[发明专利]用于数字合成体层成像系统几何误差校正的装置及方法

说明书

技术领域

本发明医学断层成像技术领域，涉及一种数字合成体层成像系统。

技术背景

数字合成体层成像方法具有非常重要的意义，其应用涉及科学研究和人体乳腺癌临床诊断及治疗。

目前研究的医学断层成像技术主要有功能核磁共振(fMRI)、正电子发射层析成像(PET)、计算机断层成像(CT)和数字合成体层成像(DTS)等。作为新型医学成像技术，数字合成体层成像因其对组织重叠成像的分辨能力、较低的X射线辐射剂量、较高的诊断准确性以及较低的复查率等优点得到越来越多医学成像研究者的关注并在医学影像诊断中起着非常重要的作用。

基于传统体层摄影的几何原理，数字合成体层成像技术的扫描系统沿有限角度的圆弧扫描轨迹从不同投影角度一次采集数个或数十个的物体投影数据，并利用计算机对成像物体投影数据进行处理，最终重建出任意给定深度的物体冠状面断层图像。

数字合成体层成像采用的滤波反投影(FDK)算法主要利用物体重建体素与探测投影平面像素之间的映射关系重建出物体的断层图像。FDK算法主要有以下步骤：(1).投影数据预余弦加权；(2).水平方向的一维滤波；(3).沿X射线方向的三维反投影。由此可知，数字合成体层成像系统的投影扫描几何误差(如：X线源的投影位置偏移、光源到探测器距离误差、光源到旋转中心距离误差以及旋转轴偏移和倾斜等)将直接影响到物体重建体素与探测投影平面像素之间的投影映射关系，从而导致物体断层图像的重建精度下降。近年来随着数字平板探测器技术的不断发展，数字合成体层成像系统的分辨率越来越高，可达50μm～100μm，因此扫描系统的微小几何误差都会引起数字合成体层成像的重建伪像。

如何提高成像系统的几何精度便成为众多研究人员最为关注的问题。目前研究数字合成体层成像系统几何误差校正的方法有很多，主要有基于低空间频率的投影数据傅里叶分析方法、扫描系统几何参数提取校正方法等等。然而，这些方法或应用起来很复杂，或仅仅针对整个扫描系统的几何参数提取，都无法分扫描角度的对扫描投影系统的几何误差进行有效地校正。

相比于以上其他数字合成体层成像系统几何误差校正方法，本发明提出的基于校正方体的系统几何误差校正方法。本方法通过自制校正仿体来提取各个扫描角度下的校正投影矩阵，并利用校正投影矩阵对系统各个扫描角度的反投影映射坐标进行修正，从而达到提高成像系统重建精度的目的。

参考文献：

(1)J.T.Dobbins III，D.J.Godfrey，Digital x-ray tomosynthesis：current state of the art clinical potential，Phys.Med.Biol.Vol.48，pp.65-106(2003).

(2)J.T.Dobbins III，Tomosynthesis imaging：At a translational crossroads，Med.Phys.Vol.36，Issue 6，pp.1956-1967(2009).

(3)L.T.Niklason，B.T.Christian，L.E.Niklason，et al.Digital tomosynthesis in breast imaging，Radiology Vol.205，pp：399-406(1997).

(4)Park JM，Franken EA Jr，Garg M，Fajardo LL，Niklason LT，Breast tomosynthesis：Present considerations and future applications，Radiographics，Vol.27，pp.231-240(2007).

(5)H.Jiang，Three-dimensional artifact induced by projection weighting and misalignment，Trans.Med.Imag.，Vol.18，Issue 4，pp.1375-1384(1999).

(6)L.V.Smekal，M.Kachelrie，E.Stepina，and W.A.Kalender，Geometric misalignment and calibration in cone-beam tomography，Med.Phys.31，pp.3242-3266(2004).