CN106901768B - 减少锥形束ct照射剂量的自适应调制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种减少锥形束CT照射剂量的自适应调制方法，涉及医学影像，诊断，图像引导放疗领域，该减少锥形束CT照射剂量的自适应调制方法通过调整不同角度的扫描参数，减少锥形束CT照射剂量。该减少锥形束CT照射剂量的自适应调制方法的软组织分辨率、高密度分辨率、图像均匀性、图像噪声与现有技术相似，而照射剂量则远远小于现有技术，在保证图像质量的同时，大大得降低了照射剂量。

Description

减少锥形束CT照射剂量的自适应调制方法
技术领域
本发明涉及医学影像，诊断，图像引导放疗领域，特别涉及一种减少锥形束CT照射剂量的自适应调制方法。
背景技术
近代新崛起的锥形束CT(Cone beam CT，CBCT)以其结构紧凑、三维快速成像等优势，在口腔医学数字化成像、影像诊断以及图像放射治疗中得到广泛应用。特别是在放射治疗中，已将CBCT与直线加速器整合，在放疗各分次获取患者的CBCT图像，与模拟定位采集的扇形束CT图像进行3D配准，计算患者摆位误差并且能及时修正，进而实现图像引导放射治疗。
目前，CBCT使用前需要选择扫描条件，扫描条件主要包括管电压及曝光量的设置，如果为了减少照射剂量，可以降低管电压或曝光量，但这会增加图像噪声及伪影。需要权衡图像噪声和照射剂量这一对互相矛盾的性能指标。扫描时，x线球管绕被扫描物体旋转，在不同角度下均采用恒定的射线束采集投影数据，重建得到三维CT图像。对圆形横断面的物体，每个角度下射线的衰减情况基本相同。但是对非圆形横断面而言，射线衰减的变化很大，而衰减越大，引起的噪声就越大，为保证在最大衰减处的噪声可以接受，需选择照射剂量较高的扫描条件，这样会导致在某些角度的照射剂量过高，增加患者辐射风险。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种减少锥形束CT照射剂量的自适应调制方法，通过调整不同角度的扫描参数，减少锥形束CT照射剂量。
为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：一种减少锥形束CT照射剂量的自适应调制方法，其特征在于：所述减少锥形束CT照射剂量的自适应调制方法的步骤如下：
(1)第一步：预扫描，建立不同扫描条件的“射线衰减-投影图像质量指标”的关系模型；
①针对CBCT可用的扫描条件，除FOV大小外，主要是管电压(kV)和曝光量(mAs)，组成若干个不同的kV-mAs组合，每个组合为一种扫描条件；
②对每个FOV，在每一种扫描条件下，采集不同射线衰减的投影图像，此投影图像可通过扫描不同厚度的等效水模体和二维图像质量检测模体来得到；
③计算各个投影图像的质量指标，如噪声(noise)、信噪比(SNR)、对比噪声比(CNR)、空间分辨率、散射线与原射线比(SPR)等；
④建立不同扫描条件的“射线衰减-投影图像质量指标”的关系模型；
(2)第二步：确定扫描FOV，并计算被测物体的在各个角度的射线衰减值，根据扫描范围确定FOV，可以根据放射治疗模拟定位时获取的扇形束CT图像投影得到各个角度的衰减值，也可在CBCT扫描前，获取正、侧位透视片，根据正、侧位的衰减情况估算各个角度的射线衰减值；
(3)根据各个角度的射线衰减及第一步建立的不同扫描条件的“射线衰减-投影图像质量指标”的关系模型，选择合适的图像质量指标，确定各个角度的扫描条件；
(4)采集投影图像，然后三维重建得到被测物体的3D图像。
采用以上技术方案的有益效果是：该减少锥形束CT照射剂量的自适应调制方法通过调整不同角度的扫描参数，减少锥形束CT照射剂量。该减少锥形束CT照射剂量的自适应调制方法的软组织分辨率、高密度分辨率、图像均匀性、图像噪声与现有技术相似，而照射剂量则远远小于现有技术，在保证图像质量的同时，大大得降低了照射剂量。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
图1是不同扫描条件的“射线衰减-信噪比”的关系模型图；
图2是中心轴各个投影角度的射线衰减值曲线图；
图3是各个投影角度的扫描条件示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明一种减少锥形束CT照射剂量的自适应调制方法的优选实施方式。
结合图1、图2和图3出示本发明一种减少锥形束CT照射剂量的自适应调制方法的具体实施方式：该减少锥形束CT照射剂量的自适应调制方法的步骤如下：
第一步：扫描不同厚度的等效水模体和二维图像质量检测模体，得到不同扫描条件的“射线衰减-投影图像质量指标”的关系模型，以信噪比SNR为例，如图1所示。
①针对CBCT可用的扫描条件，除FOV大小外，主要是管电压(kV)和曝光量(mAs)，组成若干个不同的kV-mAs组合，每个组合为一种扫描条件；
②对每个FOV，在每一种扫描条件下，采集不同射线衰减的投影图像，此投影图像可通过扫描不同厚度的等效水模体和二维图像质量检测模体来得到；
③计算各个投影图像的质量指标，如噪声(noise)、信噪比(SNR)、对比噪声比(CNR)、空间分辨率、散射线与原射线比(SPR)等；
④建立不同扫描条件的“射线衰减-投影图像质量指标”的关系模型。
第二步：以CT图像质量检测模体Catphan为例，确定扫描FOV，并计算被测物体的在各个角度的射线衰减值。
为了能够模拟近似椭圆的人体体部，将Catphan套入有机玻璃制作的椭圆外壳中，其CT值与水接近。体环面长轴为35cm，短轴为25cm，高度为20cm，中央有一个圆柱形的孔洞，直径为20cm，Catphan模体可以完全包围在里面。
选择FOV长度为20cm，将模体置于FOV中心，计算被测物体的在各个角度的射线衰减值，射野中心轴的衰减如图2所示。
第三步：根据第一、二步，选择合适的图像质量指标，确定各个角度的扫描条件，并采集投影图像。
例如，选定SNR＝300，各个投影角度的扫描条件如图3所示：
第四步：采集投影图像，然后三维重建得到被测物体的3D图像，并评价图像质量及照射剂量。
图像质量指标及照射剂量如表1所示，可见本发明在保证图像质量的同时，大大得降低了照射剂量。
图像质量指标及照射剂量表1.
图像质量指标 恒定扫描条件 本发明方法
软组织分辨率 2.35 2.32
高密度分辨率 4lp/cm 4lp/cm
图像均匀性 8.75％ 8.82％
图像噪声 22.86 22.94
照射剂量 33.5mGy 24.8mGy
以上的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种减少锥形束CT照射剂量的自适应调制方法，其特征在于：所述减少锥形束CT照射剂量的自适应调制方法的步骤如下：
(1)第一步：预扫描，建立不同扫描条件的“射线衰减-投影图像质量指标”的关系模型；
①针对CBCT可用的扫描条件，除FOV大小外，管电压(kV)和曝光量(mAs)组成若干个不同的kV-mAs组合，每个组合为一种扫描条件；
②对每个FOV，在每一种扫描条件下，采集不同射线衰减(μ)的投影图像，此投影图像可通过扫描不同厚度的等效水模体和二维图像质量检测模体来得到；
③计算各个投影图像的质量指标，所述质量指标为噪声(noise)、信噪比(SNR)、对比噪声比(CNR)、空间分辨率、散射线与原射线比(SPR)；
④建立不同扫描条件的“射线衰减-投影图像质量指标”的关系模型；
(2)第二步：确定扫描FOV，并计算被测物体的在各个角度的射线衰减值，根据扫描范围确定FOV，根据放射治疗模拟定位时获取的扇形束CT图像投影得到各个角度的衰减值，或者在CBCT扫描前，获取正、侧位透视片，根据正、侧位的衰减情况估算各个角度的射线衰减值；
(3)根据各个角度的射线衰减及第一步建立的不同扫描条件的“射线衰减-投影图像质量指标”的关系模型，选择合适的图像质量指标，确定各个角度的扫描条件；
(4)采集投影图像，然后三维重建得到被测物体的3D图像。
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