锥束计算机断层成像图像校正方法和系统与流程

本申请涉及计算机断层成像技术领域，特别是涉及一种锥束计算机断层成像图像校正方法、锥束计算机断层成像图像校正系统、计算机设备和存储介质。

背景技术

锥束计算机断层成像(conebeamcomputedtomography，ct)由于具有扫描速度快、辐射利用率高和成本低等优点，被广泛应用于医学诊断及治疗领域。由于射线的多能会导致锥束计算机断层成像图像中含有伪影现象，这种伪影现象称为射束硬化效应，影响锥束计算机断层成像图像的质量。

为了校正伪影现象，现有技术中可以采用圆柱均匀模体作为校正模体，将其放入成像区域范围内，使得重建出的锥束计算机断层成像图像中，包含整个圆柱的外轮廓，利用锥束计算机断层成像系统的扫描几何参数和前向投影算法便可以仿真计算出不同射线穿过圆柱模体的长度值和找到锥束计算机断层成像系统中扫描得到的圆柱线积分数据中对应的线积分值，通过长度值和对应的线积分值拟合出多能曲线和单能曲线；对其它物体进行扫描时候，就可以利用多能曲线和单能曲线的对应关系将多能线积分值变换到单能线积分值，完成硬化校正，再利用校正后的数据进行锥束计算机断层成像图像重建，得到无硬化伪影的ct图像。

但是现有方法所拟合的多能曲线前端部分数据过少，多能曲线前端部分数据易受噪声影响，从而会导致多能曲线的前端部分的精确性低。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述多能曲线的前端部分的精确性低技术问题，提供一种锥束计算机断层成像图像校正方法和系统。

一种锥束计算机断层成像图像校正方法，包括以下步骤：

分别对嵌套模体、内层模体和气体介质进行圆周扫描，并获取嵌套模体投影图像、内层模体投影图像和背景投影图像，其中，嵌套模体为外层模体和内层模体嵌套的模体套件，嵌套模体放置在圆周扫描的旋转中心轴上的成像可视区域中，内层模体放置在成像可视区域中；

根据嵌套模体投影图像、内层模体投影图像和背景投影图像投影数据获取多能曲线，根据多能曲线获取单能曲线，其中，多能曲线用于表示多能线积分值与长度值的关系，单能曲线用于表示单能线积分值与长度值的关系；

根据多能曲线和单能曲线，校正待校正投影图像并生成目标锥束计算机断层成像图像。

在一个实施例中，分别对嵌套模体、内层模体和气体介质进行圆周扫描，并获取嵌套模体投影图像、内层模体投影图像和背景投影图像的步骤，包括以下步骤：

控制探测器在各个预设位置分别对嵌套模体进行圆周扫描，并得到嵌套模体在各预设位置的投影图像，对嵌套模体在各预设位置的投影图像进行拼接并得到嵌套模体投影图像，其中，预设位置用于使得探测器在各预设位置的探测区域保持连续；

控制探测器在各预设位置分别对内层模体进行圆周扫描，并得到内层模体在各预设位置的投影图像，对内层模体在各预设位置的投影图像进行拼接并得到内层模体投影图像；

控制探测器在各预设位置分别对气体介质进行圆周扫描，并得到气体介质在各预设位置的投影图像，对气体介质在各预设位置的投影图像进行拼接并得到背景投影图像。

在一个实施例中，锥束计算机断层成像图像校正方法，还包括以下步骤：

根据获取成像可视区域的直径，其中，l＝lsensor+ladd，d为成像可视区域的直径，sad为射线源与旋转中心轴的距离，sdd为射线源与探测器的垂直距离，l为嵌套模体投影图像所探测区域的总长度，lsensor为探测器的可探测区域的长度，ladd为探测器的延伸探测区域的长度。

在一个实施例中，预设位置的个数至少为[ladd/lsensor]+1，其中，[]为向上取整符号。

在一个实施例中，预设位置的个数为n个，相邻的预设位置之间间隔的距离为lstep＝ladd/(n-1)，其中，n≥[ladd/lsensor]+1，[]为向上取整符号，lstep为相邻的预设位置之间间隔的距离，n为正整数。

在一个实施例中，根据嵌套模体投影图像、内层模体投影图像和背景投影图像投影数据获取多能曲线的步骤，包括以下步骤：

根据嵌套模体投影图像和背景投影图像获取嵌套模体的线积分投影数据，根据嵌套模体的线积分投影数据建立嵌套模体的中间层计算机断层成像图像，在嵌套模体的中间层计算机断层成像图像分割出嵌套模体的区域并生成嵌套模体的分域计算机断层成像图像，根据嵌套模体的分域计算机断层成像图像获取探测器中各个探测元对应的第一长度值和第一长度值对应的第一线积分值；

根据内层模体投影图像和背景投影图像获取内层模体的线积分投影数据，根据内层模体的线积分投影数据建立内层模体的中间层计算机断层成像图像，在内层模体的中间层计算机断层成像图像分割出内层模体的区域并生成内层模体的分域计算机断层成像图像，根据内层模体的分域计算机断层成像图像获取探测器中各个探测元对应的第二长度值和第二长度值对应的第二线积分值；

根据第一长度值、第一线积分值、第二长度值和第二线积分值拟合并得到多能曲线。

在一个实施例中，嵌套模体形状为圆柱，内层模体形状为三棱柱。

一种锥束计算机断层成像图像校正系统，包括：

投影图像获取模块，用于分别对嵌套模体、内层模体和气体介质进行圆周扫描，并获取嵌套模体投影图像、内层模体投影图像和背景投影图像，其中，嵌套模体为外层模体和内层模体嵌套的模体套件，嵌套模体放置在圆周扫描的旋转中心轴上的成像可视区域中，内层模体放置在成像可视区域中；

多能曲线获取模块，用于根据嵌套模体投影图像、内层模体投影图像和背景投影图像投影数据获取多能曲线，根据多能曲线获取单能曲线，其中，多能曲线用于表示多能线积分值与长度值的关系，单能曲线用于表示单能线积分值与长度值的关系；

待校正投影图像校正模块，用于根据多能曲线和单能曲线，校正待校正投影图像并生成目标锥束计算机断层成像图像。

一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现以下步骤：

分别对嵌套模体、内层模体和气体介质进行圆周扫描，并获取嵌套模体投影图像、内层模体投影图像和背景投影图像，其中，嵌套模体为外层模体和内层模体嵌套的模体套件，嵌套模体放置在圆周扫描的旋转中心轴上的成像可视区域中，内层模体放置在成像可视区域中；

根据嵌套模体投影图像、内层模体投影图像和背景投影图像投影数据获取多能曲线，根据多能曲线获取单能曲线，其中，多能曲线用于表示多能线积分值与长度值的关系，单能曲线用于表示单能线积分值与长度值的关系；

根据多能曲线和单能曲线，校正待校正投影图像并生成目标锥束计算机断层成像图像。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

分别对嵌套模体、内层模体和气体介质进行圆周扫描，并获取嵌套模体投影图像、内层模体投影图像和背景投影图像，其中，嵌套模体为外层模体和内层模体嵌套的模体套件，嵌套模体放置在圆周扫描的旋转中心轴上的成像可视区域中，内层模体放置在成像可视区域中；

根据嵌套模体投影图像、内层模体投影图像和背景投影图像投影数据获取多能曲线，根据多能曲线获取单能曲线，其中，多能曲线用于表示多能线积分值与长度值的关系，单能曲线用于表示单能线积分值与长度值的关系；

根据多能曲线和单能曲线，校正待校正投影图像并生成目标锥束计算机断层成像图像。

上述锥束计算机断层成像图像校正方法和系统，内层模型的体积和尺寸小于嵌套模体，根据内层模体投影图像可以获得长度值较小的数据值，便于更加密集地获取多能曲线前端部分的数据值，以便于提高多能曲线前端部分的准确性，通过前端部分准确性高的多能曲线对待校正投影图像进行校正，所生成的目标锥束计算机断层成像图像的准确性高。

附图说明

图1为一个实施例中锥束计算机断层成像图像校正方法的应用环境图；

图2为一个实施例中锥束计算机断层成像图像校正方法的流程图；

图3为另一个实施例中锥束计算机断层成像图像校正方法的流程图；

图4为另一个实施例中cbct系统扫描俯视图；

图5为另一个实施例中嵌套模体结构示意图；

图6为另一个实施例中投影拼接原理示意图；

图7为另一个实施例中拟合曲线示意图；

图8为一个实施例中锥束计算机断层成像图像校正系统的结构示意图；

图9为一个实施例中计算机设备的内部结构图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请提供的锥束计算机断层成像图像校正方法，可以应用于如图1所示的锥束计算机断层成像系统中，图1为一个实施例中锥束计算机断层成像图像校正方法的应用环境图。图1所示的锥束计算机断层成像系统中，探测器10位于射线源21的中心射线22的照射方向上，探测器10可以用于探测并生成图像，lsensor为探测器的可探测区域的长度，ladd为探测器的延伸探测区域的长度，l为锥束计算机断层成像系统可探测区域的总长度，探测器10与射线源21的垂直距离为sdd，旋转中心轴o位于sdd上，旋转中心轴o与射线源21的距离为sad，锥束计算机断层成像系统在旋转中心轴o处形成成像可视区域30，成像可视区域30可以用于放置嵌套模体、内层模体或待测物体，成像可视区域30的直径为d。图1所示的探测器的具体位置、探测器的可探测区域的长度与锥束计算机断层成像系统可探测区域的长度只是用于举例说明，不作具体限定。

在一个实施例中，如图2所示，图2为一个实施例中锥束计算机断层成像图像校正方法的流程图，提供了一种锥束计算机断层成像图像校正方法，以该方法应用于图1中的锥束计算机断层成像系统为例进行说明，包括以下步骤：

步骤s210：分别对嵌套模体、内层模体和气体介质进行圆周扫描，并获取嵌套模体投影图像、内层模体投影图像和背景投影图像，其中，嵌套模体为外层模体和内层模体嵌套的模体套件，嵌套模体放置在圆周扫描的旋转中心轴上的成像可视区域中，内层模体放置在成像可视区域中。

对嵌套模体进行圆周扫描，获取嵌套模体投影图像；对内层模体进行圆周扫描，获取内层模体投影图像；对气体介质进行圆周扫描，获取背景投影图像。

嵌套模体和内层模体是具有匹配关系的模体，嵌套模体中包含有内层模体，嵌套模体通过去除外层模体可以得到内层模体，内层模型的体积和尺寸小于嵌套模体。嵌套模体可以是圆柱的外形而内层模体为三棱柱的形状。嵌套模体和内层模体也可以是其他柱体和棱体的组合。嵌套模体和内层模体的材料可以是均匀物质，均匀物质可以选为等效水的物质或者有机玻璃材料等。而且嵌套模体可以由外层模体和内层模体进行组合，可以将体积较大的嵌套模体有多个较小的模体进行组合得到，可以方便嵌套模体的携带和存储。

例如，将嵌套模体放置在成像可视区域中进行圆周扫描并获取嵌套模体投影图像后，可以将嵌套模体的外层模体取走，留下内层模体于成像可视区域中继续进行圆周扫描并获取内层模体投影图像。

以嵌套模体的圆周扫描为例进行说明，探测器位于锥束计算机断层成像系统的一侧，x射线球管和探测器围绕旋转中心轴上的嵌套模体进行圆周扫描，线源焦点位于x射线球管，探测器可以用于探测x射线球管发出x射线，每旋转1°后x射线球管发出x射线穿过嵌套模体被衰减一部分，剩余x射线被探测器探测到，形成该角度下的嵌套模体投影图像。若探测器对应用于探测其他射线或光线，也可以使用其他射线或光线的发射源。

气体介质为进行上述圆周扫描时嵌套模体和内层模体所处于气体氛围。气体介质可以是成像环境下的所需要的气体氛围，例如，可以是空气、稀有气体、氮气、一定比例的混合气体、离子蒸汽、一定压强或温度的气体。如成像需要在真空环境，气体介质的状态也可以替换为无气体介质的状态，以形成真空环境。

步骤s220：根据嵌套模体投影图像、内层模体投影图像和背景投影图像投影数据获取多能曲线，根据多能曲线获取单能曲线，其中，多能曲线用于表示多能线积分值与长度值的关系，单能曲线用于表示单能线积分值与长度值的关系。

内层模型的体积和尺寸小于嵌套模体，根据内层模体投影图像可以获得长度值较小的数据值，便于更加密集地获取多能曲线前端部分的数据值，以便于提高多能曲线前端部分的准确性。

步骤s230：根据多能曲线和单能曲线，校正待校正投影图像并生成目标锥束计算机断层成像图像。

上述锥束计算机断层成像图像校正方法，内层模型的体积和尺寸小于嵌套模体，根据内层模体投影图像可以获得长度值较小的数据值，便于更加密集地获取多能曲线前端部分的数据值，以便于提高多能曲线前端部分的准确性，通过前端部分准确性高的多能曲线对待校正投影图像进行校正，所生成的目标锥束计算机断层成像图像的准确性高。

在一个实施例中，分别对嵌套模体、内层模体和气体介质进行圆周扫描，并获取嵌套模体投影图像、内层模体投影图像和背景投影图像的步骤，包括以下步骤：

控制探测器在各个预设位置分别对嵌套模体进行圆周扫描，并得到嵌套模体在各预设位置的投影图像，对嵌套模体在各预设位置的投影图像进行拼接并得到嵌套模体投影图像，其中，预设位置用于使得探测器在各预设位置的探测区域保持连续。

本步骤中，探测器的可探测区域的长度小于锥束计算机断层成像系统可探测区域的长度，通过控制探测器在各个预设位置上进行探测，探测器在各个预设位置上的探测区域拼接起来所达到的探测区域长度，可以与锥束计算机断层成像系统可探测区域的长度相同，甚至更长，可以满足单个或者少量探测器完成较长探测区域的探测，可以有效地降低成本，同时增加探测范围和质量。而且，控制探测器在各个预设位置分别对嵌套模体进行圆周扫描，拼接后得到的嵌套模体投影图像的成像范围较大，可以有利于后续的多能曲线中长度值较长的数据值，即获取多能曲线后端部分的更多的数据值，用于拟合多能曲线的数据值范围更大，以便于拟合后获得准确性更高的多能曲线。另外，通过各个预设位置分别对嵌套模体进行圆周扫描，增大了成像范围，相应地，成像可视区域的半径也能够相应地增大，使得锥束计算机断层成像图像校正方法和锥束计算机断层成像系统可以适用于体积和尺寸更大的嵌套模体、内层模体和待测物体。

控制探测器在各预设位置分别对内层模体进行圆周扫描，并得到内层模体在各预设位置的投影图像，对内层模体在各预设位置的投影图像进行拼接并得到内层模体投影图像。

本步骤中，内层模型的体积和尺寸小于嵌套模体，可以易于获取长度值较小的数据值，提高多能曲线前端部分的准确性。

控制探测器在各预设位置分别对气体介质进行圆周扫描，并得到气体介质在各预设位置的投影图像，对气体介质在各预设位置的投影图像进行拼接并得到背景投影图像。

上述锥束计算机断层成像图像校正方法，通过控制探测器在各预设位置分别进行圆周扫描，可以明显扩大锥束计算机断层成像图像校正方法和锥束计算机断层成像系统的探测范围，同时能够获得较大长度范围的数据值，获得拟合范围更加长的多能曲线，可以增加多能曲线的准确性。

在一个实施例中，锥束计算机断层成像图像校正方法，还包括以下步骤：

根据获取成像可视区域的直径，其中，l＝lsensor+ladd，d为成像可视区域的直径，sad为射线源与旋转中心轴的距离，sdd为射线源与探测器的垂直距离，l为嵌套模体投影图像所探测区域的总长度，lsensor为探测器的可探测区域的长度，ladd为探测器的延伸探测区域的长度。

上述锥束计算机断层成像图像校正方法，可以快速地获取成像可视区域的直径，也可以明显地获知通过控制探测器在各预设位置分别进行圆周扫描，可以扩大成像可视区域的直径和范围，以便于满足体积和尺寸更大的嵌套模体、内层模体和待测物体进行圆周扫描，提高锥束计算机断层成像图像校正方法的效率和准确性，而且不需要增加所使用的探测器数量或者使用探测器的数量较少，可以降低成本。

另外，如果l大于两倍的lsensor，也可以使用两个探测器在多个预设位置上进行探测，以便于完成对总长度的探测区域的进行探测。

在一个实施例中，预设位置的个数至少为[ladd/lsensor]+1，其中，[]为向上取整符号。

上述锥束计算机断层成像图像校正方法，预设位置的个数至少为[ladd/lsensor]+1，确保可以探测器完成较大探测区域的探测，保证探测后的各预设位置的投影图像可以对应于所探测位置进行拼接，避免出现缝隙的缺失，以便于提高嵌套模体投影图像、内层模体投影图像和背景投影图像的准确性，从而提高多能曲线的准确性。

在一个实施例中，预设位置的个数为n个，相邻的预设位置之间间隔的距离为lstep＝ladd/(n-1)，其中，n≥[ladd/lsensor]+1，[]为向上取整符号，lstep为相邻的预设位置之间间隔的距离，n为正整数。

上述锥束计算机断层成像图像校正方法，预设位置可以均匀地间隔分布，便于探测后的各预设位置的投影图像进行简单的拼接，提高拼接的效率，且减少出错率。

在一个实施例中，根据嵌套模体投影图像、内层模体投影图像和背景投影图像投影数据获取多能曲线的步骤，包括以下步骤：

根据嵌套模体投影图像和背景投影图像获取嵌套模体的线积分投影数据，根据嵌套模体的线积分投影数据建立嵌套模体的中间层计算机断层成像图像，在嵌套模体的中间层计算机断层成像图像分割出嵌套模体的区域并生成嵌套模体的分域计算机断层成像图像，根据嵌套模体的分域计算机断层成像图像获取探测器中各个探测元对应的第一长度值和第一长度值对应的第一线积分值。

本步骤中，在嵌套模体的分域计算机断层成像图像中，嵌套模体的区域的数值设置为1，嵌套模体的区域以外的设置为0。根据锥束计算机断层成像系统的几何参数，在某一扫描角度下利用前向投影算法模拟产生一系列扇束x射线路径。对嵌套模体的分域计算机断层成像图像，分别计算每条射线穿过嵌套模体的长度，而每条射线实际穿过嵌套模体后的线积分投影数据可以分别在嵌套模体的线积分投影数据中寻找到。

根据内层模体投影图像和背景投影图像获取内层模体的线积分投影数据，根据内层模体的线积分投影数据建立内层模体的中间层计算机断层成像图像，在内层模体的中间层计算机断层成像图像分割出内层模体的区域并生成内层模体的分域计算机断层成像图像，根据内层模体的分域计算机断层成像图像获取探测器中各个探测元对应的第二长度值和第二长度值对应的第二线积分值。

本步骤中，在内层模体的分域计算机断层成像图像中，内层模体的区域的数值设置为1，内层模体的区域以外的设置为0。根据锥束计算机断层成像系统的几何参数，在某一扫描角度下利用前向投影算法模拟产生一系列扇束x射线路径。对内层模体的分域计算机断层成像图像，分别计算每条射线穿过内层模体的长度，而每条射线实际穿过内层模体后的线积分投影数据可以分别在内层模体的线积分投影数据中寻找到。

根据第一长度值、第一线积分值、第二长度值和第二线积分值拟合并得到多能曲线。

本步骤中，将第一长度值和对应的第一线积分值，以及第二长度值和对应第二线积分值，进行曲线拟合，得到多能曲线。再对通过坐标原点的该多能曲线求原点切线，该切线即为单能曲线。

上述锥束计算机断层成像图像校正方法，可以简单快速地拟合得到多能曲线。

在一个实施例中，嵌套模体为形状为圆柱，内层模体形状为三棱柱。

上述锥束计算机断层成像图像校正方法，圆柱和三棱柱的组合容易拆卸和组装，方便嵌套模体和内层模体的携带和存储。

在另一个实施例中，如图3所示，图3为另一个实施例中锥束计算机断层成像图像校正方法的流程图，本实施例中提供的锥束计算机断层成像图像校正方法，包括如下步骤：

1)获取cbct(conebeamcomputedtomography，锥束计算机断层成像)系统中的系统几何参数，cbct系统如图1所示，包括：旋转中心轴o与射线源21的距离为sad，sad＝23cm，探测器10与射线源21的垂直距离为sdd，sdd＝63cm，探测器的可探测区域的长度lsensor＝13cm，宽w＝13cm，探测器上的探测元阵列为1024×1024的矩阵，探测器探测元大小为0.127mm×0.127mm，重建ct图像张数为401张，体素大小为0.2mm×0.2mm×0.2mm，cbct系统俯视图如图1所示。

2)根据系统几何参数计算成像可视区域(fov)的直径，d为成像可视区域的直径，制作一个直径小于d的嵌套模体作为校正模体，嵌套模体材料为均匀物质。应当理解，成像可视区域为理论上可扩展的最大成像区域，计算公式为：

其中，l＝lsensor+ladd，d为成像可视区域的直径，sad为射线源与旋转中心轴的距离，sdd为射线源与探测器的垂直距离，l为嵌套模体投影图像所探测区域的总长度，lsensor为探测器的可探测区域的长度，ladd＝43cm为探测器的延伸探测区域的长度。计算的fov直径d＝18.7cm，如图4所示，图4为另一个实施例中cbct系统扫描俯视图。制作的嵌套模体选取为外层是圆柱体、内层是三棱柱的嵌套组合。圆柱体高为10cm，直径为15cm。三棱柱的横截面为等边三角形，边长为13cm，其中心与圆柱体轴心重合。此组合易拆卸和组装，模体材料选择为与水密度相近的有机玻璃材料，如图5所示，图5为另一个实施例中嵌套模体结构示意图。嵌套模体为外层为圆柱和内层为三棱柱嵌套组合，也可以是其他柱体与棱体的组合；均匀物质可以选为等效水的物质或者有机玻璃材料等。

3)将嵌套模体放入cbct系统中的fov范围内，并将cbct系统中的探测器置于一端，使得在探测器上的成像可以看到嵌套模体的边缘。x射线球管和探测器围绕模体圆周扫描，每旋转1°后x射线球管发出x射线穿过嵌套模体被衰减一部分，剩余x射线被探测器探测到，形成该角度下的嵌套模体投影图像。每经过一次圆周扫描后，将探测器向另一端方向平移一段距离lstep＝10.75cm，一共平移n＝4次。lstep小于等于探测器的长度lsensor，且满足lsensor+ladd＝n×lstep。直到探测器移动到另一端，在探测器上的成像又可以看到嵌套模体的边缘时完成圆周扫描后停止继续扫描。这样就得到了5×360个投影图像n＝0，1，2，…，359，i＝0，1，2，…，4。n表示第几个投影角度，i表示探测器第几次平移。另外，扫描方式也可以为每个角度下探测器平移完后再到下一个角度扫描。

4)将嵌套模体的外层圆柱模体移出cbct系统，只扫描剩下的三棱柱模体，得到5×360个投影图像n、i的定义与3)一致，扫描方式重复步骤3)。

5)将4)中内层三棱柱模体也移出cbct系统，只对空气进行空扫描，得到5×360个投影图像n、i的定义与3)一致，扫描方式重复步骤3)。此时，空气是成像环境下的气体氛围。

6)对步骤3)中相同扫描角度下的投影图像利用图像拼接技术对5×360个投影图像进行拼接，即对相同n不同i下的投影图像依次拼接，得到每个角度下完整的嵌套模体投影图像pnest(n)，如图6所示，图6为另一个实施例中投影拼接原理示意图。

7)对步骤4)中相同扫描角度下的投影图像利用图像拼接技术对5×360个投影图像进行拼接，拼接方式同6)，得到每个角度下完整的内层模体投影图像pprism(n)。

8)对步骤5)中相同扫描角度下的投影图像利用图像拼接技术对5×360个投影图像进行拼接，拼接方式同6)，得到每个角度下完整的背景投影图像pair(n)。

9)将每个角度下完整的背景投影图像pair(n)分别与对应角度下的完整的嵌套模体投影图像pnest(n)和完整的内层模体投影图像pprism(n)作对应像素值的对数变换，分别得到嵌套模体的线积分投影数据i_nest(n)和和内层模体的线积分投影数据i_prism(n)变换公式为：

i_nest(n)＝ln(pair(n)./pnest(n))

i_prism(n)＝ln(pair(n)./pprism(n))

其中，ln(·)表示底数为e的对数运算，./表示两个矩阵对应位置元素的相除运算。

10)利用嵌套模体和内层模体的线积分投影数据i_nest(n)和i_prism(n)分别进行ct图像重建，重建方法为滤波反投影算法，分别得到401张512×512大小的嵌套模体和内层模体ct图像，分别选取第201张中间层图像；ct重建方法可以选择滤波反投影重建算法。

11)利用图像分割技术中的otsu最大类间方差阈值分割技术分别分割出两幅中间层ct图像中各自的嵌套模体和内层三棱柱模体。模体区域数值设置为1，模体以外的图像数值设置为0；分割技术为阈值分割。

12)根据1)、2)和3)所设置的cbct系统几何参数，对11)中分割后的图像分别仿真实际锥束ct中射线源和探测器的扫描过程，利用前向投影算法模拟产生一系列扇束x射线路径。对于上述两幅分割后的ct图像，分别计算0°下每条射线从射线源到不同探测元连线上穿过ct图像中分割出的模体的长度。而每条射线实际穿过模体后的线积分投影数据可以分别在步骤9)中嵌套模体和内层模体的线积分投影数据i_nest(n)和i_prism(n)的中间行数据中寻找到。每个分割后的ct图像分别计算得到1024个长度值，以及寻找到1024个投影值。将所有长度值构成集合d，将所有投影值构成集合i。

13)对步骤12)集合i中所有投影值小于等于t数据和对应的长度值数据进行指数拟合，对步骤12)集合i中所有投影值大于t数据和对应的长度值数据进行4次多项式拟合。拟合公式为：

其中a、b、c以及k0～k4为拟合得到的系数，t值选取为下面公式的解：

得到多能拟合曲线poly_curve，再对通过坐标原点的该多能曲线求原点切线，该切线即为单能曲线mono_line，如图7所示，图7为另一个实施例中拟合曲线示意图；曲线拟合方法可以选择为指数拟合，多项式拟合以及它们的组合拟合。

14)将探测器平移回cbct系统中心位置，再利用同样的扫描条件，扫描仿真人体头模，得到仿真头模的多能线积分值。根据多能曲线poly_curve和多能线积分值，可计算对应的长度数据。根据单能曲线mono_line和计算出的长度数据，可得到单能的线积分投影值，从而完成多能线积分值的校正。最后进行ct图像重建，得到校正后的无硬化伪影的目标锥束计算机断层成像图像。

上述锥束计算机断层成像图像校正方法，能有效解决多能曲线前端拟合不精确问题；拟合的曲线区间更大，拟合的曲线更精确；模体设计嵌套样式，方便携带和存储。

应该理解的是，虽然图2至3的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图2至3中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

在一个实施例中，如图8所示，图8为一个实施例中锥束计算机断层成像图像校正系统的结构示意图，本实施例中提供了一种锥束计算机断层成像图像校正系统，包括：投影图像获取模块310、多能曲线获取模块320和待校正投影图像校正模块330，其中：

投影图像获取模块310，用于分别对嵌套模体、内层模体和气体介质进行圆周扫描，并获取嵌套模体投影图像、内层模体投影图像和背景投影图像，其中，嵌套模体为外层模体和内层模体嵌套的模体套件，嵌套模体放置在圆周扫描的旋转中心轴上的成像可视区域中，内层模体放置在成像可视区域中。

对嵌套模体进行圆周扫描，获取嵌套模体投影图像；对内层模体进行圆周扫描，获取内层模体投影图像；对气体介质进行圆周扫描，获取背景投影图像。

嵌套模体和内层模体是具有匹配关系的模体，嵌套模体中包含有内层模体，嵌套模体通过去除外层模体可以得到内层模体，内层模型的体积和尺寸小于嵌套模体。嵌套模体可以是圆柱的外形而内层模体为三棱柱的形状。嵌套模体和内层模体也可以是其他柱体和棱体的组合。嵌套模体和内层模体的材料可以是均匀物质，均匀物质可以选为等效水的物质或者有机玻璃材料等。而且嵌套模体可以由外层模体和内层模体进行组合，可以将体积较大的嵌套模体有多个较小的模体进行组合得到，可以方便嵌套模体的携带和存储。

例如，将嵌套模体放置在成像可视区域中进行圆周扫描并获取嵌套模体投影图像后，可以将嵌套模体的外层模体取走，留下内层模体于成像可视区域中继续进行圆周扫描并获取内层模体投影图像。

以嵌套模体的圆周扫描为例进行说明，探测器位于锥束计算机断层成像系统的一侧，x射线球管和探测器围绕旋转中心轴上的嵌套模体进行圆周扫描，线源焦点位于x射线球管，探测器可以用于探测x射线球管发出x射线，每旋转1°后x射线球管发出x射线穿过嵌套模体被衰减一部分，剩余x射线被探测器探测到，形成该角度下的嵌套模体投影图像。若探测器对应用于探测其他射线或光线，也可以使用其他射线或光线的发射源。

气体介质为进行上述圆周扫描时嵌套模体和内层模体所处于气体氛围。气体介质可以是成像环境下的所需要的气体氛围，例如，可以是空气、稀有气体、氮气、一定比例的混合气体、离子蒸汽、一定压强或温度的气体。如成像需要在真空环境，气体介质的状态也可以替换为无气体介质的状态，以形成真空环境。

多能曲线获取模块320，用于根据嵌套模体投影图像、内层模体投影图像和背景投影图像投影数据获取多能曲线，根据多能曲线获取单能曲线，其中，多能曲线用于表示多能线积分值与长度值的关系，单能曲线用于表示单能线积分值与长度值的关系。

内层模型的体积和尺寸小于嵌套模体，根据内层模体投影图像可以获得长度值较小的数据值，便于更加密集地获取多能曲线前端部分的数据值，以便于提高多能曲线前端部分的准确性。

待校正投影图像校正模块330，用于根据多能曲线和单能曲线，校正待校正投影图像并生成目标锥束计算机断层成像图像。

上述锥束计算机断层成像图像校正系统，前端部分准确性高的多能曲线对待校正投影图像进行校正，所生成的目标锥束计算机断层成像图像的准确性高。

关于锥束计算机断层成像图像校正系统的具体限定可以参见上文中对于锥束计算机断层成像图像校正方法的限定，在此不再赘述。上述锥束计算机断层成像图像校正系统中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图9所示，图9为一个实施例中计算机设备的内部结构图。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器和网络接口。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种锥束计算机断层成像图像校正方法。

本领域技术人员可以理解，图9中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现以下步骤：

分别对嵌套模体、内层模体和气体介质进行圆周扫描，并获取嵌套模体投影图像、内层模体投影图像和背景投影图像，其中，嵌套模体为外层模体和内层模体嵌套的模体套件，嵌套模体放置在圆周扫描的旋转中心轴上的成像可视区域中，内层模体放置在成像可视区域中；

根据嵌套模体投影图像、内层模体投影图像和背景投影图像投影数据获取多能曲线，根据多能曲线获取单能曲线，其中，多能曲线用于表示多能线积分值与长度值的关系，单能曲线用于表示单能线积分值与长度值的关系；

根据多能曲线和单能曲线，校正待校正投影图像并生成目标锥束计算机断层成像图像。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：

控制探测器在各个预设位置分别对嵌套模体进行圆周扫描，并得到嵌套模体在各预设位置的投影图像，对嵌套模体在各预设位置的投影图像进行拼接并得到嵌套模体投影图像，其中，预设位置用于使得探测器在各预设位置的探测区域保持连续；控制探测器在各预设位置分别对内层模体进行圆周扫描，并得到内层模体在各预设位置的投影图像，对内层模体在各预设位置的投影图像进行拼接并得到内层模体投影图像；控制探测器在各预设位置分别对气体介质进行圆周扫描，并得到气体介质在各预设位置的投影图像，对气体介质在各预设位置的投影图像进行拼接并得到背景投影图像。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：

根据获取成像可视区域的直径，其中，l＝lsensor+ladd，d为成像可视区域的直径，sad为射线源与旋转中心轴的距离，sdd为射线源与探测器的垂直距离，l为嵌套模体投影图像所探测区域的总长度，lsensor为探测器的可探测区域的长度，ladd为探测器的延伸探测区域的长度。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：

根据嵌套模体投影图像和背景投影图像获取嵌套模体的线积分投影数据，根据嵌套模体的线积分投影数据建立嵌套模体的中间层计算机断层成像图像，在嵌套模体的中间层计算机断层成像图像分割出嵌套模体的区域并生成嵌套模体的分域计算机断层成像图像，根据嵌套模体的分域计算机断层成像图像获取探测器中各个探测元对应的第一长度值和第一长度值对应的第一线积分值；根据内层模体投影图像和背景投影图像获取内层模体的线积分投影数据，根据内层模体的线积分投影数据建立内层模体的中间层计算机断层成像图像，在内层模体的中间层计算机断层成像图像分割出内层模体的区域并生成内层模体的分域计算机断层成像图像，根据内层模体的分域计算机断层成像图像获取探测器中各个探测元对应的第二长度值和第二长度值对应的第二线积分值；根据第一长度值、第一线积分值、第二长度值和第二线积分值拟合并得到多能曲线。

在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

分别对嵌套模体、内层模体和气体介质进行圆周扫描，并获取嵌套模体投影图像、内层模体投影图像和背景投影图像，其中，嵌套模体为外层模体和内层模体嵌套的模体套件，嵌套模体放置在圆周扫描的旋转中心轴上的成像可视区域中，内层模体放置在成像可视区域中；

根据嵌套模体投影图像、内层模体投影图像和背景投影图像投影数据获取多能曲线，根据多能曲线获取单能曲线，其中，多能曲线用于表示多能线积分值与长度值的关系，单能曲线用于表示单能线积分值与长度值的关系；

根据多能曲线和单能曲线，校正待校正投影图像并生成目标锥束计算机断层成像图像。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：

控制探测器在各个预设位置分别对嵌套模体进行圆周扫描，并得到嵌套模体在各预设位置的投影图像，对嵌套模体在各预设位置的投影图像进行拼接并得到嵌套模体投影图像，其中，预设位置用于使得探测器在各预设位置的探测区域保持连续；控制探测器在各预设位置分别对内层模体进行圆周扫描，并得到内层模体在各预设位置的投影图像，对内层模体在各预设位置的投影图像进行拼接并得到内层模体投影图像；控制探测器在各预设位置分别对气体介质进行圆周扫描，并得到气体介质在各预设位置的投影图像，对气体介质在各预设位置的投影图像进行拼接并得到背景投影图像。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：

根据获取成像可视区域的直径，其中，l＝lsensor+ladd，d为成像可视区域的直径，sad为射线源与旋转中心轴的距离，sdd为射线源与探测器的垂直距离，l为嵌套模体投影图像所探测区域的总长度，lsensor为探测器的可探测区域的长度，ladd为探测器的延伸探测区域的长度。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：

根据嵌套模体投影图像和背景投影图像获取嵌套模体的线积分投影数据，根据嵌套模体的线积分投影数据建立嵌套模体的中间层计算机断层成像图像，在嵌套模体的中间层计算机断层成像图像分割出嵌套模体的区域并生成嵌套模体的分域计算机断层成像图像，根据嵌套模体的分域计算机断层成像图像获取探测器中各个探测元对应的第一长度值和第一长度值对应的第一线积分值；根据内层模体投影图像和背景投影图像获取内层模体的线积分投影数据，根据内层模体的线积分投影数据建立内层模体的中间层计算机断层成像图像，在内层模体的中间层计算机断层成像图像分割出内层模体的区域并生成内层模体的分域计算机断层成像图像，根据内层模体的分域计算机断层成像图像获取探测器中各个探测元对应的第二长度值和第二长度值对应的第二线积分值；根据第一长度值、第一线积分值、第二长度值和第二线积分值拟合并得到多能曲线。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据率sdram(ddrsdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路(synchlink)dram(sldram)、存储器总线(rambus)直接ram(rdram)、直接存储器总线动态ram(drdram)、以及存储器总线动态ram(rdram)等。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。