[发明专利]基于卷积核的锥束CT散射伪影校正方法

说明书

本发明涉及一种锥束CT散射伪影校正方法，特别是一种基于卷积核的锥束CT散射伪影校正方法，包括：对被测物进行CT扫描，得到投影数据；估算X射线的初始的光子数N0；利用初始光子数N0计算探测器上的光子数分布；计算X射线散射分布；从原始投影数据中扣除散射分布。本技术方案提出了一种新的卷积核，其中最关键的部分是散射核函数的求解，针对同材质均匀物体，分析X射线与物质相互作用的每个过程，并用数学公式加以描述，从而求得整个平面的散射分布。

技术领域

本发明涉及一种锥束CT散射伪影校正方法，特别是一种基于卷积核的锥束CT散射伪影校正方法。

背景技术

锥束CT从出现以来就凭借着其精度高、成像速度快、剂量小等优势被广泛的应用于临床医学和工业无损检测中。但是受其大视野和使用大面积探测器的影响，散射问题已经成为了影响CBCT成像质量的主要原因，受到了越来越多的关注。为了解决CBCT系统中的散射引起的图像质量下降的问题，学者们提出了许多方法。根据方法中使用手段的不同，主要可以分为三类方法：硬件校正法、软件校正法、软硬件混合校正法。其中硬件校正法是在CT系统中添加额外的硬件，通过减少X射线来达到减少散射的目的，例如准直器、抗散射光栅等。这些方法对于散射的削弱均有一定的效果，但是存在散射校正不完全、与CBCT空间结构不相适应等问题。

软件法是在获得全部的投影数据后，利用数字图像处理算法估计散射光子的分布，并在投影数据中将其去除。常见的有卷积法、反卷积法和蒙特卡洛模拟法等。软件法不需要添加额外的硬件，实现简单，但是校正精度与卷积核的选取有很大关系。Shaw等人1987年提出卷积法，通过将投影数据与核函数卷积、加权后得到散射估值，再从投影数据中将其减去实现散射校正。现在核函数主流的求解方法是通过蒙特卡洛模拟笔形束穿过不同厚度的体膜，每个笔形束都用点扩展函数来表征，散射分布就是每个点扩展函数的累积响应。谢世鹏、M SUN、Esther Meyer、Nanmina Bhatia等人从2010年到2016年均有相关的文章。

混合法是硬件法与软件法的结合，在向CT系统中添加一些特制的硬件如BSA、调制板等后经过一定的处理达到散射校正的目的。混合法效果一般较好，但是需要特制的硬件和扫描次数。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种基于卷积核的锥束CT散射伪影校正方法，提出了一种新的卷积核，其中最关键的部分是散射核函数的求解，针对同材质均匀物体，分析X射线与物质相互作用的每个过程，并用数学公式加以描述，从而求得整个平面的散射分布。

为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种基于卷积核的锥束CT散射伪影校正方法，包括：

对被测物进行CT扫描，得到投影数据；

估算X射线的初始的光子数N₀；

利用初始光子数N₀计算探测器上的光子数分布；

计算X射线散射分布；

从原始投影数据中扣除散射分布。

进一步地，估算X射线的初始的光子数N₀，包括：

利用对被测物体进行CT扫描时的电压、电流和X射线能谱估算X射线的初始的光子数N₀。

进一步地，利用初始光子数N₀计算探测器上的光子数分布，包括：

计算被测物体的入射点到散射点的光子衰减；

计算经过散射点后光子散射角的概率分布；

计算从散射点到探测器的光子衰减。

进一步地，计算被测物体的入射点到散射点的光子衰减，包括：