CN104027127B - 一种ct机及其球管焦点的实时监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种CT机，包括，球管；射线箱；准直器，位于所述射线箱内；其中，还包括设置于所述射线箱内的至少一对参考探测器；沿射线出射方向，所述至少一对参考探测器和所述球管分别位于所述准直器的两侧，所述至少一对参考探测器位于所述球管射线的半影区。本发明还提供了一种CT机球管焦点的实时监测方法。本发明的CT机通过在射线箱内设置至少两个参考探测器，同时对球管焦点的大小和位置进行同时监控，相比较仅监控焦点位置的方法，可以获得更准确的球管焦点位置和大小的数据，提高重建图像质量。

Description

一种CT机及其球管焦点的实时监测方法

技术领域

本发明涉及一种CT机，具体为一种可实时监测球管焦点状态的CT机及其球管焦点的实时监测方法。

背景技术

CT的主要结构包括两大部分：X线体层扫描装置和计算机系统。前者主要由发射X线束的球管，以及接收和检测X线的探测器组成；后者主要包括数据采集系统、中央处理系统、磁带机、操作台等。

X线球管和探测器分别安装在被扫描组织的两侧，方向相对。当球管产生的X线穿过被扫描组织，透过组织的剩余射线为探测器所接收。探测器对X线高度敏感，它将接收到的X线先变成模拟信号，再变换为数字信号，输入计算机的中央处理系统。

CT球管工作时，由于靶内产生巨大的热量，阳极靶轴承的热胀冷缩将使轴承发生形变，使焦点的大小和位置发生变化。对于多层CT，扫描过程中球管焦点发生偏移，但在图像重建中若仍使用原来的球管焦点位置数据会造成图像伪影，不利于医生的诊断。

现有技术多采用矫正焦点偏移的方法消除伪影，目前，焦点偏移的矫正方法主要有以下几种：

改进球管轴承的材料和结构：采用低膨胀系数的材料制作阳极靶轴承或者采用双轴承结构。此种方法对球管工艺要求较高，成本增大，并且不能完全去除。

动态调整球管、探测器或者准直狭缝的位置：使用一些手段获得焦点偏移位置的信息，据此反推出球管或探测器的合适位置，将球管、探测器或准直狭缝的位置进行动态调整。此种方法将较重的球管或探测器单元做毫米量级的移动，难度很大，同时准直狭缝位置的调整需要通过精确的实时控制，增加了控制系统的复杂程度。

预扫描找出焦点偏移规律：通过预先定义的校正扫描将焦点偏移的所有情况扫描一遍，然后利用计算出来的偏移数据对图像进行校正。此种方法的预扫描程序复杂，并且球管不同热容量状态下扫描时的焦点变化规律不同，采用预扫描的校正不能完全将偏移造成的伪影去除。同时，此种方法仅能计算球管焦点位置的变化，对焦点大小变化对图像造成的影响没有考虑修正。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种CT机及可实时检测球管焦点状态的CT机球管焦点的监测方法。

一种CT机，包括，球管；射线箱；准直器，位于所述射线箱内；其中，还包括设置于所述射线箱内的至少一对参考探测器；沿射线出射方向，所述至少一对参考探测器和所述球管分别位于所述准直器的两侧，所述至少一对参考探测器位于所述球管射线的半影区。

根据本发明的一实施方式，所述准直器具有供所述球管射线通过的至少一条狭缝，每条狭缝与一对所述参考探测器配合形成一射线通路。

根据本发明的另一实施方式，所述准直器具有供所述球管射线通过的多条狭缝，所述多条狭缝的延伸方向彼此不同。

根据本发明的另一实施方式，在所述CT机的扫描平面上具有一Y轴，所述狭缝关于所述Y轴对称，每对参考探测器的数目为两个，所述两个参考探测器的位置关于所述Y轴对称。

本发明还提供了一种CT机球管焦点的实时监测方法，所述CT机包括球管、射线箱，和位于所述射线箱内的准直器，其中，所述方法包括：在所述CT机射线箱内设置至少一对参考探测器，每对参考探测器包括第一参考探测器和第二参考探测器，沿射线出射方向，所述至少一对参考探测器和所述球管分别位于所述准直器的两侧；所述至少一对参考探测器位于所述球管射线半影区；其中，IF为焦点位置；N1为所述第一参考探测器的计数；AO为所述准直器狭缝的宽度的一半；CH为所述两个参考探测器的间距的一半；所述CT机的扫面平面具有一Y轴，IO为球管焦点与所述准直器沿Y轴方向的距离；OH为所述准直器与所述参考探测器沿所述Y轴方向的距离；所述焦点位置的计算公式为：

$\mathrm{IF}=(N1-\mathrm{AO}+\mathrm{CH})\·\frac{\mathrm{IO}}{\mathrm{OH}}-\mathrm{AO}$

由此可以根据参考探测器的实时数据，获得焦点位置的变化情况。

根据本发明的一实施方式，所述焦点大小的计算公式为：

$\mathrm{EF}=\frac{{\mathrm{AB}}^2}{\mathrm{CD}}\sqrt{\frac{N1}{N2}}$

其中，EF为焦点大小；AB为所述准直器狭缝的宽度；CD为所述两个参考探测器的间距；N1为所述第一参考探测器的计数；N2为所述第二参考探测器的计数，由此可以根据参考探测器的实时数据，获得焦点大小的变化情况。

根据本发明的另一实施方式，所述准直器具有供所述球管射线通过的至少一条狭缝，每条狭缝与一对参考探测器配合形成一射线通路。

根据本发明的另一实施方式，所述准直器具有供所述球管射线通过的多条狭缝，所述多条狭缝的延伸方向彼此不同。

根据本发明的另一实施方式，在所述CT机的扫描平面上具有一Y轴，所述狭缝关于所述Y轴对称，所述第一参考探测器和所述第二参考探测器的位置关于所述Y轴对称。

本发明通过为准直器上每个方向的狭缝设置两个参考准直器，同时对球管焦点的大小和位置进行同时监控，相比较仅监控焦点位置的方法，可以获得更准确的球管焦点位置和大小的变化，提高重建图像质量。

本发明实施例是利用两个参考探测器，通过对入射X射线强度变化进行监控，使用计算方法获得球管焦点大小和位置的微小变化数据。主要针对球管在工作时，由于阳极靶轴承热胀冷缩发生形变，使球管焦点发生变化造成图像伪影的问题。

利用探测器的计数获得入射X射线的强度，通过几何比例来计算焦点大小和位置的变化量。由于焦点大小变化和位置误差会给重建图像带来伪影，因此使用精确的焦点大小和位置能够提高图像重建的精确度。本发明可获得更为精确的球管焦点大小和位置的数据，提高图像重建质量。

本发明实施例所提供的方法可实时监测球管工作时其焦点的变化数据，从而可以依据变化数据对图像进行重建，提高系统的成像质量，便于医生诊断。

附图说明

图1为本发明一实施方式的CT机的结构示意图。

图2为本发明一实施方式的计算焦点位置的几何示意图。

图3为本发明一实施方式的计算焦点大小的几何示意图。

图4为本发明一实施方式中各坐标轴在CT机中的定义示意图。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

本发明提供了一种可实时监测球管焦点状态的监测方法，利用一组准直器和两个位于X射线半影区的参考探测器计数，实时计算和监测球管焦点的位置和大小。

如图1至4所示，本发明提供了一种实施上述方法的CT机，包括球管10、射线箱20，设置于所述射线箱20内的准直器3和至少一对参考探测器；其中，射线箱20位于球管10的射线出口处。沿射线出射方向，所述参考探测器和所述球管10分别位于所述准直器3的两侧，所述至少一对参考探测器，例如间隔设置的第一参考探测器1和第二参考探测器2，分别位于所述球管射线的两侧的半影区，优选是均位于平行于准直器3的一条直线上。

本发明中，射线出射方向是指X射线自球管10发射出后的大致走向，例如，可以为本发明图2所示实施方式中的Y轴方向。

本发明对参考探测器没有特别的限定，其可以为现有技术中用于CT机的探测器。

本发明实施方式的CT机，一对(两个)参考探测器以及与之配套使用的准直器均位于射线箱20内，准直器3和参考探测器位于射线出射方向一定距离处，排列位置和方向如图1、图2及图4所示。其中，Y轴为系统扇束平面内的坐标轴，准直器3位于一与Y轴相垂直的面内，在该面内，准直器3可具有多个供所述球管射线通过的不同方向的狭缝，相对应地，每条狭缝的下方(图示方向)可设置两个相距一定间隔的参考探测器，以形成一射线通路，用于监测相应方向上球管焦点的位置移动和大小变化。本实施方式中仅以其中一条狭缝及与之配套使用的两个参考探测器予以说明。

如图2、图3及图4所示，准直器3和两个参考探测器分别位于两个相互平行且均垂直于Y轴的ZX面内，且准直器3及两个参考探测器分别关于Y轴对称。在准直器3的作用下，自球管10发射出的射线的扫射区域变为三角形，其中，Y轴和Z轴均为系统扫射平面内的坐标轴，两轴相互垂直，并相交于O点；I点、F点均为焦点位置；A点、B点分别为配套使用的准直器3的狭缝的两个端点；C点、C′点分别为射线在第一参考探测器1上的扫射区域沿Z轴方向的两个端点；D点、D′点分别为射线在第二参考探测器2上的扫射区域沿Z轴方向的两个端点。该实施例中两个参考探测器之间的连线与Z轴平行。

CD为两个参考探测器的间距，H点为CD的中点；AB为配套使用的Z方向准直器狭缝的间距，O点为AB的中点；IO为焦点与准直器沿Y轴方向的距离；H点、O点和I点均位于Y轴上；α为球管靶角，β为射线锥角，N1(即CC′)和N2(即DD′)分别为两个参考探测器计数。准直器3和参考探测器的具体位置可通过参考探测器的探测精度来确定。

球管焦点的F端点与之在Y轴上的投影点I间的距离IF可认为是焦点在沿Z轴方向的位置，如图2所示。当球管工作时，其焦点位置由于轴承晃动或其他原因沿Z轴发生偏移时，IF线段的长度随之发生变化，导致入射至所设参两个考探测器的射线面积分别发生变化，两个参考探测器接收到的信号强度随之变化。因此可利用设置的两个参考探测器读数，通过几何关系来计算IF，也即球管位置的实时精确数值。

线段EF表示球管焦点沿靶面直径方向上的尺寸，其长度表示焦点的大小，如图3所示。当球管工作时，由于轴承的晃动或其他原因，入射电子束打到靶上的面积发生变化，导致球管焦点大小发生变化，也即EF线段的长度发生变化，导致入射至所设参两个考探测器的射线面积分别发生变化，两个参考探测器接收到的信号强度随之变化。因此可利用所设的两个参考探测器读数，通过几何关系来计算EF，也即球管焦点大小的实时精确数值。

需要指出，在球管工作时，其焦点的位置和大小可能同时发生变化，本发明设置的两个参考探测器可同时对两种变化数据进行实时监控和获取。

计算焦点位置：球管靶角α的数值已知，AB和CD距离已知；AO和BO距离已知；CH和HD距离已知；在焦点沿z方向移动时，IO的数值不变，已知；OH已知；图2中IF代表焦点顺Z轴方向偏移的距离，以此表示焦点位置，则焦点位置IF根据几何关系，可得：

$\mathrm{IF}=(C^{\′}C-\mathrm{AO}+\mathrm{CH})\·\frac{\mathrm{IO}}{\mathrm{OH}}-\mathrm{AO}$

又因CC′即N1，得：

$\mathrm{IF}=(N1-\mathrm{AO}+\mathrm{CH})\·\frac{\mathrm{IO}}{\mathrm{OH}}-\mathrm{AO}$

由上述几何关系可计算出焦点位置。

计算焦点大小：球管靶角α的数值已知，EF表示为沿Z轴方向入射的电子束在靶直径方向上的尺寸，以此表示焦点大小。射线锥角β在焦点大小变化时其值随之发生变化；AB和CD距离已知，N1和N2分别为两个参考探测器计数；则焦点大小EF根据几何关系，可得：

$\frac{\mathrm{EK}}{N1}=\frac{\mathrm{EA}}{\mathrm{AC}}$ 和 $\frac{\mathrm{EM}}{N2}=\frac{\mathrm{MB}}{\mathrm{BD}}$

近似地EA＝MB，AC＝BD，则有：

$\frac{\mathrm{EK}}{N1}=\frac{\mathrm{EM}}{N2}$

又有：

EF²＝EM·EK和 $\mathrm{EM}=\frac{{\mathrm{AB}}^2}{\mathrm{CD}}$

由此，焦点大小EF为：

$\mathrm{EF}=\frac{{\mathrm{AB}}^2}{\mathrm{CD}}\sqrt{\frac{N1}{N2}}$

由上述几何关系可计算出焦点大小。利用所获得的更为精确的焦点大小和位置的变化数据进行图像重建，能够有效提高图像质量。

本发明中，参考探测器的数目不限于一对(两个)，图2中以顺Z轴方向排列的两个参考探测器来测得焦点顺Z轴方向偏移的距离，以此表示焦点位置，当然也不局限于此，还可平行ZX平面，在各方向上以多组参考探测器分别测得焦点在各方向上的偏移的距离，获得更多更准确的数据。还可根据实际需要，设置多对与准直器的多个不同方向的狭缝配套使用的参考探测器，用来监测相应方向上球管焦点的位置移动和大小变化。

本发明实施例在一个方向上利用两个参考探测器，通过对入射的X射线强度变化的监控，使用计算方法获得球管焦点大小和位置的微小变化。主要针对球管在工作时，由于阳极靶轴承热胀冷缩发生形变，使球管焦点发生变化造成图像伪影的问题。

利用探测器的计数获得入射X射线的强度，通过几何比例来计算焦点大小和位置的变化量。由于焦点位置误差会给重建图像带来伪影，因此使用精确的焦点位置能够提高图像重建的精确度。本发明可获得球管焦点大小和位置的微小变化数据，利用精确的球管焦点数据可提高重建图像的质量。

本发明通过在准直器所在的平面内任一方向上设置两个参考探测器，同时对多个方向上球管焦点的大小和位置进行实时监控，相比较仅监控其他球管焦点位置的校正方法，能够获得更准确的焦点位置和大小数据，提高重建图像质量。且球管在不同热容量状态下焦点变化的规律不同，本发明实时监测的方法相比预扫的方法具有更为准确的监测结果；相比于改进球管结构和加装球管或者探测器微调运动机构，本发明所提供的方法成本低，且易于实现。

虽然已参照典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (3)

1.一种CT机球管焦点的实时监测方法，所述CT机包括球管、射线箱，和位于所述射线箱内的准直器，其特征在于，所述方法包括：

在所述CT机射线箱内设置至少一对参考探测器，每对参考探测器包括第一参考探测器和第二参考探测器，沿射线出射方向，所述至少一对参考探测器和所述球管分别位于所述准直器的两侧；所述至少一对参考探测器位于所述球管射线半影区；所述准直器具有供所述球管射线通过的至少一条狭缝，每条狭缝与一对参考探测器配合形成一射线通路；

其中，IF为焦点位置；N1为所述第一参考探测器的计数；AO为所述准直器狭缝的宽度的一半；CH为所述第一参考探测器和第二参考探测器的间距的一半；所述CT机的扫面平面具有一Y轴，所述狭缝关于所述Y轴对称，所述第一参考探测器和所述第二参考探测器的位置关于所述Y轴对称，IO为球管焦点与所述准直器沿Y轴方向的距离；OH为所述准直器与所述第一参考探测器或所述第二参考探测器沿所述Y轴方向的距离；所述焦点位置的计算公式为：

$IF=(N1-AO+CH)\·\frac{IO}{OH}-AO$

根据所述第一参考探测器及所述第二参考探测器的实时数据，获得焦点位置的变化。

2.根据权利要求1的方法，其中，焦点大小的计算公式为：

$EF=\frac{{\mathrm{AB}}^2}{CD}\sqrt{\frac{N1}{N2}}$

其中，EF为焦点大小；AB为所述准直器狭缝的宽度；CD为所述第一参考探测器与所述第二参考探测器的间距；N1为所述第一参考探测器的计数；N2为所述第二参考探测器的计数，根据所述第一参考探测器及所述第二参考探测器的实时数据，获得焦点大小的变化。

3.根据权利要求1的方法，其中，所述准直器具有供所述球管射线通过的多条狭缝，所述多条狭缝的延伸方向彼此不同。