一种旋转阻挡器和基于该旋转阻挡器的散射伪影校正方法技术

本发明专利技术提供一种旋转阻挡器和基于该旋转阻挡器的散射伪影校正方法，旋转阻挡器包括圆形阻挡板、旋转控制设备和控制中心软件模块；将旋转阻挡器集成于现有的CBCT成像设备进行数据采集，在单次扫描中可以获取开放区域和阻挡区域的投影信号。使用阻挡区域投影信号估计得到开放区域散射信号，该开放区域散射信号被用于对开放区域投影信号进行散射校正以获得开放区域原射信号。开放区域原射信号经过降噪处理，被用于重建获得校正CBCT图像。本发明专利技术解决了双扫描模式需要两次扫描的问题，可以在不增加扫描剂量和扫描时间的情况下，测量得到散射信号并进行散射校正，得到高质量的CBCT图像。像。像。

【技术实现步骤摘要】
一种旋转阻挡器和基于该旋转阻挡器的散射伪影校正方法


[0001]本专利技术涉及医学影像设备领域，具体涉及一种旋转阻挡器和基于该旋转阻挡器的散射伪影校正方法。

技术介绍

[0002]锥束计算机断层成像（cone beam computed tomography，CBCT）系统主要由 X 射线球管、平板探测器、旋转系统和图像处理系统等组成。由于其具有易于集成、单圈三维容积成像、高性价比等优势，CBCT成像系统在临床应用广泛，如牙科、乳腺、 C
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arm 和图像引导放疗设备上的机载均利用了CBCT成像技术。然而，CBCT中扫描体积的增加导致散射信号在总信号的占比增大，导致重建的图像出现严重的散射伪影，极大降低了图像质量，进而限制CBCT图像在临床上的应用场景。为得到高质量的CBCT图像，各种各样的方法不断被提出以校正散射伪影。其中基于阻挡板的散射校正方法可以通过简单的硬件集成来测量得到散射信号，从而进行散射校正。近年来，不同的扫描模式和硬件设计也被提出用于提高CBCT的图像质量。双扫描模式方法在插入光束阻挡器的情况下进行一次扫描以测量散射信号，然后在不插入光束阻挡器的情况下执行另一次扫描以进行图像重建。两次扫描方法增加了扫描时间和患者剂量，并且散射校正性能会受到两次扫描之间的患者运动的影响。为了解决这些问题，充分利用信号冗余特性的移动阻挡板和半束阻挡板散射校正方法被提出，它们都可以在单次扫描中测量散射信号并进行图像校正。移动阻挡板散射校正方法中所获取的重建数据是不完全整的，不能使用滤波反投影重建算法进行快速重建，需要使用迭代重建，重建时间达到10小时以上，在临床上应用受到限制。此外原射信号的丢失是不可逆的并且会导致图像出现严重的伪影，因此移动阻挡板方法中的数据采集是一个复杂的过程，应该非常谨慎地实施。半束阻挡板的方法充分利用了 X 射线信号在一个完整旋转过程中的对称特性来得到完整的重建数据，但是该硬件设计限制了成像视野，在临床应用有限。

技术实现思路

[0003]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种旋转阻挡器和基于该旋转阻挡器的散射伪影校正方法，从而解决了双扫描模式需要两次扫描的问题，可以在不增加扫描剂量和扫描时间的情况下，测量得到散射信号并进行散射校正，得到高质量的CBCT图像；解决了移动式阻挡器数据采集复杂，重建时间长的问题；解决了半束阻挡板的重建视野受到限制的问题。通过本专利技术提出的设备，将不完全数据重建问题，转化成稀疏角度重建的问题，可以快速重建得到高质量的CBCT图像。本专利技术可以在单次扫描中获得散射信号，并可以使用滤波反投影算法重建得到高质量的图像，此外，本专利技术的旋转阻挡器不限制成像射野，适用于更广泛的临床应用场景。
[0004]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种用于散射伪影校正的旋转阻挡器，其安装在x射线球管前端，在扫描时转动；包括圆形阻挡板、旋转控制设备和控制中心软件模块；
所述圆形阻挡板由一个圆形主基板、两个圆形固定基板和若干弧形板条制成；所述圆形主基板和两个圆形固定基板均由低原子序数材料制成，所述圆形主基板上存在多个和其同圆心、同角度的弧形挖空区域和多个通孔；其中一个通孔和圆形主基板同圆心，其他通孔的圆心分布于同圆形主基板同圆心的同心圆上；两个圆形固定基板上有和圆形主基板相同位置的通孔，用于将旋转阻挡板固定在变速旋转电机上；所述弧形板条由高原子序数材料制成，所述弧形板条的大小和圆形主基板上的弧形挖空区域相同，用于填充固定于圆形主基板的弧形挖空区域，在数据采集过程中用来阻挡x射线球管发射的x射线；所述圆形主基板的弧形挖空区域保证在单次扫描中，弧形挖空区域有足够多的次数旋转到x射线球管前方，以保证散射估计的准确性；所述旋转控制设备包含变速旋转电机、变速器和旋转平台；所述变速旋转电机用于带动圆形阻挡板转动，所述变速器用于调整并控制变速旋转电机的转速，所述旋转平台用于固定圆形阻挡板、变速旋转电机和变速器；所述变速旋转电机位于x射线球管下方、旋转平台之上；所述变速器位于变速旋转电机和圆形阻挡板之间；所述圆形阻挡板位于x射线球管前方；所述控制中心软件模块用于控制所述旋转阻挡器的转动。
[0005]进一步地，所述控制中心软件模块通过外部输入来控制所述变速器，设置所述变速旋转电机的启动时间，启动速度，启动加速度，旋转速度，停止时间和终止减速度。
[0006]进一步地，所述低原子序数材料为铝，钛，亚克力或碳纤维，或者其他合适的材料。
[0007]进一步地，所述高原子序数材料为铅、钨、及其合金材料，或者其他合适的材料，用于阻挡99.99%以上的x射线。
[0008]本专利技术还提供一种基于所述的用于散射伪影校正的旋转阻挡器的散射伪影校正方法，具体包括如下步骤：步骤1：使用安装有所述旋转阻挡器的CBCT成像设备进行数据采集，在单次扫描中获取开放区域和阻挡区域的投影信号；当圆形阻挡板的非弧形挖空区域在x射线球管前面时，测量信号为开放区域投影信号，该部分信号用于图像重建；当圆形阻挡板的弧形挖空区域在X射线球管前面时，测量信号为阻挡区域对应信号，该部分信号用于估计散射信号；步骤2：所述旋转阻挡器的圆形阻挡板的弧形挖空区域填充有高原子序数材料，所述材料阻挡99.99%以上的x射线，因此阻挡区域投影信号中高原子序数材料对应区域的信号为测量散射信号；利用散射信号的低频性，对测量散射信号进行处理得到开放区域散射信号；步骤3：将开放区域散射信号从开放区域投影信号中减去，得到不含散射信号的开放区域原射投影信号；步骤4：对开放区域原射投影信号进行降噪处理，得到开放区域降噪原射信号；步骤5：使用开放区域降噪原射投影信号进行图像重建，得到校正CBCT图像。
[0009]进一步地，所述步骤2中，对测量散射信号进行处理包含插值处理和平滑处理，所述插值处理通过线性插值、最近邻插值或三次样条插值实现，所述平滑处理使用高斯滤波、双边滤波或中值滤波实现。
[0010]进一步地，所述步骤4中，所述的降噪处理通过惩罚权重最小二乘法、引导滤波或深度学习算法来实现。
[0011]进一步地，所述步骤5中，所述重建的算法使用滤波反投影算法、迭代算法或深度学习算法。
[0012]本专利技术与现有技术相比，具有以下优势：（1）同双扫描模式使用的固定式全束阻挡板相比，本专利技术设备可以在单次扫描过程中通过旋转的方式交替地获取阻挡区域和开放区域的信号，从而解决了双扫描模式使用的固定式阻挡板所存在的扫描时间和扫描剂量增加的问题，并且可以有效降低两次扫描过程中患者运动对校正效果的影响。
[0013]（2）同移动式全束阻挡板相比，本专利技术设备是通过旋转的方式交替地获取阻挡区域和开放区域的信号，其中用于重建的开放投影数据是完整的，可以进行快速重建，并且不存在移动式全束阻挡板方法中因为重建投影数据缺失而导致图像出现严重伪影的问题。此外，移动式全束阻挡板是同时获取开放区域和阻挡区域的信号，每个角度的用于重建投影数据是不完整，需要通过插值之后才可以使用滤波反投影算法进行快速重建。但是重建投影数据是高频的，通过插值获本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于散射伪影校正的旋转阻挡器，其特征在于：其安装在x射线球管前端，在扫描时转动；包括圆形阻挡板、旋转控制设备和控制中心软件模块；所述圆形阻挡板由一个圆形主基板、两个圆形固定基板和若干弧形板条制成；所述圆形主基板和两个圆形固定基板均由低原子序数材料制成，所述圆形主基板上存在多个和其同圆心、同角度的弧形挖空区域和多个通孔；其中一个通孔和圆形主基板同圆心，其他通孔的圆心分布于同圆形主基板同圆心的同心圆上；两个圆形固定基板上有和圆形主基板相同位置的通孔，用于将旋转阻挡板固定在变速旋转电机上；所述弧形板条由高原子序数材料制成，所述弧形板条的大小和圆形主基板上的弧形挖空区域相同，用于填充固定于圆形主基板的弧形挖空区域，在数据采集过程中用来阻挡x射线球管发射的x射线；所述圆形主基板的弧形挖空区域保证在单次扫描中，弧形挖空区域有足够多的次数旋转到x射线球管前方，以保证散射估计的准确性；所述旋转控制设备包含变速旋转电机、变速器和旋转平台；所述变速旋转电机用于带动圆形阻挡板转动，所述变速器用于调整并控制变速旋转电机的转速，所述旋转平台用于固定圆形阻挡板、变速旋转电机和变速器；所述变速旋转电机位于x射线球管下方、旋转平台之上；所述变速器位于变速旋转电机和圆形阻挡板之间；所述圆形阻挡板位于x射线球管前方；所述控制中心软件模块用于控制所述旋转阻挡器的转动。2.根据权利要求1所述的旋转阻挡器，其特征在于：所述控制中心软件模块通过外部输入来控制所述变速器，设置所述变速旋转电机的启动时间，启动速度，启动加速度，旋转速度，停止时间和终止减速度。3.根据权利要求1所述的旋转阻挡器，其特征在于：所述低原子序数材料为铝，钛，亚克力或碳纤维。4.根据权利要求1所述的旋转阻挡器，其特征在于：所述高原子序数材...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨益东，崔贺贺，袁小刚，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：