CN106419948A - 一种ct数据采集及扫描过程虚拟再现的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种CT数据采集及扫描过程虚拟再现的方法，涉及计算机断层成像技术领域。该方法包括扫描系统端的处理和后处理端的处理，当扫描系统接收到后处理端的请求扫描指令后，记录固定参数信息和每个扫描角度下的几何参数信息及光子信息，并建立相应的数据文件，向后处理端请求发送，后处理端在接收到请求指令后，开始接收文件，校验无误后开始解析，综合获取的数据，绘制扫描系统框架，形成最终的扫描过程的动态回放。本发明提供的CT数据采集及扫描过程虚拟再现的方法，通过对光子的逐一统计，能实现对扫描全过程的动态回放；有效缩减多能CT扫描次数，降低辐射剂量。
Description
技术领域
本发明涉及计算机断层成像技术领域，尤其涉及一种CT数据采集及扫描过程虚拟再现的方法。
背景技术
计算机断层扫描(Computed Tomography，CT)是当前医学界公认的最先进的大型医疗诊断成像设备之一。从各形式CT的通用结构上讲，CT是由探测器，X射线球管与符合系统、计算机或服务器系统等构成。CT的球管放射出X射线穿过待测体，探测器接收经过衰减的X射线信号，经过扫描系统处理后，将得到的扫描数据进行存储，最后经过计算机调用这些扫描数据，进行图像重建，得出待测体的横切断层图像。
通常情况下，在CT传统的采集方法中，扫描系统只对每个角度下得到的最终数据进行获取和输出，例如单能扫描系统只在每个角度输出一幅投影图像，多能扫描系统的光子计数型探测器须在扫描前设定光子能量范围，也只在每个角度扫描结束时，对光子能量信息进行统计与输出，如果不满意效果，需要重新扫描，增加了扫描次数和辐射剂量，增加扫描成本。
传统的扫描方法中，没有记录整个扫描过程的信息，忽视了整个扫描过程当中蕴涵的一系列信息。而实际上，扫描过程中的信息，主要是指探测器探测到的每个光子被捕捉时的顺序、能量、位置等信息，也非常重要，不仅在医学诊断中可以为医生提供更全面的信息，更是在科研中能发挥重要作用。尤其随着云CT技术的发展，未来医生或者科研技术人员可能无法观察到扫描系统的实时扫描过程，会给病情诊断、硬件故障排查、实验中的定量分析与研究带来不便。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提供一种CT数据采集及扫描过程虚拟再现的方法，通过对光子的逐一统计，能实现对扫描全过程的动态回放；有效缩减多能CT扫描次数，降低辐射剂量。
一种CT数据采集及扫描过程虚拟再现的方法，包括扫描系统端的处理和后处理端的处理；
扫描系统端的处理方法如下：
步骤1、CT进入扫描阶段前，当扫描系统接收到后处理端的计算机或服务器发送的请求扫描指令后，记录固定的参数信息，包括扫描角度总数、放射源到旋转中心距离、放射源到探测器距离、旋转中心到探测器距离、探测器尺寸信息和探测器分辨率，并将这些信息形成该次扫描的固定参数文件，临时存储在扫描系统端的高速存储器中，向后处理端请求发送文件；
步骤2、CT扫描开始后，当每个扫描角度放射源曝光，探测器开始接收数据时，扫描系统记录下每个扫描角度下的几何参数信息和每个到达探测器的光子的各项信息，几何参数信息包括放射源、旋转中心和探测器的空间位置信息，光子的各项信息包括；时间信息、能量信息和湮灭位置信息；
步骤3、建立每个扫描角度下的扫描数据文件，将每个扫描角度下不变的几何参数信息，包括放射源、旋转中心、探测器空间位置信息数据写入对应文件的文件头，将每个扫描角度下所有光子的各项信息数据写入对应扫描数据文件中，并在光子的各项信息数据中加入校验位，将该文件临时存储在扫描系统端的高速存储器上，计算并记录其校验码，等待后处理端进行验证，然后向后处理端请求发送文件；
步骤4、扫描系统端收到文件发送许可后，将固定参数文件和所有扫描角度下的扫描数据文件依次发送至后处理端，并等待后处理端的反馈，如果收到成功接收信号，则该文件发送成功；如果接收到请求重新发送指令，则重新发送该文件。
后处理端的处理方法如下：
步骤5、后处理端在接收到扫描系统端发送的“请求发送文件”指令后，开始接收文件；后处理端的计算机或服务器对每个接收到的文件进行校验，通过校验码和文件中的校验位确认数据完整并准确无误，若某个文件不完整、数据不准确或是文件数目缺失，则向扫描系统端发送指令，请求重新发送出错或是缺失的文件；如果文件、数据一切正常，则向扫描系统端发送成功接收信号；
步骤6、对接收到的所有数据进行解析；
步骤6.1、解析固定参数文件，获取扫描角度数、放射源到旋转中心距离、放射源到探测器距离、旋转中心到探测器距离、探测器尺寸信息和探测器分辨率信息；将扫描角度数与实际接收到的文件数进行比对，若正确，则根据这些信息，确定扫描结构，绘制扫描系统框架，并进行步骤6.2，若错误，则请求扫描系统端重新发送所有数据，重新执行步骤5；
步骤6.2、解析每个扫描角度下的扫描数据文件，首先解析扫描数据文件的文件头，获取每个扫描角度下放射源、旋转中心和探测器的空间位置信息数据，将这些信息进一步加入绘制的扫描系统框架中，绘制出每个扫描角度下扫描系统的位置形态；其次解析扫描数据文件中的扫描数据，获取光子的各项信息，根据光子的各项信息，配合扫描系统框架，形成最终的扫描过程的动态回放。
进一步地，根据光子的各项信息，配合扫描系统框架，形成最终的扫描过程的动态回放的过程为：根据湮灭位置信息，在扫描系统框架中表示出该光子出现在探测器上的位置；根据时间信息，在扫描系统框架中动态模拟一系列光子到达探测器的次序和时间顺序；根据能量信息，在多能CT的后期处理中，通过设置选定，只观察某一特定能量或能量区间的光子的动态过程。
由上述技术方案可知，本发明的有益效果在于，本发明提供的一种CT数据采集及扫描过程虚拟再现的方法，通过对光子的逐一统计，能实现对扫描全过程的动态回放，方便医生或者科技人员清楚的回顾CT扫描系统的工作过程；在多能CT下，可以在扫描结束后再选定期望能量范围的光子，观察其扫描过程、成像效果并进行重建，有效缩减多能CT扫描次数，降低辐射剂量。
附图说明
图1为本发明实施例提供的CT数据采集及扫描过程虚拟再现的方法流程图；
图2为本发明实施例提供的虚拟再现的静态下扫描系统几何结构示意图；
图3为本发明实施例提供的在不同扫描角度时虚拟再现的扫描系统状态示意图，(a)为扫描角度0°时虚拟再现的扫描系统状态，(b)为扫描角度120°时虚拟再现的扫描系统状态，(c)为扫描角度240°时虚拟再现的扫描系统状态；
图4为本发明实施例提供的在扫描系统为0°时虚拟再现的不同时刻下探测器的状态示意图，(d)为接收到5000000个光子时探测器的状态，(e)为接收到600000000个光子时探测器的状态，(f)为接收到1200000000个光子时探测器的状态。
图中：1、放射源；2、视野区或者物体模型；3、探测器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
图1是本实施例CT数据采集及扫描过程虚拟再现的方法流程图，该方法包括扫描系统端的处理步骤和后处理端的处理步骤。
扫描系统端的处理步骤如步骤1至步骤4所述。
步骤1、CT进入扫描阶段前，当扫描系统接收到计算机或服务器发送的请求扫描指令，记录扫描角度总数、放射源到旋转中心距离、放射源到探测器距离、旋转中心到探测器距离、探测器尺寸信息和探测器分辨率这些扫描系统端固定的参数信息，并将这些信息形成该次扫描的固定参数文件，临时存储在扫描系统端的高速存储器中，向后处理端请求发送文件。
步骤2、CT扫描开始后，当每个扫描角度放射源曝光，探测器开始接收数据时，扫描系统记录下每个扫描角度下的几何参数信息和每个到达探测器的光子的各项信息，几何参数信息包括放射源、旋转中心和探测器的空间位置信息，光子的各项信息包括；时间信息、能量信息和湮灭位置信息。
其中，时间信息是指从扫描开始或从该扫描角度开始，这个光子到达探测器的时间；能量信息是指这个光子的能量是10KeV、80KeV或是其他数值；湮灭位置信息是指这个光子落在探测器的什么位置上，可以用空间位置表示，也可以用和探测器的相对位置表示。
步骤3、建立每个扫描角度下的扫描数据文件，将每个扫描角度下不变的几何参数信息，包括放射源、旋转中心、探测器空间位置信息数据写入对应文件的文件头，方便与光子信息数据相区分，将每个扫描角度下所有光子的各项信息数据写入对应扫描数据文件中，并在光子的各项信息数据中适当位置加入校验位，方便后期对数据准确性进行确认，将该文件临时存储在扫描系统端的高速存储器上，计算并记录文件校验码等待后处理对数据完整性进行确认，然后向后处理端请求发送文件。
步骤4、扫描系统端收到文件发送许可后，将固定参数文件和所有扫描角度下的扫描数据文件依次发送至后处理端，并等待后处理端的反馈，如果收到成功接收信号，则认为该文件发送成功；如果接收到请求重新发送指令，可能由于文件传输失败或文件出错导致后处理端无法解析，则重新发送该文件。
后处理端的处理步骤如步骤5和步骤6所述。
步骤5、后处理端在接收到扫描系统端发送的“请求发送文件”指令后，开始接收文件，文件应该包括扫描系统的固定参数信息文件和一系列扫描数据文件。
后处理端的计算机或服务器对每个接收到的文件进行校验，通过校验码和文件中的校验位确认数据完整并准确无误，若某个文件不完整、数据不准确或是文件数目缺失，则向扫描系统端发送指令，请求重新发送出错或是缺失的文件；如果文件、数据一切正常，则向扫描系统端发送成功接收信号。
当后处理端收到第一个文件，即固定参数信息文件，首先通过哈希校验中的MD5或SHA-1算法确定该文件完整后，再对其进行解析。
继续获取扫描数据文件，完成每个文件的接收后，要对该文件进行验证，通过哈希校验中的MD5或SHA-1算法确定文件完整，并通过校验位的方法确定文件数据准确。最终传输完成后，需要验证接收到的扫描数据文件总数是否和解析出的扫描角度数相同，本实施例中完整扫描为360°，扫描间隔为1°，则最终应获取到360个扫描数据文件。
步骤6、对接收到的所有数据进行解析。
步骤6.1、解析固定参数文件，获取扫描角度数、放射源到旋转中心距离、放射源到探测器距离、旋转中心到探测器距离、探测器尺寸信息和探测器分辨率信息。将扫描角度数与实际接收到的文件数进行比对，若正确，则根据这些信息，确定扫描结构，绘制出静态下扫描系统的几何框架，并进行步骤6.2，若错误，则请求扫描系统端重新发送所有数据，重新执行步骤5。
本实施例中，将旋转中心坐标定为原点，放射源1到旋转中心的距离为300mm，旋转中心到探测器3距离为200mm，放射源1到探测器3距离为500mm，探测器3的边长为130mm，根据这些信息，按照比例得到该次扫描的几何结构示意图，如图2所示，为基于平板探测器锥束CT的几何结构示意图。
步骤6.2、解析每个扫描角度下的扫描数据文件。
首先解析扫描数据文件的文件头，获取每个扫描角度下放射源、旋转中心和探测器的空间位置信息数据，将这些信息进一步加入绘制的扫描系统框架中，绘制出每个扫描角度下扫描系统的位置形态。
如图3所示，为扫描角度在0°、120°、240°时扫描系统的状态示意图。扫描角度为0°时，通过解析扫描数据文件头得到放射源位置(-300，0，0)、旋转中心位置(0，0，0)何探测器中心位置(200，0，0)，再辅以图2中的几何结构，就可以绘制出扫描系统在扫描角度为0°时的状态，其余每个角度都如此绘制。
然后解析扫描数据文件中的扫描数据，除去文件头中的信息和添加的校验位，获取光子的各项信息，即时间信息、能量信息和湮灭位置信息，根据光子的各项信息，配合扫描系统框架，形成最终的扫描过程的动态回放。
根据光子的各项信息，配合扫描系统框架，形成最终的扫描过程的动态回放的过程为：根据湮灭位置信息，在扫描系统框架中表示出该光子出现在探测器上的位置；根据时间信息，在扫描系统框架中动态模拟一系列光子到达探测器的次序和时间顺序；根据能量信息，在多能CT的后期处理中，通过设置选定，只观察某一特定能量或能量区间的光子的动态过程。
如图4所示，为扫描系统在扫描角度为0°时不同时刻下探测器的状态示意图，其中光子能量范围为20KeV-140KeV。随着时间增加，探测器获取到的光子数量也在不断增加，光子不断落在探测器的不同区域，探测器的成像也不断发生变化，通过这种方法实现了对探测器状态的回放。
现有的CT系统中没有记录整个扫描过程的信息，忽略了这一过程中的重要信息。尤其随着云CT发展，技术人员可能观察不到扫描系统的实时工作。本实施例提供的一种CT数据采集及扫描过程虚拟再现的方法，通过对光子的逐一统计，能实现对扫描全过程的动态回放，方便医生或者科技人员清楚的回顾CT扫描系统的工作过程；在多能CT下，可以在扫描结束后再选定期望能量范围的光子，观察其扫描过程、成像效果并进行重建，改变现阶段须在扫描前设定光子能量范围，不满意效果需要重新扫描的情况，有效缩减多能CT扫描次数，降低辐射剂量。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。
Claims (2)
1.一种CT数据采集及扫描过程虚拟再现的方法，其特征在于，该方法包括扫描系统端的处理和后处理端的处理；
所述扫描系统端的处理方法如下：
步骤1、CT进入扫描阶段前，当扫描系统接收到后处理端的计算机或服务器发送的请求扫描指令后，记录固定的参数信息，包括扫描角度总数、放射源到旋转中心距离、放射源到探测器距离、旋转中心到探测器距离、探测器尺寸信息和探测器分辨率，并将这些信息形成该次扫描的固定参数文件，临时存储在扫描系统端的高速存储器中，向后处理端请求发送文件；
步骤2、CT扫描开始后，当每个扫描角度放射源曝光，探测器开始接收数据时，扫描系统记录下每个扫描角度下的几何参数信息和每个到达探测器的光子的各项信息，几何参数信息包括放射源、旋转中心和探测器的空间位置信息，光子的各项信息包括；时间信息、能量信息和湮灭位置信息；
步骤3、建立每个扫描角度下的扫描数据文件，将每个扫描角度下不变的几何参数信息，包括放射源、旋转中心、探测器空间位置信息数据写入对应文件的文件头，将每个扫描角度下所有光子的各项信息数据写入对应扫描数据文件中，并在光子的各项信息数据中加入校验位，将该文件临时存储在扫描系统端的高速存储器上，计算并记录其校验码等待后处理端进行验证，然后向后处理端请求发送文件；
步骤4、扫描系统端收到文件发送许可，后将固定参数文件和所有扫描角度下的扫描数据文件依次发送至后处理端，并等待后处理端的反馈，如果收到成功接收信号，则认为该文件发送成功；如果接收到请求重新发送指令，则重新发送该文件；
所述后处理端的处理方法如下：
步骤5、后处理端在接收到扫描系统端发送的“请求发送文件”指令后，开始接收文件；后处理端的计算机或服务器对每个接收到的文件进行校验，通过校验码和文件中的校验位确认数据完整并准确无误，若某个文件不完整、数据不准确或是文件数目缺失，则向扫描系统端发送指令，请求重新发送出错或是缺失的文件；如果文件、数据一切正常，则向扫描系统端发送成功接收信号；
步骤6、对接收到的所有数据进行解析；
步骤6.1、解析固定参数文件，获取扫描角度数、放射源到旋转中心距离、放射源到探测器距离、旋转中心到探测器距离、探测器尺寸信息和探测器分辨率信息；将扫描角度数与实际接收到的文件数进行比对，若正确，则根据这些信息，确定扫描结构，绘制扫描系统框架，并进行步骤6.2，若错误，则请求扫描系统端重新发送所有数据，重新执行步骤5；
步骤6.2、解析每个扫描角度下的扫描数据文件，首先解析扫描数据文件的文件头，获取每个扫描角度下放射源、旋转中心和探测器的空间位置信息数据，将这些信息进一步加入绘制的扫描系统框架中，绘制出每个扫描角度下扫描系统的位置形态；其次解析扫描数据文件中的扫描数据，获取光子的各项信息，根据光子的各项信息，配合扫描系统框架，形成最终的扫描过程的动态回放。
2.根据权利要求1所述的，一种CT数据采集及扫描过程虚拟再现的方法，其特征在于，所述根据光子的各项信息，配合扫描系统框架，形成最终的扫描过程的动态回放的过程为：根据湮灭位置信息，在扫描系统框架中表示出该光子出现在探测器上的位置；根据时间信息，在扫描系统框架中动态模拟一系列光子到达探测器的次序和时间顺序；根据能量信息，在多能CT的后期处理中，通过设置选定，只观察某一特定能量或能量区间的光子的动态过程。
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Granted publication date: 20190521 |
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