K-edge鉴别能力参数表的获取及应用方法与流程

k-edge鉴别能力参数表的获取及应用方法
技术领域
1.本发明涉及成像技术领域，特别是涉及一种k-edge鉴别能力参数表的获取及应用方法。


背景技术：

2.近年来，能量分辨光子计数探测器在x射线医学成像领域的潜在应用得到了积极研究。
3.在应用时，通常以待测材料的理论质量衰减系数曲线作为指导进行实际应用，然而，探测器对不同材料的k-edge的鉴别退化效果不一致，使得材料实际的质量衰减系数与理论值存在误差，以理论质量衰减系数指导实际应用，将导致应用效果不如预期。


技术实现要素：

4.有鉴于此，针对上述技术问题，有必要提供一种k-edge鉴别能力参数表的获取及应用方法。
5.本发明提供的一种k-edge鉴别能力参数表的获取方法，包括以下步骤：
6.调节探测器预设的能量阈值；
7.选择不同材料的待测模体至探测器的检测区域内；
8.鉴别测试选定的待测模体；
9.探测器在不同的能量阈值下获得穿过不同材料的待测模体的能量信号；
10.根据多个所述能量信号，计算得到不同材料的待测模体在不同的能量阈值段内的质量衰减系数，形成不同待测模体的质量衰减曲线；
11.汇总多个待测模体的质量衰减曲线，形成k-edge鉴别能力参数表。
12.在其中一个实施例中，在步骤“调节探测器预设的能量阈值”中，预设的能量阈值的范围为待测模体的k-edge理论能量值
±
30kev。
13.在其中一个实施例中，在步骤“调节探测器预设的能量阈值”中，还包括以下步骤：调节射线源的工作电压，且工作电压为标称电压，或者工作电压的电压值等于待测试模体的理论k-edge能量值的2倍。
14.在其中一个实施例中，每测试一种待测模体，以与测试待测模体相同的测试条件对对比模体进行测试。
15.在其中一个实施例中，所述对比模体的材料为气体。
16.在其中一个实施例中，在步骤“选择待测模体至探测器的检测区域内进行检测”中，调节待测模体与探测器之间的间距，用以调节投影放大比。
17.在其中一个实施例中，在步骤“获得待测模体在不同的能量阈值下的质量衰减系数，形成质量衰减曲线”中，拟合多个质量衰减系数，形成质量衰减曲线。
18.在其中一个实施例中，所述待测模体包括基板和待测材料，所述基板内开设有容置腔，待测材料安装于所述容置腔内。
19.本发明化提供一种k-edge鉴别能力参数表的应用方法，所述k-edge鉴别能力参数表为以上任意一项所述的k-edge鉴别能力参数表；所述k-edge鉴别能力参数表的应用方法包括以下步骤：
20.确定k-edge成像用途；
21.确定待测物材料；
22.根据待测物的材料和k-edge鉴别能力参数表，选取与待测物材料对应的质量衰减曲线；
23.根据待测物的质量衰减曲线，推荐与待测物k-edge成像用途相应的能量阈值参数；
24.根据推荐的所述能量阈值参数和不同的用途需求，调节所述能量阈值参数。
25.在其中一个实施例中，不同的k-edge成像用途具有不同的噪声和/或成像对比度需求。
26.本发明提供的一种k-edge鉴别能力参数表的获取及应用方法，相比于现有技术的有益效果如下：
27.本发明通过同一探测器对多种不同材料的待测模体进行鉴别测试，从而探测器在不同的能量阈值下获得穿过不同材料的待测模体的能量信号，根据多个能量信号计算汇总形成多种材料的k-edge鉴别能力参数表，即表征该探测器的对多种不同材料k-edge的鉴别能力，有效消除材料k-edge理论计算和真实测量之间的误差，为后续k-edge成像等能谱应用提供可靠精确的参数选择依据，有利于提高k-edge成像等能谱应用时能阈推荐的准确性以及提高能阈参数推荐的效率，进而优化k-edge成像的应用效果。
附图说明
28.图1为适用于本发明的测量装置的结构示意图。
29.图2为适用于本发明的另一测量装置的结构示意图。
30.图3为图2中的测量装置的局部示意图。
31.图4为本发明一实施例中k-edge鉴别能力参数表的获取方法的流程图。
32.图5为碘的质量衰减曲线。
33.图中，100、测量装置；10、基板；101、容置腔；20、待测模体；30、支撑座；40、驱动组件；401、第一驱动电机；402、第二驱动电机；403、第三驱动电机；404、第一传送带；405、第二传送带；50、对比模体；200、射线源；300、探测器；3001、检测区域。
具体实施方式
34.下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。
35.需要说明的是，当组件被称为“装设于”另一个组件，它可以直接装设在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“固定于”另一个
组件，它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。
36.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
37.目前，材料的理论k-edge曲线已知，然而在实际应用中，每种探测器300的能量分辨率不同，性能不同，导致不同的探测器300对同种材料的鉴别效果不一致，导致检测得到同一材料的质量衰减系数与理论值存在系统误差，测量误差和量子噪声等退化源，因而通过理论值指导实际应用，有可能导致对实际的k-edge成像的能量阈值的范围选择有误，无法得到最优的成像效果。因此，需要针对实际的探测器300，获取探测器300对多种不同的材料的鉴别能力，才能形成切实可靠的k-edge鉴别能力参数表，以此指导k-edge成像应用的实现。
38.由此，本技术提供一种获取探测器300检测能力的方法，参阅图4，该方法包括以下步骤：
39.s1：调节探测器300预设的能量阈值；
40.s2：选择不同材料的待测模体20至检测区域3001内；
41.s3：鉴别测试选定的待测模体；
42.s4：探测器在不同的能量阈值下获得穿过不同材料的待测模体20的能量信号；
43.s5：根据多个所述能量信号，计算得到不同材料的待测模体20在不同的能量阈值段内的质量衰减系数，形成不同待测模体20的质量衰减曲线；
44.s6：汇总多个待测模体20的质量衰减曲线，形成k-edge鉴别能力参数表。
45.上述步骤s1-s6不存在固定的顺序关系，例如在对不同材料的待测模体20进行鉴别测试时，兼顾调节探测器300的能量阈值，可以是每调节一次能量阈值，切换多个待测模体20进行测试，将多个待测模体20测试完成后，再调节一次能量阈值，重复测试多个待测模体20；也可以是选择其中一个待测模体20进行测试，在测试时逐步调节能量阈值，直至完成对该待测模体20的测试，再切换其他材料的待测模体20进行测试。上述两种测试步骤均可实现在多种能量阈值条件下对多种待测模体20的测试，本技术对具体的测试步骤顺序不做限制。
46.本发明通过同一探测器300对多种不同材料的待测模体20进行鉴别测试，从而得到待测模体20实际的质量衰减曲线，有效消除材料k-edge理论计算和真实测量之间的误差，并将多种待测模体20的质量衰减曲线汇总形成多种材料的k-edge鉴别能力参数表，即表征该探测器300的对多种不同材料k-edge的鉴别能力，能够为后续k-edge成像等能谱应用提供可靠精确的参数选择依据，有利于提高k-edge成像等能谱应用时能阈参数推荐的准确性以及提高能阈参数选择的效率，进而优化k-edge成像的应用效果。
47.其中，待测模体20包括基板10和待测材料，基板10内开设有容置腔101，待测材料安装于容置腔内101。
48.在其中一个实施中，基板10为树脂板，当然在其他实施例中，基板10的材料不局限于以上所述，也可以选用其他材料。
49.另外，在本技术中，待测模体20的材料可以为金、银、铜、钛、碘、碲、钯或者高浓度
溶液及化合物等，待测模体20的材料取材丰富，包括广泛k-edge范围，适用于多种探测器的性能测试。
50.另外，待测模体20位于射线源200和探测器300的光束通路上，检测区域3001指的是探测器300能够接收到光子的可用区域。
51.作为优选的，可通过调节待测模体20与探测器300之间的间距，从而改变投影放大比，最优的是，待测模体20的投影全部覆盖探测器300的检测区域3001，确保探测器300的像素点能接收到射线源200穿过待测模体20后的能量衰减信号。当然，在其他实施例中，待测模体20的投影可以只覆盖探测器300的部分检测区域。
52.在步骤s1中，作为优选的，可调节的能量阈值的范围为待测模体20的k-edge理论能量值
±
30kev。测试时，在该能量阈值内进行检测，从最低能阈值开始采集x射线信号，保障此时探测器300响应水平为最高动态范围的80％左右，采集多帧投影以降低量子噪声，随后逐步调节能量阈值，逐级进行扫描并采集穿过待测模体20的能量信号，例如能量阈值的范围[10kev，70kev]，则在该能量阈值范围内，调节探测器300的能量阈值为10kev开始进行扫描，之后每次调节，均增加1kev，相当于以1kev为步距，逐步调节能量阈值重复进行鉴别测试，直至能量阈值调节达到70kev，完成扫描后测试结束，探测器300接收到经该待测模体衰减的射线能量分布，经过与对比模体数据对比并计算，可以得到该待测模体20的在不同能量阈值条件下的能量衰减信号。需说明的是，在其他实施例中，对能量阈值调节的步距大小不做限制，例如也可以2kev或0.1kev为步距，逐步调节能量阈值。
[0053]
在其他实施例中，能量阈值范围也可以根据实际使用的探测器300的能量阈值调节范围和射线源200的电压范围进行修改。进一步的，在步骤s1中，还包括以下步骤：启动射线源200，并调节射线源200的工作电压，且工作电压可以为标称电压，满足多种材料的测试需求。
[0054]
为了实现更高的入射剂量，提高测试数据信噪比，优选的射线源200的工作电压根据待测模体20的优选的为标称电压，或者一般将射线源200的平均能量设置到与待测模体20理论k-edge能量值对应的调节，例如工作电压等于待测模体20的理论k-edge能量值的2倍。通常射线源200的平均能量与峰值电压的一半比较接近，且射线源200的平均能量会随着电压发生变化，从而射线源200的工作电压可调节至待测模体20的k-edge能量的2倍，实际测试时射线源200的平均能量会在2倍的k-edge能量值附近上下浮动，如此，能够实现较优的信噪比输出。当然在其他实施例中，射线源200设定的工作电压值不局限于以上所述。
[0055]
需注意的是，射线受外界环境的影响而存在质量衰减，例如射线穿过空气时存在质量衰减，为尽可能的提高检测精度，需对对比模体50进行测试鉴别，并得到特定能量阈值下的穿过对比模体50的能量信号，以此修正待测模体20的质量衰减系数。因此，在步骤s4中，每检测一种待测模体20，均以与测试待测模体20相同的测试条件对对比模体50进行测试。当然，也可以是先测试对比模体50，再以同样的测试条件对多种不同的待测模体进行测量，如此，无需重复测试对比模体50，节省测试时间。
[0056]
其中，对比模体50的材料为气体，优选的为密度低于或等于1.29kg/m的气体，例如在标准大气压下的密度为1.29kg/m的空气。当然，也可以选用密度大于1.29kg/m的气体。
[0057]
在步骤s4中，完成一次检测得到一个能量信号，每完成一次检测，再次调节探测器300的能量阈值，在调节后的能量阈值条件下分别对对比模体50和待测模体20进行检测，重
复多次，得到该待测模体20在不同能量阈值条件下的多个能量信号，以及得到对比模体50在不同能量阈值条件下的多个能量信号。
[0058]
在其中一个能量阈值条件下，射线源200照射待测模体，穿过待测模体的射线能量被探测器300接收，在该预设的能量阈值条件下，探测器300接收到一个能量信号值。调节探测器300的能量阈值，探测器300在对应的能量阈值条件下接收到的另一个能量信号值。将两个能量信号值作差，得到探测器300在两个能量阈值之间的能量阈值段内接收到的能量信号。在本实施例中，以1kev为步距，逐步调节能量阈值重复进行鉴别测试，从而每个能量阈值段的段距相等。
[0059]
在步骤s5中，对能量阈值段内的待测模体20的能量信号进行处理，得到待测模体20在该能量阈值段内的质量衰减系数。
[0060]
在其中一个实施例中，计算得到待测模体20在不同的能量阈值段内的质量衰减系数的方法具体如下：
[0061]
射线源200直接照射到探测器300上，探测器在一个能量阈值段内接收到的能量信号记为i
e0
；对对比模体50进行鉴别测试，探测器在一个能量阈值段内接收到的能量信号记为i
e1
；对待测模体20进行鉴别测试，探测器300在一个能量阈值段内接收到的能量信号记为i
e2
；那么该待测模体20的质量衰减系数为：
[0062]
μ
em
/ρm＝i
e2
/i
e1
ρmtmꢀꢀꢀꢀꢀ
(1.1)
[0063]
其中，ρm为待测模体20的材料密度，tm为待测模体20的材料厚度。
[0064]
若不考虑检测环境对光子的衰减效果，则该待测模体20的质量衰减系数为：
[0065]
μ
em
/ρm＝i
e2
/i
e0
ρmtmꢀꢀꢀꢀꢀ
(1.2)
[0066]
其中，ρm为待测模体20的材料密度，tm为待测模体20的厚度。
[0067]
在可调节的能量阈值的范围，以固定步距调节能量阈值并进行测试，得到多个能量信号，通过计算两两相邻的两个能量阈值之间的能量阈值段的能量信号，进而计算得到待测模体20在不同能量阈值段内的质量衰减系数。
[0068]
对多个质量衰减系数值进行拟合，得到该待测模体20在该探测器300的能量分辨率下的质量衰减曲线，该质量衰减曲线表征探测器300对于该待测模体20的k-edge鉴别能力。
[0069]
其中，拟合多个质量衰减系数的方法存在多种，例如，可选用多项式插值法进行拟合，当然也可以选用其他方法进行曲线拟合。
[0070]
在步骤s5中，通过切换不同材料的待测模体20，重复步骤s1-s3，得到多种不同材料的待测模体20的质量衰减曲线，汇总多条质量衰减曲线形成该探测设备的k-edge鉴别能力参数表。
[0071]
在实施k-edge鉴别能力参数表的获取方法时，为提高鉴别测试的效率，本发明还提供一种适用于该k-edge鉴别能力参数表的获取方法的测量装置100，当然在其他实施例中，适用于该方法的装置的具体结构不局限于以下所述或图中所示。
[0072]
参阅图1-3，测量装置100位于射线源200和探测器300之间，以使射线源200能够照射到测量装置100。
[0073]
测量装置100包括基板10和多个待测模体20。其中，基板10上开设有多个容置腔101；多个待测模体20对应地安装容置腔101内；值得注意的是，每个待测模体20的材料不
同，从而在进行测试时，测量装置100能够提供多种材料不同的待测模体20进行测试。测量装置100还包括驱动组件40，驱动组件40与基板10连接；通过驱动组件40带动基板10运动，以切换不同的待测模体20移动至位于检测区域3001进行测试。
[0074]
该测量装置100，用以提供多种不同材料的待测模体20，在测试时，在步骤s2中，通过驱动组件40能够根据测试进程自动切换待测模体20，提高测试效率；且该测量装置100具备多种不同k-edge的待测模体20，可以满足多种临床和临床前具备能量鉴别能力的探测器300的性能测试，应用范围广；同时，该测量装置100可用于多次的重复测试，稳定度高。
[0075]
在本技术中，基板10为树脂板，当然在其他实施例中，基板10的材料不局限于以上所述，也可以选用其他材料。
[0076]
对应的，对比模体50为收容在容置腔101内的气体，且气体的密度1.29kg/m。当然在其他实施例中，容置腔101内也可以是真空，形成对比模体50。
[0077]
优选的，为控制试验变量，多个待测模体20的厚度一致，换言之，基板10内的容置腔101厚度一致，以免厚度不同导致试验条件不同。
[0078]
在其中一个实施例中，多个容置腔101在基板10上阵列排布，对应的分别安装于多个容置腔101内的多个待测模体20以及对比模体50在基板10上成阵列排布，以便于基板10在驱动组件40的驱动下移动，切换待测模体20。
[0079]
具体的，在其中一个实施例中，参阅图1，多个容置腔101以基板10的中心为圆心呈环形排布，对应的，多个待测模体20以及对比模体50以容置腔101。当然，在其他实施例中，多个容置腔101在基板10上的排布方式不局限于以上所述，例如也可以是如图2和图3所示的方式，多个容置腔101沿基板10的长度方向排布，其中，射线源200朝向探测器300发射射线的方向为第一方向；基板10的长度方向与第一方向垂直。容置腔101也可以以其他的路径进行排列，此处不做限制。
[0080]
请继续参阅图1，当多个容置腔101以基板10的中心为圆心沿周向排布，对应的，驱动组件40包括第一驱动电机401，第一驱动电机401的驱动轴与基板10连接，以带动基板10旋转，从而切换位于待测区域内的待测模体20，为探测器300提供多种不同材料的待测模体20，且便于实现对多种待测模体20进行检测。在其他实施例中，对应的驱动组件40的具体结构也不局限于以上所述或图中所示，只需能够实现待测模体20的切换即可，可根据实际需求进行适用性的调整。
[0081]
例如，在其他实施例中，请参阅图2和图3，当多个容置腔101沿基板10的长度方向排布；对应的，驱动组件40包括第一传送带404和第二驱动电机402：第一传送带404沿基板10的长度方向延伸设置；基板10安装于第一传送带404上，第二驱动电机402与第一传送带404连接，用于驱动第一传送带404转动，第一传送带404转动能够带动基板10移动，以切换不同的待测模体20移动至检测区域3001。
[0082]
进一步地，请参阅图2和图3，驱动组件40还包括第二传送带405和第三驱动电机403，第二传送带405沿射线源200发射光束的方向延伸设置；基板10与第二传送带405连接，第三驱动电机403用于驱动第二传送带405转动，第二传送带405转动能够带动基板10沿射线源200发射光束的方向移动，以调节待测模体20与探测器300之间的间距，调整投影放大比。
[0083]
优选的，可调节待测模体20与探测器300之间的间距，以使待测模体20的投影完全
覆盖检测区域3001，换言之，待测模体20的投影完全覆盖探测器300的可用面积。当然，在其他实施例中，可根据实际需求调节投影放大比。
[0084]
参阅图1和图2，测量装置100还包括支撑座30，基板10和驱动组件40均安装于支撑座30上，支撑座30用于承载基板10以及驱动组件40。
[0085]
本发明还提供一种基于上述的k-edge鉴别能力参数表的应用方法，用于快速获取待测物k-edge成像的能量阈值参数，提高工作效率，其具体步骤如下：
[0086]
p1:确定k-edge成像用途；
[0087]
p2:确定待测物材料；
[0088]
p3:根据待测物的材料和k-edge鉴别能力参数表，选取与待测物材料对应的质量衰减曲线；
[0089]
p4:根据待测物的质量衰减曲线，推荐与待测物k-edge成像用途相应的能量阈值参数；
[0090]
p5:根据推荐的所述能量阈值参数和不同的用途需求，调节所述能量阈值参数。
[0091]
以下举例展示k-edge鉴别能力参数表对实际应用的指导作用，具体展示k-edge鉴别能力参数表在k-edge成像协议中的调用方法：
[0092]
实施例1：碘的k-edge双能剪影成像
[0093]
首先，确定k-edge成像用途的用途为k-edge双能剪影成像；其次，确定待测物的材料为碘，接着依据k-edge鉴别能力参数表选取碘的质量衰减曲线。参阅图5，图5中黑色虚线为碘的理论质量衰减曲线，黑色实线为碘实际的质量衰减曲线。依据碘的质量衰减曲线，推荐k-edge能量上下的两个能量阈值段，分别在两个能量阈值段内进行扫描成像，然后进行权重剪影成像；在成像时，既要提供更大的衰减对比度，也要兼顾能能量阈值段太窄带来的噪声过大问题，因此根据实际需求对推荐的能量阈值段进行调节。此处使用的探测器300的能量分辨率为3kev，根据k-edge鉴别能力参数表，找出与碘材料对应的质量衰减曲线，从碘的质量衰减曲线中获知，探测器300的两个能量阈值参数段应推荐23-33kev，及33-43kev，再根据实际成像需求对探测器300的能量阈值进行微调。
[0094]
实施例2：碘的k-edge物质分解成像
[0095]
首先，确定k-edge成像用途的用途为k-edge物质分解成像；其次，确定待测物的材料为碘，接着依据k-edge鉴别能力参数表选取碘的质量衰减曲线。请继续参阅图5，依据碘的质量衰减曲线中分别推荐k-edge能量上下的两个能量阈值，根据实际需求对推荐的能量阈值参数进行微调，经过测试得到包含k-edge信息的扫描结果；再根据光电吸收，康普顿效应和k-edge信息进行物质分解。此处使用的探测器300的能量分辨率为3kev时，两个能量阈值应推荐25kev和35kev，再根据实际成像需求对探测器300的能量阈值进行微调。
[0096]
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
[0097]
以上实施方式的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施方式中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0098]
本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本发明，
而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上实施方式所作的适当改变和变化都落在本发明要求保护的范围内。