CN117679056A - 一种用于静态ct的散射校正方法及散射校正系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于静态CT的散射校正方法及散射校正系统。该散射校正方法包括：预先通过设置在主探测器至少一侧的散射探测器采集散射数据，以获取散射校正表，并经过模型训练得到预训练模型；其中，散射校正表包括每个床位和角度对应的散射分布；获取用户的原始图像；对原始图像进行预校正，以获取第一图像；对第一图像按照偏心切图，以获取第二图像；判读用户的CT扫描方式是否为螺旋扫描；若判断结果为是，则利用散射校正表对第二图像进行散射校正；若判断结果为否，则基于预训练模型获取第二图像对应的散射分布，并对第二图像进行散射校正。该散射校正方法利用插值方式得到散射校正表，能够进行精准的散射校正，提高了散射校正的效果。

Description

一种用于静态CT的散射校正方法及散射校正系统

技术领域

本发明涉及一种用于静态CT的散射校正方法，同时也涉及相应的散射校正系统，属于辐射成像技术领域。

背景技术

目前，CT散射校正相关的方法有很多种，比如：BSA(beam s top array，光束光阑阵列)方法和SKS(散射核卷积)方法等。BSA方法利用设计好的二维网格射线阻挡器测量散射，然后插值得到散射分布进行散射校正，这种方法需要在加BSA和不加BSA时进行两次成像，延长了扫描时间，增加额外剂量，而且有可能增加物体运动带来的误差。SKS方法不需要任何硬件的调整，不需要额外扫描，就可以比较好地估算散射，但是该方法参数调整比较复杂且存在一定的不稳定性，对于复杂物体的散射以及多源扫描的交叉散射，估算的准确性较差。

然而，由于散射抑制的多样性和复杂性，目前还没有很好地适用于静态CT的标准方法。由于静态CT采取双环结构，在同一个探测器上会有多个源成像，射线角度发生很大变化，不能采用传统螺旋CT常用的反散射栅来抑制散射。因此，对于静态CT而言，目前很难设计合适的反散射栅抑制散射，导致探测器会接收到大量的散射射线，特别是多源曝光模式，其交叉散射非常严重，形成严重的散射伪影，极大地降低图像质量。

发明内容

本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种用于静态CT的散射校正方法。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种用于静态CT的散射校正系统。

为实现上述技术目的，本发明采用以下的技术方案：

根据本发明实施例的第一方面，提供一种用于静态CT的散射校正方法，包括：

预先通过设置在主探测器至少一侧的散射探测器采集散射数据，以通过插值的方式获取散射校正表，并利用所述散射数据进行模型训练，以获取预训练模型；其中，所述散射校正表包括每个床位和角度对应的散射分布；

获取用户进行静态CT扫描的原始图像；

对所述原始图像进行预校正，以获取第一图像；

对所述第一图像按照偏心切图，以获取第二图像；

判读所述用户的CT扫描方式是否为螺旋扫描；

若判断结果为是，则利用所述散射校正表对所述第二图像进行散射校正；若判断结果为否，则基于所述预训练模型获取所述第二图像对应的散射分布，并对所述第二图像进行散射校正。

其中较优地，所述散射校正表通过以下方式获取：

基于设置在主探测器至少一侧的散射探测器采集散射图像，并进行数据预处理；

基于预处理数据，提取散射数据放入数组中，并与床位和角度相对应；其中，所述数组中包括每个床位和角度的数据信息；

基于所述散射数据，提取每个像素所有的散射值及每个像素对应的床位和角度；

在床位和角度平面内，根据设置的床位和角度网格，通过插值的方式得到平面内每个网格位置的散射值；

将插值得到的散射值按照主探测器的探测方向排列，并进行平滑处理；

将所述探测方向上所有主探测器的散射分布与对应的床位和角度进行存储，作为所述散射校正表。

其中较优地，基于所述散射校正表进行散射校正，具体包括：

输入所述第二图像；

提取所述第二图像的床位和角度信息；

对于每排主探测器，将探测角度转换到0～360°内，并根据所述第二图像的床位及排数进行计算，以得到该排主探测器对应的床位；

根据该排探测器对应的床位和角度信息，在所述散射校正表中找到每排探测器对应的散射值，以得到所述第二图像对应的散射分布；

对所述第二图像进行反对数变换并求倒数，以得到未经过散射校正的图像；

利用得到的未经过散射校正的图像扣除所述第二图像对应的散射分布，得到散射校正后的图像；

对所述散射校正后的图像进行负对数运算，从而完成对所述第二图像的散射校正。

其中较优地，所述基于预训练模型获取所述第二图像对应的散射分布，具体包括：

获取散射探测器所采集的散射数据以及所述第二图像对应的投影数据；

将所述散射数据和投影图数据共同输入预训练模型；

基于所述预训练模型输出所述第二图像对应的散射分布。

其中较优地，所述插值的方式至少包括立方体插值或双调和样条插值，并在插值过程中进行CUDA加速。

其中较优地，所述对原始图像进行预校正，具体包括：

对原始图像进行本底校正，以获取本底校正图像；

对所述本底校正图像进行增益校正，以获取增益校正图像；

对所述增益校正图像进行空气校正，以获取第一图像。

其中较优地，在轴扫状态下，若主探测器的两侧均设置有散射探测器，则利用两侧散射探测器所测散射值以及散射分布的低频特性，采用面插值方式得到主探测器上每个像素的散射值，以用于散射扣除；

若主探测器仅有一侧设置有散射探测器，则采用散射核卷积法或AI方法估算主探测器上每个像素的散射值，以用于散射扣除。

其中较优地，所述散射探测器的排列间隔大于所述主探测器的排列间隔；其中，排列间隔越大则排列越稀疏，排列间隔越小则排列越紧密。

其中较优地，所述散射探测器采集散射数据至少包括：

单射线源曝光状态下所采集的散射数据；或，多射线源交替曝光下所采集的散射数据；或，多射线源同时曝光下所采集的散射数据。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种用于静态CT的散射校正系统，包括处理器和存储器，所述处理器读取所述存储器中的计算机程序，用于执行以下操作：

预先通过设置在主探测器至少一侧的散射探测器采集散射数据，以通过插值的方式获取散射校正表，并利用所述散射数据进行模型训练，以获取预训练模型；其中，所述散射校正表包括每个床位和角度对应的散射分布；

获取用户进行静态CT扫描的原始图像；

对所述原始图像进行预校正，以获取第一图像；

对所述第一图像按照偏心切图，以获取第二图像；

判读所述用户的CT扫描方式是否为螺旋扫描；

若判断结果为是，则利用所述散射校正表对所述第二图像进行散射校正；若判断结果为否，则基于所述预训练模型获取所述第二图像对应的散射分布，并对所述第二图像进行散射校正。

与现有技术相比较，本发明具有以下的技术效果：

1.利用散射探测器在CT扫描时实时测量散射，利用静态CT的特性，通过插值的方式能够非常准确得到被扫描物体所有位置和角度的散射分布，以进行精准的散射校正，提高了散射校正的效果。

2.该散射校正方法容易实现，并且算法复杂度低。

3.可以广泛应用于单源和多源曝光模式。

附图说明

图1A为本发明实施例提供的散射探测原理图；

图1B为本发明实施例提供的一种主探测器与散射探测器的排布示意图；

图1C为本发明实施例提供的另一种主探测器与散射探测器的排布示意图；

图1D为本发明实施例提供的又一种主探测器与散射探测器的排布示意图；

图2为本发明实施例中，获取散射校正表的流程图；

图3为本发明实施例中，根据实测的值插值得到的整个曲面的示意图；

图4为本发明实施例提供的一种用于静态CT的散射校正方法的流程图；

图5为本发明实施例中，基于散射校正表进行散射校正的流程图；

图6为本发明实施例提供的一种用于静态CT的散射校正系统的结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容进行详细具体的说明。

本发明实施例中，通过在主探测器上布置散射探测器来测量投影图的散射分量。如图1A所示，将探测器划分为主探测器1和散射探测器2，其中主探测器1位于探测器的中间部分，散射探测器2位于主探测器1的两侧。实际应用中，X射线源10的出束光线通过限束装置20被约束到预先设计的视场角(FOV)大小。此时，散射探测器2位于FOV之外，不被主射线覆盖，其测量的信号来自于X射线经过被测物体后所生成的X射线散射信号。

可以理解的是，在本实施例中，散射探测器2和主探测器1不依赖于具体实现形式。例如：散射探测器2可以是从主探测器1中分离出的受独立控制的一部分探测单元，也可以是独立的光电二极管(PD)阵列；还可以是探测器像素阵列(包括但不限于PD+DMS、CMOS+PD、TFT PD、IGZO、光子流探测器、CZT、光子计数探测器等)。并且，也可仅在主探测器1一侧设置散射探测器2。

本实施例中，主探测器1的像素阵列均匀排布，主探测器1的像素阵列表示为I(R*M)，即R行和M列。散射探测器2在Z-X平面的排布可以采用稀疏矩阵的形式，散射矩阵表示为S(r*m)，即r行和m列。当m＝M时，主探测器1和散射探测器2的列数一致。

如图1B～1D所示，以一个探测器单元的局部进行示例说明。在图1B中，仅在主探测器1的一侧设置一个散射探测器2，且该两个散射探测器2的像素阵列为稀疏且对称分布。在图1C中，仅在主探测器1的一侧设置一个散射探测器2，且该散射探测器2的像素阵列为稀疏且不对称分布。在图1D中，在主探测器1的两侧均设置一个散射探测器2，两个散射探测器2的像素阵列为稀疏且对称分布，并且两侧的两个散射探测器2的像素阵列关于主探测器1中心对称。

可以理解的是，上述图1B～图1D中仅示出了主探测器1与散射探测器2的部分排布方式，在其他实施例中，可根据需要对主探测器1与散射探测器2的排布方式进行适应性调整，只要能够采集散射数据，用于散射校正即可。

当静态CT在进行CT扫描时，利用散射探测器2可实时采集散射数据，从而可预先通过设置的散射探测器采集散射数据，以插值的方式获取散射校正表，并利用该散射数据进行模型训练，以获取预训练模型。进而在实际应用时，基于该散射校正表以及预训练模型对患者的原始图像进行散射校准，以获得高质量的检测图像。

参见图2所示，在本发明的一个实施例中，散射校正表通过步骤S10～S60获取：

首先，基于设置在主探测器至少一侧的散射探测器采集散射图像，并进行数据预处理；

其中，该散射探测器采集散射数据至少包括：单射线源曝光状态下所采集的散射数据；或，多射线源交替曝光下所采集的散射数据；或，多射线源同时曝光下所采集的散射数据。也即，本实施例中的散射校正方法能够适用于单源或多源曝光模式。

在此，散射探测器采集散射图像，以及对散射图像的预处理为现有技术，因此不赘述。理想状态下，也可以不进行预处理。

基于预处理数据，提取散射数据放入数组中，并与床位和角度相对应；其中，数组中包括每个床位和角度的数据信息，具体包括以下步骤：

S30：提取每个像素对应的散射值及每个像素对应的床位和角度。

根据CT机中的床体控制单元，获得当前的床位信息，床位和角度是CT扫描的最基本的信息，每次采集图像都会存储该次数据采集的床位和角度，床位即是床的位置，角度即是角度信息。

被测物体是水模或体模，这是现有技术，在此不赘述。

散射探测器中的每个像素检测得到的散射值，并与床位和角度对应存储。

S40：在床位和角度平面内，根据设置的床位和角度网格，通过插值的方式得到平面内每个网格位置的散射值；

参照图3所示，x坐标为角度；y坐标为床位；z坐标为散射值；灰色圆圈的点为实测的散射值，整个灰色曲面为根据实测的值插值出来得到的整个曲面。

其中，插值的方式至少包括立方体插值或双调和样条插值，并且，在插值过程中进行CUDA(Compute Unified Device Architecture)加速。

S50：将插值得到的散射值按照主探测器的探测方向排列，并进行平滑处理；

其中，主探测器的探测方向为主探测器阵列的x方向，此时，仅采用插值得到的散射值，检测得到的散射值不考虑。因为如果正好(x，y)坐标重合的话，插值得到的散射值与检测得到的散射值是完全一样的。

S60：将探测方向上所有主探测器的散射分布与对应的床位和角度进行存储，作为散射校正表。

具体的，通过将多个主探测器的散射分布加总存储，从而形成散射校正表。

在此基础上，如图4所示，为本发明实施例提供的一种用于静态CT的散射校正方法。在实际使用时，患者在床体上，启动CT机获得原始图像，然后采用本发明实施例提供的方法进行散射校正，具体包括步骤S1～S5：

S1：对原始图像进行预校正，以获取第一图像。

具体的，包括步骤S11～S13：

S11：对原始图像进行本底校正，以获取本底校正图像；

S12：对本底校正图像进行增益校正，以获取增益校正图像；

S13：对增益校正图像进行空气校正，以获取第一图像。

其中，空气数据是在扫描范围内不放置任何物体进行一系列扫描得到的一组数据，然后从实际扫描数据中除以只扫描空气所得的参考值，然后取负对数(－log)。具体的，本实施例中，空气校正的过程包括：利用散射探测器的散射数据除以空气值得到散射占比，利用主探测器除空气后，进行负对数运算，从而得到第一图像。并且，本底校正和增益校正均为本领域的公知常识，在此不作具体阐述。

需要说明的是，除非另有说明，本申请中的原始图像、第一图像、第二图像等均指利用主探测器检测获得的图像。

S2：对第一图像按照偏心切图，以得到第二图像。

本实施例中，由于静态CT为整环探测器，每个射线源照射到的探测器是固定的，因此，由校准得到的偏心数据确定切图的范围，从而得到该源对应的投影图，即：第二图像。这是现有技术，因此不予赘述。

S3：判断CT扫描方式是否为螺旋扫描。

具体的，基于静态CT进行CT扫描时所采集的参数，通过读取参数配置判断是否为螺旋扫描。其中，通过系统的参数配置判断是否螺旋扫描的过程为本领域的公知常识，在此不做具体阐述。

S4：若判断结果为是，则基于散射校正表对第二图像进行散射校正；其中，散射校正表包括每个床位和角度对应的散射分布。

参见图5，该步骤具体包括步骤S41～S47：

S41：输入第二图像(即投影图，下同)；

S42：提取第二图像对应的床位和角度信息；

S43：对于每排主探测器，将探测角度转换到0～360°内，并根据第二图像的床位及排数进行计算，以得到该排主探测器对应的床位；

比如，某次采集的投影图角度为10°，床位为20mm，主探测器z向每排探测器对应的床位为0.165mm，那么第30排探测器对应的床位就是：20mm+30*0.165mm，角度仍然都是10°

可以理解的是，在静态CT扫描系统中，主探测器为探测器环，由多个主探测器模块拼接而成，这里的一排主探测器指的是沿Z向方向排列的多个主探测器模块。

其中，具体计算过程如下：

假设第二图像对应的床位为a，主探测器z向宽度为b，旋转中心到主探测器放大倍数为c，该主探测器所处排数为d，则该排主探测器对应的床位计算结果为：a+b*d/c。

S44：根据该排探测器对应的床位和角度信息，在散射校正表中找到每排探测器对应的散射值，以得到第二图像对应的散射分布；

S45：对第二图像进行反对数变换并求倒数，以得到未经过散射校正的图像；

S46：利用得到的未经过散射校正的图像减去第二图像对应的散射分布，得到散射校正后的图像；

S47：对散射校正后的图像进行负对数运算，从而完成对第二图像的散射校正。

S5：若判断结果为否，则基于预训练模型获取第二图像对应的散射分布，并进行散射校正。

具体的，本实施例中，预训练模型的工作原理如下：

获取散射探测器所采集的散射数据以及第二图像对应的投影数据；

将所述散射数据和投影图数据共同输入预训练模型；

基于所述预训练模型输出第二图像对应的散射分布。

可以理解的是，上述步骤S4和S5为并列步骤，不存在先后顺序，只是基于CT扫描方式的不同进行不同的数据处理过程，从而完成散射校正。

此外，在上述实施例中，当CT扫描设备处于轴扫状态下时，若主探测器的两侧均设置有散射探测器，则利用两侧散射探测器所测散射值以及散射分布的低频特性，采用面插值方式得到主探测器上每个像素的散射值，以用于散射扣除。若主探测器仅有一侧设置有散射探测器，则采用散射核卷积法或AI方法估算主探测器上每个像素的散射值，以用于散射扣除。

并且，优选地，散射探测器的排列间隔大于主探测器的排列间隔；其中，排列间隔越大则排列越稀疏，排列间隔越小则排列越紧密。由此，可利用散散射强度在空间分布的低频特性，对散射探测器进行稀疏排布，从而让散射探测器的排列更灵活，可不必采用主探测器遮挡，也不必采用与主探测器同等像素大小和密度的探测器，进而能够节省成本。

在上述用于静态CT的散射校正方法的基础上，本发明进一步提供一种用于静态CT的散射校正系统。如图6所示，该散射校正系统包括一个或多个处理器21和存储器22。其中，存储器22与处理器21耦接，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器21执行，使得所述一个或多个处理器21实现如上述实施例中的用于静态CT的散射校正方法。

其中，处理器21用于控制该散射校正系统的整体操作，以完成上述用于静态CT的散射校正方法的全部或部分步骤。该处理器21可以是中央处理器(CPU)、图形处理器(GPU)、现场可编程逻辑门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理(DSP)芯片等。存储器22用于存储各种类型的数据以支持在该散射校正系统的操作，这些数据例如可以包括用于在该散射校正系统上操作的任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据。该存储器22可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器(SRAM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、可编程只读存储器(PROM)、只读存储器(ROM)、磁存储器、快闪存储器等。

在一个示例性实施例中，散射校正系统具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现，用于执行上述的用于静态CT的散射校正方法，并达到如上述方法一致的技术效果。一种典型的实施例为计算机。具体地说，计算机例如可以为个人计算机、膝上型计算机、车载人机交互设备、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。

在另一个示例性实施例中，本发明还提供一种包括程序指令的计算机可读存储介质，该程序指令被处理器执行时实现上述任意一个实施例中的用于静态CT的散射校正方法的步骤。例如，该计算机可读存储介质可以为上述包括程序指令的存储器，上述程序指令可由散射校正系统的处理器执行以完成上述用于静态CT的散射校正方法，并达到如上述方法一致的技术效果。

综上所述，本发明实施例提供的一种用于静态CT的散射校正方法及散射校正系统，具有以下的有益效果：

1、利用散射探测器在CT扫描时实时测量散射，利用静态CT的特性，通过插值的方式能够非常准确得到被扫描物体所有位置和角度的散射分布，以进行精准的散射校正，提高了散射校正的效果。

2、该散射校正方法容易实现，并且算法复杂度低。

3、可以广泛应用于单源和多源曝光模式。

上面对本发明实施例提供的用于静态CT的散射校正方法及散射校正系统进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质内容的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims (10)

1.一种用于静态CT的散射校正方法，其特征在于包括如下步骤：

预先通过设置在主探测器至少一侧的散射探测器采集散射数据，以通过插值的方式获取散射校正表，并利用所述散射数据进行模型训练，以获取预训练模型；其中，所述散射校正表包括每个床位和角度对应的散射分布；

获取用户进行静态CT扫描的原始图像；

对所述原始图像进行预校正，以获取第一图像；

对所述第一图像按照偏心切图，以获取第二图像；

判读所述用户的CT扫描方式是否为螺旋扫描；

若判断结果为是，则利用所述散射校正表对所述第二图像进行散射校正；若判断结果为否，则基于所述预训练模型获取所述第二图像对应的散射分布，并对所述第二图像进行散射校正。

2.如权利要求1所述的散射校正方法，其特征在于所述散射校正表通过以下方式获取：

基于设置在主探测器至少一侧的散射探测器采集散射图像，并进行数据预处理；

基于预处理数据，提取散射数据放入数组中，并与床位和角度相对应；其中，所述数组中包括每个床位和角度的数据信息；

基于所述散射数据，提取每个像素所有的散射值及每个像素对应的床位和角度；

在床位和角度平面内，根据设置的床位和角度网格，通过插值的方式得到平面内每个网格位置的散射值；

将插值得到的散射值按照主探测器的探测方向排列，并进行平滑处理；

将所述探测方向上所有主探测器的散射分布与对应的床位和角度进行存储，作为所述散射校正表。

3.如权利要求2所述的散射校正方法，其特征在于基于所述散射校正表进行散射校正，具体包括：

输入所述第二图像；

提取所述第二图像的床位和角度信息；

对于每排主探测器，将探测角度转换到0～360°内，并根据所述第二图像的床位及排数进行计算，以得到该排主探测器对应的床位；

根据该排探测器对应的床位和角度信息，在所述散射校正表中找到每排探测器对应的散射值，以得到所述第二图像对应的散射分布；

对所述第二图像进行反对数变换并求倒数，以得到未经过散射校正的图像；

利用得到的未经过散射校正的图像扣除所述第二图像对应的散射分布，得到散射校正后的图像；

对所述散射校正后的图像进行负对数运算，从而完成对所述第二图像的散射校正。

4.如权利要求1所述的散射校正方法，其特征在于所述基于预训练模型获取所述第二图像对应的散射分布，具体包括：

获取散射探测器所采集的散射数据以及所述第二图像对应的投影数据；

将所述散射数据和投影图数据共同输入预训练模型；

基于所述预训练模型输出所述第二图像对应的散射分布。

5.如权利要求2所述的散射校正方法，其特征在于：

所述插值的方式至少包括立方体插值或双调和样条插值，并在插值过程中进行CUDA加速。

6.如权利要求1所述的散射校正方法，其特征在于所述对原始图像进行预校正，具体包括：

对原始图像进行本底校正，以获取本底校正图像；

对所述本底校正图像进行增益校正，以获取增益校正图像；

对所述增益校正图像进行空气校正，以获取第一图像。

7.如权利要求1所述的散射校正方法，其特征在于：

在轴扫状态下，若主探测器的两侧均设置有散射探测器，则利用两侧散射探测器所测散射值以及散射分布的低频特性，采用面插值方式得到主探测器上每个像素的散射值，以用于散射扣除；

若主探测器仅有一侧设置有散射探测器，则采用散射核卷积法或AI方法估算主探测器上每个像素的散射值，以用于散射扣除。

8.如权利要求1所述的散射校正方法，其特征在于：

所述散射探测器的排列间隔大于所述主探测器的排列间隔；其中，排列间隔越大则排列越稀疏，排列间隔越小则排列越紧密。

9.如权利要求1所述的散射校正方法，其特征在于所述散射探测器采集散射数据，至少包括：

单射线源曝光状态下所采集的散射数据；或，多射线源交替曝光下所采集的散射数据；或，多射线源同时曝光下所采集的散射数据。

10.一种用于静态CT的散射校正系统，其特征在于包括处理器和存储器，所述处理器读取所述存储器中的计算机程序，用于执行以下操作：

预先通过设置在主探测器至少一侧的散射探测器采集散射数据，以通过插值的方式获取散射校正表，并利用所述散射数据进行模型训练，以获取预训练模型；其中，所述散射校正表包括每个床位和角度对应的散射分布；

获取用户进行静态CT扫描的原始图像；

对所述原始图像进行预校正，以获取第一图像；

对所述第一图像按照偏心切图，以获取第二图像；

判读所述用户的CT扫描方式是否为螺旋扫描；

若判断结果为是，则利用所述散射校正表对所述第二图像进行散射校正；若判断结果为否，则基于所述预训练模型获取所述第二图像对应的散射分布，并对所述第二图像进行散射校正。