一种DR及CT成像的曝光参数快速确定方法

摘要

本发明提供了一种DR及CT成像的曝光参数快速确定方法，首先获取DR/CT成像系统的曝光参数模型，然后根据所得曝光参数模型快速获取曝光参数。本发明提通过简便的步骤即可获取DR/CT成像系统的曝光参数模型，而且该模型长期有效，其建立所花费的工作量基本可以忽略不计。根据获取的DR/CT成像系统曝光参数模型，可以自动快速获取曝光参数，使DR/CT图像的信噪比和对比度达到最优，克服现有技术获取曝光参数需要很多人工交互和相关专业技术经验的问题，从而相对延长DR/CT成像系统的使用寿命。

说明书

技术领域

本发明属于射线成像与检测技术领域，涉及一种射线数字成像（Digital Radiography，DR）和计算机断层成像（Computed Tomography，CT）的曝光参数确定方法。 

背景技术

近年来，射线数字成像DR和计算机断层成像CT在工业无损检测领域得到加速发展，成为某些关键零部件不可或缺的检测手段，其中DR成像是CT成像的基础。曝光参数的选择是DR/CT成像系统的基本问题之一，不仅直接影响图像质量，而且还是控制辐射剂量的主要手段。如何快速获取优化的DR/CT成像系统曝光参数，减少人工依赖，提高图像质量，已成为射线无损检测界所关注的问题。 

在DR/CT无损检测时，要快速有效找出合适的曝光参数，一般都是根据曝光曲线进行查找，曝光曲线是在一定条件下绘制的透照参数与透照厚度之间的关系曲线，但根据曝光曲线查找曝光参数的方法受人工和经验干预性较强。另外，通过实验的方法可以分析不同曝光参数组合对图像质量的影响，从而得出扫描电压和曝光量与图像质量的相关性，但到目前为止仍未形成切实可用的操作方法。近年出现的CT扫描自动曝光控制技术，旨在保证图像质量的同时减少CT辐射剂量，可以根据特定位置被照物体的厚度自动调节曝光量的大小使图像噪声保持一定水平，但对厚度未知的工业异形零件难以实施，而且自动曝光控制需给定参考值，如果设置不当就可能影响图像质量或增加辐射剂量。 

由于实际工业零件的材质、形状复杂多变，目前在执行DR/CT无损检测时，确定曝光参数的准则不够明晰，优化不足，效率较低，人工依赖性高。 

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种DR及CT成像的曝光参数快速确定方法，以达到对各种工业零件实行DR/CT无损检测时，简便快速、自动优化确定曝光参数的目的。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤： 

(1)设DR/CT成像系统中探测器暗场校正后可输出的最小均值为G_MIN，最大均值 为G_MAX，计算探测器实际可用的安全输出范围[G_min,G_max]，G_min＝G_MIN+α₁，G_max＝G_MAX-α₁，α₁＝β₁(G_MAX-G_MIN)，β₁取0.02～0.10； 

(2)设DR/CT成像系统中射线源可输出的最低电压为V_MIN，最高电压为V_MAX，计算射线源实际可用的安全电压范围[V_min,V_max]，V_min＝(1+α₂)V_MIN，V_max＝(1-α₂)V_MAX，α₂取0.05～0.20； 

(3)曝光量mAs是射线源电流mA与探测器曝光时间s的乘积，在[V_min,V_max]范围内取等差排列的电压v，并在[G_min,G_max]范围内取等差排列的输出g，对每一个v，获取每一个g下的mAs，得到曝光参数表T；或者将[V_min,V_max]分为低电压范围[V_min,V_d)和高电压范围[V_d,V_max]，获取[V_min,V_d)范围内曝光参数表T₁的方法如上所述，获取[V_d,V_max]范围内的曝光参数表T₂之前需先在射线源出口前附加过滤板； 

(4)构造曝光参数模型g＝mAs·(av²+bv+c)，其中a、b、c为系数，该模型拟合T得G_M，或分别拟合T₁、T₂得G_M1、G_M2，所得结果即为该DR/CT成像系统的曝光参数模型； 

(5)对于DR成像，将零件感兴趣方位放置于射线源射线照射方向；对于CT成像，将零件的最大厚度放置于射线源射线照射方向； 

(6)根据穿透性原则设置零件投影区域的最小输出值g_min，g_min＞G_min； 

(7)对于变焦点尺寸射线源，设置空气投影区域的最大输出值g_max＝ηg_min，η取5～10；对于其它情况，设置g_max＝G_max； 

(8)选择DR/CT成像系统的曝光参数模型G_M，或G_M1和G_M2； 

(9)对于G_M，在[V_min,V_max]中按折半查找法获取优化的曝光参数，即v及相应的mAs，方法为：设V_M为查找区间[V_L,V_R]的中值，对于第1次查找，分别将V_L、V_M、V_R及g_max代入G_M，计算得到相应的mAs_L、mAs_M、mAs_R，以这3组曝光参数进行曝光，得到各自零件投影区域的最小输出值g_L、g_M、g_R，其余查找时，若当前区间的V_R-V_L≤S，则取该区间的V_M及其mAs_M为优化的曝光参数，否则取该区间的V_M及其mAs_M曝光得到g_M；若(1-k)g_min≤g_L、g_M或g_R≤(1+k)g_min，则其对应的v和mAs即为优化的曝光参数；否则，若g_L＜g_min＜g_M则在(V_L,V_M)中继续折半查找，若g_M＜g_min＜g_R则在(V_M,V_R)中继续折半查找；否则，该零件超出该 DR/CT成像系统的优化曝光参数范围；区间阈值S取10～20，偏差系数k取0.05～0.15；对于G_M1和G_M2，在第1次查找时需以V_d替代V_M，并以v的大小确定用G_M1或G_M2计算得到相应的mAs，其余操作方法与G_M相同。 

本发明的有益效果是：本发明提供的方法通过简便的步骤即可获取DR/CT成像系统的曝光参数模型，而且该模型长期有效，其建立所花费的工作量基本可以忽略不计。根据获取的DR/CT成像系统曝光参数模型，可以自动快速获取曝光参数，使DR/CT图像的信噪比和对比度达到最优，克服现有技术获取曝光参数需要很多人工交互和相关专业技术经验的问题，从而相对延长DR/CT成像系统的使用寿命。 

附图说明

图1为本发明的DR及CT成像曝光参数快速确定方法流程。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括两个部分：首先获取DR/CT成像系统的曝光参数模型，然后根据所得曝光参数模型快速获取曝光参数。 

获取DR/CT成像系统的曝光参数模型包括以下步骤： 

(1)设DR/CT成像系统中探测器暗场校正后可输出的最小均值为G_MIN，最大均值为G_MAX，计算探测器实际可用的安全输出范围[G_min,G_max]，G_min＝G_MIN+α₁，G_max＝G_MAX-α₁，α₁＝β₁(G_MAX-G_MIN)，β₁一般取0.02～0.10，系统噪声及干扰大时β₁取较大值，否则取较小值； 

(2)设DR/CT成像系统中射线源可输出的最低电压为V_MIN，最高电压为V_MAX，计算射线源实际可用的安全电压范围[V_min,V_max]，V_min＝(1+α₂)V_MIN，V_max＝(1-α₂)V_MAX，α₂一般取0.05～0.20，射线源可靠性高时α₂取较小值，否则取较大值； 

(3)获取关于曝光量mAs的曝光参数表，mAs是射线源电流mA与探测器曝光时间s的乘积，获取方法分为一般应用和特殊应用两种：1）对于一般应用，在[V_min,V_max]范围内取等差排列的电压v，并在[G_min,G_max]范围内取等差排列的输出g，对每一个v，获取每一个g下的mAs，得到曝光参数表T；2）对于特殊应用，主要是进一步抑制采用较高电压扫描时的射束硬化伪影，将[V_min,V_max]分为低电压范 围[V_min,V_d)和高电压范围[V_d,V_max]，获取[V_min,V_d)范围内曝光参数表T₁的方法与一般应用相同，获取[V_d,V_max]范围内的曝光参数表T₂之前需先在射线源出口前附加过滤板，然后再按与一般应用相同的方法进行； 

(4)构造曝光参数模型为g＝mAs·(av²+bv+c)，其中a、b、c为系数，在一般应用下用该模型拟合T得G_M，在特殊应用下用该模型分别拟合T₁、T₂得G_M1、G_M2，所得结果即为该DR/CT成像系统的曝光参数模型。 

根据所得曝光参数模型快速获取曝光参数包括以下步骤： 

(1)对于DR成像，将零件感兴趣方位放置于射线源射线照射方向；对于CT成像，将零件的最大厚度放置于射线源射线照射方向，以保证所有投影角度的穿透性； 

(2)根据穿透性原则，设置零件投影区域的最小输出值g_min，g_min＞G_min； 

(3)对于变焦点尺寸射线源，若强调零件细节的分辨力，设置空气投影区域的最大输出值g_max＝ηg_min，η一般取5～10；对于其它情况，为达到最高信噪比，设置g_max＝G_max； 

(4)选择DR/CT成像系统的曝光参数模型G_M，或G_M1和G_M2； 

(5)对于G_M，在[V_min,V_max]中按折半查找法获取优化的曝光参数，即v及相应的mAs，方法为：设V_M为查找区间[V_L,V_R]的中值，对于第1次查找，分别将V_L、V_M、V_R及g_max代入G_M，计算得到相应的mAs_L、mAs_M、mAs_R，以这3组曝光参数进行曝光，得到各自零件投影区域的最小输出值g_L、g_M、g_R，其余查找时，若当前区间的V_R-V_L≤S，则取该区间的V_M及其mAs_M为优化的曝光参数，否则取该区间的V_M及其mAs_M曝光得到g_M。若(1-k)g_min≤g_L(或g_M,或g_R)≤(1+k)g_min，则其对应的v和mAs即为优化的曝光参数；否则，若g_L＜g_min＜g_M则在(V_L,V_M)中继续折半查找，若g_M＜g_min＜g_R则在(V_M,V_R)中继续折半查找；否则，该零件超出该DR/CT成像系统的优化曝光参数范围。区间阈值S一般取10～20，偏差系数k一般取0.05～0.15。对于G_M1和G_M2，在第1次查找时需以V_d替代V_M，并以v的大小确定用G_M1或G_M2计算得到相应的mAs，其余操作方法与G_M相同。 

DR/CT成像系统的曝光参数模型一经建立，只要该DR/CT成像系统的硬件性能 和环境条件不发生改变，则基于该模型的分析和计算就一直有效。 

实施例所用锥束CT系统的X射线源为YXLON的Y.TU450-D02，平板探测器为Varian的PaxScan2520。 

应用本发明方法包括两个部分：首先获取锥束CT成像系统的曝光参数模型，然后根据所得曝光参数模型快速获取曝光参数。 

应用本发明方法获取锥束CT成像系统的曝光参数模型，执行以下步骤： 

(1)锥束CT成像系统中探测器暗场校正后可输出的最小均值G_MIN＝10，最大均值G_MAX＝2800，计算探测器实际可用的安全输出范围[G_min,G_max]，G_min＝G_MIN+α₁＝149.5，G_max＝G_MAX-α₁＝2660.5，α₁＝β₁(G_MAX-G_MIN)＝139.5，β₁＝0.05； 

(2)锥束CT成像系统中射线源可输出的最低电压为V_MIN＝80KV，最高电压为V_MAX＝450KV，计算射线源实际可用的安全电压范围[V_min,V_max]，V_min＝(1+α₂)V_MIN＝88KV，V_max＝(1-α₂)V_MAX＝405KV，α₂＝0.10； 

(3)获取关于曝光量mAs的曝光参数表，mAs是射线源电流mA与探测器曝光时间s的乘积，获取方法分为一般应用和特殊应用两种：1）对于一般应用，在[V_min,V_max]范围内取等差排列的电压v，并在[G_min,G_max]范围内取等差排列的输出g，对每一个v，获取每一个g下的mAs，得到曝光参数表T；2）对于特殊应用，主要是进一步抑制采用较高电压扫描时的射束硬化伪影，将[V_min,V_max]分为低电压范围[V_min,V_d)和高电压范围[V_d,V_max]，V_d＝200KV，获取[V_min,V_d)范围内曝光参数表T₁的方法与一般应用相同，获取[V_d,V_max]范围内的曝光参数表T₂之前需先在射线源出口前附加0.5mm厚的铜钨合金过滤板，然后再按与一般应用相同的方法进行； 

(4)构造曝光参数模型为g＝mAs·(av²+bv+c)，其中a、b、c为系数，在一般应用下用该模型拟合T得G_M，在特殊应用下用该模型分别拟合T₁、T₂得G_M1、G_M2，所得结果即为该DR/CT成像系统的曝光参数模型。 

对一铝质零件，应用本发明方法根据所得曝光参数模型快速获取曝光参数，执行以下步骤： 

(1)对于DR成像，将零件感兴趣方位放置于射线源射线照射方向；对于锥束CT 成像，将零件的最大厚度放置于射线源射线照射方向，以保证所有投影角度的穿透性； 

(2)根据穿透性原则，设置零件投影区域的最小输出值g_min＝200，g_min＞G_min； 

(3)该锥束CT系统的射线源焦点固定为2.5mm，为达到最高信噪比，设置g_max＝G_max； 

(4)选择锥束CT成像系统的曝光参数模型G_M； 

(5)对于G_M，在[V_min,V_max]中按折半查找法获取优化的曝光参数，即v及相应的mAs，方法为：设V_M为查找区间[V_L,V_R]的中值，对于第1次查找，分别将V_L、V_M、V_R及g_max代入G_M，计算得到相应的mAs_L、mAs_M、mAs_R，以这3组曝光参数进行曝光，得到各自零件投影区域的最小输出值g_L、g_M、g_R，其余查找时，若当前区间的V_R-V_L≤S，则取该区间的V_M及其mAs_M为优化的曝光参数，否则取该区间的V_M及其mAs_M曝光得到g_M。若(1-k)g_min≤g_L(或g_M,或g_R)≤(1+k)g_min，则其对应的v和mAs即为优化的曝光参数；否则，若g_L＜g_min＜g_M则在(V_L,V_M)中继续折半查找，若g_M＜g_min＜g_R则在(V_M,V_R)中继续折半查找；否则，该零件超出该锥束CT成像系统的优化曝光参数范围。区间阈值S＝10，偏差系数k＝0.10。最终获取的优化曝光参数为v＝167.25KV，mAs＝0.29。 

按照本发明方法，锥束CT成像系统的曝光参数模型一经建立，只要该锥束CT成像系统的硬件性能和环境条件不发生改变，则基于该模型的分析和计算就一直有效，因此其建立所花费的工作量基本可以忽略不计。对于曝光参数，不同经验水平的人获取的结果及所耗费的时间（平均约6分钟）往往有较大差异，而本发明方法在建立曝光参数模型后就可以自动获取唯一优化的曝光参数，时间一般在1分钟以内，并使锥束CT图像的信噪比和对比度达到最优，克服了现有技术获取曝光参数需要很多人工交互和相关专业技术经验的问题，从而相对延长锥束CT成像系统的使用寿命。