專利名稱：工業(yè)ct系統(tǒng)探測(cè)器分組串繞的校正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬在核技術(shù)領(lǐng)域中用數(shù)學(xué)方法對(duì)CT系統(tǒng)重建圖象進(jìn)行校正。
2)對(duì)于解卷積迭代方法，因?yàn)橐M(jìn)行迭代，而且一般要經(jīng)過多次迭代才能達(dá)到校正的目的，對(duì)于大數(shù)據(jù)量的工業(yè)CT系統(tǒng)并不實(shí)用。而且因?yàn)榻饩矸e過程本身是病態(tài)過程，不能保證收斂，所以校正結(jié)果沒有保證。
3)在雜志IEEE Trans.Image Processing，1995，4(10)1430-1438和IEEE Trans.Med.Imaging，1998，17(6)1101-1105.中分別刊載的題目為“Globally Convergent Algorithms for Maximum a PosterioriTransmission Tomography”，“Accelerated Iterative TransmissionCT Reconstruction Using an Ordered Subsets Convex Algorithm”的文獻(xiàn)分別提供了“Convex方法”及“Ordered Subset Convex方法”(序列子集凸函數(shù)方法)及其標(biāo)準(zhǔn)過程，Convex方法以從源發(fā)出的光子數(shù)和探測(cè)器接收到的光子數(shù)符合泊松分布為基礎(chǔ)，得出探測(cè)器接收光子數(shù)的對(duì)數(shù)似然函數(shù)，當(dāng)此對(duì)數(shù)似然函數(shù)取得極大值時(shí)所得的輸入吸收系數(shù)uj值即是重建所述的uj值，uj通過迭代過程求出；OrderedSubsets Convex方法是將投影數(shù)據(jù)分為若干子集，對(duì)每個(gè)子集執(zhí)行一次Convex迭代，所得結(jié)果作為下一個(gè)子集迭代的輸入，處理完所有子集就是完成了一次Ordered Subsets Convex迭代。
4)對(duì)于迭代重建中加入探測(cè)器串繞模型的方法，目前只限于對(duì)一般探測(cè)器串繞的校正，而且校正速度慢，需要多次迭代才能完成。而且目前的迭代方法中很多方法收斂很慢，對(duì)于實(shí)際的系統(tǒng)不適用。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下以序列子集凸函數(shù)方法即Ordered Subsets Convex方法為基礎(chǔ)，用探測(cè)器分組串繞模型處理每次迭代產(chǎn)生的投影數(shù)據(jù)，并在每次迭代后進(jìn)行中值濾波，具體步驟如下(1)以未校正的重建圖象作為迭代開始的初始吸收系數(shù)uj值輸入；
(2)將實(shí)際得到的探測(cè)器數(shù)據(jù)分為幾個(gè)子集，從第一個(gè)子集開始處理；(3)用輸入圖象計(jì)算積分值<lit，u>；(4)將積分值求指數(shù)后進(jìn)行抽取，卷積，再求對(duì)數(shù)后放回原位置；(5)計(jì)算新的輸入吸收系數(shù)u值，求得新的重建圖象；(6)對(duì)所得新重建圖象進(jìn)行中值濾波；(7)所有子集處理完了沒有？若還沒處理完，則以濾波后的圖象作為新的輸入圖象返回步驟(3)，對(duì)下一個(gè)子集進(jìn)計(jì)算，若已全部處理完，則進(jìn)入步驟(8)；(8)檢驗(yàn)迭代次數(shù)是否達(dá)到預(yù)定迭代次數(shù)？如果沒有達(dá)到預(yù)定迭代次數(shù)，則以濾波后的圖象作為輸入圖象返回步驟(2)繼續(xù)迭代；(9)已達(dá)到預(yù)定迭代次數(shù)，停止處理。
本發(fā)明的積極效果是1、由于在每次迭代后對(duì)得到新的重建圖象進(jìn)行中值濾波加快了收斂，因此所需迭代次數(shù)少，一般情況一次迭代即可完成，對(duì)于串繞嚴(yán)重的情況，三次迭代以內(nèi)也可完成校正，并不顯著增加計(jì)算時(shí)間；2、由于采用了Ordered Subsets Convex迭代，并用探測(cè)器分組串繞模型加入迭代重建過程，所以校正質(zhì)量好，校正完成后所得圖象的灰度值和待重建物體的吸收系數(shù)對(duì)應(yīng)好，達(dá)到了很好的校正目的。
圖中·為校正后數(shù)據(jù)，*為校正前數(shù)據(jù)，+為真實(shí)數(shù)據(jù)，比較所用數(shù)據(jù)為待重建截面中橫坐標(biāo)為46的截線段。
對(duì)數(shù)技術(shù)方案中的步驟(5)所述的求得新的重建圖象，具體方法是用步驟(4)中所得新的積分值帶入ujn+1=ujnΣiΣtlitj[dite-<lit,un>(1+<lit,un>)-Yit]ΣiΣtlitj<lit,un>dite-<lit,un>]]>計(jì)算得出新的重建圖象在每一點(diǎn)的灰度值，其中i＝(s-1)*r/n+1，…，s*r/n，t＝1，2，…，k，Yit是在i投影方向在探測(cè)器t處實(shí)際接收到的光子數(shù)，dit是在投影方向i時(shí)沿著探測(cè)器t方向從源發(fā)出的光子數(shù)。
以下結(jié)合圖3、圖4對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)施作進(jìn)一步說明。
設(shè)掃描系統(tǒng)參數(shù)為每次掃描由k＝128個(gè)探測(cè)器數(shù)據(jù)組成，探測(cè)器每8個(gè)形成一個(gè)探測(cè)器組，同組探測(cè)器發(fā)生串繞，源繞物體一周共進(jìn)行r＝360次掃描。待重建圖象有m＝128*128＝16384個(gè)象素點(diǎn)。子集數(shù)取n＝36。探測(cè)器串繞函數(shù)取5點(diǎn)離散高斯函數(shù) ，中值濾波模板取圖3所示二維5點(diǎn)濾波模板，迭代2次后結(jié)束。具體步驟為1)以未校正的重建圖象作為迭代開始的初始吸收系數(shù)uj(j＝1，2，Λ，16384)。
2)將實(shí)際得到的探測(cè)器數(shù)據(jù)按照掃描時(shí)從0度到360度的旋轉(zhuǎn)平均分為36個(gè)子集，則每個(gè)子集包含10個(gè)投影方向。從第一個(gè)子集開始按照下述步驟計(jì)算3)設(shè)子集數(shù)為s，在某一投影方向i上，求象素j在t探測(cè)器方向上的相交長(zhǎng)度litj。然后得到輸入吸收系數(shù)uj在各個(gè)探測(cè)器方向t上的積分值<lit,u>=Σjlitjuj]]>。對(duì)于t＝1，2，…，128，計(jì)算出所有積分值<lit，u>。對(duì)于該子集內(nèi)的所有i，即i＝(s-1)*10+1，…，s*10，也重復(fù)上述步驟，計(jì)算出所有的積分值<lit，u>(i＝(s-1)*10+1，…，s*10，t＝1，2，…，128)。然后對(duì)所有積分值<lit，u>取指數(shù)得到投影值pit=e-<lit,u>.]]>4)將相同投影方向i時(shí)的投影值pit按下標(biāo)t順序排列，得到投影值列向量Pi=pi1pi2Mpi128]]>(i＝(s-1)*10+1，…，s*10)，對(duì)得到的投影值矩陣Pi中的投影值Pit，抽出Pi1，Pi9，Pi17…Pi121為一組，Pi2，Pi10，Pi18…Pi122為一組，Pi3，Pi11，Pi19…Pi123為一組，依次類推，每個(gè)Pi得到16組。每組投影值都和探測(cè)器串繞函數(shù)f(x)進(jìn)行卷積，用所得卷積結(jié)果代替原來的投影值Pit，并用-ln(Pit)作為新的積分值<lit，u>。各組數(shù)據(jù)都處理完后仍放回抽取前的位置。
5)用步驟(4)中所得新的積分值帶入ujn+1=ujnΣiΣtlitj[dite-<lit,un>(1+<lit,un>)-Yit]ΣiΣtlitj<lit,un>dite-<lit,un>,(i=(s-1)*10+1,···,]]>s*10，t＝1，2，…，128)，計(jì)算得出新的重建圖象在每一點(diǎn)的灰度值。
6)對(duì)所得新重建圖象用圖3所示模板進(jìn)行中值濾波。
7)返回步驟(3)對(duì)下一個(gè)子集s＝s+1進(jìn)行計(jì)算，直到處理完所有子集s＝36。
8)返回步驟(2)繼續(xù)迭代，如果已經(jīng)是第2次迭代則停止計(jì)算。
權(quán)利要求
1.一種工業(yè)CT系統(tǒng)探測(cè)器分組串繞的校正方法，包括序列子集凸函數(shù)方法即Ordered Subsets Convex方法，探測(cè)器串繞模型加入迭代重建，以及二維中值濾波，其特征在于以序列子集凸函數(shù)方法即Ordered SubsetsConvex方法為基礎(chǔ)，用探測(cè)器分組串繞模型處理每次迭代產(chǎn)生的投影數(shù)據(jù)，并在每次迭代后進(jìn)行中值濾波；具體步驟如下(1)以未校正的重建圖象作為迭代開始的初始吸收系數(shù)值輸入；(2)將實(shí)際得到的探測(cè)器數(shù)據(jù)分為幾個(gè)子集，從第一個(gè)子集開始處理；(3)用輸入圖象計(jì)算積分值<lit，u>；(4)將積分值求指數(shù)后進(jìn)行抽取，卷積，再求對(duì)數(shù)后放回原位置；(5)計(jì)算新的輸入吸收系數(shù)u值，求得新的重建圖像；(6)對(duì)所得新重建圖象進(jìn)行中值濾波；(7)所有子集處理完了沒有？若還沒處理完，則以濾波后的圖象作為新的輸入圖象返回步驟(3)，對(duì)下一個(gè)子集進(jìn)行計(jì)算，若已全部處理完，則進(jìn)入步驟(8)；(8)檢驗(yàn)迭代次數(shù)是否達(dá)到預(yù)定迭代次數(shù)，如果沒有達(dá)到預(yù)定迭代次數(shù)，則以濾波后的圖象作為輸入圖象返回步驟(2)繼續(xù)迭代；(9)已達(dá)到預(yù)定迭代次數(shù)，停止處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)CT系統(tǒng)探測(cè)器分組串繞的校正方法，其特征在于步驟(3)所述用輸入圖象計(jì)算積分值的具體方法是設(shè)子集數(shù)為S，在某一個(gè)投影方向上，以輸入吸收系數(shù)u計(jì)算在各個(gè)探測(cè)器方向t上的積分值<lit,u>=Σjlitjuj]]>，其中l(wèi)itj是象素j在i投影方向時(shí)在t探測(cè)器方向上的相交長(zhǎng)度；對(duì)t計(jì)算出所有的積分值，<lit，u>，對(duì)于該子集內(nèi)的所有i重復(fù)上述步驟，計(jì)算出所有的積分值<lit，u>。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的工業(yè)CT系統(tǒng)探測(cè)器分組串繞的校正方法，其特征在于所述相交長(zhǎng)度litj可以采用近似計(jì)算得到，具體方法是如果投影方向i時(shí)從源到探測(cè)器t的射線不經(jīng)過點(diǎn)j，則litj＝0，如果經(jīng)過，設(shè)相交長(zhǎng)度litj與X軸所夾的銳角為θ，以X軸和Y軸的單位長(zhǎng)度作為1，當(dāng)相交長(zhǎng)度litj與X軸的夾角θ小于45度時(shí)litj＝1/cos(θ)，當(dāng)夾角大于45度時(shí)litj＝1/sin(θ)；點(diǎn)j處的輸入吸收系數(shù)uj與對(duì)應(yīng)的相交長(zhǎng)度litj相乘，并對(duì)下標(biāo)j求和，得<lit,u>=Σjlitjuj.]]>
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)CT系統(tǒng)探測(cè)器分組串繞的校正方法，其特征在于步驟(4)所述將積分值求指數(shù)后進(jìn)行抽取，卷積，再求對(duì)數(shù)后放回原位置的具體方法是對(duì)步驟(4)中得到的所有積分值<lit，u>取指數(shù)得到投影值pit=e-<lit,u>]]>；將相同投影方向i時(shí)的投影值pit按下標(biāo)t的順序排列，則每個(gè)投影方向上都得到投影值列向量Pi=pilpi2Mpiki]]>對(duì)得到的投影值矩陣Pi中的投影值pit，按照實(shí)際的探測(cè)器分組間隔進(jìn)行抽取，得到不同的投影值組，每組投影值和探測(cè)器串繞函數(shù)f(x)進(jìn)行卷積，用所得卷積結(jié)果代替原來的投影值Pit，并取該投影值的自然對(duì)數(shù)的負(fù)值-ln(pit)作為新的積分值<lit，u>，各組數(shù)據(jù)都處理完后仍放回抽取前的位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的工業(yè)CT的系統(tǒng)探測(cè)器分組串繞的校正方法，其特征在于所述探測(cè)器串繞函數(shù)f(x)可以從實(shí)驗(yàn)中測(cè)得，將射線束對(duì)著一組探測(cè)器的中心探測(cè)器，x坐標(biāo)軸中心置于該中心探測(cè)器，x方向沿探測(cè)器分布方向，以射入射線的強(qiáng)度作為1，測(cè)量該中心探測(cè)器，以及其它相臨探測(cè)器的讀數(shù)，所得不同x位置處的讀數(shù)即是探測(cè)器串繞函數(shù)f(x)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)CT系統(tǒng)探測(cè)器分組串繞的校正方法，其特征在于步驟(5)所述的求得新的重建圖像，具體方法是用步驟(4)中所得新的積分值帶入ujn+1=ujnΣiΣtlitj[dite-<lit,un>(1+<lit,un>)-Yit]ΣiΣtlitj<lit,un>dite-<lit,un>]]>計(jì)算得出新的重建圖象在每一點(diǎn)的灰度值，其中Yit，是在i投影方向在探測(cè)器t處實(shí)際接收到的光子數(shù)，dit是在投影方向i時(shí)沿著探測(cè)器t方向從源發(fā)出的光子數(shù)。
全文摘要
工業(yè)CT系統(tǒng)探測(cè)器分組串繞的校正方法，屬在核技術(shù)領(lǐng)域中用數(shù)學(xué)方法對(duì)CT系統(tǒng)重建圖象進(jìn)行校正，主要特征是以序列子集凸函數(shù)方法Ordered Subsets Convex為基礎(chǔ)，用探測(cè)器分組串繞模型處理每次迭代產(chǎn)生的投影數(shù)據(jù)，并在每次迭代后進(jìn)行中值濾波以加快收斂。本發(fā)明的校正方法所需迭代次數(shù)少，校正質(zhì)量好，適于實(shí)際的工業(yè)CT系統(tǒng)中重建圖象的校正，克服了傳統(tǒng)技術(shù)中迭代次數(shù)多，校正效果不好等問題。
文檔編號(hào)G01N23/02GK1407439SQ0113069
公開日2003年4月2日 申請(qǐng)日期2001年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月30日
發(fā)明者孫少華, 高文煥, 張麗, 陳志強(qiáng) 申請(qǐng)人:清華大學(xué), 清華同方威視技術(shù)股份有限公司