基于旋转准直器的cbct图像采集系统及其预处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于旋转准直器的CBCT图像采集系统及其预处理方法，更具体 的说，尤其涉及一种可获取抑制散射信号且具有完全信息的基于旋转准直器的CBCT图像 采集系统及其预处理方法。
【背景技术】
[0002] CBCT装置可W在线获取待治疗部位的容积图像，具有开放式结构，可W方便的集 成到医用直线加速器上，易于使用。然而，由于受到散射光子的影响，CBCT成像质量差。目 前，基于硬件的散射测量估计法越来越受到大家的重视，该方法通过测量遮挡区域的散射 分布，通过插值、拟合等方法来估计整幅图像的散射分布情况。但是由于需要额外的扫描， W确定散射光子的分布，增加了病人所受到的福射剂量，且引入残留误差，限制了临床应 用。通过准直器边缘遮挡来估计散射分布的方法较好的解决了两次扫描的问题，但减少了 探测器的可利用范围。基于移动光栅遮挡的方法，克服了上述算法的缺点，但同时带来了两 个方面的问题：1、运动稳定性问题；2、因为对遮挡区域进行插值而导致的部分信息丢失的 问题。为了解决在抑制散射光子过程中产生的上述问题，我们提出了一种基于旋转准直器 的CBCT图像预处理方法。
【发明内容】
[0003] 本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种基于旋转准直器的CBCT图像 采集系统及其预处理方法。
[0004] 本发明的基于旋转准直器的CBCT图像采集系统，包括X射线源、平板探测器、医用 直线加速器和治疗床，治疗床用于承载待治疗的患者，医用直线加速器的机头位于治疗床 的正上方；所述X射线源和平板探测器位于治疗床的两侧，并可W治疗床上的患者为中也 进行同步转动；其特别之处在于：所述X射线源与治疗床上的患者之间设置有可随其同步 转动的旋转准直器，旋转准直器由旋转轴、支撑轴和多个准直器组构成，准直器组设置于旋 转轴和支撑轴的外围并可随旋转轴的旋转而转动；同一准直器组由间隔设置的条状缝隙和 X射线不能透过的条状挡块组成，平板探测器用于采集CBCT投影图像。
[0005] 本发明的基于旋转准直器的CBCT图像采集系统，所述准直器组的数目为6个，沿 旋转准直器的旋转方向算起，第一个与第四个、第二个与第五个、第H个与第六个准直器组 的结构完全相同，且当第一个、第二个、第H个准直器组位于旋转轴与支撑轴之间的中间位 置时，第四个、第五个、第六个准直器也分别位于旋转轴与支撑轴之间的中间位置处。
[0006] 本发明的基于旋转准直器的CBCT图像采集系统，所述旋转准直器的旋转轴沿竖 直方向设置，每个准直器组均包含5个条状缝隙；每个条状缝隙的宽度为16mm，每个条状挡 块的宽度为3mm ;第二个准直器组中的条状挡块的高度依次比第一个准直器组中的条状挡 块的高度低3mm，第H个准直器组中的条状挡块的高度依次比第二个准直器组中的条状挡 块的高度低3mm。
[0007] 本发明的基于旋转准直器的CBCT图像采集系统的图像预处理方法，其特别之处 在于，通过W下方法来实现；a).获取CBCT投影图像，在X射线源和平板探测器同步绕患 者旋转1周的过程中，旋转准直器的旋转轴带动准直器组不断旋转，通过平板探测器获 取未遮挡区域的CBCT投影图像，i = l，2，...，《，《为所获取的投影图像的总数，占- 表示第i幅投影图像，投影图像包含曝光区域和遮挡区域；b).获取曝光区域的离散投影 矩，通过拉东变换和一系列的正交多项式，将物体每一部分在特定角度下的曝光区域用唯 一的投影矩Wg(巧来表述；C).计算图像矩，根据步骤b)中求取的离散投影矩，计 算出图像矩7；。；d).获取遮挡部分的投影图像，根据步骤C)中获取的图像矩T，。，估计出 被旋转准直器的条状挡块遮挡部分的投影图像记为饥(^，>也；e).获取整幅图像 的散射信号，根据步骤d)中获取的被遮挡部分的投影图像估计出整幅图像的散 射信号览，* = 1义...，巧，恐表示第I：幅投影图像的散射信号；f).获取抑制散 射且具有完整信息的图像，将估计的遮挡区域的投影图像和对应曝光区域的投影图像，组 成W个具有完整信息的投影图像，进一步减去步骤e)中获取的散射信号，即通过公式： /{不^4+忍1(了，苗,,-披(五，.)4计算得到抑制散射信号且具有完成信息的〔8口'投影图像。
[0008] 本发明的基于旋转准直器的CBCT图像采集系统的图像预处理方法，步骤a)中获 取的CBCT投影图像-/(X，通过公式（1)来表示： 非了，y)* = 其中，表示第A幅图像的遮挡部分，表示第i幅图像的曝光部分； 步骤b)中特定角度下曝光区域的投影矩(句通过公式（2)进行求取：
【主权项】
1. 一种基于旋转准直器的CBCT图像采集系统，包括X射线源（401)、平板探测器 (501)、医用直线加速器（601)和治疗床（701)，治疗床用于承载待治疗的患者，医用直线加 速器的机头位于治疗床的正上方；所述X射线源和平板探测器位于治疗床的两侧，并可以 治疗床上的患者为中心进行同步转动；其特征在于：所述X射线源与治疗床上的患者之间 设置有可随其同步转动的旋转准直器（201)，旋转准直器由旋转轴（107)、支撑轴（108)和 多个准直器组构成，准直器组设置于旋转轴和支撑轴的外围并可随旋转轴的旋转而转动； 同一准直器组由间隔设置的条状缝隙和X射线不能透过的条状挡块组成，平板探测器用于 采集CBCT投影图像。
2.根据权利要求1所述的基于旋转准直器的CBCT图像采集系统，其特征在于：所述准 直器组的数目为6个，沿旋转准直器的旋转方向算起，第一个与第四个、第二个与第五个、 第三个与第六个准直器组的结构完全相同，且当第一个、第二个、第三个准直器组位于旋转 轴（107)与支撑轴（108)之间的中间位置时，第四个、第五个、第六个准直器也分别位于旋 转轴与支撑轴之间的中间位置处。
3.根据权利要求2所述的基于旋转准直器的CBCT图像采集系统，其特征在于：所述旋 转准直器（201)的旋转轴（107)沿坚直方向设置，每个准直器组均包含5个条状缝隙；每个 条状缝隙的宽度为16mm，每个条状挡块的宽度为3mm;第二个准直器组中的条状挡块的高 度依次比第一个准直器组中的条状挡块的高度低3mm，第三个准直器组中的条状挡块的高 度依次比第二个准直器组中的条状挡块的高度低3_。
4. 一种基于权利要求1所述的基于旋转准直器的CBCT图像采集系统的图像预处理方 法，其特征在于，通过以下方法来实现： a).获取CBCT投影图像，在X射线源和平板探测器同步绕患者旋转1周的过程中，旋转 准直器的旋转轴带动准直器组不断旋转，通过平板探测器获取未遮挡区域的CBCT投影图 像
为所获取的投影图像的总数表示第t幅投影图像，投影图像 包含曝光区域和遮挡区域； b) .获取曝光区域的离散投影矩，通过拉东变换和一系列的正交多项式，将物体每一部 分在特定角度下的曝光区域用唯一的投影矩句来表述； c) .计算图像矩，根据步骤b)中求取的离散投影矩/^(约，计算出图像矩; d) .获取遮挡部分的投影图像，根据步骤c)中获取的图像矩，估计出被旋转准直器 的条状挡块遮挡部分的投影图像
e) .获取整幅图像的散射信号，根据步骤d)中获取的被遮挡部分的投影图像
估计出整幅图像的散射信号.
表示第i幅投影图像的散射信 号； f) .获取抑制散射且具有完整信息的图像，将估计的遮挡区域的投影图像和对应曝光 区域的投影图像，组成?个具有完整信息的投影图像，进一步减去步骤e)中获取的散射 信号，即通过公式
计算得到抑制散射信号且具有完成信息的 CBCT投影图像。
5. 根据权利要求4所述的基于旋转准直器的CBCT图像采集系统的图像预处理方法，其 特征在于： 步骤a)中获取的CBCT投影图像通过公式（1)来表示：
其中表示第免幅图像的遮挡部分，表示第t幅图像的曝光部分； 步骤b)中特定角度下曝光区域的投影矩(句通过公式（2)进行求取：
其中，&㈨为一系列的正交多项式，是图像曝光部分的离散拉东变换；
，为多项式的阶数，5为投影图像的角度； 步骤c)中图像矩的定义如公式（3)所示：
其中，为权重系数，表示投影矩与图像矩之间的关系； 步骤d)中被遮挡部分的投影图像通过公式（4)进行求取：
其中，'?；?为曝光区域的图像矩，M为图像矩的最大阶数，P为多项式的阶数，
为投影图像的角度。
6. 根据权利要求4或5所述的基于旋转准直器的CBCT图像采集系统的图像预处理方 法，其特征在于：步骤e)中估计图像散射信号的方法采用三次样条插值算法。
【专利摘要】本发明的基于旋转准直器的CBCT图像采集系统，包括X射线源、平板探测器、医用直线加速器和治疗床，特征在于：X射线源与患者之间设置有旋转准直器。发明的图像预处理方法包括：a).获取基于旋转准直器的CBCT投影图像；b).获取曝光区域的离散投影矩；c).计算图像矩；d).获取遮挡部分的投影图像；e).获取整幅图像的散射信号；f).获取抑制散射且具有完整信息的图像。发明的CBCT图像采集系统和方法，将估计的遮挡区域的投影图像和对应曝光区域的投影图像，组成具有完整信息的投影图像，进一步减去散射信号，即得到抑制散射信号且具有完成信息的CBCT投影图像，成像更加清晰、准确，有益效果显著，便于应用推广。
【IPC分类】A61N5-00
【公开号】CN104548374
【申请号】CN201510055131
【发明人】虞刚, 李宝生, 梁月强, 李洪升, 朱健, 李登旺
【申请人】李宝生
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年2月3日