錐束ct成像系統(tǒng)的標(biāo)定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及X光計算機斷層成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種錐束CT成像系統(tǒng)的標(biāo)定 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 錐束CT(ConeBeamComputedTomography，CBCT)技術(shù)是應(yīng)用錐束X光源圍繞三 維物體作各個角度的旋轉(zhuǎn)，獲取物體在多個角度下的投影，然后運用錐束投影圖的重建算 法重建出物體三維圖像的技術(shù)。其原理主要是利用物體不同成分對X光的衰減系數(shù)不同的 特點，在物體后方探測器上得到能反映物體組分特征的投影圖像。
[0003] CBCT系統(tǒng)的幾何參數(shù)是指描述系統(tǒng)的X光源、物體和探測器之間的角度和位置的 幾何參量。這些幾何參量會影響物體的投影圖像，并會作為重要的信息在重建算法中使用。 因此CBCT系統(tǒng)的幾何參數(shù)標(biāo)定具有提高重建圖像質(zhì)量，防止出現(xiàn)圖像偽影的重要意義。
[0004] 在實際應(yīng)用的過程中，CBCT系統(tǒng)中X光源的掃描軌跡不一定是完整的圓周，比如 相關(guān)技術(shù)中C-armCT系統(tǒng)的光源被固定在C型旋轉(zhuǎn)臂上，醫(yī)生可以在為患者手術(shù)的同時， 及時觀察成像情況。這種C-armCT系統(tǒng)的掃描軌跡不是一個完整的圓周，另外由于重力的 作用，軌跡的中心會出現(xiàn)偏離圓心的情況，造成X光源到探測器的距離發(fā)生改變，這種沿不 規(guī)則軌道掃描的CBCT系統(tǒng)同樣需要精確標(biāo)定它的幾何參數(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的 一個目的在于提出一種錐束CT成像系統(tǒng)的標(biāo)定方法，該錐束CT成像系統(tǒng)的標(biāo)定方法可以 對任意復(fù)雜軌道的CBCT系統(tǒng)進行標(biāo)定，具有較強的普適性。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第一方面實施例的錐束CT成像系統(tǒng)的標(biāo)定方法，包括 以下步驟：建造模體，其中，所述模體為標(biāo)定參照物，所述模體大體上是塑料圓柱體，所述模 體的上下底面各鑲嵌了兩組鋼珠，每組包括N(N不小于5)個鋼珠，所述模體底面圓的直徑 記為2r，所述兩組鋼珠中心所決定的兩個平面的間距記為21 ;以所述鋼珠投影在J系的所 有像素的值為權(quán)重對每個鋼珠的投影求加權(quán)平均坐標(biāo)值，以獲取所述2N個鋼珠中心的投 影坐標(biāo)，并分別擬合出每組的N個鋼珠中心投影坐標(biāo)所在橢圓的軌跡T1和軌跡T2;分別將 所述每組的N個鋼珠中心投影坐標(biāo)在相應(yīng)的軌跡上定好順序，并得到i系下的原點0和交 點D以及計算角度n和A1、B1、A2、B2四點坐標(biāo)，其中，所述2N個鋼珠中心投影坐標(biāo)均在所 述J系下表達，所述4、B1分別為Pp(^在OD上的投影，所述A2、B2分別為P2、Q2在所述OD 上的投影，稱矩形P1P2Q1Q2 (長為21，寬為2r)為探測器繞所述J系下的/旋轉(zhuǎn)角度0后， 所述模體被i系下的j/平面所截得的截面，所述角度n為所述探測器在繞所述X1旋轉(zhuǎn) 所述角度9和繞所述J系下的/旋轉(zhuǎn)角度P后，繞所述J系下的？旋轉(zhuǎn)的角度；在所述 /-Zt平面內(nèi)，根據(jù)所述角度n、所述原點〇、所述交點D、Q1坐標(biāo)（sti)、P2坐標(biāo)（S2,t2)、 A1坐標(biāo)Ovz4)、A2坐標(biāo)（J7VzA)、B1坐標(biāo))、B2坐標(biāo)（*?,?)構(gòu)造第一目標(biāo)函數(shù) f( 0 *，Wy*,Wz*)，并以此計算所述角度0、在所述/-Z'平面內(nèi)的所述原點Ow坐標(biāo)（wy,Wz) 和所述光源Ps坐標(biāo)（sy，sz)，其中，所述原點Ow同時也是所述模體的中心；根據(jù)所述模體兩 個底面圓上任意一點的投影應(yīng)分別位于所述軌跡T1和所述軌跡T2上的幾何關(guān)系來構(gòu)造第 二目標(biāo)函數(shù)<#)并計算所述角度供；根據(jù)所述原點〇、所述角度9、所述角度n、所述角度 妒和在所述y-Zt平面內(nèi)的所述原點Ow坐標(biāo)（wy,wz)和所述光源Ps坐標(biāo)（sy,sz)以及鋼珠 投影中心坐標(biāo)間的位置關(guān)系構(gòu)造第三目標(biāo)函數(shù)H(t)并求出角度t;以及根據(jù)所述原點0、所 述角度Q、所述角度n、所述角度P、所述角度t和在所述/-Zi平面內(nèi)的所述原點Ow坐標(biāo) (Wy,Wz)和所述光源Ps坐標(biāo)（Sy,Sz)計算在 > 系下的光源Ps坐標(biāo)（T)1 ,兄'#)和原點0坐 標(biāo)_(4，凡，I)。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明實施例的錐束CT成像系統(tǒng)的標(biāo)定方法，具有以下有益效果：（1)可以 對任意復(fù)雜軌道的CBCT系統(tǒng)進行標(biāo)定，具有較強的普適性。（2)利用一次投影即可得到該 投影位置的全部幾何參數(shù)，從而對于CT系統(tǒng)掃描角度不全的情況非常有針對性。（3)不需 要預(yù)先知道任何系統(tǒng)的幾何信息，可以用于自身機械精度很差的幾何系統(tǒng)。
[0008] 進一步地，在本發(fā)明的一個實施例中，所述Y系為相對周圍環(huán)境靜止的世界坐標(biāo) 系，所述M系以所述模體的中心為原點Ow，所述Y系以所述模體的軸為在開始投 影前，所述&/系以垂直于所述/^的射線為Xlv，所述I系下的21根據(jù)所述、所述 和右手定則確定；所述f系為描述所述探測器理想狀態(tài)的虛擬探測器坐標(biāo)系，所述i系 以所述光源Ps和所述原點〇 ￥的連線與所述探測器平面的交點為所述原點〇,所述/和所述 同向，定義PsO與所述j/確定的平面為所述/ 平面，所述W過所述原點0且垂直于 所述_/，V根據(jù)所述Y、所述y和右手定則確定；以及所述J系為基于所述探測器本身的 坐標(biāo)系，所述J系以所述原點〇為原點，所述X1和所述/平行于所述探測器的行列線，所述 Z1垂直于所述探測器平面，其中，定義所述Y、所述/、所述/分別與所述V、所述;/、 所述_Zt對應(yīng)重合時的狀態(tài)為所述探測器的初始狀態(tài)。
[0009] 進一步地，在本發(fā)明的一個實施例中，從所述探測器的初始狀態(tài)到所述探測器的 任一狀態(tài)包括以下步驟：所述探測器從所述探測器的初始狀態(tài)繞所述V旋轉(zhuǎn)，與所述V形 成所述角度0，此處，所述角度0值按照以所述Y為正方向的右手定則方式定義；所述探 測器從所述探測器的初始狀態(tài)繞所述/旋轉(zhuǎn)，與所述/形成所述角度0，此處，所述角度 ，值按照以所述/為正方向的右手定則方式定義；以及所述探測器從所述探測器的初始 狀態(tài)繞所述y旋轉(zhuǎn)，與所述一形成所述角度n，此處，所述角度n值按照以所述y為正方 向的右手定則方式定義。
[0010] 進一步地，在本發(fā)明的一個實施例中，根據(jù)以下方程分別擬合出每組的N個鋼珠 中心投影坐標(biāo)所在橢圓的軌跡T1和軌跡T2:
[0011] CIt(u -u()i )2+bt(V- v(!| )2 + 2t,(u -Uth)(V- v(l| )-1-0
[0012] a2(w-wH'廣+/)2(v-V0')_ + 2t'2(w)(v-V"')-I= 0
[0013] 其中，anbpCl、Mfli、\和a2、b2、c2、％、由每組的所述N個鋼珠中心投影在 所述J系的坐標(biāo)擬合得到。
[0014] 進一步地，在本發(fā)明的一個實施例中，所述分別將所述每組的N個鋼珠中心投影 坐標(biāo)在相應(yīng)的軌跡上定好順序，并得到i系下的原點0和交點D具體為：分別將所述每組的 N個鋼珠中心投影坐標(biāo)在相應(yīng)的軌跡上定好順序；連接E1F2和EJ1得到所述原點0,其中， 所述E1和所述E2分別為所述軌跡Ti上縱坐標(biāo)最大的鋼珠中心投影和縱坐標(biāo)最小的鋼珠中 心投影，所述F1和所述F2分別為所述軌跡T2上縱坐標(biāo)最大的鋼珠中心投影和縱坐標(biāo)最小 的鋼珠中心投影；以及連接E1F1和E2F2，所述E1F1和所述E2F2在空間中延長線的交點作為所 述交點D，其中，所述OD與所述/的夾角為所述角度n。
[0015]進一步地，在本發(fā)明的一個實施例中，根據(jù)以下步驟計算所述角度9、在所述 Y平面內(nèi)的所述原點Ow坐標(biāo)（wy,wz)和所述光源Ps坐標(biāo)（sy,sz):在所述/平 面內(nèi)，對于待定的原點Ow*坐標(biāo)（wy*,Wz*)，根據(jù)所述矩形P1P2Q1Q2的長和寬得到相應(yīng)的 待定矩形頂點P15KP2*、Q15KQ2*,連接所述原點〇和所述原點〇w*得到直線〇〇w* ;待定角 度Q*，過所述交點D作所述/的平行線DPs*和所述直線OOw*相交于點Ps*，連接A1P1=K B1Q1IA2P2IB2Q2*分別與所述直線OOw*相交于巧、<、<、慫；構(gòu)造第一目標(biāo)函數(shù)f(0*，Wy*，Wz*)用以表示所述Ps*、'、廠、<的離散程度，其中，所述第一目標(biāo) 函數(shù)f(9*，wy*，wz*)越大，所述Ps*、巧、匕、<、弋的離散程度越大，當(dāng)所述第一目 標(biāo)函數(shù)f( 0 *，wy*，wz*) = 0時表示所述Ps*、丨、C2、尺、C4五點重合；計算 的，'，')=argmin{/(#,W/,w/)}的優(yōu)化結(jié)果，以獲得所述角度0和在所述/ -Zi 平面內(nèi)的所述原點Ow坐標(biāo)（wy，wz)，即：9 =Qci;取0d, ('。，乂丨對應(yīng)求出的所述？#、 尺、夂、及、及五點的平均坐標(biāo)為所述光源Ps坐標(biāo)（sy，sz)。
【主權(quán)項】
1. 一種錐束CT成像系統(tǒng)的標(biāo)定方法，其特征在于，包括以下步驟： 建造模體，其中，所述模體為標(biāo)定參照物，所述模體大體上是塑料圓柱體，所述模體的 上下底面各鑲嵌了兩組鋼珠，每組包括N(N不小于5)個鋼珠，所述模體底面圓的直徑記為 2r，所述兩組鋼珠中心所決定的兩個平面的間距記為21 ; 以所述鋼珠投影在J系的所有像素的值為權(quán)重對每個鋼珠的投影求加權(quán)平均坐標(biāo)值， 以獲取所述2N個鋼珠中心的投影坐標(biāo)，并分別擬合出每組的N個鋼珠中心投影坐標(biāo)所在橢 圓的軌跡T1和軌跡T 2; 分別將所述每組的N個鋼珠中心投影坐標(biāo)在相應(yīng)的軌跡上定好順序，并得到i系下的 原點〇和交點D以及計算角度η和Ap 4、82四點坐標(biāo)，其中，所述2N個鋼珠中心投影 坐標(biāo)均在所述J系下表達，所述4、B1分別為P η (^在OD上