CN104091329A - 一种ct图像的标定方法、装置和一种ct系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种CT图像的标定方法、装置和一种CT系统，包括：在CT扫描装置的通道区域外，且在其最大重建区域内设置固定式标定件，存储所述固定式标定件的理论值；采集所述固定式标定件的投影数据，得到所述固定式标定件的实际重建图像；将所述实际重建图像与所存储的相应的理论值比较，建立将所述实际重建图像校正为理论值的映射函数。本发明可以有效提高标定质量，提升图像标定效果，提高了CT扫描装置的可靠性，节约了维护成本，具有很高的实际应用价值。

Description

一种CT图像的标定方法、装置和一种CT系统
技术领域
本发明涉及辐射成像检测技术领域，尤其涉及一种CT图像的标定方法、装置和一种CT系统。
背景技术
CT技术由于能够消除物体重叠的影响，在安全检查等场合中发挥了重要作用。传统的CT采用滑环装置通过X光源和探测器的旋转来获取不同角度上的投影数据，通过重建方法来获取断层图像，从而获得被检测行李物品的内部信息。多能谱分析是指利用某种材料对不同能量的X射线吸收性能上的差异来分辨该材料。CT技术配合多能谱分析技术，使得目前的行李物品检查设备可以对被检物质内部任意位置的原子序数和电子密度进行重建，实现物质种类的识别，在爆炸物、毒品等检测中起到了较好的效果。
然而，不论是传统CT还是多能谱CT，由于光机和探测器的不一致性，同一型号的CT设备的重建图像在数值上总会存在差异，而随着工作时间的增加、光机、探测器的老化，即使是同一台CT设备，重建图像在数值上也会存在漂移，偏离出厂时的情况。为了解决上述问题，CT设备在出厂和定期维护时，都会进行标定工作，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，确定后标定参数，实现CT图像的后标定。
但是，上述传统的后标定方法有着如下的不足：一方面，CT设备的老化是个持续的过程，而标定流程只能定期进行，如每年1～2次，这意味着后标定参数并不能在所有时间内都是最优的，并且由于标定流程技术性较强，必须有售后工程师来实现，维护成本增加，而且有可能占用设备正常工作时间；另一方面，受探测器、皮带、通道形状、重建算法等因素的影响，重建数值和理想值之间的差异在断层图像上并非各个区域都相同，而传统的标定工件通常放置于一个中等体积或者较小体积的工具箱中，放于CT传送带上送入扫描通道，实现标定，因此这种方法下往往只有皮带附近区域的数值后标定的较好，而其他区域并不能得到最佳的校正效果。。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明提供一种CT图像的标定方法、装置和一种CT系统，以解决现有技术CT图像的后标定技术中标定不够及时，准确性不高的技术问题。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供一种CT图像的标定方法，包括：
在CT扫描装置的通道区域外，且在其最大重建区域内设置固定式标定件，存储所述固定式标定件的理论值；
采集所述固定式标定件的投影数据，得到所述固定式标定件的实际重建图像；
将所述实际重建图像与所存储的相应的理论值比较，建立将所述实际重建图像校正为理论值的映射函数。
进一步地，
所述固定式标定件为一组或多组，每组标定件为一个或多个。
进一步地，当所述固定式标定件为一组且为多个时，所述将所述实际重建图像与所存储的相应的理论值比较，建立将所述实际重建图像校正为理论值的映射函数还包括：
将组内多个固定式标定件互相作为参考，建立线性、多项式、指数中的一种或多种形式的实际重建图像和理论值之间的映射关系，根据所述映射关系建立将所述实际重建图像校正为理论值的映射函数。
进一步地，当所述固定式标定件为多组时，所述将所述实际重建图像与所存储的相应的理论值比较，建立将所述实际重建图像校正为理论值的映射函数还包括：
在同一组内建立线性、多项式、指数中的一种或多种形式的实际重建图像和理论值之间的映射关系，根据所述映射关系建立将所述实际重建图像校正为理论值的分组映射函数；
根据每一组的分组映射函数和各组之间的空间位置关系，使用线性和/或多项式插值手段，得到CT扫描装置的最大重建区域内不同空间位置的映射函数。
进一步地，
所述固定式标定件的实际重建图像包括：固定式标定件的高能衰减系数、低能衰减系数、某一特定X射线能量下的衰减系数、原子序数、电子密度、以特定元素为基材料的密度分布中的一种或多种重建图像；
相应地，所述固定式标定件的理论值包括：固定式标定件的高能衰减系数、低能衰减系数、某一特定X射线能量下的衰减系数、原子序数、电子密度、以特定元素为基材料的密度分布中的一种或多种理论值。
进一步地，所述方法还包括：
对CT扫描装置的通道区域内的扫描对象进行投影数据采集和图像重建，得到所述扫描对象的扫描重建图像；
使用所述映射函数对所述扫描重建图像进行校正，得到校正重建图像。
另一方面，本发明还提供一种CT图像的标定装置，包括：固定式标定件、存储单元、采集单元和映射单元，其中：
所述固定式标定件设置在CT扫描装置的通道区域外，最大重建区域内；
所述存储单元用于存储所述固定式标定件的理论值；
所述采集单元用于采集所述固定式标定件的投影数据，得到所述固定式标定件的实际重建图像；
所述映射单元用于将所述实际重建图像与所存储的相应的理论值比较，建立将所述实际重建图像校正为理论值的映射函数。
进一步地，
所述固定式标定件为一组或多组，每组标定件为一个或多个。
进一步地，所述映射单元还用于：
当所述固定式标定件为一组且为多个时，将组内多个固定式标定件互相作为参考，建立线性、多项式、指数中的一种或多种形式的实际重建图像和理论值之间的映射关系，根据所述映射关系建立将所述实际重建图像校正为理论值的映射函数。
进一步地，所述映射单元还用于：
当所述固定式标定件为多组时，在同一组内建立线性、多项式、指数中的一种或多种形式的实际重建图像和理论值之间的映射关系，根据所述映射关系建立将所述实际重建图像校正为理论值的分组映射函数；
根据每一组的分组映射函数和各组之间的空间位置关系，使用线性和/或多项式插值手段，得到CT扫描装置的最大重建区域内不同空间位置的映射函数。
进一步地，
所述固定式标定件的实际重建图像包括：固定式标定件的高能衰减系数、低能衰减系数、某一特定X射线能量下的衰减系数、原子序数、电子密度、以特定元素为基材料的密度分布中的一种或多种重建图像；
相应地，所述固定式标定件的理论值包括：固定式标定件的高能衰减系数、低能衰减系数、某一特定X射线能量下的衰减系数、原子序数、电子密度、以特定元素为基材料的密度分布中的一种或多种理论值。
进一步地，所述固定式标定件的材料为：
水、石墨、铝中的一种或多种。
进一步地，
所述固定式标定件的设置在CT扫描装置的通道侧面、通道顶部、皮带下方中的一个或多个位置。
进一步地，
所述采集单元还用于对CT扫描装置的通道区域内的扫描对象进行投影数据采集和图像重建，得到所述扫描对象的扫描重建图像；
所述装置还包括：校正单元，与所述采集单元和映射单元分别相连，用于使用所述映射函数对所述扫描重建图像进行校正，得到校正重建图像。
再一方面，本发明还提供一种CT系统，包括如上任一项所述的CT图像的标定装置。
(三)有益效果
可见，在本发明所提供的CT图像的标定方法、装置和一种CT系统中，能够利用固定式标定件对CT扫描装置进行实时标定，免去了CT扫描装置的传统标定方法中需要定期进行人工后标定的环节，可以有效提高标定质量，提升图像标定效果，提高了CT扫描装置的可靠性，节约了维护成本，具有很高的实际应用价值；并且，通过本发明的标定方法可以得到CT扫描装置最大重建区域内各个不同部分的校正值，而不是仅仅局限于通道区域附近，能够实现更为精细的图像校正。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例CT图像的标定方法基本流程示意图；
图2是本发明实施例CT图像的标定装置基本结构示意图；
图3是本发明实施例CT图像的标定装置的实际应用流程示意图；
图4是CT扫描装置的通道区域和最大重建区域示意图；
图5是本发明实施例CT图像的标定装置中固定式标定件放置位置示意图；
图6是本发明实施例CT图像的标定装置中线性插值的标定方法示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。
本发明实施例首先提供一种CT图像的标定方法，参见图1，包括：
步骤101：在CT扫描装置的通道区域外，且在其最大重建区域内设置固定式标定件，存储所述固定式标定件的理论值；
步骤102：采集所述固定式标定件的投影数据，得到所述固定式标定件的实际重建图像；
步骤103：将所述实际重建图像与所存储的相应的理论值比较，建立将所述实际重建图像校正为理论值的映射函数。
可见，在本发明实施例所提供的CT图像的标定方法中，能够利用固定式标定件对CT扫描装置进行实时标定，免去了CT扫描装置的传统标定方法中需要定期进行人工后标定的环节，可以有效提高标定质量，提升图像标定效果，提高了CT扫描装置的可靠性，节约了维护成本，具有很高的实际应用价值。
优选地，固定式标定件可以为一组或多组，每组标定件也可以为一个或多个，取决于所需测量的重建图像类型。
优选地，当固定式标定件为一组且为多个时，可以对实际重建图像进行如下处理：将组内多个固定式标定件互相作为参考，建立线性、多项式、指数中的一种或多种形式的实际重建图像和理论值之间的映射关系，根据所述映射关系建立将所述实际重建图像校正为理论值的映射函数。
优选地，当固定式标定件为多组时，可以首先对其进行分组处理，然后再考虑各组之间的空间位置关系进行整合，具体地，可以包括：
在同一组内建立线性、多项式、指数中的一种或多种形式的实际重建图像和理论值之间的映射关系，根据所述映射关系建立将所述实际重建图像校正为理论值的分组映射函数；
根据每一组的分组映射函数和各组之间的空间位置关系，使用线性和/或多项式插值手段，得到CT扫描装置的最大重建区域内不同空间位置的映射函数。
本发明实施例的方法可以对多种CT重建图像进行标定，具体地，可以包括：固定式标定件的高能衰减系数、低能衰减系数、某一特定X射线能量下的衰减系数、原子序数、电子密度、以特定元素为基材料的密度分布等各项数据，此处的特定元素可以为碳、水或铝等元素。
优选地，可以根据本发明实施例的标定方法对CT扫描装置进行扫描重建图像校正，具体地，方法还可以包括：
对CT扫描装置的通道区域内的扫描对象进行投影数据采集和图像重建，得到所述扫描对象的扫描重建图像；
使用所述映射函数对所述扫描重建图像进行校正，得到校正重建图像。
本发明实施例还提供一种CT图像的标定装置，参见图2，包括：
固定式标定件201，设置在CT扫描装置的通道区域1外，最大重建区域2内；
存储单元202，用于存储所述固定式标定件201的理论值；
采集单元203，用于采集所述固定式标定件201的投影数据，得到所述固定式标定件201的实际重建图像；
映射单元204，用于将所述实际重建图像与所存储的相应的理论值比较，建立将所述实际重建图像校正为理论值的映射函数。
图2中，3为射线源，4为传送带。
优选地，固定式标定件201可以为一组或多组，每组标定件也可以为一个或多个。
优选地，映射单元204还可以用于：当固定式标定件201为一组且为多个时，将组内多个固定式标定件201互相作为参考，建立线性、多项式、指数中的一种或多种形式的实际重建图像和理论值之间的映射关系，根据所述映射关系建立将所述实际重建图像校正为理论值的映射函数。
优选地，映射单元204还可以用于：
当固定式标定件201为多组时，在同一组内建立线性、多项式、指数中的一种或多种形式的实际重建图像和理论值之间的映射关系，根据所述映射关系建立将所述实际重建图像校正为理论值的分组映射函数；
根据每一组的分组映射函数和各组之间的空间位置关系，使用线性和/或多项式插值手段，得到CT扫描装置的最大重建区域2内不同空间位置的映射函数。
优选地，固定式标定件201的实际重建图像可以包括：固定式标定件201的高能衰减系数、低能衰减系数、某一特定X射线能量下的衰减系数、原子序数、电子密度、以特定元素为基材料的密度分布中的一种或多种重建图像；相应地，固定式标定件201的理论值也可以包括：固定式标定件201的高能衰减系数、低能衰减系数、某一特定X射线能量下的衰减系数、原子序数、电子密度、以特定元素为基材料的密度分布中的一种或多种理论值，此处的特定元素可以为碳、水或铝等元素。
优选地，固定式标定件201的材料可以为：水、石墨、铝等标定材料。
优选地，固定式标定件201的位置可以在CT扫描装置的通道侧面、通道顶部、皮带下方等，以得到CT扫描装置最大重建区域2内各个不同部分的校正值，而不是仅仅局限于通道区域1附近，能够实现更为精细的图像校正。
优选地，采集单元203还可以用于对CT扫描装置的通道区域1内的扫描对象进行投影数据采集和图像重建，得到所述扫描对象的扫描重建图像；相应地，装置还可以包括：校正单元，与采集单元203和映射单元204分别相连，用于使用映射函数对所述扫描重建图像进行校正，得到校正重建图像。
下面以在双能安检CT中对本发明实施例的CT图像的标定装置的实际应用流程为例，来详细说明本发明实施例的具体实现过程，参加图3：
步骤301：将固定式标定件置于双能安检CT的通道区域外，最大重建区域内。
通常扫描通道可以放置物体的有效区域都会小于扫描装置理论上最大可以重建的区域，如图4所示，因此通道外区域有一部分是可以进行重建的，但是在实际工作时通道外不可能有物体，因此这一部分一般情况下并没有重建出来。
本发明实施例中，即可利用上述区域，将固定式标定件置于双能安检CT的通道区域外，最大重建区域内，其中，本实施例中，共使用了6组固定式标定件，每组固定式标定件均包括纯水柱5、石墨柱6和铝柱7三种，见图5，并存储上述固定式标定件的各项理论值。在双能安检CT中，利用双能CT重建原理，可以重建高能衰减系数、低能衰减系数、某一特定X射线能量下的衰减系数、原子序数以及电子密度四种重建图像，由于原子序数以及电子密度重建图像对于材料的识别有着重要的作用，因此本实施例中，将选择原子序数和电子密度重建图像进行标定。上述三种材料的原子序数和电子密度的理论值均为已知，本实施例中，可以利用存储单元将水、石墨和铝材料的原子序数和电子密度理论值进行存储。
步骤302：采集6组固定式标定件的投影数据，得到固定式标定件的实际重建图像。
本实施例中，通过采集单元采集上述6组不同材料的固定式标定件的投影数据，得到其实际重建图像。
步骤303：将实际重建图像与所存储的相应的理论值比较，建立将实际重建图像校正为理论值的映射函数。
本步骤中，通过映射单元来将采集单元采集到的实际重建图像和存储单元所存储的水、石墨和铝材料的相应理论值分别进行比较，具体地：
可以首先在同一组内，将各固定式标定件互相作为参考，建立实际重建图像和相应的理论值之间的多项式映射关系，得到每一组的分组映射函数；然后通过线性插值方法由6个不同位置的分组映射函数建立整个重建范围内各位置的映射函数。
或者直接根据6组不同位置的固定式标定件的空间位置直接建立整个重建范围内各位置的映射函数。图6中给出了一种通过建立三角形的方法进行线性插值的实现手段，对于给定任一位置D，首先找到包含D点的最小三角形，由A、B、C三点构成，之后由A、B、C三点三种材料块的实际重建图像，估计D点的三种材料块的实际重建图像，这一过程可以通过双线性插值实现，之后根据推算出来的D点的三种材料的实际重建图像，得到D点的映射函数，分别实现D点的原子序数以及电子密度的校正。
步骤304：对CT扫描装置的通道区域内的扫描对象进行投影数据采集和图像重建，得到所述扫描对象的扫描重建图像；使用所述映射函数对所述扫描重建图像进行校正，得到校正重建图像。
本步骤中，首先通过采集单元对CT扫描装置的通道区域内的扫描对象进行投影数据采集和图像重建，得到扫描对象的实际的扫描重建图像，然后再根据之前建立的映射函数对扫描重建图像进行校正，将扫描重建图像映射回理论值，得到校正重建图像。
至此，则完成了本发明实施例CT图像的标定装置的实际应用流程的全过程。
本发明实施例装置中的存储单元、采集单元、映射单元和校正单元可以位于CT扫描装置的数据采集和图像重建装置内，也可以与CT扫描装置相连，可以成为一个整体，也可以由多个分体构成，只要具有上述功能单元即可。本领域技术人员可以采用硬件、软件、固件或三者的结合来实现上述功能单元。
本发明实施例还提供一种CT系统，包括如上任一项所述的CT图像的标定装置。
可见，本发明实施例至少具有如下有益效果：
在本发明实施例所提供的CT图像的标定方法、装置和一种CT系统中，能够利用固定式标定件对CT扫描装置进行实时标定，免去了CT扫描装置的传统标定方法中需要定期进行人工后标定的环节，可以有效提高标定质量，提升图像标定效果，提高了CT扫描装置的可靠性，节约了维护成本，具有很高的实际应用价值；并且，通过本发明实施例的标定方法可以得到CT扫描装置最大重建区域内各个不同部分的校正值，而不是仅仅局限于通道区域附近，能够实现更为精细的图像校正。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (15)

1.一种CT图像的标定方法，其特征在于，包括：
在CT扫描装置的通道区域外，且在其最大重建区域内设置固定式标定件，存储所述固定式标定件的理论值；
采集所述固定式标定件的投影数据，得到所述固定式标定件的实际重建图像；
将所述实际重建图像与所存储的相应的理论值比较，建立将所述实际重建图像校正为理论值的映射函数。
2.根据权利要求1所述的CT图像的标定方法，其特征在于：
所述固定式标定件为一组或多组，每组标定件为一个或多个。
3.根据权利要求2所述的CT图像的标定方法，其特征在于，当所述固定式标定件为一组且为多个时，所述将所述实际重建图像与所存储的相应的理论值比较，建立将所述实际重建图像校正为理论值的映射函数还包括：
将组内多个固定式标定件互相作为参考，建立线性、多项式、指数中的一种或多种形式的实际重建图像和理论值之间的映射关系，根据所述映射关系建立将所述实际重建图像校正为理论值的映射函数。
4.根据权利要求2所述的CT图像的标定方法，其特征在于，当所述固定式标定件为多组时，所述将所述实际重建图像与所存储的相应的理论值比较，建立将所述实际重建图像校正为理论值的映射函数还包括：
在同一组内建立线性、多项式、指数中的一种或多种形式的实际重建图像和理论值之间的映射关系，根据所述映射关系建立将所述实际重建图像校正为理论值的分组映射函数；
根据每一组的分组映射函数和各组之间的空间位置关系，使用线性和/或多项式插值手段，得到CT扫描装置的最大重建区域内不同空间位置的映射函数。
5.根据权利要求1所述的CT图像的标定方法，其特征在于：
所述固定式标定件的实际重建图像包括：固定式标定件的高能衰减系数、低能衰减系数、某一特定X射线能量下的衰减系数、原子序数、电子密度、以特定元素为基材料的密度分布中的一种或多种重建图像；
相应地，所述固定式标定件的理论值包括：固定式标定件的高能衰减系数、低能衰减系数、某一特定X射线能量下的衰减系数、原子序数、电子密度、以特定元素为基材料的密度分布中的一种或多种理论值。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的CT图像的标定方法，其特征在于，所述方法还包括：
对CT扫描装置的通道区域内的扫描对象进行投影数据采集和图像重建，得到所述扫描对象的扫描重建图像；
使用所述映射函数对所述扫描重建图像进行校正，得到校正重建图像。
7.一种CT图像的标定装置，其特征在于，包括：固定式标定件、存储单元、采集单元和映射单元，其中：
所述固定式标定件设置在CT扫描装置的通道区域外，最大重建区域内；
所述存储单元用于存储所述固定式标定件的理论值；
所述采集单元用于采集所述固定式标定件的投影数据，得到所述固定式标定件的实际重建图像；
所述映射单元用于将所述实际重建图像与所存储的相应的理论值比较，建立将所述实际重建图像校正为理论值的映射函数。
8.根据权利要求7所述的CT图像的标定装置，其特征在于：
所述固定式标定件为一组或多组，每组标定件为一个或多个。
9.根据权利要求8所述的CT图像的标定装置，其特征在于，所述映射单元还用于：
当所述固定式标定件为一组且为多个时，将组内多个固定式标定件互相作为参考，建立线性、多项式、指数中的一种或多种形式的实际重建图像和理论值之间的映射关系，根据所述映射关系建立将所述实际重建图像校正为理论值的映射函数。
10.根据权利要求8所述的CT图像的标定装置，其特征在于，所述映射单元还用于：
当所述固定式标定件为多组时，在同一组内建立线性、多项式、指数中的一种或多种形式的实际重建图像和理论值之间的映射关系，根据所述映射关系建立将所述实际重建图像校正为理论值的分组映射函数；
根据每一组的分组映射函数和各组之间的空间位置关系，使用线性和/或多项式插值手段，得到CT扫描装置的最大重建区域内不同空间位置的映射函数。
11.根据权利要求7所述的CT图像的标定装置，其特征在于：
所述固定式标定件的实际重建图像包括：固定式标定件的高能衰减系数、低能衰减系数、某一特定X射线能量下的衰减系数、原子序数、电子密度、以特定元素为基材料的密度分布中的一种或多种重建图像；
相应地，所述固定式标定件的理论值包括：固定式标定件的高能衰减系数、低能衰减系数、某一特定X射线能量下的衰减系数、原子序数、电子密度、以特定元素为基材料的密度分布中的一种或多种理论值。
12.根据权利要求7所述的CT图像的标定装置，其特征在于，所述固定式标定件的材料为：
水、石墨、铝中的一种或多种。
13.根据权利要求7所述的CT图像的标定装置，其特征在于：
所述固定式标定件的设置在CT扫描装置的通道侧面、通道顶部、皮带下方中的一个或多个位置。
14.根据权利要求7所述的CT图像的标定装置，其特征在于：
所述采集单元还用于对CT扫描装置的通道区域内的扫描对象进行投影数据采集和图像重建，得到所述扫描对象的扫描重建图像；
所述装置还包括：校正单元，与所述采集单元和映射单元分别相连，用于使用所述映射函数对所述扫描重建图像进行校正，得到校正重建图像。
15.一种CT系统，其特征在于，包括如权利要求7至14中任一项所述的CT图像的标定装置。
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