本发明涉及CT成像技术领域，尤其涉及一种能谱CT成像方法及能谱CT成像系统。
背景技术：
医生在对病人作检查时，会遇到长在人体内难以直观观察到的病灶，或者需要更直观地判断病灶的状态等情况，这个时候就需要借助医疗设备的协助，其中CT就是一种非常常见和有效的手段，而且做CT扫描已经被大多数患者接受。但是CT成像技术存在产生图像不清晰等情况，这使得医生对病情的准确判断产生更大的挑战性，并且辐射问题会使患者在扫描的时候会产生顾虑，甚至会有抵触情绪。
以前CT成像技术仅把X射线作为单一能量考虑，难以克服射线硬化、高剂量、低对比度、无法辨识物质成分等问题。而后来出现的能谱CT成像技术能够充分利用X射线的能谱信息，有效地识别能量差异，辨别物质成分，增强软组织对比度，全方位提升CT的成像质量，这样能更好地解决CT成像的质量问题，使得医生对患者病情的判断的准确率和效率大大提高。
进一步，能谱CT成像技术有X射线连续放射和X射线脉冲放射两种模式。X射线连续放射模式是指X射线发射设备在检查期间始终处于放线状态，产生连续的X射线，通过X射线探测设备自身产生帧频，在每一帧到来时，采集一幅图像的一种传统的采集模式。X射线连续放射模式中，由于在CT工作期间需要始终处于放射状态，所以在X射线探测设备采集的空闲时间，X射线仍然存在，而这部分射线的放射是没有必要的。X射线连续放射不仅增加了X射线发射设备的损耗，而且使患者吸收的辐射剂量增加，并且由于照射时间长，实际上延长了运动时间内射线在X射线探测设备上积分时间，造成图像的清晰度下降，并且X射线连续放射模式采集到的图像上会产生水平或者垂直方向上明显的暗色条纹。X射线脉冲放射模式是指X射线的放射与X射线探测设备接收图像的时刻相同步、进行图像采集的一种采集模式。X射线脉冲放射模式相对于X射线连续放射模式，在同样的周期内，X射线放射时间减少，所以减少了X射线发射设备的损耗，同时也减少了患者吸收的辐射剂量。并且使用同步信号使得X射线探测设备的接收和X射线的放射同步，减少了无用射线在X射线探测设备上的积分时间，增加了图像的清晰度。现有的X射线脉冲放射模式中同步信号产生采用的是基于帧频(指每秒钟放映或显示的帧或图像的数量)的同步，这种同步方式是基于时间的一种同步方式，设置每秒采集的图像数量，利用帧频在各个时间点上进行同步的数据采集，而图像的重建是基于采集数据的角度而不是时间点进行的，这就要求运动平台的转动精度必须要高，否则采集时间和采集位置的不匹配会降低重建后图像的质量。
由此，亟需一种减少辐射剂量的同时提高CT图像质量的能谱CT成像方法及能谱CT成像系统。
技术实现要素：
(一)要解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种减少辐射剂量的同时提高CT图像质量的能谱CT成像方法及能谱CT成像系统。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
本发明一方面提供一种能谱CT成像方法，包括如下步骤：电机驱动用于承载待测对象的运动平台转动，同时安装在电机上的编码器伴随电机的转动发出脉冲信号；运动控制卡接收到脉冲信号后将其传递至PC机；PC机每接收到预设数量的脉冲信号后，向运动控制卡发出启动脉冲信号；运动控制卡接收到启动脉冲信号后同时驱动X射线发射设备和X射线探测设备启动。
根据本发明，运动控制卡接收到启动脉冲信号后驱动X射线发射设备和X射线探测设备启动的步骤具体包括如下子步骤：运动控制卡接收到启动脉冲信号后向电平转换器输出驱动电压；电平转换器接收到驱动电压后将其转换成与X射线发射设备和X射线探测设备适配的触发电压，并同时向二者输出；X射线发射设备和X射线探测设备接收到触发电压后启动。
根据本发明，PC机中存储有预设数量的计算公式，PC机根据该计算公式确定预设数量；预设数量的计算公式为：x＝θ×i×n，x为预设数量，θ为运动平台拍摄转角度数，i为电机与运动平台的传动比，n为编码器单位脉冲量；或者预设数量的计算公式为：x＝θ×i×[(a×b)/360]，x为预设数量，θ为运动平台拍摄转角度数，i为电机与运动平台的传动比，a为编码器的线数，b为编码器的倍频。
根据本发明，运动平台拍摄转角度数、电机与运动平台的传动比和编码器单位脉冲量均根据在PC机中人工输入的相应的输入值确定；或者运动平台拍摄转角度数、电机与运动平台的传动比、编码器的线数和编码器的倍频均根据在PC机中人工输入的相应的输入值确定。
根据本发明，运动控制卡为MPC08运动控制卡，其I/O接口与电平转换器连接，驱动电压由I/O接口输出，并且运动控制卡控制电机驱动运动平台转动。
本发明另一方面提供一种能谱CT成像系统，包括X射线发射设备、X射线探测设备、用于承载待测对象的运动平台、以及与运动平台连接以驱动其转动的电机，还包括编码器、运动控制卡和PC机；其中，编码器安装在电机上，运动控制卡与编码器和PC机连接；其中，编码器能够伴随电机的转动发出脉冲信号，运动控制卡能够接收该脉冲信号并将其传递至PC机，PC机能够在每接收到预设数量的脉冲信号后向运动控制卡发出启动脉冲信号，运动控制卡能够在接收到启动脉冲信号后同时驱动X射线发射设备和X射线探测设备启动。
根据本发明，还包括：电平转换器，电平转换器与运动控制卡、X射线发射设备的外部触发端和X射线探测设备的外部触发端连接；其中，运动控制卡能够在接收到启动脉冲信号后向电平转换器输出驱动电压，电平转换器能够将驱动电压转换成与X射线发射设备和X射线探测设备适配的触发电压并同时向二者输出该触发电压。
根据本发明，PC机中存储有预设数量的计算公式，PC机根据该计算公式确定预设数量；预设数量的计算公式为：x＝θ×i×n，x为预设数量，θ为运动平台拍摄转角度数，i为电机与运动平台的传动比，n为编码器单位脉冲量；或者预设数量的计算公式为：x＝θ×i×[(a×b)/360]，x为预设数量，θ为运动平台拍摄转角度数，i为电机与运动平台的传动比，a为编码器的线数，b为编码器的倍频。
根据本发明，PC机设有输入端，输入端用于输入运动平台拍摄转角度数、电机与运动平台的传动比和编码器单位脉冲量；或者输入端用于输入运动平台拍摄转角度数、电机与运动平台的传动比、编码器的线数和编码器的倍频。
根据本发明，运动控制卡为MPC08运动控制卡，其I/O接口与电平转换器连接，并且运动控制卡与电机连接，以控制电机驱动运动平台转动。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：
本发明的能谱CT成像方法中，电机驱动用于承载待测对象的运动平台转动，同时安装在电机上的编码器伴随电机的转动发出脉冲信号；运动控制卡接收到脉冲信号后将其传递至PC机；PC机每接收到预设数量的脉冲信号后，向运动控制卡发出启动脉冲信号；运动控制卡接收到启动脉冲信号后同时驱动X射线发射设备和X射线探测设备启动。一方面，编码器的脉冲信号的发出是基于其自身的转动，也即间接基于电机的转动，进而间接基于运动平台的转动，由此将运动平台的转动与X射线发射设备和X射线探测设备启动时间相关联，使得CT图像的采集时间和采集位置相匹配，提高CT图像的质量；另一方面，X射线发射设备和X射线探测设备的启动是运动控制卡基于启动脉冲信号同时驱动二者启动的，属于X射线脉冲放射模式，保持了该模式所具有的减少辐射剂量和提高图像清晰度的优点。综上，本发明的能谱CT成像方法能够在减少辐射剂量的同时提高CT图像质量。
本发明的能谱CT成像系统包括X射线发射设备、X射线探测设备、用于承载待测对象的运动平台、与运动平台连接以驱动其转动的电机、编码器、运动控制卡和PC机，编码器安装在电机上，运动控制卡与编码器和PC机连接，编码器能够伴随电机的转动发出脉冲信号，运动控制卡能够接收该脉冲信号并将其传递至PC机，PC机能够在每接收到预设数量的脉冲信号后向运动控制卡发出启动脉冲信号，运动控制卡能够在接收到启动脉冲信号后同时驱动X射线发射设备和X射线探测设备启动。由此，一方面，编码器的脉冲信号的发出是基于其自身的转动，也即间接基于电机的转动，进而间接基于运动平台的转动，将运动平台的转动与X射线发射设备和X射线探测设备启动时间相关联，使得CT图像的采集时间和采集位置相匹配，提高CT图像的质量；另一方面，X射线发射设备和X射线探测设备的启动是运动控制卡基于启动脉冲信号同时驱动二者启动的，属于X射线脉冲放射模式，保持了该模式所具有的减少辐射剂量和提高图像清晰度的优点。综上，本发明的能谱CT成像系统能够在减少辐射剂量的同时提高CT图像质量。
附图说明
图1是如下具体实施方式提供的实施例一中的能谱CT成像系统的连接示意图。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
实施例一
参见图1，在本实施例中提供一种能谱CT成像系统，该能谱CT成像系统包括X射线发射设备、X射线探测设备、运动平台、电机、编码器、运动控制卡和PC机。
具体地，运动平台用于承载待测对象，电机与运动平台连接以驱动其转动，编码器安装在电机上，电机转动一圈时编码器也转动一圈，运动控制卡与编码器和PC机连接。
进一步，编码器能够伴随电机的转动发出脉冲信号，运动控制卡能够接收该脉冲信号并将其传递至PC机，PC机对接收到的脉冲信号的数量进行计数，PC机能够在每接收到预设数量的脉冲信号后向运动控制卡发出启动脉冲信号，运动控制卡能够在接收到启动脉冲信号后同时驱动X射线发射设备和X射线探测设备启动。
由此，一方面，编码器的脉冲信号的发出是基于其自身的转动，也即间接基于电机的转动，进而间接基于运动平台的转动，将运动平台的转动与X射线发射设备和X射线探测设备启动时间相关联，使得CT图像的采集时间和采集位置相匹配，提高CT图像的质量；另一方面，X射线发射设备和X射线探测设备的启动是运动控制卡基于启动脉冲信号同时驱动二者启动的，属于X射线脉冲放射模式，保持了该模式所具有的减少辐射剂量、减少X射线发射设备的损耗、并且消除或降低CT图像上的暗色条纹、减小CT图像的角度误差、提高CT图像质量的优点。综上，本实施例的能谱CT成像系统能够在减少辐射剂量的同时提高CT图像质量。
进一步，在本实施例中，PC机中存储有上述预设数量的计算公式，该计算公式为：
x＝θ×i×n；
其中，x为预设数量，θ为运动平台拍摄转角度数(即运动平台每转动多少角度拍摄一次)，i为电机与运动平台的传动比(即电机与运动平台的转轴T轴的传动比)，n为编码器单位脉冲量(即编码器每转动1°发出的脉冲信号数量)。
PC机根据上述计算公式确定预设数量。以下举例计算过程：
首先，预设数量的计算公式中有三个参量(θ、i、n)。根据所选择的编码器的型号，确定编码器单位脉冲量为27.8个；需要运动平台每转动1°拍摄一次，因此，θ＝1；电机与运动平台的传动比为运动平台和电机之间的固有参数，本实施例中以5:1为例，即电机转动5°时，运动平台转动1°。
然后，根据预设数量的计算公式计算预设数量，x＝1×5×27.8＝139。
由此，运动平台每转动1°，编码器会发出139个脉冲信号。反之，也就是说，编码器每发出139个脉冲信号，就说明运动平台转过了1°，也就说明需要此时启动X射线发射设备和X射线探测设备拍摄一次图像了。
依据上述计算过程的举例，可理解，通过PC机中的计数，以接收到预设数量的脉冲信号作为发射一个启动脉冲信号的条件，并且以启动脉冲信号作为启动X射线发射设备和X射线探测设备的条件，进而将运动平台拍摄转角度数与X射线发射设备和X射线探测设备的启动相匹配，使得CT图像的采集时间和采集位置相匹配，提高CT图像的质量。
进一步，在本实施例中，PC机设有输入端，输入端用于输入运动平台拍摄转角度数、电机与运动平台的传动比和编码器单位脉冲量，也就是说，预设数量的计算公式中的三个参量可根据不同工况由人工输入PC机。当然，不局限于此，在其他实施例中，三个参量中的一个或多个可以是固定存储在PC机中的。
进一步，在本实施例中，能谱CT成像系统还包括电平转换器，电平转换器与运动控制卡、X射线发射设备的外部触发端和X射线探测设备的外部触发端连接。此时，运动控制卡能够在接收到启动脉冲信号后向电平转换器输出驱动电压，电平转换器能够将驱动电压转换成与X射线发射设备和X射线探测设备适配的触发电压并同时向二者输出该触发电压，X射线发射设备和X射线探测设备接收到触发电压后启动。
可理解，在本实施例中，运动控制卡对X射线发射设备和X射线探测设备启动驱动是通过电平转换器实现的，这样，运动控制卡的输出电压可不局限于与X射线发射设备和X射线探测设备适配的触发电压，可根据不同的X射线发射设备和X射线探测设备选取电平转换器来适应运动控制卡。
举例而言，在本实施例中，运动控制卡为MPC08运动控制卡，其I/O接口与电平转换器连接，PC机通过发出启动脉冲信号控制运动控制卡的I/O接口打开，输出24V的驱动电压，可理解，由于驱动电压的输出是基于启动脉冲信号的，所以驱动电压整体输出形成脉冲形式。具有外部触发端的X射线发射设备和X射线探测设备的触发电压为3.3V，由此，电平转换器将24V的驱动电压转换成3.3V的触发电压同时输出给X射线发射设备和X射线探测设备。当然，在X射线发射设备和X射线探测设备的触发电压不同的情况下，可分别对应X射线发射设备和X射线探测设备设置两个电平转换器，以转换出不同的与X射线发射设备和X射线探测设备适配的触发电压，当设置两个电平转换器时，运动控制卡同时向两个电平转换器发出驱动电压，以保证X射线发射设备和X射线探测设备的启动的同时性。
参照图1，具体地，在本实施例中，运动平台为多轴仪运动平台，可沿X轴、Y轴、T轴移动并且绕T轴转动，运动控制卡与电机连接，以控制电机驱动运动平台的T轴转动。
具体地，在本实施例中，，PC机与X射线发射设备和X射线探测设备连接，以控制二者的打开和关闭，该打开和关闭并不意为二者的启动，而是指，在打开状态下，二者可以被启动，在关闭状态下，二者不能被启动。PC机与X射线发射设备和X射线探测设备之间的连接可采用有线连接或无线连接。
具体地，在本实施例中，PC机为台式电脑，PC机与运动控制卡可采用无线或有线的连接方式，并且是双向的连接。更具体地，PC机具有用于与外接收发信号的连接端，该连接端可用于与X射线发射设备和X射线探测设备之间的连接。当然，该连接端还可用于与运动控制卡之间的连接，以用于接收运动控制卡传递出的脉冲信号以及向运动控制卡发出启动脉冲信号。PC机中可设置有计数器，每接收到预设数量的脉冲信号即清零，此时发出启动脉冲信号。
具体地，在本实施例中，编码器为由北京微纳光科仪器有限公司的运动平台自带的编码器。编码器与运动控制卡之间可采用有线或无线连接，以向运动控制卡发出脉冲信号。
具体地，在本实施例中，运动控制卡与电平转换器之间采用有线连接，以向电平转换器输出驱动电压，同样，电平转换器与X射线发射设备和X射线探测设备的外部触发端有线连接，以向二者输出触发电压。更具体地，电平转换器的同一输出端同时与X射线发射设备和X射线探测设备的外部触发端有线连接，简便地保证了同时向X射线发射设备和X射线探测设备输出触发电压，进而保证X射线发射设备和X射线探测设备的启动的同时性。当然，不局限于此，任何可以保证X射线发射设备和X射线探测设备同时启动的连接和输出方式均可用于本发明。
具体地，在本实施例中，X射线探测设备选用Eric公司的Timepix型探测器，X射线发射设备包括X射线控制箱和X射线管，X射线控制箱与PC机连接，并且其外部触发端和电平转换器连接，电平转换器将触发电压发送给X射线控制箱，X射线控制箱激发X射线管发射X射线，X射线管选用微焦点球管。
实施例二
在本实施例中，与实施例一的不同之处在于预设数量的计算公式以及PC机的输入端的作用。
具体地，在本实施例中，预设数量的计算公式为：
x＝θ×i×[(a×b)/360]；
其中，x为预设数量，θ为运动平台拍摄转角度数，i为电机与运动平台的传动比，a为编码器的线数，b为编码器的倍频，360表示的是度数。
以下举例计算过程：
首先，预设数量的计算公式中有四个参量(θ、i、a、b)。根据所选择的编码器的型号，确定编码器的线数为2500，编码器的倍频为4倍频；需要运动平台每转动1°拍摄一次，因此，θ＝1；电机与运动平台的传动比为运动平台和电机之间的固有参数，本实施例中以5:1为例，即电机转动5°时，运动平台转动1°。
然后，根据预设数量的计算公式计算预设数量，x＝1×5×[(2500×4)/360]＝139。
由此，运动平台每转动1°，编码器会发出139个脉冲信号。
综上，因编码器单位脉冲量的计算公式为：n＝(a×b)/360，所以将实施例一中的计算公式中的参量n替换为编码器的线数和编码器的倍频这两个参量。相比而言，编码器的线数和编码器的倍频是编码器的常规参数，更加容易获得。
相应地，PC机的输入端用于输入运动平台拍摄转角度数、电机与运动平台的传动比、编码器的线数和编码器的倍频。
实施例三
在本实施例中提供一种能谱CT成像方法，该能谱CT成像方法可采用实施例一或实施例二的能谱CT成像系统实现。
具体地，本实施例的能谱CT成像方法包括如下步骤：
电机驱动用于承载待测对象的运动平台转动，同时安装在电机上的编码器伴随电机的转动发出脉冲信号；
运动控制卡接收到脉冲信号后将其传递至PC机；
PC机每接收到预设数量的脉冲信号后，向运动控制卡发出启动脉冲信号；
运动控制卡接收到启动脉冲信号后同时驱动X射线发射设备和X射线探测设备启动。
一方面，编码器的脉冲信号的发出是基于其自身的转动，也即间接基于电机的转动，进而间接基于运动平台的转动，将运动平台的转动与X射线发射设备和X射线探测设备启动时间相关联，使得CT图像的采集时间和采集位置相匹配，提高CT图像的质量；另一方面，X射线发射设备和X射线探测设备的启动是运动控制卡基于启动脉冲信号同时驱动二者启动的，属于X射线脉冲放射模式，保持了该模式所具有的减少辐射剂量、减少X射线发射设备的损耗、消除或降低CT图像上的暗色条纹、减小CT图像的角度误差、提高CT图像质量的优点。综上，本实施例的能谱CT成像方法能够在减少辐射剂量的同时提高CT图像质量。
进一步，在本实施例中，PC机中存储有预设数量的计算公式，PC机根据该计算公式确定预设数量。预设数量的计算公式可选自如下两种中的任一种：
第一种预设数量的计算公式为：x＝θ×i×n，x为预设数量，θ为运动平台拍摄转角度数，i为电机与运动平台的传动比，n为编码器单位脉冲量。
第二种预设数量的计算公式为：x＝θ×i×[(a×b)/360]，x为预设数量，θ为运动平台拍摄转角度数，i为电机与运动平台的传动比，a为编码器的线数，b为编码器的倍频，360表示的是度数。
上述两种计算公式的应用在实施例一和实施例二中已经描述，在本实施例中相同，因此不再赘述，PC机设有输入端，针对于第一种计算公式，输入端用于输入运动平台拍摄转角度数、电机与运动平台的传动比和编码器单位脉冲量；针对于第二种计算公式，输入端用于输入运动平台拍摄转角度数、电机与运动平台的传动比、编码器的线数和编码器的倍频。
而在本实施例中，运动控制卡接收到启动脉冲信号后驱动X射线发射设备和X射线探测设备启动的步骤具体包括如下子步骤：
运动控制卡接收到启动脉冲信号后向电平转换器输出驱动电压；
电平转换器接收到驱动电压后将其转换成与X射线发射设备和X射线探测设备适配的触发电压，并同时向二者输出；
X射线发射设备和X射线探测设备接收到触发电压后启动。
其中，运动控制卡为MPC08运动控制卡，其I/O接口与电平转换器连接，驱动电压由I/O接口打开时输出，并且运动控制卡控制电机驱动运动平台转动。举例而言，驱动电压为24V，电平转换器将其转换成3.3V输出给X射线发射设备和X射线探测设备。
综上，上述实施例所描述的本发明的能谱CT成像系统和能谱CT成像方法实现了基于运动平台的定角度的脉冲透视同步方法，即根据运动平台的旋转角度，在每个需要进行成像的角度，同时驱动X射线放射设备和X射线探测设备启动，实现脉冲透视的同步采集。并且与此同时，使得X射线发射设备的损耗减小，并减少了患者吸收的辐射剂量，消除或降低图像上的暗色条纹，减小了图像的角度误差，提高了重建图像的质量。
进一步，上述实施例所描述的本发明的能谱CT成像系统和能谱CT成像方法可在能谱锥束CT下用于测量活体组织密度，具体为将活体组织置于运动平台上，以定量CT测量活体组织密度的原理进行活体组织密度的测量。上述能谱CT成像系统和能谱CT成像方法可以准确测量活体组织密度，有效提高手术的成功率和解决成像不清晰的问题，为能谱CT成像提供更多信息，并且能降低CT扫描时产生的辐射剂量，减少辐射对患者的危害。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。