X射线连续能谱的确定方法、装置、电子设备及存储介质与流程

本发明实施例涉及计算机成像技术领域，尤其涉及一种x射线连续能谱的确定方法、装置、智能设备及存储介质。

背景技术：

x射线光子束的能谱信息在ct图像定量分析、能谱ct图像重建及ct辐射剂量计算等领域都发挥着重要的作用。

目前x射线能谱的获取常用间接估计方法，可分为经验型、半经验型和蒙特卡罗模拟型。其中，经验型能谱估计是基于对实际能谱信息进行多项式拟合方法，运算速度较快但缺乏对物理机制的分析；半经验型能谱估计是利用体模装置测量x射线透射数据间接估算，需要对物理过程进行推导，工作量大，时间成本较高；基于蒙特卡罗模拟的能谱模型需要用到在临床实际中并不容易获得的x射线产生装置等内部结构信息，工作难度大。

技术实现要素：

本发明提供x射线连续能谱的确定方法、装置、智能设备及存储介质，实现了简便快速的获取连续能谱，提高了能谱获取的速率。

第一方面，本发明实施例提供了一种x射线连续能谱的确定方法，该方法包括：

获取x射线能谱数据与能量的对应关系，基于所述对应关系建立初始连续能谱模型；

对所述初始连续能谱模型进行离散，获取预设数量的离散能谱函数；

基于水下不同深度序列，获取所述预设数量单能的模拟pdd矩阵数据和预设范围连续能谱的测量pdd矩阵数据；

基于所述离散能谱函数、所述模拟pdd矩阵数据以及测量pdd矩阵数据确定所述初始连续能谱模型中各能谱系数，得到目标连续能谱模型；

获取待估算的连续能量范围，将所述能量范围输入至所述目标连续能谱函数中，得到所述连续能量范围对应的连续能谱。

第二方面，本发明实施例还提供了一种x射线连续能谱的确定装置，该装置包括：

初始连续能谱模型确定模块，用于获取x射线能谱数据与能量的对应关系，基于所述对应关系建立初始连续能谱模型；

离散能谱函数确定模块，用于对所述初始连续能谱模型进行离散，获取预设数量的离散能谱函数；

pdd矩阵数据获取模块，用于基于水下不同深度序列，获取所述预设数量单能的模拟pdd矩阵数据和预设范围连续能谱的测量pdd矩阵数据；

目标连续能谱模型获取模块，用于基于所述离散能谱函数、所述模拟pdd矩阵数据以及测量pdd矩阵数据确定所述初始连续能谱模型中各能谱系数，得到目标连续能谱模型；

连续能谱获取模块，用于获取待估算的连续能量范围，将所述能量范围输入至所述目标连续能谱函数中，得到所述连续能量范围对应的连续能谱。

第三方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序，

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如本发明任意实施例提供的x射线连续能谱的确定方法。

第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本发明任意实施例提供的x射线连续能谱的确定方法。

本发明通过获取x射线能谱数据与能量的对应关系，基于所述对应关系建立初始连续能谱模型；对所述初始连续能谱模型进行离散，获取预设数量的离散能谱函数；基于水下不同深度序列，获取所述预设数量单能的模拟pdd矩阵数据和预设范围连续能谱的测量pdd矩阵数据；基于所述离散能谱函数、所述模拟pdd矩阵数据以及测量pdd矩阵数据确定所述初始连续能谱模型中各能谱系数，得到目标连续能谱模型；获取待估算的连续能量范围，将所述能量范围输入至所述目标连续能谱函数中，得到所述连续能量范围对应的连续能谱，解决了现有技术中获取连续能谱需要测量大量数据、工作量大的导致效率低下的问题，实现了简便快速的获取连续能谱，提高了能谱获取的速率。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的x射线连续能谱的确定方法的流程图；

图2为本发明实施例二提供的x射线连续能谱的确定装置的结构示意图；

图3为本发明实施例三提供的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本发明实施例一中的x射线连续能谱的确定方法的流程图，本实施例可以适用于对连续能谱进行获取的情况，该方法可以由连续能谱获取的装置执行，该连续能谱获取装置可以采用软件和/或硬件的方式实现，本实施例对能谱获取装置的型号和设备不加以限制。如图1所示，该方法具体包括：

s110、获取x射线能谱数据与能量的对应关系，基于所述对应关系建立初始连续能谱模型。

x射线的产生是入射电子使原子内壳层电子激发而发生的现象。即内壳层电子被激发后跳到比费米能高的能级上，电子轨道内出现的空位被外壳层轨道的电子填入时，作为多余能量放出的就是x射线。以高能x射线为试样，将试样原子内层轨道的电子激发出来，形成缺少内层电子的激发态离子。该离子极不稳定，其外层电子迅速向内层空穴跃迁，同时发射另一能量的x射线。此激发过程持续进行可得到不同能量线系的x射线，通过能量色散方式可获得x射线强度随能量变化的能量谱。为了获取x射线连续能谱，可选的，可以利用x光机以及钨能量或者铅能量过滤器产生x射线。具体的，在本发明实施例中，可以对x光机设置不同的电压以便采用不同速度的电子能量轰击钨靶滤波器，即获取产生的不同管电压下的x射线能谱数据，并形成各管电压以及当前管电压下对应的x射线能谱数据的映射关系，并利用非线性拟合软件对各管电压以及当前管电压下对应的x射线能谱数据进行拟合，例如curveexpert、origin、matlab等非线性曲线拟合软线。

具体的，基于对x射线能谱数据与对应能量进行拟合建立x射线的初始连续能谱模型，得到初始的连续能谱函数表达式为：

其中，e为待估算的连续能谱的电子能量范围，a，b，c和d为所述初始连续能谱模型中待确定的能谱系数，m是x射线特征峰个数，δ()是狄克拉函数，ei是x射线特征能量。

可选的，该初始连续能谱函数的表达式还可以为：

其中，e为待估算的连续能谱的电子能量范围，a，b，c和d为所述初始连续能谱模型中待确定的能谱系数，m是x射线特征峰个数，δ()是狄克拉函数，ei是x射线特征能量。

s120、对所述初始连续能谱模型进行离散，获取预设数量的离散能谱函数。

在本发明实施例中，为了求解初始连续能谱模型中的连续能谱函数，可以根据能谱的电子能量范围将连续的能谱函数进行离散，获得以1kev为能量间隔的离散能谱函数。其中，离散能谱的个数与连续能谱的电子能量范围相等。具体的，离散能谱函数的表达式为：

s＝[s(e1),s(e2),...,s(en),]n

其中，s()为离散能谱函数，s()为连续能谱函数，e为待估算的连续能谱的电子能量范围，n为离散能谱的个数。

可选的，将连续能谱函数离散为离散能谱函数，离散能谱函数可以表达为s＝f(a,b,c,d)，即是函数为s,参数为(a,b,c,d)的函数。通过求解参数(a,b,c,d)进而确定连续能谱函数。

s130、基于水下不同深度序列，获取所述预设数量单能的模拟pdd矩阵数据和预设范围连续能谱的测量pdd矩阵数据。

在本发明实施例中，pdd(percentagedepthdose,百分深度剂量)为体膜内射线中心轴上某一深度d处的吸收剂量dd与参考深度d0处吸收剂量d0之比的百分数，是描述射线中心轴不同深度处相对剂量分布的物理量。具体的，pdd的表达式为：

其中，dd为射线中心轴上深度为d处的点的吸收剂量，d0为射线中心轴上某一深度d0处的吸收剂量。

可选的，可以采用预设模拟算法获取单能x射线扇形束在特定深度的模拟单能pdd曲线。具体的，预设算法可以是蒙特卡罗模拟算法(egsnrc/dosxyznrc程序包)，也可以采用其他模拟算法，本实施例对此不加以限制。通过设置预设模拟算法下模拟射束特征参数，基于能量间隔对预设数量的单能进行模拟，得到预设能量范围内在水下特定深度下的模拟单能谱pdd曲线。可选的，模拟射束参数包括能量范围，能量间隔，射束特征扇形角和能量过滤器厚度。可选的，预设数量为能量范围与能量间隔的比值数据。为了获得较好的模拟结果，可选的，可设置各模拟射束特征参数为：能量范围为1kev～150kev，能量间隔为1kev，射束特征扇形角为55度，能量过滤器厚度为2cm，上述各模拟射束特征参数只是作为可选实施例，也可以根据实际情况进行具体设置，本实施例对此不加以限制。

可选的，基于预设间隔设置水下不同深度序列d(d1,d2,...,dn,)，以及预设数量的各个单能x射线水介质中的模拟pdd曲线，计算在水下不同深度序列的各单能模拟pdd曲线，所形成的模拟pdd矩阵数据记为pdds。具体的，pdds的表达式为：

其中，n是每个单能pdd曲线的数据个数，n是预设数量单能(e1,e2,...,en,)的个数。

可选的，可以控制ct设备在水下特定深度序列下进行预设能量范围内连续能谱的pdd数据的测量，得到水下特定深度序列下预设范围内连续能谱pdd曲线。具体的，根据ct设备的型号不同，预设能量可以是80kv、90kv、100kv、120kv和140kv。

可选的，基于预设间隔设置水下不同深度序列获取在水下不同深度序列的各连续能谱的测量pdd曲线，所形成的测量pdd矩阵数据记为pddm。具体的，pddm的表达式为：

pddm(d)＝[pddm(d1),pddm(d2),...,pddm(dn)]n

其中，n是水下深度序列个数。

s140、基于所述离散能谱函数、所述模拟pdd矩阵数据以及测量pdd矩阵数据确定所述初始连续能谱模型中各能谱系数，得到目标连续能谱模型。

在本发明实施例中，为了得到目标连续能谱模型，需要求解初始连续能谱模型中的连续能谱函数中的各能谱系数。可选的，基于连续能谱函数离散得到的离散能谱函数求解各能谱系数。具体的，基于离散能谱函数、模拟pdd矩阵数据以及测量pdd矩阵数据与模型误差之间的预设能谱规则确定模型误差。可选的，预设能谱规则可以表达为：

pddm＝s*pdds+ε

其中，s为离散能谱函数，pdds为模拟pdd矩阵数据，pddm为测量pdd矩阵数据，ε为模型误差。可选的，可以采用跌倒算法，求解模型误差的最小值。可选的，基于所述模型误差的最小值原则，对所述离散能谱函数、所述模拟pdd矩阵数据以及测量pdd矩阵数据进行解析，确定所述连续能谱模型中各能谱系数。具体的，最小原则的表达式为：

(a,b,c,d)＝argminf(a,b,c,d)＝argmin((pddm-s*pdds)²)

可选的，基于上述表达式求解各模型系数，并将各模型系数带入至初始连续能谱模型中确定目标连续能谱模型，得到模型中的目标连续能谱函数。

s150、获取待估算的连续能量范围，将所述能量范围输入至所述目标连续能谱函数中，得到所述连续能量范围对应的连续能谱。

在本发明实施例中，通过求解初始连续能谱模型中的各能谱系数确定目标连续能谱模型。获取待估算的连续能谱的能量范围。具体的，能量范围包括但不限于1kev～80kev、1kev～90kev、1kev～100kev、1kev～120kev、1kev～140kev和1kev～150kev。将待估算的连续能谱的能量范围输入至目标连续能谱模型中，通过计算目标连续能谱函数，得到能量范围内的连续能谱，替代了复杂的连续能谱计算过程，提高了连续能谱的确定效率。

本发明实施例提供了一种x射线连续能谱的确定方法，通过获取x射线能谱数据与能量的对应关系，基于所述对应关系建立初始连续能谱模型；对所述初始连续能谱模型进行离散，获取预设数量的离散能谱函数；基于水下不同深度序列，获取所述预设数量单能的模拟pdd矩阵数据和预设范围连续能谱的测量pdd矩阵数据；基于所述离散能谱函数、所述模拟pdd矩阵数据以及测量pdd矩阵数据确定所述初始连续能谱模型中各能谱系数，得到目标连续能谱模型；获取待估算的连续能量范围，将所述能量范围输入至所述目标连续能谱函数中，得到所述连续能量范围对应的连续能谱，解决现有技术中获取连续能谱工作量大且工作难度大的问题，实现了简便快速的获取连续能谱，提高了能谱获取的速率。

实施例二

图2是本发明实施例二中的x射线连续能谱的确定装置的结构示意图。如图2所示，所述装置包括：

初始连续能谱模型确定模块210，用于获取x射线能谱数据与能量的对应关系，基于所述对应关系建立初始连续能谱模型；

离散能谱函数确定模块220，用于对所述初始连续能谱模型进行离散，获取预设数量的离散能谱函数；

pdd矩阵数据获取模块230，用于基于水下不同深度序列，获取所述预设数量单能的模拟pdd矩阵数据和预设范围连续能谱的测量pdd矩阵数据；

目标连续能谱模型获取模块240，用于基于所述离散能谱函数、所述模拟pdd矩阵数据以及测量pdd矩阵数据确定所述初始连续能谱模型中各能谱系数，得到目标连续能谱模型；

连续能谱获取模块250，用于获取待估算的连续能量范围，将所述能量范围输入至所述目标连续能谱函数中，得到所述连续能量范围对应的连续能谱。

可选的，所述初始连续能谱模型为：

或者，

其中，所述e为待估算的连续能量范围，所述a，b，c和d为所述初始连续能谱模型中待确定的能谱系数，m是x射线特征峰个数，δ()是狄克拉函数，ei是x射线特征能量。

可选的，所述初始连续能谱模型基于对x射线能谱数据与对应能量进行拟合得到。

可选的，所述pdd矩阵数据获取模块230，包括第一pdd矩阵数据获取单元，

所述第一pdd矩阵数据获取单元包括：

第一pdd曲线获取子单元，用于设置预设模拟算法下模拟射束特征参数，基于能量间隔对预设数量的单能进行模拟，得到预设能量范围内在水下不同深度序列下的模拟单能谱pdd曲线。

第一pdd矩阵数据获取单元，用于基于得到的所述模拟单能谱pdd曲线形成模拟pdd矩阵数据。

可选的，所述pdd矩阵数据获取模块230，还包括第二pdd矩阵数据获取单元，

所述第二pdd矩阵数据获取单元包括：

第二pdd曲线获取子单元，用于控制ct设备在水下不同深度序列下，进行预设能量范围内连续能谱的pdd数据的测量，得到水下不同深度序列下，预设范围内连续能谱pdd曲线；

第二pdd矩阵数据获取子单元，用于接收所述ct设备发送的所述水下不同深度序列下预设范围内连续能量的pdd曲线，形成所述测量pdd矩阵数据。

可选的，预设数量的单能是预设能量范围内的离散单能。

可选的，目标连续能谱模型获取模块240，包括：

模型误差确定单元，用于基于所述离散能谱函数、所述模拟pdd矩阵数据以及测量pdd矩阵数据与模型误差之间的预设能谱规则确定模型误差；

能谱系数确定单元，用于基于所述模型误差的最小值原则，对所述离散能谱函数、所述模拟pdd矩阵数据以及测量pdd矩阵数据进行解析，确定所述连续能谱模型中各能谱系数。

本发明实施例提供了一种x射线连续能谱的确定装置，通过获取x射线能谱数据与能量的对应关系，基于所述对应关系建立初始连续能谱模型；对所述初始连续能谱模型进行离散，获取预设数量的离散能谱函数；基于水下不同深度序列，获取所述预设数量单能的模拟pdd矩阵数据和预设范围连续能谱的测量pdd矩阵数据；基于所述离散能谱函数、所述模拟pdd矩阵数据以及测量pdd矩阵数据确定所述初始连续能谱模型中各能谱系数，得到目标连续能谱模型；获取待估算的连续能量范围，将所述能量范围输入至所述目标连续能谱函数中，得到所述连续能量范围对应的连续能谱，解决现有技术中获取连续能谱工作量大且工作难度大的问题，实现了简便快速的获取连续能谱，提高了能谱获取的速率。

实施例三

图3是本发明实施例三中的电子设备的结构示意图。图3示出了适于用来实现本发明实施方式的示例性电子设备312的框图。图3显示的电子设备312仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图3所示，电子设备312以通用计算设备的形式表现。电子设备312的组件可以包括但不限于：一个或者多个处理器或者处理单元316，系统存储器328，连接不同系统组件(包括系统存储器328和处理单元316)的总线318。

总线318表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或者存储器控制器，外围总线，图形加速端口，处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。举例来说，这些体系结构包括但不限于工业标准体系结构(isa)总线，微通道体系结构(mac)总线，增强型isa总线、视频电子标准协会(vesa)局域总线以及外围组件互连(pci)总线。

电子设备312典型地包括多种计算机系统可读介质。这些介质可以是任何能够被电子设备312访问的可用介质，包括易失性和非易失性介质，可移动的和不可移动的介质。

系统存储器328可以包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质，例如随机存取存储器(ram)330和/或高速缓存存储器332。电子设备312可以进一步包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机系统存储介质。仅作为举例，存储系统334可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质(图3未显示，通常称为“硬盘驱动器”)。尽管图3中未示出，可以提供用于对可移动非易失性磁盘(例如“软盘”)读写的磁盘驱动器，以及对可移动非易失性光盘(例如cd-rom,dvd-rom或者其它光介质)读写的光盘驱动器。在这些情况下，每个驱动器可以通过一个或者多个数据介质接口与总线318相连。存储器328可以包括至少一个程序产品，该程序产品具有一组(例如至少一个)程序模块，这些程序模块被配置以执行本发明各实施例的功能。

具有一组(至少一个)程序模块342的程序/实用工具340，可以存储在例如存储器328中，这样的程序模块342包括但不限于操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。程序模块342通常执行本发明所描述的实施例中的功能和/或方法。

电子设备312也可以与一个或多个外部设备314(例如键盘、指向设备、显示器324等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该电子设备312交互的设备通信，和/或与使得该电子设备312能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如网卡，调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(i/o)接口322进行。并且，电子设备312还可以通过网络适配器320与一个或者多个网络(例如局域网(lan)，广域网(wan)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图所示，网络适配器320通过总线318与电子设备312的其它模块通信。应当明白，尽管图3中未示出，可以结合电子设备312使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、raid系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。

处理单元316通过运行存储在系统存储器328中的程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如实现本发明实施例所提供的x射线连续能谱的确定方法，该方法包括：

获取x射线能谱数据与能量的对应关系，基于所述对应关系建立初始连续能谱模型；

对所述初始连续能谱模型进行离散，获取预设数量的离散能谱函数；

基于水下不同深度序列，获取所述预设数量单能的模拟pdd矩阵数据和预设范围连续能谱的测量pdd矩阵数据；

基于所述离散能谱函数、所述模拟pdd矩阵数据以及测量pdd矩阵数据确定所述初始连续能谱模型中各能谱系数，得到目标连续能谱模型；

获取待估算的连续能量范围，将所述能量范围输入至所述目标连续能谱函数中，得到所述连续能量范围对应的连续能谱。

实施例四

本发明实施例四还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本发明实施例所提供的x射线连续能谱的确定方法，该方法包括：

获取x射线能谱数据与能量的对应关系，基于所述对应关系建立初始连续能谱模型；

对所述初始连续能谱模型进行离散，获取预设数量的离散能谱函数；

基于水下不同深度序列，获取所述预设数量单能的模拟pdd矩阵数据和预设范围连续能谱的测量pdd矩阵数据；

基于所述离散能谱函数、所述模拟pdd矩阵数据以及测量pdd矩阵数据确定所述初始连续能谱模型中各能谱系数，得到目标连续能谱模型；

获取待估算的连续能量范围，将所述能量范围输入至所述目标连续能谱函数中，得到所述连续能量范围对应的连续能谱。

本发明实施例的计算机存储介质，可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。

计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括——但不限于无线、电线、光缆、rf等等，或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如java、smalltalk、c++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如”c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或电子设备上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(lan)或广域网(wan)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。