CN107019517A - X射线多能成像系统及其成像控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供X射线多能成像系统及其成像控制方法，属于X射线成像技术领域。本发明的X射线多能成像系统包括X射线源、射线源控制模块、探测器、成像机台、过滤转盘、转盘驱动模块和信号同步模块，其中，过滤转盘至少设置有分别对应于第一X射线和第二X射线的第一模块和第二模块，第二模块用于对第二X射线进行能谱过滤；信号同步模块用于在第一模块置于第一X射线的投射路径上时触发射线源控制模块同步地控制X射线源产生第一X射线、在第二模块置于第二X射线的投射路径上时触发射线源控制模块同步地控制X射线源产生第二X射线。本发明物质区分能力好、对X射线源要求低、同步控制易于实现并且成像效果好。

Description

X射线多能成像系统及其成像控制方法

技术领域

本发明属于X射线成像技术领域，涉及基于不同能谱的X射线动态地获得双能图像。

背景技术

多能成像是以多种不同能谱的X射线对受验者进行辐射投影，受验者体内的物质对不同能谱的X射线具有不同的X射线吸收系数，从而能获得相应的差别，基于该差别可以使受验者内的物质区分得以加强并在最后的成像图像以明显体现。

多能成像通常也称为“双能成像”，其本质是基于两种不同能谱的X射线成像，两种X射线的能谱区分度较好，也相对更容易获得受验者内的物质差别信息，也即物质区分能力更好，因此，双能成像技术已经在诸如双能CT成像领域广泛应用。

中国专利申请号为CN200910211325.3、名称为“用于双能量的快速KVP切换的系统和方法”的专利中，揭示了常见的双能成像及其成像控制方法。

双能成像对两种不同物质的区分能力，一方面取决于两种物质本身原子序数的差别，另一方面取决于“双能”的X射线的两种能谱本身的重叠程度或差异程度，也即能谱区分度。理论上两种X射线的能量峰值相差越远，重叠成分越少，能谱区分度就越强，物质区分能力就越强，哪怕原子序数相对接近的两种物质，也能够被区分出来。

目前，在诸如CT成像领域，为获得较好的物质区分能力，常见的办法是通过控制X射线源来扩大X射线源的产生的两种X射线的能谱差异，例如，扩大低能谱X射线与高能谱X射线之前的能谱差异，具体通过增大X射线源产生高能谱X射线时的工作电压。

但是，这种方法明显具有以下缺点：

一方面，这种方法提高了X射线源的工作电压，对X射线源的性能要求大大提高，例如对X射线源的热容量要求提高，因此，某种程度上使X射线源的成本大大提高，并且可能降低X射线源的使用寿命。

另一方面，这种方法提高了X射线源的工作电压，也提高了在高能谱X射线情况下的辐射剂量，这在医疗成像领域变得越来越不适用，例如，在CT成像中，X射线源的最大工作电压被限制在150kV。

并且，目前的双能CT成像技术中，在成像控制过程中，控制成像机台相对受验者转动的过程中，基于成像机台的转动角度信号来控制X射线源来使用低能谱X射线辐射成像还是使用高能谱X射线辐射成像，也即，基于成像机台的转动角度来触发控制双能X射线的投射或曝光。

发明内容

本发明的目的之一在于，提高多能X射线成像系统的物质区分能力的同时降低对X射线源的要求。

本发明的又一目的在于，提高多能X射线成像系统的成像效果。

为实现以上目的或者其他目的，本发明提供以下技术方案：

按照本发明的一方面，提供一种X射线多能成像系统，其包括：

X射线源，其至少用于可切换地产生具有第一能谱的第一X射线和具有第二能谱的第二X射线，所述第二X射线相对所述第一X射线具有较高的平均能量；

射线源控制模块，用于控制切换产生所述第一X射线和所述第二X射线；

探测器，其用于至少接收从所述X射线源投射过来的第一X射线和第二X射线并分别进行成像数据采集；和

成像机台，其上至少固定设置有所述X射线源和所述探测器；

并且还包括：

过滤转盘，其至少设置有分别对应于第一X射线和第二X射线的第一模块和第二模块，其中，所述第二模块用于对所述第二X射线进行能谱过滤；

转盘驱动模块，其用于驱动所述过滤转盘转动以使所述第一模块置于所述第一X射线的投射路径上或者使第二模块置于所述第二X射线的投射路径上；以及

信号同步模块，其与所述转盘驱动模块和所述射线源控制模块控制装置耦接，并且至少用于在所述第一模块置于所述第一X射线的投射路径上时触发所述射线源控制模块同步地控制所述X射线源产生第一X射线、在所述第二模块置于所述第二X射线的投射路径上时触发所述射线源控制模块同步地控制所述X射线源产生第二X射线。

根据本发明一实施例的X射线多能成像系统，其还包括：

成像机台驱动模块，其用于驱动所述成像机台以及所述成像机台上的所述X射线源和所述探测器相对受验者转动；

其中，所述成像机台驱动模块与所述信号同步模块耦接，所述信号同步模块在所述第一模块置于所述第一X射线的投射路径上时以及在所述第二模块置于所述第二X射线的投射路径上时分别触发所述成像机台驱动模块采集所述成像机台相对所述受验者的当前转动角度。

根据本发明一实施例的X射线多能成像系统，其还包括：

图像重构模块，其至少用于接收所述转动角度，并基于该转动角度信息进行3D图像重构。

在一实例中，所述X射线多能成像系统还包括：探测器控制模块，其至少用于控制所述探测器的成像数据采集与所述X射线源的第一X射线或所述第二X射线的产生同步进行。

在又一实例中，所述X射线多能成像系统还包括：探测器控制模块，其与所述信号同步模块耦接；其中，所述信号同步模块还用于在所述X射线源产生第一X射线或所述第二X射线时触发探测器控制模块同步地控制所述探测器进行成像数据采集。

根据本发明又一实施例的X射线多能成像系统，其中，所述过滤转盘为圆盘结构，所述第一模块和第二模块分布在该圆盘结构的不同扇区。

根据本发明又一实施例的X射线多能成像系统，其中，所述第一模块和第二模块交替地分布在该圆盘结构的不同扇区；或者该圆盘结构的连续多个扇区设置多个所述第一模块再在一个或多个扇区设置一个或多个所述第二模块。

根据本发明又一实施例的X射线多能成像系统，其中，配置第二模块所使用的材料以及第一模块所使用的材料，以至于所述第二模块使用的材料对第二X射线中的较低能量部分的过滤效果相比所述第一模块使用的材料对第一X射线中的较低能量部分的过滤效果好。

可选地，所述第二模块所使用的材料为铜或锡，所述第一模块使用的材料为铝等弱X射线吸收材料。

可选地，所述第一模块对应的扇区被设置为空心结构。

根据本发明还一实施例的X射线多能成像系统，其中，所述X射线源为单焦点射线源。

根据本发明还一实施例的X射线多能成像系统，其中，通过切换所述X射线源的工作电压以可切换地产生所述第一X射线和所述第二X射线。

具体地，所述X射线源的工作电压被切换为80kV时产生第一X射线，所述X射线源的工作电压被切换为110kV时产生第二X射线。

在之前所述任一实施例的X射线多能成像系统中，所述第二模块的厚度为0.1mm-3mm，所述第二模块所使用的材料为铜。

根据本发明再一实施例的X射线多能成像系统，其中，所述过滤转盘设置有旋转位置检测部件。

根据本发明再一实施例的X射线多能成像系统，其中，所述旋转位置检测部件包括设置在所述过滤转盘上的若干光电开关信号标记部及若干光电开关形成的光电开关组合。

根据本发明再一实施例的X射线多能成像系统，其中，所述光电开关标记部为设置所述过滤转盘的边沿的缺口，所述过滤转盘的边沿被夹置于所述光电开关的光电信号发送部和光电信号接收部之间。

根据本发明再一实施例的X射线多能成像系统，其中，所述过滤转盘为圆盘结构，所述第一模块和第二模块分布在该圆盘结构的不同扇区，所述缺口对应设置在每个所述第二模块/所述第一模块对应的扇区的起始角度处或中心角度处。

根据本发明再一实施例的X射线多能成像系统，其中，所述光电开关组合发送第一数字信号以表示该所述第一模块开始或已经置于所述第一X射线的投射路径上；所述光电开关组合发送第二数字信号以表示该所述第二模块开始或已经置于所述第二X射线的投射路径上。

根据本发明再一实施例的X射线多能成像系统，其中，所述第一数字信号或所述第二数字信号被发送至所述同步模块，所述同步模块基于所述第一数字信号或所述第二数字信号触发所述射线源控制模块同步地控制所述X射线源产生第二X射线。

按照本发明的又一方面，提供一种以上所述X射线多能成像系统的成像控制方法，其中：

驱动所述过滤转盘转动并检测过滤转盘转动的旋转位置；

在所述过滤转盘的第一模块置于所述第一X射线的投射路径上时，触发所述射线源控制模块同步地控制X射线源产生第一X射线；

在所述过滤转盘的第二模块置于所述第二X射线的投射路径上时触发所述射线源控制模块同步地控制X射线源产生第二X射线；

探测器至少接收从所述X射线源投射过来的第一X射线和第二X射线并分别进行成像数据采集。

根据本发明一实施例的成像控制方法，其中，驱动所述X射线多能成像系统的成像机台以及所述成像机台上的所述X射线源和所述探测器相对受验者转动；

在所述第一模块置于所述第一X射线的投射路径上时以及在所述第二模块置于所述第二X射线的投射路径上时分别触发采集所述成像机台相对所述受验者的当前转动角度。

根据本发明一实施例的成像控制方法，其中，基于所述成像数据以及所述当前转动角度进行3D图像重构。

根据本发明一实施例的成像控制方法，其中，所述成像数据采集与所述X射线源的第一X射线或所述第二X射线的产生同步进行。

本发明的技术效果是，通过引入过滤转盘来提高双能X射线的频谱区分度，多能X射线成像系统的物质区分能力得到提高，并且有利于降低对X射线源的要求，在同样物质区分能力情况下也有利于减小辐射剂量；同时，通过同步模块可以实现通过滤转盘的转动来控制整个成像过程，X射线源、过滤转盘、探测器、成像机台之间的同步易于实现并且同步效果好；因此，大大提高成像效果。

附图说明

从结合附图的以下详细说明中，将会使本发明的上述和其他目的及优点更加完整清楚。

图1是按照本发明一实施例的X射线多能成像系统的模块结构示意图。

图2是图1所示实施例的X射线多能成像系统的基本结构示意图。

图3是图1所示实施例的X射线多能成像系统的动态成像过程示意图，其中图3（a）为基于低能谱的X射线129a进行辐射成像，图3（b）为基于高能谱的X射线129b进行辐射成像。

图4是不同能谱的X射线在过滤转盘的过滤作用下频谱区分度得到增大的示意图，其中图4（a）为未穿透过滤转盘之前的X射线能谱分布，图4（b）为穿透过滤转盘之后的X射线能谱分布。

图5是按照本发明一实施例的过滤转盘的结构示意图。

图6是按照本发明一实施例的光电开关在过滤转盘转动工作时产生的信号。

图7是为图1所示实施例的X射线多能成像系统的成像控制过程中的同步原理示意图。

图8是应用本发明实施例的X射线多能成像系统进行CT成像的效果示意图，其中图8（a）为仅使用单个X射线进行CT扫描并经过图像重构后获得的图像，图8（b）为使用X射线多能成像系统进行CT扫描并经过图像重构后获得的图像。

具体实施方式

现在将参照附图更加完全地描述本发明，附图中示出了本发明的示例性实施例。但是，本发明可按照很多不同的形式实现，并且不应该被理解为限制于这里阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开变得彻底和完整，并将本发明的构思完全传递给本领域技术人员。附图中，相同的标号指代相同的元件或部件，因此，将省略对它们的描述。

图1所示为按照本发明一实施例的X射线多能成像系统的结构示意图。在X射线多能成像系统10中，其以其中两种不同能量或能谱的X射线129进行示例说明，但是，在其他示例中，X射线多能成像系统10中甚至可以基于三种甚至更多的不同能谱的X射线进行多能成像；应当理解，三种或更多不同能谱的X射线中，其中任意两种也可以理解为两种不同能谱的X射线129。因此，在本发明中，“双能成像”并不限于两种不同能量的X射线进行成像，其也可以理解为“多能成像”。本发明实施例的多能成像系统优选基于两种不同能谱的X射线成像，但是不限于两种。

X射线多能成像系统10可以但不限于应用于医学成像领域，以下具体以基于其构成的CT成像系统为示例进行详细说明。

图2所示为图1所示实施例的X射线多能成像系统的基本结构示意图。图3所示为图1所示实施例的X射线多能成像系统的动态成像过程示意图，其中图3（a）为基于低能谱的X射线129a进行辐射成像，图3（b）为基于高能谱的X射线129b进行辐射成像。

继续如图1至图3所示，X射线多能成像系统10具体地设置有X射线源120，其用于产生两种至少不同能谱的X射线129，即X射线129a和X射线129b，X射线129b相对X射线129具有较高能谱，在该实施例中，X射线129b是在较高的工作电压（即X射线管电压）下产生，例如110kv，X射线129a是在相对较低的工作电压（即X射线管电压）下产生，例如80kV。因此，X射线129b相对X射线129a具有较高的平均能量，它们的平均能量的差异基本体现在它们的能量峰值的差异。

应当理解，X射线129b或X射线129a的具体对应的工作电压并不限于以上实施例，具体也可以通过增大X射线129a和X射线129b对应的工作电压之间的差异，来增大本发明的X射线成像系统的物质区分能力，但是，本申请着重在于如何通过X射线源之外的部件来实现X射线成像系统的物质区分能力的提高，因此，可以降低产生高能谱X射线时的射线源的工作电压，对X射线源的要求降低，有利于降低X射线源成本、增加其使用寿命。

在优选的实施例中，X射线129a和X射线129b都是通过X射线源120的同一焦点生成，也即X射线源120是单焦点射线源。通过控制X射线源120的工作电压（即X射线管电压）的切换，可以切换地产生不同能谱的X射线129a和X射线129b，例如，交替地产生X射线129a和X射线129b并投射或辐射至同一受验者900，并进一步投射或辐射至探测器140上。

受验者900全部或者部分地置于X射线源120投射过来的X射线的范围中并受X射线129a或X射线129b辐射。受验者900具体可以为人或者人的某一器官或身体部位，也可以为其他受验对象，其可以根据本发明的X射线多能成像系统10的应用领域不同而发生变化。

探测器140具体可以为平板探测器，但是，探测器140的具体类型在本发明中不是限制性的。探测器140 可以接收从X射线源120投射过来的X射线129a和X射线129b，并分别进行成像数据采集，并将该成像数据上送至X射线多能成像系统10中的图像重构模块160进行3D图像重构。对应探测器140，设置相应的探测器控制模块141，其控制探测器140的成像，成像数据首先可以上送至探测器控制模块141然后再传送至图像重构模块160。

在一实施例中，探测器控制模块141可以控制探测器140与X射线源120同步地工作，也即控制探测器140的成像数据采集与X射线源120的X射线129a或X射线129b的产生同步进行，这样，探测器140的成像数据即对应当前投射的X射线，该成像数据是基于当前投射的X射线成像形成的，在图像重构模块160中可以区分出基于不同能谱的成像数据。

进一步，以上实施例的探测器140、X射线源120都可以固定设置X射线多能成像系统10的成像机台110上，在进行CT成像时，成像机台110被成像机台驱动模块111驱动以相对受验者转动，此时，探测器140和X射线源120也同步地相对受验者转动，从而能够实现3D成像。成像机台驱动模块111例如可以包括驱动电机，并可以控制成像机台的转动角度以及转动速度，在该实施例中，成像机台驱动模块111还可以在任意时刻采集成像机台110相对受验者900的当前转动角度。当前转动角度的采集可以基于某一设定的角度参考进行。

继续如图1至图3所示，X射线多能成像系统10中设置有过滤转盘130，过滤转盘130在该实施例中包括若干第一模块130a和若干第二模块130b，第一模块130a和第二模块130b可以采用不同的过滤材料制成，在该实施例中，第一模块130a可以但不限于为空气，此处的空气可以理解为其相对X射线129a的过滤效果为0的透明材料，例如，第一模块130a还可以为铝等弱X射线吸收材料；第二模块130b可以但不限于为铜、锡或铝等材料。各种过滤材料相对容易对低能量的X射线进行过滤，在该实施例中，第二模块130b使用的材料对X射线129b中的较低能量部分的过滤效果比第一模块130a使用的材料对X射线129a中的较低能量部分的过滤效果好。

过滤转盘130置于X射线129的投射路径上，具体设置在受验者900与X射线源120之间的投射路径上；为实现第一模块130a与第二模块130b之间的动态切换，将其设置为转盘结构并被驱动相对其转轴（图中未示出）转动。优选地，过滤转盘130设置为圆盘结构，第一模块130a和第二模块130b分布在圆盘结构的不同扇区，从而，过滤转盘130转动时，第一模块130a和第二模块130b二者可切换或可交替地置于X射线129的投射路径上，以实现对X射线129进行相应的过滤。将过滤转盘130设置为圆盘结构时，其转动控制方便并且容易高速转动，容易实现第一模块130a和第二模块130b高速切换要求，例如可以达到每秒切换30次以上，可以满足CT成像的要求。

继续如图3所示，第一模块130a对应地用于对低能谱的X射线129a进行过滤，因此，在第一模块130a被转动至X射线的投射路径时，X射线源120被控制为切换至80kV的工作电压，从而相应地产生低能谱的X射线129a，此时，X射线129a基本穿过第一模块130a继续投射或辐射至受验者900、并进一步投射或辐射至探测器140上，受验者900在经过第一模块130过滤后的X射线的辐射下进行成像；在第二模块130b被转动至X射线的投射路径时，X射线源120被控制为切换至110kV的工作电压，从而相应地产生高能谱的X射线129b，此时，X射线129b基本穿过第二模块130b继续投射或辐射至受验者900、并进一步投射或辐射至探测器140上，受验者900在经过第二模块130过滤后的X射线的辐射下进行成像。

由于第二模块130b对X射线129b中的较低能量部分具有更好的过滤效果，从而可以而将第二模块130b中的低能量部分的X射线较多地过滤掉，因此，能将穿透过第二模块130b的X射线129b的平均能量或能量峰值相对其穿透前增大；而对于第一模块130a，其X射线129b中的较低能量部分的过滤效果差或者基本不过滤，穿透过第一模块130a的X射线129a的平均能量或能量峰值相对其穿透前基本不变化（或者增大变化较小）。这样，穿透过过滤转盘130的X射线129a和X射线129b二者之间相对其穿透前具有更大能量峰值差异，二者之间的重叠部分也越少，从而能谱区分度越好，基于过滤转盘130过滤处理后的X射线129a和X射线129b进行X射线成像时，其物质区分能力就越强。

图4所示为不同能谱的X射线在过滤转盘的过滤作用下频谱区分度得到增大的示意图，其中图4（a）为未穿透过滤转盘之前的X射线能谱分布，图4（b）为穿透过滤转盘之后的X射线能谱分布。如图3和图4所示，801为在80kV工作电压条件下产生的X射线129a的能谱分布曲线，802为在110kV工作电压条件下产生的X射线129b的能谱分布曲线，802a为在X射线129b在过滤转盘130的第二模块130b的过滤处理后得到的能谱分布曲线；由于第一模块130a在此为空心结构，视为基本不对X射线129a产生过滤，因此，图4（b）的曲线801与图4（a）中的曲线801相同并采取相同标号。其中Y轴表示归一化强度，X轴表示能量。可以看到，由于过滤转盘130的第一模块130a采用空心结构，X射线129a在其穿透过过滤转盘130后基本不发生变化，就是说其平均能量或能量峰值保持在原X轴对应的位置；在过滤转盘130的第二模块130b采用铜材料的情况下，X射线129b在其穿透过过滤转盘130的第二模块130b时，比对曲线802和802a可以发现，能量越低的X射线越被较大程度地过滤掉，从而过滤后的X射线129b的平均能量或能量峰值增大，也即在X轴上相对向右移动。这样，图4（b）中的曲线802a相对曲线801具有更大的能谱区分度。

图5所示为按照本发明一实施例的过滤转盘的结构示意图。如图5所示，在该实施例中，过滤转盘130为圆盘形状，被大致地分为6个扇区，其中三个扇区布置第一模块130a，另外三个扇区布置第二模块130b，第一模块130a和第二模块130b交替地布置。过滤转盘130的扇区的个数并不限于本发明实施例的6个，第一模块130a与第二模块130b的分布方式也不限于本发明实施例的交替布置方式，例如，还可以连续设置多个第一模块130a再设置一个或连续设置多个第二模块130b。其中，第一模块130a可以用来过滤X射线129a，第二模块130b可以用来过滤X射线129b。具体的，第一模块130a为不设置任何材料的空心结构或空缺区域，可以理解此时过滤材料设置为空气，对X射线129a基本不产生过滤，第一模块130a还可以为铝等弱X射线吸收材料；第二模块130b可以通过铜、锡、铝等制成。第一模块139a/第二模块130b的厚度可以根据过滤要求、其具体材料设置等来设置，例如，第二模块130b为铜时，其可以设置为0.1mm-3mm，具体为0.5mm。

继续如图5所示，过滤转盘130上还设置有旋转位置检测部件，其可以检测过滤转盘130的旋转位置，从而确定第一模块130a或第二模块130b是否处于X射线129的投射路径上。在该实施例中，旋转位置检测部件基于光电信号来生成诸如“01”或“10”的数字编码信号，具体地，旋转位置检测部件包括设置在过滤转盘130上的若干光电开关信号标记部133、以及若干光电开关，例如，两个光电开关1331和1332。光电开关信号标记部133例如为设置在过滤转盘130的边沿的缺口，3个缺口对应为3个光电开关信号标记部133；过滤转盘130在转动时，其边沿可以相对光电开关1331和1332转动，过滤转盘130的边沿被夹置于光电开关1331/1332的光电信号发送部和光电信号接收部之间，从而在任一缺口对应的光电开关信号标记部133经过光电开关1331/1332时，光电开关被触发为高电平“1”的信号，否则为低电平“0”。

图6所示为按照本发明一实施例的光电开关在过滤转盘转动工作时产生的信号。如图5和图6所示，过滤转盘130每转动一周，光电开关1331/1332产生3个脉冲信号，脉冲信号的时段表示此时光电开关信号标记部133经过该光电开关。通过设置光电开关信号标记部133相对第一模块130a或第二模块130b的位置，可以基于该脉冲信号就可以读出过滤转盘130的第一模块130a或第二模块130b的当前旋转位置。在该实施例中，在过滤转盘130示例地按照如图5所示的逆时针方向转动时，每个光电开关信号标记部133对应设置在每个第二模块130b对应的扇区的起始角度处，两个光电开关信号标记部133呈直线布置。在如图5所示所处的位置时，其中光电开关标记部133对应在光电开关1331位置处，此时光电开关1331产生如图6所示的高电平的脉冲信号，表示该光电开关标记部133对应的第二模块130b开始进入X射线129的投射路径上；同时，光电开关1332未对应有光电开关标记部133，此时光电开关标记部133产生低电平的信号；因此，此时，光电开关1331和1332可以组合产生“10”的数字信号，也即旋转位置检测部件产生“10”的数字信号。可以预知，在相对如图5所示位置继续旋转60°后，光电开关1331产生低电平的信号，光电开关1332产生如图6所示的高电平的脉冲信号，因此，此时，光电开关1331和1332可以组合产生“01”的数字信号，也即旋转位置检测部件产生“01”的数字信号，此时则表示第一模块130a开始进入X射线129的投射路径上、第二模块130b则已经离开X射线129的投射路径。

需要说明的是，过滤转盘130的旋转位置检测并不限于以上实施例的旋转位置检测部件和检测方式，本领域技术人员根据本发明的以上教导或起始可以类推出其他实施例的位置检测方式。例如，每个光电开关信号标记部133对应设置在每个第二模块130b对应的扇区的中心角度处，光电开关1331和1332可以组合产生“10”的数字信号表示第二模块130b置于X射线129的投射路径上，光电开关1331和1332构成的光开关组合可以组合产生“01”的数字信号，则表示该第二模块130a置于X射线129的投射路径上；或者还例如每个光电开关信号标记部133对应设置在每个第一模块130a对应的扇区的起始角度处。

以下进一步说明图1所示实施例的X射线多能成像系统10的成像控制。

继续如图1所示，X射线多能成像系统10还包括对应X射线源120设置的射线源控制模块121、对应过滤转盘130设置的转盘驱动模块131以及对应成像机台110设置的成像机台驱动模块111，至少转盘驱动模块131和射线源控制模块121与X射线多能成像系统10的同步模块150耦接。

转盘驱动模块131具体地可以与如图5所示的过滤转盘130的光电开关连接，光电开关产生的数字信号“01”或“10”被发送至转盘驱动模块131并进一步发送至同步模块150。转盘驱动模块131可以设置有电机驱动过滤转盘130作旋转转动，从而使第一模块130a置于X射线129a的投射路径上（如图4（a）所示）或者使第二模块130b置于X射线129b的投射路径上（如图4（b））。这样，过滤转盘130的第一模块130a和第二模块130b可以交替地置于X射线129的投射路径上。具体地，过滤转盘130可以被高速地均匀驱动，可以根据每秒需要采集的图像帧的个数等来确定。

控制模块121可以控制X射线120源切换地产生X射线129a和X射线129b，因此，X射线源120并不是持续地产生同一能谱的X射线。具体地，通过切换控制X射线源120的工作电压（例如80kV和110kV），可以切换地产生双能X射线。

成像机台驱动模块111可以驱动成像机台110按照预定速度转动，从而使X射线源120和探测器140相对受验者900转动。成像机台驱动模块111可以采集某个时刻的成像机台110相对受验者900的当前转动角度。

同步模块150可以用来控制X射线源120和过滤转盘130的同步动作。X射线源120的切换动作受过滤转盘130的转动而触发。在该实施例中，当同步模块150接收到过滤转盘130反馈过来的数字信号“01”时，表示过滤转盘130的第一模块130a开始进入X射线的投射路径，同步模块150在预定时间后产生第一触发信号来驱动射线源控制模块121将X射线源120的工作电压设置在80kV，从而产生X射线130a；此处的“预定时间”根据过滤转盘130的转速、光电开关信号标记部133的设置位置等来确定，在该预定时间后，表示第一模块130a此时置于第一X射线130a（在X射线130a产生时）的投射路径上。

当同步模块150接收到过滤转盘130反馈过来的数字信号“10”时，表示过滤转盘130的第二模块130b开始进入X射线的投射路径，同步模块150在预定时间后产生第二触发信号来驱动射线源控制模块121设置X射线源120的工作电压在110kV上，从而产生X射线130b；此处的“预定时间”根据过滤转盘130的转速、光电开关信号标记部133的设置位置等来确定，在该预定时间后，表示第二模块130b此时置于第二X射线130b（在X射线130b产生时）的投射路径上。

这样可以实现，过滤转盘130的第二模块130a置于X射线129a的投射路径上时，第一模块130a相应对X射线129a产生过滤；过滤转盘130的第二模块130b置于X射线129b的投射路径上时，第二模块130b相应对X射线129b产生过滤。

以上同步控制过程中，可以实现X射线源120的高低工作电压的切换与过滤转盘130的第一模块130a与第二模块130b的切换同步，并且过滤转盘130的动作触发X射线源120的切换动作，相对非常容易实现，并且，能有效确保双能成像和动态过滤的实现。

以上实施例的同步控制过程也完全不同于现有的双能CT成像控制，如果采用现有技术的基于成像机台的转动角度来触发控制双能X射线的投射或曝光，那么将理解到，双能X射线的切换控制与过滤转盘130的第一模块130a与第二模块130b之间的切换控制难于同步实现，并且难以实现准确动态控制。

在以上同步控制过程，在一实例中，探测器控制模块141可以控制探测器140与X射线源120同步地工作，也即控制探测器140的成像数据采集与X射线源120的X射线129a或X射线129b的产生同步进行，这样，X射线源120产生X射线129时，探测器140即被驱动进行成像数据采集。

并且需要说明的是，成像机台110的驱动装置相对过滤转盘130的驱动装置是相对独立的。在优选的实施例中，成像机台110的成像机台驱动模块111也可以部分地受同步模块150的同步控制信号，同步模块150在第一模块130a置于X射线129a的投射路径上时，触发成像机台驱动模块111采集成像机台110相对受验者900的当前转动角度，在第二模块130b置于X射线129b的投射路径上时，触发成像机台驱动模块111采集成像机台110相对受验者900的当前转动角度。该当前转动角度被记录至计算机170中并在图像重构时发送至图像重构模块160，从而，在当前X射线对应的过滤模块（130a或130b）的条件下探测器140采集的成像数据可以与当前转动角度数据准确对应，有利于准确实现3D图像重构。

在一具体实施例中，当同步模块150接收到过滤转盘130反馈过来的数字信号“01”或“10”时，同步模块150在预定时间后产生第三触发信号来驱动成像机台驱动模块111采集成像机台110相对受验者900的当前转动角度。在该预定时间后，表示第一模块130a/第二模块130b此时置于第一X射线130a/第一X射线130b的投射路径上并且进行成像数据采集。

继续如图1所示，计算器170时该实施例的X射线多能成像系统10的控制中心，其中可以进行各种控制参数的设置等操作。图像重构模块160具体重构算法不是限制性的，在此不再详述，但是，需要理解的是，同步采集的当前转动角度可能并不是现有技术的1°、2°、3°等按一度间隔的等差角度数据，很可能是例如1°1′、2°3′、3°2′等不规则的角度数据，它们对应的探测器140采集的成像数据采集实际也是在该不规则的角度条件下进行的，图像重构模块160被配置基于成像机台驱动模块111反馈的这些相对不规则的角度数据以及它们分别对应的成像数据进行图像重构，因此，该成像数据对应的转动角度非常准确，形成的3D图像的准确性也更好。

图7所示为图1所示实施例的X射线多能成像系统的成像控制过程中的同步原理示意图。如图1和图7所示，以过滤转盘130反馈“01”的数字信号时为示例，在t1时刻，光电开关1331产生低电平的信号，光电开关1332产生高电平的信号，此时第一模块130a开始进入X射线129的投射路径上、第二模块130b则已经离开X射线129的投射路径，通过同步模块150，触发射线源控制模块121产生如图7所示的高电平脉冲信号，在该高电平脉冲信号触发下，X射线源120在随后时段可以产生低能谱的X射线129a；在一预定时间后的t2时刻，此时，X射线源120仍然产生X射线129a并投射穿过第一模块130a、受验者900辐射至探测器140并且进行成像数据采集，成像机台驱动模块111受同步模块150的触发发送高电平脉冲信号以采集成像机台110相对受验者900的转动角度数据。这样实现了过滤转盘130、X射线源120、探测器140、成像机台110之间的良好同步。

同样地，在过滤转盘130反馈“10”的数字信号时，也可以实现了过滤转盘130、X射线源120、探测器140、成像机台110之间的良好同步。在一预定时间后的t2时刻，此时，X射线源120仍然产生X射线129a并投射穿过第一模块130a、受验者900辐射至探测器140

在又一替换实施例中，探测器控制模块141也可以与同步模块150耦接（如图1中虚线箭头所示），探测器控制模块141采集成像数据受同步模块150触发控制。在X射线源产生第一X射线129a或第二X射线129b时，同步模块150触发探测器控制模块141同步地控制探测器140进行成像数据采集，从而采集的成像数据可以与采集的当前转动角度相对应。例如，在以上图7所示实施例中，在t2时刻，同步模块150触发探测器控制模块141发送高电平脉冲信号触发探测器140进行成像数据采集，这样也可以实现过滤转盘130、X射线源120、探测器140、成像机台110之间的良好同步。

以下进一步示例说明图1所示实施例的X射线多能成像系统10的成像控制方法。

首先，操作人员启动CT扫描程序，载有第一模块130a和第二模块130b的过滤转盘130开始旋转。

在过滤转盘130的旋转过程中，过滤转盘130的旋转位置检测部件反馈数字信号（“01”或者“10”）至控制系统（例如同步模块150）

进一步，同步模块150接收到数字信号后，同步设置X射线源120的当前工作电压值，并等待第一模块130a或第二模块130b刚好旋转覆盖整个X射线束时，表示第一模块130a或第二模块130置于所述X射线的投射路径上，X射线源120产生并投射相应的X射线束（X射线129a或129b）；与此同时，探测器140启动成像数据采集流程，成像机台驱动模块11此时记录其所处的旋转位置，也即相对受验者900的当前转动角度；至少以上记录的转动角度、采集的成像数据被发送至图像重构模块160供3D图像重构或重建使用。

不断重复以上步骤，直至采集到满足CT成像所需的投影数据为止，最后进行3D图像重构处理获得3D成像。

图8所示为应用本发明实施例的X射线多能成像系统进行CT成像的效果示意图，其中图8（a）为仅使用单个X射线进行CT扫描并经过图像重构后获得的图像，图8（b）为使用X射线多能成像系统进行CT扫描并经过图像重构后获得的图像。明显地，图像702相比图像701的成像效果更好。

以上例子主要说明了本发明的X射线多能成像系统及其成像控制方法。尽管只对其中一些本发明的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。

Claims (24)

1.一种X射线多能成像系统，其包括：

X射线源，其至少用于可切换地产生具有第一能谱的第一X射线和具有第二能谱的第二X射线，所述第二X射线相对所述第一X射线具有较高的平均能量；

射线源控制模块，用于控制切换产生所述第一X射线和所述第二X射线；

探测器，其用于至少接收从所述X射线源投射过来的第一X射线和第二X射线并分别进行成像数据采集；和

成像机台，其上至少固定设置有所述X射线源和所述探测器；

其特征在于，还包括：

过滤转盘，其至少设置有分别对应于第一X射线和第二X射线的第一模块和第二模块，其中，所述第二模块用于对所述第二X射线进行能谱过滤；

转盘驱动模块，其用于驱动所述过滤转盘转动以使所述第一模块置于所述第一X射线的投射路径上或者使第二模块置于所述第二X射线的投射路径上；以及

信号同步模块，其与所述转盘驱动模块和所述射线源控制模块控制装置耦接，并且至少用于在所述第一模块置于所述第一X射线的投射路径上时触发所述射线源控制模块同步地控制所述X射线源产生第一X射线、在所述第二模块置于所述第二X射线的投射路径上时触发所述射线源控制模块同步地控制所述X射线源产生第二X射线。

2.如权利要求1所述的X射线多能成像系统，其特征在于，还包括：

成像机台驱动模块，其用于驱动所述成像机台以及所述成像机台上的所述X射线源和所述探测器相对受验者转动；

其中，所述成像机台驱动模块与所述信号同步模块耦接，所述信号同步模块在所述第一模块置于所述第一X射线的投射路径上时以及在所述第二模块置于所述第二X射线的投射路径上时分别触发所述成像机台驱动模块采集所述成像机台相对所述受验者的当前转动角度。

3.如权利要求2所述的X射线多能成像系统，其特征在于，还包括：

图像重构模块，其至少用于接收所述转动角度，并基于该转动角度信息进行3D图像重构。

4.如权利要求3所述的X射线多能成像系统，其特征在于，还包括：探测器控制模块，其至少用于控制所述探测器的成像数据采集与所述X射线源的第一X射线或所述第二X射线的产生同步进行。

5.如权利要求3所述的X射线多能成像系统，其特征在于，还包括：探测器控制模块，其与所述信号同步模块耦接；

其中，所述信号同步模块还用于在所述X射线源产生第一X射线或所述第二X射线时触发探测器控制模块同步地控制所述探测器进行成像数据采集。

6.如权利要求1所述的X射线多能成像系统，其特征在于，所述过滤转盘为圆盘结构，所述第一模块和第二模块分布在该圆盘结构的不同扇区。

7.如权利要求6所述的X射线多能成像系统，其特征在于，所述第一模块和第二模块交替地分布在该圆盘结构的不同扇区；或者该圆盘结构的连续多个扇区设置多个所述第一模块再在一个或多个扇区设置一个或多个所述第二模块。

8.如权利要求1或6所述的X射线多能成像系统，其特征在于，配置第二模块所使用的材料以及第一模块所使用的材料，以至于所述第二模块使用的材料对第二X射线中的较低能量部分的过滤效果相比所述第一模块使用的材料对第一X射线中的较低能量部分的过滤效果好。

9.如权利要求8所述的X射线多能成像系统，其特征在于，所述第二模块所使用的材料为铜或锡，所述第一模块使用的材料为铝。

10.如权利要求8所述的X射线多能成像系统，其特征在于，所述第一模块对应的扇区被设置为空心结构。

11.如权利要求1所述的X射线多能成像系统，其特征在于，所述X射线源为单焦点射线源。

12.如权利要求1或11所述的X射线多能成像系统，其特征在于，通过切换所述X射线源的工作电压以可切换地产生所述第一X射线和所述第二X射线。

13.如权利要求1或11所述的X射线多能成像系统，其特征在于，所述X射线源的工作电压被切换为80kV时产生第一X射线，所述X射线源的工作电压被切换为110kV时产生第二X射线。

14.如权利要求1所述的X射线多能成像系统，其特征在于，所述第二模块的厚度为0.1mm-3mm，所述第二模块所使用的材料为铜。

15.如权利要求1所述的X射线多能成像系统，其特征在于，所述过滤转盘设置有旋转位置检测部件。

16.如权利要求15所述的X射线多能成像系统，其特征在于，所述旋转位置检测部件包括设置在所述过滤转盘上的若干光电开关信号标记部及若干光电开关形成的光电开关组合。

17.如权利要求16所述的X射线多能成像系统，其特征在于，所述光电开关标记部为设置所述过滤转盘的边沿的缺口，所述过滤转盘的边沿被夹置于所述光电开关的光电信号发送部和光电信号接收部之间。

18.如权利要求17所述的X射线多能成像系统，其特征在于，所述过滤转盘为圆盘结构，所述第一模块和第二模块分布在该圆盘结构的不同扇区，所述缺口对应设置在每个所述第二模块/所述第一模块对应的扇区的起始角度处或中心角度处。

19.如权利要求17或18所述的X射线多能成像系统，其特征在于，所述光电开关组合发送第一数字信号以表示该所述第一模块开始或已经置于所述第一X射线的投射路径上；所述光电开关组合发送第二数字信号以表示该所述第二模块开始或已经置于所述第二X射线的投射路径上。

20.如权利要求19所述的X射线多能成像系统，其特征在于，所述第一数字信号或所述第二数字信号被发送至所述同步模块，所述同步模块基于所述第一数字信号或所述第二数字信号触发所述射线源控制模块同步地控制所述X射线源产生第二X射线。

21.一种如权利要求1所述X射线多能成像系统的成像控制方法，其特征在于，

驱动所述过滤转盘转动并检测过滤转盘转动的旋转位置；

在所述过滤转盘的第一模块置于所述第一X射线的投射路径上时，触发所述射线源控制模块同步地控制X射线源产生第一X射线；

在所述过滤转盘的第二模块置于所述第二X射线的投射路径上时触发所述射线源控制模块同步地控制X射线源产生第二X射线；

探测器至少接收从所述X射线源投射过来的第一X射线和第二X射线并分别进行成像数据采集。

22.如权利要求21所述的成像控制方法，其特征在于，驱动所述X射线多能成像系统的成像机台以及所述成像机台上的所述X射线源和所述探测器相对受验者转动；

在所述第一模块置于所述第一X射线的投射路径上时以及在所述第二模块置于所述第二X射线的投射路径上时分别触发采集所述成像机台相对所述受验者的当前转动角度。

23.如权利要求21所述的成像控制方法，其特征在于，基于所述成像数据以及所述当前转动角度进行3D图像重构。

24.如权利要求21所述的成像控制方法，其特征在于，所述成像数据采集与所述X射线源的第一X射线或所述第二X射线的产生同步进行。