CT设备及其光路异常检测方法与流程

ct设备及其光路异常检测方法
1.本案为分案申请，原申请的申请号为201511024391.1，申请日为2015年12月30日，名称为ct设备及其光路异常检测方法。
技术领域
2.本发明涉及ct设备，尤其是涉及一种ct设备及其光路异常检测方法。


背景技术：

3.电子计算机断层扫描(computed tomography,ct)，是用x射线束、γ射线、超声波等对人体某部一定厚度的层面进行扫描，由探测器接收透过该层面的x射线束、γ射线、超声波，转变为可见光后，由光电转换变为电信号，再经模拟/数字转换器(analog/digital converter,adc)转为数字信号，输入计算机处理。
4.在ct设备中的光路部分包含滤过器、准直器和探测器等，这些光路部件的正常运转对于ct图像质量有重要影响。在ct设备开始工作前，往往需要检查这些光路部件上是否正常，例如是否有缺陷或者异物，是否倾斜或晃动，以确保这些光路部件处在期望的良好状态。然而，有些检查需要操作者的额外工作，例如检查滤过器和探测器的缺陷或者异物需要操作者耗费相当大的注意力进行。另外，有些检查，例如检查滤过器的晃动和准直器的倾斜还需要辅助设备。
5.因此，期望提供一种不要操作者深度介入的ct设备的光路部件检测方法和装置。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是提供一种ct设备及其光路异常检测方法，可以通过ct设备的自动运行来实施检测。
7.本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种ct设备的光路异常检测方法，所述ct设备包括用于产生射线的射线源、用于检测射线的探测器，以及位于所述射线源和所述探测器之间的光路部件，所述方法包括以下步骤：
8.沿着所述ct设备的光路进行检测扫描以获得检测扫描数据，所述光路为在扫描时所述射线从所述射线源到所述探测器所经过的路径；
9.根据检测扫描的数据建立所述光路部件的状态特征指标；以及
10.分析所述状态特征指标以判断所述光路部件的状态是否异常；
11.当所述光路部件为准直器时，所述准直器的状态包括切片是否倾斜，所述状态特征指标为所述准直器的衰减系数。
12.可选地，分析所述状态特征指标包括：将所述状态特征指标与一标准特征指标比较，根据比较的偏离度确定所述光路部件的状态是否异常；当所述光路部件为所述准直器时，所述标准特征指标为标准衰减系数；和/或，分析所述状态特征指标以判断所述光路部件的状态是否异常的步骤还包括：判断所述射线源和所述探测器是否异常，或者判断所述射线源、所述探测器以及位于所述射线源和所述探测器之间的光路部件之间的路径是否异
常；和/或，所述判断射线源、探测器以及位于所述射线源和所述探测器之间的光路部件之间是否异常包括是否有异物。
13.可选地，所述检测扫描为静止检测扫描或旋转检测扫描；和/或，所述检测扫描为单焦点或多焦点检测扫描；和/或，所述检测扫描的次数为多次，多次检测扫描的各次扫描条件相同或不同，所述扫描条件包括以下至少其中之一：焦点位置、能量、对象；旋转扫描的旋转速度；射线源位置。
14.可选地，当所述检测扫描的次数为多次时，根据多次扫描的数据的差异值建立所述状态特征指标；和/或，所述对象为空气或模体。
15.可选地，所述光路部件为滤过器，所述滤过器的状态还包括是否有缺陷以及是否有异物，所述方法包括：
16.使所述ct设备在将所述滤过器包含在光路中的条件下，沿着所述ct设备的光路进行一次或多次检测扫描，获得第一检测扫描数据；
17.根据所述第一检测扫描数据建立所述滤过器的状态特征曲面；以及
18.比较所述状态特征曲面与一标准特征曲面以确定所述滤过器是否有缺陷及是否有异物。
19.可选地，还包括使所述ct设备在不将所述滤过器包含在光路中的条件下进行一次或多次检测扫描，获得第二检测扫描数据，且根据所述第一检测扫描数据和所述第二检测扫描数据的差异值建立所述滤过器的状态特征曲面。
20.可选地，所述探测器是否异常包括是否有缺陷以及是否有异物，所述方法包括：
21.使所述ct设备在将所述探测器包含在光路中的条件下，沿着所述ct设备的光路进行一次或多次检测扫描；
22.根据检测扫描的数据建立所述探测器的状态特征曲面；以及
23.比较所述状态特征曲面与一标准特征曲面以确定所述探测器是否有缺陷及是否有异物。
24.可选地，所述检测扫描的次数为多次，多次检测扫描是在不同的扫描条件下获得，且根据多次检测扫描的数据的差异值建立所述状态特征曲面。
25.可选地，建立所述准直器的衰减系数的方法包括：
26.使所述ct设备在将所述准直器包含在光路中且恰好不遮挡探测器边缘的条件下，沿着所述ct设备的光路进行一次或多次检测扫描，获得第一检测扫描数据；
27.根据检测扫描的数据建立所述准直器的衰减系数。
28.可选地，还包括使所述ct设备在不将所述准直器不包含在光路中而完全不遮挡探测器边缘的条件下进行一次或多次旋转检测扫描，获得第二检测扫描数据，且根据所述第一检测扫描数据和所述第二检测扫描数据的差异值建立所述准直器的衰减系数。
29.本发明由于采用以上技术方案，通过使ct设备进行检测扫描，对得到的检测扫描数据进行分析即可判断光路部件是否处于正常状态。与现有技术相比，本发明不需要人工的检查或者借助辅助设备，更为方便。
附图说明
30.为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具
体实施方式作详细说明，其中：
31.图1是计算机断层扫描(ct)设备的总体结构示意图。
32.图2是计算机断层扫描(ct)设备的腔体内部结构示意图。
33.图3是本发明一实施例的ct设备的光路异常检测方法流程图。
34.图4是本发明的ct设备的滤过器缺陷和异物检测实例。
35.图5是本发明的ct设备的滤过器缺陷和异物检测实例的实验数据。
36.图6是本发明的ct设备的滤过器晃动检测实例。
37.图7是本发明的ct设备的滤过器晃动检测实例的实验数据。
38.图8是本发明的ct设备的探测器缺陷和异物检测实例。
39.图9是本发明的ct设备的准直器倾斜检测实例。
40.图10是计算机断层扫描(ct)设备的电路框图。
具体实施方式
41.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
42.本发明的实施例描述计算机断层扫描(ct)设备的光路部件检测方法和装置，通过运行ct设备来实施检测其光路部件上的异常状态，例如缺陷、异物、晃动或者倾斜。
43.图1是ct设备的结构示意图，如图1所示，ct设备100包括机架110、检查床120、用于产生射线的射线源131以及用于检测射线的探测器132。举例来说，机架110具有围绕设备的轴线s旋转的可旋转部分130。可旋转部分130具有射线系统，其由相对设置的射线源131和探测器132组成。射线源131所使用的射线是x射线。可旋转部分130中央具有扫描腔体135，检查床120能够移入及移出扫描腔体135。
44.在进行检查时，在检查床120上的受检者可以沿着z轴被推入到扫描腔体135中。射线源131绕s轴旋转，探测器132相对于射线源131一起运动，以采集投影测量数据，这些数据在之后被用于重建图像。还可以进行螺旋扫描，在螺旋扫描期间，通过受检者沿着s轴的连续运动和射线源131的同时旋转，射线源131相对于受检者产生螺旋轨迹。
45.ct设备100还可以包括控制器140和处理器142。控制器140用于在扫描过程中根据特定的扫描协议控制ct设备100的各部件。处理器142用于根据探测器132采集的原始数据重建出图像。图2是计算机断层扫描(ct)设备的腔体内部结构示意图。如图2所示，ct设备100的可旋转部分130上设置射线源131、探测器132、滤过器133以及准直器134。射线源131、探测器132分别组设在可旋转部分130的相对两端。滤过器133和准直器134依次组设在可旋转部分130上并位于射线源131与受检者200之间。工作时，射线源131发射用于检测受检者200的射线r。探测器132用于接收穿过受检者200的射线r，并将检测到的射线r转换成后续图像重建所需的数据。
46.准直器(collimator)134用于控制射线r的照射范围，进而控制受检者200的待扫描部位的切片厚度。准直器134包括多个其位置可以控制的切片。滤过器133位于射线源131与准直器134之间，用于吸收低能射线r，且可以控制射线r的照射强度分布。
47.在ct设备工作时，从射线源131发出的x射线会经过滤过器133、准直器134等部件，
最终达到探测器132。这一扫描时射线从射线源131到探测器132所经过的路径被称为光路。这一光路如果出现异常，例如探测器132或滤过器133有缺陷或者上面有异物，滤过器133晃动或者是准直器134倾斜，或者是这些部件之间的区域有异物，都会影响设备的性能。有利的是，光路的异常，例如探测器132、滤过器133和准直器134或者它们之间区域的异常状态会反映在扫描期间探测器132接收到的数据中，因此通过分析这些数据，能够判断探测器132、滤过器133和准直器134或者它们之间区域是否存在异常状态。例如为探测器132、滤过器133是否有缺陷或异物的状态建立状态特征指标，以一个特征曲面表征；或者为滤过器133是否晃动的状态建立状态特征指标，这以一个重心参数表征；或者为准直器134是否倾斜的状态建立状态特征指标，这以一个衰减系数表征；或者为滤过器133、准直器134和探测器132之间区域建立状态特征指标。通过分析探测器132、滤过器133和准直器134以及它们之间区域的状态特征指标，可以确定这些部件是否存在异常。
48.当然，本发明的实施例并不限于判断这些部件，还可以是ct设备的光路中的其它部件，只要它们的状态能够反映在扫描数据中。相应地，可以根据光路部件的特征来建立状态特征指标。
49.图3是本发明一实施例的ct设备的光路异常检测方法流程图。
50.参考图3所示，方法包括如下步骤：
51.步骤301，沿着ct设备的光路进行检测扫描以获得检测扫描数据。
52.在扫描时，需将光路部件包含在光路中，意味着光路部件会对扫描数据产生影响。以图2的滤过器133来说，将滤过器133包含在光路中，即射线会经过滤过器133到达受检者200，从而在探测器132上感测到的信号会体现滤过器133影响，这一影响会传递到感测信号所转换的扫描数据中。以图2的探测器132来说，由于其是感测信号所需的部件，所以探测器132会包含在光路中。以图2的准直器134来说，只要射线被准直器134的至少一个切片阻挡，那么准直器134即包含在光路中。
53.在此，扫描的次数可以是一次或多次。对多次扫描的情况来说，扫描的条件可以是相同或者不同。扫描的条件例如是焦点位置、能量、对象；旋转扫描的旋转速度；射线源位置等等。在一个方面，次数可以根据可靠性需求决定。例如，综合考虑相同扫描条件下的多次扫描的结果有助于提高扫描数据的可靠性，减少意外干扰。另一方面，次数可以根据准确性需求决定。例如，综合考虑不同扫描条件下的多次扫描的结果有助于提高扫描数据的准确性或灵敏度。例如常规情况下只需在单焦点位置进行扫描，而在不同焦点位置得到的扫描数据相互比较，可以提高扫描数据的准确性或灵敏度。为了得到不同焦点位置数据，可以进行多焦点扫描，还可以引入飞焦点扫描。能量是射线源131辐射的射线能量。对象可以是空气(即不放置模体在图1的检查床上)或者模体。在多次扫描时，可以根据多次扫描的数据的差异值建立状态特征指标，以提高检测的灵敏度。
54.在此，扫描方式可以是静止扫描或旋转扫描，这可以根据光路部件的状态检测的特点而定。例如，对于异物、缺陷或倾斜检测来说，静止扫描和旋转扫描都是适用的。在步骤302，根据检测扫描的数据建立所述光路的状态特征指标。
55.状态特征指标表征光路部件某一方面，例如缺陷、异物、晃动、倾斜的状态。例如为探测器132、滤过器133所建立的特征曲面表征这些部件是否有缺陷或异物的状态；或者为滤过器133所建立的重心参数表征这一部件是否晃动；或者为准直器134所建立的衰减系数
特征表征这一部件是否倾斜。
56.在步骤303，分析所述状态特征指标以判断光路是否异常。
57.由于状态特征指标能够表征其关联的光路部件的状态，通过分析这一指标就可确定光路部件在相关方面的状态。举例来说，光路部件的状态包括是否有缺陷，是否有异物，是否晃动以及是否倾斜。
58.可选地，根据本发明的实施例，为探测器132、滤过器133和准直器134的正常状态预先建立标准状态特征指标。例如为探测器132、滤过器133无缺陷且无异物的状态建立标准状态特征指标，这以一个标准特征曲面表征；或者为滤过器133无晃动的状态建立标准状态特征指标，这以一个相对稳定的重心参数表征；或者为准直器134无倾斜的状态建立标准状态特征指标，这以一个合理的衰减系数表征。通过比较探测器132、滤过器133和准直器134的状态特征指标与标准状态特征指标，测算其偏离度，可以确定这些部件是否存在异常。
59.由于状态特征指标还能够表征其关联的光路部件之间区域的状态，通过分析这一指标就可确定光路在相关方面的状态。举例来说，光路部件的之间区域是否有异物。
60.图4是本发明的ct设备的滤过器缺陷和异物检测实例。参考图4所示，在此实例中，检测方法具体化为如下步骤：
61.在步骤401，沿着ct设备的光路进行一次或多次检测扫描，获得第一检测扫描数据。
62.具体地，可以先进行一次带滤过器的以空气为对象的检测扫描，再进行一次不带滤过器的以空气为对象的检测扫描。将两次检测扫描的扫描数据作为第一检测扫描数据。
63.在步骤402，根据第一检测扫描数据建立滤过器的状态特征曲面。
64.具体地，可以将步骤401中获得的两次检测扫描的扫描数据相除，即可得到滤过器的状态特征曲面l1。在步骤403，比较状态特征曲面与一标准特征曲面以确定滤过器是否有缺陷及是否有异物。
65.具体地，可以将状态特征曲面l1进行平滑操作得到l1_smooth，将l1_smooth作为标准特征曲面。通过判断l1_smooth-l1是否超过某一阈值，即可判断滤过器是否有缺陷或异物。
66.在步骤401中，检测扫描方式可以是静止检测扫描，也可以是旋转检测扫描。为了消除误差，可以通过在不同条件下多次检测扫描的方式来得到不同检测扫描数据，并综合考虑这些检测扫描数据。例如在步骤401中，还可以使ct设备在不将滤过器包含在光路中的条件下进行一次或多次检测扫描，获得第二检测扫描数据。然后在步骤402中可以根据第一检测扫描数据和第二检测扫描数据的差异值建立状态特征曲面。本领域技术人员还可据此选择其它扫描条件来得到不同的检测扫描数据。在此，差异值的计算，可以是将两个检测扫描数据相减，也可以是将两个检测扫描数据相除。
67.在步骤403中，比较状态特征曲面与标准特征曲面，是将状态特征曲面上的各点与标准特征曲面上的各点比较，判断是否有点的差值超过一阈值，如果超过则认为滤过器是否有缺陷或者异物。
68.在步骤403中，标准特征曲面也可以是预先获得并保存。例如在确保滤过器无缺陷和异物的状态下预先执行步骤401和402，得到的特征曲面作为标准特征曲面。
69.图5是ct设备的滤过器缺陷和异物检测实例获得的状态特征曲面，图5(a)的横坐标代表探测器的各个通道(channel)，纵坐标代表通过对两次检测扫描的扫描数据相除得到的数据，51为通过检测扫描获得的状态特征曲面l1，52为标准特征曲面l1_smooth；图5(b)的纵坐标代表l1_smooth-l1的值。如图5所示，状态特征曲面l1为中间处相比较标准特征曲面l1_smooth出现图像，如所述突变的值(即l1_smooth-l1)超过某一阈值，则判断滤过器是否有缺陷或异物。
70.图6是本发明的ct设备的滤过器晃动检测实例。在此实例中，检测方法具体化为如下步骤：
71.在步骤601，沿着ct设备的光路进行一次或多次检测扫描，获得第一检测扫描数据。
72.在步骤602，根据第一检测扫描数据建立滤过器的状态特征曲面。
73.在本实施例中，步骤601和步骤602的进一步细节和上一实施例的步骤401和步骤402相同，这里不再敷述。需要注意的是，在本实施例中进行的检测扫描必须是旋转机架的扫描。在步骤603，根据状态特征曲面获得滤过器的重心参数。
74.具体地，是通过计算旋转检测扫描的每个视角下，滤过器在channel(通道)和slice(层)方向上的几何中心，得到重心参数。
75.在步骤604，分析重心参数以确定滤过器是否晃动。
76.图7是ct设备的滤过器晃动检测实例中获得的滤过器重心参数，参考图7，其中，横坐标代表不同视角(view)方向，纵坐标代表重心位置。在滤过器没有晃动的情况下，这些不同视角(view)方向上的重心位置应当是固定，即应当是一条平行于横轴的直线；如果滤过器发生晃动，此滤过器在各个视角方向上的重心不重合，呈现例如图7所示的曲线。因此，如果滤过器在各个视角方向上的重心的最大偏离值或平均偏离值超过某一阈值时，即判定此滤过器发生晃动；如果滤过器在各个视角方向上的重心的偏离值没有超过阈值时，判定此滤过器没有发生晃动。
77.图8是本发明的ct设备的探测器缺陷和异物检测实例。参考图8所示，在此实例中，检测方法具体化为如下步骤：
78.在步骤801，使ct设备在将探测器包含在光路中的条件下，沿着ct设备的光路进行一次或多次检测扫描。
79.在步骤802，根据检测扫描的数据建立探测器的状态特征曲面。
80.在步骤803，比较状态特征曲面与一标准特征曲面以确定探测器是否有缺陷及是否有异物。
81.在步骤801中，检测扫描方式可以是静止检测扫描，也可以是旋转检测扫描。在旋转检测扫描方式下，将各个视角(view)方向上的检测扫描数据取平均。
82.为了提高精度，可以通过在不同条件下多次检测扫描的方式来得到不同检测扫描数据，并综合考虑这些检测扫描数据。例如在步骤801中，可以在两个焦点进行两次检测扫描，得到两个焦点位置下的探测器数据，然后根据两次检测扫描数据的差异值建立状态特征曲面。或者飞焦点下进行扫描，得到两个焦点位置的数据，然后根据两次检测扫描数据的差异值建立状态特征曲面。又如，可以检测扫描一次空气，再检测扫描一次模体，得到两次检测扫描数据，然后根据两次检测扫描数据的差异值建立状态特征曲面。在此，模体较佳地
是较厚均匀模体，以增加射线硬度。再如，可以在不同的能量下进行两次检测扫描，得到两次检测扫描数据，然后根据两次检测扫描数据的差异值建立状态特征曲面。当然，本领域技术人员还可据此选择其它扫描条件来得到不同的检测扫描数据。在此，差异值的计算，可以是将两个检测扫描数据相减，也可以是将两个检测扫描数据相除。
83.在步骤803中，比较状态特征曲面与标准特征曲面，是将状态特征曲面上的各点与标准特征曲面上的各点比较，判断是否有点的差值超过一阈值，如果超过则认为探测器是否有缺陷或者异物。
84.在步骤803中，标准特征曲面可以是预先获得并保存。例如在确保探测器无缺陷和异物的状态下预先执行步骤801和802，得到的特征曲面作为标准特征曲面。作为替代，标准特征曲面可以即时地在步骤802之后，通过对状态特征曲面进行平滑操作得到。
85.图9是本发明的ct设备的准直器倾斜检测实例。参考图9所示，在此实例中，检测方法具体化为如下步骤：
86.在步骤901，使ct设备在将准直器包含在光路中且恰好不遮挡探测器边缘的条件下，沿着ct设备的光路进行一次或多次检测扫描。
87.在步骤902，根据检测扫描的数据建立准直器的衰减系数。
88.在步骤903，比较衰减系数与一标准衰减系数以确定准直器的切片是否有倾斜。
89.在步骤901中，扫描方式可以是静止检测扫描或旋转检测扫描。准直器恰好不遮挡探测器边缘的设置，可令准直器不遮挡探测器边缘的一行
90.为了消除误差，可以通过在不同条件下多次检测扫描的方式来得到不同检测扫描数据，并综合考虑这些检测扫描数据。例如在步骤901中，还可以使ct设备在不将准直器包含在光路中而完全不遮挡探测器边缘一行的条件下进行一次或多次旋转检测扫描，获得第二检测扫描数据。然后在步骤902可以根据第一检测扫描数据和第二检测扫描数据的差异值建立准直器的衰减系数。本领域技术人员还可据此选择其它扫描条件来得到不同的检测扫描数据。在此，差异值的计算，可以是将两个检测扫描数据相减，也可以是将两个检测扫描数据相除。
91.在步骤903，是通过比较衰减系数与标准衰减系数，判断衰减系数是否比标准衰减系数超出阈值，来判断准直器切片是否倾斜。
92.图10是计算机断层扫描(ct)设备的电路框图。参考图10所示，电路包括前述的射线源131和探测器132、以及控制器140、处理器142和显示器146。射线源131用于产生射线，其设于ct设备的可旋转部分。探测器132用于检测射线，其设于可旋转部分且与射线源131相对设置。射线源131和探测器132组成图像扫描仪，用来采集受检者的投影测量数据。处理器142连接探测器132以获得受检者的投影测量数据，供后续处理。控制器140连接射线源131以控制扫描过程。显示器146用以呈现界面、数据和影像给使用者。控制器140连接射线源131以控制扫描过程。控制器140还连接处理器142和显示器146以控制这两个部件的运作。
93.根据本实施例，控制器140配置为沿着ct设备的光路进行检测扫描。处理器142连接配置为获得检测扫描数据，根据检测扫描的数据建立光路的状态特征指标，以及分析状态特征指标以判断所述光路是否异常。
94.根据前面的实施例，控制器140和处理器142可根据不同的异常检测执行具体的检
测操作。例如如果探测器132、滤过器133是否有缺陷或异物则执行如图4、8所示的操作。如果检测滤过器133是否晃动，则执行图6所示的操作。如果是检测准直器134是否倾斜，则执行如图9所示的操作。这些操作的细节以及ct设备运行的其它细节已经详细描述于前文的实施例中，在此不再展开。
95.本发明上述实施例的ct设备的光路部件检测方法可以在例如计算机软件、硬件或计算机软件与硬件的组合的计算机可读取介质中加以实施。对于硬件实施而言，本发明中所描述的实施例可在一个或多个专用集成电路(asic)、数字信号处理器(dsp)、数字信号处理器件(dapd)、可编程逻辑器件(pld)、现场可编程门阵列(fpga)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、用于执行上述功能的其它电子装置或上述装置的选择组合来加以实施。在部分情况下，这类实施例可以通过控制器进行实施。
96.虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。