X射线成像装置的成像畸变校正方法及校正装置与流程

x射线成像装置的成像畸变校正方法及校正装置
技术领域
1.本发明主要涉及医疗仪器领域，具体地涉及一种x射线成像装置的成像畸变校正方法及校正装置。


背景技术：

2.目前主要的医学成像设备都是用于手术外的成像，对于一些开放式、微创式手术来说，手术中成像的需求越来越多。c型臂x光机(c-arm，后文简称为“c臂机”)因具有使用便捷、成像快、占地空间相对较小等优点，被应用在各种手术中，用于显示术中病人的实际影像。然而，由于外界磁场干扰、成像器件与安装误差等原因，由c臂机所拍摄的x光图像会产生一定的失真，影响其对手术的参考价值。因此，在手术前需要对c臂机进行校正。目前的一些校正装置和方法，具有使用流程复杂、速度较慢、精确度不高等缺点。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是提供一种流程简单、速度快、精确度高的x射线成像装置的成像畸变校正方法及校正装置。
4.本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是一种x射线成像装置的成像畸变校正方法，所述x射线成像装置具有x射线源端和x射线探测器端，包括：采用x射线成像装置获取多个标定对象的待校正图像，所述多个标定对象设置在校正模板的多个原始位置，所述校正模板设置在所述x射线探测器端；从所述待校正图像中获取所述多个标定对象的第一位置，所述多个第一位置和所述多个原始位置一一对应；根据所述多个第一位置建立校正模型；以及采用所述校正模型校正所述x射线成像装置拍摄的x光影像。
5.在本发明的一实施例中，根据所述多个第一位置建立校正模型的步骤包括：从所述多个第一位置中提取位于中心位置的中心第一位置，其中，所述多个第一位置处于第一坐标系中，每个所述第一位置具有第一坐标；从所述多个第一位置中提取与所述中心第一位置相邻的至少2个第一位置，所述中心第一位置和所述至少2个第一位置两两分别形成第一向量和第二向量，所述第一向量和所述第二向量具有一夹角；根据所述第一向量和所述第二向量建立第二坐标系，其中，采用所述第一向量的方向作为所述第二坐标系的第一坐标轴的方向，采用所述第二向量的方向作为所述第二坐标系的第二坐标轴的方向；在所述第二坐标系中调整所述多个第一位置的第一坐标，使所述第一坐标分别投影至所述第一坐标轴和所述第二坐标轴上，获得所述多个第一位置的第二坐标；以及根据所述第一坐标和所述第二坐标之间的关系建立所述校正模型。
6.在本发明的一实施例中，在建立第二坐标系之前，还包括：采用下面的公式计算所述第一坐标轴的第一单位向量h1和所述第二坐标轴的第二单位向量h2：
7.[0008][0009]
其中，v1表示所述第一向量，v2表示所述第二向量，|v1|表示所述第一向量的模，|v2|表示所述第二向量的模，h表示单位长度，所述单位长度等于所有相邻的第一位置之间的距离的平均值。
[0010]
在本发明的一实施例中，根据所述第一坐标和所述第二坐标之间的关系建立所述校正模型的步骤包括：根据所述中心第一位置、所述第一单位向量和所述第二单位向量计算所述第二坐标在所述第一坐标系中的目标坐标；以及采用移动最小二乘法根据所述第一坐标和所述目标坐标拟合目标函数，使所述目标函数对应的损失函数最小。
[0011]
在本发明的一实施例中，在获得所述多个第一位置的第二坐标的步骤之后，还包括：对所述第二坐标进行取整，获得第三坐标。
[0012]
在本发明的一实施例中，采用下面的公式计算所述目标坐标：
[0013]
d(x,y)＝(x3*h1+y3*h2)+b(x,y)
[0014]
其中，d(x,y)表示所述目标坐标，x3和y3表示所述第三坐标，b(x,y)表示所述中心第一位置在所述第一坐标系中的坐标。
[0015]
在本发明的一实施例中，采用移动最小二乘法根据所述第一坐标和所述目标坐标拟合目标函数，使所述目标函数对应的损失函数最小的步骤包括：所述目标函数包括系数向量函数和基函数，采用下面的公式拟合所述目标函数：
[0016][0017]
其中，ui(x,y)表示第i个第一位置的目标坐标，(x,y)表示所述第一坐标系中的坐标，ai(x,y)表示第i个第一位置的第一坐标，fj(ai(x,y))表示对应于ai(x,y)的一组系数向量函数，pj(x,y)表示一组基函数，n是大于1的正整数；
[0018]
采用下面的公式表示所述损失函数：
[0019][0020]
其中，j表示所述损失函数，wi表示第i个权重系数，m表示所述第一位置的总数，m≥n。
[0021]
在本发明的一实施例中，还包括：采用所述x射线成像装置拍摄待测对象的实际图像，所述实际图像中包括所述待校正图像；从所述实际图像中去除所述待校正图像；以及采用所述校正模型校正所述实际图像，获得校正图像。
[0022]
本发明为解决上述技术问题还提出一种x射线成像装置的成像畸变校正装置，所述x射线成像装置具有x射线源端和x射线探测器端，其特征在于，包括：设置在所述x射线探测器端的校正模板，所述校正模板中包括设置在多个原始位置的多个标定对象；控制单元，用于控制所述x射线成像装置获取所述多个标定对象的待校正图像；以及校正单元，用于从所述待校正图像中获取所述多个标定对象的第一位置，并根据所述多个第一位置建立校正模型，所述校正模型用于校正所述x射线成像装置拍摄的x光影像。
[0023]
在本发明的一实施例中，还包括校正靶，所述校正模板通过所述校正靶而设置在所述x射线探测器端。
[0024]
在本发明的一实施例中，所述校正模板具有第一厚度，在所述多个原始位置分别具有凹陷部，所述多个标定对象分别位于所述多个凹陷部中，每个所述凹陷部具有第二深度，所述第二深度小于所述第一厚度。
[0025]
在本发明的一实施例中，所述第二深度与所述第一厚度的比值小于1/10。
[0026]
在本发明的一实施例中，所述校正模板的材料是非金属，所述多个标定对象的材料包括金属。
[0027]
在本发明的一实施例中，所述多个原始位置等间距分布。
[0028]
本发明的x射线成像装置的成像畸变校正方法及校正装置在手术前通过校正模板获得包括标定对象影像的待校正图像，对该待校正图像进行处理，获得多个标定对象的第一位置，根据该第一位置建立校正模型，建模方法简单、速度快，并且在手术中根据该校正模型对实时获取的手术对象的x光影像进行校正，获得校正图像，提高了校正图像的精确度。
附图说明
[0029]
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：
[0030]
图1是本发明一实施例的成像畸变校正方法的示例性流程图；
[0031]
图2是本发明一实施例的x射线成像装置的结构示意图；
[0032]
图3是本发明一实施例的x射线成像装置中的校正模板的结构示意图；
[0033]
图4是根据本发明一实施例的成像畸变校正方法获得的待校正图像的示例；
[0034]
图5a和5b分别是本发明一实施例的成像畸变校正方法中形成第一向量和第二向量的示意图；
[0035]
图6是本发明一实施例的成像畸变校正方法中获得第二坐标的示意图；
[0036]
图7a和7b是本发明一实施例的成像畸变校正方法的效果示意图；
[0037]
图8是本发明一实施例的成像畸变校正装置的框图；
[0038]
图9是图3中的校正模板300沿aa'线剖开并沿aa'线箭头所指方向的剖视图。
具体实施方式
[0039]
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
[0040]
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0041]
如本技术和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。
[0042]
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本技术的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
[0043]
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本技术保护范围的限制。此外，尽管本技术中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本技术说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本技术。
[0044]
本技术中使用了流程图用来说明根据本技术的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或下面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各种步骤。同时，或将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。
[0045]
本发明的一种x射线成像装置的成像畸变校正方法可以用于x射线成像装置以及采用x射线成像原理而成像的装置，例如c臂机。该x射线成像装置具有x射线源端和x射线探测器端，其中，x射线源端用于发射x射线，x射线探测器端用于接收该x射线，当x射线源端和x射线探测器端之间存在物体，例如生物体、人体、其他物体时，根据该物体的具体物质对x射线的吸收性不同，在x射线探测器端会生成图像，该图像可作为该物体的成像结果。本发明的成像畸变校正方法尤其适用于在手术前建立c臂机的校正模型，对该c臂机进行成像畸变校正，并在手术中使用该校正模型对术中影像进行实时校正。
[0046]
图1是本发明一实施例的成像畸变校正方法的示例性流程图。参考图1所示，该实施例的成像畸变校正方法包括以下步骤：
[0047]
步骤s110：采用x射线成像装置获取多个标定对象的待校正图像，多个标定对象设置在校正模板的多个原始位置，校正模板设置在x射线探测器端；
[0048]
步骤s120：从待校正图像中获取多个标定对象的第一位置，多个第一位置和多个原始位置一一对应；
[0049]
步骤s130：根据多个第一位置建立校正模型；以及
[0050]
步骤s140：采用校正模型校正x射线成像装置拍摄的x光影像。
[0051]
下面结合图2-图6对上述步骤s110-s140进行说明。
[0052]
图2是本发明一实施例的x射线成像装置的结构示意图。参考图2所示，该x射线成像装置200包括c臂机的c型臂210，该c型臂210的一端具有x射线源端220，另一端具有x射线探测器端230。在x射线探测器端230设置有校正模板240。
[0053]
需要说明，图2仅示出了x射线成像装置200的部分结构，并不用于限制该x射线成像装置200的具体结构。本说明书以c臂机为例进行说明，不用于限制本发明的成像畸变校正方法的具体实施主体。
[0054]
参考图2所示，该校正模板240安装在x射线探测器端230朝向x射线源端220的一侧。当x射线源端220发出x射线时，x射线穿过该校正模板240再被x射线探测器端230接收，从而可以获得该校正模板240的图像。
[0055]
图3是本发明一实施例的x射线成像装置中的校正模板的结构示意图。参考图3所示，该校正模板300为具有一定厚度的圆形板，其上表面上包括多个标定对象310，每个标定对象310在校正模板300上具有一个原始位置。通过对校正模板300的材料和标定对象310的材料进行特定的选择，可以使这些标定对象310在x射线成像装置200中被成像为待校正图像。校正模板240的面积应大于x射线探测器端230的接收面的面积，并且校正模板240的中间部位应位于x射线探测器端230的接收面的中心。关于该校正模板300的具体说明将在后文中结合本发明的成像畸变校正装置详细说明。
[0056]
在步骤s110，采用图2所示的x射线成像装置200获取图3中所示的校正模板300中的多个标定对象310的待校正图像。需要说明，在获得待校正图像时，在x射线源端220之间x射线探测器端230除校正模板300之外，没有其他可能影响成像结果的物体，相当于c臂机执行空拍动作。
[0057]
图4是根据本发明一实施例的成像畸变校正方法获得的待校正图像的示例。参考图4所示，该待校正图像400大致为矩形。结合图3和图4，可以理解，尽管图3中所示的校正模板300为一圆形板，但是其在x射线成像装置200中所成的图像的形状和大小是由该x射线成像装置200来设定。并且，校正模板300在放置时其中心部位大致也位于x射线探测器端230的接收面的中心，因此可以认为待校正图像400的中心位置也大致为校正模板300的中心位置。图4所示仅为示例，不用于限制该待校正图像400的实际形状和大小。
[0058]
结合图2-4，可以想象校正模板300被平行地设置在x射线探测器端230的上方，理想情况下，x射线垂直进入该校正模板300，因此可以获得该校正模板300上表面的二维图像。图4所示的待校正图像400为一二维图像。当标定对象310在垂直于校正模板300的方向上的投影为圆形时，待校正图像400中就形成了对应于多个标定对象310的多个圆点410。
[0059]
结合图3和图4所示，校正模板300上的多个标定对象310以等间距的方式排布在校正模板300的上表面上。在理想情况下，待校正图像400中的多个圆点410的形状、大小和位置应完全对应于多个标定对象310的形状、大小和位置，也就是说成像结果没有失真。然而，由于前文所述的各种原因导致该待校正图像400发生了失真，如图4所示，其中的多个圆点410的形状可能不是圆形，并且圆点410的位置在水平和垂直方向上都产生了偏移，因此需要对该待校正图像400进行校正。
[0060]
在步骤s120中，本发明对从待校正图像400中获取多个标定对象的第一位置的方法不做限制。参考图4所示，该待校正图像400具有第一坐标系o1x1y1，其中，o1为圆点，x1为其横轴，y1为其纵轴。第一位置可以用各个圆点410在第一坐标系o1x1y1中的坐标来表示。
[0061]
在一些实施例中，步骤s120还包括对待校正图像400进行图像预处理和特征提取，该图像预处理包括采用高斯滤波、中值滤波、平滑处理等方法处理待校正图像400；特征提取包括对经过图像预处理的待校正图像400中的特征，例如圆点410进行识别和坐标提取，例如采用阈值处理等方法突显待校正图像400中的圆形区域，利用hough变换等圆形检测技术提取待校正图像400中的圆形并计算每个圆形的圆心，将该圆心的坐标作为对应的圆点410的第一位置。
[0062]
经过步骤s120获得的多个第一位置与图3所示的多个标定对象310的原始位置具有一一对应的关系，即每个第一位置都能对应到一个原始位置，并且多个第一位置的间距、排列方式、相对位置关系等与多个原始位置的间距、排列方式、相对位置关系都对应。这里的“对应”表示具有一定的比例关系，在实际尺寸上可能会有不同。
[0063]
在步骤s130，根据多个第一位置建立校正模型。
[0064]
如图4所示，多个第一位置显然发生了畸变。在步骤s130可以采用技术手段处理该待校正图像400，纠正其中多个圆点410的第一位置，例如根据原始位置计算第一位置的偏移量，可以根据原始位置和第一位置建立该校正模型。在步骤s140中，将x射线成像装置拍摄的新的x光影像作为校正模型的输入，校正模型输出经过校正之后的校正图像。
[0065]
在一些实施例中，步骤s130包括以下步骤：
[0066]
步骤s131：从多个第一位置中提取位于中心位置的中心第一位置，其中，多个第一位置处于第一坐标系中，每个第一位置具有第一坐标；
[0067]
步骤s132：从多个第一位置中提取与中心第一位置相邻的至少2个第一位置，中心第一位置和所述至少2个第一位置两两分别形成第一向量和第二向量，第一向量和第二向量具有一夹角；
[0068]
步骤s133：根据第一向量和第二向量建立第二坐标系，其中，采用第一向量的方向作为第二坐标系的第一坐标轴的方向，采用第二向量的方向作为第二坐标系的第二坐标轴的方向；
[0069]
步骤s134：在第二坐标系中调整多个第一位置的第一坐标，使第一坐标分别投影至第一坐标轴和第二坐标轴上，获得多个第一位置的第二坐标；以及
[0070]
步骤s135：根据第一坐标和第二坐标之间的关系建立校正模型。
[0071]
以下结合图4说明上述步骤s131-s135。
[0072]
假设在步骤s131中所提取的中心第一位置对应于中心圆点420，如图4所示。在第一坐标系中，可以获得每个圆点的圆心坐标ai(x,y)，其中，i表示该圆点在所有圆点中的序号，假设待校正图像400中所包含的圆点的总数为m，则i＝1:m。可以采用下面的公式获得中心第一位置b(x,y)的坐标：
[0073]
b(x,y)＝median(ai(x,y))
[0074]
其中，median为求取中位数的函数。在其他的实施例中，也可以采用其他的方式获得中心第一位置。
[0075]
在步骤132，选取与中心第一位置相邻的至少2个第一位置。参考图4所示，选取2个圆点431、432分别对应于该2个第一位置，其中圆点431沿y方向与中心圆点420相邻，圆点432沿x方向与中心圆点420相邻。中心圆点420和该2个圆点431、432分别两两形成第一向量v1和第二向量v2。如图4所示，第一向量v1是中心圆点420和圆点432之间的连线，其箭头指向图中的右方；第二向量v2是中心圆点420和圆点431之间的连线，其箭头指向图中的下方。第一向量v1和第二向量v2之间具有一夹角。该夹角在90度左右。
[0076]
图4所示不用于限制第一向量v1和第二向量v2的实际方向和夹角大小。在其他的实施例中，第一向量v1可以由圆点432指向中心圆点420，第二向量v2可以由圆点431指向中心圆点420。
[0077]
在其他的实施例中，在步骤s132可以提取多个第一位置，例如3个或4个。
[0078]
图5a和5b分别是本发明一实施例的成像畸变校正方法中形成第一向量和第二向量的示意图。图5a和5b都是在图4所示的基础上绘制，因此相同的标号表示相同的对象。参考图5a所示，在该实施例中，在步骤s132提取与中心第一位置的中心圆点420相邻的3个第一位置，分别对应于圆点431、432、433。相比于图4所示的实施例增加了圆点433，圆点433沿x方向与中心圆点420左相邻，相应地，圆点432沿x方向与中心圆点420右相邻。在该实施例中，圆点432和圆点433的连线形成第一向量v1。可以理解，该第一向量v1与图4中的第一向量v1的方向可以不同。
[0079]
参图5b所示，在该实施例中，在步骤s132提取与中心第一位置的中心圆点420相邻的4个第一位置，分别对应于圆点431、432、433、434。相比于图5a所示的实施例增加了圆点434，圆点434沿y方向与中心圆点420上相邻，相应地，圆点431沿y方向与中心圆点420下相邻。在该实施例中，圆点431和圆点434的连线形成第二向量v2。可以理解，该第二向量v2与图4和图5a中的第二向量v2的方向可以不同。
[0080]
参考图5b所示，用v1(x,y)表示第一向量v1，用v2(x,y)表示第二向量v2，采用下面的公式获得v1(x,y)和v2(x,y)：
[0081]
v1(x,y)＝r(x,y)-l(x,y)；
[0082]
v2(x,y)＝u(x,y)-d(x,y)；
[0083]
其中，r(x,y)表示与中心圆点420右相邻的圆点432的坐标，l(x,y)表示与中心圆点420左相邻的圆点433的坐标，u(x,y)表示与中心圆点420上相邻的圆点434的坐标，d(x,y)表示与中心圆点420下相邻的圆点431的坐标。
[0084]
需要说明，图4、5a、5b所示的待校正图像400都为二维图像，第一向量v1和第二向量v2的维度都是2。本发明对待校正图像400的维度不做限制。在其他的实施例中，待校正图像400可以是三维及以上图像，则相应地，第一向量v1和第二向量v2的维度与待校正图像400的维度相同。基于本发明的成像畸变校正方法的思想，将该方法可用于三维及以上待校正图像的校正。
[0085]
在步骤s133中，根据步骤s132中所形成的第一向量v1和第二向量v2建立第二坐标系。如图4、5a、5b所示的由第一向量v1和第二向量v2组成的交叉坐标系。在第二坐标系中，其原点是中心圆点420，第一坐标轴的方向是第一向量v1的方向，第二坐标轴的方向是第二向量v2的方向。可以理解，向量是具有一定长度和方向的线段，第一坐标轴和第二坐标轴则是具有方向的直线。
[0086]
在步骤s134中，调整每个第一位置在第一坐标系中的第一坐标，使该第一坐标分别投影至第二坐标系中的第一坐标轴和第二坐标轴上，获得多个第一位置的第二坐标。
[0087]
图6是本发明一实施例的成像畸变校正方法中获得第二坐标的示意图。图6所示在图5b的基础上，根据第一向量v1和第二向量v2形成第二坐标系中的第一坐标轴x2和第二坐标轴y2。参考图6所示，以其中一个第一位置对应的圆点440为例，该圆点440在第一坐标系o1x1y1中的第一坐标为(x1,y1)。经过步骤s135，将圆点440的第一坐标分别投影至第二坐标系中的第一坐标轴x2和第二坐标轴y2上，获得其在第二坐标系中的第二坐标(x2,y2)。在步骤s135，可以根据多个圆点的第二坐标和第一坐标建立校正模型。
[0088]
在一些实施例中，在步骤s133建立第二坐标系之前，还包括：
[0089]
采用下面的公式计算第一坐标轴x2的第一单位向量h1和第二坐标轴y2的第二单
位向量h2：
[0090][0091][0092]
其中，v1表示第一向量，v2表示第二向量，|v1|表示第一向量的模，|v2|表示第二向量的模，h表示单位长度，该单位长度等于所有相邻的第一位置之间的距离的平均值。
[0093]
第一单位向量h1可用于确定第一坐标轴x2上的刻度或精度，根据第一单位向量h1可以将多个圆点在第一坐标轴x2的方向上的相邻距离进行单位化处理。同理，第二单位向量h2可用于确定第二坐标轴y2上的刻度或精度，根据第二单位向量h2可以将多个圆点在第二坐标轴y2的方向上的相邻距离进行单位化处理。
[0094]
在一些实施例中，步骤s135包括：
[0095]
步骤s151：根据中心第一位置、第一单位向量和第二单位向量计算第二坐标在第一坐标系中的目标坐标；以及
[0096]
步骤s152：采用移动最小二乘法根据第一坐标和目标坐标拟合目标函数，使目标函数对应的损失函数最小。
[0097]
在一些实施例中，在步骤s134获得第二坐标(x2,y2)之后，还包括对第二坐标(x2,y2)进行取整，获得第三坐标(x3,y3)。参考图6所示，在第二坐标系中所获得的第二坐标可能不是整数，经过取整之后使第三坐标为整数，以便于后续的计算。可以理解，当第二坐标(x2,y2)为整数时，第三坐标(x3,y3)等于第二坐标(x2,y2)。
[0098]
在一些实施例中，步骤s151中采用下面的公式计算目标坐标：
[0099]
d(x,y)＝(x3*h1+y3*h2)+b(x,y)
[0100]
其中，d(x,y)表示目标坐标，x3和y3表示第三坐标，b(x,y)表示中心第一位置在第一坐标系中的坐标。如图6所示，b(x,y)是圆点420在第一坐标系o1x1y1中的坐标。
[0101]
在一些实施例中，步骤s152中，移动最小二乘法是一种根据一组样本点重建连续函数的方法，该方法通过计算样本点附近区域的加权最小二乘偏差值，重新为该样本点设置新值，在运算过程中不断优化系数，使损失函数最小，从而建立最优模型。在该方法中，样本点包括所有的第一位置，拟合之后的目标函数即为校正模型。
[0102]
在一些实施例中，步骤s152包括：目标函数包括系数向量函数和基函数，采用下面的公式拟合目标函数：
[0103][0104]
其中，ui(x,y)表示第i个第一位置的目标坐标，(x,y)表示第一坐标系中的坐标，ai(x,y)表示第i个第一位置的第一坐标，fj(ai(x,y))表示对应于ai(x,y)的一组系数向量函数，pj(x,y)表示一组基函数，n是大于1的正整数，n用于表示影响第一坐标ai(x,y)的多个第一位置的数量，也就是用于拟合当前样本点的附近的其他样本点的个数，可以根据实际情况来设定，n小于等于第一位置的总数。
[0105]
采用下面的公式表示损失函数：
[0106][0107]
其中，j表示损失函数，wi表示第i个权重系数，m表示第一位置的总数，m≥n。
[0108]
在一些实施例中根据其他样本点与当前样本点的间距r确定权重系数w。
[0109]
在一些实施例中，采用下面的公式确定权重系数w：
[0110][0111]
其中，r表示其他样本点与当前样本点的间距。根据该些实施例，当其他样本点与当前样本点之间的距离大于等于2时，该权重系数为0，也即距离越远的样本点对当前样本点的拟合结果影响力越小。
[0112]
根据上述的步骤s110-s130，当损失函数j最小，或者小于预定阈值时，获得最优的校正模型。
[0113]
在步骤s140，采用x射线成像装置拍摄生物体或其他物体的x光影像，就可以根据校正模型对该x光影像进行校正，实时地获得校正图像。优选地，步骤s140在手术中进行。
[0114]
在一些实施例中，步骤s140之后，还包括：
[0115]
步骤s160：采用x射线成像装置拍摄待测对象的实际图像，实际图像中包括待校正图像；
[0116]
步骤s161：从实际图像中去除待校正图像；以及
[0117]
步骤s162：采用校正模型校正实际图像，获得校正图像。
[0118]
图7a和7b是本发明一实施例的成像畸变校正方法的效果示意图。其中，图7a是在手术中拍摄的实际图像701，图7b是经过校正模型校正之后所获得的校正图像702。需要说明，如图2所示，校正模板240通常在术中不会拆除，因此手术中所获得的实际图像701中会包括标定对象的图像，如图7a中图像背景中的黑点。因此，在步骤s161可以再次利用前文所述的hough变换、阈值分析等方法识别和删除标定对象的图像，再利用相近插值等方法填充标定对象所在的区域，从而消除校正模板240对实际图像701的影响，再在步骤s162对实际图像701进行校正，得到图7b所示的校正图像702。本发明对步骤s161和s162的执行顺序不做限制，也可以先得到包括标定对象的校正图像，再从该校正图像中去除标定对象。
[0119]
根据本发明的成像畸变校正方法，在手术前通过校正模板获得待校正图像，并通过步骤s120-130快速建立校正模型，该过程可以采用高速处理器执行运算过程，建模速度快。在手术中根据该校正模型对实时获取的手术对象的x光影像进行校正，并获得校正图像，提高了校正图像的精确度。该方法在整体上具有流程简单、速度快、精确度高等优点。
[0120]
图8是本发明一实施例的成像畸变校正装置的框图。该成像畸变校正装置800可以作为前文所述的成像畸变校正方法的执行主体，前文关于成像畸变校正方法的说明内容可以用于说明该成像畸变校正装置80，相同的内容将不再展开。参考图8所示，成像畸变校正装置800包括校正模板801、控制单元802和校正单元803。该成像畸变校正装置800属于x射线成像装置，该x射线成像装置具有x射线源端和x射线探测器端，校正模板801设置在x射线
探测器端，校正模板801中包括设置在多个原始位置的多个标定对象。控制单元802可以属于x射线成像装置的控制器，也可以是独立的模块，用于控制x射线成像装置获取多个标定对象的待校正图像。校正单元803可以属于x射线成像装置的一部分，也可以是独立的模块，用于从待校正图像中获取多个标定对象的第一位置，并根据多个第一位置建立校正模型，校正模型用于校正x射线成像装置拍摄的x光影像。
[0121]
结合前文所述的成像畸变校正方法，控制单元802可用于执行步骤s110，校正单元803可用于执行步骤s120-s140，控制单元802还可执行步骤s140中的x光影像的成像过程。相关的内容可参考前文。
[0122]
在一些实施例中，成像畸变校正装置800还包括校正靶，校正模板801通过校正靶而设置在x射线探测器端。校正靶可以用于固定校正模板801，并且校正靶具有与x射线探测器端相配合的部件，使校正靶可以固定在x射线探测器端，并且不妨碍成像。
[0123]
图9是图3中的校正模板300沿aa'线剖开并沿aa'线箭头所指方向的剖视图。图3中的校正模板300与图8中的校正模板801相同。以下结合图3和图9对校正模板300进行说明。
[0124]
结合图3和图9所示，在一些实施例中，校正模板300具有第一厚度t1。在多个原始位置具有凹陷部910，多个标定对象920分别位于各个凹陷部910中。每个凹陷部的深度为第二深度t2，并且t2《t1。
[0125]
在一些实施例中，第二深度t2与第一厚度t1的比值小于等于1/10。
[0126]
例如，第一厚度t1为2cm，第二深度t2为0.2mm，t1是t2的100倍。根据x射线装置的成像性能以及对成本的考虑来设计标定对象920的大小、数量。本发明中采用体积相对较小的标定对象920，可以节省成本。
[0127]
为了采用x射线成像装置获得标定对象920的图像，校正模板300采用非成像材料，而标定对象920采用可成像材料。这样可以获得仅包括标定对象920的待校正图像。
[0128]
在一些实施例中，校正模板300的材料是非金属，多个标定对象920的材料包括金属。例如，校正模板300的材料是abs或peek等，标定对象920的材料是钽。
[0129]
在一些实施例中，多个原始位置等间距分布。参考图9，多个原始位置对应于多个凹陷部910，各个凹陷部910等间距分布。
[0130]
在一些实施例中，凹陷部910为圆柱，标定对象920可以填满凹陷部910，也即为圆柱形。根据图9所示的校正模板300，将之设置在图2所示的c臂机中，可以想象，x射线从x射线源端220发出，几乎垂直地进入校正模板300，使标定对象920从正投影方向成像，在待校正图像中为圆形。
[0131]
根据本发明的成像畸变校正装置，可以方便快捷地获得高精度的校正图像，有利于手术中的实时成像校正应用。
[0132]
应该理解，上文所描述的实施例仅是示意。本技术的一些方面可以完全由硬件执行、可以完全由软件(包括固件、常驻软件、微码等)执行、也可以由硬件和软件组合执行。以上硬件或软件均可被称为“数据块”、“模块”、“引擎”、“单元”、“组件”或“系统”。处理器可以是一个或多个专用集成电路(asic)、数字信号处理器(dsp)、数字信号处理器件(dapd)、可编程逻辑器件(pld)、现场可编程门阵列(fpga)、处理器、控制器、微控制器、微处理器或者其组合。此外，本技术的各方面可能表现为位于一个或多个计算机可读介质中的计算机产品，该产品包括计算机可读程序编码。例如，计算机可读介质可包括，但不限于，磁性存储设
备(例如，硬盘、软盘、磁带
……
)、光盘(例如，压缩盘cd、数字多功能盘dvd
……
)、智能卡以及闪存设备(例如，卡、棒、键驱动器
……
)。
[0133]
计算机可读介质可能包含一个内含有计算机程序编码的传播数据信号，例如在基带上或作为载波的一部分。该传播信号可能有多种表现形式，包括电磁形式、光形式等等、或合适的组合形式。计算机可读介质可以是除计算机可读存储介质之外的任何计算机可读介质，该介质可以通过连接至一个指令执行系统、装置或设备以实现通讯、传播或传输供使用的程序。位于计算机可读介质上的程序编码可以通过任何合适的介质进行传播，包括无线电、电缆、光纤电缆、射频信号、或类似介质、或任何上述介质的组合。
[0134]
上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述发明披露仅仅作为示例，而并不构成对本技术的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本技术进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本技术中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本技术示范实施例的精神和范围。
[0135]
同时，本技术使用了特定词语来描述本技术的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本技术至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本技术的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
[0136]
一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有
±
20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本技术一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。