[发明专利]锥束CT成像系统的标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及X光计算机断层成像技术领域，尤其涉及一种锥束CT成像系统的标定方法。

背景技术

锥束CT(Cone Beam Computed Tomography，CBCT)技术是应用锥束X光源围绕三维物体作各个角度的旋转，获取物体在多个角度下的投影，然后运用锥束投影图的重建算法重建出物体三维图像的技术。其原理主要是利用物体不同成分对X光的衰减系数不同的特点，在物体后方探测器上得到能反映物体组分特征的投影图像。

CBCT系统的几何参数是指描述系统的X光源、物体和探测器之间的角度和位置的几何参量。这些几何参量会影响物体的投影图像，并会作为重要的信息在重建算法中使用。因此CBCT系统的几何参数标定具有提高重建图像质量，防止出现图像伪影的重要意义。

在实际应用的过程中，CBCT系统中X光源的扫描轨迹不一定是完整的圆周，比如相关技术中C-arm CT系统的光源被固定在C型旋转臂上，医生可以在为患者手术的同时，及时观察成像情况。这种C-arm CT系统的扫描轨迹不是一个完整的圆周，另外由于重力的作用，轨迹的中心会出现偏离圆心的情况，造成X光源到探测器的距离发生改变，这种沿不规则轨道扫描的CBCT系统同样需要精确标定它的几何参数。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种锥束CT成像系统的标定方法，该锥束CT成像系统的标定方法可以对任意复杂轨道的CBCT系统进行标定，具有较强的普适性。

为了实现上述目的，本发明第一方面实施例的锥束CT成像系统的标定方法，包括以下步骤：建造模体，其中，所述模体为标定参照物，所述模体大体上是塑料圆柱体，所述模体的上下底面各镶嵌了两组钢珠，每组包括N(N不小于5)个钢珠，所述模体底面圆的直径记为2r，所述两组钢珠中心所决定的两个平面的间距记为2l；以所述钢珠投影在系的所有像素的值为权重对每个钢珠的投影求加权平均坐标值，以获取所述2N个钢珠中心的投影坐标，并分别拟合出每组的N个钢珠中心投影坐标所在椭圆的轨迹T₁和轨迹T₂；分别将所述每组的N个钢珠中心投影坐标在相应的轨迹上定好顺序，并得到系下的原点O和交点D以及计算角度η和A₁、B₁、A₂、B₂四点坐标，其中，所述2N个钢珠中心投影坐标均在所述系下表达，所述A₁、B₁分别为P₁、Q₁在OD上的投影，所述A₂、B₂分别为P₂、Q₂在所述OD上的投影，称矩形P₁P₂Q₁Q₂(长为2l，宽为2r)为探测器绕所述系下的旋转角度θ后，所述模体被系下的平面所截得的截面，所述角度η为所述探测器在绕所述旋转所述角度θ和绕所述系下的旋转角度后，绕所述系下的旋转的角度；在所述平面内，根据所述角度η、所述原点O、所述交点D、Q₁坐标(s₁,t₁)、P₂坐标(s₂,t₂)、A₁坐标A₂坐标B₁坐标B₂坐标构造第一目标函数f(θ*,w_y*,w_z*)，并以此计算所述角度θ、在所述平面内的所述原点O_w坐标(w_y,w_z)和所述光源P_s坐标(s_y,s_z)，其中，所述原点O_w同时也是所述模体的中心；根据所述模体两个底面圆上任意一点的投影应分别位于所述轨迹T₁和所述轨迹T₂上的几何关系来构造第二目标函数并计算所述角度根据所述原点O、所述角度θ、所述角度η、所述角度和在所述平面内的所述原点O_w坐标(w_y,w_z)和所述光源P_s坐标(s_y,s_z)以及钢珠投影中心坐标间的位置关系构造第三目标函数H(t)并求出角度t；以及根据所述原点O、所述角度θ、所述角度η、所述角度所述角度t和在所述平面内的所述原点O_w坐标(w_y,w_z)和所述光源P_s坐标(s_y,s_z)计算在系下的光源P_s坐标和原点O坐标