CN104434154B - X射线成像用叉丝及成像处理方法 - Google Patents

Abstract

一种X射线成像用叉丝及成像处理方法，包括：第一平面，包括中心区域、从中心区域向外延伸的延伸区域；多个第二平面，所述第一平面的每一边缘均与一第二平面相连，至少一个第二平面与第一平面的夹角为锐角，且与第一平面夹角为锐角的第二平面延伸后交于一点。采用本发明叉丝时，X射线照射最边缘的斜面，斜面上方的X射线的射束路径与斜面平行，X射线在斜面上方的射束路径无阻挡则大大减少半影效应，那么叉丝成像的边缘会比较清晰，叉丝两组对边的中点不会发生偏移，两中点连线形成的中线也不会发生偏移，连接两组对边的中线，两中线相交的点也不会发生偏移，能够准确确定叉丝的投影中心点。

Description

X射线成像用叉丝及成像处理方法

技术领域

本发明涉及X射线成像技术领域，具体涉及一种X射线成像用叉丝及成像处理方法。

背景技术

在X射线成像领域，X射线成像用的叉丝安装在成像发射装置上，起校正成像接收系统的几何中心点位置的作用。成像接收系统几何中心点的位置需与X射线的射束路径保持一致，即叉丝的投影中心点和成像接收系统的几何中心点保持一致，若不一致则会导致在成像时成像对象不在图像中心位置，无法准确建立所成图像的空间坐标系，且成像对象的部分区域可能会处于成像接收系统之外。在放射治疗中，若叉丝的投影中心点和成像接收系统的几何中心点不一致，则可能导致放疗位置出现误差，造成患者健康组织被当做肿瘤组织接受到较大剂量的射线。

一般叉丝的投影中心点确定过程如下：叉丝包括有呈“十字”型在中点处交叉的两条臂，当X射线照射在十字叉丝上时，十字叉丝在成像接收装置上的图像呈“十字”型，根据图像上这两条臂的边缘线的位置，分别计算得到两条臂沿臂长边方向延伸的中心线，两条中心线相交于一点，该点即为十字叉丝的投影中心点。再根据该点对成像接收系统的几何中心点进行校正。

如图1所示，现有十字叉丝包括呈“十字”型的第一平面10(底面)和呈“十字”型的第二平面20(顶面)，第一平面10与第二平面20相互平行；如图2和图3所示，当X射线从放射源(A点)照射十字叉丝时，由于与第一平面10、第二平面20相连的端面(即叉丝各侧面)均与第一平面10、第二平面20呈直角，X射线穿透端面时，如图4中C区域所示，由于X射线穿过叉丝的厚度不同，导致X射线的投影图像会在叉丝边缘处出现半影效应，导致叉丝边缘较模糊；通过图5和图6叉丝的图像可见，叉丝图像上的边缘10b并不能代表实际的叉丝边缘10a，叉丝图像边缘10b和叉丝实际边缘10a不一致，若采用这样的叉丝，在确定叉丝投影中心点时，所确定的叉丝投影中心点会出现偏差，对X射线成像有影响。

此外，由于放射源所产生的X射线并非单频率射线，而是具有一定频谱宽度的X射线，即X射线能量不一。其中，高频X射线穿透能力强，低频X射线穿透能量较弱。对于放射源所发出的X射线射束来说，在射束中心处高频X射线较多，沿射束中心往外的方向上，射束内包含的低频X射线逐渐增多，X射线总能量逐渐降低。另外，由于射线的粒子数密度，也存在一个中间高周围低的高斯分布，所以在成像接收系统的叉丝图像上可以发现，叉丝各部分在图像上灰度不均匀，产生硬化效应。

除了前述根据叉丝图像边缘线确定投影中心点的方法，在其他计算叉丝投影中心点的方法中，还有利用叉丝图像的灰度中值点，将叉丝臂的灰度中值点的连线确认为叉丝臂的中心线，从而由叉丝两条臂的中心线确定投影中心点的方法。因此，若叉丝图像的灰度不均匀，有硬化效应，则造成叉丝的投影中心点出现偏差，对X射线成像有影响。

发明内容

本发明解决的问题是利用现有叉丝所成的图像，难以确定叉丝投影中心点，从而无法准确确定成像接收系统的几何中心点。

为解决上述问题，本发明提供一种X射线成像用叉丝，包括：

第一平面，包括中心区域、从中心区域向外延伸的延伸区域；

多个第二平面，所述第一平面的每一边缘均与一第二平面相连，至少一个第二平面与第一平面的夹角为锐角，且与第一平面夹角为锐角的第二平面延伸后交于一点。

可选的，还包括：第三平面，所述第三平面和所述第一平面在沿垂直于所述第一平面的方向上相对设置。

可选的，还包括：第四平面，所述第四平面设于所述第三平面和第二平面之间，且和所述第三平面、第二平面相连，在沿中心区域往延伸区域的方向上，所述第一平面和第四平面之间的距离减小。

可选的，还包括曲面，所述曲面和所述第一平面在沿垂直于所述第一平面的方向上相对设置，从中心区域往延伸区域的方向上，所述第一平面和曲面之间的距离减小。

可选的，所述第一平面和曲面之间的距离满足高斯分布。

可选的，所述X射线成像用叉丝的形状为十字型或X型或L型或T型。

本发明还提供一种X射线成像用叉丝，包括：

第一平面，由分离的多个子平面构成，包括中心区域、从中心区域向外延伸的延伸区域；

所述子平面的每一边缘均与一第二平面相连；所述子平面中由于分离而形成的边缘之外的每一边缘所连的第二平面中，至少一个第二平面与所述子平面的夹角为锐角，且与所述子平面夹角为锐角的第二平面延伸后交于一点。

本发明还提供一种X射线成像用叉丝成像处理方法，包括：

采集所述叉丝的初始图像；

对所采集的叉丝初始图像进行散射校正。

可选的，所述散射校正方法包括：

采用计算机模拟方法模拟得到所述叉丝的散射图像；

根据模拟得到的所述叉丝的散射图像对采集的所述叉丝的初始图像进行散射校正。

可选的，所述计算机模拟方法为蒙特卡罗模拟方法。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

X射线在斜面上方的射束路径无阻挡则大大减少半影效应，那么叉丝成像的边缘会比较清晰；与叉丝其中一条中心线垂直的一组对边的边缘中心点能准确确定，与叉丝另外一条中心线垂直的另一组对边的边缘中心点也能准确确定，这两组对边中点的连线相交于一点，该点为叉丝的成像投影中心点，能够准确确定叉丝的投影中心点。

进一步的，曲面和第一平面在沿垂直于第一平面的方向上相对设置，从中心区域往延伸区域的方向上，第一平面和曲面之间的距离满足高斯分布，解决了X射线的硬化效应，使最终得到的叉丝图像灰度均匀，利用叉丝图像的灰度中值点，能够将叉丝灰度中值点的连线确认为叉丝的中心线，从而准确确定叉丝投影中心点。

附图说明

图1是现有技术十字叉丝结构示意图；

图2是现有技术十字叉丝的立体图并示意X射线照射叉丝的情形；

图3是现有技术十字叉丝立体图的主视图并示意X射线照射叉丝的情形；

图4是图3中B部分的局部放大图；

图5是由现有技术十字叉丝所成的叉丝图像；

图6是图5中C部分的局部放大图；

图7是本发明第一实施例十字叉丝的第一平面示意图；

图8是本发明第一实施例十字型叉丝俯视图；

图9是本发明第一实施例十字型叉丝立体图并示意X射线照射叉丝的情形；

图10是本发明第一实施例十字型叉丝的主视图并示意X射线照射叉丝的情形；

图11是本发明第二实施例X型叉丝俯视图；

图12是本发明第二实施例X型叉丝立体图并示意X射线照射叉丝的情形；

图13是本发明第三实施例T型叉丝俯视图；

图14是本发明第三实施例T型叉丝立体图并示意X射线照射叉丝的情形；

图15是本发明第四实施例L型叉丝俯视图；

图16是本发明第四实施例L型叉丝立体图并示意X射线照射叉丝的情形；

图17是本发明第五实施例不连续型十字型叉丝具有五个子平面的俯视图；

图18是图17不连续十字型叉丝的立体图并示意X射线照射叉丝的情形；

图19是本发明第六实施例不连续型十字叉丝具有十三个子平面的立体图；

图20本发明第七实施例十字型叉丝顶面为曲面的主视图并示意X射线照射叉丝的情形；

图21是本发明第七实施例十字型叉丝顶面为曲面的立体图并示意X射线照射叉丝的情形。

具体实施方式

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

参考图7，本发明X射线成像用叉丝包括：第一平面100，第一平面100为十字型，第一平面100包括中心区域D(图中虚线框所示)，中心区域呈四边形、从中心区域D沿图中箭头方向向外延伸的延伸区域E、F、G、H；其中E区域包括边缘1、2和12；F区域包括边缘9、17、11，G区域包括边缘6、7、8；H区域包括边缘3、4、5。

参考图8和图9并结合图7所示，本发明十字型叉丝还包括多个第二平面200，E区域的第二平面200和第一平面100的边缘1、2、12相连；F区域的第二平面200和第一平面的边缘9、17、11相连；G区域的第二平面200和第一平面100的边缘6、7、8相连；H区域的第二平面200和第一平面100的边缘3、4、5相连；参考图9，与第一平面100边缘1、4、7、17相连的第二平面200与第一平面100的夹角为锐角，即，这四个第二平面200为斜面；这四个斜面200延伸后交于一点A，该点为X射线的放射源位置。第二平面200沿垂直于中心区域方向的投影位于第一平面100内。

参考图8和图9并结合图7所示，当X射线从A点照射十字叉丝时，由于放射源A是四个斜面200延伸后相交的点，X射线照射这四个斜面200时，斜面200上方的X射线的射束路径与斜面200平行，X射线在斜面200上方的射束路径无阻挡，X射线穿过叉丝边缘处的厚度也基本相同，因此在叉丝图像边缘大大减少了半影效应，那么十字叉丝图像的边缘1、4、7、17会比较清晰，能够准确找到叉丝图像的边缘，边缘1和7中点的连线与边缘4和17中点的连线相交于点B，B点为本发明十字型叉丝成像的投影中心点。

参考图8和图9并结合图7所示，与第一平面边缘2、12相连的第二平面200、与第一平面边缘3、5相连的第二平面200、与第一平面边缘6、8相连的第二平面200及与第一平面边缘9、11相连的第二平面200与第一平面100的夹角为也锐角，即上述的第二平面200也为斜面，这样，与第一平面100各边缘相连的第二平面200均为斜面，即在第一平面100延伸区域E、F、G、H上每个延伸区域连有三个第二平面200，这三个第二平面200均为斜面；则当X射线照射所有的斜面200时，斜面200上方的X射线的射束路径与斜面200平行，X射线在斜面200上方的射束路径无阻挡则不会出现半影效应，那么十字叉丝图像的边缘1、2、3、4、5、6、7、8、9、17、11、12都会比较清晰，则由边缘2和6所代表的边及边缘8和12所代表的边确定的中心线；与边缘3和11所代表的边及边缘5和9所代表的边确定的中心线相交，相交于B点，十字型叉丝的投影中心点B也能够准确的确定。

本实施例中第一平面100延伸区域E、F、G、H的每个延伸区域连接的所有第二平面200为斜面，但斜面的数量不仅仅限于此，本发明其它实施例中，第一平面100延伸区域E、F、G、H的每个延伸区域也可以只连有一个或两个第二平面200为斜面。即，只要在第一平面100延伸区域E、F、G、H的每个延伸区域对应设有斜面就能解决半影效应，从而只利用减少了半影效应的叉丝图像边缘确定叉丝的投影中心点就可解决本发明的技术问题，而不必限定具体斜面的数目。第二平面200中的各斜面延伸后相交于一点，该点为X射线放射源位置。在本发明技术方案的具体实施过程中，各斜面的具体角度由放射源与叉丝的相对位置确定，该过程属于本领域技术人员已知，这里不再详细说明。

参考图20和图21，本发明的十字型叉丝除了具有第一平面100与第二平面200外，还包括与第一平面100在沿垂直于第一平面100的方向上相对设置的顶面500。由于从X射线放射源所发出的X射线射束，在空间上，从射束中心向外的方向上的能量分布呈高斯分布(Gaussian distribution)，为了消除由此造成的最终图像灰度不均匀，优选的将叉丝的顶面500设置为曲面，曲面和第一平面100之间的距离，在从中心区域往延伸区域的方向上，呈高斯分布；其中曲面和第一平面100之间的距离计算公式为：

$f\left(x\right)=\frac{1}{\sqrt{2\mathrm{\π}}\mathrm{\σ}}\exp (-\frac{{(x-\mathrm{\μ})}^2}{2{\mathrm{\σ}}^2})$

其中，μ为位置参数，由放射源和叉丝的相对位置确定。σ为尺度参数，其可以根据放射源射束的能量强度、出射宽度、能量分布，以及放射源与叉丝间距离等参数进行具体设置。x表示从中心区域往延伸区域方向上某一点的位置，该位置处曲面和第一平面的距离为f(x)。

因此，叉丝在对应中心区域处的厚度最厚，延伸区域处的厚度较薄，厚度较厚的叉丝会吸收更多的X射线，从而使最终叉丝图像的灰度均匀，大大减小了叉丝成像过程产生的硬化效应，叉丝投影中心点能够准确确定。曲面可以通过机床的线切割加工技术进行加工得到。

由于本发明技术方案的具体实施过程中，曲面相对较难加工，因此可以采用多个平面相拼接的方式代替曲面。参考图8并结合图9所示，本发明十字型叉丝还包括：第三平面300，第三平面300和第一平面100在沿垂直于第一平面100的方向上相对设置，第三平面300和第一平面100平行。

参考图10，第三平面300和第二平面200之间还设有第四平面400；其中第三平面300包括四个边缘，第一平面100每个延伸区域上的第四平面400均与第三平面300共用一条边缘，第一平面100每个延伸区域上的第四平面400还与第二平面200的边缘相连；且在沿中心区域往延伸区域E、F、G、H的方向上，第一平面100和第四平面400之间的距离减小，本实施例采用第三平面300和第四平面400相拼接的方式代替曲面，也大大减小了叉丝成像过程产生的硬化效应。

参考图11和图12，叉丝可以为X型叉丝，第一平面100为X型，同样第二平面200与第一平面100的夹角为锐角，第二平面200为斜面。

参考图13和图14，叉丝可以是T型叉丝，第一平面100为T型，第二平面200与第一平面100的夹角为锐角，第二平面200为斜面。

参考图15和图16，叉丝还可以是L型叉丝，第一平面100为L型，第二平面200与第一平面100的夹角为锐角，第二平面200为斜面。

当X射线照射所述X型、T型、L型叉丝时，X射线的射束路径与斜面200平行，X射线在斜面200上方的射束路径无阻挡也不会出现半影效应，也能够准确确定叉丝的投影中心点B。

参考图17和图18，本发明还提供一种不连续型的X射线成像用叉丝，包括：第一平面100，第一平面100包括中心区域D、从中心区域D向外延伸的延伸区域E、F、G、H，第一平面100由分离的多个子平面构成，第一平面100被分割成第一子平面102、第二子平面101、第三子平面103、第四子平面104、第五子平面105，第一子平面102包括边缘4′、5′、10′、11′、12′、13′、18′、19′、20′、25′、26′、27′；第二子平面101包括边缘1′、2′、3′、28′；第三子平面103包括边缘6′、7′、8′、9′；第四子平面104包括边缘14′、15′、16′、17′；第五子平面105包括边缘21′、22′、23′、24′；图19中示出第一平面100在四周延伸方向上均具有三个子平面；第一平面100的分离方式不仅仅限于图中所示的分离方式，分离出的子平面数量也不仅仅限于图中所示的子平面数量。

参考图17并结合图18所示，第一子平面102、第二子平面101、第三子平面103、第四子平面104、第五子平面105的每一边缘(共计28个边缘)均与第二平面200相连；第二平面200和第二子平面101、第三子平面103、第四子平面104、第五子平面105及顶面共同构成了不连续型叉丝，具体说来，第二平面200和第二子平面101形成一个子叉丝块；第二平面200和第三子平面103形成一个子叉丝块；第二平面200第四子平面104形成一个子叉丝块；第二平面200和第五子平面105形成一个子叉丝块；即本实施例的十字型叉丝由五个子叉丝块构成；各个子叉丝块之间具有间隙，间隙的设置按照一定的比例尺寸设置，各子叉丝之间的间隙对叉丝成像无影响，X射线照射不连续型叉丝时，叉丝的投影成像整体呈十字型，该间隙可以是等间距的，也可以是不等间距的。

继续参考图17和图18，与第一子平面102的边缘4′、5′、11′、12′、18′、19′、25′、26′相连的第二平面200为斜面，斜面与第一平面所成角度为锐角；与第二子平面101边缘1′、2′、28′相连的第二平面200为斜面；与第三子平面103边缘、7′、8′、9′相连的第二平面200为斜面；与第四子平面104边缘14′、15′、16′相连的第二平面200为斜面；与第五子平面105边缘21′、22′、23′相连的第二平面200为斜面。在本发明实施例中，第一平面100延伸区域E、F、G、H上每个延伸区域连接有五个第二平面200为斜面，但斜面的数量不仅仅限于此，在其它实施例中，第一平面100延伸区域E、F、G、H的每个延伸区域内也可以连接有一个或两个第二平面200为斜面，即，只要在第一平面100延伸区域E、F、G、H的每个延伸区域内设有斜面就能大大减小半影效应。

例如，与第二子平面101边缘1′相连的第二平面200为斜面；与第三子平面103边缘8′相连的第二平面200为斜面；与第四子平面104边缘15′相连的第二平面200为斜面；与第五子平面105边缘22′相连的第二平面200为斜面。

上述斜面200延伸后交于一点，该点为X射线放射源，X射线照射斜面200时，斜面200上方的X射线的射束路径与斜面200平行，X射线在斜面200上方的射束路径无阻挡则不会出现半影效应，叉丝的边缘较清晰，能够准确确定叉丝的投影中心点。由于不连续叉丝上的间隙是按一定比例尺寸来设定的，当叉丝投影成像时，可以在成像接收系统所得图像上形成类似比例尺的叉丝图像，即不连续叉丝可以作为刻度尺，根据刻度尺可以大概计算受检者病灶的大概位置和大小。

本实施例不连续型叉丝的第一平面100为十字型，不连续型叉丝的第一平面100还可以为X型或T型或L型，参考图11、图13、图15，不连续型的X型或T型或L型叉丝是将原X型或T型或L型叉丝进行分割，使之成为不连续的X型或T型或L型叉丝。

本发明还提供一种X射线成像用叉丝成像处理方法，成像叉丝安装在安装板上，安装板可以为实心结构也可以为空心结构，不连续的叉丝安装在空心结构上，通过十字托架将不连续叉丝固定在安装板上，具体成像方法包括以下步骤：

采集所述叉丝的初始图像；

对所采集的叉丝初始图像进行散射校正；

采用计算机模拟方法模拟得到所述叉丝的散射图像，可以用EGSCBCT模拟工具实现；

根据模拟得到的叉丝的散射图像对采集的叉丝的初始图像进行散射校正。

其中计算机模拟方法为蒙特卡罗模拟方法，EGS是英文Electron-GammaShower的缩写，即电子----光子簇射模拟，它是一个用蒙特卡罗方法模拟在任意几何形状中，能量从几个KeV到几个TeV的电子----光子簇射过程的通用程序包，为常用的蒙特卡罗模拟软件；CBCT是锥束CT的意思。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种X射线成像用叉丝，其特征在于，包括：

第一平面，包括中心区域、从中心区域向外延伸的延伸区域；

多个第二平面，所述第一平面的每一边缘均与一第二平面相连，至少一个第二平面与第一平面的夹角为锐角，且与第一平面夹角为锐角的第二平面延伸后交于一点，该点为X射线的放射源位置。

2.如权利要求1所述的X射线成像用叉丝，其特征在于，还包括：

第三平面，所述第三平面和所述第一平面在沿垂直于所述第一平面的方向上相对设置。

3.如权利要求2所述的X射线成像用叉丝，其特征在于，还包括：

第四平面，所述第四平面设于所述第三平面和第二平面之间，且和所述第三平面、第二平面相连，在沿中心区域往延伸区域的方向上，所述第一平面和第四平面之间的距离减小。

4.如权利要求1所述的X射线成像用叉丝，其特征在于，还包括曲面，所述曲面和所述第一平面在沿垂直于所述第一平面的方向上相对设置，从中心区域往延伸区域的方向上，所述第一平面和曲面之间的距离减小。

5.如权利要求4所述的X射线成像用叉丝，其特征在于，所述第一平面和曲面之间的距离满足高斯分布。

6.如权利要求1所述的X射线成像用叉丝，其特征在于，所述X射线成像用叉丝的形状为十字型或X型或L型或T型。

7.一种X射线成像用叉丝，其特征在于，包括：

第一平面，由分离的多个子平面构成，包括中心区域、从中心区域向外延伸的延伸区域；

所述子平面的每一边缘均与一第二平面相连；所述子平面中由于分离而形成的边缘之外的每一边缘所连的第二平面中，至少一个第二平面与所述子平面的夹角为锐角，且与所述子平面夹角为锐角的第二平面延伸后交于一点，该点为X射线的放射源位置。

8.一种X射线成像用叉丝成像处理方法，其特征在于，包括：

采集权利要求1-7任一项所述叉丝的初始图像；

对所采集的叉丝初始图像进行散射校正。

9.如权利要求8所述的X射线成像用叉丝成像处理方法，其特征在于，所述散射校正方法包括：

采用计算机模拟方法模拟得到权利要求1-7任一项所述叉丝的散射图像；

根据模拟得到的所述叉丝的散射图像对采集的所述叉丝的初始图像进行散射校正。

10.如权利要求9所述的X射线成像用叉丝成像处理方法，其特征在于，所述计算机模拟方法为蒙特卡罗模拟方法。