[發明專利]一種錐束CT系統的散射測定和校正方法

有效

• 申請號: 200710019084.3
• 申請日: 2007-11-16
• 公開（公告）號: CN101158653A
• 公開（公告）日: 2008-04-09
• 發明（設計）人: 張定華;黃魁東;卜昆;胡棟材
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01N23/04
• 分類號: G01N23/04;G01T1/16
• 代理公司: 西北工業大學專利中心
• 代理人: 顧潮琪

技術領域

本發明屬于無損檢測領域，涉及錐束CT系統散射測定和校正方法。

背景技術

高分辨率錐束CT(Cone?Beam?Computed?Tomography，CBCT)由X射線源產生錐形束射線，利用面陣探測器采集被檢測物體的投影圖像，是近年來國際上解決無損檢測問題最有發展前途的一種高新技術。與傳統的二維CT相比，CBCT具有很高的掃描速度，在一個掃描周期內，可完成大量斷層圖像的掃描，獲得XYZ三向同性的高精度空間分辨率圖像，并且重建出的切片圖像具有切片序列連續、切片內和切片間的空間分辨率相同、精度高等特點。

目前，制約錐束CT系統廣泛應用的技術瓶頸是重建切片的圖像質量，散射(Scatter)是影響圖像質量的一個重要因素。一般而言，被檢測零件的密度越大，X射線穿透物體所需的掃描電壓越高，由散射引起的偽影越嚴重。對于散射問題，許多學者做了大量的研究。影響散射的因素主要有X射線的能量、零件的材料及幾何形狀、零件的厚度等。目前較為實用的散射校正方法有以下幾種：

(1)基于三能量窗(TEW)的散射校正方法：通過主能量窗獲取總光子數量，并采用主能量窗兩邊的兩個子能量窗估計散射光子數量，由總光子數量減去散射光子數量得到透射光子數量。基于三能量窗的散射校正大量工作放在了主能量窗和兩個子能量窗的位置和寬度上。兩個子能量窗盡可能窄和近的靠近主能量窗，以便精確估計當前主能量窗的散射部分。然而，子窗口寬度越小，探測器探測到的光子數量越小，噪聲的估計準確性越差。

(2)基于多分辨分析的散射校正方法：該方法首先獲取原始掃描圖像f；然后對投影圖像f采用小波多分辨分析，每次只對低頻分量逐級進行小波分解，得到第n級逼近A_nf；只對n級進行重構得到的圖像f′，作為散射的估計；然后對投影圖像做散射校正f＝f-f′；最后對校正后的投影圖像進行濾波反投影重建。這種方法的典型處理見于公開文獻：李永利，劉貴忠，潘德恒，X射線成像中圖像的綜合校正方法研究，兵工學報，2002，23(2)：196-200。但是基于多分辨分析的散射校正方法對小波類型和小波分解級數要求較高，選擇不當難以實現，而且方法本身具有較大的誤差。

(3)基于Beam?Stop的散射校正方法：這種方法見于公開文獻Ruola?Ning，Xiangyang?Tang，D.L.Conover，X-Ray?scatter?suppression?algorithm?for?cone?beam?volume?CT.Proc.SPIE?vol.4682，1605-7422，2002。該方法采用反散射網格(Beam?Stop)鉛球吸收X射線，阻止X射線透過物體被探測器接受，這樣在探測器鉛球中心投影位置上得到該位置的散射值，利用這些散射值擬合散射場，進行散射校正。反散射網格置于X射線源和檢測物體之間，由許多小鉛球組成的陣列，該裝置要求合理選擇鉛球的尺寸，在能保證X射線能被鉛球完全吸收的同時使得其投影圖像的陰影越小越好。實驗中需要采集一組帶反散射網格的投影圖像I和另一組不帶反散射網格的投影圖像II。圖像I中探測器探測到的鉛球陰影位置上的光子數假定為是X射線的散射光子，然后采用三次樣條曲面插值估計散射場分布，將圖像II減去對應的散射圖像得到散射校正后的投影圖像，最后進行濾波反投影重建得到切片圖像。該方法要求反散射網格完全擋住X射線光子透過物體，對醫學上較低掃描電壓時有較好的效果，但在工業CT檢測中，通常需較高的掃描電壓，該方法難以保證實驗中鉛球尺寸的需求。

發明內容

為了克服現有技術不能有效應用于工業無損檢測中的不足，本發明提供了一套錐束CT系統的散射測定方案及其校正算法，以解決中高能錐束CT系統在工業應用中的散射校正問題，從而獲得高質量高精度的重建切片圖像。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案包括以下步驟：

1.根據被檢測物體確定對其進行錐束CT掃描的投影放大比、平板探測器的數據采集方式、X射線源的電壓與電流等掃描參數，這些參數在以下涉及投影圖像數據采集的步驟中保持不變；

2.不放置任何物體，通過平板探測器采集若干幅空氣投影圖像，取其平均值作為待用的空氣投影圖像；

3.將射束衰減網格(Beam?Attenuation?Grid，BAG)置于X射線源和旋轉工作臺之間，通過平板探測器采集若干幅射束衰減網格的投影圖像，取其平均值作為待用的射束衰減網格投影圖像；