專利名稱：一種錐束ct系統(tǒng)點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)的測量與建模方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于CT成像領(lǐng)域，涉及一種基于多孔成像的錐束CT系統(tǒng)點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)的測
量與建模方法。
背景技術(shù)：
錐束CT (Cone-Beam Computed Tomography, CBCT)利用錐形束射線源和平板探測器采集被測物體的投影圖像，并重建出連續(xù)的序列切片圖像，具有掃描速度快、切片內(nèi)和切片間的空間分辨率相同、精度高等特點(diǎn)，在無損檢測與逆向工程等領(lǐng)域已顯示出廣闊的應(yīng)用前景。在實際錐束CT掃描時，所獲得的投影圖像并非理想狀態(tài)的投影圖像，而是退化后 的圖像，主要表現(xiàn)為圖像細(xì)節(jié)模糊，點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)便是這種模糊的一種表征。點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)不僅是光學(xué)成像系統(tǒng)的重要指標(biāo)之一，同時也是進(jìn)行圖像恢復(fù)的基礎(chǔ)。獲取到系統(tǒng)的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)，就獲取到了系統(tǒng)的退化模型。因此，如何對系統(tǒng)的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的測量就顯得尤為重要。近年來許多學(xué)者針對點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)的測量做了大量的工作形成了幾種比較經(jīng)典的測量方法。馬衛(wèi)紅在其博士學(xué)位論文《基于圖像分析的光學(xué)傳遞函數(shù)測量技術(shù)研究》中使用了正弦目標(biāo)法，該方法原理簡單并且精度較高，但正弦目標(biāo)物的制作比較困難，且由于X射線很強(qiáng)的穿透力對材料有很特殊的要求，進(jìn)一步限制了該方法在射線數(shù)字成像系統(tǒng)中的應(yīng)用。鑒于正弦目標(biāo)物制作難的問題，人們提出了矩形光柵法，周俸才，管永紅在《光子學(xué)報》(2001，30(2) :218-224)的文章“閃光X射線照相系統(tǒng)調(diào)制傳遞函數(shù)測量”中利用該方法對閃光X射線照相系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)進(jìn)行了測試，該方法使目標(biāo)物的制備得以簡化，并且計算并不復(fù)雜，但是為了取得高頻部分的調(diào)制傳遞函數(shù)，需要在光柵上制作精細(xì)的狹縫，使測試成本大大增加。H. Fujita, D. Y. Tsai, T. Itoh, K. Doi, J. Morishita, K. Ueda, andA. Ohtsuka 在《IEEE Transactions on Medical Imaging》(1992,11:34-39)的文章“A simple method for determining the modulation transfer function in digitalradiography”中提出一種利用一個與掃描方向的垂直方向有一微小夾角的狹縫,快速獲取系統(tǒng)的線擴(kuò)展函數(shù)，該方法沿狹縫方向的多行疊加降低了噪聲的干擾，試樣制備簡單，測量精度較高，但如果狹縫的放置位置不能和平板探測器的像素陣列很好的平行，多行疊加時就會產(chǎn)生誤差，所以需要特別的修正算法，這增加了計算的難度。江孝國，王婉麗，王偉，祁雙喜，吳廷烈在《強(qiáng)激光與粒子束》(2004，16(6) :693-696)的文章“臺階法測量輻射成像系統(tǒng)擴(kuò)展函數(shù)的誤差分析”中使用臺階測量法進(jìn)行點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)的測量，該方法實驗操作簡單，臺階試件制備簡單，但是其對噪聲非常敏感，必須加入有效的平滑處理。宋顧周，朱宏權(quán)，韓長材，馬繼明，張占宏，李宏云，楊海亮在《強(qiáng)激光與粒子束》(2011，23 (2) =531-535 )的文章“桿箍縮二極管X射線焦斑的成像法測量”中使用了針孔測量法，該方法直接利用觀測圖像進(jìn)行三維擬合確定點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)。根據(jù)點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)的定義，針孔測量法中的針孔應(yīng)該趨于無限小，其測量結(jié)果才是準(zhǔn)確的，但實際中不可能加工出無限小的針孔，而且想獲取一個光脈沖需要一個無限小的理想點(diǎn)光源，這是不可能實現(xiàn)的。因此，針孔測量法所得的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)是一個近似值，而且針孔的大小和制造精度也會對結(jié)果產(chǎn)生較大影響。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用針孔測量法測量錐束CT系統(tǒng)點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)時存在的準(zhǔn)確性較低、未考慮焦點(diǎn)尺寸影響的問題，以及無法建立錐束CT系統(tǒng)點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)模型的問題，本發(fā)明提供一種基于多孔成像的錐束CT系統(tǒng)點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)測量與建模方法，以達(dá)到快速準(zhǔn)確測量錐束CT系統(tǒng)點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)并建立其模型的目的。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括兩個部分首先進(jìn)行錐束CT系統(tǒng)點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)測量，然后進(jìn)行錐束CT系統(tǒng)點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)建模。錐束CT系統(tǒng)點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)測量方法包括以下步驟( I)定制一塊能完全阻止射線透射且大于平板探測器成像窗口的射束阻止平板，并沿其厚度方向制備若干具有不同直徑的針孔，針孔直徑覆蓋所用錐束CT系統(tǒng)平板探測器像素尺寸到射線源最大焦點(diǎn)尺寸之間的范圍，針孔間距大于相鄰針孔直徑的5倍；(2)保持錐束CT掃描參數(shù)不變，采用基于圖像恢復(fù)的針孔成像點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)測量方法，分別獲取各個針孔直徑下的三維高斯型點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)；(3)對所得的三維高斯型點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)，以針孔直徑$為橫坐標(biāo)，分別擬合峰值a與標(biāo)準(zhǔn)差5 ,得到_a和<J)-5的關(guān)系式；(4)根據(jù)(t-a和￠-6關(guān)系式，取若干等差排列的針孔直徑，計算出各個針孔直徑下的a和8構(gòu)成三維高斯型點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)；(5)對采用第(2)步掃描參數(shù)進(jìn)行錐束CT掃描的一組測試物體投影圖像，分別用上步計算所得的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)對投影圖像進(jìn)行恢復(fù)，并由恢復(fù)后的投影圖像重建出切片圖像；(6)采用對比度噪聲比Rcn作為評價切片圖像邊緣質(zhì)量的指標(biāo)，擬合出(^-Rcn的關(guān)系式;(7)根據(jù)-Rra關(guān)系式計算Rra取最大值時的值，代入和￠-5關(guān)系式計算得到一個三維高斯型點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)，即為該錐束CT系統(tǒng)所用掃描參數(shù)下的較優(yōu)點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)。在所述步驟(2)中，采用基于圖像恢復(fù)的針孔成像點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)測量方法包括以下步驟I)將射束阻止平板貼近平板探測器成像窗口，且使當(dāng)前所測的針孔位于射線源發(fā)出的中心射束上；2)在所用錐束CT掃描參數(shù)下，采集若干幅投影圖像，并按對應(yīng)像素疊加平均成一幅投影圖像，設(shè)當(dāng)前所測針孔在投影圖像中所成的像為7(H)，投影圖像的行為X，列為Y ；3)確定的中心坐標(biāo)(Xc,yc):以/(x，j)中的最大灰度值點(diǎn)為中點(diǎn)，沿行方向取對稱的若干個連續(xù)點(diǎn)進(jìn)行二維高斯擬合，擬合曲線的最高點(diǎn)坐標(biāo)為Xe，同理可得Ic ;4)計算f(x,y)的理想圖像p (X，y) p(x, y)的大小形狀為針孔橫截面，p (x, y)的像
素灰度根據(jù)
權(quán)利要求
1. 一種錐束CT系統(tǒng)點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)的測量與建模方法，其特征在于首先進(jìn)行錐束CT系統(tǒng)點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)測量，然后進(jìn)行錐束CT系統(tǒng)點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)建模； 錐束CT系統(tǒng)點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)測量包括以下步驟 (1)定制一塊能完全阻止射線透射且大于平板探測器成像窗口的射束阻止平板，并沿其厚度方向制備若干具有不同直徑的針孔，針孔直徑覆蓋所用錐束CT系統(tǒng)平板探測器像素尺寸到射線源最大焦點(diǎn)尺寸之間的范圍，針孔間距大于相鄰針孔直徑的5倍； (2)保持錐束CT掃描參數(shù)不變，采用基于圖像恢復(fù)的針孔成像點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)測量方法，分別獲取各個針孔直徑下的三維高斯型點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)； (3)對所得的三維高斯型點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)，以針孔直徑0為橫坐標(biāo)，分別擬合峰值a與標(biāo)準(zhǔn)差S,得到(J)-a和<J)-5的關(guān)系式； (4)根據(jù)0-a和￠-6關(guān)系式，取若干等差排列的針孔直徑，計算出各個針孔直徑下的a和8構(gòu)成三維高斯型點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)； (5)對采用第(2)步掃描參數(shù)進(jìn)行錐束CT掃描的一組測試物體投影圖像，分別用上步計算所得的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)對投影圖像進(jìn)行恢復(fù)，并由恢復(fù)后的投影圖像重建出切片圖像； (6)采用對比度噪聲比Rcn作為評價切片圖像邊緣質(zhì)量的指標(biāo)，擬合出“的關(guān)系式； (7)根據(jù)小-Rcn關(guān)系式計算Rcn取最大值時的小值，代入小-a和￠-6關(guān)系式計算得到一個三維高斯型點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)，即為該錐束CT系統(tǒng)所用掃描參數(shù)下的較優(yōu)點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)； 在所述步驟(2)中，采用基于圖像恢復(fù)的針孔成像點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)測量方法包括以下步驟 1)將射束阻止平板貼近平板探測器成像窗口，且使當(dāng)前所測的針孔位于射線源發(fā)出的中心射束上； 2)在所用錐束CT掃描參數(shù)下，采集若干幅投影圖像，并按對應(yīng)像素疊加平均成一幅投影圖像，設(shè)當(dāng)前所測針孔在投影圖像中所成的像為;，投影圖像的行為X，列為Y ； 3)確定/(U)的中心坐標(biāo)(Xc^ye):以中的最大灰度值點(diǎn)為中點(diǎn)，沿行方向取對稱的若干個連續(xù)點(diǎn)進(jìn)行二維高斯擬合，擬合曲線的最高點(diǎn)坐標(biāo)為xc，同理可得Ic ; 4)計算/(U)的理想圖像p(X，y) p(x, y)的大小形狀為針孔橫截面，p (x, y)的像 素灰度根據(jù)
全文摘要
本發(fā)明提供了一種錐束CT系統(tǒng)點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)的測量與建模方法，在錐束CT系統(tǒng)點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)測量方法中考慮了射線源焦點(diǎn)和平板探測器性能對針孔測量法測量點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)的影響，并通過切片圖像質(zhì)量評價獲取優(yōu)化的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)，具有更好的準(zhǔn)確性，且便于實施，可有效提高錐束CT系統(tǒng)的成像質(zhì)量。另外，本發(fā)明通過錐束CT系統(tǒng)點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)建模方法，建立了錐束CT系統(tǒng)點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)的一般模型，根據(jù)該模型可直接計算出任意掃描條件下的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)，即在錐束CT的后續(xù)使用中無需額外測量就可以直接得到點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)用于投影圖像恢復(fù)，極大地提高了錐束CT應(yīng)用的便捷性。
文檔編號G06F17/50GK102759538SQ20121027397
公開日2012年10月31日 申請日期2012年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月2日
發(fā)明者卜昆, 張亮, 張華 , 張定華, 黃魁東 申請人:西北工業(yè)大學(xué)