基于基图像TV模型的CT射束硬化校正方法技术

本发明专利技术涉及一种CT透射成像射束硬化校正方法，特别是涉及一种基于基图像TV最小化模型的CT射束硬化校正方法。一种基于基图像TV模型的CT射束硬化校正方法，在建立带有可调参数的射束硬化校正模型的基础上，通过下述步骤完成：首先，在不同的可调参数条件下，原始投影数据经该模型预处理变换得到多组预处理投影序列，然后，分别对预处理投影序列进行重建得到一系列校正基图像，并以目标图像的全变分函数作为代价函数，通过迭代法求得加权系数最优解，最后，将得到的系列基图像加权求和，形成最终重建图像。与传统方法相比，不需要扫描件材质、射线源条件等先验知识，不受外在条件限制，通用性强；在确定加权系数时是对线性组合求解，因此具有计算复杂度小，运算时间短的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种CT透射成像射束硬化校正方法，特别是涉及一种基于基图像TV 最小化模型的CT射束硬化校正方法。
技术介绍
CT(Computed Tomography, CT)技术是利用探测器对检测物体进行一系列不同角度的射线投影测量，通过三维图像重建算法直接计算出物体所有切片图像的一种成像技术，在工业无损检测和医学应用领域中有着广泛的应用。CT重建算法基于如下假设所使用的X射线是单能的，射线强度随吸收物质厚度的增加按指数形式衰减，衰减系数为常数。而实际X射线源发出的射线是多能谱的，当多能谱射线与物质相互作用时，低能光子衰减量大于高能光子，因此射线平均能量随透射厚度的增加而升高，射束逐渐变“硬”，这种现象称为射束硬化。对于均匀铝柱而言，越靠近铝柱中心，射线穿过的厚度越厚，射束硬化现象越严重，射线的实际衰减量比理想衰减量低得多，这样经三维重建算法重建的铝柱图像就会出现中间暗边缘亮的现象，灰度曲线呈杯状。 除了造成杯状伪影外，射束硬化还会导致CT图像中产生条状、带状等伪影，这些伪影的存在严重影响了图像质量，必须对其进行消除。目前已有许多硬化校正方法，但归纳起来主要可以分为单能法和双能法两大类。双能法中，物质总的衰减系数被分解两种能量下相应衰减系数的线性组合。这种方法的缺点是需要在不同的管电压下对被成像物采集两次投影数据，因此在实际应用中很少被采用。单能法易于实现，且校正效果良好，在实际中得到广泛应用。中国专利技术专利 200710018779. X(公告号101126722，公告日2008年2月20日)提出了一种“基于配准模型仿真的锥束CT射束硬化校正方法”该方法首先从实际重建的零件序列切片图像中提取轮廓点集，然后采用初始-精确两步配准算法配准测量点集和CAD模型，并对配准后的CAD模型进行投影仿真，得到射线在各成像点上穿越零件的长度，最后采用新的指数函数拟合长度-灰度曲线并据此校正射束硬化伪影。该方法不足之处在于校正曲线对实验条件依赖性强，一条校正曲线只能针对一种材料在特定实验条件下使用，一旦实验条件或被测工件材料发生变化，则需要重新拟合校正曲线，当被扫描物结构或成分较为复杂时，该算法的复杂度和计算量会大大增加，影响该方法的适用范围和灵活性。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术不足，通过分析射束硬化对原始投影数据的影响，发现射束硬化造成原始投影中实际值低于理想值，且硬化程度越大偏离越严重的问题，提出一种基于基图像TV模型的CT射束硬化校正方法。本专利技术所采用的技术方案一种基于基图像TV模型的CT射束硬化校正方法，在建立带有可调参数的射束硬化校正模型的基础上，通过下述步骤完成首先，在不同的可调参数条件下，原始投影数据经该模型预处理变换得到多组预处理投影序列，然后，分别对预处理投影序列进行重建得到一系列校正基图像，并以目标图像的全变分函数作为代价函数，通过迭代法求得加权系数最优解，最后，将得到的系列基图像加权求和，形成最终重建图像。所述的基于基图像TV最小化模型的CT射束硬化校正方法，根据射束硬化对投影数据的影响进行分析，并在此基础上建立射束硬化校正模型单能X射线穿过均匀物质的强度衰减公式，用比尔定律表示，如式(I)所示，I1 = I0e_ux (I)其中Ici表示单能射线初始强度山表示透射射线强度；μ为物质衰减系数，与物质的密度和射线的能量有关表示射线所经过物质的长度；那么，由式⑴可得μχ = -\ηγ-⑵-Inf即为我们通常所说的投影数据P，⑵式变为1OP = μ X (3)由式(3)可以看出对于单能射线，投影数据与射线穿越厚度之间呈线性关系；多能谱X射线情况下，式(I)变为1I =7O (E)exP(-jKx，E)dx )dE⑷EX其中S(E)为入射光谱的光子密度函数，μ (X'，E)为被测截面上X点处的物质关于能量E的线性衰减系数；因此，多能谱X射线产生的投影值为Q = ln(A /^0) = In [-Sf(E)exp(-|μ{χ,E)dc )dE(5)EX由式(5)可知，当射线具有多能谱分布时，投影数据和射线经过物质的厚度表现为非线性关系，由上述分析可知，由于射束硬化的影响，透射厚度越厚，多能谱射线投影值越偏离单能射线投影值，即实际投影值越大则其偏离理想投影值越远；因此，对射束硬化进行校正可以定性为将较大投影值经过校正变的更大，保持较小投影值基本不变。所述的基于基图像TV模型的CT射束硬化校正方法，通过下述步骤建立射束硬化校正模型设P为多能谱射线条件下得到的原始投影，P'为P校正之后相应的投影数据，定义P与P之间存在如下函数关系P' = S(P) (6)其中，S为预校正函数，S是线性函数、指数函数或幂函数,结合幂函数与指数函数，设计函数S的形式如下S(P) =P (7)加入不定参数η (n e N.)，即Sn(P) = Pn(n e N+)，利用Sn(P)拟合校正曲线，对η取不同的值则得到不同的Sn(P)，表示以不同的程度对投影值进行校正，这样会出现欠校正和过校正的情况。因此，赋以SjP)不同的权重系数Cn，来平衡欠校正和过校正的现象。Sn(P)加权求和后作为最终的预处理投影数据，即，权利要求1.一种基于基图像TV模型的CT射束硬化校正方法，其特征是在建立带有可调参数的射束硬化校正模型的基础上，通过下述步骤完成首先，在不同的可调参数条件下，原始投影数据经该模型预处理变换得到多组预处理投影序列；然后，分别对预处理投影序列进行重建得到一系列校正基图像，并以目标图像的全变分函数作为代价函数，通过迭代法求得加权系数最优解；最后，将得到的系列基图像加权求和，形成最终重建图像。2.根据权利要求I所述的基于基图像TV模型的CT射束硬化校正方法，其特征是根据射束硬化对投影数据的影响进行分析，并在此基础上建立射束硬化校正模型单能X射线穿过均匀物质的强度衰减公式，用比尔定律表示，如式(I)所示，3.根据权利要求I或2所述的基于基图像TV模型的CT射束硬化校正方法，其特征是 通过下述步骤建立射束硬化校正模型设P为多能谱射线条件下得到的原始投影^为P校正之后相应的投影数据，定义P 与P之间存在如下函数关系P' = S(P) (6)其中，S为预校正函数，S是线性函数、指数函数或幂函数，结合幂函数与指数函数，设计函数S的形式如下S(P) =P (7)加入不定参数n(n e N+)，即Sn(P) = Pn (n e N+)，利用Sn(P)拟合校正曲线，对η取不同的值则得到不同的Sn(P)，表示以不同的程度对投影值进行校正，针对出现欠校正和过校正的情况，赋以Sn(P)不同的权重系数Cn，来平衡欠校正和过校正的现象；Sn(P)加权求和后作为最终的预处理投影数据，即，4.根据权利要求3所述的基于基图像TV模型的CT射束硬化校正方法，其特征是使用 TV作为代价函数来评价式中最终重建图像f(r)，求解线性加权系数最优解，通过求解式 c = argmin ( f G (c, r) d3r_a · c) (11)来确定c,式中加入约束条件a · c = const以避免c = 0的情况，全文摘要本专利技术涉及一种CT透射成像射束硬化校正方法，特别是涉及一种基于基图像TV最小化模型的CT射束硬化校正方法。一种基于基图像TV模型的CT射束硬化校本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：闫镔，李庆亮，潘冬存，李磊，孙红胜，张俊，
申请(专利权)人：中国人民解放军信息工程大学，
类型：发明
国别省市：