数字X射线成像系统调制传递函数的狭缝法测量方法技术方案

本发明专利技术涉及一种数字X射线成像系统调制传递函数的狭缝法测量方法，包括：①设置数字放射成像系统的曝光参数，采集狭缝图像；②通过边缘检测进行狭缝位置检测，而后利用直线拟合获得狭缝直线；③对狭缝直线图进行Hough变换，获得狭缝倾斜角度α，构建出过采样LSF曲线；④采用I样条曲线作为回归样条曲线f对过采样LSF曲线左右两部分分别进行最小二乘拟合，同时满足约束条件，即拟合时保证LSF曲线左半部分为单调非减函数，右半部分为单调非增函数，得到线扩散函数；⑤对线扩散函数进行傅里叶变换再取模，得到其调制传递函数，最终得到归一化调制传递函数。本发明专利技术可以获得较传统狭缝测量方法更为准确的MTF曲线。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】数字X射线成像系统调制传递函数的狭缝法测量方法 所属
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射线成像系统调制传递 函数的狭缝法精确测量新方法。
技术介绍
调制传递函数（ModulationTransferFunction,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 (PointSpreadFunction,PSF)、线扩散函数（LineSpreadFunction,LSF)和边缘响应函 数（EdgeSpreadFunction，ESF)，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， 狭缝法和刀口法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。通过狭缝法获得的系统MTF精确，且操作简便、方法成熟。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。 当前采用的狭缝法MTF测量存在低频成分准确性低的问题，受到了国内外影像评 价领域学者的广泛关注。通过狭缝法获得MTF的低频成分的精度取决于线扩散函数（LSF) 的尾部信号的准确描述，由于尾部信号的幅度低，易受噪声干扰，造成LSF尾部信号的准确 表示困难。为了克服这个问题，目前主要采用LSF尾部信号截断，而后利用e指数外推来估 计LSF尾部信号。这种e指数外推方法可以得到光滑的LSF尾部信号，但是该方法得到的 LSF曲线并不是成像系统的真实特性的描述，很多情况下，代表系统响应的LSF曲线并非e 指数形式，这就会对系统性能评估造成误导，在MTF评估精度方面存在较大的缺欠。 因此，探索一种有效的MTF狭缝测量方法，充分利用探测器本身及测量方法的先 验知识，提高狭缝法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
本专利技术的主旨是提出一种数字X射线成像系统调制传递函数的狭缝法精确测量 新方法，以此解决数字放射成像系统性能评估中的基本问题：实现数字X射线成像系统的 调制传递函数的准确测量，为进一步全面评估放射成像系统性能提供有力条件。该专利技术针 对狭缝法获取过采样LSF曲线时的LSF尾部信号信噪比低，准确估计困难的问题，采用融合 探测器特性先验知识的I样条曲线拟合方法，从而可以获得较传统狭缝测量方法更为准确 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。技术方案如下： -种数字X射线成像系统调制传递函数的狭缝法测量方法，包括下列步骤： ①设置数字放射成像系统的曝光参数，放置X射线单狭缝透射光栅紧贴探测器， 并使狭缝与探测器采样方向有一倾角，倾角范围为（1.5° -3° )，采集狭缝图像； ②通过边缘检测进行狭缝位置检测，而后利用直线拟合获得狭缝直线； ③对狭缝直线图进行Hough变换，获得狭缝倾斜角度a，而后依据公式N= round(NaTC) =round(l/tana)得到该倾角对应的插值数N，从而构建出过采样LSF曲线， round符号代表取整函数。 ④采用I样条曲线作为回归样条曲线f对过采样LSF曲线左右两部分分别进行最 小二乘拟合，同时满足约束条件，即拟合时保证LSF曲线左半部分为单调非减函数，右半部 分为单调非增函数，得到线扩散函数LSF(x); ⑤对线扩散函数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)采用零频率位置MTF值进行归一化，即MTF(f)=MTP(f)/MTP(f) |f =。，最终得到归一化调制传递函数MTF(f)。 本专利技术采用的单调样条回归方法，有效解决了传统狭缝法MTF测量中的问题，最 终结果表明，在进行数字X射线成像系统的调制传递函数测量时，通过本专利技术的数字X射线 成像系统调制传递函数的狭缝法精确测量新方法，充分利用了探测器LSF曲线的单调性， 可以获得较传统狭缝测量方法更为准确的MTF曲线。该方法的应用，将为准确测量系统调 制传递函数，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1. 4条插值重构过采样LSF曲线 图2.高斯模型下本专利技术方法与传统方法得到的LSF曲线对比 图3.高斯模型下MTF测量相对误差与传统e指数外推法数据长度关系 图4.高斯模型下MTF测量结果相对误差对比 图5.洛伦兹模型下本专利技术方法与传统方法得到的LSF曲线对比 图6.洛伦兹模型下MTF测量相对误差与传统e指数外推法数据长度关系 图7.洛伦兹模型下MTF测量结果相对误差对比 图8.本专利技术方法与传统方法对实际系统测量所得的LSF结果对比 图9.Pixarray100系统下MTF测量相对误差与传统e指数外推法数据长度关系 图10.两种方法对Pixarray100系统的MTF测量结果对比 图11.两种方法对Pixarray100系统的MTF低频测量结果的对比【具体实施方式】 本专利技术的主旨是提出一种数字X射线成像系统调制传递函数的狭缝法精确测量 新方法，以此解决数字放射成像系统性能评估中的基本问题：实现数字X射线成像系统的 调制传递函数的准确测量，为进一步全面评估放射成像系统性能提供有力条件。该专利技术针 对狭缝法获取过采样LSF曲线时的LSF尾部信号信噪比低，准确估计困难的问题，采用融合 探测器特性先验知识的I样条曲线拟合方法，从而可以获得较传统狭缝测量方法更为准确 的MTF曲线。该专利技术的应用，将为放射影像医学的临床实践和研究提供有效地技术指导，并 为实际影像诊断时成像设备参数设置以及影像设备设计提供技术支持，因此该专利技术的实现 具有广泛的应用前景和重要的社会意义。 针对传统狭缝法获取过采样LSF曲线时的拟合误差问题，本专利技术提出数字X射线 成像系统调制传递函数的狭缝法精确测量新方法，通过融合探测器特性先验知识的I样条 曲线拟合方法，以此构建准确的过采样LSF曲线，最终可以获得较传统狭缝测量方法更为 准确的MTF曲线。最后得到的技术方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字X射线成像系统调制传递函数的狭缝法测量方法，包括下列步骤：①设置数字放射成像系统的曝光参数，放置X射线单狭缝透射光栅紧贴探测器，并使狭缝与探测器采样方向有一倾角，倾角范围为(1.5°‑3°)，采集狭缝图像；②通过边缘检测进行狭缝位置检测，而后利用直线拟合获得狭缝直线；③对狭缝直线图进行Hough变换，获得狭缝倾斜角度α，而后依据公式N＝round(Nave)＝round(1/tanα)得到该倾角对应的插值数N，从而构建出过采样LSF曲线，round符号代表取整函数；④采用I样条曲线作为回归样条曲线f对过采样LSF曲线左右两部分分别进行最小二乘拟合，同时满足约束条件，即拟合时保证LSF曲线左半部分为单调非减函数，右半部分为单调非增函数，得到线扩散函数LSF(x)；⑤对线扩散函数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)采用零频率位置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，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12