锥束CT系统几何校准方法及其校准装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种锥束CT系统几何校准方法及其校准装置。具体地，本发明专利技术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。本发明专利技术的方法采用了标准模体，校准精度高；可以直接通过实验采集到的模体投影位移量，进行简单计算便得到校准参数，计算速度快。本发明专利技术还提供了一种用于锥束CT系统几何校准的装置，所述装置具有射线源、探测器、硬件调节装置和标准模体。

Geometric calibration method and calibration device for cone beam CT system

The present invention relates to a geometric calibration method and a calibration device for a cone beam CT system. Specifically, the present invention provides a method for cone beam CT geometric calibration, which is characterized in that the method includes using a standard model to calibrate the X-ray focus, four axis rotation center displacement stage and the detector imaging plane center position, and the standard model to calibrate the detector swing angle the pitch angle and torsion angle, the standard model gauge body comprises a die body, cylinder body and ball phantom. The method of the invention adopts the standard phantom, and has high calibration accuracy. It can directly acquire the displacement of the module through the experiment, and get the calibration parameters directly through simple calculation, and the calculation speed is fast. The invention also provides a device for geometric calibration of a cone beam CT system. The device has a ray source, a detector, a hardware regulator and a standard die body.

【技术实现步骤摘要】
锥束CT系统几何校准方法及其校准装置
本专利技术涉及一种锥束CT系统几何校准方法及其校准装置。
技术介绍
锥束计算机断层成像(ConeBeamComputedTomography，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。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术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，本专利技术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。本专利技术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：将小球模体放置在偏离四轴位移台中心一定距离处，转动四轴位移台的T轴，开启射线源进行曝光，通过探测器采集曝光图像，直到小球模体球心投影到探测器中心列上；将四轴位移台顺时针、逆时针各旋转90度，开启射线源进行曝光，比较两次曝光的投影图像中小球模体球心到探测器中心列距离，直到距离相等，即偏摆角为零。在一些实施方式中，获得几何校准参数SID和SOD的方法包括：将小球模体放置在所述四轴位移台T轴台面中心，将四轴位移台沿Z轴正方向运动h距离，开启射线源进行曝光，得到小球模体球心在探测器上投影位置到探测器中心行的距离H1；将四轴位移台沿X轴正方向运动距离l，开启射线源进行曝光，得到小球球心在探测器上投影位置到探测器中心行的距离H2，所述几何校准参数SID和SOD通过下式计算：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。本专利技术提供了一种用于锥束CT系统几何校准的装置，其特征在于，所述装置具有射线源、探测器、硬件调节装置和标准模体，所述硬件调节装置包括能实现沿Y、Z轴方向的位移调节的两轴位移台和能实现沿X、Y、Z轴方向位移调节并沿T轴旋转的四轴位移台，其中所述射线源固定在机架上，所述探测器设置在所述两轴位移台上，所述标准模体包括块规模体、圆柱模体和小球模体，所述装置放置于光学平台上。在一些实施方式中，所述块规模体可用于校准所述探测器的扭转角和俯仰角，所述圆柱模体可用于校准射线源焦点、四轴位移台旋转中心和探测器成像平面中心位置，所述小球模体可用于校准所述探测器的偏摆角。在一些实施方式中，所述小球模体用于计算校准后几何校准参数：射线源到探测器距离SID和射线源到扫描物体距离SOD。在一些实施方式中，所述几何校准参数SID和SOD通过下式计算：其中h是四轴位移台沿Z轴正方向运动的距离，H1是四轴位移台沿Z轴正方向运动距离h时小球模体球心在探测器上投影位置到探测器中心行的距离，l是四轴位移台沿X轴正方向运动的距离，H2是四轴位移台沿X轴正方向运动距离l时小球球心在探测器上投影位置到探测器中心行的距离。在一些实施方式中，所述四轴位移台是圆形的。本专利技术的锥束CT几何校准方法及装置至少提供了以下优点：利用标准模体，不需要专门设计校准模体，校准精度高；以及不需要设计算法经过大量计算，可以直接通过实验采集到的模体投影位移量，进行简单计算便得到校准参数，计算速度快。本领域技术人员在阅读整个说明书和权利要求书时将理解本专利技术的这些优点和其它优点。附图说明图1示出了本专利技术实施例的锥束CT几何校准示意图图2示出了本专利技术实施例的模体投影几何参数示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施例进行说明。在下文所描述的本专利技术的具体实施例中，为了能更好地理解本专利技术而描述了一些很具体的技术特征，但显而易见的是，对于本领域的技术人员本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
1.一种用于锥束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。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，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。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，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。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，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。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，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。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用所述小球模体校准所述探测器的偏摆角，包括：将小球模体放置在偏离四轴位移台中心一定距离处，转动四轴位移台的T轴，开启射线源进行曝光，通过探测器采集曝光图像，直到小球模体球心投影到探测器中心列上；将四轴位移台顺时针、逆时针各旋转90度，开启射线源进行曝...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡战利，石伟，梁栋，郑海荣，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44