一种基于辅助模体的x射线探测器校准方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于辅助模体的X射线探测器校准方法，包括有与待测样品一同进行检测的辅助模体，通过辅助模体，将辅助模体与待测样品一同进行检测。初步成像后，采用图形分割和识别算法，将模体与待测物体分开，将模体成像数据与实际已知特征对比，在离线校正的基础上，对系统进行二次校正后，再次进行成像。采用本发明技术方案，可以在检查时，在线校正探测器参数，提高图像结果的精度与准确性，提升图像精度，且成本低。
【专利说明】一种基于辅助模体的X射线探测器校准方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于数字X射线探测器领域，具体涉及一种基于辅助模体的X射线探测器 校准方法。
【背景技术】
[0002] 随着技术的进步，X射线成像最初的模拟成像技术已经基本被数字成像技术取 代。相对于模拟成像技术而言，数字成像技术以成像时间短，成像质量佳和数字图像易于传 输和存储等特点，在医学，工业探伤，公共安全等领域获得了广泛的应用。
[0003] 数字X射线探测器结构示意如图1所示，其工作原理为入射的X射线经闪烁晶体 层转换为可见光后，由非晶硅阵列光电二极管将光信号转换为电荷，最后读出电路对电荷 信号逐个取出编号后转换为数字信号，再传送至计算机处理。在此过程中，X射线的束流强 度与闪烁晶体层转换的可见光强度成正比，可见光强度与光电二极管阵列转换的电荷量成 正比，因此将电荷量数字化后，处理得到X射线数字图像。
[0004] 受制造工艺和电路特性的制约，各个像素点上的闪烁体和非晶硅阵列光电二极管 转换效率不同，在入射X射线强度相同的条件下，各像素点上得到的数值大小不同。因此探 测器输出的原始图像必须经过偏置、增益和坏像素等一系列校正过程。目前主流的增益校 正是首先获得在无X射线条件下探测器阵列的响应(空采图像)，再在X射线条件下无曝光 物体的平面场图像(空曝图像);对两次数据进行处理，对探测器进行校正。这种方法存在的 问题是：该方案属于离线校正方法，探测器受到温度，工作条件，以及使用时间等因素的影 响，其响应是时变的，不能保证校正时参数和使用时参数的增益完全一致，因此需要规律性 的校正，来维护探测器性能。而且，由于缺少标准形状，对探测器的畸变和散射伪影的校正 效果较差。
[0005] 在此基础上，专利CN201110260595- -种运用于平板C⑶畸变的校正方法给出了 一种新的离线校正方法。其在空采图像和空曝图像的基础上，增加了结构形状已知加工有 阵列孔的板状构件，根据构件图像，对其进行分割处理后。对探测器的畸变和散射伪影进行 校正。
[0006] 专利CN201010520739-平板探测器及其温度校准方法与图像校正方法中给出了 一种在线校正的方法。其在平板探测器背部设置了数个温度传感器，根据温度传感器的数 值，对平板探测器所在的温度场进行差值拟合。然后得到每个探测器像素位置上的估计温 度。最后，根据估计温度，计算探测器的增益校正系数，对探测器的增益进行校正。这种方 法，减小了探测器性能衰变对成像结果的影像。但是无法对探测器的畸变和散射伪影进行 校正。
[0007] 综上所述，目前探测器的校正方法可以分为离线校准方法和在线校准方法两类。 离线校准方法即在对待测样品扫描之前，先对专用辅助模体成像得到系统的校正参数，然 后对系统进行机械调整或者将求得的校正参数代入到图像重建程序中，之后保证系统固 定不动，进行待测样品试验。在线校准是利用待测样品的信息，来反推系统的校正参数的 方法。
[0008] 离线校准的优势在于采用特制辅助模体，能够得到系统全部的校正信息；缺陷在 于，校正和采集两个过程时间上相互独立，校正系数可能因为时间、温度、机械结构等原因 部分失效，导致成像质量下降。在线校准方法尤其在机械不稳定系统、高分辨率、需要频繁 调整的系统等中具有优势；但因为待测样品的几何信息未知，因此难以得到全部的校正参 数。
[0009] 本发明的目的在于，通过特殊设计的辅助模体，将其与待测样品一同进行检测。初 步成像后，采用图形分割和识别算法，将辅助模体与待测物体分开。将辅助模体成像数据与 实际几何特征已知对比，在离线校正的基础上，对系统进行二次校正后，再次进行成像，从 而提高成像的质量与精度。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种基于辅助模体的X射线探 测器校准方法。
[0011] 为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现： 一种基于辅助模体的X射线探测器，包括有与待测样品一同进行检测的辅助模体。
[0012] 进一步的，所述辅助模体包括上下端面的尼龙扣指带和尼龙扣腕带，分别绕于尼 龙扣指带和尼龙扣腕带上的柔性金属丝，以及设置在尼龙扣指带和尼龙扣腕带之间的多个 标准密度模块，所述标准密度模块通过黏合的方式形成一个整体，所述标准密度模块通过 碳纤维束带与尼龙扣指带和尼龙扣腕带接合。
[0013] 一种基于辅助模体的X射线探测器校准方法，通过辅助模体，将辅助模体与待测 样品一同进行检测。初步成像后，采用图形分割和识别算法，将模体与待测物体分开，将模 体成像数据与实际几何特征已知对比，在离线校正的基础上，对系统进行二次校正后，再次 进行成像，具体包括以下步骤： 步骤1、获取空采图像，采集无X射线条件下探测器阵列的响应； 步骤2、获取空曝图像，在X射线条件下无曝光物体的平面场图像； 步骤3、获得校正参数，根据结果进行运算，得到探测器的第一次校正参数和漂移值； 步骤4、患者扫描，患者在准备室时，带上医用校正模体，将10尼龙扣腕带扣住手腕后， 调整1尼龙扣指带位置，并将指带扣在小指根部，然后进入屏蔽房准备进行检查； 步骤5、初步图像重建，病人扫描完成后，使用第一次校正参数进行图像重建，得到包含 模体和患者信息初步重建图像； 步骤6、图像特征提取，对初步重建图像进行特征提取，分割处理，得到模体部分的图 像； 步骤7、模体校正，比较模体位置上探测器的实测值和理论值，得到部分探测器增益 校正参数的修正值，再根据探测器间的相关关系，反推整个探测器的增益校正参数的修正 值； 步骤8、校正参数修正，根据模体部分图像的形状特征与模体的实际形状，得到部分探 测器几何校正参数的修正值，在根据探测器件的相关关系，反推整个探测器的几何校正参 数的修正值； 步骤9、第二次图像重建，将得到所有校正参数的修正值。使用修正后的校正参数，对原 始数据进行处理，进行第二次图像重建； 步骤10、结果输出，重建完成后，将结果输出，供医生和患者参考，一次扫描流程结束， 进行下一个患者或其它待测样品检测则跳转至步骤1则跳转至步骤1。
[0014] 进一步的，对于该探测器上每个像素点响应的理论计算公式如下： + 5 + 其中a是模体A的衰减系数，与X射线光子能量相关，S是常数 为-1000,使水的衰减值归零，e是探测器的漂移值，由于模体密度P4已知，所以可以计算 出理论的探测器响应值，将理论值和实际采集值进行比较处理后，能够得到新的 校正系数。
[0015] 进一步的，该方法包括对探测器的增益校正参数修正和对探测器的几何校正参数 修正。
[0016] 进一步的，所述步骤4和步骤5中，待测样品非患者时，辅助模体的设置位置为固 定在传送带附近、探测器附近、待测样品上三者之中的一种。
[0017] 本发明的有益效果是： 1、通过使用特制的小型辅助模体，可以在检查时，在线校正探测器参数，提高图像结果 的精度与准确性，在采集患者信息的同时可以对设备校正参数进行修正，以保证校正参数 的时效性。同时，由于本模体在患者采集时同时使用，不影响设备的使用寿命。同时根据修 正情况，能够合理判断进行离线校正的时机，加大两次离线校正过程的时间间隔，减少离线 校正的工作量，提高设备的使用寿命和有效性。
[0018] 2、通过重建，修正校正参数的方法，从而提升二次重建精度。
[0019] 3、本发明不但能够对探测器的增益校正参数进行修正，也能对探测器的几何校正 参数进行修正。同时，本发明不需要在探测器后增加温度传感器，以检查温度场情况。进一 步降低了成本与制造难度。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1为普通的数字X射线探测器结构示意图； 图2为本发明中的一种医用的辅助模体结构示意图； 图3为本发明的流程框图。
[0021] 图中标号说明：1、尼龙扣指带，2、11、柔性金属丝，3、4、5、6、7、8、9、标准密度模块， 10、尼龙扣腕带，11、柔性金属丝，12、非晶硅阵列，13、列驱动板，14、闪烁体层，15、集成电路 读出板。
【具体实施方式】
[0022] 下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
[0023] -种基于辅助模体的X射线探测器，其特征在于，包括有与待测样品一同进行检 测的辅助模体。
[0024] 参照图2所示，所述辅助模体包括上下端面的尼龙扣指带1和尼龙扣腕带10,分 别绕于尼龙扣指带1和尼龙扣腕带10上的柔性金属丝2和柔性金属丝11，以及设置在尼 龙扣指带1和尼龙扣腕带10之间的多个标准密度模块，本实施例设有七个，标号为图2中 3至9,所述标准密度模块通过黏合的方式形成一个整体，所述标准密度模块通过碳纤维束 带与1尼龙扣指带1和尼龙扣腕带10接合；在尼龙扣指带1和尼龙扣腕带10上安置柔性 金属丝2和柔性金属丝11，带来X射线的金属散射，使二次校正的校正参数能够对散射伪影 进行一定程度的修正；二是成像时金属丝围成环形能体现患者手腕和手指的直径，为人体 内部结构重建，提供辅助参数。
[0025] 参照图3所示，一种基于辅助模体的X射线探测器校准方法，其特征在于，通过辅 助模体，将辅助模体与待测样品一同进行检测。初步成像后，采用图形分割和识别算法，将 模体与待测物体分开，将模体成像数据与实际几何特征已知对比，在离线校正的基础上，对 系统进行二次校正后，再次进行成像，具体包括以下步骤： 步骤1、获取空采图像，采集无X射线条件下探测器阵列的响应； 步骤2、获取空曝图像，在X射线条件下无曝光物体的平面场图像； 步骤3、获得校正参数，根据结果进行运算，得到探测器的第一次校正参数和漂移值； 步骤4、患者扫描，患者在准备室时，带上医用校正模体，将10尼龙扣腕带扣住手腕后， 调整1尼龙扣指带位置，并将指带扣在小指根部，然后进入屏蔽房准备进行检查，腕和指主 要是腕关节与指关节，肌肉与脂肪较少，通过成像后计算金属丝环的尺寸，能够有效反推出 患者关节尺寸，手掌大小与骨骼密度情况，加快重建计算的速度，提升图像精度； 步骤5、初步图像重建，病人扫描完成后，使用第一次校正参数进行图像重建，得到包含 模体和患者信息初步重建图像； 步骤6、图像特征提取，对初步重建图像进行特征提取，分割处理，得到模体部分的图 像； 步骤7、模体校正，比较模体位置上探测器的实测值和理论值，得到部分探测器增益 校正参数的修正值，再根据探测器间的相关关系，反推整个探测器的增益校正参数的修正 值； 步骤8、校正参数修正，根据模体部分图像的形状特征与模体的实际形状，得到部分探 测器几何校正参数的修正值，在根据探测器件的相关关系，反推整个探测器的几何校正参 数的修正值； 步骤9、第二次图像重建，将得到所有校正参数的修正值，使用修正后的校正参数，对原 始数据进行处理，进行第二次图像重建； 步骤10、结果输出，重建完成后，将结果输出，供医生和患者参考，一次扫描流程结束， 进行下一个患者或其它待测样品检测则跳转至步骤1则跳转至步骤1。
[0026] 对于该探测器上每个像素点响应的理论计算公式如下：C^ + 5 + e , 其中a是模体A的衰减系数，与X射线光子能量相关，S是常数为-1000,使水的衰减值 归零，e是探测器的漂移值，由于模体密度已知，所以可以计算出理论的探测器响应值 ，将理论值和实际采集值进行比较处理后，能够得到新的校正系数。
[0027] 该方法包括对探测器的增益校正参数修正和对探测器的几何校正参数修正。
[0028] 所述步骤4和步骤5中，待测样品非患者时，辅助模体的设置位置为固定在传送带 附近、探测器附近、待测样品上三者之中的一种。
[0029] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技 术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修 改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种基于辅助模体的X射线探测器，其特征在于，包括有与待测样品一同进行检测 的辅助模体。
2. 根据权利要求1所述的基于辅助模体的X射线探测器，其特征在于，所述辅助模体包 括上下端面的尼龙扣指带（1)和尼龙扣腕带（10)，分别绕于尼龙扣指带（1)和尼龙扣腕带 (10)上的柔性金属丝（2,11)，以及设置在尼龙扣指带（1)和尼龙扣腕带（10)之间的多个标 准密度模块，所述标准密度模块通过黏合的方式形成一个整体，所述标准密度模块通过碳 纤维束带与（1)尼龙扣指带（1)和尼龙扣腕带（10)接合。
3. -种基于辅助模体的X射线探测器校准方法，其特征在于，通过辅助模体，将辅助模 体与待测样品一同进行检测。
4. 初步成像后，采用图形分割和识别算法，将模体与待测物体分开，将模体成像数据与 实际几何特征已知对比，在离线校正的基础上，对系统进行二次校正后，再次进行成像，具 体包括以下步骤： 步骤1、获取空采图像，采集无X射线条件下探测器阵列的响应； 步骤2、获取空曝图像，在X射线条件下无曝光物体的平面场图像； 步骤3、获得校正参数，根据结果进行运算，得到探测器的第一次校正参数和漂移值； 步骤4、患者扫描，患者在准备室时，带上医用校正模体，将10尼龙扣腕带扣住手腕后， 调整1尼龙扣指带位置，并将指带扣在小指根部，然后进入屏蔽房准备进行检查； 步骤5、初步图像重建，病人扫描完成后，使用第一次校正参数进行图像重建，得到包含 模体和患者信息初步重建图像； 步骤6、图像特征提取，对初步重建图像进行特征提取，分割处理，得到模体部分的图 像； 步骤7、模体校正，比较模体位置上探测器的实测值和理论值，得到部分探测器增益 校正参数的修正值，再根据探测器间的相关关系，反推整个探测器的增益校正参数的修正 值； 步骤8、校正参数修正，根据模体部分图像的形状特征与模体的实际形状，得到部分探 测器几何校正参数的修正值，在根据探测器件的相关关系，反推整个探测器的几何校正参 数的修正值； 步骤9、第二次图像重建，将得到所有校正参数的修正值。
5. 使用修正后的校正参数，对原始数据进行处理，进行第二次图像重建； 步骤10、结果输出，重建完成后，将结果输出，供医生和患者参考，一次扫描流程结束， 进行下一个患者或其它待测样品检测则跳转至步骤1。
6. 根据权利要求3所述的基于辅助模体的X射线探测器校准方 法，其特征在于，对于该探测器上每个像素点响应的理论计算公式如下： + 6 + 其中α是模体A的衰减系数，与X射线光子能量相关，δ是常数 为-1000,使水的衰减值归零，ε是探测器的漂移值，由于模体密度A1已知，所以可以计算 出理论的探测器响应值》?fer，将理论值和实际采集值进行比较处理后，能够得到新的 校正系数。
7. 根据权利要求3所述的基于辅助模体的X射线探测器校准方法，其特征在于，该方法 包括对探测器的增益校正参数修正和对探测器的几何校正参数修正。
8.根据权利要求3所述的基于辅助模体的X射线探测器校准方法，其特征在于，所述步 骤4和步骤5中，待测样品非患者时，辅助模体的设置位置为固定在传送带附近、探测器附 近、待测样品上三者之中的一种。
【文档编号】A61B6/00GK104306008SQ201410563078
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月22日 优先权日:2014年10月22日
【发明者】张寅 , 袁刚, 刘敏, 徐品, 陈奭, 吴中毅, 范梅生 申请人:中国科学院苏州生物医学工程技术研究所