CN106769124A - 一种时间调制传递函数的测量系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种时间调制传递函数的测量系统及方法。该测量系统包括运动平台、测试靶、驱动装置和同步装置；测试靶具有刀刃状边缘，测试靶可移动的安装在运动平台上；驱动装置连接测试靶，拖动测试靶在运动平台上匀速移动；同步装置连接驱动装置，用于保持测试靶的运动与被测系统曝光的同步。本发明的时间调制传递函数的测量系统及方法，可以准确测量医用X射线介入成像系统时间调制传递函数；有利于X射线成像系统的全面评估。
Description
技术领域
本发明属于医疗器械领域，尤其涉及一种用于X射线介入成像系统的时间调制传递函数的测量系统及方法。
背景技术
调制传递函数(modulation transfer function,MTF)是对线性影像系统或其环节的空间频率传输特性的描述，用来评价各种成像系统或成像元件传递影像信息的能力及细节分辨能力。
目前，测量MTF的一般方法包括狭缝法(slit camera)和刀口法(edge)，刀口法已被国际电气技术委员会(IEC)指定在测量系统MTF的标准方法。由狭缝法获得的系统MTF很精准，且操作方便，方法成熟，但其加工难度很高，需狭缝宽度小于等于10微米，误差在1微米内，导致在实际应用中较难推广。而刀口法测量仪由于加工简单，在实际应用中应用较为广泛。
介入系统属于动态成像系统，即介入系统的成像对象是运动的人体组织器官，例如跳动的心脏、呼吸的肺、蠕动的胃肠，在临床应用中，介入成像系统需要动态跟踪运动的器官，以便准确地进行介入手术定位，因此，它的MTF与其它静态X射线成像系统有所不同。静态X射线成像系统已有成熟的测量方法并有相关标准。
介入成像系统的MTF除了静态X射线成像系统MTF测量方法在空间频率下进行测量之外，还必须在不同的时间变化下测量MTF，由于将时间变量引入MTF测量中，因此介入成像系统的MTF测量称为时间MTF测量(temporal MTF)。目前，时间MTF测量方法都还处于研究实验阶段，与静态X射线成像系统MTF测量相比，目前尚未有标准规定测量方法。
发明内容
本发明意在提出一种用于X射线介入成像系统的时间调制传递函数的测量系统及方法，以解决介入成像系统性能测试的一些基本问题，期望实现X射线介入成像系统的时间调制传递函数的精准测量。
本发明的目的之一是提供一种时间调制传递函数的测量系统，包括运动平台、测试靶、驱动装置和同步装置；
所述测试靶具有刀刃状边缘，所述测试靶可移动的安装在所述运动平台上；
所述驱动装置连接所述测试靶，拖动所述测试靶在所述运动平台上匀速移动；
所述同步装置连接所述驱动装置，用于保持所述测试靶的运动与被测系统曝光的同步。
上述测试靶具有刀刃状边缘，即是指测试靶是有锐利边缘的试验器件。
作为本发明实施例优选的方案，所述驱动装置为电动马达，电动马达可提供恒定的动力，其速度可精准调节，以实现测试靶的匀速运动。
更进一步的，所述电动马达配有防抖动装置，防抖动装置用于保持电动马达工作时的稳定，减小电动马达的振动对测试靶的影响。
本发明的另一目的是提供一种利用上述测试系统进行时间调制传递函数测量的方法，包括以下步骤：
A、将所述测试靶紧贴被测系统的探测器，所述测试靶的边缘与测量方向设有倾斜角度，由所述驱动装置拖动所述测试靶匀速通过曝光区，所述被测系统对所述测试靶曝光，得到影像；
B、提取所述影像的边缘区域；
C、对影像的边缘区域进行Hough变换或直线拟合，获得边缘倾斜角度；
D、以边缘区域中心为界，采取所述边缘区域中心两侧的像素值沿所述边缘倾斜角度投影，得到边缘响应函数ESF；
E、对所述边缘响应函数ESF进行一阶差分，得到线扩散函数LSF；
F、对所述线扩散函数LSF进行傅立叶变换，得到调制传递函数MTF′；
G、对所述MTF′进行归一化，得到被测系统的时间调制传递函数MTF。
在影像黑白区域之间有一过渡区域，即边缘区域，由于数字图像离散采样的成像特点，导致边缘采样点数目不足，在锐利边缘处尤其明显，根据Nyquist采样定理，信号采样数目不足会造成频谱混叠，对边缘倾斜一个角度可以在沿倾角投影时增加采样点数目，从而满足Nyquist采样定理，消除了频谱混叠。
作为优选的实施方案，本发明的方法中，由所述同步装置控制所述测试靶的运动与所述被测系统的曝光同步。在启动曝光时，测试靶即开始在驱动装置的带动下同步移动，曝光结束时，测试靶的移动也同时停止。
进一步的，所述步骤A中测试靶的边缘与测量方向的倾斜角度为1度～5度。
优选的，所述步骤D中以边缘区域中心为界，采取2mm内的像素值沿边缘倾斜角度投影得到边缘响应函数ESF。
本发明提出的时间调制传递函数的测量系统及方法，解决了医用X射线介入成像系统运动解像能力时间调制传递函数的测量问题；测试靶的移动控制方法自动化程度高，提高了测量的可重复性，从而提高了测量的精度；为X射线成像系统的全面评估提供了有力支持。
附图说明
图1是本发明实施例的时间调制传递函数测量系统示意图；
图2是本发明实施例的时间调制传递函数测量方法流程图。
图中：
101-运动平台，102-测试靶，103-驱动装置，104-防抖动装置，105-同步装置；
201-X射线球管，202-平板探测器。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。
如图1所示，一方面，本发明实施例提供一种测量时间调制传递函数的系统，其包括运动平台101、测试靶102、驱动装置103、防抖动装置104和同步装置105。
以一种C臂血管造影系统为被测系统，其包括X射线球管201和平板探测器202。
测试靶102具有刀刃状边缘，即是指测试靶102有锐利边缘。测试靶102安装在运动平台101上，在运动平台101上可移动。
驱动装置103连接测试靶102，拖拉测试靶102在运动平台101上匀速移动。本发明实施例中驱动装置为电动马达，与操作员手动拖动测试靶102相比，采用电动马达可使测试靶102的运动速度更好地保持匀速，且运动速度可以更加精确的得到控制，运动速度调节可以更为灵活。
电动马达配有防抖动装置104，防抖动装置104可以保持电动马达工作时的平稳，减小电动马达的振动对测量结果的影响。
测试靶移动速度可精确模拟人体器官的运动速度，例如1cm/s对应于肺部呼吸的速率。
同步装置105连接驱动装置103和被测系统的曝光装置--X射线球管201，用于保持测试靶的运动与被测系统曝光的同步。即启动曝光时，测试靶102即可开始由电动马达驱动同步运动，曝光结束时，测试靶的运动也同步停止。
另一方面，本发明实施例提供一种利用上述系统进行时间调制传递函数测量的方法，如图2所示，对于测试靶曝光，采集得到的数字图像进行处理计算，即可得到不同运动速度下的时间MTF结果。该方法包括如下步骤：
1、获得数据：将有锐利边缘的测试靶102放到平板探测器202封装表面上，测试靶的边缘与测量方向略为倾斜成角度1到5度，由驱动装置103拖动测试靶102匀速通过曝光区，被测系统对测试靶进行曝光，得到影像。
2、边缘提取：提取影像的边缘区域。
3、确认倾斜角度：对影像的边缘区域进行Hough变换或直线拟合，获得边缘倾斜角度。
4、计算ESF：以边缘区域中心为界，采取2mm内的像素值沿边缘倾斜角度投影得到边缘响应函数ESF。
5、计算LSF：对边缘响应函数ESF进行一阶差分，得到线扩散函数LSF。
6、FFT变换：对线扩散函数LSF进行傅立叶变换，得到调制传递函数MTF′。
7、MTF′归一化：对MTF′进行归一化，得到被测系统的时间调制传递函数MTF。
在本发明实施例中，由同步装置控制测试靶的运动与被测系统的曝光同步。在启动曝光时，测试靶即开始在驱动装置的带动下同步移动，曝光结束时，测试靶的移动也同时停止。
本发明实施例提供的用于测量X射线介入成像系统时间调制传递函数的系统和方法，可以精确的测量被测系统的时间调制传递函数，为X射线成像系统的全面评估提供强有力的支撑。
需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。
Claims (7)
1.一种时间调制传递函数的测量系统，其特征在于，包括运动平台、测试靶、驱动装置和同步装置；
所述测试靶具有刀刃状边缘，所述测试靶可移动的安装在所述运动平台上；
所述驱动装置连接所述测试靶，拖动所述测试靶在所述运动平台上匀速移动；
所述同步装置连接所述驱动装置，用于保持所述测试靶的运动与被测系统曝光的同步。
2.根据权利要求1所述的测试系统，其特征在于，所述驱动装置为电动马达。
3.根据权利要求2所述的测试系统，其特征在于，所述电动马达配有防抖动装置。
4.一种利用权利要求1～3任一所述测试系统进行时间调制传递函数测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、将所述测试靶紧贴被测系统的探测器，所述测试靶的刀刃状边缘与测量方向设有倾斜角度，由所述驱动装置拖动所述测试靶匀速通过曝光区，所述被测系统对所述测试靶曝光，得到影像；
B、提取所述影像的边缘区域；
C、对所述影像的边缘区域进行Hough变换或直线拟合，获得边缘倾斜角度；
D、以边缘区域中心为界，采取所述边缘区域中心两侧的像素值沿所述边缘倾斜角度投影，得到边缘响应函数ESF；
E、对所述边缘响应函数ESF进行一阶差分，得到线扩散函数LSF；
F、对所述线扩散函数LSF进行傅立叶变换，得到调制传递函数MTF′；
G、对所述MTF′进行归一化，得到被测系统的时间调制传递函数MTF。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，由所述同步装置控制所述测试靶的运动与所述被测系统的曝光同步。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤A中测试靶的边缘与测量方向的倾斜角度为1度～5度。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤D中以边缘区域中心为界，采取2mm内的像素值沿边缘倾斜角度投影得到边缘响应函数ESF。
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