本發(fā)明屬于一種醫(yī)用x射線影像，具體是一種快速光子計(jì)數(shù)ct投影數(shù)據(jù)校正方法。

背景技術(shù)：

1、計(jì)算機(jī)斷層掃描(ct)技術(shù)因其掃描速度快，空間分辨率高，使用范圍廣等特點(diǎn)，已成為最重要的臨床醫(yī)學(xué)影像檢查手段之一，隨著ct檢查的廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)ct檢查輻射劑量高、對(duì)比度低等局限性也日益突顯，而光子計(jì)數(shù)能譜ct基于x射線在不同物質(zhì)中的衰減具有能量依賴(lài)性的原理，可提供特定組織成像和造影劑濃度分布、提升ct空間分辨率、增強(qiáng)病變和健康組織對(duì)比度，降低輻射劑量，被認(rèn)為是下一代ct技術(shù)。

2、然而目前光子計(jì)數(shù)探測(cè)器技術(shù)仍不完善，例如由于有限的信號(hào)處理能力，會(huì)產(chǎn)生脈沖堆積現(xiàn)象，導(dǎo)致采集的光子數(shù)目減少而能量增大。以及由于不能完整收集電荷，產(chǎn)生電荷共享現(xiàn)象，導(dǎo)致光子數(shù)目變多而能量減少。此外還存在x射線逃逸與再吸收、康普頓散射、瑞利散射等非理想因素，導(dǎo)致實(shí)際采集的投影數(shù)據(jù)與理論值不符，最終會(huì)嚴(yán)重影響物質(zhì)分解，降低重建圖像質(zhì)量。

3、如何校正脈沖堆積、電荷共享、x射線逃逸與再吸收、康普頓散射、瑞利散射等非理想因素導(dǎo)致的投影數(shù)據(jù)誤差，避免對(duì)后續(xù)的物質(zhì)分解、圖像重建造成影響是現(xiàn)有技術(shù)中亟待解決的問(wèn)題。現(xiàn)有的技術(shù)方案往往存在一定的局限性，例如：采用特定輻射源的標(biāo)定方案中，特定輻射源的成本十分高昂，此外，特定輻射源的能量越單一，其標(biāo)定結(jié)果越準(zhǔn)確，而實(shí)際上往往難以獲得單一能量的輻射源。采用物理建模的標(biāo)定方案中，不但要求具備深厚的物理背景，熟悉采集過(guò)程中的各種物理反應(yīng)，而且物理建模的運(yùn)算量十分巨大，經(jīng)典的蒙卡模擬建模運(yùn)行一次更是需要數(shù)天的時(shí)間。采用查表的標(biāo)定方案中，其標(biāo)定過(guò)程局限于圖像域，此外，在圖像域標(biāo)定的過(guò)程中，往往需要進(jìn)行多次重建，難以滿足實(shí)際掃描過(guò)程中的實(shí)時(shí)性要求。

4、因此，有必要提出一種快速、有效的光子計(jì)數(shù)ct投影數(shù)據(jù)校正方法，降低標(biāo)定成本、減小標(biāo)定運(yùn)算量、滿足實(shí)際掃描過(guò)程中的實(shí)時(shí)性要求。

5、由于脈沖堆積、電荷共享、x射線逃逸與再吸收、康普頓散射、瑞利散射等非理想因素會(huì)導(dǎo)致投影數(shù)據(jù)誤差，針對(duì)上述問(wèn)題：

6、cn?112415568a專(zhuān)利提出了一種通過(guò)利用特定放射源照射探測(cè)器，獲取特定探測(cè)通道測(cè)量的粒子能量，并根據(jù)獲取的粒子能量與真實(shí)的粒子能量計(jì)算校正系數(shù)，之后根據(jù)校正系數(shù)進(jìn)行能量校正。

7、cn?116011327a專(zhuān)利提出了一種通過(guò)搭建物理模型，并基于物理模型生成數(shù)據(jù)集，并以此訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，之后通過(guò)校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)減小神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)值與實(shí)際響應(yīng)值的誤差，并以此確定ct探測(cè)器的物理參數(shù)。

8、cn?104090329a專(zhuān)利提出了一種通過(guò)設(shè)置固定標(biāo)定件，并存儲(chǔ)固定標(biāo)定件的理論投影數(shù)據(jù)，并計(jì)算相應(yīng)的理論重建圖像。之后采集固定標(biāo)定件的實(shí)際投影數(shù)據(jù)，計(jì)算實(shí)際重建圖像。最后建立將實(shí)際重建圖像校正為理論值的映射函數(shù)。

9、cn?112415569a專(zhuān)利提出了一種利用目標(biāo)探測(cè)器和參考探測(cè)器對(duì)同一個(gè)特定放射源進(jìn)行多次采集，并從多次采集中至少選取一對(duì)完全沉積的散射事件，之后根據(jù)目標(biāo)探測(cè)器采集的粒子能量、參考探測(cè)器采集的粒子能量以及真實(shí)的粒子能量對(duì)目標(biāo)探測(cè)器進(jìn)行能量校正。

10、由于脈沖堆積、電荷共享、x射線逃逸與再吸收、康普頓散射、瑞利散射等非理想因素會(huì)導(dǎo)致投影數(shù)據(jù)存在誤差，會(huì)嚴(yán)重影響后續(xù)物質(zhì)分解的準(zhǔn)確性，降低重建圖像質(zhì)量，最終影響醫(yī)師的臨床診斷。

11、現(xiàn)有的標(biāo)定技術(shù)可以分為采用特定輻射源、物理建模、圖像域標(biāo)定三類(lèi)，其中采用特定輻射源的方法存在特定輻射源成本高昂且單一能量的輻射源難以獲取的局限，物理建模的標(biāo)定方法存在要求熟悉光子與探測(cè)器相互作用的物理過(guò)程以及運(yùn)算量巨大的局限，圖像域標(biāo)定的方法存在難以滿足實(shí)時(shí)性要求的局限。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷和不足，提供了一種可以降低標(biāo)定成本、減小標(biāo)定運(yùn)算量、滿足實(shí)際掃描過(guò)程中的實(shí)時(shí)性要求的快速光子計(jì)數(shù)ct投影數(shù)據(jù)校正方法。

2、本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種快速光子計(jì)數(shù)ct投影數(shù)據(jù)校正方法，包括以下步驟：

3、s1.探測(cè)器采集標(biāo)定件的多能級(jí)投影數(shù)據(jù)；

4、s2.將多能級(jí)投影數(shù)據(jù)近似平均為準(zhǔn)單能投影數(shù)據(jù)；

5、s3.在ni?st中查表獲得標(biāo)定件的單能衰減系數(shù)，即該標(biāo)定件的圖像域數(shù)據(jù)；

6、s4.利用radon變換將查表獲得的圖像域數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到投影域數(shù)據(jù)，并通過(guò)迭代的方式彌補(bǔ)radon變換帶來(lái)的數(shù)據(jù)損失；

7、s5.多項(xiàng)式擬合采集的投影數(shù)據(jù)和查表的投影數(shù)據(jù)；

8、s6.利用多項(xiàng)式系數(shù)進(jìn)行投影數(shù)據(jù)校正。

9、優(yōu)選地，所述步驟s1具體是指：將已知材料種類(lèi)的均勻材質(zhì)物體作為標(biāo)定件，利用探測(cè)器采集該標(biāo)定件的多能級(jí)投影數(shù)據(jù)；采用已知材料種類(lèi)的均勻材質(zhì)物體是為了方便后續(xù)的查表獲得該物質(zhì)的衰減系數(shù)。

10、優(yōu)選地，所述步驟s2具體是指：由于光子探測(cè)器采集的多能級(jí)投影數(shù)據(jù)為多個(gè)能窗范圍下的投影數(shù)據(jù)，為方便與后續(xù)查表轉(zhuǎn)換獲得的單一能量下的投影數(shù)據(jù)形成對(duì)比，因此需要將能窗范圍下的投影數(shù)據(jù)近似平均為準(zhǔn)單一能量下的投影數(shù)據(jù)，近似平均的計(jì)算方式為：

11、假設(shè)某一能級(jí)的能窗設(shè)置為[i1,i2],則準(zhǔn)單能ei＝i1+(i2-i1)*0.5。

12、優(yōu)選地，所述步驟s3具體是指：nist標(biāo)準(zhǔn)提供了不同能量的光子穿過(guò)某一物質(zhì)的衰減系數(shù)，通過(guò)查表的方式獲得一組標(biāo)定件的單能衰減系數(shù)，并將查表獲得的衰減系數(shù)作為理想的衰減系數(shù)，即理想的圖像域數(shù)據(jù)。

13、優(yōu)選地，所述步驟s4中投影域數(shù)據(jù)和圖像域數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換主要依靠radon變換和radon逆變換；radon變換和radon逆變換可表示為：

14、令r為radon變換算子，則radon變換可定義為：

15、

16、radon逆變換可通過(guò)對(duì)r(s，α)的變量s做傅里葉積分：

17、

18、令

19、再進(jìn)行二維傅里葉逆變換即可得到radon逆變換：

20、

21、從數(shù)學(xué)上分析，radon變換和radon逆變換的本質(zhì)為積分變換和傅里葉變換，而積分變換和傅里葉變換都是可逆的，即理論上，可以通過(guò)理想的圖像域數(shù)據(jù)變換得到理想的投影域數(shù)據(jù)。但實(shí)際上，以radon逆變換最常用的實(shí)現(xiàn)方法濾波反投影算法為例，由于插值操作和gibbs現(xiàn)象會(huì)在變換過(guò)程中引入誤差，因此，需要通過(guò)迭代的方式減小誤差，彌補(bǔ)radon變換帶來(lái)的數(shù)據(jù)損失。

22、優(yōu)選地，利用radon變換將查表獲得的圖像域數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到投影域數(shù)據(jù)，并通過(guò)迭代的方式彌補(bǔ)radon變換帶來(lái)的數(shù)據(jù)損失；具體步驟如下：首先查表獲得已知材料的單能衰減系數(shù)，即理想的圖像域數(shù)據(jù)，利用radon變換得到投影域數(shù)據(jù)，之后利用radon逆變換得到圖像域數(shù)據(jù)，并計(jì)算查表獲得的理想圖像域數(shù)據(jù)與變換得到的圖像域數(shù)據(jù)之間的誤差，計(jì)算誤差采用均方根誤差rmse指標(biāo)，具體的計(jì)算方式為：

23、

24、其中，n為理想圖像域數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，xi為理想圖像域數(shù)據(jù)值，xi′為變換得到的圖像域數(shù)據(jù)值。

25、優(yōu)選地，最后判斷誤差是否滿足要求，為了不影響后續(xù)ct值的計(jì)算，因此需要將誤差控制在理想圖像域數(shù)據(jù)最大值的萬(wàn)分之一，即將理想圖像域數(shù)據(jù)最大值的萬(wàn)分之一作為閾值，判斷計(jì)算的rmse值是否小于閾值；

26、若大于閾值，則需要更新投影域數(shù)據(jù)之后再計(jì)算誤差，并判斷是否小于閾值，具體的更新方式為：

27、i′＝i-radon(err)*k

28、其中，i′為更新后的投影域數(shù)據(jù)，i為更新前的投影域數(shù)據(jù)，radon

29、表示radon變換，將圖像域數(shù)據(jù)變換回投影域數(shù)據(jù)。err為理想圖像域數(shù)據(jù)與上次更新的投影域數(shù)據(jù)通過(guò)radon逆變換得到的圖像域數(shù)據(jù)之間的差值,k表示變換系數(shù)；

30、若小于閾值，則將變換得到的投影域數(shù)據(jù)或上一次更新的投影域數(shù)據(jù)視為理想投影域數(shù)據(jù)。

31、優(yōu)選地，步驟s5具體是指：采用多項(xiàng)式擬合的方式，擬合采集的準(zhǔn)單能投影數(shù)據(jù)與上述查表獲得的理想投影數(shù)據(jù)，具體的擬合方式為：

32、

33、其中，ai為多項(xiàng)式系數(shù)，x為待校正的投影域數(shù)據(jù)，y為理想投影域數(shù)據(jù)。多項(xiàng)式系數(shù)的求解方法采用最小二乘法求解：

34、

35、優(yōu)選地，步驟s6具體是指：利用步驟s1-s5中求解得到的多項(xiàng)式系數(shù)ai以及采集得到的投影數(shù)據(jù)，得到校正后的投影域數(shù)據(jù)。

36、本發(fā)明提出的標(biāo)定方法中，為了彌補(bǔ)現(xiàn)有方法中單一能量源獲取成本高、運(yùn)算量大的局限性，采用查表的方式獲得單一能量下的物質(zhì)衰減系數(shù)，即圖像域數(shù)據(jù)；之后利用radon變換將查表獲得的圖像域數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到投影域數(shù)據(jù)，并通過(guò)迭代的方式彌補(bǔ)radon變換帶來(lái)的數(shù)據(jù)損失；其次，由于查表獲得的數(shù)據(jù)為單能數(shù)據(jù)，而實(shí)際采集的數(shù)據(jù)為多能級(jí)數(shù)據(jù)，因此通過(guò)近似平均的方式將多能級(jí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為準(zhǔn)單能數(shù)據(jù)；最后利用多項(xiàng)式擬合實(shí)際采集的數(shù)據(jù)與查表獲得的數(shù)據(jù)，并根據(jù)多項(xiàng)式系數(shù)對(duì)投影域數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。