X射线滤波器、能谱成像系统及特异性组织鉴别方法

技术领域

本发明涉及X射线成像技术领域，主要涉及一种X射线滤波器、能谱成像系统及特异性组织鉴别方法及其设备。

背景技术

能谱成像技术可以利用物质在不同能量的X射线产生的不同的吸收来提供比常规X线成像技术更多的影像信息。目前常见的相关技术和应用，包括能谱CT成像技术，该技术不但能够获取物质密度及其分布图像，还能获得能谱图像，并能在此基础上计算出病变或组织的有效原子系数和电子密度，实现特异性组织鉴别，在物质识别上有着极大的应用潜力；除此之外，还有双能或多能的X线直接成像技术，比如基于该技术的双能骨密度仪，它能够对人体组织的骨矿含量、肌肉脂肪含量进行显示，从而实现骨密度测量；在非医学成像领域，基于双能或多能X线直接成像技术的安检仪或工业成像系统，都通过物质识别或更准确的物质密度成像得到了广泛应用。

上述X线能谱成像技术在进行成像时，最常用的方法分为两种：一是改变曝光方式，常见的是采用特殊的X射线发生器：基于快速kV切换技术的球管，该方法需要实现X射线发生器管电压的快速转换，来尽量减小不同能量的采集间隔；二是采用特殊的探测器，比如双层能谱探测器，采用常规X线成像扫描方案，通过上下两层探测器分别收集低能和高能射线进行能量采集，然后进行相关能谱计算；除此之外，常用的还有采用光子计数探测器，通过设置能量选通阈值来实现能谱通道的划分，分别对不同能谱区域内的光子数进行累积计数，获取关于不同材料的更全面的能谱信息进而实现物质识别。但以上两种方法一种是采用了高成本、高技术要求的X射线发生器，第二种改变了探测器的内部结构或半导体材料，实现成本高，且结构复杂。

发明内容

因此，本发明旨在提供一种X射线滤波器、能谱成像系统及特异性组织鉴别方法及其设备，以解决现有技术中在进行双能或多能成像时，具有实现成本高，结构复杂的问题。本申请提供一种X射线滤波器，包括：

滤波机构，所述滤波机构至少包括：第一滤波单元和第二滤波单元；所述第一滤波单元和所述第二滤波单元用于将同一射线源分离成具有不同能量的射线；所述滤波机构分离的射线通过面阵探测器接收。

可选的，构成所述滤波机构的滤波单元为条状结构，且条状结构的所述滤波单元垂直于待测组织的重建轴向面。

可选的，所述滤波机构由所述第一滤波单元和所述第二滤波单元构成，且所述第一滤波单元和所述第二滤波单元在所述滤波机构上交替设置。

可选的，条形结构的所述滤波单元其宽度等于或大于所述面阵探测器的像素尺寸；并且，条形结构的所述滤波单元其长度覆盖所述面阵探测器的像素列。

可选的，构成所述滤波机构的至少两种滤波单元的至少一种为空腔结构；和/或，

X射线滤波器还包括：框架结构的基底，所述基底用于固定滤波单元；和/或，

所述滤波机构的滤波单元为铝材质、或者为铜材质、或者为空气；和/或，

所述滤波机构的滤波单元的厚度不同，以改变该滤波单元的透射率。

可选的，在所述基底上的所述滤波单元为单层结构；和/或，

所述基底为镂空网格状的框架结构，所述镂空网格状的框架结构用于固定所述滤波单元；所述滤波单元嵌装在所述基底上，或所述滤波单元粘接固定在所述基底上。

可选的，所述基底上设置有用于形成镂空区域的通孔，所述通孔内为空气，以使所述射线源穿过该滤波单元后，能量不会发生衰减。

一种能谱成像系统，包括：

X射线滤波器；以及，

面阵探测器，用于接收依次穿过待测物和所述滤波机构，被分离的射线；

计算单元，与所述面阵探测器通讯相连，用于接收所述面阵探测器探测的射线数据，并对该射线数据进行分析处理。

能谱成像系统的特异性组织鉴别方法，包括以下步骤：

S1，朝向被扫描体发送高能量X射线；

S2，面阵探测器接收穿过被扫描体的高能量X射线以及通过X射线滤波器进行衰减处理得到低能量X射线；

S3，计算单元接收所述面阵探测器测得的射线数据，对射线数据提取，经过重建分别获得对同一物体的高能数据和低能数据的两组投影图像，以完成双能CT成像的投影采集；

S4，在高能投影数据以及低能投影数据的基础上，根据不同基材料对被检测物体进行基材料分解计算，获取原子序数图像和电子密度图像，实现特异性组织的鉴别。

可选的，在步骤S3中，采用插值方法通过所述面阵探测器采集的数据，从而计算已采数值中所述面阵探测器未采集到的数值。

可选的，所述插值方法包括：最近邻插值法和/或三次样条插值和/或拉格朗日插值法。

本发明的技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的X射线滤波器，包括：滤波机构，所述滤波机构至少包括：第一滤波单元和第二滤波单元；所述第一滤波单元和所述第二滤波单元用于将同一射线源分离成具有不同能量的射线；所述滤波机构分离的射线通过面阵探测器接收。

在本发明中，通过将第一滤波单元和第二滤波单元集成设置在一起，并通过改进的算法实现对未采集到的数值运算，即可实现通过一次扫描就能够获取目标位置的扫描图像，有效地提高了能谱成像系统的检测效率。而且，在本发明中的X射线滤波器无需改变与X射线滤波器相对应的探测器的内部结构或者半导体材料，即可实现射线获取，还有效地降低了能谱成像系统的成本。

2.本发明提供的X射线滤波器，构成所述滤波机构的滤波单元为条状结构，且条状结构的所述滤波单元垂直于待测组织的重建轴向面。

在本发明中通过多个条状结构的滤波单元组成滤波机构，并让条状结构的滤波单元垂直于待测组织的重建轴向面。上述设置方式不仅可以有效地降低X射线滤波器的生产制造成本。而且，通过本发明提供的算法也可以准确地得到原子序数图像和电子密度图像，实现特异性组织的鉴别。

3.本发明提供的X射线滤波器，条形结构的所述滤波单元其宽度等于或大于所述面阵探测器的像素尺寸；并且，条形结构的所述滤波单元其长度覆盖所述面阵探测器的像素列。

在本发明中，通过对条形结构的滤波单元相对于面阵探测器进行限定，使得滤波单元可以完整地覆盖面阵探测器的像素位置。

4.本发明提供的X射线滤波器，构成所述滤波机构的至少两种滤波单元的至少一种为空腔结构；和/或，X射线滤波器还包括：框架结构的基底，所述基底用于固定滤波单元；和/或，所述滤波机构的滤波单元为铝材质、或者为铜材质、或者为空气；和/或，所述滤波机构的滤波单元的厚度不同，以改变该滤波单元的透射率。

在本发明中，通过将滤波单元设置为空腔结构，在该空腔结构内填充空气，射线源发出的射线会直接穿过该滤波单元后，能量不会发生衰减。上述结构设置可以有效地降低滤波单元的生产制造成本。

5.本发明提供的能谱成像系统，包括：X射线滤波器；以及，面阵探测器，用于接收依次穿过待测物和所述滤波机构，被分离的射线；计算单元，与所述面阵探测器通讯相连，用于接收所述面阵探测器探测的射线数据，并对该射线数据进行分析处理。

在本发明中的能谱成像系统包括X射线滤波器。故，能谱成像系统具有X射线滤波器的所有优点。

6.本发明提供的能谱成像系统的特异性组织鉴别方法，包括以下步骤：S1，朝向被扫描体发送高能量X射线；S2，面阵探测器接收穿过被扫描体的高能量X射线以及通过X射线滤波器进行衰减处理得到低能量X射线；S3，计算单元接收所述面阵探测器测得的射线数据，对射线数据提取，经过重建分别获得对同一物体的高能数据和低能数据的两组投影图像，以完成双能CT成像的投影采集；在上述步骤S3中，采用插值方法通过所述面阵探测器采集的数据，从而计算已采数值中所述面阵探测器未采集到的数值；S4，在高能投影数据以及低能投影数据的基础上，根据不同基材料对被检测物体进行基材料分解计算，获取原子序数图像和电子密度图像，实现特异性组织的鉴别。

在本发明中，X射线经过滤波器之后到达面阵探测器。假设面阵探测器表面的像素矩阵大小是M*N，其为M行N列，经过带有两种不同材质的滤波单元之后能够实际采集到高能量下M*0.5N的像素矩阵，因为滤波器是一列一列交错排布的，所以列数减半；以及，低能量下M*0.5N的像素矩阵。因此，为了保证采用本滤波器后像素矩阵大小不变，保证不影响采集密度，进而不影响重建精度，在本发明中采用插值方法对这些采集得到数值计算位于它们中间的没采集到的数值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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他的附图。

图1为本发明提供的X射线滤波器的结构示意图；

图2为本发明提供的能谱成像系统的工作示意图；

图3为本发明提供的图1中射线滤波器所得到的两种不同能量的射线数据示意图；

图4为本发明提供的图1中射线滤波器中第一射线发生器其未采集到的数值处理示意图；

图5为本发明提供的图1中射线滤波器中第二射线发生器其未采集到的数值处理示意图。

附图标记说明：

1-第一射线发生器；2-第一射线接收器；3-基底；4-滤波机构；5-待测物。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

一种X射线滤波器，该X射线滤波器用于CT领域，如图1所示，其包括：

滤波机构4，所述滤波机构4至少包括：第一滤波单元1和第二滤波单元2；所述第一滤波单元1和所述第二滤波单元2用于将同一射线源分离成具有不同能量的射线；所述滤波机构4分离的射线通过面阵探测器接收。在本实施例中，上述滤波机构4由所述第一滤波单元1和所述第二滤波单元2构成，且所述第一滤波单元1和所述第二滤波单元2在所述滤波机构4上交替设置。而且，构成上述滤波机构4的滤波单元为条状结构，且条状结构的所述滤波单元垂直于待测组织的重建轴向面。且条形结构的所述滤波单元其宽度等于或大于所述面阵探测器的像素尺寸；条形结构的所述滤波单元其长度覆盖所述面阵探测器的像素列；

基底3，所述基底3为框架结构，用于固定滤波单元；所述基底3为镂空网格状的框架结构，所述镂空网格状的框架结构用于固定所述滤波单元；

在本实施例中，构成所述滤波机构4的第二滤波单元2为空腔结构；在所述基底3上设置有用于形成镂空区域的通孔，所述通孔内为空气，以使所述射线源穿过该滤波单元后，能量不会发生衰减。

当然，本实施例中对构成滤波机构4的滤波单元数量不做具体限定，在其它实施例中，组成滤波机构4的滤波单元还可以为3个或3个以上。

当然，本实施例中对滤波单元的形状不做具体限定，在其它实施例中，滤波单元还可以为块状方形结构或者其它不规则的形状。

当然，本实施例中对滤波机构4的材质不做具体限定，在其它实施例中，所述滤波机构4的滤波单元为铝材质、或者为铜材质、或者为空气。

当然，本实施例中对滤波机构4改变其透射率的方式不做具体限定，在其它实施例中，所述滤波机构4的滤波单元的厚度不同，以改变该滤波单元的透射率。

当然，本实施例中对X射线滤波器的应用领域不做具体限定，在其它实施例中，X射线滤波器还可以应用于非CT领域。

实施例2

一种能谱成像系统，如图1和图2所示，其包括：

X射线滤波器；以及，

面阵探测器，用于接收依次穿过待测物5和所述滤波机构4，被分离的射线；

计算单元，与所述面阵探测器通讯相连，用于接收所述面阵探测器探测的射线数据，并对该射线数据进行分析处理。

X射线滤波器，包括：滤波机构4，所述滤波机构4至少包括：第一滤波单元1和第二滤波单元2；所述第一滤波单元1和所述第二滤波单元2用于将同一射线源分离成具有不同能量的射线；所述滤波机构4分离的射线通过面阵探测器接收。在本实施例中，上述滤波机构4由所述第一滤波单元1和所述第二滤波单元2构成，且所述第一滤波单元1和所述第二滤波单元2在所述滤波机构4上交替设置。而且，构成上述滤波机构4的滤波单元为条状结构，且条状结构的所述滤波单元垂直于待测组织的重建轴向面。且条形结构的所述滤波单元其宽度等于或大于所述面阵探测器的像素尺寸；条形结构的所述滤波单元其长度覆盖所述面阵探测器的像素列；基底3，所述基底3为框架结构，用于固定滤波单元；所述基底3为镂空网格状的框架结构，所述镂空网格状的框架结构用于固定所述滤波单元；

能谱成像系统的特异性组织鉴别方法，包括以下步骤：

S1，朝向被扫描体发送高能量X射线；

S2，面阵探测器接收穿过被扫描体的高能量X射线以及通过X射线滤波器进行衰减处理得到低能量X射线；

S3，计算单元接收所述面阵探测器测得的射线数据，对射线数据提取，经过重建分别获得对同一物体的高能数据和低能数据的两组投影图像，以完成双能CT成像的投影采集；在步骤S3中，采用线性插值方法通过所述面阵探测器采集的数据，从而计算已采数值中所述面阵探测器未采集到的数值；

S4，在高能投影数据以及低能投影数据的基础上，根据不同基材料对被检测物体进行基材料分解计算，获取原子序数图像和电子密度图像，实现特异性组织的鉴别。

采用线性插值方法通过所述面阵探测器采集的数据的方法如下，如图3至图5所示，例如，在一次扫描中，射线发生器采用高电压，例如140KV，X射线穿过被扫描物体后，穿过射线滤波器，因为射线滤波器上具有不同透射能力的滤波单元，射线分成高低能量不同的射线，高低能量不同的射线被面阵探测器接收，面阵探测器将数据传输至计算单元，最后可以生成针对同一被扫描物体的高能图像与低能图像。其中，计算单元可以进行数据提取，经过重建可获得针对同一物体的高能数据和低能数据两组投影图像，从而实现双能CT成像的投影采集。例如，一个实施例中，面阵探测器4个边缘的*数据使用线性插值方法进行运算：

中间的数据使用双线性插值法，举例来说，若要求解A

其他待求像素点也是如此操作，最后得到采样数量与原始一致的两组高、低能数据，然后可以在完整高、低能投影数据的基础上选取不同基材料对被检测物体进行基材料分解计算，进而获取原子序数图像和电子密度图像，实现特异性组织的鉴别。

当然，本实施例中，具体的插值方法不做具体限定，在其它实施例中，还可以采用最近邻插值法、三次样条插值、拉格朗日插值法。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。