基于光学摄影的平板探测器旋转中心的测定方法及其系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于光学摄影的平板探测器旋转中心的测定方法及其系统。本发明专利技术在C臂加载的平板探测器的中央探测器行上安装摄像头，采用直径已知的长直圆柱作为参照物，参照物位于理想的旋转中心轴上并且位置已知，C臂带动旋转，摄像头拍摄各个角度下的拍摄图像，进行图像处理，并与理想的旋转中心轴进行比对，计算得到在相应角度下关于理想的旋转中心轴的横向偏离值；成本低廉，方法简易灵活，适用范围广，精度取决于摄像头精度，因此具有较高精度；本发明专利技术应用于各类C臂加载的平板探测器需要测量旋转中心轴的偏移的医学应用场景，进行旋转中心轴的校准。

Measurement method and system of rotation center of flat panel detector based on optical photography

【技术实现步骤摘要】
基于光学摄影的平板探测器旋转中心的测定方法及其系统
本专利技术涉及医学成像和治疗领域，具体涉及一种基于光学摄影的平板探测器旋转中心的测定方法及其测定系统。
技术介绍
在大型放疗设备，数字减影，锥束CT(X-raycomputedtomography)，平板PET(PositronEmissionTomography，PET)中，经常使用可探测高能光子的平面型探测器单元阵列，这些平板探测器可绕病人进行旋转采样，从而采集到足够的投影数据进行图像重建，获得病人的断层(tomography)图像。但由于支撑平板探测器的机架多为较灵活的C臂结构，在平板探测器围绕病人转动过程中，可能有重力造成的形变误差(探头较重时)，由此可造成平板探测器的转动中心发生漂移，即不是绕一个固定轴进行转动。具体说就是在投影空间，平板探测器的中央探测器行与固定的转动轴线发生偏离，此时平板探测器的中央探测器行的投影与固定轴的投影不一致，也可叫非等中心偏差。在成像设备中，当该偏差大于1/2个探测单元尺寸时，就会给后续的图像重建带来误差，从而可能降低图像分辨率。在其他C臂结构设备中，该偏离误差会引起定位偏差。引起该非等中心偏差的一个重要来源是探头重量导致的C臂形变，这也是大C臂结构悬挂较重的(>15kg)平板探测器或其他种类部件(如放射治疗头)的常见的误差源，与加工、组装精度无关。在旋转放疗头，平板PET，DSA血管减影等设备中，都存在此类形变误差，人们采用多种方法来解决，比如牺牲灵活性而采用昂贵的“闭环”转动机构来避免重力形变误差，也有的用专用模具或专用检测仪对此形变误差进行准确测量，并且用软件方法进行校正，比如放疗中，利用等中心激光校正仪、三维水箱扫描、或半导体电离室矩阵等工具来验证激光所指示的等中心与X射线束等中心的一致性检查，通过X光胶片曝光后的显像进行对比。又比如CBCT(锥束CT)中，人们采用带有标识物(钢条、钢珠，且呈立体分布)的校准靶模具，利用自身的X光源进行照射，观察校准靶中标识物成像后的位置，与已知的实际位置进行对比，从而检测出偏差发生的角度与大小，最终用于图像校正。但此类方法也有缺点，有的为专用仪器，造价昂贵，有时需要自身带有X光源。
技术实现思路
针对以上现有校正技术中存在的缺点，本专利技术提出了一种基于光学摄影的平板探测器旋转中心的测定系统及其测定方法。本专利技术的一个目的在于提供一种基于光学摄影的平板探测器旋转中心的测定系统。本专利技术针对平板探测器，平板探测器安装在放射治疗和医学成像仪器的C臂的末端，在C臂的一端安装平板探测器或在C臂的两端分别安装一个平板探测器。C臂具有占用空间小、使用灵活且造价低的优点，但是容易造成旋转中心轴的偏移。能够在C臂上加载各种平板探测器，包括用C臂进行三维(3D)旋转采样的平板CT、平板PET、平板SPECT及旋转放疗头等及其他需要在转动中精确定位的C臂设备。本专利技术的基于光学摄影的平板探测器旋转中心的测定系统包括：摄像头、图像采集器、图像处理系统、参照物和支架；其中，摄像头连接至图像采集器，图像采集器连接至图像处理系统；摄像头固定安装在平板探测器的中央探测器行上，并且摄像头位于平板探测器内侧的探测区域内，摄像头的敏感面正对探测区域；参照物水平放置在支架上；参照物为长直圆柱，参照物的表面不反光，参照物的直径已知，并且参照物相对于地面的位置已知；在C臂位于0°时，摄像头和平板探测器的敏感面均与水平面垂直，摄像头的俯仰角为水平位，即摄像头的敏感面的法线位于水平面；在C臂位于90°时，摄像头和平板探测器的敏感面均与水平面平行；在C臂位于0°和90°时，参照物在摄像头的拍摄图像中均位于正中央；C臂按照设定的步进间隔旋转到一个设定角度即理论角度，得到各个角度下的拍摄图像，根据拍摄图像得到各个角度下的中央探测器行关于理想的旋转中心轴的横向偏离值Δy，同时计算中央探测器行关于理想的旋转中心轴的角度偏离值Δθ，根据各个角度下的中央探测器行关于理想的旋转中心轴的横向偏离值和关于理想的旋转中心轴的角度偏离值作为校正系c，得到在各个角度下的校正表，从而在平板探测器实际使用时，按照校正表进行校正。参照物垂直于中心轴的截面为中心对称图形，并且沿长度方向截面完全一致，沿长度方向笔直不能有弯曲，从而在旋转过程中不会发生轮廓的改变，并且长度超过摄像头的视野范围。在参照物的表面涂黑漆，使得表面不能有反光。参照物的直径为5～10mm及以上，不能太小，否则易弯曲变形，参照物直径的成像宽度达到50～100个像素为佳，保证其边界提取的相对测量误差在百分之五以内；参照物长度应大于平板探测器的视野宽度，例如对人体腹部探测，其为500～1000mm。本专利技术的基于光学摄影的平板探测器旋转中心的测定方法，针对平板探测器较重时由重力造成的形变位置误差，使得平板探测器关于理想的旋转中心轴发生的偏离值进行测定，包括以下步骤：1)调试摄像头：a)将摄像头固定安装在平板探测器的中央探测器行上，并且摄像头位于平板探测器内侧的探测区域内；b)在C臂位于0°时，摄像头和平板探测器的敏感面均与水平面垂直，调试摄像头的俯仰角为水平位，即摄像头的敏感面的法线位于水平面；2)调试参照物：a)提供参照物，参照物为长直圆柱，参照物的表面不能有反光，测量得到参照物的直径；b)采用支架将参照物水平放置，在C臂位于0°时，调整参照物位置，使得参照物位于摄像头的摄像图像正中央；c)在C臂位于90°时，摄像头和平板探测器的敏感面均与水平面平行，调整参照物位置，使得参照物位于摄像头的摄像图像正中央；d)此时，参照物所在的位置即是理想的旋转中心轴，精确测量此时参照物相对于地面的位置；3)C臂带动平板探测器和摄像头位于一个设定角度即理论角度，摄像头拍摄采样，保存拍摄图像，并记录此时的实测角度值；4)C臂按照设定的步进间隔旋转到下一个设定角度即理论角度，重复步骤3)，直至从0°旋转到180°，得到各个角度下的拍摄图像，拍摄图像中含有中央探测器行关于理想的旋转中心轴的偏离值或非等中心偏离的信息，参照物在拍摄图像中的位置有变化；5)通过图像处理系统，对各个角度下的拍摄图像进行处理，计算各个角度下参照物在拍摄图像中的位置变化值，这一位置变化值即为各个角度下的中央探测器行关于理想的旋转中心轴的横向偏离值Δy；同时计算理论角度值与实测角度值之差，此即中央探测器行关于理想的旋转中心轴的角度偏离值Δθ；6)校正：a)在没有角度偏差情况下，将各个角度下的中央探测器行关于理想的旋转中心轴的横向偏离值作为校正系数c，得到在各个角度下的校正表，从而在平板探测器实际使用时，按照校正表进行校正，如此将由于重力形变造成的关于转轴中心轴的横向偏离值直接扣除掉，即将中央探测器行按照校正表给出的校正系数进行中央探测器行位置偏移修正，就完成了等中心校正，即c＝-Δy；b)在同时存在角度偏差时，由于拍摄图像测量得到的横向偏离值是真实的横向偏离值与角度偏差引起的额外的角度偏离值Δy′的加和，此时校正系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光学摄影的平板探测器旋转中心的测定方法，针对平板探测器较重时由重力造成的形变位置误差，使得平板探测器关于旋转中心轴发生的偏离值进行测定，其特征在于，所述测定方法包括以下步骤：/n1)调试摄像头：/na)将摄像头固定安装在平板探测器的中央探测器行上，并且摄像头位于平板探测器内侧的探测区域内；/nb)在C臂位于0°时，摄像头和平板探测器的敏感面均与水平面垂直，调试摄像头的俯仰角为水平位，即摄像头的敏感面的法线位于水平面；/n2)调试参照物：/na)提供参照物，参照物为长直圆柱，参照物的表面不能有反光，测量得到参照物的直径；/nb)采用支架将参照物水平放置，在C臂位于0°时，调整参照物位置，使得参照物位于摄像头的摄像图像正中央；/nc)在C臂位于90°时，摄像头和平板探测器的敏感面均与水平面平行，调整参照物位置，使得参照物位于摄像头的摄像图像正中央；/nd)此时，参照物所在的位置即是理想的旋转中心轴，精确测量此时参照物相对于地面的位置；/n3)C臂带动平板探测器和摄像头位于一个设定角度即理论角度，摄像头拍摄采样，保存拍摄图像，并记录此时的实测角度值；/n4)C臂按照设定的步进间隔旋转到下一个设定角度即理论角度，重复步骤3)，直至从0°旋转到180°，得到各个角度下的拍摄图像，拍摄图像中含有中央探测器行关于理想的旋转中心轴的偏离值或非等中心偏离的信息，参照物在拍摄图像中的位置有变化；/n5)通过图像处理系统，对各个角度下的拍摄图像进行处理，计算各个角度下参照物在拍摄图像中的位置变化值，这一位置变化值即为各个角度下的中央探测器行关于理想的旋转中心轴的横向偏离值Δy；同时计算理论角度值与实测角度值之差，此即中央探测器行关于理想的旋转中心轴的角度偏离值Δθ；/n6)校正：/na)在没有角度偏差情况下，将各个角度下的中央探测器行关于理想的旋转中心轴的横向偏离值作为校正系数c，得到在各个角度下的校正表，从而在平板探测器实际使用时，按照校正表进行校正，如此将由于重力形变造成的关于转轴中心轴的横向偏离值直接扣除掉，即将中央探测器行按照校正表给出的校正系数进行中央探测器行位置偏移修正，就完成了等中心校正，即c＝-Δy；/nb)在同时存在角度偏差时，由于拍摄图像测量得到的横向偏离值是真实的横向偏离值与角度偏差引起的额外的角度偏离值Δy′的加和，此时校正系数为c＝-Δy+Δy′，得到在各个角度下的校正表，从而在平板探测器实际使用时，按照校正表进行校正，将关于转轴中心轴的横向偏离值和角度偏离值直接扣除掉，就完成了等中心校正；/n其中Δy′＝R×tg(Δθ)；R是中央探测器行到旋转中心轴的距离，也是旋转半径。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于光学摄影的平板探测器旋转中心的测定方法，针对平板探测器较重时由重力造成的形变位置误差，使得平板探测器关于旋转中心轴发生的偏离值进行测定，其特征在于，所述测定方法包括以下步骤：
1)调试摄像头：
a)将摄像头固定安装在平板探测器的中央探测器行上，并且摄像头位于平板探测器内侧的探测区域内；
b)在C臂位于0°时，摄像头和平板探测器的敏感面均与水平面垂直，调试摄像头的俯仰角为水平位，即摄像头的敏感面的法线位于水平面；
2)调试参照物：
a)提供参照物，参照物为长直圆柱，参照物的表面不能有反光，测量得到参照物的直径；
b)采用支架将参照物水平放置，在C臂位于0°时，调整参照物位置，使得参照物位于摄像头的摄像图像正中央；
c)在C臂位于90°时，摄像头和平板探测器的敏感面均与水平面平行，调整参照物位置，使得参照物位于摄像头的摄像图像正中央；
d)此时，参照物所在的位置即是理想的旋转中心轴，精确测量此时参照物相对于地面的位置；
3)C臂带动平板探测器和摄像头位于一个设定角度即理论角度，摄像头拍摄采样，保存拍摄图像，并记录此时的实测角度值；
4)C臂按照设定的步进间隔旋转到下一个设定角度即理论角度，重复步骤3)，直至从0°旋转到180°，得到各个角度下的拍摄图像，拍摄图像中含有中央探测器行关于理想的旋转中心轴的偏离值或非等中心偏离的信息，参照物在拍摄图像中的位置有变化；
5)通过图像处理系统，对各个角度下的拍摄图像进行处理，计算各个角度下参照物在拍摄图像中的位置变化值，这一位置变化值即为各个角度下的中央探测器行关于理想的旋转中心轴的横向偏离值Δy；同时计算理论角度值与实测角度值之差，此即中央探测器行关于理想的旋转中心轴的角度偏离值Δθ；
6)校正：
a)在没有角度偏差情况下，将各个角度下的中央探测器行关于理想的旋转中心轴的横向偏离值作为校正系数c，得到在各个角度下的校正表，从而在平板探测器实际使用时，按照校正表进行校正，如此将由于重力形变造成的关于转轴中心轴的横向偏离值直接扣除掉，即将中央探测器行按照校正表给出的校正系数进行中央探测器行位置偏移修正，就完成了等中心校正，即c＝-Δy；
b)在同时存在角度偏差时，由于拍摄图像测量得到的横向偏离值是真实的横向偏离值与角度偏差引起的额外的角度偏离值Δy′的加和，此时校正系数为c＝-Δy+Δy′，得到在各个角度下的校正表，从而在平板探测器实际使用时，按照校正表进行校正，将关于转轴中心轴的横向偏离值和角度偏离值直接扣除掉，就完成了等中心校正；
其中Δy′＝R×tg(Δθ)；R是中央探测器行到旋转中心轴的距离，也是旋转半径。


2.如权利要求1所述的测定方法，其特征在于，在步骤1)中，在C臂的一端安装平板探测器或...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘力，马宁宁，顾天龙，刘伟，
申请(专利权)人：北京锐视康科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11