[发明专利]一种多透视图耦合的台面物体定位方法

说明书

本发明公开了一种多透视图耦合的台面物体定位方法，包括以下步骤：输入三维计算机断层扫描图像和摆位方案中物体精确位置信息，并将物体放置在台面上，根据摆位方案进行物体初始摆位；对放置物体进行侧面拍摄，形成若干幅不同成像角度的二维X透视图；对二维X透视图进行预处理，使其中像素值与X射线穿过的物体密度值成正比；进行二维X透视图到三维计算机断层扫描图像的刚性几何配准，获得平移与旋转参数，并根据参数进行台面移动使物体到达预定治疗位置。本发明能够适用于不限于上述两类硬件的加工成像硬件系统，灵活用于不同场景下物体的精确摆位；可追踪物体内部结构；可不接触物体，不损害物体表面。

技术领域

本发明涉及一种物体定位方法，尤其涉及一种多透视图耦合的台面物体定位方法。

背景技术

精确加工领域通常需要精确工件三维摆位，通过双正交X射线配准进行摆位是一种新型的工件摆位方法。也称为图像引导摆位技术，该技术通过加工前采集物体1～N幅二维透视影像，与物体的三维计算机断层扫描图像对比，获得物体加工摆位位置与当前位置的空间变换，以控制台面将物体移动到加工预设位置。

所述二维影像可由多种硬件获取，常见的有：1.独立于加工工具两套轴线互相正交的X射线成像系统，每一套X射线成像系统由X射线球管源与X射线探测板组成；2.安装在旋转装置上的KV级锥形束CT(Cone Beam，CBCT)系统。其中第一类硬件可快速拍摄2幅正交角度的X透视图像，第二类硬件可随C型臂转动动态拍摄多幅不同角度的X透视图像。第一种对于成像系统的安装位置有严格要求，对于适配不同的应用有难度，导致应用范围受局限；第二种在定位时需旋转装置一定角度，导致定位时间较长，并且由于物体在旋转过程种可能有形变，且旋转装置在旋转过程中会存在不稳定的现象，可能导致定位精度下降。

发明内容

发明目的：本发明旨在提供一种能够扩大应用范围、提升精度的多透视图耦合的台面物体定位方法。

技术方案：本发明所述的一种多透视图耦合的台面物体定位方法包括以下步骤：

步骤一：输入三维计算机断层扫描图像和摆位方案中物体精确位置信息，并将物体放置在台面上，根据摆位方案进行物体初始摆位；

步骤二：对放置物体进行侧面拍摄，形成若干幅不同成像角度的二维X透视图；

步骤三：对二维X透视图进行预处理，使其中像素值与X射线穿过的物体密度值成正比；

步骤四：进行二维X透视图到三维计算机断层扫描图像的刚性几何配准，获得平移与旋转参数，并根据参数进行台面移动使物体到达预定治疗位置。

其中，在步骤四中，配准方法基于1幅到多幅二维X透视图与三维计算机断层扫描图像进行配准，获得刚性配准变换；在步骤三中，二维X透视图的预处理包括以下步骤：

步骤一：X射线散射校正，去除X透视图上的低频散射分量；

步骤二：X射线硬化校正，使X透视图像素值与穿过物体密度呈线性关系。

本发明中，交互式调整x,y,z坐标轴下平移向量和绕x,y,z轴的旋转角度，直至根据平移和旋转动态生成的数字重建X透视图与拍摄得到的透视图重合来实现刚性几何配准；基于各透视图与对应角度的数字重建X透视图的二维配准结果，迭代优化形成三维变换来实现刚性几何配准；基于迭代三维投影梯度下降方法，每次迭代从多张透视图中随机选取1～2张透视图，计算空间变换的梯度以获得多透视图与计算机断层扫描图像的刚性配准变换；刚性几何配准能够选择放弃任意自由度，计算并输出仅平移或平移结合旋转的配准结果。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：能够适用于不限于上述两类硬件的加工成像硬件系统，支持基于1～N个角度的X射线透视图与三维计算机断层扫描图像之间的三维配准，灵活用于不同场景下物体的精确摆位；可追踪物体内部结构；可不接触物体，不损害物体表面。

附图说明