一种基于探测器单元标定的ct图像伪影校正方法及应用

文档序号:9688290阅读:501来源:国知局
一种基于探测器单元标定的ct图像伪影校正方法及应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于检测仪器设备技术领域,设及一种X射线CT图像伪影校正方法及应用, 尤其是可应用于岩屯、CT,W及工业、医学等一类对象的CT图像伪影校正中。
【背景技术】
[0002] 近年来,数字岩屯、分析技术快速发展,在致密油气、页岩油气开发中的作用逐渐显 现。CT技术可W直接重构岩屯、的Ξ维空间结构信息,成为构建Ξ维真实数字岩屯、的重要方 法之一。为构建数字岩屯、模型,需要对样品进行CT成像,并对其成分分布进行Ξ维图像分 害d。而CT图像伪影会导致分割错误,进而影响数字建模的精确性。
[0003] 标准岩屯、通常为圆柱状样品。为得到数字岩屯、模型,需要对其进行CT成像。众所周 知,通常用于CT成像的射线由多能光子组成,CT数据获取的数学模型是非线性的,而常用CT 图像重建算法如FBP、ART等均是基于单能光子的线性数学模型。从而导致岩屯、CT成像会产 生图像伪影如图像环状伪影、硬化伪影W及CT值崎变等。运些图像伪影设及多种因素,包括 射线源因素(如能谱、流强稳定性)、滤波片因素(材质、几何形态)、衰减器因素(材质、几何 形态)、探测器因素(如探测器单元对不同能量光子的探测效率差异,各个探测器单元的探 测效率差异)和图像重建算法。
[0004] 有关CT图像环状伪影、硬化伪影、CT值崎变校正方法已有很多研究,但现有方法尚 不能较好地消除缓变环状伪影、硬化伪影和CT值崎变。本发明将给出一种基于探测器单元 标定的CT图像伪影校正方法,通过检索,尚未检索到与本发明专利申请相关的专利公开文 献。

【发明内容】

[000引本发明的目的在于克服现有技术的不足之处,提供一种基于探测器单元标定的CT 图像伪影校正方法,该方法能较好地消除岩屯、CT图像中的缓变环状伪影和高频环状伪影, 同时能减轻由于衰减器射束硬化而引起的图像CT值崎变,该伪影校正方法还可W用于校正 其它CT成像中的图像伪影,如工业构件CT图像伪影、乳腺CT图像伪影等。
[0006] 为了实现上述目的,本发明所采用的技术方案如下:
[0007] -种基于探测器单元标定的CT图像伪影校正方法,步骤如下:
[0008] (1)通过几个已知均匀材料的模体,按每个探测器单元获取一系列材料等效厚度下 的多能投影数据的采样值;
[0009] 间由该系列已知材料等效厚度下的多能投影数据的采样值,W及之间的固有性质 拟合出每个探测器单元的多能投影与材料等效厚度的函数关系的反函数,即多能投影到材 料等效厚度的映射关系;
[0010] 间在实际CT成像中,获得待校正的样品的多能投影数据,按照上述拟合得到的反 函数,将多能投影数据转换成已知材料的等效厚度,并对转换后的数据作Wavelet-FFT滤波 处理;
[0011] (4)对处理后的数据按通常CT算法进行图像重建,即可得到伪影校正后的CT图像。
[0012] 而且,对每个探测器单元标定多能投影到材料等效厚度的映射关系,不同探测器 单元对应的映射关系不完全相同。
[0013] 而且,所述步骤(1)中获取多能投影数据的采样值时,同时使用几个不同尺寸的模 体进行扫描,或者,将模体放置在视野中的不同位置多次扫描,根据扫描数据的CT图像,利 用分割的方法获取一系列材料等效厚度下的多能投影数据的采样值。
[0014] 而且,所述步骤(1)中获取多能投影数据的采样值为利用已知厚度的均匀材料的板 状模体的多能投影数据获取一系列材料等效厚度与多能投影数据的对应关系的采样值。
[0015] 而且,所述步骤间的具体方法为:根据设备要求采集充分多的采样值,直接拟合每 个探测器单元的多能投影数据到材料等效厚度的映射关系;或者,采集一部分等效厚度下 的多能投影的采样值,利用材料等效厚度与多能投影的固有性质拟合出每个探测器单元的 多能投影到材料等效厚度的映射关系。
[0016] 而且,所述步骤(1)中几个已知均匀材料的模体是指已知模体的厚度尺寸、模体个 数和模体的X射线吸收系数,其模体个数和厚度尺寸由成像设备和放置位置决定,但在给定 成像设备和放置位置条件下模体个数和厚度尺寸并不唯一;或者,所述步骤(1)中模体的形 状为柱状、锥状、球状、楠球状、圆台状、棱台状、球冠状或楠球冠状物体。
[0017] 而且,具体步骤如下;
[001引(1)数学模型:
[0019] 岩屯、CT扫描系统,由射线源、探测器、机械旋转系统、衰减器W及控制和计算机构 成,岩屯、CT的数学模型如下:
[0020]
[0021] 其中,X表示固定坐标系中的点,U为探测器坐标,L(u)表示从射线源到U的射线,β 为岩屯、绕定轴旋转的角度,R(e)为旋转矩阵,μ(χ,Ε)表示初始时刻岩屯、对能量为Ε的光子的 线性衰减系数分布,μΚΕ)表示衰减器单位长度对能量Ε的光子的线性衰减系数,r(u)为射 线到达探测器单元U所透过的衰减器的厚度,丫化,U)表示探测器单元U的射线探测效率,1〇 化,U)代表能量为E的光子的入射强度,其中Emin和Emax分别表示光子能量的最小值和最大 值,Ι(ιι,β)代表探测器单元U在角度β所采集的光子数,0(u)表示其中包含的散射光子数;
[0022] 当不放扫描物体时,探测器探测到的光子数可W表示为:
[0026]间多能投影数据与均匀材料厚度的函数关系:
[0027]当X射线由多能光子组成时,多能投影数据由公式(3)给出,当被测物体为单材质 物体时,即4山6)=4〇巧)0^),/3的=〇,^〇 ;由公式(3),可^得到
[0031] p = p(t,u)反映了探测器单元U采集到的多能投影数据与该材料等效厚度的函数 关系;
[0032] 间由均匀材料圆柱状模体恢复t = t(p,u)的方法:
[0033] ①利用相同材料制作若干个均匀材质的模体;
[0034] ②用CT扫描运些模体并由多能投影数据重建图像;
[0035] ③通过对图像分割,按探测器单元确定每个多能投影对应的模体等效厚度获取一 系列数据对,或者根据模体的已知厚度和其多能投影值获取每个探测器单元对应的一系列 数据对;
[0036] ④建立恢复t = t(p,u)的优化数学模型,并从一系列模体等效厚度和多能投影数 据对恢复t = t(p ,11);
[0037] 具体为:
[0038] 记模体的密度函数为μ(χ,Ε)=μ〇化)P(x),通过CT扫描得到没有物体时的空扫描 数据lo(uj)和加载物体后的扫描数据Kuj,故),_]'£^4£1(,此处^'和4分别是探测器单元序 号和角度采样序号,于是可W得到一组多能投影数据
jej,keK,由此数 据直接重建一副CT图像知X),其中可能含有噪声和CT值崎变,将图像/'(.V)分割,对每个pkj 计算出tk, j,于是得Sju = {(tk, j,Pk, j),j E J,keK};对逐个探测器单元Uj,用多项式逼近t = t(p,w),即假设探测器u=u苗f应的多项式为
[0039]
[0040] 由 U={(tk,j,pk,j),jeJ,keK}恢复t = t(p,uj)的优化问题如下:
[0043] (4)优化问题求解方法:
[0044] 令a={a日j,aリ,L,anj},则目标函数表示戈
多项式的一阶导 数为 & 似=",/+ 五。2/扔化.+ ,多项式的二阶导数为/,,; (?) = + 的,+L + n(" - U。,,,记, 贝1J约束条件表示为:gk(曰)&g
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