CN115813419B - 能谱ct成像的方法、装置和ct扫描成像系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及基于X射线的医学成像技术领域，提供一种能谱CT成像的方法、装置和CT扫描成像系统，可以提高重建出图效率。本申请中，在获取探测器采集到的多个数据帧后，将每个数据帧分能量段缓存到内存后，按顺序分能量段存储至磁盘；从内存或者磁盘，读取重建所需的数据帧；采用读取出的数据帧得到重建图像。

Description

能谱CT成像的方法、装置和CT扫描成像系统

技术领域

本申请涉及基于X射线的医学成像技术领域，特别是涉及一种能谱CT成像的方法、装置、CT扫描成像系统。

背景技术

近年来随着CT（Computed Tomography，电子计算机断层扫描）技术的高速发展，能谱CT凭借多维度、定量成像等传统CT不具备的组织特征信息，逐渐成为CT领域未来技术发展方向的趋势。基于光子计数探测器的能谱CT，目前是CT领域X射线成像技术的新的发展方向，其具有更低辐射剂量、更低噪声等优点，特别是光子计数探测器引入了“能量箱”理念，能同时提供多个能量阈值的CT数据，用于多能量成像。CT技术已经普遍应用于临床诊断，基于光子计数探测器的能谱Micro CT（显微CT）也开始应用于临床前科研分析。其空间分辨率要求高，数据采集时间长，数据量大，如何提高重建出图效率和质量是有待解决的问题。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能谱CT成像的方法、装置、CT扫描成像系统、存储介质和计算机程序产品。

本申请提供一种能谱CT成像的方法，所述方法包括：

获取探测器采集到的多个数据帧；

将每个所述数据帧分能量段缓存到内存后，按顺序分能量段存储至磁盘；

从所述内存或者所述磁盘，读取重建所需的数据帧；

采用读取出的所述数据帧得到重建图像。

在一个实施例中，从所述内存或者所述磁盘，读取重建所需的数据帧，包括：

当重建所需的数据帧在所述内存，则从所述内存读取重建所需的数据帧；

当重建所需的数据帧不在所述内存，则从所述磁盘读取重建所需的数据帧。

在一个实施例中，采用读取出的所述数据帧得到重建图像，包括：

将读取出的所述数据帧存入共享内存；

对存在所述共享内存的数据帧进行分块读取，得到多个角度的数据帧；

对多个角度的数据帧进行重建处理，得到重建图像。

在一个实施例中，对多个角度的数据帧进行重建处理，得到重建图像，包括：

通过第一管道进程，对多个角度的第一能量段数据帧进行重建处理，得到第一能量段对应的重建图像；

通过第二管道进程，对多个角度的第二能量段数据帧进行重建处理，得到第二能量段对应的重建图像；其中，所述第一管道进程和第二管道进程相互独立。

在一个实施例中，通过第一管道进程，对多个角度的第一能量段数据帧进行重建处理，得到第一能量段对应的重建图像，包括：

通过第一管道进程，对多个角度的第一能量段数据帧进行校正处理；

在所述校正处理后，通过所述第一管道进程，对多个角度的第一能量段数据帧进行重建处理，得到第一能量段对应的重建图像。

在一个实施例中，在通过第一管道进程，对多个角度的第一能量段数据帧进行校正处理之前，所述方法还包括：

通过第一管道进程，基于对同一角度的多个第一能量段数据帧的融合处理，得到每个角度的第一能量段数据帧，即不论系统输入的是单帧还是多帧扫描数据经融合处理后对后续数据处理保持一致。

在一个实施例中，针对不同角度的融合处理是并行的。

在一个实施例中，所述方法还包括：

基于从所述内存或者所述磁盘读取到的同一角度的数据帧，依次显示各角度或部分角度对应的投影图。

在一个实施例中，基于从所述内存或者所述磁盘读取到的同一角度的数据帧，依次显示各角度或部分角度对应的投影图，包括：

基于从所述内存或者所述磁盘读取到的第一角度的数据帧，对所述第一角度的数据帧进行校正处理，得到并显示所述第一角度对应的投影图；

基于从所述内存或者所述磁盘读取到的第二角度的数据帧，对所述第二角度的数据帧进行校正处理，得到并显示所述第二角度对应的投影图。

本申请提供一种能谱CT成像的装置，所述装置包括：

采数模块，用于获取探测器采集到的多个数据帧；

存数模块，用于将每个所述数据帧分能量段缓存到内存后，按顺序分能量段存储至磁盘；

读数模块，用于从所述内存或者所述磁盘，读取重建所需的数据帧；

重建模块，用于采用读取出的所述数据帧得到重建图像。

本申请提供一种CT扫描成像系统，所述系统包括：

探测器，用于采集扫描后的数据帧；

内存缓存单元，用于将所述数据帧分能量段进行缓存；

硬盘存储单元，用于按顺序分能量段存储已经缓存到所述内存缓存单元的数据帧；

处理器，用于根据从所述内存缓存单元或者所述硬盘存储单元读取出的数据帧，进行图像重建处理。

本申请提供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上述方法。

本申请提供一种计算机程序产品，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行上述方法。

本申请提供的上述方法中，采数、存数、读数分模块化的解耦设计，尽可能让各模块功能单一，易于扩展和维护；首先，在探测器一次采集能产生多个能量段数据帧的情况下，将数据帧按能量类型解析，在重组后分不同能量段存储，方便后面查看和应用，提高重建出图的效率；其次，在同一时间段数据量大的情况下，可以先在内存缓存一批数据，然后顺序存储到磁盘，从而大大提升数据写入磁盘速度，提高重建出图效率；接着，从内存或磁盘中读取重建所需数据帧，得到重建图像。

附图说明

图1为一个实施例中能谱CT成像的方法的流程示意图；

图2为一个实施例中采数、存数和读数的工作流示意图；

图3为一个实施例中对多个数据帧进行平均处理的示意图；

图4为一个实施例中多进程管线框架图；

图5为一个实施例中能谱CT成像的装置的结构框图。

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，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处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。

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可以与其它实施例相结合。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种能谱CT成像的方法，包括以下步骤：

步骤S101，获取探测器采集到的多个数据帧。

常规CT中球管产生的X射线具有连续的能量分布，能谱CT成像，是利用物质在不同X射线能量下产生的不同的吸收来提供比常规CT更多的影像信息。

能谱CT包括能谱Micro CT（显微CT），能谱Micro CT可以应用于临床前科研分析，例如动物实验。能谱Micro CT对空间分辨率要求非常高，有些对空间分辨率的要求高达微米级，常采用步进扫描模式重建图像。步进扫描模式也即：旋转一个特定角度采集一次数据，完成一个角度下的数据采集，得到一个数据帧或多个数据帧。在步进扫描模式下，可以采集一圈或者多圈的数据，当然也可以采集非整圈的数据。如果旋转步进角是1°，采集一圈360°的数据，采集一次数据用时5s，扫描一圈的数据进行图像重建，那采集完一圈数据，大概是30分钟左右。

能谱CT中的探测器可以是光子计数探测器，光子计数探测器引入了“能量箱”理念，能同时提供多个能量阈值的CT数据，用于多能量成像。

步骤S102，将每个数据帧分能量段缓存到内存后，按顺序分能量段存储至磁盘。

用户可以设置最低能量阈值（一般高于探测器背景噪声水平），探测器获取到的光子的能量大于等于该最低能量阈值；射线源的峰值电压决定了X射线的最大光子能量，即X射线kVp（千伏峰值）。在用户设置好最低能量阈值后，探测器获取到的光子的能量大于等于该最低能量阈值、小于等于X射线kVp，相应得到全能量段数据帧。

在一些实施例中，对于仅具有两个能量阈值的探测器，用户还可以设置中间能量阈值，该中间能量阈值大于上述最低能量阈值且小于上述X射线kVp，例如，若用户设置的最低能量阈值为20keV、X射线kVp为140keV，那么用户可以设置中间能量阈值为40keV。在用户设置好中间能量阈值后，探测器获取到的光子的能量大于等于该中间能量阈值、小于等于X射线kVp，相应得到高能量段数据帧。高能量段数据帧范围为能量段为40keV-140keV的高能量段数据帧，当然，同时可以获取到全能量段数据帧，即能量段为20keV-140keV的全能量段数据帧。

在得到全能量段数据帧和高能量段数据帧之后，可以将全能量段数据帧减去高能量段数据帧，相减结果为低能量段数据帧。

可以理解的是，用户设置的中间能量阈值可以是一个或一个以上，相应地，可以得到多个能量段数据帧。

本步骤在得到多个数据帧后，将多个数据帧分能量段缓存到内存，在内存里，对应同一能量段的数据帧缓存在一起。当采集数据很快、短时间内积累的数据量大的时候，可以利用内存缓存循环处理分批数据，当一批数据在内存里的缓存大小到预设配置的缓存大小后，将这批数据分能量段顺序存储至磁盘，即一批数据写入内存缓存的同时上一批数据正在写入磁盘，以此往复，直到采集数据完成。

其中，内存（memory）是计算机中重要的部件之一，它是与CPU（centralprocessing unit，中央处理器）进行沟通的桥梁。计算机程序的运行是在内存中进行的，因此内存的性能对计算机的影响非常大。内存也被称为内存储器，其作用是用于暂时存放CPU中的运算数据，以及与硬盘等外部存储器交换的数据。计算机在运行的时候，CPU就会把待运算的数据调到内存中进行运算，当运算完成后CPU再将结果传送出来，内存的运行也决定了计算机的稳定运行。

磁盘是计算机中最重要的存储器之一。计算机正常运行所需的大部分软件都存储在磁盘上。磁盘存储的容量较大，区别于内存。磁盘是电脑上使用坚硬的旋转盘片为基础的存储设备。它在平整的磁性表面存储和检索数字数据。

步骤S103，从内存或者磁盘，读取重建所需的数据帧。

以采集360°，旋转步进角为1°为例，如果在重建时需扫描一圈360°得到的数据，且是对应同一能量段的。在将多个数据帧按能量段进行内存缓存以及存储至磁盘后，根据重建所需的数据帧是否在内存，从内存或磁盘中，读取{1°、2°、3°、……、360°}角度下对应于同一能量段的数据帧。

如果重建所需的数据帧既不在内存，也不在磁盘，那么，相应的管道进程会因为读取数据超时而自动结束。另外，当达到等待时间后，还没能读取到数据，那么，可以在界面上提示用户重建出图失败，用户可以根据时机自己再点击重建按钮，以开启后端对应管道进程。

步骤S104，采用读取出的数据帧得到重建图像。

在读取到上述数据帧后，可以利用预设的重建算法，对读取到的数据帧进行重建处理，得到重建图像。

上述方法中，采数、存数、读数分模块化的解耦设计，尽可能让各模块功能单一，易于扩展和维护；首先，在探测器一次采集能产生多个能量段数据帧的情况下，将数据帧按能量类型解析，在重组后分不同能量段存储，方便后面查看和应用，提高重建出图的效率；其次，在同一时间段数据量大的情况下，可以先在内存缓存一批数据，然后顺序存储到磁盘，从而大大提升数据写入磁盘速度，提高重建出图效率；接着，从内存或磁盘中读取重建所需数据帧，输出重建图像。

在一个实施例中，从内存或者磁盘，读取重建所需的数据帧，包括：当重建所需的数据帧在内存，则从内存读取重建所需的数据帧；当重建所需的数据帧不在内存，则从磁盘读取重建所需的数据帧。

在一些实施例中，从硬件上来说，共享内存可以是上述内存中的一部分，二者是同样性质的存储器，可以都理解成是物理内存存储器，不过，作用不一样。共享内存是允许两个不相关的进程访问同一个逻辑内存，是跨进程处理公用的一块内存空间；共享内存是两个正在运行的进程之间共享和传递数据的一种非常有效的方式；不同进程之间共享的内存通常为同一段物理内存；进程可以将同一段物理内存连接到他们自己的地址空间中，所有的进程都可以访问共享内存中的地址。如果某个进程向共享内存写入数据，所做的改动将立即影响到可以访问同一段共享内存的任何其他进程。

本实施例中，如果重建所需的数据在内存，则优先从内存读取到共享内存，如果不在内存则从磁盘读取到共享内存，以提升数据读取速度。

在一个实施例中，采用读取出的数据帧得到重建图像，包括：将读取出的数据帧存入共享内存；对存在共享内存的数据帧进行分块读取，得到多个角度的数据帧；对多个角度的数据帧进行重建处理，得到重建图像。

上述角度是步进扫描模式下的旋转到的某个特定角度。在读取数据帧时，可以设定一次读取M个数据帧，该读取方式可以称为分块读取或批量读取。

如上，在重建时，根据用户设置的旋转角度采集数据，一般情况下可以采集旋转一圈的数据，也可以支持采集不足一圈或超出一圈的场景，需采集的角度/圈数以及步进角都可由用户设置。在将读取出的数据帧存入共享内存后，可以对存在共享内存的数据帧进行分块读取，得到例如{1°、2°、3°、……、360°}角度下的数据帧，对这些角度的数据帧进行重建处理，得到重建图像。

在一个实施例中，对多个角度的数据帧进行重建处理，得到重建图像，包括：通过第一管道进程，对多个角度的第一能量段数据帧进行重建处理，得到第一能量段对应的重建图像；通过第二管道进程，对多个角度的第二能量段数据帧进行重建处理，得到第二能量段对应的重建图像；其中，第一管道进程和第二管道进程相互独立。

第一能量段可以是高能量段、全能量段、低能量段中的一种，第二能量段可以是高能量段、全能量段、低能量段中的一种，且第一能量段和第二能量段不同。

以第一能量段为全能量段、第二能量段为高能量段为例介绍：

针对{1°、2°、3°、……、360°}角度下的全能量段数据帧，可以起一条管道进程，用于对这些数据帧进行重建处理，得到全能量段对应的重建图像；针对{1°、2°、3°、……、360°}角度下的高能量段数据帧，在硬件资源允许的情况下，可以再起另一条管道进程，用于对这些数据帧进行重建处理，得到高能量段对应的重建图像。所起的两条管道进程相互独立。

本实施例中，创建相互独立的多条管道进程，不仅可以对不同能量段数据帧进行并行重建处理，而且互不干扰，保障多能量段数据处理的高效和及时性。

在一个实施例中，通过第一管道进程，对多个角度的第一能量段数据帧进行重建处理，得到第一能量段对应的重建图像，包括：通过第一管道进程，对多个角度的第一能量段数据帧进行校正处理；在校正处理后，通过第一管道进程，对多个角度的第一能量段数据帧进行重建处理，得到第一能量段对应的重建图像。

本实施例中，创建的管道进程不仅用于重建处理，还可以用于校正处理，示例性地：针对{1°、2°、3°、……、360°}角度下的第一能量段数据帧，可以起一条管道进程，用于对这些数据帧进行校正处理和重建处理，得到第一能量段对应的重建图像。

在一个实施例中，在通过第一管道进程，对多个角度的第一能量段数据帧进行校正处理之前，本申请提供的方法还包括：通过第一管道进程，基于对同一角度的多个第一能量段数据帧的融合处理，得到每个角度的第一能量段数据帧。

本实施例中，在创建管道进程的情况下，管道进程还可以用于上述融合处理，例如，在采集到角度a下的多个第一能量段数据帧后，利用所创建的管道进程，对角度a下的多个第一能量段数据帧进行融合处理，得到角度a下的第一能量段数据帧。

进一步地，可以利用与第一能量段对应的管道进程包含的多个线程，分别对不同角度的第一能量段数据帧进行融合处理，一个线程也可以对应处理一个角度或多个角度的数据帧，通过一个线程，对特定角度的第一能量段数据帧进行融合处理，以使针对不同角度的融合处理是并行的。例如，在采集到角度a和b的多个第一能量段数据帧后，利用与第一能量段对应的管道进程包括的两个线程，例如第一线程和第二线程，分别对角度a、b下的多个第一能量段数据帧进行融合处理，得到角度a、b下的第一能量段数据帧，使针对角度a的融合处理和针对角度b的融合处理可以并行。在采集到角度c和d的多个第一能量段数据帧后，也可以继续利用第一线程和第二线程分别对角度c、d下的多个第一能量段数据帧进行融合处理。

在得到{1°、2°、3°、……、360°}角度下的第一能量段数据帧后，利用管道进程，对{1°、2°、3°、……、360°}角度下的第一能量段数据帧进行校正处理和重建处理，得到高能量段对应的重建图像。

在一个实施例中，通过第二管道进程，对多个角度的第二能量段数据帧进行重建处理，得到第二能量段对应的重建图像，包括：通过第二管道进程，对多个角度的第二能量段数据帧进行校正处理；在校正处理后，通过第二管道进程，对多个角度的第二能量段数据帧进行重建处理，得到第二能量段对应的重建图像。

本实施例中，创建的管道进程不仅用于重建处理，还可以用于校正处理，示例性地：针对{1°、2°、3°、……、360°}角度下的第二能量段数据帧，可以起一条管道进程，用于对这些数据帧进行校正处理和重建处理，得到第二能量段对应的重建图像。

在一个实施例中，在通过第二管道进程，对多个角度的第二能量段数据帧进行校正处理之前，本申请提供的方法还包括：通过第二管道进程，基于对同一角度的多个第二能量段数据帧的融合处理，得到每个角度的第二能量段数据帧。

在创建管道进程的情况下，管道进程还可以用于上述融合处理，例如，在采集到角度a下的多个第二能量段数据帧后，利用所创建的管道进程，对角度a下的多个第二能量段数据帧进行融合处理，得到角度a下的第二能量段数据帧。

进一步地，可以利用与第二能量段对应的管道进程包含的多个线程，分别对不同角度的第二能量段数据帧进行融合处理，一个线程也可以对应处理一个角度或多个角度的数据帧，通过一个线程，对特定角度的第二能量段数据帧进行融合处理，以使针对不同角度的融合处理是并行的。例如，在采集到角度a和b的多个第二能量段数据帧后，利用与第二能量段对应的管道进程包括的两个线程，例如第三线程和第四线程，分别对角度a、b下的多个第二能量段数据帧进行融合处理，得到角度a、b下的第二能量段数据帧，使针对角度a的融合处理和针对角度b的融合处理可以并行。在采集到角度c和d的多个第二能量段数据帧后，也可以继续利用第三线程和第四线程分别对角度c、d下的多个第二能量段数据帧进行融合处理。

在得到{1°、2°、3°、……、360°}角度下的第二能量段数据帧后，利用管道进程，对{1°、2°、3°、……、360°}角度下的第二能量段数据帧进行校正处理和重建处理，得到第二能量段对应的重建图像。

在主机硬件资源允许的情况下，可以采用多条独立管道进程，一条管道进程对应一个能量段，使得不同能量段数据帧的重建处理可以并行，互不干扰，保障多能量段数据帧处理的高效和及时性。

在一些实施例中，可以采用多帧采集模式，也即，在旋转至特定角度时，采集该特定角度下的多个数据帧。通过多帧采集模式，可以在能谱Micro CT球管剂量小的情况下，即使每个数据帧采集的光子信息比较少，也能保证数据校正和图像重建质量。

在采集到该特定角度下的多个数据帧后，可以对该特定角度下的多个第一能量段数据帧进行融合处理，得到该特定角度下的第一能量段数据帧，也可以对特定角度下的多个第二能量段数据帧进行融合处理，得到该特定角度下的第二能量段数据帧。

另外，需说明的是，在多帧采集模式下，也即探测器一次触发采集同一角度的多个数据帧时，可以快速将这些数据帧处理成正常的一个数据帧后，进行后面的校正重建流程，这样不会对后续的流程造成影响，在一些实施例中可以设计多帧处理的数据处理节点。多帧处理是针对同个角度的多个数据帧进行的融合处理，如果仅采集到某个角度的单个数据帧，可以不进行多帧处理。融合处理方式例如：对该角度的多个数据帧进行累加后取平均值，或，根据一定规则筛选每个数据帧的一部分数据，对筛选出来的数据进行加权后拼接等。通过多帧处理，可以保障数据处理的高效又提升了光子数据信息量，进而提升图像质量。

在一个实施例中，本申请提供的方法还包括：基于从内存或者磁盘读取到的同一角度的数据帧，依次显示各角度或部分角度对应的投影图。投影图可以是原始数据经过校正后的图像。投影图是未经过图像重建的图像。在步进扫描模式下，重建图像一般是完成设定的角度扫描后的数据后，经过图像重建然后显示给用户的，出图过程比较耗时。例如采集360°的数据，旋转步进角是1°，每个步进角下采集一次数据用时5s，完成设定的角度扫描，大概是30分钟左右。得到重建图像至少需30分钟以上，这个过程中软件用户界面无法显示重建图像。通过输出各角度对应的投影图，可以在用户界面直接呈现已经采集的角度下的扫描对象的投影图，实时性高，提升用户体验。

校正是对单个角度的数据帧进行的处理，而重建是对多个角度的数据帧进行的处理。在将每一个角度的数据帧校正处理结果保存后，再通知前端界面加载这个角度的投影图进行显示，以达到快速出图的效果；以此类推，采集一个角度的数据帧后，再通知前端界面动态更新显示一个角度对应的投影图，可以大大提升用户交互体验，避免用户等多个角度的数据帧采集完并重建才能看到采集图效果；同时这个进程的数据帧可以累积到重建处理节点，等多个角度的数据帧处理完后得到重建图像并保存，并可以直接更新到前端界面显示，或者用户可以通过看图软件查看处理。

在一个实施例中，基于从内存或者磁盘读取到的同一角度的数据帧，依次显示各角度或部分角度的投影图，包括：基于从内存或者磁盘读取到的第一角度的数据帧，对第一角度的数据帧进行校正处理，得到并显示第一角度的投影图；基于从内存或者磁盘读取到的第二角度的数据帧，对第二角度的数据帧进行校正处理，得到并显示第二角度的投影图。

其中，第一角度的数据帧比第二角度的数据帧先采集到，本实施例可以按采集顺序，依次显示各角度的投影图。例如，采集360°的数据，旋转步进角是1°，依次显示1°、2°、3°、……、360°角度下的投影图。当然，在一些实施例中，也可以不对每个角度下的投影图都进行显示，可以通过内部算法或者自定义设置依次显示部分角度的投影图。例如，依次显示1°、5°、10°角度下的投影图。

在旋转至第一角度时，采集得到第一角度的数据帧，并旋转至第二角度，以采集第二角度的数据帧；其中，在采集到第一角度的数据帧后，对第一角度的数据帧进行校正处理，得到第一角度的投影图并进行显示；在旋转至第二角度，采集到第二角度的数据帧后，对第二角度的数据帧进行处理，得到第二角度的投影图并进行显示。

为了更好地理解上述方法，以下详细阐述一个实施例，本实施例提供一种能谱CT步进多帧扫描出图的方法，采用多帧处理、顺序存储、共享内存、分块存储和批量读取等技术，提升数据存取效率，另外利用能谱一次扫描采集产生多个能量段数据的特性，采用多进程管道和并行计算技术，提升重建出图质量和效率。

在采集到某个角度的多个数据帧的情况下，采用一定算法，对该角度的多个数据帧进行融合处理，对同一角度的多个数据帧进行的融合处理可以称为多帧处理。融合处理方式例如：对该角度的多个数据帧进行累加后取平均值，或，根据一定规则筛选每个数据帧的一部分数据，对筛选出来的数据进行加权后拼接等。

在写入磁盘时一般都是按照一定的顺序写入的，写入磁盘的顺序称为顺序存储。在存储数据帧时，可以将不同的数据帧存储至不同的块中，该存储方式可以称为分块存储。在读取数据帧时，可以设定一次读取M个数据帧，该读取方式可以称为批量读取或分块读取。

步进扫描模式一般用在Micro CT中，这种模式的特点是旋转一个角度采集一次数据，这个扫描过程时间都是比较长的。基于光子计数探测器的能谱Micro CT，虽然有着多能量成像、精准定量分析等很多优势，但由于数据量增多、影响图像质量参数增多等一些不确定因素增多，进而会影响出图质量和效率。

本申请的实施例中，能谱CT步进多帧扫描出图的方法的数据存取支持多能量段数据的读写，并能对不同能量段数据同时并行做高效计算和处理，部分能量段数据可以通过其它能量段数据运算得到，例如低能量段数据帧等于全能量段数据帧减去高能量段数据帧。

本申请的实施例中，数据存取还支持探测器多帧扫描的采集模式，采集多帧数据可以增多光子数据信息量，这样可以提升图像质量，本申请的实施例中，提供的数据多帧处理方法，基于对同一角度的多个同一能量段数据帧的融合处理，多个角度和能量段并行处理，得到每个角度的每个能量段的数据帧，不影响后续数据的正常校正和重建流程。

另外，本申请的实施例中，数据存取还支持边写边读的模式，这样可以近实时的快速获取一个角度的数据帧，然后对这个角度的数据帧做校正，得到该角度的投影图，将该角度的投影图先呈现在界面上，当继续旋转时，随着角度的变化，界面也跟着显示不同角度的投影图，让用户能感受到扫描采集的过程，提升用户体验，同时在这个过程中对采集到的数据帧进行累积并做多能量段的图像重建，待重建完后可以通知前端界面更新显示重建图像。

本实施例提供的能谱CT步进多帧扫描出图的方法具有如下特点：

采用采数、存数、读数分模块化的解耦设计，尽可能让各模块功能单一，易于扩展和维护。详见实例图2展示，本申请的实施例中，光子计数探测器一次采集可以产生多个能量段数据，首先将数据按能量类型解析再重组后分不同能量段数据帧存储，包括高能量段数据帧和全能量段数据帧，方便后面查看和应用；其次，采用内存先缓存一批数据后再顺序存储到磁盘（例如硬盘），这样可以大大提升数据写入磁盘速度并保证数据完整不丢失；然后通过共享内存和分块批量读取数据，如果读取的数据在内存，则优先从内存读到共享内存，如果不在内存则从磁盘读到共享内存，通过本实施例中的以上方法可以大大提升数据读取速度，解决同一时间段数据量大的问题。

采用矩阵并行计算框架设计，可以支持多帧数据最大化并行处理，同时可以支持多能量段数据的并行计算处理，如两个能量段数据帧的相减操作等。详见实例图3展示，图像数据一般都是采用矩阵形式表示和处理，对矩阵上每个点的数据可以做并行计算处理。

本申请的实施例中，当在定位像扫描模式时，可以根据采集数据每个点的光子信息智能分析计算出不同扫描对象不同位置的辐射剂量，进而可以判断用户设置的扫描参数是否合适，如果不合适，则根据用户在后续断层扫描设置的扫描参数，自动判断是采用单帧采集模式，还是采用可加强光子数的多帧采集模式。当自动判定采用单帧采集模式时，每旋转至一个特定角度时，采集该特定角度的一个数据帧。当自动判定采用多帧采集模式时，每旋转至一个特定角度，按照用户所需的帧数N，采集该特定角度的N个数据帧，其中，帧数N可以通过智能分析算法确定。

通过上述方式，用户可以不用关心什么时候启动多帧采集模式，也可以不用尝试设置具体几帧合适，在整个扫描过程，用户对于扫描帧数这个参数对图像影响的不确认性大大提高。

上述定位像扫描是指发出X射线的球管和探测器静止不动、被检者随着检查床在扫描孔内匀速移动时，球管同时曝光而得到的一幅平面图像的扫描方式。

采用多进程管线框架设计，可以支持实时动态出图设计和支持多能量段数据同时最大化并行处理。详见实例图4展示，数据按能量段类型统一存储的同时，如图4中的高能量段数据帧，此时起一条独立管道进程对每个角度做校正处理形成投影图，并在生成投影图过程中根据每个角度采集的数据信息自动计算合适的窗宽窗位值，让每个角度的投影图可以自适应窗宽窗位显示，可以大大提升用户体验。

其中，窗宽是CT图像显示的灰度范围，窗位是窗宽的中心位置，如果这两个值设置的不合理，用户观察不同密度的正常组织或病变结构细节就显示的效果不好，一般在CT重建图像中的常用组织是有固定窗宽窗位值范围的，有时需要用户手动调节窗宽窗位值才能达到最优看图效果，本申请的实施例中，系统根据图像的灰度分布自动计算合适的窗宽窗位，可以取代手动调节窗宽窗位的过程，提升用户体验。

应该理解的是，虽然如上所述的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上所述的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

在一个实施例中，如图5所示，提供了一种能谱CT成像的装置，包括：

采数模块501，用于获取探测器采集到的多个数据帧；

存数模块502，用于将每个所述数据帧分能量段缓存到内存后，按顺序分能量段存储至磁盘；

读数模块503，用于从所述内存或者所述磁盘，读取重建所需的数据帧；

重建模块504，用于采用读取出的所述数据帧得到重建图像。

在一个实施例中，读数模块503，还用于当重建所需的数据帧在所述内存，则从所述内存读取重建所需的数据帧；当重建所需的数据帧不在所述内存，则从所述磁盘读取重建所需的数据帧。

在一个实施例中，重建模块504，还用于将读取出的所述数据帧存入共享内存；对存在所述共享内存的数据帧进行分块读取，得到多个角度的数据帧；对多个角度的数据帧进行重建处理，得到重建图像。

在一个实施例中，重建模块504，还用于通过第一管道进程，对多个角度的第一能量段数据帧进行重建处理，得到第一能量段对应的重建图像；通过第二管道进程，对多个角度的第二能量段数据帧进行重建处理，得到第二能量段对应的重建图像；其中，所述第一管道进程和第二管道进程相互独立。

在一个实施例中，重建模块504，还用于通过第一管道进程，对多个角度的第一能量段数据帧进行校正处理；在所述校正处理后，通过所述第一管道进程，对多个角度的第一能量段数据帧进行重建处理，得到第一能量段对应的重建图像。

在一个实施例中，所述装置还包括融合模块，用于通过第一管道进程，基于对同一角度的多个第一能量段数据帧的融合处理，得到每个角度的第一能量段数据帧。

在一个实施例中，针对不同角度的融合处理是并行的。

在一个实施例中，所述装置还包括投影图处理模块，用于基于从所述内存或者所述磁盘读取到的同一角度的数据帧，依次显示各角度或部分角度对应的投影图。

在一个实施例中，投影图处理模块，还用于基于从所述内存或者所述磁盘读取到的第一角度的数据帧，对所述第一角度的数据帧进行校正处理，得到并显示所述第一角度的投影图；基于从所述内存或者所述磁盘读取到的第二角度的数据帧，对所述第二角度的数据帧进行校正处理，得到并显示所述第二角度的投影图。

关于能谱CT成像的装置的具体限定可以参见上文中对于能谱CT成像的方法的限定，在此不再赘述。上述能谱CT成像的装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

在一个实施例中，提供了一种CT扫描成像系统，该CT扫描成像系统包括探测器、内存缓存单元、磁盘存储单元和处理器。在一些实施例中，该CT扫描成像系统还包括球管，用于产生X射线。在一些实施例中，该CT扫描成像系统可以是单纯的CT设备，也可以是CT设备与其他成像设备组合的多模态扫描成像系统，其他成像设备比如PET设备（PET的英文全称是positron emission tomography，中文名称为正电子发射计算机断层显像）。在一些实施例中，CT扫描成像系统为Micro CT（显微CT）扫描成像系统。Micro CT扫描成像系统可以用于临床前科研分析。

其中，探测器可以是光子计数探测器，可以感应X射线；探测器，用于采集扫描后的数据帧。

内存缓存单元，用于将数据帧分能量段进行缓存。

磁盘存储单元，用于按顺序分能量段存储已经缓存到内存缓存单元的数据帧。

处理器，用于根据从内存缓存单元或者磁盘存储单元读取出的数据帧，进行图像重建处理。

其中，内存缓存单元可以是物理内存存储器，例如内存。内存是计算机中重要的部件之一，它是与处理器进行沟通的桥梁。计算机程序的运行是在内存中进行的，因此内存的性能对计算机的影响非常大。内存也被称为内存储器，其作用是用于暂时存放CPU中的运算数据，以及与硬盘等外部存储器交换的数据。计算机在运行的时候，CPU就会把待运算的数据调到内存中进行运算，当运算完成后CPU再将结果传送出来，内存的运行也决定了计算机的稳定运行。

从硬件上来说，上述内存缓存单元包括的其中一部分可以是共享内存。共享内存和上述内存缓存单元是同样性质的存储器，可以都理解成是物理内存存储器，不过作用不一样。共享内存是允许两个不相关的进程访问同一个逻辑内存，是跨进程处理公用的一块内存空间；共享内存是两个正在运行的进程之间共享和传递数据的一种非常有效的方式；不同进程之间共享的内存通常为同一段物理内存；进程可以将同一段物理内存连接到他们自己的地址空间中，所有的进程都可以访问共享内存中的地址。如果某个进程向共享内存写入数据，所做的改动将立即影响到可以访问同一段共享内存的任何其他进程。

磁盘存储单元可以是磁盘，磁盘是计算机中最重要的存储器之一。计算机正常运行所需的大部分软件都存储在磁盘上。磁盘存储的容量较大，区别于内存。磁盘是电脑上使用坚硬的旋转盘片为基础的存储设备。它在平整的磁性表面存储和检索数字数据。在一些实施例中，磁盘存储单元包括硬盘，硬盘是磁盘的一种，例如机械硬盘和/或固态硬盘。

进一步地，当重建所需的数据帧在内存缓存单元，处理器则从内存缓存单元读取重建所需的数据帧；当重建所需的数据帧不在内存缓存单元，处理器则从磁盘存储单元中读取重建所需的数据帧。

进一步地，处理器采用读取出的数据帧得到重建图像，具体包括如下步骤：处理器将读取出的数据帧存入共享内存；对存在共享内存的数据帧进行分块读取，得到多个角度的数据帧；对多个角度的数据帧进行重建处理，得到重建图像。

进一步地，处理器对多个角度的数据帧进行重建处理，得到重建图像时，具体包括如下步骤：通过第一管道进程，对多个角度的第一能量段数据帧进行重建处理，得到第一能量段对应的重建图像；通过第二管道进程，对多个角度的第二能量段数据帧进行重建处理，得到第二能量段对应的重建图像；其中，第一管道进程和第二管道进程相互独立。

进一步地，处理器通过第一管道进程，对多个角度的第一能量段数据帧进行重建处理，得到第一能量段对应的重建图像时，具体包括如下步骤：通过第一管道进程，对多个角度的第一能量段数据帧进行校正处理；在校正处理后，通过第一管道进程，对多个角度的第一能量段数据帧进行重建处理，得到第一能量段对应的重建图像。

进一步地，处理器在通过第一管道进程，对多个角度的第一能量段数据帧进行校正处理之前，还执行如下步骤：通过第一管道进程，基于对同一角度的多个第一能量段数据帧的融合处理，得到每个角度的第一能量段数据帧。

进一步地，针对不同角度的融合处理是并行的。

进一步地，上述CT扫描成像系统还包括显示单元，该显示单元用于显示重建图像或投影图，该显示单元具体可以是显示器。

处理器可以根据从内存缓存单元或者磁盘存储单元读取到的同一角度的数据帧，将各角度或部分角度对应的投影图依次显示在显示单元上。

更进一步地，处理器可以基于从内存缓存单元或者磁盘存储单元读取到的第一角度的数据帧，对第一角度的数据帧进行校正处理，得到第一角度对应的投影图，将第一角度对应的投影图显示在显示单元上；基于从内存缓存单元或者磁盘存储单元读取到的第二角度的数据帧，对第二角度的数据帧进行校正处理，得到第二角度对应的投影图，将第二角度对应的投影图显示在显示单元上。

在一个实施例中，提供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各个方法实施例中的步骤。

在一个实施例中，提供了一种计算机程序产品，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行上述各个方法实施例中的步骤。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，上述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。

以上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。

以上的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 (10)

1.一种能谱CT成像的方法，其特征在于，所述方法包括：

获取探测器采集到的多个数据帧；

将每个所述数据帧分能量段缓存到内存后，按顺序分能量段存储至磁盘；

从所述内存或者所述磁盘，读取重建所需的数据帧；

采用读取出的所述数据帧得到重建图像；

所述采用读取出的所述数据帧得到重建图像，包括：

将读取出的所述数据帧存入共享内存；

对存在所述共享内存的数据帧进行分块读取，得到多个角度的数据帧；

通过第一管道进程，对多个角度的第一能量段数据帧进行重建处理，得到第一能量段对应的重建图像；

通过第二管道进程，对多个角度的第二能量段数据帧进行重建处理，得到第二能量段对应的重建图像；其中，所述第一管道进程和第二管道进程相互独立。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从所述内存或者所述磁盘，读取重建所需的数据帧，包括：

当重建所需的数据帧在所述内存，则从所述内存读取重建所需的数据帧；

当重建所需的数据帧不在所述内存，则从所述磁盘读取重建所需的数据帧。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过第一管道进程，对多个角度的第一能量段数据帧进行重建处理，得到第一能量段对应的重建图像，包括：

通过第一管道进程，对多个角度的第一能量段数据帧进行校正处理；

在所述校正处理后，通过所述第一管道进程，对多个角度的第一能量段数据帧进行重建处理，得到第一能量段对应的重建图像。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在通过第一管道进程，对多个角度的第一能量段数据帧进行校正处理之前，所述方法还包括：

通过第一管道进程，基于对同一角度的多个第一能量段数据帧的融合处理，得到每个角度的第一能量段数据帧。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，针对不同角度的融合处理是并行的。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

基于从所述内存或者所述磁盘读取到的同一角度的数据帧，依次显示各角度或部分角度对应的投影图。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，基于从所述内存或者所述磁盘读取到的同一角度的数据帧，依次显示各角度或部分角度对应的投影图，包括：

基于从所述内存或者所述磁盘读取到的第一角度的数据帧，对所述第一角度的数据帧进行校正处理，得到并显示所述第一角度对应的投影图；

基于从所述内存或者所述磁盘读取到的第二角度的数据帧，对所述第二角度的数据帧进行校正处理，得到并显示所述第二角度对应的投影图。

8.一种能谱CT成像的装置，其特征在于，所述装置包括：

采数模块，用于获取探测器采集到的多个数据帧；

存数模块，用于将每个所述数据帧分能量段缓存到内存后，按顺序分能量段存储至磁盘；

读数模块，用于从所述内存或者所述磁盘，读取重建所需的数据帧；

重建模块，用于将读取出的所述数据帧存入共享内存；对存在所述共享内存的数据帧进行分块读取，得到多个角度的数据帧；通过第一管道进程，对多个角度的第一能量段数据帧进行重建处理，得到第一能量段对应的重建图像；通过第二管道进程，对多个角度的第二能量段数据帧进行重建处理，得到第二能量段对应的重建图像；其中，所述第一管道进程和第二管道进程相互独立。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述读数模块，还用于当重建所需的数据帧在所述内存，则从所述内存读取重建所需的数据帧；当重建所需的数据帧不在所述内存，则从所述磁盘读取重建所需的数据帧。

10.一种CT扫描成像系统，其特征在于，所述系统包括：

探测器，用于采集扫描后的数据帧；

内存缓存单元，用于将所述数据帧分能量段进行缓存；

磁盘存储单元，用于按顺序分能量段存储已经缓存到所述内存缓存单元的数据帧；

处理器，用于将从所述内存缓存单元或者所述磁盘存储单元读取出的数据帧存入共享内存；对存在所述共享内存的数据帧进行分块读取，得到多个角度的数据帧；通过第一管道进程，对多个角度的第一能量段数据帧进行重建处理，得到第一能量段对应的重建图像；通过第二管道进程，对多个角度的第二能量段数据帧进行重建处理，得到第二能量段对应的重建图像；其中，所述第一管道进程和第二管道进程相互独立。

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