一種ct探測(cè)器像素響應(yīng)不一致性的校正方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及醫(yī)學(xué)圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種CT探測(cè)器像素響應(yīng)不一致性 的校正方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 如圖1所示，一臺(tái)螺旋CT機(jī)通常由如下部件構(gòu)成；X線管球、CT探測(cè)器、機(jī)架、數(shù)據(jù) 采集系統(tǒng)。在掃描過(guò)程中，機(jī)架帶動(dòng)X線管球和CT探測(cè)器進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，X線管球進(jìn)行 曝光，CT探測(cè)器采集掃描物體在各個(gè)角度下的投影數(shù)據(jù)，并利用工作站重建獲得表示物體 X線衰減系數(shù)的斷層圖像。
[0003] CT探測(cè)器由光電陣列模塊在支撐結(jié)構(gòu)件上拼接而成。支撐結(jié)構(gòu)件成弧形，弧形的 圓屯、是管球的焦點(diǎn)，每個(gè)光電模塊通過(guò)插槽和螺釘固定在支撐結(jié)構(gòu)上，從而連接成一個(gè)弧 形的探測(cè)器。光電陣列模塊的結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要由濾線器，閃爍體和娃光電二極管陣列 構(gòu)成。濾線器由一系列薄的鶴片排列成梳子狀的結(jié)構(gòu)，用于濾除由其他方向傳播過(guò)來(lái)的散 射光子。閃爍體的作用是將X線光子轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)光子。入射X光子與閃爍體作用，激發(fā)出 可見(jiàn)光子，娃光電二極管將可見(jiàn)光轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)再對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行采集。
[0004] 在理想情況下，探測(cè)器的各個(gè)像素對(duì)X光子的響應(yīng)是一致的，即在相同的X光子入 射的情況下，探測(cè)器各個(gè)像素的輸出不會(huì)隨著X光子入射探測(cè)器的位置而改變。但是在實(shí) 際情況中，探測(cè)器響應(yīng)的一致性是無(wú)法達(dá)到的。一方面在探測(cè)器制造過(guò)程中，不可能制造出 完全一致的探測(cè)器像素。例如，由于機(jī)械加工和安裝的誤差，濾線器鶴片之間的距離不能完 全一致。光電陣列模塊每個(gè)像素的光電二級(jí)管的響應(yīng)也可能有所差別。另一方面，在長(zhǎng)時(shí) 間的X線照射情況下，探測(cè)器的某些像素會(huì)嚴(yán)重退化，會(huì)在探測(cè)器像素的輸出信號(hào)上產(chǎn)生 一個(gè)不穩(wěn)定的偏置，或是探測(cè)器像素的響應(yīng)與輸入的X光子數(shù)呈非線性關(guān)系。該些都會(huì)導(dǎo) 致一些探測(cè)器像素的響應(yīng)與其他像素的響應(yīng)明顯不同。
[0005] 探測(cè)器像素響應(yīng)的不一致性通常會(huì)導(dǎo)致重建圖像中的環(huán)帶狀偽像。現(xiàn)有的校正方 法主要分為如下兩類：
[0006] 一類校正是在原始的投影正弦圖數(shù)據(jù)中進(jìn)行。首先標(biāo)記出探測(cè)器中該些響應(yīng)非正 常的像素，使用模體測(cè)量出探測(cè)器在不同X光子入射量下的投影誤差。誤差根據(jù)一定的模 型估計(jì)出當(dāng)前投影數(shù)據(jù)的誤差，對(duì)該些探測(cè)器像素的響應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償。該類方法的缺點(diǎn)是，需 要經(jīng)常性的對(duì)像素響應(yīng)的偏差進(jìn)行標(biāo)定，并且對(duì)于像素響應(yīng)偏差不穩(wěn)定的情況不能有效的 補(bǔ)償。
[0007] 另一類校正方法是在重建圖像中進(jìn)行。在重建圖像中檢測(cè)同屯、的環(huán)或者弧，測(cè)定 該些環(huán)的強(qiáng)度，并從重建圖像中減去。該類方法的缺點(diǎn)在于，有時(shí)環(huán)狀偽像和真實(shí)的解剖結(jié) 構(gòu)的邊界是難于區(qū)分的，在去除環(huán)狀偽像的過(guò)程中，也會(huì)損失真實(shí)邊界信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引本發(fā)明的目的是提供一種CT探測(cè)器像素響應(yīng)不一致性的校正方法，可W有效地 消除由于探測(cè)器像素響應(yīng)不一致性產(chǎn)生的偽像。
[0009] 本發(fā)明的目的是通過(guò)W下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0010] 一種CT探測(cè)器像素響應(yīng)不一致性的校正方法，該方法包括：
[0011] 將原始的投影正弦圖在多個(gè)投影角內(nèi)進(jìn)行平均，獲得初始平均響應(yīng)曲線；
[0012] 去除初始平均響應(yīng)曲線中的輪廓線；
[0013] 在去除輪廓線的平均響應(yīng)曲線中探測(cè)響應(yīng)不一致的像素點(diǎn)，并將響應(yīng)不一致的像 素點(diǎn)分為兩類：?jiǎn)坞p點(diǎn)，W及連續(xù)=點(diǎn)及W上；
[0014] 對(duì)于單雙點(diǎn)的響應(yīng)不一致像素點(diǎn)使用鄰域中值濾波的方法估計(jì)偏差；
[0015] 對(duì)于連續(xù)=點(diǎn)及W上的響應(yīng)不一致像素點(diǎn)使用基于平滑性約束的填充方法估計(jì) 偏差；
[0016] 根據(jù)估計(jì)出的偏差補(bǔ)償原始的投影正弦圖，完成CT探測(cè)器像素響應(yīng)不一致性的 校正。
[0017] 所述將原始的投影正弦圖在多個(gè)投影角內(nèi)進(jìn)行平均，獲得初始平均響應(yīng)曲線包 括：
[001引沿投影數(shù)n方向?qū)⒃嫉耐队罢覉DP(m，n)進(jìn)行平均濾波，得到句W，《)，再將 廬(％，《：)沿投影數(shù)n方向進(jìn)行下采樣得到初始平均響應(yīng)曲線P0i，n);
[0019] 其中，m表示探測(cè)器像素點(diǎn)坐標(biāo)，n表示投影數(shù)。
[0020] 所述去除初始平均響應(yīng)曲線中的輪廓線包括：
[0021] 沿探測(cè)器像素點(diǎn)坐標(biāo)m方向使用savitzky-golay濾波器進(jìn)行濾波獲取輪廓線 Z(m,n)，表示為；
[0022]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種CT探測(cè)器像素響應(yīng)不一致性的校正方法，其特征在于，該方法包括： 將原始的投影正弦圖在多個(gè)投影角內(nèi)進(jìn)行平均，獲得初始平均響應(yīng)曲線； 去除初始平均響應(yīng)曲線中的輪廓線； 在去除輪廓線的平均響應(yīng)曲線中探測(cè)響應(yīng)不一致的像素點(diǎn)，并將響應(yīng)不一致的像素點(diǎn) 分為兩類：?jiǎn)坞p點(diǎn)，以及連續(xù)三點(diǎn)及以上； 對(duì)于單雙點(diǎn)的響應(yīng)不一致像素點(diǎn)使用鄰域中值濾波的方法估計(jì)偏差； 對(duì)于連續(xù)三點(diǎn)及以上的響應(yīng)不一致像素點(diǎn)使用基于平滑性約束的填充方法估計(jì)偏 差； 根據(jù)估計(jì)出的偏差補(bǔ)償原始的投影正弦圖，完成CT探測(cè)器像素響應(yīng)不一致性的校正。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述將原始的投影正弦圖在多個(gè)投影角 內(nèi)進(jìn)行平均，獲得初始平均響應(yīng)曲線包括： 沿投影數(shù)η方向?qū)⒃嫉耐队罢覉DP(m，η)進(jìn)行平均濾波，得到戶再將 沿投影數(shù)η方向進(jìn)行下采樣得到初始平均響應(yīng)曲線; 其中，m表示探測(cè)器像素點(diǎn)坐標(biāo)，η表示投影數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述去除初始平均響應(yīng)曲線中的輪廓 線包括： 沿探測(cè)器像素點(diǎn)坐標(biāo)m方向使用savitzky-golay濾波器進(jìn)行濾波獲取輪廓線Z(m, η)， 表示為：
將獲取輪廓線Z (m，η)從初始平均響應(yīng)曲線中減去，再沿投影數(shù)η方向進(jìn)行一次低頻濾 波，獲得去除輪廓線的平均響應(yīng)曲線R，其中的像素點(diǎn)記為R(m，η)，表示為：
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述在去除輪廓線的平均響應(yīng)曲線中探 測(cè)響應(yīng)不一致的像素點(diǎn)包括： 利用每一像素點(diǎn)與其領(lǐng)域像素點(diǎn)平均值的差異來(lái)探測(cè)響應(yīng)不一致的像素點(diǎn)，表示為：
其中，R(1，η)表示R(m，η)的相鄰的2W個(gè)像素點(diǎn)，2W+1表示領(lǐng)域像素點(diǎn)的窗寬； 當(dāng)T (m，η)大于閾值Th，則對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)為響應(yīng)不一致的像素點(diǎn)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述對(duì)于單雙點(diǎn)的響應(yīng)不一致像素點(diǎn)使 用鄰域中值濾波的方法估計(jì)偏差包括： 對(duì)于單像素點(diǎn)響應(yīng)不一致以及連續(xù)兩個(gè)像素點(diǎn)響應(yīng)不一致的情況，使用7點(diǎn)中值濾波 的方法對(duì)進(jìn)行濾波，計(jì)算出響應(yīng)不一致像素點(diǎn)的響應(yīng)期望值，表示為：
其中，P表示響應(yīng)不一致像素點(diǎn)的坐標(biāo)，η表示投影數(shù)，median表示取數(shù)組的中值； 再計(jì)算對(duì)應(yīng)的偏差值，表示為：
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述對(duì)于連續(xù)三點(diǎn)及以上的響應(yīng)不一致 像素點(diǎn)使用基于平滑性約束的填充方法估計(jì)偏差包括： 在初始平均響應(yīng)曲線中標(biāo)記連續(xù)三點(diǎn)及以上的響應(yīng)不一致像素點(diǎn)，并使用線性差值對(duì) 所標(biāo)記的響應(yīng)不一致像素點(diǎn)進(jìn)行填充； 將標(biāo)記的響應(yīng)不一致像素點(diǎn)作為壞像素區(qū)Φ，與之相鄰的5個(gè)像素點(diǎn)作為過(guò)渡區(qū)Ψ， 并使用之前的線性差值填充時(shí)的結(jié)果作為初始值，求解下面的最優(yōu)化問(wèn)題，獲得響應(yīng)不一 致像素點(diǎn)的響應(yīng)期望值：
其中，I (p, η)表示最優(yōu)化問(wèn)題的變量，▽/(/?,?)表示對(duì)I (p, η)求梯度，p表示響應(yīng)不 一致像素點(diǎn)的坐標(biāo)，η表示投影數(shù)，β為常數(shù)； 再計(jì)算對(duì)應(yīng)的偏差值，表示為：
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，求解最優(yōu)化問(wèn)題時(shí)，使用了最速梯度下降 法，f(I (ρ，η))的梯度的表達(dá)式為：
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)估計(jì)出的偏差補(bǔ)償原始的投影 正弦圖包括： 將獲得的偏差值進(jìn)行1 :8的線性插值，并疊加回原始的投影正弦圖。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種CT探測(cè)器像素響應(yīng)不一致性的校正方法，該方法包括：將原始的投影正弦圖在多個(gè)投影角內(nèi)進(jìn)行平均，獲得初始平均響應(yīng)曲線；去除初始平均響應(yīng)曲線中的輪廓線；在去除輪廓線的平均響應(yīng)曲線中探測(cè)響應(yīng)不一致的像素點(diǎn)，并將響應(yīng)不一致的像素點(diǎn)分為兩類：?jiǎn)坞p點(diǎn)，以及連續(xù)三點(diǎn)及以上；對(duì)于單雙點(diǎn)的響應(yīng)不一致像素點(diǎn)使用鄰域中值濾波的方法估計(jì)偏差；對(duì)于連續(xù)三點(diǎn)及以上的響應(yīng)不一致像素點(diǎn)使用基于平滑性約束的填充方法估計(jì)偏差；根據(jù)估計(jì)出的偏差補(bǔ)償原始的投影正弦圖，完成CT探測(cè)器像素響應(yīng)不一致性的校正。本發(fā)明公開(kāi)的方法，可以有效地消除由于探測(cè)器像素響應(yīng)不一致性產(chǎn)生的偽像。
【IPC分類】G06T7-00, G06T5-00, G06T3-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104867157
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510293904
【發(fā)明人】唐智偉
【申請(qǐng)人】華潤(rùn)萬(wàn)東醫(yī)療裝備股份有限公司
【公開(kāi)日】2015年8月26日
【申請(qǐng)日】2015年6月1日