立体Ｘ线机数字减影血管造影系统技术方案

本发明专利技术公开一种医疗器械技术领域的立体Ｘ线机数字减影血管造影系统，它采用微型计算机与专用的图象处理运算系统和实时海量帧存以及应用大规模集成电路的柔性控制单元，构成了双通道立体ＤＳＡ系统，并利用人机交互方式能准确地计算病灶的深度信息和分析血管的三维形态。在硬件和软件的设计中采用了模块层次化结构，同时设计了实时视频总线实现图象处理与数据存贮。整体结构简单、可靠，便于维修。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术属于医疗器械
，更进一步属于用于放射影象诊断与治疗的数字减影血管造影系统(又称DSA—DigitalSubtraction Angiography)。随着现代科学技术的发展，一些先进的技术手段和计算机科学技术正在不断地应用于医学领域，特别是在放射诊断与治疗学科中，计算机图象处理技术正在发挥着越来越重要的作用。心血管疾病是人类死亡率很高的一类疾病，通过成象技术获取血管的形态结构有着重大的临床价值，因为它反映了多种病变的基本信息。当前，现代医学成象设备从技术角度已经可以提供多种能用于血管成象的方法(如超声、核磁共振、X线图象)，但由于心血管造影技术的一些特殊要求需要很高的成象速度，以保证获得清晰的运动心脏图象和很高的图象空间分辩率，以辩别微细的冠状动脉结构，由于心脏的运动(平均心跳约80次/分，最高瞬时线速度可达1米/秒)，只有脉冲X线成象能满足上述要求。因此心血管造影术目前最为普遍用于医学临床的仍然是X线图象，即利用DSA技术来诊断与血管有关的病变情况，而且能通过介入治疗来治愈血管疾病或癌症。目前世界上研制和生产DSA设备的有德国西门子公司(Digitron-2)、美国GE公司(DF-5000)，日本东芝(DIGEFORMER-HR)、岛津(DAR-1200)等公司，在已有的DSA产品中共同的缺陷是采用单通道结构，对立体X线机的双球管(或单球管双焦点)所产生的两个二维X射线图象，无法进行实时同步采集、处理与显示。虽然国外的一些DSA产品，如东芝DIGEFORMER-HR系统配有立体观察视镜，但这类结构仍然是在单通道的基础上，利用单个显示器，分时显示左、右二维视图。采用液晶光电开关的观察视镜，使左、右眼的观察与显示器上的左、右视图同步，来使人的观测产生立体成象效果，这种方法无法进行准确的病灶深度信息计算，而病灶的准确定位与深度计算对于心血管疾病的介入治疗是极为重要的关键技术，在现有的DSA临床设备中，工作方式的设置和参数选择基本都是通过设计专门的功能键、参数键及配套的硬件电路来实现的。显然，按这种模式设计的控制电路不但硬件复杂程度高，成本大，而且由于其可供选择的参数都是固定的且只有有限的若干项，因此，既限制了其应用范围，又会在一定程度上影响到血管造影或减影的质量。除此之外，目前已有的DSA设备都是根据其特定功能而专门设计各自线路，结构复杂、维修困难，成本很高，用户无法根据自已的需要在这些设备上进一步开展应用研究工作和对原系统进行技术指标的扩充。本专利技术的目的是为了克服现有DSA设备的缺陷和不足，提供一种具有双通道处理结构，并能对病灶位置或血管三维结构信息(即深度信息)进行准确计算、控制灵活、便于扩充、成本低的立体X线机数字减影血管造影设备。本专利技术的目的可以通过以下措施来达到，采用两台计算机(PC)构成双计算机空间并行处理结构，采用两套结构完全相同的实时图象处理系统，分别通过PC机的标准总线插槽与计算机相连。工业摄象机将X线图象倍增管的图象转换成一定制式的电视信号，在控制单元的作用下，经多路切换器按单、双次序(对应左、右视图)分别送入左、右通道计算机图象处理系统，经处理的图象信号通过实时视频总线存贮在海量帧存中，同时也显示在监视器上。DSA系统中的计算机RS232C标准接口用于完成两个通道之间的控制数据通讯。利用立体观测视镜对两个监视器所显示的人体同一部位不同角度的图象进行双目观测，并移动鼠标确定相应的对应点，再根据计算机所计算出的对应点的二维坐标，由深度计算程序计算出该点的空间三维坐标即深度信息。系统中的控制单元能够完成所有减影工作方式的参数设定与X线球管曝光时间控制。整个系统的硬件及软件设计利用标准PC总线实现了模块化、层次化结构。下面结合附图对本专利技术作进一步的描述。附图说明图1为本专利技术的整体结构方框图。图2为本专利技术的控制单元方框图。图3为本专利技术的X线球管曝光时间控制原理图。图4为本专利技术的X线球管曝光脉冲与视频信号关系示意图。图5为本专利技术的X线球管曝光参数控制单元原理图。图6为本专利技术的双球管同步控制电路原理图。图7为本专利技术控制单元工作方式信号发生主电路框图。本专利技术的工业摄象机1将来自图象倍增管的可见图象转换为一定制式的电视信号。该信号在系统的控制单元作用下通过多路切换器2按单、双次序(对应左、右球管所产生的人体同一部位不同角度的图象)分别送入左、右通道计算机图象处理系统。4和11为图象A/D转换及运算处理单元，5和12为实时视频总线，6和13是实时海量帧存，7和14是带有鼠标的计算机键盘，8和15是计算机总线，9和16是图象显示终端，10和17是RS232C串行通讯接口，通过该接口利用左通道计算机的键盘7来实现两个通道计算机的控制。4、5、6、7、8、9、10组成立体DSA系统的左通道；11、12、1314、15、16、17组成立体DSA系统的右通道。图象A/D转换及运算处理单元4除完成图象信号的A/D转换，主要实现对X射线图象的实时处理，在处理单元4中有输入/输出查找表，16位算术运算器和8×8乘法器。它的视频总线5上容许外接扩充的实时海量帧存6，用于存储长时间的X射线图象或注射造影剂后图象相减的结果。在海量帧存6中的X射线图象或图象相减结果的图象显示在彩色显示器9上。DSA系统的控制子系统3是联结X射线系统，图象处理系统4，通过左通道计算机总线(数据总线、地址总线、控制总线)15与其它外部设备相连。它的作用是将DSA系统软件中的控制指令转换为各种工作方式信号，来控制X线球管的曝光时间，协调左右通道图象处理系统的同步工作。各种工作方式的预置及参数选择都是通过计算机程序菜单来实现。图象显示终端9和16显示来自左、右通道图象减影或图象后处理结果。立体定量测深的光学视镜20放置在显示终端9和16正前方，操作者通过20使其左眼观看终端9的图象，右眼观看终端16的图象，然后移动鼠标7，在实时观察图象的情况下，将左、右两个图象上的光标点重合，再启动测深子程序就可计算出该点的深度数据。结合图3、4、5、6对控制系统实现X线球管曝光方式和各种系统减影工作方式作进一步说明。对X线球管的曝光时间控制包括两个方面的内容(1)控制X线球管的曝光方式；(2)控制X线球管的曝光起点和持续时间。其中，曝光方式信号确定哪些场X线球管曝光、哪些场不曝光，而(2)的任务则是在一场的时间范围内(20ms)，针对那些已确定要曝光的视频场，控制其曝光起点和持续时间。两者相结合即可实现对X线球管的曝光时间控制。图3示出了这两者与曝光时间控制信号之间的关系。其中，波形II即为曝光方式控制信号，波形I则为一频率与场频相等的脉冲信号，控制该信号处于场消隐后沿的相位和脉宽，即可实现对X线球管曝光起点及持续时间的控制。将信号I与信号II在逻辑上相与可得信号III，该信号经过驱动后即可作为X线球管的曝光时间控制信号。下面详细说明X线球管曝光方式控制。X线球管在一场时间内的曝光起点和曝光持续时间这两个参数控制是通过图5所示电路来进行的。其中场信号由图象A/D转换及运算处理单元4提供。场信号与视频信号的关系如图4所示。该信号经过图5所示电路中的三个8253可编程计数/定时器变换后，成为一个周期为场周期(20ms)、相位和脉宽可本文档来自技高网...

【技术保护点】
立体Ｘ线机数字减影血管造影系统，它包括用计算机进行图象处理的系统，摄象机以及图象实时处理器，其特征在于：所述的计算机控制的图象处理系统采用两台ＰＣ机构成双计算机空间并行处理结构，两套结构完全相同的实时图象处理系统和海量帧存，分别通过ＰＣ机的标准总线插槽与计算机相连，采用了模块化、层次化结构。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：郑南宁，王庆元，李建武，管旭东，田翔，
申请(专利权)人：西安交通大学人工智能与机器人研究所，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]