專利名稱：一種修正床板和擺位輔助裝置對圖像質(zhì)量影響的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖像的處理方法，具體涉及一種修正床板和擺位輔助裝置對圖像質(zhì)量影響的方法。

背景技術(shù)：
X光機(jī)、電子射野影像裝置(Electronic Portal Imaging Device，EPID)和計(jì)算機(jī)斷層成像技術(shù)(Computed Tomography，CT)等在各個(gè)領(lǐng)域都得到廣泛應(yīng)用。這些成像裝置或者采集二維投影圖像，得到二維平面圖像；或者利用采集的二維投影圖像進(jìn)行三維重建，得到三維立體圖像。
在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，成像裝置所用病床的床板和患者的擺位輔助裝置通常用低密度的非金屬材料制成，如碳纖維材料。這些材料密度低、對X射線衰減少，因此減小了對圖像質(zhì)量的影響。但是，對X射線而言，這些材料不可能是全透明的。本發(fā)明的模體實(shí)驗(yàn)證明，床板降低了圖像的軟組織對比分辨率和均勻度。
床板和擺位輔助裝置對圖像質(zhì)量影響主要發(fā)生在X射線投影成像過程，即將床板和擺位輔助裝置的信息混入投影圖像中。X射線投影成像的一般過程是射線源發(fā)射射線照射物體，射線與物體相互作用而衰減，衰減后的投射射線和由相互作用產(chǎn)生的散射線一起到達(dá)平板探測器，轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姽夂?，由光電轉(zhuǎn)換變?yōu)殡娦盘?，再?jīng)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器將電信號轉(zhuǎn)為數(shù)字圖像信號，作為投影圖像輸入計(jì)算機(jī)處理。
圖像質(zhì)量越好，診斷就越準(zhǔn)確，因此研究提高圖像質(zhì)量的方法就顯得非常必要。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種修正床板和擺位輔助裝置對圖像質(zhì)量影響的方法，改善圖像的質(zhì)量。
本發(fā)明在X射線投影成像過程，根據(jù)X射線的衰減規(guī)律，從投影圖像中扣除床板和擺位輔助裝置信號，改善二維投影圖像的圖像質(zhì)量；利用修正后的投影圖像重建三維CT圖像，CT圖像的質(zhì)量也將得到改善。本發(fā)明的運(yùn)用過程包括以下步驟 (1)獲得成像裝置探測板的能量響應(yīng)特性，即投影圖像顯示的灰度值(g)與探測板接收到的X射線強(qiáng)度(I)的關(guān)系g＝f(I)； (2)使用擺位輔助裝置為患者擺位，設(shè)置掃描條件，采集患者的投影圖像gc+p(i，j)； (3)患者下床，保持掃描參數(shù)不變、床和擺位輔助裝置的位置不變，單獨(dú)掃描床板和擺位輔助裝置，得到一組投影圖像gc(i，j)； (4)保持掃描參數(shù)不變，移開床板和擺位輔助裝置，掃描空氣(即空掃)，得到一組投影圖像g0(i，j)； (5)對成像裝置旋轉(zhuǎn)的每一個(gè)機(jī)架角度，配準(zhǔn)步驟(2)和步驟(3)采集的投影圖像； (6)對于二維投影圖像，修正步驟(2)采集的每一幀投影圖像灰度值，得到圖像質(zhì)量改善的的患者投影圖像gp(i，j)； (7)對于三維CT圖像，采用經(jīng)過修正的投影圖像重建，得到圖像質(zhì)量改善的患者CT圖像。
在上述的步驟(1)中，獲得成像裝置探測板的能量響應(yīng)特性的方法是掃描空氣，通過改變掃描參數(shù)的曝光量(電流×曝光時(shí)間)來改變探測板接收的X射線強(qiáng)度I，反復(fù)掃描得到投影圖像灰度值與I的函數(shù)關(guān)系g＝f(I)。
在上述的步驟(2)、步驟(3)和步驟(4)中，掃描參數(shù)一致；步驟(2)和步驟(3)中床和擺位輔助裝置的位置一致。
在上述的步驟(3)和步驟(4)中，在高曝光量采集時(shí)探測板接收的X射線強(qiáng)度I達(dá)到飽和的區(qū)域，選擇較低曝光量采集的投影圖像，利用步驟(1)得到的探測板能量響應(yīng)特性g＝f(I)來得到高曝光量采集時(shí)投影圖像。
在上述的步驟(5)中，配準(zhǔn)步驟(2)和步驟(3)采集的對應(yīng)投影圖像的方法為對于步驟(2)采集的每一幀投影圖像，選擇步驟(3)中機(jī)架角度相同的投影圖像進(jìn)行圖像配準(zhǔn)，配準(zhǔn)方法可根據(jù)公知技術(shù)進(jìn)行。
在上述的步驟(6)中，每一幀投影圖像的修正方法為 若能量響應(yīng)特性g＝f(I)為線性函數(shù)g＝k·I+b，投影圖像的修正方法簡化為 其中b(i，j)為對應(yīng)掃描參數(shù)下，無X射線到達(dá)探測板時(shí)點(diǎn)(i，j)的灰度值。
步驟(3)中，可以針對每個(gè)患者預(yù)先掃描床板和擺位輔助裝置一次，將投影數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，在以后掃描每次患者時(shí)，可直接調(diào)入床板和擺位輔助裝置的投影圖像，用于修正患者投影圖像。
步驟(4)中，可以針對每一個(gè)成像裝置，預(yù)先掃描空氣一次，將投影數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫在以后掃描每次患者時(shí)，可直接調(diào)入空氣投影圖像，用于修正患者投影圖像。
本發(fā)明的有益效果是在投影域上減少了床板和擺位輔助裝置對每一幀投影圖像的影響，改善了二維投影圖像的質(zhì)量，重建后改善三維CT圖像質(zhì)量。
下面結(jié)合附圖和錐形束CT實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。



圖1為本發(fā)明所述修正方法的流程圖。
圖2為探測板中心點(diǎn)的能量響應(yīng)特性曲線。
圖3對比一頭頸部患者采用本發(fā)明方法修正前后的二維投影圖像。
圖4對比一頭頸部患者采用本發(fā)明方法修正前后的三維錐形束CT圖像。
圖5比較頭頸部患者CT圖像修正前后，相同水平位置上的CT值分布。
圖6為Catphan500模體實(shí)驗(yàn)帶床板掃描、不帶床板掃描和修正后的錐形束CT圖像質(zhì)量檢測結(jié)果。

具體實(shí)施例方式 下面以一例頭頸部患者和一個(gè)圖像質(zhì)量檢測模體的錐形束CT成像為例，說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。對于頭頸部患者，應(yīng)用本發(fā)明執(zhí)行以下步驟 (1)采用10種不同曝光量(800，640，500，400，320，250，200，160，120，100，單位mA·ms)反復(fù)掃描空氣，得到投影圖像灰度值g與探測板接收的X射線強(qiáng)度I的函數(shù)關(guān)系g＝f(I)，實(shí)驗(yàn)顯示能量響應(yīng)特性為線性函數(shù)g＝k·I+b； (2)設(shè)置掃描參數(shù)電壓100kVp，電流32mA/F，曝光時(shí)間10mS/F，采用F0濾過器和S10準(zhǔn)直器，使用擺位輔助裝置為患者擺位，采集患者錐形束CT重建所需的投影圖像gc+p(i，j)，約650幀； (3)患者下床，保持掃描參數(shù)不變、床和擺位輔助裝置的位置不變，單獨(dú)掃描床板和擺位輔助裝置，得到一組錐形束CT投影圖像gc(i，j)，約650幀； (4)保持掃描參數(shù)不變，移開床板和擺位輔助裝置，掃描空氣(即空掃)，得到一組錐形束CT投影圖像g0(i，j)，約650幀； (5)對于步驟(2)采集的每一幀投影圖像，選擇步驟(3)中機(jī)架角度與其相同的投影圖像進(jìn)行圖像配準(zhǔn)，配準(zhǔn)方法采用公開的“基于傅立葉變換的圖像配準(zhǔn)方法”； (6)修正步驟(2)采集的每一幀投影圖像灰度值，由于能量響應(yīng)特性g＝f(I)為線性函數(shù)g＝k·I+b，每一幀投影圖像的修正方法為 其中g(shù)c+p(i，j)、gc(i，j)、g0(i，j)、gp(i，j)分別為相同機(jī)架角度時(shí)步驟(2)、步驟(3)、步驟(4)采集和修正后的投影圖像上點(diǎn)(i，j)的灰度值，b(i，j)為對應(yīng)掃描參數(shù)下，無X射線到達(dá)探測板時(shí)點(diǎn)(i，j)的灰度值，通過模體實(shí)驗(yàn)優(yōu)化得到b＝65100。
(7)采用FDK算法重建經(jīng)過修正的投影圖像，得到圖像質(zhì)量改善的患者錐形束CT圖像。
對于圖像質(zhì)量檢測模體，執(zhí)行以上類似步驟，得到相應(yīng)的錐形束CT圖像。
圖2為采用10種不同曝光量(800，640，500，400，320，250，200，160，120，100，單位mA·ms)時(shí)，探測板中心點(diǎn)的測量值及由此擬合的能量響應(yīng)特性曲線，能量響應(yīng)特性g＝f(I)為線性函數(shù)，相關(guān)系數(shù)為0.9998。
圖3對比在相同窗寬窗位下頭頸部兩維投影圖像修正前后的圖像，修正后的投影圖像扣除了床板和擺位輔助裝置(網(wǎng)格狀)的信號，圖像更清晰。圖4對比在相同窗寬窗位下，頭頸部患者CT圖像修正前后的圖像，修正后腦干和小腦的邊界更明顯，解剖結(jié)構(gòu)更清楚；圖5比較該患者修正前后CT圖像中沿白實(shí)線所示水平線上的CT值分布，修正后不同組織之間的CT值差別變大。
圖6為Catphan500模體實(shí)驗(yàn)帶床板掃描、不帶床板掃描和修正后的圖像質(zhì)量檢測結(jié)果，在設(shè)置的掃描參數(shù)下，低對比分辨率改善了16.03％，圖像均勻性分別改善了9.18％。
上述實(shí)施過程的順利實(shí)施和實(shí)施所獲得的圖像質(zhì)量改善數(shù)據(jù)，說明本發(fā)明方法是切實(shí)可行的。
權(quán)利要求
1.一種修正床板和擺位輔助裝置對圖像質(zhì)量影響的方法，該方法從投影圖像中扣除床板和擺位輔助裝置信號，改善二維投影圖像的圖像質(zhì)量；利用修正后的投影圖像做CT圖像重建，得到質(zhì)量改善的三維CT圖像；其運(yùn)用過程包括以下步驟
(1)獲得成像裝置探測板的能量響應(yīng)特性，即投影圖像顯示的灰度值(g)與探測板接收到的X射線強(qiáng)度(I)的關(guān)系g＝f(I)；
(2)使用擺位輔助裝置為患者擺位，設(shè)置掃描條件，采集患者投影圖像gc+p(i，j)；
(3)患者下床，保持掃描參數(shù)不變、床和擺位輔助裝置的位置不變，單獨(dú)掃描床板和擺位輔助裝置，得到一組投影圖像gc(i，j)；
(4)保持掃描參數(shù)不變，移開床板和擺位輔助裝置，掃描空氣(即空掃)，得到一組投影圖像g0(i，j)；
(5)對成像裝置旋轉(zhuǎn)的每一個(gè)機(jī)架角度，配準(zhǔn)步驟(2)和步驟(3)采集的投影圖像；
(6)對于二維投影圖像，修正步驟(2)采集的每一幀投影圖像灰度值，得到圖像質(zhì)量改善的的患者投影圖像gp(i，j)；
(7)對于三維CT圖像，采用經(jīng)過修正的投影圖像重建，得到圖像質(zhì)量改善的患者CT圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種修正床板和擺位輔助裝置對圖像質(zhì)量影響的方法，其特征在于該方法既可以利用所述的步驟(1)-步驟(6)修正二維投影圖像，又可以利用所述的步驟(1)-步驟(7)修正三維CT圖像。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種修正床板和擺位輔助裝置對圖像質(zhì)量影響的方法，其特征在于所述的步驟(1)中，獲得CT探測板的能量響應(yīng)特性的方法是掃描空氣，通過改變掃描參數(shù)的曝光量(電流×曝光時(shí)間)來改變探測板接收的X射線強(qiáng)度I，反復(fù)掃描得到投影圖像灰度值與I的函數(shù)關(guān)系g＝f(I)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種修正床板和擺位輔助裝置對圖像質(zhì)量影響的方法，其特征在于所述的步驟(2)、步驟(3)和步驟(4)中，掃描參數(shù)一致；步驟(2)和步驟(3)中床和擺位輔助裝置的位置一致。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種床板和擺位輔助裝置對圖像質(zhì)量影響的方法，其特征在于所述的步驟(3)和步驟(4)中，在高曝光量采集時(shí)探測板接收的X射線強(qiáng)度I達(dá)到飽和的區(qū)域，選擇較低曝光量采集的投影圖像，利用步驟(1)得到的探測板能量響應(yīng)特性g＝f(I)來得到高曝光量采集時(shí)投影圖像。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種修正床板和擺位輔助裝置對圖像質(zhì)量影響的方法，其特征在于所述的步驟(5)中，配準(zhǔn)步驟(2)和步驟(3)采集的對應(yīng)投影圖像的方法為對于步驟(2)采集的每一幀投影圖像，選擇步驟(3)中機(jī)架角度相同的投影圖像進(jìn)行圖像配準(zhǔn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種修正床板和擺位輔助裝置對圖像質(zhì)量影響的方法，其特征在于所述的步驟(6)中，每一幀投影圖像的修正方法為
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種修正床板和擺位輔助裝置對圖像質(zhì)量影響的方法，其特征在于所述的步驟(6)中，若能量響應(yīng)特性g＝f(I)為線性函數(shù)g＝k·I+b，投影圖像的修正方法簡化為
其中b(i，j)為對應(yīng)掃描參數(shù)下，無X射線到達(dá)探測板時(shí)點(diǎn)(i，j)的灰度值。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種修正床板和擺位輔助裝置對圖像質(zhì)量影響的方法，其特征在于所述的步驟(3)中，可以針對每個(gè)患者預(yù)先掃描床板和擺位輔助裝置一次，將投影數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，在以后掃描每次患者時(shí)，可直接調(diào)入床板和擺位輔助裝置的投影圖像，用于修正患者投影圖像。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種修正床板和擺位輔助裝置對圖像質(zhì)量影響的方法，其特征在于所述的步驟(4)中，可以針對每一個(gè)成像裝置，預(yù)先掃描空氣一次，將投影數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，在以后掃描每次患者時(shí)，可直接調(diào)入空氣投影圖像，用于修正患者投影圖像。
全文摘要
一種修正床板和擺位輔助裝置對圖像質(zhì)量影響的方法。該方法在常規(guī)掃描患者后，患者下床，保持掃描參數(shù)、床和擺位輔助裝置的位置不變，單獨(dú)掃描床板和擺位輔助裝置，然后移開床板和擺位輔助裝置，掃描空氣；對于二維投影圖像，利用三次掃描對應(yīng)幾何位置的投影數(shù)據(jù)，根據(jù)X射線在物質(zhì)中的指數(shù)衰減規(guī)律和探測板的能量響應(yīng)特性，修正帶床板和擺位輔助裝置掃描患者的每一幀投影圖像；對于三維CT圖像，利用修正后的投影圖像重建患者三維CT圖像。從而可以扣除二維投影圖像和三維CT圖像中的床板和擺位輔助裝置，減少因床板和擺位輔助裝置造成的圖像偽影，提高軟組織對比分辨率，使解剖結(jié)構(gòu)更清楚。
文檔編號A61B6/03GK101721222SQ20091024960
公開日2010年6月9日 申請日期2009年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月16日
發(fā)明者戴建榮, 門闊 申請人:戴建榮, 門闊