CN113367716B - 一种基于定位片调制管电流的方法 - Google Patents

一种基于定位片调制管电流的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于定位片调制管电流的方法，包括以下步骤：S1、获取定位片图像，根据定位片图像计算Z方向上各像素点对应的等效圆形水模的面积；S2、根据各像素点对应的等效圆形水模的面积得到各像素点对应的等效圆形水模的半径；S3、将等效圆形水模的半径及设定的噪声值拟合不同标准水模半径下的噪声值随管电流变化的标准分布，得到管电流随Z方向的变化曲线；S4、根据管电流随Z方向的变化曲线，结合球管与图像扫描中心之间的连线与Y方向之间的夹角变化，得到管电流随夹角的变化曲线；S5、根据管电流随夹角的变化曲线调制管电流。本发明针对各个部位调制相应的管电流，使得图像噪声接近，提升图像的质量。

Description

一种基于定位片调制管电流的方法
技术领域
本发明属于电子计算机断层扫描技术领域，具体涉及一种基于定位片调制管电流的方法。
背景技术
自动曝光控制技术是一种旨在确保图像质量的同时减少受检者所受辐射剂量的新技术，其通过对被扫描对象的大小及厚度自动调节管电流的大小，而不固定管电流值，因而能提高辐射剂量效率并使图像噪声保持在较低的水平，确保图像质量的稳定。
为了满足不同部位的扫描要求，降低整体扫描剂量，提高各部位成像质量，对管电流进行调制十分必要。例如，公开号为CN112494062A的专利文献公开了一种基于人体部位调制管电流的方法，其通过待检测患者的人体平片确定得到第一射线路径长度和人体各部位的第一位置信息，然后采用管电流调制模型，依据得到的射线路径长度和人体各部位的位置信息就可以确定得到人体不同部位的管电流值，以能够完成人体不同部位管电流的精确调控，进而能够在降低CT拍摄辐射量的同时生成更加清晰的CT图像。但其在考虑射线路径长度的同时还结合人体各部位的位置信息，数据处理量大，对硬件的性能要求较高。
因此，本领域亟需一种简单有效的管电流调制方法。
发明内容
基于现有技术中存在的上述缺点和不足，本发明的目的之一是至少解决现有技术中存在的上述问题之一或多个，换言之，本发明的目的之一是提供满足前述需求之一或多个的一种基于定位片调制管电流的方法。
为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于定位片调制管电流的方法，包括以下步骤：
S1、获取定位片图像，根据定位片图像计算Z方向上各像素点对应的等效圆形水模的面积；
S2、根据各像素点对应的等效圆形水模的面积得到各像素点对应的等效圆形水模的半径；
S3、将等效圆形水模的半径及设定的噪声值拟合不同标准水模半径下的噪声值随管电流变化的标准分布，得到管电流随Z方向的变化曲线；
S4、根据管电流随Z方向的变化曲线，结合球管与图像扫描中心之间的连线与Y方向之间的夹角变化，得到管电流随夹角的变化曲线；
S5、根据管电流随夹角的变化曲线调制管电流；
其中，Z方向为扫描床的延伸方向，Y方向为竖直方向。
作为优选方案，所述步骤S1中，根据定位片图像计算Z方向上各像素点对应的等效圆形水模的面积，包括：
将Z方向上相同、X方向上不同的各像素点作为一行，每行的所有像素点的像素值之和作为Z方向上各像素点对应的等效圆形水模的面积A(z)，z表示Z方向上各像素点；
其中，X方向为水平方向。
作为优选方案，所述步骤S2中，等效圆形水模的半径R(z)为：
作为优选方案，所述步骤S3中，管电流随Z方向的变化曲线为：
其中，R1和R2为最接近R(z)的两个标准水模半径，mA1和mA2分别为R1和R2下的噪声值随管电流变化的标准分布上设定的噪声值对应的管电流。
作为优选方案，所述步骤S4中，球管与图像扫描中心之间的连线与Y方向之间的夹角变化与等效椭圆水模的离心率相关；等效椭圆水模的椭圆面积与等效圆形水模的圆面积相等；
根据定位片的角度不同，分别计算Z方向上各像素点对应的等效椭圆水模的椭圆短轴半长和长轴半长，并计算相应的权重系数；
基于权重系数与等效椭圆水模的离心率之间成正比例关系，根据权重系数对等效椭圆水模的离心率进行调整，并根据等效椭圆水模的离心率计算管电流随夹角的变化曲线。
作为优选方案，当定位片的角度为0度，计算Z方向上各像素点对应的等效椭圆水模的短轴半长b(z)为：
b(z)＝vavg(z)×c1
其中，vavg(z)为当前像素点所处行中选取的若干像素点的像素值的平均值，c1为设定的经验系数；
Z方向上各像素点对应的等效椭圆水模的长轴半长a(z)为：
a(z)＝R(z)2÷b(z)
Z方向上各像素点对应的权重系数w(z)为：
其中，vi(z)为当前像素点所处行中的第i个像素点的像素值，di(z)为当前像素点所处行中的第i个像素点至其对应的中心像素点之间的距离，N为当前像素点所处行的像素点总数。
作为优选方案，当定位片的角度为90度，计算Z方向上各像素点对应的等效椭圆水模的长轴半长a(z)为：
a(z)＝vavg(z)×c2
其中，vavg(z)为当前像素点所处行中选取的若干像素点的像素值的平均值，c2为设定的经验系数；
Z方向上各像素点对应的等效椭圆水模的短轴半长b(z)为：
b(z)＝R(z)2÷a(z)
Z方向上各像素点对应的权重系数w(z)为：
其中，vmax为当前像素点所处行的所有像素点的像素值的最大值，v0为各行像素点的像素值的最大值中的最小值，v1为各行像素点的像素值的最大值中的最大值。
作为优选方案，对Z方向上各像素点对应的等效椭圆水模的长轴半长a(z)和短轴半长b(z)调整为：
a*(z)＝a(z)÷b(z)
b(z)＝1
其中，a**(z)为调整后的Z方向上各像素点对应的等效椭圆水模的长轴半长，和/>为a*(z)中的最大值和最小值。
作为优选方案，根据等效椭圆水模的离心率计算管电流随角度的变化曲线为：
mA(z，θ)＝mA(z)×Q(z，θ)
其中，Q(z，θ)为随Z方向上各像素点的位置以及夹角θ变化的函数：
Q(z，θ)＝1+f(z)×g(θ)
其中，f(z)为随Z方向上各像素点的位置变化的函数，即Z方向上各像素点的位置对应的离心率与f(z)的值为正比例关系；g(θ)为与夹角θ相关的周期性函数。
作为优选方案，所述g(θ)为与夹角θ相关的正弦函数或余弦函数。
本发明与现有技术相比，有益效果是：
本发明的基于定位片调制管电流的方法，只需使用单张定位片，根据已知的不同半径的水模的电流和噪声的标准关系曲线，即可直接估算用户设定的噪声级别下需要的管电流大小；再根据计算得到的等效椭圆水模的长短轴长度，计算得到管电流随夹角的变化曲线，继而调制管电流，使得各个部位的图像噪声接近，提升图像的质量。
附图说明
图1是本发明实施例的基于定位片调制管电流的方法的流程图；
图2是本发明实施例的不同标准水模半径下的噪声值随管电流变化的标准分布图；
图3是本发明实施例的不同标准水模半径下的噪声值随管电流变化的标准分布的拟合图；
图4是本发明实施例的0度(左)和90度(右)的定位片扫描得到的定位片图像；
图5是本发明实施例的根据0度(左)和90度(右)的定位片得到的管电流变化曲线图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅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，并获得其他的实施方式。
本发明的基于定位片调制管电流的方法，通过使用单角度定位片(0度或90度)计算Z方向(即扫描床的延伸方向)上各像素点位置以及球管与图像扫描中心之间的连线与Y方向(竖直方向)之间的各个夹角上需要的管电流大小，进而控制需要的辐射剂量的大小，实现自动曝光控制技术，提升图像的扫描质量。
具体地，如图1所示，本发明实施例的基于定位片调制管电流的方法，包括以下步骤：
S1、获取定位片图像，根据定位片图像计算Z方向上各像素点对应的等效圆形水模的面积；
具体地，获取定位片图像之后，将Z方向上相同、X方向(即水平方向)上不同的各像素点作为同一行，计算各行的所有像素点的像素值之和，将该和值作为Z方向上各像素点对应的等效圆形水模的面积A(z)，z表示Z方向上各像素点。
S2、根据各像素点对应的等效圆形水模的面积得到各像素点对应的等效圆形水模的半径；
具体地，根据步骤S1计算得到的Z方向上各像素点对应的等效圆形水模的面积A(z)，从而得到Z方向上各像素点对应的等效圆形水模的半径R(z)为：
S3、将等效圆形水模的半径及设定的噪声值拟合不同标准水模半径下的噪声值随管电流变化的标准分布，得到管电流随Z方向的变化曲线；
具体地，本发明实施例预先使用不同已知半径的水模测试特定的扫描及重建参数(如层厚、重建核等)生成的图像中噪声随管电流的分布曲线，如图2所示，水模的半径分别为10cm、20cm、30cm。
其中，图像噪声与管电流的关系可以表示为：
noise＝α×mAβ
其中，noise为水模图像噪声，mA为管电流大小，α、β为拟合参数。
将Z方向上各像素点对应的等效圆形水模的半径及设定的噪声值即可拟合得到对应的管电流大小，即得到管电流随Z方向的变化曲线，如图3所示，具体如下：
其中，R1和R2为最接近R(z)的两个标准水模半径，mA1和mA2分别为R1和R2下的噪声值随管电流变化的标准分布上设定的噪声值对应的管电流。
之后，需要计算管电流随球管与图像扫描中心之间的连线与Y方向之间的夹角变化的变化曲线mA(z，θ)，电流随角度变化的幅度与等效椭圆形水模的离心率密切相关，具体如下步骤S4。
S4、根据管电流随Z方向的变化曲线，结合球管与图像扫描中心之间的连线与Y方向之间的夹角变化，得到管电流随夹角的变化曲线mA(z，θ)；
具体地，球管与图像扫描中心之间的连线与Y方向之间的夹角变化与等效椭圆水模的离心率相关；等效椭圆水模的椭圆面积与等效圆形水模的圆面积相等；
根据定位片的角度不同，分别计算Z方向上各像素点对应的等效椭圆水模的椭圆短轴半长和长轴半长，并计算相应的权重系数；
基于权重系数与等效椭圆水模的离心率之间成正比例关系，根据权重系数对等效椭圆水模的离心率进行调整，并根据等效椭圆水模的离心率计算管电流随夹角的变化曲线。
根据定位片的角度不同，具体分析如下：
(1)如图4中的左侧所示的定位片图像，当定位片的角度为0度，先计算Z方向上各像素点对应的等效椭圆水模的短轴半长b(z)为：
b(z)＝vavg(z)×c1
其中，vavg(z)为当前像素点所处行中选取的若干像素点(优选为所处行的中心位置的像素点，数量例如为30个)的像素值的平均值，c1为设定的经验系数；
Z方向上各像素点对应的等效椭圆水模的长轴半长a(z)为：
a(z)＝R(z)2÷b(z)
Z方向上各像素点对应的权重系数w(z)为：
其中，vi(z)为当前像素点所处行中的第i个像素点的像素值，di(z)为当前像素点所处行中的第i个像素点至其对应的中心像素点之间的距离，N为当前像素点所处行的像素点总数。
(2)如图4中的右侧所示的定位片图像，当定位片的角度为90度，先计算Z方向上各像素点对应的等效椭圆水模的长轴半长a(z)为：
a(z)＝vavg(z)×c2
其中，vavg(z)为当前像素点所处行中选取的若干像素点(优选为所处行的中心位置的像素点，数量例如为30个)的像素值的平均值，c2为设定的经验系数；
Z方向上各像素点对应的等效椭圆水模的短轴半长b(z)为：
b(z)＝R(z)2÷a(z)
Z方向上各像素点对应的权重系数w(z)为：
其中，vmax为当前像素点所处行的所有像素点的像素值的最大值，v0为各行像素点的像素值的最大值中的最小值，v1为各行像素点的像素值的最大值中的最大值；
针对定位片的角度为90度的情况，还需要对Z方向上各像素点对应的等效椭圆水模的长轴半长a(z)和短轴半长b(z)进一步调整为：
a*(z)＝a(z)÷b(z)
b(z)＝1
其中，a**(z)为调整后的Z方向上各像素点对应的等效椭圆水模的长轴半长，和/>为a*(z)中的最大值和最小值。即以长轴半长与短轴半长之间的比例为基准进行调整。
根据上述两种不同角度的定位片分别得到相应的权重系数之后，需要对椭圆离心率做进一步调整，以便调制管电流大小，从而使得最终辐射剂量随夹角变化的分布更合理：权重系数大的区域应该有较大的离心率，权重系数小的区域应该有较小的离心率。其中，本发明实施例的长轴半长与短轴半长的调整，即调整椭圆的离心率。
最后需要根据等效椭圆的离心率来计算管电流随夹角的变化曲线，即离心率较大的部位，管电流随夹角的变化幅度也较大；离心率较小的部位，管电流随夹角的变化幅度也较小。
具体地，根据等效椭圆水模的离心率计算管电流随角度的变化曲线为：
mA(z，θ)＝mA(z)×Q(z，θ)
其中，mA(z，θ)，即mA(z|θ)，如图1所示；
Q(z，θ)为随Z方向上各像素点的位置以及夹角θ变化的函数：
Q(z，θ)＝1+f(z)×g(θ)
其中，f(z)为随Z方向上各像素点的位置变化的函数，即Z方向上各像素点的位置对应的离心率与f(z)的值为正比例关系；g(θ)为与夹角θ相关的周期性函数，具体地，g(θ)为与夹角θ相关的正弦函数或余弦函数或其他现有的周期性函数。
如图5所示，分别得到使用0度和90度的定位片得到的管电流变化曲线。
S5、根据管电流随夹角的变化曲线调制管电流，从而得到各不同部位的辐射剂量，实现自动曝光控制技术，提升图像的扫描质量。
以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于定位片调制管电流的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、获取定位片图像，根据定位片图像计算Z方向上各像素点对应的等效圆形水模的面积；
S2、根据各像素点对应的等效圆形水模的面积得到各像素点对应的等效圆形水模的半径；
S3、将等效圆形水模的半径及设定的噪声值拟合不同标准水模半径下的噪声值随管电流变化的标准分布，得到管电流随Z方向的变化曲线；
S4、根据管电流随Z方向的变化曲线，结合球管与图像扫描中心之间的连线与Y方向之间的夹角变化，得到管电流随夹角的变化曲线；
S5、根据管电流随夹角的变化曲线调制管电流；
其中，Z方向为扫描床的延伸方向，Y方向为竖直方向；
所述步骤S1中，根据定位片图像计算Z方向上各像素点对应的等效圆形水模的面积，包括：
将Z方向上相同、X方向上不同的各像素点作为一行，每行的所有像素点的像素值之和作为Z方向上各像素点对应的等效圆形水模的面积A(z)，z表示Z方向上各像素点；
其中，X方向为水平方向；
所述步骤S2中，等效圆形水模的半径R(z)为：
所述步骤S3中，管电流随Z方向的变化曲线为：
其中，R1和R2为最接近R(z)的两个标准水模半径，mA1和mA2分别为R1和R2下的噪声值随管电流变化的标准分布上设定的噪声值对应的管电流。
2.根据权利要求1所述的一种基于定位片调制管电流的方法，其特征在于，所述步骤S4中，球管与图像扫描中心之间的连线与Y方向之间的夹角变化与等效椭圆水模的离心率相关；等效椭圆水模的椭圆面积与等效圆形水模的圆面积相等；
根据定位片的角度不同，分别计算Z方向上各像素点对应的等效椭圆水模的椭圆短轴半长和长轴半长，并计算相应的权重系数；
基于权重系数与等效椭圆水模的离心率之间成正比例关系，根据权重系数对等效椭圆水模的离心率进行调整，并根据等效椭圆水模的离心率计算管电流随夹角的变化曲线。
3.根据权利要求2所述的一种基于定位片调制管电流的方法，其特征在于，当定位片的角度为0度，计算Z方向上各像素点对应的等效椭圆水模的短轴半长b(z)为：
b(z)＝vavg(z)×c1
其中，vavg(z)为当前像素点所处行中选取的若干像素点的像素值的平均值，c1为设定的经验系数；
Z方向上各像素点对应的等效椭圆水模的长轴半长a(z)为：
a(z)＝R(z)2÷b(z)
Z方向上各像素点对应的权重系数w(z)为：
其中，vi(z)为当前像素点所处行中的第i个像素点的像素值，di(z)为当前像素点所处行中的第i个像素点至其对应的中心像素点之间的距离，N为当前像素点所处行的像素点总数。
4.根据权利要求2所述的一种基于定位片调制管电流的方法，其特征在于，当定位片的角度为90度，计算Z方向上各像素点对应的等效椭圆水模的长轴半长a(z)为：
a(z)＝vavg(z)×c2
其中，vavg(z)为当前像素点所处行中选取的若干像素点的像素值的平均值，c2为设定的经验系数；
Z方向上各像素点对应的等效椭圆水模的短轴半长b(z)为：
b(z)＝R(z)2÷a(z)
Z方向上各像素点对应的权重系数w(z)为：
其中，vmax为当前像素点所处行的所有像素点的像素值的最大值，v0为各行像素点的像素值的最大值中的最小值，v1为各行像素点的像素值的最大值中的最大值。
5.根据权利要求4所述的一种基于定位片调制管电流的方法，其特征在于，对Z方向上各像素点对应的等效椭圆水模的长轴半长a(z)和短轴半长b(z)调整为：
a*(z)＝a(z)÷b(z)
b(z)＝1
其中，a**(z)为调整后的Z方向上各像素点对应的等效椭圆水模的长轴半长，和/>为a*(z)中的最大值和最小值。
6.根据权利要求3-5任一项所述的一种基于定位片调制管电流的方法，其特征在于，根据等效椭圆水模的离心率计算管电流随角度的变化曲线为：
mA(z，θ)＝mA(z)×Q(z，θ)
其中，Q(z，θ)为随Z方向上各像素点的位置以及夹角θ变化的函数：
Q(z，θ)＝1+f(z)×g(θ)
其中，f(z)为随Z方向上各像素点的位置变化的函数，即Z方向上各像素点的位置对应的离心率与f(z)的值为正比例关系；g(θ)为与夹角θ相关的周期性函数。
7.根据权利要求6所述的一种基于定位片调制管电流的方法，其特征在于，所述g(θ)为与夹角θ相关的正弦函数或余弦函数。
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