X射线探测器的温度修正系统及方法与流程

本发明涉及X射线探测器领域，尤其涉及一种医疗用和工业用X射线探测器(例如CT探测器、X射线平板探测器，工业用CT探测器，工业用X射线平板探测器，光电二级管阵列探测器)的温度修正系统及方法。

背景技术：

在X射线检测设备中，X射线探测器(例如CT探测器、X射线平板探测器)是非常重要的部件，其性能对成像质量的影响巨大。

X射线探测器用于将穿过检测对象的X射线转换为电信号。一般，探测器包括光电二极管模块和闪烁体模块，闪烁体模块将X射线转换为光信号，光电二极管模块将光信号转换为电模拟信号。另外，探测器还包括数据采集系统(Data Acquisition System，DAS)，其用于将上述电模拟信号转换为数字信号。传统的数据采集系统与光电二极管模块是分开的，但是近几年，人们尝试将二者集成在一起，并将具有这种结构的探测器称为DoD探测器。

由于光电二极管模块和数据采集系统的集成芯片为半导体材料硅，会随着温度变化产生响应信号的漂移，导致图像出现伪影。为了消除所述的漂移及图像伪影，通常情况下的方法是使温度保持恒定，这就需要在探测器上增加特定的温度控制结构，但是这种结构的成本很高。或者，在探测器内部加装温度传感器来探测温度变化进行温度校正，这个方法，增加成本，探测的温度与实际的温度误差很大，有时间滞后，并且，不能反映各个像素元单元的温度差别，所以校正效果不够好。

因此，为了解决X射线诊断设备的图像信号温度漂移的问题，需要提供一种新的X射线探测器的温度修正系统及方法。

技术实现要素：

本发明的示例性实施例提供了一种X射线探测器的温度修正系统，包括：偏置数据获取模块、偏置数据增量获取模块、转换模块、X射线响应数据获 取模块以及修正模块。偏置数据获取模块用于获取X射线探测器各像素单元在当前温度下的偏置数据；偏置数据增量获取模块用于将各像素单元当前温度下的偏置数据减去该像素单元在预设温度下的校准偏置数据，以获取各像素单元当前的偏置数据增量；X射线响应数据获取模块用于获取在预设扫描参数下各像素单元在当前温度下的X射线响应数据；转换模块，根据预存的转换函数获取各像素单元当前的X射线响应数据增量，其中该转换函数以各像素单元当前的偏置数据增量和当前温度下的X射线响应数据作为自变量，并以各像素单元当前的X射线响应数据增量作为因变量；修正模块通过将各像素单元当前温度下的X射线响应数据减去各像素单元当前的X射线响应数据增量，来获取各像素单元修正后的X射线响应数据。

本发明的示例性实施例还提供了一种X射线探测器的温度修正方法，包括：获取X射线探测器各像素单元在当前温度下的偏置数据；将各像素单元当前温度下的偏置数据减去该像素单元在预设温度下的校准偏置数据，以获取各像素单元当前的偏置数据增量；获取在预设扫描参数下各像素单元在当前温度下的X射线响应数据；根据预存的转换函数获取各像素单元当前的X射线响应数据增量，其中该转换函数以各像素单元当前的偏置数据增量和当前温度下的X射线响应数据作为自变量，并以各像素单元当前的X射线响应数据增量作为因变量；以及，通过将各像素单元当前温度下的X射线响应数据减去各像素单元当前的X射线响应数据增量，获取各像素单元修正后的X射线响应数据。

本发明的示例性实施例还提供了一种X射线探测器的温度修正系统，包括偏置数据获取模块、X射线响应数据获取模块、修正模块。偏置数据获取模块用于获取X射线探测器各像素单元在当前温度下的偏置数据；X射线响应数据获取模块用于获取在预设扫描参数下各像素单元在当前温度下的X射线响应数据；修正模块用于根据预存的转换函数获取各像素单元修正后的X射线响应数据；该转换函数为：gain＇＝gain-f＇(gain，offset)，其中，gain＇为各像素单元修正后的X射线响应数据，gain为各像素单元在当前温度下的X射线响应数据，offset为各像素单元当前温度下的偏置数据。

本发明的示例性实施例还提供了一种X射线探测器的温度修正方法，包括：获取X射线探测器各像素单元在当前温度下的偏置数据；获取在预设扫描参数下各像素单元在当前温度下的X射线响应数据；根据预存的转换函数 获取各像素单元修正后的X射线响应数据；该转换函数为：gain＇＝gain-f＇(gain，offset)，其中，gain＇为各像素单元修正后的X射线响应数据，gain为各像素单元在当前温度下的X射线响应数据，offset为各像素单元当前温度下的偏置数据。

通过下面的详细描述、附图以及权利要求，其他特征和方面会变得清楚。

附图说明

通过结合附图对于本发明的示例性实施例进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中：

图1为本发明一个实施例提供的X射线探测器的温度修正系统的框图；

图2为X射线探测器的各像素单元的偏置数据随该像素单元的温度变化的示意图；

图3为X射线探测器的各像素单元的X射线响应数据随该像素单元的温度变化的示意图；

图4为本发明另一个实施例提供的X射线探测器的温度修正系统的框图；

图5为本发明另一个实施例提供的X射线探测器的温度修正系统的框图；

图6为本发明一个实施例提供的X射线探测器的温度修正方法的流程图；

图7为图6中步骤S63之前转换函数获取的流程图；

图8为本发明另一个实施例提供的X射线探测器的温度修正方法的流程图；

图9A-9E为利用上述X射线探测器的温度修正系统及方法进行温度修正后获得的图像与传统温度修正获得的图像的对比图。

具体实施方式

以下将描述本发明的具体实施方式，需要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。应当可以理解的是，在任意一种实施方式的实际实施过程中，正如在任意一个工程项目或者设计项目的过程中，为了实现开发者的具体目标，为了满足系统相关的或者商业相关的限制，常常会做出各种各样的具体决策，而这也会从一种实施方式到另一种实施方式之间发生改变。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能 是复杂并且冗长的，然而对于与本发明公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本公开揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本公开的内容不充分。

除非另作定义，权利要求书和说明书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，也不限于是直接的还是间接的连接。

图1为本发明一个实施例提供的X射线探测器的温度修正系统的框图。如图1所示，该系统包括偏置数据获取模块10、偏置数据增量获取模块20、转换模块30、X射线响应数据获取模块40以及修正模块50。

偏置数据获取模块10用于获取X射线探测器的各像素单元在当前温度下的偏置数据offset。

偏置数据增量获取模块20用于将各像素单元当前温度下的偏置数据offset减去该像素单元在预设温度T0下的校准偏置数据offset0，以获取各像素单元当前的偏置数据增量Δoffset。该预设温度T0可理解为基准温度、校准温度或参考温度，例如进行校准试验过程中所设置的探测器的像素单元的温度。

各像素单元在当前温度下的偏置数据offset，即，在当前的扫描过程中，扫描对象是待测人体、待测工件等时，产生的偏置数据。

像素单元在预设温度T0下的校准偏置数据offset0，即，在进行校准试验时，以校准用的材料或空气作为扫描对象而非待测的人体或工件、且该像素单元的温度为预设温度T0时，产生的偏置数据。

因此，在本发明的实施例中，为了便于理解，将校准试验中得到的数据称为校准数据，而将当前扫描过程中得到的数据称为当前数据。

X射线响应数据获取模块40用于获取在预设扫描参数条件下上述各像素单元在当前温度下的X射线响应数据gain(扫描对象是待测人体、工件等)。 预设扫描参数可包括X射线源的电压kV，电流mA，扫描方式，扫描时间等。

转换模块30用于根据预存的转换函数获取各像素单元当前的X射线响应数据增量Δgain，该转换函数以各像素单元当前的偏置数据增量和当前温度下的X射线响应数据作为自变量，并以各像素单元当前的X射线响应数据增量作为因变量。

修正模块50用于通过将各像素单元当前温度下的X射线响应数据gain(在温度修正系统及方法流程中，被扫描的物体是待测的人体，工件等)减去各像素单元当前的X射线响应数据增量Δgain，来获取各像素单元修正后的X射线响应数据gain＇。各像素单元修正后的X射线响应数据gain＇，即假设探测器的像素单元没有产生温度漂移时，其应当在当前扫描中产生的X射线响应数据。

下面将对以上各模块所获取的数据进行详细解释：

1，各像素单元的偏置数据，其是指，在没有射线照射条件下的探测器的信号，即未进行X射线曝光时采集的该像素单元的信号，例如，一个像素单元在当前温度下的偏置数据offset是在未进行X射线曝光时采集的当前温度(例如在扫描过程中的实际温度)下的信号，由于材料特性等原因，该像素单元的当前温度一般会由于温度漂移而不同于其预设温度；

2，各像素单元当前的偏置数据增量Δoffset，其是指，该像素单元在其当前温度下的偏置数据offset相对于在预设温度T0下的校准偏置数据offset0的增量；

3，各像素单元当前的X射线响应数据gain，其是指，在以待测人体或工件作为扫描对象所进行的当前扫描过程中，在进行X射线曝光时采集的该像素单元在其当前温度下的信号；

4，各像素单元当前的X射线响应数据增量Δgain理论上是指，各像素单元在当前温度下的X射线响应数据gain相对于在其预设温度T0下的校准X射线响应数据gain0的差值。各像素单元在预设温度T0下的校准X射线响应数据gain0，是指在进行校准试验时获得的X射线响应数据。各像素单元在预设温度T0下的校准X射线响应数据gain0应用在下述的转换函数确定流程中。

下面将详细介绍如何确定转换函数以及利用确定好的转换函数进行温度修正的具体原理：

图2为X射线探测器的各像素单元的偏置数据随该像素单元的温度变化 的示意图。如图2所示，通过研究发现，进行X射线医学扫描时，各像素单元的偏置数据随其温度是线性变化的，因此可以得出：

Δoffseti＝ηΔTi， (1)

其中，Δoffseti为X射线探测器的像素单元在非预设温度Ti(Ti≠T0)下的校准偏置数据offseti相对于该像素单元在预设温度T0下的校准偏置数据offset0的增量，η为常数，ΔTi为该非预设温度Ti相对于预设温度T0的增量。

根据上式(1)可知，可以用校准偏置数据增量Δoffseti来代表温度增量ΔTi，即：

$\mathrm{\ΔTi}=\frac{1}{\mathrm{\η}}\mathrm{\Δoffseti}---\left(2\right)$

图3为X射线探测器的各像素单元的X射线响应数据随该像素单元的温度变化的示意图。如图3所示，由于探测器各像素单元的X射线响应数据是随该像素单元的温度变化而变化的，在一个示例中，该变化关系可表示为：

Δgaini＝f(gaini,a′+b′*ΔTi+c′*ΔTi²) (3)

其中，Δgaini为X射线探测器的像素单元在非预设温度Ti下的校准X射线响应数据gaini相对于该像素单元在预设温度T0下的校准X射线响应数据gain0的增量，a′、b′、c′均为常数。

根据上式(2)和(3)，可以实现用校准X射线响应数据增量Δgaini、校准X射线响应数据gaini与校准偏置数据增量Δoffseti之间的关系表示校准X射线响应数据增量Δgaini与温度增量ΔTi之间的关系，并通过对多个非预设温度下的多组数据(每组数据包括校准X射线响应数据增量Δgaini、校准X射线响应数据gaini与校准偏置数据增量Δoffseti)进行拟合建立转换函数，该转换函数以像素单元的偏置数据增量(在进行温度校正的过程中，该偏置数据增量即像素单元当前的偏置数据增量)和X射线响应数据(在进行温度校正的过程中，该偏置数据增量即像素单元当前温度下的X射线响应数据)作为自变量，X射线响应数据增量(在进行温度校正的过程中，该X射线响应数据增量即像素单元当前的X射线响应数据增量)作为因变量，该转换函数表示为：

Δgain＝f(gain,Δoffset) (4)

其中，Δgain为各像素单元当前的X射线响应数据增量，gain为各像素单元当前温度下的X射线响应数据，Δoffset为各像素单元当前的偏置数据增量。

因此，在修正由于温度漂移造成的图像信号漂移的问题时，可以将偏置数据增量获取模块20获取的各像素单元当前的偏置数据增量Δoffset以及X射线响应数据获取模块40获取的各像素单元在当前温度下的X射线响应数据gain代入上式(4)中，并执行上式(4)的运算法则来获取各像素单元当前的X射线响应数据增量Δgain，并将该当前的X射线响应数据增量Δgain从当前的X射线响应数据gain中减去，即可获得修正后X射线响应数据gain＇，即：

gain＇＝gain-Δgain (5)

图4为本发明另一个实施例提供的X射线探测器的温度修正系统的框图。如图4所示，为了确定合适的转换函数，本发明实施例的X射线探测器的温度修正系统还包括转换函数确定模块60和X射线响应数据增量获取模块70，并且本发明的实施例中的各模块还用于执行以下动作：

偏置数据获取模块10还用于获取各像素单元在该至少一个非预设温度Ti下的校准偏置数据offseti；

偏置数据增量获取模块20还用于将各像素单元在该至少一个非预设温度Ti下的校准偏置数据offseti减去该像素单元在预设温度T0下的校准偏置数据offset0，以得到各像素单元在该至少一个非预设温度Ti下的校准偏置数据增量Δoffseti；

X射线响应数据增量获取模块70用于获取各像素单元在该至少一个非预设温度Ti下的校准X射线响应数据gaini以及在预设温度T0下的校准X射线响应数据gain0之间的差值(应用于确定转换函数的流程，扫描对象是非待测人体)，以作为各像素单元在该至少一个非预设温度Ti下的校准X射线响应数据增量Δgaini；

转换函数确定模块60，用于根据各像素单元在该至少一个非预设温度Ti下的校准偏置数据增量Δoffseti、校准X射线响应数据gaini和校准X射线响应数据增量Δgaini之间的对应关系确定上述转换函数(4)。

可选地，为了更精确地对X射线探测器进行温度修正，各像素单元在该至少一个非预设温度Ti下的校准偏置数据offseti是在多次扫描中得到的多个校准偏置数据的平均值，各像素单元在该至少一个非预设温度下的校准X射线响应数据gaini是在上述多次扫描中得到的多个校准X射线响应数据的平均值。

在一种实施例中，上述转换函数(4)具体可确定为：

Δgain＝f(gain,a+b*Δoffset) (6)

为了对X射线探测器进行更精确的温度修正，上述转换函数(4)可进一步表示为：

Δgain＝f(gain,a+b*Δoffset+c*Δoffset²) (7)

上式(6)、(7)中，a、b、c均为常数。

具体地，可通过拟合各像素单元在该至少一个非预设温度下的校准X射线响应数据增量Δgaini、校准偏置数据增量Δoffseti、校准X射线响应数据与上述转换函数(6)或(7)获得a、b、c的值。

图5为本发明另一个实施例提供的X射线探测器的温度修正系统的框图。利用上式(4)，可获得探测器的像素单元在当前温度下的X射线响应数据增量Δgain，并利用测得的当前的X射线响应数据减去该增量，来获得修正后的X射线响应数据gain＇。本实施例中，可根据上述原理对上式(4)进行变形，以直接将像素单元在当前温度下的偏置数据以及X射线响应数据作为自变量，来直接获取该像素单元修正后的X射线响应数据gain＇，原理如下：

由上式(4)可得：

(gain-gain＇)＝f(gain，offset-offset0) (8)，

其中，offset0为像素单元在预设温度下的校准偏置数据，其为已知的定值；offset为像素单元在非预设温度下的偏置数据，其为在进行当前扫描时测得的该像素单元在当前温度下的偏置数据；gain为：在进行当前扫描时测得的当前温度下的X射线响应数据；gain＇为：在进行当前扫描时需要求得的修正后的X射线响应数据(即，假设当前扫描时该像素单元没有发生温度漂移时获得的X射线响应数据)。

由于offset0为定值，根据上式(8)，可获得以各像素单元在当前温度下的偏置数据offset以及X射线响应数据gain为自变量，并以各像素单元修正后的X射线响应数据gain＇作为因变量的转换函数：

gain＇＝gain-f＇(gain，offset) (9)。

因此，本实施例的X射线探测器的温度修正系统包括偏置数据获取模块10＇、X射线响应数据获取模块40＇以及修正模块80。

偏置数据获取模块10＇用于获取X射线探测器各像素单元在当前温度下的偏置数据offset；X射线响应数据获取模块40＇用于获取在预设扫描参数 下各像素单元在当前温度下的X射线响应数据gain；修正模块80用于，根据预存的转换函数(9)获取各像素单元修正后的X射线响应数据gain＇，即其在预设温度下的X射线响应数据。其中上述转换函数(9)以各像素单元当前温度下的偏置数据offset和X射线响应数据gain作为自变量，并以各像素单元修正后的X射线响应数据gain＇作为因变量。

图6为本发明一个实施例提供的X射线探测器的温度修正方法的流程图。如图6所示，该方法包括以下步骤：

步骤S61：获取X射线探测器各像素单元在当前温度下的偏置数据offset；

步骤S62：将各像素单元当前温度下的偏置数据offset减去该像素单元在预设温度T0下的校准偏置数据offset0，以获取各像素单元当前的偏置数据增量Δoffset；

步骤S63：获取在预设扫描参数下各像素单元在当前温度下的X射线响应数据gain；

步骤S64：根据预存的转换函数获取各像素单元当前的X射线响应数据增量Δgain，其中该转换函数以各像素单元当前的偏置数据增量Δoffset和当前温度下的X射线响应数据gain作为自变量，并以各像素单元当前的X射线响应数据增量Δgain作为因变量；

步骤S65：通过将各像素单元当前温度下的X射线响应数据gain减去各像素单元当前的X射线响应数据增量Δgain，获取各像素单元修正后X射线响应数据gain＇。

上述X射线探测器的温度修正方法的实施例具体可由图所示的X射线探测器的温度修正系统来执行，例如，分别通过偏置数据获取模块10、偏置数据增量获取模块20、X射线响应数据获取模块40、转换模块30以及修正模块50来执行步骤S61-S65。

可选地，步骤S64之前还包括转换函数获取的步骤，图7为图6中步骤S64之前转换函数获取的流程图。如图7所示，转换函数获取具体包括步骤S60a-S60d：

步骤S60a：获取各像素单元在至少一个非预设温度Ti下的校准偏置数据offseti；例如，本步骤中，可通过偏置数据获取模块10获取各像素单元在至少一个非预设温度Ti下的校准偏置数据offseti。

步骤S60b：将各像素单元在该至少一个非预设温度Ti下的校准偏置数 据offseti减去各像素单元在预设温度T0下的校准偏置数据offset0，以得到各像素单元在该至少一个非预设温度Ti下的校准偏置数据增量Δoffseti；本步骤可通过偏置数据增量获取模块20来执行。

步骤S60c：获取各像素单元在该至少一个非预设温度Ti下的校准X射线响应数据gaini以及在预设温度T0下的校准X射线响应数据gain0之间的差值(gaini-gain0)，以作为各像素单元在该至少一个非预设温度Ti下的校准X射线响应数据增量Δgaini；本步骤可通过X射线响应数据增量(扫描对象为确定转换函数用的材料或空气，非待测人体)获取模块70来执行。

步骤S60d：根据各像素单元在该至少一个非预设温度Ti下的校准偏置数据增量Δoffseti、校准X射线响应数据gaini和X射线响应数据增量Δgaini之间的对应关系确定上述转换函数并对确定的转换函数进行存储。本步骤可通过转换函数确认模块60执行。图8为本发明另一个实施例提供的X射线探测器的温度修正方法的流程图。如图8所示，该方法包括以下步骤：

步骤S81：获取X射线探测器各像素单元在当前温度下的偏置数据offset；

步骤S82：获取在预设扫描参数下各像素单元在当前温度下的X射线响应数据gain；

步骤S83：根据预存的转换函数(9)获取各像素单元修正后的X射线响应数据gain＇。

图8所示的X射线探测器的温度修正方法具体可由图5所示的X射线探测器的温度修正系统来执行，例如，分别通过偏置数据获取模块10＇、偏置X射线响应数据获取模块40＇以及修正模块80来执行步骤S81-S33。

图9A-9E为利用上述X射线探测器的温度修正系统及方法进行温度修正后获得的图像与传统温度修正获得的图像的对比图。其中，图9A示出了探测器在标准温度26℃(例如上述的预设温度)时获取的图像；图9B示出了探测器温度在46℃时且未进行温度修正时获取的图像；图9C示出了探测器温度在46℃时但利用了本发明的温度修正系统及方法进了温度修正后获取的图像；图9D示出了图9B与图9A中图像数据相减后获取的图像；图9E示出了图9C与图9A中图像数据相减后获取的图像。从图9B和图9D可以看出，未利用本发明的温度修正系统及方法进行温度修正时，获取的图像具有明显的伪影(位于图像中心部分)，由图9C和9E可以看出，利用本发明进行温度修正后，去除了图像伪影，并且与标准温度下的图像(图9A)差异很 小。

本发明实施例中的X射线探测器的温度修正系统和方法通过利用获取的偏置数据增量来确定当前的X射线响应数据增量，并将该当前的X射线响应数据增量从当前的X射线响应数据减去，以能够得到各个像素单元在预设温度下的图像数据，能够有效去除伪影，增强图像质量。相较传统的温度控制方法，减少了由于温度传感元器件差异造成的误差，且成本低，无需使用温度传感器、线缆、数据读出装置等。

本领域技术人员应当理解，本发明的上述实施例虽然只示例性地描述了利用两种转换函数获取修正后的X射线响应数据的方式，但是其原理都是利用了将本需要测量的温度漂移(温度增量)与X射线响应数据的变化之间的关系，转化为中间数据(例如，随温度变化的偏置数据增量、随温度变化的偏置数据、随温度变化的X射线响应数据增量、随温度变化的X射线响应数据)的变化与修正后X射线响应数据的变化之间的关系，从而避免直接测量温度漂移，而通过将该中间数据作为自变量来建立转换函数，并最终获取修正后的X射线响应数据。因此，即使对上述的转换函数进行形式上的任何变化，只要是以温度漂移的偏置数据和修正后的X射线响应数据之间的中间数据作为变量来获取修正后的X射线响应数据的方法都应视为落入了本发明的保护范围。

上面已经描述了一些示例性实施例。然而，应该理解的是，可以做出各种修改。例如，如果所描述的技术以不同的顺序执行和/或如果所描述的系统、架构、设备或电路中的组件以不同方式被组合和/或被另外的组件或其等同物替代或补充，则可以实现合适的结果。相应地，其他实施方式也落入权利要求的保护范围内。

把本发明实施到CT探测器、X射线平板探测器，工业用CT探测器，工业用X射线平板探测器，及光电二级管阵列探测器上，也落入本发明的保护范围内。