一种校准飞焦点控制和数据采集之间相位差的方法与流程

本发明属于医学影像技术领域，具体涉及一种ct探测器方法和设备。

背景技术：

第三代ct系统的主要组成部分包括tube(球管)，collimator(限束器)，detector(探测器)。x射线球管发出x光，经过限束器限制形成一个锥形的光束。锥形光束照射到探测器上经过探测器转化为电信号并经过数据采集和转换单元转换为数字信息存储在图像处理系统中。图像处理系统经过一系列的校正算法和图像重建算法生成图像显示在显示器上。从成本和技术成熟程度来说，主流探测器都采用了由很多个探测器模块排列在一个弧形或者多边形的面上来形成整个探测器。每个探测器模块中规则排列一个探测器单元形成的矩阵。

为了提高z向和平面内的采样率因而减少混叠伪影提高图像三维方向的空间分辨率，现有技术提出了使用z向飞焦点切换技术和x向飞焦点技术。在这两种技术中，焦点对应的在z向两个位置或者x方向两个位置之间快速切换。同时，探测器的数据采集要保证奇数和偶数采样正好对应不同的焦点位置。球管的焦点位置切换通常采用球管内置的电磁场偏转装置来偏转电子束来达到。电磁偏转装置的电流电压由高压发生器进行波形控制。而探测器的数据采集一般在探测器模块中或者一个集成的中央数据采集控制板中采用固定周期的脉冲信号进行触发采集。由于两者的控制电路是独立的，所以一般来说总是存在焦点位置控制和探测器数据采集触发脉冲之间的不同步。两者不同步会导致每个采样中的数据均来自两个焦点位置。不同程度的不同步会造成对应程度的采样率降低进而带来了混叠伪影，不仅不能带来飞焦点技术本身的提高空间分辨率目的还会由于焦点位置不同几何参数不同带来的伪影。因而调节飞焦点控制设备和探测器数据采集同步是飞焦点技术的一项关键子技术。

现有技术中一般采用迭代的方式不断调节飞焦点控制和探测器数据采集之间的相位差来达到调节目的。调节目标通常要求达到奇数和偶数采样所对应的被测量差异最大化。此被测量通常包括准直器开口在探测器上的投影大小或者高密度特征形状的物体在探测器上的投影。这种调节技术时间很长，需要反复多次调节。现有专利us7277522b2中提供了一种方法给定一个解析表达式来同时调节焦点位置偏移量和相位差。此种方法仍然需要多次测量并且采用解析表达式辅助进行插值得到最佳位置偏移量和相位差。现有专利cn103800025a公开了一种散焦校正方法该测量散焦强度的方法包括：获取未进行散焦校正的基础图像；对基础图像进行正投影，得到原始投影值；将原始投影值转化为原始强度值；根据该原始强度值以及x射线球管的散焦强度分布，计算散焦引起的误差强度；根据该误差强度计算误差投影；将误差投影进行图像重建，得到误差图像；以及从该基础图像中减去误差图像，得到最终校正后的图像。

技术实现要素：

本发明提出利用两个不进行飞焦点切换的扫描数据和一个飞焦点切换的扫描数据通过计算直接得出相位差的方法。克服了两个控制变量同时求解，求解困难，时间长的技术问题。具体技术方案如下：

一种校准飞焦点控制和数据采集之间相位差的方法，包括以下步骤：

s1、安装球管并进行机械位置对准；

s2、选定一个飞焦点位置控制参数使得第一个飞焦点和第二个飞焦点不重合；

s3、设置开口位置或放置高密度吸收物质；一般的来说放得离开口位置近一些可以使焦点位置的微小变动在探测器上表现效果更强一些；

s4、采用第一个飞焦点位置进行第一个扫描得到信号分布f1；采用第二个飞焦点位置进行第二个扫描得到信号分布f2；

s5、采用飞焦点扫描方式进行第三个扫描，对奇数采样和偶数采样进行平均后分别得到信号分布o和信号分布e；

s6、计算飞焦点控制和探测器数据采集之间的延迟δt并保存在系统配置参数中。

具体地，所述步骤s3中开口位置沿飞焦点扫描方向设置。

具体地，所述步骤s3中高密度吸收物质为任意形状。

具体地，所述步骤s4中信号分布的采集方式还包括对探测器收到的信号进行参考模块校正、针对一个射线路径上不放置任何限束器或高密度物质的参考扫描进行矫正的、对探测器收到的信号进行滤波锐化处理。

具体地，所述步骤s4中的信号分布f1和信号分布f2奇数采样部分满足下列表征公式：(1-a)*f1+a*f2；其中a为焦点位置切换和数据采集延迟的控制参数；

具体地，所述步骤s4中的信号分布f1和信号分布f2偶数采样部分满足下列表征公式：a*f1+(1-a)*f2；其中a为焦点位置切换和数据采集延迟的控制参数；

具体地，所述步骤s6的计算方法具体包括以下步骤：

1)求解最优化问题使得信号分布f1和信号分布f2中的奇数采样对应的信号分布与偶数采样对应的信号分布和步骤s5中的信号分布o和信号分布e的误差最小；

2)计算得到焦点位置切换和数据采集延迟的控制参数a和延迟δt。

具体地，所述步骤1)中包括设置参数b，得到

h＝b*f1+(1-b)*f2，

g＝(1-b)*f1+b*f2；

求解最优化问题使得h和g与o和e的误差最小。

具体地，所述步骤2)中采用下列公式计算飞焦点位置控制参数a：

a＝argbmin(|h-o|²+|g-e|²)

具体地，所述步骤2)中采用下列公式计算延迟δt：

δt＝a*t

在后续飞焦点扫描时，探测器或者数据采集控制板中设置延迟δt就可以做到飞焦点扫描控制和数据采集同步。

本申请中设备工作原理为：阴极灯丝通过高电流产生热电子发射第一电子束和第二电子束，第一电子束和第二电子束经过阴极和阳极之间的高压电场分别加速撞击阳极靶上的第一飞焦点和第二飞焦点，对应产生第一x射线束和第二x射线束；其中，电子束位置控制装置可以采用静电场方式或采用通电线圈形成的静磁场偏转第一电子束和第二电子束，

本发明具有以下有益效果：

1、本技术方案利用两个不进行飞焦点切换的扫描数据和一个飞焦点切换的数据直接计算出焦点切换控制和探测器数据采集之间的相位差；无需复杂的解析式，求解过程简单。

2、本方法分离了两个控制变量的求解过程，两个变量求解过程互不影响，更加简便易行，调节时间更加少。

附图说明

图1为本发明中所述设备的结构示意图；

图2为飞焦点控制和数据采集同步性示意图；

图3为实施例1中z方向飞焦点示意图；

图4为实施例2中x方向飞焦点示意图。

附图标记：1-壳体，2-阳极靶，3-阳极靶转轴，4-阴极灯丝，5-电子束位置控制装置，6-第一电子束，7-第二电子束，8-飞焦点a，9-飞焦点b，10-第一x射线束，11-第二x射线束，12-窄开口，13-飞焦点a对应的信号分布，14-飞焦点b对应的信号分布，15-飞焦点c，16-飞焦点d，17-高密度物质，18-飞焦点c对应的信号分布，19-飞焦点d对应的信号分布。

具体实施方式

实施例1

该实施例为z方向飞焦点，如图1所示，一个通常的x射线球管包括壳体1，阳极靶2，阳极靶转轴3，阴极灯丝4，电子束位置控制装置5，阴极灯丝4通过高电流产生热电子发射第一电子束6和第二电子束7，第一电子束6和第二电子束7经过阴极和阳极之间的高压电场分别加速撞击阳极靶2上的飞焦点a8和飞焦点b9，对应产生第一x射线束11和第二x射线束12；

其中，电子束位置控制装置5可以采用静电场方式或采用通电线圈形成的静磁场偏转第一电子束和第二电子束7。

用于控制飞焦点切换的控制电流和电压以及探测器采样的脉冲触发信号关系如图2所示，飞焦点位置切换和数据采集的周期为t。其中焦点控制曲线图中高电平对应一个焦点位置，低电平对应另外一个焦点位置。数据采集曲线图中其中高电平部分对应奇数采样、低电平部分对应偶数采样。此示意图中焦点控制和数据采集之间存在延时为δt，焦点控制和数据采集的相位差为πδt/t。

一种校准飞焦点控制和数据采集之间相位差的方法，包括以下步骤：

s1、安装球管并进行机械位置对准；

s2、选定一个飞焦点位置控制参数使得飞焦点a8和飞焦点b9不重合；飞焦点位置控制参数可以使用电场来控制焦点位置(对应的控制参数可能是电压)，也可以用磁场来控制焦点位置(对应的控制参数可能是某组线圈的电流)；

s3、在不同焦点位置扫描时，采用一个窄开口来遮挡x射线，因而此开口所造成的x射线在探测器上照射区域不同，探测器各排所接收到的数据不相同；

如图3所示，飞焦点a8和飞焦点b9发出的x射线经过窄开口12后探测器接收到的飞焦点a对应的信号分布13和飞焦点b对应的信号分布14。

s4、本发明提出进行三个扫描，三个扫描均为机架静止在同一个角度的扫描，并且已经通过其它测量焦点位置的方法保证测量时焦点位置是指定位置,第一个扫描采用第一个焦点位置不进行飞焦点切换扫描得到的所有采样平均后信号分布为f1(z)，第二个扫描采用第二个焦点位置不进行飞焦点切换扫描得到所有采样平均后信号分布为f2(z)；

奇数采样对应的探测器采集到的信号分布将为(1-a)*f1(z)+a*f2(z)，

偶数采样对应的采集到的信号分布为a*f1(z)+(1-a)*f2(z)。

s5、第三个扫描采用飞焦点切换模式进行扫描，所有奇数采样平均后得到信号分布为o(z)，所有偶数采样平均后得到e(z)。设定一个参数b，得到

h(z)＝b*f1(z)+(1-b)*f2(z)，

g(z)＝(1-b)*f1(z)+b*f2(z)。

h(z)和g(z)是理论上假定已经知道了参数b计算出来的探测器收到的数据，o和e是探测器实际收到的数据。这个过程就是求解参数b使得理论计算值和实际测量值相等。求解最优化问题使得h(z)和g(z)与o(z)和e(z)的误差最小即可以求出参数a：

a＝argbmin(|h(z)-o(z)|²+|g(z)-e(z)|²),

可以得到

因此可以得到δt＝a*t。

实施例2

该实施例2为x方向飞焦点，在x方向飞焦点扫描时，同样如上述z方向飞焦点扫描方式一样，采用三个扫描来计算相位差。三个扫描均为机架静止在同一个角度的扫描，并且已经通过其它测量焦点位置的方法保证测量时焦点位置是指定位置。

一种校准飞焦点控制和数据采集之间相位差的方法，包括以下步骤：

s1、安装球管并进行机械位置对准；

s2、选定一个飞焦点位置控制参数使得飞焦点c15和飞焦点d16不重合；

s3、x方向飞焦点扫描中两个焦点的位置和探测器的相对位置如图4所示。飞焦点c对应的信号分布18和飞焦点d对应的信号分布19是飞焦点c15和飞焦点d16经过高密度物质17之后在探测器上投影的信号分布；

s4、第一个扫描采用第一个焦点位置不进行飞焦点切换扫描得到的所有采样平均后信号分布为f1(θ)，第二个扫描采用第二个焦点位置不进行飞焦点切换扫描得到所有采样平均后信号分布为f2(θ)，

奇数采样对应的探测器采集到的信号分布将为(1-a)*f1(θ)+a*f2(θ)，

偶数采样对应的采集到的信号分布为a*f1(θ)+(1-a)*f2(θ)。

s5、第三个扫描采用飞焦点切换模式进行扫描，所有奇数采样平均后得到信号分布为o(θ)，所有偶数采样平均后得到e(θ)。设定一个参数b，得到

h(θ)＝b*f1(θ)+(1-b)*f2(θ)，

g(θ)＝(1-b)*f1(θ)+b*f2(θ)。

求解最优化问题使得h(θ)和g(θ)与o(θ)和e(θ)的误差最小即可以求出参数

a＝argbmin(|h(θ)-o(θ)|²+|g(θ)-e(θ)|²),

可以得到

因此可以得到δt＝a*t。

本发明提出的上述实施例1应用于z方向飞焦点扫描，可以采用一个在z向的一个狭窄开口，但采用其它开口形状或者是高密度吸收长条状物质只要采用本发明所提出的计算相位差的方法均属于本发明所属权利范围。

本发明提出上述实施例2应用于x方向飞焦点扫描时，可以采用一个高密度金属圆柱，也可以采用其它任意形状的高密度吸收物体，也可以采用高密度物质上的一个开口形状，只要采用上述计算方法均属于本发明所属权利范围。

本发明中两个实施例中提出的探测器信号分布可以采用不限于此示例的其它方式得到，比如对探测器收到的信号进行参考模块校正、针对一个射线路径上不放置任何限束器或高密度物质的参考扫描进行矫正的、对探测器收到的信号进行滤波锐化处理的，只要采用上述的分析计算方法仍属于本发明所述权利范围。

本发明中的两个实施例中虽然提出的扫描都是静止扫描，但是遵循本专利精神采用旋转扫描方式进行上述计算方法的处理仍属于本发明所述权利范围。

本发明中的两个实施例中虽然只计算了两个焦点位置的飞焦点切换方式，但是多个焦点位置切换方式以及多个球管或阳极靶仍然可以用本发明所述方法进行计算相位差，仍属于本发明所述权利范围。

上述详细说明是针对本发明其中之一可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本发明技术方案的范围内。