CT系统成像质量仿真技术研究

武建辉

摘 要：CT系统的安装会使得旋转中心发生偏离，从而影响成像质量，因此需要借助于已知结构的样品来标定CT系统的参数，并且利用标定的参数对未知结构的样品进行图像重建。本文首先对收集到的模板接收信息数据进行成像处理；然后搜索该数据库中探测器的水平位置和竖直位置的相关数据，利用其特殊位置的对应数据可得出实际旋转中心和设计旋转中心的偏差，并利用特殊位置的不同投影长度和对应的探测器个数，求出探测器单元之间的距离；最后，根据初始位置到水平位置时的旋转次数，即可确定初始位置的探测器的角度以及均匀变化的各位置方向。通过对标定参数优化，提高了CT系统的成像质量。

关键词：CT成像原理（影像医学与核医学）；探测器；接收信息；中心定位

0 引言

CT技术是集核物理学、核电子学、光学、电子技术、计算机、自动控制、机械学及图像技术于一体的高新技术，是近年来核科学技术应用研究领域中发展非常快的一个领域。构建CT系统，首先要重建成像几何坐标系，而在建立重建几何坐标系的过程当中，必须高精度测量投影旋转中心的位置坐标，即转台旋转中心经射线源投影在探测器上的位置坐标，它是重建几何坐标系的坐标原点位置。CT的安装误差会引起CT图像中的伪影，导致CT图像[1]质量降低，因此COR的准确定位对构建CT系统至关重要。

1 模型的准备与建立

1.1 CT成像原理

其中，I0为初始射线强度，I为衰减后的射线强度，l为射线穿越物体的厚度，μ（x，y）为物体断层面的衰减系数。在投影重建图像过程中，通常由一组p（t，θ）的采样值，来求解μ（x，y）的近似值。

1.2投影获取方式的选取

获取物体的投影是CT图像重建的重要条件。投影获取的方式按物体是否旋转分为两类，旋转中心的偏移也分为两种情况。X射线源与探测器一起组成了探测系统，当探测系统不动，物体的旋转的投影获取方式称为模式一；物体不动，探测系统旋转的获取方式称为模式二。

模式一，如图2（a）所示，AB对应着线性探测器，CD为虚拟的平行束的X射线光源，则ABCD构成探测系统。设矩形ABCD的中心为O，以x轴平行于AB，y轴垂直于AB，建立重建坐标系xOy。物体围绕O点逆时针旋转，O点即为设计的旋转中心，但是实际安装过程中，旋转中心会存在偏移，假设实际的旋转中心偏移到O′点，探测器方向偏移了a，垂直于探测器方向上偏移了b。实际上物体围绕O′旋转，旋转45°的情况如图2（b）所示。实线表示实际情形，虚线表示设计情形。比较图2的两个图，并结合投影的定义，可以得出，在模式一的情形下，偏移量b对投影无影响，只有偏移量a才会导致投影的偏移。

模式二，探测系统旋转相对情况比较复杂。以物体上的某定点O建立重建坐标系xOy，如图3（a）所示，设探测系统ABCD的设计旋转中心为O，建立探测坐标系sOt，其中s轴沿着探测器方向，t轴为与探测器垂直的方向。图3（a）表示重建坐标系不动，探测坐标系围绕O点逆时针旋转θ后的情况，此时重建中心与设计的旋转中心重合，可以进行精确重建。探测系统ArBrCrDr表示ABCD逆时针旋转θ后的情况。

在实际情况中，探测器系统的旋转中心发生偏移，假设由O移到O′，在x轴方向平移距离为a，在y轴方向平移距离为b，此时的探测坐标系为sO′t，如图3（b）所示。需要注意的是，探测坐标围绕中心也在不断变化，但是O′在坐标系xOy中的坐标始终为（a，b），也很容易看出，对投影造成影响的偏移量同样也只有a。

1.3 CT系统参数的求解

根据所给信息和数据，本文选用模式二来进行旋转中心的定位，首先选定两个特殊位置，分别为探测器水平位置处，如图4（a）所示；探测器竖直位置处，如图4（b）所示。

经MATLAB分析得出探测器在水平位置处（图4（a））和竖直位置处（图4（b））的信息接收量，这两点的信息接收量在其相对应阶段中信息接收量最大，即射线所穿过的物体厚度最大。

2 结束语

本文给出两种投影獲取的方式模式，并选取第二种模式对CT系统的旋转中心进行了确定，然后根据特殊位置求解出了各探测器单元之间的距离及X射线的方向，从而对CT系统的参数进行了优化，提高了CT系统的成像质量。

参考文献：

[1] 李亮，陈志强，康克军等感兴趣区域CT图像重建方法及模拟实验[J].CT理论与应用研究，2009.18

[2] 曾更生.医学图像重建[M].高等教育出版社， 2010