[发明专利]锥束CT系统几何校准方法及其校准装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种锥束CT系统几何校准方法及其校准装置。

背景技术

锥束计算机断层成像(Cone Beam Computed Tomography，CBCT)具有扫描速度快、空间分辨率高、成像图像质量好等优势，具有广泛的应用价值，是CT技术发展的重要方向之一。由于锥束CT图像重建算法是建立在理想的系统几何参数基础上的，因此锥束CT系统对射线源、被扫描物体以及探测器几何参数和安装精度要求严格。现有锥束CT系统几何校准方法可分为两种：模体校准和算法校准。基于模体的校准方法采用专门设计的校准模体，在校准过程中获取系统的几何误差参数，并将这些参数用于系统的硬件调节或直接用于后期的图像重建；基于算法的几何校准方法是直接对投影数据或投影图像进行处理，计算出锥束CT系统的几何误差参数，用于重建算法中。

现有锥束CT系统几何校准方法中算法校准通常需要通过复杂运算，确定的校准参数有限。例如，比萨大学(UniversityofPisa)Pantta.D等人提出的校准算法优化求解一个利用投影数据定义的代价函数，通过获得局部最小解来确定系统几何参数，但是该算法无法确定所有的参数，而且计算量较大。另外，在模体校准中，现有技术多采用专门设计的校准模体，由于专门设计加工的模体机械精度有限，因此对于校准结果存在较大误差。例如，采用专门设计的两根正交的金属细丝模型作为校准模体方法，根据模体的一系列投影对系统结构进行调整，并通过投影的几何关系推导出重建所需的系统几何参数，并根据所得到的几何参数对成像系统几何位置校准。但是，在该方法中首先高精度金属丝难以加工，并且放置在旋转台时该模体与台面通常存在一定角度偏差。

有鉴于此，需要开发一种能够高精度、简便地对锥束CT系统进行几何校准的方法和装置。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种锥束CT系统几何校准方法及其校准装置，所述校准方法和校准装置采用模体校准方式，不需要专门设计校准模体，校准精度高，并且可以直接经过简单计算得到校准参数，而不需设计算法。

为了达到上述目的，本发明采用标准模体对锥束CT系统中X射线源焦点、位移台旋转中心和探测器成像平面中心位置进行校准，并对探测器偏摆角、俯仰角和扭转角进行校准，并经过简单计算得到几何校准参数。

本发明提供了一种用于锥束CT几何校准的方法，其特征在于，所述方法包括采用标准模体对射线源焦点、四轴位移台旋转中心和探测器成像平面中心位置进行校准，并采用标准模体对探测器偏摆角、俯仰角和扭转角进行校准，所述标准模体包括块规模体、圆柱模体和小球模体。

在一些实施方式中，所述方法还包括采用小球模体通过计算获得几何校准参数SID和SOD，其中SID是射线源到探测器的距离，SOD是射线源到扫描物体的距离。

在一些实施方式中，采用所述块规模体校准所述探测器的扭转角，包括：将块规模体置于四轴位移台转轴T的台面上，旋转四轴位移台，开启射线源进行曝光，通过探测器采集曝光图像，调整探测器绕X轴方向的角度，直到块规模体边沿与探测器列之间的夹角为零，即扭转角为零。

在一些实施方式中，采用所述块规模体校准所述探测器的俯仰角，包括：

将四轴位移台沿X轴方向运行，同时调整四轴位移台沿Z轴方向的位置，开启射线源进行曝光，通过探测器采集曝光图像，直到块规模体上表面在探测器上的投影行位置保持不变；

将搭载探测器的两轴位移台沿Z轴方向运动，开启射线源进行曝光，直到将探测器中心行调整至块规上表面投影行位置，即探测器中心行与射线源焦点对准；

将四轴位移台沿Z轴正方向移动1/2块规模体高度距离，使块规模体的中心位于探测器中心行，开启射线源进行曝光，调整探测器绕Y轴方向的角度，直到曝光图像中心行上下块规的高度差相同，即俯仰角为零。

在一些实施方式中，采用所述圆柱模体校准射线源焦点、四轴位移台旋转中心和探测器成像平面中心位置，包括：

将圆柱模体插入四轴位移台中心处，使得圆柱模体中心与转轴重合；

将搭载探测器的两轴位移台沿Y轴方向运动，开启射线源进行曝光，通过探测器采集曝光图像，直到圆柱模体中心轴线在探测器上的投影与探测器中心列重合；

调整四轴位移台沿X轴方向运动，开启射线源进行曝光，通过探测器采集曝光图像，调整两轴位移台沿Y轴方向运动，直到圆柱模体在沿X轴上不同位置时圆柱模体中轴线在探测器上的投影与探测器中心列重合

在一些实施方式中，采用所述小球模体校准所述探测器的偏摆角，包括：