[发明专利]一种锥束CT射束硬化曲线侦测及投影加权校正方法

说明书

本发明公开了一种锥束CT射束硬化曲线侦测及投影加权校正方法，利用射线采样矩阵信息先验知识和预先重建的切片图像，以射线与二值化图像进行求取交线长度，侦测得到射束硬化曲线。通过对拟合函数进行投影加权修正，实现多能投影的硬化校正，改善因多能投影重建引起的杯状伪影，提高图像质量。本发明提供的锥束CT射束硬化曲线侦测及投影加权校正方法，适用于任意复杂度的被测物体的硬化曲线侦测及杯状伪影校正，方法的可靠性、稳定性、抗噪性好，可在很大程度上减少锥束CT硬化投影杯状伪影对图像的干扰与影响，明显改善锥束CT图像质量。

技术领域

本发明属于锥束CT应用相关的医学成像和工业无损检测领域，涉及一种锥束CT射束硬化曲线侦测及投影加权校正方法。

背景技术

锥束CT(Cone Beam Computed Tomography,CBCT)作为一种先进的医学成像和工业无损检测技术，在不破坏物体情况下，以二维或三维断层图像的形式清晰、准确、直观地展现被检测物体的内部结构，定量地提供物体内部缺陷位置和尺寸。

实际工业射线检测中使用的射线不是单色射线，而是宽束、连续谱的多色射线。且工业 CT扫描能量较高，由于不同能量射线衰减程度不同，射线穿越物体后能谱发生变化。射束硬化伪影是影响重建图像质量的重要因素。在多色X射线谱中，低能光子更容易被吸收，随着射线穿透深度的增加，高能光子所占比例增加，射线平均能量升高，重建时依然以单能等效能量进行计算，导致重建图像出现杯状伪影，各点灰度值同实际物体的吸收系数之间出现偏差，降低了图像质量。

目前，X射线的射束硬化校正方法主要分为单能法和双能法。多项式拟合法是一种单能射束硬化校正方法，虽然实现起来简单，但灵活性差。Zou X等人在Journal ofMedical Imaging Health Informatics(2016,6(7):1701-1707)的文章“TV-BasedCorrection for Beam Hardening in Computed Tomography”中提到的后处理法是基于重建-滤波-投影的迭代重建校正方法。一般先用前投影法校正，然后对重建出的切片进行门限值滤波，然后再进行投影、重建。该方法对各部分的材料吸收系数差别较大的物体有一定的效果，但实施起来复杂、费时。Abbema J等人在Physica Medica(2012,28(1):25-32)的文章“Feasibility and accuracy of tissue characterization with dual sourcecomputed tomography”中提出的双能量法是理论上消除射束硬化的最佳方法，它是对引起射束硬化现象的原因进行建模，实现物体位置函数和能量函数的分离，但该方法需要知道X射线的能谱分布。

上述不同方法虽然取得了一定的射束硬化伪影抑制效果，但对于锥束CT医学成像要求和工业无损检测需求，已有方法的通用性较差，实际应用中往往受到诸多限制。

发明内容

针对多能X射线衰减系数随着射线穿越路径的变长而减小，出现投影灰度随射线路径长度的非线性变化，重建时产生的杯状伪影问题，本发明提供一种锥束CT射束硬化曲线侦测及投影加权校正方法。利用射线采样矩阵信息先验知识和预先重建的切片图像，以射线与二值化图像进行求取交线长度，侦测得到射束硬化曲线。通过对拟合函数进行投影加权修正，实现多能投影的硬化校正，改善因多能投影重建引起的杯状伪影，提高图像质量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

(1)设置投影采样几何参数；

(2)对多色投影P_p进行预重建，获取中心切片图像S对应的二值化图像B；

(3)获取射线与二值化图像的交线长度，拟合得到侦测硬化曲线；

(4)对侦测硬化曲线进行投影加权及修正；

(5)以修正后的函数模型对多能射线进行校正，三维重建获取切片。