专利名称：一种修正床板和摆位辅助装置对图像质量影响的方法
技术领域：
本发明涉及一种图像的处理方法，具体涉及一种修正床板和摆位辅助装置对图像质量影响的方法。
背景技术：
X光机、电子射野影像装置(Electronic Portal Imaging Device，EPID)和计算机断层成像技术(Computed Tomography，CT)等在各个领域都得到广泛应用。这些成像装置或者采集二维投影图像，得到二维平面图像；或者利用采集的二维投影图像进行三维重建，得到三维立体图像。
在医学领域，成像装置所用病床的床板和患者的摆位辅助装置通常用低密度的非金属材料制成，如碳纤维材料。这些材料密度低、对X射线衰减少，因此减小了对图像质量的影响。但是，对X射线而言，这些材料不可能是全透明的。本发明的模体实验证明，床板降低了图像的软组织对比分辨率和均匀度。
床板和摆位辅助装置对图像质量影响主要发生在X射线投影成像过程，即将床板和摆位辅助装置的信息混入投影图像中。X射线投影成像的一般过程是射线源发射射线照射物体，射线与物体相互作用而衰减，衰减后的投射射线和由相互作用产生的散射线一起到达平板探测器，转变为可见光后，由光电转换变为电信号，再经模拟/数字转换器将电信号转为数字图像信号，作为投影图像输入计算机处理。
图像质量越好，诊断就越准确，因此研究提高图像质量的方法就显得非常必要。
发明内容
本发明提供一种修正床板和摆位辅助装置对图像质量影响的方法，改善图像的质量。
本发明在X射线投影成像过程，根据X射线的衰减规律，从投影图像中扣除床板和摆位辅助装置信号，改善二维投影图像的图像质量；利用修正后的投影图像重建三维CT图像，CT图像的质量也将得到改善。本发明的运用过程包括以下步骤 (1)获得成像装置探测板的能量响应特性，即投影图像显示的灰度值(g)与探测板接收到的X射线强度(I)的关系g＝f(I)； (2)使用摆位辅助装置为患者摆位，设置扫描条件，采集患者的投影图像gc+p(i，j)； (3)患者下床，保持扫描参数不变、床和摆位辅助装置的位置不变，单独扫描床板和摆位辅助装置，得到一组投影图像gc(i，j)； (4)保持扫描参数不变，移开床板和摆位辅助装置，扫描空气(即空扫)，得到一组投影图像g0(i，j)； (5)对成像装置旋转的每一个机架角度，配准步骤(2)和步骤(3)采集的投影图像； (6)对于二维投影图像，修正步骤(2)采集的每一帧投影图像灰度值，得到图像质量改善的的患者投影图像gp(i，j)； (7)对于三维CT图像，采用经过修正的投影图像重建，得到图像质量改善的患者CT图像。
在上述的步骤(1)中，获得成像装置探测板的能量响应特性的方法是扫描空气，通过改变扫描参数的曝光量(电流×曝光时间)来改变探测板接收的X射线强度I，反复扫描得到投影图像灰度值与I的函数关系g＝f(I)。
在上述的步骤(2)、步骤(3)和步骤(4)中，扫描参数一致；步骤(2)和步骤(3)中床和摆位辅助装置的位置一致。
在上述的步骤(3)和步骤(4)中，在高曝光量采集时探测板接收的X射线强度I达到饱和的区域，选择较低曝光量采集的投影图像，利用步骤(1)得到的探测板能量响应特性g＝f(I)来得到高曝光量采集时投影图像。
在上述的步骤(5)中，配准步骤(2)和步骤(3)采集的对应投影图像的方法为对于步骤(2)采集的每一帧投影图像，选择步骤(3)中机架角度相同的投影图像进行图像配准，配准方法可根据公知技术进行。
在上述的步骤(6)中，每一帧投影图像的修正方法为 若能量响应特性g＝f(I)为线性函数g＝k·I+b，投影图像的修正方法简化为 其中b(i，j)为对应扫描参数下，无X射线到达探测板时点(i，j)的灰度值。
步骤(3)中，可以针对每个患者预先扫描床板和摆位辅助装置一次，将投影数据存入数据库，在以后扫描每次患者时，可直接调入床板和摆位辅助装置的投影图像，用于修正患者投影图像。
步骤(4)中，可以针对每一个成像装置，预先扫描空气一次，将投影数据存入数据库在以后扫描每次患者时，可直接调入空气投影图像，用于修正患者投影图像。
本发明的有益效果是在投影域上减少了床板和摆位辅助装置对每一帧投影图像的影响，改善了二维投影图像的质量，重建后改善三维CT图像质量。
下面结合附图和锥形束CT实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明所述修正方法的流程图。
图2为探测板中心点的能量响应特性曲线。
图3对比一头颈部患者采用本发明方法修正前后的二维投影图像。
图4对比一头颈部患者采用本发明方法修正前后的三维锥形束CT图像。
图5比较头颈部患者CT图像修正前后，相同水平位置上的CT值分布。
图6为Catphan500模体实验带床板扫描、不带床板扫描和修正后的锥形束CT图像质量检测结果。
具体实施例方式 下面以一例头颈部患者和一个图像质量检测模体的锥形束CT成像为例，说明本发明的具体实施方式
。对于头颈部患者，应用本发明执行以下步骤 (1)采用10种不同曝光量(800，640，500，400，320，250，200，160，120，100，单位mA·ms)反复扫描空气，得到投影图像灰度值g与探测板接收的X射线强度I的函数关系g＝f(I)，实验显示能量响应特性为线性函数g＝k·I+b； (2)设置扫描参数电压100kVp，电流32mA/F，曝光时间10mS/F，采用F0滤过器和S10准直器，使用摆位辅助装置为患者摆位，采集患者锥形束CT重建所需的投影图像gc+p(i，j)，约650帧； (3)患者下床，保持扫描参数不变、床和摆位辅助装置的位置不变，单独扫描床板和摆位辅助装置，得到一组锥形束CT投影图像gc(i，j)，约650帧； (4)保持扫描参数不变，移开床板和摆位辅助装置，扫描空气(即空扫)，得到一组锥形束CT投影图像g0(i，j)，约650帧； (5)对于步骤(2)采集的每一帧投影图像，选择步骤(3)中机架角度与其相同的投影图像进行图像配准，配准方法采用公开的“基于傅立叶变换的图像配准方法”； (6)修正步骤(2)采集的每一帧投影图像灰度值，由于能量响应特性g＝f(I)为线性函数g＝k·I+b，每一帧投影图像的修正方法为 其中gc+p(i，j)、gc(i，j)、g0(i，j)、gp(i，j)分别为相同机架角度时步骤(2)、步骤(3)、步骤(4)采集和修正后的投影图像上点(i，j)的灰度值，b(i，j)为对应扫描参数下，无X射线到达探测板时点(i，j)的灰度值，通过模体实验优化得到b＝65100。
(7)采用FDK算法重建经过修正的投影图像，得到图像质量改善的患者锥形束CT图像。
对于图像质量检测模体，执行以上类似步骤，得到相应的锥形束CT图像。
图2为采用10种不同曝光量(800，640，500，400，320，250，200，160，120，100，单位mA·ms)时，探测板中心点的测量值及由此拟合的能量响应特性曲线，能量响应特性g＝f(I)为线性函数，相关系数为0.9998。
图3对比在相同窗宽窗位下头颈部两维投影图像修正前后的图像，修正后的投影图像扣除了床板和摆位辅助装置(网格状)的信号，图像更清晰。图4对比在相同窗宽窗位下，头颈部患者CT图像修正前后的图像，修正后脑干和小脑的边界更明显，解剖结构更清楚；图5比较该患者修正前后CT图像中沿白实线所示水平线上的CT值分布，修正后不同组织之间的CT值差别变大。
图6为Catphan500模体实验带床板扫描、不带床板扫描和修正后的图像质量检测结果，在设置的扫描参数下，低对比分辨率改善了16.03％，图像均匀性分别改善了9.18％。
上述实施过程的顺利实施和实施所获得的图像质量改善数据，说明本发明方法是切实可行的。
权利要求
1.一种修正床板和摆位辅助装置对图像质量影响的方法，该方法从投影图像中扣除床板和摆位辅助装置信号，改善二维投影图像的图像质量；利用修正后的投影图像做CT图像重建，得到质量改善的三维CT图像；其运用过程包括以下步骤
(1)获得成像装置探测板的能量响应特性，即投影图像显示的灰度值(g)与探测板接收到的X射线强度(I)的关系g＝f(I)；
(2)使用摆位辅助装置为患者摆位，设置扫描条件，采集患者投影图像gc+p(i，j)；
(3)患者下床，保持扫描参数不变、床和摆位辅助装置的位置不变，单独扫描床板和摆位辅助装置，得到一组投影图像gc(i，j)；
(4)保持扫描参数不变，移开床板和摆位辅助装置，扫描空气(即空扫)，得到一组投影图像g0(i，j)；
(5)对成像装置旋转的每一个机架角度，配准步骤(2)和步骤(3)采集的投影图像；
(6)对于二维投影图像，修正步骤(2)采集的每一帧投影图像灰度值，得到图像质量改善的的患者投影图像gp(i，j)；
(7)对于三维CT图像，采用经过修正的投影图像重建，得到图像质量改善的患者CT图像。
2.根据权利要求1所述的一种修正床板和摆位辅助装置对图像质量影响的方法，其特征在于该方法既可以利用所述的步骤(1)-步骤(6)修正二维投影图像，又可以利用所述的步骤(1)-步骤(7)修正三维CT图像。
3.根据权利要求1所述的一种修正床板和摆位辅助装置对图像质量影响的方法，其特征在于所述的步骤(1)中，获得CT探测板的能量响应特性的方法是扫描空气，通过改变扫描参数的曝光量(电流×曝光时间)来改变探测板接收的X射线强度I，反复扫描得到投影图像灰度值与I的函数关系g＝f(I)。
4.根据权利要求1所述的一种修正床板和摆位辅助装置对图像质量影响的方法，其特征在于所述的步骤(2)、步骤(3)和步骤(4)中，扫描参数一致；步骤(2)和步骤(3)中床和摆位辅助装置的位置一致。
5.根据权利要求1所述的一种床板和摆位辅助装置对图像质量影响的方法，其特征在于所述的步骤(3)和步骤(4)中，在高曝光量采集时探测板接收的X射线强度I达到饱和的区域，选择较低曝光量采集的投影图像，利用步骤(1)得到的探测板能量响应特性g＝f(I)来得到高曝光量采集时投影图像。
6.根据权利要求1所述的一种修正床板和摆位辅助装置对图像质量影响的方法，其特征在于所述的步骤(5)中，配准步骤(2)和步骤(3)采集的对应投影图像的方法为对于步骤(2)采集的每一帧投影图像，选择步骤(3)中机架角度相同的投影图像进行图像配准。
7.根据权利要求1所述的一种修正床板和摆位辅助装置对图像质量影响的方法，其特征在于所述的步骤(6)中，每一帧投影图像的修正方法为
8.根据权利要求1所述的一种修正床板和摆位辅助装置对图像质量影响的方法，其特征在于所述的步骤(6)中，若能量响应特性g＝f(I)为线性函数g＝k·I+b，投影图像的修正方法简化为
其中b(i，j)为对应扫描参数下，无X射线到达探测板时点(i，j)的灰度值。
9.根据权利要求1所述的一种修正床板和摆位辅助装置对图像质量影响的方法，其特征在于所述的步骤(3)中，可以针对每个患者预先扫描床板和摆位辅助装置一次，将投影数据存入数据库，在以后扫描每次患者时，可直接调入床板和摆位辅助装置的投影图像，用于修正患者投影图像。
10.根据权利要求1所述的一种修正床板和摆位辅助装置对图像质量影响的方法，其特征在于所述的步骤(4)中，可以针对每一个成像装置，预先扫描空气一次，将投影数据存入数据库，在以后扫描每次患者时，可直接调入空气投影图像，用于修正患者投影图像。
全文摘要
一种修正床板和摆位辅助装置对图像质量影响的方法。该方法在常规扫描患者后，患者下床，保持扫描参数、床和摆位辅助装置的位置不变，单独扫描床板和摆位辅助装置，然后移开床板和摆位辅助装置，扫描空气；对于二维投影图像，利用三次扫描对应几何位置的投影数据，根据X射线在物质中的指数衰减规律和探测板的能量响应特性，修正带床板和摆位辅助装置扫描患者的每一帧投影图像；对于三维CT图像，利用修正后的投影图像重建患者三维CT图像。从而可以扣除二维投影图像和三维CT图像中的床板和摆位辅助装置，减少因床板和摆位辅助装置造成的图像伪影，提高软组织对比分辨率，使解剖结构更清楚。
文档编号A61B6/03GK101721222SQ20091024960
公开日2010年6月9日 申请日期2009年12月8日 优先权日2009年9月16日
发明者戴建荣, 门阔 申请人:戴建荣, 门阔