多能成像系统及成像方法与流程

本发明涉及一种多能成像系统及成像方法，属于医疗设备。

背景技术：

1、双能ct成像技术越来越普遍的应用于医疗ct设备中，相比传统单能量ct成像技术，基于双能的虚拟单能成像技术在去除金属伪影，物质定量分析，和减少造影剂用量等情景下具有显著优势。

2、在双能或多能ct领域，目前主流的ct成像技术主要为快速千伏切换技术、双源双探技术以及双层探测器技术，但是这些ct成像技术各有优缺点，如：采用快速千伏切换技术能够完成双能扫描，但是无法实现同一个角度同时采集两个不同能量的数据，且两个能谱的区分度比较差，虚拟单能成像效果一般。采用双能双探的技术能够提高两个能谱的区分度，但是双能量的采集时间间隔较长，容易在虚拟单能图像中引入时间间隔过长导致的运动伪影，且两套射线源系统的成本较高。双探测器的技术优势是可以获得同一个角度的两个不同能量的数据，但是两个能谱的区分度比较差。

3、有鉴于此，确有必要提供一种多能成像系统及成像方法，以解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种低成本、在相同角度能够获得高能和低能x射线图像的多能成像系统及成像方法。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种多能成像系统，包括多能射线源和单个探测器，所述多能射线源产生用于投射成像的射线，并沿所述探测器周向扫描旋转，包括第一射线源和第二射线源，所述第一射线源和所述第二射线源沿所述多能射线源的旋转平面排列，并交替地发射第一能量的射线和第二能量的射线，所述第二射线源在t2n-1时刻的位置与所述第一射线源在t0时刻的位置重合，其中n为自然数；单个所述探测器交替地接收所述第一射线源发射的第一能量的射线和所述第二射线源发射的第二能量的射线并分别成像。

3、作为本发明的进一步改进，所述第一射线源和所述第二射线源之间的位置关系满足等式2*d*sin(s*(2n-1)*t/2)＝d，其中d为所述第一射线源和所述第二射线源的焦点距离，d为所述多能射线源的旋转半径，s为所述多能射线源的旋转角速度，n为自然数，t为曝光时间间隔。

4、作为本发明的进一步改进，所述第一能量大于所述第二能量，所述第一射线源与所述探测器之间设有过滤装置，所述过滤装置靠近所述第一射线源设置且与所述第一射线源保持相对静止。

5、作为本发明的进一步改进，所述多能成像系统还包括图像采集与处理单元，所述图像采集与处理单元对所述探测器接收到的所述第一射线源和所述第二射线源在相同位置发出的射线进行虚拟单能成像。

6、作为本发明的进一步改进，所述图像采集与处理单元在对所述第二射线源发出的射线进行虚拟单能成像前对所述第二射线源在t2n-1时刻的投影数据进行重排，使其与所述第一射线源在t0时刻的投影数据相对应，且所述虚拟单能成像的有效数据范围为所述第一射线源在t0时刻的投影数据与所述第二射线源在t2n-1时刻的投影数据的重叠部分。

7、本发明还提供了一种成像方法，应用于前述的多能成像系统，包括如下步骤：

8、s1：第一射线源与所述第二射线源沿多能射线源的旋转平面排列，并交替地发射第一能量的射线和第二能量的射线，所述第二射线源在t2n-1时刻的位置与所述第一射线源在t0时刻的位置重合，其中n为自然数；

9、s2：单个探测器交替地接收所述第一射线源发射的第一能量的射线和所述第二射线源发射的第二能量的射线并分别成像；

10、s3：图像采集与处理单元对所述探测器接收到的所述第一射线源和所述第二射线源在相同位置发出的射线进行虚拟单能成像。

11、作为本发明的进一步改进，所述第一射线源和所述第二射线源之间的位置关系满足等式2*d*sin(s*(2n-1)*t/2)＝d，其中d为所述第一射线源和所述第二射线源的焦点距离，d为所述多能射线源的旋转半径，s为所述多能射线源的旋转角速度，n为自然数，t为曝光时间间隔。

12、作为本发明的进一步改进，所述图像采集与处理单元在对所述第一射线源和所述第二射线源在相同位置发出的射线进行虚拟单能成像前，先将所述第一射线源/第二射线源的投影数据进行重排，使之与所述第二射线源/第一射线源的投影数据相对应。

13、作为本发明的进一步改进，所述第一射线源在t0时刻的投影数据为p0(u0,v0,0)，所述第二射线源在t2n-1时刻的投影数据为p1(u1,v1,t0+2n-1)，所述数据采集及处理单元将所述第二射线源在t2n-1时刻投影数据p1重排到对应t0时刻的p1'的方法为：

14、p′1(u0,v0,t0)＝p1(u1,v1,t0+2n-1)

15、

16、

17、其中，d为所述第一射线源和所述第二射线源的焦点距离，l为所述第一射线源与所述第二射线源的连线中心点到所述探测器的距离，θ为探测器从t0时刻到t2n-1时刻旋转的角度。

18、作为本发明的进一步改进，所述虚拟单能成像的有效数据范围为所述第一射线源在t0时刻的投影数据与所述第二射线源在t2n-1时刻的投影数据的重叠部分。

19、本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的多能成像系统及成像方法，通过使用单个探测器以接收多能射线源发出的不同能量的射线，以降低成像系统的成本。另外，通过将第一射线源与第二射线源沿沿多能射线源的旋转平面排列，并交替地发射第一能量的射线和第二能量的射线，第二射线源在t2n-1时刻的位置与所述第一射线源在t0时刻的位置重合，其中n为自然数，以实现相同角度的射线源在第一能量和第二能量的数据采集。

技术特征：

1.一种多能成像系统，其特征在于：包括多能射线源和单个探测器，所述多能射线源产生用于投射成像的射线，并沿所述探测器周向扫描旋转，包括第一射线源和第二射线源，所述第一射线源和所述第二射线源沿所述多能射线源的旋转平面排列，并交替地发射第一能量的射线和第二能量的射线，所述第二射线源在t2n-1时刻的位置与所述第一射线源在t0时刻的位置重合，其中n为自然数；单个所述探测器交替地接收所述第一射线源发射的第一能量的射线和所述第二射线源发射的第二能量的射线并分别成像。

2.根据权利要求1所述的多能成像系统，其特征在于：所述第一射线源和所述第二射线源之间的位置关系满足等式

3.根据权利要求1所述的多能成像系统，其特征在于：所述第一能量大于所述第二能量，所述第一射线源与所述探测器之间设有过滤装置，所述过滤装置靠近所述第一射线源设置且与所述第一射线源保持相对静止。

4.根据权利要求1所述的多能成像系统，其特征在于：所述多能成像系统还包括图像采集与处理单元，所述图像采集与处理单元对所述探测器接收到的所述第一射线源和所述第二射线源在相同位置发出的射线进行虚拟单能成像。

5.根据权利要求4所述的多能成像系统，其特征在于：所述图像采集与处理单元在对所述第二射线源发出的射线进行虚拟单能成像前对所述第二射线源在t2n-1时刻的投影数据进行重排，使其与所述第一射线源在t0时刻的投影数据相对应，且所述虚拟单能成像的有效数据范围为所述第一射线源在t0时刻的投影数据与所述第二射线源在t2n-1时刻的投影数据的重叠部分。

6.一种成像方法，其特征在于，应用于权利要求1-5任意一项所述的多能成像系统，包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述的成像方法，其特征在于：所述第一射线源和所述第二射线源之间的位置关系满足等式

8.根据权利要求6所述的成像方法，其特征在于：所述图像采集与处理单元在对所述第一射线源和所述第二射线源在相同位置发出的射线进行虚拟单能成像前，先将所述第一射线源/第二射线源的投影数据进行重排，使之与所述第二射线源/第一射线源的投影数据相对应。

9.根据权利要求8所述的成像方法，其特征在于：所述第一射线源在t0时刻的投影数据为p0(u0,v0,0)，所述第二射线源在t2n-1时刻的投影数据为p1(u1,v1,t0+2n-1)，所述数据采集及处理单元将所述第二射线源在t2n-1时刻投影数据p1重排到对应t0时刻的p1'的方法为：

10.根据权利要求9所述的成像方法，其特征在于：所述虚拟单能成像的有效数据范围为所述第一射线源在t0时刻的投影数据与所述第二射线源在t2n-1时刻的投影数据的重叠部分。

技术总结
本发明提供了一种多能成像系统及成像方法，多能成像系统包括多能射线源和单个探测器，所述多能射线源产生用于投射成像的射线，并沿所述探测器周向扫描旋转，包括同步转动的第一射线源和第二射线源，所述第一射线源和所述第二射线源沿所述多能射线源的旋转平面排列，并交替地发射第一能量的射线和第二能量的射线，所述第二射线源在T<subgt;2n‑1</subgt;时刻的位置与所述第一射线源在T<subgt;0</subgt;时刻的位置重合，其中n为自然数；单个所述探测器交替地接收所述第一射线源发射的第一能量的射线和所述第二射线源发射的第二能量的射线并分别成像。与现有技术相比，本发明的多能成像系统成本较低，能够实现在相同角度获得不同能量的数据采集。

技术研发人员：奚岩,吕天翎,季宇鑫
受保护的技术使用者：江苏一影医疗设备有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16