一種同時(shí)消除射線硬化影響的x射線探測(cè)器綜合校正方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種X射線探測(cè)器綜合校正方法，包括如下步驟：S1，采集暗場(chǎng)圖像，保存所得到的補(bǔ)償模板圖；S2，加載X射線，通過空?qǐng)霾杉翀?chǎng)圖像以及放入一片校正模體到射線束中被檢測(cè)物放置的位置采集圖像，計(jì)算衰減系數(shù)；S3，依次增加放入的校正模體數(shù)量i，采集圖像，減去補(bǔ)償模板圖后得到Ii(x,y)，對(duì)Ii(x,y)取對(duì)數(shù)得到Li(x,y)，直至校正模體數(shù)量大于被檢測(cè)物的最大等價(jià)厚度轉(zhuǎn)向步驟S4；S4，對(duì)Li(x,y)做校正計(jì)算；對(duì)得到的Di(x,y)中每一個(gè)像素進(jìn)行曲線擬合，得到校正量；S5，在正常拍片時(shí)，應(yīng)用校正曲線對(duì)所采集的數(shù)字圖像進(jìn)行綜合校正。本發(fā)明可以消除X射線探測(cè)器像素點(diǎn)之間的檢測(cè)效率不一致問題，在進(jìn)行增益校正的同時(shí)可以校正射線硬化的不利影響，提高了圖像質(zhì)量。
【專利說明】
一種同時(shí)消除射線硬化影響的X射線探測(cè)器綜合校正方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種X射線探測(cè)器校正方法，尤其涉及一種在進(jìn)行增益校正的同時(shí)消 除射線硬化影響的X射線探測(cè)器綜合校正方法，屬于醫(yī)學(xué)影像技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，早先的X射線模擬成像技術(shù)已經(jīng)基本被數(shù)字化成像技 術(shù)取代。相對(duì)于模擬成像技術(shù)而言，數(shù)字化成像技術(shù)以成像時(shí)間短、成像質(zhì)量佳和數(shù)字圖像 易于傳輸和存儲(chǔ)等特點(diǎn)，在臨床醫(yī)學(xué)、工業(yè)探傷、公共安全等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。
[0003] X射線探測(cè)器的工作原理為入射的X射線經(jīng)閃爍晶體層轉(zhuǎn)換為可見光后，由非晶 娃陣列光電二極管將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電荷，最后讀出電路對(duì)電荷信號(hào)逐個(gè)取出編號(hào)后轉(zhuǎn)換為 數(shù)字信號(hào)，再傳送至計(jì)算機(jī)處理。在此過程中，X射線的束流強(qiáng)度與閃爍晶體層轉(zhuǎn)換的可見 光強(qiáng)度成正比，可見光強(qiáng)度與光電二極管陣列轉(zhuǎn)換的電荷量成正比，因此將電荷量數(shù)字化 后，經(jīng)過處理可以得到X射線數(shù)字圖像。
[0004] 受制造工藝和電路特性的制約，各個(gè)像素點(diǎn)上的閃爍體和非晶硅陣列光電二極管 轉(zhuǎn)換效率不同，在入射X射線強(qiáng)度相同的條件下，各像素點(diǎn)上得到的數(shù)值大小不同。因此X 射線探測(cè)器輸出的原始圖像必須經(jīng)過偏置、增益和剔除壞像素等一系列校正過程。目前，主 流的圖像校正技術(shù)是首先獲得在無 X射線條件下探測(cè)器陣列的響應(yīng)（空采圖像），再在X射 線條件下無曝光物體的平面場(chǎng)圖像（空曝圖像）；對(duì)兩次數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而對(duì)X射線探測(cè) 器所采集的數(shù)字圖像進(jìn)行校正。
[0005] 但是，典型的X射線球管發(fā)射的是多能譜X射線，當(dāng)穿透被檢測(cè)物時(shí)，低能射線被 吸收得多，高能射線吸收得少。這樣，到達(dá)X射線探測(cè)器的硬射線成份就相對(duì)變多，產(chǎn)生了 所謂的"射線硬化"現(xiàn)象。射線硬化程度跟被檢測(cè)物的密度及厚度（兩者合并考慮，使用"等 價(jià)厚度"表示）成單調(diào)遞增關(guān)系，等價(jià)厚度越厚，硬化程度越嚴(yán)重。所以僅僅通過對(duì)兩次數(shù) 據(jù)進(jìn)行處理的增益校正無法消除射線硬化的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種在進(jìn)行增益校正 的同時(shí)消除射線硬化影響的X射線探測(cè)器綜合校正方法。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述的發(fā)明目的，本發(fā)明采用下述的技術(shù)方案：
[0008] -種同時(shí)消除射線硬化影響的X射線探測(cè)器綜合校正方法，包括如下步驟：
[0009] S1，采集暗場(chǎng)圖像，保存所得到的補(bǔ)償模板圖；
[0010] S2,加載X射線，通過空?qǐng)霾杉翀?chǎng)圖像以及放入一片校正模體到射線束中被檢 測(cè)物放置的位置采集圖像，計(jì)算設(shè)定能譜工作模式下的衰減系數(shù)；
[0011] S3,加載X射線，依次增加放入的校正模體數(shù)量i，采集圖像，根據(jù)補(bǔ)償模板對(duì)圖像 進(jìn)行增益校正處理得到L1 (X，y)，直至校正模體數(shù)量i大于被檢測(cè)物的最大等價(jià)厚度，轉(zhuǎn)向 步驟S4 ;
[0012] S4 JtLi(Xj)根據(jù)公式：Di (x，y) = u*i - (M。一 Li(Xj))做校正計(jì)算；對(duì)得到 的Di (X，y)中每一個(gè)像素進(jìn)行曲線擬合，得到A (X，y)、Β (X，y)、C (X，y)和D (X，y)，將其組成 的校正量保存；
[0013] S5,在正常拍片時(shí)，應(yīng)用校正曲線對(duì)所采集的數(shù)字圖像進(jìn)行綜合校正。
[0014] 其中較優(yōu)地，在步驟Sl~S3中，進(jìn)行圖像采集時(shí)均采集多幀圖像，將采集到的多 幀圖像疊加之后求平均得到的圖像，作為最終采集的數(shù)字圖像。
[0015] 其中較優(yōu)地，在步驟S3中，根據(jù)補(bǔ)償模板對(duì)圖像進(jìn)行增益校正處理得到L1 (X，y) 包括如下步驟：
[0016] 首先，獲取保存的補(bǔ)償模板；
[0017] 然后，將米集的圖像減去補(bǔ)償模板得到Ii (X，y);
[0018] 最后，對(duì)I1(XJ)進(jìn)行取對(duì)數(shù)處理得到L1(Xj) 13
[0019] 其中較優(yōu)地，在步驟Sl中，保存所得到的補(bǔ)償模板圖之后，進(jìn)行亮點(diǎn)檢測(cè)，并記錄 檢測(cè)出的亮點(diǎn)位置。
[0020] 其中較優(yōu)地，在步驟S2中，所述計(jì)算設(shè)定能譜工作模式下的衰減系數(shù)包括如下步 驟：
[0021] S21，加載X射線，通過空?qǐng)霾杉翀?chǎng)圖像，根據(jù)補(bǔ)償模板對(duì)圖像進(jìn)行增益校正處 理得到L。(X，y);求L。(X，y)的平均值M。；
[0022] S22,加載X射線，放入一片校正模體到射線束中被檢測(cè)物放置的位置，采集圖像， 根據(jù)補(bǔ)償模板對(duì)圖像進(jìn)行增益校正處理得到L 1(Xj);求L1(Xj)的平均值M1;
[0023] S23,根據(jù)公式：u = M。一 M丨計(jì)算衰減系數(shù)。
[0024] 其中較優(yōu)地，在步驟S21中，通過空?qǐng)霾杉翀?chǎng)圖像，減去補(bǔ)償模板圖得到I。(X，y) 之后，進(jìn)行暗點(diǎn)檢測(cè)，并記錄檢測(cè)出的暗點(diǎn)位置。
[0025] 其中較優(yōu)地，在步驟S5中，所述應(yīng)用校正曲線對(duì)采集到的數(shù)字圖像進(jìn)行綜合校正 采用如下公式完成：
[0026] OutPut (x, y) = log(I(x, y) - Offset (x, y)) - Delta (x,y)；
[0027] 其中，OutPut (x, y)是最終的輸出圖像，Off set (x, y)是暗場(chǎng)補(bǔ)償模板圖， Delta (x, y)為校正量；
[0028] Delta (X，y) = A (X，y) *1 (X，y) *1 (X，y) *1 (X，y) +B (X，y) *1 (X，y) *1 (X，y) +C (X，y) * I (X，y) +D (X，y) 〇
[0029] 其中較優(yōu)地，在步驟S4中，采用GPU并行算法對(duì)Di (x，y)中的每一個(gè)像素進(jìn)行曲 線擬合；
[0030] 在步驟S5中，采用GPU并行算法對(duì)數(shù)字圖像的每一個(gè)像素進(jìn)行校正。
[0031] 其中較優(yōu)地，采用GPU并行算法對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行校正的過程包括如下步驟：
[0032] S51，獲取數(shù)字圖像，并將其傳送到CPU處理器；
[0033] S52, CPU處理器將獲取的數(shù)字圖像存儲(chǔ)到圖像緩存單元，并通知GPU處理器；
[0034] S53, GPU處理器為所緩存的數(shù)字圖像的每個(gè)像素分配一個(gè)線程，每個(gè)線程完成一 個(gè)像素的校正處理，并行處理所有線程；
[0035] S54,處理后的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到圖像緩存單元，并反饋給CPU處理器；
[0036] S55, CPU處理器將GPU處理器已處理好的最終的輸出圖像顯示出來。
[0037] 其中較優(yōu)地，所述校正體模的材料是密度均勻的PMMA或者純度大于99. 8%的鋁。
[0038] 其中較優(yōu)地，所述同時(shí)消除射線硬化影響的X射線探測(cè)器綜合校正方法還包括如 下步驟：
[0039] S6,對(duì)校正過程檢測(cè)出的亮點(diǎn)和暗點(diǎn)分別進(jìn)行壞點(diǎn)校正。
[0040] 本發(fā)明所提供的X射線探測(cè)器綜合校正方法，通過在X射線探測(cè)器前放置不同厚 度的校正體模，對(duì)校正計(jì)算后的圖像中每一個(gè)像素進(jìn)行多次曲線擬合，計(jì)算校正曲線，在正 常拍片時(shí)，應(yīng)用校正曲線對(duì)所采集的數(shù)字圖像的每一個(gè)像素進(jìn)行綜合校正，得到校正后的 圖像，消除了 X射線探測(cè)器像素點(diǎn)之間的檢測(cè)效率不一致造成的圖像不均勻現(xiàn)象，在進(jìn)行 增益校正的同時(shí)可以校正射線硬化的不利影響，大大提高X射線探測(cè)器的圖像質(zhì)量。本發(fā) 明所提供的X射線探測(cè)器綜合校正方法對(duì)于光子計(jì)數(shù)探測(cè)器特別適用。
【附圖說明】
[0041] 圖1為本發(fā)明所提供的X射線探測(cè)器綜合校正方法的流程圖；
[0042] 圖2為射線硬化和理想射線衰減所對(duì)應(yīng)的圖像亮度與有機(jī)玻璃厚度關(guān)系曲線的 對(duì)比圖；
[0043] 圖3為射線硬化和理想射線衰減所對(duì)應(yīng)的衰減系數(shù)積分曲線的對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0044] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0045] 在數(shù)字化的X射線成像系統(tǒng)中，通常需要進(jìn)行X射線探測(cè)器的偏置（Offset) 和增益（gain)校正。傳統(tǒng)的校正方法是這樣的：在不發(fā)出射線的情況下采集暗場(chǎng)圖像 Offset (X，y)，在空?qǐng)龀錾渚€的情況下采集接近飽和的亮場(chǎng)圖像G (X，y)，生成gain系數(shù)： g (X，y) = Mean/(G (X，y) - Offset (X，y))，Mean 是（G (X，y) - Offset (X，y))的平均值。通 過0此?111:(1，7)=8(1，7)*(1(1，7)-（^€861:(1，7))進(jìn)行校正，得到校正后的背景均勾的 圖像。
[0046] 這種校正方法存在的問題是：對(duì)于某些X射線探測(cè)器（例如C⑶型）因?yàn)殓R頭原 因造成的中心檢測(cè)效率高四周檢測(cè)效率低，或者平板探測(cè)器、光子計(jì)數(shù)探測(cè)器像素點(diǎn)之間 檢測(cè)效率差異較大的情況，進(jìn)行傳統(tǒng)單點(diǎn)增益校正后會(huì)把噪聲也放大很多倍，降低了圖像 質(zhì)量。另外，在不同的射線劑量水平下，進(jìn)行傳統(tǒng)的單點(diǎn)增益校正，X射線探測(cè)器入射劑量較 低的情況下（射線劑量降低、SID加大或者被檢測(cè)物的等價(jià)厚度變大），圖像會(huì)發(fā)生失校正 現(xiàn)象：噪聲變大；并且因?yàn)樯渚€硬化現(xiàn)象的存在，圖像背景的不均勻現(xiàn)象依然存在。另外， 射線能譜（KV)改變，因?yàn)樯渚€硬化現(xiàn)象的存在，圖像也會(huì)發(fā)生失校正現(xiàn)象。
[0047] 如圖1所示，本發(fā)明提供的在進(jìn)行增益校正的同時(shí)消除射線硬化影響的X射線探 測(cè)器綜合校正方法，主要包括如下步驟：首先，X射線探測(cè)器設(shè)置能譜工作模式，將KV、mAs 和SID(Source Image Distance，源像距）固定；對(duì)于光子計(jì)數(shù)探測(cè)器，同時(shí)設(shè)置固定的能 量閾值。其次，在不發(fā)出射線的情況下采集暗場(chǎng)圖像Offset (X，y)，在空?qǐng)龀錾渚€的情況下 采集亮場(chǎng)圖像，放入一片校正模體到射線束中被檢測(cè)物放置的位置，再采集一次圖像，得到 衰減系數(shù)；然后依次增加放入的校正模體的數(shù)量，直至校正模體的數(shù)量與被檢測(cè)物的最大 等價(jià)厚度相同，根據(jù)獲得的圖像信息計(jì)算校正曲線，最后，在正常拍片時(shí)，應(yīng)用校正曲線對(duì) 所采集的數(shù)字圖像進(jìn)行綜合校正，得到校正后的圖像。本發(fā)明提供的X射線探測(cè)器綜合校 正方法可以消除X射線探測(cè)器像素點(diǎn)之間的檢測(cè)效率不一致造成的圖像不均勻現(xiàn)象，同時(shí) 可以校正射線硬化的不利影響，并抑制低劑量下的噪聲，提高圖像信噪比，大大提高圖像質(zhì) 量，在降低病人福射劑量水平的情況下，保證診斷質(zhì)量。下面對(duì)這一過程做詳細(xì)具體的說 明。
[0048] 首先，X射線探測(cè)器設(shè)置能譜工作模式，將相關(guān)參數(shù)固定。具體地說，對(duì)于X射線 探測(cè)器設(shè)置具體的能譜工作模式，將KV、mAs和SID固定；對(duì)于光子計(jì)數(shù)探測(cè)器，同時(shí)設(shè)置固 定的能量閾值。通過設(shè)置不同的能譜工作模式，例如不同KV范圍與不同SID的組合，在每 種能譜工作模式下分別生成不同的校正曲線，實(shí)際應(yīng)用時(shí)根據(jù)能譜工作模式的切換，切換 使用對(duì)應(yīng)的校正曲線，能有效地提高校正的效率。
[0049] Sl，在X射線探測(cè)器不發(fā)出射線的情況下，采集暗場(chǎng)圖像，得到Off set (X，y)，將其 作為暗場(chǎng)模板圖保存下來。
[0050] 在X射線探測(cè)器不發(fā)出射線的情況下，采集多幀暗場(chǎng)圖像，將采集到的多幀暗場(chǎng) 圖像疊加之后求平均得到Off set (X，y)，將Off set (X，y)作為暗場(chǎng)模板圖（補(bǔ)償模板圖）保 存下來。之后檢測(cè)亮點(diǎn)，并記錄檢測(cè)出的亮點(diǎn)位置，便于正常拍片時(shí)，對(duì)所采集的數(shù)字圖像 進(jìn)行綜合校正后，再對(duì)亮點(diǎn)進(jìn)行校正，進(jìn)一步提高了圖像質(zhì)量。
[0051] S2,加載X射線，通過空?qǐng)霾杉翀?chǎng)圖像以及放入一片校正模體到射線束中被檢 測(cè)物放置的位置采集圖像，計(jì)算設(shè)定能譜工作模式下的衰減系數(shù)。
[0052] 采集暗場(chǎng)圖像后，X射線探測(cè)器發(fā)出射線，加載X射線，通過空?qǐng)霾杉翀?chǎng)圖像 以及放入一片校正模體到射線束中被檢測(cè)物放置的位置采集圖像，分別得到亮場(chǎng)圖像 ID(x，y)以及一片校正模體的圖像I1U, y)，分別對(duì)兩次采集的圖像進(jìn)行增益校正之后取 對(duì)數(shù)，進(jìn)而根據(jù)校正后的圖像信息計(jì)算設(shè)定能譜工作模式下的衰減系數(shù)。具體包括如下步 驟：
[0053] S21，加載X射線，通過空?qǐng)霾杉翀?chǎng)圖像，減去補(bǔ)償模板圖后得到IJx，y)，對(duì) I0 (X，y)取對(duì)數(shù)得至丨J L0(XJ);計(jì)算L0(x，y)的平均值M0。
[0054] 加載X射線，通過空?qǐng)霾杉鄮翀?chǎng)圖像，減去補(bǔ)償模板圖后，將采集到的多幀亮 場(chǎng)圖像疊加之后求平均得到Ic(x，y)，之后檢測(cè)暗點(diǎn)，并記錄檢測(cè)出的暗點(diǎn)位置，便于正常 拍片時(shí)，對(duì)所采集的數(shù)字圖像進(jìn)行綜合校正后對(duì)暗點(diǎn)進(jìn)行校正，進(jìn)一步提高了圖像質(zhì)量。對(duì) 于得到的IcUy)進(jìn)行取對(duì)數(shù)處理，得到U(x，y);計(jì)算U(x，y)的平均值M。。
[0055] S22,加載X射線，放入一片校正模體到射線束中被檢測(cè)物放置的位置，采集圖像， 減去補(bǔ)償模板圖后得到I1 (X，y)，對(duì)I1 (X，y)取對(duì)數(shù)得到L1 (X，y);計(jì)算L1 (X，y)的平均值吣。
[0056] 加載X射線，放入一片校正模體到射線束中被檢測(cè)物放置的位置，采集多幀圖像， 減去補(bǔ)償模板圖后，將采集到的多幀圖像疊加之后求平均得到I 1U, y)，對(duì)I1Uy)取對(duì)數(shù) 得到L1 (X，y);計(jì)算L1 (X，y)的平均值M1。
[0057] S23,根據(jù)公式：u = M。一 M丨計(jì)算衰減系數(shù)。
[0058] S3,加載X射線，依次增加放入到射線束中被檢測(cè)物放置位置的校正模體數(shù)量i， 采集圖像，根據(jù)補(bǔ)償模板對(duì)圖像進(jìn)行增益校正處理得到L 1 (X，y)，直至校正模體數(shù)量i大于 被檢測(cè)物的最大等價(jià)厚度，轉(zhuǎn)向步驟S4。
[0059] 加載X射線，放入2片校正模體到射線束中被檢測(cè)物放置的位置，采集圖像，根據(jù) 補(bǔ)償模板對(duì)圖像進(jìn)行增益校正處理得到L2 (x，y)。具體包括如下步驟：
[0060] 首先，獲取保存的補(bǔ)償模板；然后，將采集的圖像減去補(bǔ)償模板得到I2(x，y);最 后，對(duì)I 2(x，y)進(jìn)行取對(duì)數(shù)處理得到L2(x，y)。依次增加放入到射線束中被檢測(cè)物放置位置 的校正模體數(shù)量i，采集圖像，據(jù)補(bǔ)償模板對(duì)圖像進(jìn)行增益校正處理得到L 1 (X，y)，直至校正 模體數(shù)量i大于被檢測(cè)物的最大等價(jià)厚度，轉(zhuǎn)向步驟S4。
[0061] 在本發(fā)明所提供的實(shí)施例中，放入到射線束中被檢測(cè)物放置位置的校正模體的材 料可以是密度均勻的PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯，俗稱有機(jī)玻璃）或者純度大于99. 8 %的鋁， 在全動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，通過在X射線探測(cè)器前放置不同厚度的校正體模，可以對(duì)不同厚度的數(shù) 字圖像進(jìn)行校正。其中，校正模體厚度的取值范圍覆蓋被檢測(cè)物的等價(jià)厚度范圍，校正模體 厚度的增加通過數(shù)量的增加來實(shí)現(xiàn)。
[0062] S4，對(duì)步驟S3中得到的Li (X，y)系列做校正計(jì)算：Di (X，y) = u*i - (M。一 L i (X，y));并對(duì)得到的Di (X，y)系列中每一個(gè)像素進(jìn)行3次曲線擬合：y = A*x*x*x+B*x*x+C*x+D ;得到 A (X，y)、B (X，y)、C (X，y)和 D (X，y)，并進(jìn)行保存。
[0063] 物質(zhì)對(duì)X射線的吸收規(guī)律可以用朗伯一比爾定律（Lambert Beer Law)來描述，當(dāng) 一個(gè)單色線束通過一個(gè)密度均勻的小物體時(shí)，其能量減弱的程度與物質(zhì)厚度和吸收系數(shù)的 關(guān)系為：I = I〇e義
[0064] 其中，I。為入射X射線強(qiáng)度；I為穿過均勻密度物體后投射的射線強(qiáng)度；μ為物質(zhì) 對(duì)該波長(zhǎng)的衰減系數(shù)；d為穿過均勻密度物體的路徑長(zhǎng)度。
[0065] 如圖2,是射線硬化和理想射線衰減所對(duì)應(yīng)的圖像亮度與有機(jī)玻璃厚度的關(guān)系曲 線。圖中虛線是實(shí)際測(cè)得的X射線穿過不同厚度物體的衰減曲線，實(shí)線為理想狀態(tài)下的X 射線的衰減曲線，兩條曲線的差異是由于射線硬化引起的。因?yàn)楸粰z測(cè)物的密度或者厚度 的變化，射線硬化程度對(duì)應(yīng)到X射線探測(cè)器上的每個(gè)像素點(diǎn)也是不同的，而且X射線探測(cè)器 每個(gè)像素點(diǎn)的檢測(cè)效率也存在不一致的現(xiàn)象，射線硬化對(duì)圖像質(zhì)量的影響是存在的，表現(xiàn) 為圖像對(duì)比度的降低，特別對(duì)于軟X射線成像的影響非常大。
[0066] 對(duì)于普通X射線成像系統(tǒng)，通常采用在球館端設(shè)置附加濾過（例如鋁片）濾除低 能射線的辦法來降低射線硬化效應(yīng)。這個(gè)方法的主要缺點(diǎn)是濾除大量軟射線的同時(shí)降低了 圖像的信噪比，特別是對(duì)于低密度物質(zhì)，而且這不能消除射線硬化的影響。
[0067] 在CT成像中，射線硬化會(huì)導(dǎo)致杯狀硬化偽影，通常采用把厚度In衰減曲線校正成 線性關(guān)系的辦法來消除。在校正過程中，通常需要使用高階多項(xiàng)式來進(jìn)行曲線擬合，這會(huì)造 成計(jì)算數(shù)值的不穩(wěn)定，而且，這是對(duì)整個(gè)X射線探測(cè)器進(jìn)行全局厚度線性化的硬化校正，沒 有對(duì)每個(gè)像素進(jìn)行檢測(cè)效率的校正，像素間的硬化程度的不一致性沒有得到校正。
[0068] 傳統(tǒng)的硬化校正方法是將射線衰減公式改寫成：= 如果X射線穿 過的是一個(gè)密度均勻的物質(zhì)，則μ是常數(shù)，y= yd應(yīng)該是一條過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，如圖 3中的實(shí)線所示。但是實(shí)際測(cè)得的j = 卻是一條曲線，如圖3中的虛線所示，造成 Inf H #的原因便是射線硬化。 J
[0069] 在進(jìn)行校正的時(shí)候，要對(duì)
進(jìn)行修正，需要針對(duì)一定的厚度，
A1就是校正系數(shù)。如果針對(duì)不同的厚度，設(shè)置不同的校正系數(shù)，那么將 f 構(gòu)成一個(gè)校正曲線：A。由于
是非線性的，yd是線性的，所以校正曲線△是非線性 的，用函數(shù)y = Ax3+Bx2+Cx+D進(jìn)行擬合，所以校正曲線函數(shù)為：Δ = Ax3+Bx2+Cx+D。
[0070] 在校正的時(shí)候，令
即可得到最終的輸出圖像Ln I。= LnI - Δ 0
[0071] 在本發(fā)明所提供的實(shí)施例中，對(duì)步驟S3中得到的1^(1，7)系列做校正計(jì)算： Di (X，y) = u*i -（M。一 L ; (X，y));其中，u為衰減系數(shù)，i為放入的校正模體數(shù)量。然后對(duì) 得到的Di (x，y)系列中每一個(gè)像素（數(shù)字X射線探測(cè)器中的像素）進(jìn)行3次曲線擬合：y = A*x*x*x+B*x*x+C*x+D ;得到 A (X，y)、B (X，y)、C (X，y)和 D (X，y)，并進(jìn)行保存。通過 A (X，y)、 B (X，y)、C (X，y)和D (X，y)獲取輸出圖像的校正量Delta (X，y):
[0072] Delta (X，y) = A (X，y) *1 (X，y) *1 (X，y) *1 (X，y) +B (X，y) *1 (X，y) *1 (X，y) +C (X，y) * I (X，y) +D (X，y) 〇
[0073] 因?yàn)橐獙?duì)X射線探測(cè)器上的每一個(gè)像素進(jìn)行校正，所以需要求得每一個(gè)像素的 校正曲線。如果圖像非常大，用CPU進(jìn)行圖像處理非常耗時(shí)，如果采用GPU并行算法，為 Di (x，y)系列中每個(gè)像素分配一個(gè)線程，所有的像素同時(shí)參與計(jì)算，獲得校正曲線的效率大 大提高。其中，采用GPU并行算法對(duì)Di (x，y)系列中每一個(gè)像素進(jìn)行3次曲線擬合的過程 與采用GPU并行算法對(duì)圖像進(jìn)行校正的過程相似，在步驟S5中進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0074] S5,在正常拍片時(shí)，應(yīng)用校正曲線對(duì)所采集的數(shù)字圖像進(jìn)行綜合校正。
[0075] 在本發(fā)明所提供的實(shí)施例中，將增益校正和射線硬化校正結(jié)合在一起完成數(shù)字圖 像的綜合校正，采用如下公式完成：
[0076] OutPut (x, y) = log(I(x, y) - Offset (x, y)) - Delta (x,y)；
[0077] 其中，OutPut (x, y)是最終的輸出圖像，Offset (x, y)是暗場(chǎng)模版圖，Delta(x, y) 為校正量。
[0078] Delta (x, y) = A (x, y) *1 (x, y) *1 (x, y) *1 (x, y) +B (x, y) *1 (x, y) *1 (x, y) +C (x, y) * I (x, y) +D (x, y) 〇
[0079] 在本發(fā)明所提供的實(shí)施例中，因?yàn)橐獙?duì)X射線探測(cè)器上的每一個(gè)像素進(jìn)行校正。 如果圖像非常大，全部用CPU進(jìn)行計(jì)算非常耗時(shí)，如果采用GPU并行算法，為每個(gè)像素分配 一個(gè)線程，所有的像素同時(shí)參與計(jì)算，綜合校正的效率大大提高。其中，采用GPU并行算法 對(duì)圖像進(jìn)行校正的過程具體包括如下步驟：
[0080] S51，獲取X射線探測(cè)器所采集的數(shù)字圖像，并將其傳送到CPU處理器。
[0081] S52, CPU處理器將獲取的數(shù)字圖像存儲(chǔ)到圖像緩存單元，并通知GPU處理器。
[0082] S53, GPU處理器為緩存的數(shù)字圖像的每個(gè)像素分配一個(gè)線程，每個(gè)線程完成一個(gè) 像素的校正處理，并行處理所有線程。
[0083] S54,處理后的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到圖像緩存單元，并反饋給CPU處理器。
[0084] S55, CPU處理器將GPU處理器已處理好的最終的輸出圖像顯示出來。
[0085] 在本發(fā)明所提供的實(shí)施例中，利用CPU處理器和移動(dòng)GPU分擔(dān)了現(xiàn)有計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 的圖像處理工作，通過GPU并行處理機(jī)制對(duì)所獲取的動(dòng)態(tài)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行大規(guī)模并行處理， 從而實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)顯示高分辨率、高對(duì)比度圖像的目的。
[0086] 正常拍片時(shí)，經(jīng)過校正曲線對(duì)所采集的數(shù)字圖像進(jìn)行綜合校正，可以消除X射線 探測(cè)器像素點(diǎn)之間的檢測(cè)效率不一致造成的圖像不均勻現(xiàn)象，同時(shí)可以校正射線硬化的不 利影響，并抑制低劑量下的噪聲，提高圖像信噪比，大大提高圖像質(zhì)量，在降低病人輻射劑 量水平的情況下，保證診斷質(zhì)量。
[0087] S6,對(duì)校正過程檢測(cè)出的亮點(diǎn)和暗點(diǎn)分別進(jìn)行壞點(diǎn)校正。
[0088] 對(duì)于步驟Sl中檢測(cè)到的亮點(diǎn)，以及對(duì)于步驟S2中檢測(cè)到的暗點(diǎn)分別進(jìn)行校正，將 壞點(diǎn)校正后圖像作為最終的輸出圖像，進(jìn)一步提高了圖像質(zhì)量。在本發(fā)明所提供的實(shí)施例 中，采用壞點(diǎn)周圍的像素值來進(jìn)行差值補(bǔ)償?shù)姆绞竭M(jìn)行壞點(diǎn)校正。
[0089] 綜上所述，本發(fā)明所提供的X射線探測(cè)器綜合校正方法，在全動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，通過在 X射線探測(cè)器前放置不同厚度的校正體模，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同厚度的數(shù)字圖像進(jìn)行校正。X射 線探測(cè)器入射劑量從高到低，根據(jù)Di (X，y) = u*i -（M。一 L ; (X，y))校正η個(gè)劑量點(diǎn)，分別 得到η個(gè)Di (X，y)。然后對(duì)Di (X，y)進(jìn)行曲線擬合，得到A (X，y)、B (X，y)、C (X，y)和D (X，y) 四個(gè)系數(shù)矩陣。校正時(shí)利用曲線擬合預(yù)測(cè)的辦法，使所采集的數(shù)字圖像的每一個(gè)點(diǎn)的每一 亮度級(jí)別得到精確的校正，使在不同的劑量水平下圖像背景均勻，并且數(shù)字圖像亮度與其 等價(jià)厚度成線性關(guān)系。由于是逐點(diǎn)進(jìn)行曲線擬合校正，在校正掉像素點(diǎn)間的檢測(cè)效率不一 致問題的同時(shí)，有效地消除了射線硬化的影響。尤其對(duì)于光子計(jì)數(shù)探測(cè)器，可以很好地消 除像素點(diǎn)之間的檢測(cè)效率不一致造成的圖像不均勻現(xiàn)象，同時(shí)可以校正射線硬化的不利影 響，并抑制低劑量下的噪聲，提高圖像信噪比，大大提高圖像質(zhì)量。本發(fā)明所提供的X射線 探測(cè)器綜合校正方法對(duì)于光子計(jì)數(shù)探測(cè)器特別適用。對(duì)于光子計(jì)數(shù)探測(cè)器而言，其實(shí)現(xiàn)步 驟與X射線探測(cè)器相同，在此不再具體贅述。
[0090] 上面對(duì)本發(fā)明所提供的X射線綜合校正方法進(jìn)行了詳細(xì)的說明。對(duì)本領(lǐng)域的一般 技術(shù)人員而言，在不背離本發(fā)明實(shí)質(zhì)精神的前提下對(duì)它所做的任何顯而易見的改動(dòng)，都將 構(gòu)成對(duì)本發(fā)明專利權(quán)的侵犯，將承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種同時(shí)消除射線硬化影響的X射線探測(cè)器綜合校正方法，其特征在于包括如下步 驟： S1，采集暗場(chǎng)圖像，保存所得到的補(bǔ)償模板圖； 52, 加載X射線，通過空?qǐng)霾杉翀?chǎng)圖像以及放入一片校正模體到射線束中被檢測(cè)物 放置的位置采集圖像，計(jì)算設(shè)定能譜工作模式下的衰減系數(shù)； 53, 加載X射線，依次增加放入的校正模體數(shù)量i，采集圖像，根據(jù)補(bǔ)償模板對(duì)圖像進(jìn)行 增益校正處理得到Q (X，y)，直至校正模體數(shù)量i大于被檢測(cè)物的最大等價(jià)厚度，轉(zhuǎn)向步驟 S4 ； 54, 對(duì)Ljx，y)根據(jù)公式：Di (X，y) = u*i - (M。一 L ; (X，y))做校正計(jì)算；對(duì)得到的 Di (X，y)中每一個(gè)像素進(jìn)行曲線擬合，得到A (X，y)、B (X，y)、C (X，y)和D (X，y)，將其組成的 校正量保存； 55, 在正常拍片時(shí)，應(yīng)用校正曲線對(duì)所采集的數(shù)字圖像進(jìn)行綜合校正。2. 如權(quán)利要求1所述的X射線探測(cè)器綜合校正方法，其特征在于： 在步驟S1~S3中，進(jìn)行圖像采集時(shí)均采集多幀圖像，將采集到的多幀圖像疊加之后求 平均得到的圖像，作為最終采集的數(shù)字圖像。3. 如權(quán)利要求1所述的X射線探測(cè)器綜合校正方法，其特征在于在步驟S3中，根據(jù)補(bǔ) 償模板對(duì)圖像進(jìn)行增益校正處理得到Q (X，y)包括如下步驟： 首先，獲取保存的補(bǔ)償模板； 然后，將采集的圖像減去補(bǔ)償模板得到; 最后，對(duì)L (X，y)進(jìn)行取對(duì)數(shù)處理得到Q (X，y)。4. 如權(quán)利要求1所述的X射線探測(cè)器綜合校正方法，其特征在于： 在步驟S1中，保存所得到的補(bǔ)償模板圖之后，進(jìn)行亮點(diǎn)檢測(cè)，并記錄檢測(cè)出的亮點(diǎn)位 置。5. 如權(quán)利要求1所述的X射線探測(cè)器綜合校正方法，其特征在于在步驟S2中，所述計(jì) 算設(shè)定能譜工作模式下的衰減系數(shù)包括如下步驟： S21，加載X射線，通過空?qǐng)霾杉翀?chǎng)圖像，根據(jù)補(bǔ)償模板對(duì)圖像進(jìn)行增益校正處理得 到L。(X，y);求L。(X，y)的平均值M。； 522, 加載X射線，放入一片校正模體到射線束中被檢測(cè)物放置的位置，采集圖像，根據(jù) 補(bǔ)償模板對(duì)圖像進(jìn)行增益校正處理得到QO^y);求1^〇^ 7)的平均值M1; 523, 根據(jù)公式：u = Μ。一 Μ ^十算衰減系數(shù)。6. 如權(quán)利要求5所述的X射線探測(cè)器綜合校正方法，其特征在于： 在步驟S21中，通過空?qǐng)霾杉翀?chǎng)圖像，減去補(bǔ)償模板圖得到LUy)之后，進(jìn)行暗點(diǎn) 檢測(cè)，并記錄檢測(cè)出的暗點(diǎn)位置。7. 如權(quán)利要求1所述的X射線探測(cè)器綜合校正方法，其特征在于： 在步驟S5中，所述應(yīng)用校正曲線對(duì)采集到的數(shù)字圖像進(jìn)行綜合校正采用如下公式完 成： OutPut (x,y) =log(I(x, y) - Offset (x, y)) - Delta (x,y)； 其中，OutPut (x,y)是最終的輸出圖像，Offset (x,y)是暗場(chǎng)模版圖，Delta(x,y)為校 正量； Delta (X，y) = A (X，y) *1 (X，y) *1 (X，y) *1 (X，y) +B (X，y) *1 (X，y) *1 (X，y) +C (X，y) *1 (X， y) +D (X，y) 〇8. 如權(quán)利要求1所述的X射線探測(cè)器綜合校正方法，其特征在于： 在步驟S4中，采用GPU并行算法對(duì)Di (X，y)中每一個(gè)像素進(jìn)行曲線擬合； 在步驟S5中，采用GPU并行算法對(duì)所述數(shù)字圖像上的每一個(gè)像素進(jìn)行校正。9. 如權(quán)利要求1或8所述的X射線探測(cè)器綜合校正方法，其特征在于采用GPU并行算 法對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行校正的過程包括如下步驟： S51，獲取所采集的數(shù)字圖像，并將其傳送到CPU處理器； 552, CPU處理器將獲取的數(shù)字圖像存儲(chǔ)到圖像緩存單元，并通知GPU處理器； 553, GPU處理器為緩存的數(shù)字圖像的每個(gè)像素分配一個(gè)線程，每個(gè)線程完成一個(gè)像素 的校正處理，并行處理所有線程； 554, 處理后的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到圖像緩存單元，并反饋給CPU處理器； 555, CPU處理器將GPU處理器已處理好的最終的輸出圖像顯示出來。10. 如權(quán)利要求1所述的X射線探測(cè)器綜合校正方法，其特征在于： 所述校正體模的材料是密度均勻的PMMA或者純度大于99. 8 %的鋁。11. 如權(quán)利要求1所述的X射線探測(cè)器綜合校正方法，其特征在于還包括如下步驟： S6,對(duì)校正過程檢測(cè)出的亮點(diǎn)和暗點(diǎn)分別進(jìn)行壞點(diǎn)校正。
【文檔編號(hào)】G01T1/163GK105982683SQ201510083249
【公開日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2015年2月15日
【發(fā)明人】李運(yùn)祥, 常彤, 崔志立, 曹紅光
【申請(qǐng)人】北京納米維景科技有限公司