CN109730712B - 一种ct球管焦点跟踪方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种CT球管焦点跟踪方法及其系统，所述方法包括步骤：将防散射光栅中一个光栅通道对应至少两个探测器像素；预设空气校准表；获得球管的实时焦点位置，并根据预设的空气校准表和实时焦点位置获取校正后的空气校准数据。由于一个光栅通道对应多个探测器像素，因此中间像素的测量值不受焦点位置的影响。而且通过知道CT球管实时焦点位置和预设的空气校准表，获得校正后的空气校准数据，来达到消除图像伪影的目的。

Description

一种CT球管焦点跟踪方法及其系统

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CT球管焦点跟踪方法及其系统。

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。现有技术中，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。

另外对于多排CT系统，探测器子系统有个重要的部件就是防散射光栅（Anti-Scatter Grid，简称ASG），其作用是阻挡从非焦点方向来的散射造成的X射线。球管的X射线焦点的漂移会与ASG的排列相互影响，从而造成在不同的焦点位置，扫描的空气之间会有细微的区别。这个区别在CT系统中，就足以在图像中造成环状或者是带状的伪影。一般来说，如果CT系统采用的ASG是一维的，也就是说沿着探测器排方向的话，球管焦点在阳极旋转轴向（z方向）上的漂移对图像质量的影响较小，沿着阳极旋转的切向（x方向）上的漂移对图像质量的影响较大。如果CT系统采用的ASG是二维的话，球管焦点在x和z方向上的漂移都有可能对图像质量造成影响。

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CT球管焦点跟踪方法及其系统，旨在解决现有技术中球管焦点的漂移在图像中造成伪影的问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种CT球管焦点跟踪方法，其中，包括步骤：

将防散射光栅中一个光栅通道对应至少两个探测器像素；

预设空气校准表；

获得CT球管的实时焦点位置，并根据预设的空气校准表和实时焦点位置获取校正后的空气校准数据。

所述的CT球管焦点跟踪方法，其中，所述预设空气校准表步骤具体包括：

改变球管焦点的位置；

在不同X射线焦点位置下采集的数据中，分别获得防散射光栅挡片左右两侧探测器信号的预设比值R₀，并分别计算空气校准值；

根据空气校准值和预设比值R₀得到空气校准表。

所述的CT球管焦点跟踪方法，其中，所述根据空气校准值和预设比值R₀得到空气校准表步骤具体包括：

通过对多个探测器通道和多个view上的预设比值R₀、空气校准值分别求平均得到平均预设比值、平均空气校准值，根据平均空气校准值和平均预设比值得到空气校准表。

所述的CT球管焦点跟踪方法，其中，所述改变球管焦点的位置步骤具体包括：

在相同扫描条件下，且在预设时间内连续改变球管焦点在z方向上的位置。

所述的CT球管焦点跟踪方法，其中，所述获得CT球管的实时焦点位置，并根据预设的空气校准表和实时焦点位置获取校正后的空气校准数据步骤具体包括：

分别获得防散射光栅挡片左右两侧探测器信号的实时比值R；

根据预设的空气校准表和实时比值R获取校正后的空气校准数据。

一种CT球管焦点跟踪系统，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CT球管焦点跟踪程序，所述CT球管焦点跟踪程序被所述处理器执行时实现以下步骤：

将防散射光栅中一个光栅通道对应至少两个探测器像素；

预设空气校准表；

获得CT球管的实时焦点位置，并根据预设的空气校准表和实时焦点位置获取校正后的空气校准数据。

所述的CT球管焦点跟踪系统，其中，所述CT球管焦点跟踪程序被所述处理器执行时，还实现以下步骤：

改变球管焦点的位置；

在不同X射线焦点位置下采集的数据中，分别获得防散射光栅挡片左右两侧探测器信号的预设比值R₀，并分别计算空气校准值；

根据空气校准值和预设比值R₀得到空气校准表。

所述的CT球管焦点跟踪系统，其中，所述CT球管焦点跟踪程序被所述处理器执行时，还实现以下步骤：

通过对多个探测器通道和多个view上的预设比值R0、空气校准值分别求平均得到平均预设比值、平均空气校准值，根据平均空气校准值和平均预设比值得到空气校准表。

所述的CT球管焦点跟踪系统，其中，所述CT球管焦点跟踪程序被所述处理器执行时，还实现以下步骤：

在相同扫描条件下，且在预设时间内连续改变球管焦点在z方向上的位置。

所述的CT球管焦点跟踪系统，其中，所述CT球管焦点跟踪程序被所述处理器执行时，还实现以下步骤：

分别获得防散射光栅挡片左右两侧探测器信号的实时比值R；

根据预设的空气校准表和实时比值R获取校正后的空气校准数据。

有益效果：由于一个光栅通道对应多个探测器像素，因此中间像素的测量值不受焦点位置的影响。而且通过知道CT球管实时焦点位置和预设的空气校准表，获得校正后的空气校准数据，来达到消除图像伪影的目的。

附图说明

图1是本发明中CT球管焦点跟踪方法较佳实施例的流程图。

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是现有技术中形成伪影的第一原理示意图。

图4是现有技术中形成伪影的第二原理示意图。

图5是现有技术中防散射光栅的结构示意图。

图6是本发明中防散射光栅的结构示意图。

图7是本发明中CT球管焦点跟踪方法的空气校准表。

图8是本发明中CT球管焦点跟踪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7，本发明提供了一种CT球管焦点跟踪方法的一些实施例。

因为CT系统中，球管100焦点（即CT球管100的焦点）是有一定大小的，并不是一个真正意义上的点，因此，无论防散射光栅200如何放置，总会对来自球管100焦点的X射线有一定的遮挡（如图2所示）。如图3所示，如果防散射光栅200正对着球管100焦点的话，那么在防散射光栅200挡片的左右两边，都会有对来自焦点的X射线的阴影（如图3所示的阴影A和B）。在这种情况下，对防散射光栅200所有挡片安装的一致性要求就要非常高；否则，如果球管100焦点发生轻微的偏移的话，一个探测器像素310左右两边的防散射光栅200挡片造成的阴影就会有不一致，导致图像中出现环状伪影。

现有的技术中，通过偏移球管100焦点或者将探测器300歪放的办法，从而使防散射光栅200的挡片不是正对着球管100焦点（如图4所示）。在这种情况下，防散射光栅200的挡片在探测器像素310上留下的阴影（如图4所示的阴影A和B）都在同一侧。当球管100焦点发生轻微偏移的话，这个阴影的变化基本上只取决于防散射光栅200挡片的高度，而与防散射光栅200安装的角度没有太大关系。因此，这种情况下，即使防散射光栅200挡片的安装一致性有缺陷的话，球管100焦点漂移也不会造成大的影响。

这种解决办法是以牺牲了一部分探测器300的效率为代价的，因为与防散射光栅200正对球管100焦点相比，防散射光栅200在探测器300上的阴影面积增加了。一般来说，取决于防散射光栅200的高度，系统的几何尺寸，焦点大小，以及焦点或者是探测器300放歪的程度，这种解决办法会造成大约3%左右的探测器300效率下降。

另外，这种解决办法只能应用在一维防散射光栅200上。对二维防散射光栅200，将焦点或者是探测器300在z方向上放歪会造成其他的图像伪影，因此不能使用这种方法。

如图1所示，本发明提供了一种CT球管100焦点跟踪方法，包括以下步骤：

步骤S100、将防散射光栅200中一个光栅通道210对应至少两个探测器像素310。

本发明的解决方法并不采取降低防散射光栅200对焦点偏移敏感度的办法，而是相反，在某些对图像质量不敏感的探测器300模块上（比如边缘模块），增加防散射光栅200对焦点偏移的敏感度，从而能在数据中测量出球管100焦点的偏移量。结合校准数据，能准确估计出因为该偏移对各个探测器像素310造成的效率变化，从而进行相应的校正来达到避免图像伪影的目的。

现有技术的防散射光栅200设计中，每两个像素之间都安装有一个挡片，即一个光栅通道210对应一个探测器像素310，如图5所示。这样的目的是为了使得球管100焦点位置变化时，相邻的探测器像素310看到的阴影变化相同，因此抵消球管100焦点位置变化带来的信号变化的影响。

本发明中，需要使探测器300的信号对球管100焦点的漂移更加敏感，因此在某些不重要的探测器300位置，不在每个探测器像素310边缘都安装防散射光栅200，而是隔一个像素安装一个防散射光栅200，如图6所示。本发明中的防散射光栅200被安装在探测器300的两端，因此并不会对扫描的中心区域造成图像质量的影响。

一个光栅通道210对应多个探测器像素310通常是沿z轴方向的一行中的多个探测器像素310。在有多个探测器像素310的情况下，使用第一个和最后一个探测器像素310的比值，因为中间像素的测量值不受焦点位置的影响。使用多个探测器像素310可简化准直器的设计，降低成本。

步骤S200、预设空气校准表。这里的空气校准表实际上是球管100焦点位置与空气校准值一一对应形成的关系。获得球管100焦点位置的方式有很多种，例如，通过光栅两侧探测器像素310的信号的比值，或者，。本发明较佳实施例中通过光栅两侧探测器像素310的信号的比值确定球管100焦点位置。

步骤S200具体包括以下步骤：

步骤S210、改变球管100焦点的位置。

具体地，在相同扫描条件下，且在预设时间内连续改变球管100焦点在z方向上的位置。预设空气校准表过程中通常与扫描的曝光电压，曝光电流等扫描条件不相关，因此只需要在某一个扫描条件下进行即可。但是不排除在某些系统上会出现相关性，这时需要针对不同的扫描条件进行相应的校准，也就是说，在不同扫描条件下得到对应预设的空气校准表。

在改变球管100焦点的位置时，需要球管100以及高压有配套的功能。需要注意的是，这多个扫描需要在一个相对较短的时间段内连续完成，以降低球管100热容量变化带来的焦点漂移的影响。在球管100和高压支持的情况下，一般通过设置球管100中的磁场来调整焦点在z方向上的位置。

当然，也可以在相同扫描条件下，且在预设时间内连续改变球管100焦点在x方向上的位置。

步骤S220、在不同球管100焦点位置下采集的数据中，分别获得防散射光栅200挡片左右两侧探测器300信号的预设比值R₀，并分别计算空气校准值。

在本发明的防散射光栅200的安装模式下，由于每个探测器像素310边缘只有一个防散射光栅200挡片，因此每个像素都对球管100焦点的位置非常敏感。当焦点的位置完全移开防散射光栅200挡片所指方向时（如图4的情况），那么在射线焦点同侧的探测器像素310的信号将不受球管100焦点漂移的影响，而另一侧的探测器像素310受球管100焦点漂移的影响达到最大。如果我们把防散射光栅200挡片左右两侧的探测器像素310的信号取一个比值，这里称为R，那么这个比值R将与球管100焦点的位置直接相关。

在预设空气校准表过程中，在不同球管100焦点位置下采集的数据中，分别获得防散射光栅200挡片左右两侧探测器300信号的预设比值R₀。这里的预设比值R₀与球管100焦点位置呈一一对应关系，因此，可以采用不同预设比值R₀表示对应的球管100焦点位置。

获得球管100焦点位置并不是我们的最终目的。系统的空气校准表和多个因素相关，主要取决于探测器300的探测效率，但是球管100焦点位置和防散射光栅200之间的相互干扰也会对系统的空气校准表产生影响，而且对图像质量造成比较大的影响。我们的目标是通过知道球管100焦点的位置，从而校正系统的空气校准表，来达到消除图像伪影的目的。

步骤S230、根据空气校准值和预设比值R₀得到空气校准表。

具体地，在同一个球管100焦点位置下采集的数据得到的空气校准值和预设比值R₀具有一一对应的关系，预设比值R₀反映的是球管100焦点位置，空气校准表反映的是球管100焦点位置和空气校准值之间的对应关系。空气校准表可以是插值表，也可以是由测量值（空气校准值）通过二阶拟合形成的拟合曲线（如图7所示）。

进一步地，对每个探测器300通道，得到空气校准值与预设比值R₀形成的空气校准表。

进一步地，还可以通过对多个探测器300通道和多个view上的预设比值R₀、空气校准值分别求平均得到平均预设比值、平均空气校准值，根据平均空气校准值和平均预设比值得到空气校准表。因为每个探测器300通道和view都是独立的测量，这些独立测量的噪声也是相互独立的。N个独立测量的平均值，其噪声是单个测量噪声的

。因此使用多个通道和多个view的探测器300测量的平均值，可以大大降低噪声值。

需要指出的是，上述校正的方法并不一定需要通过球管100焦点位置这个中间变量。系统的空气校准表可以直接映射成预设比值R₀的函数。

步骤S300、获得CT球管100的实时焦点位置，并根据预设的空气校准表和实时焦点位置获取校正后的空气校准数据。

步骤S300具体包括以下步骤：

S310、分别获得防散射光栅200挡片左右两侧探测器300信号的实时比值R。

S320、根据预设的空气校准表和实时比值R获取校正后的空气校准数据。

在校准完成后，那么实际扫描中，就可以通过计算扫描数据中的比值R，并根据空气校准表来获得每个探测器300通道的校正量。把这个校正量加到基准空气校准表上，就可以达到消除球管100焦点漂移带来的对图像的影响。例如，如图7所示，R为1.0025时，其对应的空气校准值为1.004。

本发明还提供了一种CT球管100焦点跟踪系统的较佳实施例：

如图8所示，本发明实施例所述一种CT球管100焦点跟踪系统，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CT球管100焦点跟踪程序，所述CT球管100焦点跟踪程序被所述处理器执行时实现以下步骤：

将防散射光栅200中一个光栅通道210对应至少两个探测器像素310；

预设空气校准表；

获得球管100的实时焦点位置，并根据预设的空气校准表和实时焦点位置获取校正后的空气校准数据，具体如上所述。

所述CT球管100焦点跟踪程序被所述处理器执行时，还实现以下步骤：

改变球管100焦点的位置；

在不同球管100焦点位置下采集的数据中，分别获得防散射光栅200挡片左右两侧探测器300信号的预设比值R₀，并分别计算空气校准值；

根据空气校准值和预设比值R₀得到空气校准表，具体如上所述。

所述CT球管100焦点跟踪程序被所述处理器执行时，还实现以下步骤：

通过对多个探测器300通道和多个view上的预设比值R₀、空气校准值分别求平均得到平均预设比值、平均空气校准值，根据平均空气校准值和平均预设比值得到空气校准表，具体如上所述。

所述CT球管100焦点跟踪程序被所述处理器执行时，还实现以下步骤：

在相同扫描条件下，且在预设时间内连续改变球管100焦点在z方向上的位置，具体如上所述。

所述CT球管100焦点跟踪程序被所述处理器执行时，还实现以下步骤：

分别获得防散射光栅200挡片左右两侧探测器300信号的实时比值R；

根据预设的空气校准表和实时比值R获取校正后的空气校准数据，具体如上所述。

综上所述，本发明所提供的一种CT球管焦点跟踪方法及其系统，所述方法包括步骤：将防散射光栅中一个光栅通道对应至少两个探测器像素；预设空气校准表；获得球管的实时焦点位置，并根据预设的空气校准表和实时焦点位置获取校正后的空气校准数据。由于一个光栅通道对应多个探测器像素，因此中间像素的测量值不受焦点位置的影响。而且通过知道CT球管实时焦点位置和预设的空气校准表，获得校正后的空气校准数据，来达到消除图像伪影的目的。

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 (8)

1.一种CT球管焦点跟踪方法，其特征在于，包括步骤：

将防散射光栅中一个光栅通道对应至少两个探测器像素；

预设空气校准表；

获得球管的实时焦点位置，并根据预设的空气校准表和实时焦点位置获取校正后的空气校准数据；

所述预设空气校准表步骤具体包括：

改变球管焦点的位置；

在不同球管焦点位置下采集的数据中，分别获得防散射光栅挡片左右两侧探测器信号的预设比值R₀，并分别计算空气校准值；

根据空气校准值和预设比值R₀得到空气校准表。

2.根据权利要求1所述的CT球管焦点跟踪方法，其特征在于，所述根据空气校准值和预设比值R₀得到空气校准表步骤具体包括：

通过对多个探测器通道和多个view上的预设比值R₀、空气校准值分别求平均得到平均预设比值、平均空气校准值，根据平均空气校准值和平均预设比值得到空气校准表。

3.根据权利要求1所述的CT球管焦点跟踪方法，其特征在于，所述改变球管焦点的位置步骤具体包括：

在相同扫描条件下，且在预设时间内连续改变球管焦点在z方向上的位置。

4.根据权利要求1所述的CT球管焦点跟踪方法，其特征在于，所述获得球管的实时焦点位置，并根据预设的空气校准表和实时焦点位置获取校正后的空气校准数据步骤具体包括：

分别获得防散射光栅挡片左右两侧探测器信号的实时比值R；

根据预设的空气校准表和实时比值R获取校正后的空气校准数据。

5.一种CT球管焦点跟踪系统，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CT球管焦点跟踪程序，所述CT球管焦点跟踪程序被所述处理器执行时实现以下步骤：

将防散射光栅中一个光栅通道对应至少两个探测器像素；

预设空气校准表；

获得球管的实时焦点位置，并根据预设的空气校准表和实时焦点位置获取校正后的空气校准数据；

所述CT球管焦点跟踪程序被所述处理器执行时，还实现以下步骤：

改变球管焦点的位置；

在不同球管焦点位置下采集的数据中，分别获得防散射光栅挡片左右两侧探测器信号的预设比值R₀，并分别计算空气校准值；

根据空气校准值和预设比值R₀得到空气校准表。

6.根据权利要求5所述的CT球管焦点跟踪系统，其特征在于，所述CT球管焦点跟踪程序被所述处理器执行时，还实现以下步骤：

通过对多个探测器通道和多个view上的预设比值R₀、空气校准值分别求平均得到平均预设比值、平均空气校准值，根据平均空气校准值和平均预设比值得到空气校准表。

7.根据权利要求5所述的CT球管焦点跟踪系统，其特征在于，所述CT球管焦点跟踪程序被所述处理器执行时，还实现以下步骤：

在相同扫描条件下，且在预设时间内连续改变球管焦点在z方向上的位置。

8.根据权利要求5所述的CT球管焦点跟踪系统，其特征在于，所述CT球管焦点跟踪程序被所述处理器执行时，还实现以下步骤：

分别获得防散射光栅挡片左右两侧探测器信号的实时比值R；

根据预设的空气校准表和实时比值R获取校正后的空气校准数据。

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