本發(fā)明涉及一種ct形狀過(guò)濾器缺陷的單能矯正方法，主要可用于人體計(jì)算機(jī)斷層掃描的醫(yī)用ct機(jī)中的形狀過(guò)濾器(例如，bowtiefilter)缺陷的單能矯正，通過(guò)計(jì)算獲得形狀過(guò)濾器的有效幾何尺寸或相關(guān)數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)在數(shù)據(jù)處理中對(duì)形狀過(guò)濾器缺陷的矯正。

背景技術(shù)：

形狀過(guò)濾器(例如，bowtiefilter)是醫(yī)用ct機(jī)中的核心部件之一，用于x射線射束硬化校正以獲得良好、穩(wěn)定的圖像質(zhì)量，為了獲得形狀過(guò)濾器幾何尺寸的精確數(shù)據(jù)，或更準(zhǔn)確地講，為了獲得x射線在從源達(dá)到各探測(cè)器單元之前在形狀過(guò)濾器中所穿行的路徑長(zhǎng)度，一種直截了當(dāng)?shù)姆椒ㄊ鞘褂酶咂焚|(zhì)材料和精加工工藝使得實(shí)際的形狀過(guò)濾器與設(shè)計(jì)的形狀過(guò)濾器高度一致，這樣做無(wú)疑會(huì)提高產(chǎn)品成本，另一種方式是通過(guò)后續(xù)復(fù)雜的矯正技術(shù)并配合額外的模體在投影數(shù)據(jù)中進(jìn)行補(bǔ)償，這同樣會(huì)在很大程度上導(dǎo)致最終用戶成本的增加以及后期維護(hù)的難度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明提供了一種ct形狀過(guò)濾器缺陷的單能矯正方法，采用這種方法，可以方便地獲得有效的形狀過(guò)濾器的幾何尺寸數(shù)據(jù)或相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)而減小用戶成本和維護(hù)難度。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案：一種ct形狀過(guò)濾器缺陷的單能矯正方法，通過(guò)下列方式獲得x射線在形狀過(guò)濾器中所穿行的路徑長(zhǎng)度：以同一ct機(jī)，使用相同的x射線源球管電壓，分別在安裝好形狀過(guò)濾器狀態(tài)下和不安裝形狀過(guò)濾器狀態(tài)下進(jìn)行空氣掃描，依據(jù)同一個(gè)探測(cè)器單元在兩種所述狀態(tài)下獲得的測(cè)量數(shù)據(jù)，推算出達(dá)到該探測(cè)器單元的x射線在形狀過(guò)濾器中所穿行的路徑長(zhǎng)度。

對(duì)于探測(cè)器單元n，可以采用下列公式計(jì)算相應(yīng)x射線(到達(dá)該探測(cè)器單元的x射線)在形狀過(guò)濾器中所穿行的路徑長(zhǎng)度lb(n)：

其中，

代表到達(dá)探測(cè)器單元n的x射線在傳播過(guò)程中在除形狀過(guò)濾器外的其他材料中經(jīng)歷的衰減。上面公式假定，在做空氣掃描時(shí)，能量為e的光子在從x射線源到探測(cè)器單元n的傳輸過(guò)程中，除了形狀過(guò)濾器外，還要穿過(guò)q種物質(zhì)，其中第q種物質(zhì)對(duì)能量為e的光子的線性衰減系數(shù)為μq(e)(單位為cm^-1)，可以通過(guò)查表或理論計(jì)算獲得，而達(dá)到探測(cè)器單元n的x射線在第q種物質(zhì)所穿行的路徑長(zhǎng)度為lq(n)(單位為cm)，可以通過(guò)計(jì)算獲得；

lb(n)為x光在從x射線源球管達(dá)到探測(cè)器單元n之前在形狀過(guò)濾器中所穿行的路徑長(zhǎng)度，為本發(fā)明的計(jì)算路徑長(zhǎng)度；

in(kv)為安裝有形狀過(guò)濾器的狀態(tài)下進(jìn)行空氣掃描，探測(cè)器單元n被x射線照射后產(chǎn)生的光電流測(cè)量值，當(dāng)采用多個(gè)不同視角進(jìn)行空氣掃描時(shí)，可以以各視角下的光電流測(cè)量值的平均值(通?？梢詾樗阈g(shù)平均)作為光電流測(cè)量值，探測(cè)器單元n被x射線照射后產(chǎn)生的光電流可依據(jù)探測(cè)器單元n上的讀數(shù)，單位可采用納安(10^-9安培)；

i’n(kv)為不安裝形狀過(guò)濾器的狀態(tài)下進(jìn)行空氣掃描，探測(cè)器單元n被x射線照射后產(chǎn)生的光電流測(cè)量值，當(dāng)采用多個(gè)不同視角進(jìn)行空氣掃描時(shí)，可以以各視角下的光電流測(cè)量值的平均值(通常可以為算術(shù)平均)作為光電流測(cè)量值，探測(cè)器單元n被x射線照射后產(chǎn)生的光電流可依據(jù)探測(cè)器單元n上的讀數(shù)，單位可采用納安(10^-9安培)；

itube為安裝有形狀過(guò)濾器狀態(tài)下掃描所用的x射線源球管電流，單位可采用毫安；

i’tube為不安裝形狀過(guò)濾器狀態(tài)下掃描所用的x射線源球管電流，單位可采用毫安；

e代表x射線源球管產(chǎn)生的光子的能量，單位可為千電子伏；

nkv(e)為光子數(shù)能譜，nkv(e)de代表每個(gè)打在x射線源球管陽(yáng)極上的電子能產(chǎn)生的能量在e到e+de范圍內(nèi)的光子數(shù)或幾率；

μb(e)為形狀過(guò)濾器材料的線性衰減系數(shù)，可通過(guò)查表或理論計(jì)算獲得；

ηn(e)為探測(cè)器單元n的能量探測(cè)效率，可通過(guò)理論計(jì)算獲得；

kv是進(jìn)行空氣掃描時(shí)給定的x射線源球管電壓，兩種狀態(tài)下采用相同的x射線源球管電壓；

n為探測(cè)器單元編號(hào)，編號(hào)為n的探測(cè)器單元可稱為探測(cè)器單元n。

優(yōu)選的，所述空氣掃描為等視角間隔的360度掃描，分別獲得各視角下探測(cè)器單元n被x射線照射后產(chǎn)生的光電流的測(cè)量值，并以各狀態(tài)下探測(cè)器單元n在各視角的光電流測(cè)量值的平均值作為相應(yīng)狀態(tài)下的光電流測(cè)量值in(kv)和i’n(kv)。

本發(fā)明的有益效果：能夠方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)形狀過(guò)濾器的單能矯正，在不改變現(xiàn)有工藝、材料品質(zhì)以及設(shè)備附件的前提下，只需要在設(shè)置和不設(shè)置形狀過(guò)濾器的兩種狀態(tài)下進(jìn)行同樣x射線源球管電壓下的空氣掃描，由于裝有形狀過(guò)濾器與不裝形狀過(guò)濾器的兩種狀態(tài)下進(jìn)行空氣掃描，測(cè)量數(shù)據(jù)的差異主要源于形狀過(guò)濾器的設(shè)置，由此通過(guò)兩種狀態(tài)下的測(cè)量數(shù)據(jù)之間的比對(duì)，就能夠揭示出形狀過(guò)濾器對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的影響，計(jì)算出x射線在形狀過(guò)濾器中所穿行的路徑長(zhǎng)度，進(jìn)而獲得有效的形狀過(guò)濾器的幾何尺寸數(shù)據(jù)或?qū)⑾鄳?yīng)的路徑長(zhǎng)度數(shù)據(jù)用于其他相關(guān)數(shù)據(jù)的運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)對(duì)形狀過(guò)濾器缺陷的單能矯正，相應(yīng)路徑長(zhǎng)度數(shù)據(jù)的計(jì)算可以依據(jù)x射線的傳播規(guī)律以及實(shí)際中的各影響因素，采用任意適宜的現(xiàn)有技術(shù)或其他可能的技術(shù)實(shí)現(xiàn)，由此無(wú)需要求將形狀過(guò)濾器加工得與設(shè)計(jì)完全一致，省略了現(xiàn)有技術(shù)下矯正補(bǔ)償模體的相關(guān)設(shè)計(jì)、加工及使用和維護(hù)，由此大幅度降低了形狀過(guò)濾器的加工難度和制備成本，方便了使用，降低了維護(hù)費(fèi)用，并且計(jì)算方式和計(jì)算過(guò)程也較為簡(jiǎn)便。

附圖說(shuō)明

圖1是一種形狀過(guò)濾器在整個(gè)探測(cè)器范圍的計(jì)算路徑長(zhǎng)度曲線、實(shí)際路徑長(zhǎng)度曲線和理論設(shè)計(jì)路徑長(zhǎng)度曲線，在該圖的顯示分辨率下，三條曲線幾乎完全重疊；

圖2是與圖1對(duì)應(yīng)的形狀過(guò)濾器在探測(cè)器中心區(qū)域范圍的計(jì)算路徑長(zhǎng)度曲線、實(shí)際路徑長(zhǎng)度曲線和理論設(shè)計(jì)路徑長(zhǎng)度曲線，在該圖的顯示分辨率下，計(jì)算路徑長(zhǎng)度曲線和實(shí)際路徑長(zhǎng)度曲線基本重疊。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明用于計(jì)算x射線在形狀過(guò)濾器中所穿行的路徑長(zhǎng)度lb(n)的公式可以通過(guò)下列方式推導(dǎo)出：

探測(cè)器單元n被x射線照射后光電流的產(chǎn)生機(jī)理，可知：

其中αn是公式推導(dǎo)過(guò)程中引入的只與探測(cè)器性質(zhì)有關(guān)的比例系數(shù)，單位可為毫安^-1·千電子伏^-1，

ad為相應(yīng)探測(cè)器單元在垂直于x射線入射方向的投影面積；

dsd為x射線源球管到相應(yīng)探測(cè)器單元的距離。

依據(jù)公式(1)和(2)可得：

上述積分的范圍為實(shí)際中有效的光子能量e的范圍，可以依據(jù)具體的計(jì)算精度要求通過(guò)試驗(yàn)或理論分析確定。獲得路徑長(zhǎng)度lb(n)，即可用于涉及形狀過(guò)濾器各種計(jì)算，實(shí)現(xiàn)對(duì)其缺陷的矯正。

進(jìn)行空氣掃描時(shí)，優(yōu)選以等視角間距進(jìn)行360度掃描，并以各視角下的電流測(cè)量值的平均值用作計(jì)算路徑長(zhǎng)度lb(n)。

具體可以為：

(1)用帶有形狀過(guò)濾器的ct機(jī)進(jìn)行一次空氣掃描，獲得檢測(cè)數(shù)據(jù)in(kv)；

(2)去掉形狀過(guò)濾器后，在同樣x射線源球管電壓kv下用不帶有形狀過(guò)濾器的ct機(jī)進(jìn)行一次空氣掃描，獲得檢測(cè)數(shù)據(jù)i’n(kv)；

(3)利用已知的ct機(jī)參數(shù)和探測(cè)器參數(shù)，分別計(jì)算ct機(jī)中形狀過(guò)濾器外的其他材料引起的衰減和探測(cè)器單元的能量探測(cè)效率ηn(e)；

(4)將上述n(kv)、i’n(kv)、nkv(e)、ηn(e)以及已知的x射線源球管空氣掃描電流itube和i’tube，以及形狀過(guò)濾器材料的線性衰減系數(shù)μb(e)，代入相應(yīng)方程，求解出達(dá)到探測(cè)器單元n的x射線在形狀過(guò)濾器中穿行的路徑長(zhǎng)度lb(n)。

圖1和圖2顯示了在相應(yīng)情形下(所用x射線源球管電壓為120kvp,x射線源球管電流均為50ma)，依據(jù)本發(fā)明計(jì)算出的計(jì)算路徑長(zhǎng)度曲線與實(shí)際路徑長(zhǎng)度曲線和理論設(shè)計(jì)路徑長(zhǎng)度曲線之間的對(duì)比。結(jié)果表明，用本發(fā)明的方法,在假設(shè)修正tbc模型光譜的額外的鋁當(dāng)量為0.175mm的情況下，計(jì)算得出的x射線在形狀過(guò)濾器中的路徑長(zhǎng)度與真實(shí)路徑長(zhǎng)度的平均誤差為0.01mm，最大誤差為0.018mm。由此可以看出，本發(fā)明能夠較準(zhǔn)確地計(jì)算出達(dá)到各探測(cè)器單元的x射線在形狀過(guò)濾器中的路徑長(zhǎng)度。

本發(fā)明涉及x射線的路徑或路徑長(zhǎng)度均指相應(yīng)x射線的實(shí)際路徑(光路)長(zhǎng)度。

本發(fā)明所稱x射線源球管泛指ct機(jī)所用的用于產(chǎn)生x射線的任意形式的x射線源，可以采用常見的球管形式，也可以采用其他形式。

本發(fā)明公開的各優(yōu)選和可選的技術(shù)手段，除特別說(shuō)明外及一個(gè)優(yōu)選或可選技術(shù)手段為另一技術(shù)手段的進(jìn)一步限定外，均可以任意組合，形成若干不同的技術(shù)方案。