本發(fā)明屬于一種醫(yī)用x射線影像，具體是一種快速光子計數ct投影數據校正方法。

背景技術：

1、計算機斷層掃描(ct)技術因其掃描速度快，空間分辨率高，使用范圍廣等特點，已成為最重要的臨床醫(yī)學影像檢查手段之一，隨著ct檢查的廣泛應用，傳統(tǒng)ct檢查輻射劑量高、對比度低等局限性也日益突顯，而光子計數能譜ct基于x射線在不同物質中的衰減具有能量依賴性的原理，可提供特定組織成像和造影劑濃度分布、提升ct空間分辨率、增強病變和健康組織對比度，降低輻射劑量，被認為是下一代ct技術。

2、然而目前光子計數探測器技術仍不完善，例如由于有限的信號處理能力，會產生脈沖堆積現象，導致采集的光子數目減少而能量增大。以及由于不能完整收集電荷，產生電荷共享現象，導致光子數目變多而能量減少。此外還存在x射線逃逸與再吸收、康普頓散射、瑞利散射等非理想因素，導致實際采集的投影數據與理論值不符，最終會嚴重影響物質分解，降低重建圖像質量。

3、如何校正脈沖堆積、電荷共享、x射線逃逸與再吸收、康普頓散射、瑞利散射等非理想因素導致的投影數據誤差，避免對后續(xù)的物質分解、圖像重建造成影響是現有技術中亟待解決的問題?，F有的技術方案往往存在一定的局限性，例如：采用特定輻射源的標定方案中，特定輻射源的成本十分高昂，此外，特定輻射源的能量越單一，其標定結果越準確，而實際上往往難以獲得單一能量的輻射源。采用物理建模的標定方案中，不但要求具備深厚的物理背景，熟悉采集過程中的各種物理反應，而且物理建模的運算量十分巨大，經典的蒙卡模擬建模運行一次更是需要數天的時間。采用查表的標定方案中，其標定過程局限于圖像域，此外，在圖像域標定的過程中，往往需要進行多次重建，難以滿足實際掃描過程中的實時性要求。

4、因此，有必要提出一種快速、有效的光子計數ct投影數據校正方法，降低標定成本、減小標定運算量、滿足實際掃描過程中的實時性要求。

5、由于脈沖堆積、電荷共享、x射線逃逸與再吸收、康普頓散射、瑞利散射等非理想因素會導致投影數據誤差，針對上述問題：

6、cn?112415568a專利提出了一種通過利用特定放射源照射探測器，獲取特定探測通道測量的粒子能量，并根據獲取的粒子能量與真實的粒子能量計算校正系數，之后根據校正系數進行能量校正。

7、cn?116011327a專利提出了一種通過搭建物理模型，并基于物理模型生成數據集，并以此訓練神經網絡，之后通過校準實驗減小神經網絡預測值與實際響應值的誤差，并以此確定ct探測器的物理參數。

8、cn?104090329a專利提出了一種通過設置固定標定件，并存儲固定標定件的理論投影數據，并計算相應的理論重建圖像。之后采集固定標定件的實際投影數據，計算實際重建圖像。最后建立將實際重建圖像校正為理論值的映射函數。

9、cn?112415569a專利提出了一種利用目標探測器和參考探測器對同一個特定放射源進行多次采集，并從多次采集中至少選取一對完全沉積的散射事件，之后根據目標探測器采集的粒子能量、參考探測器采集的粒子能量以及真實的粒子能量對目標探測器進行能量校正。

10、由于脈沖堆積、電荷共享、x射線逃逸與再吸收、康普頓散射、瑞利散射等非理想因素會導致投影數據存在誤差，會嚴重影響后續(xù)物質分解的準確性，降低重建圖像質量，最終影響醫(yī)師的臨床診斷。

11、現有的標定技術可以分為采用特定輻射源、物理建模、圖像域標定三類，其中采用特定輻射源的方法存在特定輻射源成本高昂且單一能量的輻射源難以獲取的局限，物理建模的標定方法存在要求熟悉光子與探測器相互作用的物理過程以及運算量巨大的局限，圖像域標定的方法存在難以滿足實時性要求的局限。

技術實現思路

1、本發(fā)明為了解決上述現有技術中存在的缺陷和不足，提供了一種可以降低標定成本、減小標定運算量、滿足實際掃描過程中的實時性要求的快速光子計數ct投影數據校正方法。

2、本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種快速光子計數ct投影數據校正方法，包括以下步驟：

3、s1.探測器采集標定件的多能級投影數據；

4、s2.將多能級投影數據近似平均為準單能投影數據；

5、s3.在ni?st中查表獲得標定件的單能衰減系數，即該標定件的圖像域數據；

6、s4.利用radon變換將查表獲得的圖像域數據轉換到投影域數據，并通過迭代的方式彌補radon變換帶來的數據損失；

7、s5.多項式擬合采集的投影數據和查表的投影數據；

8、s6.利用多項式系數進行投影數據校正。

9、優(yōu)選地，所述步驟s1具體是指：將已知材料種類的均勻材質物體作為標定件，利用探測器采集該標定件的多能級投影數據；采用已知材料種類的均勻材質物體是為了方便后續(xù)的查表獲得該物質的衰減系數。

10、優(yōu)選地，所述步驟s2具體是指：由于光子探測器采集的多能級投影數據為多個能窗范圍下的投影數據，為方便與后續(xù)查表轉換獲得的單一能量下的投影數據形成對比，因此需要將能窗范圍下的投影數據近似平均為準單一能量下的投影數據，近似平均的計算方式為：

11、假設某一能級的能窗設置為[i1,i2],則準單能ei＝i1+(i2-i1)*0.5。

12、優(yōu)選地，所述步驟s3具體是指：nist標準提供了不同能量的光子穿過某一物質的衰減系數，通過查表的方式獲得一組標定件的單能衰減系數，并將查表獲得的衰減系數作為理想的衰減系數，即理想的圖像域數據。

13、優(yōu)選地，所述步驟s4中投影域數據和圖像域數據之間的轉換主要依靠radon變換和radon逆變換；radon變換和radon逆變換可表示為：

14、令r為radon變換算子，則radon變換可定義為：

15、

16、radon逆變換可通過對r(s，α)的變量s做傅里葉積分：

17、

18、令

19、再進行二維傅里葉逆變換即可得到radon逆變換：

20、

21、從數學上分析，radon變換和radon逆變換的本質為積分變換和傅里葉變換，而積分變換和傅里葉變換都是可逆的，即理論上，可以通過理想的圖像域數據變換得到理想的投影域數據。但實際上，以radon逆變換最常用的實現方法濾波反投影算法為例，由于插值操作和gibbs現象會在變換過程中引入誤差，因此，需要通過迭代的方式減小誤差，彌補radon變換帶來的數據損失。

22、優(yōu)選地，利用radon變換將查表獲得的圖像域數據轉換到投影域數據，并通過迭代的方式彌補radon變換帶來的數據損失；具體步驟如下：首先查表獲得已知材料的單能衰減系數，即理想的圖像域數據，利用radon變換得到投影域數據，之后利用radon逆變換得到圖像域數據，并計算查表獲得的理想圖像域數據與變換得到的圖像域數據之間的誤差，計算誤差采用均方根誤差rmse指標，具體的計算方式為：

23、

24、其中，n為理想圖像域數據中的數據個數，xi為理想圖像域數據值，xi′為變換得到的圖像域數據值。

25、優(yōu)選地，最后判斷誤差是否滿足要求，為了不影響后續(xù)ct值的計算，因此需要將誤差控制在理想圖像域數據最大值的萬分之一，即將理想圖像域數據最大值的萬分之一作為閾值，判斷計算的rmse值是否小于閾值；

26、若大于閾值，則需要更新投影域數據之后再計算誤差，并判斷是否小于閾值，具體的更新方式為：

27、i′＝i-radon(err)*k

28、其中，i′為更新后的投影域數據，i為更新前的投影域數據，radon

29、表示radon變換，將圖像域數據變換回投影域數據。err為理想圖像域數據與上次更新的投影域數據通過radon逆變換得到的圖像域數據之間的差值,k表示變換系數；

30、若小于閾值，則將變換得到的投影域數據或上一次更新的投影域數據視為理想投影域數據。

31、優(yōu)選地，步驟s5具體是指：采用多項式擬合的方式，擬合采集的準單能投影數據與上述查表獲得的理想投影數據，具體的擬合方式為：

32、

33、其中，ai為多項式系數，x為待校正的投影域數據，y為理想投影域數據。多項式系數的求解方法采用最小二乘法求解：

34、

35、優(yōu)選地，步驟s6具體是指：利用步驟s1-s5中求解得到的多項式系數ai以及采集得到的投影數據，得到校正后的投影域數據。

36、本發(fā)明提出的標定方法中，為了彌補現有方法中單一能量源獲取成本高、運算量大的局限性，采用查表的方式獲得單一能量下的物質衰減系數，即圖像域數據；之后利用radon變換將查表獲得的圖像域數據轉換到投影域數據，并通過迭代的方式彌補radon變換帶來的數據損失；其次，由于查表獲得的數據為單能數據，而實際采集的數據為多能級數據，因此通過近似平均的方式將多能級數據轉化為準單能數據；最后利用多項式擬合實際采集的數據與查表獲得的數據，并根據多項式系數對投影域數據進行校正。