CN110559001A - 一种ct扫描仪散焦辐射强度分布测量方法 - Google Patents

一种ct扫描仪散焦辐射强度分布测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种CT扫描仪散焦辐射强度分布测量方法，涉及CT数据校正方法技术领域，包括将一细长圆柱模体固定于扫描孔径内垂直于扫描平面并尽量远离旋转中心；使扫描机的X射线源及探测器围绕机架旋转中心连续旋转并执行曝光和数据采集；对采集的数据进行本底去除；提取出完全不被遮挡的信号，计算出每个探测器单元的空扫增益，并对所有数据做增益校正；对每一个探测器单元，计算出被散焦面与探测器连线穿过的采样点，通过该采样点相对于不被遮挡时的衰减值计算出该采样点到达该探测器单元的强度，得到最终散焦分布。本发明提出的方法通过对特定模体的实际测量获得散焦辐射的强度分布，能针对每个系统的差异做更精确的矫正。

Description

一种CT扫描仪散焦辐射强度分布测量方法
技术领域
本发明涉及一种CT数据校正方法，尤其涉及一种CT扫描仪散焦辐射强度分布测量方法。
背景技术
计算机X射线断层扫描仪(computed tomography，CT)是利用X射线旋转照射被测物体，然后通过计算机处理获得物体断层图像的设备。在CT中，X射线通常是由电子束轰击阳极靶获得，理想的X射线源应该是一个点，但电子束轰击阳极靶焦点区后，部分电子会四散溅射并再次轰击阳极靶，在焦点以外产生少量X射线。焦点以外的射线会导致重建图像物体边缘模糊，严重时可能影响医生诊断。
因此，为了解决上述问题，现有技术中采用以下方法：
专利号为US6628744B1的美国专利提出了一种去除散焦辐射对图像影响的方法，该方法需要先从理论推导出散焦辐射的强度分布。然而实际系统中的变化因素太多，散焦辐射的强度分布与理论推导结果偏差较大，会导致矫正效果局部过强或过弱，甚至引入新的伪影。
专利号为CN103800025A的中国专利提出了一种实际测量散焦辐射强度分布的方法，该方法把一种具有一定遮挡面积且衰减足够大的模体放在扫描孔内偏离中心的位置进行旋转扫描，通过模体逐渐进入和离开曝光区域时探测器接收X光强度的变化率来计算散焦辐射的分布。该方法对模体的要求较高，如果模体衰减不够高或不够薄，可能会使计算不准确。此外，扫描大块模体之前通常需要先做探测器增益校准，测量散焦辐射强度分布的测量需要非常精确，探测器增益的一点偏差都会对测量结果造成较大影响。
基于此，做出本申请。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种CT扫描仪散焦辐射强度分布测量方法，测量出用于进行散焦校正的散焦强度分布。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种CT扫描仪散焦辐射强度分布测量方法，包括以下步骤：
a.将一细长圆柱模体固定于扫描孔径内垂直于扫描平面并尽量远离旋转中心；
b.使扫描机的X射线源及探测器围绕机架旋转中心连续旋转并执行曝光和数据采集；在这一过程中模体会穿过散焦面上每一点到每一个探测器的连线；
c.对采集的数据进行本底去除等预处理；
d.提取出完全不被遮挡的信号，计算出每个探测器单元的空扫增益，并对所有数据做增益校正；
e.对每一个探测器单元，计算出被散焦面与探测器连线穿过的采样点，通过该采样点相对于不被遮挡时的衰减值计算出该采样点到达该探测器单元的强度，得到最终散焦分布。
所述步骤d中，增益校正具体包括以下两个步骤：
(1)对于每个探测器单元的所有数据I(view，ch)，其中view为采样时刻编号，ch为通道编号，选取出不被遮挡的数据，对数据做低频的拟合，得到每个通道的校准值I0(ch)，然后把每个采样时刻值I(view，ch)都除以对应时刻的低频拟合值I0(ch)得到校正过的数据
(2)对于每个采样时刻I1(view，ch)，选出完全不被遮挡的数据，求出不被遮挡数据的平均值ref(view)，然后把这个采样时刻的所有数据除以平均值得到
作为优选，为了达到更好的校正效果重复所述步骤(1)和(2)2-3次，得到最终的强度值P(view，ch)。
所述步骤e具体步骤为：
把X射线源散焦面分成N份，对于任一探测器单元i，其接收到的X射线焦点分布中第i点的射线为Iij，对于任一探测器单元j，计算模体穿过散焦面上任一点i的采样时刻，记这一刻探测器接收的强度为Pij，假设模体足够小，只遮挡了i位置的X射线而不影响其它位置的X射线照射到j探测器单元，那么探测器接收的强度为Pij＝1-a(s)Iij (3)；
其中a(s)是模体对射线的衰减系数，此系数随模体与探测器的距离成反比关系，可以记为α/s，提取出模体扫过N份射线源与探测器单元j的连线的数据，就可以联立
Iij＝(1-Pij)s/α (4)；
然后对公式(4)进行归一化得到最终散焦分布
本发明原理：本发明提出一种新的测量散焦辐射强度分布的方法，该方法扫描一种细长圆柱形模体，通过模体的吸收强度来计算散焦辐射强度分布，由于扫描模体较小且投影在移动，所以可以用当次扫描的数据进行探测器增益校准，节省扫描次数且可以减少增益变化所造成的影响。本发明提出的方法通过对特定模体的实际测量获得散焦辐射的强度分布，能针对每个系统的差异做更精确的矫正。
本发明能实现如下技术效果：
(1)本发明对比理论推导的方法，实测的光源散焦强度分布比理论推导更为准确，可以很方便地单独对每个CT系统做校准。
(2)本发明对比扫描宽模体的方法，本发明直接计算光源散焦强度分布，不需要进行微分运算，理论更直接、计算结果更准确；细长圆柱模体制作更简单、成本更低，而且校准时不需要额外扫描空气做增益校准，直接使用当次扫描数据，减少曝光和扫描次数且准确性更高。
(3)本发明扫描细长圆柱模体，利用模体对光路的遮挡程度直接测量计算出精确的散焦辐射分布，计算过程更加简单稳定。
(4)本发明用小模体扫描代替现有技术中的宽模体，避免了部分遮挡的问题。
(5)本发明可以适应价格低的球管。
附图说明
图1为本实施例CT测量装置示意图；
图2为本实施例采样数据低频拟合示意图；
图3为本实施例X射线源散焦面分成N份的示意图；
图4为本实施例X射线源遮挡模体的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的技术手段及其所能达到的技术效果，能够更清楚更完善的揭露，兹提供了一个实施例，并结合附图作如下详细说明：
如图1所示将一细长圆柱模体固定于扫描孔径内，垂直于扫描平面，放置于散焦面与探测器连线的覆盖范围外，使射线源与探测器阵列围绕旋转中心旋转(若以射线源及探测器为参考系，相当于模体围绕旋转中心旋转)的过程中模体能切割散焦面任意一点与任一探测器单元的连线。
使机架旋转并执行曝光扫描，在此过程中模体会切割散焦面任意一点与任一探测器单元的连线，采集每个时刻每个探测器的输出值。
对于每一个探测器单元，以该探测器单元完全不被模体遮挡时的数据为依据，对所有数据进行增益校正，增益校正具体分为以下两项内容。
1.对于每个探测器单元的所有数据I(view，ch)，其中view为采样时刻编号，ch为通道编号，选取出不被遮挡的数据，对数据做低频的拟合(如图2)得到每个通道的校准值I0(ch)，然后把每个采样时刻(包括被遮挡时)的值I(view，ch)都除以对应时刻的低频拟合值I0(ch)得到校正过的数据
这一步的作用是计算探测器输出相对于完全不被遮挡时的比例以及去除机架旋转对探测器增益造成的低频影响。
2.对于每个采样时刻I1(view，ch)，选出完全不被遮挡的数据，求出不被遮挡数据的平均值ref(view)，然后把这个采样时刻的所有(包括被遮挡的)数据除以平均值得到
这一步的目的是滤除因光源强度瞬时变化以及采样时长不均匀造成的影响。
以上两步增益校正可重复执行2-3次以达到更好的校正效果得到最终的强度值P(view，ch)。
增益校正后得到每个探测器单元在每个时刻接收到的X射线的强度值P，0≤P(view，ch)≤1。此强度值无量纲，以完全不被模体遮挡为参考，不被遮挡时强度值为1，被完全遮挡(没有接收到X射线)时为0。
如图3，把X射线源散焦面分成N份，对于任一探测器单元j，其接收到的X射线焦点分布中第i点的射线为Iij。
对于任一探测器单元j，计算模体穿过散焦面上任一点i的采样时刻，记这一刻探测器接收的强度为Pij，假设模体足够小，只遮挡了i位置的X射线而不影响其它位置的X射线照射到j探测器单元(如图4)，那么探测器接收的强度为Pij＝1-a(s)Iij (3)
其中a(s)是模体对射线的衰减系数，此系数随模体与探测器的距离成反比关系，可以记为α/s。提取出模体扫过N份射线源与探测器单元j的连线的数据，就可以联立
Iij＝(1-Pij)s/α (4)
然后对公式2进行归一化得到最终散焦分布
以上内容是结合本发明的优选实施方式对所提供技术方案所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施只局限于上述这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种CT扫描仪散焦辐射强度分布测量方法，包括以下步骤：
a.将一细长圆柱模体固定于扫描孔径内垂直于扫描平面并尽量远离旋转中心；
b.使扫描机的X射线源及探测器围绕机架旋转中心连续旋转并执行曝光和数据采集；
c.对采集的数据进行本底去除；
d.提取出完全不被遮挡的信号，计算出每个探测器单元的空扫增益，并对所有数据做增益校正；
e.对每一个探测器单元，计算出被散焦面与探测器连线穿过的采样点，通过该采样点相对于不被遮挡时的衰减值计算出该采样点到达该探测器单元的强度，得到最终散焦分布。
2.如权利要求1所述的一种CT扫描仪散焦辐射强度分布测量方法，其特征在于：所述步骤d中，增益校正具体包括以下两个步骤：
(1)对于每个探测器单元的所有数据I(view，ch)，其中view为采样时刻编号，ch为通道编号，选取出不被遮挡的数据，对数据做低频的拟合，得到每个通道的校准值I0(ch)，然后把每个采样时刻值I(view，ch)都除以对应时刻的低频拟合值I0(ch)得到校正过的数据
(2)对于每个采样时刻I1(view，ch)，选出完全不被遮挡的数据，求出不被遮挡数据的平均值ref(view)，然后把这个采样时刻的所有数据除以平均值得到
3.如权利要求2所述的一种CT扫描仪散焦辐射强度分布测量方法，其特征在于：重复所述步骤(1)和(2)得到最终的强度值P(view，ch)。
4.如权利要求1所述的一种CT扫描仪散焦辐射强度分布测量方法，其特征在于：所述步骤e具体步骤为：
把X射线源散焦面分成N份，对于任一探测器单元j，其接收到的X射线焦点分布中第i点的射线为Iij，对于任一探测器单元j，计算模体穿过散焦面上任一点i的采样时刻，记这一刻探测器接收的强度为Pij，假设模体足够小，只遮挡了i位置的X射线而不影响其它位置的X射线照射到j探测器单元，那么探测器接收的强度为
Pij＝1-a(s)Iij (3)；
其中a(s)是模体对射线的衰减系数，此系数随模体与探测器的距离成反比关系，可以记为α/s，提取出模体扫过N份射线源与探测器单元j的连线的数据，就可以联立
Iij＝(1-Pij)s/α (4)；
然后对公式(4)进行归一化得到最终散焦分布
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