CN109846501B - 散射线校正方法及终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种散射线校正方法及终端，方法包括：分别获取实际散射核和仿真散射核；根据所述实际散射核和仿真散射核计算得到散射核；获取原始图像分布；根据所述原始图像分布和散射核计算得到散射线图像分布；根据所述原始图像分布和散射线图像分布计算得到主射线图像分布。本发明无需使用额外的硬件装置即可实现DR图像的散射线校正，可提高临床诊断精度。

Description

散射线校正方法及终端

技术领域

本发明涉及校正技术领域，尤其涉及一种散射线校正方法及终端。

背景技术

DR(Digital Radiography，数字X光成像)系统的目标为采集与人体密度相关的主射线图像，通过图像后处理以期达到诊断的效果。但受以康普顿散射为主的散射线叠加影响，造成主射线的图像退化，因此需要对散射线进行校正。

传统的DR散射线校正方法使用硬件去除散射，主要有：

1、使用滤线栅，在探测器处放置滤线栅，过滤部分经过人体后达到探测器的散射线。

2、使用束光器，部分拍片部位缩小束光器窗口，避免多余射线与人体作用，产生散射线。

3、使用滤波片，在球馆射线出口放置滤波片，改变射线频谱，比如通过硬化射线提高主射线透过率。

4、使用空气间隙法，增加人体与探测器间距，衰减散射线。

使用所提硬件去散射方案(滤线栅、束光器、滤波片等)可以降低散射线到达探测器的比例SPR，然而硬件方案需使用额外设备，成本较高，且涉及系统设计，结构较为复杂。并且即便使用了这些方法，所采集图像的散射/主射线比例(SPR,Scatter to Primaryratio)依旧很高，为此有人提出使用图像处理技术进一步校正DR图像的散射线。例如，使用经验值拟合核函数，通过反卷积算法复原主射线图像。此外在锥束CT(Cone beam computedtomography,CBCT)方面，亦有人提出使用图像处理技术校正投影散射线，主要有：1、使用蒙特卡洛方法拟合核函数，通过反卷积算法复原主射线图像；2、使用射线阻挡网格(Beamstop array)得到散射线图像，通过减去散射图像复原主射线图像。仅使用经验值拟合散射核函数没有考虑DR成像系统模型，不能准确评估散射线，不仅无法准确去除散射线，且采用该方案校正后也会造成图像退化。使用射线阻挡网格可以得到散射线分布，但需多次拍摄，病人接受剂量过大故不适用于医学检测。使用蒙特卡洛仿真可以生成较为准确的散射核函数，用于CBCT可更精准地复原体素CT值，然而该技术并未被用于DR系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种散射线校正方法及终端，可进行DR图像校正。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种散射线校正方法，包括：

分别获取实际散射核和仿真散射核；

根据所述实际散射核和仿真散射核计算得到散射核；

获取原始图像分布；

根据所述原始图像分布和散射核计算得到散射线图像分布；

根据所述原始图像分布和散射线图像分布计算得到主射线图像分布。

本发明采用的另一技术方案为：

一种散射线校正终端，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

分别获取实际散射核和仿真散射核；

根据所述实际散射核和仿真散射核计算得到散射核；

获取原始图像分布；

根据所述原始图像分布和散射核计算得到散射线图像分布；

根据所述原始图像分布和散射线图像分布计算得到主射线图像分布。

本发明的有益效果在于：通过分别获取实际散射核和仿真散射核来计算散射核，然后计算得到散射线图像分布，最终对散射线实现校正，本发明无需使用额外的硬件装置即可实现DR图像的散射线校正，可提高临床诊断精度。

附图说明

图1为本发明实施例一的散射线校正方法的流程图；

图2为本发明实施例一的DR系统的装置示意图；

图3为本发明实施例一的获取实际散射核的试验装置示意图；

图4为本发明实施例一的获取仿真散射核的试验装置示意图；

图5为本发明实施例一的束光器区域的示意图；

图6为本发明实施例二的散射线校正终端的示意图。

标号说明：

1、高压发生器；2、X射线球馆；3、束光器；4、滤线栅；5、探测器；6、主机；7、射线；8、被照射物体；9、铅板；10、闪烁体探测器；100、散射线校正终端；101、存储器；102、处理器。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

本发明最关键的构思在于：通过分别获取实际散射核和仿真散射核来计算散射核，然后计算得到散射线图像分布，无需使用硬件装置即可实现DR图像的散射线校正。

请参照图1，一种散射线校正方法，包括：

分别获取实际散射核和仿真散射核；

根据所述实际散射核和仿真散射核计算得到散射核；

获取原始图像分布；

根据所述原始图像分布和散射核计算得到散射线图像分布；

根据所述原始图像分布和散射线图像分布计算得到主射线图像分布。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：通过分别获取实际散射核和仿真散射核来计算散射核，然后计算得到散射线图像分布，最终对散射线实现校正，本发明无需使用额外的硬件装置即可实现DR图像的散射线校正，可提高临床诊断精度。

进一步的，获取实际散射核具体为：

使X射线经束光器后通过一圆孔区域，然后到达被照射物体，所述圆孔区域的半径范围为(0,1]mm，所述被照射物体为3～40cm厚度的水箱模体；

采集被照射物体下的圆孔图像；

获取所述圆孔图像中圆孔中心的一行像素值；

对所述一行像素值进行处理得到SPR曲线；

通过最小二乘法对所述SPR曲线进行拟合，得到实际散射核。

由上述描述可知，圆孔区域的半径范围可以根据需要进行设置，被照射物体的厚度也可以根据需要进行选择。

进一步的，获取仿真散射核具体为：

使X射线依次经滤波片和束光器后到达被照射物体，所述被照射物体为3～40cm厚度的水箱模体；

通过被照射物体的X射线经闪烁体探测器后转换为散射信号；

对所述散射信号进行处理得到SPR曲线；

通过最小二乘法对所述SPR曲线进行拟合，得到仿真散射核。

由上述描述可知，仿真散射核的获取可以使用蒙特卡洛仿真方法。

进一步的，根据公式

计算散射核，其中，h表示散射核，h_r表示实际散射核，h_s表示仿真散射核，a为指数因子，其取值范围为[0.5,1]。

进一步的，当在X射线到达探测器之前采用滤线栅时，根据公式h(x,y)＝h(x,y)·k(y)对所述散射核进行加权处理，其中，(x,y)表示散射线分布的坐标，其坐标原点为X射线的中心在探测器的位置；

L表示与滤线栅的参数相关的经验值。

由上述描述可知，由于滤线栅仅过滤y方向的散射，固x方向不进行加权处理。

进一步的，所述根据所述原始图像分布和散射核计算得到散射线图像分布具体为：

初始化散射线图像分布I_s及主射线图像分布I_p，使得I_s(x,y)＝0以及I_p(x,y)＝I(x,y)，其中，I(x,y)表示原始图像分布；

获取束光器区域；

将束光器区域的I_p置为0，利用迭代反卷积计算散射线图像分布I_s，I_s＝I_p*h，

其中，*表示卷积符号，

表示原散射线图像分布，λ为松弛系数，取值范围为[0,1]。

进一步的，在利用迭代反卷积计算散射线图像分布时，将束光器区域外的原始图像置为0，并使用0扩展图像边界。

进一步的，所述根据所述原始图像分布和散射线图像分布计算得到主射线图像分布具体为：将原始图像分布减去散射线图像分布得到所述主射线图像分布。

请参照图6，本发明涉及的另一技术方案为：

一种散射线校正终端100，包括存储器101、处理器102以及存储在所述存储器101上并可在处理器102上运行的计算机程序，所述处理器102执行所述计算机程序时实现以下步骤：

分别获取实际散射核和仿真散射核；

根据所述实际散射核和仿真散射核计算得到散射核；

获取原始图像分布；

根据所述原始图像分布和散射核计算得到散射线图像分布；

根据所述原始图像分布和散射线图像分布计算得到主射线图像分布。

进一步的，获取实际散射核具体为：

使X射线经束光器后通过一圆孔区域，然后到达被照射物体，所述圆孔区域的半径范围为(0,1]mm，所述被照射物体为3～40cm厚度的水箱模体；

采集被照射物体下的圆孔图像；

获取所述圆孔图像中圆孔中心的一行像素值；

对所述一行像素值进行处理得到SPR曲线；

通过最小二乘法对所述SPR曲线进行拟合，得到实际散射核。

进一步的，获取仿真散射核具体为：

使X射线依次经滤波片和束光器后到达被照射物体，所述被照射物体为3～40cm厚度的水箱模体；

通过被照射物体的X射线经闪烁体探测器后转换为散射信号；

对所述散射信号进行处理得到SPR曲线；

通过最小二乘法对所述SPR曲线进行拟合，得到仿真散射核。

进一步的，根据公式

计算散射核，其中，h表示散射核，h_r表示实际散射核，h_s表示仿真散射核，a为指数因子，其取值范围为[0.5,1]。

进一步的，所述处理器102执行所述计算机程序时还实现以下步骤：当在X射线到达探测器之前采用滤线栅时，根据公式h(x,y)＝h(x,y)·k(y)对所述散射核进行加权处理，其中，(x,y)表示散射线分布的坐标，其坐标原点为X射线的中心在探测器的位置；

L表示与滤线栅的参数相关的经验值。

进一步的，所述根据所述原始图像分布和散射核计算得到散射线图像分布具体为：

初始化散射线图像分布I_s及主射线图像分布I_p，使得I_s(x,y)＝0以及I_p(x,y)＝I(x,y)，其中，I(x,y)表示原始图像分布；

获取束光器区域；

将束光器区域的I_p置为0，利用迭代反卷积计算散射线图像分布I_s，I_s＝I_p*h，

其中，*表示卷积符号，

表示原散射线图像分布，λ为松弛系数，取值范围为[0,1]。

进一步的，在利用迭代反卷积计算散射线图像分布时，将束光器区域外的原始图像置为0，并使用0扩展图像边界。

进一步的，所述根据所述原始图像分布和散射线图像分布计算得到主射线图像分布具体为：将原始图像分布减去散射线图像分布得到所述主射线图像分布。

请参照图1至图5，本发明的实施例一为：

一种散射线校正方法，如图1所示，包括如下步骤：

S1、分别获取实际散射核和仿真散射核。图2为典型的DR系统的装置示意图，高压发生器1给X射线球馆2提供高压电源，由此产生锥束的射线7，其中束光器3可改变射线7的照射野，且束光器3中可添加滤波片以改变射线7的频谱，射线7经过被照射物体8后产生衰减，其中衰减射线包括主射线及散射线。衰减后的射线经过滤线栅4后可过滤部分散射线，射线到达探测器5后经过A/D转换为原始图像，主机6接收图像后可实现图像前/后处理和展示等工作。

本实施例中，获取实际散射核具体为：

S101、使X射线经束光器后通过一圆孔区域，然后到达被照射物体，所述圆孔区域的半径范围为(0,1]mm，所述被照射物体为3～40cm厚度的水箱模体；

S102、采集被照射物体下的圆孔图像；

S103、获取所述圆孔图像中圆孔中心的一行像素值；

S104、对所述一行像素值进行处理得到SPR曲线；

S105、通过最小二乘法对所述SPR曲线进行拟合，得到实际散射核。

本实施例中，获取实际散射核的试验装置如图3所示，该装置将滤线栅4拔出，其中被照射物体8为水箱模体，试验时在其中添加水，水高度范围在3～40cm之间，射线7通过一块厚度为10mm的铅板9，中间有一圆孔，其中圆孔半径范围为(0,1]mm。取圆孔为目标区域，缩小束光器3，高压发生器1给定一定电压(如90kVp)，在合适的剂量下曝光，采样3～40cm厚度范围内若干个水模厚度下的圆孔图像。

步骤S104具体为：将周边信号除以峰值信号，然后进行归一化处理，得到所述SPR曲线。步骤S105具体为：根据以下公式进行拟合，得到实际散射核h_r：

h_r＝c_r·g_r；

其中，通过最小二乘法拟合SPR曲线，得到实际散射核所需参数A,B,α,β,σ₁,σ₂。

本实施例中，获取仿真散射核具体为：

S106、使X射线依次经滤波片和束光器后到达被照射物体，所述被照射物体为3～40cm厚度的水箱模体；

S107、通过被照射物体的X射线经闪烁体探测器后转换为散射信号；

S108、对所述散射信号进行处理得到SPR曲线；

S109、通过最小二乘法对所述SPR曲线进行拟合，得到仿真散射核。

仿真散射核的试验装置如图4所示，该仿真通过蒙特卡洛仿真软件MCNP5实现。其中X射线球馆2中电子经高压加速后轰击靶面，产生笔形束的射线7后经过滤波片、束光器后到达被照射物体8，经过闪烁体探测器10(如0.6mm的碘化铯)后转换为散射信号，处理该散射信号可得到仿真散射核h_s。

步骤S108具体为：将散射信号除以峰值主射线信号，得到SPR曲线。步骤S109具体为：根据以下公式进行拟合，得到仿真散射核h_s：

h_s＝c_s·g_s；

其中，通过最小二乘法拟合SPR曲线，得到实际散射核所需参数A,B,α,β,σ₁,σ₂。仿真散射核的所需参数与实际散射核的所需参数的数值不同。

S2、根据所述实际散射核和仿真散射核计算得到散射核。具体的：根据公式

计算散射核，其中，h表示散射核，h_r表示实际散射核，h_s表示仿真散射核，a为指数因子，其取值范围为[0.5,1]。

本实施例中，当在X射线到达探测器之前采用了滤线栅时，根据公式h(x,y)＝h(x,y)·k(y)对所述散射核进行加权处理，其中，(x,y)表示散射线分布的坐标，其坐标原点为X射线的中心在探测器的位置；

L表示与滤线栅的参数相关的经验值，经验值L根据40Lp/cm的滤线栅进行评估。当SID等于滤线栅焦距时，L可设为0.15；当SID大于或小于滤线栅焦距时，该值随之增大。

S3、获取原始图像分布。原始图像分布可通过图2中所示的装置进行获取。

S4、根据所述原始图像分布和散射核计算得到散射线图像分布。具体为：

S401、初始化散射线图像分布I_s及主射线图像分布I_p，使得I_s(x,y)＝0以及

I_p(x,y)＝I(x,y)，其中，I(x,y)表示原始图像分布；

S402、获取束光器区域；

S403、将束光器区域的I_p置为0，利用迭代反卷积计算散射线图像分布I_s，I_s＝I_p*h，

其中，*表示卷积符号，

表示原散射线图像分布，λ为松弛系数，取值范围为[0,1]。

本实施例中，图5中的阴影区域为束光器区域，为了提高散射线评估精度，需要获取束光器区域的位置信息，由于束光器阻挡了射线，固图像束光器区域的散射可忽略不计。本实施例中，可以通过分割算法或束光器硬件位置反馈得到起始坐标(x₁,y₁)及(x₂,y₂)，然后可以计算得到束光器区域，在利用迭代反卷积计算散射线图像分布时，将束光器区域外的原始图像置为0，并使用0扩展图像边界。

S5、根据所述原始图像分布和散射线图像分布计算得到主射线图像分布。具体为：将原始图像分布减去散射线图像分布得到所述主射线图像分布。

X射线穿过均匀物质(如水模)的主射线信号衰减可由下式表示：

I'_p＝I₀e^-μl，其中，μ为水衰减系数，l为水模厚度，I₀为未衰减的X光信号。使用对数操作：lgI'_p＝lgI₀-μl·lge，可发现图像像素灰度值与水模系数线性相关。然而在实际原始图像中有散射线干扰，会使图像均衡和对比度受到影响，影响诊断效果。因此，需要对散射线进行校正。

请参照图6，本发明的实施例二为：

一种散射线校正终端100，与实施例一的方法相对应，包括存储器101、处理器102以及存储在所述存储器101上并可在处理器102上运行的计算机程序，所述处理器102执行所述计算机程序时实现以下步骤：

分别获取实际散射核和仿真散射核；

根据所述实际散射核和仿真散射核计算得到散射核；

获取原始图像分布；

根据所述原始图像分布和散射核计算得到散射线图像分布；

根据所述原始图像分布和散射线图像分布计算得到主射线图像分布。

进一步的，获取实际散射核具体为：

使X射线经束光器后通过一圆孔区域，然后到达被照射物体，所述圆孔区域的半径范围为(0,1]mm，所述被照射物体为3～40cm厚度的水箱模体；

采集被照射物体下的圆孔图像；

获取所述圆孔图像中圆孔中心的一行像素值；

对所述一行像素值进行处理得到SPR曲线；

通过最小二乘法对所述SPR曲线进行拟合，得到实际散射核。

进一步的，获取仿真散射核具体为：

使X射线依次经滤波片和束光器后到达被照射物体，所述被照射物体为3～40cm厚度的水箱模体；

通过被照射物体的X射线经闪烁体探测器后转换为散射信号；

对所述散射信号进行处理得到SPR曲线；

通过最小二乘法对所述SPR曲线进行拟合，得到仿真散射核。

进一步的，根据公式

计算散射核，其中，h表示散射核，h_r表示实际散射核，h_s表示仿真散射核，a为指数因子，其取值范围为[0.5,1]。

进一步的，所述处理器102执行所述计算机程序时还实现以下步骤：当在X射线到达探测器之前采用滤线栅时，根据公式h(x,y)＝h(x,y)·k(y)对所述散射核进行加权处理，其中，(x,y)表示散射线分布的坐标，其坐标原点为X射线的中心在探测器的位置；

L表示与滤线栅的参数相关的经验值。

进一步的，所述根据所述原始图像分布和散射核计算得到散射线图像分布具体为：

初始化散射线图像分布I_s及主射线图像分布I_p，使得I_s(x,y)＝0以及I_p(x,y)＝I(x,y)，其中，I(x,y)表示原始图像分布；

获取束光器区域；

将束光器区域的I_p置为0，利用迭代反卷积计算散射线图像分布I_s，I_s＝I_p*h，

其中，*表示卷积符号，

表示原散射线图像分布，λ为松弛系数，取值范围为[0,1]。

进一步的，在利用迭代反卷积计算散射线图像分布时，将束光器区域外的原始图像置为0，并使用0扩展图像边界。

进一步的，所述根据所述原始图像分布和散射线图像分布计算得到主射线图像分布具体为：将原始图像分布减去散射线图像分布得到所述主射线图像分布。

综上所述，本发明提供的一种散射线校正方法及终端，通过分别获取实际散射核和仿真散射核来计算散射核，然后计算得到散射线图像分布，最终对散射线实现校正，本发明无需使用额外的硬件装置即可实现DR图像的散射线校正，可提高临床诊断精度。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种散射线校正方法，其特征在于，包括：

分别获取实际散射核和仿真散射核；

根据所述实际散射核和仿真散射核计算得到散射核；

获取原始图像分布；

根据所述原始图像分布和散射核计算得到散射线图像分布；

根据所述原始图像分布和散射线图像分布计算得到主射线图像分布；

所述获取实际散射核具体为：

使X射线经束光器后通过一圆孔区域，然后到达被照射物体，所述圆孔区域的半径范围为(0,1]mm，所述被照射物体为3～40cm厚度的水箱模体；

采集被照射物体下的圆孔图像；

获取所述圆孔图像中圆孔中心的一行像素值；

对所述一行像素值进行处理得到SPR曲线，SPR曲线为散射/主射线比例曲线；

通过最小二乘法对所述SPR曲线进行拟合，得到实际散射核；

所述获取仿真散射核具体为：

使X射线依次经滤波片和束光器后到达被照射物体，所述被照射物体为3～40cm厚度的水箱模体；

通过被照射物体的X射线经闪烁体探测器后转换为散射信号；

对所述散射信号进行处理得到SPR曲线；

通过最小二乘法对所述SPR曲线进行拟合，得到仿真散射核；

根据公式

计算散射核，其中，h表示散射核，h_r表示实际散射核，h_s表示仿真散射核，a为指数因子，其取值范围为[0.5,1]。

2.根据权利要求1所述的散射线校正方法，其特征在于，当在X射线到达探测器之前采用滤线栅时，根据公式h(x,y)＝h(x,y)·k(y)对所述散射核进行加权处理，其中，(x,y)表示散射线分布的坐标，其坐标原点为X射线的中心在探测器的位置；

L表示与滤线栅的参数相关的经验值。

3.根据权利要求2所述的散射线校正方法，其特征在于，根据所述原始图像分布和散射核计算得到散射线图像分布具体为：

初始化散射线图像分布I_s及主射线图像分布I_p，使得I_s(x,y)＝0以及I_p(x,y)＝I(x,y)，其中，I(x,y)表示原始图像分布；

获取束光器区域；

将束光器区域的I_p置为0，利用迭代反卷积计算散射线图像分布I_s，I_s＝I_p*h，

其中，*表示卷积符号，

表示原散射线图像分布，λ为松弛系数，取值范围为[0,1]。

4.根据权利要求3所述的散射线校正方法，其特征在于，在利用迭代反卷积计算散射线图像分布时，将束光器区域外的原始图像置为0，并使用0扩展图像边界。

5.根据权利要求1所述的散射线校正方法，其特征在于，所述根据所述原始图像分布和散射线图像分布计算得到主射线图像分布具体为：将原始图像分布减去散射线图像分布得到所述主射线图像分布。

6.一种散射线校正终端，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

分别获取实际散射核和仿真散射核；

根据所述实际散射核和仿真散射核计算得到散射核；

获取原始图像分布；

根据所述原始图像分布和散射核计算得到散射线图像分布；

根据所述原始图像分布和散射线图像分布计算得到主射线图像分布；

所述获取实际散射核具体为：

使X射线经束光器后通过一圆孔区域，然后到达被照射物体，所述圆孔区域的半径范围为(0,1]mm，所述被照射物体为3～40cm厚度的水箱模体；

采集被照射物体下的圆孔图像；

获取所述圆孔图像中圆孔中心的一行像素值；

对所述一行像素值进行处理得到SPR曲线，SPR曲线为散射/主射线比例曲线；

通过最小二乘法对所述SPR曲线进行拟合，得到实际散射核；

所述获取仿真散射核具体为：

使X射线依次经滤波片和束光器后到达被照射物体，所述被照射物体为3～40cm厚度的水箱模体；

通过被照射物体的X射线经闪烁体探测器后转换为散射信号；

对所述散射信号进行处理得到SPR曲线；

通过最小二乘法对所述SPR曲线进行拟合，得到仿真散射核；

根据公式

计算散射核，其中，h表示散射核，h_r表示实际散射核，h_s表示仿真散射核，a为指数因子，其取值范围为[0.5,1]。

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