基于双能CT的数据采集方法、系统及计算机可读存储介质与流程

基于双能ct的数据采集方法、系统及计算机可读存储介质
技术领域
1.本发明涉及ct设备技术领域，尤其涉及一种基于双能ct的数据采集方法、系统及计算机可读存储介质。


背景技术：

2.计算机x射线断层扫描仪(computed tomography，ct)是利用x射线旋转照射被测物体，然后通过计算机处理获得物体断层图像的设备。随着ct技术的广泛应用，患者受到的x射线辐射剂量越来越多。为了降低患者承受的辐射剂量，低剂量ct受到越来越多的关注。但扫描剂量的降低会影响重建图像质量。为了保证低剂量扫描下的图像质量，迭代重建技术，深度学习技术等被广泛研究，应用于低剂量ct的重建。其中，基于深度学习的低剂量ct重建技术，需要采集足够数量的训练数据对深度学习网络进行训练，才能保证由低剂量ct重建出高质量图像。所采集的训练数据一般要求每组包含一低剂量ct数据和与所述低剂量ct数据对应的高剂量ct数据，用于有监督的深度学习网络中进行训练。当然，也存在一些无监督的深度学习网络如各种gan(generativeadversarial networks)网络，可以对非匹配的数据对进行训练，但是由于其参数很多，收敛困难，训练速度慢和容易崩溃等难点，在实际应用中受到很大限制。
3.为了保证所采集的高低剂量ct数据匹配，现有的采集方法是对同一患者用高剂量和低剂量，在其它扫描参数相同的情况下分别扫描一次。这种采集方案的主要问题是，两次扫描时间间隔较长，患者发生自主运动和不自主运动的概率增大，高低剂量数据不匹配概率随之增大。


技术实现要素：

4.为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种高低剂量数据匹配率大的基于双能ct的数据采集方法。
5.本发明公开了一种基于双能ct的数据采集方法，包括如下步骤：设置高剂量扫描参数和低剂量扫描参数，在一个扫描周期内按所述高剂量扫描参数和所述低剂量扫描参数分别进行高剂量扫描过程和低剂量扫描过程，以获取高剂量投影数据和低剂量投影数据；在所述一个扫描周期内，ct设备的扫描架仅存在一次开机和停机、ct设备的扫描床仅存在一次进动过程；将所述高剂量投影数据和/或所述低剂量投影数据重新进行排列，使同一扫描方向上存在所述高剂量投影数据与低剂量投影数据；根据每个扫描方向上的所述高剂量投影数据与低剂量投影数据训练深度学习网络，通过所述训练后的深度学习网络，由所述低剂量投影数据重建出高剂量ct图像。
6.优选地，所述高剂量扫描参数和所述低剂量扫描参数通过高电压和低电压实现，或通过高电流和低电流实现。
7.优选地，所述设置高剂量扫描参数和低剂量扫描参数，在一个扫描周期内按所述高剂量扫描参数和所述低剂量扫描参数分别进行高剂量扫描过程和低剂量扫描过程，以获
取高剂量投影数据和低剂量投影数据包括：在轴扫模式的一个扫描周期内，使用同一个射线源按所述高剂量扫描参数和所述低剂量扫描参数连续进行高剂量扫描过程和低剂量扫描过程。
8.优选地，在所述高剂量扫描过程和所述低剂量扫描过程中，分别从β1和β2两个角度采集的投影数据；β1＝β
i1
+180
°
，β2＝β
i2
+180
°
，其中，β
i1
为所述高剂量扫描过程的实际扫描角，β
i2
为所述低剂量扫描过程的实际扫描角；所述高剂量投影数据和所述低剂量投影数据之间的时间间隔为所述扫描架旋转半圈的时间；所述将所述高剂量投影数据和/ 或所述低剂量投影数据重新进行排列，使同一扫描方向上存在所述高剂量投影数据与低剂量投影数据包括：根据所述高剂量投影数据和所述低剂量投影数据之间的时间间隔将所述高剂量投影数据重新进行排列，获取同一扫描方向上的所述高剂量投影数据与低剂量投影数据。
9.优选地，所述设置高剂量扫描参数和低剂量扫描参数，在一个扫描周期内按所述高剂量扫描参数和所述低剂量扫描参数分别进行高剂量扫描过程和低剂量扫描过程，以获取高剂量投影数据和低剂量投影数据包括：在一个扫描周期内，使用同一个射线源按所述高剂量扫描参数和所述低剂量扫描参数，在每个扫描角度分别进行高剂量扫描过程和低剂量扫描过程，且相邻两个扫描角度的高剂量扫描过程和低剂量扫描过程交替进行；获取每个扫描角度的高剂量投影数据和低剂量投影数据，所述高剂量投影数据和所述低剂量投影数据之间的间隔角度为相邻两个扫描角度的间隔；所述将所述高剂量投影数据和/或所述低剂量投影数据重新进行排列，使同一扫描方向上存在所述高剂量投影数据与低剂量投影数据包括：对所述高剂量投影数据和/或所述低剂量投影数据进行插值处理，获取同一扫描方向上的所述高剂量投影数据与低剂量投影数据。
10.优选地，所述对所述高剂量投影数据和/或所述低剂量投影数据进行插值处理，获取同一扫描方向上的所述高剂量投影数据与低剂量投影数据包括：对相邻两个扫描角度的低剂量投影数据进行所述插值处理，获得相邻两个扫描角度的低剂量中间投影数据，所述低剂量中间投影数据与所述相邻两个扫描角度之间的高剂量投影数据为同一扫描方向；或，对相邻两个扫描角度的高剂量投影数据进行所述插值处理，获得相邻两个扫描角度的高剂量中间投影数据，所述高剂量中间投影数据与所述相邻两个扫描角度之间的低剂量投影数据为同一扫描方向；或，同时对相邻两个扫描角度的高剂量投影数据和低剂量投影数据进行所述插值处理，获得相邻两个扫描角度的低剂量中间投影数据和高剂量中间投影数据，所述高剂量中间投影数据与所述相邻两个扫描角度之间的低剂量投影数据为同一扫描方向，且所述低剂量中间投影数据与所述相邻两个扫描角度之间的高剂量投影数据为同一扫描方向。
11.优选地，所述插值处理包括均值插值、最邻近插值、双边插值、样条插值。
12.优选地，所述设置高剂量扫描参数和低剂量扫描参数，在一个扫描周期内按所述高剂量扫描参数和所述低剂量扫描参数分别进行高剂量扫描过程和低剂量扫描过程，以获取高剂量投影数据和低剂量投影数据包括：在一个扫描周期内，使用两个射线源按所述高剂量扫描参数和所述低剂量扫描参数分别进行高剂量扫描过程和低剂量扫描过程；所述两个射线源所发出的射线方向相互垂直；获取每个扫描角度的高剂量投影数据和低剂量投影数据，所述高剂量投影数据和所述低剂量投影数据之间的间隔角度为90
°
；所述将所述高剂量投影数据和/或所述低剂量投影数据重新进行排列，使同一扫描方向上存在所述高剂量
投影数据与低剂量投影数据包括：根据所述高剂量投影数据和所述低剂量投影数据之间的间隔角度将所述高剂量投影数据重新进行排列，获取同一扫描方向上的所述高剂量投影数据与低剂量投影数据。
13.本发明还公开了一种基于双能ct的数据采集的系统，包括ct设备和深度学习模块，所述ct设备包括扫描床、环形的扫描架和控制模块，所述扫描架上设有射线源和探测器，所述扫描床沿所述扫描架轴向进动，所述射线源发射的射线穿过所述扫描床被所述探测器捕获，所述探测器获取投影数据；所述深度学习模块与所述探测器连接；通过所述控制模块设置所述射线源的高剂量扫描参数和低剂量扫描参数，在一个扫描周期内按所述高剂量扫描参数和所述低剂量扫描参数分别进行高剂量扫描过程和低剂量扫描过程，以获取高剂量投影数据和低剂量投影数据；在所述一个扫描周期内，ct设备的扫描架仅存在一次开机和停机、ct设备的扫描床仅存在一次进动过程；所述深度学习模块从所述探测器获取所述高剂量投影数据和所述低剂量投影数据，将所述高剂量投影数据和/ 或所述低剂量投影数据重新进行排列，使同一扫描方向上存在所述高剂量投影数据与低剂量投影数据；通过所述深度学习模块根据每个扫描方向上的所述高剂量投影数据与低剂量投影数据训练深度学习网络，所述深度学习网络根据所述低剂量投影数据重建出高剂量ct图像。
14.本发明还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的方法的步骤。
15.采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：
16.本发明通过基于双能ct扫描，满足“同时、同源、同向”的要求，实现高低双剂量扫描，可有效缩短高剂量数据和低剂量数据的时间间隔，降低患者发生自主运动和不自主运动的概率，从而降低甚至消除高剂量ct数据和低剂量ct数据不匹配的概率，高低剂量数据的一致性好，从而实现了低剂量也能重建出高质量图像，达到了降低辐射剂量的目的。
附图说明
17.图1为本发明提供的基于双能ct的数据采集方法流程图；
18.图2为本发明提供的基于双能ct的数据采集方法的第一实施例的结构图；
19.图3为本发明提供的基于双能ct的数据采集方法的第二实施例的结构图；
20.图4为本发明提供的基于双能ct的数据采集方法的第三实施例的结构图。
21.附图标记：1
‑
射线源，2
‑
扫描床，3
‑
探测器。
具体实施方式
22.以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。
23.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
24.在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包
含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
25.应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在
……
时”或“当
……
时”或“响应于确定”。
26.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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。
27.在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
28.在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身并没有特定的意义。因此，“模块”与“部件”可以混合地使用。
29.参见附图1，本发明公开了一种基于双能ct的数据采集方法，包括如下步骤：
30.s1、设置高剂量扫描参数和低剂量扫描参数，在一个扫描周期内按高剂量扫描参数和低剂量扫描参数分别进行高剂量扫描过程和低剂量扫描过程，以获取高剂量投影数据和低剂量投影数据；
31.s2、将高剂量投影数据和/或低剂量投影数据重新进行排列，使同一扫描方向上存在高剂量投影数据与低剂量投影数据；
32.s3、根据每个扫描方向上的高剂量投影数据与低剂量投影数据训练深度学习网络，通过训练后的深度学习网络，由低剂量投影数据重建出高剂量ct图像。
33.在步骤s1中，在该一个扫描周期内，ct设备的扫描架仅存在一次开机和停机，且 ct设备的扫描床3仅存在一次进动过程，故在该一个扫描周期内，高剂量扫描过程和低剂量扫描过程是连续的，两次扫描之间的时间间隔接近于0，避免两次扫描之间患者出现运动。而现有技术的两次扫描的方法，扫描机架启停等因素影响，两次扫描之间存在一定时间间隔，本发明相对于现有技术有效缩短高剂量数据和低剂量数据的时间间隔，降低患者发生自主运动和不自主运动的概率，从而降低甚至消除高剂量ct数据和低剂量 ct数据不匹配的概率，高低剂量数据的一致性好。
34.通过步骤s2中的数据重排可获取每个扫描方向上的高剂量投影数据与低剂量投影数据，根据该投影数据通过步骤s3训练重建高质量扫描图像的深度学习网络，通过该深度学习网络根据低剂量投影数据重建出高剂量ct图像，实现了低剂量也能重建出高质量图像，达到了降低辐射剂量的目的。
35.较佳地，高剂量扫描参数和低剂量扫描参数包括但不仅限于通过高电压和低电压实现，即切换x射线源1的电压，或通过高电流和低电流实现，即切换x射线源1的电流。
36.下面通过三个实施例来具体说明高剂量扫描过程和低剂量扫描过程的不同安排方式以实现在该一个扫描周期内如何连续的进行高剂量扫描过程和低剂量扫描过程。
37.第一实施例，又叫短时连续扫描方案，首先设置高剂量扫描参数和低剂量扫描参数，使用轴扫模式，在该一个扫描周期内，使用同一个射线源1按高剂量扫描参数和低剂量扫描参数连续进行高剂量扫描过程和低剂量扫描过程，以获取高剂量投影数据和低剂量投影数据。在本实施例中，轴扫模式下，在扫描床3每次进动之前都进行高低剂量的连续两次扫描，因此，高低剂量数据的时间间隔接近机架旋转一圈的时间，高速的扫描可以达到0.25s/圈，可以克服人体器官运动位移差。而现有的两次扫描则需要首先在高剂量下，完成所有扫描床3进动位置的扫描，然后扫描床3回原位，进行低剂量扫描，时间间隔大大增加，本发明相对于现有技术可以大大缩短高剂量数据和低剂量数据的时间间隔。
38.较佳地，本实施例还可以采取部分扫描重建模式，即在高剂量扫描过程和低剂量扫描过程中，分别从β1和β2两个角度采集的投影数据；β1＝β
i1
+180
°
，β2＝β
i2
+180
°
，其中，β
i1
为高剂量扫描过程的实际扫描角，β
i2
为低剂量扫描过程的实际扫描角，实际扫描角度为x射线束张角范围，使得高剂量投影数据和低剂量投影数据之间的时间间隔为扫描架旋转半圈的时间。根据高剂量投影数据和低剂量投影数据之间的时间间隔将高剂量投影数据重新进行排列，获取同一扫描方向上的高剂量投影数据与低剂量投影数据。
39.第二实施例，又叫高低剂量快速切换方案，首先设置高剂量扫描参数和低剂量扫描参数，在一个扫描周期内，使用同一个射线源1按高剂量扫描参数和低剂量扫描参数，在每个扫描角度分别进行高剂量扫描过程和低剂量扫描过程，且相邻两个扫描角度的高剂量扫描过程和低剂量扫描过程交替进行，以获取每个扫描角度的高剂量投影数据和低剂量投影数据，高剂量投影数据和低剂量投影数据之间的间隔角度即为相邻两个扫描角度的间隔。根据高剂量投影数据和低剂量投影数据之间的间隔角度将高剂量投影数据和/ 或低剂量投影数据重新进行排列，使同一扫描方向上存在高剂量投影数据与低剂量投影数据。
40.其中，还需要对高剂量投影数据和/或低剂量投影数据进行插值处理，以获取同一扫描方向上的高剂量投影数据与低剂量投影数据。
41.具体地，插值处理的实现方式包括但不仅限于以下三种：
42.a.对相邻两个扫描角度的低剂量投影数据进行插值处理，获得相邻两个扫描角度的低剂量中间投影数据，低剂量中间投影数据与相邻两个扫描角度之间的高剂量投影数据即为同一扫描方向上的投影数据，作为一组投影数据；
43.b.对相邻两个扫描角度的高剂量投影数据进行插值处理，获得相邻两个扫描角度的高剂量中间投影数据，高剂量中间投影数据与相邻两个扫描角度之间的低剂量投影数据即为同一扫描方向上的投影数据，作为一组投影数据；
44.c.同时对相邻两个扫描角度的高剂量投影数据和低剂量投影数据进行插值处理，获得相邻两个扫描角度的低剂量中间投影数据和高剂量中间投影数据，高剂量中间投影数据与相邻两个扫描角度之间的低剂量投影数据为同一扫描方向上的投影数据，作为一组投影数据，且低剂量中间投影数据与相邻两个扫描角度之间的高剂量投影数据也为同一扫描方向上的投影数据，作为另一组投影数据。
45.上述三种插值处理的的实现方式中，方式a仅获得所有高剂量扫描方向上的数据组，方式b仅获得所有低剂量扫描方向上的数据组，而方式c获得的是所有高剂量扫描方向
上的数据组和所有低剂量扫描方向上的数据组，数据更加完善，可使得深度学习模块的预测结果更加精确。
46.其中，插值处理所采用的方法包括但不仅限于均值插值、最邻近插值、双边插值、样条插值。
47.第三实施例，又叫双球管方案，首先设置高剂量扫描参数和低剂量扫描参数，在一个扫描周期内，使用两个射线源1按高剂量扫描参数和低剂量扫描参数分别进行高剂量扫描过程和低剂量扫描过程，以获取每个扫描角度的高剂量投影数据和低剂量投影数据。
48.其中，两个射线源1所发出的射线方向相互垂直，故，高剂量投影数据和低剂量投影数据之间的间隔角度为90
°
。
49.根据高剂量投影数据和低剂量投影数据之间的间隔角度90
°
将高剂量投影数据重新进行排列，获取同一扫描方向上的高剂量投影数据与低剂量投影数据。
50.具体的，可对低剂量数据进行重新排列，使之与高剂量数据在方向上一一对应；也可保持低剂量数据顺序不变，对高剂量数据进行重新排列，使之与低剂量数据在方向上一一对应。重新排列后的数据即为满足一致性要求的训练数据。
51.本发明还提供了一种基于双能ct的数据采集的系统，包括ct设备和深度学习模块， ct设备用于对进行扫描过程，获取扫描数据；深度学习模块用于通过扫描数据建立深度学习模块，以输出高质量的ct扫描图像。
52.ct设备包括：
53.‑
环形的扫描架，扫描架上设有射线源1和探测器2，射线源1用于发出射线，一般为x射线，探测器2用于捕获x射线穿过被扫描者后的x射线余量，并将该余量转化为投影数据；深度学习模块与探测器2连接，用于获取探测器2生成的投影数据；
54.‑
扫描床3，扫描床3沿扫描架轴向进动，射线源1发射的射线穿过扫描床3被探测器2捕获
55.‑
控制模块，用于设置射线源1的高剂量扫描参数和低剂量扫描参数，且控制环形的扫描架和扫描床3在一个扫描周期内按高剂量扫描参数和低剂量扫描参数分别进行高剂量扫描过程和低剂量扫描过程，以获取高剂量投影数据和低剂量投影数据。
56.需要说明的是，在该一个扫描周期内，ct设备的扫描架仅存在一次开机和停机、ct 设备的扫描床3仅存在一次进动过程。
57.深度学习模块从探测器2获取高剂量投影数据和低剂量投影数据，将高剂量投影数据和/或低剂量投影数据重新进行排列，使同一扫描方向上存在高剂量投影数据与低剂量投影数据，再根据每个扫描方向上的高剂量投影数据与低剂量投影数据训练深度学习网络，通过该深度学习网络根据所述低剂量投影数据重建出高剂量ct图像，解决低剂量 ct图像质量差的问题。由于高剂量数据和低剂量数据的时间间隔短，患者发生自主运动和不自主运动的概率低，从而降低甚至消除了高剂量ct数据和低剂量ct数据不匹配的概率，使得高低剂量数据的一致性好，从而所预测的高质量扫描图像的预测准确度佳。
58.本发明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，计算机程序被处理器执行时实现上述基于双能ct的数据采集方法的步骤。
59.应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效
实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。