一种跟踪X光源焦点位置的装置、系统及方法与流程

本发明实施例涉及x光成像技术，尤其涉及一种跟踪x光源焦点位置的装置、系统及方法。

背景技术：

在ct成像系统中，x光源的焦点位置(与探测器阵列的相对位置)为ct图像重建提供最基本的参照系，从根本上保证ct图像的质量。在理想的ct系统模型中，x光源的焦点位置是固定不变的；但在实际情形中，焦点位置会随着扫描场景及x射线球管自身状态的变化而时刻发生移动。其中，移动方向包括两个：方位角方向(以下简称x方向)和切片方向(以下简称z方向)。为保证ct图像质量不受焦点移动的影响，必须将实际扫描过程中的焦点位置与理想模型中的焦点位置进行比较和修正，从而重建得到准确的ct图像。因此，有必要提供一种方法，能够在ct扫描过程中对x光源的焦点位置进行跟踪。

目前主流ct系统中焦点位置跟踪包括两种方法：算法估计法和装置测量法。其中算法估计法是指在软件上根据扫描参数和x射线球管自身特性，预先估算焦点位置的变化规律，属于间接估计，其缺点是不够实时准确、算法复杂、运算量大。装置测量法则是在硬件上利用参考探测器(referencedetector，rd)装置，在ct扫描过程中实时对x光源焦点位置进行跟踪。然而，为同时跟踪焦点在x方向和z方向上的运动，传统的装置测量方案至少需要设置两个或四个rd装置，这种多个rd协同测量的方案既需要耗费较高成本，又容易引入更大的系统误差。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种跟踪x光源焦点位置的装置、系统及方法，以解决传统的确定x光源焦点位置的方法成本高和误差大的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种跟踪x光源焦点位置的装置，该装置包括：

x射线接收器以及遮挡结构；所述遮挡结构与所述x射线接收器之间间隔预设距离；

其中，所述x射线接收器，包括沿第一方向设置的至少两个x射线接收区域，以及沿第二方向设置的至少两个x射线接收区域；所述第一方向垂直于所述第二方向；

进一步的，所述遮挡结构，在每个所述x射线接收区域均有投影，且在每个所述x射线接收区域的投影面积均小于所述每个x射线接收区域的面积。

进一步的，所述x射线接收器具有中心对称的结构；每个所述x射线接收区域面积相等。

进一步的，所述遮挡结构的形状包括十字叉形、矩形、圆形或三角形中的一种。

进一步的，每个所述x射线接收区域包括至少一个x射线接收单元。

进一步的，每个所述x射线接收区域具有数目相等的x射线接收单元。

第二方面，本发明实施例还提供了一种计算机断层成像系统，该系统包括：

x光源、x射线探测器以及至少一个如本发明任意实施例提供的跟踪x光源焦点位置的装置。

其中，所述的跟踪x光源焦点位置的装置位于所述x光源的照射范围内。

其中，所述跟踪x光源焦点位置的装置中的遮挡结构位于所述x光源与所述x射线探测器之间，所述x光源发出的射线经过所述遮挡结构衰减在所述x射线探测器的所述x射线接收区域形成投影。

第三方面，本发明实施例还提供了一种跟踪x光源焦点位置的方法，该方法包括：

接收x光源发出后经遮挡结构衰减的x射线；

根据所述接收到的x射线，分别计算沿第一方向设置的至少两个第一x射线接收区域的x射线强度，以及沿第二方向设置的至少两个第二x射线接收区域的x射线强度，其中，所述第一方向和所述第二方向垂直；

根据所述第一x射线接收区域的x射线强度和所述第二x射线接收区域的x射线强度，确定所述x光源的焦点位置。

进一步的，所述第一x射线接收区域以及所述第二x射线接收区域的数量均为两个；

所述根据所述第一x射线接收区域的x射线强度和所述第二x射线接收区域的x射线强度，确定所述x光源的焦点位置，包括：

确定两个所述第一x射线接收区域的x射线强度的第一数学关系，第一数学关系可以是两个所述第一x射线接收区域的x射线强度的比值，或两个所述第一x射线接收区域的x射线强度的差，或其他数学关系；

确定两个所述第二x射线接收区域的x射线强度的第二数学关系，第二数学关系可以是两个所述第二x射线接收区域的x射线强度的比值，或两个所述第二x射线接收区域的x射线强度的差，或其他数学关系；

根据不同时刻下的所述第一数学关系和所述第二数学关系，确定所述x光源的焦点位置。可以包括，根据第一数学关系确定x光源的焦点在第一方向上的位置；并根据第二数学关系确定x光源的焦点在第二方向上的位置。

本发明实施例提供的跟踪x光源焦点位置的装置通过x射线接收器和间隔x射线接收器预设距离设置的遮挡结构，即可实现跟踪x光源焦点位置，相比现有技术中需要多个参考探测器进行x光源焦点位置的跟踪，节约了成本；遮挡结构与x射线接收器预设距离设置，相比遮挡结构与x射线接收器一体设置更加灵活；在x射线接收器中两个垂直方向上分别设置至少两个x射线接收区域，相比一个区域可以更精确捕捉每个方向上经遮挡结构衰减的x射线的强度变化量，通过x射线强度变化量跟踪x光源焦点的位置，提高了跟踪效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的一种跟踪x光源焦点位置的装置的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的一种两个方向上的x射线接收区域共用全部区域的跟踪x光源焦点位置的装置的结构示意图；

图3是本发明实施例一提供的一种两个方向上的x射线接收区域共用部分区域的跟踪x光源焦点位置的装置的结构示意图；

图4是本发明实施例一提供的一种遮挡结构的形状为十字叉形的跟踪x光源焦点位置的装置的结构示意图；

图5是本发明实施例二提供的一种优选的跟踪x光源焦点位置的装置的结构示意图；

图6是本发明实施例三提供的一种计算机断层成像系统的结构示意图；

图7是本发明实施例四提供的一种跟踪x光源焦点位置的方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将参照本发明实施例中的附图，通过实施方式清楚、完整地描述本发明的技术方案，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

图1是本发明实施例一提供的一种跟踪x光源焦点位置的装置的结构示意图。该装置包括：x射线接收器110以及遮挡结构120；遮挡结构120与x射线接收器110间隔预设距离d进行设置；其中，x射线接收器110，包括沿第一方向设置的至少两个x射线接收区域，以及沿第二方向设置的至少两个x射线接收区域；所述第一方向垂直于所述第二方向。

遮挡结构120，在每个所述x射线接收区域均有投影，且在每个所述x射线接收区域的投影面积均小于所述每个x射线接收区域的面积。其中，至少两个x射线接收区域包括两个及两个以上的x射线接收区域。

若遮挡结构120在每个所述x射线接收区域的投影面积大于等于所述每个x射线接收区域的面积，当x光源焦点移动时，遮挡结构120在x射线接收区域的投影面积可能没有变化或变化很小，以至于很难通过投影面积的变化确定焦点位置，因而，为了便于计算，遮挡结构120在每个所述x射线接收区域的投影面积可选是小于所述每个x射线接收区域的面积。其中，遮挡结构120可以由固定的材质组成，具体地，遮挡结构120可以采用具有x射线高衰减特性的材质，例如钨或铅。

由于x光源焦点在移动时，会影响x光源投射到遮挡结构120的x射线的量，继而影响遮挡结构120在x射线接收区域的投影面积，因此通过遮挡结构120在x射线接收区域的投影面积的变化可以捕捉x光源焦点的位置变化。通过遮挡结构120在一个区域中的投影面积的变化不能快速得到投影面积在x方向和z方向上的变化量，而且对于投影面积变化量小时的情况，不能精确捕捉。因此在两个垂直方向上分别设置两个x射线接收区域，可以快速得到投影面积在x方向和z方向上的变化，进而可以得到x光源焦点的位置变化，对于投影面积变化量小的情况，通过同一方向上的两个区域的比较，也可以得到投影面积的变化。在两个垂直方向上分别设置的x射线接收区域的个数越多，捕捉遮挡结构120的投影面积的变化量的效率越高，跟踪x光源焦点位置的准确率越高。可选地，在两个垂直方向上分别设置至少两个x射线接收区域。

沿第一方向设置的至少两个x射线接收区域与沿第二方向设置的至少两个x射线接收区域可以相互独立，即不存在公共区域，也可以是共用部分或全部区域。其中，每个x射线接收区域的面积可以相等，也可以不相等。

示例性地，在相互垂直的第一方向以及第二方向上分别设置两个x射线接收区域。两个方向上的x射线接收区域共用全部位置的示意图如图2所示，将第一方向设为x方向，将第二方向设为与x方向垂直的z方向。沿x方向设置有两个x射线接收区域，分别为由区域a和区域c组成的一个x射线接收区域，以及由区域b和区域d组成的一个x射线接收区域。沿z方向设置有两个x射线接收区域，分别为由区域c和区域d组成的一个x射线接收区域，以及由区域a和区域b组成的一个x射线接收区域。

示例性地，在相互垂直的第一方向以及第二方向上分别设置两个以上的x射线接收区域。图2中，沿x方向设置的两个以上x射线接收区域可以是区域a组成的一个x射线接收区域，区域b组成的一个x射线接收区域，区域c组成的一个x射线接收区域，区域d组成的一个x射线接收区域；沿z方向设置的两个以上x射线接收区域可以是区域a组成的一个x射线接收区域，区域c组成的一个x射线接收区域，区域b组成的一个x射线接收区域，区域d组成的一个x射线接收区域。

示例性地，在相互垂直的第一方向以及第二方向上分别设置两个x射线接收区域。图3为两个方向上的x射线接收区域共用部分区域的示意图。如图3所示，沿x方向设置的两个x射线接收区域可以是区域c组成的一个x射线接收区域，以及区域d组成的一个x射线接收区域。沿z方向设置的两个x射线接收区域可以是区域c组成的一个x射线接收区域，以及区域a组成的一个x射线接收区域。

可选地，所述x射线接收器具有中心对称的结构。可选地，每个所述x射线接收区域面积可以相等或者不相等。为了便于计算，在本实施例中，每个所述x射线接收区域面积可以相等。

示例性地，所述遮挡结构的形状可包括十字叉形、矩形、圆形或三角形中的一种，还可以是星型或多边形等任意形状。在本实施例中，遮挡结构的形状可以为十字叉形，如图4所示。具体地，十字叉形包括两条相互成预设夹角的长条形结构，即可以由两条相互成预设夹角的长条形结构组成。其中，预设夹角的具体度数可以根据实际需求进行设置，在此并不做限定。例如，为了充分地利用x射线接收器的各个x射线接收区域，组成十字叉形的遮挡结构的两条长条形的夹角可以为90°。这样设置的好处在于，当x射线通过时，可以使得十字叉形的遮挡结构的投影在x方向和z方向上都有分布。

可以理解的是，遮挡结构的表面积相对越小，在x射线接收区域的投影面积相对越小，当x光源焦点位置变动时，表面积相对越小的遮挡结构在x射线接收区域的投影面积的变化也会比较明显，有利于提高跟踪x光源焦点位置的灵敏度，并且遮挡结构的表面积越小即遮挡结构的边越窄跟踪x光源越准确。

每个所述x射线接收区域包括至少一个x射线接收单元。x射线接收单元可以探测到遮挡结构在x射线接收器上的投影面积中的x射线强度。可选地，区域a、b、c和d各包括一个x射线接收单元，即可实现对x射线的全面探测。可以理解的是，为了便于对各x射线接收区域所接收的射线强度变化进行检测，以及避免由于单个x射线接收单元的误差严重影响跟踪结果的准确性，各x射线接收单元可包括多个x射线接收单元。

每个所述x射线接收区域具有数目相等的x射线接收单元，可以保证同一方向上的x射线接收区域中的x射线的变化是由x光源焦点的变化引起的，避免由于x射线接收单元的数目不同而引起探测到的x射线的强度变化。

本发明实施例提供的跟踪x光源焦点位置的装置通过x射线接收器和间隔x射线接收器预设距离设置的遮挡结构，即可实现跟踪x光源焦点位置，相比现有技术中需要多个参考探测器进行x光源焦点位置的跟踪，节约了成本；遮挡结构与x射线接收器预设距离设置，相比遮挡结构与x射线接收器一体设置更加灵活；在x射线接收器中两个垂直方向上分别设置至少两个x射线接收区域，相比一个区域可以更精确捕捉每个方向上经遮挡结构衰减的x射线的强度变化量，通过x摄线强度变化量跟踪x光源焦点的位置，提高了跟踪效率。

实施例二

图5是本发明实施例二提供的一种优选的跟踪x光源焦点位置的装置的结构示意图。该装置包括：x射线接收器(简称rd装置)210以及遮挡结构220。rd装置210放置于x射线可直射的范围内。rd装置210的上表面即接收x射线的表面平行于x-z平面并朝向x光源进行设置。rd装置210的几何结构采用中心对称型结构。rd装置210上表面的几何结构可以分为面积相等的2*2个象限，其中各个象限用于表示各个x射线接收区域。在图5中，rd装置210存在4个象限分别为e、f、g和h，即rd装置210包括4个x射线接收区域。若rd装置210每个象限具有1个x射线接收单元，则rd装置210至少包含2*2个x射线接收单元。由于各象限所占面积相等，若x射线接收单元的面积相等，则每个象限包含的x射线接收单元个数相等，记作n个；此时四个象限相交于rd装置的几何中心。

在rd装置210的上方即rd装置朝向x光源的一方，放置具有设定几何形状的遮挡结构220，具体地对遮挡结构220的要求如下：

(1)遮挡结构由固定的材质组成，所述材质具有x射线高衰减特性；

(2)遮挡结构具有固定的空间位置和几何形状；

(3)遮挡结构的上表面到rd装置的上表面存在一个设定距离d；

(4)在x光源放射x射线期间的任一时刻，x射线经过遮挡物到达rd装置上表面的投影，在几何位置上都对rd装置的每一个象限构成局部遮挡，不构成全部遮挡或无遮挡。

本实施例通过rd装置中每个象限设置的x射线接收单元探测经遮挡结构衰减的x射线强度的变化量，确定x光源焦点位置的变化，实现了对x光源焦点的跟踪，提高了跟踪效率。

实施例三

图6是本发明实施例三提供的一种计算机断层成像系统的结构示意图。该系统包括：x光源310、x射线探测器320以及至少一个如上述任意实施例中任意一个技术方案所提供的跟踪x光源焦点位置的装置330。其中，至少一个如上述任意实施例中任意一个技术方案所提供的跟踪x光源焦点位置的装置330可以是一个，也可以是多个，当是多个时，可以采用平均的方式计算x光源焦点的位置，可以提高跟踪x光源焦点的位置的准确率。

在计算机断层成像系统中，跟踪x光源焦点位置的装置330位于x光源310的照射范围内。跟踪x光源焦点位置的装置330中的遮挡结构位于x光源310与x射线探测器320之间。x光源310发射x光线照射患者病灶，x射线探测器320接收经患者病灶衰减的x射线。在这一过程中，x光源310的焦点位置的校正通过如上述任意实施例中任意一个技术方案所提供的跟踪x光源焦点位置的装置330进行，保证焦点位置的准确度，提高图像重建的质量。

本发明实施例提供的计算机断层成像系统包括x光源、x射线探测器以及至少一个如上述实施例中任意一个技术方案所提供的跟踪x光源焦点位置的装置，可以保证x光源焦点位置的准确度，提高图像重建的质量。

实施例四

图7是本发明实施例四提供的一种跟踪x光源焦点位置的方法的流程图。本实施例的技术方案可以适用于跟踪x光源焦点位置的情况。该方法可以由本发明实施例提供的一种跟踪x光源焦点位置的装置来执行，该装置可以采用软件和/或硬件的方式实现，并配置于计算机断层成像系统中应用。该方法具体包括如下操作：

s410、接收x光源发出后经遮挡结构衰减的x射线。

x光源发出x射线，x射线经过具有x射线衰减特性的遮挡结构后被衰减，x射线接收器中的x射线接收单元接收被衰减的x射线。

s420、根据所述接收到的x射线，分别计算沿第一方向设置的至少两个第一x射线接收区域的x射线强度，以及沿第二方向设置的至少两个第二x射线接收区域的x射线强度，其中，所述第一方向和所述第二方向垂直。

x射线接收器中每个x射线接收区域均具有x射线接收单元，x射线接收单元根据接收到的x射线计算x射线强度，根据每个x射线接收区域中各个x射线接收单元接收到的x射线强度，即可以计算出每个x射线接收区域的x射线强度。具体地，x射线接收区域在第一方向上有至少两个，在第二方向上也至少有两个，其中，第一方向和第二方向垂直。

s430、根据所述第一x射线接收区域的x射线强度和所述第二x射线接收区域的x射线强度，确定所述x光源的焦点位置。

第一x射线接收区域在第一方向上，第二x射线接收区域在第二方向上。示例性地，根据两个第一x射线接收区域的x射线强度，可以确定出x射线在第一方向上的变化量，进而可以确定x光源的焦点在第一方向上的位置变化量；根据两个第二x射线接收区域的x射线强度，可以确定出x射线在第二方向上的变化量，进而可以确定x光源的焦点在第二方向上的位置变化量；根据x光源的焦点在第一方向上的位置变化量和在第二方向上的位置变化量，可以确定光源焦点的位置。

示例性地，所述第一x射线接收区域以及所述第二x射线接收区域的数量可以均为两个；相应的，所述根据所述第一x射线接收区域的x射线强度和所述第二x射线接收区域的x射线强度，确定所述x光源的焦点位置，包括：确定两个所述第一x射线接收区域的x射线强度的第一数学关系；确定两个所述第二x射线接收区域的x射线强度的第二数学关系；根据不同时刻下的所述第一数学关系和所述第二数学关系，确定所述x光源的焦点位置。其中，所述第一数学关系和第二数学关系为比值关系或差关系。

根据不同时刻下的所述第一数学关系和所述第二数学关系，确定所述x光源的焦点位置，包括，根据第一数学关系确定x光源的焦点在第一方向上的位置；根据第二数学关系确定x光源的焦点在第二方向上的位置。根据第一数学关系可以确定x光源的焦点在第一方向上的位置变化量，从而确定x光源的焦点在第一方向上的位置；根据第二数学关系可以确定x光源的焦点在第二方向上的位置变化量，从而确定x光源的焦点在第二方向上的位置。

以第一数学关系和第二数学关系为比值关系举例且以图2为例，第一射线接收区域为区域a和区域c组成的一个x射线接收区域，以及区域b和区域d组成的一个x射线接收区域。第二射线接收区域为区域c和区域d组成的一个x射线接收区域，以及区域a和区域b组成的一个x射线接收区域。区域a、b、c和d可以看作是四个象限，区域a、b、c和d中x射线接收单元均分，且个数相等设为n，则在某一时刻t下，x射线接收器共获得4*n个数据，每个象限包含n个数据。将每个象限获得的n个数据计算平均值，在时刻t下，共生成4个平均值，记作pa(t)，pb(t)，pc(t)和pd(t)。

令px(t)＝(pa(t)+pc(t))/(pb(t)+pd(t))，pz(t)＝(pa(t)+pb(t))/(pc(t)+pd(t))。其中，px(t)，pz(t)可以表示t时刻下x光源焦点在x方向和z方向上的x射线强度，通过查找x射线强度和x光源焦点位置的对应关系，可以确定t时刻下x光源焦点在x方向和z方向的位置。

进一步地，可以利用px(t)，pz(t)关于时间t的函数，在ct扫描过程中实时跟踪x光源焦点的位置移动。具体地，根据t0时刻x光源焦点在x方向上的x射线强度px(t0)和在z方向上的x射线强度pz(t0)，通过查找x射线强度和x光源焦点位置的对应关系可以确定在t0时刻下的x光源焦点的位置0，根据t1时刻x光源焦点在x方向上的x射线强度px(t1)和在z方向上的x射线强度pz(t1)，通过查找x射线强度和x光源焦点位置的对应关系可以确定在t1时刻下的x光源焦点的位置1，根据位置1与位置0在x和z方向上的偏移量可以对x光源焦点进行校正。

本实施例的技术方案通过分别计算沿第一方向设置的至少两个第一x射线接收区域的x射线强度，以及沿第二方向设置的至少两个第二x射线接收区域的x射线强度，可以捕捉到每个方向上经遮挡结构衰减的x射线的强度变化量，通过x射线强度变化量跟踪x光源焦点的位置，通过x射线的强度与x光源焦点的位置关系，可以实现实时跟踪x光源焦点位置的效果。提高了跟踪效率。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。