專利名稱：在ct系統(tǒng)中保證z軸方向圖像噪聲一致性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于CT機技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種在CT系統(tǒng)中保證Z軸方向圖像噪聲一致性的方法。
背景技術(shù)：
在CT的臨床應(yīng)用中，由于X射線對人體健康的危害，劑量的減少成為了大家矚目的焦點。一般情況下，減少劑量的有效方法是降低球管的電流，但是在相同條件下球管電流的下降會使得圖像噪聲的增加，從而降低了圖像質(zhì)量，這對醫(yī)生的診斷帶來了不利影響。
為了有效的解決這一問題，需要一種有效的途徑來衡量CT系統(tǒng)中電流與圖像噪聲之間的關(guān)系，從而既能有效的減少患者所受X線的劑量，又能保證圖像的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有CT技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種在CT系統(tǒng)中保證Z軸方向圖像噪聲一致性的方法。
1、在CT系統(tǒng)中圖像噪聲和電流之間的關(guān)系可用下式表示n=Cexp(ED)d---(1)]]>其中n——圖像的噪聲C——系數(shù)(球管因子)ED——等效衰減直徑d——電流由(1)可得c2exp(ED)n2d=const=k---(2)]]>稱k值為電流因子，由此獲得噪聲和電流之間的關(guān)系。
2、等效衰減直徑的確定對于同一幅CT圖像而言，無論投影方向如何，由于它的幾何面積是恒定的，所以各個投影方向的衰減值之和大致相當(dāng)。
ES=Σpsiui---(3)]]>其中si——第i處的面積ui——第i處的衰減系數(shù)p——整個圖像區(qū)域ES——衰減面積在CT系統(tǒng)中，平片掃描數(shù)據(jù)可以有效的表征等效衰減面積等效衰減面積的定義ES=Σi=0n(uili+ui+1li+1)×Δ/2---(4)]]>其中n——為通道數(shù)ui——為物體在第i個通道上的平均衰減系數(shù)li——為物體在第i個通道上的路徑Δ——為相鄰檢測器之間的距離。通過等效衰減面積來確定圖像的等效衰減直徑ED 其中 為平均衰減系數(shù)。
由此就可以通過平片數(shù)據(jù)確定圖像達到某一噪聲水平所需要的電流。對于均勻模體，公式變形為 3、關(guān)于圖像噪聲的測試方法對于一般的模體，采用FROI(Five Range of Interesting)的方法來測試和表示圖像的噪聲，圖像的噪聲為所選5個區(qū)域圖像CT值的方差的平均值。5個小圓的直徑大致為穿過圖像中心的最長直線長度的1/10；其位置如下描述中心小圓位于圖像的中心(C)，其他4個小圓分別位于圖像的正上(U)、正下(D)、正左(L)和正右(R)四個方向，小圓邊緣距離圖像邊緣的距離為小圓的直徑，其中小圓包含的范圍盡可能是均勻介質(zhì)部分的圖像，為了保證小圓區(qū)域包含介質(zhì)的均勻性，小圓的位置可以根據(jù)實際的圖像有所偏移。
本發(fā)明方法包括以下步驟(1)通過實驗確定CT機的噪聲特性。
使用噪聲表來描述機器的噪聲特性。具體方法如下對于不同的機器，為了更好的描述其噪聲特性，需要掃描水模，通過掃描的數(shù)據(jù)確定其噪聲表。
在電壓120KV，旋轉(zhuǎn)速度2s，切片厚度為10mm的條件下進行的掃描為標準掃描。
可以對同一水模在標準條件下采用不同電流下進行連續(xù)掃描，統(tǒng)計其圖像噪聲Ni和電流值Ii，然后利用公式(2)計算每一個電流下的電流因子Ki，然后把這些值寫成如下的文件格式噪聲值(由大到小排列) N1N2N3N4..Ni...Nn電流因子K(按對應(yīng)的順序排列) K1K2K3K4...Ki...Kn以上的文件為噪聲表，它基本反映了CT機的噪聲特性，同一臺CT機只需要做一次這樣的噪聲實驗。
(2)通過實驗確定其它掃描條件對噪聲的影響在CT掃描建像過程中，其它掃描條件對噪聲的也有一定的影響。對于不同切片厚度、電壓和旋轉(zhuǎn)速度下進行的掃描，采用了噪聲轉(zhuǎn)換的辦法即通過掃描測試確定不同掃描條件下的噪聲比例，然后將用戶在不同掃描條件下設(shè)定的噪聲水平換算為標準掃描下的噪聲水平。
Cn＝CpCvCs(7)其中Cp為切片厚度比例因子Cv為電壓比例因子Cs為旋轉(zhuǎn)速度比例因子Cn為噪聲轉(zhuǎn)換比例因子Ns＝Nd×Cn(8)其中Ns為標準掃描下的噪聲Nd為其它掃描條件下的噪聲可以通過水模掃描來獲得這些比例因子。例如，為了計算2mm切片厚度對應(yīng)的切片厚度比例因子Cp，可以讓其它的掃描條件都保持不變(包括電流、電壓和旋轉(zhuǎn)速度)，然后使用2mm的切片厚度進行多次實驗，獲得它們2mm切片厚度下的圖像噪聲平均值，然后用10mm切片厚度下的圖像噪聲的平均值除以2mm切片厚度下對應(yīng)的圖像噪聲，即可得到2mm切片厚度下的Cp。對于其它切片厚度下Cp的計算，以此類推；同理，可以得到其它掃描條件對應(yīng)的噪聲比例因子。
(3)平片掃描并提取生數(shù)據(jù)對于每一個患者，在掃描建像前需要進行平片掃描，同時獲取其平片掃描的數(shù)據(jù)。
(4)根據(jù)用戶的選項進行計算對于非標準掃描條件下的設(shè)定的噪聲，需要可以通過步驟(2)中的方法把它轉(zhuǎn)換為標準掃描條件下的噪聲N′。
確定電流因子。對于設(shè)定的噪聲水平N′，可以通過線性插值的方法確定其電流因子K′，通過查找噪聲表，找到Ni和Ni+1其中Ni＞N′，且在表中對于所有大于N′的噪聲中，Ni最??；同理，Ni+1＜N′，且在表中對于所有小于N′的噪聲中，Ni最大。
(5)計算電流對于選定的掃描區(qū)域，利用公式(5)計算其Z軸各個位置的等效衰減直徑ED，然后根據(jù)其噪聲水平，計算需要的掃描電流。
d=c2exp(ED)n2k---(10)]]>其中，c取0.31，公式(5)中的 取0.02。
實現(xiàn)本發(fā)明方法的操作程序如圖4所示。
本方法還有這樣的一個應(yīng)用即可以通過用戶設(shè)定的劑量水平來估算掃描后的圖像噪聲。
在很多模擬實驗中，可能只需要估算不同劑量下圖像的噪聲水平，而不需要進行掃描建像。因為公式(2)建立了噪聲和電流之間的關(guān)系，所以可以將公式變形為n=cexp(ED)kd---(11)]]>通過公式(11)就能夠不需要圖像重建而求解不同電流下圖像的噪聲。
本發(fā)明采用FROI法有效的評估了CT圖像的噪聲水平，為比較不同CT圖像的噪聲打下了基礎(chǔ)。采用等效衰減直徑法比較精確的描述了電流和圖像噪聲之間的關(guān)系，實驗表明，這種方法可以保證CT機在Z軸位置圖像噪聲的一致性，同時能夠有效的減少患者的劑量。
以下數(shù)據(jù)可以明顯對比出采用本發(fā)明方法的效果使用恒定電流掃描建像的效果表1掃描序列 表2圖像的噪聲 表中Dose代表掃描電流，NoiseCenteral/Up/Dwon/Left/Right代表了利用FROI法測試圖像噪聲時，所選用的五個區(qū)域的圖像噪聲值；Noise Average代表圖像的整體噪聲。ID為圖像編號，ScanIndex為掃描編號，MachineID為CT機的機器號，SliceWidth為切片厚度，Voltage為掃描電壓，PolitBegin為掃描時切片位置的編號，SamplingNum為采樣數(shù)，UserName為操作員的代號。
從表2看出，使用同樣的電流(150ma)掃描建像獲得10幅圖像，它們的噪聲從5.122到7.474不等，其最大值和最小值之間的差別為31.47％，Z軸方向圖像噪聲很不一致。
使用本方法獲得的計算電流進行掃描建像后的效果表3掃描序列 表4圖像的噪聲 從表4看出，使用計算的電流掃描建像獲得10幅圖像，用戶設(shè)計的噪聲值是7，實際噪聲從6.838到7.258不等，其最大值和最小值之間的差別為5.78％，Z軸方向圖像噪聲比較一致。
從以上的數(shù)據(jù)可以看出采用本發(fā)明方法，能夠有效的利用電流來控制掃描后的圖像噪聲。也就是說，通過這項技術(shù)，可以保證Z軸方向圖像噪聲的一致性，同時能夠有效的減少患者的劑量。


圖1為本發(fā)明中等效衰減面積示意圖圖2為本發(fā)明平片數(shù)據(jù)；圖3為本發(fā)明用FROI方法表示圖像噪聲示意圖；圖4為本發(fā)明軟件流程圖圖5為本發(fā)明中平片掃描圖。
具體實施例方式
按本發(fā)明的步驟，1)通過實驗確定CT機的噪聲特性。
使用7英寸的水模做實驗來測試東軟數(shù)字醫(yī)療設(shè)備公司的CT2800機型噪聲特性，采用切片厚度10mm，旋轉(zhuǎn)速度2s，電壓120kv的掃描模式，電流在35MA～200MA之間每隔5MA變化，共進行了19次掃描，利用公式(2)計算各個噪聲水平對應(yīng)的電流因子，然后把他們寫成文件的格式10.539.83 9.28... 4.96 4.9 4.850.00346109 0.003475130.00346601...0.002873570.002868870.00285512如上表，使用35MA電流掃描時對應(yīng)的圖像噪聲為10.53，電流因子為0.00345109；40MA電流掃描時對應(yīng)的圖像噪聲為9.83，電流因子為0.00347513；…；200MA電流掃描時對應(yīng)的圖像噪聲為4.85，電流因子為0.00285512。
2)通過實驗確定其它掃描條件對噪聲的影響同樣使用7英寸的水模做實驗來測試CT2800的噪聲特性，使用150MA在不同切片厚度、電壓和旋轉(zhuǎn)速度下進行掃描建像，同時測試圖像的噪聲，計算其噪聲比例因子。
3)平片掃描并提取生數(shù)據(jù)在CT機的噪聲特性確定下來之后，就可以進行正式的應(yīng)用了(同一臺機器，對于步驟1、2，只需要做一次實驗即可)。
圖5為平片掃描。在平片掃描之后，可以通過程序提取平片掃描的數(shù)據(jù)。如圖5，使用CT2800在電壓120KV，電流75MA，切片厚度2mm的狀態(tài)下進行平片掃描，共獲取了500個采樣。
4)根據(jù)用戶的選項進行計算如圖5，選用掃描區(qū)域(綠線框所表示的范圍)，確定電壓、切片厚度和旋轉(zhuǎn)速度。在這里，選用電壓100KV，切片厚度2mm，旋轉(zhuǎn)速度4s，設(shè)定的噪聲水平為15。
計算噪聲比例轉(zhuǎn)換因子通過實驗獲得切片厚度2mm對應(yīng)的比例因子Cp＝0.340950，電壓100kv對應(yīng)的比例因子Cv＝0.736440，旋轉(zhuǎn)速度4s對應(yīng)的比例因子Cs＝1.31131，那么在這種掃描條件下對應(yīng)的噪聲轉(zhuǎn)換因子為Cn＝CpCvCs＝0.340950*0.736440*1.31131＝0.329256那么可以把這種掃描條件下的設(shè)定的噪聲水平5轉(zhuǎn)換為標準掃描下的噪聲水平Ns＝Nd×Cn＝15*0.329256＝4.93884最后利用公式(9)計算電流因子k＝0.00287955。
對于標準模式的掃描，即切片厚度10mm，電壓120KV，旋轉(zhuǎn)速度2s，從表中可以看出它的各項比例因子均為1；也就是說當(dāng)用戶使用標準掃描條件掃描時，噪聲比例轉(zhuǎn)換因子為1，可以把它看成一般的情況來處理。
5)計算電流首先，需要根據(jù)平片數(shù)據(jù)計算等效衰減直徑。
利用先前獲得平片數(shù)據(jù)確定用戶所選區(qū)域的不同Z軸位置對應(yīng)的平片數(shù)據(jù)。對于CT2800而言，檢測器的通道數(shù)為688，檢測器各通道間的夾角為0.001212，旋轉(zhuǎn)半徑為593.322021。
對于腹部，其平均衰減系數(shù)為0.02，于是可以利用公式(6)來計算等效衰減直徑了，其中Δ＝593.322021*tan(0.001212)＝0.718859。
計算好等效衰減直徑之后，就可以利用公式(10)來計算電流了。
使用計算的電流進行掃描表5掃描條件
表6實際效果
權(quán)利要求
1.一種在CT系統(tǒng)中保證Z軸方向圖像噪聲一致性的方法，其特征在于該方法包括以下步驟(1)通過實驗確定CT機的噪聲特性，獲得噪聲表；(2)通過實驗確定其它掃描條件對噪聲的影響；(3)平片掃描并提取生數(shù)據(jù)；(4)根據(jù)用戶的選項進行計算；(5)計算電流；(6)使用計算的電流進行掃描。
2.如權(quán)利要求1所述的在CT系統(tǒng)中保證Z軸方向圖像噪聲～致性的方法，其特征在于步驟1通過實驗確定CT機的噪聲特性是在標準掃描條件下，對同一水模采用不同電流下連續(xù)掃描，統(tǒng)計其圖像噪聲Ni和電流值Ii，并根據(jù)下式c2exp(ED)n2d=const=k]]>計算每一個電流下的電流因子Ki，然后把這些值寫成如下的文件格式噪聲值 N1N2N3N4..Ni...Nn電流因子K1K2K3K4...Ki...Kn公式中C——球管因子系數(shù)n——圖像噪聲ED——等效衰減直徑d——電流K——電流因子。
3.如權(quán)利要求2所述的在CT系統(tǒng)中保證Z軸方向圖像噪聲一致性的方法，其特征在于所述標準掃描條件是在電壓120KV，旋轉(zhuǎn)速度2s，切片厚度為10mm的條件下掃描。
4.如權(quán)利要求1所述的在CT系統(tǒng)中保證Z軸方向圖像噪聲一致性的方法，其特征在于步驟2通過實驗確定其它掃描條件對噪聲的影響，是指對于不同切片厚度、電壓和旋轉(zhuǎn)速度下進行的掃描，可采用噪聲轉(zhuǎn)換的辦法，即通過掃描測試確定不同掃描條件下的噪聲比例，然后將用戶在不同掃描條件下設(shè)定的噪聲水平換算為標準掃描條件下的噪聲水平。
5.如權(quán)利要求1所述的在CT系統(tǒng)中保證Z軸方向圖像噪聲一致性的方法，其特征在于步驟5計算電流是對于選定的掃描區(qū)域計算其Z軸各個位置的等效衰減直徑ED，然后根據(jù)其噪聲水平，計算需要的掃描電流，d=c2exp(ED)n2k]]>其中，c取0.31。
6.如權(quán)利要求5所述的在CT系統(tǒng)中保證Z軸方向圖像噪聲一致性的方法，其特征在于所述Z軸各個位置等效衰減直徑的計算是根據(jù)公式ED=2×sqrt(ES×u···/π)]]>其中ED為等效衰減直徑，ES為等效衰減面積， 為平均衰減系數(shù)。
全文摘要
一種在CT系統(tǒng)中保證Z軸方向圖像噪聲一致性的方法，包括以下步驟通過實驗確定CT機的噪聲特性，獲得噪聲表；通過實驗確定其它掃描條件對噪聲的影響；平片掃描并提取生數(shù)據(jù)；根據(jù)用戶的選項進行計算；計算電流；使用計算的電流進行掃描；本發(fā)明采用FROI法有效的評估了CT圖像的噪聲水平，為比較不同CT圖像的噪聲打下了基礎(chǔ)，采用等效衰減直徑法比較精確的描述了電流和圖像噪聲之間的關(guān)系，該方法可以保證CT機在Z軸方向圖像噪聲的一致性，同時能夠有效的減少患者所受X線的劑量。
文檔編號A61B6/02GK1615797SQ200410082890
公開日2005年5月18日 申請日期2004年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月8日
發(fā)明者李峰, 樓珊珊 申請人:東軟飛利浦醫(yī)療設(shè)備系統(tǒng)有限責(zé)任公司