CN112826520A - 能谱成像系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及X射线成像技术领域，提供一种能谱成像系统及方法，该能谱成像系统包括：射线发射机构，具有射线发射端；成像接收机构，具有射线接收端，射线接收端与射线发射机构的射线发射端相对设置；滤波机构，设置在成像接收机构的射线接收端之前，滤波机构上具有至少两种滤波单元，滤波单元用于将射线发射机构所发射的穿过待检测物的射线分离成具有至少不同能量的射线；成像接收机构同时接收通过滤波机构分离的射线，并将数据传输至计算单元。该能谱成像系统一次扫描即可实现双能或多能成像，提高了检测效率，降低了辐射对患者带来的伤害，而且无需对现有的面阵探测器的内部晶体结构、材料以及相关制作工艺进行更改，有利于降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及X射线成像技术领域，具体涉及一种能谱成像系统及方法。
背景技术
能谱CT成像技术可以利用物质在不同能量的X射线产生的不同的吸收来提供比常规CT更多的影像信息，不但能够获取物质密度及其分布图像，还能获得能谱图像，并能在此基础上计算出病变或组织的有效原子系数和电子密度，实现特异性组织鉴别，在物质识别、骨密度测量等方面有着极大的应用潜力。
相关技术中的能谱成像系统在进行能谱CT成像时，最常用的是应用分辨能量的双层能谱探测器，采用常规CT扫描方案，通过上下两层探测器分别收集低能和高能射线进行能量采集，然后进行相关能谱计算；除此之外，常用的还有采用光子计数探测器，通过设置能量选通阈值来实现能谱通道的划分，分别对不同能谱区域内的光子数进行累积计数，获取关于不同材料的更全面的能谱信息进而实现物质识别。但以上两种方法都改变了探测器的内部结构或半导体材料，实现成本高，且结构复杂。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服相关技术中的能谱成像系统都改变了探测器的内部结构或半导体材料，实现成本高，且结构复杂的缺陷，从而提供一种能谱成像系统及方法。
本发明提供一种能谱成像系统，包括：射线发射机构，具有射线发射端；成像接收机构，具有射线接收端，所述射线接收端与所述射线发射机构的射线发射端相对设置，所述成像接收机构与所述射线发射机构之间适于设置待检测物；滤波机构，设置在所述成像接收机构的射线接收端之前，所述滤波机构上具有并列设置的至少两种滤波单元，所述滤波单元用于将所述射线发射机构所发射的穿过所述待检测物的射线分离成具有至少两种不同能量的射线；所述成像接收机构同时接收通过所述滤波机构分离的射线，并将数据传输至计算单元。
可选地，所述滤波机构包括：射线滤波器，所述射线滤波器上具有用于分离所述射线的滤波单元阵列，所述滤波单元阵列上具有至少两种滤波单元。
可选地，两种所述滤波单元在所述滤波单元阵列上沿横向和纵向方向依次交替设置。
可选地，所述射线滤波器上的滤波单元为正方形。
可选地，所述滤波单元阵列上的滤波单元中，至少一种滤波单元为空腔结构。
可选地，所述滤波单元阵列为单层结构。
可选地，所述成像接收机构包括：面阵探测器，所述面阵探测器上具有用于接收射线的晶体阵列，所述晶体阵列上的晶体单元与所述射线滤波器上的滤波单元一一对应。
可选地，所述面阵探测器上的晶体单元的形状与所述射线滤波器上的滤波单元的形状相同。
可选地，所述面阵探测器上的晶体单元的面积小于或等于所述的射线滤波器上的滤波单元的面积。
可选地，两种所述滤波单元均为长条状结构，两种所述滤波单元在所述滤波单元阵列上沿横向方向设置。
本发明还提供一种能谱成像方法，包括以下步骤：通过射线发射机构朝向待检测物发射射线；射线穿过待检测物后，通过滤波机构将射线分离成至少两种具有不同能量的射线；被分离的多种射线同时照射在成像接收机构上；通过成像接收机构接收到具有不同能量的射线后将数据传输至计算单元。
本发明技术方案，具有如下优点：
本发明提供的能谱成像系统，在成像接收机构的接收端之前设置了滤波机构，使用时，射线发射机构的射线发射端发出X射线，X射线穿过被扫描物体后，穿过具有不同透射能力的滤波单元，之后分成能量不同的射线，能量不同的射线被成像接收机构的射线接收端接收，并将数据传输至计算单元，最后可以生成针对同一被扫描物体的双能或能谱图像。该能谱成像系统一次扫描即可实现双能或多能成像，提高了检测效率，降低了辐射对患者带来的伤害，而且无需对现有的面阵探测器的内部晶体结构、材料以及相关制作工艺进行更改，有利于降低生产成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明的一种实施方式中提供的能谱成像系统的结构示意图；
图2为本发明的一种实施方式中提供的能谱成像系统中射线滤波器的结构示意图；
图3为使用图2中的射线滤波器所得到的两种不同能量的射线的数据示意图；
图4为采用插值法处理利用图3所示的射线滤波器得到的数据的一种示意图；
图5为采用插值法处理利用图3所示的射线滤波器得到的数据的又一种示意图；
图6为采用像素合并处理图4中的数据的一种示意图；
图7为图6中处理后的结果的示意图；
图8为本发明的又一种实施方式中提供的能谱成像系统中射线滤波器的结构示意图；
图9为使用图8中的射线滤波器所得到四种不同能量的射线的数据示意图；
图10为采用插值法处理利用图9所示的射线滤波器得到的数据的一种示意图；
图11为采用插值法处理利用图9所示的射线滤波器得到的数据的又一种示意图；
图12为采用插值法处理利用图9所示的射线滤波器得到的数据的又一种示意图；
图13为采用插值法处理利用图9所示的射线滤波器得到的数据的又一种示意图；
图14为采用像素合并处理图10中的数据的一种示意图；
图15为图14中处理后的结果的示意图；
图16为本发明的又一种实施方式中提供的能谱成像系统中射线滤波器的结构示意图。
附图标记说明：
1、射线滤波器； 2、第一滤波单元； 3、第二滤波单元；
4、第三滤波单元； 5、第四滤波单元。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
图1为本发明的一种实施方式中提供的能谱成像系统的结构示意图；如图1所示，本发明提供一种能谱成像系统，包括：射线发射机构，具有射线发射端；成像接收机构，具有射线接收端，射线接收端与射线发射机构的射线发射端相对设置，成像接收机构与射线发射机构之间适于设置待检测物；滤波机构，设置在成像接收机构的射线接收端之前，滤波机构上具有并列设置的至少两种滤波单元，滤波单元用于将射线发射机构所发射的穿过待检测物的射线分离成具有至少两种不同能量的射线；成像接收机构同时接收通过滤波机构分离的射线，并将数据传输至计算单元。
本发明提供的能谱成像系统，在成像接收机构的接收端之前设置了滤波机构，使用时，射线发射机构的射线发射端发出X射线，X射线穿过被扫描物体后，穿过具有不同透射能力的滤波单元，之后分成能量不同的射线，能量不同的射线被成像接收机构的射线接收端接收，并将数据传输至计算单元，最后可以生成针对同一被扫描物体的双能或能谱图像。该能谱成像系统一次扫描即可实现双能或多能成像，提高了检测效率，降低了辐射对患者带来的伤害，而且无需对现有的面阵探测器的内部晶体结构、材料以及相关制作工艺进行更改，有利于降低生产成本。
例如，该能谱成像系统可以是锥形束CT扫描系统，也可以是直接数字化X射线摄影系统。
例如，射线发射机构可以是射线发生器，射线发射机构的发射端可以发射X射线，用于扫描，需要扫描时，该射线发射机构发出射线，并且可以围绕待检测物转动，以对待检测物进行360°的扫描。例如，滤波机构内可以具有两种滤波单元，即第一滤波单元2与第二滤波单元3，两种滤波单元对射线的透射率不同，例如，第一滤波单元2对于X射线的透射率高于第二滤波单元3，则X射线在穿过滤波机构后转变成高能X射线与低能X射线。例如，成像接收机构可以是面阵探测器，专门用于接收穿过待检测物的高能X射线与低能X射线，并可以将接收到的射线数据反馈至计算单元。例如，计算单元可以是电脑，可以根据接收到的射线数据生成图像。
本实施例中的过滤机构可以作为独立的部件，可以设置在面阵探测器之前，在射线扫描待检测物之后将射线分离成具有不同能量的射线。
图2为本发明的一种实施方式中提供的能谱成像系统中射线滤波器的结构示意图；如图2所示，一种实施方式中，滤波机构包括：射线滤波器1，射线滤波器1上具有用于分离射线的滤波单元阵列，滤波单元阵列上具有并列设置的至少两种滤波单元。
例如，该滤波单元阵列可以包含两种滤波单元，即第一滤波单元2与第二滤波单元3，第一滤波单元2与第二滤波单元3在滤波单元阵列上沿横向和纵向方向依次交替设置。
例如，该滤波单元还可以包括四种滤波单元，即第一滤波单元2、第二滤波单元3、第三滤波单元4与第四滤波单元5，第一滤波单元2、第二滤波单元3、第三滤波单元4与第四滤波单元5沿逆时针或顺时针方向依次交替设置。
例如，该滤波单元还可以包括九种滤波单元，即第一滤波单元2、第二滤波单元3、第三滤波单元4、第四滤波单元5、第五滤波单元、第六滤波单元、第七滤波单元、第八滤波单元与第九滤波单元，九种滤波单元可以呈S型排布，也可以根据需要分布在不同的位置。
又一种实施方式中，射线滤波器1上的滤波单元为正方形。
例如，每个滤波单元可以为正方形，也可以为圆形。
又一种实施方式中，滤波单元阵列上的滤波单元中，至少一种滤波单元为空腔结构。
例如，不同的滤波单元可以对应一种透射能力的滤波材料，滤波材料可以是铝与铜，也可以是空气。例如，可以改变同一种滤波材料的厚度来改变其透射率。
又一种实施方式中，滤波单元阵列为单层结构。例如，整个射线滤波器1的本体可以是一块基板，例如，整个基板为网状的框体结构，不同的滤波材料可以嵌合在对应的网格区内。例如，基板由某一种滤波材料制成，在基板的板面所需的位置打孔，形成镂空区域，此时镂空区域即为另一种滤波材料，也就是空气。例如，射线滤波器1还包括底板，基板设置在底板的板面上，底板可以用于粘接或者焊接在射线发射机构上，底板的厚度可以设置的小一点，以减少X射线穿过时的能量衰减。
又一种实施方式中，成像接收机构包括：面阵探测器，面阵探测器上具有用于接收射线的晶体阵列，晶体阵列上的晶体单元与射线滤波器1上的滤波单元一一对应。例如，滤波单元的规格可以是64*64，即沿基板的长度方向设置有64个网格区，沿基板的宽度方向设置有64个网格区。使用时，可以使基板上的滤波单元与面阵探测器的晶体阵列相对齐，有利于提高成像效果。
又一种实施方式中，面阵探测器上的晶体单元的形状与射线滤波器1上的滤波单元的形状相同。
又一种实施方式中，面阵探测器上的晶体单元的面积小于或等于的射线滤波器1上的滤波单元的面积。
例如，当滤波单元的面积与面阵探测器的晶体单元的面积大小一致时，一个晶体单元可以对应一个滤波单元。例如，当滤波单元的面积大于面阵探测器的晶体单元大小时，一个滤波单元可以对应多个晶体单元。
又一个实施例中的过滤机构可以封装在面阵探测器的内部，射线进入面阵探测器之后，被分离成具有不同能量的射线，之后达到面阵探测器的晶体单元。
又一个实施例中的过滤机构可以粘贴在面阵探测器的外表面，射线进入面阵探测器之前，被分离成具有不同能量的射线，之后达到面阵探测器的晶体单元。
本发明还提供一种能谱成像方法，包括以下步骤：通过射线发射机构朝向待检测物发射射线；射线穿过待检测物后，通过滤波机构将射线分离成至少两种具有不同能量的射线；被分离的多种射线同时照射在成像接收机构上；通过成像接收机构接收到具有不同能量的射线后将数据传输至计算单元。
以滤波单元阵列上具有两种滤波单元为例，图3为使用图2中的射线滤波器所得到的两种不同能量的射线的数据示意图；图4为采用插值法处理利用图3所示的射线滤波器得到的数据的一种示意图；图5为采用插值法处理利用图3所示的射线滤波器得到的数据的又一种示意图；图6为采用像素合并处理图4中的数据的一种示意图；图7为图6中处理后的结果的示意图；其中，各个附图中的“A”代表一种能量的射线所获取的数据，“B”代表又一种能量的射线所获取的数据，“C”代表又一种能量的射线所获取的数据，“D”代表又一种能量的射线所获取的数据。即，A、B、C以及D分别各自对应一种能量的射线所获取的数据。
如图3所示，在一次扫描中，射线发生器采用高电压，例如110KV，进行出束，X射线被射线滤波器1过滤后，在穿过待检测物，之后到达面阵探测器的接收端，最终反馈至计算单元进行成像。其中，经过对X射线透射率高的第一滤波单元的X射线数据为高能数据，经过对X射线透射率低的第二滤波单元3的X射线数据为低能数据。进行数据提取后，再进行重建可获得针对同一物体的高能数据和低能数据两组投影图像，从而实现双能成像的投影采集。
例如，一个实施例中，采用插值的方法将带“*”号的数据补充完整，如图4与图5所示，得到两组与原采样数量一致的数据，之后，采用像素合并的方式，如图6所示，得到高能数据与低能数据，采样数量减小为原来的1/2，如图7所示。最后，利用重建得到被扫描物体在两种能量下的线性衰减系数，然后选取不同基材料对被检测物体进行基材料分解计算，进而获取原子序数图像和电子密度图像，实现特异性组织的鉴别。
以滤波单元阵列上具有两种滤波单元为例，图8为本发明的又一种实施方式中提供的能谱成像系统中射线滤波器的结构示意图；图9为使用图8中的射线滤波器所得到四种不同能量的射线的数据示意图；图10为采用插值法处理利用图9所示的射线滤波器得到的数据的一种示意图；图11为采用插值法处理利用图9所示的射线滤波器得到的数据的又一种示意图；图12为采用插值法处理利用图9所示的射线滤波器得到的数据的又一种示意图；图13为采用插值法处理利用图9所示的射线滤波器得到的数据的又一种示意图；图14为采用像素合并处理图10中的数据的一种示意图；图15为图14中处理后的结果的示意图。如图8、图9、图10、图11、图12、图13、图14以及图15所示，又一种实施方式中，射线滤波器1还包括多个第三滤波单元4与第四滤波单元5，第一滤波单元2、第二滤波单元3、第三滤波单元4与第四滤波单元5沿逆时针或顺时针方向依次交替设置。其中，四个滤波单元为一个小整体，小整体内第一滤波单元2、第二滤波单元3、第三滤波单元4与第四滤波单元5的分布位置可以根据需要设计，在此不作限定。含有四个滤波单元的射线滤波器1的使用方式与含有两个滤波单元的射线滤波器1的使用方式相同，在此不再赘述。
图16为本发明的又一种实施方式中提供的能谱成像系统中射线滤波器的结构示意图。如图16所示，例如，该能谱成像系统可以是全景CT扫描系统，也可以是直接数字化X射线摄影系统。
该实施例中，两种滤波单元均为长条状结构，分别记为第一滤波单元2与第二滤波单元3，第一滤波单元2与第二滤波单元3在基板上沿横向方向设置。
例如，可以将射线滤波器的尺寸设计的较大一些，使用该射线滤波器时，可以将其放置在面阵探测器的接收端，并完全遮挡探测器的表面。射线发出后，穿过被扫描物，之后穿过第一滤波单元2的可以为高能射线，穿过第二滤波单元3的可以是低能射线，两种射线再被面阵探测器接收，面阵探测器再将接收到的射线数据反馈至该能谱成像系统的计算单元，最终可以生成双能图像。并且，可以旋转射线发生器，以对被扫描物的不同位置进行扫描成像。
综上所述，使用该能谱成像方法一次扫描即可实现双能甚至多能成像，提高了检测效率，降低了辐射对患者带来的伤害，而且无需对现有的面阵探测器的内部晶体结构、材料以及相关制作工艺进行更改，有利于降低成本。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种能谱成像系统，其特征在于，包括：
射线发射机构，具有射线发射端；
成像接收机构，具有射线接收端，所述射线接收端与所述射线发射机构的射线发射端相对设置，所述成像接收机构与所述射线发射机构之间适于设置待检测物；
滤波机构，设置在所述成像接收机构的射线接收端之前，所述滤波机构上具有并列设置的至少两种滤波单元，所述滤波单元用于将所述射线发射机构所发射的穿过所述待检测物的射线分离成具有至少两种不同能量的射线；
所述成像接收机构同时接收通过所述滤波机构分离的射线，并将数据传输至计算单元。
2.根据权利要求1所述的能谱成像系统，其特征在于，
所述滤波机构包括：射线滤波器，所述射线滤波器上具有用于分离所述射线的滤波单元阵列，所述滤波单元阵列上具有并列设置的至少两种滤波单元。
3.根据权利要求2所述的能谱成像系统，其特征在于，
两种所述滤波单元在所述滤波单元阵列上沿横向和纵向方向依次交替设置。
4.根据权利要求2所述的能谱成像系统，其特征在于，
所述射线滤波器上的滤波单元为正方形。
5.根据权利要求2所述的能谱成像系统，其特征在于，
所述滤波单元阵列上的滤波单元中，至少一种滤波单元为空腔结构。
6.根据权利要求2所述的能谱成像系统，其特征在于，
所述滤波单元阵列为单层结构。
7.根据权利要求2-6中任一项所述的能谱成像系统，其特征在于，
所述成像接收机构包括：面阵探测器，所述面阵探测器上具有用于接收射线的晶体阵列，所述晶体阵列上的晶体单元与所述射线滤波器上的滤波单元一一对应。
8.根据权利要求7所述的能谱成像系统，其特征在于，
所述面阵探测器上的晶体单元的形状与所述射线滤波器上的滤波单元的形状相同；
所述面阵探测器上的晶体单元的面积小于或等于所述的射线滤波器上的滤波单元的面积。
9.根据权利要求2所述的能谱成像系统，其特征在于，
两种所述滤波单元均为长条状结构，两种所述滤波单元在所述滤波单元阵列上沿横向方向设置。
10.一种能谱成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过射线发射机构朝向待检测物发射射线；
射线穿过待检测物后，通过滤波机构将射线分离成至少两种具有不同能量的射线；
被分离的多种射线同时照射在成像接收机构上；
通过成像接收机构接收到具有不同能量的射线后将数据传输至计算单元。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN114767140A (zh) * | 2022-04-07 | 2022-07-22 | 北京朗视仪器股份有限公司 | X射线滤波器、能谱成像系统及特异性组织鉴别方法 |
| CN115105107A (zh) * | 2022-06-20 | 2022-09-27 | 北京朗视仪器股份有限公司 | 一种能谱成像方法及能谱成像系统 |
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- 2020-12-29 CN CN202011598869.2A patent/CN112826520A/zh active Pending
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