本發(fā)明涉及一種ct形狀過濾器缺陷的單能矯正方法，主要可用于人體計算機斷層掃描的醫(yī)用ct機中的形狀過濾器(例如，bowtiefilter)缺陷的單能矯正，通過計算獲得形狀過濾器的有效幾何尺寸或相關(guān)數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)在數(shù)據(jù)處理中對形狀過濾器缺陷的矯正。

背景技術(shù)：

形狀過濾器(例如，bowtiefilter)是醫(yī)用ct機中的核心部件之一，用于x射線射束硬化校正以獲得良好、穩(wěn)定的圖像質(zhì)量，為了獲得形狀過濾器幾何尺寸的精確數(shù)據(jù)，或更準(zhǔn)確地講，為了獲得x射線在從源達(dá)到各探測器單元之前在形狀過濾器中所穿行的路徑長度，一種直截了當(dāng)?shù)姆椒ㄊ鞘褂酶咂焚|(zhì)材料和精加工工藝使得實際的形狀過濾器與設(shè)計的形狀過濾器高度一致，這樣做無疑會提高產(chǎn)品成本，另一種方式是通過后續(xù)復(fù)雜的矯正技術(shù)并配合額外的模體在投影數(shù)據(jù)中進行補償，這同樣會在很大程度上導(dǎo)致最終用戶成本的增加以及后期維護的難度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明提供了一種ct形狀過濾器缺陷的單能矯正方法，采用這種方法，可以方便地獲得有效的形狀過濾器的幾何尺寸數(shù)據(jù)或相關(guān)數(shù)據(jù)，進而減小用戶成本和維護難度。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案：一種ct形狀過濾器缺陷的單能矯正方法，通過下列方式獲得x射線在形狀過濾器中所穿行的路徑長度：以同一ct機，使用相同的x射線源球管電壓，分別在安裝好形狀過濾器狀態(tài)下和不安裝形狀過濾器狀態(tài)下進行空氣掃描，依據(jù)同一個探測器單元在兩種所述狀態(tài)下獲得的測量數(shù)據(jù)，推算出達(dá)到該探測器單元的x射線在形狀過濾器中所穿行的路徑長度。

對于探測器單元n，可以采用下列公式計算相應(yīng)x射線(到達(dá)該探測器單元的x射線)在形狀過濾器中所穿行的路徑長度lb(n)：

其中，

代表到達(dá)探測器單元n的x射線在傳播過程中在除形狀過濾器外的其他材料中經(jīng)歷的衰減。上面公式假定，在做空氣掃描時，能量為e的光子在從x射線源到探測器單元n的傳輸過程中，除了形狀過濾器外，還要穿過q種物質(zhì)，其中第q種物質(zhì)對能量為e的光子的線性衰減系數(shù)為μq(e)(單位為cm^-1)，可以通過查表或理論計算獲得，而達(dá)到探測器單元n的x射線在第q種物質(zhì)所穿行的路徑長度為lq(n)(單位為cm)，可以通過計算獲得；

lb(n)為x光在從x射線源球管達(dá)到探測器單元n之前在形狀過濾器中所穿行的路徑長度，為本發(fā)明的計算路徑長度；

in(kv)為安裝有形狀過濾器的狀態(tài)下進行空氣掃描，探測器單元n被x射線照射后產(chǎn)生的光電流測量值，當(dāng)采用多個不同視角進行空氣掃描時，可以以各視角下的光電流測量值的平均值(通?？梢詾樗阈g(shù)平均)作為光電流測量值，探測器單元n被x射線照射后產(chǎn)生的光電流可依據(jù)探測器單元n上的讀數(shù)，單位可采用納安(10^-9安培)；

i’n(kv)為不安裝形狀過濾器的狀態(tài)下進行空氣掃描，探測器單元n被x射線照射后產(chǎn)生的光電流測量值，當(dāng)采用多個不同視角進行空氣掃描時，可以以各視角下的光電流測量值的平均值(通?？梢詾樗阈g(shù)平均)作為光電流測量值，探測器單元n被x射線照射后產(chǎn)生的光電流可依據(jù)探測器單元n上的讀數(shù)，單位可采用納安(10^-9安培)；

itube為安裝有形狀過濾器狀態(tài)下掃描所用的x射線源球管電流，單位可采用毫安；

i’tube為不安裝形狀過濾器狀態(tài)下掃描所用的x射線源球管電流，單位可采用毫安；

e代表x射線源球管產(chǎn)生的光子的能量，單位可為千電子伏；

nkv(e)為光子數(shù)能譜，nkv(e)de代表每個打在x射線源球管陽極上的電子能產(chǎn)生的能量在e到e+de范圍內(nèi)的光子數(shù)或幾率；

μb(e)為形狀過濾器材料的線性衰減系數(shù)，可通過查表或理論計算獲得；

ηn(e)為探測器單元n的能量探測效率，可通過理論計算獲得；

kv是進行空氣掃描時給定的x射線源球管電壓，兩種狀態(tài)下采用相同的x射線源球管電壓；

n為探測器單元編號，編號為n的探測器單元可稱為探測器單元n。

優(yōu)選的，所述空氣掃描為等視角間隔的360度掃描，分別獲得各視角下探測器單元n被x射線照射后產(chǎn)生的光電流的測量值，并以各狀態(tài)下探測器單元n在各視角的光電流測量值的平均值作為相應(yīng)狀態(tài)下的光電流測量值in(kv)和i’n(kv)。

本發(fā)明的有益效果：能夠方便地實現(xiàn)對形狀過濾器的單能矯正，在不改變現(xiàn)有工藝、材料品質(zhì)以及設(shè)備附件的前提下，只需要在設(shè)置和不設(shè)置形狀過濾器的兩種狀態(tài)下進行同樣x射線源球管電壓下的空氣掃描，由于裝有形狀過濾器與不裝形狀過濾器的兩種狀態(tài)下進行空氣掃描，測量數(shù)據(jù)的差異主要源于形狀過濾器的設(shè)置，由此通過兩種狀態(tài)下的測量數(shù)據(jù)之間的比對，就能夠揭示出形狀過濾器對測量數(shù)據(jù)的影響，計算出x射線在形狀過濾器中所穿行的路徑長度，進而獲得有效的形狀過濾器的幾何尺寸數(shù)據(jù)或?qū)⑾鄳?yīng)的路徑長度數(shù)據(jù)用于其他相關(guān)數(shù)據(jù)的運算，實現(xiàn)對形狀過濾器缺陷的單能矯正，相應(yīng)路徑長度數(shù)據(jù)的計算可以依據(jù)x射線的傳播規(guī)律以及實際中的各影響因素，采用任意適宜的現(xiàn)有技術(shù)或其他可能的技術(shù)實現(xiàn)，由此無需要求將形狀過濾器加工得與設(shè)計完全一致，省略了現(xiàn)有技術(shù)下矯正補償模體的相關(guān)設(shè)計、加工及使用和維護，由此大幅度降低了形狀過濾器的加工難度和制備成本，方便了使用，降低了維護費用，并且計算方式和計算過程也較為簡便。

附圖說明

圖1是一種形狀過濾器在整個探測器范圍的計算路徑長度曲線、實際路徑長度曲線和理論設(shè)計路徑長度曲線，在該圖的顯示分辨率下，三條曲線幾乎完全重疊；

圖2是與圖1對應(yīng)的形狀過濾器在探測器中心區(qū)域范圍的計算路徑長度曲線、實際路徑長度曲線和理論設(shè)計路徑長度曲線，在該圖的顯示分辨率下，計算路徑長度曲線和實際路徑長度曲線基本重疊。

具體實施方式

本發(fā)明用于計算x射線在形狀過濾器中所穿行的路徑長度lb(n)的公式可以通過下列方式推導(dǎo)出：

探測器單元n被x射線照射后光電流的產(chǎn)生機理，可知：

其中αn是公式推導(dǎo)過程中引入的只與探測器性質(zhì)有關(guān)的比例系數(shù)，單位可為毫安^-1·千電子伏^-1，

ad為相應(yīng)探測器單元在垂直于x射線入射方向的投影面積；

dsd為x射線源球管到相應(yīng)探測器單元的距離。

依據(jù)公式(1)和(2)可得：

上述積分的范圍為實際中有效的光子能量e的范圍，可以依據(jù)具體的計算精度要求通過試驗或理論分析確定。獲得路徑長度lb(n)，即可用于涉及形狀過濾器各種計算，實現(xiàn)對其缺陷的矯正。

進行空氣掃描時，優(yōu)選以等視角間距進行360度掃描，并以各視角下的電流測量值的平均值用作計算路徑長度lb(n)。

具體可以為：

(1)用帶有形狀過濾器的ct機進行一次空氣掃描，獲得檢測數(shù)據(jù)in(kv)；

(2)去掉形狀過濾器后，在同樣x射線源球管電壓kv下用不帶有形狀過濾器的ct機進行一次空氣掃描，獲得檢測數(shù)據(jù)i’n(kv)；

(3)利用已知的ct機參數(shù)和探測器參數(shù)，分別計算ct機中形狀過濾器外的其他材料引起的衰減和探測器單元的能量探測效率ηn(e)；

(4)將上述n(kv)、i’n(kv)、nkv(e)、ηn(e)以及已知的x射線源球管空氣掃描電流itube和i’tube，以及形狀過濾器材料的線性衰減系數(shù)μb(e)，代入相應(yīng)方程，求解出達(dá)到探測器單元n的x射線在形狀過濾器中穿行的路徑長度lb(n)。

圖1和圖2顯示了在相應(yīng)情形下(所用x射線源球管電壓為120kvp,x射線源球管電流均為50ma)，依據(jù)本發(fā)明計算出的計算路徑長度曲線與實際路徑長度曲線和理論設(shè)計路徑長度曲線之間的對比。結(jié)果表明，用本發(fā)明的方法,在假設(shè)修正tbc模型光譜的額外的鋁當(dāng)量為0.175mm的情況下，計算得出的x射線在形狀過濾器中的路徑長度與真實路徑長度的平均誤差為0.01mm，最大誤差為0.018mm。由此可以看出，本發(fā)明能夠較準(zhǔn)確地計算出達(dá)到各探測器單元的x射線在形狀過濾器中的路徑長度。

本發(fā)明涉及x射線的路徑或路徑長度均指相應(yīng)x射線的實際路徑(光路)長度。

本發(fā)明所稱x射線源球管泛指ct機所用的用于產(chǎn)生x射線的任意形式的x射線源，可以采用常見的球管形式，也可以采用其他形式。

本發(fā)明公開的各優(yōu)選和可選的技術(shù)手段，除特別說明外及一個優(yōu)選或可選技術(shù)手段為另一技術(shù)手段的進一步限定外，均可以任意組合，形成若干不同的技術(shù)方案。