基于x射線成像系統探測器特性的調制傳遞函數測量方法
【專利摘要】本發明屬于生物醫學工程及計算機領域，涉及一種基于X射線成像系統探測器特性的調制傳遞函數測量方法，包括：放置刀口測試儀器緊貼探測器，并使刀口與探測器采樣方向有一傾斜角度，連續采集多幅圖像；對多幅刀口圖像疊加平均，降低系統噪聲，而后對平均后的刀口圖像進行刀口邊界檢測，獲得刀口邊界直線；對刀口邊界直線圖進行Hough變換，獲得刀口傾斜角度α，構建過采樣ESF曲線；采用C樣條曲線作為回歸樣條曲線f對過采樣ESF曲線進行分段擬合；進行差分運算得到線擴散函數；對線擴散函數進行傅里葉變換再取模，得到調制傳遞函數；歸一化處理。本發明解決了刀口法獲取過采樣ESF曲線時的擬合誤差問題，可以獲得較傳統刀口測量方法更為準確的MTF曲線。
【專利說明】基于X射線成像系統探測器特性的調制傳遞函數測量方法所屬【技術領域】
[0001]本發明屬于生物醫學工程及計算機領域，涉及一種數字X射線成像系統的調制傳遞函數精確測量新方法。
【背景技術】
[0002] 調制傳遞函數(Modulation Transfer Function,MTF)是調制度的傳遞函數，是對線性影像系統空間頻率傳輸特性的定量描述，是影像評價方法中的重要進展。此前普遍使用定性描述指標，例如影像密度、對比度、清晰度、分辨率及失真度等來評價成像系統的影像質量，但其結果受個人主觀因素影響大。近年來隨數字化X射線成像技術迅速發展，MTF作為客觀指標已成為放射成像工作者和研究者所關注的重要影像評價手段。同時，MTF也是獲得成像系統探測量子效率的必須參數。
[0003]要定量地評價數字X射線成像系統的固有成像質量，只需計算不受個人主觀因素影響的系統固有預采樣MTF。實際中系統MTF常由以下三種擴散函數來計算:點擴散函數、線擴散函數和邊緣響應函數，它們分別描述經成像系統后點、線和邊緣彌散程度，能夠間接地反映系統成像能力。
[0004]目前測量MTF的方法中，線對卡方法可以獲得高精度的MTF值，但是線對卡方法只能提供有限幾個整數空間頻率位置的MTF值，無法實現系統傳遞函數的全面評估。為了獲取成像系統空間頻率范圍下的MTF變化曲線，一般常用的測量方法包括狹縫法和刀口法，狹縫法(Slit Camera)和刀口法(Edge)已被國際放射學會公認為是獲得MTF的較好方法，日本將狹縫法定義成測量MTF的標準方法，刀口法也已被國際電氣技術委員會(IEC)指定為測量系統MTF的標準方法。將通過狹縫法和刀口法所獲得的同一系統下不同MTF曲線進行比較時，可知前者在高頻域有較高信噪比，而后者在低頻域有較高信噪比。通過狹縫法獲得的系統MTF精確，且操作簡便、方法成熟。但因其加工難度高(狹縫寬度小于等于IO微米，誤差在I微米內)，導致在實際應用中此法較難被推廣。由于刀口法測量儀器自加工相對容易，在科研實驗和常規檢測中使用較為廣泛。
[0005]采用刀口法可以獲得金屬模塊刀口的邊緣擴散函數(Edge Spread Function,ESF)，它反映了經成像系統后邊緣彌散程度，ESF的導數為線擴展函數(Line SpreadFunction, LSF)，再經過傅立葉變換即可獲得系統MTF，目前大部分關于MTF的研究都是基于刀口法技術展開的。
[0006]為了獲得高分辨率的MTF曲線，目前一般采用改進的MTF刀口測量方法，即將刀口方向與圖像采樣方向成一定角度，以此獲得過采樣的邊緣響應函數ESF，而后通過傅里葉變換得到高分辨MTF曲線。由于LSF曲線的獲取是通過對ESF求導實現的，ESF曲線中的噪聲被求導過程放大，阻礙了 LSF曲線的準確提取。為了克服這個困難，目前已有學者期望通過對ESF曲線高斯平滑、多階分段曲線擬合、單調性曲線擬合等方法來提高LSF曲線提取的準確性。但到目前為止，由于上述方法沒有充分利用探測器本身性質的先驗知識，在MTF評估精度和魯棒性方面仍存在較大的缺欠。[0007]因此，探索一種有效的MTF刀口測量方法，充分利用探測器本身的先驗知識，提高刀口法MTF測量精度，準確實現數字X射線成像系統的調制傳遞函數特性評估，已經成為成像系統性能評估的研究重點，這對于成像系統的發展應用具有十分重要的意義。

【發明內容】

[0008]本發明的主旨是克服現有技術的上述不足，提供一種數字X射線成像系統的調制傳遞函數測量新方法，以此解決數字放射成像系統性能評估中的基本問題:實現數字X射線成像系統的調制傳遞函數的準確測量，為進一步全面評估放射成像系統性能提供有力條件。本發明的技術方案如下:
[0009]一種基于X射線成像系統探測器特性的調制傳遞函數測量方法，包括下列步驟:
[0010]①設置數字放射成像系統的曝光參數，放置刀口測試儀器緊貼探測器，并使刀口與探測器采樣方向有一傾斜角度，連續采集多幅圖像；
[0011]②對多幅刀口圖像疊加平均，降低系統噪聲，而后對平均后的刀口圖像進行刀口邊界檢測，并且利用直線擬合獲得刀口邊界直線；
[0012]③對刀口邊界直線圖進行Hough變換，獲得刀口傾斜角度α，而后依據公式N =round (1/tan α )得 到該傾角對應的插值數N,構建過采樣ESF曲線,round符號代表取整函數；
[0013]④采用C樣條曲線作為回歸樣條曲線f對ESF曲線進行分段最小二乘擬合，同時滿足約束條件，即擬合時保證ESF曲線左半部分為單調非減凹函數，右半部分為單調非減凸函數；
[0014]⑤對經過最小二乘擬合的ESF曲線進行差分運算得到線擴散函數LSF(X)；
[0015]⑥對線擴散函數LSF(X)進行傅里葉變換再取模，得到調制傳遞函數MTF' (f)；
[0016]⑦對ΜΤf (f)采用零頻率位置MTF值進行歸一化，得到歸一化的調制傳遞函數MTF (f)。
[0017]作為優選實施方式，步驟④中，采用3階C樣條曲線作為的回歸樣條曲線f，對ESF
曲線進行分段擬合,所滿足的約束條件為:
【權利要求】
1.一種基于X射線成像系統探測器特性的調制傳遞函數測量方法，包括下列步驟: ①設置數字放射成像系統的曝光參數，放置刀口測試儀器緊貼探測器，并使刀口與探測器采樣方向有一傾斜角度，連續采集多幅圖像； ②對多幅刀口圖像疊加平均，降低系統噪聲，而后對平均后的刀口圖像進行刀口邊界檢測，并且利用直線擬合獲得刀口邊界直線； ③對刀口邊界直線圖進行Hough變換，獲得刀口傾斜角度α，而后依據公式N=round (1/tan α )得到該傾角對應的插值數N,構建過采樣ESF曲線,round符號代表取整函數； ④采用C樣條曲線作為回歸樣條曲線f對ESF曲線進行分段最小二乘擬合，同時滿足約束條件，即擬合時保證ESF曲線左半部分為單調非減凹函數，右半部分為單調非減凸函數； ⑤對經過最小二乘擬合的ESF曲線進行差分運算得到線擴散函數LSF(X)； ⑥對線擴散函數LSF(X)進行傅里葉變換再取模，得到調制傳遞函數MTF'(f)； ⑦對MTP(f)采用零頻率位置MTF值進行歸一化，得到歸一化的調制傳遞函數MTF (f)。
2.根據權利要求1所述的測量方法，其特征在于，步驟④中，采用3階C樣條曲線作為的回歸樣條曲線f，對ESF曲線進行分段擬合，所滿足的約束條件為:f' (x) ^0,
【文檔編號】G01M99/00GK103528840SQ201310465149
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年9月29日 優先權日:2013年9月29日
【發明者】周仲興, 高峰, 趙會娟, 張力新, 朱慶陣 申請人:天津大學