <li>在准直器前方安装 DAP 剂量仪以测量 X 射线剂量（图 4）。</li>
 <li>启动 SBDX 系统电源。</li>
 <li>选择系统工作模式。当前使用 7" 视野（FOV），帧率为 15 fps。X 射线源峰值电压设置为 80 kVp，X 射线源功率为 9 kW。</li>
</ol>
2. 数据采集
<ol>
 <li>从控制计算机启动数据采集。在数据采集过程中，探测器图像被保存到系统内存中。以下步骤在 SBDX 系统中进行：
 <ol>
 <li>电子束以光栅方式依次扫描每个焦点位置（图5）。</li>
 <li>电子束撞击透射靶并产生X射线（视频2）。</li>
 <li>在每个焦点位置，X射线光子通过聚焦准直器照射探测器，从而将成像体积的一小部分投射到探测器上。</li>
 <li>对于每个焦点位置，探测器生成一幅探测器图像，并直接存储到系统内存中。</li>
 <li>所选的7英寸15帧/秒操作模式提供71×71个焦点。每个焦点位置的总照射时间为8 μs。由于X射线靶的热限制，曝光时间必须分割为1 μs的增量。因此，电子束在每个焦点位置照射靶面1 μs后即移动至下一个焦点位置。在后续循环中，系统会重新访问每个焦点以完成总计8 μs的曝光。由于每次焦点照射都会生成一幅探测器图像，因此总共采集并存储约40328幅探测器图像，耗时约60 ms。</li>
 </ol>
 </li>
</ol>
3. 图像重建
<ol>
 <li>SBDX 本质上是一种断层合成系统，因为物体由射线源在不同角度下进行照射。成像体积内位于准直器与探测器之间的任意平面均可被重建。以下步骤说明了如何将部分图像重建为单个平面，或合成图像或选定平面图像。在临床 SBDX 系统中，步骤 3.2 至 3.4 将实时执行。</li>
 <li>在重建模拟器上选择图像重建参数。</li>
 <li>运行图像重建算法。在图像重建过程中，该算法执行以下步骤：
 <ol>
 <li>读取每一张独立的探测器图像。</li>
 <li>缩放探测器图像，使其与待重建平面的尺度匹配。</li>
 <li>根据焦点位置对图像进行平移，并将其叠加到重建平面上（Movie 3）。</li>
 <li>对每个焦点位置重复执行上述两个步骤。</li>
 <li>执行后处理滤波，以消除平移操作产生的伪影模式。</li>
 <li>此时，一个平面已被重建（图 6），我们所观察物体的解剖结构已可见。</li>
 </ol>
 </li>
 <li>如需要，运行算法以生成选定平面图像。该算法执行以下步骤：
 <ol>
 <li>重复步骤 3.2.1 至 3.2.6，以生成选定平面图像所需的 32 个平面。这些平面通常间距为 0.5 mm（Movie 4、图 7 和 Movie 5）。</li>
 <li>对于图像的每一部分，选择其中目标物体最清晰的平面，构成最终的选定平面图像（图 8 和 Movie 6）。</li>
 </ol>
 </li>
 <li>如有必要，重新调整模体位置，使心脏位于视野中心。</li>
 <li>重复执行步骤 2.1 至 3.3，直至模体在视野内正确放置。</li>
 <li>记录 DAP 计量仪上该非均衡化图像的剂量面积乘积。</li>
</ol>
4. 自适应曝光新模式文件的生成
<ol>
 <li>将先前获取的探测器图像载入自适应曝光模拟器中。</li>
 <li>选择自适应曝光算法的参数。</li>
 <li>运行自适应曝光模拟器。该模拟器执行以下步骤：
 <ol>
 <li>根据用户选定的阈值，确定每幅探测器图像的目标光子数。</li>
 <li>针对每个焦点位置，确定探测器图像中的光子数量。对该焦点位置的探测器图像进行累积，直至达到目标光子数或最多八次重扫（图9）。</li>
 <li>由此得到一幅重扫图，详细说明每个焦点位置被照射的次数（图10）。</li>
 <li>将重扫图与用于运行SBDX系统的操作模式文件合并。</li>
 </ol>
 </li>
</ol>
5. 均衡化图像采集
<ol>
 <li>将更新后的操作模式文件加载到 SBDX 系统中。</li>
 <li>从控制计算机启动数据采集。数据采集的步骤如 2.1.1 至 2.1.5 所述。与之前的采集不同，X 射线束根据我们的重扫图在焦点位置处开启或关闭。由于总照射次数少于标准采集，X 射线剂量得以降低。</li>
 <li>记录 DAP 剂量仪测量的剂量面积乘积。</li>
 <li>对新采集的均衡化数据运行图像重建算法，具体步骤如 3.2 至 3.4 所述。</li>
 <li>显示重建后的均衡化图像（图 11）。</li>
</ol>
6. 数据分析
<ol>
 <li>比较非均衡化图像与均衡化图像的测量剂量。</li>
 <li>观察均衡化与非均衡化重建图像之间的差异。</li>
</ol>
7. 代表性结果：
图8和图11展示了标准图像与均衡化图像之间的对比。使用图10所示的重扫描掩模进行DAP剂量仪测量，表明在均衡化图像中剂量减少了30%。
此外，均衡化是压缩动态范围的一种非常有效的方法，可在无需后期处理的情况下使图像呈现更悦目的外观。
如所示，均衡滤过可用于节省剂量。然而，均衡也可通过提高射线源功率，使辐射剂量与未均衡图像相匹配，从而改善图像质量。通过这种方式，图像的较暗区域会接收到更多光子，从而降低图像噪声。
<img src="/files/ftp_upload/3236/3236fig1.jpg" alt="传统系统示意图；包含患者、大型探测器和点X射线源的X射线成像装置。" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图1"> 
图1. 传统透视系统。 传统系统具有一个单焦点X射线源和一个大面积探测器。患者被放置在靠近探测器的位置。
<img src="/files/ftp_upload/3236/3236fig2.jpg" alt="患者接受X射线扫描；用于医学成像的X射线源和探测器阵列示意图。" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图2"> 
图2. SBDX系统。 SBDX系统采用反向几何结构。一个大范围扫描束X射线源照射到一个小面积探测器上。患者位于远离探测器的位置。
<img src="/files/ftp_upload/3236/3236fig3.jpg" alt="X射线成像系统示意图，包含数据采集、图像重建和均衡化滤波器。" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图3"> 
图3. 数据采集流程图。 1) 采集模体的非均衡化图像。2) 从磁盘阵列中提取数据。3) 自适应曝光算法将此数据作为输入，生成曝光或重扫掩模。4) 在源控制计算机中，将重扫掩模与原始操作模式结合。5) 采集同一模体的均衡化图像，并存储至磁盘阵列。6) 从磁盘阵列中提取非均衡化和均衡化两组数据集，图像重建软件对每组数据集重建出不同的切面图像。7) 两幅图像均为重建软件的输出结果。8) 显示两幅图像。
<img src="/files/ftp_upload/3236/3236fig4.jpg" alt="用于医学物理中辐射分析的X射线成像装置，包含探测器、剂量面积乘积仪和模体。" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图4"> 
图4. 系统装置示意图。 模体放置于患者床面，位于X射线源与探测器之间的等中心处。剂量面积乘积仪置于X射线源与模体之间。
<img src="/files/ftp_upload/3236/3236fig5.jpg" alt="电子束扫描示意图；带有准直器孔的真空管装置，用于精确控制束流方向。" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图 5"> 
图 5. X射线源。 电子枪产生电子束，并以光栅方式依次扫描准直器的每个孔。电子束从准直器的一侧开始，逐个扫描每一孔。当完成一行扫描后，电子束关闭并重新定位至下一行的起始位置，随后开始该行的扫描。通过这种方式，电子束完成对整个准直器的扫描，共扫描71×71个孔，约在60毫秒内重复扫描八次。
<img src="/files/ftp_upload/3236/3236fig6.jpg" alt="显示冠状动脉的血管造影；心血管研究中的血管成像示意图" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图6"> 
图6. 标准重建图像。 我们的人体等效体模的心脏及其含碘冠状动脉的重建图像。该图像是在7英寸视野（FOV）和15帧/秒（fps）条件下获取，并在距X射线靶45 cm处对单个平面进行重建所得。
<img src="/files/ftp_upload/3236/3236fig7.jpg" alt="CT 扫描重建过程；示意图展示反向投影平面、探测器和准直器设置。" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图 7"> 
图 7. 多平面重建。 准直器与探测器之间不同重建平面的示意图。蓝色锥体表示探测器图像如何反向投影到各个重建平面中。
<img src="/files/ftp_upload/3236/3236fig8.jpg" alt="冠状动脉造影，心脏血管的X射线图像，用于动脉评估的诊断成像。" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图8"> 
图8. 所选层面的图像。 该图像是由32个层面组合而成。与图6中仅所选层面的血管清晰对焦不同，此图像中所有血管均清晰对焦。
<img src="/files/ftp_upload/3236/3236fig9.jpg" alt="自适应曝光算法；柱状图；准直器光子数；阈值；重新扫描过程。" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图8"> 
图9. 均衡滤过步骤。 当扫描准直器时（上方），探测器接收到的计数率随物体不透明度的变化而变化（下方）。每个准直器孔最多被扫描八次（八次重扫描）。在第一次重扫描中，焦点沿行从左开始依次被照射，并对每个孔测量通量。在下一次重扫描中，照射从行的起始位置重复进行。对于每个焦点，其计数将累加到前一次的数值上。如果总计数超过预先设定的阈值，则该孔在后续的重扫描中将不再被照射。在当前的实现中，此过程离线执行，生成一个重扫描掩模，随后用于获取一幅均衡化的图像。
<img src="/files/ftp_upload/3236/3236fig10.jpg" alt="行星表面细节示意图；像素化的月球表面，用于空间研究的陨石坑可视化。" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图10"> 
图10. 由均衡滤波算法生成的重扫图。 该图像的每个像素代表准直器的一个焦斑，因此图像为71×71像素。每个像素的灰度级表示对应焦斑的重扫次数，从零（黑色）到八（白色）。我们观察到图像右侧部分的重扫次数非常低，因此这些焦斑中的每一个将仅被照射一次或两次。该区域对应于我们重建图像（图6）中的肺野区域，由于该区域的X射线吸收率较低，图像几乎已达到饱和。
<img src="/files/ftp_upload/3236/3236fig11.jpg" alt="冠状动脉造影结果，X射线图像显示心脏血管用于血管评估。" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图11"> 
图11. 选定平面的均衡化图像。 该图像是启用自适应曝光后重建算法的输出结果。该图像采用与标准图像（图8）相同的7英寸15帧/秒工作模式获取，但根据图10的扫描掩模启用了自适应曝光功能。图像在亮度上更加均匀，因此血管的对比度更高，尤其是在较暗区域。在图像右侧，肺野区域不再出现饱和现象。
视频 1. SBDX 系统的动画演示。 SBDX 系统采用反向几何结构。一个大型扫描束X射线源照射到一个小型面积探测器上。患者位于远离探测器的位置。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/3236/3236movie1.swf">点击此处观看视频。</a>
视频 2. X 射线的产生。 在每个焦点处，电子束撞击钨靶并产生 X 射线。准直器将 X 射线束聚焦至探测器方向。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/3236/3236movie2.swf">点击此处观看视频。</a>
视频3. 图像重建动画。 该动画展示了利用探测器图像重建最终图像的过程。对于准直器的每个焦点位置（左下），相应的探测器图像（左上）被投影到待重建的平面（右）。在此动画中，我们展示了三个位于距X射线源不同距离处的平面正在进行重建。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/3236/3236movie3.avi">点击此处观看视频。</a>
视频 4. 平面选择。 SBDX 系统是一种断层合成成像系统。用户可选择需要重建和可视化的平面。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/3236/3236movie4.swf">点击此处观看视频。</a>
视频 5. 多平面动画。 本视频展示了从准直器开始，随着距离增加而重建的不同平面。值得注意的是，碘化冠状动脉会根据其实际位置的不同而依次进入和离开焦点。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/3236/3236movie5.avi">点击此处观看视频。</a>
视频 6. 选定的三维平面动画。 重建焦平面的三维可视化。随着深度增加，焦平面的位移更加明显。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/3236/3236movie6.wmv">点击此处观看视频。</a>

<ol><li>Martinez, L. C., Vano, E., Gutierrez, F., Rodriguez, C., Gilarranz, R., Manzanas, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Patient+doses+from+fluoroscopically+guided+cardiac+procedures+in+pediatrics%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Med+Biol%22%5BJournal%5D)">Patient doses from fluoroscopically guided cardiac procedures in pediatrics.</a> Phys Med Biol. 52, 4749-4759 (2007).</li>
<li>Strauss, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pediatric+interventional+radiography+equipment%3A+safety+considerations%5BTitle%5D)+AND+%22Pediatr+Radiol%22%5BJournal%5D)">Pediatric interventional radiography equipment: safety considerations.</a> Pediatr Radiol. 36, 126-135 (2006).</li>
<li>Preston, D. L., Cullings, H., Suyama, A., Funamoto, S., Nishi, N., Soda, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Solid+cancer+incidence+in+atomic+bomb+survivors+exposed+in+utero+or+as+young+children%5BTitle%5D)+AND+%22J+Natl+Cancer+Inst%22%5BJournal%5D)">Solid cancer incidence in atomic bomb survivors exposed in utero or as young children.</a> J Natl Cancer Inst. 100, 428-436 (2008).</li>
<li>Wolff, M., Keevil, J., Speidel, M., Wilfey, M., Wilfley, B., Star-Lack, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pilot+study+with+a+scanning-beam+digital+x-ray+system%5BTitle%5D)+AND+%22Am+J+Cardiol%22%5BJournal%5D)">Pilot study with a scanning-beam digital x-ray system.</a> Am J Cardiol. 94, (2004).</li>
<li>Speidel, M. A., Wilfley, B. P., Star-Lack, J. M., Heanue, J. A., Betts, T. D., VanLysel, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+of+entrance+exposure+and+signal-to-noise+ratio+between+an+SBDX+prototype+and+a+wide-beam+cardiac+angiographic+system%5BTitle%5D)+AND+%22Med+Phys%22%5BJournal%5D)">Comparison of entrance exposure and signal-to-noise ratio between an SBDX prototype and a wide-beam cardiac angiographic system.</a> Med Phys. 33, 2728-2743 (2006).</li>
<li>Speidel, M. A., Wilfley, B. P., Star-Lack, J. M., Heanue, J. A., VanLysel, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scanning-beam+digital+x-ray+%28SBDX%29+technology+for+interventional+and+diagnostic+cardiac+angiography%5BTitle%5D)+AND+%22Med+Phys%22%5BJournal%5D)">Scanning-beam digital x-ray (SBDX) technology for interventional and diagnostic cardiac angiography.</a> Med Phys. 33, 2714-2727 (2006).</li>
<li>Funk, T., Burion, S., Bechtel, K. L., Solomon, E. G. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aFunk%2C+T+%22X-ray+dose+reduction+by+adaptive+source+equalization+and+electronic+region-of-interest+control%22">X-ray dose reduction by adaptive source equalization and electronic region-of-interest control</a>. , SPIE Medical Imaging. Orlando. (2011).</li>
<li>Burion, S., Bechtel, K. L., Lowell, A. P., Heanue, J. A., Solomon, E. G., Funk, T. Real-time equalization filtration: dose savings with region-based exposure control using a scanning-beam X-ray source. Radiological Society of North America's 96th Scientific Assembly and Annual Meeting, Chicago, , (2010).</li>
<li>Boone, J. M., Duryea, J., Moore, E. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Filter+wheel+equalization+in+chest+radiography%3A+demonstration+with+a+prototype+system%5BTitle%5D)+AND+%22Radiology%22%5BJournal%5D)">Filter wheel equalization in chest radiography: demonstration with a prototype system.</a> Radiology. 196, 845-850 (1995).</li>
<li>Vlasbloem, H., Kool, L. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((AMBER%3A+a+scanning+multiple-beam+equalization+system+for+chest+radiography%5BTitle%5D)+AND+%22Radiology%22%5BJournal%5D)">AMBER: a scanning multiple-beam equalization system for chest radiography.</a> Radiology. 169, 29-34 (1988).</li>
</ol>

作者是Triple Ring Technologies的员工，该公司生产了本文所使用的仪器。

我们证明了使用均衡化技术可以实现剂量节省。本文仅展示该技术的应用方法，而不讨论其对图像质量的影响。然而，需要强调的是，我们的目标是在均衡化图像中保持目标信噪比。其基本假设是，在非均衡化图像中，信噪比具有高度不均匀性。特别是肺野等明亮区域的信噪比高于完成诊断任务所需的水平。均衡化技术使我们能够降低这些区域的信噪比，同时维持图像较暗区域的信噪比。我们目前正在开展噪声测量研究以验证该方法。初步结果显示，在图像较暗区域保持等效信噪比的前提下，剂量节省可达约30%7, 8。
均衡过滤的潜力已在科学文献中被认识多年。然而，迄今为止所有已发表的实现方法均涉及机械快门或滤光片，这在很大程度上限制了该方法的应用9,10。本文中，我们证明均衡过程可基于完全电子化的方法实现，从而克服机械实现方式存在的问题。
在临床SBDX系统中，本文介绍的大多数步骤将由硬件实现，并在数据采集期间实时完成。均衡化算法将实时运行，默认显示的图像将经过均衡化处理。该算法将根据被成像对象、对象的运动状态以及机架位置的变化动态调整其参数。我们仍在持续改进该算法，未来还需进一步开发以实现其实时应用。

通过荧光成像中的自适应曝光降低x射线剂量

X-ray Dose Reduction through Adaptive Exposure in Fluoroscopic Imaging

X射线透视广泛用于心脏介入手术中的影像引导。然而，这些手术中的辐射剂量可能很高，这是一个重要的问题，尤其是在儿科应用中。儿科手术通常比成人手术复杂得多，因此平均持续时间要长四到八倍1。此外，儿童在10岁之前可能接受多达10次透视手术，并且一生中发生致命癌症的风险已被证明比普通人群高出三倍2,3。
我们已经证明，通过使用我们的扫描束数字X射线（SBDX）系统4——一种采用逆向成像几何结构的透视成像系统5,6（图1、视频1和图2），可在成人心脏手术中显著降低辐射剂量。与传统系统所采用的单个焦点和大面积探测器不同，我们的方法使用一个具有多个焦点的扩展X射线源，将这些焦点聚焦于一个小面积探测器上。我们的X射线源由一个扫描电子束组成，可依次照射多达9,000个焦点位置。每个焦点将成像体积的一小部分投射到探测器上。与传统系统中最终图像直接投影到探测器上的方式不同，SBDX系统采用专用算法，从9,000幅探测器图像中重建出最终图像。
在儿科应用中，SBDX 系统的剂量节省预计小于成人检查中的节省。然而，SBDX 系统可通过实施电子自适应曝光技术实现额外的剂量降低。该方法的关键在于 SBDX 系统的多束扫描技术：我们能够根据被照射区域的不透性，动态调整各部位的曝光剂量，而非对图像的每个部分施加相同的辐射剂量。因此，我们可显著降低在透射性强区域的曝光，同时维持在不透性较高区域的曝光。在我们目前的实现中，自适应曝光需要用户交互（图 3）。然而，未来该自适应曝光将实现实时化和完全自动化。
我们使用仿人模型进行了实验，并通过剂量面积乘积（DAP）仪比较了采用和不采用自适应曝光时的实测辐射剂量。在本实验中，我们发现辐射剂量降低了30%。

我们正在利用扫描束数字X射线系统开发一种动态自适应曝光技术。该技术并非对物体进行均匀曝光，而是根据物体的不透光性自适应调整曝光参数。本文展示了一项在仿人模型上开展的实验，结果显示剂量节省达到30%。

通过荧光成像中的自适应曝光降低X射线剂量

X射线透视在心脏介入手术的影像引导中被广泛应用。然而，这些操作中的辐射剂量可能较高，这是一个……

本实验展示了如何使用扫描束数字X射线系统，通过根据物体的不透明度局部调整曝光，而非像传统方法那样进行均匀曝光，从而实现剂量节约。第一步是获取一次扫描的参考图像，并定义自适应曝光算法系统的参数。随后，计算机输出一张剂量需求更低的新扫描图，该图被载入系统，从而可获得一幅均衡化的图像。剂量面积乘积测量结果表明，自适应曝光可使剂量节省达到30%的范围。我们正在开发一种称为扫描束数字X射线（SPDX）的成像系统，该系统可实现逆几何X射线透视成像。传统成像系统与逆几何成像系统的主要区别在于，我们并未使用单焦点X射线管将射线投射到大视野探测器上。我们的X射线源由数千个焦点组成，每个焦点均与一个小型光子计数探测器耦合，以采集单个成像帧。我们获取数千张探测器图像，每张探测器图像仅观测物体逆分布的一小部分。几何成像显著减少了图像中的散射，从而使得我们能够以更低的剂量获取这些图像。这对于体型较大的患者尤其有利，因为散射随患者体型增大而增加。在儿科患者中，由于散射减少所带来的剂量节省要小得多。然而，逆几何结构使得剂量节省策略的实施成为可能，这些策略同样可使儿科患者受益。逆几何结构实现了一种我们称之为自适应曝光的技术。在采集数千张探测器图像的过程中，我们可以根据当前曝光区域的上部密度实时调整曝光参数，从而在透射率较高的区域降低曝光，在较致密的区域保持曝光。因此，我们能够在整幅图像中实现均匀的图像质量，并减少传统系统中过度曝光区域的辐射剂量。为了监测辐射剂量，需在准直器前方放置一个剂量面积乘积仪。患者或体模通常被放置在靠近准直器的位置，成像体积的中心距离准直器约40厘米。接下来，选择系统的运行模式。典型设置包括：七英寸的视野范围和每秒15帧的帧率。X射线源峰值电压设为80千伏峰值，源功率设为17千瓦。然后打开SBDX系统并开始图像采集。在图像采集过程中，电子束以光栅方式依次扫描至每一个焦点位置。在每个焦点位置，电子束撞击透射靶并产生X射线。所产生的X射线光子穿过聚焦准直器，照射到探测器上。因此，仅有成像体积的一小部分被投射。在照明过程中，探测器获取一幅图像，并直接存储至系统内存中。对于每个焦点，期望的照明时间最长可达八微秒。然而，由于目标样品的热学限制，最长连续曝光时间为一微秒，且采集过程被分为八个一微秒的时间段。总共在约60毫秒内，图像采集结束时共记录了超过40,000帧探测器图像。务必记录剂量面积乘积仪上的测量值。SBDX 本质上是一种断层合成系统，因为物体在来自各个光源焦点的不同角度照射下，成像体积内位于准直器和探测器之间的任意平面均可被重建。首先设置成像参数。重建参数。选择要重建的平面数量及其位置。然后，运行图像重建算法。该算法通过以下步骤处理每个探测器图像：首先，针对相应的重建平面缩放探测器图像；其次，在将图像加入重建之前，根据其焦点位置对图像进行平移。接着，通过后处理滤波去除由平移和叠加操作产生的伪影。通常，重建出32个平面，间距为0.5毫米，形成一组重建图像堆栈。结构会根据其与探测器的距离而进入或移出焦点。平面选择算法可选取每个平面上处于焦点内的结构，并利用该信息生成一幅仅显示结构及其焦点的复合图像。此二维图像等同于传统系统上获得的图像。然而，平面选择算法已确定了每个结构相对于准直器的位置。这使得我们能够将其以三维动画形式播放，将保存的图像载入自适应曝光模拟器中，并针对每个焦点运行算法，从而确定图像中的光子数量。随后累积图像，直至达到目标光子数，或完成全部八次重扫描。自适应曝光模拟器的输出结果是一张重扫描图，详细记录了每个焦点位置被照射的次数。该图将合并至用于运行 SBDX 系统的操作模式文件中。将更新后的操作模式文件载入SBDX系统后，采集图像时，X射线束将仅在根据重扫描图确定的焦点位置处开启或关闭，从而减少总的照射次数。对新采集的数据运行图像重建算法，以重建均衡化图像。同样，务必使用剂量面积乘积仪记录剂量面积乘积读数，测量结果显示，采用重扫描掩模后，均衡化图像的剂量节省达30%。初步结果表明，图像质量相当，且均衡化图像比非均衡化图像更具视觉吸引力。我们正在探索自适应曝光作为一种降低剂量和透视检查辐射量的技术。初步结果显示，在图像质量相当的情况下，至少可实现30%的剂量节省。我们正在将自适应曝光功能作为实时功能进行实施。在图像采集过程中，我们的算法将自动执行阈值分割。因此，此处显示的许多步骤对用户而言是不可见的。目前的结果令人鼓舞，我们期待进一步研究该技术。特别是，我们将必须通过临床试验证明，我们图像的诊断价值相当于或优于传统图像。

x-ray-dose-reduction-through-adaptive-exposure-in-fluoroscopic-imaging

Research

科研

JoVE Journal

Medicine

医学

通过自适应曝光的减少剂量X射线透视影像

目前乳腺癌放射治疗的首要任务是在不降低靶组织覆盖范围的前提下减少心脏受照剂量。本文所述的自主屏气技术是一种简单且经济的解决方案，无需特殊设备即可广泛实施。...

降低左侧乳腺放疗中心脏受量的自愿屏气技术

辐射暴露在复杂的消融手术中是一种被低估的风险。本文介绍了一种通过使用新型无氟透视导管可视化系统，显著减少患者和实验室工作人员的透视时间和辐射剂量的方案。...

非荧光透视导管定位技术用于降低介入电生理学中的荧光透视使用

以前列腺癌为例，介绍了质子治疗中放射治疗计划与实施的基本原理。将这些原则应用于其他选定的疾病部位，凸显了质子放射治疗如何改善癌症患者的临床疗效。...

质子治疗的递送及其在部分实体肿瘤恶性疾病中的临床应用

基于幅度的最优呼吸门控（ORG）可有效消除临床18F-氟脱氧葡萄糖（FDG）正电子发射断层扫描（PET）图像中的呼吸运动模糊。对FDG-PET图像进行呼吸运动伪影校正，可提高图像质量以及诊断和定量的准确性。在临床PET应用中，消除呼吸运动伪影对于患者的合理诊疗管理至关重要。...

使用基于幅度的最优呼吸门控算法管理18F-氟代脱氧葡萄糖正电子发射断层扫描中的呼吸运动伪影

本文介绍了一种使用低能X射线设备进行细胞照射的新型剂量学方案。测量过程在尽可能模拟真实细胞照射条件的情况下进行。...

使用正电压（40–300 kV）X射线设备进行细胞辐照的剂量测定

辐射剂量测定提供了一种提高临床前实验准确性的技术，可确保所施加的辐射剂量与临床参数密切相关。本方案描述了在临床前辐射实验各阶段应采取的步骤，以确保实验设计的正确性。...

放射源校准与剂量学：用于评估LQ α和β参数、辐射给药方案及体内剂量沉积

本文介绍了一种在大鼠胶质母细胞瘤模型中进行基于正电子发射断层扫描的临床前放射治疗的方案，该方案采用自主研发的算法以优化准确性和效率。...

基于正电子发射断层扫描的剂量雕刻放射治疗在胶质母细胞瘤大鼠模型中的应用——使用小型动物放射研究平台

双荧光透视技术可精确捕捉 体内 人体关节的动态运动，可相对于重建的解剖结构进行可视化观察（例如关节运动学）。本文提供了一项详细方案，用于量化日常生活负重活动中髋关节的关节运动学，包括将双平面透视技术与传统的皮肤标记点运动捕捉技术相结合的方法。...

体内动态负重活动中髋关节关节运动学的双荧光透视定量分析

在利用小鼠肥胖模型的研究中，脂肪含量分析是常规操作。小型动物CT成像与分析的新兴方法为纵向、详尽的脂肪含量分析提供了可能。本文将逐步详细介绍进行小型动物CT成像、分析及可视化的方法流程。...

使用X射线计算机断层扫描对小鼠肥胖模型中的脂肪体积进行分割与测量

为了理解乙醇诱导的发育损伤的分子机制，我们建立了一种乙醇暴露的斑马鱼模型，并正在探索乙醇暴露后发生的物理、细胞和遗传改变1。随后，我们试图在此动物模型中寻找潜在的干预措施并快速对其进行测试。...

评估酒精暴露胎儿斑马鱼模型中的致畸变化

了解扫描束数字X射线系统的自适应曝光技术，通过根据物体不透明度实时调整曝光参数，在保持图像质量的同时实现30%的辐射剂量降低。该方法适用于医学影像和辐射剂量管理领域。

通过荧光成像中的自适应曝光降低X射线剂量

探索更多视频