一种锥束ct的分辨率性能测量装置及标定方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种锥束CT的分辨率性能测量装置及标定方法，提出一种可对锥束CT横向(断层方向)和纵向(Z向)分辨率进行测量的装置和相应的测量方法。
【背景技术】
[0002]维束计算机断层扫描仪(cone beam computed tomography，简称CBCT或维束CT)基于平板探测器采集多幅X射线投影，一次扫描可三维显现物体内部结构，具有分辨率各向同性、成像速度快、结构简单的优点，目前已广泛应用于牙科、放疗、工业检测、小动物成像等领域。
[0003]对于锥束CT系统制造商或者使用者来说，锥束CT的空间分辨率是一个非常重要的性能指标，其决定了 CBCT系统能够分辨的最小尺寸。此指标对于临床上解剖学尺寸的确定、工业检测中小缺陷的检查以及小动物成像中血管、小结构的观察具有重要的价值。
[0004]现有的CT包括锥束CT分辨率测量的方法主要有两种，直接观察法和调制传递函数(modulat1n transform funct1n，MTF)法。直接观察法首先对不同周期排布的线对或圆孔成像，而后通过视觉从断层图像上分辨最小间隔的线对数，即为该系统的分辨率，通常用单位长度内的线对表示，即“线对/mm”或“mm—1”。该方法简单而直接，但是存在以下缺点:首先该方法依赖于检测者的肉眼观察，容易受到人为因素的影响;其次线对间隔是离散的，图像不能反映所有空间频率的调制度;另外间隔小的线对制作工艺复杂，不能满足高分辨CT系统的测量需求。MTF法通过测试CT系统对理想点源、线源或者两种物质组成的边缘的响应，计算MTF，一般选择10%调制度下的空间频率作为CT系统的空间分辨率指标。该方法可以得到连续空间任意频率的调制度，且评价较客观，使用较多。
[0005]目前直接观察法和MTF法均针对断层图像或横断面，对于锥束CT系统，重建结果为三维立体图，因此不仅需要标定其断层平面(横向)分辨率，而且需要标定其纵向分辨率(Z向)。虽然使用Z向排布的线对在不旋转时可以测量数字摄影(digi ta 1 rad1graphy，DR)的纵向分辨率，但是锥束CT与DR的测量不同，其纵向分辨率会受到三维重建算法、扫描参数等影响，所以需要从横向和纵向两个方向标定空间分辨率。但目前CT标定方法仅考虑横向分辨率，缺少专门面向锥束CT分辨率测量的装置和方法。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种锥束CT的分辨率性能测量装置。
[0007]本发明的再一目的是，提供一种锥束CT的分辨率性能标定方法。
[0008]为实现上述目的，本发明公开了如下技术方案:
[0009]一种锥束CT的分辨率性能测量装置，包括横向分辨率测量模块和纵向分辨率测量模块，均由有机玻璃材料做成，横向分辨率测量模块的横断面为梯形，梯形为直角梯形，该梯形设有一个垂直腰和一个斜边腰，垂直腰与上下底垂直，斜边腰和垂直腰夹角不大于5° ;纵向分辨率测量模块的纵断面为梯形，梯形为直角梯形，该梯形设有一个垂直腰和一个斜边腰，垂直腰与上下底垂直，斜边腰和垂直腰夹角不大于5°。
[0010]作为一种优选方案，所述横向分辨率测量模块高30.0mm，其梯形横断面上底长14.4mm，下底长17.5mm，垂直腰长35.0mm。
[0011 ]作为一种优选方案，所述横向分辨率测量模块的横断面的斜边腰与垂直腰夹角为5° ;所述纵向分辨率测量模块的纵断面的斜边腰与垂直腰夹角为5°。
[0012]作为一种优选方案，所述横向分辨率测量模块置于一高为5_、半径为50mm的圆盘上，梯形横断面的斜边腰中点与圆盘中心重合;所述纵向分辨率测量模块置于一高为30mm、直径为15mm的有机玻璃圆柱上，模块底面中心与圆柱中心重合。
[0013]作为一种优选方案，所述横向分辨率测量模块和纵向分辨率测量模块的边角为半径为3_的圆角，以减少CT重建伪影。
[0014]为实现上述第二个目的，本发明公开了如下技术方案:
[0015]—种锥束CT的分辨率性能标定方法，包括如下步骤:
[0016]S1.将横向分辨率测量装置或纵向分辨率测量装置分别进行锥束CT扫描，360度范围内采集N副投影，N 2 360;
[0017]S2.对上述CT投影采用三维重建算法进行重建；
[0018]S3.对重建完成的3D图像选择中心横断面或中心冠状面制作二维重建矩阵；
[0019]S4.对重建矩阵中的斜边及周围的区域按照距离斜边的远近采样生成原始边缘扩展函数；
[0020]S5.将原始边缘扩展函数按照距离区间合并，并进行分段三次多项式拟合生成平滑的边缘扩展函数；
[0021]S6.对平滑的边缘扩展函数重新进行分段三次多项式拟合并求导得到线扩展函数；
[0022]S7.对线扩展函数进行快速傅立叶变换得到系统的调制传递函数，对其按照调制度最大值做归一化处理，计算调制度为10%对应的空间频率即为系统的空间分辨率。
[0023]作为一种优选方案，所述步骤S1中，测量横向分辨率时，将横向分辨率测量模块放置在转台上，其高与锥束CT的转台旋转轴平行，梯形横断面的上下底与锥束CT的探测器行方向平行，斜边腰的中心与转台中心重合;测量纵向分辨率，将纵向分辨率测量模块置于转台上，其中心的梯形纵断面的斜边中心经过转轴，垂直腰与探测器行方向平行。
[0024]作为一种优选方案，所述步骤S2中的三维重建算法为滤波反投影算法。
[0025]作为一种优选方案，生成原始边缘扩展函数的具体步骤如下:
[0026]按照距离斜边边缘的远近将选取的斜边及其周围所有点采样生成原始边缘扩展函数:
[0027]a)手动截取二维重建图像中斜边和周围区域构成新的图像Ω，使得空气和有机玻璃在斜边两侧分布，设斜边方向和图像列方向成Θ角，若θ>45°，则顺时针或逆时针旋转图像90°，使得图像的行列互换；
[0028]b)在Ω中手动画出斜边轮廓，选择斜边两侧一定数量的像素数分别计算空气背景和有机玻璃图像值的平均值;二者的平均值定为斜边的灰度值；
[0029]c)在Ω中计算每一行中像素值与斜边灰度值最接近的像素的列角标，并保存于一个一维向量中nE中；
[0030]d)对向量nE中斜边的列角标进行直线拟合，得到拟合后的列角标位置；
[0031]e)根据每一行像素点列角标和该行拟合后的斜边列角标计算两者距离，将每行中像素点的值和与斜边的距离分别存入二维向量pd的第一和第二维中；
[0032]f)将二维向量pd按照与斜边距离从小到大的顺序重新排列所有像素值和距离，生成新的二维向量npd，npd的第一维随第二维的变化曲线即为原始边缘扩展函数。
[0033]作为一种优选方案，生成平滑的边缘扩展函数的具体步骤如下:
[0034]将原始边缘扩展函数按照距离区间合并，并进行分段拟合生成平滑的边缘扩展函数:
[0035]a)将二维向量npd的像素按照给定步长进行合并，求出像素平均值，并将以像素为单位的距离乘以像素尺寸A p转换为真实距离;将像素平均值和其真实距离存入二维向量bins的第一、二维，bins的第一维随第二维的变化曲线即为合并的边缘扩展函数BESF;
[0036]b)对BESF进行分段三次多项式拟合，得到平滑的边缘扩展函数，记为SESF。
[0037]本发明公开的一种锥束CT的分辨率性能测量装置及标定方法，具有以下有益效果:
[0038]1.设计并给出一种测量锥束CT三维分辨率的装置。该装置包含两个模块，由有机玻璃加工而成，结构简单，制作成本低廉，易于实现。
[0039]2.利用设计的测量装置可分别测量锥束CT的横向分辨率和纵向分辨率。
[0040]目前CT分辨率测量方法均针对横向分辨率，本发明针对锥束CT的三维成像特点，提出面向锥束CT横、纵两个方向的分辨率测量方法。
【附图说明】
[0041 ]图1是本发明的放置示意图；
[0042]图2是横向分辨率测量模块横断面示意图；
[0043]图3是纵向分辨率测量模块立体图；
[0044]图4是横向分辨率模块放置坐标图；
[0045]图5是纵向分辨率模块放置坐标图；
[0046]图6是重建图像中斜边示意图；
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