基于非晶硒平板探测器的乳腺CT图像采集软件设计

张玲1,2，胡战利2，余成波1，刘磊1,2，石伟2，洪序达2，项里伟2

（1.重庆理工大学 电子信息与自动化学院，重庆 400054；2.中国科学院深圳先进技术研究院，广东 深圳 518055）

针对非晶硒数字平板探测器设计了一个用于乳腺CT成像的图像采集软件，该软件可以实现对CT图像的采集、存储和实时显示。根据非晶硒平板探测器的工作原理和乳腺CT的成像原理，在VS 2010开发环境下，基于MFC和OpenCV完成了乳腺CT图像采集软件的设计与测试，该软件实现了图像的快速采集，达到了实时成像的目的。针对设计的图像采集软件，利用碳纳米管X射线源进行了亮暗场及乳腺模体成像实验，结果表明，设计的软件达到了设计需求和目的。

平板探测器；图像采集；乳腺CT；Microsoft Foundation Classes (MFC)

TP319A： 10.19358/j.issn.16747720.2016.22.007

张玲，胡战利，余成波，等. 基于非晶硒平板探测器的乳腺CT图像采集软件设计［J］.微型机与应用，2016,35（22）：26-28,32.

0引言

乳腺 CT（breast computed tomography）是一种专用于乳腺疾病检查的医学成像设备［1］。平板探测器和X射线源是乳腺 CT成像系统中的核心组件，其中X射线源用于发出X射线，穿透乳腺组织结构；平板探测器用于接收透过乳腺组织的X射线，并经过内部转化变成数字图像矩阵，经内部校正、噪声消除等处理，利用千兆以太 将数字信 传输到计算机进行保存并在计算机终端实时显示［2］。

根据材料的不同，平板探测器分为两种：非晶硅平板探测器［3］和非晶硒平板探测器［4］。前者由闪烁晶体、薄膜非晶硅光电二极管阵列和非晶硅晶体管阵列构成；后者由光电导材料非晶硒和非晶硅晶体管阵列构成。相比于非晶硅平板，非晶硒平板直接将X射线转化成可见光光子，避免散射的发生，因此其空间分辨率优于非晶硅平板，能够满足乳腺摄影的临床需要。同时，非晶硒平板具有极低的成像剂量、更好的图像对比度和空间分辨率，可以真正满足乳腺X光摄影对细节的极高要求，成为数字乳腺机的主流和发展方向。

1探测器工作原理

基于非晶硒平板探测器的乳腺CT系统主要由工作站、乳腺机架、X射线源和非晶硒平板探测器构成，其结构示意图如图1所示。X射线源采用自主研发的分布式碳纳米管X射线源阵列［5］，通过编程控制顺序发射，实现静态多角度成像，从而避免运动造成的伪影。乳腺机架用来支撑X射线源和平板探测器，中间的载物台用来放置检测模体。工作站与探测器和X射线源通过千兆以太 连接。

由于该探测器只能工作在外触发模式下，在正常工作时，需要按照一定的时序进行图像采集。图2为探测器手动采集模式下的工作时序图。如图2所示，探测器初始化完成以后，发出一个准备好（READY）的信 ，该信 输出给外部触发电路，触发一个准备信 （PERP）给探测器，此时，探测器进入曝光前的准备状态，经过T1（约2.7 ms），完成准备，进入曝光状态，开启曝光窗口（EXP_WIN），此时开启X射线源（XRAY_ON），探测器开始曝光，T5为曝光窗口（约200 ms），T8为采集一帧图像的曝光周期（约900 ms）。完成一次连续采集后，READY信 拉高，等待T6（约8 s）后，准备进入下一次采集。

2图像采集软件设计

2.1软件需求分析

2.2采集软件设计

软件采集流程如图3所示。

探测器进行数据采集时，主要通过设计CmainManage类来实现，该类封装了实现探测器功能的API（应用程序接口）及用户程序，主要包括以下接口功能函数：

Initialize;//完全初始化

QuickInitialize;//快速初始化

StartContAcqProp;//开始采集

RecoverImage;//恢复图像

MonitorPegasus;//状态监视

Shutdown;//停止采集

设计的探测器采集软件利用MFC中的文件对话框类实现了对图像保存路径选择及数据存储，探测器采集到的图像数据保存为.raw格式，通过OpenCV库函数对采集到的图像数据进行读取并在采集界面中实时显示，便于用户实时观察采集到的图像。

完成设计后的图像采集软件界面如图4所示，左边放置的是探测器一些操作按钮和状态信息，右边矩形框是用于图像实时显示的区域。

3实验结果及讨论

该采集软件设计完成以后，结合乳腺CT实验平台的硬件系统进行实验，主要进行了基于单个碳纳米管X射线源的亮、暗场成像实验和乳腺模体成像实验。

3.1亮暗场成像实验

实验利用自主研发的碳纳米管X射线源作为光源，通过非晶硒平板探测器和外触发电路板来测试探测器对X射线的成像效果。分别采集了暗场图像（如图5所示）和低阴极电流条件下的碳纳米管亮场图像（如图6所示）。图像采集完成以后，图像文件将以不同的名称自动保存到指定的文件夹中。

3.2乳腺模体成像实验

乳腺模体成像实验选用的模体为美国CIRS公司的编 11A的乳腺模体，采用碳纳米管X射线源对模体进行曝光，然后通过探测器采集软件进行图像采集、存储及显示，实验结果如图7所示。

3.3结果分析与讨论

4结论

参考文献

［1］ BOONE J M, KWAN A L C, Yang Kai, et al. Computed tomography for imaging the breast［J］. Journal of Mammary Gland Biology & Neoplasia, 2006, 11(2): 103-111.

［2］ 孔凡亮, 李光, 罗守华, 等. 基于PaxScan2520D平板探测器的锥束CT成像软件开发［J］. 中国医疗设备, 2012, 27(5): 90-93.

［3］ 邝忠华, 李兰君, 桂建保, 等. X射线探测器MTF的狭缝法测量研究［J］. 核电子学与探测技术, 2015, 35(8): 783-787.

［4］ 郭长运. 平板式探测器和常规X射线数字化成像未来［J］. 中国医疗设备, 2002, 17(2): 1-8.

［5］ EMILY G, Gao Bo, Shan Jing, et al. Carbon nanotube electron field emitters for x ray imaging of human breast cancer［J］. Nanotechnology, 2014, 25(25): 235-255.

［6］ 张海静, 黄华. 基于LabVIEW显微CT图像采集控制系统软件的设计［J］. 中国组织工程研究与临床康复, 2011, 15(17): 3160-3162.