一種基于輔助模體的x射線探測器校準(zhǔn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于輔助模體的X射線探測器校準(zhǔn)方法，包括有與待測樣品一同進(jìn)行檢測的輔助模體，通過輔助模體，將輔助模體與待測樣品一同進(jìn)行檢測。初步成像后，采用圖形分割和識別算法，將模體與待測物體分開，將模體成像數(shù)據(jù)與實際已知特征對比，在離線校正的基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)進(jìn)行二次校正后，再次進(jìn)行成像。采用本發(fā)明技術(shù)方案，可以在檢查時，在線校正探測器參數(shù)，提高圖像結(jié)果的精度與準(zhǔn)確性，提升圖像精度，且成本低。
【專利說明】一種基于輔助模體的X射線探測器校準(zhǔn)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于數(shù)字X射線探測器領(lǐng)域，具體涉及一種基于輔助模體的X射線探測器 校準(zhǔn)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著技術(shù)的進(jìn)步，X射線成像最初的模擬成像技術(shù)已經(jīng)基本被數(shù)字成像技術(shù)取 代。相對于模擬成像技術(shù)而言，數(shù)字成像技術(shù)以成像時間短，成像質(zhì)量佳和數(shù)字圖像易于傳 輸和存儲等特點，在醫(yī)學(xué)，工業(yè)探傷，公共安全等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。
[0003] 數(shù)字X射線探測器結(jié)構(gòu)示意如圖1所示，其工作原理為入射的X射線經(jīng)閃爍晶體 層轉(zhuǎn)換為可見光后，由非晶硅陣列光電二極管將光信號轉(zhuǎn)換為電荷，最后讀出電路對電荷 信號逐個取出編號后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再傳送至計算機(jī)處理。在此過程中，X射線的束流強(qiáng) 度與閃爍晶體層轉(zhuǎn)換的可見光強(qiáng)度成正比，可見光強(qiáng)度與光電二極管陣列轉(zhuǎn)換的電荷量成 正比，因此將電荷量數(shù)字化后，處理得到X射線數(shù)字圖像。
[0004] 受制造工藝和電路特性的制約，各個像素點上的閃爍體和非晶硅陣列光電二極管 轉(zhuǎn)換效率不同，在入射X射線強(qiáng)度相同的條件下，各像素點上得到的數(shù)值大小不同。因此探 測器輸出的原始圖像必須經(jīng)過偏置、增益和壞像素等一系列校正過程。目前主流的增益校 正是首先獲得在無X射線條件下探測器陣列的響應(yīng)(空采圖像)，再在X射線條件下無曝光 物體的平面場圖像(空曝圖像);對兩次數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對探測器進(jìn)行校正。這種方法存在的 問題是：該方案屬于離線校正方法，探測器受到溫度，工作條件，以及使用時間等因素的影 響，其響應(yīng)是時變的，不能保證校正時參數(shù)和使用時參數(shù)的增益完全一致，因此需要規(guī)律性 的校正，來維護(hù)探測器性能。而且，由于缺少標(biāo)準(zhǔn)形狀，對探測器的畸變和散射偽影的校正 效果較差。
[0005] 在此基礎(chǔ)上，專利CN201110260595- -種運(yùn)用于平板C⑶畸變的校正方法給出了 一種新的離線校正方法。其在空采圖像和空曝圖像的基礎(chǔ)上，增加了結(jié)構(gòu)形狀已知加工有 陣列孔的板狀構(gòu)件，根據(jù)構(gòu)件圖像，對其進(jìn)行分割處理后。對探測器的畸變和散射偽影進(jìn)行 校正。
[0006] 專利CN201010520739-平板探測器及其溫度校準(zhǔn)方法與圖像校正方法中給出了 一種在線校正的方法。其在平板探測器背部設(shè)置了數(shù)個溫度傳感器，根據(jù)溫度傳感器的數(shù) 值，對平板探測器所在的溫度場進(jìn)行差值擬合。然后得到每個探測器像素位置上的估計溫 度。最后，根據(jù)估計溫度，計算探測器的增益校正系數(shù)，對探測器的增益進(jìn)行校正。這種方 法，減小了探測器性能衰變對成像結(jié)果的影像。但是無法對探測器的畸變和散射偽影進(jìn)行 校正。
[0007] 綜上所述，目前探測器的校正方法可以分為離線校準(zhǔn)方法和在線校準(zhǔn)方法兩類。 離線校準(zhǔn)方法即在對待測樣品掃描之前，先對專用輔助模體成像得到系統(tǒng)的校正參數(shù)，然 后對系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)械調(diào)整或者將求得的校正參數(shù)代入到圖像重建程序中，之后保證系統(tǒng)固 定不動，進(jìn)行待測樣品試驗。在線校準(zhǔn)是利用待測樣品的信息，來反推系統(tǒng)的校正參數(shù)的 方法。
[0008] 離線校準(zhǔn)的優(yōu)勢在于采用特制輔助模體，能夠得到系統(tǒng)全部的校正信息；缺陷在 于，校正和采集兩個過程時間上相互獨立，校正系數(shù)可能因為時間、溫度、機(jī)械結(jié)構(gòu)等原因 部分失效，導(dǎo)致成像質(zhì)量下降。在線校準(zhǔn)方法尤其在機(jī)械不穩(wěn)定系統(tǒng)、高分辨率、需要頻繁 調(diào)整的系統(tǒng)等中具有優(yōu)勢；但因為待測樣品的幾何信息未知，因此難以得到全部的校正參 數(shù)。
[0009] 本發(fā)明的目的在于，通過特殊設(shè)計的輔助模體，將其與待測樣品一同進(jìn)行檢測。初 步成像后，采用圖形分割和識別算法，將輔助模體與待測物體分開。將輔助模體成像數(shù)據(jù)與 實際幾何特征已知對比，在離線校正的基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)進(jìn)行二次校正后，再次進(jìn)行成像，從 而提高成像的質(zhì)量與精度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種基于輔助模體的X射線探 測器校準(zhǔn)方法。
[0011] 為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)： 一種基于輔助模體的X射線探測器，包括有與待測樣品一同進(jìn)行檢測的輔助模體。
[0012] 進(jìn)一步的，所述輔助模體包括上下端面的尼龍扣指帶和尼龍扣腕帶，分別繞于尼 龍扣指帶和尼龍扣腕帶上的柔性金屬絲，以及設(shè)置在尼龍扣指帶和尼龍扣腕帶之間的多個 標(biāo)準(zhǔn)密度模塊，所述標(biāo)準(zhǔn)密度模塊通過黏合的方式形成一個整體，所述標(biāo)準(zhǔn)密度模塊通過 碳纖維束帶與尼龍扣指帶和尼龍扣腕帶接合。
[0013] 一種基于輔助模體的X射線探測器校準(zhǔn)方法，通過輔助模體，將輔助模體與待測 樣品一同進(jìn)行檢測。初步成像后，采用圖形分割和識別算法，將模體與待測物體分開，將模 體成像數(shù)據(jù)與實際幾何特征已知對比，在離線校正的基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)進(jìn)行二次校正后，再次 進(jìn)行成像，具體包括以下步驟： 步驟1、獲取空采圖像，采集無X射線條件下探測器陣列的響應(yīng)； 步驟2、獲取空曝圖像，在X射線條件下無曝光物體的平面場圖像； 步驟3、獲得校正參數(shù)，根據(jù)結(jié)果進(jìn)行運(yùn)算，得到探測器的第一次校正參數(shù)和漂移值； 步驟4、患者掃描，患者在準(zhǔn)備室時，帶上醫(yī)用校正模體，將10尼龍扣腕帶扣住手腕后， 調(diào)整1尼龍扣指帶位置，并將指帶扣在小指根部，然后進(jìn)入屏蔽房準(zhǔn)備進(jìn)行檢查； 步驟5、初步圖像重建，病人掃描完成后，使用第一次校正參數(shù)進(jìn)行圖像重建，得到包含 模體和患者信息初步重建圖像； 步驟6、圖像特征提取，對初步重建圖像進(jìn)行特征提取，分割處理，得到模體部分的圖 像； 步驟7、模體校正，比較模體位置上探測器的實測值和理論值，得到部分探測器增益 校正參數(shù)的修正值，再根據(jù)探測器間的相關(guān)關(guān)系，反推整個探測器的增益校正參數(shù)的修正 值； 步驟8、校正參數(shù)修正，根據(jù)模體部分圖像的形狀特征與模體的實際形狀，得到部分探 測器幾何校正參數(shù)的修正值，在根據(jù)探測器件的相關(guān)關(guān)系，反推整個探測器的幾何校正參 數(shù)的修正值； 步驟9、第二次圖像重建，將得到所有校正參數(shù)的修正值。使用修正后的校正參數(shù)，對原 始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)行第二次圖像重建； 步驟10、結(jié)果輸出，重建完成后，將結(jié)果輸出，供醫(yī)生和患者參考，一次掃描流程結(jié)束， 進(jìn)行下一個患者或其它待測樣品檢測則跳轉(zhuǎn)至步驟1則跳轉(zhuǎn)至步驟1。
[0014] 進(jìn)一步的，對于該探測器上每個像素點響應(yīng)的理論計算公式如下： + 5 + 其中a是模體A的衰減系數(shù)，與X射線光子能量相關(guān)，S是常數(shù) 為-1000,使水的衰減值歸零，e是探測器的漂移值，由于模體密度P4已知，所以可以計算 出理論的探測器響應(yīng)值，將理論值和實際采集值進(jìn)行比較處理后，能夠得到新的 校正系數(shù)。
[0015] 進(jìn)一步的，該方法包括對探測器的增益校正參數(shù)修正和對探測器的幾何校正參數(shù) 修正。
[0016] 進(jìn)一步的，所述步驟4和步驟5中，待測樣品非患者時，輔助模體的設(shè)置位置為固 定在傳送帶附近、探測器附近、待測樣品上三者之中的一種。
[0017] 本發(fā)明的有益效果是： 1、通過使用特制的小型輔助模體，可以在檢查時，在線校正探測器參數(shù)，提高圖像結(jié)果 的精度與準(zhǔn)確性，在采集患者信息的同時可以對設(shè)備校正參數(shù)進(jìn)行修正，以保證校正參數(shù) 的時效性。同時，由于本模體在患者采集時同時使用，不影響設(shè)備的使用壽命。同時根據(jù)修 正情況，能夠合理判斷進(jìn)行離線校正的時機(jī)，加大兩次離線校正過程的時間間隔，減少離線 校正的工作量，提高設(shè)備的使用壽命和有效性。
[0018] 2、通過重建，修正校正參數(shù)的方法，從而提升二次重建精度。
[0019] 3、本發(fā)明不但能夠?qū)μ綔y器的增益校正參數(shù)進(jìn)行修正，也能對探測器的幾何校正 參數(shù)進(jìn)行修正。同時，本發(fā)明不需要在探測器后增加溫度傳感器，以檢查溫度場情況。進(jìn)一 步降低了成本與制造難度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1為普通的數(shù)字X射線探測器結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明中的一種醫(yī)用的輔助模體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明的流程框圖。
[0021] 圖中標(biāo)號說明：1、尼龍扣指帶，2、11、柔性金屬絲，3、4、5、6、7、8、9、標(biāo)準(zhǔn)密度模塊， 10、尼龍扣腕帶，11、柔性金屬絲，12、非晶硅陣列，13、列驅(qū)動板，14、閃爍體層，15、集成電路 讀出板。

【具體實施方式】
[0022] 下面將參考附圖并結(jié)合實施例，來詳細(xì)說明本發(fā)明。
[0023] -種基于輔助模體的X射線探測器，其特征在于，包括有與待測樣品一同進(jìn)行檢 測的輔助模體。
[0024] 參照圖2所示，所述輔助模體包括上下端面的尼龍扣指帶1和尼龍扣腕帶10,分 別繞于尼龍扣指帶1和尼龍扣腕帶10上的柔性金屬絲2和柔性金屬絲11，以及設(shè)置在尼 龍扣指帶1和尼龍扣腕帶10之間的多個標(biāo)準(zhǔn)密度模塊，本實施例設(shè)有七個，標(biāo)號為圖2中 3至9,所述標(biāo)準(zhǔn)密度模塊通過黏合的方式形成一個整體，所述標(biāo)準(zhǔn)密度模塊通過碳纖維束 帶與1尼龍扣指帶1和尼龍扣腕帶10接合；在尼龍扣指帶1和尼龍扣腕帶10上安置柔性 金屬絲2和柔性金屬絲11，帶來X射線的金屬散射，使二次校正的校正參數(shù)能夠?qū)ι⑸鋫斡?進(jìn)行一定程度的修正；二是成像時金屬絲圍成環(huán)形能體現(xiàn)患者手腕和手指的直徑，為人體 內(nèi)部結(jié)構(gòu)重建，提供輔助參數(shù)。
[0025] 參照圖3所示，一種基于輔助模體的X射線探測器校準(zhǔn)方法，其特征在于，通過輔 助模體，將輔助模體與待測樣品一同進(jìn)行檢測。初步成像后，采用圖形分割和識別算法，將 模體與待測物體分開，將模體成像數(shù)據(jù)與實際幾何特征已知對比，在離線校正的基礎(chǔ)上，對 系統(tǒng)進(jìn)行二次校正后，再次進(jìn)行成像，具體包括以下步驟： 步驟1、獲取空采圖像，采集無X射線條件下探測器陣列的響應(yīng)； 步驟2、獲取空曝圖像，在X射線條件下無曝光物體的平面場圖像； 步驟3、獲得校正參數(shù)，根據(jù)結(jié)果進(jìn)行運(yùn)算，得到探測器的第一次校正參數(shù)和漂移值； 步驟4、患者掃描，患者在準(zhǔn)備室時，帶上醫(yī)用校正模體，將10尼龍扣腕帶扣住手腕后， 調(diào)整1尼龍扣指帶位置，并將指帶扣在小指根部，然后進(jìn)入屏蔽房準(zhǔn)備進(jìn)行檢查，腕和指主 要是腕關(guān)節(jié)與指關(guān)節(jié)，肌肉與脂肪較少，通過成像后計算金屬絲環(huán)的尺寸，能夠有效反推出 患者關(guān)節(jié)尺寸，手掌大小與骨骼密度情況，加快重建計算的速度，提升圖像精度； 步驟5、初步圖像重建，病人掃描完成后，使用第一次校正參數(shù)進(jìn)行圖像重建，得到包含 模體和患者信息初步重建圖像； 步驟6、圖像特征提取，對初步重建圖像進(jìn)行特征提取，分割處理，得到模體部分的圖 像； 步驟7、模體校正，比較模體位置上探測器的實測值和理論值，得到部分探測器增益 校正參數(shù)的修正值，再根據(jù)探測器間的相關(guān)關(guān)系，反推整個探測器的增益校正參數(shù)的修正 值； 步驟8、校正參數(shù)修正，根據(jù)模體部分圖像的形狀特征與模體的實際形狀，得到部分探 測器幾何校正參數(shù)的修正值，在根據(jù)探測器件的相關(guān)關(guān)系，反推整個探測器的幾何校正參 數(shù)的修正值； 步驟9、第二次圖像重建，將得到所有校正參數(shù)的修正值，使用修正后的校正參數(shù)，對原 始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)行第二次圖像重建； 步驟10、結(jié)果輸出，重建完成后，將結(jié)果輸出，供醫(yī)生和患者參考，一次掃描流程結(jié)束， 進(jìn)行下一個患者或其它待測樣品檢測則跳轉(zhuǎn)至步驟1則跳轉(zhuǎn)至步驟1。
[0026] 對于該探測器上每個像素點響應(yīng)的理論計算公式如下：C^ + 5 + e , 其中a是模體A的衰減系數(shù)，與X射線光子能量相關(guān)，S是常數(shù)為-1000,使水的衰減值 歸零，e是探測器的漂移值，由于模體密度已知，所以可以計算出理論的探測器響應(yīng)值 ，將理論值和實際采集值進(jìn)行比較處理后，能夠得到新的校正系數(shù)。
[0027] 該方法包括對探測器的增益校正參數(shù)修正和對探測器的幾何校正參數(shù)修正。
[0028] 所述步驟4和步驟5中，待測樣品非患者時，輔助模體的設(shè)置位置為固定在傳送帶 附近、探測器附近、待測樣品上三者之中的一種。
[0029] 以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技 術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修 改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于輔助模體的X射線探測器，其特征在于，包括有與待測樣品一同進(jìn)行檢測 的輔助模體。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于輔助模體的X射線探測器，其特征在于，所述輔助模體包 括上下端面的尼龍扣指帶（1)和尼龍扣腕帶（10)，分別繞于尼龍扣指帶（1)和尼龍扣腕帶 (10)上的柔性金屬絲（2,11)，以及設(shè)置在尼龍扣指帶（1)和尼龍扣腕帶（10)之間的多個標(biāo) 準(zhǔn)密度模塊，所述標(biāo)準(zhǔn)密度模塊通過黏合的方式形成一個整體，所述標(biāo)準(zhǔn)密度模塊通過碳 纖維束帶與（1)尼龍扣指帶（1)和尼龍扣腕帶（10)接合。
3. -種基于輔助模體的X射線探測器校準(zhǔn)方法，其特征在于，通過輔助模體，將輔助模 體與待測樣品一同進(jìn)行檢測。
4. 初步成像后，采用圖形分割和識別算法，將模體與待測物體分開，將模體成像數(shù)據(jù)與 實際幾何特征已知對比，在離線校正的基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)進(jìn)行二次校正后，再次進(jìn)行成像，具 體包括以下步驟： 步驟1、獲取空采圖像，采集無X射線條件下探測器陣列的響應(yīng)； 步驟2、獲取空曝圖像，在X射線條件下無曝光物體的平面場圖像； 步驟3、獲得校正參數(shù)，根據(jù)結(jié)果進(jìn)行運(yùn)算，得到探測器的第一次校正參數(shù)和漂移值； 步驟4、患者掃描，患者在準(zhǔn)備室時，帶上醫(yī)用校正模體，將10尼龍扣腕帶扣住手腕后， 調(diào)整1尼龍扣指帶位置，并將指帶扣在小指根部，然后進(jìn)入屏蔽房準(zhǔn)備進(jìn)行檢查； 步驟5、初步圖像重建，病人掃描完成后，使用第一次校正參數(shù)進(jìn)行圖像重建，得到包含 模體和患者信息初步重建圖像； 步驟6、圖像特征提取，對初步重建圖像進(jìn)行特征提取，分割處理，得到模體部分的圖 像； 步驟7、模體校正，比較模體位置上探測器的實測值和理論值，得到部分探測器增益 校正參數(shù)的修正值，再根據(jù)探測器間的相關(guān)關(guān)系，反推整個探測器的增益校正參數(shù)的修正 值； 步驟8、校正參數(shù)修正，根據(jù)模體部分圖像的形狀特征與模體的實際形狀，得到部分探 測器幾何校正參數(shù)的修正值，在根據(jù)探測器件的相關(guān)關(guān)系，反推整個探測器的幾何校正參 數(shù)的修正值； 步驟9、第二次圖像重建，將得到所有校正參數(shù)的修正值。
5. 使用修正后的校正參數(shù)，對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)行第二次圖像重建； 步驟10、結(jié)果輸出，重建完成后，將結(jié)果輸出，供醫(yī)生和患者參考，一次掃描流程結(jié)束， 進(jìn)行下一個患者或其它待測樣品檢測則跳轉(zhuǎn)至步驟1。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于輔助模體的X射線探測器校準(zhǔn)方 法，其特征在于，對于該探測器上每個像素點響應(yīng)的理論計算公式如下： + 6 + 其中α是模體A的衰減系數(shù)，與X射線光子能量相關(guān)，δ是常數(shù) 為-1000,使水的衰減值歸零，ε是探測器的漂移值，由于模體密度A1已知，所以可以計算 出理論的探測器響應(yīng)值》?fer，將理論值和實際采集值進(jìn)行比較處理后，能夠得到新的 校正系數(shù)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于輔助模體的X射線探測器校準(zhǔn)方法，其特征在于，該方法 包括對探測器的增益校正參數(shù)修正和對探測器的幾何校正參數(shù)修正。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于輔助模體的X射線探測器校準(zhǔn)方法，其特征在于，所述步 驟4和步驟5中，待測樣品非患者時，輔助模體的設(shè)置位置為固定在傳送帶附近、探測器附 近、待測樣品上三者之中的一種。
【文檔編號】A61B6/00GK104306008SQ201410563078
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月22日
【發(fā)明者】張寅 , 袁剛, 劉敏, 徐品, 陳奭, 吳中毅, 范梅生 申請人:中國科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所