一种锥束ＣＴ系统的散射测定和校正方法技术方案

本发明专利技术公开了一种锥束ＣＴ系统的散射测定和校正方法，设定参数后采集空气投影图像和射束衰减网格投影图像，对被检测物体进行圆周扫描，采集带射束衰减网格和被检测物体的投影图像集Ⅰ和被检测物体的投影图像集Ⅱ，计算射束衰减网格中每个金属小球中心的投影位置，采用射束衰减网格校正方法计算与投影图像集Ⅰ中的投影图像一一对应的散射场分布图像，将投影图像集Ⅰ减去对应的散射场分布图像得到散射校正后的投影图像集Ⅲ；由此通过滤波反投影重建算法重建出散射校正后的序列切片图像。本发明专利技术能实用于从低能到中、高能的锥束ＣＴ系统散射校正，是锥束ＣＴ系统的一种简单、有效的散射校正方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无损检测领域，涉及锥束CT系统散射测定和校正方法。技术背景高分辨率锥束CT (Cone Beam Computed Tomography, CBCT)由X射线源产生锥形束射 线，利用面阵探测器采集被检测物体的投影图像，是近年来国际上解决无损检测问题最有发 展前途的一种高新技术。与传统的二维CT相比，CBCT具有很高的扫描速度，在一个扫描周 期内，可完成大量断层图像的扫描，获得XYZ三向同性的高精度空间分辨率图像，并且重建 出的切片图像具有切片序列连续、切片内和切片间的空间分辨率相同、精度高等特点。目前，制约锥束CT系统广泛应用的技术瓶颈是重建切片的图像质量，散射(Scatter) 是影响图像质量的一个重要因素。 一般而言，被检测零件的密度越大，X射线穿透物体所需 的扫描电压越高，由散射引起的伪影越严重。对于散射问题，许多学者做了大量的研究。影 响散射的因素主要有X射线的能量、零件的材料及几何形状、零件的厚度等。目前较为实用 的散射校正方法有以下几种(1) 基于三能量窗(TEW)的散射校正方法通过主能量窗获取总光子数量，并采用主 能量窗两边的两个子能量窗估计散射光子数量，由总光子数量减去散射光子数量得到透射光 子数量。基于三能量窗的散射校正大量工作放在了主能量窗和两个子能量窗的位置和宽度上。 两个子能量窗尽可能窄和近的靠近主能量窗，以便精确估计当前主能量窗的散射部分。然而， 子窗口宽度越小，探测器探测到的光子数量越小，噪声的估计准确性越差。(2) 基于多分辨分析的散射校正方法该方法首先获取原始扫描图像/;然后对投影图像/采用小波多分辨分析，每次只对低频分量逐级进行小波分解，得到第n级逼近4/;只对n级进行重构得到的图像/'，作为散射的估计；然后对投影图像做散射校正/ = /-最 后对校正后的投影图像进行滤波反投影重建。这种方法的典型处理见于公开文献李永利，刘贵忠，潘德恒，X射线成像中图像的综合校正方法研究，兵工学报，2002， 23 (2) : 196 一200。但是基于多分辨分析的散射校正方法对小波类型和小波分解级数要求较高，选择不当 难以实现，而且方法本身具有较大的误差。(3) 基于Beam St叩的散射校正方法这种方法见于公开文献RuolaNing, Xiangyang Tang, D丄.Conover, X-Ray scatter suppression algorithm for cone beam volume CT. Proc. SPIE vol. 4682, 1605-7422,2002。该方法采用反散射网格(Beam Stop)铅球吸收X射线，阻止X射线 透过物体被探测器接受，这样在探测器铅球中心投影位置上得到该位置的散射值，利用这些散射值拟合散射场，进行散射校正。反散射网格置于X射线源和检测物体之间，由许多小铅 球组成的阵列，该装置要求合理选择铅球的尺寸，在能保证X射线能被铅球完全吸收的同时 使得其投影图像的阴影越小越好。实验中需要采集一组带反散射网格的投影图像I和另一组 不带反散射网格的投影图像II。图像I中探测器探测到的铅球阴影位置上的光子数假定为是 X射线的散射光子，然后采用三次样条曲面插值估计散射场分布，将图像n减去对应的散射 图像得到散射校正后的投影图像，最后进行滤波反投影重建得到切片图像。该方法要求反散 射网格完全挡住X射线光子透过物体，对医学上较低扫描电压时有较好的效果，但在工业CT检测中，通常需较高的扫描电压，该方法难以保证实验中铅球尺寸的需求。
技术实现思路
为了克服现有技术不能有效应用于工业无损检测中的不足，本专利技术提供了一套锥束CT系 统的散射测定方案及其校正算法，以解决中高能锥束CT系统在工业应用中的散射校正问题，从而获得高质量高精度的重建切片图像。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. 根据被检测物体确定对其进行锥束CT扫描的投影放大比、平板探测器的数据采集方式、 X射线源的电压与电流等扫描参数，这些参数在以下涉及投影图像数据采集的步骤中保 持不变；2. 不放置任何物体，通过平板探测器采集若干幅空气投影图像，取其平均值作为待用的 空气投影图像；3. 将射束衰减网格(Beam Attenuation Grid, BAG)置于X射线源和旋转工作台之间， 通过平板探测器采集若干幅射束衰减网格的投影图像，取其平均值作为待用的射束衰 减网格投影图像；4. 将被检测物体置于旋转工作台上，进行圆周扫描，扫描过程中旋转工作台可采用步进 旋转或连续旋转，通过平板探测器采集带射束衰减网格和被检测物体的投影图像集I ;5. 移除射束衰减网格，仅对被检测物体进行与步骤4完全相同的圆周扫描，其中需要特 别注意的是被检测物体的起始扫描投影位置与步骤4的起始扫描投影位置相同，通过 平板探测器采集被检测物体的投影图像集II，投影图像集II与投影图像集I的投影幅 数相同，且零件各个投影位置对应相同；6. 通过歩骤3得到的射束衰减网格投影图像计算射束衰减网格中每个金属小球中心的投 影位置；7. 通过金属小球中心的投影位置和步骤2、 4、 5得到的投影图像，采用射束衰减网格校 正方法，计算与投影图像集I中的投影图像一一对应的散射场分布图像；8. 将投影图像集I中的各幅投影图像象素灰度减去与其一一对应的散射场分布图像象素灰度，得到散射校正后的投影图像集m;9. 由投影图像集III通过滤波反投影重建算法重建出散射校正后的序列切片图像。 上述各步骤采集的投影图像在获取过程中己经过必要的暗场校正、坏像素校正和增益校正，校正手段可采用平板探测器厂方配套程序进行，也可以自行根据公知技术开发相应程序 进行。上述方法第3步中采用的射束衰减网格需添加在X射线源和被检测物体之间，如图3所 示。射束衰减网格的构成方法是在低吸收系数的薄板上嵌入均匀分布的余属小球阵列。对射 束衰减网格的一般要求是在满足X射线能穿透金属小球和被检测物体的前提下，金属小球 直径越小越好，并使金属小球之间具有适当的间距， 一般为金属小球直径的1 2倍。显然，该网格比Beam St叩网格易于实现，且能满足在中高能电压下扫描的需求。实际中比较容易 制作的射束衰减网格的构成方法是在低吸收系数的有机玻璃板上嵌入均匀分布的钢珠阵列。射束衰减网格的放置，有如下两种可供选择 一种是放在被检测物体的前方(位置l); 另一种是放在被检测物体的后方(位置2)。对于位置l， X射线先透过射束衰减网格的金 属小球，被小球吸收后的X射线再透过被检测物体。对于位置2， X射线先透过被检测物体， 被检测物体吸收后的X射线再透过射束衰减网格金属小球。无论哪种位置，射束衰减网格本 身也产生散射，本专利技术提出的散射校正方法假设在相同的扫描条件下，射束衰减网格加上 被检测物体的扫描和仅有被检测物体的扫描到达探测器的散射光子数不变。对于位置1射束 衰减网格离探测器较远，且产生的散射部分被物体吸收，对本专利技术提出的校正方法影响较小， 因此，本专利技术选择射束衰减网格置于被检测物体的前方。上述方法第6歩中射束衰减网格金属小球中心投影位置的计算方法为对射束衰减网格 投影图像经过二值化、轮廓提取、轮廓跟踪得到每个小球的投影轮廓，对这些轮廓采用圆拟合可计算本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锥束ＣＴ系统的散射测定和校正方法，其特征在于包括下述步骤：（ａ）根据被检测物体确定对其进行锥束ＣＴ扫描的投影放大比、平板探测器的数据采集方式、Ｘ射线源的电压与电流等扫描参数，这些参数在以下涉及投影图像数据采集的步骤中保持不变；（ｂ）不放置任何物体，通过平板探测器采集若干幅空气投影图像，取其平均值作为待用的空气投影图像；（ｃ）将射束衰减网格置于Ｘ射线源和旋转工作台之间，通过平板探测器采集若干幅射束衰减网格的投影图像，取其平均值作为待用的射束衰减网格投影图像；（ｄ）将被检测物体置于旋转工作台上，进行圆周扫描，扫描过程中旋转工作台采用步进旋转或连续旋转，通过平板探测器采集带射束衰减网格和被检测物体的投影图像集Ⅰ；（ｅ）移除射束衰减网格，仅对被检测物体进行与步骤ｄ完全相同的圆周扫描，被检测物体的起始扫描投影位置与步骤ｄ的起始扫描投影位置相同，通过平板探测器采集被检测物体的投影图像集Ⅱ，投影图像集Ⅱ与投影图像集Ⅰ的投影幅数相同，且零件各个投影位置对应相同；（ｆ）通过步骤ｃ得到的射束衰减网格投影图像计算射束衰减网格中每个金属小球中心的投影位置；（ｇ）通过金属小球中心的投影位置和步骤ｂ、ｄ、ｅ得到的投影图像，采用射束衰减网格校正方法，计算与投影图像集Ⅰ中的投影图像一一对应的散射场分布图像；（ｈ）将投影图像集Ⅰ中的各幅投影图像象素灰度减去与其一一对应的散射场分布图像象素灰度，得到散射校正后的投影图像集Ⅲ；（ｉ）由投影图像集Ⅲ通过滤波反投影重建算法重建出散射校正后的序列切片图像。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张定华，黄魁东，卜昆，胡栋材，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]