一种基于气隙相关性的X射线散射估计方法与系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于气隙相关性的X射线散射估计方法与系统，涉及图像处理技术领域，包括步骤：获取气隙保持一定情况下，CBCT绕试验目标扫描时当前气隙各环绕角处的主扫描图像；获取气隙波动变化情况下，CBCT绕试验目标扫描时相应气隙各环绕角处的调制扫描图像；根据射线强度与气隙距离的相关性特征构建气隙依赖性模型；通过将各相同环绕角下主扫描图像与调制扫描图像中同像素处的射线强度带入气隙依赖性模型获取不同气隙下散射射线强度变化关系曲线；根据散射射线强度变化关系曲线获取实际目标在气隙波动CBCT扫描下扫描图像在各像素处的散射射线强度。本发明专利技术在不增加硬件成本和复杂性的情况下，可获得更为可靠的散射强度估算值。强度估算值。强度估算值。

【技术实现步骤摘要】
一种基于气隙相关性的X射线散射估计方法与系统


[0001]本专利技术涉及图像处理
，具体涉及一种基于气隙相关性的X射线散射估计方法与系统。

技术介绍

[0002]锥束计算机断层扫描（Cone
‑
beam computed tomography，CBCT）是由X射线发生器和平板接收器组成的一种流行医学成像设备，与典型的扇形束CT相比，它提供了更高的机动性，以及来回扫描、操作的灵活性，患者和医师之间具有更大的操作空间。如上所述的许多医学成像设备检测透射过物体的X射线，即初级射线，并以不同角度围绕物体投射到探测器上。每个投影的初级射线直接表示在每个角度观察的对象的厚度。这些以不同角度组合的投影可以转换为对象的横截面图像。然而，除了初级射线外，被照射物体中散射的部分X射线作为背景噪声进入探测器。这会导致图像上像素值的严重不准确以及对比度噪声比（Contrast to Noise Ratio，CNR）的降低。
[0003]CBCT与扇形束CT的最大区别在于平板接收器受到更严重的散射效应。在不减少散射本身及其检测剂量的情况下，所获得的信号中有一半以上为散射。结果表明，与扇形束CT相比，CBCT具有更低的像素值精度和对比度噪声比。
[0004]改善的最直接方法是通过硬件或扫描技术直接减少散射。平板接收器上的准直器可以有效地减少散射探测，但其亦会导致初级射线的减少。领结型滤光片通常在扫描物体较薄的周边区域降低X射线功率，并在一定程度上减少散射，但不如准直器有效。保持扫描对象到平板接收器距离，即气隙，在较长的范围内，在探测器上的散射射线就会处于较少水平，因为平板接收器照射对象的视角较小。然而，仅用气隙法还不足以消除散射。
[0005]第二种方法是直接测量并减去散射。光束停止阵列法通过在扫描物体和X射线管之间放置微小物体来测量散射。平板接收器上仅能接收到散射射线，没有初级射线。由于平板接收器上的散射射线只有低频分量，因此可以通过插值获得整个区域的散射。然而，仅用于测量散射的附加扫描会增加剂量。扫描过程中光束阻挡器的运动可以避免这一问题，但由于采样数据不足和插值，在高频结构中会出现不准确的情况。另一种方法是在扫描对象和X射线管之间以高频空间调制入射X射线。它使我们能够在频域中区分初级射线和低频散射，但需要精确校准。
[0006]最后，间接的方法是估算散射X射线并从原始数据中减去它。当然，通常蒙特卡罗模拟的估计是最准确的，但它对机器功率有一定要求，因为需要基于物理的光子传输模拟，使得计算时间变长。相比之下，经典卷积方法不需要增加太多的机器功率或剂量，但由于其简单性，它对扫描对象的结构、大小、扫描协议和对象的定位不可靠，需要仔细建模。
[0007]最后一种基于软件的方法通常可以在不增加硬件成本和复杂性的情况下降低散射效应，但同时又降低了精度。在所有描述的避免散射的方法中，经典卷积方法是精度和计算速度之间的最佳折中方法之一。然而，这些模型在每次投影时只能使用一个投影图像，散射射线是用一个简单的模型估计的，通常只是一个低通滤波器。因此，对于要扫描的不同对
象来说其预测效果是不稳定的。本专利技术旨在通过直接测量散射行为来提供一种新的选择来提高散射校正的准确性和鲁棒性。

技术实现思路

[0008]为了实现直接通过测量散射行为来提供一种新的选择来提高散射校正的准确性和鲁棒性，本专利技术提出了一种基于气隙相关性的X射线散射估计方法，通过CBCT获取扫描图像，所述CBCT包括X射线发生器和平板接收器，包括步骤：S1：获取气隙保持一定情况下，CBCT绕试验目标扫描时当前气隙各环绕角处的主扫描图像；S2：获取气隙波动变化情况下，CBCT绕试验目标扫描时相应气隙各环绕角处的调制扫描图像；S3：根据射线强度与气隙距离的相关性特征构建气隙依赖性模型；S4：通过将各相同环绕角下主扫描图像与调制扫描图像中同像素处的射线强度带入气隙依赖性模型获取不同气隙下散射射线强度变化关系曲线；S5：根据散射射线强度变化关系曲线获取实际目标在气隙波动CBCT扫描下扫描图像在各像素处的散射射线强度。
[0009]进一步地，所述S2步骤中，气隙波动的调整包括方式一和方式二，其中，方式一：保持X射线发生器与平板接收器之间的距离不变，改变试验目标与平板接收器之间的距离；方式二：保持X射线发生器与试验目标之间的距离不变，改变试验目标与平板接收器之间的距离。
[0010]进一步地，当气隙波动采用方式一进行调整时，所述S3步骤中气隙依赖性模型表示为如下公式：式中，i为视图索引，j为像素索引，为当前气隙下扫描图像在第i个视图中第j个像素处的射线强度，为扫描图像在第i个视图中第j个像素处的初级射线强度，为X射线发生器垂直照射实验目标且气隙一定时扫描图像在第i个视图中第j个像素处的散射射线强度，为从X射线发生器焦点处观察平板接收器边缘中心的角度，D为X射线发生器与平板接收器之间的距离；该公式以加号为划分，前一项为初级射线强度，后一项为散射射线强度。
[0011]进一步地，当气隙波动采用方式二进行调整时，所述S3步骤中气隙依赖性模型表示为如下公式：式中，i为视图索引，j为像素索引，为当前气隙下扫描图像在第i个视
图中第j个像素处的射线强度，为气隙一定时扫描图像在第i个视图中第j个像素处的初级射线强度，为X射线发生器垂直照射实验目标且气隙一定时扫描图像在第i个视图中第j个像素处的散射射线强度，为从X射线发生器焦点处观察平板接收器边缘中心的角度，为X射线发生器与试验目标之间的距离，为常数，该公式以加号为划分，前一项为初级射线强度，后一项为散射射线强度。
[0012]进一步地，所述S4步骤中，散射射线强度变化关系曲线包括扫描图像中同像素处的射线强度随气隙变化的曲线，以及同像素处调制扫描图像射线强度与主扫描图像射线强度之间的比例随气隙变化的曲线。
[0013]本专利技术还提出了一种基于气隙相关性的X射线散射估计系统，通过CBCT获取扫描图像，所述CBCT包括X射线发生器和平板接收器，包括：主扫描模块，用于获取气隙保持一定情况下，CBCT绕试验目标扫描时当前气隙各环绕角处的主扫描图像；调制扫描模块，用于获取气隙波动变化情况下，CBCT绕试验目标扫描时相应气隙各环绕角处的调制扫描图像；模型构建模块，用于根据射线强度与气隙距离的相关性特征构建气隙依赖性模型；数据分析模块，用于通过将各相同环绕角下主扫描图像与调制扫描图像中同像素处的射线强度带入气隙依赖性模型获取不同气隙下散射射线强度变化关系曲线；散射估计模块，用于根据散射射线强度变化关系曲线获取实际目标在气隙波动CBCT扫描下扫描图像在各像素处的散射射线强度。
[0014]进一步地，所述调制扫描模块中，气隙波动的调整包括方式一和方式二，其中，方式一：保持X射线发生器与平板接收器之间的距离不变，改变试验目标与平板接收器之间的距离；方式二：保持X射线发生器与试验目标之间的距离不变，改变试验目标与平板接收器之间的距离。
[0015]进一步地，当气隙波动采用方式一进行调整时，所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于气隙相关性的X射线散射估计方法，其特征在于，通过CBCT获取扫描图像，所述CBCT包括X射线发生器和平板接收器，包括步骤：S1：获取气隙保持一定情况下，CBCT绕试验目标扫描时当前气隙各环绕角处的主扫描图像；S2：获取气隙波动变化情况下，CBCT绕试验目标扫描时相应气隙各环绕角处的调制扫描图像；S3：根据射线强度与气隙距离的相关性特征构建气隙依赖性模型；S4：通过将各相同环绕角下主扫描图像与调制扫描图像中同像素处的射线强度带入气隙依赖性模型获取不同气隙下散射射线强度变化关系曲线；S5：根据散射射线强度变化关系曲线获取实际目标在气隙波动CBCT扫描下扫描图像在各像素处的散射射线强度。2.如权利要求1所述的一种基于气隙相关性的X射线散射估计方法，其特征在于，所述S2步骤中，气隙波动的调整包括方式一和方式二，其中，方式一：保持X射线发生器与平板接收器之间的距离不变，改变试验目标与平板接收器之间的距离；方式二：保持X射线发生器与试验目标之间的距离不变，改变试验目标与平板接收器之间的距离。3.如权利要求2所述的一种基于气隙相关性的X射线散射估计方法，其特征在于，当气隙波动采用方式一进行调整时，所述S3步骤中气隙依赖性模型表示为如下公式：式中，i为视图索引，j为像素索引，为当前气隙下扫描图像在第i个视图中第j个像素处的射线强度，为扫描图像在第i个视图中第j个像素处的初级射线强度，为X射线发生器垂直照射实验目标且气隙一定时扫描图像在第i个视图中第j个像素处的散射射线强度，为从X射线发生器焦点处观察平板接收器边缘中心的角度，D为X射线发生器与平板接收器之间的距离；该公式以加号为划分，前一项为初级射线强度，后一项为散射射线强度。4.如权利要求2所述的一种基于气隙相关性的X射线散射估计方法，其特征在于，当气隙波动采用方式二进行调整时，所述S3步骤中气隙依赖性模型表示为如下公式：式中，i为视图索引，j为像素索引，为当前气隙下扫描图像在第i个视图中第j个像素处的射线强度，为气隙一定时扫描图像在第i个视图中第j个像素处的初级射线强度，为X射线发生器垂直照射实验目标且气隙一定时扫描图像在第i个视图中第j个像素处的散射射线强度，为从X射线发生器焦点处观察平板接收器边缘中心
的角度，为X射线发生器与试验目标之间的距离，为常数，该公式以加号为划分，前一项为初级射线强度，后一项为散射射线强度。5.如权利要求1所述的一种基于气隙相关性的X射线散射估计方法，其特征在于，所述S4步骤中，散射射线强度变化关系曲线包括扫描图像中同像素处的射线强度随气隙变化的曲线，以及同像素处调制扫描图像射线强度与主扫描图像射线强度之间的比例随气隙变化的曲线。6.一种基于气隙相关性的X射线散射估计系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：小野光，吉振宁，郭咏梅，郭咏阳，
申请(专利权)人：康达洲际医疗器械有限公司，
类型：发明
国别省市：