[发明专利]一种加速器射野几何与透视成像几何耦合校准装置及方法

说明书

本发明公开了一种加速器射野几何与透视成像几何耦合校准装置，包括透明材料制成的基体和嵌在基体内部的金属球；任意四个球体不共面，且一个金属球球心位于基体的几何中心；基体表面设有两组标记线。本发明还公开一种基于上述装置的加速器射野几何与透视成像几何耦合校准方法，将校准装置置于加速器射野范围和透视成像装置成像范围内，根据不同角度的影像中金属球在画面中的位置，加速器射野中心点和透视成像装置的几何信息获得透视成像装置相对于加速器射野中心点的耦合几何信息，本发明可实时获得相对于加速器射野的透视装置几何参数，避免了基于激光灯模体摆位的误差传递，提升了用于加速器图像引导的透视装置的几何精度，整体校正效率高。

技术领域

本发明涉及加速器的校准装置及方法，尤其涉及一种加速器射野几何与透视成像几何耦合校准装置及方法。

背景技术

在CBCT(锥形束CT)、透视图像引导摆位等透视图像的应用中，对于透视成像装置的几何参数有精度要求，在获取透视图像的同时需要得到形成透视图的投影透视成像装置的几何参数，这些几何参数指透视投影矩阵或与之等价的透视源坐标、成像平板坐标与方向等参数，这些几何参数需要以加速器的射野等中心为基准获得。

目前该领域的应用中，在获得透视装置的几何参数时，选取基准一般使用预先校准的纵横两组激光灯来标记射野坐标系下各坐标轴的方向，通过激光灯交点标记射野等中心位置。但这样的方法受激光灯校准的误差影响，并随着加速器的使用误差会发生递增。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种减小误差影响的加速器校准装置及方法。

技术方案：本发明的一种加速器射野几何与透视成像几何耦合校准装置，其特征在于，所述装置包括透明材料制成的基体和嵌在基体内部的若干金属球。金属球数量至少为透视成像装置的数量的八倍，金属球直径为3-10mm；任意四个球体不共面，其中一个金属球的球心位于基体的几何中心。

基体由有机玻璃制成，下端面为平面，其表面设有两组标记线，每组标记线包括一条竖直标记线和一条水平标记线，通过两组标记线中心点的两组水平面与竖直面交于基体的几何中心，通过两组标记线的水平面与竖直面的两条交线相互垂直。

本发明所述的使用上述校准装置的加速器射野几何与透视成像几何耦合校准方法，包括如下步骤：

(1)将校准装置放于平台上，调整其位置确保校准装置同时处于加速器射野范围和透视成像装置成像范围内；

(2)旋转加速器机头，获得多于2个角度的加速器射野影像，根据这些影像中金属球在画面中的位置于金属球在模体坐标系下的坐标，获得加速器成像的几何信息，包括加速器机头、射野成像平板的坐标和角度；

(3)填充射野影像中金属投影区域并卷积获得射野中心投影坐标，并根据该角度的射野成像装置几何信息计算得射野该角度的三维射野中心射线；由多个角度的射野中心射线拟合得到其三维交点，即模体坐标系下的射野等中心点(x₀,y₀,z₀)；

(4)不移动模体，启动透视成像装置，获得透视影像，从透视影像中获得金属球二维投影坐标，与金属球三维坐标联立方程计算获得透视成像装置在模体坐标系下的几何投影矩阵表示的几何信息，矩阵为3x4的形式，联立方程如下：

其中p_ij指投影矩阵第i行第j列的元素的值，(x_i,y_i,z_i)指第i个金属球的三维坐标，(u_i,v_i,w_i)为三维坐标的二维投影加权坐标，对应的二维投影坐标计算方法为：