一种二次荧光的断层合成影像设备及其成像方法与流程

本发明涉及一种二次荧光的断层合成影像设备及其成像方法。

背景技术：

2018年全球有约1700万例癌症新发病例，死亡病例950万。在男性中，肺癌发病率最高；在女性中，乳腺癌发病率最高，其次是肺癌。大多数癌症在患者出现症状和处于晚期时才被发现，直接影响到治愈成功率。

放射影像（radiography）使用少量的电离辐射来生成人体内部结构的图片。x射线是医学成像最常用的形式。由于不同的器官及其不同的密度对穿透身体的x射线吸收程度不同，x射线穿过人体不同部位后的光强差异对比后可以获得内部结构的成像。这些成像可以用于帮助诊断骨折的骨头，寻找损伤或感染以及肿瘤等异物。

数字放射影像（digitalradiography，dr）是放射影像的一种常规形式，它在患者检查过程中使用数字成像板直接捕获成像数据传输进电脑进行分析。此成像数据是2d影像，每个像素代表的是x射线穿过人体内部结构后所映射到该点的信息。该信息由x射线路线上各部位信息重叠汇总而成，因而没有明确的深度信息。当人体器官较厚的时候，dr的2d信息往往不足，无论是作为诊断还是初筛准确率都不尽人意。

计算机断层扫描（computedtomography，或者ct）的引入可以解决dr信息不足的情况。ct仍然是使用x射线，它产生一系列的横截面的切片2d图像，每一张横截面的图像又是通过不同角度扫描后的投影重建而成。这些横截面图像可用于各种诊断和治疗目的，或者拼接这些2d图片获得后的3d信息量也远大于dr的2d信息。但ct最大的问题是其剂量产生的副作用和其昂贵的成本。以胸片为例，dr的剂量约为0.16msv，而ct需要4到8msv。即使是低剂量ct仍然需要1.5msv，并且需要牺牲部分成像质量。同时ct的设备成本较高，无法满足大规模初筛的需求。

dr作为检测肺癌的一项基本技术，具有便利性和低放射剂量的优势；但该技术提供的是重叠后的2d图像，信息混杂通常难以检测到恶性肿瘤。ct进行筛查可以大幅增加检测到的肺癌比例。但ct技术仍是基于放射成像，需要更高的辐射剂量并且成本更高。数字化断层合成（digitaltomosynthesis,dt）是一种介于dr和ct之间的成像技术。它使用接近于dr的剂量，实现一定程度上接近于ct的成像质量，从而可以作为ct筛查的替代方案。dt使用x射线光源，平板探测器，计算机控制的移动部件进行扫描，再通过重建算法来合成断层图像。dt技术已经在乳腺癌检测中开始应用。研究表明，dt除了在乳腺癌筛查中的作用外，还可以在检测肺癌中发挥作用。其在检测潜在的恶性肺结节方面展示出极大的潜力，敏感性远高于dr，剂量和成本却远低于ct，可以作为ct筛查的替代方案。

尽管断层合成dt在科研和概念上获得了一些早期成功的证明，但作为临床成像手段直到最近才成为现实。现有的断层合成dt功能一般只是作为一个全套dr的补充功能来实现，比如ge的volumerad和agfa的dr800。此类设备使用的是传统的库利奇光管和技术，窄角光导致了操作成像的距离不可以太近，功效较低导致了较高的功率和较大的电源和高压转换空间。所以此类设备的体积都会比较大，对于设备的安装和场地要求都会比较高。比如ge的volumerad使用的是悬挂，需要对整个房间进行设置和改造。由于设备的造价和安装的成本都较高，为了有效的降低前期投入的回本时间，此类设备实现的功能会比较全面，一般包含dr的所有功能。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种体积相对较小，安装相对简易的二次荧光的断层合成影像设备及其成像方法。

实现本发明目的的技术方案是：一种二次荧光的断层合成影像设备，包括：

二次荧光光源，适于产生x射线；

光源升降支架，适于带动二次荧光光源垂直移动；

光源转动模组，适于带动二次荧光光源以二次荧光光源的焦点为轴进行翻转，从而获得不同的照射角度，以保证发出的射线始终指向需要被检测的位置；

探测板，适于接收穿过人体后的射线并产生对比度灰度成像；

探测板升降机构，适于带动探测板垂直移动；

水平调节装置，适于驱动光源升降支架在正对探测板的方向上水平移动，从而调节二次荧光光源的焦点到探测板的相对水平距离；

初始距离设置按钮组，设于探测板升降机构上，并适于控制探测板升降机构和水平调节装置内的动力源动作，从而调节二次荧光光源和探测板的初始位置；

控制模组，适于设置扫描参数、控制光源升降支架和探测板升降机构内的动力源动作、采集曝光时序以及图像、合成与分析采集后的图像。

所述二次荧光光源采用多靶材的二次荧光光源；所述二次荧光光源产生的x射线为具有低功率、广角、单能或者多能为主、高光亮的特性的x射线。

所述探测板升降机构包括升降柜和支架；所述探测板与支架滑动连接；所述升降柜内设置与探测板连接的驱动组件；所述初始距离设置按钮组设置于升降柜上。

所述探测板升降机构的支架呈倒u型。

所述探测板升降机构的支架上设置有两根人体支撑扶手；所述探测板位于两根人体支撑扶手之间。

上述二次荧光的断层合成影像设备的成像方法，包括以下步骤：

步骤一，根据被测者的身高，通过初始距离设置按钮组调节二次荧光光源和探测板的初始位置；

步骤二，在控制模组中设置扫描参数；

步骤三，控制模组控制光源升降支架带动二次荧光光源上下移动，并在移动行程中的多个位置进行曝光，在二次荧光光源移动的过程中，光源转动模组带动二次荧光光源以二次荧光光源的焦点为轴翻转，保证发出的射线始终指向需要被检测的位置；同时，控制模组控制探测板升降机构工作，确保探测板处于二次荧光光源曝光时能够采集到图像的位置；

步骤四，控制模组对探测板采集到的图像进行合成。

所述步骤二中设置的扫描参数包括且不限于：探测板与二次荧光光源运动平面之间的距离、被检测部位与探测板之间的距离、扫描角度的范围、多次曝光的位置、曝光时长、探测板与二次荧光光源的电压和电流。

所述步骤四中控制模组采用重建算法对探测板采集到的图像进行合成。

采用了上述技术方案，本发明具有以下的有益效果：（1）本发明使用了高效率的广角二次荧光技术，检测可以在相对较小的空间内完成，普通110v-220v电源即可供电，因此本发明体积相对较小，安装相对简易，使得近距离检测，快速部署，以及低成本均成为可能，将会成为罹患肺癌的高风险患者中的一线肺癌筛查工具，同时本发明不限于肺部筛查，还可以做盆腔，足部等其他部位的影像。

（2）本发明的二次荧光光源采用多靶材的二次荧光光源，多靶材的二次荧光光源可以在同一设备上提供双能减影的功能，通过对胸部进行双能x线检查，并通过减影改善信噪比并减少肋骨的出现，可以帮助识别结节和钙化，提示良性结节；双能减影胸部断层合成对区别钙化和肺结节的检测比常规胸部断层合成具有更高的敏感性。

（3）本发明的探测板升降机构的支架呈倒u型，安装后具有更高的稳定性。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1为本发明的二次荧光的断层合成影像设备的结构示意图。

图2为本发明的二次荧光的断层合成影像设备的立体图。

图3为本发明的实施例1中二次荧光光源与探测器相互对应移动的成像示意图。

图4为本发明的实施例1中二次荧光光源与探测器相互对应移动的成像原理图。

图5为本发明的实施例1中二次荧光光源移动而探测器静止的成像示意图。

图6为本发明的实施例1中生成的重建切片与dr投影图的对比示意图。

附图中的标号为：

二次荧光光源1、光源升降支架2、光源转动模组3、探测板4、探测板升降机构5、水平调节装置6、初始距离设置按钮组7。

具体实施方式

（实施例1）

见图1和图2，本实施例的二次荧光的断层合成影像设备，包括二次荧光光源1、光源升降支架2、光源转动模组3、探测板4、探测板升降机构5、水平调节装置6、初始距离设置按钮组7和控制模组。

所述二次荧光光源采用多靶材的二次荧光光源，适于产生具有低功率、广角、单能或者多能为主、高光亮的特性的x射线。多靶材的二次荧光光源可以在同一设备上提供双能减影的功能，通过对胸部进行双能x线检查，并通过减影改善信噪比并减少肋骨的出现，可以帮助识别结节和钙化，提示良性结节；双能减影胸部断层合成对区别钙化和肺结节的检测比常规胸部断层合成具有更高的敏感性。断层合成dt的发展旨在消除成像的重叠性，从而提供更高的敏感性。断层合成结合了ct和常规dr的优势，可在结节检测中提供比dr更高的准确性，提高医生的信心。对比研究表明，ct可以检测到直径在3.5毫米至25.5毫米之间的肺结节，dt断层扫描可以检测到这些结节的70％，而dr的后前照射仅能检测到其中的22％。

光源升降支架2适于带动二次荧光光源1垂直移动。光源转动模组3适于带动二次荧光光源1以二次荧光光源1的焦点为轴进行翻转，从而获得不同的照射角度，以保证发出的射线始终指向需要被检测的位置。

探测板4适于接收穿过人体后的射线并产生对比度灰度成像。探测板升降机构5适于带动探测板4垂直移动。探测板升降机构5包括升降柜51和支架52。探测板4与支架52滑动连接。升降柜51内设置与探测板4连接的驱动组件。支架52呈倒u型，支架52上设置有两根人体支撑扶手53。探测板4位于两根人体支撑扶手53之间。

水平调节装置6适于驱动光源升降支架2在正对探测板4的方向上水平移动，从而调节二次荧光光源1的焦点到探测板4的相对水平距离。初始距离设置按钮组7设置于升降柜51上，并适于控制探测板升降机构5和水平调节装置6内的动力源动作，从而调节二次荧光光源1和探测板4的初始位置。

控制模组，适于设置扫描参数、控制光源升降支架2和探测板升降机构5内的动力源动作、采集曝光时序以及图像、合成与分析采集后的图像。

控制光源升降支架2、光源转动模组3、探测板升降机构5和水平调节装置6内的动力源均采用电机，控制光源升降支架2、探测板升降机构5和水平调节装置6的传动部件可以是丝杠外加滑块和导轨，光源转动模组3的传动部件可以是皮带轮组件，这些都是市面上可以购买的成熟产品，本实施例中不做赘述。

本实施例的二次荧光的断层合成影像设备的成像方法，包括以下步骤：

步骤一，根据被测者的身高，通过初始距离设置按钮组7调节二次荧光光源1和探测板4的初始位置。

步骤二，在控制模组中设置扫描参数，包括：探测板4与二次荧光光源1运动平面之间的距离、被检测部位与探测板4之间的距离、扫描角度的范围、多次曝光的位置、曝光时长、探测板4与二次荧光光源1的电压和电流。

步骤三，控制模组控制光源升降支架2带动二次荧光光源1从上而下进行移动，而探测器4从下而上运动，如图3和图4所示。它们的移动相互对应，以保证被观测的区域a，b在各个位置的交点附近。光源在a、b、c处分别曝光，而探测板则在对应的a’、b’、c’处进行图像采集。在这个示例中，我们只显示了三个采集点，但实际情况中可以在移动路径中的任何位置进行采集。一般采集的图像数量越多，合成后的图像效果越好，能够区分的a与b的解析度也越高。但是数量越多，对应的辐射剂量也会增加，而图像效果增强的边际效应也会减弱。所以往往会选择一个最优的参数用尽量低的剂量获得足够临床需要的图像质量。如图5所示，探测板4在整个检测过程中也可以静止。这种情况需具备以下几种条件：当被检测物体足够接近探测板；或者探测板面积足够大的条件下；或者待检测的部位相对足够小的情况下；或者需要扫描的角度范围较小时，等等。此时，探测板4可以在保持静止的条件下完全覆盖所有角度的成像。

步骤四，控制模组对探测板4采集到的图像进行合成。图像合成即通过探测板4获得的一组投影图像来重建被测物体内部x射线衰减系数未知的分布。本实施例采用重建算法来对图像进行重建。重建算法的选择和重建参数的优化可以影响重建图像的属性，本发明中可以针对不同的场景选择不同的重建算法，如简单的反投影（bp），矩阵反转断层合成（mits）和滤波反投影（fbp）等。与其他方法相比，fbp被认为发现块状和小钙化更为优越，也是本实施例的首选的算法。重建的结果是一叠切片，这些切片与探测器平行。如图6所示，从图中使用dr的投影图像ⅰ与使用dt的某张重建切片ⅱ对比来看，ⅱ具有更高的对比度和更多的细节，重建切片ⅱ中箭头所指的肺结节也清晰可见。

本发明使用了高效率的广角二次荧光技术，检测可以在相对较小的空间内完成，普通110v-220v电源即可供电，因此本发明体积相对较小，安装相对简易，使得近距离检测，快速部署，以及低成本均成为可能，将会成为罹患肺癌的高风险患者中的一线肺癌筛查工具，同时本发明不限于肺部筛查，还可以做盆腔，足部等其他部位的影像。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。