在cbct中消除幾何偽影的方法以及使用該方法的cbct系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及成像領域，具體地說是一種在CBCT中消除幾何偽影的方法以及使用 該方法的CBCT系統。
【背景技術】
[0002] CBCT是Cone beam CT的簡稱，即錐形束CT，是錐形束投照計算機重組斷層影像設 備，其原理是X線發(fā)生器以較低的射線量圍繞投照體做環(huán)形數字式投照，然后將圍繞投照 體多次數字投照后"交集"中所獲得的數據在計算機中重組后進而獲得三維圖像。CBCT具 有很高的各向同性空間分辨力，獲得的成像清晰度高。
[0003] 由于錐形束CT(CBCT)可以獲得被掃描患者的高精度三維圖像，在口腔疾病診療、 手術中成像等方面起著重要的作用。在牙科CT中，大部分都使用錐形束CT，采用平板探測 器來探測X光衰減信息。在這種設計下，XX射線源和平板探測器作為一個整體被懸掛在橫 梁之上，但是在X射線源旋轉的過程中，有可能重心與懸掛點不重合，懸梁所受力矩一直變 化，從而導致懸梁的扭動，這個扭動會影響反投影的準確程度，引入幾何偽影，降低重建圖 像的精度。因此，如何測量并消除這個扭動，使反投影過程更加準確，對于牙科重建有著重 要的意義。
[0004] 解決反投影準確的問題主要有兩個思路，第一種是在機械上調整，可以通過配平 使X射線源探測器的重心與懸掛點重合來消除力矩，使用更加先進的材料來降低懸臂的扭 動程度，使得X射線源探測器的旋轉情況與設計中的差別很小，但是這種方法會大大提高 產品的造價；第二種思路是，利用模體來標定X射線源與重建坐標系的位置關系，然后依據 實際標定數據而非理論值進行準確的反投影。
[0005] 如專利申請?zhí)朇N201110051997中公開了一種消除CT圖像幾何偽影的方法及系 統，該方法包括對模體進行CT掃描，獲得模體的質心在CT探測器上的投影坐標，根據模體 的質心在CT探測器上的投影坐標，確定幾何參數，將幾何參數代入重建公式，其中，幾何參 數可確定CT中的X射線源焦點、轉臺旋轉中心、CT探測器之間的相對位置；對待成像物體 進行CT掃描，得到待成像物體的扇束投影數據，利用重建公式處理待成像物體的扇束投影 數據，得到待成像物體的CT圖像數據。
[0006] 但是，該方案中標定的參數太多，并且所有的參數并不是一次性得到的，每得到一 個參數，都會增大參數的不確定度，使得校正精度下降。由于參數眾多，當把參數應用到反 投影過程中會令計算十分復雜，公式表述特別長，重建實現過程中容易出錯。此外，該方法 只能標定全探測器的位置參數，不能延伸到半探測器情況。

【發(fā)明內容】

[0007] 為此，本發(fā)明所要解決的技術問題在于現有技術中的消除幾何偽影的方法，標定 的參數多、計算復雜、精度不高，從而提出一種無需較多參數、計算簡單、準確度高的消除幾 何偽影的方法和CBCT系統。
[0008] 為解決上述技術問題，本發(fā)明的提供一種在CBCT中消除幾何偽影的方法以及使 用該方法的CBCT系統。
[0009] 本發(fā)明提供一種在CBCT中消除幾何偽影的方法，包括如下步驟：
[0010] 獲取重建點在重建坐標系中的坐標；
[0011] 根據重建坐標系與X射線源-探測器坐標系的旋轉矩陣和平移矩陣，計算所述重 建點在X射線源-探測器坐標系中的坐標；
[0012] 根據上述計算出的重建點在X射線源-探測器坐標系中的坐標，計算該重建點在 探測器平面上的投影點；
[0013] 根據反投影公式計算重建點的重建值。
[0014] 優(yōu)選地，在所述根據重建坐標系與X射線源-探測器坐標系的旋轉矩陣和平移矩 陣，計算所述重建點在X射線源-探測器坐標系中的坐標之前，還包括計算重建坐標系與X 射線源-探測器坐標系的旋轉矩陣和平移矩陣的步驟，具體如下：
[0015] 掃描模體，在不同角度下獲取模體上至少三個投影點在探測器平面上的投影數 據；
[0016] 求解模體中三個投影點在X射線源-探測器坐標系中的坐標；
[0017] 根據所述投影點在所述模體中的位置以及在X射線源-探測器坐標系中的坐標， 計算該角度下的旋轉矩陣和平移矩陣。
[0018] 優(yōu)選地，根據所述投影點在所述模體中的位置以及在X射線源-探測器坐標系中 的坐標，計算該角度下的旋轉矩陣和平移矩陣的步驟中，計算公式如下：
【主權項】
1. 一種在CBCT中消除幾何偽影的方法，其特征在于，包括如下步驟： 獲取重建點在重建坐標系中的坐標； 根據重建坐標系與X射線源-探測器坐標系的旋轉矩陣和平移矩陣，計算所述重建點 在X射線源-探測器坐標系中的坐標； 根據上述計算出的重建點在X射線源-探測器坐標系中的坐標，計算該重建點在探測 器平面上的投影點； 根據反投影公式計算重建點的重建值。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述根據重建坐標系與X射線源-探測 器坐標系的旋轉矩陣和平移矩陣，計算所述重建點在X射線源-探測器坐標系中的坐標之 前，還包括計算重建坐標系與X射線源-探測器坐標系的旋轉矩陣和平移矩陣的步驟，具體 如下： 掃描模體，在不同角度下獲取模體上至少三個投影點在探測器平面上的投影數據； 求解模體中三個投影點在X射線源-探測器坐標系中的坐標； 根據所述投影點在所述模體中的位置以及在X射線源-探測器坐標系中的坐標，計算 該角度下的旋轉矩陣和平移矩陣。
3. 根據權利要求2所述的方法，其特征在于，根據所述投影點在所述模體中的位置以 及在X射線源-探測器坐標系中的坐標，計算該角度下的旋轉矩陣和平移矩陣的步驟中，計 算公式如下：
其中，110，^，《0為3\1的矩陣，表示在角度0下三個投影點在乂射線源-探測器坐 標系下的坐標；r表示三個投影點所形成的正三角形兩頂點之間的距離；T0為角度Θ下的 平移矩陣，M 0為角度Θ下的旋轉矩陣。
4. 根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述根據重建坐標系與X射線源-探測器 坐標系的旋轉矩陣和平移矩陣，計算所述重建點在X射線源-探測器坐標系中的坐標的步 驟中，計算公式為： S4 S1 S5=M e*S2+Te S6 S3 其中（Si、S2、S3)是重建坐標系內一點S的坐標，（S4、S 5、S6)是該點S在X射線源-探 測器坐標系下的坐標；T0為角度Θ下的平移矩陣，M0為角度Θ下的旋轉矩陣。
5. 根據權利要求4所述的方法，其特征在于，根據上述計算出的重建點在X射線源-探 測器坐標系中的坐標，計算該重建點在探測器平面上的投影點的步驟，計算公式為：
其中，（S4、S5、S6)是該點S在X射線源-探測器坐標系下的坐標，（s x0，sy0)為該重建 點在探測器平面上的投影點，L為X射線源與探測器平面之間的距離。
6. 根據權利要求5所述的方法，其特征在于，根據反投影公式計算重建點的重建值的 步驟，包括
其中，上式中f (S)代表點S的重建值，乒是濾波后的數據，（Sx0，Sy0)代表點S在Θ角 度下，在探測器平面上的投影位置，U是加權系數，在X射線源-探測器坐標系下1 L為X射線源與探測器平面之間的距離。
7. 根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述求解模體中三個投影點在X射線 源-探測器坐標系中的坐標的步驟中，計算方程式為：
其中，（ux，Uy，uz)代表點u在X射線源-探測器坐標系中的位置，（U x，Uy)代表點u在 探測器平面上的投影；（vx，vy，vz)代表點V在X射線源-探測器坐標系中的位置，（V x，Vy) 代表點V在探測器平面上的投影；(wx，V wz)代表點w在X射線源-探測器坐標系中的位 置，（Wx，Wy)代表點w在探測器平面上的投影；Ov r2, r3)分別代表模體坐標系中三個點u、 v、w之間的距離。
8. 根據權利要求7所述的方法，其特征在于，解所述方程式時采用嘗試法，把u z在限定 范圍中密集搜索，檢驗其他未知數是否滿足方程。
9. 根據權利要求1-8任一所述的方法，其特征在于，所述模體中的三個投影點呈正三 角形。
10. -種CBCT系統，其特征在于，包括： 射線源，發(fā)出射線； 探測器，與所述射線源相對設置，且與所述射線源的相對位置固定； 承載機構，設置在射線源與探測器之間； 模體，設置在射線源與探測器之間，至少成型有三個投影點，將射線源的射線通過投影 點投影到探測器平面上； 運算處理單元，運行所述權利要求1-9所述的消除幾何偽影的方法，接收模體在不同 角度下的掃描數據，計算不同角度下的平移矩陣與旋轉矩陣，并根據重建點計算在重建坐 標系下的重建值。
【專利摘要】一種消除幾何偽影的方法，首先獲取各個角度下的旋轉矩陣和平移矩陣，然后獲取重建點在重建坐標系中的坐標；根據重建坐標系與X射線源-探測器坐標系的旋轉矩陣和平移矩陣，計算所述重建點在X射線源-探測器坐標系中的坐標；根據上述計算出的重建點在X射線源-探測器坐標系中的坐標，計算該重建點在探測器平面上的投影點；根據反投影公式計算重建點的重建值該方案可以從整體上進行單次標定，得到旋轉矩陣和平移矩陣，使用方便，公式簡單，計算快捷，并且可以延伸到半探測器的情況，解決由于機械原因而導致的晃動問題，利用模體標定晃動，并把這些參數應用于重建過程中，不僅消除了幾何偽影，而且減少了整個過程中的參數，降低了數據運算量，提高了處理速度和重建圖像的質量。
【IPC分類】A61B6-03
【公開號】CN104665862
【申請?zhí)枴緾N201510085299
【發(fā)明人】張麗, 許曉飛, 吳篤蕃, 吳宏新
【申請人】清華大學, 北京朗視儀器有限公司
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年2月16日