CN113017673B - 一种模体的定位装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种模体的定位装置，通过使用一种模体定位装置，把细长圆柱形的所述模体放在扫描孔内的多个角度位置分别扫描，通过模体的吸收强度来计算散焦辐射强度分布，在后续计算中消除转子在旋转过程中各个角度的细微差别。

Description

一种模体的定位装置

技术领域

本发明涉及计算机断层扫描设备技术领域，尤其涉及一种模体的定位装置。

背景技术

计算机X射线断层扫描仪(computed tomography，CT)是利用X射线旋转照射被测物体，然后通过计算机处理获得物体断层图像的设备。在CT中，X射线通常是由电子束轰击阳极靶获得，理想的X射线源应该是一个点，但电子束轰击阳极靶焦点区后，有部分电子会四散溅射并再次轰击阳极靶，在焦点以外产生少量X射线。焦点以外的射线会导致重建图像物体边缘模糊，严重时可能影响医生诊断。

现有的解决方法主要有两类：一是通过硬件方法从光源上消除散焦辐射，例如有些球管上有溅射电子收集装置，能防止二次电子再次轰击阳极靶产生散焦辐射。二是通过软件算法消除散焦辐射对图像的影响。

发明内容

为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种通过对特定模体的实际测量获得散焦辐射的强度分布、以针对每个系统的差异做更精确的矫正的模体的定位装置。

本发明公开了一种CT扫描设备的散焦辐射强度分布测量方法，包括如下步骤：将一细长圆柱模体通过定位装置固定于扫描孔径内的不同位置、且垂直于扫描平面并尽量远离旋转中心；CT扫描设备的x射线源及探测器围绕机架旋转中心连续旋转并执行曝光扫描过程；在此过程中，所述模体切割散焦面任意一点与任一探测器单元的连线；采集此过程中每个时刻、每个探测器的输出值数据；调节模体定位装置，使模体位于相对于旋转中心的多个角度的位置，采集所述模体位于多个角度时、每个时刻每个探测器的输出值数据；对采集的数据进行本底去除，并提取出完全不被遮挡的探测器单元信号，计算出每个探测器单元的空扫增益并对所有数据做增益校正；根据增益校正后完全不被遮挡的探测器单元信号数据，对于每一个探测器单元，计算出每一个角度位置的模体在哪一个采样点时会被散焦面上某一点与该探测器的连线穿过；通过获取该采样点被遮挡时相对于不被遮挡时的衰减值，得到散焦面上该采样点到达该探测器单元的散焦强度；通过所有角度位置的散焦强度，计算得到散焦强度分布。

优选地，所述提取出完全不被遮挡的探测器单元信号，计算出每个探测器单元的空扫增益并对所有数据做增益校正包括：一级校正过程，即对于每个探测器单元的所有数据I(view，ch)，选取出不被遮挡的数据，对数据做低频的拟合，得到每个通道的校准值I₀(ch)，从而获取一级校正数据：

其中，view为采样时刻编号，ch为通道编号；二级校正过程，即对于每个采样时刻I₁(view，ch)，选出完全不被遮挡的数据，并取平均值ref(view)，从而获取二级校正数据：

优选地，多次重复执行所述一级校正过程和二级校正过程，得到每个探测器单元在每个时刻接收到的X射线的强度值P(view，ch)。

优选地，0≤P(view，ch)≤1，P(view，ch)为无量纲，完全不被模体遮挡时P(view，ch)为1，被完全遮挡时P(view，ch)为0。

优选地，所述对于每一个探测器单元，计算出每一个角度位置的模体在哪一个采样点时会被散焦面上某一点与该探测器的连线穿过；通过获取该采样点被遮挡时相对于不被遮挡时的衰减值，得到散焦面上该采样点到达该探测器单元的散焦强度包括：把X射线源散焦面分成N份，对于任一探测器单元j，其接收到的X射线焦点分布中第i点的射线为I_ij；对于任一探测器单元j，计算模体穿过散焦面上任一点i的采样时刻，记这一刻探测器接收的强度为P_ij，假设模体足够小，只遮挡了i位置的X射线而不影响其它位置的X射线照射到j探测器单元，则探测器接收到的强度为：P_ij＝1-a(s)I_ij；其中，a(s)是模体对射线的衰减系数，此系数随模体与探测器的距离成反比关系，可以记为α/s，提取出模体扫过N份射线源与探测器单元j的连线的数据，得到散焦面上该采样点到达该探测器单元的散焦强度：I_ij＝(1-P_ij)s/a。

优选地，所述通过所有角度位置的散焦强度，计算得到散焦强度分布包括：对所述模体位于所有角度位置时的散焦强度进行求和、平均，得到散焦强度分布：

本发明还公开了一种模体的定位装置，应用于上述的CT扫描设备的散焦辐射强度分布测量方法，包括固定组件和活动组件，所述固定组件固设于所述CT扫描设备的诊断床上，所述活动组件一端与所述固定组件活动连接、另一端设有所述模体；所述活动组件相对于所述固定组件旋转，使得所述模体相对于旋转中心处于不同的角度。

优选地，所述固定组件上设有第一定位孔和圆周排列的第二定位孔，所述第一定位孔设于所述第二定位孔的圆心；所述活动组件上设有第一定位块和第二定位块；所述第一定位块插设于所述第一定位孔内，所述第二定位块插设于不同位置的所述第二定位孔内，使得所述活动组件相对于所述固定组件旋转。

优选地，所述活动组件包括相连接的第一部段和第二部段，所述第一部段与所述第二部段通过调节件活动连接，通过所述调节件改变所述第一部段和所述第二部段的重叠部分的大小，从而改变所述活动组件的长度。

本发明还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的散焦辐射强度分布测量方法的步骤。

采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.使用一种模体定位装置，把细长圆柱形的所述模体放在扫描孔内的多个角度位置分别扫描，通过模体的吸收强度来计算散焦辐射强度分布，在后续计算中消除转子在旋转过程中各个角度的细微差别。

2.对比理论推导的方法，实测的光源散焦强度分布比理论推导更为准确，可以很方便地单独对每个CT系统做校准。

3.对比扫描宽模体的方法，本发明直接计算光源散焦强度分布，不需要进行微分运算，理论更直接、计算结果更准确；

4.细长圆柱模体制作更简单、成本更低，而且校准时不需要额外扫描空气做增益校准，直接使用当次扫描数据，减少曝光和扫描次数且准确性更高。

5.对比单一位置扫描细长模体方法，本发明利用模体定位装置把细长模体放置于多个角度位置，从而能够在后续计算中消除转子旋转中各个角度的细微差别带来的测量偏差。另外使用模体定位装置也能使模体在多个不同角度位置的摆放更加便捷、准确。

附图说明

图1为本发明提供的CT扫描设备的散焦辐射强度分布测量方法的流程图；

图2为发明提供的CT扫描设备的散焦辐射强度分布测量方法的所述模体在某单一位置扫描的弦图；

图3为发明提供的CT扫描设备的散焦辐射强度分布测量方法的所述模体在多个角度位置扫描的示意图；

图4为发明提供的CT扫描设备的散焦辐射强度分布测量方法的采样数据的低频拟合数据图；

图5为发明提供的CT扫描设备的散焦辐射强度分布测量方法的x射线源的散焦面被分成n份的示意图；

图6为发明提供的CT扫描设备的散焦辐射强度分布测量方法的x射线源遮挡所述模体的示意图；

图7为发明提供的CT扫描设备的多角度测量的散焦辐射强度分布测量方法的散焦强度分布与现有单一位置的散焦强度分布对比图；

图8为发明提供的模体的定位装置的结构示意图；

图9为发明提供的模体的定位装置的活动组件的结构示意图；

图10为发明提供的模体的定位装置的右视图；

图11为发明提供的模体的定位装置的正视图；

图12为发明提供的模体的定位装置的俯视图。

1-模体，2-第二定位孔，3-模架扣，4-调节件，5-模体固定块。

具体实施方式

以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身并没有特定的意义。因此，“模块”与“部件”可以混合地使用。

参见附图1，本发明公开了一种CT扫描设备的散焦辐射强度分布测量方法，包括如下步骤：

S1、将一细长圆柱模体通过定位装置固定于扫描孔径内、且垂直于扫描平面并尽量远离旋转中心；

S2、CT扫描设备的x射线源及探测器围绕机架旋转中心连续旋转并执行曝光扫描过程；在此过程中，模体切割散焦面任意一点与任一探测器单元的连线；采集此过程中每个时刻、每个探测器的输出值数据；

S3、调节模体定位装置，使模体位于相对于旋转中心的多个角度的位置，采集模体1位于多个角度时、每个时刻每个探测器的输出值数据；

S4、对采集的数据进行本底去除，并提取出完全不被遮挡的探测器单元信号，计算出每个探测器单元的空扫增益并对所有数据做增益校正；

S5、对于每一个探测器单元，计算出每一个角度位置的模体1在哪一个采样点时会被散焦面上某一点与该探测器的连线穿过；通过获取该采样点被遮挡时相对于不被遮挡时的衰减值，得到散焦面上该采样点到达该探测器单元的散焦强度；

S6、通过所有角度位置的散焦强度，计算得到散焦强度分布。

若模体1只放在一个固定位置，扫描转子旋转过程中可能会出现细微差别，参见附图2，示出了模体1在某单一位置扫描的弦图，横轴代表转子旋转角度，纵轴表示每排探测器的通道数，图中虚线圈表示转子旋转过程出现的偏差，这些偏差会污染模体1的投影，从而会对散焦强度分布的测量带来较大偏差。而本发明把细长圆柱形模体1放在扫描孔内的多个角度位置分别扫描，利用这些多个角度位置的扫描数据，则可在后续计算中消除这些偏差。

具体的，参见附图3，将一细长圆柱模体1放置于扫描孔径内“*”所示位置中，这些位置相对旋转中心形成不同角度位置，且与扫描平面垂直，在散焦面与探测器连线的覆盖范围外。以射线源及探测器为参考系，射线源与探测器阵列围绕旋转中心旋转的过程中模体1能切割散焦面任意一点与任一探测器单元的连线。

对于图3所示每一个模体1放置的角度位置，旋转机架并执行曝光扫描，在此过程中模体1会切割散焦面任意一点与任一探测器单元的连线，采集每个时刻每个探测器的输出值，由此得到对应角度位置的模体1扫描数据，以计算所有角度位置对应的光源散焦强度分布。

进一步地，参见附图4，对于每一个探测器单元，以该探测器单元完全不被模体1遮挡时的数据为依据，对所有数据进行增益校正，增益校正具体分为以下两个过程：

一级校正过程，即对于每个探测器单元的所有数据I(view，ch)，选取出不被遮挡的数据，对数据做低频的拟合，得到每个通道的校准值I₀(ch)，从而获取一级校正数据：

其中，view为采样时刻编号，ch为通道编号；一级校正过程的作用是计算探测器输出相对于完全不被遮挡时的比例以及去除机架旋转对探测器增益造成的低频影响；

二级校正过程，即对于每个采样时刻I₁(view，ch)，选出完全不被遮挡的数据，并取平均值ref(view)，从而获取二级校正数据：

二级校正过程的目的是滤除因光源强度瞬时变化以及采样时长不均匀造成的影响。

较佳地，多次重复执行一级校正过程和二级校正过程，得到每个探测器单元在每个时刻接收到的X射线的强度值P(view，ch)。一种优选的，重复执行一级校正过程和二级校正过程2-3次，校正效果最佳。

增益校正后得到每个探测器单元在每个时刻接收到的X射线的强度值P，0≤P(view，ch)≤1，P(view，ch)为无量纲，完全不被模体1遮挡时P(view，ch)为1，被完全遮挡时P(view，ch)为0，被完全遮挡即没有接收到X射线。

参见附图5-6，把X射线源散焦面分成N份，对于任一探测器单元j，其接收到的X射线焦点分布中第i点的射线为I_ij；对于任一探测器单元j，计算模体1穿过散焦面上任一点i的采样时刻，记这一刻探测器接收的强度为P_ij，假设模体1足够小，只遮挡了i位置的X射线而不影响其它位置的X射线照射到j探测器单元，则探测器接收到的强度为：P_ij＝1-a(s)I_ij；其中，a(s)是模体1对射线的衰减系数，此系数随模体1与探测器的距离成反比关系，可以记为α/s，提取出模体1扫过N份射线源与探测器单元j的连线的数据，得到散焦面上该采样点到达该探测器单元的散焦强度：I_ij＝(1-P_ij)s/a。

对模体1位于所有角度位置时的散焦强度进行求和、平均，得到散焦强度分布：

最后把所有角度位置对应的散焦强度分布求和、平均，得到最终的散焦强度分布。

参见附图7，虚线表示同一角度位置多次扫描模体1所得的最终散焦强度分布，实线表示多个不同角度位置扫描模体1的最终散焦强度分布，由图可见，使用多个不同角度位置扫描模体1，能够显著减轻本底的低频信息对散焦强度的影响。

本发明利用模体1定位装置把一根细长圆柱模体1放在扫描孔内不同位置分别扫描，得到精确的散焦辐射分布，从而去除散焦辐射的影响；一些现有技术使用理论模型计算散焦辐射的强度分布，由于实际系统中的变化因素太多，与理论推导结果偏差较大，而本发明通过实际测量，能针对每个系统的差异做更精确的矫正。

对于另一些使用有一定遮挡面积且衰减足够大的模体1、通过测量X射线变化率来计算辐射强度分布的现有技术，本发明使用的所述细长圆柱模体1，且利用光线被遮挡的量得到辐射强度分布。

另一些现有技术，只对一个位置的模体1进行扫描，由于光源的散焦强度分布测量非常敏感，转子旋转中的细微差别可能会对散焦强度分布的测量带来较大的偏差，而本发明把模体1放在多个角度位置，并分别对这些多个位置的模体1进行扫描，以在后续的计算中能够消除转子旋转中在各个角度的细微差别；且配合多角度扫描这一技术，本发明还提供了一种定位装置，用于将模体1固定设置于各个角度位置。

另一些现有技术，使用一种开设有狭缝的金属平板模体1，模体1在移动中狭缝切割散焦面任意一点与任一探测器单元的连线，从而采集对应连线的散焦信号，然而，由于金属平板模体1具有一定的厚度，并且每一条上述连线相对模体1平板面的空间角度不一样，模体1厚度的狭缝内壁在不同的空间角度都会对穿过模体1的射线带来一定的遮挡，导致每一条连线代表的散焦辐射信号，透过狭缝的效率都各不相同，因此需要额外的考虑计算；而本发明使用的所述细长圆柱模体1则在各个角度的遮挡效果相同。

一些现有技术，要求球管与模体1的相对位置控制十分精准，而且每次移动模体1采集信号，由于模体1狭缝不能完全覆盖所有探测器单元与散焦面任意点的连线，因此需要移动球管与模体1的角度，来达到狭缝能够覆盖所有探测器模块上单元的要求；而本发明在任意一个模体1角度位置下的一次扫描，都能使细长圆柱模体1完全切割、覆盖所有探测器单元与散焦面任意点的连线。另外，一些现有技术要求摆放多个球管与模体1的角度，是为了使狭缝切割、覆盖所有所有探测器单元与散焦面任意点的连线，而本专利摆放模体1于多个角度位置，是为了消除转子旋转中在各个角度的细微差别。

参见附图8-12，本发明还公开了一种模体1的定位装置，应用于上述的CT扫描设备的散焦辐射强度分布测量方法，定位装置的总重量不超过1.2千克，包括固定组件和活动组件，固定组件通过模架扣3固设于CT扫描设备的诊断床上，活动组件一端与固定组件活动连接、另一端的模体1固定块5内设有模体1；活动组件相对于固定组件旋转，使得模体1相对于旋转中心处于不同的角度。

具体地，固定组件上设有第一定位孔和圆周排列的第二定位孔2，第一定位孔设于第二定位孔2的圆心，活动组件上设有第一定位块和第二定位块，第一定位块插设于第一定位孔内，第二定位块插设于不同位置的第二定位孔2内，使得活动组件相对于固定组件旋转。

较佳地，活动组件总重量不超过500克，活动组件包括相连接的第一部段和第二部段，第一部段与第二部段通过调节件4活动连接，通过调节件4改变第一部段和第二部段的重叠部分的大小，从而改变活动组件的长度，从而能够改变细长圆柱模体1到旋转中心的距离。

定位装置针对上述的CT扫描设备的散焦辐射强度分布测量方法放置模体1于多个不同位置的需求，轻便，操作简单，能够更加便捷地放置模体1，且能够更加准确地放置模体1。

本发明还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的散焦辐射强度分布测量方法的步骤。

应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (2)

1.一种模体的定位装置，其特征在于，应用于CT扫描设备的散焦辐射强度分布测量方法，所述方法包括如下步骤：

将一细长圆柱模体通过定位装置固定于扫描孔径内的不同位置、且垂直于扫描平面并尽量远离旋转中心；

CT扫描设备的x射线源及探测器围绕机架旋转中心连续旋转并执行曝光扫描过程；在此过程中，所述模体切割散焦面任意一点与任一探测器单元的连线；采集此过程中每个时刻、每个探测器的输出值数据；

调节模体定位装置，使模体位于相对于旋转中心的多个角度的位置，采集所述模体位于多个角度时、每个时刻每个探测器的输出值数据；

对采集的数据进行本底去除，并提取出完全不被遮挡的探测器单元信号，计算出每个探测器单元的空扫增益并对所有数据做增益校正；

根据增益校正后完全不被遮挡的探测器单元信号数据，对于每一个探测器单元，计算出每一个角度位置的模体在哪一个采样点时会被散焦面上某一点与该探测器的连线穿过；通过获取该采样点被遮挡时相对于不被遮挡时的衰减值，得到散焦面上该采样点到达该探测器单元的散焦强度；

通过所有角度位置的散焦强度，计算得到散焦强度分布；

所述定位装置包括固定组件和活动组件，所述固定组件固设于所述CT扫描设备的诊断床上，所述活动组件一端与所述固定组件活动连接、另一端设有所述模体；所述活动组件相对于所述固定组件旋转，使得所述模体相对于旋转中心处于不同的角度；

所述活动组件包括相连接的第一部段和第二部段，所述第一部段与所述第二部段通过调节件活动连接，通过所述调节件改变所述第一部段和所述第二部段的重叠部分的大小，从而改变所述活动组件的长度。

2.根据权利要求1所述的定位装置，其特征在于，所述固定组件上设有第一定位孔和圆周排列的第二定位孔，所述第一定位孔设于所述第二定位孔的圆心；

所述活动组件上设有第一定位块和第二定位块；

所述第一定位块插设于所述第一定位孔内，所述第二定位块插设于不同位置的所述第二定位孔内，使得所述活动组件相对于所述固定组件旋转。

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