CN1296011C - 一种ct机射束硬化的校正方法 - Google Patents

Abstract

一种CT机射束硬化校正方法，包含以下步骤：扫描规则形状的几何模体，获得CT生数据；将扫描物质之外的其他过滤物质作为黑箱处理；对于不同通道，采用自适应方法计算适合此通道的光谱函数；对于不同通道计算即将到达被检测物体时的光谱函数和黑箱过滤物质长度，并用此数据进行校正；应用本发明进行硬化校正后的数据重建图像中硬化伪影得到明显的抑制。

Description

一种CT机射束硬化的校正方法

技术领域

本发明属于CT技术领域。

背景技术

CT球管发出X射线，放置于球管对面的检测器接收X射线，同时测量从球管到检测器之间X射线的衰减值，根据不同View角度下测量得到的被检测物体的衰减值，配合重建算法，计算得到物质的分布，从而实现由投影重建图像。

从投影重建图像理论假设球管发射的X射线是单色光，这种假设在实际系统中得不到满足。实际系统的X射线是多色光，因此基于单色光假设条件下建立的重建算法，重建得到的图像会产生大量的黑心伪影。这种黑心伪影通常成为硬化伪影，消减这种伪影的算法，称为硬化校正算法。

硬化校正一直是国际热门的研究课题，校正算法根据处理方式划分为前处理和后处理两种。后处理方式由于存在图像信息损失，计算耗时等缺点，虽然国际许多文献中涌现出大量后处理方法，但是能够真正转化为可以应用到实际产品中的校正算法还应该考虑前处理校正算法。

前处理算法通常做法是通过扫描一些特殊模体，根据已有的理论计算公式，利用光谱函数，计算硬化曲线，然后利用此曲线对生数据进行调整，完成硬化校正。此处理过程中，光谱函数的选择对硬化效果起到举足轻重的作用。算法通常默认下述两条假设：(1)理想系统中检测器检测到的衰减值应该等于被检测物体的衰减值；(2)理想系统中在光平面内球管发出的射线束对不同通道而言是呈均匀分布。

对于第一条假设，理想系统中检测器检测到的衰减值应该等于被检测物体的衰减值。实际系统中，球管发出的X射线到达检测器之前除被检测物体外，还经过许多未知的过滤物质，这些过滤物质导致射线光谱发生变化。利用球管公司直接提供的光谱函数进行硬化校正，校正得不到理想结果。

对于第二条假设，理想系统中在光平面内球管发出的射线束对不同通道而言是呈均匀分布。以往的校正算法默认此假设条件，因此在校正过程中对不同的通道采用一致的校正参数(如光谱函数)。实际系统中球管发出的射线不一定满足均匀分布，且球管放出的射线束对于不同通道，到达被检测物体之前经过的衰减物质也不同的，对不同的通道利用同样的硬化校正算法会产生伪影。

光谱函数是球管的一个特性，不同的球管对应的光谱不同，不同的扫描参数对应的光谱也不同，且球管发出的射线经过一系列滤过到达被检测物质时光谱已经发生了改变，针对不同的球管，针对不同通道光谱函数也不同，因此应该调整使之满足实际情况。

图1描述了球管到检测器经过的过滤物质，从图中看出球管生产厂家提供的光谱函数当经过一系列过滤物质之后，光谱函数一定发生改变。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种CT机射束硬化的校正方法。

本发明方法通过扫描规则形状的几何物体，计算获得光谱函数和过滤物质，利用计算得到的硬化曲线进行硬化校正。

方法首先扫描模体，根据扫描的模体计算光谱。

本发明方法包括以下步骤：

(1)扫描规则形状的几何模体，获得CT生数据，所述CT生数据为CT扫描得到的未经过处理的数据；

(2)将扫描物质之外的其他过滤物质作为黑箱处理；

(3)对于不同通道，采用迭代方法计算适合此通道的光谱函数；

(4)对于不同通道计算即将到达被检测物体时的光谱函数和黑箱过滤物质长度；

(5)计算出即将到达被检测物体时的光谱函数和过滤物质长度，并用此数据进行校正。

其具体操作步骤是：

(1)将规则几何形状的模体1放置于CT系统扫描区域中；

(2)扫描模体1得到扫描数据1，选择切片厚度，根据切片厚度任选扫描模式；

(3)从扫描区域中将模体1退出换上模体2，同时将模体2放置于系统扫描区域中；

(4)扫描模体2得到扫描数据2，选择与扫描模体1相同的扫描模式；

(5)从光谱函数库中，任选一个光谱函数作为初始值；

(6)根据扫描数据1和扫描数据2，以及选定的光谱函数，针对每一个通道计算过滤物质的长度1和长度2；

(7)根据两次计算的过滤物质长度1和长度2之差，调整光谱函数，如果大模体计算的过滤物质比小模体计算得到的过滤物质长度长，则将光谱调大，反之调小；

(8)如果长度之差能够达到阈值标准进行步骤(9)，否则返回步骤(6)：

(9)将计算得到的光谱函数和不同通道对应的不同的过滤物质长度，根据公式1计算硬化曲线；

(10)利用此硬化曲线消减硬化现象。

本发明的基本原理是：

计算光谱函数时需要考虑过滤物质的影响，如果将所有的过滤物质分别计算难度大，而且几乎不可能实现，因此考虑简化过滤物质，将所有的过滤物质当作一个黑箱，同时计算到达被检测物质之前的光谱函数。逻辑图如图2下所示。

将下述公式(1)离散，根据检测器扫描得到的生数据和模体的理论值，可以计算得到光谱函数和过滤物质。

$\mathrm{Raw}(n,w)=\frac{\∫\mathrm{Spectrum}(n,e){\exp }^{{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{Phantom}}\left(e\right){\mathrm{Len}}_{\mathrm{Phantom}}(n,w)}{\exp }^{{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{Filter}}\left(e\right){\mathrm{Len}}_{\mathrm{Filter}}(n,w)}\mathrm{de}}{\∫\mathrm{Spectrum}(n,e){\exp }^{{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{Filter}}\left(e\right)L{\mathrm{en}}_{\mathrm{Filter}}(n,w)}\mathrm{de}}---\left(1\right)$

其中

Raw(n，w)表示第n个通道，第w个模体扫描得到的生数据。Spectrum(n，e)表示第n个通道的光谱函数。μ_Phantom(e)表示模体的衰减系数。Len_Phantom(n，w)表示第n个通道，经过的第w个模体射线的距离。μ_Filter(e)表示过滤物质的衰减系数。LenF_ilter(n，w)表示第n个通道，经过的过滤物质的距离。

对某一个特定通道，光谱函数Spectrum(n，e)与过滤物质Filter的长度Len_{Filter(n，w)}的是CT系统的特性，应该与被检测物质无关。然而通过公式(1)计算得到的光谱函数和过滤物质与模体长度Len_Phantom(n，w)有关。为了得到与模体无关的光谱函数。我们测量一大一小两个模体。

测量两个模体，可以计算得到两套Len_{Filter(n，w)}，研究发现Len_{Filter(n，w1)}-Len_{Filter(n，w2)}与光谱函数Spectrum(n，e)之间成反比关系。

利用此单调性关系，我们可以调整光谱同时计算得到光谱函数Spectrum(n，e)和过滤物质Len_{Filter(n，w)}。

得到了每个通道的光谱函数Spectrum(n，e)和过滤物质Len_{Filter(n，w)}，根据公式(1)计算得到不同衰减物质的硬化校正曲线，利用此硬化曲线进行硬化校正。

本发明方法通过黑箱处理，计算出即将到达被检测物体时的光谱函数和过滤物质长度．用此数据进行硬化校正，进行硬化校正后的数据重建图像中硬化伪影得到了明显的抑制。

附图说明

图1为球管与检测器之间过滤物质逻辑图；

图2为球管到检测器之间过滤物质简化后的逻辑图；

图3为本发明硬化校正方法流程图；

图4为应用本发明方法校正前后图像对比。

具体实施方式

应用本发明方法消减硬化伪影，如图3所示，执行以下步骤：

(1)、将规则几何形状的模体1放置于CT系统扫描区域中；

(2)、扫描模体1得到扫描数据1，选择切片厚度，根据切片厚度任选扫描模式；

(3)、从扫描区域中将模体1退出换上模体2，同时将模体2放置于系统扫描区域中；

(4)、扫描模体2得到扫描数据2，选择与扫描模体1相同的扫描模式；

(5)、从光谱函数库中，任选一个光谱函数作为初始值；

(6)、根据扫描数据1和扫描数据2，以及选定的光谱函数，针对每一个通道计算过滤物质的长度1和长度2；

(7)、据两次计算的过滤物质长度1和长度2之差，调整光谱函数，如果大模体计算的过滤物质比小模体计算得到的过滤物质长度长，则将光谱调大，反之调小；

(8)、如果长度之差能够达到阈值标准.进行步骤(9)，否则返回步骤(6)；

(9)、将计算得到的光谱函数和不同通道对应的不同的过滤物质长度，根据公式1计算硬化曲线；

(10)、利用此硬化曲线消减硬化现象。

Claims (2)

1、一种CT机射束硬化校正方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)扫描规则形状的几何模体，获得CT生数据；

(2)将扫描物质之外的其他过滤物质作为黑箱处理；

(3)对于不同通道，计算适合此通道的光谱函数；

(4)对于不同通道计算即将到达被检测物体时的光谱函数和黑箱过滤物质长度；

(5)计算出即将到达被检测物体时的光谱函数和过滤物质长度，并用此数据进行校正。

2、如权利要求1所述的CT机射束硬化校正方法，其特征在于使用该方法的具体操作步骤是：

(1)将规则几何形状的模体1放置于CT系统扫描区域中；

(2)扫描模体1得到扫描数据1，选择切片厚度，根据切片厚度任选扫描模式；

(3)从扫描区域中将模体1退出换上模体2，同时将模体2放置于系统扫描区域中；

(4)扫描模体2得到扫描数据2，选择与扫描模体1相同的扫描模式；

(5)从光谱函数库中，任选一个光谱函数作为初始值；

(6)根据扫描数据1和扫描数据2，以及选定的光谱函数，针对每一个通道计算过滤物质的长度1和长度2；

(7)据两次计算的过滤物质长度1和长度2之差，调整光谱函数，如果大模体计算的过滤物质比小模体计算得到的过滤物质长度长，则将光谱调大，反之调小；

(8)如果长度之差能够达到阈值标准进行步骤(9)，否则返回步骤(6)；

(9)将计算得到的光谱函数和不同通道对应的不同的过滤物质长度，根据公式1计算硬化曲线；

(10)利用此硬化曲线消减硬化现象。

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