[发明专利]一种锥束CT系统点扩展函数的测量与建模方法

摘要

本发明提供了一种锥束CT系统点扩展函数的测量与建模方法，在锥束CT系统点扩展函数测量方法中考虑了射线源焦点和平板探测器性能对针孔测量法测量点扩展函数的影响，并通过切片图像质量评价获取优化的点扩展函数，具有更好的准确性，且便于实施，可有效提高锥束CT系统的成像质量。另外，本发明通过锥束CT系统点扩展函数建模方法，建立了锥束CT系统点扩展函数的一般模型，根据该模型可直接计算出任意扫描条件下的点扩展函数，即在锥束CT的后续使用中无需额外测量就可以直接得到点扩展函数用于投影图像恢复，极大地提高了锥束CT应用的便捷性。

主权项

1.一种锥束CT系统点扩展函数的测量与建模方法，其特征在于：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；（4）根据φ-a和φ-δ关系式，取若干等差排列的针孔直径，计算出各个针孔直径下的a和δ构成三维高斯型点扩展函数；（5）对采用第（2）步扫描参数进行锥束CT扫描的一组测试物体投影图像，分别用上步计算所得的点扩展函数对投影图像进行恢复，并由恢复后的投影图像重建出切片图像；（6）采用对比度噪声比R_CN作为评价切片图像边缘质量的指标，拟合出φ-R_CN的关系式；（7）根据φ-R_CN关系式计算R_CN取最大值时的φ值，代入φ-a和φ-δ关系式计算得到一个三维高斯型点扩展函数，即为该锥束CT系统所用扫描参数下的较优点扩展函数；在所述步骤（2）中，采用基于图像恢复的针孔成像点扩展函数测量方法包括以下步骤：1)将射束阻止平板贴近平板探测器成像窗口，且使当前所测的针孔位于射线源发出的中心射束上；2)在所用锥束CT扫描参数下，采集若干幅投影图像，并按对应像素叠加平均成一幅投影图像，设当前所测针孔在投影图像中所成的像为投影图像的行为X，列为Y；3)确定的中心坐标(x_C,y_C)：以中的最大灰度值点为中点，沿行方向取对称的若干个连续点进行二维高斯拟合，拟合曲线的最高点坐标为x_C，同理可得y_C；4)计算的理想图像p(x,y)：p(x,y)的大小形状为针孔横截面，p(x,y)的像素灰度根据计算，其中，M为的像素灰度和，S为针孔横截面积，s(x_i,y_j)为像素(x_i,y_j)被p(x,y)所覆盖的面积；5)根据采用图像恢复算法计算得到离散的点扩展函数PSF(x,y)；6)对PSF(x,y)进行三维高斯拟合，得到三维高斯型点扩展函数。锥束CT系统点扩展函数建模包括以下步骤：（a）在射束阻止平板上制备出直径为锥束CT系统点扩展函数测量第（7）步所确定的φ值的针孔；（b）设计针对锥束CT扫描电压和投影图像灰度的点扩展函数交叉实验：在所用锥束CT的电压范围内选取若干等差排列的扫描电压；在所用锥束CT平板探测器的输出灰度范围内选取若干等差排列的投影图像灰度；针对每个扫描电压，获取每个投影图像灰度所需的扫描电流，获取时采用空气扫描，即无测试物体和射束阻止平板；（c）按照锥束CT系统点扩展函数测量的第（2）步，获取每组扫描电压和扫描电流下的三维高斯型点扩展函数；（d）对所得的三维高斯型点扩展函数，将扫描电压和投影图像灰度分别与峰值a和标准差δ建立三维坐标系，分别拟合出a、δ与扫描电压和投影图像灰度的关系式，这两个关系式即构成了该锥束CT系统三维高斯型点扩展函数的一般模型。