CN106908457B - 基于实时跟踪x射线焦点位置的动态校准方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于实时跟踪X射线焦点位置的动态校准方法，包括：于第一位置与第二位置之间，动态整体移动准直器的两个挡片，两挡片开缝的中心位置设为参考位置，从第一位置到第二位置，两个挡片经过若干调整位置，于每个调整位置，获取相应的调整参数，该调整参数包括边缘层光子响应特征比值、相对参考位置的偏移量、图像信息，该边缘层光子响应特征比值为探测器的两边缘侧通道分别接收的光子响应特征信号累加的比值，移动结束后，根据若干调整参数对应的图像信息，确定目标调整参数，确定目标位置，动态整体移动两个挡片至该目标位置。本发明无需调整两个挡片的相对位置，即可实现焦点位置的动态校准，提高了CT成像质量，避免额外增加对患者的辐射剂量。

Description

基于实时跟踪X射线焦点位置的动态校准方法
技术领域
本发明涉及一种CT机焦点位置校准方法，特别是涉及一种基于实时跟踪X射线焦点位置的动态校准方法。
背景技术
CT设备广泛应用在医疗和工业中，CT成像的图像质量是CT设备的核心指标。
如图1所示，CT设备一般包括机架、X射线发生装置、准直器、探测器、计算机系统等部件，其中，准直器前端设有两个挡片，两个挡片之间相隔很窄的开缝，用于减少对患者不必要的辐射剂量和低能量的X射线散射。
CT设备于临床应用前，一般先进行空气校准，理想情况下，扫描空气所得到的图像应该是均匀的，但是，由于X射线球管的阳极足跟效应(如图2所示)，球管内旋转结构的机械振动及阳极靶的热胀冷缩，X射线的焦点位置会发生漂移，漂移后的焦点易被准直器的挡片所遮挡，造成边缘层的图像含有环和/或带状伪影，且，这种伪影会随X射线球管热容发生变化。
为解决焦点漂移的问题，通常采用增大准直器开缝的方法，以增加射线束覆盖的探测器范围，但是，这种方法会增加临床应用中患者接受到的辐射剂量，且不同球管热容条件下的X射线焦点位置存在差异，易造成空气校准失真。
发明内容
鉴于上述原因，本发明的目的在于提供一种基于实时跟踪X射线焦点位置的动态校准方法，能够实时、动态地校准焦点位置，提高CT设备成像的图像质量，无需增大准直器开缝，不会额外增加对患者的辐射剂量。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于实时跟踪X射线焦点位置的动态校准方法，包括：
于第一位置与第二位置之间，动态整体移动准直器的两个挡片，两挡片开缝的中心位置设为参考位置，
从第一位置到第二位置，两个挡片经过若干调整位置，
于每个调整位置，获取相应的调整参数，该调整参数包括边缘层光子响应特征比值、相对参考位置的偏移量、图像信息，该边缘层光子响应特征比值为探测器的两边缘侧通道分别接收的光子响应特征信号累加的比值，
移动结束后，根据若干调整参数对应的若干图像信息，确定目标调整参数，确定目标位置，
动态整体移动两个挡片至该目标位置。
进一步的，
根据若干调整参数对应的图像信息，选取出成像质量最高的图像信息，依该成像质量最高的图像信息，确定相应的相对参考位置的偏移量，作为目标位置。
所述相对参考位置的偏移量为当前调整位置相对参考位置的偏移量。
所述图像信息为当前调整位置下，探测器依接收的光子响应信号，重建得到的图像信息。
确定所述相对参考位置的偏移量的方法是：
整体移动两个挡片，使得所述参考位置与预设的焦点位置相对应，计算此时的边缘层光子响应特征比值，作为预设的参考值；
根据公式(1)计算比例因子，
Figure BDA0001234523460000021
其中，ratio1为两个挡片位于第一调整位置location1时的边缘层光子响应特征比值，ratio2为两个挡片位于第二调整位置1ocation2时的边缘层光子响应特征比值；
将某一调整位置时的边缘层光子响应特征比值减去该预设的参考值，然后乘以该比例因子，得到所述相对参考位置的偏移量。
所述第二调整位置为所述参考位置。
在所述第一位置与第二位置之间，每隔一调整时间，两个挡片位于一调整位置。
本发明的优点是：
1、将探测器两边缘侧通道分别接收的光子响应特征信号累加的比值作为校准焦点位置的依据，该跟踪算法轻量，计算简单，大大降低了硬件存储空间，提高了数据传递与处理的效率；
2、通过整体平移准直器的两个挡片实现焦点校准过程，操作简单，维护方便，鲁棒性强，控制精度高；
3、无需增大准直器开缝，即可实时、动态地校准焦点位置，提高了CT设备成像的图像质量，不会额外增加对患者的辐射剂量。
附图说明
图1是CT设备部分部件的结构原理图。
图2是阳极足跟效应导致焦点漂移的原理示意图。
图3是本发明的方法流程示意图。
图4是本发明的简化流程图。
图5是本发明于一具体实施例中32排探测器接受的光子响应分布示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。
如图3、4所示，本发明公开的基于实时跟踪X射线焦点位置的动态校准方法，包括如下步骤：
于第一位置与第二位置之间，动态整体移动准直器的两个挡片，两挡片开缝的中心位置设定为参考位置，第一位置到第二位置过程中的每个位置设定为调整位置；
整体移动两个挡片的过程中，于每个调整位置，获取相应的调整参数，该调整参数Para包括边缘层光子响应特征比值ratio、相对参考位置的偏移量offset、图像信息Image，即Para(ratio，offset，Image)；其中，边缘层光子响应特征比值为当前调整位置下，第一边缘层光子响应特征信号与最后一个边缘层光子响应特征信号的比值，即
Figure BDA0001234523460000031
第一边缘层光子响应特征信号与最后一个边缘层光子响应特征信号分别对应位于两个边缘侧的探测器通道所采集的光子响应特征信号累加；相对参考位置的偏移量为当前调整位置相对参考位置的偏移量，图像信息为当前调整位置下，X射线扫描后，探测器依接收的光子响应信号，重建得到的图像信息。
两挡片从第一位置经若干调整位置移动至第二位置后，对应若干调整位置得到相应的若干调整参数；
依据若干调整参数，根据分别对应的图像信息，从中确定出图像质量最高的图像信息Best_Image，将该图像质量最高的图像信息所对应的调整参数作为目标调整参数，从该目标调整参数中获取相应的相对参考位置的偏移量，作为待校准的目标位置；
动态整体移动准直器的两个挡片至该目标位置，实现焦点位置的动态校准。
具体的说，于一具体实施例中，设定两个挡片向左侧移动最大距离至第一位置，向右侧移动最大距离至第二位置，以32排探测器为例，CT机开机启动进行空气校准，过程如下：
首先，调整两个挡片的相对位置，使得开缝变窄，得到当前条件下的焦点位置(预设的焦点位置)，然后，调整两个挡片的相对位置，使得开缝恢复至临床应用时的缝宽，随后，整体移动两个挡片，使得两个挡片的参考位置与测量得到的焦点位置相对应，得到调整后的边缘层光子响应特征比值，将调整后的边缘层光子响应特征比值作为预设的参考值refer；
然后，确定比例因子，具体方法是：整体调整两个挡片的位置，分别至第一调整位置location1与第二调整位置location2，得到第一调整位置对应的边缘层光子响应特征比值ratio1，及第二调整位置对应的边缘层光子响应特征比值ratio2，利用公式(1)计算比例因子：
Figure BDA0001234523460000041
为简化计算，可设定第二调整位置为参考位置，设参考位置的location＝0，第一调整位置为相对参考位置的偏移距离，例如，第一调整位置位于距离参考位置左侧的100微米处，则公式(1)中的分子部分为(100-0)，第一调整位置位于距离参考位置右侧的100微米处，则公式(1)中的分子部分为(-100-0)。
之后，实时动态地整体移动两个挡片(两个挡片的相对位置不变，不改变开缝的大小)，使得两个挡片从第一位置移动至第二位置；移动过程中，每隔一调整时间，两个挡片位于一调整位置；于每个调整位置，32排探测器接收X射线并产生相应的光子响应信号(如图5所示)，确定每个调整位置对应的调整参数，包括：
1)计算第一边缘层光子响应特征信号(图5所示第1排探测器接收的光子响应特征信号累加)与最后一个边缘层光子响应特征信号(图5所示第32排探测器接收的光子响应特征信号累加)的比值，得到边缘层光子响应特征比值ratio；2)计算相对参考位置的偏移量offset，该相对参考位置的偏移量等于边缘层光子响应特征比值ratio减去预设的参考值refer后乘以比例因子factor，即offset＝(ratio-refer)×factor；3)根据探测器接收的光子响应信号，重建出当前调整位置下的图像信息Image。
两个挡片从第一位置移动至第二位置后，根据每一调整位置对应的调整参数，从所有调整参数对应的图像信息中，确定图像质量最好的图像信息Best_Image，将该图像质量最好的图像信息对应的调整参数作为目标调整参数，根据该目标调整参数确定其相应的相对参考位置的偏移量，作为待校准的目标位置，然后，通过控制步进电机动态整体移动两个挡片使其到达该目标位置，完成焦点的动态校准过程。
本发明的基于实时跟踪X射线焦点位置的动态校准方法，CT设备于空气校准过程中，于第一位置与第二位置之间，整体移动准直器的两个挡片，移动过程中，于每一调整位置采集相应的调整参数，移动结束后，根据各调整参数，确定成像质量最好的图像信息，及相应的偏移位置作为待校准的目标位置，整体移动两个挡片至目标位置，完成焦点位置的动态校准。本发明无需扩大准直器的开缝，即可实现焦点位置的实时、动态校准，提高了CT设备的成像质量，避免了额外增加对患者的辐射剂量。
以上所述是本发明的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。

Claims (5)

1.基于实时跟踪X射线焦点位置的动态校准方法，其特征在于，包括：
于第一位置与第二位置之间，动态整体移动准直器的两个挡片，两挡片开缝的中心位置设为参考位置，
从第一位置到第二位置，两个挡片经过若干调整位置，
于每个调整位置，获取相应的调整参数，该调整参数包括边缘层光子响应特征比值、相对参考位置的偏移量、图像信息，该边缘层光子响应特征比值为探测器的两边缘侧通道分别接收的光子响应特征信号累加的比值，
移动结束后，根据若干调整参数对应的若干图像信息，确定目标调整参数，确定目标位置，
动态整体移动两个挡片至该目标位置，
其中：
根据若干调整参数对应的图像信息，选取出成像质量最高的图像信息，依该成像质量最高的图像信息，确定相应的相对参考位置的偏移量，作为目标位置；
确定所述相对参考位置的偏移量的方法是：
整体移动两个挡片，使得所述参考位置与预设的焦点位置相对应，计算此时的边缘层光子响应特征比值，作为预设的参考值；
根据公式(1)计算比例因子，
Figure FDA0002142800570000011
其中，ratio1为两个挡片位于第一调整位置location1时的边缘层光子响应特征比值，即第一调整位置下，多层CT的第一边缘层光子响应特征信号与最后一个边缘层光子响应特征信号的比值，ratio2为两个挡片位于第二调整位置location2时的边缘层光子响应特征比值，即第二调整位置下，多层CT的第一边缘层光子响应特征信号与最后一个边缘层光子响应特征信号的比值；
将某一调整位置时的边缘层光子响应特征比值减去该预设的参考值，然后乘以该比例因子，得到所述相对参考位置的偏移量。
2.根据权利要求1所述的基于实时跟踪X射线焦点位置的动态校准方法，其特征在于，所述相对参考位置的偏移量为当前调整位置相对参考位置的偏移量。
3.根据权利要求1所述的基于实时跟踪X射线焦点位置的动态校准方法，其特征在于，所述图像信息为当前调整位置下，探测器依接收的光子响应信号，重建得到的图像信息。
4.根据权利要求1所述的基于实时跟踪X射线焦点位置的动态校准方法，其特征在于，所述第二调整位置为所述参考位置。
5.根据权利要求1所述的基于实时跟踪X射线焦点位置的动态校准方法，其特征在于，在所述第一位置与第二位置之间，每隔一调整时间，两个挡片位于一调整位置。
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