本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)斷層成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種CT數(shù)據(jù)采集及掃描過(guò)程虛擬再現(xiàn)的方法。

背景技術(shù)：

計(jì)算機(jī)斷層掃描(Computed Tomography，CT)是當(dāng)前醫(yī)學(xué)界公認(rèn)的最先進(jìn)的大型醫(yī)療診斷成像設(shè)備之一。從各形式CT的通用結(jié)構(gòu)上講，CT是由探測(cè)器，X射線球管與符合系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)或服務(wù)器系統(tǒng)等構(gòu)成。CT的球管放射出X射線穿過(guò)待測(cè)體，探測(cè)器接收經(jīng)過(guò)衰減的X射線信號(hào)，經(jīng)過(guò)掃描系統(tǒng)處理后，將得到的掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，最后經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)調(diào)用這些掃描數(shù)據(jù)，進(jìn)行圖像重建，得出待測(cè)體的橫切斷層圖像。

通常情況下，在CT傳統(tǒng)的采集方法中，掃描系統(tǒng)只對(duì)每個(gè)角度下得到的最終數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取和輸出，例如單能掃描系統(tǒng)只在每個(gè)角度輸出一幅投影圖像，多能掃描系統(tǒng)的光子計(jì)數(shù)型探測(cè)器須在掃描前設(shè)定光子能量范圍，也只在每個(gè)角度掃描結(jié)束時(shí)，對(duì)光子能量信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與輸出，如果不滿(mǎn)意效果，需要重新掃描，增加了掃描次數(shù)和輻射劑量，增加掃描成本。

傳統(tǒng)的掃描方法中，沒(méi)有記錄整個(gè)掃描過(guò)程的信息，忽視了整個(gè)掃描過(guò)程當(dāng)中蘊(yùn)涵的一系列信息。而實(shí)際上，掃描過(guò)程中的信息，主要是指探測(cè)器探測(cè)到的每個(gè)光子被捕捉時(shí)的順序、能量、位置等信息，也非常重要，不僅在醫(yī)學(xué)診斷中可以為醫(yī)生提供更全面的信息，更是在科研中能發(fā)揮重要作用。尤其隨著云CT技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)醫(yī)生或者科研技術(shù)人員可能無(wú)法觀察到掃描系統(tǒng)的實(shí)時(shí)掃描過(guò)程，會(huì)給病情診斷、硬件故障排查、實(shí)驗(yàn)中的定量分析與研究帶來(lái)不便。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供一種CT數(shù)據(jù)采集及掃描過(guò)程虛擬再現(xiàn)的方法，通過(guò)對(duì)光子的逐一統(tǒng)計(jì)，能實(shí)現(xiàn)對(duì)掃描全過(guò)程的動(dòng)態(tài)回放；有效縮減多能CT掃描次數(shù)，降低輻射劑量。

一種CT數(shù)據(jù)采集及掃描過(guò)程虛擬再現(xiàn)的方法，包括掃描系統(tǒng)端的處理和后處理端的處理；

掃描系統(tǒng)端的處理方法如下：

步驟1、CT進(jìn)入掃描階段前，當(dāng)掃描系統(tǒng)接收到后處理端的計(jì)算機(jī)或服務(wù)器發(fā)送的請(qǐng)求掃描指令后，記錄固定的參數(shù)信息，包括掃描角度總數(shù)、放射源到旋轉(zhuǎn)中心距離、放射源到探測(cè)器距離、旋轉(zhuǎn)中心到探測(cè)器距離、探測(cè)器尺寸信息和探測(cè)器分辨率，并將這些信息形成該次掃描的固定參數(shù)文件，臨時(shí)存儲(chǔ)在掃描系統(tǒng)端的高速存儲(chǔ)器中，向后處理端請(qǐng)求發(fā)送文件；

步驟2、CT掃描開(kāi)始后，當(dāng)每個(gè)掃描角度放射源曝光，探測(cè)器開(kāi)始接收數(shù)據(jù)時(shí)，掃描系統(tǒng)記錄下每個(gè)掃描角度下的幾何參數(shù)信息和每個(gè)到達(dá)探測(cè)器的光子的各項(xiàng)信息，幾何參數(shù)信息包括放射源、旋轉(zhuǎn)中心和探測(cè)器的空間位置信息，光子的各項(xiàng)信息包括；時(shí)間信息、能量信息和湮滅位置信息；

步驟3、建立每個(gè)掃描角度下的掃描數(shù)據(jù)文件，將每個(gè)掃描角度下不變的幾何參數(shù)信息，包括放射源、旋轉(zhuǎn)中心、探測(cè)器空間位置信息數(shù)據(jù)寫(xiě)入對(duì)應(yīng)文件的文件頭，將每個(gè)掃描角度下所有光子的各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)寫(xiě)入對(duì)應(yīng)掃描數(shù)據(jù)文件中，并在光子的各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)中加入校驗(yàn)位，將該文件臨時(shí)存儲(chǔ)在掃描系統(tǒng)端的高速存儲(chǔ)器上，計(jì)算并記錄其校驗(yàn)碼，等待后處理端進(jìn)行驗(yàn)證，然后向后處理端請(qǐng)求發(fā)送文件；

步驟4、掃描系統(tǒng)端收到文件發(fā)送許可后，將固定參數(shù)文件和所有掃描角度下的掃描數(shù)據(jù)文件依次發(fā)送至后處理端，并等待后處理端的反饋，如果收到成功接收信號(hào)，則該文件發(fā)送成功；如果接收到請(qǐng)求重新發(fā)送指令，則重新發(fā)送該文件。

后處理端的處理方法如下：

步驟5、后處理端在接收到掃描系統(tǒng)端發(fā)送的“請(qǐng)求發(fā)送文件”指令后，開(kāi)始接收文件；后處理端的計(jì)算機(jī)或服務(wù)器對(duì)每個(gè)接收到的文件進(jìn)行校驗(yàn)，通過(guò)校驗(yàn)碼和文件中的校驗(yàn)位確認(rèn)數(shù)據(jù)完整并準(zhǔn)確無(wú)誤，若某個(gè)文件不完整、數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確或是文件數(shù)目缺失，則向掃描系統(tǒng)端發(fā)送指令，請(qǐng)求重新發(fā)送出錯(cuò)或是缺失的文件；如果文件、數(shù)據(jù)一切正常，則向掃描系統(tǒng)端發(fā)送成功接收信號(hào)；

步驟6、對(duì)接收到的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行解析；

步驟6.1、解析固定參數(shù)文件，獲取掃描角度數(shù)、放射源到旋轉(zhuǎn)中心距離、放射源到探測(cè)器距離、旋轉(zhuǎn)中心到探測(cè)器距離、探測(cè)器尺寸信息和探測(cè)器分辨率信息；將掃描角度數(shù)與實(shí)際接收到的文件數(shù)進(jìn)行比對(duì)，若正確，則根據(jù)這些信息，確定掃描結(jié)構(gòu)，繪制掃描系統(tǒng)框架，并進(jìn)行步驟6.2，若錯(cuò)誤，則請(qǐng)求掃描系統(tǒng)端重新發(fā)送所有數(shù)據(jù)，重新執(zhí)行步驟5；

步驟6.2、解析每個(gè)掃描角度下的掃描數(shù)據(jù)文件，首先解析掃描數(shù)據(jù)文件的文件頭，獲取每個(gè)掃描角度下放射源、旋轉(zhuǎn)中心和探測(cè)器的空間位置信息數(shù)據(jù)，將這些信息進(jìn)一步加入繪制的掃描系統(tǒng)框架中，繪制出每個(gè)掃描角度下掃描系統(tǒng)的位置形態(tài)；其次解析掃描數(shù)據(jù)文件中的掃描數(shù)據(jù)，獲取光子的各項(xiàng)信息，根據(jù)光子的各項(xiàng)信息，配合掃描系統(tǒng)框架，形成最終的掃描過(guò)程的動(dòng)態(tài)回放。

進(jìn)一步地，根據(jù)光子的各項(xiàng)信息，配合掃描系統(tǒng)框架，形成最終的掃描過(guò)程的動(dòng)態(tài)回放的過(guò)程為：根據(jù)湮滅位置信息，在掃描系統(tǒng)框架中表示出該光子出現(xiàn)在探測(cè)器上的位置；根據(jù)時(shí)間信息，在掃描系統(tǒng)框架中動(dòng)態(tài)模擬一系列光子到達(dá)探測(cè)器的次序和時(shí)間順序；根據(jù)能量信息，在多能CT的后期處理中，通過(guò)設(shè)置選定，只觀察某一特定能量或能量區(qū)間的光子的動(dòng)態(tài)過(guò)程。

由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明的有益效果在于，本發(fā)明提供的一種CT數(shù)據(jù)采集及掃描過(guò)程虛擬再現(xiàn)的方法，通過(guò)對(duì)光子的逐一統(tǒng)計(jì)，能實(shí)現(xiàn)對(duì)掃描全過(guò)程的動(dòng)態(tài)回放，方便醫(yī)生或者科技人員清楚的回顧C(jī)T掃描系統(tǒng)的工作過(guò)程；在多能CT下，可以在掃描結(jié)束后再選定期望能量范圍的光子，觀察其掃描過(guò)程、成像效果并進(jìn)行重建，有效縮減多能CT掃描次數(shù)，降低輻射劑量。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的CT數(shù)據(jù)采集及掃描過(guò)程虛擬再現(xiàn)的方法流程圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的虛擬再現(xiàn)的靜態(tài)下掃描系統(tǒng)幾何結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的在不同掃描角度時(shí)虛擬再現(xiàn)的掃描系統(tǒng)狀態(tài)示意圖，(a)為掃描角度0°時(shí)虛擬再現(xiàn)的掃描系統(tǒng)狀態(tài)，(b)為掃描角度120°時(shí)虛擬再現(xiàn)的掃描系統(tǒng)狀態(tài)，(c)為掃描角度240°時(shí)虛擬再現(xiàn)的掃描系統(tǒng)狀態(tài)；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的在掃描系統(tǒng)為0°時(shí)虛擬再現(xiàn)的不同時(shí)刻下探測(cè)器的狀態(tài)示意圖，(d)為接收到5000000個(gè)光子時(shí)探測(cè)器的狀態(tài)，(e)為接收到600000000個(gè)光子時(shí)探測(cè)器的狀態(tài)，(f)為接收到1200000000個(gè)光子時(shí)探測(cè)器的狀態(tài)。

圖中：1、放射源；2、視野區(qū)或者物體模型；3、探測(cè)器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。

圖1是本實(shí)施例CT數(shù)據(jù)采集及掃描過(guò)程虛擬再現(xiàn)的方法流程圖，該方法包括掃描系統(tǒng)端的處理步驟和后處理端的處理步驟。

掃描系統(tǒng)端的處理步驟如步驟1至步驟4所述。

步驟1、CT進(jìn)入掃描階段前，當(dāng)掃描系統(tǒng)接收到計(jì)算機(jī)或服務(wù)器發(fā)送的請(qǐng)求掃描指令，記錄掃描角度總數(shù)、放射源到旋轉(zhuǎn)中心距離、放射源到探測(cè)器距離、旋轉(zhuǎn)中心到探測(cè)器距離、探測(cè)器尺寸信息和探測(cè)器分辨率這些掃描系統(tǒng)端固定的參數(shù)信息，并將這些信息形成該次掃描的固定參數(shù)文件，臨時(shí)存儲(chǔ)在掃描系統(tǒng)端的高速存儲(chǔ)器中，向后處理端請(qǐng)求發(fā)送文件。

步驟2、CT掃描開(kāi)始后，當(dāng)每個(gè)掃描角度放射源曝光，探測(cè)器開(kāi)始接收數(shù)據(jù)時(shí)，掃描系統(tǒng)記錄下每個(gè)掃描角度下的幾何參數(shù)信息和每個(gè)到達(dá)探測(cè)器的光子的各項(xiàng)信息，幾何參數(shù)信息包括放射源、旋轉(zhuǎn)中心和探測(cè)器的空間位置信息，光子的各項(xiàng)信息包括；時(shí)間信息、能量信息和湮滅位置信息。

其中，時(shí)間信息是指從掃描開(kāi)始或從該掃描角度開(kāi)始，這個(gè)光子到達(dá)探測(cè)器的時(shí)間；能量信息是指這個(gè)光子的能量是10KeV、80KeV或是其他數(shù)值；湮滅位置信息是指這個(gè)光子落在探測(cè)器的什么位置上，可以用空間位置表示，也可以用和探測(cè)器的相對(duì)位置表示。

步驟3、建立每個(gè)掃描角度下的掃描數(shù)據(jù)文件，將每個(gè)掃描角度下不變的幾何參數(shù)信息，包括放射源、旋轉(zhuǎn)中心、探測(cè)器空間位置信息數(shù)據(jù)寫(xiě)入對(duì)應(yīng)文件的文件頭，方便與光子信息數(shù)據(jù)相區(qū)分，將每個(gè)掃描角度下所有光子的各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)寫(xiě)入對(duì)應(yīng)掃描數(shù)據(jù)文件中，并在光子的各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)中適當(dāng)位置加入校驗(yàn)位，方便后期對(duì)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性進(jìn)行確認(rèn)，將該文件臨時(shí)存儲(chǔ)在掃描系統(tǒng)端的高速存儲(chǔ)器上，計(jì)算并記錄文件校驗(yàn)碼等待后處理對(duì)數(shù)據(jù)完整性進(jìn)行確認(rèn)，然后向后處理端請(qǐng)求發(fā)送文件。

步驟4、掃描系統(tǒng)端收到文件發(fā)送許可后，將固定參數(shù)文件和所有掃描角度下的掃描數(shù)據(jù)文件依次發(fā)送至后處理端，并等待后處理端的反饋，如果收到成功接收信號(hào)，則認(rèn)為該文件發(fā)送成功；如果接收到請(qǐng)求重新發(fā)送指令，可能由于文件傳輸失敗或文件出錯(cuò)導(dǎo)致后處理端無(wú)法解析，則重新發(fā)送該文件。

后處理端的處理步驟如步驟5和步驟6所述。

步驟5、后處理端在接收到掃描系統(tǒng)端發(fā)送的“請(qǐng)求發(fā)送文件”指令后，開(kāi)始接收文件，文件應(yīng)該包括掃描系統(tǒng)的固定參數(shù)信息文件和一系列掃描數(shù)據(jù)文件。

后處理端的計(jì)算機(jī)或服務(wù)器對(duì)每個(gè)接收到的文件進(jìn)行校驗(yàn)，通過(guò)校驗(yàn)碼和文件中的校驗(yàn)位確認(rèn)數(shù)據(jù)完整并準(zhǔn)確無(wú)誤，若某個(gè)文件不完整、數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確或是文件數(shù)目缺失，則向掃描系統(tǒng)端發(fā)送指令，請(qǐng)求重新發(fā)送出錯(cuò)或是缺失的文件；如果文件、數(shù)據(jù)一切正常，則向掃描系統(tǒng)端發(fā)送成功接收信號(hào)。

當(dāng)后處理端收到第一個(gè)文件，即固定參數(shù)信息文件，首先通過(guò)哈希校驗(yàn)中的MD5或SHA-1算法確定該文件完整后，再對(duì)其進(jìn)行解析。

繼續(xù)獲取掃描數(shù)據(jù)文件，完成每個(gè)文件的接收后，要對(duì)該文件進(jìn)行驗(yàn)證，通過(guò)哈希校驗(yàn)中的MD5或SHA-1算法確定文件完整，并通過(guò)校驗(yàn)位的方法確定文件數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。最終傳輸完成后，需要驗(yàn)證接收到的掃描數(shù)據(jù)文件總數(shù)是否和解析出的掃描角度數(shù)相同，本實(shí)施例中完整掃描為360°，掃描間隔為1°，則最終應(yīng)獲取到360個(gè)掃描數(shù)據(jù)文件。

步驟6、對(duì)接收到的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行解析。

步驟6.1、解析固定參數(shù)文件，獲取掃描角度數(shù)、放射源到旋轉(zhuǎn)中心距離、放射源到探測(cè)器距離、旋轉(zhuǎn)中心到探測(cè)器距離、探測(cè)器尺寸信息和探測(cè)器分辨率信息。將掃描角度數(shù)與實(shí)際接收到的文件數(shù)進(jìn)行比對(duì)，若正確，則根據(jù)這些信息，確定掃描結(jié)構(gòu)，繪制出靜態(tài)下掃描系統(tǒng)的幾何框架，并進(jìn)行步驟6.2，若錯(cuò)誤，則請(qǐng)求掃描系統(tǒng)端重新發(fā)送所有數(shù)據(jù)，重新執(zhí)行步驟5。

本實(shí)施例中，將旋轉(zhuǎn)中心坐標(biāo)定為原點(diǎn)，放射源1到旋轉(zhuǎn)中心的距離為300mm，旋轉(zhuǎn)中心到探測(cè)器3距離為200mm，放射源1到探測(cè)器3距離為500mm，探測(cè)器3的邊長(zhǎng)為130mm，根據(jù)這些信息，按照比例得到該次掃描的幾何結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，為基于平板探測(cè)器錐束CT的幾何結(jié)構(gòu)示意圖。

步驟6.2、解析每個(gè)掃描角度下的掃描數(shù)據(jù)文件。

首先解析掃描數(shù)據(jù)文件的文件頭，獲取每個(gè)掃描角度下放射源、旋轉(zhuǎn)中心和探測(cè)器的空間位置信息數(shù)據(jù)，將這些信息進(jìn)一步加入繪制的掃描系統(tǒng)框架中，繪制出每個(gè)掃描角度下掃描系統(tǒng)的位置形態(tài)。

如圖3所示，為掃描角度在0°、120°、240°時(shí)掃描系統(tǒng)的狀態(tài)示意圖。掃描角度為0°時(shí)，通過(guò)解析掃描數(shù)據(jù)文件頭得到放射源位置(-300，0，0)、旋轉(zhuǎn)中心位置(0，0，0)何探測(cè)器中心位置(200，0，0)，再輔以圖2中的幾何結(jié)構(gòu)，就可以繪制出掃描系統(tǒng)在掃描角度為0°時(shí)的狀態(tài)，其余每個(gè)角度都如此繪制。

然后解析掃描數(shù)據(jù)文件中的掃描數(shù)據(jù)，除去文件頭中的信息和添加的校驗(yàn)位，獲取光子的各項(xiàng)信息，即時(shí)間信息、能量信息和湮滅位置信息，根據(jù)光子的各項(xiàng)信息，配合掃描系統(tǒng)框架，形成最終的掃描過(guò)程的動(dòng)態(tài)回放。

根據(jù)光子的各項(xiàng)信息，配合掃描系統(tǒng)框架，形成最終的掃描過(guò)程的動(dòng)態(tài)回放的過(guò)程為：根據(jù)湮滅位置信息，在掃描系統(tǒng)框架中表示出該光子出現(xiàn)在探測(cè)器上的位置；根據(jù)時(shí)間信息，在掃描系統(tǒng)框架中動(dòng)態(tài)模擬一系列光子到達(dá)探測(cè)器的次序和時(shí)間順序；根據(jù)能量信息，在多能CT的后期處理中，通過(guò)設(shè)置選定，只觀察某一特定能量或能量區(qū)間的光子的動(dòng)態(tài)過(guò)程。

如圖4所示，為掃描系統(tǒng)在掃描角度為0°時(shí)不同時(shí)刻下探測(cè)器的狀態(tài)示意圖，其中光子能量范圍為20KeV-140KeV。隨著時(shí)間增加，探測(cè)器獲取到的光子數(shù)量也在不斷增加，光子不斷落在探測(cè)器的不同區(qū)域，探測(cè)器的成像也不斷發(fā)生變化，通過(guò)這種方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)探測(cè)器狀態(tài)的回放。

現(xiàn)有的CT系統(tǒng)中沒(méi)有記錄整個(gè)掃描過(guò)程的信息，忽略了這一過(guò)程中的重要信息。尤其隨著云CT發(fā)展，技術(shù)人員可能觀察不到掃描系統(tǒng)的實(shí)時(shí)工作。本實(shí)施例提供的一種CT數(shù)據(jù)采集及掃描過(guò)程虛擬再現(xiàn)的方法，通過(guò)對(duì)光子的逐一統(tǒng)計(jì)，能實(shí)現(xiàn)對(duì)掃描全過(guò)程的動(dòng)態(tài)回放，方便醫(yī)生或者科技人員清楚的回顧C(jī)T掃描系統(tǒng)的工作過(guò)程；在多能CT下，可以在掃描結(jié)束后再選定期望能量范圍的光子，觀察其掃描過(guò)程、成像效果并進(jìn)行重建，改變現(xiàn)階段須在掃描前設(shè)定光子能量范圍，不滿(mǎn)意效果需要重新掃描的情況，有效縮減多能CT掃描次數(shù)，降低輻射劑量。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明權(quán)利要求所限定的范圍。