一種確定c型臂斷層成像系統(tǒng)中幾何標(biāo)定參數(shù)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(tǒng)中幾何標(biāo)定參數(shù)的方法，具體而言是用螺旋線模體直接確定C-arm?CT系統(tǒng)中9個(gè)幾何標(biāo)定參數(shù)，屬于醫(yī)療成像領(lǐng)域。該方法利用螺旋線的幾何特性，將其巧妙地轉(zhuǎn)換為一系列的平行四邊形。然后獲得這些平行四邊形對(duì)角線的交點(diǎn)，用來確定模體坐標(biāo)系坐標(biāo)軸的投影，最后將其集成到相應(yīng)的標(biāo)定算法中。本發(fā)明基于廣泛應(yīng)用的螺旋線模體，不需要額外加工標(biāo)定模體，并且是一種解析的方法，充分利用螺旋線模體上標(biāo)志點(diǎn)的信息，具有較高的魯棒性及準(zhǔn)確性。
【專利說明】一種確定C型臂斷層成像系統(tǒng)中幾何標(biāo)定參數(shù)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種C型臂斷層成像（c-arm CT)系統(tǒng)中的離線標(biāo)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(tǒng)中幾何標(biāo)定參數(shù)的方法，屬于醫(yī)療成像領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]集成了平板探測(cè)器的C型臂斷層成像（C-arm CT)系統(tǒng)，通過獲得一系列二維X射線投影數(shù)據(jù)去重建物體的斷層圖像。C型臂成像系統(tǒng)主要由X射線源，平板探測(cè)器，C型臂構(gòu)架組成。相對(duì)于傳統(tǒng)CT而言，c-arm CT具有移動(dòng)方便，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，尤其是其開放性設(shè)計(jì)，能廣泛地應(yīng)用在介入治療中的術(shù)前規(guī)劃，術(shù)中檢測(cè)及結(jié)果評(píng)估中。
[0003]但是在實(shí)際應(yīng)用中，因?yàn)闄C(jī)械制造，系統(tǒng)集成及重力下垂等因素的影響，C-arm CT系統(tǒng)的實(shí)際軌道會(huì)偏離預(yù)設(shè)軌道。這些不規(guī)則的偏差會(huì)降低圖像分辨率，或?qū)е略谥亟▓D像中出現(xiàn)嚴(yán)重偽影，影響醫(yī)生判斷。
[0004]目前針對(duì)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(yīng)用在實(shí)際的幾何標(biāo)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(biāo)志點(diǎn)。研究者采用的方法大多基于投影矩陣，即利用模體上標(biāo)志點(diǎn)的3維空間信息及投影圖像的2維信息的對(duì)應(yīng)關(guān)系來標(biāo)定系統(tǒng)。但此方法沒有對(duì)成像系統(tǒng)進(jìn)行具體地描述，如X射線源位置，探測(cè)器的傾斜及旋轉(zhuǎn)角度，源到探測(cè)器的距離等，并且在系統(tǒng)偏離較大的情況下，以此方法為基礎(chǔ)得到重建圖像質(zhì)量可能會(huì)不理想。
[0005]另外一些研究者能獲得系統(tǒng)的具體標(biāo)定參數(shù)，但是此時(shí)螺旋線模體不再適用，需要設(shè)計(jì)專門的標(biāo)定模體，這樣加大了額外工作量。

【發(fā)明內(nèi)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(tǒng)中幾何標(biāo)定參數(shù)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(tǒng)的全部9個(gè)幾何標(biāo)定參數(shù)，具有較高的魯棒性及準(zhǔn)確性。
[0007]本發(fā)明利用螺旋線的幾何特性，將螺旋線上的標(biāo)志點(diǎn)按不同的分類方法分類，對(duì)每一組而言，每四個(gè)標(biāo)志點(diǎn)定義一個(gè)平行四邊形。在不考慮投影點(diǎn)重疊的情況下，這四個(gè)標(biāo)志點(diǎn)的投影點(diǎn)確定一個(gè)四邊形。這個(gè)投影得到的四邊形對(duì)角線的交點(diǎn)即為平行四邊形的對(duì)角線的交點(diǎn)的投影。具體的技術(shù)方案如下：
[0008]第一步，將螺旋線模體放在C型臂置物臺(tái)上，用C型臂掃描，獲取投影數(shù)據(jù)。
[0009]第二步，確定螺旋線上標(biāo)志點(diǎn)在平板探測(cè)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(biāo)系z(mì)軸，X軸及兩條平行于I軸的投影。
[0011]第四步，確定模體坐標(biāo)系原點(diǎn)在平板探測(cè)器上的投影。
[0012]第五步，獲取中間參數(shù)：a、b、c ;[0013]第六步，通過中間參數(shù)獲得系統(tǒng)的9個(gè)幾何標(biāo)定參數(shù)：探測(cè)器的旋轉(zhuǎn)角度（3個(gè)參數(shù)：俯仰角，偏轉(zhuǎn)角，傾斜角)，x射線源到探測(cè)器距離（I個(gè)參數(shù))，X射線源位置（3個(gè)參數(shù)：x方向，y方向，Z方向），模體坐標(biāo)系原點(diǎn)在探測(cè)器上的投影（2個(gè)參數(shù)：水平方向和豎直方向)。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0015](I)該方法能獲得系統(tǒng)的全部9個(gè)幾何標(biāo)定參數(shù)，從而能具體地描述此成像系統(tǒng)，對(duì)機(jī)械制造有指導(dǎo)意義。并且獲得獨(dú)立的幾何標(biāo)定參數(shù)，為后期將其集成到相應(yīng)的重建算法中提供了可能性；
[0016](2)該方法基于廣泛應(yīng)用的螺旋線模體，不需要額外加工標(biāo)定模體；
[0017](3)該方法是一種解析方法，不基于數(shù)學(xué)約化。并且充分利用螺旋線模體上標(biāo)志點(diǎn)的信息，保證了方法的魯棒性及準(zhǔn)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(biāo)定參數(shù)的流程圖。
[0020]圖3是確定坐標(biāo)系z(mì)軸投影的示意圖。
[0021]圖中：【具體實(shí)施方式】
[0022]下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0023]本發(fā)明是一種確定C型臂斷層成像系統(tǒng)中幾何標(biāo)定參數(shù)的方法，如圖2所示，包括以下幾個(gè)步驟：
[0024]第一步，將螺旋線模體放在C型臂斷層成像系統(tǒng)中的置物臺(tái)上，用C型臂掃描，獲取螺旋線模體在平板探測(cè)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(biāo)志點(diǎn)）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?qǐng)A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(huì)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(tǒng)旋轉(zhuǎn)軸的方向大概一致。用C型臂連續(xù)掃描一周，角度范圍設(shè)定根據(jù)機(jī)型的不同，適用范圍的不同調(diào)整。滿足進(jìn)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(cè)器上的投影圖像。
[0028]第二步，確定螺旋線上標(biāo)志點(diǎn)在平板探測(cè)器上的投影位置。
[0029]為了確定標(biāo)志點(diǎn)投影在探測(cè)器上的位置，首先用canny邊界檢測(cè)的方法獲得標(biāo)志點(diǎn)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(biāo)志點(diǎn)中心。本發(fā)明采用橢圓的中心作為投影中心，根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，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(biāo)系z(mì)軸、X軸及兩條平行于I軸的軸的投影。
[0031]螺旋線上標(biāo)志點(diǎn)的排列滿足半徑為R，螺距為2 h的螺旋線方程，第I個(gè)標(biāo)志點(diǎn)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(biāo)志點(diǎn)的角度間隔，由方程Δ Ψ = Ji /N給出。N的取值為整數(shù)，理論上來說，N的取值范圍可以從1到無窮大。但在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)螺旋線長(zhǎng)度保持固定，隨著N取值的增大，標(biāo)志點(diǎn)的數(shù)量也隨著增多，此時(shí)標(biāo)志點(diǎn)的投影可能會(huì)在投影圖像上出現(xiàn)重疊，不利于后期處理。當(dāng)N取值太小時(shí)，標(biāo)志點(diǎn)數(shù)目過少，會(huì)影響算法精度。所以，在實(shí)際應(yīng)用中，N的取值范圍為3≤N≤18是比較合理的。
[0035]參數(shù)N1和N2的取值為整數(shù)，它們的選取跟螺旋線中軸線的總長(zhǎng)度和參考點(diǎn)的選取有關(guān)。假設(shè)均勻排列的標(biāo)志點(diǎn)構(gòu)成的螺旋線中軸線的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，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(biāo)志點(diǎn)做為參考點(diǎn)，此參數(shù)點(diǎn)的角度為0,即Ψt0 =
O。在給出螺旋線中軸線的總長(zhǎng)度及參考點(diǎn)的選取位置后，可以確定出N1和N2的取值。
[0036]( 1)確定坐標(biāo)系z(mì)軸投影的方法，如圖3所示，從螺旋線上選取4個(gè)標(biāo)志點(diǎn)，形成平行四邊形Pkz如下：
[0037]
【權(quán)利要求】
1.一種確定C型臂斷層成像系統(tǒng)中幾何標(biāo)定參數(shù)的方法，包括以下幾個(gè)步驟： 第一步，將螺旋線模體放在C型臂斷層成像系統(tǒng)中的置物臺(tái)上，用C型臂掃描，獲取螺旋線模體在平板探測(cè)器上的投影圖像； 第二步，確定螺旋線上標(biāo)志點(diǎn)在平板探測(cè)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(biāo)系Z軸、X軸及兩條平行于I軸的軸的投影； 螺旋線上標(biāo)志點(diǎn)的排列滿足半徑為R，螺距為2 Jih的螺旋線方程，第I個(gè)標(biāo)志點(diǎn)位置為：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種確定C型臂斷層成像系統(tǒng)中幾何標(biāo)定參數(shù)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(jù)權(quán)利要求1所述的一種確定C型臂斷層成像系統(tǒng)中幾何標(biāo)定參數(shù)的方法，第二步中，首先用canny邊界檢測(cè)的方法獲得標(biāo)志點(diǎn)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(biāo)志點(diǎn)中心。
【文檔編號(hào)】A61B6/03GK103549971SQ201310551531
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月7日 優(yōu)先權(quán)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(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)