[发明专利]一种几何参数的校正方法、装置、设备及系统

说明书

本申请提供一种几何参数的校正方法、装置、设备及系统，所述方法包括：获取校正模体在不同机架角度下投影到探测器上的多幅二维投影图像；确定校正模体中的小球球心在二维投影图像中的物理投影位置坐标；利用物理投影位置坐标获得一组全局系统几何参数；根据全局系统几何参数对所有二维投影图像进行重建，得到校正模体的三维重建图像；确定三维重建图像中小球球心在获取的二维投影图像上的虚拟投影位置坐标；计算物理投影位置坐标与虚拟投影位置坐标的残差；利用残差对不同机架角度下的几何参数进行校正。本申请利用小球球心的物理投影坐标与小球球心的虚拟投影坐标之间的残差对不同机架角度的系统几何参数进行补偿，修正了几何参数估计误差。

技术领域

本申请涉及医疗成像技术，特别涉及一种几何参数的校正方法、装置、设备及系统。

背景技术

锥形束投照计算机重组断层影像(Cone Beam Computed Tomography，CBCT)成像系统一般包含一个X-ray放射源、一个探测板和一个旋转机架。其中，X-ray放射源和探测板附加到旋转机架上，随着旋转机架的旋转而旋转。CBCT成像原理是围绕三维物体旋转机架获取物体在多个角度下的投影图像，然后应用锥束投影图重建算法重建出物体三维图像。

CBCT成像系统在重建图像时，需要获得成像系统准确的几何系统参数信息，CBCT系统的几何参数是指描述系统的X-ray光源、物体和探测器之间的角度和位置的几何参量，如X-ray放射源到探测板的距离，X-ray放射源到旋转轴的距离，探测板的倾斜和旋转角度等。由于X-ray放射源和探测板的重力，这些参数随着旋转机架的旋转而变化，也就是说在不同旋转机架角度下，成像系统的几何系统参数是不同的。不准确的CBCT几何系统参数信息将导致重建图像出现几何伪影，降低重建图像质量。因此，CBCT系统的几何参数校正具有提高重建图像质量，防止出现图像伪影的重要意义。

目前，通用的做法为：将一个带有若干标记点的校正模体放置在X-ray放射源和探测板之间，旋转机架得到该校正模体在不同角度的2D投影图，再根据2D投影图像中的标记点与成像系统的几何参数预先设定的几何关系，计算得到成像系统的几何参数。其中，具体的实现过程为：

第一种方案是：校正模体是包含24个相同大小金属小球的圆柱形模体，这些小球形成两个与圆柱模体同轴的圆环，每个圆环由均匀分布的12个小球组成，其中，要求小球的位置误差不超过25μm。之后，将校正模体放在X-ray放射源和探测板之间，使校正模体的中心与等中心对齐，校正模体的轴方向与旋转机架的旋转轴对齐。旋转机架以1度的间隔旋转，在每个机架角度分别采集一幅校正模体的2D投影图。对于每一幅投影图做如下处理：首先，确定小球投影在投影图中的位置坐标；然后，在定义的投影坐标系和探测器坐标系下，利用模体坐标系下小球位置坐标和投影图上小球位置坐标的关系，给出直接计算系统几何参数的解析表达式，并计算出系统几何参数；最后，通过将各个角度下的X-ray放射源的坐标拟合成圆形轨迹，重新建立一个投影系统坐标系，并重新计算在此投影系统坐标系下的所有角度下的几何参数。但是，这种方案中，对校正模体中小球的相对位置精度要求比较严格，小球的相对位置偏差影响最后的系统几何参数的计算精度。

第二种方案：通常假设CBCT的系统几何参数在不同机架角度下是一组固定的全局参数，然后利用校正模体中的标记点位置信息和其投影图像的位置信息关系，计算得到这一组全局参数。但是，这种方法的假设条件在实际中通常是不成立的，利用计算的全局参数重建三维图像会引入几何伪影，降低图像质量。

因此，如何降低校正模体精度要求并且能精确计算出成像系统几何参数，是目前有待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种几何参数的校正方法、装置、设备及系统，在降低校正模体精度要求的同时，修正了不同机架角度下的几何参数的估计误差。

具体地，本申请是通过如下技术方案实现的：

第一方面提供一种几何参数的校正方法，包括：