CN112147665A - 可拼接探测器阵列、成像系统及成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可拼接探测器阵列、成像系统及成像方法，探测器阵列包括至少两个平板探测器，平板探测器包括上盖板、下盖板以及设置在上盖板与下盖板之间的成像部和电路板，电路板与成像部电连接，成像部用于将射线信号转换为电荷信号，电路板将电荷信号转化为数字信号；其中第一平板探测器具有自上盖板向下盖板向内倾斜的第一斜侧面，第二平板探测器具有自上盖板向下盖板向外倾斜的第二斜侧面，第二平板探测器的成像部具有柔性基板，且其成像部由上盖板延伸至第二斜侧面；两个平板探测器正向拼接，使两个平板探测器的成像部在两个斜侧面的拼接处部分上下设置。本发明的探测器实现多个探测器协同工作、无缝拼接成像。

Description

可拼接探测器阵列、成像系统及成像方法

技术领域

本发明涉及探测器成像领域，特别涉及一种可拼接探测器阵列、成像系统及成像方法。

背景技术

数字平板探测器是数字化X射线成像系统中的关键部件，在数字化X射线成像系统中，平板探测器将携带信息的X射线转化成可被检测并表达的数字信号。

当前市场上的数字化X射线平板探测器大多数为独立工作的个体，探测器与探测器之间除了进行数据传输和共享，没有其它协同工作的功能。所谓协同工作，是指在不改变原先接口和同步机制的前提下，若干台探测器拼接后联合工作，在应用端看起来就好像是在操作一块成像面积更大的探测器。

为了获得较大的成像区域，现有技术中通常采用一块平板探测器变换位置多次曝光的方式，无法一次曝光成像。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明提供一种可拼接探测器阵列、成像系统及成像方法，具体技术方案如下：

一方面，公开了一种可拼接探测器阵列，至少包括第一平板探测器和第二平板探测器，所述第一平板探测器和第二平板探测器均包括上盖板、下盖板以及设置在上盖板与下盖板之间的成像部和电路板，所述电路板与所述成像部电连接，所述成像部用于将射线信号转换为电荷信号，所述电路板将电荷信号转化为数字信号；

所述第一平板探测器具有自上盖板向下盖板向内倾斜的第一斜侧面，所述第二平板探测器具有自上盖板向下盖板向外倾斜的第二斜侧面，所述第二平板探测器的成像部设置在与所述上盖板相对的区域及与所述第二斜侧面相对的区域；

所述第一平板探测器的第一斜侧面与所述第二平板探测器的第二斜侧面拼接，使所述第一平板探测器的成像部与第二平板探测器的成像部在拼接处部分上下设置。

进一步地，阵列中的每一个平板探测器均具有至少一个自上盖板向下盖板向内倾斜的第一斜侧面和至少一个自上盖板向下盖板向外倾斜的第二斜侧面。

进一步地，同一个平板探测器上的第一斜侧面和第二斜侧面的倾斜角度互为补角，及/或所述第一平板探测器的第一斜侧面与所述第二平板探测器的第二斜侧面的倾斜角度互为补角。

进一步地，所述平板探测器的上盖板和下盖板均为N边形，所述平板探测器还包括n1个第一斜侧面和n2个第二斜侧面，其中n1和/或n2为正整数，N为大于或者等于3的正整数，且n1与n2之和小于或等于N。

进一步地，阵列中的每一个平板探测器的第一斜侧面和/或第二斜侧面上设有用于与相邻的平板探测器进行通信的触点和/或传感器。

进一步地，阵列中的每一个平板探测器的上盖板由能够使射线穿透的材质制成。

另一方面，公开了一种用于三维成像的探测器阵列，包括多个竖立设置的平板探测器，相邻的平板探测器之间能够设置用于发出射线的光机，使得每个光机出束后在对面对应的平板探测器上成像。

另一方面，公开了一种成像系统，包括射线源、成像显示单元及如上所述的可拼接探测器阵列，所述射线源发出的射线射向阵列中的平板探测器的上盖板，所述成像显示单元与全部或部分平板探测器的电路板电连接，每个平板探测器均遵循一个时序进行同步工作。

再一方面，公开了一种基于如上所述的可拼接探测器阵列的成像方法，包括以下步骤：

S1、正向拼接探测器阵列中的第一平板探测器和第二平板探测器，打开射线源，所述射线源射向两个平板探测器的上盖板；

S2、利用所述第一平板探测器获取第一图像信息，利用所述第二平板探测器获取第二图像信息；

S3、对所述第一图像信息与第二图像信息进行图像特征匹配，获得第一特征匹配区域；

S4、将所述第一图像信息去除所述第一特征匹配区域的剩余部分与所述第二图像信息进行拼接，或者，将所述第二图像信息去除所述第一特征匹配区域的剩余部分与所述第一图像信息进行拼接，得到第一拼接图像。

进一步地，在步骤S4得到第一拼接图像后，还包括以下步骤：

S5、利用探测器阵列中的第三平板探测器获取第三图像信息，其中，所述第三平板探测器与第二平板探测器正向拼接；

S6、对所述第三图像信息与所述第一拼接图像信息进行图像特征匹配，获得第二特征匹配区域；

S7、将所述第一拼接图像信息去除所述第二特征匹配区域的剩余部分与所述第三图像信息进行拼接，或者，将所述第三图像信息去除所述第二特征匹配区域的剩余部分与所述第一拼接图像信息进行拼接，得到第二拼接图像。

进一步地，步骤S3包括：利用SIFT算法从第一图像和第二图像中提取出特征点，利用特征向量对所述特征点进行描述，再对所述特征向量之间的距离进行计算来实现特征匹配，所述特征向量之间的距离为欧氏距离、汉明距离或余弦距离。

本发明的技术方案带来的有益效果包括：

(a)整个探测器阵列可以作为一台探测器进行操作和取图，若干台平板探测器联合工作，在应用端看起来就好像是在操作一块成像面积更大的探测器；

(b)可以根据应用场景灵活选择合适的探测器拼接方式，系统适应性增强，拼接后的探测器阵列可以增加成像面积区域；

(c)拼接的平板探测器的成像区域在拼接处投影有重合，通过图像处理可以实现无缝拼接。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的可拼接探测器阵列的部分放大示意图；

图2是本发明实施例提供的平板探测器的单体结构示意图；

图3是本发明实施例提供的正向拼接的三个平板探测器的拼接状态示意图；

图4是本发明实施例提供的用于三维成像的探测器阵列的拼接示意图。

其中，附图标记包括：1-上盖板，2-成像部，3-电路板，4-支撑框架，5-下盖板，6-平板探测器，61-第一平板探测器，611-第一斜侧面，62-第二平板探测器，621-第二斜侧面。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，更清楚地了解本发明的目的、技术方案及其优点，以下结合具体实施例并参照附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。除此，本发明的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本发明的一个实施例中，提供了一种可拼接探测器阵列，参见图1，所述探测器阵列包括至少包括第一平板探测器61和第二平板探测器62，所述第一平板探测器61和第二平板探测器62均包括上盖板1、下盖板5以及设置在上盖板1与下盖板5之间的成像部2、支撑框架4和电路板3，阵列中的每一个平板探测器6的上盖板1由能够使射线穿透的材质制成，以X射线为例进行说明，在本实施例中所述上盖板1采用X射线高透材料(此为现有技术)制成；所述支撑框架4用于支撑所述成像部2，所述电路板3可选地安装在所述支撑框架4上，所述支撑框架4采用卡接或粘接或锁紧件(比如螺丝、螺钉或螺栓)的方式固定在探测器的内壁上，或者，所述支撑框架4可以与探测器的内壁一体成型；对所述电路板3安装在支撑框架4上的具体位置不作限定，所述电路板3与所述成像部2电连接，所述成像部2用于将射线信号转换为电荷信号，所述电路板3将电荷信号转化为数字信号，实现以上将射线信号转换为电荷信号的技术包括但不限于非晶硅间接转换技术或者非晶硒直接转换技术；

所述第一平板探测器61具有自第一平板探测器61的上盖板1向下盖板5向内倾斜的第一斜侧面611，所述第二平板探测器62具有自第二平板探测器62的上盖板1向下盖板5向外倾斜的第二斜侧面621，在本实施例中所述第一平板探测器61的第一斜侧面611与所述第二平板探测器62的第二斜侧面621的倾斜角度互为补角；所述第二平板探测器62的成像部2具有柔性基板，由于所述成像部2为柔性结构，因此所述第二平板探测器62的成像部2能够由所述上盖板1延伸至所述第二斜侧面621，使得在水平面和斜面上均可以成像，显然，至少所述第二平板探测器62的第一斜侧面611和第二斜侧面621同样采用能够使射线穿透的材质制成；需要说明的是，上述成像部2为柔性结构仅为优选实施例，在本发明的一个实施例中，所述第二平板探测器62的成像部2可以包括与其上盖板1相对设置的第一部分及与所述第二斜侧面621相对设置的第二部分，上述成像部2的这两个部分拼接的技术方案可以作为柔性结构的成像部2的替代方案，无论探测器的成像部2是否为柔性结构，本发明均主张要求保护。

所述第一平板探测器61的第一斜侧面611与所述第二平板探测器62的第二斜侧面621拼接，使所述第一平板探测器61的成像部2与第二平板探测器62的成像部2在拼接处部分上下设置，“部分上下设置”应当理解为所述第一平板探测器61的成像部2与第二平板探测器62的成像部2在拼接处在下盖板5上的投影具有重合部分，以实现后续图像拼接的无缝拼接。同时，作为预补偿机制，可以调节成像部2的X光光子吸收材质(例如非晶硅间接转换技术中将X光转换为可见光的闪烁体)在主平面处和延伸至斜面处的厚度，使得主平面和斜面的灵敏度基本一致，提高在上述主平面和斜面获取到的图像的均匀性，具体的厚度调节数据可以通过实验得到。

图2为探测器阵列中的其中一块平板探测器6，在本发明的一个实施例中，阵列中的每一块平板探测器6均具有至少一个自上盖板1向下盖板5向内倾斜的第一斜侧面611和至少一个自上盖板1向下盖板5向外倾斜的第二斜侧面621，同一个平板探测器6上的第一斜侧面611和第二斜侧面621的倾斜角度设置为互为补角，可以如图2所示设置在相对侧，多块平板探测器6的其中一种正向拼接方式如图3所示，除此也可以设置所述平板探测器的上盖板和下盖板均为N边形，所述平板探测器还包括n1(整数)个第一斜侧面和n2(整数)个第二斜侧面，其中n1和/或n2为正整数，即n1和n2可以不同时为零，比如一个平板探测器6只具有第一斜侧面，另一个平板探测器6只具有第二斜侧面，那么这两个平板探测器6可以进行拼接，显然，n1和n2可以均不为零；N为大于或者等于3的正整数，且n1与n2之和小于或等于N，即本发明不限定每个面均为斜侧面，其中n1可以与n2相等，也可以不等，同一个探测器上的第一斜侧面611和第二斜侧面621可以设置在相邻侧，也可以设置在非相邻侧(未图示)，本发明也不限定阵列中的不同平板探测器具有相同的形状和大小，比如可以采用正八边形与正方形拼接得到探测器阵列(未图示)。

需要说明的是，本发明并不限定所述第一斜侧面611和第二斜侧面621的倾斜角度(即斜侧面与水平面的夹角)互为补角，在第二平板探测器62的成像部2延伸至第二斜侧面621的部分能够在投影上与第一平板探测器61的成像部2的投影有部分重叠的前提下，即使所述第一斜侧面611和第二斜侧面621的倾斜角度(即斜侧面与水平面的夹角)不互补，这种结构应当认为同样落入本发明要求的保护范围。

在本发明的一个实施例中，提供了一种用于三维成像的探测器阵列，用于静态CT应用场景，如图4所示，所述探测器阵列包括多个竖立设置的平板探测器6，相邻的平板探测器6之间能够设置用于发出射线的光机，使得每个光机出束后在对面对应的平板探测器6上成像。

具体地，五个平板探测器6可以围成一圈，任意一个平板探测器6上的第一斜侧面611与相邻平板探测器6上的第二斜侧面621拼接，任意一个平板探测器6上的第二斜侧面621与相邻平板探测器6上的第一斜侧面611拼接，如图4所示，依次分别编号为①-⑤号，待成像对象置于中间区域，每相邻的两个平板探测器6之间均设有一个光机(未图示)，①号和②号探测器之间的光机出束后在④号探测器上成像，②号和③号探测器之间的光机出束后在⑤号探测器上成像，③号和④号探测器之间的光机出束后在①号探测器上成像，④号和⑤号探测器之间的光机出束后在②号探测器上成像，⑤号和①号探测器之间的光机在出束后在③号探测器上成像，如果所有的X光机同时出光，三维阵列中的所有探测器协同工作，即同步采图，最后五个探测器上的成像可用于三维重建。显然，本发明并不限定三维探测器阵列中探测器的具体数量。如果X光机是ping-pong模式，即某一个时刻只能一个X光机出光，然后X光机顺序出光，出光光机对面的探测器必须采图，这种情况下，其它探测器不一定必须协同工作，即使协同同步采图，也只是采集散射线。

在本发明的一个实施例中，提供了一种成像系统，包括射线源、成像显示单元及如上所述的可拼接探测器阵列，所述射线源发出的射线射向阵列中的平板探测器6的上盖板1，所述成像显示单元与全部或部分平板探测器6的电路板3电连接；具体地，在本实施例中阵列中的每一个平板探测器6的第一斜侧面611和/或第二斜侧面621上设有用于与相邻的平板探测器6进行通信的触点和/或传感器，使得每个平板探测器6均遵循一个时序进行同步工作。其中，所述物理触点和/或传感器的作用至少包括以下两方面：

第一、可以确定拼接的平板探测器6之间的位置关系，以确定各自成像的拼接方式(每台所述的平板探测器6采集到的图像可以根据所述平板探测器6的相对位置相应地进行拼接)；

第二、实现传感器阵列中所有平板探测器6的协同工作，即使所述探测器阵列的每个所述平板探测器均遵循一个时间序列(简称时序)进行同步工作，确保后续拼接的各个成像的同步时序，提高拼接后的成像精度。

基于如上所述的成像原理，成像部2输出由可见光转化的电荷信号，所述电荷信号由所述电路板3转化为数字信号后，由所述成像显示单元显示。可以设置一个中央时序控制单元，在所述中央时序控制单元的管控下，所述探测器阵列的每个所述平板探测器均遵循一个时间序列(简称时序)进行同步工作，相应地，每台所述平板探测器采集到的图像可以由所述的电路板标记时序。具体地，所述探测器阵列的所述平板探测器的所述时序可以通过所述中央时序控制单元以及所谓单一接口和外界时序进行交互。在多个平板探测器协同工作的情况下，所述成像显示单元可以仅与其中一个平板探测器6(成为主探测器)的电路板3电连接(其他平板探测器6成为从探测器，均与该主探测器进行通信)，显然，也可以与多个甚至全部平板探测器6的电路板3电连接。

所述探测器阵列中探测器的特征及拼接方式如上述实施例所述，通过引用的方式将上述实施例中关于探测器阵列的结构特征和阵列拼接方式并入本成像系统实施例，而不再赘述。

需要说明的是，上文所述的电连接均应当认为既包含有线电连接方式，又包含无线电连接方式。

在本发明的一个实施例中，提供了一种基于如上所述的可拼接探测器阵列的成像方法，包括以下步骤：

S1、正向拼接探测器阵列中的第一平板探测器和第二平板探测器(具体探测器的结构和拼接方式参见上述实施例，在此不再赘述)，打开射线源，所述射线源射向两个平板探测器的上盖板。

S2、利用所述第一平板探测器获取第一图像信息，利用所述第二平板探测器获取第二图像信息。

S3、对所述第一图像信息与第二图像信息进行图像特征匹配，获得第一特征匹配区域。

具体地，在所述第一平板探测器和第二平板探测器通过侧面物理触点或传感器进行通信的情况下，可以得知比如第一平板探测器和第二平板探测器左右拼接的位置关系，相应地，所述第一图像信息与第二图像信息同样按照左右拼接的位置关系进行拼接，由于第一平板探测器与第二平板探测器的各自成像部2的成像区域在投影上有重叠(具体参见上述)，因此，成像得到的第一图像信息与第二图像信息在拼接位置处存在相同的图像特征，该相同的图像特征区域应该是与探测器的斜侧面平行的条状，条宽取决于投影上重叠区域的宽度。图像特征匹配可采用现有技术中常规的图像识别算法，比如，利用SIFT(ScaleInvariance Feature Transform，尺度不变特征变换)算法从图像中提取出关键点(或特征点、角点)，利用数学向量对特征点进行描述，再对特征向量之间的距离(比如欧氏距离、汉明距离、余弦距离)进行计算来实现特征匹配，本发明具体不限定图像特征匹配的具体算法为SIFT算法，像其他公知的ORB(Oriented Fast and Rotated Brief)算法、基于灰度匹配的方法等等。

S4、将所述第一图像信息去除所述第一特征匹配区域的剩余部分与所述第二图像信息进行拼接，或者，将所述第二图像信息去除所述第一特征匹配区域的剩余部分与所述第一图像信息进行拼接，得到第一拼接图像。

因为第一图像信息和第二图像信息直接拼接会导致在拼接处出现重复的成像(即第一图像信息和第二图像信息中均存在的所述第一特征匹配区域的图像)，以上两种拼接方式目的都是从简单直接拼接图像中去除多余的一份图像信息，即第一特征匹配区域的图像信息。

以上为两块探测器拼接对应的图像成像方法，对于三块探测器拼接的探测器阵列，其成像方法在根据S4得到所述第一拼接图像信息后，可以进行以下步骤：

S5、利用探测器阵列中的第三平板探测器获取第三图像信息，其中，所述第三平板探测器与第二平板探测器正向拼接；

S6、对所述第三图像信息与所述第一拼接图像信息进行图像特征匹配，获得第二特征匹配区域；

S7、将所述第一拼接图像信息去除所述第二特征匹配区域的剩余部分与所述第三图像信息进行拼接，或者，将所述第三图像信息去除所述第二特征匹配区域的剩余部分与所述第一拼接图像信息进行拼接，得到第二拼接图像，得到第二拼接图像信息的具体方法同理于S4。

对于四块以上探测器拼接的探测器阵列，同理于上，反复执行已经拼接的图像与未拼接的的探测器成像的特征匹配(参见S3)及去重拼接(参见S4)即可。显然，探测器阵列的各个探测器的时序同步是必须的，尤其是针对被成像体为非静止对象的情况下，必须确保各探测器成的局部图像为同一时间形成的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可拼接探测器阵列，其特征在于，至少包括第一平板探测器(61)和第二平板探测器(62)，所述第一平板探测器(61)和第二平板探测器(62)均包括上盖板(1)、下盖板(5)以及设置在上盖板(1)与下盖板(5)之间的成像部(2)和电路板(3)，所述电路板(3)与所述成像部(2)电连接，所述成像部(2)用于将射线信号转换为电荷信号，所述电路板(3)将电荷信号转化为数字信号；

所述第一平板探测器(61)具有自上盖板(1)向下盖板(5)向内倾斜的第一斜侧面(611)，所述第二平板探测器(62)具有自上盖板(1)向下盖板(5)向外倾斜的第二斜侧面(621)，所述第二平板探测器(62)的成像部(2)设置在与所述上盖板(1)相对的区域及与所述第二斜侧面(621)相对的区域；

所述第一平板探测器(61)的第一斜侧面(611)与所述第二平板探测器(62)的第二斜侧面(621)拼接，使所述第一平板探测器(61)的成像部(2)与第二平板探测器(62)的成像部(2)在拼接处部分上下设置。

2.根据权利要求1所述的可拼接探测器阵列，其特征在于，阵列中的每一个平板探测器(6)均具有至少一个自上盖板(1)向下盖板(5)向内倾斜的第一斜侧面(611)和至少一个自上盖板(1)向下盖板(5)向外倾斜的第二斜侧面(621)。

3.根据权利要求2所述的可拼接探测器阵列，其特征在于，同一个平板探测器(6)上的第一斜侧面(611)和第二斜侧面(621)的倾斜角度互为补角，及/或所述第一平板探测器(61)的第一斜侧面(611)与所述第二平板探测器(62)的第二斜侧面(621)的倾斜角度互为补角。

4.根据权利要求2所述的可拼接探测器阵列，其特征在于，所述平板探测器(6)的上盖板(1)和下盖板(5)均为N边形，所述平板探测器(6)还包括n1个第一斜侧面(611)和n2个第二斜侧面(621)，其中n1和/或n2为正整数，N为大于或者等于3的正整数，且n1与n2之和小于或等于N。

5.根据权利要求1所述的可拼接探测器阵列，其特征在于，阵列中的每一个平板探测器(6)的第一斜侧面(611)和/或第二斜侧面(621)上设有用于与相邻的平板探测器(6)进行通信的触点和/或传感器。

6.一种用于三维成像的探测器阵列，其特征在于，包括多个竖立设置的平板探测器(6)，相邻的平板探测器(6)之间能够设置用于发出射线的光机，使得每个光机出束后在对面对应的平板探测器(6)上成像。

7.一种成像系统，其特征在于，包括射线源、成像显示单元及如权利要求1-6中任意一项所述的探测器阵列，所述射线源发出的射线射向阵列中的平板探测器(6)的上盖板(1)，所述成像显示单元与全部或部分平板探测器(6)的电路板(3)电连接，每个平板探测器(6)均遵循一个时序进行同步工作。

8.一种基于如权利要求1所述的可拼接探测器阵列的成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、正向拼接探测器阵列中的第一平板探测器和第二平板探测器，打开射线源，所述射线源射向两个平板探测器的上盖板；

S2、利用所述第一平板探测器获取第一图像信息，利用所述第二平板探测器获取第二图像信息；

S3、对所述第一图像信息与第二图像信息进行图像特征匹配，获得第一特征匹配区域；

S4、将所述第一图像信息去除所述第一特征匹配区域的剩余部分与所述第二图像信息进行拼接，或者，将所述第二图像信息去除所述第一特征匹配区域的剩余部分与所述第一图像信息进行拼接，得到第一拼接图像。

9.根据权利要求8所述的成像方法，其特征在于，在步骤S4得到第一拼接图像后，还包括以下步骤：

S5、利用探测器阵列中的第三平板探测器获取第三图像信息，其中，所述第三平板探测器与第二平板探测器正向拼接；

S6、对所述第三图像信息与所述第一拼接图像信息进行图像特征匹配，获得第二特征匹配区域；

S7、将所述第一拼接图像信息去除所述第二特征匹配区域的剩余部分与所述第三图像信息进行拼接，或者，将所述第三图像信息去除所述第二特征匹配区域的剩余部分与所述第一拼接图像信息进行拼接，得到第二拼接图像。

10.根据权利要求8所述的成像方法，其特征在于，步骤S3包括：利用SIFT算法从第一图像和第二图像中提取出特征点，利用特征向量对所述特征点进行描述，再对所述特征向量之间的距离进行计算来实现特征匹配，所述特征向量之间的距离为欧氏距离、汉明距离或余弦距离。

Images