專利名稱：立式錐束計(jì)算機(jī)斷層成像校準(zhǔn)系統(tǒng)及應(yīng)用該系統(tǒng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種立式錐束CT (Computer Tomography，計(jì)算機(jī)斷層成像技術(shù))系統(tǒng)校準(zhǔn)的方法，尤其是指射線源與探測器固定，通過使樣本與載物臺一起隨旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)、上下前后移動獲取掃描數(shù)據(jù)的錐束CT系統(tǒng)的校準(zhǔn)方法，更具體的涉及了一種用FDK算法進(jìn)行重建的錐束CT系統(tǒng)校準(zhǔn)的方法。FDK算法是i^ldkamp，Davis, Kress在1984年提出的基于錐束投影的濾波反投影重建算法。
背景技術(shù)：
錐束CT系統(tǒng)具有空間分辨率高，采集時(shí)間短和射線利用率高等顯著特點(diǎn)。錐束CT 系統(tǒng)中一般常用的重建算法是FDK算法。FDK算法是i^ldkamp,Davis,Kress在1984年提出的基于錐束投影的濾波反投影重建算法，其特點(diǎn)是理論結(jié)構(gòu)簡單，重建速度快，易于實(shí)際應(yīng)用，尤其是在錐角較小的情況下可獲得較好的重建結(jié)構(gòu)。然而，F(xiàn)DK算法要求應(yīng)用該算法的系統(tǒng)滿足一定的成像幾何結(jié)構(gòu)錐束CT系統(tǒng)中，與探測器垂直且經(jīng)過射線源的平面稱為中平面，旋轉(zhuǎn)軸與中平面垂直，同時(shí)與探測器像元陣列的列方向平行、行方向垂直；過錐束射線源焦點(diǎn)做垂直探測器的直線，該直線經(jīng)過旋轉(zhuǎn)軸；旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)保持穩(wěn)定，在旋轉(zhuǎn)過程中始終保持與中平面垂直；射線源到探測器的垂線的垂足是用于重建的投影圖像的中心。然而由于零部件機(jī)械加工精度有限以及安裝誤差，錐束CT系統(tǒng)安裝完成之后，系統(tǒng)成像幾何結(jié)構(gòu)無法精確滿足FDK算法的要求，即使經(jīng)過算法幾何校正修正，重建圖像的質(zhì)量也會有所下降。本發(fā)明提出的一種立式錐束CT系統(tǒng)校準(zhǔn)方法評估當(dāng)前系統(tǒng)的成像幾何結(jié)構(gòu)，并給出系統(tǒng)機(jī)械微調(diào)的指導(dǎo)意見。錐束CT系統(tǒng)經(jīng)調(diào)整后在機(jī)械上達(dá)到一個(gè)比較精確地成像幾何結(jié)構(gòu)，減少重建算法中幾何校正的負(fù)擔(dān)。錐束CT系統(tǒng)的成像幾何結(jié)構(gòu)越接近 FDK算法要求的成像幾何結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的重建效率越高，重建圖像的質(zhì)量也越高。所以，錐束 CT系統(tǒng)校準(zhǔn)可以有效提高系統(tǒng)的重建效率和重建圖像質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提了供一種立式錐束CT系統(tǒng)校準(zhǔn)系統(tǒng)及應(yīng)用該系統(tǒng)的立式錐束CT系統(tǒng)校準(zhǔn)方法，以提高系統(tǒng)的重建效率和重建質(zhì)量
技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種立式錐束CT系統(tǒng)校準(zhǔn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括X射線源、與X射線源相距一定距離的探測器和設(shè)置在X射線源與探測器之間的載物臺、用于固定載物臺的旋轉(zhuǎn)軸、固定在載物臺上的金屬球校準(zhǔn)模型；其中金屬球校準(zhǔn)模型在掃描過程中與載物臺一起隨旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)；X射線源與探測器的位置固定不動，通過載物臺旋轉(zhuǎn)獲取投影數(shù)據(jù)；金屬球校準(zhǔn)模型上固定一金屬球；金屬球校準(zhǔn)模型、載物臺和旋轉(zhuǎn)軸構(gòu)成樣本系統(tǒng)。優(yōu)選的，金屬球校準(zhǔn)模型是有機(jī)玻璃制成的圓柱形杯子，杯子的上邊緣固定金屬球。本發(fā)明還提供了一種立式錐束CT校準(zhǔn)方法，該方法包括以下步驟測量旋轉(zhuǎn)軸在旋轉(zhuǎn)過程中的旋轉(zhuǎn)中心；測量旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)一致性；所述旋轉(zhuǎn)一致性是指使樣本系統(tǒng)固定在某個(gè)位置，使金屬球校準(zhǔn)模型位于合適的旋轉(zhuǎn)采樣點(diǎn)，金屬球校準(zhǔn)模型旋轉(zhuǎn)360° M次， M為自然數(shù)，分別在每次旋轉(zhuǎn)后計(jì)算金屬小球的位置，金屬小球位置的一致性就是旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)一致性；測量旋轉(zhuǎn)軸在垂直移動過程中的一致性；所述旋轉(zhuǎn)軸在垂直移動過程中的一致性是指在旋轉(zhuǎn)軸上下移動的過程中旋轉(zhuǎn)中心的一致性；測量旋轉(zhuǎn)軸在水平移動過程中的一致性，所述旋轉(zhuǎn)軸在水平移動過程中的一致性是指在旋轉(zhuǎn)軸前后移動的過程中旋轉(zhuǎn)中心的一致性；
根據(jù)上述數(shù)實(shí)現(xiàn)立體錐束CT校準(zhǔn)系統(tǒng)的校準(zhǔn)。優(yōu)選的，所述旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)中心的測量方法是使樣本系統(tǒng)固定在某個(gè)位置，金屬球校準(zhǔn)模型隨旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，均勻地取N個(gè)旋轉(zhuǎn)采樣點(diǎn)并取其在探測器上的投影圖像；根據(jù)金屬球校準(zhǔn)模型旋轉(zhuǎn)一周的投影數(shù)據(jù)計(jì)算旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)中心，N為偶數(shù)。優(yōu)選的，所述測量旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)一致性的測量方法是使樣本系統(tǒng)固定在某個(gè)位置，金屬球校準(zhǔn)模型隨旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，均勻地取N個(gè)旋轉(zhuǎn)采樣點(diǎn)并取其在探測器上的投影圖像，N為偶數(shù)；比較M次旋轉(zhuǎn)中，相同位置金屬小球的投影位置和旋轉(zhuǎn)中心投影位置的偏移， 根據(jù)偏移量即可知道旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)一致性，M為自然數(shù)。優(yōu)選的，旋轉(zhuǎn)軸在垂直移動過程中的一致性的測量方法為在垂直方向，樣本系統(tǒng)上下移動使金屬球校準(zhǔn)模型在旋轉(zhuǎn)過程中金屬小球的投影軌跡完整落在探測器上，在這個(gè)垂直范圍內(nèi)選取V個(gè)采樣點(diǎn)，V為偶數(shù)，其中V/2個(gè)垂直采樣點(diǎn)位于中平面上方，V/2個(gè)垂直采樣點(diǎn)位于中平面下方；在每個(gè)垂直采樣點(diǎn)，金屬球校準(zhǔn)模型隨旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，在N個(gè)均勻間隔的位置取其投影，N為偶數(shù)，計(jì)算每個(gè)旋轉(zhuǎn)采樣點(diǎn)金屬小球在探測器上的投影位置，并計(jì)算旋轉(zhuǎn)軸中心點(diǎn)在探測器上的投影位置，比較V個(gè)垂直采樣點(diǎn)計(jì)算所得的旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)的偏移，即可知道旋轉(zhuǎn)軸在垂直移動過程中的一致性。優(yōu)選的，旋轉(zhuǎn)軸在水平移動過程中的一致性的測量方法為在水平方向，樣本系統(tǒng)水平移動范圍內(nèi)取H個(gè)水平采樣點(diǎn)，H為自然數(shù)；在每個(gè)水平采樣點(diǎn)，分別測量該水平位置旋轉(zhuǎn)軸垂直移動的一致性，根據(jù)該水平位置V個(gè)垂直采樣點(diǎn)計(jì)算的旋轉(zhuǎn)軸中心投影，V為偶數(shù)，計(jì)算該水平位置射線源焦點(diǎn)在探測器上的投影點(diǎn)；比較H個(gè)水平采樣點(diǎn)位置計(jì)算得到的射線源焦點(diǎn)的投影的偏移，即可知道旋轉(zhuǎn)軸在水平移動過程中的一致性。優(yōu)選的，所述的立式錐束CT系統(tǒng)采用FDK算法進(jìn)行重建；FDK算法對立式錐束CT 系統(tǒng)的成像幾何結(jié)構(gòu)的要求是旋轉(zhuǎn)軸與中平面垂直，同時(shí)與探測器像元陣列的列方向平行、行方向垂直；過X射線源焦點(diǎn)做垂直探測器的直線，該直線經(jīng)過旋轉(zhuǎn)軸；旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)保持穩(wěn)定，在旋轉(zhuǎn)過程中始終保持與中平面垂直；X射線源到探測器的垂線的垂足是用于重建的投影圖像的中心。優(yōu)選的，金屬球校準(zhǔn)模型是一個(gè)有機(jī)玻璃制的圓柱形杯子，杯子的上邊緣固定一個(gè)金屬球。有益效果
本發(fā)明提出的一種立式錐束CT系統(tǒng)校系統(tǒng)及方法，在樣本系統(tǒng)水平運(yùn)動范圍內(nèi)取若干個(gè)樣本點(diǎn)，每個(gè)樣本位置測量載物臺垂直方向移動的一致性，獲取每個(gè)位置旋轉(zhuǎn)中心曲線。在同一平面中顯示所有水平采樣位置的旋轉(zhuǎn)中心曲線。需要注意的是，樣本系統(tǒng)從靠近探測器位置向靠近射線源位置移動的過程中，系統(tǒng)成像的放大倍數(shù)從小變大，探測器上一個(gè)像素所表示的實(shí)際長度從大變小。所以在比較各個(gè)水平位置旋轉(zhuǎn)中心偏移前，需要將旋轉(zhuǎn)中心位置轉(zhuǎn)換成相同的數(shù)量單位。當(dāng)系統(tǒng)幾何結(jié)構(gòu)存在微小的偏差的時(shí)候，在最靠近探測器位置估算的射線源焦點(diǎn)在探測器上的投影位置是最接近真實(shí)值的，而在最靠近射線源位置估算的焦點(diǎn)投影值偏離真實(shí)值最遠(yuǎn)，比較兩個(gè)極限位置的偏差就可以確定射線源偏移的方向和大小。錐束CT系統(tǒng)中水平位置旋轉(zhuǎn)中心的偏移表明系統(tǒng)中射線源、探測器與載物臺的水平導(dǎo)軌的相對幾何關(guān)系不滿足FDK算法要求的幾何結(jié)構(gòu)。根據(jù)系統(tǒng)成像幾何結(jié)構(gòu)的測量，對射線源或CCD進(jìn)行相應(yīng)的微調(diào)。調(diào)整后重新測量系統(tǒng)的成像幾何結(jié)構(gòu)，驗(yàn)證之前的調(diào)整方向是否正確。多次測量與調(diào)整至無法通過機(jī)械方法精確系統(tǒng)的成像幾何結(jié)構(gòu)。


圖1 立式錐束CT系統(tǒng)的掃描結(jié)構(gòu)；
圖加立式錐束CT系統(tǒng)校準(zhǔn)所用的金屬球校準(zhǔn)模型的側(cè)面； 圖2b 立式錐束CT系統(tǒng)校準(zhǔn)所用的金屬球校準(zhǔn)模型的俯視圖； 圖3 金屬球校準(zhǔn)模型的投影示意圖； 圖4 立式錐束CT系統(tǒng)校準(zhǔn)過程的流程具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。為了更詳盡地表述上述發(fā)明的技術(shù)方案，以下列舉出具體的實(shí)施例來說明技術(shù)效果。需要強(qiáng)調(diào)的是，這些實(shí)施例是用于說明本發(fā)明而不限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明提出了一種立式錐束CT校準(zhǔn)系統(tǒng)及應(yīng)用于該系統(tǒng)的方法，尤其是射線源與探測器固定不動、載物臺隨旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，載物臺與旋轉(zhuǎn)軸構(gòu)成的整體可以上下左右移動的錐束CT系統(tǒng)的成像幾何結(jié)構(gòu)的校準(zhǔn)方法。特別指出的是該錐束CT系統(tǒng)的重建算法采用FDK算法，該算法是由Feldkamp， Davis和Kress在1984年提出的基于錐束投影的濾波反投影重建算法，參考他們在《美國光學(xué)會志，A輯光學(xué)、圖像科學(xué)與視覺》1984年6月第1卷第6期612至619頁發(fā)表的文章《實(shí)用的錐束重建算法》。FDK重建算法對系統(tǒng)的成像幾何結(jié)構(gòu)有一定的要求旋轉(zhuǎn)軸與錐束射線源的中平面垂直，同時(shí)與探測器像元陣列的列方向平行、行方向垂直；過錐束射線源焦點(diǎn)做垂直探測器的直線，該直線經(jīng)過旋轉(zhuǎn)軸；旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)保持穩(wěn)定，在旋轉(zhuǎn)過程中始終保持與中平面垂直；射線源到探測器的垂線的垂足是用于重建的投影圖像的中心。本發(fā)明提出了一種立式錐束CT系統(tǒng)校準(zhǔn)方法，尤其是射線源與探測器固定不動、 載物臺隨旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)上下左右移動的錐束CT系統(tǒng)的成像幾何結(jié)構(gòu)的校準(zhǔn)方法，特別指出的是該錐束CT系統(tǒng)的重建算法采用FDK算法。FDK重建算法對系統(tǒng)的成像幾何結(jié)構(gòu)有一定的要求旋轉(zhuǎn)軸與錐束射線源的中平面垂直，同時(shí)與探測器像元陣列的列方向平行、行方向垂直；過錐束射線源焦點(diǎn)做垂直探測器的直線，該直線經(jīng)過旋轉(zhuǎn)軸；旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)保持穩(wěn)定，在旋轉(zhuǎn)過程中始終保持與中平面垂直；射線源到探測器的垂線的垂足是用于重建的投影圖像的中心。
參見圖1 一圖4，本發(fā)明提供的立式錐束CT系統(tǒng)校準(zhǔn)系包括X射線源100、與X射線源100相距一定距離的探測器106和設(shè)置在X射線源100與探測器106之間的載物臺 102、用于固定載物臺102的旋轉(zhuǎn)軸315、固定在載物臺102上的金屬球校準(zhǔn)模型104。本發(fā)明中所說的中平面是指立式錐束CT校準(zhǔn)系統(tǒng)中與探測器106垂直且經(jīng)過X 射線源100的平面稱為中平面。其中金屬球校準(zhǔn)模型104在掃描過程中與載物臺102—起隨旋轉(zhuǎn)軸315旋轉(zhuǎn)；X射線源100與探測器106的位置固定不動，通過載物臺102旋轉(zhuǎn)獲取投影數(shù)據(jù)；金屬球校準(zhǔn)模型104上固定一金屬球105 ；金屬球校準(zhǔn)模型104、載物臺102和旋轉(zhuǎn)軸315構(gòu)成樣本系統(tǒng) 201。金屬球校準(zhǔn)模型104是有機(jī)玻璃制成的圓柱形杯子，杯子的上邊緣固定金屬球 105。本發(fā)明提供的立式錐束CT校準(zhǔn)方法包括以下步驟測量旋轉(zhuǎn)軸315在旋轉(zhuǎn)過程中的旋轉(zhuǎn)中心；測量旋轉(zhuǎn)軸315的旋轉(zhuǎn)一致性；所述旋轉(zhuǎn)一致性是指使樣本系統(tǒng)201固定在某個(gè)位置，使金屬球校準(zhǔn)模型104位于合適的旋轉(zhuǎn)采樣點(diǎn)，金屬球校準(zhǔn)模型104旋轉(zhuǎn) 360° M次，M為自然數(shù)，分別在每次旋轉(zhuǎn)后計(jì)算金屬小球105的位置，金屬小球105位置的一致性就是旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)一致性；測量315旋轉(zhuǎn)軸在垂直移動過程中的一致性；所述旋轉(zhuǎn)軸315在垂直移動過程中的一致性是指在旋轉(zhuǎn)軸上下移動的過程中旋轉(zhuǎn)中心的一致性；測量旋轉(zhuǎn)軸315在水平移動過程中的一致性，所述旋轉(zhuǎn)軸315在水平移動過程中的一致性是指在旋轉(zhuǎn)軸前后移動的過程中旋轉(zhuǎn)中心的一致性；根據(jù)上述數(shù)實(shí)現(xiàn)立體錐束CT校準(zhǔn)系統(tǒng)的校準(zhǔn)。所述旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)中心的測量方法是使樣本系統(tǒng)201固定在某個(gè)位置，金屬球校準(zhǔn)模型104隨旋轉(zhuǎn)軸315旋轉(zhuǎn)，均勻地取N個(gè)旋轉(zhuǎn)采樣點(diǎn)并取其在探測器106上的投影圖像；根據(jù)金屬球校準(zhǔn)模型104旋轉(zhuǎn)一周的投影數(shù)據(jù)計(jì)算旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)中心，N為偶數(shù)。所述測量旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)一致性的測量方法是使樣本系統(tǒng)201固定在某個(gè)位置， 金屬球校準(zhǔn)模型104隨旋轉(zhuǎn)軸315旋轉(zhuǎn)，均勻地取N個(gè)旋轉(zhuǎn)采樣點(diǎn)并取其在探測器106上的投影圖像，N為偶數(shù)；比較M次旋轉(zhuǎn)中，相同位置金屬小球105的投影位置和旋轉(zhuǎn)中心投影位置的偏移，根據(jù)偏移量即可知道旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)一致性，M為自然數(shù)。旋轉(zhuǎn)軸在垂直移動過程中的一致性的測量方法為在垂直方向，樣本系統(tǒng)201上下移動使金屬球校準(zhǔn)模型104在旋轉(zhuǎn)過程中金屬小球105的投影軌跡完整落在探測器106 上，在這個(gè)垂直范圍內(nèi)選取V個(gè)采樣點(diǎn)，V為偶數(shù)，其中V/2個(gè)垂直采樣點(diǎn)位于中平面上方， V/2個(gè)垂直采樣點(diǎn)位于中平面下方；在每個(gè)垂直采樣點(diǎn)，金屬球校準(zhǔn)模型104隨旋轉(zhuǎn)軸315 旋轉(zhuǎn)，在N個(gè)均勻間隔的位置取其投影，N為偶數(shù)，計(jì)算每個(gè)旋轉(zhuǎn)采樣點(diǎn)金屬小球105在探測器106上的投影位置，并計(jì)算旋轉(zhuǎn)軸中心點(diǎn)在探測器上的投影位置，比較V個(gè)垂直采樣點(diǎn)計(jì)算所得的旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)的偏移，即可知道旋轉(zhuǎn)軸在垂直移動過程中的一致性。旋轉(zhuǎn)軸在水平移動過程中的一致性的測量方法為在水平方向，樣本系統(tǒng)201水平移動范圍內(nèi)取H個(gè)水平采樣點(diǎn)，H為自然數(shù)；在每個(gè)水平采樣點(diǎn)，分別測量該水平位置旋轉(zhuǎn)軸垂直移動的一致性，根據(jù)該水平位置V個(gè)垂直采樣點(diǎn)計(jì)算的旋轉(zhuǎn)軸中心投影，V為偶數(shù)，計(jì)算該水平位置射線源焦點(diǎn)在探測器上的投影點(diǎn)；比較H個(gè)水平采樣點(diǎn)位置計(jì)算得到的射線源焦點(diǎn)的投影的偏移，即可知道旋轉(zhuǎn)軸在水平移動過程中的一致性。
所述的立式錐束CT系統(tǒng)采用FDK算法進(jìn)行重建；FDK算法對立式錐束CT系統(tǒng)的成像幾何結(jié)構(gòu)的要求是旋轉(zhuǎn)軸315與中平面垂直，同時(shí)與探測器106像元陣列的列方向平行、行方向垂直；過X射線源100焦點(diǎn)做垂直探測器106的直線，該直線經(jīng)過旋轉(zhuǎn)軸315 ；旋轉(zhuǎn)軸315的旋轉(zhuǎn)保持穩(wěn)定，在旋轉(zhuǎn)過程中始終保持與中平面垂直；X射線源到探測器的垂線的垂足是用于重建的投影圖像的中心。金屬球校準(zhǔn)模型104是一個(gè)有機(jī)玻璃制的圓柱形杯子，杯子的上邊緣固定一個(gè)金屬球105。詳細(xì)如下圖1是立式錐束CT系統(tǒng)的掃描結(jié)構(gòu)，立式錐束CT系統(tǒng)的組成部分包括微焦斑X射線源100，載物臺102，金屬球校準(zhǔn)模型104和探測器106。金屬球校準(zhǔn)模型104 固定在載物臺102上，載物臺102固定在旋轉(zhuǎn)軸315上。該系統(tǒng)中金屬球校準(zhǔn)模型104和載物臺102可隨旋轉(zhuǎn)軸315旋轉(zhuǎn)。金屬球校準(zhǔn)模型104、載物臺102和旋轉(zhuǎn)軸315構(gòu)成樣本系統(tǒng)201。樣本系統(tǒng)201可沿著水平導(dǎo)軌前后移動，沿垂直導(dǎo)軌上下移動。X射線源100與探測器106的位置在系統(tǒng)安裝完成后固定不變，但可以根據(jù)需要進(jìn)行微調(diào)。圖加是立式錐束CT系統(tǒng)校準(zhǔn)所用的金屬球校準(zhǔn)模型104的側(cè)面；圖2b是立式錐束CT系統(tǒng)校準(zhǔn)所用的金屬球校準(zhǔn)模型104的俯視圖。金屬球校準(zhǔn)模型104是一個(gè)有機(jī)玻璃制的圓柱形杯子，杯子的上邊緣有一個(gè)金屬小球105。X射線源100、樣本系統(tǒng)201和探測器106之間的相對位置不同，系統(tǒng)的放大倍數(shù)不一樣，即當(dāng)樣本系統(tǒng)201靠近探測器106時(shí)系統(tǒng)放大倍數(shù)較小，而當(dāng)樣本系統(tǒng)201靠近X射線源100時(shí)系統(tǒng)放大倍數(shù)較大。因此，為了讓金屬校準(zhǔn)模型104的投影圖像盡量填滿探測器106平面，樣本系統(tǒng)201位于不同水平位置時(shí)不同直徑的金屬校準(zhǔn)模型104，越靠近X射線源100的位置，金屬球校準(zhǔn)模型104杯體的直徑就越小。圖3是金屬球校準(zhǔn)模型在旋轉(zhuǎn)過程的小球投影示意圖。金屬小球105相對于金屬校準(zhǔn)模型104尺寸很小，可以視為質(zhì)點(diǎn)。金屬校準(zhǔn)模型104與載物臺102 —起隨旋轉(zhuǎn)軸315 旋轉(zhuǎn)過程中，小球質(zhì)點(diǎn)312的運(yùn)動軌跡是一個(gè)圓。在錐束投影中，如果質(zhì)點(diǎn)在圓形軌跡上旋轉(zhuǎn)，其投影314的軌跡就是一個(gè)橢圓。圓形軌跡中心的投影一定在旋轉(zhuǎn)軸的投影線上。在小球質(zhì)點(diǎn)312旋轉(zhuǎn)的過程中，相隔180°的兩個(gè)位置的小球質(zhì)點(diǎn)連線一定經(jīng)過旋轉(zhuǎn)中心。由于錐束投影中一條直線在探測器上的投影仍然是一條直線，所以相隔180°的兩個(gè)位置的小球質(zhì)點(diǎn)的投影在探測器上的連線必定經(jīng)過圓軌跡中心在探測器上的投影。小球質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過 360°的旋轉(zhuǎn)，在N (N為偶數(shù))個(gè)均勻間隔的位置取其投影。相隔180°的兩個(gè)位置的小球質(zhì)點(diǎn)的投影連線經(jīng)過旋轉(zhuǎn)軸中心的投影，通過最小二乘方法可以根據(jù)N/2條直線方程求得旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)中心。圖4是立式錐束CT系統(tǒng)的校準(zhǔn)過程的流程圖。立式錐束CT系統(tǒng)的校準(zhǔn)過程主要包括旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)中心的測量；旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)一致性；旋轉(zhuǎn)軸在垂直移動過程中的一致性；旋轉(zhuǎn)軸在水平移動過程中的一致性。旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)中心的測量方法如下金屬球校準(zhǔn)模型104與載物臺102隨旋轉(zhuǎn)軸 315旋轉(zhuǎn)，每隔360/N。采集一幅投影圖，計(jì)算金屬小球105在探測器上的投影點(diǎn)。計(jì)算小球在探測器上投影點(diǎn)的方法在投影圖中，由于金屬球校準(zhǔn)模型104 的有機(jī)玻璃杯和背景的灰度較高，金屬小球105的灰度較低，可以使用閾值分割法將金屬球分割出來。然后將分割出來的金屬球范圍的數(shù)據(jù)保存，并將灰度值歸一化，即使圖像中所有像素的灰度值分布在0-255之間。設(shè)分割出的金屬球區(qū)域的點(diǎn)坐標(biāo)為 ⑷，⑷，對應(yīng)像素的灰度值為/扛,其中…，P , P是分割出的金屬球區(qū)域的像素個(gè)數(shù)。令金屬小球的投影點(diǎn)坐標(biāo)為_，)，則該坐標(biāo)可以通過如下公式計(jì)算得到
權(quán)利要求
1.一種立式錐束計(jì)算機(jī)斷層成像校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括X射線源(100)、 與X射線源(100)相對設(shè)置且不接觸的探測器(106)和設(shè)置在X射線源(100)與探測器 (106)之間的載物臺(102)、用于固定載物臺(102)的旋轉(zhuǎn)軸(315)、固定在載物臺(102)上的金屬球校準(zhǔn)模型(104);其中金屬球校準(zhǔn)模型(104)在掃描過程中與載物臺(102) 一起隨旋轉(zhuǎn)軸(315)旋轉(zhuǎn)；X射線源(100)與探測器(106)的位置固定不動，通過載物臺(102)旋轉(zhuǎn)獲取投影數(shù)據(jù)；金屬球校準(zhǔn)模型(104)上固定一金屬球(105)；金屬球校準(zhǔn)模型(104)、載物臺(102)和旋轉(zhuǎn)軸(315)構(gòu)成樣本系統(tǒng)(201)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立式錐束計(jì)算機(jī)斷層成像校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于金屬球校準(zhǔn)模型(104)是有機(jī)玻璃制成的圓柱形杯子，杯子的上邊緣固定金屬球(105)。
3.一種用于權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)的立式錐束計(jì)算機(jī)斷層成像校準(zhǔn)方法，其特征在于該方法包括以下步驟測量旋轉(zhuǎn)軸(315)在旋轉(zhuǎn)過程中的旋轉(zhuǎn)中心；測量旋轉(zhuǎn)軸 (315)的旋轉(zhuǎn)一致性；所述旋轉(zhuǎn)一致性是指使樣本系統(tǒng)(201)固定在某個(gè)位置，使金屬球校準(zhǔn)模型(104)位于合適的旋轉(zhuǎn)采樣點(diǎn)，金屬球校準(zhǔn)模型(104)旋轉(zhuǎn)360° M次，M為自然數(shù)， 分別在每次旋轉(zhuǎn)后計(jì)算金屬小球(105)的位置，金屬小球(105)位置的一致性就是旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)一致性；測量(315)旋轉(zhuǎn)軸在垂直移動過程中的一致性；所述旋轉(zhuǎn)軸(315)在垂直移動過程中的一致性是指在旋轉(zhuǎn)軸上下移動的過程中旋轉(zhuǎn)中心的一致性；測量旋轉(zhuǎn)軸(315) 在水平移動過程中的一致性，所述旋轉(zhuǎn)軸(315)在水平移動過程中的一致性是指在旋轉(zhuǎn)軸前后移動的過程中旋轉(zhuǎn)中心的一致性；根據(jù)上述數(shù)實(shí)現(xiàn)立體錐束CT校準(zhǔn)系統(tǒng)的校準(zhǔn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的立式錐束計(jì)算機(jī)斷層成像系統(tǒng)校準(zhǔn)方法，其特征在于所述旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)中心的測量方法是使樣本系統(tǒng)(201)固定在某個(gè)位置，金屬球校準(zhǔn)模型 (104)隨旋轉(zhuǎn)軸(315)旋轉(zhuǎn)，均勻地取N個(gè)旋轉(zhuǎn)采樣點(diǎn)并取其在探測器(106)上的投影圖像； 根據(jù)金屬球校準(zhǔn)模型(104)旋轉(zhuǎn)一周的投影數(shù)據(jù)計(jì)算旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)中心，N為偶數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的立式錐束計(jì)算機(jī)斷層成像系統(tǒng)校準(zhǔn)方法，其特征在于所述測量旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)一致性的測量方法是使樣本系統(tǒng)(201)固定在某個(gè)位置，金屬球校準(zhǔn)模型(104)隨旋轉(zhuǎn)軸(315)旋轉(zhuǎn)，均勻地取N個(gè)旋轉(zhuǎn)采樣點(diǎn)并取其在探測器(106)上的投影圖像，N為偶數(shù)；比較M次旋轉(zhuǎn)中，相同位置金屬小球(105)的投影位置和旋轉(zhuǎn)中心投影位置的偏移，根據(jù)偏移量即可知道旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)一致性，M為自然數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的立式錐束計(jì)算機(jī)斷層成像系統(tǒng)校準(zhǔn)方法，其特征在于旋轉(zhuǎn)軸在垂直移動過程中的一致性的測量方法為在垂直方向，樣本系統(tǒng)(201)上下移動使金屬球校準(zhǔn)模型(104)在旋轉(zhuǎn)過程中金屬小球(105)的投影軌跡完整落在探測器(106)上，在這個(gè)垂直范圍內(nèi)選取V個(gè)采樣點(diǎn)，V為偶數(shù)，其中V/2個(gè)垂直采樣點(diǎn)位于中平面上方，V/2個(gè)垂直采樣點(diǎn)位于中平面下方；在每個(gè)垂直采樣點(diǎn)，金屬球校準(zhǔn)模型(104)隨旋轉(zhuǎn)軸(315)旋轉(zhuǎn)，在N個(gè)均勻間隔的位置取其投影，N為偶數(shù)，計(jì)算每個(gè)旋轉(zhuǎn)采樣點(diǎn)金屬小球(105)在探測器(106)上的投影位置，并計(jì)算旋轉(zhuǎn)軸中心點(diǎn)在探測器上的投影位置，比較V個(gè)垂直采樣點(diǎn)計(jì)算所得的旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)的偏移，即可知道旋轉(zhuǎn)軸在垂直移動過程中的一致性。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的立式錐束計(jì)算機(jī)斷層成像系統(tǒng)校準(zhǔn)方法，其特征在于旋轉(zhuǎn)軸在水平移動過程中的一致性的測量方法為在水平方向，樣本系統(tǒng)(201)水平移動范圍內(nèi)取H個(gè)水平采樣點(diǎn)，H為自然數(shù)；在每個(gè)水平采樣點(diǎn)，分別測量該水平位置旋轉(zhuǎn)軸垂直移動的一致性，根據(jù)該水平位置V個(gè)垂直采樣點(diǎn)計(jì)算的旋轉(zhuǎn)軸中心投影，V為偶數(shù)，計(jì)算該水平位置射線源焦點(diǎn)在探測器上的投影點(diǎn)；比較H個(gè)水平采樣點(diǎn)位置計(jì)算得到的射線源焦點(diǎn)的投影的偏移，即可知道旋轉(zhuǎn)軸在水平移動過程中的一致性。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的立式錐束計(jì)算機(jī)斷層成像系統(tǒng)校準(zhǔn)方法，其特征在于所述的立式錐束CT系統(tǒng)采用FDK算法進(jìn)行重建；FDK算法對立式錐束CT系統(tǒng)的成像幾何結(jié)構(gòu)的要求是旋轉(zhuǎn)軸(315)與中平面垂直，同時(shí)與探測器(106)像元陣列的列方向平行、行方向垂直；過X射線源(100)焦點(diǎn)做垂直探測器(106)的直線，該直線經(jīng)過旋轉(zhuǎn)軸(315);旋轉(zhuǎn)軸(315)的旋轉(zhuǎn)保持穩(wěn)定，在旋轉(zhuǎn)過程中始終保持與中平面垂直；X射線源到探測器的垂線的垂足是用于重建的投影圖像的中心。
9.根據(jù)權(quán)利要求3到8任一權(quán)利要求所述的立式錐束計(jì)算機(jī)斷層成像系統(tǒng)校準(zhǔn)方法， 其特征在于金屬球校準(zhǔn)模型(104)是一個(gè)有機(jī)玻璃制的圓柱形杯子，杯子的上邊緣固定一個(gè)金屬球(105)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種立式錐束CT校準(zhǔn)系統(tǒng)及應(yīng)用該系統(tǒng)的方法，該校準(zhǔn)系統(tǒng)包括X射線源(100)、與X射線源(100)相距一定距離的探測器(106)和設(shè)置在X射線源(100)與探測器(106)之間的載物臺(102)、用于固定載物臺(102)的旋轉(zhuǎn)軸(315)、固定在載物臺(102)上的金屬球校準(zhǔn)模型(104)。該方法包括以下步驟測量旋轉(zhuǎn)軸在旋轉(zhuǎn)過程中的旋轉(zhuǎn)中心；測量旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)一致性；測量旋轉(zhuǎn)軸在垂直移動過程中的一致性；測量旋轉(zhuǎn)軸在水平移動過程中的一致性。通過本發(fā)明使提高系統(tǒng)的重建效率和重建質(zhì)量。
文檔編號G01N23/04GK102253061SQ201110097958
公開日2011年11月23日 申請日期2011年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月19日
發(fā)明者張奎, 林曉珍, 羅守華, 顧寧 申請人:東南大學(xué)