高能X射线CT设备的同步数据采集和校准方法及控制系统

摘要

本发明提供了一种高能X射线CT设备的同步数据采集和校准方法，该方法包括如下步骤：S1.对高能X射线CT设备的射线源的输出脉冲信号进行检测；S2.在检测到脉冲信号时执行脉冲信号的数据采集，获得脉冲信号数据；S3.在执行完步骤S2之后并且在检测到来自射线源的下一次脉冲信号之前，执行对环境的数据采集，获得环境信号数据；以及S4.通过对脉冲信号数据和环境信号数据进行对比，获得待检测对象的数据信息。该方法简化了标定校准过程，缩短了测量总时间，同时能够有效降低系统探测器本底漂移带来的影响，尤其是对高辐射样品测量时，改善效果更加显著。还提出了相应的同步数据采集和校准的控制系统。

权利要求

1.一种高能X射线CT设备的同步数据采集和校准方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：S1.对所述高能X射线CT设备的射线源的输出脉冲信号进行检测；

S2.在检测到所述脉冲信号时执行所述脉冲信号的数据采集，获得脉冲信号数据；

S3.在执行完所述步骤S2之后并且在检测到来自所述射线源的下一次脉冲信号之前，执行对环境的数据采集，获得环境信号数据；以及S4.通过对所述脉冲信号数据和所述环境信号数据进行对比，获得待检测对象的数据信息；

所述方法还包括：利用计时器保证脉冲信号的数据采集与环境的数据采集之间的时间间隔，所述时间间隔设置为能够避免高能X射线引起的感生放射效应的干扰。

2.根据权利要求1所述的高能X射线CT设备的同步数据采集和校准方法，其特征在于，所述步骤S1包括检测所述输出脉冲信号的上升沿。

3.根据权利要求2所述的高能X射线CT设备的同步数据采集和校准方法，其特征在于，在检测到所述输出脉冲信号的上升沿的同时启动计时器进行计时。

4.根据权利要求1所述的高能X射线CT设备的同步数据采集和校准方法，其特征在于，在所述步骤S2中，执行所述脉冲信号的数据采集的步骤包括对所述输出脉冲信号的下降沿进行检测。

5.根据权利要求4所述的高能X射线CT设备的同步数据采集和校准方法，其特征在于，在检测到所述输出脉冲信号的下降沿时，使所述计时器延时第一时长后停止计时，记录所述脉冲信号的束流剂量值，并且记录所述计时器的第二时长。

6.根据权利要求5所述的高能X射线CT设备的同步数据采集和校准方法，其特征在于，使所述计时器延时第三时长后，执行环境信号数据的采集。

7.根据权利要求6所述的高能X射线CT设备的同步数据采集和校准方法，其特征在于，执行所述环境信号数据的采集的第四时长等于所述第二时长。

8.根据权利要求6所述的高能X射线CT设备的同步数据采集和校准方法，其特征在于，在执行完所述环境信号数据的采集之后，对所述高能X射线CT设备执行相应的机械控制操作。

9.一种用于高能X射线CT设备的同步数据采集和校准的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：脉冲信号检测模块，所述脉冲信号检测模块用于对所述高能X射线CT设备的射线源的输出脉冲信号进行检测；

数据采集模块，所述数据采集模块用于在检测到所述脉冲信号时执行所述脉冲信号的数据采集，获得脉冲信号数据，以及执行对环境的数据采集，获得环境信号数据；

数据处理模块，所述数据处理模块通过对所述脉冲信号数据和所述环境信号数据进行对比，获得待检测对象的数据信息，以及控制模块，所述控制模块用于控制所述脉冲信号检测模块、所述数据采集模块和所述数据处理模块协同操作；

其中，所述数据采集模块设置为：在获得所述脉冲信号数据之后并且在所述脉冲信号检测模块检测到来自所述射线源的下一次脉冲信号之前，获得所述环境信号数据；

所述控制模块包括计时器，用于保证脉冲信号的数据采集与环境的数据采集之间的时间间隔，所述时间间隔设置为能够避免高能X射线引起的感生放射效应的干扰。

10.根据权利要求9所述的用于高能X射线CT设备的同步数据采集和校准的控制系统，其特征在于，所述脉冲信号检测模块包括信号边沿检测模块，用于检测所述脉冲信号的边沿变化。

11.根据权利要求9所述的用于高能X射线CT设备的同步数据采集和校准的控制系统，其特征在于，所述数据采集模块包括高能X射线束流剂量采集子模块和本底数据采集子模块。

12.根据权利要求9所述的用于高能X射线CT设备的同步数据采集和校准的控制系统，其特征在于，所述计时器用于对数据采集的时长进行计时和记录。

13.根据权利要求12所述的用于高能X射线CT设备的同步数据采集和校准的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括存储模块，所述存储模块用于存储由所述数据采集模块采集的信号数据以及所述计时器的计时时长。

说明书

高能X射线CT设备的同步数据采集和校准方法及控制系统

技术领域

[0001] 本发明涉及计算机断层成像(CT)设备领域，更具体地，涉及一种高能X射线CT设备的数据校准的方法以及相关控制系统。

背景技术

[0002] 随着国防工业和民用工业技术的快速发展，需要进行检测的工件的尺寸越来越大、且结构越来越复杂，对检测精度的要求也越来越高。为了满足大工件及复杂环境下的检测要求，高能X射线计算机断层成像(CT)技术逐渐得到重视和关注，并不断得到发展和完善。高能X射线CT设备通常采用加速器装置作为射线源，同时包含转台机械装置和探测系统等部件，能直观、清晰且准确地呈现被测大工件的断面内部的结构、密度变化以及缺陷的性质、位置和大小，在航天航空、军工等敏感领域发挥着无可替代的作用。

[0003] 然而，由于高能X射线CT设备体积较大，射线源的稳定性、旋转台的跳动和偏摆、与探测器的相对位姿关系、机械振动以及复杂的背景环境等因素均会对高能X射线CT设备的整体系统造成影响。尤其是在用于对放射性工件进行检测成像时，被检测对象自身的放射性对测量本底的影响是无法避免的。这些因素的存在最终将导致成像质量的下降，并由此影响检测效果。为了解决上述问题，高能X射线CT设备通常在出厂时和每次使用之前，需要花费大量时间进行标定和校准工作，这样就需要通过扫描特定材料的工件，将重建图像数值和工件真实值进行比较，以确定标定参数。

[0004] 现有技术中提出了通过使运动系统与数据采集同步的方法来实现射线脉冲、数据采集和平台运动的匹配与耦合的相关技术方案，还提出了利用脉冲技术实现面阵探测器数据采集、加速器射线脉冲发射和机械系统运动三者的严格同步，由此提高图像质量的相关方案。但是，现有技术中未出现过通过数据采集与数据标定同步执行的方式来提高检测准确度的相关方案。

发明内容

[0005] 针对现有技术中存在的高能X射线断层成像标定和使用过程中的各种不稳定因素的干扰问题，尤其是高辐射环境下的成像研究中待检测对象的高放射性对测量结果影响的问题，本发明提出一种高能X射线CT设备的动态校准和数据采集方法，其可以简化标定校准过程，缩短测量总时间，同时能够有效降低系统探测器本底漂移带来的影响，尤其是对高辐射样品测量时，该方案的改善效果更加显著。

[0006] 根据本发明的一个方面，提供一种高能X射线CT设备的同步数据采集和校准方法，该方法包括如下步骤：

[0007] S1.对高能X射线CT设备的射线源的输出脉冲信号进行检测；

[0008] S2.在检测到脉冲信号时执行脉冲信号的数据采集，获得脉冲信号数据；

[0009] S3.在执行完步骤S2之后并且在检测到来自射线源的下一次脉冲信号之前，执行对环境的数据采集，获得环境信号数据；以及

[0010] S4.通过对脉冲信号数据和环境信号数据进行对比，获得待检测对象的数据信息。

[0011] 根据本发明的高能X射线CT设备的同步数据采集和校准方法在有脉冲剂量输出时进行成像数据的采集，利用加速器无脉冲输出的空闲时间进行本底数据的采集，如此既节省了测量时间，又使得成像数据与相应的本底数据一一对应，以进行数据的合成，保证了测量数据的真实性和准确性。

[0012] 根据本发明的高能X射线CT设备的同步数据采集和校准方法的一个优选的实施例，步骤S1包括检测输出脉冲信号的上升沿。

[0013] 在根据本发明的高能X射线CT设备的同步数据采集和校准方法的另一个优选的实施例中，在检测到输出脉冲信号的上升沿的同时启动计时器进行计时。

[0014] 根据本发明的高能X射线CT设备的同步数据采集和校准方法的再一个优选的实施例，在步骤S2中，执行脉冲信号的数据采集的步骤包括对输出脉冲信号的下降沿进行检测。

[0015] 在根据本发明的高能X射线CT设备的同步数据采集和校准方法的还一个优选的实施例中，在检测到输出脉冲信号的下降沿时，使计时器延时第一时长后停止计时，记录脉冲信号的束流剂量值，并且记录计时器的第二时长。

[0016] 根据本发明的高能X射线CT设备的同步数据采集和校准方法的又一个优选的实施例，使计时器延时第三时长后，执行环境信号数据的采集。

[0017] 在根据本发明的高能X射线CT设备的同步数据采集和校准方法的另一个优选的实施例中，执行环境信号数据的采集的第四时长等于第二时长。

[0018] 根据本发明的高能X射线CT设备的同步数据采集和校准方法的再一个优选的实施例，在执行完环境信号数据的采集之后，对高能X射线CT设备执行相应的机械控制操作。

[0019] 本发明的实施例还提供一种用于高能X射线CT设备的同步数据采集和校准的控制系统，该控制系统包括：

[0020] 脉冲信号检测模块，所述脉冲信号检测模块用于对所述高能X射线CT设备的射线源的输出脉冲信号进行检测；

[0021] 数据采集模块，所述数据采集模块用于在检测到所述脉冲信号时执行所述脉冲信号的数据采集，获得脉冲信号数据，以及执行对环境的数据采集，获得环境信号数据；

[0022] 数据处理模块，所述数据处理模块通过对所述脉冲信号数据和所述环境信号数据进行对比，获得待检测对象的数据信息，以及

[0023] 控制模块，所述控制模块用于控制所述脉冲信号检测模块、所述数据采集模块和所述数据处理模块协同操作。

[0024] 根据本发明的用于高能X射线CT设备的同步数据采集和校准的控制系统的一个优选的实施例，脉冲信号检测模块包括信号边沿检测模块，用于检测脉冲信号的边沿变化。

[0025] 在根据本发明的用于高能X射线CT设备的同步数据采集和校准的控制系统的另一个优选的实施例中，数据采集模块包括高能X射线束流剂量采集子模块和本底数据采集子模块。

[0026] 根据本发明的用于高能X射线CT设备的同步数据采集和校准的控制系统的再一个优选的实施例，控制模块包括计时器，计时器用于对数据采集的时长进行计时和记录。

[0027] 在根据本发明的用于高能X射线CT设备的同步数据采集和校准的控制系统的又一个优选的实施例中，控制系统还包括存储模块，存储模块用于存储由数据采集模块采集的信号数据以及计时器的计时时长。

[0028] 与现有技术相比，根据本发明的高能X射线CT设备的同步数据采集和校准的方法和控制系统能够根据高能X射线CT设备的射线源所产生的信号的脉冲特性对CT扫描装置进行实时数据采集和标定校准，免去了传统的CT扫描装置的标定校准及数据采集方法中需要定期进行人工后期标定校准和单独的本底数据采集的环节，能够有效提高数据采集效率，降低噪声干扰，改善图像成像效果，提高CT扫描装置的可靠性，节约了扫描成像的时间，具有很高的实际应用价值，尤其适用于放射性样品的扫描成像研究。

附图说明

[0029] 通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。

[0030] 图1为根据本发明的高能X射线CT设备的同步数据采集和校准方法的流程图；以及[0031] 图2为根据本发明的高能X射线CT设备的同步数据采集和校准方法的时序图。

[0032] 需要说明的是，附图并不一定按比例来绘制，而是仅以不影响读者理解的示意性方式示出。

具体实施方式

[0033] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，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的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。

[0034] 除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

[0035] 高能X射线CT设备的高能X射线源通常由加速器产生，由于加速器自身系统的限制，通常在一秒钟内输出几十或几百个宽度为数微妙的脉冲信号。结合加速器的这个特点，本发明提出一种动态标定校准和数据采集方法，在有脉冲剂量输出时进行成像数据的采集，利用加速器无脉冲输出的空闲时间进行本底数据(这里的本地数据指代设备所处环境中的数据)的采集，如此既节省了测量时间，又使得成像数据与相应的本底数据一一对应，以进行数据的合成，保证了测量数据的真实性和准确性。

[0036] 本发明提出了一种高能X射线CT设备的同步数据采集和校准方法，如图1所示，本发明的方法包括以下步骤，首先对高能X射线CT设备的射线源的输出脉冲信号进行检测；接着，在检测到脉冲信号时执行脉冲信号的数据采集，获得脉冲信号数据；然后，在执行完获取脉冲信号数据的步骤之后并且在检测到来自射线源的下一次脉冲信号之前，执行对环境的数据采集，获得环境信号数据；最后，通过对脉冲信号数据和环境信号数据进行对比，获得待检测对象的数据信息。

[0037] 参照图2所示，高能X射线CT设备的射线源由加速器产生，加速器自身产生脉冲式能量输出，因此可以基于加速器的这种输出特性对CT设备进行数据的同步采集和校准，由此大大节省CT设备的成像和数据输出时间，提高设备的利用率。也就是说，可以在加速器输出射线时进行数据采集工作，而在加速器的两次脉冲输出之间进行本底数据的采集，并执行校准工作以及对CT设备的其他相关操作。

[0038] 在高能X射线CT设备进入工作状态后，首先启动作为高能X射线CT设备的射线源的加速器，并且对来自加速器的X射线进行检测。也就是说，在控制加速器的射线源脉冲出束的同时对X射线源的剂量信息进行数据采集，在此，可以通过检测射线源脉冲出束的上升沿来启动数据采集动作的输出信号，并开始X射线源的剂量信息的数据采集操作。

[0039] 进一步地，在检测到输出脉冲信号的上升沿的同时启动计时器进行计时，计时的目的是对数据采集的动作时间进行计时。启动计时器之后，对X射线源的脉冲下降沿进行检测，当检测到脉冲信号的下降沿时，使计时器进行延时，延时第一时长后停止计时，并记录脉冲信号的上升沿到停止计时时的第二时长，该第二时长为t0，其中，第二时长t0略大于加速器输出的脉冲信号的束流脉宽t4。此时可以停止脉冲信号的数据采集动作，记录脉冲信号的束流剂量值。这样，就完成了高能X射线CT设备的脉冲信号的数据采集工作。

[0040] 接着，可以在高能X射线CT设备的相邻的脉冲信号之间进行本底数据的测量。在计时器停止计时之后进行时间延迟，延迟第三时长t1，执行环境信号数据的采集。在此，延迟第三时长t1的目的是避免高能X射线引起的感生放射效应的干扰。此时，可以启动高能X射线CT设备的信号采集模块，以便对周围环境中的射线信号进行数据采集，在此的数据采集时间为第四时长t2，第四时长t2可以等于对X射线源的脉冲信号进行采集的第二时长t0。经过第四时长t2之后，对所检测的周围环境的环境信号数据进行记录。

[0041] 在对本底数据监测完成之后，并且在检测到下一个加速器脉冲上升沿之前，即在图2所示的第五时长t3期间可以对高能X射线CT设备的机械系统进行相关操作。

[0042] 在进行标定时，在第二时长t0内测得的脉冲信号的束流剂量为I0，在第四时长t2内测得的本底数据为I’0；在进行成像测量扫描时，在第二时长t0内测得的束流剂量为Id0，在第四时长t2内测得的本底数据为I’d0，由此可以计算出这一时刻的方向衰减系数为：

[0043]

[0044] 以此类推，可以得到任一时刻的方向衰减系数，即为：

[0045]

[0046] 此外，本发明的另一方面还提出了一种用于高能X射线CT设备的同步数据采集和校准的控制系统，该控制系统包括脉冲信号检测模块、数据采集模块、数据处理模块以及控制模块，其中，脉冲信号检测模块用于对高能X射线CT设备的射线源的输出脉冲信号进行检测，数据采集模块用于在检测到脉冲信号时执行脉冲信号的数据采集，获得脉冲信号数据，以及执行对环境的数据采集，获得环境信号数据，数据处理模块通过对脉冲信号数据和环境信号数据进行对比，获得待检测对象的数据信息，控制模块用于控制脉冲信号检测模块、数据采集模块和数据处理模块协同操作。

[0047] 通过根据本发明的控制系统能够在对高能X射线CT设备的脉冲信号进行数据采集的同时，对本底数据进行采集，也就是对没有脉冲信号时的环境数据进行采集，通过数据处理模块对脉冲信号数据和本底数据进行对比，由此得到需要检测的对象的相关图像数据。也就是说，本发明的控制系统通过数据采集和数据校准的同步操作实现了对待检测对象的快速且准确的检测和成像，节省了CT设备的扫描成像时间，并且降低了周围环境的噪声干扰，提高了图像的成像效果。

[0048] 该控制系统的脉冲信号检测模块包括信号边沿检测模块，用于检测所述脉冲信号的边沿变化，比如可以检测脉冲信号的上升沿和/或下降沿，上升沿即为脉冲信号产生的时刻，下降沿即为脉冲信号结束的时刻。信号边沿检测模块主要用于确保数据采集与射线源脉冲信号输出的同步。

[0049] 根据本发明的控制系统的数据采集模块可以包括高能X射线束流剂量采集子模块和本底数据采集子模块，可以分别通过高能X射线束流剂量采集子模块对来自高能X射线CT设备的脉冲信号束流剂量进行测量，通过本底数据采集子模块对操作环境中的本底数据进行测量。

[0050] 该控制系统的控制模块包括计时器，该计时器用于对数据采集的时长进行计时和记录。如上在方法实施例中所说明的，计时器可以对脉冲信号的检测时间进行计时、记录，并能够对本底检测的时间进行计时或定时。计时器主要用于保证脉冲数据采集时间与本底数据采集时间一致，同时保证脉冲数据与本底数据采集之间的时间间隔，避免相互干扰。

[0051] 根据权本发明的用于高能X射线CT设备的同步数据采集和校准的控制系统还可包括存储模块，存储模块用于存储由数据采集模块采集的信号数据以及计时器的计时时间。存储模块可以对脉冲信号的剂量数据进行存储，还可以对数据采集的时间进行存储，用于在后续步骤中进行调用和处理。

[0052] 在根据本发明的控制系统的工作过程中，在开启高能X射线CT设备之后，信号边沿检测模块开始对来自加速器的高能X射线进行检测，当检测到边沿变化时，即在检测到脉冲信号的上升沿时，立即向控制模块发出信息，控制模块则立即启动计时器。信号边沿检测模块持续对来自加速器的高能X射线进行检测，当再次检测到边沿变化时，即检测到脉冲信号的下降沿时，数据采集模块将所采集的出束脉冲信号的剂量值存储至存储模块。计时器则在延时第一时间后，即完成一次计时后，立即将计时时间存储至存储模块，以便由控制系统调用，控制系统根据来自信号边沿检测模块系统、控制模块和存储模块的信息，向高能X射线CT设备的各个模块以及加速器系统及其相应的机械控制系统发出协调指令。

[0053] 对于本发明的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

[0054] 以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。