用于幾何校準(zhǔn)ct掃描儀的方法和裝置制造方法
【專利摘要】本申請(qǐng)涉及用于幾何校準(zhǔn)CT掃描儀的方法和裝置。該方法包括對(duì)至少一排探測(cè)器單元中的每一排探測(cè)器單元執(zhí)行以下步驟：建立CT掃描儀的完整幾何描述，其中完整幾何描述包括至少一個(gè)未知幾何參數(shù)；利用完整幾何描述來(lái)建立前向投影函數(shù)的描述；獲取置入掃描視野SFOV中的校準(zhǔn)模在當(dāng)前排的探測(cè)器單元上的對(duì)應(yīng)于多個(gè)角度的實(shí)際投影坐標(biāo)；利用前向掃描函數(shù)的描述來(lái)獲取校準(zhǔn)模在當(dāng)前排的探測(cè)器單元上的對(duì)應(yīng)于多個(gè)角度的計(jì)算投影坐標(biāo)；通過(guò)非線性最小二乘擬合算法基于所獲取的實(shí)際投影坐標(biāo)和計(jì)算投影坐標(biāo)來(lái)求解至少一個(gè)未知幾何參數(shù)，從而得到至少一個(gè)未知幾何參數(shù)的校準(zhǔn)值。
【專利說(shuō)明】用于幾何校準(zhǔn)CT掃描儀的方法和裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)涉及計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)領(lǐng)域，尤其涉及用于幾何校準(zhǔn)CT掃描儀的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]為了節(jié)約CT掃描儀中的探測(cè)器成本，在CT掃描儀中引入了一種大型平板模塊探測(cè)器。這種大型平板模塊探測(cè)器包括若干個(gè)平板模塊，每個(gè)模塊具有若干個(gè)子模塊，每個(gè)子模塊具有若干個(gè)常規(guī)的探測(cè)器單元。與常規(guī)的第三代弧狀探測(cè)器相比，這種大型平板模塊探測(cè)器大得多，并且還具有許多其他不同之處。例如，在大型平板模塊探測(cè)器中，相鄰模塊之間以及相鄰子模塊之間均存在空氣間隙，而在常規(guī)的第三代弧狀探測(cè)器中則不存在這樣的空氣間隙。
[0003]考慮到實(shí)際的探測(cè)器制造技術(shù)和安裝技術(shù)，這些空氣間隙的實(shí)際大小與設(shè)計(jì)大小之間的一致性難以保證。通常，在制造期間，相鄰子模塊之間的空氣間隙的實(shí)際大小與設(shè)計(jì)大小之間的一致性相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)。再者，因?yàn)橥荒K中的子模塊可以相對(duì)于彼此平行安裝，所以相鄰子模塊之間的空氣間隙大小不會(huì)因?yàn)榘惭b而引入太大的誤差。然而，對(duì)于相鄰模塊之間的空氣間隙而言，因?yàn)樘綔y(cè)器中的各模塊通常相對(duì)于彼此以一定角度傾斜安裝，所以會(huì)在相鄰模塊之間的空氣間隙大小中引入隨機(jī)誤差。這將使得相鄰模塊之間的空氣間隙大小不僅在同一探測(cè)器中可能不同，而且在不同的系統(tǒng)中也可能不同。
[0004]再者，對(duì)于大型平板模塊探測(cè)器，傾斜入射的X射線光子可能影響在各模塊邊緣處的探測(cè)器單元的有效響應(yīng)位置，導(dǎo)致探測(cè)器單元的有效響應(yīng)位置不在探測(cè)器單元的中心，從而影響相鄰模塊之間的空氣間隙大小。
[0005]至少由于上面這些因素，大型平板模塊探測(cè)器中的相鄰模塊之間的空氣間隙大小變得不可測(cè)量。然而，為了實(shí)現(xiàn)具有高圖像質(zhì)量的圖像重構(gòu)，準(zhǔn)確的空氣間隙大小，尤其是準(zhǔn)確的相鄰模塊之間的空氣間隙大小，是非常重要的。由于相鄰模塊之間的實(shí)際的空氣間隙大小與設(shè)計(jì)的空氣間隙大小之間的不一致而引起的數(shù)據(jù)采集和圖像重構(gòu)之間的失配，會(huì)在重構(gòu)的圖像中導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)狀偽影。
[0006]例如，對(duì)于具有如下結(jié)構(gòu)的大型平板模塊探測(cè)器，要求在相鄰子模塊之間的空氣間隙大小為0.05mm，在相鄰模塊之間的空氣間隙大小為0.15mm:5 (表示探測(cè)器中模塊的數(shù)量)X4 (表示每個(gè)模塊中子模塊的數(shù)量)X34 (表示每個(gè)子模塊中探測(cè)器單元的數(shù)量)。通常，在探測(cè)器的制造和安裝期間，在相鄰子模塊之間的空氣間隙大小中引入的誤差小于±0.02mm，而在相鄰模塊之間的空氣間隙大小中引入的誤差小于±0.15mm。當(dāng)在相鄰模塊之間的空氣間隙大小中引入的誤差大于±0.04_時(shí)，在重構(gòu)的圖像中會(huì)導(dǎo)致環(huán)狀偽影，這是不希望的。
[0007]另一方面，當(dāng)將探測(cè)器固定在機(jī)架上時(shí)，其位置不能再調(diào)整。然而，考慮到安裝精度，探測(cè)器的位置可能不完全對(duì)應(yīng)于所期望的位置，這將影響ISO通道。換言之，實(shí)際的ISO通道可能不是所期望的ISO通道。如果在圖像重構(gòu)過(guò)程中采用了不準(zhǔn)確的ISO通道，則調(diào)制傳遞函數(shù)(Modulation Transfer Function,MTF)將會(huì)降級(jí)。更嚴(yán)重的是,在重構(gòu)的圖像中可能會(huì)出現(xiàn)重影偽影。
[0008]因?yàn)樯厦嫣岬降膸缀螀?shù)(例如，相鄰模塊之間的空氣間隙大小以及ISO通道)不可測(cè)量但對(duì)于實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的重構(gòu)圖像卻很關(guān)鍵，所以需要一種用于幾何校準(zhǔn)CT掃描儀的方法和裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為解決上面提到的問(wèn)題，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N簡(jiǎn)單而有效的用于幾何校準(zhǔn)具有大型平板模塊探測(cè)器的CT掃描儀的方法和裝置。通過(guò)該方法和裝置，可獲取準(zhǔn)確的相鄰模塊之間的空氣間隙大小、準(zhǔn)確的ISO通道以及改進(jìn)的MTF。
[0010]本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N用于幾何校準(zhǔn)具有至少一排探測(cè)器單元的CT掃描儀的方法，包括對(duì)所述至少一排探測(cè)器單元中的每一排探測(cè)器單元執(zhí)行以下步驟:
幾何描述建立步驟，用于建立所述CT掃描儀的完整幾何描述，其中所述完整幾何描述包括至少一個(gè)未知幾何參數(shù)；
前向投影函數(shù)建立步驟，用于利用所述完整幾何描述來(lái)建立前向投影函數(shù)的描述；
實(shí)際投影坐標(biāo)獲取步驟，用于獲取置入掃描視野SFOV中的校準(zhǔn)模在當(dāng)前排的探測(cè)器單元上的對(duì)應(yīng)于多個(gè)角度的實(shí)際投影坐標(biāo)；
計(jì)算投影坐標(biāo)獲取步驟，用于利用所述前向掃描函數(shù)的描述來(lái)獲取所述校準(zhǔn)模在所述當(dāng)前排的探測(cè)器單元上的對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)角度的計(jì)算投影坐標(biāo)；以及
校準(zhǔn)值獲取步驟，用于通過(guò)非線性最小二乘擬合算法基于所獲取的實(shí)際投影坐標(biāo)和計(jì)算投影坐標(biāo)來(lái)求解所述至少一個(gè)未知幾何參數(shù)，從而得到所述至少一個(gè)未知幾何參數(shù)的校準(zhǔn)值。
[0011]在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的方法中，所述當(dāng)前排的探測(cè)器單元的結(jié)構(gòu)是/?X<7Xr,其中,/?表示模塊的數(shù)量,<7表示每個(gè)模塊中子模塊的數(shù)量，r表示每個(gè)子模塊中探測(cè)器單元的數(shù)量。
[0012]在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的方法中，所述至少一個(gè)未知幾何參數(shù)包括(/7-1)個(gè)相鄰模塊之間的空氣間隙大小和I個(gè)ISO通道偏移。
[0013]在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的方法中，所述前向投影函數(shù)的描述如下:
【權(quán)利要求】
1.一種用于幾何校準(zhǔn)具有至少一排探測(cè)器單元的CT掃描儀的方法，包括對(duì)所述至少一排探測(cè)器單元中的每一排探測(cè)器單元執(zhí)行以下步驟: 幾何描述建立步驟，用于建立所述CT掃描儀的完整幾何描述，其中所述完整幾何描述包括至少一個(gè)未知幾何參數(shù)； 前向投影函數(shù)建立步驟，用于利用所述完整幾何描述來(lái)建立前向投影函數(shù)的描述； 實(shí)際投影坐標(biāo)獲取步驟，用于獲取置入掃描視野SFOV中的校準(zhǔn)模在當(dāng)前排的探測(cè)器單元上的對(duì)應(yīng)于多個(gè)角度的實(shí)際投影坐標(biāo)； 計(jì)算投影坐標(biāo)獲取步驟，用于利用所述前向掃描函數(shù)的描述來(lái)獲取所述校準(zhǔn)模在所述當(dāng)前排的探測(cè)器單元上的對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)角度的計(jì)算投影坐標(biāo)；以及 校準(zhǔn)值獲取步驟，用于通過(guò)非線性最小二乘擬合算法基于所獲取的實(shí)際投影坐標(biāo)和計(jì)算投影坐標(biāo)來(lái)求解所述至少一個(gè)未知幾何參數(shù)，從而得到所述至少一個(gè)未知幾何參數(shù)的校準(zhǔn)值。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述當(dāng)前排的探測(cè)器單元的結(jié)構(gòu)是X^Xr，其中，表示模塊的數(shù)量^表示每個(gè)模塊中子模塊的數(shù)量，r表示每個(gè)子模塊中探測(cè)器單元的數(shù)量。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述至少一個(gè)未知幾何參數(shù)包括(/7-1)個(gè)相鄰模塊之間的空氣間隙大小和I個(gè)ISO通道偏移。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述前向投影函數(shù)的描述如下:
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述校準(zhǔn)值獲取步驟包括目標(biāo)函數(shù)最小化步驟，用于利用所述非線性最小二乘擬合算法求解所述至少一個(gè)未知幾何參數(shù)，使得以下目標(biāo)函數(shù)具有最小值:



6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述校準(zhǔn)模在所述當(dāng)前排的探測(cè)器單元上的對(duì)應(yīng)于所述當(dāng)前掃描角度的實(shí)際投影坐標(biāo)是所述校準(zhǔn)模在所述當(dāng)前排的探測(cè)器單元上的對(duì)應(yīng)于所述當(dāng)前掃描角度的投影數(shù)據(jù)的高斯中心。
7.如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述校準(zhǔn)模在所述當(dāng)前排的探測(cè)器單元上的對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)角度的實(shí)際投影坐標(biāo)通過(guò)對(duì)所述校準(zhǔn)模進(jìn)行所述多個(gè)角度的軸向掃描來(lái)獲取。
8.如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述非線性最小二乘擬合算法包括Powell優(yōu)化算法。
9.如權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述校準(zhǔn)模是長(zhǎng)度為100mm、直徑為2mm的鐵棒。
10.如權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述至少一個(gè)未知幾何參數(shù)的校準(zhǔn)值用于后續(xù)的圖像重構(gòu)。
11.一種用于幾何校準(zhǔn)具有至少一排探測(cè)器單元的CT掃描儀的裝置，包括: 幾何描述建立部件，用于建立所述CT掃描儀的完整幾何描述，其中所述完整幾何描述包括至少一個(gè)未知幾何參數(shù)； 前向投影函數(shù)建立部件，用于利用所述完整幾何描述來(lái)建立前向投影函數(shù)的描述； 實(shí)際投影坐標(biāo)獲取部件，用于獲取置入掃描視野SFOV中的校準(zhǔn)模在當(dāng)前排的探測(cè)器單元上的對(duì)應(yīng)于多個(gè)角度的實(shí)際投影坐標(biāo)； 計(jì)算投影坐標(biāo)獲取部件，用于利用所述前向掃描函數(shù)的描述來(lái)獲取所述校準(zhǔn)模在所述當(dāng)前排的探測(cè)器單元上的對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)角度的計(jì)算投影坐標(biāo)；以及 校準(zhǔn)值獲取部件，用于通過(guò)非線性最小二乘擬合算法基于所獲取的實(shí)際投影坐標(biāo)和計(jì)算投影坐標(biāo)來(lái)求解所述至少一個(gè)未知幾何參數(shù)，從而得到所述至少一個(gè)未知幾何參數(shù)的校準(zhǔn)值。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中，所述當(dāng)前排的探測(cè)器單元的結(jié)構(gòu)是flX^Xr，其中，表示模塊的數(shù)量^表示每個(gè)模塊中子模塊的數(shù)量，r表示每個(gè)子模塊中探測(cè)器單元的數(shù)量。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其中，所述至少一個(gè)未知幾何參數(shù)包括(/7-1)個(gè)相鄰模塊之間的空氣間隙大小和I個(gè)ISO通道偏移。
14.如權(quán)利要求11-13中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述前向投影函數(shù)的描述如下:
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，其中，所述校準(zhǔn)值獲取部件包括目標(biāo)函數(shù)最小化部件，用于利用所述非線性最小二乘擬合算法求解所述至少一個(gè)未知幾何參數(shù)，使得以下目標(biāo)函數(shù)具有最小值:
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，其中，所述校準(zhǔn)模在所述當(dāng)前排的探測(cè)器單元上的對(duì)應(yīng)于所述當(dāng)前掃描角度的實(shí)際投影坐標(biāo)是所述校準(zhǔn)模在所述當(dāng)前排的探測(cè)器單元上的對(duì)應(yīng)于所述當(dāng)前掃描角度的投影數(shù)據(jù)的高斯中心。
17.如權(quán)利要求11-16中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述校準(zhǔn)模在所述當(dāng)前排的探測(cè)器單元上的對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)角度的實(shí)際投影坐標(biāo)通過(guò)對(duì)所述校準(zhǔn)模進(jìn)行所述多個(gè)角度的軸向掃描來(lái)獲取。
18.如權(quán)利要求11-17中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述非線性最小二乘擬合算法包括Powell優(yōu)化算法。
19.如權(quán)利要求11-18中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述校準(zhǔn)模是長(zhǎng)度為100mm、直徑為2mm的鐵棒。
20.如權(quán)利要求11-19中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述至少一個(gè)未知幾何參數(shù)的校準(zhǔn)值用于后續(xù)的圖像重構(gòu)。
21.—種CT掃描系統(tǒng),包括如權(quán)利要求11-20中任一項(xiàng)所述的用于幾何校準(zhǔn)具有至少一排探測(cè)器單元的CT掃描儀的裝置。
【文檔編號(hào)】G01N23/00GK103969269SQ201310037546
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2013年1月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月31日
【發(fā)明者】李軍, 李碩, 王斌, 曹蹊渺, 董加勤 申請(qǐng)人:Ge醫(yī)療系統(tǒng)環(huán)球技術(shù)有限公司