CN109431534A - 一种射线准直器的自校准方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种射线准直器的自校准方法及其系统，所述方法包括步骤：根据上一次扫描条件和上一次曝光的探测器数据，计算出当前X射线准直器的偏移量；根据本次扫描条件和当前X射线准直器的偏移量，调整X射线准直器的偏移，从而使X射线覆盖到整个探测器。由于所有的校准方法可以通过重建机的软件来实现，不需要增加硬件成本来保证探测器和准直器之间的通讯，也不需要硬件的算法集成。且重建机上软件的开发难度，也远远比在硬件上实现动态跟踪算法要更容易、更简单，而且也容易调试，出错的概率也可以大幅降低。

Description

一种射线准直器的自校准方法及其系统

技术领域

本发明涉及医学成像技术领域，尤其涉及的是一种射线准直器的自校准方法及其系统。

背景技术

一个完整的CT成像系统通常包括一个X射线源和一个探测器阵列。X射线源发出的射束被物体衰减后，到达探测器并被转化成数字信号。这些数字信号经过适当的校正算法的处理后，被送到重建系统并最终被转化成扫描图像。其中的X射线从球管发出以后，为了避免给病人增加不必要的辐射剂量，需要使用一个射线准直器来使射线只照射能被探测器覆盖的扫描范围(如图2所示)。X射线的球管焦点往往会随着球管的状态发生一些轻微的移动，这些状态包括扫描条件，球管的热容量等等。这个移动会在球管阳极表面的两个方向上(阳极靶面的切向和轴向，我们分别称为x和z方向)都会发生，而且都会对图像质量造成影响。

现有的技术中，通过探测器的数据来判断球管的X射线焦点是否发生了漂移，然后通过调节焦点的位置或者调节准直器的位置来使得射线始终覆盖探测器表面。这个过程是一个实时的反馈：曝光过程中，根据探测器的实际数据，动态计算出调节量，反馈到准直器或者高压，完成调节(如图3所示)。这个方法的缺点是实现复杂，需要在探测器和准直器或者高压之间有通讯。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种射线准直器的自校准方法及其系统，旨在解决现有技术中射线准直器的校准过程复杂的问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种射线准直器的自校准方法，其中，包括步骤：

根据上一次扫描条件和上一次曝光的探测器数据，计算出当前X射线准直器的偏移量；

根据本次扫描条件和当前X射线准直器的偏移量，调整X射线准直器的偏移，从而使X射线覆盖到整个探测器。

所述的射线准直器的自校准方法，其中，所述根据本次扫描条件和当前X射线准直器的偏移量，调整X射线准直器的偏移，从而使X射线覆盖到整个探测器步骤具体包括：

根据本次扫描条件确定各扫描条件对应的偏移量；

根据当前X射线准直器的偏移量和各扫描条件对应的偏移量计算X射线准直器的总偏移量；

根据X射线准直器的总偏移量，调整X射线准直器的偏移，从而使X射线覆盖到整个探测器。

所述的射线准直器的自校准方法，其中，所述根据本次扫描条件确定各扫描条件对应的偏移量步骤具体包括：

在参考扫描条件下，调节准直器的偏移量使得r达到r_ref，记录参考偏移量；

在保持参考扫描条件中其它扫描条件不变时，将参考扫描条件中各扫描条件依次调整为本次扫描条件中对应扫描条件，并调节准直器的偏移量使得r达到r_ref，记录各扫描条件的调整偏移量；

将各扫描条件的调整偏移量减去参考偏移量得到各扫描条件对应的偏移量；

其中，r为探测器的第一个模块或者最后一个模块的数据中第二排与倒数第二排探测器的平均值之比，r_ref为预设参考量。

所述的射线准直器的自校准方法，其中，当前X射线准直器的偏移量c_dynamic为：

c_dynamic＝w·(r-r_ref)，

其中，w为系数，Δr为连续两次相同扫描条件下的曝光中r的差值，Δc为连续两次相同扫描条件下的曝光中X射线准直器偏移量的差值。

所述的射线准直器的自校准方法，其中，所述X射线准直器的总偏移量c_total为：

c_total＝c_dynamic+c_kV+c_mA+c_rot，

其中，c_kV、c_mA、c_rot分别为曝光电压、曝光电流、机架转速对应的偏移量。

一种射线准直器的自校准系统，其中，包括：处理器，以及与所述处理器连接的存储器，

所述存储器存储有射线准直器的自校准程序，所述射线准直器的自校准程序被所述处理器执行时实现以下步骤：

根据上一次扫描条件和上一次曝光的探测器数据，计算出当前X射线准直器的偏移量；

根据本次扫描条件和当前X射线准直器的偏移量，调整X射线准直器的偏移，从而使X射线覆盖到整个探测器。

所述的射线准直器的自校准系统，其中，所述射线准直器的自校准程序被所述处理器执行时，还实现以下步骤：

根据本次扫描条件确定各扫描条件对应的偏移量；

根据当前X射线准直器的偏移量和各扫描条件对应的偏移量计算X射线准直器的总偏移量；

根据X射线准直器的总偏移量，调整X射线准直器的偏移，从而使X射线覆盖到整个探测器。

所述的射线准直器的自校准系统，其中，所述射线准直器的自校准程序被所述处理器执行时，还实现以下步骤：

在参考扫描条件下，调节准直器的偏移量使得r达到r_ref，记录参考偏移量；

在保持参考扫描条件中其它扫描条件不变时，将参考扫描条件中各扫描条件依次调整为本次扫描条件中对应扫描条件，并调节准直器的偏移量使得r达到r_ref，记录各扫描条件的调整偏移量；

将各扫描条件的调整偏移量减去参考偏移量得到各扫描条件对应的偏移量；

其中，r为探测器的第一个模块或者最后一个模块的数据中第二排与倒数第二排探测器的平均值之比，r_ref为预设参考量。

所述的射线准直器的自校准系统，其中，当前X射线准直器的偏移量c_dynamic为：

c_dynamic＝w·(r-r_ref)，

其中，w为系数，Δr为连续两次相同扫描条件下的曝光中r的差值，Δc为连续两次相同扫描条件下的曝光中X射线准直器偏移量的差值。

所述的射线准直器的自校准系统，其中，所述X射线准直器的总偏移量c_total为：

c_total＝c_dynamic+c_kV+c_mA+c_rot，

其中，c_kV、c_mA、c_rot分别为曝光电压、曝光电流、机架转速对应的偏移量。

有益效果：由于所有的校准方法可以通过重建机的软件来实现，不需要增加硬件成本来保证探测器和准直器之间的通讯，也不需要硬件的算法集成。且重建机上软件的开发难度，也远远比在硬件上实现动态跟踪算法要更容易、更简单，而且也容易调试，出错的概率也可以大幅降低。

附图说明

图1是本发明中射线准直器的自校准方法较佳实施例的第一流程图。

图2是本发明中球管焦点、X射线准直器和探测器的结构示意图。

图3是现有技术中准直器校准方法的流程图。

图4是本发明中射线准直器的自校准方法较佳实施例的第二流程图。

图5是本发明中射线准直器的自校准系统的功能原理框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请同时参阅图1-图4，本发明提供了一种射线准直器的自校准方法的一些实施例。

如图1所示，一种射线准直器的自校准方法，包括以下步骤：

步骤S100、根据上一次扫描条件和上一次曝光的探测器数据，计算出当前X射线准直器200的偏移量。

具体地，球管焦点100在z方向上的漂移与多个扫描条件相关。这些扫描条件包括：曝光电压(kV)，曝光电流(mA)，机架的转速(rotation)等等。另外，这个漂移还与球管当时的状态相关(曝光历史，当前热容量等等)。这些扫描条件之间的相互关联性比较小，在不同的曝光电压或者不同的机架转速下面，球管焦点100在z方向上的漂移量和曝光电流之间的关系几乎是相同的。因此，我们将球管焦点100的漂移量简化为与几个独立的扫描条件相关的函数，即：

f_total＝f_dynamic+f_kV+f_mA+f_rot，

其中，f_dynamic是球管当前状态下焦点的漂移量，f_kV是由于曝光电压发生变化后引起的焦点漂移量，f_mA是由于曝光电流发生变化后引起的焦点漂移量，f_rot是由于机架转速发生变化后引起的焦点漂移量，f_total是总的球管焦点100漂移量。

当球管焦点100发生漂移以后，X射线准直器200需要进行相应的调节，使得X射线对探测器300的覆盖与发生漂移之前一致，从而避免图像伪影的产生。X射线准直器200需要进行的调节与球管焦点100发生的漂移量是成正比关系的。因此，我们可以把准直器200的调节等同于球管焦点100在z方向上的漂移：

c_total＝c_dynamic+c_kV+c_mA+c_rot，

其中，c_total是指X射线准直器200的总偏移量。c_dynamic为当前X射线准直器200的偏移量，c_kV、c_mA、c_rot分别为曝光电压、曝光电流、机架转速对应的偏移量。针对不同的扫描条件，包括但是不限于：曝光电压、曝光电流、机架转速，例如，还可以包括机架位置等等。各扫描条件对应的偏移量与各扫描条件直接的关系是相互独立的，可以分别通过校准获得。

c_dynamic的物理意义为：从上一次曝光的数据看，在保持其他扫描条件完全一致的情况下，为了使探测器300上覆盖的X射线与没有焦点漂移的情况下一致，准直器200应该调节的偏移量。为了计算该偏移量，我们需要一个可量化的参数，这个参数可以从上一次扫描中探测器300的数据中获取。我们采取的办法为使用探测器300的第一或者最后一个模块的数据，取第二排与倒数第二排探测器300的平均值之比(r)。假设探测器300获取的数据是一个三维矩阵：D(ncol，nrow，nview)，其中，ncol是探测器300的列数，nrow是探测器300的排数，nview是本次扫描一共采的投影数目。那么我们的这个量化参数r可以写成：

其中，nc是第一个探测器模块所具有的列数。上面的例子是从第一个探测器模块获得的，r也可以从最后一个探测器模块获得。

当然，在本发明的另一较佳实施例中，r也可以是使用探测器300的第一或者最后一个模块的数据，取第一排与倒数第一排探测器300的平均值之比，则r可以写成：

因为这个量化参数r是从上一次扫描中所得的投影中计算获得的，因此，如果有物体挡住了第一个或者最后一个模块，对与定位像来说，这个物体会对所有排的探测器300造成同样的遮挡，因此取平均以后，不会对这个r值造成大的影响。计算准直器200的偏移量时，由于物体对探测器300边缘模块遮挡造成定位不准的情况会大大减少。

进一步简化模型，在较小的调节范围内，c_dynamic和r之间是线性的关系：

c_dynamic＝w·(r-r_ref)，

其中r_ref是一个参考量，系数w需要通过校准获得。w可以预先校准获得。在校准过程中，我们连续进行两次相同扫描条件下的曝光，这两次曝光之间的X射线准直器200偏移有个固定的差值Δc，然后计算两次扫描之间的r的差值，从而计算出w：

需要注意的是，因为r是与探测器300的排数相关的一个变量，因此在不同的探测器300排数的设置下，都需要做校准以获取相应的w。

步骤S200、根据本次扫描条件和当前X射线准直器的偏移量，调整X射线准直器的偏移，从而使X射线覆盖到整个探测器。

步骤S200具体包括以下步骤：

步骤S210、根据本次扫描条件确定各扫描条件对应的偏移量。

C_kV的物理意义是当其他扫描条件保持不变，仅仅当曝光电压发生变化时，准直器200应该调节的偏移量。相对应的，C_mA的物理意义是当其他扫描条件保持不变，仅仅当曝光电流发生变化时，准直器200应该调节的偏移量；C_rot的物理意义是当其他扫描条件保持不变，仅仅当转速发生变化时，准直器200应该调节的偏移量。这些偏移量都是相对于一个参考值来校准的。

具体的，步骤S210包括以下校准步骤：

步骤S211、在参考扫描条件下，调节准直器的偏移量使得r达到r_ref，记录参考偏移量，其中，r为探测器300的第一个模块或者最后一个模块的数据中第二排与倒数第二排探测器300的平均值之比，r_ref为预设参考量。

具体地，在参考扫描条件(120kV，30mA，1秒/圈)下，调节准直器200的偏移量使得r达到r_ref，记录参考偏移量c₀。

步骤S212、在保持参考扫描条件中其它扫描条件不变时，将参考扫描条件中各扫描条件依次调整为本次扫描条件中对应扫描条件，并调节准直器的偏移量使得r达到r_ref，记录各扫描条件的调整偏移量。

具体地，保持曝光电流和机架转速不变，仅改变曝光电压，例如本次扫描条件中曝光电压为100kV，则在扫描条件(100kV，30mA，1秒/圈)下，调节准直器200的偏移量使得r达到r_ref，记录曝光电压的调整偏移量c_100kV。

然后，在保持曝光电压和机架转速不变，仅改变曝光电流，例如本次扫描条件中曝光电流为35mA，则在扫描条件(120kV，35mA，1秒/圈)下，调节准直器200的偏移量使得r达到r_ref，记录曝光电流的调整偏移量c_35mA。

最后，在保持曝光电压和曝光电流不变，仅改变机架转速，例如本次扫描条件中机架转速为1.2秒/圈，则在扫描条件(120kV，30mA，1.2秒/圈)下，调节准直器的偏移量使得r达到r_ref，记录机架转速的调整偏移量c1_.2_秒/_圈。

步骤S213、将各扫描条件的调整偏移量减去参考偏移量得到各扫描条件对应的偏移量。

具体地，在本次扫描条件下，各扫描条件对应的偏移量如下：曝光电压对应的偏移量c_kV＝c_100kV-c₀；曝光电流对应的偏移量c_mA＝c_35mA-c₀；机架转速对应的偏移量c_rot＝c_1.2秒/圈-c₀。

各扫描条件对应的偏移量与各扫描条件直接的关系是相互独立的，可以分别进行校准。上述的校准步骤，可以在预先校准得到不同扫描条件与各扫描条件对应的偏移量形成对应关系表，在实际扫描过程中通过该对应关系表获得各扫描条件对应的偏移量。

步骤S220、根据当前X射线准直器的偏移量和各扫描条件对应的偏移量计算X射线准直器的总偏移量。

具体地，X射线准直器的总偏移量c_total为：

c_total＝c_dynamic+c_kV+c_mA+c_rot。

步骤S230、根据X射线准直器的总偏移量，调整X射线准直器的偏移，从而使X射线覆盖到整个探测器。

如果下次曝光仍然采用和本次扫描一样的扫描条件，那么准直器200应该移动c_dynamic。如果下次曝光改变扫描条件，那么由于扫描条件发生变化，应该对准直器200进行的调节为c_kV+c_mA+c_rot。

本发明与目前普遍的准直器定位的方法比，最大的优势就是成本的减少和开发难度的降低。因为本发明中所有的校准和校正的方法都是可以通过重建机的软件来实现(如图4所示)，不需要增加硬件成本来保证探测器300和准直器200之间的通讯，也不需要硬件的算法集成。重建机上软件的开发难度，也远远比在硬件上实现动态跟踪算法要容易，而且也容易调试，出错的概率也可以大幅降低。

此外，球管的焦点在一次曝光中，发生的偏移量很少，基本可以忽略。因此，准直器200位置的调整并不需要在一次曝光中进行多次调整。在短时间内(10分钟内)，球管的焦点也不会因为球管热容量的变换而发生大的漂移。如果CT机长时间没有曝光的话(二十分钟以上)，上次计算的焦点漂移补偿往往会不适用，导致第一次曝光的准直器200位置不准确。但是实际CT使用过程中，长时间没有使用后，正常使用情况下，第一次曝光往往是快速校准，预热或者是定位像扫描。前两种情况我们可以加入一些预扫描来使漂移补偿到位；定位像扫描对准直器200是否补偿正确不敏感，并不会有伪影的产生。因此这种方法在扫描流程和图像质量上不会造成任何影响。

本发明还提供了一种射线准直器的自校准系统的较佳实施例：

如图5所示，本发明实施例所述一种射线准直器的自校准系统，包括：处理器，以及与所述处理器连接的存储器，

所述存储器存储有射线准直器的自校准程序，所述射线准直器的自校准程序被所述处理器执行时实现以下步骤：

根据上一次扫描条件和上一次曝光的探测器数据，计算出当前X射线准直器的偏移量；

根据本次扫描条件和当前X射线准直器的偏移量，调整X射线准直器的偏移，从而使X射线覆盖到整个探测器，具体如上所述。

所述射线准直器的自校准程序被所述处理器执行时，还实现以下步骤：

根据本次扫描条件确定各扫描条件对应的偏移量；

根据当前X射线准直器的偏移量和各扫描条件对应的偏移量计算X射线准直器的总偏移量；

根据X射线准直器的总偏移量，调整X射线准直器的偏移，从而使X射线覆盖到整个探测器，具体如上所述。

所述射线准直器的自校准程序被所述处理器执行时，还实现以下步骤：

在参考扫描条件下，调节准直器的偏移量使得r达到r_ref，记录参考偏移量；

在保持参考扫描条件中其它扫描条件不变时，将参考扫描条件中各扫描条件依次调整为本次扫描条件中对应扫描条件，并调节准直器的偏移量使得r达到r_ref，记录各扫描条件的调整偏移量；

将各扫描条件的调整偏移量减去参考偏移量得到各扫描条件对应的偏移量；

其中，r为探测器的第一个模块或者最后一个模块的数据中第二排与倒数第二排探测器的平均值之比，r_ref为预设参考量，具体如上所述。

当前X射线准直器的偏移量c_dynamic为：

c_dynamic＝w·(r-r_ref)，

其中，w为系数，Δr为连续两次相同扫描条件下的曝光中r的差值，Δc为连续两次相同扫描条件下的曝光中X射线准直器偏移量的差值，具体如上所述。

所述X射线准直器的总偏移量c_total为：

c_total＝c_dynamic+c_kV+c_mA+c_rot，

其中，c_kV、c_mA、c_rot分别为曝光电压、曝光电流、机架转速对应的偏移量，具体如上所述。

综上所述，本发明所提供的一种射线准直器的自校准方法及其系统，所述方法包括步骤：根据上一次扫描条件和上一次曝光的探测器数据，计算出当前X射线准直器的偏移量；根据本次扫描条件和当前X射线准直器的偏移量，调整X射线准直器的偏移，从而使X射线覆盖到整个探测器。由于所有的校准方法可以通过重建机的软件来实现，不需要增加硬件成本来保证探测器和准直器之间的通讯，也不需要硬件的算法集成。且重建机上软件的开发难度，也远远比在硬件上实现动态跟踪算法要更容易、更简单，而且也容易调试，出错的概率也可以大幅降低。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种射线准直器的自校准方法，其特征在于，包括步骤：

根据上一次扫描条件和上一次曝光的探测器数据，计算出当前X射线准直器的偏移量；

根据本次扫描条件和当前X射线准直器的偏移量，调整X射线准直器的偏移，从而使X射线覆盖到整个探测器。

2.根据权利要求1所述的射线准直器的自校准方法，其特征在于，所述根据本次扫描条件和当前X射线准直器的偏移量，调整X射线准直器的偏移，从而使X射线覆盖到整个探测器步骤具体包括：

根据本次扫描条件确定各扫描条件对应的偏移量；

根据当前X射线准直器的偏移量和各扫描条件对应的偏移量计算X射线准直器的总偏移量；

根据X射线准直器的总偏移量，调整X射线准直器的偏移，从而使X射线覆盖到整个探测器。

3.根据权利要求2所述的射线准直器的自校准方法，其特征在于，所述根据本次扫描条件确定各扫描条件对应的偏移量步骤具体包括：

在参考扫描条件下，调节准直器的偏移量使得r达到r_ref，记录参考偏移量；

在保持参考扫描条件中其它扫描条件不变时，将参考扫描条件中各扫描条件依次调整为本次扫描条件中对应扫描条件，并调节准直器的偏移量使得r达到r_ref，记录各扫描条件的调整偏移量；

将各扫描条件的调整偏移量减去参考偏移量得到各扫描条件对应的偏移量；

其中，r为探测器的第一个模块或者最后一个模块的数据中第二排与倒数第二排探测器的平均值之比，r_ref为预设参考量。

4.根据权利要求3所述的射线准直器的自校准方法，其特征在于，当前X射线准直器的偏移量c_dynamic为：

c_dynamic＝w·(r-r_ref)，

其中，w为系数，Δr为连续两次相同扫描条件下的曝光中r的差值，Δc为连续两次相同扫描条件下的曝光中X射线准直器偏移量的差值。

5.根据权利要求4所述的射线准直器的自校准方法，其特征在于，所述X射线准直器的总偏移量c_total为：

c_total＝c_dynamic+c_kV+c_mA+c_rot，

其中，c_kV、c_mA、c_rot分别为曝光电压、曝光电流、机架转速对应的偏移量。

6.一种射线准直器的自校准系统，其特征在于，包括：处理器，以及与所述处理器连接的存储器，

所述存储器存储有射线准直器的自校准程序，所述射线准直器的自校准程序被所述处理器执行时实现以下步骤：

根据上一次扫描条件和上一次曝光的探测器数据，计算出当前X射线准直器的偏移量；

根据本次扫描条件和当前X射线准直器的偏移量，调整X射线准直器的偏移，从而使X射线覆盖到整个探测器。

7.根据权利要求6所述的射线准直器的自校准系统，其特征在于，所述射线准直器的自校准程序被所述处理器执行时，还实现以下步骤：

根据本次扫描条件确定各扫描条件对应的偏移量；

根据当前X射线准直器的偏移量和各扫描条件对应的偏移量计算X射线准直器的总偏移量；

根据X射线准直器的总偏移量，调整X射线准直器的偏移，从而使X射线覆盖到整个探测器。

8.根据权利要求7所述的射线准直器的自校准系统，其特征在于，所述射线准直器的自校准程序被所述处理器执行时，还实现以下步骤：

在参考扫描条件下，调节准直器的偏移量使得r达到r_ref，记录参考偏移量；

在保持参考扫描条件中其它扫描条件不变时，将参考扫描条件中各扫描条件依次调整为本次扫描条件中对应扫描条件，并调节准直器的偏移量使得r达到r_ref，记录各扫描条件的调整偏移量；

将各扫描条件的调整偏移量减去参考偏移量得到各扫描条件对应的偏移量；

其中，r为探测器的第一个模块或者最后一个模块的数据中第二排与倒数第二排探测器的平均值之比，r_ref为预设参考量。

9.根据权利要求8所述的射线准直器的自校准系统，其特征在于，当前X射线准直器的偏移量c_dynamic为：

c_dynamic＝w·(r-r_ref)，

其中，w为系数，Δr为连续两次相同扫描条件下的曝光中r的差值，Δc为连续两次相同扫描条件下的曝光中X射线准直器偏移量的差值。

10.根据权利要求9所述的射线准直器的自校准系统，其特征在于，所述X射线准直器的总偏移量c_total为：

c_total＝c_dynamic+c_kV+c_mA+c_rot，

其中，c_kV、c_mA、c_rot分别为曝光电压、曝光电流、机架转速对应的偏移量。