一种确定CT机有效切片宽度的方法 【技术领域】
本发明属于医疗器械技术领域，特别涉及一种确定CT机有效切片宽度的方法。
背景技术
有效切片宽度是CT机的一项重要性能指标，准确地控制有效切片宽度尺寸对于CT机的数据扫描来说是非常必要的。目前的CT机的有效切片宽度是通过调节机器的上下闸门开口宽度，再通过切片模体进行实际测量得到的，如果测量的有效切片宽度值没有符合设计要求，则需要重复进行上下闸门开口宽度的调节，以此来达到设计要求。这种人工调节的方法操作过程复杂，工作效率低。
【发明内容】
针对现有技术中的不足，本发明提供一种确定CT机有效切片宽度的方法。通过这种方法来确定上下闸门的尺寸设计。本发明方法根据光线的直线传播性质，定量地计算Z轴每个点能够接受到有效X射线的剂量，绘制出Z轴地X射线剂量分布曲线，再求出半高宽度即为有效切片宽度，通过与实际测量的有效切片宽度进行比较，验证了本方法的有效性，具有实际应用价值。
本发明方法包括如下步骤：
(1)建立初始化坐标系：
以Z轴为横坐标、Y轴为纵坐标建立平面直角坐标系，X光源灯丝置于Y轴正向或负向任意位置，上闸门位于光源灯丝与Z轴之间任意位置，下闸门位于Y轴负向或正向任意位置，即上闸门分别位于Z轴两侧。
(2)确定在Z轴上，能够接受X射线的有效区域范围。
(3)通过步骤(2)计算出Z轴接受X射线区域的始末点坐标，进一步计算Z轴上每个点能够接受X射线的照射宽度范围。
(4)以Z轴每个点的横坐标为横坐标，以Z轴上每个点能够接受X射线的照射宽度为纵坐标，绘制出理论SSP(切片感光剖面)曲线。
(5)用点扩展函数卷积运算来校正SSP(切片感光剖面)曲线，校正后曲线的半高宽度就是有效切片宽度。
所述Z轴位置与CT机检测器旋转中心轴位置相对应。所述点扩展函数的数据通过模体中用于测量空间分辨率的珠子图像计算得到。所述的有效切片宽度可通过AAPM模体(测量CT机各种性能模体)测量得到的实际切片宽度来进行验证，验证时需要采用方波函数对理论计算曲线进行卷积运算。
本方法与现有的技术相比，操作简单；通过理论计算得到的有效切片宽度与实际测量的有效切片宽度进行比较，计算结果是准确的，具有实际应用价值；应用本发明方法通过搜索的方式可以设计出符合要求的上下闸门开口宽度尺寸；同时，应用本发明方法还能定量地确定有效X射线的利用率。
【附图说明】
图1：为确定CT机有效切片宽度的流程图；
图2：为实施例中计算坐标示意图；
其中，1灯丝，2上闸门开口区域，3下闸门开口区域；
图3：为实施例中Z12′≥Z12]]>时确定Z轴计算区间范围示意图；
其中，1灯丝，2上闸门开口区域，3下闸门开口区域；
图4：为实施例中Z12′<Z12]]>时确定Z轴计算区间范围示意图；
其中，1灯丝，2上闸门开口区域，3下闸门开口区域；
图5：为实施例中Z12′>Z12]]>时确定Z轴计算区间范围示意图；
其中，1灯丝，2上闸门开口区域，3下闸门开口区域；
图6：为实施例中(Zi，0)点有效光宽度计算示意图；
其中，1灯丝，2上闸门开口区域，3下闸门开口区域；
图7：为实施例中点扩展函数的计算示意图；
图8：为实施例中点扩展函数的曲线；(通过Catfan模体的珠子图像计算得到)
图9：为实施例1有效切片宽度与X利用率的结果图；
其中，图9a为理论计算结果，图9b为实际测量结果；(AAPM模体中的切片模体，测量结果)
图10：为实施例2有效切片宽度与X射线利用率的结果图；
其中，图10a为理论计算结果，图10b为实际测量结果；
图11：为实施例3有效切片宽度与X射线利用率的结果图；
其中，图11a为理论计算结果，图11b为实际测量结果。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明作进一步详细说明：
假设X光源灯丝的光强是均匀分布，灯丝、上闸门开口区域、Z轴、下闸门开口区域的几何分布决定了CT机的有效切片宽度。
1)建立初始化计算坐标系(如图2所示)；
以Z轴为横坐标(Z轴位置与CT机检测器旋转中心轴位置相对应)、Y轴为纵坐标建立平面直角坐标系，X光源灯丝置于Y轴正向任意位置且平行Z轴，上闸门位于光源灯丝与Z轴之间任意位置且与Z轴平行，下闸门位于Z轴下方任意位置且与Z轴平行；(Zik，Yik)分别为灯丝区域、上闸门开口区域、Z轴接受X光线区域、下闸门开口区域的首末点位置坐标。其中i＝1为起点坐标，i＝2为结束点坐标：k＝1时为灯丝的坐标，k＝2为上闸门的坐标，k＝3为Z轴的坐标，k＝4为下闸门的坐标：lk为几何体(包括灯丝区域、上闸门开口区域、Z轴接受光线区域、下闸门开口区域)长度，hk为到几何体到Z轴的距离；对首末点分别进行标注：(Z1k，Y1k)的坐标为(lk/2，hk)，点(Z2k，Y2k)的坐标为(lk/2，hk)，在坐标(Zi3，Yi3)中，Yi3=0,Zi3]]>的值在步骤2中确定。
2)确定在Z轴上，能够接受X射线的有效区间范围，也就是确定坐标值(Zi3，Yi3)，通过灯丝、上闸门、Z轴、下闸门的几何分布关系来计算；
a、如图3所示，以(Z11，Y11)、(Z14，Y14)点为线段的首末点，建立直线L方程。计算直线L与上闸门、Z轴所在直线的交点(Z12′，Y12)、(Z13′，Y13)。如果Z12′≥Z12,]]>则(Z13′=Z13),]]>转到d；
b、如图4所示，如果Z12′<Z12]]>，则以(Z12，Y12)、(Z14，Y14)为线段的首末点，建立直线L方程，计算直线L与焦点、Z轴所在直线的交点(Z11′，Y11)、(Z13′，Y13)。如果Z11′≤Z21,]]>则Z13=Z13′,]]>转到d；
c、如图5所示，如果Z11′<Z21,]]>则以(Z21，Y21)、(Z12，Y12)为线段的首末点，建立直线L方程，计算直线L与Z轴所在直线的交点(Z13′，Y13)，Z13=Z13′,]]>转到d；
d、以上为左侧坐标值的计算过程，右侧坐标值计算方法与此相同。
3)通过步骤2计算出Z轴接受X光线区域的始末点坐标，进一步计算Z轴上每个点能够接受X光线的照射宽度范围。首先给定Z轴的计算点数，例如设定计算点数为1000点，(Zi，0)为第i个计算点(i＝0…999)，则(Zi，0)的坐标值为(Z13+(Z23-Z13)÷999×i,0).]]>计算任意一点(Zi，0)点接受X光线的照射宽度，如图6所示。
a、先计算左侧角度：α1=atan((Zi-Z11)/h1),]]>α2=atan((Zi-Z12)/h2),]]>α3=atan((Z24-Zi)/h4),h1,h2,h4]]>分别为灯丝、上闸门、下闸门到Z轴的距离，都为正值。α＝min{α1，α2，α3}。
b、计算右侧角度：β1=atan((Z21-Zi)/h1),]]>β2=atan((Z22-Zi)/h2),]]>β3=atan((Zi-Z14)/h4),h1,h2,h4]]>分别为灯丝、上闸门、下闸门到Z轴的距离，都为正值。β＝min{β1，β2，β3}。
c、Zi点接受灯丝的照射宽度为h1×(tan(β)+tan(α))。
4)以每个(Zi，0)的横坐标为横坐标，以每个(Zi，0)接受X光线的照射宽度为纵坐标，绘制出理论SSP(切片感光剖面)曲线，它的半高宽度就是有效切片宽度；
5)为使得到的理论值符合实际有效切片宽度值，还要加入点扩展函数卷积计算来校正SSP(切片感光剖面)曲线。点扩展函数的数据通过catfan模体(测量CT机各种性能模体)中用于测量空间分辨率的珠子图像计算得到。为了保证总的X光辐射能量不变，积分核要归一化。
点扩展函数计算的介绍：
CT机为一个成像系统，一个脉冲函数经过CT成像系统后的响应为脉冲响应。通过catfan模体的珠子图象可以拟合出CT成像系统的脉冲响应函数。图7为catfan模体珠子图象的放大图。图中的点为CT值最大的点，以此点为中心画圆，以一个象素的间距递增，求取不同圆周上象素点CT值的平均值。这样就可以求出一条平滑的点扩展函数曲线。如图8中的曲线为图7计算得到的点扩展函数曲线，点扩展函数的后部分区域为平滑区域，舍去。把函数曲线的每个点减去此函数曲线的最小值，使得最小值归零。再计算此函数曲线的每个点的累加值，然后用此值对点扩展函数归一化。
为了验证理论计算的有效切片宽度的准确性，需要首先测得实际的有效切片宽度。如果实际的有效切片宽度是用金属模体测量得到，用于测量有效切片宽度的金属片宽度会对实际测量结果造成误差，所以要采用方波函数对理论计算曲线进行卷积运算，使理论计算结果与实际测量结果更好的符合。
以下举几个具体例子来说明此方法的有效性和实用性。
实施例1
在附图9中，上闸门开口宽度0.4mm，下闸门口宽度4mm时，通过计算得到的有效切片宽度(即Z轴半高宽度)FWHM＝1.6819mm，而通过AAPM模体测量得到的有效切片宽度FWHM＝1.6618mm；X射线的利用率为61.83％，通过积分得到的X射线的利用率为58.01％；
实施例2
在附图10中，上闸门开口宽度0.8mm，下闸门口宽度22mm时，通过计算得到的有效切片宽度(即Z轴半高宽度)FWHM＝2.7973mm，而通过AAPM模体测量得到的有效切片宽度FWHM＝2.7882mm；X射线的利用率为100.00％，通过积分得到的X光线的利用率为100.00％；
实施例3
在附图11中，上闸门开口宽度0.8mm，下闸门开口宽度4mm时，通过计算得到的有效切片宽度(即Z轴半高宽度)FWHM＝1.6907mm，而通过AAPM模体测量得到的有效切片宽度FWHM＝1.6934mm；X光线的利用率为58.01％，通过积分得到的X光线的利用率为55.95％；
经过校正后的有效切片宽度值经与AAPM实际测量的有效切片宽度进行比较，计算结果准确，具有实际应用价值；
应用以上方法，通过搜索，便可以选择出符合有效切片宽度设计要求的机械尺寸，从而为CT机的上下闸门开口宽度尺寸设计提供依据。同时，由于X射线的利用率为检测器所接受的X剂量与通过上闸门照射下来的X剂量的比值，这种方法还能定量地计算出有效X射线的利用率，通过与经积分运算得到的X射线利用率相比较，准确率高。