一種基於衰減板的數位化X線攝影系統的製作方法
2023-06-18 23:51:21
數位化X線攝影。
背景技術：
目前數位化X線攝影系統已在越來越多的醫院使用。但是由於數位化X線攝影在成像時，射線穿過成像目標產生的散射線降低了圖像質量。目前去除散射線的方法有濾線柵和抗散射軟體後處理技術。
濾線柵是在成像目標和探測器之間添加和射線方向平行的鉛條網格，從而濾除散亂射線，提高圖像質量，但同時濾線柵也會在投影圖像上留下鉛條影子。
抗散射軟體後處理技術，則是在獲得投影圖像後，採用軟體技術對投影圖像中的散射線成分進行計算和分離，從而提高圖像質量。但是在沒有足夠成像目標信息的條件下，精確的計算散射線非常困難。通常採用濾除低頻圖像成分的方法來近似。
技術實現要素：
在數位化X線攝影過程中，由於X光主射線比散射線有更高的能量，因此主射線比散射線有更強的穿透能力。本發明通過在成像目標和平板探測器之間設置均勻材質的衰減板來阻擋來自成像目標的散射線。衰減板具有一定的厚度阻擋大部分來自成像目標的散射線，同時允許足夠的主射線通過。主射線通過衰減板的過程中會進一步產生散射線，這使得平板探測器上投影圖像的散射線成分主要來自衰減板。由於衰減板具有已知的形狀，材質均勻，且與平板探測器之間的距離固定。因此通過投影圖像可以快速和較準確的計算投影圖像中來自衰減板散射線的成分。從投影圖像中減去來自衰減板散射線的成分既為穿過衰減板的主射線成分，獲得清晰的影像。
衰減板可以根據成像目標或掃描方式的不同，而對應不同的形狀。
在計算每張投影圖像中來自衰減板的散射成分時，為減少計算量通常會產生降採樣的散射貢獻矩陣。但是大幅度的降採樣會損失散射貢獻中的高頻成分，實施例2中提供了一種星形散射貢獻矩陣，在減少計算量的同時可以較好的保留散射貢獻中心處的高頻成分。
附圖說明：
圖1 實施例1衰減板位置示意圖；
圖2 實施例2衰減板位置和截面示意圖；
圖3 實施例2星形散射貢獻矩陣示意圖。
具體實施方式：
實施例1：
本發明公開了一種基於衰減板的數位化X線攝影系統，成像系統由成像裝置和圖像處理軟體組成。成像裝置包含有機架和固定在機架上的x射線源（101）、衰減板（103）和平板探測器（104）。X射線源（101）發出的x線穿過成像目標（102）和衰減板（103）後在平板探測器（104）上成像（見圖1）。成像目標（102）和平板探測器（104）之間設置有均勻材質衰減板（103），此衰減板沒有任何縫隙和孔。對於100KeV的X光源，衰減板（103）為均勻水等效密度材料，厚度為3cm。
由於衰減板形狀規則，材質均勻，且與平板探測器之間的距離固定。因此通過預先計算的衰減板散射核函數可以快速和較準確的計算投影圖像中來自衰減板的散射成分（文獻」Josh Star-Lack, Mingshan Sun, et.al. Efficient scatter correction using asymmetric kernels. Proc SPIE 7258, Medical Imaging 2009: Physics of Medical Imaging, 72581Z」中有散射計算的詳細步驟）。從投影圖像中減去來自衰減板散射成分既為穿過衰減板的主射線成分。
實施例2：
此實施例中硬體部分除了衰減板外其它與實施例1相同（見圖2）。此實施例中的衰減板（201）為均勻水等效密度材料，因為圖像的中心常常有更大比例的散射線，因此將衰減板的表面設計為弧形，中間有更大的厚度以更好的阻擋散射線。對於100KeV的X光源，衰減板邊緣厚度為1.1mm，中心厚度為1.3mm（見圖2下部衰減板截面示意圖）。
一個筆形束主射線在平板探測器上的散射貢獻矩陣通常是圖3左側的形式，A44為筆形束的中心，既此筆形束對所有像素（或降採樣後像素）的散射貢獻都要被計算，計算量很大。為減少計算量，我們參照劑量計算中的Clapsed Cone算法（見文獻」Collapsed cone convolution of radiant energy for photon dose calculation in heterogeneous media, Medcal Physics, Volume 16, Issue 4, 1989, pages 577-592」），設計了在平板探測器二維平面上的星形散射貢獻矩陣（見圖3右側），以減小計算量。圖3右側是星形散射貢獻矩陣的示意圖，以B44為中心的筆形束的散射貢獻被分割為灰白相間的8個方向的Cone，每個Cone中相鄰弧線間的散射被集中到Cone中心軸線的像素上（例如左上角灰色Cone的散射貢獻就被集中到B33、B22、B11、B00等像素上）。這樣疊加或者卷積運算只需要在Cone方向上進行，大大減少了運算量。利用此星形散射貢獻矩陣計算得到來自衰減板的散射成分。
此實施例雖然採用了8個方向Cone的星形散射貢獻矩陣，但是實際應用中並不局限於8個方向Cone。可以根據計算精度和計算時間要求在不同的方向添加或減少Cone，更多的Cone方向對應更高的計算準確性，但也需要更多的計算時間。