專利名稱：一種x射線數字成像的校正方法
技術領域：
本發明涉及數字成像技術領域，具體涉及一種X射線數字成像的校正方法。
背景技術：
平板探測器是最近幾年被引入到醫用X-ray領域的，通過CsI:Tl閃爍體把X-ray轉化為可見光，隨后通過a-Si光電二極管轉換為電荷。電荷隨后被放大和數字化而讀出，從而可以獲得高質量的圖像。目前在醫用X-ray領域數字成像系統中使用的大多數是這類探測器。
由于直接數字成像系統以大規模固體探測器陣列為圖像獲取部件，因此不可避免的會遇到漂移(offset)，空間非均勻性(Gain)，壞點(defect point)，非線性響應等固體探測器陣列固有的缺陷，如何對上述缺陷加以恰當的修正成為直接數字成像系統設計中一項十分重要的問題。
1.探測器的漂移(offset)影響探測器工作的環境因素隨時間的變化如溫度，濕度，氣壓，電磁環境等會導致探測器的輸出的變化，這些變化稱為探測器的漂移。
2.探測器圖像的空間非均勻性(Gain)造成探測器成像不均勻的原因主要有以下三個方面的原因1)雖然在線性曝光劑量范圍內探測器單個像元的X射線響應是線性的，但不同像元的X射線響應系數并不完全一致，從而導致圖像不均勻。
2)行驅動電路，讀取放大器，A/D轉換器等外圍電路的不一致導致的圖像不均勻。
3)入射X射線本身固有的空間分布不均勻性導致的圖像不均勻。
這幾類非均勻性盡管在圖像上的表現不同但都屬系統性的不均勻，在一定的限度內可以通過軟件處理來加以校正。
3.探測器壞點(defect point)直接數字成像探測器以其像元對于X射線的線性響應為成像基礎，如果某一像元對X射線的照射不響應或響應不良(存在明顯的非線性)則稱其為壞點(defect point)。一個直接數字成像探測器通常由數百萬個像元構成，要制造一個不存在任何壞點的探測器幾乎是不可能的，出于成本的考慮允許探測器存在一定數量的壞點可以使成品率大幅度提高，通常可以根據不同探測器的物理特性及圖像質量要求來確定壞點的接收準則，在使用過程中探測器還會產生新的壞點。探測器壞點按其幾何形狀可分為點狀分布壞點(包含單點，雙點，多點)，線狀分布壞點(單線，雙線)，以及區域面狀分布壞點。這些壞點可由轉換層的缺陷，二極管陣列單元損壞或行列驅動線及放大器損壞引起，有的探測器由于采用了多板拼接工藝也會存在拼接工藝線，此類工藝線也納入線狀壞點的范疇。對于每一具體的探測器類型而言制造商均制定了針對不同壞點類型的詳細的接收規范規定每種壞點的數量，分布及位置關系作為探測器合格與否的判斷依據。
根據對成像鏈的系統分析，得知探測器平板的固有缺陷，這些缺陷如果未進行系統校正，會影響最終圖像質量。
發明內容
為此，本發明提供了一種X射線數字成像的校正方法，其根據對成像鏈的物理學分析，利用數學模型對數字平板進行Offset、Gain、Defect校正，以達到改善成像效果的目的。
本發明提供的一種X射線數字成像的校正方法具體表達如下1.探測器圖像的漂移校正(offset calibration)及空間非均勻性校正(gain calibration)。
①漂移校正及空間非均勻性校正基于以下的原理曝光后所獲得的探測器輸出Prow＝Px+Poffset；Poffset為曝光時所采集圖像中暗電荷引起的像元值，Px為由X射線照射所引起的實際像元值及有用像元信息值。故Px＝Prow-Poffset，而式中的Poffset在圖像采集時是沒法直接得到，由于Poffset由外界環境變化所導致因而是漸變的，它可以用曝光前采集的暗圖像像元值P‘offset來近似。因此實際的曝光圖像可用曝光后和曝光前所采集的兩幅圖像相減來獲得。
②基于在應用范圍內探測器像元的響應是線性的特性，Pxn＝AnX，An為該像元的轉換系數。由于不同的像元An不完全相同，所以Pxn并不能代表像元處入射X射線的真實大小。因此還需求出各像元的An來加以修正。An可以用標準劑量的均勻X射線曝光采集來獲得及An＝PNgain/Xgain。PNgain為在標準Xgain劑量下所采集的參考圖像。通過應用參考圖像的修正，最終可獲得入射X射線所包含的真實信息。由于An在探測器的工作過程中是長期保持穩定的，因此僅需定期采集參考圖像即可。
綜上所述可以采用以下的計算方法來完成漂移校正及空間非均勻性校正。
Pn＝C(PNrow-PNrawoffset)/(PNgain-PNgainoffset)Pn校正后最終像元值PNrow曝光后采集獲得的像元值PNrowoffset曝光前的暗像元值PNgain參考圖像曝光采集值PNgainoffset參考圖像曝光前所采集的暗像元值C為一個常數通常可通過設定標準劑量下圖像目標亮度值來確定。
采用以上的校正方法逐點校正整幅圖像即可獲得穩定的反映入射X射線真實信息的數字化圖像。
2.探測器壞點校正(defect calibration)a.首先對探測器壞點的標定由于探測器壞點指哪些對X射線不響應或響應不良的點，因此可以采用標準參考均勻X射線Xdefect劑量下采集以檢出對X射線不響應的壞點，然后分別在2倍defect、50倍defect及60倍defect劑量下曝光采集以檢出響應不線性的壞點；由于經過漂移校正及空間非均勻性校正后獲得的均勻劑量下的圖像P應呈現以平均亮度P0為期望值，標準差為δ的正態分布。對于分布在nδ之外的像元則標定為壞點，n的取值通常為2～4之間，由設計者選定。通過以上的步驟即可獲得標定了所有壞點位置的壞點圖(defect map)。接下來根據得到的壞點圖，利用插值算法進行修正，這一步校正工作在完成漂移校正及空間非均勻性校正后進行。
b.探測器壞點的校正壞點校正的基本方法為采用臨近像素插值法進行修正，但必須考慮該點周圍像元的狀況(臨近有無其他壞點)選用不同的插值算法，通常由設計者根據探測器制造商提供的接收準則及自身試驗結果來設計，在此不詳細介紹。
另外，在探測器壞點校正中有以下幾個方面的因素需要加以關注1)探測器MTF越高則壞點校正的偽影越嚴重，因為MTF越高臨近像元包含本像元的信息越少(信息的點擴散函數)，極端情況下壞點位置的圖像信息將完全丟失不能由臨近像元插值獲得。因此應根據探測器MTF來制定插值方案。
2)應根據像元密度梯度來調整插值的權重，每一壞點周圍有8個臨近像元(16個次臨近像元)存在4個梯度方向(水平，垂直，左斜，右斜)，對于密度梯度較小的方向可給予較高的權重或者僅采用此方向插值，可減小插值帶來的偽影。
3)設定插值算法的限定條件，對于不能滿足條件的壞點則放棄插值(如臨近壞點太多)。以避免因插值帶來的信息錯誤。
由此可見，經過漂移校正，空間非均勻性校正，壞點校正可獲得穩定、完整、正確地反映入射X射線信息的數字圖像，這種圖像被稱為潔凈圖像(clean image)，可用于圖像存儲及表達。獲得潔凈圖像的過程通常稱為圖像的預處理。
綜上所述，通過圖像預處理可以校正直接數字成像系統固有的系統性缺陷從而達到改善成像效果的目的。
下面，結合附圖和實施例詳細說明依據本發明提出的具體方法的細節及工作情況。
圖1為本發明的維護界面圖。
圖2為本發明的校正界面圖。
圖3為本發明的進行漂移校正界面圖。
圖4為本發明的進行非線性校正界面圖。
圖5為本發明的進行壞點校正界面圖。
圖6-1為本發明一實施例的校正流程圖。
圖6-2為本發明的圖像校正流程圖。
圖7為本發明一實施例的校正數據流圖。
圖8為本發明未經校正原始圖像。
圖9為本發明經校正后的圖像。
圖10表示壞點信號可以被相鄰點捕捉。
具體實施例方式
如附圖6-7所示，本發明提供了一種X射線數字成像的校正方法，其包括下列步驟一、開始采集圖像數據，得到原始圖像；二、對上述原始圖像進行漂移校正；三、對上述原始圖像進行空間非均勻性校正；四、對上述原始圖像進行壞點校正；五、最后得到潔凈圖像可用于圖像存儲及表達。
本發明實施例使用的平板探測器采用Trixell公司提供的Pixium 4600型平板探測器進行校正，外部環境是在恒溫操作室中，探測器通電4個小時后，探測器溫度基本穩定不變下進行的。射線源到平板的S工D的距離是150cm，采用21mm的鋁過濾器，并且發生器的設置是70kV用來進行gain和defect校準。
本發明提供的一種X射線數字成像的校正方法中所述的漂移校正(offset calibration)及空間非均勻性校正(gain calibration)步驟如下曝光后所獲得的探測器輸出Prow＝Px+Poffset；Poffset為曝光時所采集圖像中暗電荷引起的像元值，Px為由X射線照射所引起的實際像元值及有用像元信息值；故Px＝Prow-Poffset，而式中的Poffset在圖像采集時是沒法直接得到，由于Poffset由外界環境變化所導致因而是漸變的，它可以用曝光前采集的暗圖像像元值P‘offset來近似，因此實際的曝光圖像可用曝光后和曝光前所采集的兩幅圖像相減來獲得；基于在應用范圍內探測器像元的響應是線性的特性，Pxn＝AnX，An為該像元的轉換系數；由于不同的像元An不完全相同，所以Pxn并不能代表像元處入射X射線的真實大小，因此還需求出各像元的An來加以修正，An可以用標準劑量的均勻X射線曝光采集來獲得及An＝PNgain/Xgain。PNgain為在標準Xgain劑量下所采集的參考圖像；通過應用參考圖像的修正，最終可獲得入射X射線所包含的真實信息；由于An在探測器的工作過程中是長期保持穩定的，因此僅需定期采集參考圖像即可；其可通過下列計算方法來完成漂移校正及空間非均勻性校正；Pn＝C(PNrow-PNrawoffset)/(PNgain-PNgainoffset)Pn校正后最終像元值PNrow曝光后采集獲得的像元值PNrowoffset曝光前的暗像元值PNgain參考圖像曝光采集值PNgainoffset參考圖像曝光前所采集的暗像元值C為一個常數通常可通過設定標準劑量下圖像目標亮度值來確定。
采用以上的校正方法逐點校正整幅圖像即可獲得穩定的反映入射X射線真實信息的數字化圖像。
本發明提供的一種X射線數字成像的校正方法中所述的探測器壞點校正(defect calibration)步驟如下a.首先對探測器壞點的標定由于探測器壞點指哪些對X射線不響應或響應不良的點，因此可以采用標準參考均勻X射線X defect劑量下采集以檢出對X射線不響應的壞點，然后分別在2倍defect、50倍defect及60倍defect劑量下曝光采集以檢出響應不線性的壞點；由于經過漂移校正及空間非均勻性校正后獲得的均勻劑量下的圖像P應呈現以平均亮度P0為期望值，標準差為δ的正態分布；對于分布在nδ之外的像元則標定為壞點，n的取值通常為2～4之間，由設計者選定；通過以上的步驟即可獲得標定了所有壞點位置的壞點圖(defect map)。接下來根據得到的壞點圖，利用插值算法進行修正，這一步校正工作在完成漂移校正及空間非均勻性校正后進行；b.探測器壞點的校正壞點校正的基本方法為采用臨近像素插值法進行修正，但必須考慮該點周圍像元的狀況(臨近有無其他壞點)選用不同的插值算法，通常由設計者根據探測器制造商提供的接收準則及自身試驗結果來設計。
本發明提供的一種X射線數字成像的校正方法中所述的探測器壞點校正(defect calibration)步驟還有以下幾個方面的因素需要加以關注，如附圖10所示1、探測器MTF越高則壞點校正的偽影越嚴重，因為MTF越高臨近像元包含本像元的信息越少(信息的點擴散函數)，極端情況下壞點位置的圖像信息將完全丟失不能由臨近像元插值獲得；因此應根據探測器MTF來制定插值方案。
2、應根據像元密度梯度來調整插值的權重，每一壞點周圍有8個臨近像元(16個次臨近像元)存在4個梯度方向(水平，垂直，左斜，右斜)，對于密度梯度較小的方向可給予較高的權重或者僅采用此方向插值，可減小插值帶來的偽影。
3、設定插值算法的限定條件，對于不能滿足條件的壞點則放棄插值(如臨近壞點太多)。以避免因插值帶來的信息錯誤。
由此可見，經過漂移校正，空間非均勻性校正，壞點校正可獲得穩定、完整、正確地反映入射X射線信息的數字圖像，這種圖像被稱為潔凈圖像(clean image)，可用于圖像存儲及表達。獲得潔凈圖像的過程通常稱為圖像的預處理。
本發明提供了一種X射線數字成像的校正方法具體操作步驟表達如下如圖1所示，打開本發明的維護界面；點擊校準，如圖2所示出現校準界面；以下就是進行本發明校正的具體過程，首先進行漂移校正，如圖3所示這步不需要x射線下采集，點擊校正，軟件自動采集當前環境下的暗圖像。共3幅圖像，取平均；下一步進行空間非線性gain校正，如圖4所示，點擊校正，在標準的、均勻的X射線劑量5uGy下(軟件會自動提示用戶采用此劑量)，連續采集12幅x射線圖像，每采集一幅圖像，軟件自動和前獲得的漂移圖像進行處理，得到Pgainoffset圖像；最后進行壞點defect校正，如圖5所示，點擊采集圖像，分別在劑量0.6uGy、1.2uGy、30uGy和36uGy條件下采集4幅圖像，得出壞點分布圖，最后點擊校正，本發明根據數學模型進行插值計算出壞點圖像。
此外，本發明提供的一種X射線數字成像的校正方法設置每隔固定時間自動進行offset校正，一般設置為間隔2分鐘，不斷的消除周圍環境帶來的不利影響。
經過以上步驟操作，可以對平板成像探測器作校正。而且明顯的減少了相鄰放大器通道和相鄰放大器芯片的空間上不同的非線性。經過實際臨床使用得到了很好的效果。
當然，隨著平板探測器的二極管陣列的不斷積累電荷然后被讀取，肯定會出現新的非線性區域和壞點等，這就需要不斷的對平板進行校正，大概時間是半年需要校正一次，這步工作需要專業人員操作。
舉例說明，圖8-9兩幅圖像分別是利用平板探測器采集的兩幅DR圖像，圖8是采集的原始圖像，其中包括1、壞點；2、非線性區域；3、平板拼接縫；4、壞線。而圖9是經過本發明方法校正后的圖像；兩幅圖像都是在同樣的外部環境下，同樣的x射線質下采集的圖像。其中發生器條件是50kv、3.3mAs。SID距離一樣。由上述兩個圖像可見，經過本發明的漂移校正，空間非均勻性校正，壞點校正可獲得穩定、完整、正確地反映入射X射線信息的數字圖像，這種圖像被稱為潔凈圖像(clean image)，可用于圖像存儲及表達。
權利要求
1.一種X射線數字成像的校正方法，其特征在于該校正方法包括下列步驟一、開始采集圖像數據，得到原始圖像；二、對上述原始圖像進行漂移校正；三、對上述原始圖像進行空間非均勻性校正；四、對上述原始圖像進行壞點校正；五、最后得到潔凈圖像用于圖像存儲及表達。
2.根據權利要求1所述的一種X射線數字成像的校正方法，其特征在于所述的漂移校正及空間非均勻性校正步驟如下曝光后所獲得的探測器輸出Prow＝Px+Poffset；Poffset為曝光時所采集圖像中暗電荷引起的像元值，Px為由X射線照射所引起的實際像元值及有用像元信息值；故Px＝Prow-Poffset，而式中的Poffset在圖像采集時是沒法直接得到，由于Poffset由外界環境變化所導致因而是漸變的，它可以用曝光前采集的暗圖像像元值P‘offset來近似，因此實際的曝光圖像可用曝光后和曝光前所采集的兩幅圖像相減來獲得；基于在應用范圍內探測器像元的響應是線性的特性，Pxn＝AnX，An為該像元的轉換系數；由于不同的像元An不完全相同，所以Pxn并不能代表像元處入射X射線的真實大小，因此還需求出各像元的An來加以修正，An可以用標準劑量的均勻X射線曝光采集來獲得及An＝PNgain/Xgain。PNgain為在標準Xgain劑量下所采集的參考圖像；通過應用參考圖像的修正，最終可獲得入射X射線所包含的真實信息；由于An在探測器的工作過程中是長期保持穩定的，因此僅需定期采集參考圖像即可；其可通過下列計算方法來完成漂移校正及空間非均勻性校正；Pn＝C(PNrow-PNrawoffset)/(PNgain-PNgainoffset)Pn校正后最終像元值PNrow曝光后采集獲得的像元值PNrowoffset曝光前的暗像元值PNgain參考圖像曝光采集值PNgainoffset參考圖像曝光前所采集的暗像元值C為一個常數通常可通過設定標準劑量下圖像目標亮度值來確定。
3.根據權利要求1所述的一種X射線數字成像的校正方法，其特征在于所述的壞點校正步驟如下a.首先對探測器壞點的標定由于探測器壞點指哪些對X射線不響應或響應不良的點，因此可以采用標準參考均勻X射線Xdefect劑量下采集以檢出對X射線不響應的壞點，然后分別在2倍defect、50倍defect及60倍defect劑量下曝光采集以檢出響應不線性的壞點；由于經過漂移校正及空間非均勻性校正后獲得的均勻劑量下的圖像P應呈現以平均亮度P0為期望值，標準差為δ的正態分布。對于分布在nδ之外的像元則標定為壞點，n的取值通常為2～4之間，由設計者選定；通過以上的步驟即可獲得標定了所有壞點位置的壞點圖(defect map)；接下來根據得到的壞點圖，利用插值算法進行修正，這一步校正工作在完成漂移校正及空間非均勻性校正后進行；b.探測器壞點的校正壞點校正的基本方法為采用臨近像素插值法進行修正，但必須考慮該點周圍像元的狀況(臨近有無其他壞點)選用不同的插值算法，通常由設計者根據探測器制造商提供的接收準則及自身試驗結果來設計。
4.根據權利要求3所述的一種X射線數字成像的校正方法，其特征在于所述的壞點校正步驟中需要加以關注如下問題a、探測器MTF越高則壞點校正的偽影越嚴重，因為MTF越高臨近像元包含本像元的信息越少(信息的點擴散函數)，極端情況下壞點位置的圖像信息將完全丟失不能由臨近像元插值獲得；因此應根據探測器MTF來制定插值方案；b、應根據像元密度梯度來調整插值的權重，每一壞點周圍有8個臨近像元(16個次臨近像元)存在4個梯度方向(水平，垂直，左斜，右斜)，對于密度梯度較小的方向可給予較高的權重或者僅采用此方向插值，可減小插值帶來的偽影；c、設定插值算法的限定條件，對于不能滿足條件的壞點則放棄插值(如臨近壞點太多)；以避免因插值帶來的信息錯誤。
5.根據權利要求1所述的一種X射線數字成像的校正方法，其特征在于該校正方法包括下列步驟a、打開維護界面；點擊校準，出現校準界面；以下就是進行校正的具體過程首先進行漂移校正，這步不需要x射線下采集，點擊校正，軟件自動采集當前環境下的暗圖像，共3幅圖像，取平均；b、下一步進行空間非線性gain校正，點擊校正，在標準的、均勻的X射線劑量5uGy下，連續采集12幅x射線圖像，每采集一幅圖像，自動和前獲得的漂移圖像進行處理，得到Pgainoffset圖像；c、最后進行壞點defect校正，點擊采集圖像，分別在劑量0.6uGy、1.2uGy、30uGy和36uGy條件下采集4幅圖像，得出壞點分布圖，最后點擊校正，根據數學模型進行插值計算出壞點圖像。
6.根據權利要求1所述的一種X射線數字成像的校正方法，其特征在于該校正方法設置每隔固定時間自動進行offset校正，一般設置為間隔2分鐘。
全文摘要
本發明涉及數字成像技術領域，具體涉及一種X射線數字成像的校正方法。本發明根據對成像鏈的物理學分析，利用數學模型對數字平板進行漂移校正，空間非均勻性校正，壞點校正后，可獲得穩定、完整、正確地反映入射X射線信息的數字圖像，這種圖像可用于圖像存儲及表達。本發明通過圖像預處理可以校正直接數字成像系統固有的系統性缺陷從而達到改善成像效果的目的。
文檔編號G03B42/02GK1881075SQ20051002678
公開日2006年12月20日 申請日期2005年6月15日 優先權日2005年6月15日
發明者楊葉 申請人:上海醫療器械廠有限公司