CN103405241B - 一种射线成像的探测器余辉校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种射线成像的探测器余辉校正方法，首先根据检测对象，选定扫描所需的射线源电压及电流、探测器工作模式及采集速度，获取射线成像***当前扫描参数下探测器的余辉衰减模型，然后进行正式扫描，获取检测对象的一组投影图像，最后根据所得余辉衰减模型进行快速余辉校正计算。本发明无需知道探测器材料各种衰减成分的时间常数，仅在正式扫描前通过简便的余辉建模扫描即可获取射线成像***当前扫描参数下探测器的余辉衰减模型，非常便于在实际射线成像***中实施，而且该模型具有一定的可重复利用性。另外，基于灰度-余辉对应表的余辉校正大大减少了计算量，不会对正常检测的效率产生明显影响。

Description

一种射线成像的探测器余辉校正方法

技术领域

本发明属于射线成像与检测技术领域，涉及一种探测器射线成像的余辉建模与校正方法。

背景技术

近年来，射线数字成像（Digital Radiography，DR）和计算机断层成像（ComputedTomography，CT）在医学诊断与工业无损检测等领域得到加速发展，成为某些关键零部件不可或缺的检测手段，其中DR成像是CT成像的基础。

DR和CT成像***中的成像部件是探测器，一般分为线阵探测器和面阵探测器两种，其中面阵探测器一般包括平板探测器和图像增强器两类。不管是哪种探测器，只要其基本原理是将射线转换成可见光，再将可见光转换为电信号，则都会在不同程度上存在余辉现象。余辉的直观表现就是当射线照射探测器一定时间然后停止照射，探测器的输出值并不会立刻归零，而是呈现一种逐渐减小的过程。余辉的存在会降低DR和CT的成像质量，主要表现为造成图像伪影并损失成像精度。

不同类型的探测器往往具有不同的制造工艺和成像模式，其余辉的表现通常也存在显著差异。在医学上，对基于平板探测器的放射治疗和CT高速(实时)成像***中余辉的测量方法与特性表现研究较多，总体上平板探测器输出图像的速度越快，余辉对成像质量的影响越大。在余辉的描述和校正方面，多指数建模和递归校正的方法可以有效减少余辉造成的伪影，但计算量较大，在实际中会影响检测效率，另外由于此方法需要提前获取探测器材料各种衰减成分的时间常数，这需要大量先验实验进行测定，而且普通用户难以得到准确的探测器材料组成成分及其配比，造成在一般成像中难以实施。另外，调整探测器的输出模式和数据记录方式也可以达到一定的余辉抑制效果，但会增加额外的机时消耗，而且具体实施方法的通用性也较差。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种射线成像的探测器余辉校正方法，以实现医学及工业DR、CT成像***中探测器存在余辉现象时的校正，提高成像质量。

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)根据检测对象，选定扫描所需的射线源电压及电流、探测器工作模式及采集速度；

(2)获取射线成像***当前扫描参数下探测器的余辉衰减模型，包括以下步骤：

(a)进行余辉建模扫描：探测器连续采集图像的总时间为（T₁+T₂）秒，其中射线源开启时长T₁秒，关闭时长T₂秒，T₂秒内得到一组射线源关闭后的图像G；若射线源为脉冲式则T₁为脉冲照射时长，若射线源为连续式则T₁为可使探测器稳定输出的时长，T₂须使G中的最后一幅图像灰度值达到本底值；

(b)设G₁为G中第1幅图像，查找G₁的灰度最大值像素，以其邻域像素的灰度均值为该时刻的余辉值，并计算出G中其余图像的相同位置像素灰度均值为其对应时刻的余辉值，构成余辉衰减测量数组[图像序号，余辉值]；

(c)采用拟合余辉衰减测量数组，得到余辉衰减模型h(t)，其中N为指数函数的个数，指数函数的个数由拟合效果确定，n表示第几个指数函数，a_n、b_n为拟合参数，t为余辉衰减测量数组中的图像序号；

(3)进行正式扫描，获取检测对象的一组投影图像S；

(4)根据所得余辉衰减模型进行快速余辉校正计算，包括以下步骤：

(a)设探测器的最低有效灰度为D_min，最高有效灰度为D_max，D_i∈[D_min,D_max]，计算每个D_i对下一幅投影图像的余辉值H_i，建立并存储灰度-余辉对应表：首先求解方程h(t)＝D_i，得到灰度为D_i的时刻t(D_i)，然后根据H_i＝h(t(D_i)+1)计算余辉值；

(b)余辉校正计算：对于S中当前需校正的投影图像的像素P，设其灰度值为D_P，根据其前一幅投影图像对应像素的灰度值D_P'在灰度-余辉对应表中查找得到相应的余辉值H_P，则P经余辉校正后的灰度值对于S中的第一幅投影图像，以其自身作为其前一幅投影图像。

某种扫描参数下的余辉衰减模型一经建立，只要射线成像***的硬件性能和环境条件不发生改变，则可将该模型长期应用于采用相同扫描参数的检测对象的余辉校正，此时上述步骤（2）和步骤（4）（a）可以省略。

本发明的有益效果是：本发明提供的方法无需知道探测器材料各种衰减成分的时间常数，仅在正式扫描前通过简便的余辉建模扫描即可获取射线成像***当前扫描参数下探测器的余辉衰减模型，非常便于在实际射线成像***中实施，而且该模型具有一定的可重复利用性。另外，基于灰度-余辉对应表的余辉校正大大减少了计算量，不会对正常检测的效率产生明显影响。

附图说明

图1为本发明的射线成像的探测器余辉校正方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

将本发明方法应用于X射线锥束CT成像***，射线源为YXLON的Y.TU450-D02，平板探测器为Varian的PaxScan2520。

应用本发明方法进行射线成像探测器余辉校正执行以下步骤：

(1)对一铝质零件，选定扫描所需的射线源电压为220KV，电流为0.25mA，探测器工作模式为全分辨率低噪声，采集速度为3幅/秒；

(2)获取射线成像***当前扫描参数下探测器的余辉衰减模型，包括以下步骤：

(a)进行余辉建模扫描：探测器连续采集图像的总时间为（T₁+T₂）秒，其中射线源开启时长T₁＝10秒，关闭时长T₂＝15秒，T₂秒内得到的一组射线源关闭后的图像G；所用射线源为连续式，T₁＝10秒可使探测器稳定输出，T₂＝15秒可使G中的最后一幅图像灰度值达到本底值；

(b)设G₁为G中第1幅图像，查找G₁的灰度最大值像素，以其3×3邻域像素的灰度均值为该时刻的余辉值，并计算出G中其余图像的相同位置像素灰度均值为其对应时刻的余辉值，构成余辉衰减测量数组[图像序号，余辉值]；

(c)采用3个指数函数，即拟合余辉衰减测量数组，得到余辉衰减模型h(t)＝1341e^-2.146t+39.73e^-0.1194t+19.23e^-0.01511t。

(3)进行正式的锥束CT扫描，获取铝质零件的一组共360幅投影图像S；

(4)根据所得余辉衰减模型进行快速余辉校正计算，包括以下步骤：

(a)所用探测器的最低有效灰度为D_min＝50，最高有效灰度为D_max＝2800，D_i∈[D_min,D_max]，计算每个D_i对下一幅投影图像的余辉值H_i,建立并存储灰度-余辉对应表：首先求解方程h(t)＝D_i，得到t(D_i),然后根据H_i＝h(t(D_i)+1)计算余辉值；

(b)余辉校正计算：对于S中当前需校正的投影图像的像素P，设其灰度值为D_P，根据其前一幅投影图像对应像素的灰度值D_P'在灰度-余辉对应表中查找得到相应的余辉值H_P，则P经余辉校正后的灰度值对于S中的第一幅投影图像，以其自身作为其前一幅投影图像。

按照本发明方法，对正式扫描的所有投影图像进行余辉校正后，采用FDK算法进行锥束CT重建，得到铝质零件的切片图像。余辉校正后的铝质零件切片图像轮廓清晰度比校正前提高了10%以上,表明本发明提出的余辉校正方法可以显著提升锥束CT切片图像质量。

Claims (1)

1.一种射线成像的探测器余辉校正方法，其特征在于包括下述步骤：

(1)根据检测对象，选定扫描所需的射线源电压及电流、探测器工作模式及采集速度；

(2)获取射线成像***当前扫描参数下探测器的余辉衰减模型，包括以下步骤：

(a)进行余辉建模扫描：探测器连续采集图像的总时间为（T₁+T₂）秒，其中射线源开启时长T₁秒，关闭时长T₂秒，T₂秒内得到一组射线源关闭后的图像G；若射线源为脉冲式则T₁为脉冲照射时长，若射线源为连续式则T₁为可使探测器稳定输出的时长，T₂须使G中的最后一幅图像灰度值达到本底值；

(b)设G₁为G中第1幅图像，查找G₁的灰度最大值像素，以其邻域像素的灰度均值为该时刻的余辉值，并计算出G中其余图像的相同位置像素灰度均值为其对应时刻的余辉值，构成余辉衰减测量数组[图像序号，余辉值]；

(c)采用拟合余辉衰减测量数组，得到余辉衰减模型h(t)，其中N为指数函数的个数，指数函数的个数由拟合效果确定，n表示第几个指数函数，a_n、b_n为拟合参数，t为余辉衰减测量数组中的图像序号；

(3)进行正式扫描，获取检测对象的一组投影图像S；

(4)根据所得余辉衰减模型进行快速余辉校正计算，包括以下步骤：

(a)设探测器的最低有效灰度为D_min，最高有效灰度为D_max，D_i∈[D_min,D_max]，计算每个D_i对下一幅投影图像的余辉值H_i，建立并存储灰度-余辉对应表：首先求解方程h(t)＝D_i，得到灰度为D_i的时刻t(D_i)，然后根据H_i＝h(t(D_i)+1)计算余辉值；

(b)余辉校正计算：对于S中当前需校正的投影图像的像素P，设其灰度值为D_P，根据其前一幅投影图像对应像素的灰度值D_P'在灰度-余辉对应表中查找得到相应的余辉值H_P，则P经余辉校正后的灰度值对于S中的第一幅投影图像，以其自身作为其前一幅投影图像。