本发明专利技术属于生物医学工程及计算机领域，涉及一种数字X射线成像系统调制传递函数的刀口法测量方法，包括：采集多幅刀口图像；进行刀口边界检测，获得刀口边界直线；对刀口边界直线图进行Hough变换，获得刀口倾斜角度，计算刀口边界附近各点与刀口直线的距离，按照距离从小到大排序，构成非均匀采样的ERF曲线序列；采取基于重心拉格朗日插值方法，获得均匀采样插值位置的ERF新序列；得到线扩散函数；得到归一化调制传递函数。本发明专利技术构建准确的过采样ERF曲线，最终可以获得较传统刀口测量方法更为准确的MTF曲线。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于生物医学工程及计算机领域，涉及一种数字X射线成像系统的调制传递函数精确测量方法。
技术介绍
调制传递函数(Modulation Transfer Function, MTF)是调制度的传递函数，是对线性影像系统空间频率传输特性的定量描述，是影像评价方法中的重要进展。此前普遍使用定性描述指标，例如影像密度、对比度、清晰度、分辨率及失真度等来评价成像系统的影像质量，但其结果受个人主观因素影响大。近年来随数字化X射线成像技术迅速发展，MTF作为客观指标已成为放射成像工作者和研究者所关注的重要影像评价手段。同时，MTF也是获得成像系统探测量子效率的必须参数。要定量地评价数字X射线成像系统的固有成像质量，只需计算不受个人主观因素影响的系统固有预采样MTF。实际中系统MTF常由以下三种扩散函数来计算点扩散函数、线扩散函数和边缘响应函数，它们分别描述经成像系统后点、线和边缘弥散程度，能够间接地反映系统成像能力。目前测量MTF的方法中，线对卡方法可以获得高精度的MTF值，但是线对卡方法只能提供有限几个整数空间频率位置的MTF值，无法实现系统传递函数的全面评估。为了获取成像系统空间频率范围下的MTF变化曲线，一般常用的测量方法包括狭缝法和刀口法，狭缝法(Slit Camera)和刀口法(Edge)已被国际放射学会公认为是获得MTF的较好方法，日本将狭缝法定义成测量MTF的标准方法，刀口法也已被国际电气技术委员会(IEC)指定为测量系统MTF的标准方法。将通过狭缝法和刀口法所获得的同一系统下不同MTF曲线进行比较时，可知前者在高频域有较高信噪比，而后者在低频域有较高信噪比。通过狭缝法获得的系统MTF精确，且操作简便、方法成熟。但因其加工难度高(狭缝宽度小于等于IO微米，误差在I微米内)，导致在实际应用中此法较难被推广。由于刀口法测量仪器自加工相对容易，在科研实验和常规检测中使用较为广泛。采用刀口法可以获得金属模块刀口的边缘响应函数(Edge ResponseFunction，ERF)，它反映了经成像系统后边缘弥散程度，ERF的导数为线扩展函数(LineSpread Function, LSF)，再经过傅立叶变换即可获得系统MTF，目前大部分关于MTF的研究都是基于刀口法技术展开的。为了获得高分辨率的MTF曲线，目前一般采用改进的MTF刀口测量方法，即将刀口方向与图像采样方向成一定角度，以此获得过采样的边缘响应函数ERF，而后通过傅里叶变换得到高分辨MTF曲线。过采样过程可以通过插值法实现，插值点数由刀口倾斜角度决定，但是由于实际像素点数只能是整数值，而通过刀口倾斜角度计算得到的插值数一般都是非整数。如果希望摆放合适的刀口倾斜角度，以此获取整数插值数，必须要采用极其严苛的精确定位工作，操作极其困难。因此，针对刀口倾斜角度造成的插值数误差问题，探索一种有效的MTF测量方法，提高刀口法MTF测量精度，准确实现数字X射线成像系统的调制传递函数特性评估，已经成为成像系统性能评估的研究重点，这对于成像系统的发展应用具有十分重要的意义。
技术实现思路
针对传统刀口法重构过采样ERF曲线时非均匀采样的插值位置误差的问题，本专利技术提出一种数字X射线成像系统的调制传递函数精确测量新方法。本专利技术基于重心拉格朗日插值的刀口法MTF测量方法，通过重心拉格朗日插值获取均匀采样位置的真实像素值，以此构建准确的过采样ERF曲线，最终可以获得较传统刀口测量方法更为准确的MTF曲线。本专利技术的技术方案如下一种数字X射线成像系统调制传递函数的刀口法测量方法，包括下列步骤I)置数字放射成像系统的曝光参数，放置刀口仪器，并使刀口与探测器采样方向有一倾斜角度，采集多幅刀口图像； 2)对刀口图像叠加平均，对平均后的刀口图像进行刀口边界检测，并且利用直线拟合获得刀口边界直线；3)设定横坐标X以j表示，代表列数，纵坐标y以i表示，代表行数，像素间隔以P表示，刀口倾斜角度与探测器采样方向的夹角为α，对刀口边界直线图进行Hough变换，获得刀口倾斜角度，依据公式Adi, j=jp cos a -ip sin α计算刀口边界附近各点与刀口直线的距离，按照距离从小到大排序，构成非均匀采样的ERF曲线序列；4)采取基于重心拉格朗日插值方法，获得均匀采样插值位置的ERF新序列；5)对ERF新序列进行差分运算得到线扩散函数LSF(X)；6)线扩散函数LSF(X)进行傅里叶变换再取模MTF ’ (f) = | FT (LSF(χ)) |，得到其调制传递函数MTF^ (f)，而后对MTF^ (f)采用O频率位置MTF值进行归一化，SPMTF (f) =MTF丨(f) /MTF丨(f) | f=0,最终得到归一化调制传递函数MTF (f)。其中，第4)步中，可依据公式计算一系列X-Xj /X-Xj均匀釆样位置X的像素值LU)，获得均匀釆样插值位置的ERF新序列，COj是重心权重， ICO j —-7- IIl-=O3J^ZxJ — Xi本专利技术针对传统刀口法重构过采样ERF曲线时非均匀采样的插值位置误差，采用基于重心拉格朗日插值，获得均匀采样位置的真实像素值，从而可以获得较传统刀口测量方法更为准确的MTF曲线。该专利技术为正确获取系统调制传递函数特性，有效评估放射成像系统性能，深入开展放射影像学临床实践和研究提供有力支持。附图说明图I. 8条插值重构过采样ERF曲线。图2.传统刀口测量方法采用的误差插值位置与实际插值位置示意图。图3.刀口图像中刀口附近像素与刀口边界相对位置示意图。图4.刀口法测试仪器的X光成像结果平均图。图5.刀口法测试仪器的刀口边界直线拟合结果。图6.传统刀口法与本专利技术方法获得的ERF曲线对比。图7.传统刀口法与本专利技术方法获得的LSF曲线对比。 图8.传统刀口法、本专利技术方法与线对卡方法获得的MTF结果对比。具体实施例方式下面结合附图和实施例从几个方面对本专利技术进行详细说明。I MTF过采样刀口测量方法利用过采样技术重构ERF，需将刀口与探测器矩阵成一定倾角摆放，通常将仪器边缘和数字化探测器阵列方向之间倾角α保持为I. 5° 7.1° (对应插值数为8 38条)，α越小(插值数越高)所获MTF曲线的分辨率就越高。采用过采样刀口测量方法获得的刀口示意图如图I所示。图中灰色部分均表示黄铜板覆盖区域，粗黑线表示经同轴准直和理想切割后的刀口边缘。图I中的刀口倾斜角度为7. 1° ,针对该倾角，要想得到精确的边缘响应函数ERF必须对刀口附近图像进行8条插值。插值数与倾斜角度的关系由下面的公式确定Nave=I/tan a(I)采用8条插值来重构过采样ERF曲线可以参照图I中数字顺序，对应插值顺序从I到8，然后从9到16，依此类推完成整条ERF曲线的重构，即得到ERF (χ)。想从边缘响应函数ERF (χ)运算得到线扩散函数LSF (χ)，对ERF (χ)进行差分运算或使用卷积滤波器均可，即LSF (χ) =dERF (x) /dx(2)LSF (χ)函数经过傅里叶变换后再取模，就能得到其调制传递函数MTF ; (f) = I FT (LSF (χ)) |(3)式中FT为傅里叶变换，通常在描述系统调制传递函数时使用归一化处理的结果，其公式为 权利要求1.一种数字X射线成本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种数字X射线成像系统调制传递函数的刀口法测量方法，包括下列步骤：1)置数字放射成像系统的曝光参数，放置刀口仪器，并使刀口与探测器采样方向有一倾斜角度，采集多幅刀口图像；2)对刀口图像叠加平均，对平均后的刀口图像进行刀口边界检测，并且利用直线拟合获得刀口边界直线；3)设定横坐标x以j表示，代表列数，纵坐标y以i表示，代表行数，像素间隔以p表示，刀口倾斜角度与探测器采样方向的夹角为α，对刀口边界直线图进行Hough变换，获得刀口倾斜角度，依据公式Δdi,j=jp？cosα？ip？sinα计算刀口边界附近各点与刀口直线的距离，按照距离从小到大排序，构成非均匀采样的ERF曲线序列；4)采取基于重心拉格朗日插值方法，获得均匀采样插值位置的ERF新序列；5)对ERF新序列进行差分运算得到线扩散函数LSF(x)；6)线扩散函数LSF(x)进行傅里叶变换再取模MTF＇(f)=|FT(LSF(x))|，得到其调制传递函数MTF＇(f)，而后对MTF＇(f)采用0频率位置MTF值进行归一化，即MTF(f)=MTF＇(f)/MTF＇(f)|f=0，最终得到归一化调制传递函数MTF(f)。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周仲兴，高峰，赵会娟，张力新，王广印，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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