数字x线成像系统的二维调制传递函数测量方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明属于医学工程【技术领域】，尤其涉及一种数字X线成像系统的二维调制传递函数测量方法和系统。本发明数字X线成像系统的二维调制传递函数测量方法，包括获取不同倾斜角度的刃边图像，计算其相对应位置的调制传递函数，然后通过插值拟合获得数字X线成像系统二维调制传递函数的曲面图。本发明的数字X线成像系统的二维调制传递函数测量方法和系统摆脱了现有技术过度依赖探测器对称性的缺点；通过引入角度测量仪获得刃边的位置，与通过线性拟合和霍夫变换等通过图像处理算法得到的刃边位置相比，本发明所用的方法具有更高的精度，从而降低了由于刃边位置的不精确性带来的噪声。
【专利说明】数字X线成像系统的二维调制传递函数测量方法及系统
【技术领域】
[0001] 本发明属于医学工程【技术领域】，尤其涉及数字X线成像系统的二维调制传递函数 测量系统及方法。
【背景技术】
[0002] 随着X线成像系统的发展，成像质量的评价也在逐渐发展，数字X线成像系统的调 制传递函数（modulation transfer function, MTF)不仅是反映其空间分辨力的一个重要 参数，而且是获得系统的量子检出效率（detective quantum efficiency，DQE)的必要条 件。调制传递函数是用空间频率表示输出调制和输入调制之比的函数，可对成像系统的分 辨力参数进行定量描述，并可以精确地描述成像系统和其组成部分的信息再现率。MTF是衡 量成像系统性能的重要指标参数，作为空间频率因素，调制传递函数用来测量分辨率在整 个成像系统中的传递情况。
[0003] 现有测量MTF的方法中主要有测试卡法、狭缝法和刃边法，但是这些方法只能获 得系统在某一个方向上的MTF，即只能获得水平或垂直方向的一维MTF，无法对成像系统在 整个平面的分辨力传递特性进行描述，具有很大的局限性。因此若要获得系统的完整描述， 必须计算成像系统的二维调制传递函数。
[0004] 现有的数字X线成像系统的二维调制传递函数测量方法包括：
[0005] 现有技术一：在文献〈A. Kuhls-Gilcrist, A. Jain, D. R. Bednarek, Κ- --· Hoffmann, and S. Rudin, "AccurateMTF measurement in digital radiography using noise response, 'led Phys. 37, 724-735 (2010) 中根据噪声功率谱和调制传递函数之间 的关系NPS(u，V) = nMTFdet(u，v)+NPSeleetronie(u，V)，通过测量成像系统的噪声功率谱，和 特定空间频率下的调制传递函数值计算两者之间的相关系数，然后获得系统的调制传递函 数，但是现有技术一的缺点在于：要获得二维MTF的函数形式，必须进行深入的线性级联系 统分析；
[0006] 现有技术二：在文献〈K. A. Fetterly, N. J. Hangiandreou, B. A. Schueler, and E.R.Ritenour, "Measurement of the presampled two-dimensional modulation transfer function of digital imaging systems, IedPhys. 29, 913-921 (2002)〉中，利 用精加工的针孔设备来产生X线的近似点光源，获得成像系统的二维点扩散函数，然后通 过傅里叶变换得到系统的二维MTF ;但是现有技术二的缺点在于：若要获取高精度的MTF， 需要处理大量的图像数据，另外，测量装置精度要求太高，不适合大面积推广应用
[0007] 现有技术三：在文献〈M. Bath，P. Sund，L. G. Mansson. "Method for determining the two-dimensional pre-sampling modulation transfer function in digital radiography, 'Troc. SPIE VOL. 4320〉中通过对上面构造有NXN个圆孔的不透光圆盘进行 成像，得到圆盘扩散函数，然后经过重新采样，傅里叶变换及校正等计算步骤得到成像系统 的二维MTF ;但是现有技术三的缺点在于：由于高频混叠现象使整体的测量精度尤其是高 频精度大大降低。
【发明内容】
[0008] 本发明提供了一种数字X线成像系统的二维调制传递函数测量方法及装系统，旨 在解决现有的数字X线成像系统的二维调制传递函数测量方法对探测器对称性依赖高，且 测量精度尤其是高频精度低的技术问题。
[0009] 本发明提供的技术方案为：一种数字X线成像系统的二维调制传递函数测量方 法，包括：
[0010] 步骤a:将刃边装置放置在探测器表面，调整刃边与探测器采样方向成初始角度 Θ C1，设置曝光参数，在一定辐射质量下对对刃边装置进行多次曝光；
[0011] 步骤b :旋转刃边装置，调整刃边装置使刃边与探测器的角度均匀变化，对刃边装 置进行曝光，每个位置曝光多次，获取多幅图像；
[0012] 步骤c :对图像进行线性化处理，将二维调制传递函数的分析区域内的图像数据 沿着刃边的方向进行投影得到亚像素数组，通过投影变换得到该方向的边缘响应函数；
[0013] 步骤d :对得到的边缘响应函数ERF降噪处理，对ERF曲线进行拟合，处理后的ERF 进行差分运算得到线扩散函数LSF (Xi);
[0014] 步骤e :对LSF(Xi)进行傅里叶变换并取模，利用零频率处MTF值进行归一化处理， 得到刃边位置为Q i时系统的归一化调制传递函数MTFiOi, V);
[0015] 步骤f :对得到的所有方向的一维调制传递函数MTFk(X)通过双线性差值进行曲 面拟合得到系统的二维调制传递函数MTF (u，V)。
[0016] 本发明的技术方案还包括：所述步骤a前进一步包括：构建刃边装置，所述刃边装 置包括环形导轨、角度测量仪、铅板和钨板，且钨板的边缘经过抛光处理，所述铅板固定在 环形导轨上，所述钨板固定在铅板中央切割出的矩形区域。
[0017] 本发明的技术方案还包括：在所述步骤b中，调整刃边装置使刃边与探测器的角 度在0和180之间均匀变化，刃边与探测器采样方向的夹角为Θ k，且满足（Θ km〇d45)尹0 对刃边装置进行曝光。
[0018] 本发明的技术方案还包括：在所述步骤c中，所述对图像进行线性化处理步骤后 还包括：通过线性拟合得到刃边与探测器采样方向的夹角θ' k，比较0,和θ' k的大小 关系。
[0019] 本发明的技术方案还包括：在所述步骤c中，所述通过投影变换得到该方向的边 缘响应函数步骤包括：将二维调制传递函数的分析区域中的所有像素点（i，j)投影到s轴 为：s(i, j) = ipcos Θ k-jpSin Θ k，设采样间隔为Δ s = 0· lp，采样公式为：
【权利要求】
1. 一种数字X线成像系统的二维调制传递函数测量方法，包括： 步骤a:将刃边装置放置在探测器表面，调整刃边与探测器采样方向成初始角度Θ^，设 置曝光参数，在一定辐射质量下对对刃边装置进行多次曝光； 步骤b:旋转刃边装置，调整刃边装置使刃边与探测器的角度均匀变化，对刃边装置进 行曝光，每个位置曝光多次，获取多幅图像； 步骤c:对图像进行线性化处理，将二维调制传递函数的分析区域内的图像数据沿着 刃边的方向进行投影得到亚像素数组，通过投影变换得到该方向的边缘响应函数； 步骤d:对得到的边缘响应函数ERF降噪处理，对ERF曲线进行拟合，处理后的ERF进 行差分运算得到线扩散函数LSF(Xi); 步骤e:对LSF(Xi)进行傅里叶变换并取模，利用零频率处MTF值进行归一化处理，得到 刃边位置为Qi时系统的归一化调制传递函数MTFi (u，v); 步骤f:对得到的所有方向的一维调制传递函数MTFk(X)通过双线性差值进行曲面拟 合得到系统的二维调制传递函数MTF(u，V)。
2. 根据权利要求1所述的数字X线成像系统的二维调制传递函数测量方法，其特征在 于，所述步骤a前进一步包括：构建刃边装置，所述刃边装置包括环形导轨、角度测量仪、铅 板和钨板，且钨板的边缘经过抛光处理，所述铅板固定在环形导轨上，所述钨板固定在铅板 中央切割出的矩形区域。
3. 根据权利要求1或2所述的数字X线成像系统的二维调制传递函数测量方法，其特 征在于，在所述步骤b中，调整刃边装置使刃边与探测器的角度在O和180之间均匀变化， 刃边与探测器采样方向的夹角为9k，且满足（0km〇d45)尹0对刃边装置进行曝光。
4. 根据权利要求3所述的数字X线成像系统的二维调制传递函数测量方法，其特征在 于，在所述步骤c中，所述对图像进行线性化处理步骤后还包括：通过线性拟合得到刃边与 探测器采样方向的夹角θ'k，比较0,和θ'kX大小关系。
5. 根据权利要求3所述的数字X线成像系统的二维调制传递函数测量方法，其特征在 于，在所述步骤c中，所述通过投影变换得到该方向的边缘响应函数步骤包括：将二维调制 传递函数的分析区域中的所有像素点（i,j)投影到s轴为：s(i,j) =ipcosΘk-jpSinΘX， #麥烊问隔* Λ? = 1η.麥烊公if* .
其中：P为像素大小，i、j分别表示ROI区域的第i行和第j列，S(i，j)为像素（i，j) 到刃边的距离，nm为到刃边的距离在（m-0. 5)Λs和（m+〇. 5)Λs之间的像素个数；对落在 同一间隔内的所有数据点的几何平均作为该间距的数据，得到系统的过采样边缘响应函数 ERF。
6. 根据权利要求1或2所述的数字X线成像系统的二维调制传递函数测量方法，其 特征在于，在所述步骤d中，所述对ERF曲线进行拟合步骤具体为：通过改进的费米函数对 ERF曲线进行拟合，拟合公式为：
7. 根据权利要求1或2所述的数字X线成像系统的二维调制传递函数测量方法，其特 征在于，所述步骤e包括：方向Θk的边缘响应函数经过差分计算得到该方向的线扩散函 FRF - FRF 数：--^ ;对其做傅里叶变换得到方向Θk的光学传递函数，对其取模得2As 到调制传递函数MTF'k(x);根据零频率处的MTF值进行归一化，得到归一化的调制传递函 数MTFk(X)。
8. 根据权利要求1或2所述的数字X线成像系统的二维调制传递函数测量方法， 其特征在于，所述步骤f包括：将得到的所有方向的一维调制传递函数MTFk(X)公式 ,xc仇转）换为二维平面中的MTF值：通过双线性差值，经过曲面 拟合得到数字X线成像系统的曲面图。
9. 一种数字X线成像系统的二维调制传递函数测量系统，其特征在于，包括：包括X线 管、附加滤过装置、限束器、刃边装置、探测器和计算机；所述刃边装置设置在探测器表面， 所述刃边装置另一侧设置限束器、附加滤过装置和X线管；所述探测器与计算机相连，所述 限束器是安装于X线管输出窗前方的机电型光学装置；所述刃边装置的刃边中心与X线管 的X线束中心轴重合，在X线管的X线束辐射下对刃边装置进行多次曝光。
10. 根据权利要求9所述的数字X线成像系统的二维调制传递函数测量系统，其特征在 于，所述刃边装置包括环形导轨、角度测量仪、铅板和钨板，且钨板的边缘经过抛光处理，所 述铅板固定在环形导轨上，所述钨板固定在铅板中央切割出的矩形区域；所述刃边装置的 刃边可以360度旋转，构造任意角度的刃边。
【文档编号】A61B6/00GK104434150SQ201310430031
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年9月18日 优先权日:2013年9月18日
【发明者】孟书先, 熊璟, 李志成, 谢耀钦, 刘勇, 李生广, 陈鸣闽, 王丽艳 申请人:中国科学院深圳先进技术研究院