一種dr及ct成像的曝光參數快速確定方法
【專利摘要】本發明提供了一種DR及CT成像的曝光參數快速確定方法，首先獲取DR/CT成像系統的曝光參數模型，然后根據所得曝光參數模型快速獲取曝光參數。本發明提通過簡便的步驟即可獲取DR/CT成像系統的曝光參數模型，而且該模型長期有效，其建立所花費的工作量基本可以忽略不計。根據獲取的DR/CT成像系統曝光參數模型，可以自動快速獲取曝光參數，使DR/CT圖像的信噪比和對比度達到最優，克服現有技術獲取曝光參數需要很多人工交互和相關專業技術經驗的問題，從而相對延長DR/CT成像系統的使用壽命。
【專利說明】一種DR及CT成像的曝光參數快速確定方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于射線成像與檢測【技術領域】，涉及一種射線數字成像(DigitalRadiography, DR)和計算機斷層成像(Computed Tomography, CT)的曝光參數確定方法。
【背景技術】
[0002]近年來，射線數字成像DR和計算機斷層成像CT在工業無損檢測領域得到加速發展，成為某些關鍵零部件不可或缺的檢測手段，其中DR成像是CT成像的基礎。曝光參數的選擇是DR/CT成像系統的基本問題之一，不僅直接影響圖像質量，而且還是控制輻射劑量的主要手段。如何快速獲取優化的DR/CT成像系統曝光參數，減少人工依賴，提高圖像質量，已成為射線無損檢測界所關注的問題。
[0003]在DR/CT無損檢測時，要快速有效找出合適的曝光參數，一般都是根據曝光曲線進行查找，曝光曲線是在一定條件下繪制的透照參數與透照厚度之間的關系曲線，但根據曝光曲線查找曝光參數的方法受人工和經驗干預性較強。另外，通過實驗的方法可以分析不同曝光參數組合對圖像質量的影響，從而得出掃描電壓和曝光量與圖像質量的相關性，但到目前為止仍未形成切實可用的操作方法。近年出現的CT掃描自動曝光控制技術，旨在保證圖像質量的同時減 少CT輻射劑量，可以根據特定位置被照物體的厚度自動調節曝光量的大小使圖像噪聲保持一定水平，但對厚度未知的工業異形零件難以實施，而且自動曝光控制需給定參考值，如果設置不當就可能影響圖像質量或增加輻射劑量。
[0004]由于實際工業零件的材質、形狀復雜多變，目前在執行DR/CT無損檢測時，確定曝光參數的準則不夠明晰，優化不足，效率較低，人工依賴性高。
【發明內容】
[0005]為了克服現有技術的不足，本發明提供一種DR及CT成像的曝光參數快速確定方法，以達到對各種工業零件實行DR/CT無損檢測時，簡便快速、自動優化確定曝光參數的目的。
[0006]本發明解決其技術問題所采用的技術方案包括以下步驟:
[0007](I)設DR/CT成像系統中探測器暗場校正后可輸出的最小均值為Gmin，最大均值為Gmax,計算探測器實際可用的安全輸出范圍[Gmin，GfflaJ，Gfflin = Gmin+ a Gfflax = Gmax- QijQ1=β ! (Gmax-Gmin)，β I 取 0.02 ~0.10 ;
[0008](2)設DR/CT成像系統中射線源可輸出的最低電壓為Vmin，最高電壓為Vmax，計算射線源實際可用的安全電壓徂圍[Vmin, Vmax], Vmin = (1+ a 2) Vmin, Vmax = (1- a 2) Vmax, <12取
0.05 ~0.20 ;
[0009](3)曝光量mAs是射線源電流mA與探測器曝光時間s的乘積，在[Vniin, VmaJ范圍內取等差排列的電壓V，并在[Gmin，Gmax]范圍內取等差排列的輸出g，對每一個V，獲取每一個g下的mAs，得到曝光參數表T ;或者將[Vmin，VmaJ分為低電壓范圍[Vmin，Vd)和高電壓范圍[Vd，Vmax],獲取[Vmin，Vd)范圍內曝光參數表T1的方法如上所述，獲取[Vd，Vmax]范圍內的曝光參數表T2之前需先在射線源出口前附加過濾板；
[0010](4)構造曝光參數模型g = mAs.(av2+bv+c),其中a、b、c為系數,該模型擬合T得Gm，或分別擬合1\、T2得GM1、GM2，所得結果即為該DR/CT成像系統的曝光參數模型；
[0011](5)對于DR成像，將零件感興趣方位放置于射線源射線照射方向；對于CT成像，將零件的最大厚度放置于射線源射線照射方向；
[0012](6)根據穿透性原則設置零件投影區域的最小輸出值gmin，gmin > Gfflin ；
[0013](7)對于變焦點尺寸射線源，設置空氣投影區域的最大輸出值gmax = ngfflin, η取5~10 ;對于其它情況，設置gmax = Gmax ；
[0014](8)選擇DR/CT成像系統的曝光參數模型Gm，或Gmi和Gm2 ；
[0015](9)對于GM，在[Vmin，Vmax]中按折半查找法獲取優化的曝光參數，即V及相應的mAs,方法為:設Vm為查找區間[Vu VJ的中值，對于第1次查找，分別將\、VM、VK及gmax代入Gm,計算得到相應的mA\、mASM、mASK，以這3組曝光參數進行曝光，得到各自零件投影區域的最小輸出值gygM、gK，其余查找時，若當前區間的Vk-' ( S，則取該區間的Vm及其mAsM為優化的曝光參數，否則取該區間的Vm及其mAsM曝光得到gM ;若(l-k)gmin；≤ gL≤gM或gK≤(1+k)gmin，則其對應的V和mAs即為優化的曝光參數；否則，若gL < gmin < gM則在(Vu Vm)中繼續折半查找，若gM< gmin < gE則在(VM，Ve)中繼續折半查找；否則，該零件超出該DR/CT成像系統的優化曝光參數范圍；區間閾值S取10~20，偏差系數k取0.05~0.15 ;對于Gmi和Gm2，在第1次查找時需以Vd替代VM，并以V的大小確定用Gmi或Gm2計算得到相應的mAs，其余操作方法與Gm相同。
[0016]本發明的有益效果是:本發明提供的方法通過簡便的步驟即可獲取DR/CT成像系統的曝光參數模型，而且該模型長期有效，其建立所花費的工作量基本可以忽略不計。根據獲取的DR/CT成像系統曝光參數模型，可以自動快速獲取曝光參數，使DR/CT圖像的信噪比和對比度達到最優，克服現有技術獲取曝光參數需要很多人工交互和相關專業技術經驗的問題，從而相對延長DR/CT成像系統的使用壽命。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明的DR及CT成像曝光參數快速確定方法流程。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0019]本發明解決其技術問題所采用的技術方案包括兩個部分:首先獲取DR/CT成像系統的曝光參數模型，然后根據所得曝光參數模型快速獲取曝光參數。
[0020]獲取DR/CT成像系統的曝光參數模型包括以下步驟:
[0021](I)設DR/CT成像系統中探測器暗場校正后可輸出的最小均值為Gmin，最大均值為Gmax?計算探測器頭際可用的女全輸出徂圍[Gmin, GmaJ，Gmin = Gmin+ a 1； Gmax = Gmax- α 1； a j =β I (Gmax-Gmin)，β I 一般取0.02~0.10，系統噪聲及干擾大時β I取較大值，否則取較小值；
[0022](2)設DR/CT成像系統中射線源可輸出的最低電壓為Vmin，最高電壓為Vmax，計算射線源實際可用的安全電壓'M圍[Vmin, Vmax], Vmin = (1+ a 2) Vmin, Vmax = (1- a 2) Vmax, α2 一般取
0.05~0.20，射線源可靠性高時α 2取較小值，否則取較大值；[0023](3)獲取關于曝光量mAs的曝光參數表，mAs是射線源電流mA與探測器曝光時間s 的乘積，獲取方法分為一般應用和特殊應用兩種：1)對于一般應用，在[V^，V_]范圍內取 等差排列的電壓v，并在[Gmin，Gmax]范圍內取等差排列的輸出g，對每一個v，獲取每一個g下 的mAs，得到曝光參數表T;2)對于特殊應用，主要是進一步抑制采用較高電壓掃描時的射 束硬化偽影，將[Vmin，Vmax]分為低電壓范圍[Vmin，Vd)和高電壓范圍[Vd，Vmax]，獲取[Vmin，Vd) 范圍內曝光參數表1\的方法與一般應用相同，獲取[Vd，Vmax]范圍內的曝光參數表T2之前需 先在射線源出口前附加過濾板，然后再按與一般應用相同的方法進行；
[0024](4)構造曝光參數模型為g = mAs ? (av2+bv+c)，其中a、b、c為系數，在一般應用 下用該模型擬合T得GM，在特殊應用下用該模型分別擬合I\、T2得GM1、GM2，所得結果即為該 DR/CT成像系統的曝光參數模型。
[0025]根據所得曝光參數模型快速獲取曝光參數包括以下步驟：
[0026](1)對于DR成像，將零件感興趣方位放置于射線源射線照射方向；對于CT成像， 將零件的最大厚度放置于射線源射線照射方向，以保證所有投影角度的穿透性；
[0027](2)根據穿透性原則，設置零件投影區域的最小輸出值gmin，gfflin > Gfflin ；
[0028](3)對于變焦點尺寸射線源，若強調零件細節的分辨力，設置空氣投影區域的最大 輸出值g眶=ngmin，n 一般取5?10 ;對于其它情況，為達到最高信噪比，設置gmax = Gmax ；
[0029](4)選擇DR/CT成像系統的曝光參數模型GM，或GM1和GM2 ；
[0030](5)對于Gm，在[Vmin，V_]中按折半查找法獲取優化的曝光參數，即v及相應的 mAs,方法為：設\為查找區間[VL, VE]的中值，對于第1次查找，分別將\、VM、VE及gmax代 入Gm,計算得到相應的mAsp mAsM、mAsE,以這3組曝光參數進行曝光，得到各自零件投影區 域的最小輸出值gygM、gK，其余查找時，若當前區間的( S，則取該區間的VM及其mAsM 為優化的曝光參數，否則取該區間的VM及其mAsM曝光得到gM。若（l-k)gmin<&(*gM， 或gE) ( (1+k) gfflin,則其對應的v和mAs即為優化的曝光參數；否則，若gL < gfflin < gM則在 (VL, VM)中繼續折半查找，若gM < gmin < gE則在（VM，VE)中繼續折半查找；否則，該零件超出 該DR/CT成像系統的優化曝光參數范圍。區間閾值S —般取10?20，偏差系數k 一般取 0. 05?0. 15。對于GM1和GK，在第1次查找時需以Vd替代VM，并以v的大小確定用GM1或 Ge計算得到相應的mAs，其余操作方法與GM相同。
[0031]DR/CT成像系統的曝光參數模型一經建立，只要該DR/CT成像系統的硬件性能和 環境條件不發生改變，則基于該模型的分析和計算就一直有效。
[0032]實施例所用錐束CT系統的X射線源為YXL0N的Y. TU450-D02，平板探測器為 Varian 的 PaxScan2520。
[0033]應用本發明方法包括兩個部分：首先獲取錐束CT成像系統的曝光參數模型，然后 根據所得曝光參數模型快速獲取曝光參數。
[0034]應用本發明方法獲取錐束CT成像系統的曝光參數模型，執行以下步驟：
[0035](1)錐束CT成像系統中探測器暗場校正后可輸出的最小均值Gmin = 10，最大均值 Gmx = 2800，計算探測器實際可用的安全輸出范圍[Gmin，Gmax]，Gmin = GMIN+ a : = 149. 5，Gmax =Gmx- a i = 2660. 5, a ： ^ ： (GMX_GMIN) = 139. 5, ^ j = 0. 05 ；
[0036](2)錐束CT成像系統中射線源可輸出的最低電壓為VMIN = 80KV，最高電壓為Vmx =450KV，計算射線源實際可用的安全電壓范圍[Vmin，Vmax]，Vmin = (l+a2)VMIN = 88KV，Vmax=(1-a 2) Vmax = 405KV, α 2 = 0.10 ；
[0037](3)獲取關于曝光量mAs的曝光參數表，mAs是射線源電流mA與探測器曝光時間s的乘積,獲取方法分為一般應用和特殊應用兩種:1)對于一般應用,在[VniiwVniax]范圍內取等差排列的電壓V，并在[Gmin，Gmax]范圍內取等差排列的輸出g，對每一個V，獲取每一個g下的mAs，得到曝光參數表T ;2)對于特殊應用，主要是進一步抑制采用較高電壓掃描時的射束硬化偽影，將[Vmin，Vmax]分為低電壓范圍[Vmin，Vd)和高電壓范圍[Vd，Vmax]，Vd = 200KV，獲取[Vmin，Vd)范圍內曝光參數表T1的方法與一般應用相同，獲取[Vd，Vmax]范圍內的曝光參數表T2之前需先在射線源出口前附加0.5mm厚的銅鎢合金過濾板，然后再按與一般應用相同的方法進行；
[0038](4)構造曝光參數模型為g = mAs.(av2+bv+c),其中a、b、c為系數,在一般應用下用該模型擬合T得GM，在特殊應用下用該模型分別擬合1\、T2得GM1、Gm2，所得結果即為該DR/CT成像系統的曝光參數模型。
[0039]對一鋁質零件，應用本發明方法根據所得曝光參數模型快速獲取曝光參數，執行以下步驟:
[0040](I)對于DR成像，將零件感興趣方位放置于射線源射線照射方向；對于錐束CT成像，將零件的最大厚度放置于射線源射線照射方向，以保證所有投影角度的穿透性；
[0041](2)根據穿透性原則，設置零件投影區域的最小輸出值gmin = 200，gmin > Gfflin ；
[0042](3)該錐束CT系統的射線源焦點固定為2.5mm,為達到最高信噪比，設置gmax =
Gmax [0043](4)選擇錐束CT成像系統的曝光參數模型Gm ；
[0044](5)對于Gm，在[Vmin，VfflaJ中按折半查找法獲取優化的曝光參數，即V及相應的mAs,方法為:設Vm為查找區間[VL, Ve]的中值，對于第1次查找，分別將\、VM、Ve及gmax代入Gm,計算得到相應的mAsp mAsM、mAsE,以這3組曝光參數進行曝光，得到各自零件投影區域的最小輸出值gygM、gK，其余查找時，若當前區間的Vk-' ( S，則取該區間的Vm及其mAsM為優化的曝光參數，否則取該區間的Vm及其mAsM曝光得到gM。若(l_k) gmin≥故(或gM，或gE) ( (1+k) gmin，則其對應的V和mAs即為優化的曝光參數；否則，若gL < gmin < gM則在(VL, Vm)中繼續折半查找，若gM < gmin < gE則在(VM，Ve)中繼續折半查找；否則，該零件超出該錐束CT成像系統的優化曝光參數范圍。區間閾值S = 10，偏差系數k = 0.10。最終獲取的優化曝光參數為V = 167.25KV，mAs = 0.29。
[0045]按照本發明方法，錐束CT成像系統的曝光參數模型一經建立，只要該錐束CT成像系統的硬件性能和環境條件不發生改變，則基于該模型的分析和計算就一直有效，因此其建立所花費的工作量基本可以忽略不計。對于曝光參數，不同經驗水平的人獲取的結果及所耗費的時間(平均約6分鐘)往往有較大差異，而本發明方法在建立曝光參數模型后就可以自動獲取唯一優化的曝光參數，時間一般在I分鐘以內，并使錐束CT圖像的信噪比和對比度達到最優，克服了現有技術獲取曝光參數需要很多人工交互和相關專業技術經驗的問題，從而相對延長錐束CT成像系統的使用壽命。
【權利要求】
1.一種DR及CT成像的曝光參數快速確定方法，其特征在于包括下述步驟:(1)設DR/CT成像系統中探測器暗場校正后可輸出的最小均值為Gmin,最大均值為Gmax,計算探測器頭際可用的女全輸出徂圍[Gmin, GmaJ，Gmin = Gmin+ a j，Gmax = Gmax- α1; Ct1 =β I (Gmax-Gmin)，β i 取 0.02 ~0.10 ;(2)設DR/CT成像系統中射線源可輸出的最低電壓為VMIN，最高電壓為VMX，計算射線源實際可用的安全電壓范圍[Vmin，VmaJ，Vmin = (1+α2) VMIN, Vfflax= (1-Q2)Vmax, α 2 取 0.05 ~0.20 ；(3)曝光量mAs是射線源電流mA與探測器曝光時間s的乘積，在[Vmin，Vmax]范圍內取等差排列的電壓V，并在[Gmin，Gmax]范圍內取等差排列的輸出g，對每一個V，獲取每一個g下的mAs，得到曝光參數表T ;或者將[Vmin，Vmax]分為低電壓范圍[Vmin，Vd)和高電壓范圍[Vd，Vmax],獲取[Vmin，Vd)范圍內曝光參數表T1的方法如上所述，獲取[Vd，Vmax]范圍內的曝光參數表T2之前需先在射線源出口前附加過濾板；(4)構造曝光參數模型g= mAs.(av2+bv+c),其中a、b、c為系數,該模型擬合T得Gm,或分別擬合1\、T2得GM1、GM2，所得結果即為該DR/CT成像系統的曝光參數模型；(5)對于DR成像，將零件感興趣方位放置于射線源射線照射方向；對于CT成像，將零件的最大厚度放置于射線源射線照射方向；(6)根據穿透性原則設置零件投影區域的最小輸出值gmin，gmin> Gfflin ；(7)對于變焦點尺寸射線源，設置空氣投影區域的最大輸出值gmax=Ilgfflin, η取5~10 ;對于其它情況，設置gmax = Gfflax ；(8)選擇DR/CT成像系統的曝光參數模型Gm，或Gmi和Gm2；(9)對于Gm，在[Vmin，VmaJ中按折半查找法獲取優化的曝光參數，即V及相應的mAs，方法為:設Vm為查找區間[VL, Ve]的中值，對于第1次查找，分別將VL、VM、VK及gmax代入Gm,計算得到相應的mA\、mASM、mASK，以這3組曝光參數進行曝光，得到各自零件投影區域的最小輸出值gL、gM、gK，其余查找時，若當前區間的％1≤S，則取該區間的Vm及其mAsM為優化的曝光參數，否則取該區間的Vm及其mAsM曝光得到gM ;若(1-k) gmin ( gL、gM或gK≤(1+k)gmin，則其對應的V和mAs即為優化的曝光參數；否則，若gL < gmin < gM則在(Vu Vm)中繼續折半查找，若gM < gmin < gE則在(VM，Ve)中繼續折半查找；否則，該零件超出該DR/CT成像系統的優化曝光參數范圍；區間閾值S取10~20，偏差系數k取0.05~0.15 ;對于Gmi和Gm2，在第1次查找時需以Vd替代VM，并以V的大小確定用Gmi或Gm2計算得到相應的mAs，其余操作方法與Gm相同。
【文檔編號】G01N23/04GK103512905SQ201310131574
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年4月16日 優先權日:2013年4月16日
【發明者】黃魁東, 張定華, 張華
申請人:西北工業大學