CN104181177B - Ct检测器位置校正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种CT检测器位置校正方法，包括如下步骤：对圆柱状金属棒进行CT偏心断层扫描获得金属棒的中心在各个扫描角度下在各排检测器通道上的投影位置；取出金属棒在某一扫描角度下在某排检测器通道上的投影值并进行样条插值获得金属棒在该扫描角度下的投影值曲线；根据投影值曲线获得金属棒的中心在该扫描角度下的投影位置；根据金属棒的中心在该扫描角度下的投影位置通过求最小值方式获得金属棒的中心在该扫描角度下的理想位置；根据金属棒的中心在该扫描角度下的投影位置与理想位置获得金属棒的中心在该扫描角度下的位置偏差；根据金属棒的中心在该扫描角度下的位置偏差获得该排检测器通道的各检测器的位置偏差以及检测器位置校正表。
Description
【技术领域】
本发明涉及计算机断层扫描成像技术领域，尤其涉及一种CT检测器位置校正方法。
【技术背景】
CT扫描设备用于对待扫描目标进行断层扫描成像，其包括具有供待扫描目标进出的检测腔的旋转机架、设于旋转机架上用于产生X射线的球管以及设于旋转机架上并与球管相对设置的检测器阵列。检测器阵列用于接收穿透待扫描目标的X射线并将接收到的X射线信号转换成电信号。检测器阵列是由多个检测器模块组成的。由于检测器模块在安装过程中存在检测器模块安装位置的误差，进而会造成根据CT扫描采集的数据进行重建得到的图像产生环状伪影。为了保证重建图像的图像质量，必须事先测出检测器模块的准确位置并保存成校正表。现有解决检测器位置误差问题有两种方式：一种方式是通过精确的加工保证误差在极小的范围内；另一种方式是通过精确的光学测量或精确的几何模体测量给出每个检测器模块的准确位置，例如专利CN102335002、US2012012742、JP2012020121等公开了一种使用附加工具校准检测器模块的位置的方法。但无论采用上述哪种方式都会造成制造加工成本高、速度慢、容错能力弱的问题。
因此，确有必要提供一种CT检测器位置校正方法，用于克服现有技术存在的缺陷。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种CT检测器位置校正方法，可以在较低成本下方便快速获得CT检测器的准确位置，进而可以根据由CT检测器的准确位置生成的校正表对CT图像进行校正而保证图像的质量。
为达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：一种CT检测器位置校正方法，其包括：根据CT扫描设备获得在各扫描角度下各排检测器通道上各检测器的初始位置；采用CT扫描设备对圆柱状金属棒进行偏心断层扫描获得圆柱状金属棒的中心在各个扫描角度下在各排检测器通道上的投影位置；从圆柱状金属棒的中心在各个扫描角度下在各排检测器通道上的投影位置中取出圆柱状金属棒在某一扫描角度下在某排检测器通道上的投影值；对圆柱状金属棒在某一扫描角度下在某排检测器通道上的投影值进行样条插值获得圆柱状金属棒在该扫描角度下在该排检测器通道上的投影值曲线；根据圆柱状金属棒在该扫描角度下在该排检测器通道上的投影值曲线获得圆柱状金属棒的中心在该扫描角度下在该排检测器通道上的投影位置；根据圆柱状金属棒的中心在该扫描角度下在该排检测器通道上的投影位置与圆柱状金属棒的中心在该扫描角度下在断层扫描的正弦图中的理想位置获得起始扫描角度、球管焦点到检测器模块的距离与圆柱状金属棒的中心到旋转中心的距离的比值、检测器中心通道位置；根据起始扫描角度、球管焦点到检测器模块的距离与圆柱状金属棒的中心到旋转中心的距离的比值、检测器中心通道位置获得圆柱状金属棒的中心在该扫描角度下在断层扫描的正弦图中的理想位置；根据圆柱状金属棒的中心在该扫描角度下的投影位置与圆柱状金属棒的中心在该扫描角度下在断层扫描正弦图上的理想位置获得圆柱状金属棒的中心在该扫描角度下的位置偏差；根据圆柱状金属棒的中心在该扫描角度下的位置偏差获得该排检测器通道的各检测器的位置偏差；根据该排检测器通道的各检测器的位置偏差与该排检测器通道的各检测器的初始位置获得该排检测器通道的各检测器的准确位置；根据各排检测器通道的各检测器准确位置生成检测器位置校正表。
优选地，所述圆柱状金属棒在j扫描角度下在某一排检测器通道上的投影值曲线为函数fij(τ)，其中，τ＝(x-xi)/(xi+1-xi)，x为某一排检测器通道上经样条插值的各检测器的位置，xi为某一排检测器通道上第i个检测器的初始位置，xi+1为某一排检测器通道上第i+1个检测器的初始位置，且fij(τ)满足：fij(0)＝yij，fij(1)＝yi+1,j，yij为圆柱状金属棒在第j扫描角度下在某一排检测器通道的第i个检测器上的投影位置，yi+1,j为圆柱状金属棒在第j扫描角度下在某一排检测器通道的第i+1个检测器上的投影位置。
优选地，所述圆柱状金属棒的中心在j扫描角度下在某一排检测器通道上的投影位置pj是通过解析如下公式获得的：其中，xi为在某一排检测器通道的第i个检测器的初始位置，xi+1为在某一排检测器通道的第i+1个检测器的初始位置，fij(τ)为圆柱状金属棒在j扫描角度下在某一排检测器通道上的投影值曲线。
优选地，所述起始扫描角度θ0、焦点到检测器模块的距离与该点到旋转中心的距离的比值RSDD/RPIN、检测器中心通道位置Pc是通过解析如下公式获得的：其中，为圆柱状金属棒的中心在j扫描角度下在断层扫描正弦图上的理想位置，且θj为第j个扫描角度，RSDD为球管焦点到检测器模块的距离，RPIN是圆柱状金属棒的中心到旋转中心的距离，pj为圆柱状金属棒的中心在在j扫描角度下某一排检测器通道上的投影位置。
优选地，所述圆柱状金属棒的中心在j扫描角度下在断层扫描的正弦图中的理想位置通过解析如下公式获得的：其中，起始扫描角度θ0、焦点到检测器模块的距离与该点到旋转中心的距离的比值RSDD/RPIN、检测器中心通道位置Pc是通过求解最小值获得的。
优选地，所述圆柱状金属棒的中心在j扫描角度下在某一排检测器通道上的位置偏差Δpj是通过如下公式获得的：其中，为圆柱状金属棒的中心在j扫描角度下在某一排检测器通道上的理想位置，pj为圆柱状金属棒的中心在j扫描角度下在某一排检测器通道上的投影位置。
优选地，所述某排检测器通道的各检测器位置偏差Δx通过如下公式获得：Δx＝A-1Δp，其中，Δx＝{Δxi}是所有Δxi组成的向量，Δxi为某排检测器通道上第i个检测器的位置偏差，Δp＝{Δpj}是所有扫描角度下的所有Δpj组成的向量，Δpj为圆柱状金属棒的中心在j扫描角度下在某排检测器通道上的位置偏差，矩阵A满足且 Fj、Dj均为对圆柱状金属棒在j扫描角度下在某排检测器通道上的投影值样条插值后得到的分段多项式，A-1表示对A的广义逆。
优选地，所述某排检测器通道的各检测器准确位置xi′通过如下公式获得：xi′＝xi+Δxi，其中，xi为某排检测器上第i个检测器的初始位置，Δxi为某排检测器第i个检测器的位置偏差。
本发明的CT检测器位置校正方法只需对圆柱状金属棒进行一次断层扫描就可以快速地获得全部检测器模块的准确位置，可以降低成本，且通过本发明的方法获得的检测器模块的准确位置的精度高、容错能力强。
【附图说明】
图1为本发明CT检测器位置校正方法的流程示意图。
图2为根据图1中步骤S12获得的圆柱状金属棒在j扫描角度下在某一排检测器通道上的投影值。
图3为根据图1中步骤S13获得的圆柱状金属棒在j扫描角度下在某一排检测器通道上的投影值曲线。
图4为采用本发明的方法测得的某排检测器通道上各检测器的位置偏差图。
图5为采用本发明的方法测得的16排CT设备的各排检测器通道上的各检测器的位置偏差图。
图6为本发明的CT扫描设备的示意图。
【具体实施方式】
以下结合附图和具体实施例对本发明的CT检测器位置校正方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明提供的CT检测器位置校正方法可以方便快速获得CT检测器的准确位置，可保证采用由CT检测器的准确位置生成的校正表对CT图像进行校正获得的图像的图像质量，成本低并且容错能力强。
图1为本发明CT检测器位置校正方法的流程示意图。该方法包括以下步骤：
S11、根据CT扫描设备获得在各扫描角度下各排检测器通道上各检测器的初始位置；
S12、采用CT扫描设备对圆柱状金属棒进行偏心断层扫描获得圆柱状金属棒的中心在各个扫描角度下在各排检测器通道上的投影位置；
S13、从圆柱状金属棒的中心在各个扫描角度下在各排检测器通道上的投影位置中取出圆柱状金属棒在某一扫描角度下在某排检测器通道上的投影值；
S14、对圆柱状金属棒在某一扫描角度下在某排检测器通道上的投影值进行样条插值获得圆柱状金属棒在该扫描角度下在该排检测器通道上的投影值曲线；
S15、根据圆柱状金属棒在该扫描角度下在该排检测器通道上的投影值曲线获得圆柱状金属棒的中心在该扫描角度下在该排检测器通道上的投影位置；
S16、根据圆柱状金属棒的中心在该扫描角度下在该排检测器通道上的投影位置与圆柱状金属棒的中心在该扫描角度下在断层扫描的正弦图中的理想位置获得起始扫描角度、球管焦点到检测器模块的距离与圆柱状金属棒的中心到旋转中心的距离的比值、检测器中心通道位置；
S17、根据起始扫描角度、球管焦点到检测器模块的距离与圆柱状金属棒的中心到旋转中心的距离的比值、检测器中心通道位置获得圆柱状金属棒的中心在该扫描角度下在断层扫描的正弦图中的理想位置；
S18、根据圆柱状金属棒的中心在该扫描角度下的投影位置与圆柱状金属棒的中心在该扫描角度下在断层扫描正弦图上的理想位置获得圆柱状金属棒的中心在该扫描角度下的位置偏差；
S19、根据圆柱状金属棒的中心在该扫描角度下的位置偏差获得该排检测器通道的各检测器的位置偏差；
S20、根据该排检测器通道的各检测器的位置偏差与该排检测器通道的各检测器的初始位置获得该排检测器通道的各检测器的准确位置；
S21、根据各排检测器通道的各检测器准确位置生成检测器位置校正表。
具体地，结合图6所示，步骤S11中的CT扫描设备包括具有检测腔10的旋转机架1、组设于旋转机架1上的球管2以及组设于旋转机架1上并与球管相对设置的检测器阵列3。所述球管2用于产生照射圆柱状金属棒的X射线。所述检测器阵列3由多个检测器模块构成，用于接收穿过圆柱状金属棒的X射线。步骤S12中圆柱状金属棒呈与CT扫描设备的检测器的轴线方向(Z轴方向)平行偏心放置于CT扫描设备的检测器中，无需精确定位。图2a为步骤S13中所述圆柱状金属棒在j扫描角度下在某一排检测器通道上的投影值；图2b为图2a中方框部分的局部放大图。
步骤S14中所述圆柱状金属棒在j扫描角度下在某一排检测器通道上的投影值曲线为函数fij(τ)，其中，τ＝(x-xi)/(xi+1-xi)，x为某一排检测器通道上经样条插值的各检测器的位置，xi为某一排检测器通道上第i个检测器的初始位置，xi+1为某一排检测器通道上第i+1个检测器的初始位置，且fij(τ)满足：fij(0)＝yij，fij(1)＝yi+1,j，yij为圆柱状金属棒在第j扫描角度下在某一排检测器通道的第i个检测器上的投影位置，yi+1,j为圆柱状金属棒在第j扫描角度下在某一排检测器通道的第i+1个检测器上的投影位置，请参图3所示。
步骤S15中，所述圆柱状金属棒的中心在j扫描角度下在某一排检测器通道上的投影位置pj是通过解析如下公式获得的：其中，xi为在某一排检测器通道的第i个检测器的初始位置，xi+1为在某一排检测器通道的第i+1个检测器的初始位置，fij(τ)为圆柱状金属棒在j扫描角度下在某一排检测器通道上的投影值曲线。
步骤S16中，所述起始扫描角度θ0、球管焦点到检测器模块的距离与该点到旋转中心的距离的比值RSDD/RPIN、检测器中心通道位置Pc是通过解析如下公式获得的：其中，为圆柱状金属棒的中心在j扫描角度下在断层扫描正弦图上的理想位置，且 θj为第j个扫描角度，RSDD为球管焦点到检测器模块的距离，RPIN是圆柱状金属棒的中心到旋转中心的距离，pj为圆柱状金属棒的中心在在j扫描角度下某一排检测器通道上的投影位置。
步骤S17中，所述圆柱状金属棒的中心在j扫描角度下在断层扫描的正弦图中的理想位置通过解析如下公式获得的： 其中，起始扫描角度θ0、焦点到检测器模块的距离与该点到旋转中心的距离的比值RSDD/RPIN、检测器中心通道位置Pc是通过求解 最小值获得的。
步骤S18中，所述圆柱状金属棒的中心在j扫描角度下在某一排检测器通道上的位置偏差Δpj是通过如下公式获得的：其中，为圆柱状金属棒的中心在j扫描角度下在某一排检测器通道上的理想位置，pj为圆柱状金属棒的中心在j扫描角度下在某一排检测器通道上的投影位置，Δxi为该排检测器通道上第i个检测器的位置偏差。
步骤S19中，所述某一排检测器通道的各检测器的位置偏差Δx通过如下公式获得：Δx＝A-1Δp，其中，Δx＝{Δxi}是所有Δxi组成的向量，Δxi为某排检测器通道上第i个检测器的位置偏差，Δp＝{Δpj}是所有扫描角度下的所有Δpj组成的向量，Δpj为圆柱状金属棒的中心在j扫描角度下在某排检测器通道上的位置偏差，矩阵A满足且 Fj、Dj均为对圆柱状金属棒在j扫描角度下在某排检测器通道上的投影值样条插值后得到的分段多项式，A-1表示对A的广义逆。
步骤S20中，所述某排检测器通道的各检测器准确位置xi′通过如下公式获得：xi′＝xi+Δxi，其中，xi为某排检测器上第i个检测器的初始位置，Δxi为某排检测器第i个检测器的位置偏差。
图4示出了按照本发明的CT检测器的位置校正方法获得的一排检测器通道的各检测器的位置偏差图。图5示出了采用本发明的方法获得的16排CT设备的各排检测器通道的各检测器的位置偏差图。
综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，不应以此限制本发明的范围，即凡是依本发明的权利要求书及本发明说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，均应仍属本发明专利涵盖的范围内。
Claims (8)
1.一种CT检测器位置校正方法，其特征在于，包括：
根据CT扫描设备获得在各扫描角度下各排检测器通道上各检测器的初始位置；
采用CT扫描设备对圆柱状金属棒进行偏心断层扫描获得圆柱状金属棒的中心在各个扫描角度下在各排检测器通道上的投影位置；
从圆柱状金属棒的中心在各个扫描角度下在各排检测器通道上的投影位置中取出圆柱状金属棒在某一扫描角度下在某排检测器通道上的投影值；
对圆柱状金属棒在某一扫描角度下在某排检测器通道上的投影值进行样条插值获得圆柱状金属棒在该扫描角度下在该排检测器通道上的投影值曲线；
根据圆柱状金属棒在该扫描角度下在该排检测器通道上的投影值曲线获得圆柱状金属棒的中心在该扫描角度下在该排检测器通道上的投影位置；
根据圆柱状金属棒的中心在该扫描角度下在该排检测器通道上的投影位置与圆柱状金属棒的中心在该扫描角度下在断层扫描的正弦图中的理想位置获得起始扫描角度、球管焦点到检测器模块的距离与圆柱状金属棒的中心到旋转中心的距离的比值、检测器中心通道位置；
根据起始扫描角度、球管焦点到检测器模块的距离与圆柱状金属棒的中心到旋转中心的距离的比值、检测器中心通道位置获得圆柱状金属棒的中心在该扫描角度下在断层扫描的正弦图中的理想位置；
根据圆柱状金属棒的中心在该扫描角度下的投影位置与圆柱状金属棒的中心在该扫描角度下在断层扫描正弦图上的理想位置获得圆柱状金属棒的中心在该扫描角度下的位置偏差；
根据圆柱状金属棒的中心在该扫描角度下的位置偏差获得该排检测器通道的各检测器的位置偏差；
根据该排检测器通道的各检测器的位置偏差与该排检测器通道的各检测器的初始位置获得该排检测器通道的各检测器的准确位置；
根据各排检测器通道的各检测器准确位置生成检测器位置校正表。
2.如权利要求1所述的CT检测器位置校正方法，其特征在于，所述圆柱状金属棒在j扫描角度下在某一排检测器通道上的投影值曲线为函数fij(τ)，其中，τ＝(x-xi)/(xi+1-xi)，x为某一排检测器通道上经样条插值的各检测器的位置，xi为某一排检测器通道上第i个检测器的初始位置，xi+1为某一排检测器通道上第i+1个检测器的初始位置，且fij(τ)满足：fij(0)＝yij，fij(1)＝yi+1，j，yij为圆柱状金属棒在第j扫描角度下在某一排检测器通道的第i个检测器上的投影位置，yi+1，j为圆柱状金属棒在第j扫描角度下在某一排检测器通道的第i+1个检测器上的投影位置。
3.如权利要求2所述的CT检测器位置校正方法，其特征在于，所述圆柱状金属棒的中心
在j扫描角度下在某一排检测器通道上的投影位置pj是通过解析如下公式获得的：
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其中，xi为在某一排检测器通道的第i个检
测器的初始位置，xi+1为在某一排检测器通道的第i+1个检测器的初始位置，fij(τ)为圆柱状
金属棒在j扫描角度下在某一排检测器通道上的投影值曲线。
4.如权利要求3所述的CT检测器位置校正方法，其特征在于，所述起始扫描角度θ0、焦点到 1
检测器模块的距离与该点到旋转中心的距离的比值RSDD/RPIN、检测器中心通道位置Pc是通过解
析如下公式获得的：其中，为圆柱状金属棒的中心在j扫
描角度下在断层扫描正弦图上的理想位置，且
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为第j个扫描角度，RSDD为球管焦点到检测器模块的距离，RPIN是圆柱状金属棒的中心到旋转
中心的距离，pj为圆柱状金属棒的中心在在j扫描角度下某一排检测器通道上的投影位置。
5.如权利要求4所述的CT检测器位置校正方法，其特征在于，所述圆柱状金属棒的中心
在j扫描角度下在断层扫描的正弦图中的理想位置通过解析如下公式获得的：
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其中，起始扫描角度θ0、焦点到检测器模块的
距离与该点到旋转中心的距离的比值RSDD/RPIN、检测器中心通道位置Pc是通过求解最小值获得的。
6.如权利要求5所述的CT检测器位置校正方法，其特征在于，所述圆柱状金属棒的中心在j扫描角度下在某一排检测器通道上的位置偏差Δpj是通过如下公式获得的：其中，为圆柱状金属棒的中心在j扫描角度下在某一排检测器通道上的理想位置，pj为圆柱状金属棒的中心在j扫描角度下在某一排检测器通道上的投影位置。
7.如权利要求6所述的CT检测器位置校正方法，其特征在于，所述某排检测器通道的各
检测器位置偏差Δx通过如下公式获得：Δx＝A-1Δp，其中，Δx＝{Δxi}是所有Δxi组成的
向量，Δxi为某排检测器通道上第i个检测器的位置偏差，Δp＝{Δpj}是所有扫描角度下的
所有Δpj组成的向量，Δpj为圆柱状金属棒的中心在j扫描角度下在某排检测器通道上的位
置偏差，矩阵A满足
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Fj、Dj均为对圆柱状金属棒在j扫描角度下在某排检测器通道上的
投影值样条插值后得到的分段多项式，A-1表示对A的广义逆。
8.如权利要求7所述的CT检测器位置校正方法，其特征在于，所述某排检测器通道的各检测器准确位置x′i通过如下公式获得：x′i＝xi+Δxi，其中，xi为某排检测器上第i个检测器的初始位置，Δxi为某排检测器上第i个检测器的位置偏差。
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