一种变电压CT扫描的电压预测方法与流程

一种变电压ct扫描的电压预测方法
技术领域
1.本发明涉及ct成像领域技术领域，具体地说，涉及一种变电压ct扫描的电压预测方法。


背景技术：

2.在ct成像中，要采集成像物体一周360度方向的透照图像，计算投影。对长宽比差异较大或结构复杂的工业零件，由于不同方向厚度差异较大，采用传统的固定电压ct技术扫描成像时，在厚度较薄的方向会出现过曝光，在厚度较厚的方向会出现欠曝光，影响ct图像的重建质量。复杂结构件在旋转过程中由于有效厚度变化率大，采用固定能量成像使得各角度下能量与有效厚度不匹配，在厚度大的视角下剂量不足，噪声水平高；厚度小的视角下，散射影响大，信息缺失严重，无法实现高质量ct成像。


技术实现要素：

3.本发明的内容是提供一种变电压ct扫描的电压预测方法，不需要预扫描，每个角度不需要再次调节电压，其能够克服现有技术的某种或某些缺陷。
4.根据本发明的一种变电压ct扫描的电压预测方法，其包括以下步骤：
5.一、设定期望的ct投影扫描得最低透过率t0；
6.二、确定最小电压调节范围δu的值；
7.三、测试确定初始角度采集电压；
8.四、对第n个角度，依据第n-1个角度的电压u
n-1
和第n-1个角度x射线图像的最低透过率t
n-1
及对应的系数b
n-1
值，计算第n个角度下需要的电压u’n
；
9.五、取un＝[u’n
/δu 0.5]δu，采集第n个角度的投影数据；
[0010]
六、计算系数bn值：
[0011]
七、重复步骤四、五、六，直到最后一个角度下投影采集完毕。
[0012]
作为优选，在每个角度下x射线图像的最低透过率t计算公式为：
[0013][0014]
其中i
最小
表示当前x射线图像的最小值，i
背景
表示当前成像条件下x射线无衰减时得到的图像值。
[0015]
作为优选，步骤三中，包括以下步骤：
[0016]
3.1、采集当电压为u和u’＝u δu时的两幅x射线图像，计算两电压下射线图像对应的最低透过率，分别记为tu和t
δu
；
[0017]
3.2、按下述公式：
[0018][0019]
计算系数b1值，然后按照电压预测公式：
[0020][0021]
计算在最低透过率t时对应的电压u1’
；
[0022]
3.3、取u1＝[u
’1/δu 0.5]δu，[]表示取整，采集电压u1下投影数据。
[0023]
作为优选，步骤四中，按照电压预测公式：
[0024][0025]
计算第n个角度下需要的电压u’n
，取un＝[u’n
/δu 0.5]δu。。
[0026]
作为优选，步骤六中，计算bn值包括以下步骤：
[0027]
6.1、如果un＝u
n-1
，则bn＝b
n-1
；
[0028]
6.2、如果un≠u
n-1
，计算当前角度下x射线图像的最低透过率tn，按照下述公式：
[0029][0030]
计算bn值。
[0031]
在现有方法中，完全依据灰度进行预测，电压预测公式较为简略粗糙，精度不够，导致预测电压成像灰度值会出现偏差较大情形，从而使得单个角度下多次调整电压。本方法中电压预测公式精度较高，并且限制了电压间隔，使电压值固定少数值上，从而使得预测值不需要再调整。
附图说明
[0032]
图1为实施例1中一种变电压ct扫描的电压预测方法的流程图；
[0033]
图2为实施例1中模体在不同电压下x射线最低透过率随角度变化示意图；
[0034]
图3为实施例1中预测采集策略下x射线最低透过率变化示意图；
[0035]
图4为实施例1中预测采集策略下采集电压变化示意图；
[0036]
图5为实施例1中楔形块尺寸图；
[0037]
图6(a)为实施例1中60kv电压下x射线图像及透过率变化示意图；
[0038]
图6(b)为实施例1中80kv电压下x射线图像及透过率变化示意图；
[0039]
图6(c)为实施例1中100kv电压下x射线图像及透过率变化示意图；
[0040]
图6(d)为实施例1中120kv电压下x射线图像及透过率变化示意图；
[0041]
图6(e)为实施例1中150kv电压下x射线图像及透过率变化示意图；
[0042]
图6(f)为实施例1中180kv电压下x射线图像及透过率变化示意图；
[0043]
图7(a)为实施例1中第一个位置点预测电压的相对误差示意图；
[0044]
图7(b)为实施例1中第二个位置点预测电压的相对误差示意图；
[0045]
图7(c)为实施例1中第三个位置点预测电压的相对误差示意图；
[0046]
图7(d)为实施例1中第四个位置点预测电压的相对误差示意图；
[0047]
图7(e)为实施例1中第五个位置点预测电压的相对误差示意图；
[0048]
图7(f)为实施例1中第六个位置点预测电压的相对误差示意图。
具体实施方式
[0049]
为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。应当理解的是，实施例仅仅是对本发明进行解释而并非限定。
[0050]
实施例1
[0051]
如图1所示，本实施例提供了一种变电压ct扫描的电压预测方法，其包括以下步骤：
[0052]
一、设定期望的ct投影扫描得最低透过率t0，一般选择t0≥0.15,这里取t0＝0.2；在每个角度下x射线图像的最低透过率t计算公式为：
[0053][0054]
其中i
最小
表示当前x射线图像的最小值，i
背景
表示当前成像条件下x射线无衰减时得到的图像值；
[0055]
二、确定最小电压调节范围δu的值；一般取值为5kv的整数倍，这里取δu＝10kv；
[0056]
三、测试确定初始角度(第一个角度)采集电压；
[0057]
3.1、采集当电压为u和u’＝u δu时的两幅x射线图像，计算两电压下射线图像对应的最低透过率，分别记为tu和t
δu
；
[0058]
3.2、按下述公式：
[0059][0060]
计算电压预测公式的系数b1值，然后按照电压预测公式：
[0061][0062]
计算在最低透过率t时对应的电压u1’
；
[0063]
3.3、取u1＝[u
’1/δu 0.5]δu，[]表示取整，采集电压u1下投影数据；
[0064]
四、对第n(n≥2且n为整数)个角度，依据第n-1个角度的电压u
n-1
和第n-1个角度x射线图像的最低透过率t
n-1
及对应的系数b
n-1
值，按照电压预测公式：
[0065][0066]
计算第n个角度下需要的电压u’n
；
[0067]
五、取un＝[u’n
/δu 0.5]δu，采集第n个角度的投影数据；
[0068]
六、计算系数bn值：
[0069]
6.1、如果un＝u
n-1
，则bn＝b
n-1
；
[0070]
6.2、如果un≠u
n-1
，计算当前角度下x射线图像的最低透过率tn，按照下述公式：
[0071][0072]
计算bn值；
[0073]
七、重复步骤四、五、六，直到最后一个角度下投影采集完毕。
[0074]
在实验室的yxlon的ff20微焦点ct系统上进行验证实验，选用微焦点成像模式。电压最小幅度变化选为10kv，进行采集策略验证。模体直径为20mm。该模体在不同电压下360个角度的最低投影透过率变化如图2。采用预测电压的投影采集策略下的最低x射线透过率如图3所示，采集电压如图4所示，其中取期望最低透过率t＝0.2，第一个角度初始采集电压设为80kv，90kv。
[0075]
实验结果表明，在电压预测策略下进行投影采集，x射线最低透过率变化在[0.1732,0.2264]之间，相比于单个电压下透过率变化范围[0.1057,0.2023](70kv)，[0.1352,0.24433](80kv)，[0.1594,0.2732](90kv)，[0.1787,0.2893](100kv)，[0.1952,0.321](110kv)，[0.2115,0.3406](120kv)，缩小了约50％，明显减小。
[0076]
每个角度不需要重复调整电压，只按照预测电压采集一次即可。
[0077]
在公式精度验证实验中，本方法公式预测值与实际值误差小于4％。
[0078]
采用3d打印的楔形块验证模型，规格如图5所示，厚度为1cm。采用实验室的yxlon的ff20微焦点ct系统，选用微焦点成像模式，探元大小为0.127
×
0.127mm，选择60kv～180kv，每隔10kv成像，部分x射线图像如图6(a)、图6(b)、图6(c)、图6(d)、图6(e)、图6(f)所示。
[0079]
选择部分图像点，计算其透过率，利用前两个电压数据代入电压预测公式，预测当前透射率下电压，并与真实电压对比，验证电压预测公式。从左到右选取图像六个不同点(距离左边界50,95,195,445,745,945个像素)，结果及误差如图7(a)、图7(b)、图7(c)、图7(d)、图7(e)、图7(f)所示。实验结果表明，预测电压与实际电压的误差小于4％，满足应用需要。
[0080]
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。