CN103578082A - 一种锥束ct散射校正方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锥束CT散射校正方法及系统，方法包括以下步骤：计算X射线经过一衰减网板后在探测器上的衰减系数矩阵；在含有衰减网板的条件下，获取被照物体的投影图像；对于每一个投影图像，进行散射校正；通过衰减系数分布矩阵，估计出没有衰减网板的情况下模体的投影图像；使用FDK算法重建图像。本发明提供的锥束CT散射校正方法，能有效降低锥束CT图像重建中的散射影响，增强图像质量；本发明中锥束CT只进行一次圆周扫描，不额外增加照射剂量；本发明实施简单，不改变锥束CT主体结构与稳定性，锥束CT散射校正系统，能有效降低锥束CT图像重建中的散射影响，增强图像质量，克服锥束CT成像质量差的技术难题。

Description

一种锥束CT散射校正方法及系统

技术领域

本发明涉及一种锥束CT散射校正方法及系统。

背景技术

基于平板探测器的锥束CT与传统的二维CT相比，具有突出的优点，主要表现在锥束CT一次圆周扫描周期内，可以得到完成数百甚至上千个断层图像的投影，具有更高的扫描速度和辐射利用率，并有效的减少X射线管的负载输出，降低扫描成本。另外，锥束CT能获得更高精度的空间分辨率，可获得与胶片投影成像的空间分辨率相媲美的三维断层图像数据，而对比度比其高50~100倍。尽管锥束CT具有明显的优势，但由于锥束CT使用大范围的X射线平板探测器，这使得成像质量与传统CT相比较更易受到X射线散射的影响。到达探测器的散射光子，甚至能超过主射线光子。因此，在锥束CT中，散射是重建图像质量下降的主要原因。因散射而形成的伪影、CT数的不准确等严重影响对重建图像的分析与判断。

发明内容

为了通过采取适当的方法消除散射造成的伪影、CT数或投影值不准确等，使重建图像能够真实表现被照物体原本的信息，本发明提供了一种锥束CT散射校正方法及系统，为实现上述目的本发明的具体方案如下：

一种锥束CT散射校正方法，包括以下步骤：

计算X射线经过一衰减网板后在探测器上的衰减系数矩阵；

在含有衰减网板的条件下，获取被照物体的投影图像f₃；

对于每一个投影图像，进行散射校正：

1）、f₃小洞P(x_i,y_i)的中心的在平板探测器上的信息进行采样，即得到图像信息；

2）、计算散射分布S；

3）、通过插值的方法把散射分布S扩充到投影图像f₃大小，记为S_e；

4）、计算去除散射后的图像f=f₃-S_e；

通过衰减系数分布矩阵B(x,y)，估计出没有衰减网板的情况下模体的投影图像f_e＝f×β;

使用FDK算法重建图像。

优选的，衰减系数矩阵算法包括以下步骤：

锥束CT系统在含有衰减网板和没有衰减网板的两种情况下进行空曝，得到图像f₁和f₂，通过f₁来估计衰减网板上的小洞在平板探测器上的投影位置P(x_i,y_i)；

根据f₁和f₂的CT值和衰减网板的不同位置厚度信息，根据Beer定理计算衰减系数矩阵B(x,y)。

优选的，散射分布S计算包括以下步骤：

分别测量X射线源发射出的射线强度I₀，X射线经过衰减网板小洞后探测器相应位置测量到的射线强度C₁，X射线经过衰减网板后探测器相应位置测量到的射线强度C₂；衰减网格的厚度d，被照物体的厚度l和l′，衰减网格的衰减系数u₁，是被照物体的衰减系数u₂和u′₂；

X射线经过衰减网板小洞后探测器相应位置的散射强度S₁，X射线经过衰减网板后探测器相应位置的散射强度S₂，根据Beer定理可推出

$S_1=S_2=\frac{C_2-C_1{e}^{-u_{1}d}}{1-e^{-u_{1}d}}.$

以及一种锥束CT散射校正系统：

包括射线源、平板探测器、衰减网板；

所述射线源用于产生和控制X射线；

所述平板探测器用于将入射的X射线转换成数字信号，并输入到计算机中用于后续的图象处理与重建；

所述衰减网板位于所述射线源与被照模体之间。

本发明提供的锥束CT散射校正方法，能有效降低锥束CT图像重建中的散射影响，增强图像质量；本发明中锥束CT只进行一次圆周扫描，不额外增加照射剂量；本发明实施简单，不改变锥束CT主体结构与稳定性，锥束CT散射校正系统，能有效降低锥束CT图像重建中的散射影响，增强图像质量，克服锥束CT成像质量差的技术难题。形成一个高效、便捷的校正系统，推动我国CT事业的发展，为我国的医疗和工业建设做贡献。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

图1为本发明实施例系统结构示意图；

图2为本发明实施例衰减网板结构示意图；

图3为本发明实施例系统模型示意图；

图4为本发明实施例带有衰减网板的模体投影图像；

图5为本发明实施例散射分布图；

图6为本发明实施例去除散射后未进行衰减校正的图像；

图7a为本发明实施例带有衰减网板的模体投影图像；

图7b为本发明实施例进行散射校正的结果图像；

图8为本发明实施例散射校正前与散射校正后图像中心行的水平灰度值。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

实施例

本发明的技术方案是基于衰减网板的锥束ＣＴ散射校正方法。

基于衰减网板的锥束CT散射校正是在射线源也被照物体之间加一个网状衰减板，对相邻位置射线进行不同的衰减，使用K-N公式推导出散射分布。最后从获取图像中减去散射分布图像，得到校正后的图像。

系统结构在图1中给出，系统由射线源1、衰减网板2、模体3、平板探测器4组成。本发明的特点是在射线源1和模体3之间加一个衰减网板2。

衰减网板2是由大小（12CM*12CM）厚度为2mm的铝板构成，上面均匀分布900个小洞21，结构如图2所示。

1校正方法步骤：

本发明的提出的基于衰减网板的锥束CT散射校正方法按下面的步骤进行：

步骤1系统对含有衰减板和没有衰减板的两种情况下进行空暴（不含被照物体，只有空气存在的曝光），得到图像f₁和f₂，通过f₁来估计衰减板上的小洞在平板探测器上的投影位置P(x_i,y_i)。

步骤2根据f₁和f₂的CT值和衰减板的不同位置厚度信息（小洞处厚度为0），根据Beer定理计算衰减系数矩阵B(x,y)。

步骤3在含有衰减网板格的条件下，获取被照物体的投影图像f₃。

步骤4对于每一个投影图像，进行散射校正:

（1）f₃小洞P(x_i,y_i)的中心的在平板探测器上的信息进行采样，即得到30×30分辨率的图像信息。

（2）按照第2节方法计算散射分布S。

（3）通过插值的方法把散射分布S扩充到f₃图像大小，记为S_e。

（4）计算去除散射后的图像f=f₃-S_e。

（5）通过步骤2中的衰减系数分布矩阵B(x,y)，可以估计出没有衰减板的情况下模体的投影图像f_e=f×β。

步骤5使用FDK算法重建图像。

2散射估计算法：

本节提到X射线散射校正系统结构模型如图3所示。I₀是X射线源1发射出的射线强度。I₁₁，I₂₁是经过衰减网格衰减后的射线强度。I₁₂，I₂₂是通过被照物后的射线强度。S₁，S₂是到达探测器的散射强度。C₁，C₂是探测器相应位置测量到的射线强度C₁＝I₁₂+S₁，C₂=I₂₂+S₂。

根据Beer定理有可推出下式，

I₁₁＝I₀,    (1.1)

$I_{21}=I_0{e}^{-u_{1}d},---\left(1.2\right)$

$I_{22}=C_2-S_2=I_{21}{e}^{-u_2^{\′}{l}^{\′}},---\left(1.3\right)$

$I_{12}=C_1-S_1=I_{11}{e}^{{-u}_{2}l},---\left(1.4\right)$

这里d＝2mm是衰减网板格的厚度，l和l′是被照物体的厚度。u₁是铝的衰减系数，u₂和u′₂是被照物体的衰减系数。因为散射是低频信号，我们可以认为在相邻的区域里散射分布相同，且被照物体物理性质改变很小，即S₂=S₁，u₂＝u₂′，l＝l′。

由式3和式4相除得到式5。

$\frac{I_{21}}{I_{11}}=\frac{C_2-S_2}{C_1-S_2},---\left(1.5\right)$

式1.1和式1.2代人式1.5得到式1.6

$e^{-u_{1}d}=\frac{C_2-S_2}{C_1-S_1},---\left(1.6\right)$

因为散射分布是低频分布，相邻位置我们可认为S₁=S₂，通过式1.6得到散射分布为式1.7。

$S_1=S_2=\frac{C_2-C_1{e}^{-u_{1}d}}{1-e^{-u_{1}d}},---\left(1.7\right)$

3实施效果：

模体为40CM×40CM的有机玻璃，厚度为10CM，电压58KV，电流0.4A。拍摄带有衰减网板投影图像如图4所示。

按照第2节方法得到的散射分布如图5所示，去除散射后未进行衰减校正的图像如图6所示，通过步骤2中的衰减系数分布矩阵B(x,y)，可以估计出没有衰减网板的情况下模体的投影图像如图7(b)所示。图7(a)是加入衰减网板后模体的投影图像，图中标注区域为计算杯状伪影的对比区域。从处理结果能看出，本发明能明显去除散射伪影。表1给出了散射校正效果的定量分析。从表中能看出，杯状伪影从校正前的57.1%下降到11.2%。图8是对散射校正前后投影图（未去除衰减网板格影响）的中心行灰度值的直方图，从图中能看出散射校正后均匀的有机玻璃的投影值趋于一致。

表1散射校正效果的定量分析：未进行散射校正的投影图(CB_NONE),进行散射校正后的投影图(CB_SC),计算杯状伪影的两个区域

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种锥束CT散射校正方法，其特征在于包括以下步骤：

计算X射线经过一衰减网板后在探测器上的衰减系数矩阵；

在含有衰减网板的条件下，获取被照物体的投影图像；

对于每一个投影图像，进行散射校正：

1）、投影图像小洞的中心的在平板探测器上的信息进行采样，即得到图像信息；

2）、计算散射分布；

3）、通过插值的方法把散射分布扩充到投影图像大小；

4）、计算去除散射后的图像；

通过衰减系数分布矩阵，估计出没有衰减网板的情况下模体的投影图像;

使用FDK算法重建图像。

2.如权利要求1所述的锥束CT散射校正方法，其特征在于：

衰减系数矩阵算法包括以下步骤：

锥束CT系统在含有衰减网板和没有衰减网板的两种情况下进行空曝，得到图像f₁和f₂，通过f₁来估计衰减网板上的小洞在平板探测器上的投影位置P(x_i,y_i)；

根据f₁和f₂的CT值和衰减网板的不同位置厚度信息，根据Beer定理计算衰减系数矩阵B(x,y)。

3.如权利要求1所述的锥束CT散射校正方法，其特征在于：

散射分布S计算包括以下步骤：

分别测量X射线源发射出的射线强度I₀，X射线经过衰减网板小洞后探测器相应位置测量到的射线强度C₁，X射线经过衰减网板后探测器相应位置测量到的射线强度C₂；衰减网格的厚度d，被照物体的厚度l和l′，衰减网格的衰减系数u₁，是被照物体的衰减系数u₂和u′₂；

X射线经过衰减网板小洞后探测器相应位置的散射强度S₁，X射线经过衰减网板后探测器相应位置的散射强度S₂，根据Beer定理可推出

$S_1=S_2=\frac{C_2-C_1{e}^{-u_{1}d}}{1-e^{-u_{1}d}}.$

4.一种锥束CT散射校正系统，其特征在于：

包括射线源、平板探测器、衰减网板；

所述射线源用于产生和控制X射线；

所述平板探测器用于将入射的X射线转换成数字信号，并输入到计算机中用于后续的图象处理与重建；

所述衰减网板位于所述射线源与被照模体之间。

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