专利名称：Ct系统的散射校正方法及ct系统的制作方法
CT系统的散射校正方法及CT系统
技术领域：
本发明涉及一种仿真成像技术，尤其是一种CT系统的散射校正方法及CT系统。背景技术：
CT成像技术(computed tomography,电子计算机X射线断层扫描技术)具有对治 疗位置进行X线透视、摄片和容积成像的多重功能，在使用CT系统进行透射线成像的过程 中，到达探测器的X射线包括两种成分，即初始射线和散射射线。初始射线产生信号进而生 成图像，散射射线产生噪声和图像伪影，例如杯状伪影和条纹伪影，从而降低了投影图像的 对比度，导致重建的CT值不精确。扇形束CT系统中采用线阵探测器，仅受到一维的散射影 响，不会产生大量的散射射线，安装准直器就能达到非常好的散射抑制效果，但是，锥束CT 系统由于探测器采用的是面阵探测器，使得散射是二维分布的，接受散射射线的照射要大 得多，因此必须设法消除散射的影响。在锥束CT系统中，由于散射是二维分布，单一的硬件校正或软件校正方法都难以 达到理想的效果，因此出现了硬件与软件相结合的混合校正方法，目前的校正方法有以下 三种(1)频率调制方法。频率调制方法是将一个具有不同穿透性的网格置于被扫描物 体与探测器之间。直射的初级光子与散射光子对于调制器有不同的频率响应特性，即直射 光子被调制为高频信号，而散射光子被调制为低频信号，再利用非线性频域滤波器将散射 成分从投影图像的频谱中分离。此方法具有散射校正器材简单的优点，但是对于不同的被 扫描物体和不同的成像精度，需要调整合适的网格间距。(2)初级调制方法。在初级调制方法中，需要制作一个校正片。在一片厚度为2mm 的铝板上均勻布满正方形凸部，凸部边长为2mm，间距为2mm，厚度为1mm。校正片作为调制 编码器，放置于射线源与被扫描物体之间。初级调制方法的过程可以分为以下几步由射线 源发出的初级射线被校正片“调制编码”，再穿过被扫描物体。在频域上，被探测器所接收的 透射射线带有编码信息，散射射线为低频噪声，用高通滤波器对投影滤波，以扣除散射的影 响，但是初级调制方法在实际的应用过程中要求非常高，不易于实现。此外，还可以设定扫描参数后采集空气投影图像和射束衰减网格投影图像，对被 检测物体进行圆周扫描，采集带射束衰减网格和被检测物体的投影图像集I和被扫描物 体II，计算射束衰减网格中每个金属小球中心的投影位置，采用射束衰减网格校正方法 计算与投影图像集I中的投影图像一一对应的散射场分布图像，将投影图像集I减去对 应的散射场分布图像得到散射校正后的投影图像集III，由此通过raP(Filtered Back Projection，滤过反投影)算法重建出散射校正后的序列切片序列。在此方法中，将射束衰 减网格放置在射线源与被扫描物体之间，靠近被扫描物体，由于出射光首先穿过射束衰减 网格，导致出射光光谱发生变化。另外，对于同一被扫描物体，要扫描两次，扫描时间增加一 倍，处理的数据量也增加了一倍，效率非常低。
发明内容基于此，有必要提供一种可提高效率的CT系统的散射校正方法。此外，还有必要提供一种可提高效率的CT系统。一种CT系统的散射校正方法，包括以下步骤获取亮场图像；将散射校正器放置 于被扫描物体与探测器之间，进行等角度圆周扫描得到衰减投影图像；分别对被扫描物体 和散射校正器进行等角度圆周扫描得到投影图像集和散射校正图像；根据所述亮场图像、 散射校正图像以及衰减投影图像生成散射强度分布图；通过所述投影图像集与散射强度分 布图之差得到校正后的投影图像集。优选地，所述散射校正器是在薄板中嵌入小球，所述薄板的吸收系数小于所述小 球的吸收系数。优选地，所述小球在所述薄板中呈棋盘分布。优选地，所述根据所述亮场图像、散射校正图像以及衰减投影图像生成散射强度 分布图的步骤为通过遗传算法从散射校正图像中得到各个投影圆的中心坐标；从亮场图 像中得到与所述各个投影圆相对应的初始射线强度，并从散射校正图像中得到与所述各个 投影圆相对应的穿过散射校正器后的射线强度以及校正的总射线强度；从投影图像集中获 取物体总射线强度；通过所述初始射线强度、穿过散射校正器后的射线强度、校正的总射线 强度以及物体总射线强度得到衰减投影图像中的散射值分布；对所述散射值分布进行二维 插值及角度插值得到散射强度分布图。优选地，所述通过所述投影图像集与散射强度分布图之差得到校正后的投影图像 集的步骤之后还包括对所述校正后的投影图像集进行图像重建。一种CT系统，至少包括扫描模块，用于获取亮场图像，对被扫描物体以及置于所 述被扫描物体与探测器之间的散射校正器进行等角度扫描得到衰减投影图像，并分别对被 扫描物体和散射校正器进行等角度圆周扫描得到投影图像集和散射校正图像；处理模块， 用于根据所述亮场图像、散射校正图像以及衰减投影图像生成散射强度分布图；校正模块， 用于通过所述投影图像集与散射强度分布图之差得到校正后的投影图像集。优选地，所述散射校正器是在薄板中嵌入小球，所述薄板的吸收系数小于所述小 球的吸收系数。优选地，所述小球在所述薄板中呈棋盘分布。优选地，所述处理模块包括位置获取单元，用于通过遗传算法从散射校正图像中 得到各个投影圆的中心坐标；强度获取单元，用于从亮场图像中得到与所述各个投影圆相 对应的初始射线强度，并从散射校正图像中得到与所述各个投影圆相对应的穿过散射校正 器后的射线强度以及校正的总射线强度，从投影图像集中获取物体总射线强度；计算单元， 用于通过所述初始射线强度、穿过散射校正器后的射线强度、校正的总射线强度以及物体 总射线强度得到衰减投影图像中的散射值分布；插值单元，用于对所述散射值分布进行二 维插值及角度插值，得到散射强度分布图。优选地，还包括重建模块，用于对所述校正后的投影图像集进行图像重建。上述 CT系统的散射校正方法及CT系统中，通过将散射校正器置于被扫描物体与探测器之间来 消除散射的影响，大大地减少了扫描时间和处理的数据量，有效地提高了效率和精度。上述CT系统的散射校正方法及CT系统中的散射校正器结构简单，制造成本低廉，易于实现并适用于被扫描物体性质变化非常较的环境。
图1为一个实施例中CT系统的散射校正方法；图2为一个实施例中的散射校正器的示意图；图3为一个实施例中根据亮场图像、散射校正图像以及衰减投影图像生成散射强 度分布图的流程图；图4为一个实施例中扫描亮场的示意图；图5为一个实施例中放置被扫描物体并添加散射校正器的示意图；图6为一个实施例中仅扫描被扫描物体的示意图；图7为一个实施例中仅扫描散射校正器的示意图；图8为一个实施例中CT系统的详细模块图；图9为一个实施例中处理模块的示意图。
具体实施方式图1示出了一个实施例中CT系统的散射校正方法，包括以下步骤在步骤SlO中，获取亮场图像。本实施例中，扫描视场中不放置任何物体，扫描亮 场得到亮场图像。成像视场中不放置被扫描物体，并打开光源所扫描得到的图像为这场图像。在步骤S20中，将散射校正器放置于被扫描物体与探测器之间，进行等角度圆 周扫描得到衰减投影图像。本实施例中，如图2所示，散射校正器(scattercorrection device, SCD)是在薄板中嵌入小球，薄板的吸收系数小于小球的吸收系数。小球在薄板中 呈棋盘分布。散射校正器的大小可介于被扫描物体与探测器之间，为使实际的操作中更 简便，可使散射校正器的尺寸与探测器的尺寸一致即可满足需要，即优选为50mm*50mm 500mm*500mm的范围内。对于散射校正器的厚度必须保证大于小球半径，这样才可以将小球 固定，因此散射校正器的厚度优选为Imm 50mm的范围内。在具体的实施例中，选用大小 为50mm*50mm，厚度为Imm 5mm的散射校正器。另一实施例中，小球也可采用其他的分布 方式，其直径取决于实际情况，例如，对目前工业和医用CT系统而言，小球的参数是直径 范围值为0. 5mm 20mm ；孔深范围值为0. 25mm IOmm ；中心间距的范围值为Imm 40mm。 在优选的实施例中，直径范围值为0. 5mm 1. 5mm ；孔深范围值为0. 25mm Imm冲心间距 的范围值为Imm 4mm。薄板优选为聚乙烯塑料板，但也可以采用其它低吸收系数的材料， 例如硬纸板、薄木片等，小球优选为金属小球，但也可以是其它高吸收材料，例如铅球。在X射线穿过被扫描物体进入探测器的过程中，如果射线没有与被扫描物体发生 反应，则这种射线可以称为初始射线，如果发生了反应，则X射线能量范围为0. 1 IMeV时 主要是由于康普顿效应而产生的，这种射线可以称为散射射线。因此，在探测器上所吸收 的射线由两部分组成，即初始射线和散射射线，对于工业CT和医用CT，能量范围在Okv 450kv的散射射线大多由康普顿效应产生，而锥束CT系统中能量范围在20kv 90kv的低 能系统也存在着散射射线，在扫描过程中通过散射校正器的作用消除散射射线的影响。对于散射校正器的位置，在视场中散射校正器有四个位置可以放置(1)散射校正器放置于靠近光源的位置；(2)将散射校正器放置于被扫描物体和探测器之间靠近被扫 描物体的位置；(3)将散射校正器放置于被扫描物体与探测器之间靠近被扫描物体的位 置；(4)将散射校正器放置于被扫描物体与探测器之间靠近探测器的位置。对于位置(1)和 位置(2)，沿射线的传播方向，散射校正器放置于被扫描物体前，此时射线首先穿过散射校 正器，散射分布还未形成；对于位置(4)，由于散射校正器紧贴探测器，散射校正器中的小 球会吸收初始射线和散射射线，因而会改变散射的强度分布；只有位置(3)在射线穿过被 扫描物体后，散射分布已经形成，此时再穿过散射校正器，由小球吸收初始射线，即尚未改 变方向的射线，由此在探测器上的相应位置所得到的就是散射射线和衰减后的初始射线。 由此可知，在扫描过程中，将散射校正器放置于被扫描物体与探测器之间，并尽量靠近被扫 描物体。由于散射强度分布的空间变化不大，因此即使增加扫描角度间隔，散射强度分布 变化仍然不大，附加了散射校正器后只需要进行等角度圆周扫描60次，得到60幅图像即可。在步骤S30中，分别对被扫描物体和散射校正器进行等角度扫描得到投影图像集 和散射校正图像。本实施例中，仅在视场中放置被扫描物体，对被扫描物体进行等角度间隔 的圆周扫描360次，得到投影图像集，然后撤去被扫描物体，仅放置散射校正器进行扫描， 得到散射校正图像。在步骤S40中，根据亮场图像、散射校正图像以及衰减投影图像生成散射强度分 布图。本实施例中，分别从亮场图像、散射校正图像以及衰减投影图像中提取数据，并通过 遗传算法以及朗伯定律生成散射强度分布图，以用于校正投影图像集。在一个具体的实施例中，如图3所示，根据亮场图像、散射校正图像以及衰减投影 图像生成散射强度分布图的步骤为在步骤S401中，通过遗传算法从散射校正图像中得到各个投影圆的中心坐标。本 实施例中，由散射校正图像中获得一系列的小球投影圆图像，从而通过遗传算法求出各个 投影圆的中心坐标，例如，可应用Matlab编写程序，采用遗传算法，在投影圆中找到一点和 一个半径，使得各点到这点的距离与半径之差的平方和最小，即可求出散射校正图像中各 个投影圆的中心坐标。在步骤S402中，从亮场图像中得到与各个投影圆相对应的初始射线强度，并从散 射校正图像中得到与各个投影圆相对应的穿过散射校正器后的射线强度，从衰减投影图像 中得到校正的总射线强度。本实施例中，如图4所示，可从亮场图像中分别测量得到各投影 圆中心坐标的对应点的初始射线强度Itl,根据各个投影圆的中心坐标，从散射校正图像中 得到相应的穿过散射校正器后的射线强度I3，如图5所示，在衰减投影图像中测量得到校正 的总射线强度队。校正的总射线强度D1是将散射校正器置于被扫描物体和探测器之间时 探测器上所接收到的总射线强度。在步骤S403中，从投影图像集中获取物体总射线强度。本实施例中，如图6所示， 在投影图像集中所测量得到的物体总射线强度D2是仅放置被扫描物体，对被扫描物体进行 等角度间隔扫描360次时探测器上接收到的总射线强度。在步骤S404中，通过初始射线强度、穿过散射校正器后的射线强度、校正的总射 线强度以及物体总射线强度得到衰减投影图像中的散射值分布。本实施例中，根据朗伯定律，如图5至7所示，由图6可以得到公式(1)，由图5可以得到公式⑵和公式(3)，由图 7可以得到公式⑷
权利要求
一种CT系统的散射校正方法，包括以下步骤获取亮场图像；将散射校正器放置于被扫描物体与探测器之间，进行等角度圆周扫描得到衰减投影图像；分别对被扫描物体和散射校正器进行等角度圆周扫描得到投影图像集和散射校正图像；根据所述亮场图像、散射校正图像以及衰减投影图像生成散射强度分布图；通过所述投影图像集与散射强度分布图之差得到校正后的投影图像集。
2.根据权利要求1所述的CT系统的散射校正方法，其特征在于，所述散射校正器是在 薄板中嵌入小球，所述薄板的吸收系数小于所述小球的吸收系数。
3.根据权利要求2所述的CT系统的散射校正方法，其特征在于，所述小球在所述薄板 中呈棋盘分布。
4.根据权利要求1所述的CT系统的散射校正方法，其特征在于，所述根据所述亮场图 像、散射校正图像以及衰减投影图像生成散射强度分布图的步骤为通过遗传算法从散射校正图像中得到各个投影圆的中心坐标； 从亮场图像中得到与所述各个投影圆相对应的初始射线强度，并从散射校正图像中得 到与所述各个投影圆相对应的穿过散射校正器后的射线强度以及校正的总射线强度； 从投影图像集中获取物体总射线强度；通过所述初始射线强度、穿过散射校正器后的射线强度、校正的总射线强度以及物体 总射线强度得到衰减投影图像中的散射值分布；对所述散射值分布进行二维插值及角度插值得到散射强度分布图。
5.根据权利要求1所述的CT系统的散射校正方法，其特征在于，所述通过所述投影图 像集与散射强度分布图之差得到校正后的投影图像集的步骤之后还包括对所述校正后的投影图像集进行图像重建。
6.一种CT系统，其特征在于，至少包括扫描模块，用于获取亮场图像，对被扫描物体以及置于所述被扫描物体与探测器之间 的散射校正器进行等角度扫描得到衰减投影图像，并分别对被扫描物体和散射校正器进行 等角度圆周扫描得到投影图像集和散射校正图像；处理模块，用于根据所述亮场图像、散射校正图像以及衰减投影图像生成散射强度分 布图；校正模块，用于通过所述投影图像集与散射强度分布图之差得到校正后的投影图像集。
7.根据权利要求6所述的CT系统，其特征在于，所述散射校正器是在薄板中嵌入小球， 所述薄板的吸收系数小于所述小球的吸收系数。
8.根据权利要求7所述的CT系统，其特征在于，所述小球在所述薄板中呈棋盘分布。
9.根据权利要求6所述的CT系统，其特征在于，所述处理模块包括位置获取单元，用于通过遗传算法从散射校正图像中得到各个投影圆的中心坐标； 强度获取单元，用于从亮场图像中得到与所述各个投影圆相对应的初始射线强度，并 从散射校正图像中得到与所述各个投影圆相对应的穿过散射校正器后的射线强度以及校正的总射线强度，从投影图像集中获取物体总射线强度；计算单元，用于通过所述初始射线强度、穿过散射校正器后的射线强度、校正的总射线 强度以及物体总射线强度得到衰减投影图像中的散射值分布；插值单元，用于对所述散射值分布进行二维插值及角度插值，得到散射强度分布图。
10.根据权利要求6所述的CT系统，其特征在于，还包括 重建模块，用于对所述校正后的投影图像集进行图像重建。
全文摘要
一种CT系统的散射校正方法，包括以下步骤获取亮场图像；将散射校正器放置于被扫描物体与探测器之间，进行等角度圆周扫描得到衰减投影图像；分别对被扫描物体和散射校正器进行等角度圆周扫描得到投影图像集和散射校正图像；根据所述亮场图像、散射校正图像以及衰减投影图像生成散射强度分布图；通过所述投影图像集与散射强度分布图之差得到校正后的投影图像集。上述CT系统的散射校正方法及CT系统中，通过将散射校正器置于被扫描物体与探测器之间来消除散射的影响，大大地减少了扫描时间和处理的数据量，有效地提高了效率和精度。
文档编号A61B6/03GK101987021SQ20101057416
公开日2011年3月23日 申请日期2010年12月6日 优先权日2010年12月6日
发明者夏丹, 张其阳, 戎军艳, 桂建保, 胡战利, 邹晶, 郑海荣 申请人:中国科学院深圳先进技术研究院