CN103565465A - 一种ct机焦点的修正方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种CT机焦点的修正方法及装置，所述方法包括以下步骤：根据扫描工况数据计算得到总焦点偏移量；在所述CT机运行过程中，通过所述总焦点偏移量对射线源发射的电子束进行偏转修正；所述装置包括：偏移计算模块，用于根据扫描工况数据计算得到总焦点偏移量；偏移修正模块，用于在所述CT机运行过程中，通过所述总焦点偏移量对射线源发射的电子束进行偏转修正。

Description

一种CT机焦点的修正方法与装置

技术领域

本发明涉及光学扫描技术领域，特别涉及一种CT机焦点的修正方法与装置。

背景技术

CT机（Computed Tomography，全称为计算机断层扫描系统）是一种在医学上非常常见的影像诊断仪器。简单的说，利用X射线进行断层扫描的

CT机的结构和原理是：以一个球管作为射线源，球管的阴极在高压灯丝作用下产生电子束，电子束射在阳极靶上折射为扇形的射线，进而以射线进行扫描成像，实现影像诊断。如图1所示。

由于医用的CT机对于精确度要求非常高，所以CT机对射线的控制是极为严谨的。对于射线方向和角度的控制，一个十分关键的环节就是射线的焦点位置，所谓焦点也就是电子束在阳极靶上发生折射的点。可以说焦点是射线的源头，确保焦点位置的精确，是准确控制射线的基础所在。一旦焦点位置存在误差，将会明显的影响到射线的方向和角度。

不过目前，CT机球管产生并控制射线，一定程度上还是依赖于机械组件，因此衍生的机械误差难以完全避免的。实际应用中，在变化射线角度的时候，阳极靶的旋转、机架的旋转、以及阳极靶的热胀冷缩都会影响到焦点的位置。图1中虚线所示的部分，即表示在阳极靶的旋转和机架的旋转的过程中，由于重力的影响使得阳极靶位置偏移到了虚线位置上；阳极靶的偏移导致了焦点和射线均连带的发生了偏移。参考图1中所示X-Y-Z空间坐标系，射线的偏移往往能够在X轴和Z轴分别体现。

现有技术中，对于焦点位置偏移的修正，一般也局限在机械层面上。例如设置射线探测器，通过检测射线在探测器上照射位置的变化，来调整相关的机械组件，从而保证射线在探测器上的照射位置恒定，达到位置修正的目的。不过现有技术中的机械方法，必定天然的受到机械运动的限制，难以实现实时快速的修正，调整速度比较慢；而且机械方法所带来的硬件改造也存在着较高的成本。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种CT机焦点的修正方法与装置，所述方法预先计算出误差情况下的焦点偏移量，并通过信息处理的方式按照所述焦点偏移量对射线进行修正。

为实现上述目的，本发明有如下技术方案：

一种CT机焦点的修正方法，所述方法包括以下步骤：

根据扫描工况数据计算得到总焦点偏移量；在所述CT机运行过程中，通过所述总焦点偏移量对射线源发射的电子束进行偏转修正。

所述扫描工况数据包括机架旋转角度、阳极靶旋转角度和阳极靶热容量；则所述根据扫描工况数据计算得到总焦点偏移量具体为：

根据机架旋转角度计算得到第一焦点偏移量，根据阳极靶旋转角度计算得到第二焦点偏移量，根据阳极靶热容量计算得到第三焦点偏移量；

叠加第一焦点偏移量、第二焦点偏移量和第三焦点偏移量得到总焦点偏移量。

所述根据机架旋转角度计算得到第一焦点偏移量具体为：

预先提取所述CT机运行产生的连续的机架旋转角度，并根据几何原理为连续的机架旋转角度与对应机架旋转的焦点偏移量建立第一偏移模型；

在所述CT机运行过程中，获取当前时刻的机架旋转角度，利用所述第一偏移模型根据当前时刻的机架旋转角度计算得到第一焦点偏移量。

所述根据阳极靶旋转角度计算得到第二焦点偏移量具体为：

预先提取所述CT机运行产生的连续的阳极靶旋转角度，并根据几何原理为连续的阳极靶旋转角度与对应阳极靶旋转的焦点偏移量建立第二偏移模型；

在所述CT机运行过程中，获取当前时刻的阳极靶旋转角度，利用所述第二偏移模型根据当前时刻的阳极靶旋转角度计算得到第二焦点偏移量。

所述根据阳极靶热容量计算得到第三焦点偏移量具体为：

预先提取所述CT机运行产生的连续的阳极靶热容量，并根据几何原理为连续的阳极靶热容量与对应阳极靶热容量的焦点偏移量建立第三偏移模型；

在所述CT机运行过程中，获取当前时刻的阳极靶热容量，利用所述第三偏移模型根据当前时刻的阳极靶热容量计算得到第三焦点偏移量。

所述焦点偏移量具体包括：焦点的横向偏移量和焦点的纵向偏移量。

所述通过所述总焦点偏移量对射线源发射的电子束进行偏转修正具体为：

将总焦点偏移量代入传递函数，计算得到电子束的偏转补偿数据，以使射电源根据偏转补偿数据对发射电子束的初始方向进行偏转修正。

一种CT机焦点的修正装置，所述装置包括：

偏移计算模块，用于根据扫描工况数据计算得到总焦点偏移量；

偏移修正模块，用于在所述CT机运行过程中，通过所述总焦点偏移量对射线源发射的电子束进行偏转修正。

所述扫描工况数据包括机架旋转角度、阳极靶旋转角度和阳极靶热容量；则所述偏移计算模块包括：

第一计算单元，用于根据机架旋转角度计算得到第一焦点偏移量；

第二计算单元，用于根据阳极靶旋转角度计算得到第二焦点偏移量；

第三计算单元，用于根据阳极靶热容量计算得到第三焦点偏移量；

叠加单元，用于叠加第一焦点偏移量、第二焦点偏移量和第三焦点偏移量得到总焦点偏移量。

所述偏移修正模块具体包括：

传递单元，用于将总焦点偏移量代入传递函数，计算得到电子束的偏转补偿数据；

修正单元，用于使射电源根据偏转补偿数据对发射电子束的初始方向进行偏转修正。

通过以上技术方案可知，本发明存在的有益效果是：无需从机械组件的角度对所述CT机带来额外的操作，不再受到机械运动的限制，通过信息处理完成的焦点位置修正速度相对更快，可以满足实时性的需求；而且所述方法也无需改变CT机本身结构，避免了硬件改造所增加的成本；另外将焦点偏移量的计算过程预先进行，结合数学模型技术以在CT机实际运行时快速的获得总焦点偏移量，进一步的提高修正调整焦点位置的实时性和精确性也得到了。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中CT机结构示意图；

图2为本发明实施例所述方法流程图；

图3为本发明另一实施例所述方法流程图；

图4为焦点偏移位置几何关系示意图；

图5～6为机架旋转角度与对应的焦点偏移量的函数曲线图；

图7～8为阳极靶旋转角度与对应的焦点偏移量的函数曲线图；

图9为阳极靶热容量与对应的焦点偏移量的函数曲线图；

图10为本发明实施例所述装置结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明中对于CT机的焦点位置的修正不再通过机械方法进行；而是通过计算机械误差之下的焦点偏移量，并根据该偏移量修正射线源发射电子束的角度，从而保证了电子束能够在阳极靶的固定位置发生折射，也就是保证了射线焦点的恒定。

参见图2所示为本发明所述CT机焦点的修正方法的一个具体实施例，本实施例中所述方法包括以下步骤：

步骤201、根据扫描工况数据计算得到总焦点偏移量。

所述扫描工况数据，指的是所述CT机运行之下，若干有规律产生机械误差，并影响焦点位置的参量的数值。本实施例中，所述扫描工况数据包括机架旋转角度、阳极靶旋转角度和阳极靶热容量。

在CT机运行中，机架与阳极靶均存在规律的轴向旋转。旋转过程中受到重力，以及轴承形状的细微不规则等客观因素影响，阳极靶的位置将随着机架或阳极靶的旋转呈现出变化规律的误差，连带影响焦点的位置。阳极靶的热容量则反映了阳极靶热胀冷缩的情况，随着热容量的变化，阳极靶的体积和形状也将随之按照一定的规律变化，进而连带的影响焦点位置。

本实施例中三种扫描工况数据均在固定的规律之下，独立的对焦点位置产生了影响，则可以分别的计算各扫描工况数据带来的焦点偏移量。也就是根据机架旋转角度计算得到第一焦点偏移量，根据阳极靶旋转角度计算得到第二焦点偏移量，根据阳极靶热容量计算得到第三焦点偏移量。再叠加第一焦点偏移量、第二焦点偏移量和第三焦点偏移量得到总焦点偏移量。此处，不对焦点偏移量的具体计算方法做出限定。

此处需要说明的是，总偏移量、第一焦点偏移量、第二焦点偏移量和第三焦点偏移量均属焦点偏移量的下位概念；为便于焦点偏移量的计算和后续处理，则在数学上将焦点偏移量划分为两个分量，即焦点的横向偏移量和焦点的纵向偏移量。参见图1中的参考坐标系，横向偏移量指的就是焦点在X轴的偏移量，纵向偏移量则是焦点在Z轴的偏移量。

步骤202、在所述CT机运行过程中，通过所述总焦点偏移量对射线源发射的电子束进行偏转修正。

本实施例中，对于焦点位置的修正是通过对射线源进行调整来实现的。所述射线源在CT机中也就是球管。本步骤通过总焦点偏移量的数值，反向补正球管发射电子束的角度和方向，以保证在阳极靶位置变化时，电子束始终射在阳极靶固定的位置之上，即实现了对于焦点位置的修正。

利用总焦点偏移量对射线源发射的电子束进行偏转修正的具体方式可以描述为，将总焦点偏移量代入传递函数，计算得到电子束的偏转补偿数据，以使射电源根据偏转补偿数据对发射电子束的初始方向进行偏转修正。以上过程即为一个信息处理的过程，通过传递函数即可将总焦点偏移量换算为偏转补偿数据，即需要对电子束进行偏转修正的角度。进而根据偏转补偿数据完成对射线源发射的电子束的偏转修正。

可见在本实施例中，焦点位置的修正是以总焦点偏移量为准，而通过修正射线源发射电子束的角度具体实现的。本实施例存在的有益效果是：无需从机械组件的角度对所述CT机带来额外的操作，不再受到机械运动的限制，通过信息处理完成的焦点位置修正速度相对更快，可以满足实时性的需求；而且所述方法也无需改变CT机本身结构，避免了硬件改造所增加的成本。

参见图3所示为本发明所述CT机焦点修正方法的另一个具体的实施例，本实施例在图2所示实施例的基础之上，将着重阐述利用扫描工况数据计算焦点偏移量的方法。本实施例中所述方法包括以下步骤：

步骤301、预先提取所述CT机运行产生的连续的机架旋转角度，并根据几何原理为连续的机架旋转角度与对应机架旋转的焦点偏移量建立第一偏移模型。

步骤302、预先提取所述CT机运行产生的连续的阳极靶旋转角度，并根据几何原理为连续的阳极靶旋转角度与对应阳极靶旋转的焦点偏移量建立第二偏移模型。

步骤303、预先提取所述CT机运行产生的连续的阳极靶热容量，并根据几何原理为连续的阳极靶热容量与对应阳极靶热容量的焦点偏移量建立第三偏移模型。

本实施例中为了进一步的提高焦点修正的效率，将焦点偏移量的计算过程预先进行，而非是在CT机运行的同时进行，并且将预先得到的计算结果结合数学模型技术，以便在CT机实际运行时快速的获得总焦点偏移量。

本实施例中所述扫描工况数据同样包括机架旋转角度、阳极靶旋转角度和阳极靶热容量。步骤301～303即针对三种扫描工况数据分别计算的过程。不同的扫描工况数据独立的产生焦点偏移量；所以针对一个扫描工况数据计算的过程中，仅仅考虑该扫描工况数据影响之下产生的焦点偏移量，也称其为该扫描工况数据对应的焦点偏移量。

通过常识可知，旋转角度、温度或热容量都必然是连续变化的数据；也就是说在CT机运行过程中，扫描工况数据均具备随时间连续变化的特点；扫描工况数据有规律的对焦点位置产生影响。这也就可以认为如果以一种扫描工况数据作为变量，那么其对应产生的焦点偏移量可以作为该变量的函数。

利用三种扫描工况数据分别计算焦点偏移量，其原理是基本相同的，所以此处仅以机架旋转角度为例的进行说明，其他同理可知，不再重复叙述。

预先提取所述CT机运行产生的连续的机架旋转角度，具体的角度范围可以是0～360°，也就是以机架旋转连续旋转一周作为扫描工况数据。在机架旋转一周的过程中，每一个旋转角度均会不同程度的影响阳极靶的位置，产生特定的焦点偏移量。或者说，机架旋转至任意角度时都存在一个对应机架旋转的焦点偏移量。

特定角度下焦点偏移量的计算可以根据几何原理。本实施例中将阐述一种具体的几何算法，如图4所示：

在现有的CT机中，图1所示的射线就将射入图4所示的准直器与检测器。图4中，E和F两点间空隙为准直器开缝；A为理论上的焦点位置，BC间距是理论上射线覆盖检测器的范围；A’为偏移后的焦点位置，B’C’间距离为发生偏移后射线实际覆盖检测器的范围；焦点到检测器的垂直距离为M，准直器开缝到检测器的垂直距离为N；在现有的CT机中，以上各参量均可测得；AA’间距离即焦点偏移量。

根据上述各已知参量的几何关系，可以计算焦点AA’的实际距离,具体公式如下：

设O为检测器中的中心点，BO、CO、B’O、C’O四个距离均可利用检测器测得。

设 $\frac{B^{\′}O}{C^{\′}O}=K;$ 则 ${\mathrm{AA}}^{\′}=\frac{K-1}{K+1}\·\frac{\mathrm{EF}}{2}\·\frac{M}{N}$

以上述算法延伸的计算连续的机架旋转角度对应产生的连续的焦点偏移量，即可绘制出机架旋转角度与对应的焦点偏移量的函数曲线，如图5～6。图5为对应机架旋转的焦点偏移量的横向偏移量，图6为对应机架旋转的焦点偏移量的纵向偏移量；图5～6中，横坐标代表机架旋转的角度，纵坐标代表偏移量的数值。

同理得到，图7～8为阳极靶旋转角度与对应的焦点偏移量的函数曲线，图7为对应阳极靶旋转的焦点偏移量的横向偏移量，图8为对应阳极靶旋转的焦点偏移量的纵向偏移量。需要说明的是，图7～8的纵坐标代表偏移量的数值；横坐标代表关于阳极靶旋转角度的参数，不过该参数的单位根据需要采用了由阳极靶旋转角度与时间积分衍生而来的数据单位view，view属于本领域常用的数据单位，在此不做赘述。

图9为阳极靶热膨胀与对应的焦点偏移量中纵向偏移量的函数曲线，由于阳极靶热膨胀对应的焦点偏移量主要表现为纵向偏移量，横向偏移量忽略不计。图9中横坐标代表热容量百分比，纵坐标代表偏移量的数值。

本实施例中，进一步的将图5～9中所体现的函数关系作为数学模型。图5～6即第一偏移模型，图7～8即第二偏移模型，图9即第三偏移模型。三个模型完整的对应三种类型的扫描工况数据，显然CT机实际运行过程中，将一个具体的扫描工况数据代入对应的偏移模型中，就能够获得该扫描工况数据产生的焦点偏移量。

步骤304、在所述CT机运行过程中，获取当前时刻的机架旋转角度，利用所述第一偏移模型根据当前时刻的机架旋转角度计算得到第一焦点偏移量。

步骤305、在所述CT机运行过程中，获取当前时刻的阳极靶旋转角度，利用所述第二偏移模型根据当前时刻的阳极靶旋转角度计算得到第二焦点偏移量。

步骤306、在所述CT机运行过程中，获取当前时刻的阳极靶热容量，利用所述第三偏移模型根据当前时刻的阳极靶热容量计算得到第三焦点偏移量。

步骤304～步骤306为利用偏移模型实际计算焦点偏移量的过程。本实施例中，偏移模型在CT机实际运行应用以前预先的制定，所以CT机实际运行应用的过程中，即可实时的获取当前时刻的各扫描工况数据，分别代入对应的偏移模型中，以便迅速的得到当前时刻的第一焦点偏移量、第二焦点偏移量和第三焦点偏移量。

步骤307、叠加第一焦点偏移量、第二焦点偏移量和第三焦点偏移量得到总焦点偏移量。

步骤308、在所述CT机运行过程中，通过所述总焦点偏移量对射线源发射的电子束进行偏转修正。

本实施例中由于简化了总焦点偏移量的计算流程，第一焦点偏移量、第二焦点偏移量、第三焦点偏移量和总偏移量均具有更好的实时性，所以本实施例存在的有益效果是：将焦点偏移量的计算过程预先进行，结合数学模型技术以在CT机实际运行时快速的获得总焦点偏移量，进一步的提高修正调整焦点位置的实时性和精确性也得到了；另外本实施例中所述方法整体技术方案更加完整，公开更加充分。

对应图2所示的方法实施例，本发明中进一步公开一种CT机焦点的修正装置以实现前述方法。所述装置与图2所示方法实施例中技术方案本质上一致，图2所示实施例中相关说明同样适用于本实施例当中。参照图10所示，所述装置具体包括以下：

偏移计算模块，用于根据扫描工况数据计算得到总焦点偏移量。

所述扫描工况数据包括机架旋转角度、阳极靶旋转角度和阳极靶热容量；则所述偏移计算模块包括：

第一计算单元，用于根据机架旋转角度计算得到第一焦点偏移量；

第二计算单元，用于根据阳极靶旋转角度计算得到第二焦点偏移量；

第三计算单元，用于根据阳极靶热容量计算得到第三焦点偏移量；

叠加单元，用于叠加第一焦点偏移量、第二焦点偏移量和第三焦点偏移量得到总焦点偏移量。

偏移修正模块，用于在所述CT机运行过程中，通过所述总焦点偏移量对射线源发射的电子束进行偏转修正。

传递单元，用于将总焦点偏移量代入传递函数，计算得到电子束的偏转补偿数据。

修正单元，用于使射电源根据偏转补偿数据对发射电子束的初始方向进行偏转修正。

通过以上技术方案可知，本实施例中所述装置存在的有益效果是：无需从机械组件的角度对所述CT机带来额外的操作，不再受到机械运动的限制，通过信息处理完成的焦点位置修正速度相对更快，可以满足实时性的需求；而且所述方法也无需改变CT机本身结构，避免了硬件改造所增加的成本。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种CT机焦点的修正方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

根据扫描工况数据计算得到总焦点偏移量；在所述CT机运行过程中，通过所述总焦点偏移量对射线源发射的电子束进行偏转修正。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述扫描工况数据包括机架旋转角度、阳极靶旋转角度和阳极靶热容量；则所述根据扫描工况数据计算得到总焦点偏移量具体为：

根据机架旋转角度计算得到第一焦点偏移量，根据阳极靶旋转角度计算得到第二焦点偏移量，根据阳极靶热容量计算得到第三焦点偏移量；

叠加第一焦点偏移量、第二焦点偏移量和第三焦点偏移量得到总焦点偏移量。

3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述根据机架旋转角度计算得到第一焦点偏移量具体为：

预先提取所述CT机运行产生的连续的机架旋转角度，并根据几何原理为连续的机架旋转角度与对应机架旋转的焦点偏移量建立第一偏移模型；

在所述CT机运行过程中，获取当前时刻的机架旋转角度，利用所述第一偏移模型根据当前时刻的机架旋转角度计算得到第一焦点偏移量。

4.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述根据阳极靶旋转角度计算得到第二焦点偏移量具体为：

预先提取所述CT机运行产生的连续的阳极靶旋转角度，并根据几何原理为连续的阳极靶旋转角度与对应阳极靶旋转的焦点偏移量建立第二偏移模型；

在所述CT机运行过程中，获取当前时刻的阳极靶旋转角度，利用所述第二偏移模型根据当前时刻的阳极靶旋转角度计算得到第二焦点偏移量。

5.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述根据阳极靶热容量计算得到第三焦点偏移量具体为：

预先提取所述CT机运行产生的连续的阳极靶热容量，并根据几何原理为连续的阳极靶热容量与对应阳极靶热容量的焦点偏移量建立第三偏移模型；

在所述CT机运行过程中，获取当前时刻的阳极靶热容量，利用所述第三偏移模型根据当前时刻的阳极靶热容量计算得到第三焦点偏移量。

6.根据权利要求1～5任意一项所述方法，其特征在于，所述焦点偏移量具体包括：焦点的横向偏移量和焦点的纵向偏移量。

7.根据权利要求1～5任意一项所述方法，其特征在于，所述通过所述总焦点偏移量对射线源发射的电子束进行偏转修正具体为：

将总焦点偏移量代入传递函数，计算得到电子束的偏转补偿数据，以使射电源根据偏转补偿数据对发射电子束的初始方向进行偏转修正。

8.一种CT机焦点的修正装置，其特征在于，所述装置包括：

偏移计算模块，用于根据扫描工况数据计算得到总焦点偏移量；

偏移修正模块，用于在所述CT机运行过程中，通过所述总焦点偏移量对射线源发射的电子束进行偏转修正。

9.根据权利要求8所述装置，其特征在于，所述扫描工况数据包括机架旋转角度、阳极靶旋转角度和阳极靶热容量；则所述偏移计算模块包括：

第一计算单元，用于根据机架旋转角度计算得到第一焦点偏移量；

第二计算单元，用于根据阳极靶旋转角度计算得到第二焦点偏移量；

第三计算单元，用于根据阳极靶热容量计算得到第三焦点偏移量；

叠加单元，用于叠加第一焦点偏移量、第二焦点偏移量和第三焦点偏移量得到总焦点偏移量。

10.根据权利要求8或9所述装置，其特征在于，所述偏移修正模块具体包括：

传递单元，用于将总焦点偏移量代入传递函数，计算得到电子束的偏转补偿数据；

修正单元，用于使射电源根据偏转补偿数据对发射电子束的初始方向进行偏转修正。

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