锥形束CT散射校正模体及系统的制作方法

锥形束ct散射校正模体及系统
技术领域
1.本技术涉及锥形束断层成像技术领域，尤其涉及一种锥形束ct散射校正模体及系统。


背景技术：

2.锥形束计算机断层成像(cone beam computed tomography,cbct)技术在牙科种植治疗和放疗图像引导等领域有广泛应用。锥形束ct成像一般采用平板探测器探测射线，因此无法通过滤线栅滤除散射线。散射线会在重建图像的过程中产生散射伪影，干扰成像效果，导致图像无法满足医生使用和诊断需求。因此，需要对锥形束ct成像进行校正。
3.目前常见的校正方法有软件校正和硬件校正。基于软件的散射校正方法一般需要进行复杂的数据建模，并且得到的数学模型准确度也较低，导致这种校正方法在临床应用上有一定的限制。而基于硬件的散射校正方法一般是在射线出射口处或探测器前端添加散射校正板，以直接获取射线的散射分布，从而达到散射校正的目的。但是，这种散射校正板通常是铅球点阵或铅板孔阵形式，通常没有考虑到射束的锥形分布情况，校正效果还有待提高。并且，点阵或孔阵一旦制作完成后不可调，并且对机械加工和系统安装的精度要求非常高，因此，相关技术中基于硬件的散射校正方法也难以广泛应用于临床领域。


技术实现要素：

4.本技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中存在的问题之一，为此，本技术实施例提出一种锥形束ct散射校正模体及系统。
5.第一方面，本技术实施例提供了一种锥形束ct散射校正模体，包括：安装板、衰减棒和衰减体；所述衰减棒的一端为连接端，所述连接端为半球体；所述安装板的安装面上设置有半球形的安装槽；所述安装槽的直径与所述连接端的直径相同；所述安装槽底部开孔；所述安装槽用于安装所述连接端；所述衰减体中设有放射状排列的射线通道，所述射线通道的形状与所述衰减棒相同；所述射线通道用于容纳所述衰减棒；其中，所述衰减体和所述衰减棒的密度相同；其中，所述安装板对射线无衰减。
6.可选地，所述安装面上设置有固定插销；所述衰减体上设置有与所述固定插销对应的固定插孔；其中，所述固定插销、所述衰减体和所述衰减棒的密度相同。
7.可选地，所述安装板中与所述安装面相对的另一面为固定面，所述固定面上设置有固定孔位；其中，所述固定孔位设置在所述固定面上射线出射区域之外的区域。
8.可选地，所述安装板为长方体，所述安装面为正方形；所述衰减体为上端面和下端面是正方形、四个侧面为面积相等的梯形的六面体；其中，所述上端面的面积小于所述下端面的面积；其中，所述固定插孔设置在所述上端面中。
9.可选地，所述安装板为碳纤维板或亚克力板。
10.可选地，所述衰减体和所述衰减棒的材料相同，所述衰减体为钨钢衰减体或铅衰减体。
11.第二方面，本技术实施例提供了一种锥形束ct散射校正系统，包括上述的锥形束ct散射校正模体，射线源、平板探测器和待扫描物体；
12.所述校正模体设置在所述射线源的射线出射口；
13.所述待扫描物体设置在所述校正模体和所述平板探测器之间。
14.本技术实施例的有益效果如下：本技术实施例提供的锥形束ct散射校正模体，该校正模体包括安装板、衰减棒和衰减体；衰减棒的一端为连接端，连接端为半球体；安装板的安装面上设置有安装槽，安装槽为半球体；安装槽的直径与连接端的直径相同；安装槽底部开孔；安装槽用于安装连接端；衰减体中设有放射状排列的射线通道，射线通道的形状与衰减棒相同；射线通道用于容纳衰减棒；其中，衰减体和衰减棒的密度相同；其中，安装板对射线无衰减。当衰减棒的连接端安装在安装板上的安装槽中，则半球形的连接端可以在半球形的安装槽内自由调整方向，当衰减棒方向调整至与锥形束的射线方向一致，则能够最大程度上对锥形束中的常规射线进行遮挡，从而得到较为准确的散射线分布情况。此外，本技术实施例提出的校正模体对机械加工和系统安装的精度要求较低，安装方便，实用性强。
附图说明
15.附图用来提供对本技术技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本技术的实施例一起用于解释本技术的技术方案，并不构成对本技术技术方案的限制。
16.图1是本技术实施例提供的锥形束ct散射校正模体的第一示意图；
17.图2是本技术实施例提供的锥形束ct散射校正模体的第二示意图；
18.图3为本技术实施例提供的锥形束ct散射校正系统的示意图。
具体实施方式
19.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
20.需要说明的是，虽然在系统示意图中进行了功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于系统中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
21.锥形束ct成像过程中产生的散射伪影会干扰成像效果，导致图像无法满足医生使用和诊断需求。因此，需要对锥形束ct成像进行校正。目前常见的校正方法有软件校正和硬件校正。基于软件的散射校正方法一般需要进行复杂的数据建模，建模过程中要求输入众多先验数据，如能谱、系统响应和散射核构造等。但是，这些先验数据很多时候都无法准确获知，导致数学模型不可靠，计算的散射分布不准确，导致这种校正方法在临床应用上有一定的限制。而基于硬件的散射校正方法一般是在射线出射口处或探测器前端添加散射校正板，以直接获取射线的散射分布，从而达到散射校正的目的。但是，这种散射校正板通常是铅球点阵或铅板孔阵形式，通常没有考虑到射束的锥形分布情况，校正效果还有待提高。并且，点阵或孔阵一旦制作完成后不可调，并且对机械加工和系统安装的精度要求非常高，因此，相关技术中基于硬件的散射校正方法也难以广泛应用于临床领域。
22.基于此，本技术实施例提供了一种锥形束ct散射校正模体及系统，该校正模体包括安装板、衰减棒和衰减体；衰减棒的一端为连接端，连接端为半球体；安装板的安装面上设置有安装槽，安装槽为半球体；安装槽的直径与连接端的直径相同；安装槽底部开孔；安装槽用于安装连接端；衰减体中设有放射状排列的射线通道，射线通道的形状与衰减棒相同；射线通道用于容纳衰减棒；其中，衰减体和衰减棒的密度相同；其中，安装板对射线无衰减。当衰减棒的连接端安装在安装板上的安装槽中，则半球形的连接端可以在半球形的安装槽内自由调整方向，当衰减棒方向调整至与锥形束的射线方向一致，则能够最大程度上对锥形束中的常规射线进行遮挡，从而得到较为准确的散射线分布情况。此外，本技术实施例提出的校正模体对机械加工和系统安装的精度要求较低，安装方便，实用性强。
23.下面结合附图，对本技术实施例作进一步阐述。
24.参考图1，图1是本技术实施例提供的锥形束ct散射校正模体的第一示意图，参照图1，该校正模体100包括安装板110和衰减棒120(衰减体在图1中未示出)。其中，安装板的安装面111上设置有若干安装槽112，安装槽为半球形，且安装槽底部有通孔，可供射线通过。另外，衰减棒的一段为连接端121，连接端也为半球体，且连接端的直径与安装槽的直径相同，因此，半球形的连接端可以安装到安装槽中，且能够在半球性的安装槽中转动，进行一定范围的角度调整。并且，安装板所用材料对射线基本无衰减，而衰减体和衰减棒的密度相同。
25.可以理解的是，本技术实施例中的安装板所用材料应当对射线的衰减非常小，并且需要支撑起衰减棒和衰减体的部分重量，因此安装板可以选定为密度较小、硬度较大的碳纤维板或者是如亚克力板这样的高分子材料板。
26.而与安装板相反，衰减体和衰减棒需要尽量衰减射线，因此衰减体和衰减棒应当选取密度较大的材料，例如是钨钢或者是铅。并且，由于本技术中的校正模体在使用时需要通过衰减体和衰减棒对探测器的本底噪声进行测量，因此衰减体和衰减棒应当能够完全遮挡射线，且衰减体和衰减棒的密度应当相同。在一些实施例中，衰减体和衰减棒选取相同的材料进行制作；在另一些实施例中，衰减体和衰减棒的制作材料也可以不同，但需要保证衰减体和衰减棒选用材料的密度相同，且两种材料都能够有效阻挡射线。
27.根据图1所示的校正模体，当锥形束射线照射到安装板的固定面(也就是安装板上与安装面位置相对的另一面)，使用者可以将衰减棒安装在射线入射位置对应的安装槽中，并且根据半球体连接端在半球形安装槽中的方向转动来调整衰减棒的方向，以使衰减棒的方向与射线的方向一致。可以理解的是，锥形束中的常规射线不会改变方向，因此会被与常规射线处于同一方向的衰减棒大幅衰减。可以理解的是，当衰减棒对射线的阻挡效果足够大(例如是衰减棒密度足够高，或者是衰减棒长度足够长)，则可以视为衰减棒将常规射线完全阻挡。而散射线则可以绕过衰减棒，并被后方的平板探测器所捕获，也就是说，通过本技术实施例中的安装板和衰减棒，可以获取到较为准确的散射线分布图像，从而能够提高在锥形束计算机断层成像中的图像校正精度。
28.进一步地，在一些实施例中，为了令衰减棒能更好地适配锥形束射线的射线方向，发挥更好的遮挡功能，安装槽可以在安装面上呈圆形排列，令呈锥形放射的射线能够尽量由安装槽中穿过，并且被衰减棒所衰减。
29.而在锥形束计算机断层成像中，平板探测器具有一定的本底噪声，本底噪声指由
原子内部电子无规则运动产生的热噪声，这些噪声也会对图像的校正效果产生影响。因此，本技术实施例提出的校正模体还包括衰减体，通过安装板、衰减棒和衰减体的组合，可以相当程度上消除探测器本底噪声对校正效果的影响。
30.参照图2，图2是本技术实施例提供的锥形束ct散射校正模体的第二示意图，图1所示的校正模体实际上是图2所示的校正模体的部分结构，因此图2中与图1相同的结构，仍引用图1的标号进行区分。如图2所示，校正模体100还包括衰减体210，衰减体中设有放射状排列的射线通道211，射线通道的形状与衰减棒相同，射线通道用于容纳衰减棒。也就是说，衰减棒与衰减体中的射线通道可以完全契合。
31.由此一来，当衰减棒的连接端连接到安装板内的安装槽上，且衰减棒嵌入衰减体内对应的射线通道中，则安装板、衰减棒和衰减体则组成了一个封闭体，当衰减棒和衰减体的密度足够大，对射线的阻挡效果足够强，则射线无法从该封闭体当中穿过。此时，射线出射后平板探测器获得的噪声则为探测器的本底噪声。
32.通过上述方法获得探测器的本底噪声后，再通过上述内容，仅组合安装板和衰减棒，由衰减棒对常规射线进行阻挡，平板探测器获得混杂着本底噪声的散射线分布图像。由于本底噪声已经通过安装板、衰减棒和衰减体组成的封闭体获得，因此将散射线分布图像减去本底噪声，就可以得到更准确的散射线分布图像，从而进一步提高图像校正的精度。
33.而在另一些实施例中，本技术实施例中提出的校正模体，还可以通过其他方式获得散射线分布图像，该方法具体为：不使用衰减棒，而是使用安装板与衰减体进行组合。在一些实施例中，参照图1，安装板的安装面上设置有若干固定插销113(图2中也示出了固定插销113)，而衰减体上设置有与这些固定插销对应的固定插孔，当固定插销插到对应的固定插孔中，安装板和衰减体则紧密组合起来。在校正过程中，射线照射到安装板的固定面，部分常规射线的方向与衰减体内部的射线通道的方向一致，则这些常规射线会穿过射线通道，达到衰减体后方需要扫描的物体，射线穿过物体时会发生散射，这些散射线会被物体后方的平板探测器所捕获，将平板探测器捕获到的散射线分布减去上述方法中确定的本底噪声后，同样能够获得较为准确的散射线分布图。
34.可以理解的是，本技术实施例提出通过固定插销和固定插孔来组合安装板和衰减体，在实际应用中，也可以通过螺丝、卡扣等等结构对安装板和衰减体进行组合。并且，如固定插销、螺丝这样的固定结构应当与衰减体、衰减棒的密度相同，才能避免固定结构对射线的衰减情况产生影响。
35.可以理解的是，由于使用本技术实施例的校正模体时可以通过两种不同的方式获得散射线的分布情况，因此，通过不同方式获得的两种散射线分布情况可以互为对照，相互验证，从而能提高衰减棒调整的准确性，也能一定程度上提高校正的精准度。
36.参照图2，在一些实施例中，校正模体的安装板为长方体，安装面和固定面114为正方形(固定面为长方体中与安装面相对的一面，因此固定面也是正方形)，衰减体为上端面和下端面是正方形、四个侧面为面积相等的梯形的六面体；其中，上端面的面积小于下端面的面积。固定插孔设置在上端面中，安装面上的固定插销可以插在对应的固定插孔上。可以理解是，本技术实施例中的校正模体中各个结构的形状并不是唯一的，本技术实施例只限定校正模体中各个结构的连接关系以及各自作用，并不对各个结构的形状进行具体限定。
37.上述内容阐述本技术实施例提出的一种锥形束ct散射校正模体，首先该校正模体
中的安装板、衰减棒和衰减体的组合，能够在成像过程中确定探测器的本底噪声；然后，组合安装板和衰减棒，并调整衰减棒的方向与射线入射的方向一致，以阻挡常规射线，从而在平板探测器上得到混杂有本底噪声的散射线分布图像。又或者，组合安装板和衰减体，以使部分常规射线穿过衰减体内的射线通道，并在衰减体后方的待扫描物体上发生散射，从而从而在平板探测器上得到混杂有本底噪声的散射线分布图像。再将散射线分布图像中的本底噪声减去，获得更为准确的散射线分布情况，从而帮助完成锥形束ct成像系统的散射校正过程。
38.本技术实施提出的锥形束ct散射校正模体，能够得到较为准确的散射线分布情况，可调整的衰减棒能够用于阻挡更多种类的锥形束射线，不仅可用于锥束ct的散射校正，也可进行延伸用于乳腺dbt等系统的散射校正。且该校正模体整体结构简单，操作简便，因此本技术实施例提出的锥形束ct散射校正模体具有较强的实用性，有望广泛应用于临床领域。
39.在上述实施例中，本技术阐述了锥形束ct散射校正模体的具体结构和使用方法，而在实际应用中，本技术实施例中的校正模体需要设置在射线源的射线出射口处，因此，校正模体的安装板上需要有连接射线源和校正模体的固定结构。在一些实施例中，参照图2，安装板中与安装面相对的另一面为固定面114，固定面上设置有若干个固定孔位115，这些固定孔位设置在固定面上射线出射区域之外的区域，以保证固定孔位不会影响射线在衰减板上的衰减情况。而可以理解的是，这些固定孔位的位置与射线源上固定结构的位置是对应的，因此可以通过这些固定孔位，将安装板固定在射线源的射线出射口处，以进行图像的校正工作。
40.参照图3，图3为本技术实施例提供的锥形束ct散射校正系统的示意图，该校正系统300设置有射线源310、平板探测器320、待扫描物体330以及上述的锥形束ct散射校正模体100。示例性地，安装板为长方体，安装面是尺寸为96mm
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96mm的正方形，安装板高度为15mm，材料为1.4g/cm3的碳纤维。与安装面尺寸相同的固定面的四个顶点处设有固定孔位，校正模体设置在射线源的射线出射口，通过固定孔位与射线源上对应的固定结构连接，使得校正模体固定在射线出射口。安装面上设置有10*10矩阵的半球形安装槽，安装槽的直径约为4mm。衰减棒材料为钨钢，其密度为15g/cm3。衰减棒的连接端呈半球体，另一端平齐，棒身为圆柱形结构，长度约10mm。连接端球体的直径与棒身直径一致，约为4mm。衰减棒可插入安装槽并与其紧密贴合。衰减体材料同样为钨钢，衰减体呈锥状梯台结构，梯台上端面面积小于下端面面积，上端面尺寸约90mm
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90mm，下端面尺寸约为150mm
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150mm。衰减体内部有多个放射状的射线通道，可嵌入衰减棒。圆柱状的固定插孔设置在上端面中，安装面上的圆柱状的固定插销可以插在对应的固定插孔上。待扫描物体设置在校正模体和平板探测器之间。
41.当使用锥形束进行成像操作，射线源出射的射线朝向平板探测器。射线源和探测器协同围绕待扫描物体作360
°
圆周运动，探测器输出每个扫描角度的投影图像。在采集位置，x射线出射后经过已调整好的校正模体，穿过扫描物体并发生散射，到达探测器被捕获。提取投影图像中被衰减棒或衰减体所遮挡区域的信号即是散射信号。提取出来的散射信号是离散的、分区域存在的，对这些散射信号进行非线性插值即可得到散射线的分布情况。之后拆除校正模体，以同样条件再次扫描物体，从第二次的投影图像中减去散射线的分布情
况，则完成系统的散射校正。本技术实施提出的锥形束ct散射校正模体，能够得到较为准确的散射线分布情况，可调整的衰减棒能够用于阻挡更多种类的锥形束射线，不仅可用于锥束ct的散射校正，也可进行延伸用于乳腺dbt等系统的散射校正。且该校正模体整体结构简单，操作简便，因此本技术实施例提出的锥形束ct散射校正模体具有较强的实用性，有望广泛应用于临床领域。
42.以上是对本技术的较佳实施进行了具体说明，但本技术并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本技术精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。