專利名稱：用于數(shù)字合成體層成像系統(tǒng)幾何誤差校正的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明醫(yī)學(xué)斷層成像技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種數(shù)字合成體層成像系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
數(shù)字合成體層成像方法具有非常重要的意義，其應(yīng)用涉及科學(xué)研究和人體乳腺癌臨床診斷及治療。
目前研究的醫(yī)學(xué)斷層成像技術(shù)主要有功能核磁共振(fMRI)、正電子發(fā)射層析成像(PET)、計(jì)算機(jī)斷層成像(CT)和數(shù)字合成體層成像(DTS)等。作為新型醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，數(shù)字合成體層成像因其對(duì)組織重疊成像的分辨能力、較低的X射線輻射劑量、較高的診斷準(zhǔn)確性以及較低的復(fù)查率等優(yōu)點(diǎn)得到越來(lái)越多醫(yī)學(xué)成像研究者的關(guān)注并在醫(yī)學(xué)影像診斷中起著非常重要的作用?；趥鹘y(tǒng)體層攝影的幾何原理，數(shù)字合成體層成像技術(shù)的掃描系統(tǒng)沿有限角度的圓弧掃描軌跡從不同投影角度一次采集數(shù)個(gè)或數(shù)十個(gè)的物體投影數(shù)據(jù)，并利用計(jì)算機(jī)對(duì)成像物體投影數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最終重建出任意給定深度的物體冠狀面斷層圖像。數(shù)字合成體層成像采用的濾波反投影(FDK)算法主要利用物體重建體素與探測(cè)投影平面像素之間的映射關(guān)系重建出物體的斷層圖像。FDK算法主要有以下步驟(I).投影數(shù)據(jù)預(yù)余弦加權(quán)；(2).水平方向的一維濾波；(3).沿X射線方向的三維反投影。由此可知，數(shù)字合成體層成像系統(tǒng)的投影掃描幾何誤差(如X線源的投影位置偏移、光源到探測(cè)器距離誤差、光源到旋轉(zhuǎn)中心距離誤差以及旋轉(zhuǎn)軸偏移和傾斜等)將直接影響到物體重建體素與探測(cè)投影平面像素之間的投影映射關(guān)系，從而導(dǎo)致物體斷層圖像的重建精度下降。近年來(lái)隨著數(shù)字平板探測(cè)器技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字合成體層成像系統(tǒng)的分辨率越來(lái)越高，可達(dá)50 μ m 100 μ m,因此掃描系統(tǒng)的微小幾何誤差都會(huì)引起數(shù)字合成體層成像的重建偽像。如何提高成像系統(tǒng)的幾何精度便成為眾多研究人員最為關(guān)注的問(wèn)題。目前研究數(shù)字合成體層成像系統(tǒng)幾何誤差校正的方法有很多，主要有基于低空間頻率的投影數(shù)據(jù)傅里葉分析方法、掃描系統(tǒng)幾何參數(shù)提取校正方法等等。然而，這些方法或應(yīng)用起來(lái)很復(fù)雜，或僅僅針對(duì)整個(gè)掃描系統(tǒng)的幾何參數(shù)提取，都無(wú)法分掃描角度的對(duì)掃描投影系統(tǒng)的幾何誤差進(jìn)行有效地校正。相比于以上其他數(shù)字合成體層成像系統(tǒng)幾何誤差校正方法，本發(fā)明提出的基于校正方體的系統(tǒng)幾何誤差校正方法。本方法通過(guò)自制校正仿體來(lái)提取各個(gè)掃描角度下的校正投影矩陣，并利用校正投影矩陣對(duì)系統(tǒng)各個(gè)掃描角度的反投影映射坐標(biāo)進(jìn)行修正，從而達(dá)到提高成像系統(tǒng)重建精度的目的。參考文獻(xiàn)(I)J. T. Dobbins III, D.J.Godfrey, Digital χ-ray tomosynthesis currentstate of the art clinical potential, Phys. Med. Biol. Vol. 48, pp.65-106(2003).(2) J. T. Dobbins III, Tomosynthesis imaging At a translationalcrossroads, Med. Phys. Vol. 36，Issue 6，pp.1956-1967(2009).(3) L. T. Niklason,B. T. Christian, L. E. Niklason,et al. Digital tomosynthesisin breast imaging，Radiology Vol. 205，pp :399-406 (1997) ·(4) Park JM, Franken EA Jr, Garg M，F(xiàn)ajardo LL, Niklason LT, Breasttomosynthesis Present considerations and future applications，Radiographics,Vol. 27，pp. 231-240(2007).(5)H. Jiang, Three-dimensional artifact induced by projection weightingand misalignment, Trans. Med. Imag. , Vol. 18，Issue 4,pp.1375-1384(1999).(6) L. V. Smekal, M. Kachelrie, E. Stepina, and W. A. Kalender, Geometricmisalignment and calibration in cone—beam tomography, Med.Phys. 31,pp. 3242-3266(2004).

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有數(shù)字合成體層成像系統(tǒng)幾何精度誤差導(dǎo)致斷層成像的重建精度下降的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種數(shù)字合成體層成像系統(tǒng)幾何校正裝置及校正方法。本發(fā)明首先設(shè)計(jì)了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的校正仿體，通過(guò)此校正仿體可以提取出掃描系統(tǒng)各個(gè)掃描角度下的校正投影矩陣，并利用獲取的校正投影矩陣來(lái)校正重建過(guò)程中的反投影映射坐標(biāo)。為此，本發(fā)明釆用如下的技術(shù)方案一種用于數(shù)字合成體層成像系統(tǒng)幾何誤差校正的裝置，所述的數(shù)字合成體層成像系統(tǒng)包括光源、探測(cè)器、數(shù)據(jù)采集單元和計(jì)算機(jī)，所述的裝置包括光學(xué)軌道、旋轉(zhuǎn)平臺(tái)和校正仿體，光源、旋轉(zhuǎn)平臺(tái)和探測(cè)器位于光學(xué)軌道上，校正仿體置于旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上，包括兩個(gè)平行放置的有機(jī)玻璃平板，兩個(gè)平板用透明材質(zhì)固定連接，從入射光角度看，前面的平板包含五個(gè)圓孔，其中四個(gè)位于第一正方形的四個(gè)頂點(diǎn)，另一個(gè)位于該正方形的中心；后面的平板包含五個(gè)圓孔，其中四個(gè)位于第二正方形的四個(gè)頂點(diǎn)，另一個(gè)位于該正方形的中心；兩個(gè)正方形的大小不同，兩個(gè)中心的連線垂直于兩個(gè)平板。本發(fā)明同時(shí)提供一種采用所述的用于數(shù)字合成體層成像系統(tǒng)幾何誤差校正的裝置實(shí)現(xiàn)的校正方法，包括下列步驟I)設(shè)在齊次坐標(biāo)系下物體體素坐標(biāo)(X，y, z, 1)τ與其對(duì)應(yīng)的探測(cè)投影齊次坐標(biāo)(u, V, I)τ的映射關(guān)系表不為
/ N (A
I U I
VW- V -M ·(I)
ζ
WI
VV其中，w為預(yù)設(shè)的距離加權(quán)系數(shù)，M為一個(gè)3X4校正投影矩陣，在給定的掃描角度下，建立標(biāo)準(zhǔn)參考點(diǎn)體素坐標(biāo)(Xi，yi； Zi)到其投影坐標(biāo)(Ui, Vi)的映射，其中下標(biāo)i表示第i個(gè)標(biāo)準(zhǔn)參考點(diǎn)；2)給定一個(gè)消去距離加權(quán)系數(shù)W，得到如下方程
(x. y. ζ. I O O O O -U X -u y. -U Z -u.\111 1 1 1 1 1 1 1 .
I0 0 O O Xi yt Z1 I -ViXi -VJ1 -vtzt -vt j
權(quán)利要求
1.一種用于數(shù)字合成體層成像系統(tǒng)幾何誤差校正的裝置，所述的數(shù)字合成體層成像系統(tǒng)包括光源、探測(cè)器、數(shù)據(jù)采集單元和計(jì)算機(jī)，其特征在于，所述的裝置包括光學(xué)軌道、旋轉(zhuǎn)平臺(tái)和校正仿體，光源、旋轉(zhuǎn)平臺(tái)和探測(cè)器位于光學(xué)軌道上，校正仿體置于旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上，包括兩個(gè)平行放置的有機(jī)玻璃平板，兩個(gè)平板用透明材質(zhì)固定連接，從入射光角度看，前面的平板包含五個(gè)圓孔，其中四個(gè)位于第一正方形的四個(gè)頂點(diǎn)，另一個(gè)位于該正方形的中心；后面的平板包含五個(gè)圓孔，其中四個(gè)位于第二正方形的四個(gè)頂點(diǎn)，另一個(gè)位于該正方形的中心；兩個(gè)正方形的大小不同，兩個(gè)中心的連線垂直于兩個(gè)平板。
2.一種采用權(quán)利要求I所述的用于數(shù)字合成體層成像系統(tǒng)幾何誤差校正的裝置實(shí)現(xiàn)的校正方法，包括下列步驟 (1)將校正仿體置于旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上；在掃描仿體獲取投影圖像時(shí)，光源與探測(cè)器固定不動(dòng)，在不同掃描角度下獲得校正仿體的投影圖像。
(2)將校正仿體上的10個(gè)圓孔作為標(biāo)準(zhǔn)參考點(diǎn)，分別對(duì)每個(gè)掃描角度下校正仿體圖像中的各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)參考點(diǎn)進(jìn)行位置測(cè)量，獲得其投影坐標(biāo)； (3)通過(guò)校正仿體上的標(biāo)注參考點(diǎn)建立的物體空間坐標(biāo)與探測(cè)器平面的投影坐標(biāo)之間的映射關(guān)系，應(yīng)用奇異值分解(SVD)方法求解出每個(gè)掃描角度下的校正投影矩陣。
(4)利用數(shù)字合成體層成像系統(tǒng)進(jìn)行物體成像； (5)利用提取出的校正投影矩陣修正由成像系統(tǒng)幾何誤差引起的物體體素到投影像素之間的錯(cuò)誤映射關(guān)系。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置實(shí)現(xiàn)的數(shù)字合成體層成像系統(tǒng)幾何誤差校正方法，其特征在于，其中的步驟(4)，對(duì)于每個(gè)掃描角度，求解校正投影矩陣的步驟如下 1)設(shè)在齊次坐標(biāo)系下物體體素坐標(biāo)(X，1，z,1)τ與其對(duì)應(yīng)的探測(cè)投影齊次坐標(biāo)(U，V,I)τ的映射關(guān)系表不為
全文摘要
本發(fā)明醫(yī)學(xué)斷層成像技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于數(shù)字合成體層成像系統(tǒng)幾何誤差校正的裝置，所述的數(shù)字合成體層成像系統(tǒng)包括光源、探測(cè)器、數(shù)據(jù)采集單元和計(jì)算機(jī)，所述的裝置包括光學(xué)軌道、旋轉(zhuǎn)平臺(tái)和校正仿體，光源、旋轉(zhuǎn)平臺(tái)和探測(cè)器位于光學(xué)軌道上，校正仿體置于旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上，包括兩個(gè)平行放置的有機(jī)玻璃平板，兩個(gè)平板用透明材質(zhì)固定連接，前面的平板包含五個(gè)圓孔，其中四個(gè)位于第一正方形的四個(gè)頂點(diǎn)，另一個(gè)位于該正方形的中心；后面的平板包含五個(gè)圓孔，其中四個(gè)位于第二正方形的四個(gè)頂點(diǎn)，另一個(gè)位于該正方形的中心；兩個(gè)正方形的大小不同。本發(fā)明同時(shí)提供一種采用上述裝置實(shí)現(xiàn)的數(shù)字合成體層成像系統(tǒng)幾何誤差校正。本發(fā)明能夠有效地消除成像系統(tǒng)幾何誤差，并提高成像重建圖像的精度。
文檔編號(hào)A61B6/00GK102631208SQ201210046038
公開(kāi)日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月27日
發(fā)明者繆輝, 趙會(huì)娟, 高峰 申請(qǐng)人:天津大學(xué)