CN102715914B - G型臂x光机的三维图像生成方法及装置与g型臂x光机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种G型臂X光机的三维图像生成方法及装置与G型臂X光机，包括：控制G臂架从初始角度旋转至目标角度，在旋转过程中保持两路X射线管的电流和电压不变；获取被测对象在G型臂处于不同角度时的多组二维投影数据，其中每组二维投影数据包括两路投影数据；利用多组二维投影数据按照FDK算法或FDK修正算法进行计算，以得到被测对象的三维影像；输出被测对象的三维影像。从而通过获取两路投影数据，大大减少了数据的获取时间，有效降低了被测对象在X射线下的照射时间，直接输出被测对象的三维图像，反映了被测对象的全貌信息，解决了现有技术被测目标在X光下的照射时间长的问题。

Description

G型臂X光机的三维图像生成方法及装置与G型臂X光机

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，具体而言，涉及一种G型臂X光机的三维图像生成方法及装置与G型臂X光机。

背景技术

目前X光机的成像方式通常以二维影像方式给出，现有的方案包括计算断层成像（Computed Tomography，CT），C型臂透视影像等等。但二维影像信息只能给出某个角度或某个断面的影像数据，不能反映成像部位的全貌信息。

近年来，也出现了利用二维投影图像进行三维图像重建的技术，主要有以下几种：

计算机断层成像技术是利用平行或扇面X射线对被检测目标的切面进行不同角度的射线投影测量，得到360°的线投影数据，通过将线投影数据进行反投影计算，得到二维切片的重建图像。然后通过将连续获取的二维切片图像数据进行拼叠，得到目标的三维重建图像数据。从而利用CT进行断层扫描，然后以图像方式分析。但CT的平行或扇面射线机制使得X射线管的光场利用率低。

锥束CT（Cone Beam Computed Tomography,CBCT）利用锥形立体束射线源和面阵探测器对物体进行射线透视投影，因而一次扫描即可获取被测物体多个截面的投影数据。通过一系列不同角度的透视投影，并根据相应的重建算法可以重建目标的三维图像。相对于传统CT的平面射线束，锥束CT具有射线利用率高、可直接重建三维图像等优势。传统的C型臂X光机接近锥束CT的应用要求，因而CBCT技术在C型臂X光机上得到了方便应用。利用C型臂X光机进行锥束CT扫描过程需要将C型臂的X射线管围绕检测目标至少旋转180°+2γ，其中γ为锥束CT的X射线束的半张角，然后利用多角度的二维投影进行三维重建。

以上基于二维投影图像数据重建三维图像的算法基础可参见L.A.Feldkamp,L.C.Davisand J.W.Kress.Practical cone-beam algorithm.J.Opt.Soc.Am.A,vol.1,no.6,1984,pp.612-619。这种FDK算法是经典的近似三维图像重建算法，具有数学形式简单，实现容易，并且当锥角较小时，能够取得较好的重建效果，得到了广泛的应用。为了适用于C型臂的实际测量情况，K.Wiesent对FDK算法进行相应的改进，可参见K.Wiesent,K.Barth,N.Navab,et al.Enhanced3-D-reconstruction algorithm for C-Arm systems suitable for interventional procedures.IEEE Trans.Med.Imag.,vol.19,no.5,2000,pp.391-403。

但是以上C型臂X光机利用CBCT进行三维图像重建的方法存在以下问题：

1、利用C型臂X光机进行锥束CT扫描过程需要将C型臂的X射线管围绕检测目标至少旋转180°+2γ，图像获取时间长，使被测目标在X光下的照射时间长，检测效率低。

2、CBCT的空间广场强度分布不均匀，这时因为X射线束，中心射线束的光场强度大于其它位置的光场强度，而这种光场强度的不一致性会引起每幅透视图像的灰度变化。从而导致以此为依据重建的三维图像质量受到影响。

针对现有技术中存在的利用C型臂X光机进行锥束CT扫描重建三维图像的过程中，被测目标在X光下的照射时间长的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种G型臂X光机的三维图像生成方法及装置与G型臂X光机，以解决现有技术中的C型臂X光机进行锥束CT扫描重建三维图像的过程中，被测目标在X光下的照射时间长的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种G型臂X光机的三维图像生成方法。

本发明提供的一种G型臂X光机的三维影像生成方法包括：控制G臂架从初始角度旋转至目标角度，在旋转过程中获取被测对象在G型臂处于不同角度时的多组二维投影数据，其中每组二维投影数据包括两路投影数据；利用多组二维投影数据按照FDK算法或FDK修正算法进行计算，以得到被测对象的三维影像；输出被测对象的三维影像。

进一步地，在旋转过程中获取被测对象在G型臂处于不同角度时的多组二维投影数据包括：在初始角度至目标角度的范围内设置N个图像获取位置；实时判断G臂架的旋转角度；当G臂架旋转至各个图像获取位置时，通过与两路X射线管对应设置的两路X射线接收器采集一组二维投影数据。

进一步地，每两个相邻的图像获取位置的角度相等。

进一步地，初始角度至目标角度之间的角度差为90°+γ，其中γ为X射线管发射的X射线束的半张角。

进一步地，在控制G臂架从初始角度旋转至目标角度之前还包括：获取X射线管的电流和电压的设置值；按照电流和电压的设置值启动两路X射线管。

进一步地，在控制G臂架从初始角度旋转至目标角度之前还包括：对两路X射线管发出的X射线束辐射强度的空间分布进行测量以得出空间分布不均匀度函数，利用多组二维投影数据按照FDK算法或FDK修正算法进行计算包括：利用空间分布不均匀度函数对多组二维投影数据进行校准；利用校准后的二维投影数据按照FDK算法或FDK修正算法进行计算。

进一步地，对两路X射线管发出的X射线束辐射强度的空间分布进行测量以得出空间分布不均匀度函数包括：通过两路X射线接收器分别采集两路X射线管发出的X射线束通过衰减板后的投影亮度数据；利用投影亮度数据分别计算两路X射线束的空间分布不均匀度函数。

进一步地，利用投影亮度数据分别计算两路X射线束的空间分布不均匀度函数之后还包括：分别计算两路X射线束的平均辐射强度，利用空间分布不均匀度函数对多组二维投影数据进行校准包括：根据两路X射线束的平均辐射强度对多组二维投影数据进行归一化计算；利用空间分布不均匀度函数对进行归一化处理后的多组二维投影数据进行校准。

根据本发明的另一个方面，提供了一种G型臂X光机的三维影像生成装置。

本发明提供的G型臂X光机的三维影像生成装置包括：运动控制模块，用于控制G臂架从初始角度旋转至目标角度；影像数据采集模块，用于获取被测对象在G型臂处于不同角度时的多组二维投影数据，其中每组二维投影数据包括两路投影数据；数据处理模块，用于利用多组二维投影数据按照FDK算法或FDK修正算法进行计算，以得到被测对象的三维影像；输出模块，用于输出被测对象的三维影像。

进一步地，本发明提供的G型臂X光机的三维影像生成装置还包括：射线强度校准模块，用于对两路X射线管发出的X射线束辐射强度的空间分布进行测量以得出空间分布不均匀度函数。

根据本发明的另一个方面，提供了一种G型臂X光机，该G型臂X光机包括上述任一种的G型臂X光机的三维影像生成装置。

根据本发明的技术方案，G型臂X光机的三维影像生成方法包括：控制G臂架从初始角度旋转至目标角度，在旋转过程中保持两路X射线管的电流和电压不变；获取被测对象在G型臂处于不同角度时的多组二维投影数据，其中每组二维投影数据包括两路投影数据；利用多组二维投影数据按照FDK算法或FDK修正算法进行计算，以得到被测对象的三维影像；输出被测对象的三维影像。从而通过获取两路投影数据，大大减少了数据的获取时间，有效降低了被测对象在X射线下的照射时间，直接输出被测对象的三维图像，反映了被测对象的全貌信息。

附图说明

说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1A是根据本发明实施例的G型臂X光机中G臂架位于初始角度的示意图；

图1B是根据本发明实施例的G型臂X光机中G臂架位于目标角度的示意图；

图2是根据本发明实施例的G型臂X光机的三维影像生成装置示意图；

图3是根据本发明实施例的G型臂X光机的三维影像生成方法的示意图；

图4是根据本发明实施例的G型臂X光机的三维影像生成方法中锥束X射线在X射线接收器上的投影示意图；

图5A是是根据本发明实施例的G型臂X光机的三维影像生成方法中X射线空间分布不均匀的立体示意图；

图5B是是根据本发明实施例的G型臂X光机的三维影像生成方法中X射线空间分布不均匀的平面示意图；

图6是根据本发明实施例的G型臂X光机的三维影像生成方法中两路X射线不一致性测试的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1A和图1B是根据本发明实施例的G型臂X光机中的G臂架位于初始角度状态和目标角度状态的示意图，如图1所示，不同于C型臂的单路X射线管，G型臂X光机固定设置有两路X射线管1A、2A和与之对应设置的两路X射线接收器1B、2B，G臂架3为3/4圆弧结构。在G臂架3位于初始位置时，第一X射线管1A用于发射横向的锥束X射线，第一X射线接收器1B设置于G臂架3与所述第一X射线管1A相对的位置，用于接收透过被测对象的横向的锥束X射线；第二X射线管2A用于发射纵向的锥束X射线，第二X射线接收器2B，设置于G臂架3与所述第二X射线管2A相对的位置，用于接收透过检测对象的纵向的锥束X射线。在对被测对象扫描过程中，两路X射线管1A、2A只需要同时逆时针或顺时针旋转90°+γ，即G臂架3从图1A的状态旋转到图1B的状态，便可获得被测目标的180°+2γ透视图像数据，比C型臂的图像获取时间节省了一半，即被测对象的受照时间降低一半，有效地提高了检测效率。

G型臂X光机的三维影像生成装置4控制G臂架3旋转并在旋转过程中，获取第一X射线接收器1B和第二X射线接收器2B接收到的二维投影数据，并通过多个方向的二维投影数据通过计算生成被测对象的三维影像。其中第一X射线管1A与第一X射线接收器1B的连线和第二X射线管2A与第二X射线接收器2B的连线互相垂直，被测对象置于G臂架3所在圆弧的圆心处。该G型臂X光机包括两路X射线管和两路X射线接收器、可绕被测对象旋转的G臂架，从而双向同时采集多个方位的投影数据，重建断层图像，缩短了扫描时间，提高了成像效率。

图2是根据本发明实施例的G型臂X光机的三维影像生成装置示意图，如图2所示，本发明实施例G型臂X光机的三维影像生成装置，包括：运动控制模块21，用于控制G臂架3从初始角度旋转至目标角度；影像数据采集模块23，用于获取被测对象在G型臂3处于不同角度时的多组二维投影数据，其中每组二维投影数据包括两路投影数据；数据处理模块25，用于利用多组二维投影数据按照FDK算法或FDK修正算法进行计算，以得到被测对象的三维影像；输出模块27，用于输出被测对象的三维影像。上述运动控制模块21可以使用工控机、PLC等控制装置实现，来驱动旋转G臂架的电机；影像数据采集模块23，包括图像采集装置用于采集X射线接收器的接收图像，转换为数字信号形式。数据处理模块25使用计算机、数字处理器（DSP）等运算功能强大的计算装置。输出模块，可以是显示器用于显示三维影像，或者存储器，用于保存所述三维影像数据以供后续分析使用。

获得被测对象的全貌三维信息至少需要对被测对象进行180°+2γ的X射线扫描，根据本发明实施例的G型臂X光机的双路X射线扫描的结构，只需要对G臂架3旋转90°+γ就可以完成对被测目标的180°+2γ的扫描。因此优选地可以设定初始角度至目标角度之间的角度差为90°+γ。一般而言，获取的二维投影图像的数目越多，生成的三维影像质量更高，但是扫描的效率以及数据处理的速度相对较慢，所以根据生成三维影像的具体要求可以得出需要获取的二维投影图像的数目，假定每路X射线接收器需要获取的图像数目为N，运动控制模块21在初始角度至目标角度之间的方位设置N个图像获取位置，在G臂架3旋转过程中实时判断G臂架的旋转角度，影像数据采集模块23当G臂架旋转至各个所述图像获取位置时，通过两路X射线接收器采集一组二维投影数据，这样在旋转过程中就可以得到N组二维投影图像。

优选地，可以保证每两个相邻的所述图像获取位置的角度相等。将初始角度至目标角度之间进行N-1等分，每个等分点位置加上初始角度位置和目标角度位置共得到N个图像获取位置。也就说每旋转（90°+γ）/N角度，两路第一X射线接收器1B、2B就分别获得该位置的一幅二维投影图像，旋转90°+γ后就得到了2N幅二维投影图像。

针对不同类型的被测对象，X射线的强度的大小需要进行调整，因此本实施例的G型臂X光机的三维影像生成装置还可以包括X射线发射控制模块，用于在获取X射线管1A、1B的电流和电压的设置值；并按照所述电流和电压的设置值启动两路X射线管1A、1B。在G臂架3旋转过程中，保证X射线管的电流值和电压值保持恒定，从而使X射线的强度保持稳定，保证得到的二维投影图像亮度一致。

但是限于X射线管的工艺水平，不能保证中心射线束的光场强度等于其它位置处的光场强度，而这种光场强度的不一致性会引起每幅透视图像的灰度变化，因此需要对每路X射线的光场不均匀性各自进行标定。

因此，本实施例的G型臂X光机的三维影像生成装置还可以设置射线强度校准模块，该射线强度校准模块用于对两路X射线管1A、1B发出的X射线束辐射强度的空间分布进行测量以得出空间分布不均匀度函数。数据处理模块25首先利用该空间分布不均匀度函数对获取到的多组二维投影数据进行校准，然后利用校准后的二维投影数据按照FDK算法或FDK修正算法进行计算。射线强度校准模块的工作流程为：通过两路X射线接收器1B、2B分别采集两路X射线管1A、2A发出的X射线束通过衰减板后的投影亮度数据；利用该投影亮度数据分别计算得出两路X射线束的空间分布不均匀度函数。

另外，X射线管的生产工艺并不能保证每个X射线管在相同的电压电流情况下发出的X射线强度完全一致，因此G臂存在两路X射线管1A、2A从发射窗口射出之后的强度也不一致，这就导致两路透视图像的平均亮度不相同，具体表现为一明一暗，因此还需要得到两路X在平均光场强度方面的关系，并进行归一化处理，以提高生成的三维影像的质量。此时射线强度校准模块还用于分别计算两路X射线束的平均辐射强度，数据处理模块25根据所述两路X射线束的平均辐射强度对多组二维投影数据进行归一化计算；然后利用空间分布不均匀度函数对进行归一化处理后的多组二维投影数据进行校准，并将校准后的数据用于FDK算法计算。

经过上述处理的多组二维投影数据，可以保证了不同X射线接收器获取到图像的一致性，使生成的三维影像质量更高。

输出模块27，除了输出被测对象的三维影像外，还可以利用数据处理模块25得出的三维影像数据对被测对象的XZ断面、YZ断面、XY断面进行输出。输出时还可以将当前位置在三维目标中的坐标与三个断面处进行对应输出。在输出模块27使用显示装置的情况下，可以将整个显示区域分为四块，分别显示XZ断面、YZ断面、XY断面、以及生成的三维影像。

本发明实施例还提供了一种G型臂X光机，包括本发明实施例上述内容所提供的任一种G型臂X光机的三维影像生成装置。

本发明实施例还提供了一种G型臂X光机的三维影像方法，该方法可以通过本发明上述实施例所提供的任一种三维影像生成装置来执行，图3是根据本发明实施例的G型臂X光机的三维影像方法的示意图，如图3所示，本发明实施例的G型臂X光机的三维影像生成方法包括：

步骤S31，控制G臂架从初始角度旋转至目标角度，在旋转过程中获取被测对象在G型臂处于不同角度时的多组二维投影数据，其中每组二维投影数据包括两路投影数据；

步骤S33，利用多组二维投影数据按照FDK算法或FDK修正算法进行计算，以得到被测对象的三维影像；

步骤S35，输出被测对象的三维影像。

根据生成三维影像的具体要求可以得出需要获取的二维投影图像的数目，假定每路X射线接收器需要获取的图像数目为N，则步骤S31中旋转过程中获取被测对象在G型臂处于不同角度时的多组二维投影数据可以包括：在初始角度至目标角度的范围内设置N个图像获取位置；实时判断G臂架的旋转角度；当G臂架旋转至各个图像获取位置时，通过与两路X射线管对应设置的两路X射线接收器采集一组二维投影数据。

每两个相邻的图像获取位置的角度可以设置为相等的角度，具体方法为将初始角度至目标角度之间进行N-1等分，每个等分点的位置加上初始角度位置和目标角度位置共得到N个图像获取位置。

获得被测对象的全貌三维信息至少需要对被测对象进行180°+2γ的X射线扫描，根据本发明实施例的G型臂X光机的双路X射线扫描的结构，只需要对G臂架3旋转90°+γ就可以完成对被测目标的180°+2γ的扫描。因此优选地可以设定初始角度至目标角度之间的角度差为90°+γ。此时按照等分的方式确定图像获取位置，就可以保证每旋转（90°+γ）/N角度，两路第一X射线接收器1B、2B就分别获得该位置的一幅二维投影图像，旋转90°+γ后就得到了2N幅二维投影图像。

为了保证X射线的强度符合扫描被测对象的要求，在控制G臂架从初始角度旋转至目标角度之前还可以包括：获取X射线管的电流和电压的设置值；按照电流和电压的设置值启动两路X射线管。在G臂架3旋转过程中，保证X射线管的电流值和电压值保持恒定，从而使X射线的强度保持稳定，上述X射线管的电流和电压的设置值根据被测对象的类型不同，灵活设定。

限于X射线管的工艺水平，不能保证中心射线束的光场强度与其它位置处的光场强度完全相等，而这种光场强度的不一致性会引起每幅透视图像的灰度变化，因此需要对每路X射线的光场不均匀性各自进行标定。标定的具体流程为：在控制G臂架从初始角度旋转至目标角度之前还包括：对两路X射线管发出的X射线束辐射强度的空间分布进行测量以得出空间分布不均匀度函数，那么上述步骤S31中利用多组二维投影数据按照FDK算法或FDK修正算法进行计算包括：利用空间分布不均匀度函数对多组二维投影数据进行校准；利用校准后的二维投影数据按照FDK算法或FDK修正算法进行计算。

其中，对两路X射线管发出的X射线束辐射强度的空间分布进行测量以得出空间分布不均匀度函数的具体流程为：通过两路X射线接收器分别采集两路X射线管发出的X射线束通过衰减板后的投影亮度数据；利用投影亮度数据分别计算两路X射线束的空间分布不均匀度函数。下面结合附图对X射线空间不均匀性的测试方法进行介绍：

图4是根据本发明实施例的G型臂X光机的三维影像生成方法中锥束X射线在X射线接收器上的投影示意图；图5A是是根据本发明实施例的G型臂X光机的三维影像生成方法中X射线空间分布不均匀的立体示意图，图5B是是根据本发明实施例的G型臂X光机的三维影像生成方法中X射线空间分布不均匀的平面示意图。图中以第一X射线管1A和第一X射线接收器1B为例，但第二X射线管2A和第二X射线接收器2B使用同样的方式进行空间分布的测量。

在以上图中，42为锥形X射线束在X射线接收器1B上的投影范围，O点为锥束X射线的中心光束在X射线接收器1B的投影位置，（x，y）点为光束2在X射线接收器1B的投影位置，光束2与中心光束的夹角为θ，O点至（x，y）点的距离为r，51为质地均匀的衰减板，第一X射线管1A和第一X射线接收器1B的距离为h，d_r、d₀分别为光束2和中心光束穿过衰减板51的距离。

对第一X射线管1A，在单位为kV的不同电压值下的X射线辐射强度分布是不均匀的，随着空间位置的不同而变化。假定其在中心光束的强度为I₀，在（x，y）点处的光束强度为I，如图5所示。该X射线管发射的X辐射强度不均匀度分布情况可通过测量接收器接收的图像数据来获取。具体方法为：在第一X射线管和第一X射线接收器1B之间垂直直于中心光束放置一质地均匀的衰减板51，测量X射线接收器接收的光场强度数据I_x，y，如图5所示，再将X射线接收器接收的光场强度数据I_x,y，通过滤波器对光场强度数据进行滤波后，进行平滑处理，得到处理后的光场强度数据I_(x,y)。

当强度为I的单能X射线穿过结构均匀的衰减板后，该射线束的衰减应符合Beer定律。考虑到中心光束与光束2的夹角关系θ，及光线穿透衰减板的路径长度d_r、d₀关系，可求得在坐标(x,y)某kV电压下X射线管的出射光强不均匀度ρ(x,y,kV)为:

$\mathrm{\ρ}(x,y,\mathrm{kV})=\frac{I(x,y,\mathrm{kV})}{I(\mathrm{0,0},\mathrm{kV})}=\frac{I^{\′}(x,y,\mathrm{kV})}{I^{\′}(\mathrm{0,0},\mathrm{kV})}\exp [\mathrm{\μ}\left(\mathrm{kV}\right)\×(\frac{\sqrt{x^2+y^2+h^2}}{h}-1)d_0]$

其中μ为衰减板51在测试电压下的X射线衰减系数，d₀为衰减板的厚度。可见X射线管的X射线出射光场强度ρ为位置(x,y)的函数，同时也是随电压变化的函数。使用同样的方法可以测量第二X射线管的空间分布不均匀度函数。

将ρ(x,y,kV)制成三维矩阵，其中前两维为坐标(x,y)的值，第三维为测试电压值。逐渐改变测试电压的大小，可得到一系列出射光强不均匀度随电压变化的准确数据，两次电压变化之间的数据可通过插值方式确定。从而得到空间分布不均匀度函数。上述步骤S31中利用多组二维投影数据按照FDK算法或FDK修正算法进行计算时，就需要首先利用空间分布不均匀度函数对多组二维投影数据进行校准，消除二维图像中所有点的数据受空间分布的影响；然后利用校准后的二维投影数据按照FDK算法或FDK修正算法进行计算。

另外，X射线管的生产工艺并不能保证每个X射线管在相同的电压电流情况发出的X射线强度完全一致，因此G臂存在两路X射线管1A、2A从发射窗口射出之后的强度也不一致，这就导致两路透视图像的平均亮度不相同，具体表现为一明一暗，因此还需要得到两路X在平均光场强度方面的关系，并进行归一化处理，以提高生成的三维影像的质量。

图6是根据本发明实施例的G型臂X光机的三维影像生成方法中两路X射线不一致性测试的示意图，通常情况下，由于X射线管的生产工艺限制，两路X射线管并不能保证完全相同。因此，即使设置相同的输入信号，两路X射线管的X射线辐射强度除了不均匀之外，其平均辐射强度也不相同。因此，还需要确定这两路X射线辐射强度的不一致程度，并通过补偿消除这种不一致程度。如图6所示，在相同的输入条件下，将同一衰减板51分别置于两路X射线发射源与X接收器之间，且垂直于X射线束，测量X射线接收器接收的光场强度数据，并对光场强度数据进行滤波，分别得到第一路X射线平均辐射数据I’₁(x,y)和第二路X射线辐射数据I’₂(x,y)。

根据Beer定律及不均匀度公式求解入射光场强度I(x,y,kV)，再根据下式计算每路平均辐射数据I_ave： $I_{\mathrm{ave}}\left(\mathrm{kV}\right)=\frac{1}{2\mathrm{\π}(1-\cos \mathrm{\γ})}\underset{\mathrm{\Ω}}{\∫}I(x,y,\mathrm{kV})\mathrm{d\Ω},$ 其中γ为锥束X射线的半张角大小，Ω为弧度积分空间。

从而利用该方法可以求得第一路X射线平均辐射强度数据I_ave1(kV)和第二路X射线平均辐射强度数据I_ave2(kV)。令可求得两路X射线平均辐射强度之间的关系，从而利用η(kV)则可以将将双路X射线束投影归一化为在I_ave1(kV)单独作用下的投影。

那么本发明实施例的G型臂X光机的三维影像生成方法利用投影亮度数据分别计算两路X射线束的空间分布不均匀度函数之后还可以包括：分别计算两路X射线束的平均辐射强度，从而利用空间分布不均匀度函数对多组二维投影数据进行校准包括：根据两路X射线束的平均辐射强度对多组二维投影数据进行归一化计算；利用空间分布不均匀度函数对进行归一化处理后的组二维投影数据进行校准。

根据本发明的技术方案，G型臂X光机的三维影像生成方法包括：控制G臂架从初始角度旋转至目标角度，在旋转过程中保持两路X射线管的电流和电压不变；获取被测对象在G型臂处于不同角度时的多组二维投影数据，其中每组二维投影数据包括两路投影数据；利用多组二维投影数据按照FDK算法或FDK修正算法进行计算，以得到被测对象的三维影像；输出被测对象的三维影像。从而通过获取两路投影数据，大大减少了数据的获取时间，有效降低了被测对象在X射线下的照射时间，直接输出被测对象的三维图像，反映了被测对象的全貌信息。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种G型臂X光机的三维影像生成方法，其特征在于，包括：

控制G臂架从初始角度旋转至目标角度，在旋转过程中获取被测对象在G型臂处于不同角度时的多组二维投影数据，其中每组所述二维投影数据包括两路投影数据；

利用所述多组二维投影数据按照FDK算法或FDK修正算法进行计算，以得到所述被测对象的三维影像；

输出所述被测对象的三维影像；

在控制G臂架从初始角度旋转至目标角度之前，还包括：获取X射线管的电流和电压的设置值；按照所述电流和电压的设置值启动两路X射线管，

在所述G臂架旋转过程中保持所述X射线管的电流和电压不变；

其中，在控制G臂架从初始角度旋转至目标角度之前还包括：对两路X射线管发出的X射线束辐射强度的空间分布进行测量以得出空间分布不均匀度函数，其中，

对每一路X射线管发出的X射线束辐射强度的空间分布进行测量以得出空间分布不均匀度函数包括：

测量X射线接收器接收的光场强度数据I_x,y，将所述X射线接收器接收的光场强度数据I_x,y通过滤波器对光场强度数据进行滤波后，进行平滑处理，得到处理后的光场强度数据I_(x,y)，求得X射线接收器的投影位置的坐标(x,y)在测试电压kV下X射线管的出射光强不均匀度函数ρ(x,y,kV)为：

$\mathrm{\ρ}(x,y,\mathrm{kV})=\frac{I(x,y,\mathrm{kV})}{I(\mathrm{0,0},\mathrm{kV})}=\frac{I^{\′}(x,y,\mathrm{kV})}{I^{\′}(\mathrm{0,0},\mathrm{kV})}\exp [\mathrm{\μ}\left(\mathrm{kV}\right)\×(\frac{\sqrt{x^2+y^2+h^2}}{h}-1)d_0],$

其中，μ为衰减板在所述测试电压下的X射线衰减系数，d₀为衰减板的厚度，h为所述X射线接收器与所述X射线管的距离，I'(x,y,kV)为所述投影位置的坐标(x,y)的X射线平均辐射数据，I'(0,0,kV)为中心的X射线平均辐射数据，I(x,y,kV)为所述投影位置的坐标的光场强度数据，I(0,0,kV)为所述中心的光场强度数据。

2.根据权利要求1所述的三维影像生成方法，其特征在于，在旋转过程中获取被测对象在G型臂处于不同角度时的多组二维投影数据包括：

在所述初始角度至所述目标角度的范围内设置N个图像获取位置；

实时判断G臂架的旋转角度；

当G臂架旋转至各个所述图像获取位置时，通过与所述两路X射线管对应设置的两路X射线接收器采集一组二维投影数据。

3.根据权利要求2所述的三维影像生成方法，其特征在于，每两个相邻的所述图像获取位置的角度相等。

4.根据权利要求1所述的三维影像生成方法，其特征在于，所述初始角度至所述目标角度之间的角度差为90°+γ，其中γ为所述X射线管发射的X射线束的半张角。

5.根据权利要求2或3所述的三维影像生成方法，其特征在于，

利用所述多组二维投影数据按照FDK算法或FDK修正算法进行计算包括：

利用所述空间分布不均匀度函数对所述多组二维投影数据进行校准；

利用校准后的二维投影数据按照FDK算法或FDK修正算法进行计算。

6.根据权利要求5所述的三维影像生成方法，其特征在于，对两路X射线管发出的X射线束辐射强度的空间分布进行测量以得出空间分布不均匀度函数包括：

通过所述两路X射线接收器分别采集所述两路X射线管发出的X射线束通过衰减板后的投影亮度数据；

利用所述投影亮度数据分别计算两路所述X射线束的空间分布不均匀度函数。

7.根据权利要求6所述的三维影像生成方法，其特征在于，

利用所述投影亮度数据分别计算两路所述X射线束的空间分布不均匀度函数之后还包括：分别计算两路X射线束的平均辐射强度，

利用所述空间分布不均匀度函数对所述多组二维投影数据进行校准包括：

根据所述两路X射线束的平均辐射强度对所述多组二维投影数据进行归一化计算；

利用所述空间分布不均匀度函数对进行归一化处理后的多组二维投影数据进行校准。

8.一种G型臂X光机的三维影像生成装置，其特征在于，包括：

运动控制模块，用于控制G臂架从初始角度旋转至目标角度；

影像数据采集模块，用于获取被测对象在G型臂处于不同角度时的多组二维投影数据，其中每组所述二维投影数据包括两路投影数据；

数据处理模块，用于利用所述多组二维投影数据按照FDK算法或FDK修正算法进行计算，以得到所述被测对象的三维影像；

输出模块，用于输出所述被测对象的三维影像；

X射线发射控制模块，用于获取X射线管的电流和电压的设置值；按照所述电流和电压的设置值启动两路X射线管，在所述G臂架旋转过程中保持所述X射线管的电流和电压不变；

其中，所述三维影像生成装置还包括：射线强度校准模块，用于对两路X射线管发出的X射线束辐射强度的空间分布进行测量以得出空间分布不均匀度函数，其中，

所述射线强度校准模块的工作流程包括：

测量X射线接收器接收的光场强度数据I_x,y，将所述X射线接收器接收的光场强度数据I_x,y通过滤波器对光场强度数据进行滤波后，进行平滑处理，得到处理后的光场强度数据I_(x,y)，求得X射线接收器的投影位置的坐标(x,y)在测试电压kV下X射线管的出射光强不均匀度函数ρ(x,y,kV)为：

$\mathrm{\ρ}(x,y,\mathrm{kV})=\frac{I(x,y,\mathrm{kV})}{I(\mathrm{0,0},\mathrm{kV})}=\frac{I^{\′}(x,y,\mathrm{kV})}{I^{\′}(\mathrm{0,0},\mathrm{kV})}\exp [\mathrm{\μ}\left(\mathrm{kV}\right)\×(\frac{\sqrt{x^2+y^2+h^2}}{h}-1)d_0],$

其中，μ为衰减板在所述测试电压下的X射线衰减系数，d₀为衰减板的厚度，h为所述X射线接收器与所述X射线管的距离，I'(x,y,kV)为所述投影位置的坐标(x,y)的X射线平均辐射数据，I'(0,0,kV)为中心的X射线平均辐射数据，I(x,y,kV)为所述投影位置的坐标的光场强度数据，I(0,0,kV)为所述中心的光场强度数据。

9.一种G型臂X光机，其特征在于，包括如权利要求8所述的G型臂X光机的三维影像生成装置。