【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及cbct图像校正，尤其涉及一种校正体模、基于偏置探测器的cbct几何校正方法、系统及装置。
技术介绍
1、基于平板探测器的口腔颌面锥形束ct(cone beam ct，简称cbct)广泛应用于各种医疗应用，比如：牙科、乳房和放射治疗的诊断和治疗计划。根据应用目的的不同，cbct系统的机架和扫描轨迹差异很大，比如：环型、臂型机架、螺旋、圆形和鞍形轨迹。在这种cbct系统中，由于机械原因，可能会产生系统的几何误差。几何误差引起重建的图像伪影，如模糊、失真和条纹。为了消除这些图像伪影，需要确定几何参数并相应地进行校正，包括x射线源的位置、探测器的平移位移和旋转角度、源到探测器的距离(source to detectordistance，sdd)和源到物体的距离(source to object distance，sod)。
2、基于偏置探测器的cbct系统通常用于在有限的探测器尺寸下增加视野(field ofview，fov)。探测器中心被故意放置在主要的x射线穿刺点之外，以此获取更大的视野。
3、目前cbct系统的几何校正方法主要分为两类：在线校正方法和离线校正方法。在线校正方法使用被成像的物体信息，而不使用专用的校正体模。它们在二维投影数据域中使用数据的冗余性，或者在三维重建图像域中使用图像的锐度或熵进行几何误差校正。由于在线校正方法进行几何误差校正时，不使用嵌入体模的特定标记，可以在一定程度上解决随机机械误差。另一方面，离线校正方法使用专用的体模，并利用三维坐标和专用体模的投影二维坐标之间的
4、现有技术存在如下缺点：
5、(1)由于在线校正方法需要迭代正向和反向投影操作，因此与离线校正方法相比，在线校正方法的计算成本大大增加。
6、(2)离线校正方法，特别是对于使用在基于偏置检测器的cbct系统中，校正体模的一些投影钢球标记可能会在特定的投影视图角度中消失。在这种情况下，识别二维投影域中的钢球标记可能会变得困难。同时在某些情况下，也可能会发生相邻钢球标记物的重叠。此外，在制造几何校正体模的过程中，可能会出现制造误差，从而降低计算出的几何参数的精度。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是设计一种校正体模，提高二维投影域中钢球标记的识别度和降低相邻钢球标记物的重叠概率，并提出一种基于偏置探测器cbct系统的离线几何校正方法、系统及装置，在低计算成本的情况下，有效提高在基于偏置检测器的cbct系统中几何参数的计算精度，进而提高cbct重建影像的清晰度，解决现有的技术问题。
2、为解决上述技术问题，本专利技术的校正体模包括圆柱体，所述圆柱体上下有两个圆平面嵌入有钢球，嵌入钢球的两个圆平面之间的间距δh小于圆柱体的高度h，每个圆平面均匀嵌入n颗钢球，包括1个大钢球和n-1个小钢球；一个圆平面上的大钢球在另一个圆平面上的投影点与投影圆平面上的大钢球不重合，且投影点与投影圆平面上的大钢球的连线经过该圆平面的圆心，投影域中上下圆平面的标记钢球都能成像且未出现重叠现象。
3、本专利技术还提供一种基于偏置探测器的cbct几何校正方法，使用前述的校正体模，具体包括如下步骤：
4、步骤s1：采集体模数据，并建立坐标系确定钢球三维坐标；
5、步骤s2：根据三维到二维坐标的映射求解投影矩阵；
6、步骤s3：计算投影钢球的二维坐标误差，并剔除误差较大的钢球；
7、步骤s4：估计和优化等中心的三维坐标；本专利技术中，等中心是指被检部位的中心与机架中孔洞的中心相一致，偏离等中心会影响患者的辐射剂量或图像质量；
8、步骤s5：计算几何校正参数。
9、进一步的，步骤s3具体包括：根据投影矩阵计算每个钢球的二维中心坐标，并计算每个钢球在二维测量中心(um,vm)和二维计算中心(uc,vc)之间的累积误差，剔除在投影矩阵计算中具有最高重投影误差的钢球，并重新计算投影矩阵，重复操作，直到剩余钢球的最大误差小于单个探测器像素大小。
10、进一步的，利用欧氏距离的平均值作为所有投影角度上的重投影误差，误差计算公式如下：
11、
12、其中，ei表示第i个钢球的重投影误差，ni表示包含第i个钢球的投影数据的总数，表示第k个投影数据中第i个钢球的二维测量中心坐标，同理，表示相应的二维计算中心坐标。
13、进一步的，步骤s2中包括如下步骤：
14、步骤s21：获取体模的投影数据；
15、步骤s22：利用霍夫变换计算投影钢球的二维坐标；
16、步骤s23：根据大钢球的位置对坐标进行匹配；
17、步骤s24：根据坐标匹配结果求解每个投影角度的投影矩阵。
18、进一步的，步骤s23中根据大钢球的位置对坐标进行匹配具体包括：将钢球的圆平面分离为上下两层、提取大钢球的位置及索引、根据旋转角度对齐三维坐标和二维坐标。
19、进一步的，步骤s4具体包括：
20、步骤s41：获取每个投影角度的投影矩阵；
21、步骤s42：计算每个投影角度的源坐标；
22、步骤s43：根据源坐标点集，利用最小二乘估算等中心坐标；
23、步骤s44：利用标准粒子群优化算法优化等中心坐标。
24、进一步的，步骤s5中计算的几何校正参数包括探测器的旋转角度η和平移位移δu、δv、源到探测器的距离sdd、源到物体的距离sod、扫描角度δβ和放大倍率mag。
25、本专利技术还提供一种基于偏置探测器的cbct几何校正系统，使用前述的校正体模，包括：
26、至少一个处理器；以及
27、至少一个与所述处理器通信连接的存储器；
28、其中，所述存储器存储有可被处理器执行的指令，所述指令被所述处理器执行，以使系统执行前述的基于偏置探测器的cbct几何校正方法。
29、本专利技术还提供一种基于偏置探测器的cbct几何校正装置，使用前述的校正体模，包括：
30、投影数据采集模块，用于获取cbct采集360度扫描的体模投影数据；
31、钢球坐标匹配模块，用于对齐每个投影数据中钢球的三维和二维坐标，完成三维到二维坐标的映射；
32、投影矩阵计算模块，用于根据三维到二维坐标的映射结果计算确定投影矩阵；
33、误差处理模块，用于计算投影钢球的二维坐标误差，剔除在投影矩阵计算中具有最高重投影误差的钢球，并重新计算投影矩阵，重复操作，直到剩余钢球的最大误差小于单个探测器像素大小；
34、等中心坐标优化模块，用于计算投影角度的源坐标，估算等中心的三维坐标，并利用标准粒子群优化算法优化等中心坐标；
35、几何校正参数计算模块，用于计算几何本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种校正体模，包括圆柱体，其特征在于：所述圆柱体上下有两个圆平面嵌入有钢球，嵌入钢球的两个圆平面之间的间距Δh小于圆柱体的高度H，每个圆平面均匀嵌入N颗钢球，包括1个大钢球和N-1个小钢球；一个圆平面上的大钢球在另一个圆平面上的投影点与投影圆平面上的大钢球不重合，且投影点与投影圆平面上的大钢球的连线经过该圆平面的圆心，投影域中上下圆平面的标记钢球都能成像且未出现重叠现象。
2.一种基于偏置探测器的CBCT几何校正方法，其特征在于：使用权利要求1中的校正体模，具体包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的基于偏置探测器的CBCT几何校正方法，其特征在于：步骤S3具体包括：根据投影矩阵计算每个钢球的二维中心坐标，并计算每个钢球在二维测量中心(um,vm)和二维计算中心(uc,vc)之间的累积误差，剔除在投影矩阵计算中具有最高重投影误差的钢球，并重新计算投影矩阵，重复操作，直到剩余钢球的最大误差小于单个探测器像素大小。
4.根据权利要求3所述的基于偏置探测器的CBCT几何校正方法，其特征在于：利用欧氏距离的平均值作为所有投影角度上的重投影误差，误差
5.根据权利要求3所述的基于偏置探测器的CBCT几何校正方法，其特征在于：步骤S2中包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的基于偏置探测器的CBCT几何校正方法，其特征在于：步骤S23中根据大钢球的位置对坐标进行匹配具体包括：将钢球的圆平面分离为上下两层、提取大钢球的位置及索引、根据旋转角度对齐三维坐标和二维坐标。
7.根据权利要求3所述的基于偏置探测器的CBCT几何校正方法，其特征在于：步骤S4具体包括：
8.根据权利要求3所述的基于偏置探测器的CBCT几何校正方法，其特征在于：步骤S5中计算的几何校正参数包括探测器的旋转角度η和平移位移Δu、Δv、源到探测器的距离SDD、源到物体的距离SOD、扫描角度Δβ和放大倍率Mag。
9.一种基于偏置探测器的CBCT几何校正系统，其特征在于：使用权利要求1中的校正体模，包括：
10.一种基于偏置探测器的CBCT几何校正装置，其特征在于：使用权利要求1中的校正体模，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种校正体模，包括圆柱体，其特征在于：所述圆柱体上下有两个圆平面嵌入有钢球，嵌入钢球的两个圆平面之间的间距δh小于圆柱体的高度h，每个圆平面均匀嵌入n颗钢球，包括1个大钢球和n-1个小钢球；一个圆平面上的大钢球在另一个圆平面上的投影点与投影圆平面上的大钢球不重合，且投影点与投影圆平面上的大钢球的连线经过该圆平面的圆心，投影域中上下圆平面的标记钢球都能成像且未出现重叠现象。
2.一种基于偏置探测器的cbct几何校正方法，其特征在于：使用权利要求1中的校正体模，具体包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的基于偏置探测器的cbct几何校正方法，其特征在于：步骤s3具体包括：根据投影矩阵计算每个钢球的二维中心坐标，并计算每个钢球在二维测量中心(um,vm)和二维计算中心(uc,vc)之间的累积误差，剔除在投影矩阵计算中具有最高重投影误差的钢球，并重新计算投影矩阵，重复操作，直到剩余钢球的最大误差小于单个探测器像素大小。
4.根据权利要求3所述的基于偏置探测器的cbct几何校正方法，其特征在于：利用欧氏距离的平...
【专利技术属性】
技术研发人员：姜斯浩，曹洪玮，杨振华，邵志顺，
申请(专利权)人：常州博恩中鼎医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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