CN104287767B - 一种单源能量检测器及数据补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种单源能量检测器及数据补偿方法，检测器包括：光子检测器和积分检测器，所述光子检测器和所述积分检测器混合排列；所述光子检测器和所述积分检测器对应一个辐射源；所述积分检测器工作在积分模式；所述光子检测器工作在光子计数模式；所述积分检测器，用于补偿所述光子检测器因计数饱和丢失的数据。采用一个检测器，但是在检测器的阵列中设置两种检测器，即包括积分检测器和光子检测器。利用积分检测器来补偿光子检测器由于饱和而缺失的数据。这样既不会因为额外降低扫描剂量而增加扫描时间，也不会因为双检测器时用不同的旋转采样角度带来的位置匹配不准确的问题。本实施例提供的检测器可以在精度和时间上均达到要求。

Description

一种单源能量检测器及数据补偿方法

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种单源能量检测器及数据补偿方法。

背景技术

在医疗领域中，X射线是重要的医疗辅助手段。现有的X射线的医疗设备中常用的积分检测器是由准直器、闪烁体和光电二极管组成的。

准直器的作用是用于阻挡散射的X射线，闪烁体用于将X射线转换为光能，在通过光电二极管检测光能并转换成积分电信号，此类检测器的缺陷是不能进行能量的辨别，或者对接收的光子数量进行计数和能量测量的功能。

光子检测器可以提供光子计数和能量辨别反馈的功能。光子检测器可以工作在光子技术模式或者能量测量模式。光子检测器不仅能够进行光子计数，还能检测X射线的能量等级。但是光子检测器的缺陷在于计数率有限，并且很难覆盖包含X射线的光子通量率的动态范围。因此，光子检测器通常会在相对较低的X射线通量水平下饱和。

目前，已经有多种解决光子检测器饱和问题的技术。例如，电流或电压调制以降低扫描剂量等，但是这样会导致扫描时间增加。

现有技术中还有一种方案通过双源双检测器陈列的方式，利用第二射线源第二检测器阵列(积分检测器)采集的数据来校正第一射线源第一检测器阵列(光子检测器)由于计数饱和引起的数据缺失。

但是，这种双源检测器存在的缺陷是由于两套数据处于不同的采集角度，需要用精确的算法进行旋转角度上的配准，来保证校正数据的一致性。如果两套数据没有在旋转角度上进行配准，则容易出现误差问题。

因此，需要提供一种检测器，既可以克服扫描时间增多的问题，又可以克服数据误差的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种单源能量检测器及数据补偿方法，能够克服扫描时间增多的问题，又可以克服数据误差的问题。

本发明实施例提供一种单源能量检测器，包括：光子检测器和积分检测器，所述光子检测器和所述积分检测器混合排列；所述光子检测器和所述积分检测器对应一个辐射源；

所述积分检测器工作在积分模式；

所述光子检测器工作在光子计数模式；

所述积分检测器，用于补偿所述光子检测器因计数饱和丢失的数据。

优选地，所述光子检测器和所述积分检测器混合排列，具体为：

所述光子检测器和所述积分检测器在通道方向上间隔排列，所述通道方向是指检测器沿着支架旋转的方向；

或，

所述光子检测器和所述积分检测器在层方向上分两部分排列，所述两部分为对称或者不对称的形式；所述层方向是指所述检测器沿着旋转轴的方向。

优选地，当所述光子检测器和所述积分检测器在通道方向上间隔排列时，所述积分检测器，用于补偿所述光子检测器因计数饱和丢失的数据，具体为：

用所述积分检测器采集的数据重建感兴趣区的目标图像；用所述目标图像对所述光子检测器检测的数据所处的通道位置进行正投影，获得完整的投影数据集；用所述投影数据集补偿所述光子检测器因计数饱和缺失的数据。

优选地，当所述光子检测器和所述积分检测器在层方向上分两部分排列时，所述积分检测器，用于补偿所述光子检测器因计数饱和丢失的数据，具体为：

通过螺旋扫描获得积分检测器数据和光子检测器数据；

用所述积分检测器数据重建旋转中心处的目标三维图像，用所述目标三维图像进行三维正投影，得到完整的投影数据集；利用所述投影数据集补偿所述光子检测器因计数饱和缺失的数据。

本发明实施例提供一种基于单源能量检测器进行数据补偿的方法，应用于单源能量检测器，光子检测器和积分检测器，所述光子检测器和所述积分检测器混合排列；所述光子检测器和所述积分检测器对应一个X射线源；

包括以下步骤：

控制所述积分检测器工作在积分模式下对所述辐射源发射的射线进行数据采集；

控制所述光子检测器工作在光子计数模式对所述辐射源发射的射线进行数据采集；

利用所述积分检测器采集的数据补偿所述光子检测器因计数饱和丢失的数据。

优选地，所述光子检测器和所述积分检测器混合排列，具体为：

所述光子检测器和所述积分检测器在通道方向上间隔排列，所述通道方向是指检测器沿着支架旋转的方向；

或，

所述光子检测器和所述积分检测器在层方向上分两部分排列，所述两部分为对称或者不对称的形式；所述层方向是指所述检测器沿着旋转轴的方向。

优选地，当所述光子检测器和所述积分检测器在通道方向上间隔排列时，利用所述积分检测器采集的数据补偿所述光子检测器因计数饱和丢失的数据，具体为：

用所述积分检测器数据重建感兴趣区的目标图像；

用所述目标图像对所述光子检测器数据所处的通道位置进行正投影，获得完整的投影数据集；

用所述投影数据集补偿所述光子检测器因计数饱和缺失的数据。

优选地，当所述光子检测器和所述积分检测器在层方向上分两部分排列时，利用所述积分检测器采集的数据补偿所述光子检测器因计数饱和丢失的数据，具体为：

通过螺旋扫描获得积分检测器数据和光子检测器数据；

用所述积分检测器数据重建旋转中心处的目标三维图像，用所述目标三维图像进行三维正投影，得到完整的投影数据集；利用所述投影数据集补偿所述光子检测器因计数饱和缺失的数据。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本实施例提供的单源能量检测器，采用一个检测器，但是在检测器的阵列中设置两种检测器，即包括积分检测器和光子检测器。利用积分检测器来补偿光子检测器由于饱和而缺失的数据。这样既不会因为额外降低扫描剂量而增加扫描时间，也不会因为双检测器时用不同的旋转采样角度带来的位置匹配不准确的问题。本实施例提供的检测器可以在精度和时间上均达到要求。

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，下面描述中的附图仅仅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是现有技术中的计算机断层扫描设备示意图；

图2是本发明提供的单源能量检测器实施例一示意图；

图2a是本发明提供的单源能量检测器实施例二示意图；

图2b是本发明提供的单源能量检测器实施例三示意图；

图3是本发明提供的光子检测器和积分检测器在通道方向上间隔排列时对于平行束通道的采样几何示意图；

图4是本发明提供的光子检测器和积分检测器在层方向上排列时的采样几何示意图；

图5是本发明提供的层方向数据补偿示意图；

图6是本发明提供的基于单源能量检测器的数据补偿方法实施例一流程图；

图7是本发明提供的基于单源能量检测器的数据补偿方法实施例二流程图；

图8是本发明提供的基于单源能量检测器的数据补偿方法实施例三流程图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图先介绍一下能量检测器的应用场景。

参见图1，该图为现有技术中的计算机断层扫描设备示意图。

图1所示的计算机断层扫描设备采用锥形束CT扫描仪。当然，也可以利用扇形束来实现。

该扫描仪包括支架101，该支架101可以绕旋转轴102旋转。

可以理解的是，该支架101可以由电机(图中未示出)来驱动。

图1中的辐射源104可以为X光源。

辐射源104通过孔径105形成锥形辐射束106，锥形辐射束106可以穿过布置在支架101的中心位置的物体107，撞击到检测器108上。

本发明中就是对检测器108进行了改进。

将检测器108布置在与辐射源104相对位置的支架101上，这样可以使检测器108的表面由锥形辐射束106覆盖。

扫描所涉及的物体107期间，将辐射源104、孔径105和检测器108以箭头116所示的方向沿支架101旋转。

当应用于医疗领域时，所述物体107为患者，患者沿着旋转轴102的方向平行移动，同时，支架101也旋转，这样患者沿着螺旋扫描路径进行扫描。

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，所描述的实施例仅仅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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

实施例一：

参见图2，该图为本发明提供的单源能量检测器实施例一示意图。

本实施例提供的单源能量检测器，包括：光子检测器108b和积分检测器108a，所述光子检测器108b和所述积分检测器108a混合排列；所述光子检测器108b和所述积分检测器108a对应一个辐射源104；

可以理解的是，本实施例中仅有一个辐射源104。光子检测器108b和积分检测器108a均接收同一个辐射源104的辐射。

所述积分检测器108a工作在积分模式；

所述光子检测器108b工作在光子计数模式；

所述积分检测器108a，用于补偿所述光子检测器因计数饱和丢失的数据。

需要说明的是，本实施例中提供的单源能量检测器，仅设置一个检测器阵列，在同一个检测器阵列中即设置光子检测器，又设置积分检测器。

本实施例提供的单源能量检测器，采用一个检测器，但是在检测器的阵列中设置两种检测器，即包括积分检测器和光子检测器。利用积分检测器来补偿光子检测器由于饱和而缺失的数据。这样既不会因为额外降低扫描剂量而增加扫描时间，也不会因为双检测器时用不同的旋转采样角度带来的位置匹配不准确的问题。本实施例提供的检测器可以在精度和时间上均达到要求。

实施例二：

参见图2a，该图为本发明提供的单源能量检测器实施例二示意图。

为了本领域技术人员更好地理解本发明提供的技术方案，需要说明的是，图1中检测器108沿着支架101旋转的方向为通道方向，检测器108沿着旋转轴的方向为层方向。

所述光子检测器和所述积分检测器混合排列，具体为：

所述光子检测器和所述积分检测器在通道方向上间隔排列，所述通道方向是指检测器沿着支架旋转的方向；

或，

所述光子检测器和所述积分检测器在层方向上分两部分排列，所述两部分为对称或者不对称的形式；所述层方向是指所述检测器沿着旋转轴的方向。

需要说明的是，本实施例中提供的单源能量检测器，仅设置一个检测器阵列，在同一个检测器阵列中即设置光子检测器，又设置积分检测器。其中光子检测器和积分检测器可以在通道方向上间隔排列，也可以在层方向上排列。

下面结合图2a以光子检测器和积分检测器在通道方向上间隔排列为例进行介绍。

从图2a可以看出，光子检测器108b和积分检测器108a在通道方向上间隔排列，即第一通道为光子检测器108b，则第二通道为积分检测器108a，则第三通道又为光子检测器108b，第四通道为积分检测器108a，依此类推。

参见图2b所示是以光子检测器108b和积分检测器108a在层方向上排列。

从图2b可以看出，光子检测器108b和积分检测器108a在层方向上排列。

本实施例提供的单源能量检测器，采用一个检测器，但是在检测器的阵列中设置两种检测器，即包括积分检测器和光子检测器。利用积分检测器来补偿光子检测器由于饱和而缺失的数据。这样既不会因为额外降低扫描剂量而增加扫描时间，也不会因为双检测器时用不同的旋转采样角度带来的位置匹配不准确的问题。本实施例提供的检测器可以在精度和时间上均达到要求。

实施例三：

下面结合附图详细介绍光子检测器和积分检测器在通道方向上间隔排列时的工作原理。

参见图3，该图为本发明提供的光子检测器和积分检测器在通道方向上间隔排列时对于平行束通道的采样几何示意图。

图3中，实线表示光子检测器检测的通道数据，用Data1表示，虚线表示积分检测器检测的通道数据，用Data2表示。

图3为平行束几何下通道方向上检测器排列示意图，所述光子检测器数据Data1和所述积分检测器数据Data2间隔排列，用Data1和Data2可以分别独立重建感兴趣区域的图像。可以理解的是，Data1重建感兴趣区域的图像之前需要使用通过Data2获得的完整投影数据集P1对Data1进行补偿，然后用补偿后的完整的Data1重建感兴趣区域的图像。

当所述光子检测器和所述积分检测器在通道方向上间隔排列时，所述积分检测器，用于补偿所述光子检测器因计数饱和丢失的数据，具体为：

用所述积分检测器采集的数据Data2重建感兴趣区的目标图像Img1；

Img1＝R(Data2)；

用所述目标图像Img1对所述光子检测器检测的数据Data1所处的通道位置进行正投影，获得完整的投影数据集P1；

P1＝Proj(Img1)；

用所述投影数据集P1补偿所述光子检测器因计数饱和缺失的数据。

即，通过P1来补偿Data2，然后用补偿后的完整的Data2重建感兴趣区域的图像。

因此，通过以上列举以及分析，可以看出，本实施例提供的光子检测器和积分检测器在通道方向上间隔排列，可以利用积分检测器来补偿光子检测器由于计数饱和缺失的数据。

实施例四：

下面结合附图详细介绍光子检测器和积分检测器在层方向上排列时的工作原理。

参见图4，该图为本发明提供的光子检测器和积分检测器在层方向上排列时的采样几何示意图。

图4为进行螺旋扫描时，在不同采样角度下光子检测器S1和积分检测器S2在旋转轴方向上的排列示意图。所述光子检测器S1和所述积分检测器S2各自在旋转轴方向上重叠分布，用S1和S2分别可以独立重建旋转中心处的目标三维图像。可以理解的是，S1重建旋转中心处的目标三维图像之前，需要使用通过S2得到的完整的投影数据集P2来补偿S1。然后，用补偿后的S1重建旋转中心处的目标三维图像。

当所述光子检测器和所述积分检测器在层方向上分两部分排列时，所述积分检测器，用于补偿所述光子检测器因计数饱和丢失的数据，具体为：

通过螺旋扫描获得积分检测器数据S2和光子检测器数据S1；

用所述积分检测器数据重建旋转中心处的目标三维图像Img2；

Img2＝R(S2)；

用所述目标三维图像Img2进行三维正投影，得到完整的投影数据集P2；

P2＝Proj(Img2)；

利用所述投影数据集P2补偿所述光子检测器S1因计数饱和缺失的数据。

下面结合一个具体实例来介绍，参见图5，该图为在层方向排列时利用积分检测器的数据补偿光子检测器的数据。

所述积分检测器在采样角度α时采集的数据为c1，所述积分检测器在采样角度(α+π)时采集的数据为c2；

所述c1和c2在层方向上重叠，由所述c1和c2重建在旋转中心处的第一图像Img3：Img3＝R(c1,c2)；

所述积分检测器在采样角度(α+π)时采集的数据为c3，所述积分检测器在采样角度(α+2π)时采集的数据为c4；

所述c3和c4在层方向上重叠，由所述c3和c4重建在旋转中心处的第二图像Img4：Img4＝R(c3,c4)；

对所述Img3和Img4分别进行正投影，获得投影数据集P3和P4；

P3＝Proj(Img3)；

P4＝Proj(Img4)；

利用所述投影数据集P3和P4分别补偿光子检测器d1和d2因计数饱和缺失的数据；所述d1和d2为光子检测器在采样角度(α+3π)时采集的数据。

基于以上实施例提供的一种单源能量检测器，本发明实施例还提供了一种基于单源能量检测器进行数据补偿的方法，下面结合附图来进行详细介绍。

方法实施例一：

参见图6，该图为本发明提供的基于单源能量检测器进行数据补偿的方法实施例一流程图。

本实施例提供的基于单源能量检测器进行数据补偿的方法，应用于单源能量检测器，光子检测器和积分检测器，所述光子检测器和所述积分检测器混合排列；所述光子检测器和所述积分检测器对应一个X射线源；

可以理解的是，本实施例中仅有一个辐射源。光子检测器和积分检测器均接收同一个辐射源的辐射。

包括以下步骤：

S601：控制所述积分检测器工作在积分模式下对所述辐射源发射的射线进行数据采集；

S602：控制所述光子检测器工作在光子计数模式对所述辐射源发射的射线进行数据采集；

S603：利用所述积分检测器采集的数据补偿所述光子检测器因计数饱和丢失的数据。

需要说明的是，本实施例中提供的单源能量检测器，仅设置一个检测器阵列，在同一个检测器阵列中即设置光子检测器，又设置积分检测器。

本实施例提供的单源能量检测器，采用一个检测器，但是在检测器的阵列中设置两种检测器，即包括积分检测器和光子检测器。利用积分检测器来补偿光子检测器由于饱和而缺失的数据。这样既不会因为额外降低扫描剂量而增加扫描时间，也不会因为双检测器时用不同的旋转采样角度带来的位置匹配不准确的问题。本实施例提供的检测器可以在精度和时间上均达到要求。

方法实施例二：

参见图7，该图为本发明提供的基于单源能量检测器进行数据补偿的方法实施例二流程图。

本实施例中介绍所述光子检测器和所述积分检测器在通道方向上间隔排列时数据的补偿方法。

所述通道方向是指检测器沿着支架旋转的方向；

当所述光子检测器和所述积分检测器在通道方向上间隔排列时，利用所述积分检测器采集的数据补偿所述光子检测器因计数饱和丢失的数据，具体为：

S701：用所述积分检测器采集的数据Data2重建感兴趣区的目标图像Img1；

Img1＝R(Data2)；

S702：用所述目标图像Img1对所述光子检测器检测的数据Data1所处的通道位置进行正投影，获得完整的投影数据集P1；

P1＝Proj(Img1)；

S703：用所述投影数据集P1补偿所述光子检测器因计数饱和缺失的数据。

所述光子检测器数据Data1和所述积分检测器数据Data2间隔排列，用Data1和Data2可以分别独立重建感兴趣区域的图像。可以理解的是，Data1重建感兴趣区域的图像之前需要使用通过Data2获得的完整投影数据集P1对Data1进行补偿，然后用补偿后的完整的Data1重建感兴趣区域的图像。

方法实施例三：

参见图8，该图为本发明提供的基于单源能量检测器进行数据补偿的方法实施例三流程图。

本实施例中介绍所述光子检测器和所述积分检测器在层方向上分两部分排列时的数据补偿方法。

所述两部分为对称或者不对称的形式；所述层方向是指所述检测器沿着旋转轴的方向。

S801：通过螺旋扫描获得积分检测器数据S2和光子检测器数据S1；

S802：用所述积分检测器数据重建旋转中心处的目标三维图像Img2；

Img2＝R(S2)；

S803：用所述目标三维图像Img2进行三维正投影，得到完整的投影数据集P2；

P2＝Proj(Img2)；

S804：利用所述投影数据集P2补偿所述光子检测器S1因计数饱和缺失的数据。

所述光子检测器S1和所述积分检测器S2各自在旋转轴方向上重叠分布，用S1和S2分别可以独立重建旋转中心处的目标三维图像。可以理解的是，S1重建旋转中心处的目标三维图像之前，需要使用通过S2得到的完整的投影数据集P2来补偿S1。然后，用补偿后的S1重建旋转中心处的目标三维图像。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (4)

1.一种单源能量检测器，其特征在于，包括：光子检测器和积分检测器，所述光子检测器和所述积分检测器混合排列；所述光子检测器和所述积分检测器对应一个辐射源；

所述积分检测器工作在积分模式；

所述光子检测器工作在光子计数模式；

所述积分检测器，用于补偿所述光子检测器因计数饱和丢失的数据；

所述光子检测器和所述积分检测器在层方向上分两部分排列，所述光子检测器和所述积分检测器位于同一检测面内，且所述光子检测器和所述积分检测器没有交叉重叠；所述两部分为对称或者不对称的形式；所述层方向是指所述检测器沿着旋转轴的方向。

2.根据权利要求1所述的单源能量检测器，其特征在于，当所述光子检测器和所述积分检测器在层方向上分两部分排列时，所述积分检测器，用于：

通过螺旋扫描获得积分检测器数据和光子检测器数据；

用所述积分检测器数据重建旋转中心处的目标三维图像，用所述目标三维图像进行三维正投影，得到完整的投影数据集；利用所述投影数据集补偿所述光子检测器因计数饱和缺失的数据。

3.一种基于单源能量检测器进行数据补偿的方法，其特征在于，应用于单源能量检测器，光子检测器和积分检测器，所述光子检测器和所述积分检测器混合排列；所述光子检测器和所述积分检测器对应一个辐射源；

包括以下步骤：

控制所述积分检测器工作在积分模式下对所述辐射源发射的射线进行数据采集；

控制所述光子检测器工作在光子计数模式对所述辐射源发射的射线进行数据采集；

利用所述积分检测器采集的数据补偿所述光子检测器因计数饱和丢失的数据；

所述光子检测器和所述积分检测器在层方向上分两部分排列，所述光子检测器和所述积分检测器位于同一检测面内，且所述光子检测器和所述积分检测器没有交叉重叠；所述两部分为对称或者不对称的形式；所述层方向是指所述检测器沿着旋转轴的方向。

4.根据权利要求3所述的基于单源能量检测器进行数据补偿的方法，其特征在于，当所述光子检测器和所述积分检测器在层方向上分两部分排列时，

通过螺旋扫描获得积分检测器数据和光子检测器数据；

用所述积分检测器数据重建旋转中心处的目标三维图像，用所述目标三维图像进行三维正投影，得到完整的投影数据集；利用所述投影数据集补偿所述光子检测器因计数饱和缺失的数据。