本发明涉及x射线球管领域，尤其涉及一种阳极靶旋转频率检测方法、装置及设备。
背景技术：
x射线球管是工作在高电压下的真空二极管。包含有两个电极：一个是用于发射电子的灯丝，作为阴极，另一个是用于接受电子轰击的靶材，作为阳极。x射线球管供电部分至少包含有一个使灯丝加热的低压电源和一个给两极施加高电压的高压电源。当灯丝通过足够的电流使其产生电子云，且有足够的电压(千伏等级)加在阳极和阴极间，使得电子云被拉往阳极。此时电子以高能高速的状态撞击阳极靶，高速电子到达靶面，运动突然受到阻止，其动能的一小部分便转化为辐射能，形成x射线。
x射线球管可以分为固定阳极管和旋转阳极管，所谓固定阳极管是指x射线球管中的阳极靶在工作过程中为静止状态；所谓旋转阳极管是指x射线球管中的阳极靶在工作过程中为高速旋转状态。由于电子高速撞击在旋转的阳极靶上会产生较高的热量，对于旋转阳极管而言，通过阳极靶的旋转来分散热量的产生，并实时向外辐射热量，达到较强散热性的目的，所以热容量比固定阳极管高，因而旋转阳极管的应用比固定阳极管更为普遍。
但是，经过电子的高能量撞击，阳极靶的靶面可能会出现坑洞、龟裂、溶蚀等状态，导致阳极靶的旋转频率降低。而阳极靶的旋转频率降低会导致阳极靶面上温度的增高，进而加重阳极靶面的溶蚀、龟裂等状态，严重时可能会导致x射线球管的爆裂，对周围的人和设备造成安全威胁。
为了防止上述情况的出现，检测阳极靶的旋转频率非常关键。现有技术通过在x射线球管内部安装速度传感器来检测阳极靶的旋转频率，但是这种方案工艺复杂，会大大增加x射线球管的成本。
技术实现要素：
为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种阳极靶旋转频率检测方法、装置及设备，降低了阳极靶旋转频率的检测成本。
本发明实施例提供了一种阳极靶旋转频率检测方法，所述方法包括：
获取x射线探测器输出的采样信号，所述采样信号为在执行ct扫描的期间内关于x射线衰减程度的信号；
将所述采样信号从时域转换为频域，得到频域信号；
若所述频域信号中在预设频率范围内存在且仅存在一个幅值非零的频率，则将所述频率识别为所述阳极靶的旋转频率。
优选的，所述预设频率范围中不包括整流频率和/或机架旋转频率。
优选的，所述获取x射线探测器输出的采样信号包括：
获取所述x射线探测器的第一通道的采样信号和第二通道的采样信号，所述第一通道和所述第二通道位于不同排通道中，一排通道对应一层扫描图像；
所述方法还包括：
将所述第一通道的采样信号与所述第二通道的采样信号进行归一化处理，得到处理后信号，所述处理后信号为消除整流频率的信号；
所述将所述采样信号从时域转换为频域包括：
将所述处理后信号从时域转换为频域。
优选的，所述处理后信号的各时间点对应的值为该时间点对应的所述第一通道的采样信号和所述第二通道的采样信号的比值。
优选的，所述第一通道和所述第二通道分别属于距离最远的两排通道。
本发明实施例还提供了一种阳极靶旋转频率检测装置，所述装置包括：
采样信号获取单元、转换单元和识别单元；
其中，所述采样信号获取单元，用于获取x射线探测器输出的采样信号，所述采样信号为在执行ct扫描的期间内关于x射线衰减程度的信号；
所述转换单元，用于将所述采样信号从时域转换为频域，得到频域信号；
所述识别单元，用于若所述频域信号中在预设频率范围内存在且仅存在一个幅值非零的频率，则将所述频率识别为所述阳极靶的旋转频率。
优选的，所述预设频率范围中不包括整流频率和/或机架旋转频率。
优选的，所述采样信号获取单元，具体用于：
获取所述x射线探测器的第一通道的采样信号和第二通道的采样信号，所述第一通道和所述第二通道位于不同排通道中，一排通道对应一层扫描图像；
所述装置还包括：
处理单元，用于将所述第一通道的采样信号与所述第二通道的采样信号进行归一化处理，得到处理后信号，所述处理后信号为消除整流频率的信号；
所述转换单元，具体用于将所述处理后信号从时域转换为频域，得到频域信号。
优选的，所述处理后信号的各时间点对应的值为该时间点对应的所述第一通道的采样信号和所述第二通道的采样信号的比值。
本发明实施例还提供了一种阳极靶旋转频率检测设备，所述设备包括：
处理器、用于存储所述处理器可执行指令的存储器、以及显示器；
其中，所述处理器被配置为：
获取x射线探测器输出的采样信号，所述采样信号为在执行ct扫描的期间内关于x射线衰减程度的信号；
将所述采样信号从时域转换为频域，得到频域信号；
若所述频域信号中在预设频率范围内存在且仅存在一个幅值非零的频率，则将所述频率识别为所述阳极靶的旋转频率。
所述显示器被配置为：
显示所述阳极靶的旋转频率。
本发明通过获取x射线探测器输出的采样信号，将所述采样信号从时域转换为频域，得到频域信号，若所述频域信号中在预设频率范围内存在且仅存在一个幅值非零的频率，则将所述频率识别为所述阳极靶的旋转频率。相对于现有技术在x射线球管中增加传感器来检测所述阳极靶的选择频率的技术方案，本实施例提供给的阳极靶旋转频率检测方法无需增加任何硬件，利用现有的x射线球管，通过对采样信号进行处理和分析，就可以得到阳极靶的旋转频率，有效减少了阳极靶旋转频率的检测成本。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例一提供的一种阳极靶旋转频率检测方法的流程图；
图2为本发明实施例一中旋转阳极管的结构示意图；
图3为本发明实施例一中实际焦点和有效焦点的示意图；
图4为本发明实施例二提供的一种阳极靶旋转频率检测方法的流程图；
图5为本发明提供的二中x射线探测器的侧视图；
图6为本发明提供的二中x射线探测器的俯视图；
图7为本发明实施例三提供的一种阳极靶旋转频率检测装置的结构框图；
图8为本发明实施例三提供的一种阳极靶旋转频率检测装置的硬件架构图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
参见图1，该图为本发明实施例一提供的一种阳极靶旋转频率检测方法的流程图。
本实施例提供的阳极靶旋转频率检测方法包括如下步骤：
步骤s101：获取x射线探测器输出的采样信号，所述采样信号为在执行ct扫描的期间内关于x射线衰减程度的信号。
ct(computedtomography，计算机断层扫描)设备包括x射线断层扫描装置和计算机系统，前者包括产生x射线的x射线球管以及接收x射线的x射线探测器(detector)，后者主要包括数据采集系统、中央处理系统、操作台等。
其中，所述x射线探测器是一种将x射线能量转换为可供记录的电信号的装置。它通过接收透过具有一定厚度的被扫描对象的x射线，并将所述x射线转变为可见光，由光电转换器将可见光转变为模拟信号，然后对模拟信号进行采样，再经过模拟数字转换器(a/d)将采样得到的模拟信号转换为数字信号。
在本实施例中，获取x射线探测器输出的采样信号，所述采样信号为在执行ct扫描的期间内关于x射线衰减程度的信号，它可以是模拟信号，也可以是数字信号。x射线衰减程度与x射线穿过被扫描对象的密度相关，被扫描对象的密度越大，x射线衰减程度越高，x射线探测器检测到的x射线能量越小，即采样信号的幅度或值越小；被扫描对象的密度越小，x射线衰减程度越低，x射线探测器检测到的x射线能量越大，即采样信号的幅度或值也越大。
步骤s102：将所述采样信号从时域转换为频域，得到频域信号。
由于所述采样信号是根据所述x射线探测器接收到的x射线转换而来的时域信号，因此所述采样信号中一定携带有x射线球管中阳极靶旋转频率的信息。为了将所述阳极靶旋转频率提取出来，本实施例将所述采样信号从时域经过傅里叶变换转换为频域，得到频域信号。所述频域信号反映了所述采样信号在频域上的信息，所述频域上的信息中就包括x射线球管的阳极靶的旋转频率。
步骤s103：若所述频域信号中在预设频率范围内存在且仅存在一个幅值非零的频率，则将所述频率识别为所述阳极靶的旋转频率。
由于所述采样信号中携带的频域信息包括所述阳极靶的旋转频率，为了得到所述阳极靶的旋转频率，本实施例预先确定一个预设频率范围，若判断出所述频域信号中在预设频率范围内存在且仅存在一个幅值非零的频率，则将所述频率识别为所述阳极靶的旋转频率。
下面详细介绍一下原理。
每个阳极靶在初始阶段都有特定的旋转频率，例如105hz，但是在经过一段时间之后，阳极靶的旋转频率可能会降低，因此所述预设频率范围的下限应当低于所述特定的旋转频率，即低于105hz。另外，由于阳极靶制造工艺的问题，使得所述阳极靶的形状不是一个完美的圆形，所述频域信号中可能会包括所述阳极靶的倍频信息，比如2倍的105hz，3倍的105hz等，为了避免这些倍频信息造成对阳极靶旋转频率确定的干扰，所述预设频率范围的上限应当低于这些倍频频率，例如低于210hz(105hz×2)。
所述采样信号除了包含所述阳极靶的旋转频率信息，还可能会包含整流频率信息和/或机架旋转频率信息，所述预设频率范围也需要将这两种信息排除出去。
其中，所述整流频率是指在利用三相整流器件对交流转换直流的过程中产生的。由于交流电的频率一般为50hz，如果利用6倍频对所述交流电进行整流，那么交直流转换后，直流电压中将会含有300hz(50hz×6)整流频率信息。直流电压经过逆变、升压、整流后产生用于对电子进行加速的千伏高压，千伏高压中也携带有300hz的频率信息。当电子撞击阳极靶产生x射线后，所述x射线中也就含有300hz的频率信息，我们将x射线中包含的、因交流转换成直流产生的频率信息称为整流频率信息。由于整流频率信息为干扰频率信息，因此所述预设频率范围应当不包括所述整流频率信息。如果利用三倍频对所述交流电进行整流，那么所述整流频率为50hz×3＝150hz。。
在ct扫描过程中，ct的机架(gantry)也会进行旋转。机架上承载着所述x射线球管，当机架在旋转过程中，由于离心力的作用，x射线球管产生的焦点会发生偏移，造成采样信号的频域信息中携带有机架旋转的频率信息。
那么什么是x射线球管产生的焦点？参见图2，该图为旋转阳极管的结构示意图，在该图中，旋转阳极管包括阴极和阳极，其中阴极包括螺形灯丝，阳极为可以旋转的阳极靶，旋转阳极管还包括驱动阳极靶旋转的转子。参见图3，在该图中，阴极的灯丝产生的高速电子打在阳极的阳极靶上，在阳极靶上形成实际焦点，实际焦点在x轴上的投影称为有效焦点。其中，在x轴对应的坐标系中，z轴为进床方向，x轴和y轴形成的平面为垂直于z轴的平面，x轴为水平方向，y轴为垂直方向。因此，所述x射线球管产生的焦点包括实际焦点和有效焦点，在机架旋转过程中，高速电子受到离心力的作用，达到阳极靶的实际焦点发生偏移，从而导致有效焦点的偏移，导致x射线也发生偏移。
一般情况下，所述机架的旋转频率非常小，仅为几赫兹。例如，当机架旋转周期为1s时，机架旋转频率为1hz；当机架旋转周期为2秒时，机架旋转频率为0.5hz；当机架旋转周期为0.5秒时，机架旋转频率为2hz。但是为了不让机架的旋转频率信息干扰到阳极靶旋转频率的确定，所述预设频率范围也应当将其排除。
根据上述预设频率范围的确定规则，就可以确定所述预设频率范围，例如当整流频率为300hz时，所述预设频率范围可以是10hz～200hz；当整流频率为150hz时，所述预设频率范围可以是10hz～150hz。
一般情况下，在所述预设频率范围内应当有且仅有一个频率对应的幅值是大于零的，其他频率对应的幅值为0。因此，我们将该幅值不为0的频率识别为所述阳极靶的旋转频率，该旋转频率为阳极靶的实际旋转频率。例如，假设幅值不为0的频率为100hz，那么认为所述阳极靶的旋转频率为100hz。
在得到阳极靶的实际旋转频率后，可以计算所述阳极靶的实际旋转频率和理想旋转频率的差值，若所述差值超出阈值，则认为所述阳极靶损坏较为严重，应当立即更换，否则可能会造成医疗事故。
本实施例通过获取x射线探测器输出的采样信号，将所述采样信号从时域转换为频域，得到频域信号，若所述频域信号中在预设频率范围内存在且仅存在一个幅值非零的频率，则将所述频率识别为所述阳极靶的旋转频率。相对于现有技术在x射线球管中增加传感器来检测所述阳极靶的选择频率的技术方案，本实施例提供给的阳极靶旋转频率检测方法无需增加任何硬件，利用现有的x射线球管，通过对采样信号进行处理和分析，就可以得到阳极靶的旋转频率，有效减少了阳极靶旋转频率的检测成本。
实施例二
本实施例与所述实施例一的区别在于，在所述实施例一中，所述采样信号中关于整流频率信息是在采样信号为频域信号时通过预设频率范围排除的，而在本实施例中，可以在采样信号为时域信号时进行排除。
参见图4，该图为本发明实施例二提供的一种阳极靶旋转频率检测方法的流程图。
本实施例提供的阳极靶旋转频率检测方法包括如下步骤：
步骤s201：获取所述x射线探测器的第一通道的采样信号和第二通道的采样信号，所述第一通道和所述第二通道位于不同排。
步骤s202：将所述第一通道的采样信号与所述第二通道的采样信号进行归一化处理，得到处理后信号。
以往的ct设备，x射线探测器仅具有单排探测器单元，机架旋转一圈只得到一层扫描图像。而在ct三代以及三代之后的版本，x射线探测器具有多排探测器单元，探测器单元的排数越多，x射线探测器宽度越宽，机架旋转一圈就可以得到多层扫描图像，有效提高了扫描效率。
当所述x射线探测器具有多排探测器单元的情况下，就可能具有多排通道，一排通道对应一层扫描图像。所述通道与所述探测器单元可以是一对一的关系，也可以是一对多的关系。各个通道输出的采样信号用于计算扫描图像中对应像素的像素值。
由于每个通道输出的采样信号中均携带有相同的整流频率信息，因此可以选取任意两个通道，在本实施例中称为第一通道和第二通道，将所述第一通道和所述第二通道的采样信号进行归一化处理，以消除整流频率信息。所述归一化处理可以有多种方式，例如所述处理后信号的各时间点对应的值为该时间点对应的所述第一通道的采样信号和所述第二通道的采样信号的比值，即将所述第一通道的采样信号和所述第二通道的采样信号相除，得到的处理后信号就可以将整流频率信息消除。
但是，若所述第一通道和所述第二通道在同一排，通过归一化处理，在消除整流频率信息的同时也将阳极靶的旋转频率信息消除了。为了保留所述阳极靶的旋转频率信息，所述第一通道和所述第二通道必须分布在不同排。所述第一通道所在的排和所述第二通道所在的排距离越近，得到的阳极靶的旋转频率的幅值越小；所述第一通道所在的排和所述第二通道所在的排距离越远，得到的阳极靶的旋转频率的幅值越大。为了可以准确识别出所述阳极靶的旋转频率，所述第一通道和所述第二通道可以优选属于距离最远的两排通道。
参见图5和图6，图5为x射线探测器的侧视图，图6为x射线探测器的俯视图。在图6中，一个小方块代表一个通道，横行为排，纵行为列。图5中的侧视图显示的是一排通道的示意图。其中，所述第一通道位于第一排；所述第二通道位于最后一排。
需要注意的是，机架旋转频率信息是无法通过归一化处理消除的，只能通过预设频域范围排除，这是因为机架偏移使得有效焦点在z轴上发生偏移，反映在x射线探测器中，就是排通道与排通道之间的机架旋转频率信息是不一样的，而所述第一通道和所述第二通道正是位于不同排，因而通过二者对应的采样信号的归一化是无法将机架旋转频率消除的。
此外，本实施例对所述第一通道和所述第二通道是否为同一列不做具体限定。
步骤s203：将所述处理后信号从时域转换为频域，得到频域信号。
步骤s204：若所述频域信号中在预设频率范围内存在且仅存在一个幅值非零的频率，则将所述频率识别为所述阳极靶的旋转频率。
由于本实施例在采样信号为时域信号时消除了整流频率信息，因此在步骤s204中预设频率范围的确定时，只需要考虑阳极靶旋转频率和机架旋转频率信息即可。
基于以上实施例提供的一种阳极靶旋转频率检测方法，本发明实施例还提供了一种阳极靶旋转频率检测装置，下面结合附图来详细说明其工作原理。
实施例三
参见图7，该图为本发明实施例三提供的一种阳极靶旋转频率检测装置的结构框图。
本实施例提供的阳极靶旋转频率检测装置包括：采样信号获取单元101、转换单元102和识别单元103；
其中，所述采样信号获取单元101，用于获取x射线探测器输出的采样信号，所述采样信号为在执行ct扫描的期间内关于x射线衰减程度的信号；
所述转换单元102，用于将所述采样信号从时域转换为频域，得到频域信号；
所述识别单元103，用于若所述频域信号中在预设频率范围内存在且仅存在一个幅值非零的频率，则将所述频率识别为所述阳极靶的旋转频率。
本实施例通过获取x射线探测器输出的采样信号，将所述采样信号从时域转换为频域，得到频域信号，若所述频域信号中在预设频率范围内存在且仅存在一个幅值非零的频率，则将所述频率识别为所述阳极靶的旋转频率。相对于现有技术在x射线球管中增加传感器来检测所述阳极靶的选择频率的技术方案，本实施例提供给的阳极靶旋转频率检测方法无需增加任何硬件，利用现有的x射线球管，通过对采样信号进行处理和分析，就可以得到阳极靶的旋转频率，有效减少了阳极靶旋转频率的检测成本。
可选的，所述预设频率范围中不包括整流频率和/或机架旋转频率。
可选的，所述采样信号获取单元101，具体用于：
获取所述x射线探测器的第一通道的采样信号和第二通道的采样信号，所述第一通道和所述第二通道位于不同排通道中，一排通道对应一层扫描图像；
所述装置还包括：
处理单元，用于将所述第一通道的采样信号与所述第二通道的采样信号进行归一化处理，得到处理后信号，所述处理后信号为消除整流频率的信号；
所述转换单元，具体用于将所述处理后信号从时域转换为频域，得到频域信号。
可选的，所述处理后信号的各时间点对应的值为该时间点对应的所述第一通道的采样信号和所述第二通道的采样信号的比值。
可选的，所述第一通道和所述第二通道分别属于距离最远的两排通道。
所述实施例三提供的阳极靶旋转频率检测装置可以应用在任何具有处理器的电子设备上，所述电子设备可以是现有的、正在研发的或将来研发的任何电子设备，包括但不限于：现有的、正在研发的或将来研发的台式计算机、膝上型计算机、移动终端(包括智能手机、非智能手机、各种平板电脑)等。装置实施例可以通过软件实现，也可以通过硬件或者软硬件结合的方式实现。以软件实现为例，作为一个逻辑意义上的装置，是通过其所在带有处理器的电子设备的处理器将存储器中对应的计算机程序指令读取到内存中运行形成的。从硬件层面而言，如图8所示，为本发明阳极靶旋转频率检测装置所在的带有处理器的电子设备的一种硬件结构图，除了图8所示的处理器、内存、网络接口、以及存储器之外，实施例中装置所在的带有处理器的电子设备通常根据该设备的实际功能，还可以包括其他硬件，例如显示器，对此不再赘述。
其中，存储器中可以存储有图像重建方法对应的逻辑指令，该存储器例如可以是非易失性存储器(non-volatilememory)，处理器可以调用执行存储器中的保存的逻辑指令，以执行上述的图像重建方法，显示器可以显示所述阳极靶的旋转频率。
阳极靶旋转频率检测方法对应的逻辑指令的功能，如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
基于以上实施例提供的一种阳极靶旋转频率检测方法和装置，本发明实施例还提供了一种阳极靶旋转频率检测设备，下面结合附图来详细说明其工作原理。
实施例四
本实施例提供了一种阳极靶旋转频率检测设备，所述设备包括：
处理器、用于存储所述处理器可执行指令的存储器、以及显示器；
其中，所述处理器被配置为：
获取x射线探测器输出的采样信号，所述采样信号为在执行ct扫描的期间内关于x射线衰减程度的信号；
将所述采样信号从时域转换为频域，得到频域信号；
若所述频域信号中在预设频率范围内存在且仅存在一个幅值非零的频率，则将所述频率识别为所述阳极靶的旋转频率。
所述显示器被配置为：
显示所述阳极靶的旋转频率。
当介绍本发明的各种实施例的元件时，冠词“一”、“一个”、“这个”和“所述”都意图表示有一个或多个元件。词语“包括”、“包含”和“具有”都是包括性的并意味着除了列出的元件之外，还可以有其它元件。
需要说明的是，本领域普通技术人员可以理解实现上述方法实施例中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法实施例的流程。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-onlymemory,rom)或随机存储记忆体(randomaccessmemory,ram)等。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元及模块可以是或者也可以不是物理上分开的。另外，还可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元和模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。