X射线成像系统的校正方法技术方案

本发明专利技术公开了一种X射线成像系统的校正方法，包括如下步骤：a)利用投影矩阵描述三维空间点与其投影在二维平板探测器上的像素点之间的对应关系，并将所述投影矩阵划分为第一投影子矩阵和第二投影子矩阵；b)对所述第一投影子矩阵进行快速校正；c)合并校正后的第一投影子矩阵和所述第二投影子矩阵得到完整的投影矩阵对X射线成像进行校正。本发明专利技术提供的X射线成像系统的校正方法，通过将易变部分和稳定部分分开处理，从而不需要使用校正模体也可实现对射野成像、锥形束断层成像或扇形束成像等进行在线快速的几何矫正。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种医疗成像校正方法，尤其涉及一种。
技术介绍
C型臂X射线成像系统由以下几个部分构成：放射性直线治疗源，X射线光源1和 一个沿机架转盘3的圆形轨道运动的平板探测器2,如图1所示。从不同机架角度收集到 的两维投影图像可以单独用来窥视病床4上病人的内部解剖结构，也可以一起用来重建出 一个三维的病人解剖结构。C型臂X射线装置的几何校正，目的是在特定的条件下(机架角 度和平板位置)，建立三维空间（治疗环境）和所获取图像的精确的几何对应关系。三维固 定坐标系和二维图像坐标系的关系如图2所示，X射线源的旋转轴被定为IEC (国际电工委 员会）Yf轴。当机架处于垂直位置时（即为〇度角位置)，通过X射线管焦点并且与IEC Yf 轴垂直的轴线被定义为IEC Zf轴。垂直于Y-Z平面并且通过Yf轴和Zf轴交点的轴线被 定义为IEC &轴。在理想情况下，光源的运动轨迹是位于坚直的X-Z平面的圆轨道，轨道 中心和IEC坐标系的中心Of是重合的，重合点即为机器的等中心点。当机架处于0度位置 时，IEC Zf轴从等中心点Of指向X射线光源，而IEC Xf轴从等中心点Of指向右方(观察者 面向机架时)。请继续参见图1，校准后的激光器5瞄准机器的等中心点O f，图中所示叉线 表示不同方向的轴线。请继续参见图2,二维像素化的图像坐标系是在探测器平面定义的， 引入了两个坐标轴U轴和V轴：U轴是与IEC Xf平行的同向轴，而V轴是与IEC Yf平行的 反向轴。像素坐标（u = 0，v = 0)表示了探测器左上角的像素点。当机架处于0度(垂直 放置）时，理想的探测器平面应该是水平放置的并且IEC Zf轴穿过探测器中心（EPID中心， Electronic Portal Imaging Device)。EPID 中心点的像素坐标是（W/2pu，H/2pv)，其中 H 和W是探测器2的宽度和高度，pv和Pu是像素单元的宽度和高度。中心点Of的IEC坐标 是（0,0，- (f-D))，其中f和D分别是"源像距"（SID)和"源轴距"（SAD)。光源的真实运 动轨迹和平板探测器的真实行为会跟上文所说的理想情况有一些差异。以下是两种主要差 异的情况：首先，X射线源可能跟理想的垂直平面有微小偏离，并且它的运动轨迹也不一定 是理想的圆形，如图3所示。需要注意的是，直线加速器头的安装是非常牢固的，这样的结 果是，即使X射线源的运动轨迹不是严格的圆形，它的状态也是非常稳定的，并且在一个相 当长的时间（几个月甚至几年）不会改变。其次，跟直线加速器头不同的是，平板探测器跟 机架的相对位置并不是十分的牢固；由于重力的作用，在不同的机架角位置，平板探测器的 板子相对于射束中心轴线（CAX，连接光源与图像中心点）可能有不同程度的下坠，如图4所 示。实际情况下，CAX与探测器的交点像素位置（ U(l，Vtl)跟（W/2pu，H/2pv)有一定的偏差。 (W/2p u，H/2pv)通常被称为基点或是光学中心。如图4所示，相对于理想探测器，真实探测 器有以下几点不同：（a)绕u = Uci异面旋转角度η ; (b)绕V = Vci,异面旋转角度〇 ; (c) 绕点（u0, ν0)同面方宠转 Φ ° 从文献 5 :A geometric calibration method for cone beam CT systems"，Kai Yang, Alexander L. C. Kwanj DeWitt F. Miller, and John M. Boone, Med Phys. 2006June;33(6) :1695 - 1706可知，异面旋转角度η和〇很难以确切的精度来确定， 并且这两个角度相比于其他参数而言，对图像质量的影响较小。实际应用中，依靠高质量的 机械设计和高精度的机械加工，这两个角度能够控制在很小的水平(< 1°)。综合以上考虑， η = σ = 〇的假设是合理的。 由上可见，平板探测器的平面平行于多页光栅的平面并且垂直于CAX。然而，X射 线源的运动并不是严格圆轨迹，源像距f和源轴距D的值对于所有不同的机架角时也并非 同一个常数，如图2所示。同时，由行向量（U)和列向量（V)构成的图像坐标系存在着相对 于CAX的共面旋转和平移。 上述这些非理想情况在图5中有所展示，请继续参见图5,在平板探测器平行于多 页栅极并且垂直于射束中心轴线的假设下，在平板探测器上得到下面的关系：图像接收坐 标轴X_r和Y_r落在平板探测器上并且分别和X_bld和Y_bld保持一致。由于平板探测 器的下垂，基点㈨，Vtl)可能跟平板的中心产生偏差。同时，获取图像的行向量（U)和列向 量（V)相对于多页栅极的投影坐标存在着一定的旋转(在零度角的情况下)。人们倾向于利 用投影矩阵来描述三维空间点（x f，yf，zf)与它投影在二维平板探测器上的像素点的精确对 应关系（见图 3)，如文献 I !Multiple View Geometry in Computer Vision, Hartley, R.~ I.and Zisserman, A. ,2004, Cambridge University Press, ISBN: 0521540518,投影矩阵对 应于X射线源与平板探测器特定的一组相对位置。如果光源的旋转轨迹是理想圆，投影矩 阵可以写为：【主权项】1. 一种，其特征在于，包括如下步骤： a) 利用投影矩阵描述H维空间点与其投影在二维平板探测器上的像素点之间的对应 关系，并将所述投影矩阵划分为第一投影子矩阵和第二投影子矩阵； b) 对所述第一投影子矩阵进行快速校正； C)合并校正后的第一投影子矩阵和所述第二投影子矩阵得到完整的投影矩阵对X射 线成像进行校正。2. 如权利要求1所述的，其特征在于，所述步骤a)中第一 投影子矩阵和第二投影子矩阵的划分过程如下：将与探测器平板的共面旋转角0W及基点 位置（U。，V。）相关的投影对应关系划分成第一投影子矩阵巧kwwe，将其他平移量和转动量 的投影对应关系划分成第二投影子矩阵PeKigid。3. 如权利要求1所述的，其特征在于，所述X射线成像系统 为C型臂X射线成像系统，所述步骤b)中第一投影子矩阵采用预定义页型的多页光栅进行 自动化无模体的快速校正。4. 如权利要求2所述的，其特征在于，所述第一投影子矩阵 巧kwwe计算如下；所述第二投影子矩阵PeKigid计算如下：所述步骤C)中所述投影矩阵为Pe按如下方式进行合并： P白=巧lexible*巧igid,其中P,和Ph为探测器平板像素尺寸，0为机架角，。为其 他平移量，[时e为其他转动量，f为源像距。5. 如权利要求3所述的，其特征在于，所述预定义页型的多 页光栅的自动化无模体的校正过程如下：将选定页片放置在预先定义的位置进入视野边缘 而改变视野，把准直器放在0度的位置，根据预先定义页片的侧向边缘确定Xf轴，根据预先 定义页片的纵向边缘确定Yf轴。6. 如权利要求5所述的，其特征在于，所述选定页片边缘关 于Xf和Yf对称，所述选定页片侧向边缘的对称轴为Xf轴，所述选定页片纵向边缘的对称轴 为Yf轴。7. 如权利要求5所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种X射线成像系统的校正方法，其特征在于，包括如下步骤：a)利用投影矩阵描述三维空间点与其投影在二维平板探测器上的像素点之间的对应关系，并将所述投影矩阵划分为第一投影子矩阵和第二投影子矩阵；b)对所述第一投影子矩阵进行快速校正；c)合并校正后的第一投影子矩阵和所述第二投影子矩阵得到完整的投影矩阵对X射线成像进行校正。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：倪成，
申请(专利权)人：上海联影医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31