[发明专利]基于X射线成像系统探测器特性的调制传递函数测量方法

说明书

所属技术领域

本发明属于生物医学工程及计算机领域，涉及一种数字X射线成像系统的调制传递函数精确测量新方法。

背景技术

调制传递函数（Modulation Transfer Function，MTF）是调制度的传递函数，是对线性影像系统空间频率传输特性的定量描述，是影像评价方法中的重要进展。此前普遍使用定性描述指标，例如影像密度、对比度、清晰度、分辨率及失真度等来评价成像系统的影像质量，但其结果受个人主观因素影响大。近年来随数字化X射线成像技术迅速发展，MTF作为客观指标已成为放射成像工作者和研究者所关注的重要影像评价手段。同时，MTF也是获得成像系统探测量子效率的必须参数。

要定量地评价数字X射线成像系统的固有成像质量，只需计算不受个人主观因素影响的系统固有预采样MTF。实际中系统MTF常由以下三种扩散函数来计算：点扩散函数、线扩散函数和边缘响应函数，它们分别描述经成像系统后点、线和边缘弥散程度，能够间接地反映系统成像能力。

目前测量MTF的方法中，线对卡方法可以获得高精度的MTF值，但是线对卡方法只能提供有限几个整数空间频率位置的MTF值，无法实现系统传递函数的全面评估。为了获取成像系统空间频率范围下的MTF变化曲线，一般常用的测量方法包括狭缝法和刀口法，狭缝法(Slit Camera)和刀口法(Edge)已被国际放射学会公认为是获得MTF的较好方法，日本将狭缝法定义成测量MTF的标准方法，刀口法也已被国际电气技术委员会(IEC)指定为测量系统MTF的标准方法。将通过狭缝法和刀口法所获得的同一系统下不同MTF曲线进行比较时，可知前者在高频域有较高信噪比，而后者在低频域有较高信噪比。通过狭缝法获得的系统MTF精确，且操作简便、方法成熟。但因其加工难度高（狭缝宽度小于等于10微米，误差在1微米内），导致在实际应用中此法较难被推广。由于刀口法测量仪器自加工相对容易，在科研实验和常规检测中使用较为广泛。

采用刀口法可以获得金属模块刀口的边缘扩散函数(Edge Spread Function，ESF)，它反映了经成像系统后边缘弥散程度，ESF的导数为线扩展函数(Line Spread Function，LSF)，再经过傅立叶变换即可获得系统MTF，目前大部分关于MTF的研究都是基于刀口法技术展开的。

为了获得高分辨率的MTF曲线，目前一般采用改进的MTF刀口测量方法，即将刀口方向与图像采样方向成一定角度，以此获得过采样的边缘响应函数ESF，而后通过傅里叶变换得到高分辨MTF曲线。由于LSF曲线的获取是通过对ESF求导实现的，ESF曲线中的噪声被求导过程放大，阻碍了LSF曲线的准确提取。为了克服这个困难，目前已有学者期望通过对ESF曲线高斯平滑、多阶分段曲线拟合、单调性曲线拟合等方法来提高LSF曲线提取的准确性。但到目前为止，由于上述方法没有充分利用探测器本身性质的先验知识，在MTF评估精度和鲁棒性方面仍存在较大的缺欠。

因此，探索一种有效的MTF刀口测量方法，充分利用探测器本身的先验知识，提高刀口法MTF测量精度，准确实现数字X射线成像系统的调制传递函数特性评估，已经成为成像系统性能评估的研究重点，这对于成像系统的发展应用具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的主旨是克服现有技术的上述不足，提供一种数字X射线成像系统的调制传递函数测量新方法，以此解决数字放射成像系统性能评估中的基本问题：实现数字X射线成像系统的调制传递函数的准确测量，为进一步全面评估放射成像系统性能提供有力条件。本发明的技术方案如下：

一种基于X射线成像系统探测器特性的调制传递函数测量方法，包括下列步骤：

①设置数字放射成像系统的曝光参数，放置刀口测试仪器紧贴探测器，并使刀口与探测器采样方向有一倾斜角度，连续采集多幅图像；

②对多幅刀口图像叠加平均，降低系统噪声，而后对平均后的刀口图像进行刀口边界检测，并且利用直线拟合获得刀口边界直线；

③对刀口边界直线图进行Hough变换，获得刀口倾斜角度α，而后依据公式N＝round(1/tanα)得到该倾角对应的插值数N，构建过采样ESF曲线，round符号代表取整函数；

④采用C样条曲线作为回归样条曲线f对ESF曲线进行分段最小二乘拟合，同时满足约束条件，即拟合时保证ESF曲线左半部分为单调非减凹函数，右半部分为单调非减凸函数；

⑤对经过最小二乘拟合的ESF曲线进行差分运算得到线扩散函数LSF(x)；