一种单光栅侦测的锥束CT角度序列散射获取方法技术

本发明专利技术公开了一种单光栅侦测的锥束CT角度序列散射获取方法，利用圆周扫描的少幅光栅侦测得到的散射场，根据投影张量对不同区域的散射进行划分，并拟合投影‑散射数据，获取散射模型参数知识。通过插值实现不同角度下的散射模型参数信息，同时融入结构对散射的影响，提高散射获取的准确性，进而完成校正改善图像质量。本发明专利技术提供的单光栅侦测的锥束CT角度序列散射获取方法，适用于任意复杂度的被测物体不同角度序列的散射估计，方法的可靠性、稳定性好，可在很大程度上提升扫描对象结构对散射分布的准确性，通过少幅散射场侦测完成不同角度序列下的散射场估计，明显改善锥束CT图像质量的同时改善散射获取的效率。

An Angle Sequence Scattering Acquisition Method for Cone Beam CT Using Single Grating Detection

The invention discloses an angle sequence scattering acquisition method of cone beam CT for single grating detection. The scattering field detected by circular scanned small grating is used to divide the scattering of different regions according to the projection tensor, and the projection scattering data are fitted to obtain the scattering model parameter knowledge. Through interpolation, the parameters of scattering model at different angles are obtained, and the influence of structure on scattering is incorporated to improve the accuracy of scattering acquisition, and then the image quality is improved. The cone beam CT angle sequence scattering acquisition method provided by the present invention is suitable for scattering estimation of different angle sequences of the measured object with arbitrary complexity. The reliability and stability of the method are good, and the accuracy of scattering distribution of the scanned object structure can be greatly improved. The scattering field estimation under different angle sequences can be accomplished by detecting a few scattering fields, which is obviously improved. Improve the image quality of cone-beam CT and improve the efficiency of scattering acquisition.

【技术实现步骤摘要】
一种单光栅侦测的锥束CT角度序列散射获取方法
本专利技术属于锥束CT应用相关的医学成像和工业无损检测领域，涉及一种单光栅侦测的锥束CT角度序列散射获取方法。
技术介绍
锥束CT(ConeBeamComputedTomography，CBCT)作为一种先进的医学成像和工业无损检测技术，在不破坏物体情况下，以二维或三维断层图像的形式清晰、准确、直观地展现被检测物体的内部结构，定量地提供物体内部缺陷位置和尺寸。散射信息与投影信息混叠是制约成像质量的重要因素。高密度物体的投影信息受康普顿散射影响严重，散射使得图像细节被淹没，边缘信息及图像对比度降低，为锥束CT无损检测缺陷识别带来困扰。虽然散射信息以低频分量的形式叠加在信号中，可通过硬件方法对其进行抑制，但圆周扫描情况下的全部角度散射收集效率较低，不能有效解决感兴趣角度位置散射对投影重建的影响。目前，散射场获取方法总体上包括硬件方法和软件方法。硬件主要以增加硬件设备，通过相关物理运算得到散射场，进而完成散射场的校正。硬件方法主要包括准直器、空气隙、滤线器、扫描狭缝、不透射线的铅条等。软件方法以投影图像为依据，通过数字图像处理方法，完成图像分析和被照物体估计，获得散射分布规律。包括有卷积法、反卷积法、蒙特卡罗模拟法等。在锥束CT中，Huang,Kuidong等人在ChinesePhysicsC(2016,40(6):068202.)的文章“Robustscattercorrectionmethodforcone-beamCTusinganinterlacing-slitplate”中提出了一种基于交错狭缝的CBCT散射校正方法，首先通过高斯滤波方法补光栅散射图像的缺失数据，然后对交错狭缝扫描获得的部分散射进行拼接。该方法有一定的效果，但拼接准确性较难把握。BowenMeng等人在PhysicaMedica(2013,40(1):011907)的文章“Single-scanpatient-specificscattercorrectionincomputedtomographyusingperipheraldetectionofscatterandcompressedsensingscatterretrieval”中提出了一种由混合散射模型构成散点插值方法，通过获得的散点卷积模型边界区域上的散射进行估计。Yang,Fuqiang等人在IEEETransactionsonNuclearScience(2018,PP(99):1-1)的文章“ScatteringEstimationforCone-BeamCTUsingLocalMeasurementBasedonCompressedSensing”中提出了一种基于测量的压缩感知散射恢复算法，该方法通过局部散射测量，以优化模型完成散射场的估计。上述不同方法虽然取得了一定的散射估计及校正效果，但均没有考虑到对象结构对散射场分布的影响。对于当前锥束CT医学成像要求和工业无损检测需求，实际应用中往往准确性不足。
技术实现思路
针对锥束CT散射估计方法中没有考虑物体结构信息及相邻角度序列下的散射相关性问题，本专利技术提供一种单光栅侦测的锥束CT角度序列散射获取方法。利用圆周扫描的少幅光栅侦测得到的散射场，根据投影张量对不同区域的散射进行划分，并拟合投影-散射数据，获取散射模型参数知识。通过插值实现不同角度下的散射模型参数信息，同时融入结构对散射的影响，提高散射获取的准确性，进而完成校正改善图像质量。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：(1)进行扫描，过程中参数保持不变，获取扫描投影少幅；(2)进行散射场估计，完成散射参数知识侦测；(3)通过侦测得到的参数信息，获取角度序列散射场估计。在上述步骤(1)中，获取的扫描投影包括：单个光栅投影A、物体投影B、单光栅+物体投影C，其中，物体投影B、单光栅+物体投影C以圆周扫描方式获取。在上述步骤(2)中，散射场估计的具体步骤包括：1)采集一幅光栅投影图像A，对光栅投影信息进行统计，以统计中出现的较高的两个峰值作为光栅栅格区域和狭缝区域划分阈值，记为τ1和τ2；2)按照阈值对光栅+被测物体投影C的栅格区域和狭缝区域进行提取，数值小于τ1的区域为栅格区域，数值大于τ2的区域为狭缝区域，分别对栅格区域图像和狭缝区域图像进行插值和高斯滤波得到栅格区域的光栅散射图像(称为图像C1)和狭缝区域的物体+光栅散射图像(称为图像C2)；3)用图像C2减去图像C1得到纯投影图像，称为图像D，用物体投影B减去图像D，得到物体散射场图像E。在上述步骤(2)中，散射场知识获取的具体步骤包括：1)对投影图像B进行逐像素梯度计算，得到二维图像的张量矩阵，然后求取张量矩阵的行列式H和特征值T；2)根据行列式和特征值的不同得到不同区域，给定判断阈值threshold，如果T≈threshold&|H|≈0，则称该区域为平坦区域，如果T＞threshold&|H|≈0，则称该区域为边缘区域，如果T＞threshold&|H|＞0，则称该区域为角点区域。3)选择非线性模型S＝axb作为拟合函数，将投影划分得到的区域与求得的散射场对应区域进行映射，得到不同区域投影-散射曲线，获取该角度位置下不同区域对应的散射模型参数知识，并以相同的方法获得其他角度下的散射参数知识，其中，S表示散射场，x表示投影值，a,b表示散射模型参数。在上述步骤(3)中，获取角度序列散射参数知识的具体步骤包括：1)构建以采样位置角度为变量的网格，对步骤(2)中侦测的不同区域散射模型参数信息进行插值，得到不同角度序列散射模型参数知识；2)将相同角度序列下各区域对应的参数信息带入非线性模型S＝axb，计算得到不同区域结构的散射场；3)将相同角度序列下的各区域参数信息得到的散射场进行叠加，并且进行高斯平滑，得到该角度序列散射场估计；4)遍历不同角度序列，完成不同角度序列的散射场估计。在上述方法中，单个光栅投影A扫描的目的时为了进行区域标定，所以光栅投影只需采集一幅，后续光栅+物体投影进行的栅格区域和狭缝区域划分可以直接应用，无需再次获取。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的单光栅侦测的锥束CT角度序列散射获取方法，适用于任意复杂度的被测物体不同角度序列的散射估计，方法的可靠性、稳定性好，可在很大程度上提升扫描对象结构对散射分布的准确性，通过少幅散射场侦测完成不同角度序列下的散射场估计，明显改善锥束CT图像质量的同时改善散射获取的效率。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。附图说明图1为本专利技术算法流程图。图2为光栅结构示意图。图3为角度序列散射估计与光栅侦测获得的散射比较。具体实施方式通过现有的工业锥束CT设备(X射线源为Comet的MXR-451HP/11，平板探测器为PerkinElmer的XRD1621AN15ES，并具备扫描机构、系统控制及计算用计算机)，对钛合金零件进行投影采样，应用本专利技术方法对单光栅侦测的锥束CT角度序列散射获取方法，执行以下步骤：(1)通过多能谱射线源工业锥束CT设备，选择射线源电压420kV和电流0.18mA，扫描几何参数为：射线源到探测器距离1241.832886mm，射线源到旋转中心本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单光栅侦测的锥束CT角度序列散射获取方法，其特征在于包括下述步骤：(1)进行扫描，过程中参数保持不变，获取扫描投影少幅；(2)进行散射场估计，完成散射参数知识侦测；(3)通过侦测得到的参数信息，获取角度序列散射场估计。

【技术特征摘要】
1.一种单光栅侦测的锥束CT角度序列散射获取方法，其特征在于包括下述步骤：(1)进行扫描，过程中参数保持不变，获取扫描投影少幅；(2)进行散射场估计，完成散射参数知识侦测；(3)通过侦测得到的参数信息，获取角度序列散射场估计。2.根据权利要求1所述的一种单光栅侦测的锥束CT角度序列散射获取方法，其特征在于：在所述步骤(1)中，获取的扫描投影包括：单个光栅投影A、物体投影B、单光栅+物体投影C，其中，物体投影B、单光栅+物体投影C以圆周扫描方式获取。3.根据权利要求1所述的一种单光栅侦测的锥束CT角度序列散射获取方法，其特征在于：在所述步骤(2)中，散射场估计的具体步骤包括：1)采集一幅光栅投影图像A，对光栅投影信息进行统计，以统计中出现的较高的两个峰值作为光栅栅格区域和狭缝区域划分阈值，记为τ1和τ2；2)按照阈值对光栅+被测物体投影C的栅格区域和狭缝区域进行提取，数值小于τ1的区域为栅格区域，数值大于τ2的区域为狭缝区域，分别对栅格区域图像和狭缝区域图像进行插值和高斯滤波得到栅格区域的光栅散射图像(称为图像C1)和狭缝区域的物体+光栅散射图像(称为图像C2)；3)用图像C2减去图像C1得到纯投影图像，称为图像D，用物体投影B减去图像D，得到物体散射场图像E。4.根据权利要求1所述的一种单光栅侦测的锥束CT角度序列散射获取方法，其特征在于：在上述步骤(2)中，散射场知识获取的具体步骤包括：1)对投影图像B进行逐像素梯度计算，得到二维图像的张量矩阵，然后求取张量矩阵的行列式H和特征值T；2)根据行列式和特征值的不同得到不同区域，给定判断阈值threshold，如果T≈threshold&|H|≈0，则称该区域为平坦区域，如果T＞threshold&|H|≈0，则称该区域为边缘区域，如果T＞thr...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄魁东，张定华，杨富强，张华，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61