一種確定c型臂斷層成像系統中幾何標定參數的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種確定C型臂斷層成像系統中幾何標定參數的方法，具體而言是用螺旋線模體直接確定C-arm?CT系統中9個幾何標定參數，屬于醫(yī)療成像領域。該方法利用螺旋線的幾何特性，將其巧妙地轉換為一系列的平行四邊形。然后獲得這些平行四邊形對角線的交點，用來確定模體坐標系坐標軸的投影，最后將其集成到相應的標定算法中。本發(fā)明基于廣泛應用的螺旋線模體，不需要額外加工標定模體，并且是一種解析的方法，充分利用螺旋線模體上標志點的信息，具有較高的魯棒性及準確性。
【專利說明】一種確定C型臂斷層成像系統中幾何標定參數的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種C型臂斷層成像（c-arm CT)系統中的離線標定方法，更具體地說，它涉及一種基于螺旋線模體直接確定C-arm CT系統中幾何標定參數的方法，屬于醫(yī)療成像領域。
【背景技術】
[0002]集成了平板探測器的C型臂斷層成像（C-arm CT)系統，通過獲得一系列二維X射線投影數據去重建物體的斷層圖像。C型臂成像系統主要由X射線源，平板探測器，C型臂構架組成。相對于傳統CT而言，c-arm CT具有移動方便，價格便宜等優(yōu)點，尤其是其開放性設計，能廣泛地應用在介入治療中的術前規(guī)劃，術中檢測及結果評估中。
[0003]但是在實際應用中，因為機械制造，系統集成及重力下垂等因素的影響，C-arm CT系統的實際軌道會偏離預設軌道。這些不規(guī)則的偏差會降低圖像分辨率，或導致在重建圖像中出現嚴重偽影，影響醫(yī)生判斷。
[0004]目前針對此問題，螺旋線模體由于具有良好的3維空間信息，被廣泛地應用在實際的幾何標定中。 此模體主體為中空的圓柱形的樹脂，上面嵌有按螺旋線均勻排列的一系列小鋼珠，這些小鋼珠即為標志點。研究者采用的方法大多基于投影矩陣，即利用模體上標志點的3維空間信息及投影圖像的2維信息的對應關系來標定系統。但此方法沒有對成像系統進行具體地描述，如X射線源位置，探測器的傾斜及旋轉角度，源到探測器的距離等，并且在系統偏離較大的情況下，以此方法為基礎得到重建圖像質量可能會不理想。
[0005]另外一些研究者能獲得系統的具體標定參數，但是此時螺旋線模體不再適用，需要設計專門的標定模體，這樣加大了額外工作量。
【發(fā)明內容】
[0006]本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，提出一種基于螺旋線模體直接確定C型臂斷層成像系統中幾何標定參數的方法。該方法利用常用的螺旋線模體，用解析方法獲取了成像系統的全部9個幾何標定參數，具有較高的魯棒性及準確性。
[0007]本發(fā)明利用螺旋線的幾何特性，將螺旋線上的標志點按不同的分類方法分類，對每一組而言，每四個標志點定義一個平行四邊形。在不考慮投影點重疊的情況下，這四個標志點的投影點確定一個四邊形。這個投影得到的四邊形對角線的交點即為平行四邊形的對角線的交點的投影。具體的技術方案如下：
[0008]第一步，將螺旋線模體放在C型臂置物臺上，用C型臂掃描，獲取投影數據。
[0009]第二步，確定螺旋線上標志點在平板探測器上的投影位置。
[0010]第三步，利用螺旋線的幾何特性，確定模體坐標系z軸，X軸及兩條平行于I軸的投影。
[0011]第四步，確定模體坐標系原點在平板探測器上的投影。
[0012]第五步，獲取中間參數：a、b、c ;[0013]第六步，通過中間參數獲得系統的9個幾何標定參數：探測器的旋轉角度（3個參數：俯仰角，偏轉角，傾斜角)，x射線源到探測器距離（I個參數)，X射線源位置（3個參數：x方向，y方向，Z方向），模體坐標系原點在探測器上的投影（2個參數：水平方向和豎直方向)。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點在于：
[0015](I)該方法能獲得系統的全部9個幾何標定參數，從而能具體地描述此成像系統，對機械制造有指導意義。并且獲得獨立的幾何標定參數，為后期將其集成到相應的重建算法中提供了可能性；
[0016](2)該方法基于廣泛應用的螺旋線模體，不需要額外加工標定模體；
[0017](3)該方法是一種解析方法，不基于數學約化。并且充分利用螺旋線模體上標志點的信息，保證了方法的魯棒性及準確性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖I是螺旋線模體示意圖。
[0019]圖2是確定幾何標定參數的流程圖。
[0020]圖3是確定坐標系z軸投影的示意圖。
[0021]圖中：【具體實施方式】
[0022]下面將結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0023]本發(fā)明是一種確定C型臂斷層成像系統中幾何標定參數的方法，如圖2所示，包括以下幾個步驟：
[0024]第一步，將螺旋線模體放在C型臂斷層成像系統中的置物臺上，用C型臂掃描，獲取螺旋線模體在平板探測器上的投影圖像。
[0025]螺旋線模體如圖I所示，本發(fā)明中模體鑲嵌小鋼珠（即標志點）的樹脂部份跟通用的不大一致，本發(fā)明采用螺旋管道代替了常用的中空圓柱形，這樣就降低了制造模體所需要的樹脂，從而降低了制造此模體的成本(采用快速成型的加工方法)。小鋼珠的排列跟通用的螺旋線狀模體是一致的，這樣不會影響本方法的通用性。
[0026]螺旋線模體的放置要保證螺旋線的中心軸與C型臂系統旋轉軸的方向大概一致。用C型臂連續(xù)掃描一周，角度范圍設定根據機型的不同，適用范圍的不同調整。滿足進行斷層成像要求的最小角度范圍為180° +最大扇角的一半。
[0027]最后，得到X射線穿透螺旋線模體在平板探測器上的投影圖像。
[0028]第二步，確定螺旋線上標志點在平板探測器上的投影位置。
[0029]為了確定標志點投影在探測器上的位置，首先用canny邊界檢測的方法獲得標志點的邊界，接著采用基于奇異值分解的橢圓擬合算法確定投影圖像上標志點中心。本發(fā)明采用橢圓的中心作為投影中心，根據相關文獻，這兩者間的誤差可以忽略。
[0030]第三步，利用螺旋線的幾何特性，確定模體坐標系z軸、X軸及兩條平行于I軸的軸的投影。
[0031]螺旋線上標志點的排列滿足半徑為R，螺距為2 h的螺旋線方程，第I個標志點位置的定義如下：
[0032]r1 = (Rsin Ψ1, Rcos Ψ1, h Ψ1)
[0033]Ψ1 = 1XΔΨ(1 = -N1, —N1+1, ? ? ?，N2-1, N2)
[0034]其中：A Ψ是螺旋線上標志點的角度間隔，由方程Δ Ψ = Ji /N給出。N的取值為整數，理論上來說，N的取值范圍可以從1到無窮大。但在實際應用中，當螺旋線長度保持固定，隨著N取值的增大，標志點的數量也隨著增多，此時標志點的投影可能會在投影圖像上出現重疊，不利于后期處理。當N取值太小時，標志點數目過少，會影響算法精度。所以，在實際應用中，N的取值范圍為3≤N≤18是比較合理的。
[0035]參數N1和N2的取值為整數，它們的選取跟螺旋線中軸線的總長度和參考點的選取有關。假設均勻排列的標志點構成的螺旋線中軸線的長度為L，那么N1+N2 = L/(h Δ Ψ）-1。一般選取位于螺旋線中部或接近中部的標志點做為參考點，此參數點的角度為0,即Ψt0 =
O。在給出螺旋線中軸線的總長度及參考點的選取位置后，可以確定出N1和N2的取值。
[0036]( 1)確定坐標系z軸投影的方法，如圖3所示，從螺旋線上選取4個標志點，形成平行四邊形Pkz如下：
[0037]
【權利要求】
1.一種確定C型臂斷層成像系統中幾何標定參數的方法，包括以下幾個步驟： 第一步，將螺旋線模體放在C型臂斷層成像系統中的置物臺上，用C型臂掃描，獲取螺旋線模體在平板探測器上的投影圖像； 第二步，確定螺旋線上標志點在平板探測器上的投影位置； 第三步，利用螺旋線的幾何特性，確定模體坐標系Z軸、X軸及兩條平行于I軸的軸的投影； 螺旋線上標志點的排列滿足半徑為R，螺距為2 Jih的螺旋線方程，第I個標志點位置為：
2.根據權利要求1所述的一種確定C型臂斷層成像系統中幾何標定參數的方法，所述的螺旋線模體采用螺旋管道，小鋼珠位于螺旋管道中。
3.根據權利要求1所述的一種確定C型臂斷層成像系統中幾何標定參數的方法，第二步中，首先用canny邊界檢測的方法獲得標志點的邊界，然后采用基于奇異值分解的橢圓擬合算法確定投影圖像上標志點中心。
【文檔編號】A61B6/03GK103549971SQ201310551531
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月7日 優(yōu)先權日:2013年11月7日
【發(fā)明者】李德玉, 徐敏, 樊瑜波, 蒲放, 張弛 申請人:北京航空航天大學