CN111904446A - 乳腺成像系统及其成像方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种乳腺成像系统及其成像方法，乳腺成像系统包括X射线源、光子计数探测器及处理器；X射线源用于从不同角度发射X射线，光子计数探测器与处理器电性连接，光子计数探测器用于采集X射线源从不同的角度发射的X射线穿过乳腺后的多个投影图像，处理器用于分别对多个投影图像中的每一个投影图像进行增强并对增强后的多个投影图像进行重建。本发明提供的乳腺成像系统采用光子计数探测器采集X射线源从不同的角度发射的X射线穿过乳腺后的多个投影图像，在一次曝光过程中就可以同时获得高能量图像和低能量图像，避免了现有的功能成像技术需要进行两次曝光而导致显著增加辐射剂量以及产生运动伪影，在降低辐射剂量的同时提升了成像质量。
Description
技术领域
本发明涉及X射线成像技术领域，尤其涉及一种乳腺成像系统及其成像方法。
背景技术
乳腺癌在全球范围内都是严重威胁女性健康的重要疾病，居女性恶性肿瘤发病率首位。早发现、早治疗可显著提高乳腺癌患者的生存期，而精准诊断是提高乳腺癌患者生存率的重要环节。目前，乳腺X射线成像是乳腺癌筛查和诊断的首选检查方式，可以检出临床触诊阴性的早期乳腺癌，尤其是以钙化为主要表现特征的乳腺癌。
传统乳腺X射线成像属于形态学技术，呈现乳房的组织结构而非生理学特性，尽管在筛查中已经能够探测出异常发现，但对召回妇女的诊断检查，额外的功能成像技术可以呈现非典型的生理过程，提供显著的诊断优势。最常见的功能成像技术为乳腺能谱对比增强X射线成像，但是，乳腺能谱对比增强X射线成像需要进行两次曝光，会显著增加辐射剂量，且会产生运动伪影，从而增加了图像配准难度。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供一种乳腺成像系统及其成像方法，能够降低辐射剂量以及提升成像质量。
本发明提出的具体技术方案为：提供一种乳腺成像系统，所述乳腺成像系统包括X射线源、光子计数探测器及处理器；所述X射线源用于从不同角度发射X射线，所述光子计数探测器与所述处理器电性连接，所述光子计数探测器用于采集所述X射线源从不同的角度发射的X射线穿过乳腺后的多个投影图像，所述处理器用于分别对所述多个投影图像中的每一个投影图像进行增强并对增强后的多个投影图像进行重建。
进一步地，所述光子计数探测器包括控制电路、电路板及设于所述电路板上的多个探测单元，所述控制电路与所述处理器电性连接，所述电路板与所述控制电路电性连接，所述多个探测单元呈阵列设置且均与所述电路板电性连接。
进一步地，每一个所述探测单元包括半导体层、电极及芯片层，所述电极用于电连接所述半导体层和所述芯片层，所述芯片层与所述电路板电性连接。
进一步地，所述半导体层的材质为碲化镉或碲锌镉。
进一步地，所述乳腺成像系统还包括机架、压迫板及调节单元，所述压迫板滑动连接在所述机架上，所述光子计数探测器固定在所述机架上，所述调节单元用于调节所述压迫板与所述光子计数探测器之间的距离，通过所述压迫板和所述光子计数探测器对乳腺进行夹设。
进一步地，所述X射线源包括多个X射线管，所述多个X射线管呈弧线排列，所述乳腺成像系统还包括控制装置，所述控制装置用于在不同的时间段依次触发多个所述X射线管的开启，以从不同角度发射X射线。
进一步地，所述X射线源为冷阴极X射线源，所述乳腺成像系统还包括第一电源、第二电源及第三电源，所述第一电源用于为所述X射线源的栅极提供电压，所述第二电压源用于为所述X射线源的聚焦极供电，所述第三电源用于为所述X射线源的阳极供电。
进一步地，所述X射线源的管电流不小于100mA，所述X射线源的管电压为20～50kV，所述X射线源的焦点直径为0.1～0.3mm。
本发明还提供了一种如上任一所述的乳腺成像系统的成像方法，所述成像方法包括：
X射线源从不同的角度发射X射线；
光子计数探测器采集X射线源从不同的角度发射的X射线穿过乳腺后的多个投影图像；
处理器分别对所述多个投影图像中的每一个投影图像进行增强并对增强后的多个投影图像进行重建。
进一步地，所述处理器分别对所述多个投影图像中的每一个投影图像进行增强并对增强后的多个投影图像进行重建具体包括：
提取所述多个投影图像中的每一个投影图像中光子能量大于第一能量阈值的光子对应的低能量图像；
提取所述多个投影图像中的每一个投影图像中光子能量大于第二能量阈值的光子对应的高能量图像，所述第二能量阈值大于所述第一能量阈值；
对所述低能量图像和所述高能量图像进行减影处理，获得所述多个投影图像中的每一个投影图像对应的增强图像；
对所述多个投影图像中的每一个投影图像对应的增强图像进行重建。
本发明提供的乳腺成像系统采用光子计数探测器采集X射线源从不同的角度发射的X射线穿过乳腺后的多个投影图像，由于光子计数探测器可以同时对高能量的光子和低能量的光子进行采集，从而在一次曝光过程中就可以同时获得高能量图像和低能量图像，避免了现有的功能成像技术需要进行两次曝光而导致显著增加辐射剂量以及产生运动伪影，在降低辐射剂量的同时提升了成像质量。
附图说明
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其它有益效果显而易见。
图1为本申请实施例一中的乳腺成像系统的结构示意图；
图2为本申请实施例一中的光子计数探测器的结构示意图；
图3为本申请实施例一中的调节单元的电路结构示意图；
图4为本申请实施例一中的成像方法的流程示意图；
图5为本申请实施例二中的X射线源的结构示意图。
具体实施方式
以下，将参照附图来详细描述本发明的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。在附图中，相同的标号将始终被用于表示相同的元件。
本申请提供的乳腺成像系统包括X射线源、光子计数探测器及处理器。X射线源用于从不同角度发射X射线，光子计数探测器与处理器电性连接，光子计数探测器用于采集X射线源从不同的角度发射的X射线穿过乳腺后的多个投影图像，处理器用于分别对多个投影图像中的每一个投影图像进行增强并对增强后的多个图像进行重建。
本申请提供的乳腺成像系统通过光子计数探测器采集X射线源从不同的角度发射的X射线穿过乳腺后的多个投影图像，由于光子计数探测器可以同时对高能量的光子和低能量的光子进行采集，从而在一次曝光过程中就可以同时获得高能量图像和低能量图像，避免了现有的功能成像技术需要进行两次曝光而导致显著增加辐射剂量以及产生运动伪影，在降低辐射剂量的同时提升了成像质量。
下面通过具体的实施例并结合附图来对本申请中的乳腺成像系统及其成像方法进行详细的描述。
实施例一
参照图1，本实施例中的乳腺成像系统包括X射线源1、旋臂2、光子计数探测器3及处理器4。本实施例中的X射线源1为单焦点平板型射线源，即X射线源1仅仅包括一个X射线管，X射线管固定在旋臂2上，旋臂2用于带动X射线源1旋转，X射线源1在旋转时从不同角度发射X射线。光子计数探测器3与处理器4电性连接，光子计数探测器3用于采集X射线源1从不同的角度发射的X射线穿过乳腺5后的多个投影图像，处理器4用于分别对多个投影图像中的每一个投影图像进行增强并对增强后的多个投影图像进行重建。
具体地，旋臂2与一驱动电机(图未示)连接，通过驱动电机来驱动旋臂2的旋转，以实现旋转角度的精准控制。乳腺5位于X射线源1与光子计数探测器3之间，光子计数探测器3为平板型，在成像过程中，X射线源1发射的X射线穿过乳腺5后的投影图像被光子计数探测器3采集，光子计数探测器3再将采集到的多个投影图像发送给处理器4，其中，处理器4可以是计算机、单片机等图像处理器。
参照图2，本实施例中的光子计数探测器3包括控制电路31、电路板32及设于电路板32上的多个探测单元33，控制电路31与处理器4电性连接，电路板32与控制电路31电性连接，多个探测单元33呈阵列设置且均与电路板32电性连接。探测单元33的数量可以根据实际的探测分辨率来确定，例如，通过设置更多的探测单元33来获得较高的探测分辨率。
具体地，每一个探测单元33包括半导体层331、电极332及芯片层333，电极332用于电连接半导体层331和芯片层333，芯片层333与电路板32电性连接。半导体层331用于接收X射线源1发射的X射线穿过乳腺5后的光信号并将光信号转化为电信号，电极332用于将半导体层331产生的电信号发送给芯片层333，芯片层333用于对电信号进行处理，例如，将电信号转化为数字信号以及根据电信号的幅值与预定阈值的大小关系来对电信号对应的光子进行计数。
芯片层333的输出端通过金属引线与电路板32电性连接，电路板32将芯片层333输出的信号发送给控制电路31，控制电路31对芯片层333输出的信号进行处理后发送给处理器4。
较佳地，半导体层的材质为碲化镉或碲锌镉。
本实施例中的乳腺成像系统还包括机架6、压迫板7及调节单元8，压迫板7滑动连接在机架6上，即压迫板7可以相对于机架6上下滑动。光子计数探测器3固定在机架6上并位于压迫板7的下方。调节单元8与压迫板7连接，其用于调节压迫板7与光子计数探测器3之间的距离，乳腺5夹设于压迫板7和光子计数探测器3之间，通过调节单元8调节压迫板7与光子计数探测器之间的距离来调节施加于乳腺5上的压力。
参照图3，具体地，调节单元8包括厚度计算电路81、压力反馈电路82以及控制电路83。厚度计算电路81用于计算乳腺5的厚度，本实施例中的厚度计算电路81包括设置于压迫板7中的距离传感器，通过距离传感器来获得乳腺的厚度。压力反馈电路82用于获取施加于乳腺5上的压力，控制电路83用于根据乳腺的厚度以及施加于乳腺5上的压力值的大小来控制压迫板7的移动。
较佳地，旋臂2为C型臂，旋臂2与机架6转动连接，旋臂2可以绕机架6旋转，X射线源1和调节单元8分别位于旋臂2的两个端部，其中，X射线源1固定在旋臂2的顶部，调节单元8设置在旋臂2的底部。
X射线源1为冷阴极射线源或热阴极射线源，本实施例中的X射线源1为冷阴极X射线源，乳腺成像系统还包括第一电源(图未示)、第二电源(图未示)及第三电源(图未示)，第一电源用于为X射线源1的栅极提供电压，第二电压源用于为X射线源1聚焦极供电，第三电源用于为X射线源的阳极供电。
较佳地，本实施例中的X射线源1为碳纳米X光源，X射线源1的靶材为钼靶或钨靶，X射线源1的管电流不小于100mA，X射线源1的管电压为20～50kV，这样可以获得直径为0.1～0.3mm的光斑，该光斑大小可以满足乳腺成像的要求，即X射线源1的焦点尺寸为0.1～0.3mm。
本实施例中的乳腺成像系统还包括显示器9，显示器9与处理器4电连接，其用于对处理器4输出的重建图像进行显示。
参照图4，本实施例还提供了上述乳腺成像系统的成像方法，所述成像方法包括步骤：
S1、旋臂2将X射线源1旋转至不同角度，以使得X射线源1从不同的角度发射X射线；
S2、光子计数探测器3采集X射线源1从不同的角度发射的X射线穿过乳腺后的多个投影图像；
S3、处理器4分别对多个投影图像中的每一个投影图像进行增强并对增强后的多个投影图像进行重建。
在步骤S1中，旋臂2通过一驱动电机(图未示)控制旋转角度。
在步骤S3中，处理器4分别对多个投影图像中的每一个投影图像进行增强并对增强后的多个投影图像进行重建具体包括：
S31、提取多个投影图像中的每一个投影图像中光子能量大于第一能量阈值的光子对应的低能量图像；
S32、提取多个投影图像中的每一个投影图像中光子能量大于第二能量阈值的光子对应的高能量图像，其中，第二能量阈值大于所述第一能量阈值；
S33、对低能量图像和高能量图像进行减影处理，获得多个投影图像中的每一个投影图像对应的增强图像；
S34、对多个投影图像中的每一个投影图像对应的增强图像进行重建。
在步骤S31～S32中，由于X射线的光子是在一定能量范围内分布的，即X射线既包括低能量的光子又包括高能量的光子，光子计数探测器3可以在一次曝光过程中同时对高能量的光子和低能量的光子进行采集，然后根据选取不同的能量阈值来获得每一个投影图像对应的低能量图像和高能量图像，例如，第一能量阈值为10，第二能量阈值为40，则将每一个投影图像中光子能量大于10的光子作为低能量图像的光子，从而根据这些光子获得低能量图像，将每一个投影图像中光子能量大于40的光子作为高能量图像的光子，从而根据这些光子获得高能量图像。
在步骤S33中，通过下式对低能量图像和高能量图像进行减影处理：
I′＝log(I1)-A×log(I2)
其中，I1表示低能量图像，I2表示高能量图像，I＇表示减影处理后的图像，A为加权系数。
本实施例中的成像方法能够在一次曝光过程中同时获得低能量图像和高能量图像，避免了现有的功能成像技术需要进行两次曝光而导致显著增加辐射剂量以及产生运动伪影，在降低辐射剂量的同时提升了成像质量。
实施例二
参照图5，本实施例中的X射线源1为多焦点弧形射线源，具体地，X射线源1包括多个X射线管，多个X射线管呈弧线形排列。本实施例中的乳腺成像系统还包括控制装置(图未示)，控制装置用于在不同的时间段依次触发多个X射线管的开启/关闭，以实现不同X射线管之间的切换，使得X射线源1从不同角度发射X射线。
由于X射线源1为多焦点弧形射线源，本实施例中的旋臂2与机架6固定连接。在本实施例的成像方法中，只需要通过控制装置在不同的时间段依次触发多个X射线管的开启/关闭来实现X射线源1从不同角度发射X射线。
本实施例相对于实施例一的进步在于，由于本实施例中X射线源1不需要转动，从而可以避免因X射线源1的转动带来的运动伪影，进一步提升了成像质量。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
Claims (10)
1.一种乳腺成像系统，其特征在于，所述乳腺成像系统包括X射线源、光子计数探测器及处理器；所述X射线源用于从不同角度发射X射线，所述光子计数探测器与所述处理器电性连接，所述光子计数探测器用于采集所述X射线源从不同的角度发射的X射线穿过乳腺后的多个投影图像，所述处理器用于分别对所述多个投影图像中的每一个投影图像进行增强并对增强后的多个投影图像进行重建。
2.根据权利要求1所述的乳腺成像系统，其特征在于，所述光子计数探测器包括控制电路、电路板及设于所述电路板上的多个探测单元，所述控制电路与所述处理器电性连接，所述电路板与所述控制电路电性连接，所述多个探测单元呈阵列设置且均与所述电路板电性连接。
3.根据权利要求2所述的乳腺成像系统，其特征在于，每一个所述探测单元包括半导体层、电极及芯片层，所述电极用于电连接所述半导体层和所述芯片层，所述芯片层与所述电路板电性连接。
4.根据权利要求3所述的乳腺成像系统，其特征在于，所述半导体层的材质为碲化镉或碲锌镉。
5.根据权利要求1～4任一项所述的乳腺成像系统，其特征在于，所述乳腺成像系统还包括机架、压迫板及调节单元，所述压迫板滑动连接在所述机架上，所述光子计数探测器固定在所述机架上，所述调节单元用于调节所述压迫板与所述光子计数探测器之间的距离，通过所述压迫板和所述光子计数探测器对乳腺进行夹设。
6.根据权利要求5所述的乳腺成像系统，其特征在于，所述X射线源包括多个X射线管，所述多个X射线管呈弧线排列，所述乳腺成像系统还包括控制装置，所述控制装置用于在不同的时间段依次触发多个所述X射线管的开启，以从不同角度发射X射线。
7.根据权利要求6所述的乳腺成像系统，其特征在于，所述X射线源为冷阴极X射线源，所述乳腺成像系统还包括第一电源、第二电源及第三电源，所述第一电源用于为所述X射线源的栅极提供电压，所述第二电压源用于为所述X射线源的聚焦极供电，所述第三电源用于为所述X射线源的阳极供电。
8.根据权利要求7所述的乳腺成像系统，其特征在于，所述X射线源的管电流不小于100mA，所述X射线源的管电压为20～50kV，所述X射线源的焦点直径为0.1～0.3mm。
9.一种如权利要求1～8任一所述的乳腺成像系统的成像方法，其特征在于，所述成像方法包括：
X射线源从不同的角度发射X射线；
光子计数探测器采集X射线源从不同的角度发射的X射线穿过乳腺后的多个投影图像；
处理器分别对所述多个投影图像中的每一个投影图像进行增强并对增强后的多个投影图像进行重建。
10.根据权利要求9所述的成像方法，其特征在于，所述处理器分别对所述多个投影图像中的每一个投影图像进行增强并对增强后的多个投影图像进行重建具体包括：
提取所述多个投影图像中的每一个投影图像中光子能量大于第一能量阈值的光子对应的低能量图像；
提取所述多个投影图像中的每一个投影图像中光子能量大于第二能量阈值的光子对应的高能量图像，所述第二能量阈值大于所述第一能量阈值；
对所述低能量图像和所述高能量图像进行减影处理，获得所述多个投影图像中的每一个投影图像对应的增强图像；
对所述多个投影图像中的每一个投影图像对应的增强图像进行重建。
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- 2020-09-11 CN CN202010952993.8A patent/CN111904446A/zh active Pending
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