CN112617876B - 球管的焦点定位方法、射线探测装置和电子装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种球管的焦点定位方法、射线探测装置、电子装置和存储介质，其中，该球管的焦点定位方法包括：获取探测组件中每个探测单元所接收到的射线强度值，得到探测面的射线强度分布图，其中，球管发射的至少一部分射线被遮挡物遮挡而在探测组件的探测面形成阴影区域；根据射线强度分布图，确定探测面的预设区域对应的射线强度中心的位置；根据射线强度中心的位置和预设对应关系，确定球管的焦点位置，其中，预设对应关系包括射线强度中心的位置与球管的焦点位置的对应关系。通过本申请，解决了相关技术中的射线探测装置对射线剂量敏感的问题，实现了将球管焦点定位与射线剂量解耦的效果，同时还简化了焦点定位，提高了焦点定位的精度。
Description
技术领域
本申请涉及医学成像领域，特别是涉及一种球管的焦点定位方法、射线探测装置、电子装置和存储介质。
背景技术
电子计算机断层扫描(Computed Tomography，简称为CT)成像系统是利用精确准直的X线束、γ射线或超声波等射线，结合灵敏度极高的探测器一同围绕人体的某一部位作一个接一个的断面扫描。CT成像具有扫描时间快，图像清晰等特点，可用于多种疾病的检查。
在CT成像系统中，X光源的焦点位置(与探测器阵列的相对位置)为CT图像重建提供最基本的参照系。在理想的CT成像系统模型中，X光源的焦点位置是固定不变的；但在实际情形中，焦点位置会随着扫描场景及X射线球管自身状态的变化而时刻发生移动。其中，移动方向包括两个：方位角方向和切片方向。为保证CT图像质量不受焦点移动的影响，必须将实际扫描过程中的焦点位置与理想模型中的焦点位置进行比较和修正，从而重建得到准确的CT图像。因此，有必要提供一种方法，能够在CT扫描过程中对X光源的焦点位置进行跟踪。
目前相关技术中的X光源的焦点位置的探测往往是通过算法估计法和装置测量法来实现。算法估计法是指在软件上根据扫描参数和X射线球管自身特性，预先估算焦点位置的变化规律，属于间接估计，其缺点是不够实时准确、算法复杂、运算量大。装置测量法则是在硬件上利用参考探测器(Reference Detector，简称为RD)装置，在CT扫描过程中实时对X光源焦点位置进行跟踪。
相关技术的装置测量法有的通过测量发射射线的光功率来定位球管焦点的位置，然而，由于在CT成像的扫描过程中所用的射线的剂量各不相同，导致在不同扫描过程中检测到的光功率的数值各不相同。为了能够抵消射线剂量的影响，需要通过大量的实验获取不同剂量下光功率数值对应的球管焦点位置，因而导致球管焦点定位复杂。况且，CT设备获得的射线的剂量与实际的剂量仍然可能存在误差，这进一步导致了球管焦点定位不准确。
发明内容
本申请实施例提供了一种球管的焦点定位方法、射线探测装置、电子装置和存储介质，以至少解决相关技术中的射线探测装置对射线剂量敏感的问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种球管的焦点定位方法，包括：获取所述探测组件中每个探测单元所接收到的射线强度值，得到所述探测面的射线强度分布图，其中，球管发射的至少一部分射线被遮挡物遮挡而在探测组件的探测面形成阴影区域；根据所述射线强度分布图，确定所述探测面的预设区域对应的射线强度中心的位置；根据所述射线强度中心的位置和预设对应关系，确定所述球管的焦点位置，其中，所述预设对应关系包括射线强度中心的位置与所述球管的焦点位置的对应关系。
在其中的一些实施例中，所述预设区域包括所述探测面内的一或多行探测单元所在的区域，和/或所述探测面内的一或多列探测单元所在的区域；所述预设区域至少包括所述阴影区域的一部分。
在其中的一些实施例中，根据所述射线强度分布图，确定所述探测面的预设区域对应的射线强度中心的位置包括：在所述预设区域包括所述探测面内的一或多行探测单元所在的区域的情况下，确定所述一或多行探测单元探测到的射线强度中心的位置的列号；在所述预设区域包括所述探测面内的一或多列探测单元所在的区域的情况下，确定所述一或多列探测单元探测到的射线强度中心的位置的行号。
在其中的一些实施例中，根据所述射线强度分布图，确定所述探测面的预设区域对应的射线强度中心的位置包括：根据所述射线强度分布图，确定所述探测面的非阴影区域对应的射线强度特征值；将所述射线强度特征值与所述射线强度分布图中的各射线强度值作差，得到所述射线强度分布图的射线强度差值分布图；根据所述射线强度差值分布图，确定所述探测面的所述预设区域对应的射线强度中心的位置。
在其中的一些实施例中，所述射线强度特征值包括射线强度平均值或者射线强度最大值。
在其中的一些实施例中，将所述射线强度特征值与所述射线强度分布图中的各射线强度值作差，得到所述射线强度分布图的射线强度差值分布图包括：
将所述射线强度特征值与所述射线强度分布图中的各射线强度值作差，得到各射线强度值的差值；
若射线强度值的差值小于零，则将该射线强度值的差值置为零后，写入初始的射线强度差值分布图；
若射线强度值的差值不小于零，则将该射线强度值写入初始的射线强度差值分布图。
在其中的一些实施例中，所述非阴影区域为所述探测面上始终能够不被所述遮挡物遮挡而接收到所述球管发射的射线的区域。
第二方面，本申请实施例提供了一种射线探测装置，包括：探测组件、遮挡组件和计算单元，所述遮挡组件设置于所述探测组件与球管之间，所述计算单元与所述探测组件电性连接，其中，
所述遮挡组件包括由射线可穿透材料制成的支撑体和固定在所述支撑体上的具有射线吸收能力的遮挡物；
所述探测组件包括探测单元阵列，所述探测单元阵列形成探测面，球管发射的至少一部分射线被遮挡物遮挡而在所述探测组件的探测面形成阴影区域；
所述计算单元用于执行第一方面所述的球管的焦点定位方法。
第三方面，本申请实施例提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行第一方面所述的球管的焦点定位方法。
第四方面，本申请实施例提供了一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行第一方面所述的球管的焦点定位方法。
相比于相关技术，本申请实施例提供的球管的焦点定位方法、射线探测装置、电子装置和存储介质，解决了相关技术中的射线探测装置对射线剂量敏感的问题，实现了将球管焦点定位与射线剂量解耦的效果，同时还简化了焦点定位，提高了焦点定位的精度。
本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是根据本申请实施例的焦点定位方法的流程图；
图2是根据本申请实施例的矩形的预设区域的示意图；
图3是根据本申请实施例的十字形的预设区域的示意图；
图4是根据本申请实施例的射线探测装置的结构示意图。
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，对本申请进行描述和说明。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。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本申请公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本申请揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本申请公开的内容不充分。
在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。
除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本申请所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本申请所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本申请所涉及的“多个”是指大于或者等于两个。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。本申请所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。
本实施例提供了一种球管的焦点定位方法。图1是根据本申请实施例的球管的焦点定位方法的流程图，如图1所示，该流程包括如下步骤：
步骤S101，获取探测组件中每个探测单元所接收到的射线强度值，得到探测面的射线强度分布图，其中，球管发射的至少一部分射线被遮挡物遮挡而在探测组件的探测面形成阴影区域。
探测组件由探测单元阵列组成，探测单元阵列形成上述的探测面。在上述实施例中，通过从每个探测单元获取射线强度值，从而得到整个探测面的射线强度分布图。球管发射的至少一部分射线将被遮挡物遮挡而在探测面形成阴影区域。该遮挡物设置在球管与探测面之间，并且，遮挡物与探测面的位置固定，但球管相对于遮挡物及探测面的位置可能存在相对位移，球管的相对位移使得球管探测面上形成的阴影区域的位置以及非阴影区域的射线强度都将产生一定程度的影响。
步骤S102，根据射线强度分布图，确定探测面的预设区域对应的射线强度中心的位置。
在本实施例中参考物质的质心类似地定义了“射线强度中心的”，该射线强度中心是一个假想点，相当于将射线强度集中于一点。其中，射线强度中心的可以通过与质心公式类似的公式计算。
步骤S103，根据射线强度中心的位置和预设对应关系，确定球管的焦点位置，其中，预设对应关系包括射线强度中心的位置与球管的焦点位置的对应关系。
若假定球管焦点位置不变，而球管发射的射线的射线强度的剂量可能会产生变化，则探测面上探测到的所有的射线强度值将呈现等比例的放大或者缩小，这也就相当于射线强度中心的位置不变但射线强度的总和等比例的放大或缩小；若假定球管焦点位置变化，而球管发射的射线的射线强度的剂量不变，则探测面上探测到的所有的射线强度值只与焦点的移动相关，这种相关性可以通过射线强度中心的位置唯一地表示。由此可知，射线强度中心的位置与球管的焦点位置存在唯一相关性，因此，在上述步骤S101至步骤S103中，通过射线强度中心的位置以及预设对应关系，就能够定位球管的焦点位置，从而将球管焦点的定位与射线的剂量解耦。
上述的预设对应关系是在当前所使用的射线探测装置(各组件之间的位置关系固定、遮挡物的形状固定)的条件下，使用任意一种射线剂量照射探测面，并记录球管焦点位置和预设区域的射线强度中心的位置获得的。
上述的预设区域是与记录该预设对应关系时所采用的相同的区域。可选的，该区域在球管焦点无论运动到哪个位置，都能够至少包括阴影区域的一部分。
图2是根据本申请实施例的矩形的预设区域的示意图。参考图2，在其中的一些实施例中，虚线区域表示预设区域200，预设区域包括在探测组件110的探测面内预设固定位置且具有预设固定大小的区域。图2中探测面内的十字形实线区域为遮挡物在探测面表面形成的阴影区域111。该预设区域至少包括阴影区域的一部分。例如，可以选取探测面内几何中心具有固定长宽的矩形区域。
图3是根据本申请实施例的十字形的预设区域的示意图。参考图3，在其中的一些实施例中，虚线区域表示预设区域，预设区域200包括探测面内的一或多行探测单元所在的第一区域210，和/或探测面内的一或多列探测单元所在的第二区域220。图3中探测面内的十字形实线区域为遮挡物体在探测面表面形成的阴影区域111。该预设区域至少包括阴影区域的一部分。
以预设区域包括一或多行探测单元所在的区域，以及一或多列探测单元所在的区域为例，在预设区域包括探测面内的一或多行探测单元所在的区域的情况下，计算这些区域的射线强度中心的位置，该射线强度中心的位置对应的列号则为射线强度中心的位置的列号；在预设区域包括探测面内的一或多列探测单元所在的区域的情况下，计算这些区域的射线强度中心的位置，该射线强度中心的位置对应的行号则为射线强度中心的位置的行号。则射线强度中心的位置通过上述的行列号即可表示。
其中，若预设区域为多行或者多列探测单元所在的区域，则取这多行或多列探测单元探测到的射线强度值的平均值确定射线强度中心的位置。
在其中一些实施例中，行号对应的方向为CT扫描的方位角方向，列号对应的方向为CT扫描的切片方向；或者列号对应的方向为CT扫描的方位角方向，行号对应的方向为CT扫描的切片方向。
在一些实施例中，为了能够有尽可能大的全景区域用来做CT系统的空气校正，因此阴影区域的面积将尽可能地设置为小的面积。其中的全景区域是指在探测面上，球管的焦点移动的所有可能情况下，都不会形成阴影区域的区域。
在尽可能地设置小的面积的阴影区域的情况下，若直接根据射线强度分布图中的数值确定的预设区域的射线强度中心的位置时，由于遮挡物遮挡形成阴影区域的射线强度值相较非阴影区域的射线强度值要低得多，因此，该射线强度中心的位置实际描述的主要是非阴影区域的射线强度中心的位置，这样使得射线强度中心的位置对阴影区域的位置变化不敏感，即射线强度中心的位置的变化范围较小，从而容易受到测量误差的影响。为了降低测量误差的影响，就需要增加射线强度中心的位置对阴影区域的位置变化的敏感程度。因此，在其中的一些实施例中，不是直接根据射线强度分布图中的数值确定预设区域的射线强度中心的位置，而是通过射线强度分布图的射线强度差值分布图来确定该预设区域的射线强度中心的位置。
例如，首先，获取射线强度分布图的射线强度差值分布图，其中，射线强度差值分布图中的射线强度值与射线强度差值分布图中的射线强度值互为补数；然后，根据射线强度差值分布图，确定探测面的预设区域对应的射线强度中心的位置。
上述射线强度分布图中的射线强度值与射线强度差值分布图中的射线强度值互为补数，也就是说，在射线强度分布图中射线强度的波峰将翻转为射线强度差值分布图中的波谷，射线强度分布图中射线强度的波谷将翻转为射线强度差值分布图中的波峰。通过峰谷互换，从而得到阴影区域对应的虚拟的射线强度值，该射线强度值实际上是不存在的，但是由该虚拟的射线强度值计算得到的射线强度中心的位置同样具有对不同剂量射线不变的特性，且与球管的焦点位置存在唯一相关性。
在上述实施例中，获取射线强度分布图的射线强度差值分布图，可以根据射线强度分布图，确定探测面的非阴影区域对应的射线强度特征值；将射线强度特征值与射线强度分布图中的各射线强度值作差，得到射线强度分布图的射线强度差值分布图。上述的射线强度特征值可以是射线强度平均值或射线强度最大值。其中，选取射线强度平均值能够避免探测单元受到电信号噪声或干扰影响导致探测到异常数值的影响，获得更准确的焦点定位效果。
同样的，为了避免阴影区域的探测单元受到电信号噪声或干扰影响导致探测到异常数值的影响，在一些实施例中，为了获得更准确的焦点定位效果，还将会对明显异常的数值进行筛除，具体地，将射线强度特征值与射线强度分布图中的各射线强度值作差，得到射线强度分布图的射线强度差值分布图包括：将射线强度特征值与射线强度分布图中的各射线强度值作差，得到各射线强度值的差值；若射线强度值的差值小于零，则将该射线强度值的差值置为零后，写入初始的射线强度差值分布图；若射线强度值的差值不小于零，则将该射线强度值写入初始的射线强度差值分布图，直至得到射线强度差值分布图。上述实施例通过将明显异常的射线强度值的差值置为零，从而实现明显异常数值的筛除。
在其中的一些实施例中，非阴影区域为探测面上始终能够不被遮挡物遮挡而接收到球管发射的射线的区域。
在其中的一些实施例中，可以通过质心公式计算预设区域对应的射线强度中心的位置。
例如，另x为行号，y为列号，对于预设区域中的y0列，可以通过下列公式计算质心在x方向的位置，即行号：
FSxt＝(∑It 1(x，y0)x)/∑It 1(x，y0)；
其中，FSxt表示t时刻质心在x方向的位置；It(x，y0)表示(x，y0)坐标点对应的探测单元在t时刻上所接收到的射线的射线强度值或者射线强度差值；It 1的下标表示x方向探测单元的索引号。
本实施例提供了一种射线探测装置，图4是根据本申请实施例的射线探测装置的结构示意图，如图4所示，该装置包括：探测组件110和遮挡组件100，探测组件110和遮挡组件100之间相互平行地设置且距离保持固定。遮挡组件100设置于探测组件110与球管之间，其中，遮挡组件100包括由射线可穿透材料制成的支撑体101和固定在支撑体101上的具有射线吸收能力的遮挡物102，遮挡物102用于遮挡球管向探测组件110发射的至少一部分射线。球管发射的至少一部分射线被遮挡物102遮挡而在探测组件的探测面形成阴影区域111。
在本实施例中，球管向探测组件110发射射线时，遮挡物102在阴影区域111内存在投影，且在阴影区域111内的投影面积小于阴影区域111的面积；支撑体101可以由射线低吸收塑胶材料制成，例如：聚甲基丙烯酸甲(Polymethylmethacrylate，简称为PMMA)、聚苯乙烯(Polystyrene，简称为PS)等，这些材料的射线透过率都可达到85％以上，同时支撑体101的形状可以为矩形，支撑体101在外观上可以为透明矩形板。
在其中一些实施例中，遮挡物102可以由钨、铅或钨基合金材料制成。在其他实施例中，遮挡物102还可以由其他具有射线高衰减特性的材质组成；遮挡物102可以衰减球管向探测组件110发射的至少一部分射线也可以遮挡球管向探测组件110发射的至少一部分射线。
在其中一些实施例中，遮挡物102可以为左右对称结构，例如，遮挡物102的形状可以为矩形、十字形、三角形、星形或者圆形中的一种或者多种的组合。此外，遮挡物102也可以为非对称结构，例如，遮挡物也可以为L形或其他任意的多边形形状。
射线探测装置还包括计算单元(在图4中未示出)，计算单元与探测组件电性连接；计算单元用于执行上述实施例提供的球管的焦点定位方法。
在其中的一些实施例中，阴影区域至多覆盖探测组件的3行或3列探测单元。
在本实施例中还提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，该存储器中存储有计算机程序，该处理器被设置为运行计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。
可选地，上述电子装置还可以包括传输设备以及输入输出设备，其中，该传输设备和上述处理器连接，该输入输出设备和上述处理器连接。
可选地，在本实施例中，上述处理器可以被设置为通过计算机程序执行以下步骤：
S1，获取探测组件中每个探测单元所接收到的射线强度值，得到探测面的射线强度分布图，其中，球管发射的至少一部分射线被遮挡物遮挡而在探测组件的探测面形成阴影区域。
S2，根据射线强度分布图，确定探测面的预设区域对应的射线强度中心的位置。
S3，根据射线强度中心的位置和预设对应关系，确定球管的焦点位置，其中，预设对应关系包括射线强度中心的位置与球管的焦点位置的对应关系。
需要说明的是，在本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，在本实施例中不再赘述。
此外，结合上述实施例中提供的球管的焦点定位方法，在本实施例中还可以提供一种存储介质来实现。该存储介质上存储有计算机程序；该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中的任意一种球管的焦点定位方法。
本领域的技术人员应该明白，以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种球管的焦点定位方法，其特征在于包括：
获取探测组件中每个探测单元所接收到的射线强度值，得到所述探测组件的探测面的射线强度分布图，其中，球管发射的至少一部分射线被遮挡物遮挡而在探测组件的探测面形成阴影区域；
根据所述射线强度分布图，确定所述探测面的非阴影区域对应的射线强度特征值；
将所述射线强度特征值与所述射线强度分布图中的各射线强度值作差，得到所述射线强度分布图的射线强度差值分布图；
根据所述射线强度差值分布图，确定所述探测面的预设区域对应的射线强度中心的位置；
根据所述射线强度中心的位置和预设对应关系，确定所述球管的焦点位置，其中，所述预设对应关系包括射线强度中心的位置与所述球管的焦点位置的对应关系。
2.根据权利要求1所述的球管的焦点定位方法，其特征在于，所述预设区域包括所述探测面内的一或多行探测单元所在的区域，和/或所述探测面内的一或多列探测单元所在的区域；所述预设区域至少包括所述阴影区域的一部分。
3.根据权利要求2所述的球管的焦点定位方法，其特征在于，根据所述射线强度差值分布图，确定所述探测面的预设区域对应的射线强度中心的位置包括：
在所述预设区域包括所述探测面内的一或多行探测单元所在的区域的情况下，确定所述一或多行探测单元探测到的射线强度中心的位置的列号；
在所述预设区域包括所述探测面内的一或多列探测单元所在的区域的情况下，确定所述一或多列探测单元探测到的射线强度中心的位置的行号。
4.根据权利要求1所述的球管的焦点定位方法，其特征在于，所述射线强度特征值包括射线强度平均值或者射线强度最大值。
5.根据权利要求1所述的球管的焦点定位方法，其特征在于，将所述射线强度特征值与所述射线强度分布图中的各射线强度值作差，得到所述射线强度分布图的射线强度差值分布图包括：
将所述射线强度特征值与所述射线强度分布图中的各射线强度值作差，得到各射线强度值的差值；
若射线强度值的差值小于零，则将该射线强度值的差值置为零后，写入初始的射线强度差值分布图；
若射线强度值的差值不小于零，则将该射线强度值写入初始的射线强度差值分布图。
6.根据权利要求1所述的球管的焦点定位方法，其特征在于，所述非阴影区域为所述探测面上始终能够不被所述遮挡物遮挡而接收到所述球管发射的射线的区域。
7.一种射线探测装置，其特征在于，包括：探测组件、遮挡组件和计算单元，所述遮挡组件设置于所述探测组件与球管之间，所述计算单元与所述探测组件电性连接，其中，
所述遮挡组件包括由射线可穿透材料制成的支撑体和固定在所述支撑体上的具有射线吸收能力的遮挡物；
所述探测组件包括探测单元阵列，所述探测单元阵列形成探测面，球管发射的至少一部分射线被遮挡物遮挡而在所述探测组件的探测面形成阴影区域；
所述计算单元用于执行权利要求1至6中任一项所述的球管的焦点定位方法。
8.一种电子装置，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行权利要求1至6中任一项所述的球管的焦点定位方法。
9.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行权利要求1至6中任一项所述的球管的焦点定位方法。
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