[发明专利]一种确定C型臂断层成像系统中几何标定参数的方法

摘要

本发明公开了一种确定C型臂断层成像系统中几何标定参数的方法，具体而言是用螺旋线模体直接确定C-arm CT系统中9个几何标定参数，属于医疗成像领域。该方法利用螺旋线的几何特性，将其巧妙地转换为一系列的平行四边形。然后获得这些平行四边形对角线的交点，用来确定模体坐标系坐标轴的投影，最后将其集成到相应的标定算法中。本发明基于广泛应用的螺旋线模体，不需要额外加工标定模体，并且是一种解析的方法，充分利用螺旋线模体上标志点的信息，具有较高的鲁棒性及准确性。

主权项

1.一种确定C型臂断层成像系统中几何标定参数的方法，包括以下几个步骤： 第一步，将螺旋线模体放在C型臂断层成像系统中的置物台上，用C型臂扫描，获取螺旋线模体在平板探测器上的投影图像； 第二步，确定螺旋线上标志点在平板探测器上的投影位置； 第三步，利用螺旋线的几何特性，确定模体坐标系z轴、x轴及两条平行于y轴的轴的投影； 螺旋线上标志点的排列满足半径为R，螺距为2πh的螺旋线方程，第l个标志点位置为： r_l＝(R sinψ_l，R cosψ_l，hψ_l) ψ_l＝l×Δψ(l＝-N₁，-N₁+1，...，N₂-1，N₂) 其中：Δψ是螺旋线上标志点的角度间隔，Δψ＝π/N，N表示整数；N₁和N₂的取值为整数，假设均匀排列的标志点构成的螺旋线中轴线的长度为L，则N₁+N₂＝L/(hΔψ)-1; （1）确定坐标系z轴投影的方法，从螺旋线上选取4个标志点，形成平行四边形如下：k∈[-N₁，N₂-3N]}， 其中，r_A，r_B，r_C。r_D是螺旋线中的4个标志点，也是构成此平行四边形的4个顶点；ψ_A，ψ_B，ψ_C，ψ_D分别为点r_A，r_B，r_C，r_D在螺旋线中的角度位置；k是此平行四边形的索引值，ψ_k＝k×Δψ; 平行四边形对角线的交点为：平行四边形在探测器上的投影为四边形对角线交点在探测器上的投影为因为对角线交点在z轴上，所以投影得到的对角线交点在z轴的投影z′上，从新选取平行四边形，得到平行四边形对角线交点在探测器上的投影，根据两个投影对角线交点，确定模体坐标系z轴的投影z′轴；（2）确定坐标系x轴投影，从螺旋线上选取4个标志点，形成平行四边形如下：i∈[max(-N₁，-N₂，-N+1)，min(N₂-2N，N₁-2N)]，i≠0} 其中，r_A，r_B，r_C，r_D是螺旋线中的4个标志点，也是构成此平行四边形的4个顶点；ψ_A，ψ_B，ψ_C，ψ_D分别为点r_A，r_B，r_C，r_D在螺旋线中的角度位置；i是此平行四边形的索引值，ψ_i＝i×Δψ；平行四边形对角线的交点为：其中，确定x轴上的一个点，得到相应的投影四边形对角线的交点，在选取平行四边形，得到平行四边形对角线交点在探测器上的投影，根据两个投影对角线交点，确定模体坐标系x轴的投影x′轴确定探测器上x轴的投影；（3）确定两条平行于y轴的投影，从螺旋线上选取8个标志点，形成两个平行四边形和其中，r_A，r_B，r_C，r_D是螺旋线中的4个标志点，也是构成此平行四边形的4个顶点；ψ_A，ψ_B，ψ_C，ψ_D分别为点r_A，r_B，r_C，r_D在螺旋线中的角度位置；j1、j2是此平行四边形的索引值， ψ_j1＝j1×Δψ，ψ_j2＝j2×Δψ; 两个平行四边形的交点为： 第一个平行y轴的y′轴投影：确定y轴上的一个点，得到相应的投影四边形对角线的交点，在选取平行四边形，得到平行四边形对角线交点在探测器上的投影，根据两个投影对角线交点，确定模体坐标系y轴的投影y′轴确定探测器上y轴的投影；第二个平行y轴的y′′轴投影：确定y轴上的一个点，得到相应的投影四边形对角线的交点，在选取平行四边形，得到平行四边形对角线交点在探测器上的投影，根据两个投影对角线交点，确定模体坐标系y轴的投影y′′轴确定探测器上y轴的投影；第四步，确定模体坐标系原点在平板探测器上的投影； 透入点为模体坐标系原点在平板探测器上的投影；模体坐标系原点在探测器上的投影由x轴投影和z轴投影的交点确定； 对所有投影点的坐标进行预处理，将投影点的坐标减去透入点坐标； 第五步，获取中间参数a、,b、c； a_x,a_y,a_z分别表示a在x、y、z轴的投影；b_x,b_y,b_z分别表示b在x、y、z轴的投影；c_x,c_y,c_z分别表示c在x、y、z轴的投影； 对点其中：其中：表示对应的在探测器上的坐标值；b_z，b_z，b_z通过上述方程组获得； 同样的，对于点其中：其中，表示对应的在探测器上的坐标值；a_x，b_x，c_x通过上述方程组获得； 同样的，对于点其中：其中：表示对应的在探测器上的坐标值；表示对应的在探测器上的坐标值；a_y，b_y，c_y通过上述方程组获得； 第六步，通过中间参数获得C型臂断层成像系统的9个几何标定参数； 几何标定参数包括探测器的旋转角度、X射线源到探测器距离、X射线源的位置、原点在探测器上的投影； 探测器的旋转角度包括探测器的俯仰角、偏转角、倾斜角， X射线源的位置包括X射线源分别在x方向、y方向、z方向的位置； 模体坐标系原点在探测器上的投影包括水平方向投影和竖直方向投影； 通过上述得到的9个标定参数，对C型臂断层成像系统进行描述。