在cbct中消除几何伪影的方法以及使用该方法的cbct系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及成像领域，具体地说是一种在CBCT中消除几何伪影的方法以及使用 该方法的CBCT系统。
【背景技术】
[0002] CBCT是Cone beam CT的简称，即锥形束CT，是锥形束投照计算机重组断层影像设 备，其原理是X线发生器以较低的射线量围绕投照体做环形数字式投照，然后将围绕投照 体多次数字投照后"交集"中所获得的数据在计算机中重组后进而获得三维图像。CBCT具 有很高的各向同性空间分辨力，获得的成像清晰度高。
[0003] 由于锥形束CT(CBCT)可以获得被扫描患者的高精度三维图像，在口腔疾病诊疗、 手术中成像等方面起着重要的作用。在牙科CT中，大部分都使用锥形束CT，采用平板探测 器来探测X光衰减信息。在这种设计下，XX射线源和平板探测器作为一个整体被悬挂在横 梁之上，但是在X射线源旋转的过程中，有可能重心与悬挂点不重合，悬梁所受力矩一直变 化，从而导致悬梁的扭动，这个扭动会影响反投影的准确程度，引入几何伪影，降低重建图 像的精度。因此，如何测量并消除这个扭动，使反投影过程更加准确，对于牙科重建有着重 要的意义。
[0004] 解决反投影准确的问题主要有两个思路，第一种是在机械上调整，可以通过配平 使X射线源探测器的重心与悬挂点重合来消除力矩，使用更加先进的材料来降低悬臂的扭 动程度，使得X射线源探测器的旋转情况与设计中的差别很小，但是这种方法会大大提高 产品的造价；第二种思路是，利用模体来标定X射线源与重建坐标系的位置关系，然后依据 实际标定数据而非理论值进行准确的反投影。
[0005] 如专利申请号CN201110051997中公开了一种消除CT图像几何伪影的方法及系 统，该方法包括对模体进行CT扫描，获得模体的质心在CT探测器上的投影坐标，根据模体 的质心在CT探测器上的投影坐标，确定几何参数，将几何参数代入重建公式，其中，几何参 数可确定CT中的X射线源焦点、转台旋转中心、CT探测器之间的相对位置；对待成像物体 进行CT扫描，得到待成像物体的扇束投影数据，利用重建公式处理待成像物体的扇束投影 数据，得到待成像物体的CT图像数据。
[0006] 但是，该方案中标定的参数太多，并且所有的参数并不是一次性得到的，每得到一 个参数，都会增大参数的不确定度，使得校正精度下降。由于参数众多，当把参数应用到反 投影过程中会令计算十分复杂，公式表述特别长，重建实现过程中容易出错。此外，该方法 只能标定全探测器的位置参数，不能延伸到半探测器情况。
【发明内容】
[0007] 为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中的消除几何伪影的方法，标定 的参数多、计算复杂、精度不高，从而提出一种无需较多参数、计算简单、准确度高的消除几 何伪影的方法和CBCT系统。
[0008] 为解决上述技术问题，本发明的提供一种在CBCT中消除几何伪影的方法以及使 用该方法的CBCT系统。
[0009] 本发明提供一种在CBCT中消除几何伪影的方法，包括如下步骤：
[0010] 获取重建点在重建坐标系中的坐标；
[0011] 根据重建坐标系与X射线源-探测器坐标系的旋转矩阵和平移矩阵，计算所述重 建点在X射线源-探测器坐标系中的坐标；
[0012] 根据上述计算出的重建点在X射线源-探测器坐标系中的坐标，计算该重建点在 探测器平面上的投影点；
[0013] 根据反投影公式计算重建点的重建值。
[0014] 优选地，在所述根据重建坐标系与X射线源-探测器坐标系的旋转矩阵和平移矩 阵，计算所述重建点在X射线源-探测器坐标系中的坐标之前，还包括计算重建坐标系与X 射线源-探测器坐标系的旋转矩阵和平移矩阵的步骤，具体如下：
[0015] 扫描模体，在不同角度下获取模体上至少三个投影点在探测器平面上的投影数 据；
[0016] 求解模体中三个投影点在X射线源-探测器坐标系中的坐标；
[0017] 根据所述投影点在所述模体中的位置以及在X射线源-探测器坐标系中的坐标， 计算该角度下的旋转矩阵和平移矩阵。
[0018] 优选地，根据所述投影点在所述模体中的位置以及在X射线源-探测器坐标系中 的坐标，计算该角度下的旋转矩阵和平移矩阵的步骤中，计算公式如下：
【主权项】
1. 一种在CBCT中消除几何伪影的方法，其特征在于，包括如下步骤： 获取重建点在重建坐标系中的坐标； 根据重建坐标系与X射线源-探测器坐标系的旋转矩阵和平移矩阵，计算所述重建点 在X射线源-探测器坐标系中的坐标； 根据上述计算出的重建点在X射线源-探测器坐标系中的坐标，计算该重建点在探测 器平面上的投影点； 根据反投影公式计算重建点的重建值。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述根据重建坐标系与X射线源-探测 器坐标系的旋转矩阵和平移矩阵，计算所述重建点在X射线源-探测器坐标系中的坐标之 前，还包括计算重建坐标系与X射线源-探测器坐标系的旋转矩阵和平移矩阵的步骤，具体 如下： 扫描模体，在不同角度下获取模体上至少三个投影点在探测器平面上的投影数据； 求解模体中三个投影点在X射线源-探测器坐标系中的坐标； 根据所述投影点在所述模体中的位置以及在X射线源-探测器坐标系中的坐标，计算 该角度下的旋转矩阵和平移矩阵。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述投影点在所述模体中的位置以 及在X射线源-探测器坐标系中的坐标，计算该角度下的旋转矩阵和平移矩阵的步骤中，计 算公式如下：
其中，110，^，《0为3\1的矩阵，表示在角度0下三个投影点在乂射线源-探测器坐 标系下的坐标；r表示三个投影点所形成的正三角形两顶点之间的距离；T0为角度Θ下的 平移矩阵，M 0为角度Θ下的旋转矩阵。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据重建坐标系与X射线源-探测器 坐标系的旋转矩阵和平移矩阵，计算所述重建点在X射线源-探测器坐标系中的坐标的步 骤中，计算公式为： S4 S1 S5=M e*S2+Te S6 S3 其中（Si、S2、S3)是重建坐标系内一点S的坐标，（S4、S 5、S6)是该点S在X射线源-探 测器坐标系下的坐标；T0为角度Θ下的平移矩阵，M0为角度Θ下的旋转矩阵。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据上述计算出的重建点在X射线源-探 测器坐标系中的坐标，计算该重建点在探测器平面上的投影点的步骤，计算公式为：
其中，（S4、S5、S6)是该点S在X射线源-探测器坐标系下的坐标，（s x0，sy0)为该重建 点在探测器平面上的投影点，L为X射线源与探测器平面之间的距离。
6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据反投影公式计算重建点的重建值的 步骤，包括
其中，上式中f (S)代表点S的重建值，乒是滤波后的数据，（Sx0，Sy0)代表点S在Θ角 度下，在探测器平面上的投影位置，U是加权系数，在X射线源-探测器坐标系下1 L为X射线源与探测器平面之间的距离。
7. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述求解模体中三个投影点在X射线 源-探测器坐标系中的坐标的步骤中，计算方程式为：
其中，（ux，Uy，uz)代表点u在X射线源-探测器坐标系中的位置，（U x，Uy)代表点u在 探测器平面上的投影；（vx，vy，vz)代表点V在X射线源-探测器坐标系中的位置，（V x，Vy) 代表点V在探测器平面上的投影；(wx，V wz)代表点w在X射线源-探测器坐标系中的位 置，（Wx，Wy)代表点w在探测器平面上的投影；Ov r2, r3)分别代表模体坐标系中三个点u、 v、w之间的距离。
8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，解所述方程式时采用尝试法，把u z在限定 范围中密集搜索，检验其他未知数是否满足方程。
9. 根据权利要求1-8任一所述的方法，其特征在于，所述模体中的三个投影点呈正三 角形。
10. -种CBCT系统，其特征在于，包括： 射线源，发出射线； 探测器，与所述射线源相对设置，且与所述射线源的相对位置固定； 承载机构，设置在射线源与探测器之间； 模体，设置在射线源与探测器之间，至少成型有三个投影点，将射线源的射线通过投影 点投影到探测器平面上； 运算处理单元，运行所述权利要求1-9所述的消除几何伪影的方法，接收模体在不同 角度下的扫描数据，计算不同角度下的平移矩阵与旋转矩阵，并根据重建点计算在重建坐 标系下的重建值。
【专利摘要】一种消除几何伪影的方法，首先获取各个角度下的旋转矩阵和平移矩阵，然后获取重建点在重建坐标系中的坐标；根据重建坐标系与X射线源-探测器坐标系的旋转矩阵和平移矩阵，计算所述重建点在X射线源-探测器坐标系中的坐标；根据上述计算出的重建点在X射线源-探测器坐标系中的坐标，计算该重建点在探测器平面上的投影点；根据反投影公式计算重建点的重建值该方案可以从整体上进行单次标定，得到旋转矩阵和平移矩阵，使用方便，公式简单，计算快捷，并且可以延伸到半探测器的情况，解决由于机械原因而导致的晃动问题，利用模体标定晃动，并把这些参数应用于重建过程中，不仅消除了几何伪影，而且减少了整个过程中的参数，降低了数据运算量，提高了处理速度和重建图像的质量。
【IPC分类】A61B6-03
【公开号】CN104665862
【申请号】CN201510085299
【发明人】张丽, 许晓飞, 吴笃蕃, 吴宏新
【申请人】清华大学, 北京朗视仪器有限公司
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年2月16日