静态实时ct成像系统及其成像控制方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种CT成像系统，尤其涉及一种利用环形扫描X射线源和环形光子计 数探测器实现静态采集方式的实时CT成像系统，同时也涉及基于该CT成像系统实现实时 成像的方法，属于医疗影像技术领域。
【背景技术】
[0002] CT(ComputedTomography)是电子计算机断层扫描技术的简称。它的成像原理是 这样的：利用X射线束与灵敏度极高的X射线探测器围绕人体的某一部位进行逐层的断面 扫描，由X射线探测器上的闪烁材料接收透过该层面的X射线，转变为可见光后，由光电转 换器转变为电信号，放大后再经模拟/数字转换转为数字信号，输入计算机进行处理。在计 算机中，将选定层面分成若干个体积相同的立方体，称之为体素（Voxel)。逐层断面扫描所 得到的信息经计算后，获得每个体素的X射线衰减系数或吸收系数，再排列成矩阵，即体素 数字矩阵。将体素数字矩阵中的数字信息转为由黑到白不等灰度的小方块，在二维投影上 称为像素（Pixel)，按照断层方式排列即构成CT图像。
[0003] 现有的医用CT成像系统诞生于1972年，其发明者获得了诺贝尔奖。在40余年的 应用实践中，其技术得到不断发展及提升（具体可以参见图1，其中A所示为第一代CT，B为 第二代CT，C为采用扇束探测器和射线源机械旋转的第三代CT，D为X射线球管及发生器机 械旋转运动的第四代CT，E为电子束旋转的第五代CT，F为采用窄束X射线顺序并行发射 的本静态实时CT成像系统）。例如，早期的CT成像系统由单光子计数探测器和窄束射线 源组成，采用平行束进行多个角度的平行扫描获得重建前的数据，再经过拉东变换（Radon Transform)等重建算法恢复出三维立体数据。这种CT成像系统的缺点是X射线的利用率 很低，扫描时间长，重建的图像质量较差。后来，出现了采用旋转扫描方式的扇束CT成像系 统。如图2所示，该扇束CT成像系统由多个排列成弧形的X射线探测器和具有大扇角发散 的X射线源构成，可以一次包络人体的全部范围，通过一次360度的扫描就可以完成一个层 面的三维重建，大大加快了成像速度。近年来，进一步出现了采用锥束扫描方式的CT成像 系统。该锥束CT成像系统使用面阵探测器代替线阵探测器，使用锥束扫描代替扇束扫描， 因此X射线利用率更高，需要的扫描时间更短，并能获得各向均匀、高精度的空间分辨率。 但是，锥束CT成像系统在成像时的散射线很严重，较小的像素难以带来扇束CT成像系统相 同的信号噪声比，这些也是目前难以提高图像质量的主要瓶颈，目前仅仅在较小的身体部 位得到较好的应用。
[0004] 随着X射线探测器制造技术的不断提升，在一个较大扇角的范围内集成大量的X 射线探测器单元构成多排CT探测器，可以在一次旋转采集中获得64排~320排甚至更多 的数据。为了获得更多的物体吸收特性信息，CT成像系统还采用了具有多个能级的X射线 源来获取人体组织对不同能级X射线吸收的数据，从而获得具有能量标定的CT图像。但是， 现有的CT成像系统仍然存在成像速度不够快、存在运动伪影等问题。例如在医学临床工作 中，期待能在一个旋转周期内获得完整的心脏重建图像，这就需要将CT旋转速度提升到每 秒2圈甚至更快。由于X射线源和X射线探测器需要设置在高速旋转机架上，工作时以每 秒旋转2圈甚至更快速度运行，X射线源、高压发生器等部分需要承受较大的离心力，成为 现有制造技术难以突破的瓶颈。
[0005] 在公开号为CN102793554A的中国专利申请中，德国西门子公司提出了一种具有 两个角度错开布置的探测器的双源CT系统。其中，第一探测器具有一组积分探测器元件， 而第二探测器具有另一组计数探测器元件。一方面，参见图3A和图3B，在测量X射线强度 的时候，是对探测器高速旋转下进行一个微小段位移的时间间隔里，所接收到的电信号经 放大的积累作为这个角度下的信号数据。探测器的像素处于高速旋转的状态，其信号是在 一微小段位移路程上的信号积分，空间分辨能力也因此遇到瓶颈，而且与旋转速度形成矛 盾体。旋转速度越快，像素在单位时间内的位移就越大，造成不同位置上的信号重叠串扰程 度（即运动拖尾）也越严重。另一方面，探测器的层数在不断增加，X射线管发射的X射线 束也越来越宽，宽束X射线的散射线也会越严重，由此造成图像模糊。加之双源CT系统需 要分两次或者同时照射人体，人体接受的辐射剂量也越来越高，已经远远超过人体一年允 许的最大安全剂量。
[0006] 另外，上述技术方案以及当前常用的扇束多排螺旋CT所使用的X射线探测器主要 是基于能量积分的工作模式。这种X射线探测器不能分辨每个X光子的能谱，因此也损失 了能谱信息，而后者对于临床图像判读是尤为重要的。
【发明内容】
[0007] 针对现有技术的不足，本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种静态实时CT 成像系统。
[0008] 本发明所要解决的另一个技术问题在于提供一种基于该CT成像系统实现实时成 像的方法。
[0009] 为实现上述发明目的，本发明采用下述的技术方案：
[0010] -种静态实时CT成像系统，包括床控单元、CT主机及人机交互单元、电源控制单 元、高压控制单元、主控制单元和扫描主机，所述扫描主机中包括平行设置的环形扫描X射 线源和环形光子计数探测器；
[0011] 所述环形扫描X射线源由紧密排列成环形的多个扫描X射线源组成，所述环形光 子计数探测器由紧密排列成环形的多个光子计数探测器模组组成；
[0012] 各所述扫描X射线源轮流发射窄束X射线，透过被测物体后投照到对应的光子计 数探测器模组上，所述光子计数探测器模组将相应的曝光信息通过所述扫描主机和所述主 控制单元送入所述CT主机及人机交互单元，在所述CT主机及人机交互单元中完成图像的 实时重建和可视化再现。
[0013] 其中较优地，所述主控制单元中具有扫描时序控制器，不同区域内的单个或者多 个所述扫描X射线源在所述扫描时序控制器的控制下同时或分时工作。
[0014] 其中较优地，在所述扫描时序控制器的控制下，所述扫描X射线源逐点或者隔点、 逐行或者隔行发射窄束X射线。
[0015] 其中较优地，所述光子计数探测器模组由多个光子计数探测器单元构成，所述光 子计数探测器单元由排列成矩形的多个光子计数探测器构成，背面通过引线连接所述扫描 主机中的多路光子计数探测器采集电路。
[0016] 其中较优地，不同区域内的单个或者多个所述光子计数探测器模组在扫描时序控 制器的控制下同时或分时工作，接收逐点或者隔点、逐行或者隔行发射的窄束X射线。
[0017] 其中较优地，每个光子计数探测器模组有独立的数据采集模块和数据传输通道， 并以GHz或THz的频率进行数据传输。
[0018] 其中较优地，所述扫描X射线源的每个准直孔与所述光子计数探测器模组一一对 应，且每个所述准直孔发出的窄束X射线正好落入所对应的所述光子计数探测器模组的采 集范围内，所述窄束X射线的投影与所述光子计数探测器模组的物理尺寸相适应。
[0019] 其中较优地，所述扫描主机进一步包括高速栅极控制器、行场偏转控制器、光子计 数探测器控制器、多路光子计数探测器采集电路、多路数据传输通道和数据预处理模块；
[0020] 所述光子计数探测器模组对采集到的数据做初步整合后输入多路光子计数探测 器采集电路，多路数据传输通道接收多路光子计数探测器采集电路传送来的数据，并发送 给数据预处理模块。
[0021] 其中较优地，所述CT主机及人机交互单元包括实时重建系统及主控制计算机，所 述实时重建系统及主控制计算机与主控制单元中的多模式扫描时序单元相连接；
[0022] 所述扫描时序控制器与所述多模式扫描时序单元相连接，并且分别与所述行场偏 转控制器、所述光子计数探测器控制器相连接。
[0023] 其中较优地，数据预处理模块处理来自多路数据传输通道所传输过来的数据，将 数据进行数据帧的整合和重排后按照帧排列方式传递给主控制单元中的高速数据传输通 道，通过所述高速数据传输通道将数据传递给实时重建系统及主控制计算机。
[0024] 其中较优地，所述高压控制单元中的高压直流发生器与所述高速栅极控制器相连 接，所述高速栅极控制器与所述扫描X射线源的栅控阴极相连接，由栅控阴极的电压决定 是否使电子枪发射电子束；所述电子束在所述行场偏转控制器和偏转线圈的磁场引导下使 行进路线得到控制，并最终轰击阳极靶面产生窄束X射线。
[0025] 其中较优地，所述光子计数探测器由积分式探测器替代。
[0026] 其中较优地，所述环形扫描X射线源由多焦点环形X射线管替代。
[0027] -种静态实时CT成像控制方法，基于上述的静态实时CT成像系统实现，包括如下 步骤：
[0028] 由扫描时序控制器控制不同空间位置的光子计数探测器模组以及与之对应的窄 束X射线源以不同的扫描时序进行工作；
[0029] 所述扫描X射线源按照预定的发射时序发射窄束X射线，相对应的所述光子计数 探测器模组采集所述窄束X射线透过被测物体后在光子计数探测器模组上的曝光信息。
[0030] 其中较优地，所述扫描X射线