本发明公开了一种校准工具及方法和CT系统校准方法。其中CT机X光发生器及探测器位置校准工具包括分割窗、分割窗支架、整体支架和弹簧,所述分割窗支架用于支撑所述分割窗;所述弹簧一端连接所述分割窗支架,另一端连接所述整体支架。本发明CT系统校准方法包括步骤:进行旋转平面的校正;进行窗口上光束的校正;当球管凉时把探测器和球管焦点对正;把准直器和探测器在x方向对正;在z方向上进行准直器校正;根据在z方向上进行准直器校正中得到的球管焦点在z方向上的偏移量重新依次执行上述所有步骤,直至所述偏移量接近0。采用本发明的技术方案既节约成本又环保,而且还可使结果更精确。
1.一种CT机X光发生器及探测器位置校准工具,其特征在于,包括分割窗、分割窗支架、整体支架和弹簧,其中:所述分割窗支架用于支撑所述分割窗;所述弹簧一端连接所述分割窗支架,另一端连接所述整体支架。
2.如权利要求1所述的CT机X光发生器及探测器位置校准工具,其特征在于:在所述分割窗两条中心线将所述分割窗分成的四个部分中的相对角的两个部分上开具有两个窗口。
3.如权利要求1或者2所述的CT机X光发生器及探测器位置校准工具,其特征在于,还包括调节所述分割窗的螺柱。
4.一种使用权利要求1-3任一项所述的校准工具的校准方法,用于对CT机X光发生器及探测器位置进行校准,其特征在于,包括步骤:把校准工具放在扫描平面上的1位置;CT机X光发生器对校准工具分别进行0度和180度曝光;根据投射在探测器上的X射线分布以及球管和ISO中心之间的三角关系,得到球管偏移量;根据所述球管偏移量来调节所述球管而将球管焦点和准直器中心定位在扫描平面上。
5.如权利要求4所述的校准方法,其特征在于,还包括步骤:把所述校准工具放在所述探测器信道的左侧、中间、右侧;然后对这3个校准工具进行曝光;获取曝光后探测器所得的数据;根据所得数据计算得到这三个位置处的未对准量;调整所述探测器使得所述未对准量基本上为0。
6.如权利要求4或者5所述的校准方法,其特征在于,所述步骤根据投射在探测器上的X射线分布以及球管和ISO中心之间的三角关系,得到球管偏移量还包括:计算所述校准工具从1位置移动到2位置时其中心在所述探测器上的位移a;根据下面公式可得到球管偏移量??: ? ? = a × C × E A × D ]]>其中,C表示从x射线球管焦点到1位置的距离;E表示从x射线球管焦点到准直器孔的距离;A表示从x射线球管焦点到探测器的距离;D表示从1位置到2位置的距离。
7.如权利要求6所述的校准方法,其特征在于,所述校准工具从1位置移动到2位置时其中心在所述探测器上的位移a按如下公式得到: a = ( T × A ) ( 1 + γ ) 2 n ( 1 - γ ) X ]]>其中, X = P A - P B P A + P B ]]>γ是校准工具和空气投射的比率;T是在旋转中心处的X射线厚度;n是球管焦点到ISO中心的距离;P_A表示A窗口中的平均投射数据;P_B表示B窗口中的平均投射数据。技术领域
本发明总体上涉及CT系统,尤其涉及一种校准工具及方法和CT系统校准方法。
背景技术
目前CT系统已经广泛用于医疗领域,其能够对病人的各部位进行成像以便辅助医务人员对疾病进行诊断和治疗。在使用CT系统时,首先要进行两个关键的步骤:把球管和准直器对准在扫描平面上;把球管、准直器和探测器对准在扫描平面上。这两个步骤又可以称为:POR(Planexa0ofxa0Rotation,旋转平面)和BOW(BEAMxa0onxa0Window,窗口上光束)。POR是x射线束平行于旋转平面。这样确保了通过在z方向上移动球管来使球管焦点与准直器中心对准。BOW是在POR之后,通过在z方向上调整探测器来使x射线束在z轴上处于探测器中心。此想法是把球管焦点和准直器作为参考平面,使探测器中心与该参考平面共面。图1是单排CT系统的示意图。如图中所示,该CT系统包括球管10、准直器11和探测器12。其中,旋转平面是指球管10中心和准直器11中心以及探测器12中心对准时所处的平面,z轴方向指垂直于旋转平面的方向。目前,对于POR来说,是在CT后盖的孔径底部上放置胶片,分别在x射线球管0度位置和180度位置处,对胶片进行两次曝光,这两次曝光所得的x射线束分布图之差就是未对准量。未对准量的获得通常是采用直尺或者千分尺来测量的。然后,根据获得的未对准量对球管进行调整,使得这两次曝光所得的X射线束分布图之差基本上为0,就表明POR已对准。对于BOW来说,目前是采用在探测器信道的左侧、中间、右侧上分别放置3个胶片,然后对这3个胶片进行曝光,检查胶片以得到这三个位置处的未对准量。然后调整使得该未对准量基本上为0,这即表明BOW已经对准。上述技术简单、有效且易于理解。然而,却存在下列缺陷:首先,由于上述方法要使用到胶片,而胶片是一次性的。通常来讲,对于POR和BOW来说总共至少需要8个胶片,其中在对准前需要4片,在对准后进行复检又需要4片。如果复检失败,那可能还会需要更多的胶片。因此,现有技术方法成本高。其次,由于使用胶片,所以不环保。再者,由于现有技术是采用直尺或者千分尺来测量未对准量的,然而实际上胶片上的分布边缘往往不是很清晰,因此得到的结果很不准确。
发明内容
本发明要解决的主要技术问题是提供一种成本低的校准工具及方法和CT系统校准方法。为了解决上述问题,本发明CT机X光发生器及探测器位置校准工具的技术方案包括分割窗、分割窗支架、整体支架和弹簧,其中:所述分割窗支架用于支撑所述分割窗;所述弹簧一端连接所述分割窗支架,另一端连接所述整体支架。优选地,在所述分割窗两条中心线将所述分割窗分成的四个部分中的相对角的两个部分上开具有两个窗口。优选地,本发明CT机X光发生器及探测器位置校准工具还包括调节所述分割窗的螺柱。在本发明的另一方面,本发明使用上述校准工具的校准方法来对CT机X光发生器及探测器位置进行校准的技术方案包括步骤:把校准工具放在扫描平面上的1位置;CT机X光发生器对校准工具分别进行0度和180度曝光;根据投射在探测器上的X射线分布以及球管和ISO中心之间的三角关系,得到球管偏移量;根据所述球管偏移量来调节所述球管而将球管焦点和准直器中心定位在扫描平面上。优选地,本发明的校准方法还包括步骤:把所述校准工具放在所述探测器信道的左侧、中间、右侧;然后对这3个校准工具进行曝光;获取曝光后探测器所得的数据;根据所得数据计算得到这三个位置处的未对准量;调整所述探测器使得所述未对准量基本上为0。其中,所述步骤根据投射在探测器上的X射线分布以及球管和ISO中心之间的三角关系,得到球管偏移量还包括:计算所述校准工具从1位置移动到2位置时其中心在所述探测器上的位移a;根据下面公式可得到球管偏移量??: ? ? = a × C × E A × D ]]>其中,C表示从x射线球管10焦点到1位置的距离;E表示从x射线球管10焦点到准直器11孔的距离;A表示从x射线球管10焦点到探测器12的距离;D表示从1位置到2位置的距离。优选地,所述校准工具从1位置移动到2位置时其中心在所述探测器上的位移a按如下公式得到: a = ( T × A ) ( 1 + γ ) 2 n ( 1 - γ ) X ]]>其中, X = P A - P B P A + P B ]]>γ是校准工具和空气投射的比率;T是在旋转中心处的X射线厚度;n是球管焦点到ISO中心的距离;P_A表示A窗口中的平均投射数据;P_B表示B窗口中的平均投射数据。在本发明的再一个方面,本发明CT系统校准方法的技术方案包括步骤:进行旋转平面的校正;进行窗口上光束的校正;当球管凉时把探测器和球管焦点对正;把准直器和探测器在x方向对正;在z方向上进行准直器校正;根据在z方向上进行准直器校正中得到的球管焦点在z方向上的偏移量重新依次执行上述所有步骤,直至所述偏移量接近0。优选地,所述步骤进行旋转平面的校正包括:把校准工具放在扫描平面上的1位置;CT机X光发生器对校准工具分别进行0度和180度曝光;根据投射在探测器上的X射线分布以及球管和ISO中心之间的三角关系,得到球管偏移量;根据所述球管偏移量来调节所述球管而将球管焦点和准直器中心定位在扫描平面上。优选地,所述步骤进行窗口上光束的校正还包括步骤:把所述校准工具放在所述探测器信道的左侧、中间、右侧;然后对这3个校准工具进行曝光;获取曝光后探测器所得的数据;根据所得数据计算得到这三个位置处的未对准量;调整所述探测器使得所述未对准量基本上为0。优选地,所述步骤根据投射在探测器上的X射线分布以及球管和ISO中心之间的三角关系,得到球管偏移量还包括:计算所述校准工具从1位置移动到2位置时其中心在所述探测器上的位移a;根据下面公式可得到球管偏移量??: ? ? = a × C × E A × D ]]>其中,C表示从x射线球管10焦点到1位置的距离;E表示从x射线球管10焦点到准直器11孔的距离;A表示从x射线球管10焦点到探测器12的距离;D表示从1位置到2位置的距离。优选地,所述校准工具从1位置移动到2位置时其中心在所述探测器上的位移a按如下公式得到: a = ( T × A ) ( 1 + γ ) 2 n ( 1 - γ ) X ]]>其中, X = P A - P B P A + P B ]]>γ是校准工具和空气投射的比率;T是在旋转中心处的X射线厚度;n是球管焦点到ISO中心的距离;P_A表示A窗口中的平均投射数据;P_B表示B窗口中的平均投射数据。与现有技术相比,本发明校准工具及方法和CT系统校准方法的有益效果为:首先,由于本发明的校准工具可以反复使用,不需要胶片,从而节约了成本。其次,由于未使用胶片,因此很环保。再者,由于采用本发明的技术方案不需要用直尺或者千分尺来测量未对准量,因此得到的结果很准确。
附图说明
为了对本公开内容更透彻的理解,下面参考结合附图所进行的下列描述,在附图中:图1是一种CT系统的简单结构示意图;图2是根据本发明的CT机X光发生器及探测器位置校准工具的结构示意图;图3是球管偏移状态下的X射线分布示意图;图4是调整球管位置的三角关系示意图;图5是调整探测器位置时校准工具在探测器上的位置示意图;图6是球管偏移状态下探测器所获取的数据分布图;图7是球管无偏移状态下探测器所获取的数据分布图;图8是球管偏移状态下校准工具的X射线分布示意图;图9是球管偏移状态下校准工具的X射线分布示意图;图10是本发明CT系统校准方法的示意图;图11a是探测器x射线强度和探测器及信号幅度示意图;图11b为准直器凸轮沿Z向移动示意图;图11c为探测器单元测得的信号幅度和凸轮相对应的探测器位置的关系图;图11d图示了球管焦点位置确定的示意图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的具体实施例,但本发明并不限于下述具体实施例。如图2所示,CT机X光发生器及探测器位置校准工具包括分割窗3、分割窗支架2、整体支架1和弹簧4,其中:所述分割窗支架2用于支撑所述分割窗3;所述弹簧4一端连接所述分割窗支架2,另一端连接所述整体支架1;所述分割窗3可以用来区分x光在探测器12上的位置;所述整体支架1用来将整个校准工具固定在扫描架上;所述弹簧4用来调整分割窗3相对于探测器12的位置。另外,在所述分割窗3两条中心线将所述分割窗3分成的四个部分中的相对角的两个部分上开具有两个窗口,分别为A窗口6和B窗口7。再如图2所示,该校准工具还包括调节所述分割窗3的螺柱5,其可以与弹簧4结合来调节该分割窗3相对于探测器12的位置。下面将描述使用本发明的CT机X光发生器及探测器位置校准工具(在下文中将其简称为jig)进行校准的方法。把Jig放置在CT旋转中心和探测器之间的某个位置,本例中jig到旋转中心的距离是210mm。如图3所示,其示出了安装完CT系统之后,通常情况下ISO中心线与扫描平面的关系。从中可以看出,球管10焦点并未处于理论上的扫描平面上。然而,理论上球管10焦点、准直器11中心和探测器12中心应该处于扫描平面上。首先进行POR校准。如图4所示,其示出了球管10分别在0度位置和180度位置发出x射线扫描jig后,这两次扫描在z方向上呈现的几何关系。在该图中:C表示从x射线球管10焦点到1位置的距离;E表示从x射线球管10焦点到准直器孔的距离;A表示从x射线球管10焦点到探测器12的距离;D表示从1位置到2位置的距离。首先把jig置于扫描平面上1位置(此时,球管10在0度位置)处,假设jig中心投射在探测器12上,对jig进行扫描,在探测器12上得到x射线的分布。然后把jig移动到2位置或者将扫描架旋转180度后,对jig进行扫描,在探测器12得到x射线的又一分布。如果x射线球管10焦点距准直器11中心或者扫描平面存在偏移量(用??表示),则jig在探测器12上的投射将移动距离a(a表示当jig从1位置移动到2位置时jig中心在探测器12上投射的位移)。根据几何关系,可以得到: ? ? E = c D - - - ( 1 ) ]]> c a = C A - - - ( 2 ) ]]>根据等式(1)和(2)可以得到: ? ? = a × C × E A × D - - - ( 3 ) ]]>对于等式(3)中的参数,根据某一CT系统的几何结构,A、C、D和E是已知的,只有参数a需要通过计算得到。如图5所示,示出了jig和在探测器上的x射线分布。从图5可知,如果x射线分布的中心线不与jig中心线对准,那么在A窗口中的x射线分布与在B窗口中的x射线分布就会不同。在A窗口中和B窗口中的x射线分布差可以通过探测器原数据(指球管10在0度扫描得到的数据)计算得到。众所周知,单片探测器没有z轴分辨率。这就是为什么把A窗口和B窗口分别设在jig中心线的两侧而且沿着中心线方向不存在重叠区域。本发明就是利用探测器x射线分辨率来解决z轴分辨率的。如图6所示,示出了当jig在1位置时,球管10发出x射线照射在jig上而在A窗口和B窗口中的x射线分布图。从该图可以看出在这两个窗口中的x射线分布差是很大的。通过沿着z方向调节螺柱5,可以使得在A窗口和B窗口中的x射线分布基本相同,如图7所示。然后,把jig移动到2位置或者把扫描架旋转180度,进而在A窗口和B窗口中分别得到又一x射线分布。如果球管10焦点在z方向上相对于准直器11中心存在偏移量,那么此时,在A窗口和B窗口中的x射线分布必然存在差异,如图8所示。在此例中,a的单位为毫米。从探测器12得到的x射线分布就是平均投射数据,该平均投影数据与投射面积有关。它们的关系通过下面的公式予以描述。由于A窗口和B窗口的宽度相同,所以可以使用x射线分布长度来代替其面积。如图8所示,其中,AA是在A窗口中x射线分布的长度;BB是B窗口中x射线分布的长度;假设P_A表示A窗口中的平均投射数据以及P_B表示B窗口中的平均投射数据。PA=AA+γBBPB=BB+γAAxa0xa0xa0xa0(4)其中,γ是校准工具和空气投射的比率,此为常数。根据图9,可以知道:2a=AA-BBxa0xa0xa0(5)设: X = P A - P B P A + P B - - - ( 6 ) ]]>因此, a = ( AA + BB ) ( 1 + γ ) 2 ( 1 - γ ) X - - - ( 7 ) ]]>其中, AA + BB = T × A n - - - ( 8 ) ]]>T是X射线在旋转中心处的厚度。n是球管焦点到ISO中心的距离。通过上述计算,就可以得到a,进而得到球管偏移量。根据该球管偏移量就能够将球管调整到正确的位置,从而完成POR校准。下面进行BOW校准。首先把所述校准工具放在所述探测器信道的左侧、中间、右侧;然后对这3个校准工具进行曝光;获取曝光后探测器所得的数据;根据所得数据计算得到这三个位置处的未对准量;调整所述探测器12使得所述未对准量基本上为0。在理论上,BOW校准与上述关于a的计算相同。唯一不同之处在于,BOW校准是直接将jig放在探测器12上。此时a不是jig中心线投射位移,而是探测器中心线偏移。再如下例:首先,将校准工具放置在距离旋转中心210mm处的地方,并进行球管0度曝光。此时根据下式(7)可以计算出校准工具在z方向的偏移a。 a = ( AA + BB ) ( 1 + γ ) 2 ( 1 - γ ) X - - - ( 7 ) ]]>然后进行球管180度曝光,此时根据公式(3)即可计算出球管在z方向的偏移。在将球管10调整结束之后,进行探测器12的位置调整。将3个校准工具直接放在探测器12的左侧,中心,和右侧,进行球管0度曝光。对于左侧的校准工具对应的探测器所获得的数据,例如:P_A=0.64492,P_B=0.78997,可以根据公式(6): X = P A - P B P A + P B , ]]>得到:X=0.10109,然后代入公式(7): a = ( AA + BB ) ( 1 + γ ) 2 ( 1 - γ ) X ]]>得到:a=8.5278X=0.8621mm;对于右边的校准工具对应的探测器所获得的数据,例如:P_A=0.46706P_B=0.59178,根据公式(6)得到X=0.11779,代入公式(7)得到:a=8.5278X=1.0044mm;对于中间的校准工具对应的探测器所获得的数据,例如:P_A=0.66902P_B=0.78973,根据公式(6)得到X=0.08275,代入公式(7)得到:a=8.5278X=0.7056mm;得到上述未对准量之后,根据未对准量即可将探测器12对准。在本发明的另一方面,本发明还公开了一种CT系统校准方法,如图10所示,本发明CT系统校准方法包括步骤:进行旋转平面的校正;进行窗口上光束的校正;当球管10凉时把探测器12和球管焦点对正;把准直器11和探测器12在x方向对正;在z方向上进行准直器校正;根据在z方向上进行准直器校正中得到的球管焦点在z方向上的偏移量重新依次执行上述所有步骤,直至所述偏移量接近0。其中,进行旋转平面的校正也就是进行POR校正以及进行窗口上光束的校正也就是BOW校正,对于POR校正和BOW校正而言,可以采用本领域技术人员已知或者将来已知的任何方法。在对CT系统进行完POR和BOW校正之后,当球管10凉时把探测器12和球管焦点对正,接着把准直器11和探测器12在x方向对正。然后,在z方向上进行准直器校正。最后根据在准直器校正中得到的球管焦点在z方向上的偏移量重新依次执行进行旋转平面校正、进行窗口上光束的校正、当球管10凉时把探测器12和球管焦点对正、把准直器11和探测器12在x方向对正、在z方向上进行准直器校正这些步骤,直到所述偏移量接近0为止。这样能够确保更优化的POR和BOW校正,同时能够达到更好的图像质量。其中,步骤在z方向上进行准直器校正可以参见Thomasxa0L.Toth,Neilxa0B.Bromberg等人于2000年12月在Americanxa0Associationxa0ofxa0Physicistsxa0inxa0Medicine.[S0094-2405(00)00412-0]发表的题为“Axa0dosexa0reductionxa0x-rayxa0beamxa0positioningxa0systemxa0forxa0high-speedxa0multislicexa0CTxa0scanners”中的记载。该文详细地介绍了准直器校正的过程。下面仅简单介绍一下该方法。准直器校正包括在扫描架不旋转时执行扫过扫描,在该扫过扫描期间,在准直器位置的整个范围内收集数据(如图11a、11b和11c所示)。图11a图示了探测器x射线强度和探测器及信号幅度示意图。其中,y_a1和y_a2表示探测器A侧a1和a2两个探测器单元探测到的X射线信号幅度。y_b1和y_b2表示探测器B侧b1和b2两个探测器单元探测到的X射线信号幅度。r_a表示a侧信号比率,r_b表示b侧比率,且满足: r a = y a 2 ( z ) y a 1 ( z ) ]]> r b = y b 2 ( z ) y b 1 ( z ) ]]>其中,y_a2(z)为探测器单元a2的信号;y_a1(z)为探测器单元a1的信号;y_b2(z)为探测器单元b2的信号;y_b1(z)为探测器单元b1的信号。图11b为准直器凸轮沿Z向移动示意图。其中,P_c(k)为凸轮位置。P_d(k)为凸轮相对应的探测器位置;P_faside表示a侧焦斑的位置;a1和a2表示两个探测器单元。凸轮以0.05mm步距移动;k为准直器位置索引。图11c为探测器单元测得的信号幅度和凸轮相对应的探测器位置的关系图。其中,y_a1和y_a2表示a1和a2两个探测器单元探测到的X射线信号幅度。如图11d所示,其图示了球管焦点位置确定的示意图。球管焦点在z方向上的偏移量f可以通过下式得到: f = ( P a + P b 2 ) ( D D - C z ) ]]>其中,D为焦斑到探测器的距离;C_z为焦斑到凸轮的距离;P_a表示探测器单元a2信号为满幅度一半时凸轮的位置;P_b表示表示探测器单元b2信号为满幅度一半时凸轮的位置。得到f后,再根据f重新执行本发明CT系统校准方法的前面的步骤,直到f值在零附近,例如f<0.02mm,校准结束。另外,对于进行旋转平面的校正和进行窗口上光束的校正而言,可以采用本发明的使用CT机X光发生器及探测器位置校准工具的校准方法来进行校正。所述步骤进行旋转平面的校正包括:把校准工具放在扫描平面上的1位置;CT机X光发生器对校准工具分别进行0度和180度曝光;根据投射在探测器上的X射线分布以及球管和ISO中心之间的三角关系,得到球管偏移量;根据所述球管偏移量来调节所述球管而将球管焦点和准直器中心定位在扫描平面上。所述步骤进行窗口上光束的校正还包括步骤:把所述校准工具放在所述探测器信道的左侧、中间、右侧;然后对这3个校准工具进行曝光;获取曝光后探测器所得的数据;根据所得数据计算得到这三个位置处的未对准量;调整所述探测器使得所述未对准量基本上为0。所述步骤根据投射在探测器上的X射线分布以及球管和ISO中心之间的三角关系,得到球管偏移量还包括:计算所述校准工具从1位置移动到2位置时其中心在所述探测器上的位移a;根据下面公式可得到球管偏移量??: ? ? = a × C × E A × D ]]>其中,C表示从x射线球管10焦点到1位置的距离;E表示从x射线球管10焦点到准直器11孔的距离;A表示从x射线球管10焦点到探测器12的距离;D表示从1位置到2位置的距离。所述校准工具从1位置移动到2位置时其中心在所述探测器上的位移a按如下公式得到: a = ( T × A ) ( 1 + γ ) 2 n ( 1 - γ ) X ]]>其中, X = P A - P B P A + P B ]]>γ是校准工具和空气投射的比率;T是在旋转中心处的X射线厚度;n是球管焦点到ISO中心的距离;P_A表示A窗口中的平均投射数据;P_B表示B窗口中的平均投射数据。由于本发明的使用CT机X光发生器及探测器位置校准工具的校准方法的技术方案在本文的前面已经详细地介绍过了,故在此不再赘述。虽然上述已经结合附图描述了本发明的具体实施例,但是本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下,可以对本发明进行各种改变、修改和等效替代。这些改变、修改和等效替代都意为落入随附的权利要求所限定的精神和范围之内。