CN111358478B - 一种x射线成像系统及成像方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种X射线成像系统及成像方法。该X射线成像系统包括探测器、处理器和与所述探测器相对的至少两个X射线源，待成像物体放置在所述探测器和所述至少两个X射线源之间；所述至少两个X射线源能够向所述探测器发射X射线，各个X射线源所发射的X射线光子的能量范围不同；所述处理器用于：基于所述探测器的各个探测单元所探测到的X射线光子的能量范围，确定每个探测单元所接收到的不同照射角度的光子数量；根据所述每个探测单元所接收到的不同照射角度的光子数量，确定待成像物体的图像数据。
Description
技术领域
本申请涉及医疗器械领域，特别涉及一种X射线成像系统及成像方法。
背景技术
X射线成像是一种在医学、工业及生活中上被广泛应用于进行身体检查或物品探测的透视检测方法。在X射线穿透待成像物体(如人体器官或组织等)时，由于待成像物体可能是由多种物质成分和不同的密度构成，所以各部分对X射线的吸收系数是不同的，因此待成像物体各部分对X射线的衰减不同。根据上述原理，可以利用X射线依次从多个角度对待成像物体进行照射，根据X射线在各个角度照射后的衰减情况，经过计算机的分析和处理，即可得到待成像物体的图像。
发明内容
本申请实施例之一提供一种X射线成像系统，其包括探测器、处理器和与所述探测器相对的至少两个X射线源，待成像物体放置在所述探测器和所述至少两个X射线源之间；所述至少两个X射线源能够向所述探测器发射X射线，各个X射线源所发射的X射线光子的能量范围不同；所述处理器用于：基于所述探测器的各个探测单元所探测到的X射线光子的能量范围，确定每个探测单元所接收到的不同照射角度的光子数量；根据所述每个探测单元所接收到的不同照射角度的光子数量，确定待成像物体的图像数据。
本申请实施例之一提供一种X射线成像方法，其包括：将待成像物体放置在探测器和至少两个X射线源之间；控制至少两个X射线源同时向探测器发射X射线，且各个X射线源所发射的X射线光子的能量范围不同；基于所述探测器的各个探测单元所探测到的X射线光子的能量范围，确定每个探测单元所接收到的不同照射角度的光子数量；根据所述每个探测单元所接收到的不同照射角度的光子数量，确定待成像物体的图像数据。
附图说明
本申请将以示例性实施例的方式进一步说明，这些示例性实施例将通过附图进行详细描述。这些实施例并非限制性的，在这些实施例中，相同的编号表示相同的结构，其中：
图1是根据本申请一些实施例所示的X射线成像系统的结构示意图；
图2是根据本申请一些实施例所示的X射线成像方法的流程图。
图中，110为探测器，120为X射线源，100为X射线成像系统，200为待成像物体。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
相反，本申请涵盖任何由权利要求定义的在本申请的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本申请有更好的了解，在下文对本申请的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本申请。
本申请实施例涉及一种X射线成像系统及成像方法，该X射线成像系统通过至少两个X射线源发射X射线，由于各个X射线源发出的X射线光子的能量范围不同，通过各个探测单元所探测到的X射线光子的能量范围，可以确定每个探测单元所接收到的不同照射角度的光子数量；根据每个探测单元所接收到的不同照射角度的光子数量，可以实现成像。通过这样的方式来实现成像，可以使得至少两个X射线源同时曝光，从而减少拍摄过程中曝光次数，缩短拍摄时间。本申请的X射线成像系统可以应用于能够发射和探测X射线的各种设备中，包括但不限于CT、DR、X射线机、数字乳腺断层摄影设备等设备。
图1是根据本申请一些实施例所示的X射线成像系统的结构示意图。以下将结合图1对本申请实施例所涉及的X射线成像系统进行详细说明。值得注意的是，以下实施例仅仅用以解释本申请，并不构成对本申请的限定。
在本申请的实施例中，如图1所示，该X射线成像系统100包括探测器110、处理器(图中未示出)和与探测器110相对的至少两个X射线源120。至少两个X射线源120能够向探测器110发射X射线，各个X射线源120所发射的X射线光子的能量范围不同。待成像物体200放置在探测器110和至少两个X射线源120之间，以使得X射线源120发出的射线可以穿过待成像物体后达到探测器。处理器用于：基于探测器110的各个探测单元所探测到的X射线光子的能量范围，确定每个探测单元所接收到的不同照射角度的光子数量；根据每个探测单元所接收到的不同照射角度的光子数量，确定待成像物体的图像数据。待成像物体的图像数据可以包括待成像物体分别在各个X射线源120的照射下的图像数据，也可以包括待成像物体整体的三维图像数据。在一些实施例中，X射线源120为场致发射冷阴极的射线源。本领域技术人员可以根据实际的成像需要来选择所设置的X射线源120的数量。例如，当对得到的图像的质量要求较高时，可以增加X射线源120的数量，当需要降低X射线成像系统100的成本时，可以减少X射线源120的数量。在一些实施例中，X射线源120可以设置为2个、3个、4个、5个、9个、20个、30个等，本申请对此不作进一步限制。一般情况下，X射线源120的数量越多，越有利于提高X射线成像系统100的成像效果。在本实施例中，处理器可以获得探测器110所探测到的不同能量的X射线光子的数量。探测器可以为既能够探测X射线光子的光子数又能够探测X射线光子的能量的光子计数平板探测器。例如，该平板探测器的接收表面上可以设置光电倍增管以实现光子计数。在一些实施例中，处理器可以获取探测器上各个探测单元(也可称为像素点)所探测到的某一能量范围(如某X射线源对应光子能量范围)的X射线光子的数量，从而得到物体对这一能量范围的X射线的吸收情况，进而确定物体在该能量范围所对应的X射线源照射下的图像。一个探测单元可以是一小块探测区域，例如，可以是一个闪烁体。
需要说明的是，X射线源120所发射的X射线光子的能量范围可以理解为探测器110所能够接收到的X射线光子的能量范围。在一些实施例中，至少两个X射线源120所发射的X射线光子的能量范围可以部分重叠。仅作为示例，当X射线源120的数量是三个时，可以使得一个X射线源发射的X射线光子的能量范围为15-32Kev，另一个X射线源发射的X射线光子的能量范围为30-47Kev，再一个X射线源发射的X射线光子的能量范围为45-62Kev。在一些实施例中，为了更准确地区分各个能量范围，以使得各个能量范围内的光子数更容易被计算出，各个X射线源120所发射的X射线光子的能量范围可以不重叠。X射线光子的能量范围不重叠可以理解为较低的能量范围的最高能量值小于较高的能量范围的最低能量值。仅作为示例，当X射线源120的数量是三个时，可以使得一个X射线源发射的X射线光子的能量范围为15-30Kev，另一个X射线源发射的X射线光子的能量范围为40-55Kev，再一个X射线源发射的X射线光子的能量范围为60-75Kev。在一些实施例中，为了进一步保证各个能量范围的X射线光子能够被识别出，较低的能量范围的最高能量值与较高的能量范围的最低能量值之间的差值可以大于或等于探测器110能够感应的最小能量值。探测器110能够感应的最小能量值可以理解为探测器110的探测灵敏度。
处理器可以用于进行数据的接收、传输以及信息的处理等操作。处理器可以利用各种方式来实现。例如，在一些实施例中，处理器可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。其中，硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分则可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域技术人员可以理解上述系统可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本说明书一个或多个实施例的处理器不仅可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用例如由各种类型的处理器所执行的软件实现，还可以由上述硬件电路和软件的结合(例如，固件)来实现。
在一些实施例中，至少两个X射线源120和探测器110可以相对于待成像物体200固定。例如，待成像物体200可以放置在探测器110上。在一些实施例中，至少两个X射线源120和探测器110可以相对待成像物体200运动(例如，转动和/或平移)。例如，至少两个X射线源120和探测器110可以被设置在机架上，机架与驱动机构(如电机、液压缸等)相连，驱动机构能够驱动机架进行转动和/或平移。通过这样的设置，可以以更少的X射线源120获取更多照射角度的拍摄图像。例如，当X射线源的数量是2个时，通过使得X射线源运动一次，可以获得4个角度的拍摄图像。通过这样的设置，在降低X射线成像系统100的成本的同时也能够缩短拍摄时间。
在一些实施例中，处理器可以用于：基于探测器110所探测到的X射线光子的能量范围，确定发出该X射线光子的X射线源120，从而确定待成像物体在各个X射线源照射下的图像。
在一些实施例中，处理器可以用于：根据探测器110的探测单元所探测到的X射线光子的能量范围，确定发出对应能量范围的X射线光子的X射线源120，并基于该X射线源120的于探测单元的相对位置，确定该X射线光子的照射角度。在一些实施例中，当各个X射线源120所发射的X射线光子的能量范围部分重叠时，可以将重叠部分的光子的数量忽略不计，仅计算不重叠部分的光子的数量；或者也可以将探测到的重叠部分的光子的数量均分到对应的两个或多个X射线源120，从而根据对应X射线源120的射线发射角度，确定出每个探测单元所接收到的不同照射角度的光子数量。在一些实施例中，当各个X射线源120所发射的X射线光子的能量范围不重叠时，可以直接根据探测器所探测到的不同能量范围的光子直接确定其对应的各个X射线源，从而根据对应X射线源120的射线发射角度，确定出每个探测单元所接收到的不同照射角度的光子数量。
在一些实施例中，处理器可以根据待成像物体200的图像数据，确定待成像物体200的断层扫描图像。例如，处理器可以在获得待成像物体200在X射线源120从不同角度照射下的图像信息(吸收图像)后，基于这些图像，通过合成或三维图像重建等方法确定待成像物体200的断层扫描图像。三维图像重建方法可以包括但不限于代数法、迭代法、傅立叶变换法、卷积反投影法等。
在一些实施例中，如图1所示，各个X射线源120的照射区域的重叠区域形成待成像物体200的容置空间。通过这样的设置，可以使得各个X射线源120发出的X射线均能够照射到待成像物体200上。
在一些实施例中，至少两个X射线源120可以为间隔设置的线阵光源。例如，可以是在平行于探测器110接收表面的一条直线上间隔设置的线阵光源。在另一些实施例中，至少两个X射线源120可以为阵列设置的面阵光源。例如，可以是阵列设置在平行于探测器110接收表面的一个平面上的面阵光源。具体的，X射线源120可以设置为多种形状的阵列，例如圆形阵列、方形阵列或三角形阵列等。通过将至少两个X射线源120设置在一条直线上或一个平面上，可以便于X射线源120的布置，且能够更容易且准确地确定各个X射线源120对待成像物体200的照射角度。在一些替代性实施例中，至少两个X射线源120也可以布置在一条曲线上或者一个曲面上等。在一些实施例中，每个X射线源120可以均为单色光源。每个X射线源120的可以颜色不同，因此每个X射线源120发出的X射线的能量范围也就有所差别。通过这样的设置，可以便于区分各个X射线源120所发射的X射线的能量范围。
在一些实施例中，X射线成像系统还包括控制器，X射线源120包括高压发生器、射线管和滤过机构，高压发生器与控制器相连；射线管与高压发生器相连，控制器能够控制高压发生器施加在射线管上的电压，以调节射线管发出的X射线的能量值，滤过机构能够拦截射线管发出的能量在预设能量值以下的X射线光子。在一些实施例中，控制器和上述处理器可以是不同的模块，分别实现高压发生器的压力控制和根据不同照射角度的光子数量进行图像处理。在另一些实施例中，控制器和上述处理器可以是同一个模块，该模块既能够控制高压发生器的压力，又能够根据不同照射角度的光子数量进行图像处理。射线管包含有阳极和阴极两个电极，阳极是用于接受电子轰击的靶材，阴极是发射电子的灯丝。高压发生器可以给两个电极施加高电压，从阴极发射的电子以高能高速的状态撞击靶材，高能高速的电子到达靶面后运动突然受到阻止，其动能的一小部分便转化为辐射能，以X射线的形式放出。通过改变高压发生器施加在两个电极的电压，可以改变阴极发射电子灯丝的激发电位，从而改变X射线光子的能量，高压发生器可以限定射线管发出的X射线光子的能量值。在一些实施例中，处理器可以控制高压发生器加在射线管的两个电极的电压的大小，进而改变射线管发出的X射线的最高能量值。另外，由于射线管发出的X射线光子的能量不是单一的能量值，因此可以利用铝片或铜片等金属片作为滤过机构来对射线管发出的X射线光子进行滤过，以使得X射线中的低能部分的光子被吸收。通过改变金属片的厚度可以改变预设能量值，因此滤过机构实现了对能量在预设能量值以下的X射线光子的拦截，限定了X射线光子的最低能量值。
在一些实施例中，X射线成像系统可以为数字乳腺三维断层摄影设备。数字乳腺三维断层摄影设备得到的图像能够克服传统二维乳腺钼靶设备得到的图像中因组织重叠而影响病变观察的问题。在不均匀致密型和致密型乳腺中，数字乳腺三维断层摄影设备对于微小钙化的检出明显优于二维乳腺钼靶设备。使用本申请的X射线成像系统的数字乳腺三维断层摄影设备能够缩短检查拍摄的时间，且能够提高成像的效果。
本申请所披露的X射线成像系统可能带来的有益效果包括但不限于：(1)通过设置至少两个能量范围不同的X射线源，可以使得至少两个X射线源同时曝光而实现成像，从而减少成像过程中的曝光次数，缩短拍摄时间；(2)通过探测器对不同能量范围内X射线光子数进行探测，从而准确获得不同角度照射下的待成像物体的图像，成像效果好；(3)通过对X射线源的布置，能够更容易且准确地确定各个X射线源对待成像物体的照射角度，从而提高成像效果。需要说明的是，不同实施例可能产生的有益效果不同，在不同的实施例里，可能产生的有益效果可以是以上任意一种或几种的组合，也可以是其他任何可能获得的有益效果。
图2是根据本申请一些实施例所示的X射线成像方法的流程图该X射线成像方法，如图2所示，该X射线成像方法包括以下步骤：
将待成像物体200放置在探测器110和至少两个X射线源120之间；
控制至少两个X射线源120同时向探测器110发射X射线，且各个X射线源120所发射的X射线光子的能量范围不同；
基于探测器110的各个探测单元所探测到的X射线光子的能量范围，确定每个探测单元所接收到的不同照射角度的光子数量；
根据每个探测单元所接收到的不同照射角度的光子数量，确定待成像物体的图像数据；
根据待成像物体200的图像数据，确定待成像物体200的断层扫描图像。
在本实施例中，可以通过处理器来控制高压发生器加在射线管的两个电极的电压大小，进而改变射线管发出的X射线的最高能量值，再通过设置不同的滤过装置(例如不同厚度的金属片)来限定各个X射线源发出的X射线的最低能量值，从而实现X射线的能量范围的限定。探测器110可以探测到其接收到的X射线光子的能量，探测器110的接收表面可以通过设置光电倍增管来探测不同能量范围的X射线光子的数量，处理器再根据探测器的每个探测单元所接收到的不同照射角度的光子数量，来确定待成像物体200在各个X射线源120从不同角度照射下的吸收图像。处理器可以获取待成像物体200在X射线源120从不同角度照射下的图像信息(吸收图像)，并可以基于这些图像，通过合成或三维图像重建等方法确定待成像物体200的断层扫描图像。三维图像重建方法可以包括但不限于代数法、迭代法、傅立叶变换法、卷积反投影法等。
在本实施例中，通过设置至少两个能量范围不同的X射线源120，至少两个X射线源120可以同时进行曝光，通过探测器110探测不同能量范围的X射线光子的数量，可以对不同X射线源120发出的X射线进行区分，从而在一次曝光下就得到待成像物体200在各个X射线源120从不同角度照射下的图像。这样的成像方法可以减少X射线源120的曝光次数，从而大大提高拍摄效率，缩短拍摄时间。在获得待成像物体200在各个X射线源120照射下的图像后，将这些图像信息进行处理，可以得到待成像物体的断层扫描图像。
以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种X射线成像系统，其特征在于，包括探测器、处理器、控制器和与所述探测器相对的至少两个X射线源，待成像物体放置在所述探测器和所述至少两个X射线源之间；所述X射线源包括高压发生器、射线管和滤过机构，所述高压发生器与所述控制器相连；所述射线管与所述高压发生器相连；
所述至少两个X射线源同时向所述探测器发射X射线，各个X射线源所发射的X射线光子的能量范围不同所述控制器能够控制所述高压发生器施加在所述射线管上的电压的大小，以调节所述射线管发出的X射线的最高能量值，所述滤过机构能够拦截所述射线管发出的能量在预设能量值以下的X射线光子，通过设置不同的所述滤过机构限定各个所述X射线源发出的X射线的最低能量值；所述处理器用于：
基于所述探测器的各个探测单元所探测到的X射线光子的能量范围，确定每个探测单元所接收到的不同照射角度的光子数量；
根据所述每个探测单元所接收到的不同照射角度的光子数量，确定待成像物体的图像数据。
2.如权利要求1所述的X射线成像系统，其特征在于，所述处理器用于：
根据所述探测器的探测单元所探测到的X射线光子的能量范围，确定发出对应能量范围的X射线光子的X射线源；
基于该X射线源与所述探测单元的相对位置，确定该X射线光子的照射角度。
3.如权利要求1所述的X射线成像系统，其特征在于，所述处理器还用于：根据待成像物体的图像数据，确定所述待成像物体的断层扫描图像。
4.如权利要求1所述的X射线成像系统，其特征在于，所述各个X射线源的照射区域的重叠区域形成待成像物体的容置空间。
5.如权利要求1所述的X射线成像系统，其特征在于，所述至少两个X射线源为间隔设置的线阵光源。
6.如权利要求1所述的X射线成像系统，其特征在于，所述至少两个X射线源为阵列设置的面阵光源。
7.如权利要求1所述的X射线成像系统，其特征在于，每个所述X射线源为均为单色光源。
8.如权利要求1-7中任一项所述的X射线成像系统，其特征在于，各个X射线源所发射的X射线光子的能量范围不重叠，较低的能量范围的最高能量值与较高的能量范围的最低能量值之间的差值大于或等于所述探测器能够感应的最小能量值。
9.如权利要求1-7中任一项所述的X射线成像系统，其特征在于，所述X射线成像系统为数字乳腺三维断层摄影设备。
10.一种X射线成像方法，其特征在于，包括：
将待成像物体放置在探测器和至少两个X射线源之间；
控制至少两个X射线源同时向探测器发射X射线，且各个X射线源所发射的X射线光子的能量范围不同；
基于所述探测器的各个探测单元所探测到的X射线光子的能量范围，确定每个探测单元所接收到的不同照射角度的光子数量；
根据所述每个探测单元所接收到的不同照射角度的光子数量，确定待成像物体的图像数据；
所述X射线源所发射的X射线光子的能量范围通过如下方式限定：
通过控制器控制高压发生器加在射线管上的电压大小，以调节所述射线管发出的X射线的最高能量值；
通过设置不同的滤过机构来限定各个X射线源发出的X射线的最低能量值。
11.如权利要求10所述的X射线成像方法，其特征在于，还包括：根据待成像物体的图像数据，确定所述待成像物体的断层扫描图像。
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