用于标定扫描成像设备的标定方法和系统与流程

本公开涉及扫描成像，更具体地，涉及一种用于标定扫描成像设备的标定方法和标定系统。

背景技术：

1、根据扫描成像理论，根据扫描成像理论，如果要对被扫描对象精确图像重建，必须已知射线源靶点和探测器晶体的精确位置，由于机械制作和安装存在误差，因此几何标定成为扫描成像中必不可少的步骤。另外，当射线从射线源发出时，经过被扫描对象之后入射到探测器上，在此过程中，射线的衰减符合beer定律。beer定律，也被称为比尔-朗伯定律，是描述物质对光吸收的基本定律。当一束平行单色光垂直通过某一均匀非散射的吸光物质时，其吸光度与吸光物质的浓度及吸收层厚度成正比。

2、例如，以静态ct扫描成像技术为例，根据ct成像理论，如果要对被扫描对象精确ct重建，必须已知射线源靶点和探测器晶体的精确位置，由于机械制作和安装存在误差，因此几何标定成为ct成像中必不可少的步骤。采用分布式射线源或多个单靶点射线源的静态ct，由于射线源本身尺寸较大或数量较多，制作和安装误差也会相应的更大，对成像质量产生较大影响。类似的，探测器也会存在相同的问题，也需要通过几何校正修正几何误差。以ct扫描成像技术为例，根据ct成像理论，基于射线衰减符合beer定律，要求用于扫描成像的探测器具备相同的吸收能谱，这样从不同方向穿过相同厚度的对象射线衰减才可以一致。探测器的吸收能谱和射线入射的晶体厚度相关。在单靶点源探向心的几何排布中，所有射线均为垂直入射晶体，射线穿过的晶体厚度相同，探测器的吸收能谱相同。但是，在静态ct扫描成像设备中，由于单个晶体需要接收不同靶点发出的射线，因此不同靶点射线的入射角度不同，穿过的晶体厚度不同，从而导致吸收能谱不同。而且，不同靶点的能谱也可能存在差异。能谱不一致导致的数据不一致性也是影响重建数值准确性的重要因素。

3、在本部分中公开的以上信息仅用于对本公开的技术构思的背景的理解，因此，以上信息可包含不构成现有技术的信息。

技术实现思路

1、为解决现有技术中的上述问题，本公开实施例提出一种用于标定扫描成像设备的标定方法和标定系统。

2、在一个方面，提供一种用于标定扫描成像设备的标定方法，所述扫描成像设备包括用于发出射线的射线源和用于接收射线的探测器，在标定过程中，几何标定模体或能谱标定模体位于所述射线形成的扫描区域中，所述标定方法包括：

3、在几何标定模体位于所述射线形成的扫描区域中的情况下，执行几何标定步骤，其中，所述几何标定步骤包括：通过所述探测器采集经过所述扫描区域的射线，获得与所述几何标定模体相关的探测器数据；利用所述探测器数据，对射线源参数和探测器参数进行标定，以获取优化的射线源参数和优化的探测器参数，并将所述优化的射线源参数和优化的探测器参数确定为几何标定参数，其中，所述射线源参数用于表示所述射线源在标定系统中的位置，所述探测器参数用于表示所述探测器在所述标定系统中的位置；

4、在能谱标定模体位于所述射线形成的扫描区域中的情况下，根据所述几何标定参数，确定所述射线源、所述能谱标定模体和所述探测器之间的相对位置，以获取所述射线源、所述能谱标定模体和所述探测器之间的几何关系；以及

5、在能谱标定模体位于所述射线形成的扫描区域中的情况下，执行能谱标定步骤，其中，所述能谱标定步骤包括：通过所述探测器采集经过所述扫描区域的射线，获取与所述能谱模体相关的实际投影数据；利用与所述能谱模体相关的实际投影数据，根据所述几何关系和所述能谱标定模体的物理属性，对能谱参数进行标定，以获取优化的能谱参数，并将所述优化的能谱参数确定为能谱标定参数。

6、在另一方面，提供一种用于标定扫描成像设备的标定方法，所述扫描成像设备包括用于发出射线的射线源和用于接收射线的探测器，在标定过程中，几何标定模体和能谱标定模体两者均位于所述射线形成的扫描区域中，所述标定方法包括：

7、在几何标定模体和能谱标定模体两者均位于所述射线形成的扫描区域中的情况下，执行几何标定步骤和能谱标定步骤，其中，所述执行几何标定步骤和能谱标定步骤包括：

8、通过所述探测器采集经过所述扫描区域的射线，获取与所述几何标定模体和所述能谱标定模体均相关的探测器数据；

9、利用所述探测器数据，对射线源参数和探测器参数进行标定，以获取优化的射线源参数和优化的探测器参数，并将所述优化的射线源参数和优化的探测器参数确定为几何标定参数，其中，所述射线源参数用于表示所述射线源在标定系统中的位置，所述探测器参数用于表示所述探测器在所述标定系统中的位置；

10、根据所述几何标定参数，确定所述射线源、所述能谱标定模体和所述探测器之间的相对位置，以获取所述射线源、所述能谱标定模体和所述探测器之间的几何关系；以及

11、利用所述探测器数据，根据所述几何关系和所述能谱标定模体的物理属性，对能谱参数进行标定，以获取优化的能谱参数，

12、并将所述优化的能谱参数确定为能谱标定参数。

13、根据一些示例性的实施例，所述探测器数据包括所述射线经过所述扫描区域中的几何标定模体后在所述探测器上的实际投影位置；

14、所述对射线源参数和探测器参数进行标定，以获取优化的射线源参数和优化的探测器参数，并将所述优化的射线源参数和优化的探测器参数确定为几何标定参数，具体包括：获取初始的射线源参数和初始的探测器参数，其中，所述射线源参数用于表示所述射线源在标定系统中的位置，所述探测器参数用于表示所述探测器在所述标定系统中的位置；根据初始的射线源参数、初始的探测器参数以及所述几何标定模体相对于所述射线源和所述探测器的位置关系，通过几何计算获得所述几何标定模体在所述探测器上的理论投影位置；根据所述实际投影位置和所述理论投影位置，对所述射线源参数和所述探测器参数进行标定，以获取优化的射线源参数和优化的探测器参数；以及将所述优化的射线源参数和优化的探测器参数确定为几何标定参数。

15、根据一些示例性的实施例，根据所述实际投影位置和所述理论投影位置，对所述射线源参数和所述探测器参数进行标定，以获取优化的射线源参数和优化的探测器参数，包括：构建所述实际投影位置和所述理论投影位置之间的偏差关于射线源参数和探测器参数的优化函数，在所述优化函数中，所述偏差为因变量，所述射线源参数和所述探测器参数为自变量。

16、根据一些示例性的实施例，根据所述实际投影位置和所述理论投影位置，对所述射线源参数和所述探测器参数进行标定，以获取优化的射线源参数和优化的探测器参数，还包括：根据所述优化函数，将所述偏差取值最小值时对应的射线源参数和探测器参数确定为优化的射线源参数和优化的探测器参数，将所述优化的射线源参数和优化的探测器参数确定为几何标定参数。

17、根据一些示例性的实施例，所述射线源包括ns个靶点，所述ns个靶点沿第一方向间隔分布，其中，ns为大于等于2的正整数；根据所述实际投影位置和所述理论投影位置，对所述射线源参数和所述探测器参数进行标定，以获取优化的射线源参数和优化的探测器参数，包括：构建优化函数，所述优化函数包括投影位置约束项和靶点距离约束项，其中，所述投影位置约束项为所述实际投影位置和所述理论投影位置之间的偏差关于射线源参数和探测器参数的第一函数；所述靶点距离约束项为相邻的两个靶点之间的实际距离和理论距离之间的偏差关于射线源参数和探测器参数的第二函数。

18、根据一些示例性的实施例，在所述优化函数中，所述投影位置约束项具有第一权重值，所述靶点距离约束项具有第二权重值。

19、根据一些示例性的实施例，根据所述实际投影位置和所述理论投影位置，对所述射线源参数和所述探测器参数进行标定，以获取优化的射线源参数和优化的探测器参数，还包括：根据所述优化函数，将所述实际投影位置和所述理论投影位置之间的偏差和相邻的两个靶点之间的实际距离和理论距离之间的偏差的加权求和取值最小值时对应的射线源参数和探测器参数确定为优化的射线源参数和优化的探测器参数，将所述优化的射线源参数和优化的探测器参数确定为几何标定参数。

20、根据一些示例性的实施例，所述根据所述几何关系和所述能谱标定模体的物理属性，对能谱参数进行标定，以获取优化的能谱参数，并将所述优化的能谱参数确定为能谱标定参数，具体包括：获取所述能谱标定模体的物理属性，其中，所述物理属性是根据所述能谱标定模体的组成材料预先确定的；基于所述能谱标定模体的物理属性和所述几何关系，使用预定的多个基础能谱计算理论投影数据；根据所述理论投影数据和所述实际投影数据，对能谱参数进行标定，以获取优化的能谱参数；以及将所述优化的能谱参数确定为能谱标定参数。

21、根据一些示例性的实施例，所述根据所述几何关系和所述能谱标定模体的物理属性，对能谱参数进行标定，以获取优化的能谱参数，并将所述优化的能谱参数确定为能谱标定参数，具体包括：

22、执行循环过程直至满足预设条件，所述第一循环过程包括：

23、根据能谱信息，对所述能谱标定模体进行图像重建，根据所述图像重建的结果获取所述能谱标定模体的物理属性；

24、基于所述能谱标定模体的物理属性和所述几何关系，使用预定的多个基础能谱计算理论投影数据；

25、根据所述理论投影数据和所述实际投影数据，对能谱参数进行标定，以获取优化的能谱参数；和

26、基于所述优化的能谱参数，获取能谱信息；以及

27、将所述第一循环过程中最后一次获得的优化的能谱参数，确定为能谱标定参数。

28、根据一些示例性的实施例，所述根据所述理论投影数据和所述实际投影数据，对能谱参数进行标定，以获取优化的能谱参数，包括：构建所述理论投影数据和所述实际投影数据之间的偏差关于能谱参数的优化函数；以及根据所述优化函数，对能谱参数进行标定，以获取优化的能谱参数。

29、根据一些示例性的实施例，所述几何标定模体包括至少一个金属丝；或者，所述几何标定模体包括多个金属丝，所述多个金属丝以彼此不同的半径和/或彼此不同的角度分布在所述旋转台上。

30、根据一些示例性的实施例，所述能谱标定模体包括分别由多种材料构成的多个部分，所述多种材料中的任意两者的以下至少一种属性不相同：密度，原子序数。

31、根据一些示例性的实施例，所述标定系统包括旋转台，所述几何标定模体和所述能谱标定模体中的至少一个位于所述旋转台上；所述通过所述探测器采集经过所述扫描区域的射线，获得探测器数据，包括：控制所述射线源发出射线；控制所述旋转台旋转，以带动所述几何标定模体和所述能谱标定模体中的至少一个旋转m圈，其中，m为大于等于1的正整数；以及在所述几何标定模体和所述能谱标定模体中的至少一个旋转m圈的过程中，所述探测器采集从所述射线源发出且经过所述扫描区域的射线。

32、根据一些示例性的实施例，所述标定系统包括升降台，所述几何标定模体和所述能谱标定模体中的至少一个位于所述升降台上；所述通过所述探测器采集经过所述扫描区域的射线，获得探测器数据，包括：控制所述射线源发出射线；以及控制所述升降台升降，以带动所述几何标定模体和所述能谱标定模体中的至少一个升降。

33、根据一些示例性的实施例，所述射线源包括ns个靶点，所述ns个靶点沿第一方向间隔分布，其中，ns为大于等于2的正整数；所述通过所述探测器采集经过所述扫描区域的射线，获得探测器数据，包括：控制所述ns个靶点按照设定顺序发出射线；以及在所述ns个靶点按照设定顺序发出射线的过程中，所述探测器采集从所述射线源发出且经过所述扫描区域的射线。

34、根据一些示例性的实施例，所述标定系统包括旋转台，所述几何标定模体和所述能谱标定模体中的至少一个位于所述旋转台上；所述射线源包括ns个靶点，所述ns个靶点沿第一方向间隔分布，其中，ns为大于等于2的正整数；所述通过所述探测器采集经过所述扫描区域的射线，获得探测器数据，包括：控制所述ns个靶点按照设定顺序发出射线；控制所述旋转台旋转，以带动所述几何标定模体和所述能谱标定模体中的至少一个旋转m圈，其中，m为大于等于1的正整数；以及在所述ns个靶点按照设定顺序发出射线和所述几何标定模体和所述能谱标定模体中的至少一个旋转m圈的过程中，所述探测器采集从所述射线源发出且经过所述扫描区域的射线。

35、根据一些示例性的实施例，在确定所述射线源、所述能谱标定模体和所述探测器之间的相对位置之前，所述方法还包括：标定承载所述能谱标定模体的标定装置主体相对于所述射线源和所述探测器的相对位置。

36、根据一些示例性的实施例，所述根据所述几何关系和所述能谱标定模体的物理属性，对能谱参数进行标定，以获取优化的能谱参数，并将所述优化的能谱参数确定为能谱标定参数，具体包括：

37、执行循环过程直至满足预设条件，所述第一循环过程包括：

38、根据能谱信息，对所述几何标定模体和所述能谱标定模体进行图像重建，以获取第一重建图像；对所述第一重建图像进行分割处理，分割出所述几何标定模体和所述能谱标定模体，以获取第二重建图像；和根据所述第二重建图像获取所述能谱标定模体的物理属性；

39、基于所述能谱标定模体的物理属性和所述几何关系，使用预定的多个基础能谱计算理论投影数据；

40、根据所述理论投影数据和所述实际投影数据，对能谱参数进行标定，以获取优化的能谱参数；和

41、基于所述优化的能谱参数，获取能谱信息；以及

42、将所述第一循环过程中最后一次获得的优化的能谱参数，确定为能谱标定参数。

43、在又一方面，提供一种用于标定扫描成像设备的标定系统，其中，所述标定系统包括：标定装置主体；设置于所述标定装置主体上的几何标定模体和能谱标定模体中的至少一个；驱动件，所述驱动件用于驱动所述几何标定模体和所述能谱标定模体中的至少一个运动；以及控制器，所述控制器被配置为根据如上所述的标定方法，对扫描成像设备进行标定。

44、在还又一方面，提供一种用于标定扫描成像设备的标定系统，其中，所述标定系统包括：底座；连接于所述底座上的旋转台；设置于所述旋转台上的几何标定模体和能谱标定模体中的至少一个，所述几何标定模体和所述能谱标定模体中的至少一个位于所述旋转台上；以及驱动件，所述驱动件用于驱动所述旋转台旋转，以带动所述几何标定模体和所述能谱标定模体中的至少一个旋转，其中，所述几何标定模体包括至少一个金属丝；或者，所述几何标定模体包括多个金属丝，所述多个金属丝以彼此不同的半径和/或彼此不同的角度分布在所述旋转台上；和/或，所述能谱标定模体包括分别由多种材料构成的多个部分，所述多种材料中的任意两者的以下至少一种属性不相同：密度，原子序数。

45、根据一些示例性的实施例，所述标定系统还包括：升降台，所述升降台连接于所述底座上，所述旋转台设置于所述升降台上。

46、本公开的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本公开的实践了解到。