CT掃描儀散焦強度測量方法與流程

技術領域

本發明涉及電子計算機X射線斷層掃描儀(簡稱CT掃描儀)，尤其是涉及CT掃描儀的散焦強度測量方法及散焦校正方法。

背景技術：

CT掃描儀是利用計算機技術對被測物體斷層掃描圖像進行重建獲得三維斷層圖像的設備。CT掃描儀使用X射線球管發射X射線到焦點區，從而聚焦到被照射物體(如人體器官)。散焦輻射是X射線球管內從焦點以外區域輻射出X射線的現象，它是由于二次電子和場發射電子轟擊球管靶區焦點以外區域產生X射線造成的。散焦現象會導致被照射物體邊緣部分對比度退化或產生陰影，影響甚至誤導醫生根據圖像進行診斷。因此需要在CT掃描儀包含對散焦現象的校正。

美國專利US 6628744 B1提出了一種CT掃描儀中散焦輻射的校正方法。該方法使用依據理論模型計算的散焦校正系數在數據域進行散焦校正。理論模型計算的缺陷在于，它可能與實際產品的散焦輻射情況有出入，從而導致所計算的散焦校正系數不準確。

為了解決上述問題，本發明提供一種CT掃描儀的散焦強度測量方法以及根據該測量方法獲得的數據進行散焦校正的方法。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提供一種CT掃描儀的散焦強度測量方法及散焦校正方法，它可以實際測量每一CT掃描儀的散焦強度，并作為散焦校正的依據。

本發明為解決上述技術問題而采用的技術方案是提出一種電子計算機X射線斷層掃描儀的散焦強度的測量方法，包括以下步驟：將一能夠遮蔽X射線的模體置于該掃描儀的機架孔徑內；使該掃描儀的X射線球管及檢測器陣列圍繞掃描儀的機架旋轉中心旋轉以執行旋轉曝光掃描，在旋轉的每一圈中，處于靜止狀態的該模體會逐漸先遮蔽后退出該檢測器陣列中各檢測器的X射線最大輻射區，從而使各檢測器所接收的X射線輻射強度相應地先減弱后增強；以預定的采樣率從該檢測器陣列的至少部分檢測器中獲取輻射強度值；以及依據該模體逐漸進入并退出該至少部分檢測器的X射線最大輻射區期間相鄰采樣點的檢測器的輻射強度值變化，分別計算對應位置的X射線球管散焦強度，從而得到該X射線球管的散焦強度分布。

在本發明的一實施例中，該模體垂直于該掃描儀的機架光平面。

在本發明的一實施例中，上述方法包括將該散焦強度分布作為該掃描儀出廠前的預存設置。

在本發明的一實施例中，上述方法包括在該掃描儀出廠后定期地更新該散焦強度分布。

本發明還提出一種電子計算機X射線斷層掃描儀的散焦校正方法，包括以下步驟：提供該掃描儀的X射線球管的散焦強度分布；獲取未進行散焦校正的基礎圖像；對基礎圖像進行正投影，得到原始投影值；將原始投影值轉化為原始強度值；根據該原始強度值以及X射線球管的散焦強度分布，計算散焦引起的誤差強度；根據該誤差強度計算誤差投影；將誤差投影進行圖像重建，得到誤差圖像；以及從該基礎圖像中減去誤差圖像，得到最終校正后的圖像。

在本發明的一實施例中，對基礎圖像進行正投影，得到原始投影值之前還包括：判斷該基礎圖像是否包含它所對應斷面的整個被掃描物體，若是，則執行該正投影步驟，否則以更大的視野重建該基礎圖像。

在本發明的一實施例中，所述散焦校正是在該掃描儀的建像機中執行。

在本發明的一實施例中，所述誤差強度通過如下方式獲得：其中OffR(i)是該散焦強度分布和一焦點強度的比例系數，N是對散焦強度測量時的采樣點數，原始投影(i)是對應于第i條散焦射線經過的被掃描物體的投影值。

本發明還提出一種電子計算機X射線斷層掃描儀，包括一機架、一能夠遮蔽X射線的模體、主控臺以及一建像機。該機架具有一孔徑，該機架內部具有一旋轉機構，該旋轉機構包含設于該孔徑一側的X射線球管和設于該孔徑另一側的檢測器陣列。該模體適于放置于該掃描儀的機架孔徑內。該主控臺被配置為執行一旋轉掃描曝光，以及以預定的采樣率從該檢測器陣列的至少部分檢測器中獲取輻射強度值；其中在旋轉掃描曝光過程中，該X射線球管及該檢測器陣列圍繞掃描儀的機架旋轉中心旋轉，而在旋轉的每一圈中，處于靜止狀態的該模體會逐漸先遮蔽后退出該檢測器陣列中各檢測器的X射線最大輻射區，從而使各檢測器所接收的X射線輻射強度相應地先減弱后增強。該建像機，被配置為依據該模體逐漸進入并退出至少檢測器的X射線最大輻射區期間相鄰采樣點的檢測器的輻射強度值變化，分別計算對應位置的X射線球管散焦強度，從而得到該X射線球管的散焦強度分布。

在本發明的一實施例中，在上述建像機中執行如下步驟：獲取未進行散焦校正的基礎圖像；對基礎圖像進行正投影，得到原始投影值；將原始投影值轉化為原始強度值；根據該原始強度值以及X射線球管的散焦強度分布，計算散焦引起的誤差強度；根據該誤差強度計算誤差投影；將誤差投影進行圖像重建，得到誤差圖像；以及從該基礎圖像中減去誤差圖像，得到最終校正后的圖像。

本發明由于采用以上技術方案，使之與現有技術相比，具有如下顯著優點：

1、本發明測量散焦強度的方式是基于實測的方法，相比理論模型的計算方法，具有準確、操作方便、結果實用性強、適應性強的特點。

2、本發明根據測量的結果在圖像域進行散焦校正，對于薄切片掃描重建厚圖像的情況，基于圖像的校正方式可以減少運算量，節約校正時間；另外，由于默認用戶僅對所選視野內組織感興趣，僅針對圖像視野內區域進行散焦校正，降低參與運算的人體體積，也即降低數據量，節約校正時間。

附圖說明

為讓本發明的上述目的、特征和優點能更明顯易懂，以下結合附圖對本發明的具體實施方式作詳細說明，其中：

圖1示出本發明的CT掃描儀成像系統的示意圖。

圖2示出本發明物理測量散焦強度的示意圖，其中模體未遮擋X射線球管的光子輻射區。

圖3示出本發明的物理測量散焦強度的示意圖，其中模體逐步遮擋X射線球管的光子輻射區。

圖4示出本發明散焦強度測量方法的流程示意圖。

圖5示出根據本發明散焦強度測量方法測得的散焦強度分布進行散焦校正的建像流程示意圖。

圖6示出本發明一實施例的散焦校正示意圖。

具體實施方式

圖1示出本發明一實施例的CT掃描儀成像系統的示意圖。參照圖1所示，CT掃描儀100包括機架110，該機架110包括一旋轉機構，該旋轉機構具有一孔徑111。在孔徑111的一側設有X射線球管112。X射線球管112產生的X射線主要地由焦點O射出，然后射向位于孔徑111內的被照射物體(如人體)。孔徑111的另一側設有檢測器陣列114，用于檢測穿過被照射物體后的X射線強度。當X射線球管112和檢測器陣列114設置在旋轉機構上，當該旋轉機構旋轉時，通過X射線球管112連續地照射及檢測器陣列114連續地檢測，就能得到被照射物體各個角度的輻射強度。

在本實施例中，CT掃描儀100的孔徑111內設置有一模體113，用于部分地遮蔽X射線球管112射出的X射線。為達到此目的，模體113使用可屏蔽X射線的材料，例如鉬、鎢、或鉛等強衰減物質。在本實施例中，模體113為邊緣平滑、厚度均勻的金屬板。

在實施散焦強度測量時，模體113置于孔徑111內，其垂直于機架110的光平面，并在機架軸向方向上能夠覆蓋所有X光視野。在本發明的實施例中，可以使用機架外罩或其他裝置來支撐模體113，使其穩定地固定，并不隨旋轉機構旋轉。在正式使用時，模體113可自機架上取下。

檢測器陣列114所獲得的數據將通過數據傳輸鏈路120傳輸到建像機130。在建像機130內將根據檢測器陣列114所獲得的數據完成影像的重建。所重建的影像可在圖形顯示設備150中顯示。主控臺140用于對CT掃描儀100的控制。例如，當執行旋轉曝光掃描時，主控臺140可控制旋轉機構旋轉，并以一定的采樣率從檢測器陣列114獲得輸出輻射強度數據。

圖2和圖3示出本發明散焦校正系數的測量示意圖。參照圖2，未示出的X射線球管112發射的X射線可以視為被很大范圍低強度X光發射源(散焦區)環繞的高強度X光發射源(焦點區)。X射線的輻射區以標記201表示，該輻射區201包括焦點區域O和散焦區OFF。

在圖2中示出檢測器陣列114中的單個檢測器114a，它能接收的X射線最大輻射區為W。

在旋轉曝光掃描時，X射線球管112發射X射線，檢測器114a檢測其最大輻射區W內的輻射，可以獲得一圈多個角度下的扇束投影，對每個角度下的投影稱為一個檢測視野(view)。這個過程可以等效視為機架110的旋轉機構靜止，而模體113沿孔徑111繞機架110的旋轉中心旋轉一周，旋轉方向為A，而模體113未遮擋X射線球管112的X光子區域時模體113相對于機架110的位置為P。

對每個檢測器114a而言，當模體113未‘切割’該檢測器114a所能接收的最大輻射區時(如圖2的位置P)，該檢測器114a接收到全部最大輻射區W的能量；而當模體113進入最大輻射區W，模體113會逐步遮擋(或相反過程，釋放)該檢測器114a的最大輻射區W。

例如圖3所示，在旋轉曝光掃描過程中的時刻i-1，模體113處在位置Pi-1，此時假設模體113未‘切割’該檢測器114a所能接收的球管X射線輻射區時，該檢測器114a接收到全部最大輻射區W的能量，其輻射強度以Si-1表示。在時刻i，模體113剛進入最大輻射區W，遮擋一部分的該檢測器114a的最大輻射區W，檢測器114a只能接收到最大輻射區W的其余部分的能量，其輻射強度以Si表示。輻射強度Si-1和Si之間的差異在圖3中直觀地示出。

模體113離開最大輻射區W的過程與圖3所示恰好相反，在此不再描述。

從上述實例可以看出，當模體113‘切割’最大輻射區W時，可以視為，相鄰扇形束投影的強度差異(如圖中第i-1和第i個檢測視野的強度差異)，就是該檢測器在該幾何角度下球管散焦強度值(ΔS)。

對每個檢測器，在一圈的多個角度扇束投影中，都可以找到一組連續的檢測視野，檢測器輸出強度值在這一組檢測視野之間的差異，即可視為將球管X射線輻射區離散化的強度分布。提供足夠的采樣率，可使該強度分布達到所需的精度。

這樣，對所有檢測器通道進行此類運算，就可以獲得所有檢測器通道所接收的球管X射線輻射區的強度分布(例如圖2所示的X射線的輻射區201所示出的強度分布)。

基于上述描述，歸納本發明一實施例的散焦強度測量方法流程如圖4所示，其過程描述如下：

在步驟401，將一能夠遮蔽X射線的模體置于CT掃描儀的機架上；

在步驟402，令CT掃描儀執行旋轉曝光掃描，使X射線球管及檢測器陣列圍繞CT掃描儀的機架旋轉中心旋轉。在旋轉的每一圈中，處于靜止狀態的模體會逐漸先遮蔽后退出檢測器陣列中各檢測器的X射線最大輻射區，從而使各檢測器所接收的X射線輻射強度相應地先減弱后增強；

在步驟403，以預定的采樣率從檢測器陣列的各檢測器中獲取輻射強度值；

在步驟404，依據模體逐漸進入并退出各檢測器的X射線最大輻射區期間，相鄰采樣點的檢測器的輻射強度值變化，計算對應位置的X射線球管散焦強度。所有位置的X射線球管散焦強度組合成X射線球管的散焦強度分布。

上述的散焦強度測量方法可以在各個CT掃描儀組裝完成后、出廠前實施，所獲得的散焦強度分布可以預存于CT掃描儀中，以便在使用時進行校正。另外，考慮到X射線球管在使用過程中的變化，上述的散焦強度測量方法也可以在各個CT掃描儀的使用期間定期地實施，以獲得更新的散焦強度分布。

在獲得上述散焦強度分布圖后，可執行基于圖像的散焦校正，這一過程可在CT掃描儀100的建像機130中執行，其方法流程如下：

步驟501，提供X射線球管的散焦強度分布。它可以按照上述實施例的方法獲得，并預存于CT掃描儀中。

步驟502，CT掃描儀獲取未進行散焦校正的圖像，作為基礎圖像521。例如，CT掃描儀按照正常的流程對進入機架孔徑中被掃描物體進行旋轉曝光掃描，依據所獲得的X射線強度重建有關該被掃描物體的基礎圖像。

基礎圖像需要包含它所對應斷面的整個被掃描物體，或至少大于被重建視野一定范圍，以保障獲得用于校正的所有正投影數據。因此在步驟503，判斷重建視野是否包含斷面的整個被掃描物體，若是，則繼續進入到步驟504，否則在步驟505以更大的視野重建。擴大視野的程度取決于步驟501執行過程所獲得的球管X射線輻射區的寬度。

在步驟506，對基礎圖像521進行正投影，得到原始投影值523。

在步驟507，將原始投影值523轉化為原始強度值。

在步驟508，根據對原始強度采樣值，以及步驟501得到的球管散焦強度的分布，計算散焦對檢測器的接收強度的影響(以誤差強度表征)。

在步驟509，根據該誤差強度計算出投影域的誤差，稱為誤差投影。

誤差投影＝-log(原始強度-誤差強度)-原始投影。

在步驟510，將誤差投影進行圖像重建，得到誤差圖像524。

在步驟511，從原始未校正的基礎圖像521中減去誤差圖像524，得到最終校正后的圖像525。

在上述的步驟508中，

其中OffR(i)是在步驟501中得到的散焦強度分布和焦點強度的比例系數，N是對散焦強度測量時的采樣點數。原始投影(i)是對應于第i條散焦射線經過的被掃描物體的投影值。

以圖6為例，以下描述原始投影的計算方式：

設CT掃描儀機架的旋轉中心距離某原始投影路徑的距離是D，則該投影所屬通道編號是：

通道號＝中心通道號+arcsin(D/焦心距)/ΔchR

其中中心通道號是焦點經過旋轉中心到達檢測器通道的位置編號，焦心距是焦點到達旋轉中心的距離，ΔchR是每個通道對應的扇角。

原始投影所屬檢測視野(view)和當前view的距離是：

其中α是原始投影位置和“焦點——旋轉中心”連線的夾角，ΔviewR是每個view采樣劃過的角度。

所以原始投影(i)中的每一項均可從相鄰view某通道的正投影值獲得。

在本發明的實施例中，π+扇形束角度的正投影范圍獲得的數據即可用于校正。

在本發明的實施例中，由于散焦本身的低頻特性，可以采用較低的通道數和檢測視野數進行正投影。

在本發明的實施例中，根據投影值域值判斷，若投影區域全是空氣，則不進行誤差計算。

雖然本發明已以較佳實施例揭示如上，然其并非用以限定本發明，任何本領域技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可作些許的修改和完善，因此本發明的保護范圍當以權利要求書所界定的為準。