扇束CT探测器偏转的重建图像伪影校正.pdf

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1、第23卷第2期cT理论与应用研究Vo1．23，No．22014年3月(237—248)CTTheoryandApplicationsMar．，2014李忠传，孟凡勇，杨民．扇束cT探测器偏转的重建图像伪影校正[J]．cT理论与应用研究，2014，23(2)：237—248．LiZC，MengFY，Yang^1．Thecorrectionoffan—beamCTimageartifactsinducedbydeflectionoflinear—detectors[J]CTTheoryandApplications。2014。23(2)

2、：237—248．扇束CT探测器偏转的重建图像伪影校正李忠传，孟凡勇，杨民1．北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京1001912．中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室，北京100190摘要：对于CT扇束扫描，射线源焦点与被测工件旋转中心的连线不垂直于探测器所在直线时，采用标准的滤波反投影重建算法重建出的图像会存在伪影，降低图像质量。本文基于经典滤波反投影重建算法理论，分析了此类伪影形成的原因，给出了利用投影原始数据(正弦图)计算校正算法所必需的几何参数的方法。本方法无需专用模体，不必进行二次扫描，方便、快捷并有效

3、。计算机仿真及实验结果证明本方法的有效性。关键词：CT；探测器偏转；伪影；旋转中心；正弦图文章编号：1004—4140(2014)02—0237-12中图分类号：TP391．41文献标志码：A第三代扇束扫描方式是工业CT(ComputedTomography)中最常见的扫描方式。在检测扫描过程中，射线源与探测器保持不动，位于扫描中心的转台带动被测物旋转同时采集不同角度下的投影信息。第三代扇束扫描模式按照探测器的分布情况又分为两种：一种是直线型阵列探测器对应的等距扇束扫描；另一种是弧线形阵列探测器对应的等角扇束扫描。在工程应用中，等距

4、扇束扫描模式应用最为广泛。与第三代扇束扫描对应的滤波反投影(FiiteredBackProjection，FBP)重建算法由于兼顾了重建时间和重建质量两个cT性能指标，在工业CT中得到广泛的应用。对于等角扇束扫描模式，FBP重建算法要求射线源焦点与转台旋转中心均在重建中心线上，当此条件不满足时需要进行校正。等角扇束扫描旋转中心偏离的工程校正问题相对较为简单。蔡玉芳等n推导出了相应校正偏离的卷积反投影算法，并引入了单像素工件模型估计偏离参数。对于等距扇束扫描模式，标准FBP重建算法要求扫描系统同时满足两个条件：①转台的旋转中心在射线源

5、焦点与中心探测器的连线上；②中心射线(射线源焦点与旋转中心的连线)垂直于探测器所在的直线。但是在CT的安装过程中由于机械误差不可避免，或者由于旋转台的移动等原因都会使cT装置难以精确满足上述两个条件，从而导致cT重建图像出现伪影。现有的很多旋转中心(CenterofRotation，COR)测量校正方法都可以确定中心射线对应的探测器位置坐标，即求得COR在探测器上的投影地址，从而可以将投影收稿日期：2013—11—12。基金项目：国家自然科学基金(21106158；21376245；11275019；61077011)；中国科学院战

6、略性先导科技专项(XDA07080104)；多相复杂系统国家重点实验室开放课题(MPCS一201卜D一03)。CT理论与应用研究23卷数据偏移一定距离而消除由于COR偏移造成的伪影。然而这时的重建算法仍然要求射线源与COR的连线垂直于探测器所在直线。当这一条件无法满足，即等价于探测器绕COR投影点旋转偏离一个角度，且偏角较大时，即使对COR进行校正，按照标准算法重建出的图像将仍然会出现伪影，影响对cT重建图像的判读。傅健等提出了一种对投影位置进行迭代修正的方法，将重建图像信噪比和对比度最高时对应的参数作为扫描系统的调整参数，能够较精

7、确地校正COR误差，但这种方法需要迭代运算，耗时较多。陈明等给出了含探测器偏转参量的重建公式，能够直接由投影原始数据重建图像，但需要设计专用模体来间接测量系统的几何参数，这无疑额外增加了获取数据的时间，而且其专用模体扫描对于探测器偏转角度的估计比较敏感，不易精确得出偏转角。针对等距扇束扫描模式中上述方法所存在的问题，本文提出了一种直接由带有偏转参数的原始投影数据(正弦图)求得探测器偏转角及射线源与中心投影点的距离等几何校正参数的方法，将几何校正参数代入修正后的重建算法中，可有效消除因探测器偏转而带来的伪影。计算机模拟和实验均证明了本

8、方法的有效性。1伪影形成原因标准的FBP重建过程如图1所示，设待重建截面为f(r，)，投影方向为，在方向上的投影为p(s，)。＼＼’j图1等距射线扇形束重建过程示意Fig．1Schematicoffan—beamreconstruct