[发明专利]一种锥束CT系统点扩展函数的测量与建模方法

说明书

技术领域

本发明属于CT成像领域，涉及一种基于多孔成像的锥束CT系统点扩展函数的测量与建模方法。

背景技术

锥束CT（Cone-Beam Computed Tomography，CBCT）利用锥形束射线源和平板探测器采集被测物体的投影图像，并重建出连续的序列切片图像，具有扫描速度快、切片内和切片间的空间分辨率相同、精度高等特点，在无损检测与逆向工程等领域已显示出广阔的应用前景。

在实际锥束CT扫描时，所获得的投影图像并非理想状态的投影图像，而是退化后的图像，主要表现为图像细节模糊，点扩展函数便是这种模糊的一种表征。点扩展函数不仅是光学成像系统的重要指标之一，同时也是进行图像恢复的基础。获取到系统的点扩展函数，就获取到了系统的退化模型。因此，如何对系统的点扩展函数进行准确的测量就显得尤为重要。

近年来许多学者针对点扩展函数的测量做了大量的工作形成了几种比较经典的测量方法。马卫红在其博士学位论文《基于图像分析的光学传递函数测量技术研究》中使用了正弦目标法，该方法原理简单并且精度较高，但正弦目标物的制作比较困难，且由于X射线很强的穿透力对材料有很特殊的要求，进一步限制了该方法在射线数字成像系统中的应用。鉴于正弦目标物制作难的问题，人们提出了矩形光栅法，周俸才，管永红在《光子学报》（2001,30(2):218-224）的文章“闪光X射线照相系统调制传递函数测量”中利用该方法对闪光X射线照相系统的调制传递函数进行了测试，该方法使目标物的制备得以简化，并且计算并不复杂，但是为了取得高频部分的调制传递函数，需要在光栅上制作精细的狭缝，使测试成本大大增加。H.Fujita,D.Y.Tsai,T.Itoh,K.Doi,J.Morishita,K.Ueda,and A.Ohtsuka在《IEEE Transactions on Medical Imaging》（1992，11：34-39)的文章“A simple method for determining the modulation transfer function in digital radiography”中提出一种利用一个与扫描方向的垂直方向有一微小夹角的狭缝，快速获取系统的线扩展函数，该方法沿狭缝方向的多行叠加降低了噪声的干扰，试样制备简单，测量精度较高，但如果狭缝的放置位置不能和平板探测器的像素阵列很好的平行，多行叠加时就会产生误差，所以需要特别的修正算法，这增加了计算的难度。江孝国，王婉丽，王伟，祁双喜，吴廷烈在《强激光与粒子束》（2004，16(6)：693-696）的文章“台阶法测量辐射成像系统扩展函数的误差分析”中使用台阶测量法进行点扩展函数的测量，该方法实验操作简单，台阶试件制备简单，但是其对噪声非常敏感，必须加入有效的平滑处理。宋顾周，朱宏权，韩长材，马继明，张占宏，李宏云，杨海亮在《强激光与粒子束》（2011，23(2)：531-535）的文章“杆箍缩二极管X射线焦斑的成像法测量”中使用了针孔测量法，该方法直接利用观测图像进行三维拟合确定点扩展函数。根据点扩展函数的定义，针孔测量法中的针孔应该趋于无限小，其测量结果才是准确的，但实际中不可能加工出无限小的针孔，而且想获取一个光脉冲需要一个无限小的理想点光源，这是不可能实现的。因此，针孔测量法所得的点扩展函数是一个近似值，而且针孔的大小和制造精度也会对结果产生较大影响。

发明内容

为了克服现有技术应用针孔测量法测量锥束CT系统点扩展函数时存在的准确性较低、未考虑焦点尺寸影响的问题，以及无法建立锥束CT系统点扩展函数模型的问题，本发明提供一种基于多孔成像的锥束CT系统点扩展函数测量与建模方法，以达到快速准确测量锥束CT系统点扩展函数并建立其模型的目的。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括两个部分：首先进行锥束CT系统点扩展函数测量，然后进行锥束CT系统点扩展函数建模。

锥束CT系统点扩展函数测量方法包括以下步骤：

（1）定制一块能完全阻止射线透射且大于平板探测器成像窗口的射束阻止平板，并沿其厚度方向制备若干具有不同直径的针孔，针孔直径覆盖所用锥束CT系统平板探测器像素尺寸到射线源最大焦点尺寸之间的范围，针孔间距大于相邻针孔直径的5倍；

（2）保持锥束CT扫描参数不变，采用基于图像恢复的针孔成像点扩展函数测量方法，分别获取各个针孔直径下的三维高斯型点扩展函数；

（3）对所得的三维高斯型点扩展函数，以针孔直径φ为横坐标，分别拟合峰值a与标准差δ，得到φ-a和φ-δ的关系式；