數(shù)字x射線成像系統(tǒng)調(diào)制傳遞函數(shù)的狹縫法測量方法
【專利說明】數(shù)字X射線成像系統(tǒng)調(diào)制傳遞函數(shù)的狹縫法測量方法 所屬技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于生物醫(yī)學(xué)工程及計算機領(lǐng)域，涉及一種數(shù)字X射線成像系統(tǒng)調(diào)制傳遞 函數(shù)的狹縫法精確測量新方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 調(diào)制傳遞函數(shù)（ModulationTransferFunction,MTF)是調(diào)制度的傳遞函數(shù)，是對 線性影像系統(tǒng)空間頻率傳輸特性的定量描述，是影像評價方法中的重要進展。此前普遍使 用定性描述指標(biāo)，例如影像密度、對比度、清晰度、分辨率及失真度等來評價成像系統(tǒng)的影 像質(zhì)量，但其結(jié)果受個人主觀因素影響大。近年來隨數(shù)字化X射線成像技術(shù)迅速發(fā)展，MTF 作為客觀指標(biāo)已成為放射成像工作者和研究者所關(guān)注的重要影像評價手段。同時，MTF也 是獲得成像系統(tǒng)探測量子效率的必須參數(shù)。
[0003] 要定量地評價數(shù)字X射線成像系統(tǒng)的固有成像質(zhì)量，只需計算不受個人主觀因素 影響的系統(tǒng)固有預(yù)采樣MTF。實際中系統(tǒng)MTF常由以下三種擴散函數(shù)來計算：點擴散函數(shù) (PointSpreadFunction,PSF)、線擴散函數(shù)（LineSpreadFunction,LSF)和邊緣響應(yīng)函 數(shù)（EdgeSpreadFunction，ESF)，它們分別描述經(jīng)成像系統(tǒng)后點、線和邊緣彌散程度，能夠 間接地反映系統(tǒng)成像能力。
[0004] 目前測量MTF的方法中，線對卡方法可以獲得高精度的MTF值，但是線對卡方法只 能提供有限幾個整數(shù)空間頻率位置的MTF值，無法實現(xiàn)系統(tǒng)傳遞函數(shù)的全面評估。為了獲 取成像系統(tǒng)空間頻率范圍下的MTF變化曲線，一般常用的測量方法包括狹縫法和刀口法， 狹縫法和刀口法已被國際放射學(xué)會公認(rèn)為是獲得MTF的較好方法，日本將狹縫法定義成測 量MTF的標(biāo)準(zhǔn)方法，刀口法也已被國際電氣技術(shù)委員會（IEC)指定為測量系統(tǒng)MTF的標(biāo)準(zhǔn) 方法。通過狹縫法獲得的系統(tǒng)MTF精確，且操作簡便、方法成熟。將通過狹縫法和刀口法所 獲得的同一系統(tǒng)下不同MTF曲線進行比較時，可知前者在高頻域有較高信噪比，而后者在 低頻域有較高信噪比。
[0005] 當(dāng)前采用的狹縫法MTF測量存在低頻成分準(zhǔn)確性低的問題，受到了國內(nèi)外影像評 價領(lǐng)域?qū)W者的廣泛關(guān)注。通過狹縫法獲得MTF的低頻成分的精度取決于線擴散函數(shù)（LSF) 的尾部信號的準(zhǔn)確描述，由于尾部信號的幅度低，易受噪聲干擾，造成LSF尾部信號的準(zhǔn)確 表示困難。為了克服這個問題，目前主要采用LSF尾部信號截斷，而后利用e指數(shù)外推來估 計LSF尾部信號。這種e指數(shù)外推方法可以得到光滑的LSF尾部信號，但是該方法得到的 LSF曲線并不是成像系統(tǒng)的真實特性的描述，很多情況下，代表系統(tǒng)響應(yīng)的LSF曲線并非e 指數(shù)形式，這就會對系統(tǒng)性能評估造成誤導(dǎo)，在MTF評估精度方面存在較大的缺欠。
[0006] 因此，探索一種有效的MTF狹縫測量方法，充分利用探測器本身及測量方法的先 驗知識，提高狹縫法MTF測量精度，準(zhǔn)確實現(xiàn)數(shù)字X射線成像系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)特性評 估，已經(jīng)成為成像系統(tǒng)性能評估的研究重點，這對于成像系統(tǒng)的發(fā)展應(yīng)用具有十分重要的 意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的主旨是提出一種數(shù)字X射線成像系統(tǒng)調(diào)制傳遞函數(shù)的狹縫法精確測量 新方法，以此解決數(shù)字放射成像系統(tǒng)性能評估中的基本問題：實現(xiàn)數(shù)字X射線成像系統(tǒng)的 調(diào)制傳遞函數(shù)的準(zhǔn)確測量，為進一步全面評估放射成像系統(tǒng)性能提供有力條件。該發(fā)明針 對狹縫法獲取過采樣LSF曲線時的LSF尾部信號信噪比低，準(zhǔn)確估計困難的問題，采用融合 探測器特性先驗知識的I樣條曲線擬合方法，從而可以獲得較傳統(tǒng)狹縫測量方法更為準(zhǔn)確 的MTF曲線。該發(fā)明為正確獲取系統(tǒng)調(diào)制傳遞函數(shù)特性，有效評估放射成像系統(tǒng)性能，深入 開展放射影像學(xué)臨床實踐和研究提供有力支持。技術(shù)方案如下：
[0008] -種數(shù)字X射線成像系統(tǒng)調(diào)制傳遞函數(shù)的狹縫法測量方法，包括下列步驟：
[0009] ①設(shè)置數(shù)字放射成像系統(tǒng)的曝光參數(shù)，放置X射線單狹縫透射光柵緊貼探測器， 并使狹縫與探測器采樣方向有一傾角，傾角范圍為（1.5° -3° )，采集狹縫圖像；
[0010] ②通過邊緣檢測進行狹縫位置檢測，而后利用直線擬合獲得狹縫直線；
[0011] ③對狹縫直線圖進行Hough變換，獲得狹縫傾斜角度a，而后依據(jù)公式N= round(NaTC) =round(l/tana)得到該傾角對應(yīng)的插值數(shù)N，從而構(gòu)建出過采樣LSF曲線， round符號代表取整函數(shù)。
[0012] ④采用I樣條曲線作為回歸樣條曲線f對過采樣LSF曲線左右兩部分分別進行最 小二乘擬合，同時滿足約束條件，即擬合時保證LSF曲線左半部分為單調(diào)非減函數(shù)，右半部 分為單調(diào)非增函數(shù)，得到線擴散函數(shù)LSF(x);
[0013] ⑤對線擴散函數(shù)LSF(x)進行傅里葉變換再取模MTF' (f) = |FT(LSF(x)) |，得到 其調(diào)制傳遞函數(shù)MTF' (f)，而后對MTF' (f)采用零頻率位置MTF值進行歸一化，即MTF(f)=MTP(f)/MTP(f) |f =。，最終得到歸一化調(diào)制傳遞函數(shù)MTF(f)。
[0014] 本發(fā)明采用的單調(diào)樣條回歸方法，有效解決了傳統(tǒng)狹縫法MTF測量中的問題，最 終結(jié)果表明，在進行數(shù)字X射線成像系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)測量時，通過本發(fā)明的數(shù)字X射線 成像系統(tǒng)調(diào)制傳遞函數(shù)的狹縫法精確測量新方法，充分利用了探測器LSF曲線的單調(diào)性， 可以獲得較傳統(tǒng)狹縫測量方法更為準(zhǔn)確的MTF曲線。該方法的應(yīng)用，將為準(zhǔn)確測量系統(tǒng)調(diào) 制傳遞函數(shù)，有效評估放射成像系統(tǒng)性能，深入開展放射影像學(xué)臨床實踐和研究提供有力 支持。
【附圖說明】
[0015] 圖1. 4條插值重構(gòu)過采樣LSF曲線
[0016] 圖2.高斯模型下本發(fā)明方法與傳統(tǒng)方法得到的LSF曲線對比
[0017] 圖3.高斯模型下MTF測量相對誤差與傳統(tǒng)e指數(shù)外推法數(shù)據(jù)長度關(guān)系
[0018] 圖4.高斯模型下MTF測量結(jié)果相對誤差對比
[0019] 圖5.洛倫茲模型下本發(fā)明方法與傳統(tǒng)方法得到的LSF曲線對比
[0020] 圖6.洛倫茲模型下MTF測量相對誤差與傳統(tǒng)e指數(shù)外推法數(shù)據(jù)長度關(guān)系
[0021] 圖7.洛倫茲模型下MTF測量結(jié)果相對誤差對比
[0022] 圖8.本發(fā)明方法與傳統(tǒng)方法對實際系統(tǒng)測量所得的LSF結(jié)果對比
[0023] 圖9.Pixarray100系統(tǒng)下MTF測量相對誤差與傳統(tǒng)e指數(shù)外推法數(shù)據(jù)長度關(guān)系
[0024] 圖10.兩種方法對Pixarray100系統(tǒng)的MTF測量結(jié)果對比
[0025] 圖11.兩種方法對Pixarray100系統(tǒng)的MTF低頻測量結(jié)果的對比
【具體實施方式】
[0026] 本發(fā)明的主旨是提出一種數(shù)字X射線成像系統(tǒng)調(diào)制傳遞函數(shù)的狹縫法精確測量 新方法，以此解決數(shù)字放射成像系統(tǒng)性能評估中的基本問題：實現(xiàn)數(shù)字X射線成像系統(tǒng)的 調(diào)制傳遞函數(shù)的準(zhǔn)確測量，為進一步全面評估放射成像系統(tǒng)性能提供有力條件。該發(fā)明針 對狹縫法獲取過采樣LSF曲線時的LSF尾部信號信噪比低，準(zhǔn)確估計困難的問題，采用融合 探測器特性先驗知識的I樣條曲線擬合方法，從而可以獲得較傳統(tǒng)狹縫測量方法更為準(zhǔn)確 的MTF曲線。該發(fā)明的應(yīng)用，將為放射影像醫(yī)學(xué)的臨床實踐和研究提供有效地技術(shù)指導(dǎo)，并 為實際影像診斷時成像設(shè)備參數(shù)設(shè)置以及影像設(shè)備設(shè)計提供技術(shù)支持，因此該發(fā)明的實現(xiàn) 具有廣泛的應(yīng)用前景和重要的社會意義。
[0027] 針對傳統(tǒng)狹縫法獲取過采樣LSF曲線時的擬合誤差問題，本發(fā)明提出數(shù)字X射線 成像系統(tǒng)調(diào)制傳遞函數(shù)的狹縫法精確測量新方法，通過融合探測器特性先驗知識的I樣條 曲線擬合方法，以此構(gòu)建準(zhǔn)確的過采樣LSF曲線，最終可以獲得較傳統(tǒng)狹縫測量方法更為 準(zhǔn)確的MTF曲線。最后得到的技術(shù)方案如下：①設(shè)置數(shù)字放射成像系統(tǒng)的曝光參數(shù)，放置 X射線單狹縫透射光柵緊貼探測器，并使狹縫與探測器采樣方向有一傾斜角度，采集狹縫 圖像；②通過邊緣檢測進行狹縫位置檢測，而后利用直線擬合獲得狹縫直線；③對狹縫直 線圖進行Hou