锥束CT平板探测器成像的余晖建模与校正方法

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1、物理学报ActaPhys.Sin.Vol.62,No.21(2013)210702锥束CT平板探测器成像的余晖建模与校正方法*黄魁东1)张定华1)李明君1)张华2)1)(西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室,西安710072)2)(西北工业大学机电学院,西安710072)(2013年7月4日收到;2013年7月19日收到修改稿)锥束CT具有高效率和高精度的显著特点,在医学成像与工业无损检测等领域已得到广泛应用,但余晖的存在降低了CT图像的质量.本文借鉴余晖多指数衰减模型的思想,结合平板探测

2、器输出信号的实际衰减规律,提出了一种新的基于多指数拟合的余晖衰减建模及校正方法.首先进行了基于平板探测器的锥束CT成像实验,结果表明平板探测器各像素的余晖衰减规律具有良好的一致性,且余晖衰减规律与初始灰度的大小无关;其后根据建立的余晖衰减模型实现了余晖的快速校正,并分析比较了余晖校正前后投影图像和切片图像质量,表明余晖校正后的零件轮廓清晰度得到了显著提升.该方法无需获取探测器闪烁体成分及其衰减时间常数,便于实际锥束CT成像系统的余晖检测与校正.关键词:余晖,平板探测器,锥束CT,多指数衰减PACS:07

3、.85.Fv,42.30.d,42.30.Wb,87.57.QDOI:10.7498/aps.62.210702不同类型的探测器往往具有不同的制造工艺和成像模式,其余晖的大小通常也存在显著差1引言异[68].探测器余晖的校正主要有硬件和软件两种锥束CT利用锥形束射线源和面阵探测器采集方法:硬件方法为通过对闪烁体掺杂稀土材料来抑被测物体的投影数据,并根据相应算法重建出连续制探测器衰减,软件方法为采用补偿算法校正探测的切片图像序列,具有扫描速度快、切片内和切片器衰减信号.显然,硬件方法只适用于探测器的

4、制间的空间分辨率相同、精度高等特点,在医学成像造商,对于普通用户而言只能采用软件方法,但软与工业无损检测等领域已得到广泛应用[1;2].件方法考虑的模型较复杂,需结合探测器余晖机理平板探测器是锥束CT中应用最广泛的成像和大量试验进行测定.文献[9]通过蒙特卡罗方法部件.平板探测器通过闪烁体将X射线转换成可研究了X射线层析与照相组合系统中余晖对图像见光,再由光电二极管将可见光转换为电信号[3].质量的影响;文献[1012]研究了基于平板探测器几乎所有的固态闪烁体材料都表现出一定程度的的放射治疗和CT高速(

5、实时)成像系统中余晖的测余晖衰减,衰减曲线中存在多种衰减成分,不同的量方法与特性表现,总体上平板探测器输出图像的衰减成分对应不同的衰减时间常数,它们对图像质速度越快,余晖对成像质量的影响越大;文献[13]量的影响很大程度上取决于时间常数的幅值.短时研究了典型临床扫描参数下,平板探测器常规读出间常数的衰减成份主要影响重建图像的空间分辨模式与减少余晖读出模式下获取图像的质量差异,率,长时间常数的衰减成分主要影响重建图像的伪其中常规读出模式下探测器只输出一次,在输出时影[4;5].在锥束CT高质量成像中,余晖

6、是必须考虑间内累积的信号强度均记录在投影数据中,而减少的重要影响因素之一.余晖读出模式下探测器会输出多次,只有紧随X射*国家科技重大专项(批准号:2012ZX04007021)、国家自然科学基金青年科学基金(批准号:51105315)、陕西省自然科学基础研究计划(批准号:2013JM7003)和西北工业大学基础研究基金(批准号:JC20110253,JC20120226)资助的课题.通讯作者.E-mail:kdhuang@nwpu.edu.cn⃝c2013中中中国国国物物物理理理学学学会会会Chines

7、ePhysicalSocietyhttp://wulixb.iphy.ac.cn210702-1物理学报ActaPhys.Sin.Vol.62,No.21(2013)210702线曝光的输出图像才记录为投影数据,随后的其余推公式输出用于刷新残留的信号强度.文献[14,15]使用N∆ty(k∆t)∑n=1βneτnSnk了双指数拟合的方法表示探测器的余晖衰减模型,x(k∆t)=N;(2a)∑βn并采用一种递归方法进行余晖校正,取得了较好的n=1效果,但其模型构成是不可更改的,而且递归校正∆tSnk=

8、x[(k1)∆t]+eτnSn(k1);(2b)的计算量很大.这些研究基本集中于探测器余晖的(∆t)βn=αn1eτn;(2c)测量与分析,余晖校正方法的灵活性和便利性有待进一步提升.其中,βn是依赖于探测器余晖特性和观测视角采样本文结合平板探测器输出信号的实际衰减规速率的常数.律,提出一种新的基于多指数拟合的余晖衰减建模该递归校正方法可以有效消除阴影和环状伪及校正方法,并进行了基于平板探测器的锥束CT影,但计算量大效率低,另外由于