基於實時跟蹤X射線焦點位置的動態校準方法與流程

2023-04-23 03:49:27 1

本發明涉及一種CT機焦點位置校準方法，特別是涉及一種基於實時跟蹤X射線焦點位置的動態校準方法。

背景技術：

CT設備廣泛應用在醫療和工業中，CT成像的圖像質量是CT設備的核心指標。

如圖1所示，CT設備一般包括機架、X射線發生裝置、準直器、探測器、計算機系統等部件，其中，準直器前端設有兩個擋片，兩個擋片之間相隔很窄的開縫，用於減少對患者不必要的輻射劑量和低能量的X射線散射。

CT設備於臨床應用前，一般先進行空氣校準，理想情況下，掃描空氣所得到的圖像應該是均勻的，但是，由於X射線球管的陽極足跟效應(如圖2所示)，球管內旋轉結構的機械振動及陽極靶的熱脹冷縮，X射線的焦點位置會發生漂移，漂移後的焦點易被準直器的擋片所遮擋，造成邊緣層的圖像含有環和/或帶狀偽影，且，這種偽影會隨X射線球管熱容發生變化。

為解決焦點漂移的問題，通常採用增大準直器開縫的方法，以增加射線束覆蓋的探測器範圍，但是，這種方法會增加臨床應用中患者接受到的輻射劑量，且不同球管熱容條件下的X射線焦點位置存在差異，易造成空氣校準失真。

技術實現要素：

鑑於上述原因，本發明的目的在於提供一種基於實時跟蹤X射線焦點位置的動態校準方法，能夠實時、動態地校準焦點位置，提高CT設備成像的圖像質量，無需增大準直器開縫，不會額外增加對患者的輻射劑量。

為實現上述目的，本發明採用以下技術方案：

一種基於實時跟蹤X射線焦點位置的動態校準方法，包括：

於第一位置與第二位置之間，動態整體移動準直器的兩個擋片，兩擋片開縫的中心位置設為參考位置，

從第一位置到第二位置，兩個擋片經過若干調整位置，

於每個調整位置，獲取相應的調整參數，該調整參數包括邊緣層光子響應特徵比值、相對參考位置的偏移量、圖像信息，該邊緣層光子響應特徵比值為探測器的兩邊緣側通道分別接收的光子響應特徵信號累加的比值，

移動結束後，根據若干調整參數對應的若干圖像信息，確定目標調整參數，確定目標位置，

動態整體移動兩個擋片至該目標位置。

進一步的，

根據若干調整參數對應的圖像信息，選取出成像質量最高的圖像信息，依該成像質量最高的圖像信息，確定相應的相對參考位置的偏移量，作為目標位置。

所述相對參考位置的偏移量為當前調整位置相對參考位置的偏移量。

所述圖像信息為當前調整位置下，探測器依接收的光子響應信號，重建得到的圖像信息。

確定所述相對參考位置的偏移量的方法是：

整體移動兩個擋片，使得所述參考位置與預設的焦點位置相對應，計算此時的邊緣層光子響應特徵比值，作為預設的參考值；

根據公式(1)計算比例因子，

其中，ratio1為兩個擋片位於第一調整位置location1時的邊緣層光子響應特徵比值，ratio2為兩個擋片位於第二調整位置1ocation2時的邊緣層光子響應特徵比值；

將某一調整位置時的邊緣層光子響應特徵比值減去該預設的參考值，然後乘以該比例因子，得到所述相對參考位置的偏移量。

所述第二調整位置為所述參考位置。

在所述第一位置與第二位置之間，每隔一調整時間，兩個擋片位於一調整位置。

本發明的優點是：

1、將探測器兩邊緣側通道分別接收的光子響應特徵信號累加的比值作為校準焦點位置的依據，該跟蹤算法輕量，計算簡單，大大降低了硬體存儲空間，提高了數據傳遞與處理的效率；

2、通過整體平移準直器的兩個擋片實現焦點校準過程，操作簡單，維護方便，魯棒性強，控制精度高；

3、無需增大準直器開縫，即可實時、動態地校準焦點位置，提高了CT設備成像的圖像質量，不會額外增加對患者的輻射劑量。

附圖說明

圖1是CT設備部分部件的結構原理圖。

圖2是陽極足跟效應導致焦點漂移的原理示意圖。

圖3是本發明的方法流程示意圖。

圖4是本發明的簡化流程圖。

圖5是本發明於一具體實施例中32排探測器接受的光子響應分布示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細的描述。

如圖3、4所示，本發明公開的基於實時跟蹤X射線焦點位置的動態校準方法，包括如下步驟：

於第一位置與第二位置之間，動態整體移動準直器的兩個擋片，兩擋片開縫的中心位置設定為參考位置，第一位置到第二位置過程中的每個位置設定為調整位置；

整體移動兩個擋片的過程中，於每個調整位置，獲取相應的調整參數，該調整參數Para包括邊緣層光子響應特徵比值ratio、相對參考位置的偏移量offset、圖像信息Image，即Para(ratio，offset，Image)；其中，邊緣層光子響應特徵比值為當前調整位置下，第一邊緣層光子響應特徵信號與最後一個邊緣層光子響應特徵信號的比值，即第一邊緣層光子響應特徵信號與最後一個邊緣層光子響應特徵信號分別對應位於兩個邊緣側的探測器通道所採集的光子響應特徵信號累加；相對參考位置的偏移量為當前調整位置相對參考位置的偏移量，圖像信息為當前調整位置下，X射線掃描後，探測器依接收的光子響應信號，重建得到的圖像信息。

兩擋片從第一位置經若干調整位置移動至第二位置後，對應若干調整位置得到相應的若干調整參數；

依據若干調整參數，根據分別對應的圖像信息，從中確定出圖像質量最高的圖像信息Best_Image，將該圖像質量最高的圖像信息所對應的調整參數作為目標調整參數，從該目標調整參數中獲取相應的相對參考位置的偏移量，作為待校準的目標位置；

動態整體移動準直器的兩個擋片至該目標位置，實現焦點位置的動態校準。

具體的說，於一具體實施例中，設定兩個擋片向左側移動最大距離至第一位置，向右側移動最大距離至第二位置，以32排探測器為例，CT機開機啟動進行空氣校準，過程如下：

首先，調整兩個擋片的相對位置，使得開縫變窄，得到當前條件下的焦點位置(預設的焦點位置)，然後，調整兩個擋片的相對位置，使得開縫恢復至臨床應用時的縫寬，隨後，整體移動兩個擋片，使得兩個擋片的參考位置與測量得到的焦點位置相對應，得到調整後的邊緣層光子響應特徵比值，將調整後的邊緣層光子響應特徵比值作為預設的參考值refer；

然後，確定比例因子，具體方法是：整體調整兩個擋片的位置，分別至第一調整位置location1與第二調整位置location2，得到第一調整位置對應的邊緣層光子響應特徵比值ratio1，及第二調整位置對應的邊緣層光子響應特徵比值ratio2，利用公式(1)計算比例因子：

為簡化計算，可設定第二調整位置為參考位置，設參考位置的location＝0，第一調整位置為相對參考位置的偏移距離，例如，第一調整位置位於距離參考位置左側的100微米處，則公式(1)中的分子部分為(100-0)，第一調整位置位於距離參考位置右側的100微米處，則公式(1)中的分子部分為(-100-0)。

之後，實時動態地整體移動兩個擋片(兩個擋片的相對位置不變，不改變開縫的大小)，使得兩個擋片從第一位置移動至第二位置；移動過程中，每隔一調整時間，兩個擋片位於一調整位置；於每個調整位置，32排探測器接收X射線並產生相應的光子響應信號(如圖5所示)，確定每個調整位置對應的調整參數，包括：

1)計算第一邊緣層光子響應特徵信號(圖5所示第1排探測器接收的光子響應特徵信號累加)與最後一個邊緣層光子響應特徵信號(圖5所示第32排探測器接收的光子響應特徵信號累加)的比值，得到邊緣層光子響應特徵比值ratio；2)計算相對參考位置的偏移量offset，該相對參考位置的偏移量等於邊緣層光子響應特徵比值ratio減去預設的參考值refer後乘以比例因子factor，即offset＝(ratio-refer)×factor；3)根據探測器接收的光子響應信號，重建出當前調整位置下的圖像信息Image。

兩個擋片從第一位置移動至第二位置後，根據每一調整位置對應的調整參數，從所有調整參數對應的圖像信息中，確定圖像質量最好的圖像信息Best_Image，將該圖像質量最好的圖像信息對應的調整參數作為目標調整參數，根據該目標調整參數確定其相應的相對參考位置的偏移量，作為待校準的目標位置，然後，通過控制步進電機動態整體移動兩個擋片使其到達該目標位置，完成焦點的動態校準過程。

本發明的基於實時跟蹤X射線焦點位置的動態校準方法，CT設備於空氣校準過程中，於第一位置與第二位置之間，整體移動準直器的兩個擋片，移動過程中，於每一調整位置採集相應的調整參數，移動結束後，根據各調整參數，確定成像質量最好的圖像信息，及相應的偏移位置作為待校準的目標位置，整體移動兩個擋片至目標位置，完成焦點位置的動態校準。本發明無需擴大準直器的開縫，即可實現焦點位置的實時、動態校準，提高了CT設備的成像質量，避免了額外增加對患者的輻射劑量。

以上所述是本發明的較佳實施例及其所運用的技術原理，對於本領域的技術人員來說，在不背離本發明的精神和範圍的情況下，任何基於本發明技術方案基礎上的等效變換、簡單替換等顯而易見的改變，均屬於本發明保護範圍之內。