一种锥束CT系统几何参数校正模型及方法技术方案

本发明专利技术公开了锥束CT系统几何参数校正方法，包括以下步骤：采集一个投影角度下定标模型的投影数据；根据模型投影数据确定每条线状目标的中线方程，然后求出中线交点位置，进而求出四条线状目标在探测器上投影构成的四边形的边长。利用左边与右边之比求解φ，上边与下边之比求解θ，根据任意一条投影四边形的边长可以计算出ΔD。利用φ、θ，以及定标模板上两条相邻直线交点在存在φ、θ和沿X轴方向偏移了ΔD的探测器平面上的投影坐标，求解η,Δu,Δv。求得几何参数后，进行带参数FDK重建，得到校正之后的重建图像。本发明专利技术在四点模型的基础上进行改进，提出了线框模型，该模型既保留了四点模型通过一次投影求出6个几何参数，运算量小的优点，又相较于点状模型提高了抗噪性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无损检测
，具体涉及一种用于锥束CT系统几何参数校正的定标模型及方法。
技术介绍
计算机层析成像(Computed Tomography,CT)技术是一种重要的无损检测技术，具有高分辨率、高灵敏度以及多层次等优点。锥束CT系统最具代表性的重建算法是FDK重建算法，而FDK算法要求锥束CT成像系统必须满足理想的成像几何关系，即射线源、旋转中心以及探测器中心的连线垂直于探测器平面，且与旋转台的转轴垂直相交。而实际的锥束CT系统很难满足该理想关系，将导致重建图像出现严重伪影，降低重建精度。因此必须对锥束CT系统进行几何参数的校正，提高重建图像质量。Yi Sun等人在“A Calibration Method for Misaligned Scanner Geometry in Cone-beam Computed Tomography”一文中提出了一种基于点模型的校正方法。该方法是在一个有机玻璃板上镶嵌四个点状金属球，这四个金属球分别位于正方形的四个顶点上，然后就可以得到四个金属球在探测器上的投影位置。通过这四个金属球投影之间的相对几何位置关系可依次计算出探测器的几何参数。但是该点状模型在存在几何误差的CT系统下得到的重建图像中出现较严重畸变，这一问题在对分辨率要求很高的微纳CT系统中会导致几何参数求解准确度不高，从而使得重建图像出现伪影。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术公开了一种锥束CT系统几何参数校正模型及方法。本专利技术的目的之一是通过以下技术方案来实现的：一种锥束CT系统几何参数校正模型，包括定标模板，在定标模板上设置有4条不相交的线状目标，4条线状目标及各自向两端的延长线围成正方形。本专利技术的目的之二是通过以下技术方案来实现的：一种锥束CT系统几何参数校正方法，S1：利用探测器采集到一个投影角度下定标模板的投影数据得到模型的投影数据；S2：首先根据模型的投影数据确定每条线状目标的中线方程，然后根据相邻两条中线求出
交点位置，进而求出四条线状目标在探测器上投影构成的四边形的边长；最后，利用投影四边形左边与右边之比求解绕中心列旋转角度φ，利用投影四边形的上边与下边之比求解绕中心行旋转角度θ；得到φ和θ之后，根据任意一条投影四边形的边长计算出ΔD；S3：利用步骤S2求得的绕中心列旋转角度φ、绕中心行旋转角度θ，以及定标模板上两条相邻直线交点在存在绕中心列旋转角度φ、绕中心行旋转角度θ和沿X轴方向偏移了ΔD的探测器平面上的投影坐标，即可求解η,Δu,Δv；S4：求得六个几何参数之后，进行带参数FDK重建，得到校正之后的重建图像。有益技术效果：本专利技术在四点模型的基础上进行改进，提出了一种线框模型，该模型既保留了四点模型通过一次投影求出6个几何参数，运算量小的优点，又相较于点状模型提高了抗噪性。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步的详细描述，其中：图1线框模型结构示意图；图2理想几何结构锥束CT系统投影示意图；图3非理想几何结构锥束CT系统投影示意图；图4校正方法流程图；图5非理想结构下正视图；图6是图5的侧视图；图7是图5的俯视图；图8是图5另一侧的侧视图；图9角度Г与角度θ之间的关系示意图；图10平面P2与平面P3的关系示意图；图11平面P3与平面P4的关系示意图。具体实施方式以下将结合附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本专利技术，而不是为了限制本专利技术的保护范围。图1线框模型结构示意图；图2理想几何结构锥束CT系统投影示意图；图3非理想几何结构锥束CT系统投影示意图；图4校正方法流程图；图5非理想结构下正视图；图6是图5的侧视图；图7是图5的俯视图；图8是图5另一侧的侧视图；图9角度Г与角度θ之间的关系示意图；图10平面P2与平面P3的关系示意图；图11平面P3与平面P4的关系示意图。其中L表示在平面P上理想投影四边形AA′B′B的边长，R表示射线源到模板的距离，D表示射线源到理想探测器的距离，l表示四条延长线构成的正方形的边长，L可以根据R、D、l求得；平面P是理想探测器平面，定标模型上四条线状目标的延长线的四个交点在平面P上的投影是A′AB′B；平面P绕其中间列旋转角度φ后得到平面P1，四个交点在P1平面上的投影是DD′C′C；P1平面绕其中间行旋转θ角度后得到P2平面，同时四个交点在P2平面上的投影为EE′F′F；点S为射线源，点G、G′、I′、I分别是边AB、A′B′、DC、D′C′的中点；CD和EF的夹角为Г，该角度与θ角的函数有关，AS和GS的夹角为α，BS和GS的夹角也为α；IO与GO以及I′O与G′O的夹角都为φ，GS与SO以及G′S与SO的夹角都为β；D′C′与E′F′的夹角为Г，A′S与G′S的夹角为α；D为平面P1上的一点，DM垂直于平面P2交于点M，过M点作EI的垂线交于点N，因此，DM⊥EI、MN⊥EI、DN⊥EI。锥束CT成像系统由X射线源、旋转台和探测器组成。在工业锥束CT系统中，X射线源与探测器固定不动，旋转台位于射线源和探测器之间，被检测物体跟随旋转台旋转。该系统必须满足理想的成像几何关系，即射线源、旋转中心以及探测器中心的连线垂直于探测器平面，且与旋转台的转轴垂直相交。实际的锥束CT系统很难满足理想的成像关系，可将系统的几何失配情况分为三类：探测器的几何失配情况、射线源的几何失配情况、转台的几何失配情况。实际上，后两种几何失配情况可由探测器的几何失配情况等效，因此本专利技术只考虑了探测器的几何失配情况。对于探测器的几何失配情况可以用六个几何参数(φ,θ,η,Δu,Δv,ΔD)完全表示。本专利技术的核心是一个线框定标模型，其结构示意图如图1所示。为了保证重建图像的对比度，定标模板的材料选择N(100)型，Φ100mm×0.5mm，密度2.33g/cm3(18℃),制作方式选择蚀刻、切割。在理想情况下，该模板上四条线状目标在探测器上的投影延长应该构成一个正方形，其投影示意图如图2所示。当成像系统几何结构处于非理想状态时，定标模板的四条线在探测器上的投影将够成一个任意四边形，其投影示意图如图3所示。本专利技术的校正流程如图4所示，具体校正过程主要分为以下三步：S1，利用探测器采集到一个投影角度下定标模型的投影数据得到模型的投影数据。通过一般的方法将射线源、旋转台和探测器摆放在尽可能理想的位置上，使得探测器平面与旋转台平
面保持垂直。通过安装夹具将定标模型固定在转台中心，通过一般方法保证模型平面与转台平面保持尽可能垂直。S2，预处理及几何参数标定。首先根据模型投影确定每条线状目标的中线方程，然后根据相邻两条中线求出交点位置，进而求出四条线状目标在探测器上投影构成的四边形的边长。其中，射线源到旋转台平面中心的距离R和射线源到探测器平面的距离D通过测量得到。由于距离R的误差可以转换成距离D的误差，而距离D的误差是六个几何误差参数之一，因此距离R的测量误差不会影响最后的结果。最后，利用投影四边形左边与右边之比求解φ，利用投影四边形的上边与下边之比求解θ。得到φ和θ之后，根据任意一条投影四边形的边长可以计算出ΔD。S3，求解η,Δu,Δv。利用第二步求得的绕中心列旋转φ、绕中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锥束CT系统几何参数校正模型，其特征在于：包括定标模板，在定标模板上设置有4条不相交的线状目标，4条线状目标及各自向两端的延长线围成正方形。

【技术特征摘要】
2016.05.25 CN 20161035533731.一种锥束CT系统几何参数校正模型，其特征在于：包括定标模板，在定标模板上设置有4条不相交的线状目标，4条线状目标及各自向两端的延长线围成正方形。2.一种锥束CT系统几何参数校正方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：利用探测器采集到一个投影角度下定标模板的投影数据得到模型的投影数据；S2：首先根据模型的投影数据确定每条线状目标的中线方程，然后根据相邻两条中线求出交点位置，进而求出四...

【专利技术属性】
技术研发人员：王珏，蔡玉芳，向前，胡传晒，葛敏雪，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50