CN102539460B - 一种ct系统投影旋转中心定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种CT系统投影旋转中心定位方法，其步骤是：采集360度投影数据，得到投影正弦图；设定合适阈值，对投影正弦图进行图像分割，将各个投影角度的投影数据按照对应的像素叠加平均，即投影正弦图的各行叠加求平均得到一维信号y＝f(s)，利用二次多项式y＝as²+bs+c采用最小二乘法拟合y＝f(s)；计算抛物线y＝as²+bs+c的对称中心横坐标值此即为投影旋转中心坐标值；本发明的优点是操作简单方便，受噪声干扰小，具有精度高、易于实现等特点且适用于投影部分截断的情况，具有较强的实用价值。

Description

一种CT系统投影旋转中心定位方法

技术领域

本发明涉及一种CT系统投影旋转中心定位方法，属于辐射探测技术领域。

背景技术

目前，对于基于线阵探测器的扇形束射线扫描二维CT，射线源焦点与扫描台旋转中心的连线与探测器的交点就是扫描台旋转中心在探测器上的投影，称为投影旋转中心。CT系统通常采用的重建算法为滤波反投影算法，该算法要求预先知道投影旋转中心在探测器上的精确位置，投影旋转中心的误差会使得重建图像出现重影，造成图像失真，这就会影响特征的检测与识别。对于实际的CT扫描系统，射线源焦点、扫描台旋转中心的位置不能直接测量，如何精确定位投影旋转中心的位置成为当前CT系统工程中的一项关键技术问题。针对投影旋转中心(COR，Center of Rotation)的定位，目前主要存在以下几种方法：

1)线模扫描法：即对一金属丝进行CT扫描，求取线阵列探测器采集的投影正弦图的边界坐标，求平均即可得到旋转中心坐标值。该方法实现简单，但对投影噪声比较敏感，而且只适用于射线源焦点与扫描台旋转中心连线垂直于探测器的情形。

2)几何求解法：即对金属丝模型进行CT扫描，求取线阵列探测器采集的投影正弦图的边界坐标，然后利用解析几何法求解出投影旋转中心。该方法可适用于射线源焦点与扫描台旋转中心连线不垂直于探测器的情形。但是在求解的过程中需要知道其他的扫描几何参数，增加了测量的复杂度。

3)对称角插值方法：即对一金属丝进行CT扫描，求取投影正弦图每行的投影质心坐标，然后将投影角相差180度的投影质心坐标相减，得到差影图像，找正负分界点，利用距离分界点最近的两对质心坐标得到投影旋转中心位置坐标。该方法实现比较繁琐，受噪声干扰大。

4)迭代法：该方法利用迭代重建的方法，结合一定的约束准则，在重建误差最小的情况下得出投影旋转中心的位置参数。由于迭代算法的运行速度很低，因而目前仅局限于理论研究，不太适合于工程应用。

5)基于对称投影的确定方法：该方法利用隐含在正弦图中的对称投影信息，并根据经过旋转中心的射线束在两个对称投影视角下透过的物体路径相同这一规律来定位旋转中心。相对现有算法，该方法无须使用模体，亦无需知晓任何几何参数，实时且基本不受随机噪声影响。但是该方法在被扫描物体是圆对称物体且中心和转台旋转中心重合时，定位误差增大，会出现解不唯一的情况。

6)基于正弦图冗余信息的方法：该方法依据CT中的共轭投影的概念，利用隐含在正弦图中的冗余信息，分析得出旋转中心位置将正弦图分成左右对等的两部分，并利用两部分投影和相等的策略计算得到旋转中心的位置坐标。该方法忽略了散射的影响，误差较大。

7)基于投影地址求平均的方法：该方法依据“质点扫描一周投影地址坐标的积分为零”以及“任意两质点投影正弦线的交点坐标之和为零”的规律，通过计算穿过物体的射线投影地址的均值获得投影旋转中心的坐标。该方法求解精度较高，但是不能处理投影横向截断的情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够克服上述技术问题的CT系统投影旋转中心定位方法，其具有精度高，易于实现等特点且适用于投影部分截断的情况。

为了达到上述发明目的，本发明的技术方案以如下方式实现：

射线源发射的射线束过扫描台的扫描台的旋转中心且交于线阵探测器一点，该点扫描台旋转中心点在探测器上的投影，称为投影旋转中心点；定位投影旋转中心点坐标包括下列步骤：

a.采集360度投影数据，得到投影正弦图；

b.设定合适阈值，对投影正弦图进行图像分割，将空气背景部分的像素值设为0，其余不变；

c.对于b步骤得到的分割后的正弦图，将各个投影角度的投影数据按照对应的像素叠加平均，即投影正弦图的各行叠加求平均得到一维信号y＝f(s)，其中，s为像素坐标，y为叠加平均后得到的像素值；

d.利用二次多项式y＝as²+bs+c采用最小二乘法拟合y＝f(s)；

e.计算抛物线y＝as²+bs+c的对称中心横坐标值

此即为投影旋转中心坐标值。

所述采集360度投影数据并得到投影正弦图的方法能够是射线源和探测器静止不动，扫描台旋转。

所述采集360度投影数据并得到投影正弦图的方法可以是射线源和探测器旋转，扫描台静止不动。

所述采集360度投影数据并得到投影正弦图后，将投影数据取负对数运算或不进行此运算。

所述利用二次多项式y＝as²+bs+c拟合y＝f(s)，也能够采用其他具有中心对称结构的函数拟合y＝f(s)，如双曲正割函数，高斯函数等。

本发明的优点是操作简单方便，受噪声干扰小，具有精度高、易于实现等特点且适用于投影部分截断的情况，具有较强的实用价值。

附图说明

图1是本发明的CT扫描共轭投影示意图；

图2是本发明的扇束扫描的正弦图示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。

由于二维扇束CT 360度扫描得到的正弦图数据是冗余的，利用数据信息的冗余性定位投影旋转中心坐标是本发明方法的主要技术构思和原理。

如图1所示，其中S_m为最大投影地址。根据CT重建对投影坐标系的要求，中心射束经过转台旋转中心。

在等角扇束扫描过程中投影之间有如下的关系：

P(β，γ)＝P(β+π-2γ，-γ)                        (1)

其中β为射线源的旋转角度，γ为等角探测器上的投影(角度)地址。P(β，γ)，P(β+π-2γ，-γ)被称为共轭投影。类似的可以推导出等距扇束的情形，有：

P(β，s)＝P(β+π-2γ，-s)                      (2)

s为等距探测器的投影地址，γ为投影地址为s的射线与中心射束的夹角。

扇束扫描的正弦图如图2所示，其中S_r为探测器左右两边界最大投影地址，γ_ml，γ_mr分别为探测器左右两边界对应的射线束相对中心射束的最大偏角。根据共轭投影的几何关系可知，梯形区域1和3内虚线部分投影值自上而下对应相等，梯形区域2和4内虚线部分投影值自上而下对应相等。因此区域1和3是数据对应相等的两个区域，区域2和4也是数据对应相等的两个区域。此即扇束扫描的投影数据不但是冗余的，且恰恰冗余了一半。而COR也恰恰将冗余的数据分成相等的两半，对于COR左边的投影数据，在COR的右边必有与之相等的对应的投影数据，反过来亦是如此。

根据上述分析，如果将正弦图的各行叠加平均，得到一维信号

此信号必定为对称信号，且对称轴的位置即为投影旋转中心所在位置，为了得到投影旋转中心的位置，本发明采用另外一个中心对称函数去拟合一维信号y＝f(s)，目的是为了通过两个对称函数的逼近进而得到投影旋转中心的位置。

本发明的扫描过程能够是：射线源探测器静止不动，扫描台旋转360度，在扫描台旋转的过程中，射线源发射射线穿过被检测物，透射的X射线被探测器接收形成投影信号。

本发明的扫描过程也能够是：射线源探测器旋转360度，扫描台静止不动，在射线源探测器旋转的过程中，射线源发射射线穿过被检测物，透射的X射线被探测器接收形成投影信号。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的范围内，能够轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种CT系统投影旋转中心定位方法，其特征在于：射线源发射的射线束过扫描台的旋转中心且交于线阵探测器一点，该点为扫描台旋转中心点在探测器上的投影，称为投影旋转中心点；定位投影旋转中心点坐标包括下列步骤：

a.采集360度投影数据，得到投影正弦图；得到投影正弦图后，将投影数据取负对数运算；

b.设定合适阈值，对投影正弦图进行图像分割，将空气背景部分的像素值设为0，其余不变；

c.对于b步骤得到的分割后的正弦图，将各个投影角度的投影数据按照对应的像素叠加平均，即投影正弦图的各行叠加求平均得到一维信号y=f(s)，其中，s为像素坐标，y为叠加平均后得到的像素值；

d.利用二次多项式y=as²+bs+c采用最小二乘法拟合y=f(s)；

e.计算抛物线y=as²+bs+c的对称中心横坐标值

此即为投影旋转中心坐标值。

2.根据权利要求1所述的一种CT系统投影旋转中心定位方法，其特征在于，所述采集360度投影数据并得到投影正弦图的方法是射线源和探测器静止不动，扫描台旋转。

3.根据权利要求1所述的一种CT系统投影旋转中心定位方法，其特征在于，所述采集360度投影数据并得到投影正弦图的方法是射线源和探测器旋转，扫描台静止不动。

4.根据权利要求1所述的一种CT系统投影旋转中心定位方法，所述利用二次多项式y=as²+bs+c拟合y=f(s)，也能够采用其他具有中心对称结构的函数拟合y=f(s)。

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