CN110236583B - 旋转平台锥形束ct系统、标定模体及标定方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种用于旋转平台锥形束CT系统的标定模体，包括具有中心点H’的正方形薄板ABCD，所述正方形薄板的顶点A、B、C、D处固定设置标记物；垂直设置于正方形薄板ABCD的等腰三角形薄板支架EHF，所述等腰三角形薄板支架的顶点E、H、F处固定设置标记物，所述顶点H和所述中心点H’重合布置，所述等腰三角形薄板支架EHF的底边EF和所述正方形薄板ABCD的底边AB相交于G，且AG＝BG＝EG＝FG。此外，本申请还公开了采用该标定模体的旋转平台锥形束CT系统及标定方法。该标定模体结构简单，易于制作。能够利用其获取重要参数探测器的偏移量ΔU、ΔV，探测器的旋转角度η，X射线源与探测器平面距离DSW和X射线源与等中心距离DSO。
Description
技术领域
本发明涉及旋转平台锥形束CT系统技术领域，特别涉及一种标定模体、采用该标定模体旋转平台锥形束CT系统及标定方法。
背景技术
如图1所示，现有的旋转平台锥形束CT系统由X射线球管、探测器和旋转平台组成。X射线球管和探测器位置固定，旋转平台可以围绕旋转轴旋转且可以上下运动。其中，点S为X射线球管焦点，点O为旋转平台锥形束CT系统的等中心点，点C为旋转平台端面的中心点，点W为探测器的中心点。球管锥束的中心射线SW通过等中心点O，垂直照射于探测器平面并与之交于点W。定义空间坐标系XYZ与平面坐标系UV。空间坐标系XYZ的原点在等中心点O处，坐标轴OY垂直于探测器平面UV并与之交于点W，坐标轴OX平行于探测器平面的WU坐标轴，坐标轴OZ平行于探测器平面的WV坐标轴，且OZ垂直于旋转平台端面并交于点C。
旋转平台工作时，“目标”放置于旋转平台上，X射线球管发射的X射线照射“目标”，探测器检测衰减后的X射线，生成“目标”的透视投影，旋转平台匀速旋转时，可以获取“目标”在不同角度位置的二维投影图像，进而通过三维重建算法，生成三维体积图像。
与传统CT相比，旋转平台锥形束CT系统具有更高的X射线利用率，更短的重建时间，更小的病人剂量以及满足特定要求的三维体积图像质量。旋转平台锥形束CT系统是直线加速器图像引导放疗，以及牙科CT等应用中的核心方案。但是受制于锥形束的影响，锥角较大时，受X射线散射等影响更大，图像质量比传统CT图像差，所以无法直接用于诊断，只能用于辅助治疗。
典型的锥形束CT系统由以下几个参数描述：
1)X射线源与探测器平面距离DSW；
2)X射线源与等中心距离DSO；
3)探测器偏移ΔU，ΔV；
4)探测器旋转角度η；
5)探测器倾斜角度α、β；
旋转平台锥形束CT系统重建时需要使用上述标定参数。其中，探测器偏移ΔU、ΔV与探测器旋转角度η对重建影像的影响比较大，剩余参数影响较小。上述参数的精度会直接影响重建图像质量的好坏，几何参数标定是旋转平台锥形束CT系统实现的关键步骤。
如图1所示，一般的旋转平台锥形束CT系统中，从机械设计上保证X射线锥形束中心通过等中心点O，然后与探测器交于W点，也就是通过机械设计和调节，使ΔU，ΔV与η趋近于0，用标尺测试DSW与DSO。该方法简单易于实现，但是X射线焦点在球管内部，无法准确用标尺测试DSW与DSO，存在参数不准确的问题。
发明内容
鉴于背景技术中存在的问题，本发明提供一种用于旋转平台锥形束CT系统的标定模体，包括：
具有中心点H’的正方形薄板ABCD，所述正方形薄板的顶点A、B、C、D处固定设置标记物；
垂直设置于正方形薄板ABCD的等腰三角形薄板支架EHF，所述等腰三角形薄板支架的顶点E、H、F处固定设置标记物，所述顶点H和所述中心点H’重合布置，所述等腰三角形薄板支架EHF的底边EF和所述正方形薄板ABCD的底边AB相交于G，且AG＝BG＝EG＝FG。
在本发明的一些实施方式中，所述标记物为钨球。
在本发明的一些实施方式中，所述钨球的直径为2mm。
本发明还提供了一种旋转平台锥形束CT系统，包括：
用于发射X射线锥形束的X射线球管；
表面呈圆形的用于承载照射目标物体的旋转平台，所述旋转平台的表面上标记有圆心J以及通过圆心J的相互垂直的十字线NM和PT；
用于接收经过目标物体衰减后的X射线以生成透视投影的探测器；以及
如上所述的标定模体。
在本发明的一些实施方式中，所述十字线NM、PT的宽度、所述正方形薄板ABCD的厚度、所述等腰三角形薄板支架EHF的厚度相同。
在本发明的一些实施方式中，所述十字线NM、PT的宽度、所述正方形薄板ABCD的厚度、所述等腰三角形薄板支架EHF的厚度为5mm。
此外，本发明还提供了一种旋转平台锥形束CT系统的标定方法，包括：
在用于承载照射目标物体的旋转平台的圆形表面上标记圆心J以及通过圆心J的相互垂直的十字线NM和PT；
提供一标定模体，所述标定模体具有中心点H’的正方形薄板ABCD，所述正方形薄板的顶点A、B、C、D处固定设置标记物，以及垂直设置于正方形薄板ABCD的等腰三角形薄板支架EHF，所述等腰三角形薄板支架的顶点E、H、F处固定设置标记物，所述顶点H和所述中心点H’重合布置，所述等腰三角形薄板支架EHF的底边EF和所述正方形薄板ABCD的底边AB相交于G，且AG＝BG＝EG＝FG＝L/2；
将所述标定模体放置于所述旋转平台的圆形表面上，使交点G和圆心J重合、底边AB和底边EF分别与十字线NM和PT重合；
以X射线球管发射X射线锥形束照射标定模体；
调整所述旋转平台的高度以及旋转角度，以使得探测器接收经过标记物衰减后的X射线所生成的透视投影A1B1C1D1，并使得A1B1＝B1C1＝C1D1＝A1D1；
以所述探测器的中心点W为原点建立坐标系UV，其中U为水平轴，V为竖直轴，处于顶点H的标记物在探测器表面成像H1，H1相对于探测器中心点W的偏移量即为探测器的偏移量ΔU和ΔV，投影C1D1与水平轴U的夹角即为探测器的旋转角度η；
在本发明的一些实施方式中，上述标定方法还包括步骤：
处于顶点E和F的标记物在探测器表面成像E1和F1，X射线源与探测器平面距离DSW＝2×E1H1×F1H1/(E1H1-F1H1)，X射线源与等中心距离DSO＝L/2×(E1H1+F1H1)/(E1H1-F1H1)。
在本发明的一些实施方式中，所述探测器平板像素分辨率为Pu×Pv，像素大小Su×Sv，H点处的标记物在探测器平面的投影H1点像素坐标(H1u，H1v)；则ΔU＝(H1u-Pu/2)×Su，ΔV＝(H1v-Pv/2)×Sv。
本发明提供的标定模体结构简单，易于制作。对现有技术中旋转平台锥形束CT系统的旋转平台表面加以刻线，就能够配合该标定模体在探测器平面投射出测试投影，进而根据该测试投影的形状获取锥形束CT系统的重要参数探测器的偏移量ΔU、ΔV，探测器的旋转角度η，X射线源与探测器平面距离DSW和X射线源与等中心距离DSO。
附图说明
图1为现有技术的旋转平台锥形束CT系统示意图；
图2为本发明一实施方式的标定模体示意图；
图3为本发明一实施方式的旋转平台锥形束CT系统示意图；
图4为本发明一实施方式的由Z向观察的锥形束CT系统示意图；
图5为本本发明一实施方式的标定模体在探测器平面的投影图；
图6为本本发明一实施方式的由X向观察的标定模体的光路投影图。
具体实施方式
为了使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对发明作进一步详细的说明。虽然附图中显示了本公开示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更便于透彻的理解本发明，并且能够将本发明的构思完整的传达给本领域人员。
如图2和图3所示，本发明的实施例提供了一种标定模体，其包括具有中心点H’的正方形薄板ABCD和垂直设置于正方形薄板ABCD的等腰三角形薄板支架EHF。正方形薄板的顶点A、B、C、D处固定设置标记物。等腰三角形薄板支架的顶点E、H、F处固定设置标记物，顶点H和所述中心点H’重合布置。等腰三角形薄板支架EHF的底边EF和正方形薄板ABCD的底边AB相交于G，且AG＝BG＝EG＝FG＝L/2。所述标记物为钨球，所述钨球的直径为2mm。
结合图4所示，本发明的实施例提供了一种旋转平台锥形束CT系统，包括用于发射X射线锥形束的X射线球管、表面呈圆形的用于承载照射目标物体的旋转平台以及上述标定模体。该旋转平台的表面上标记有圆心J以及通过圆心J的相互垂直的十字线NM和PT。
使用时，标定模体固定于旋转平台表面，正方形薄板的AB边和等腰三角形薄板支架的EF边分别与旋转平台表面的标刻线NM和PT重合。AB边与EF边的交点G刚好与旋转平台的表面圆心J点重合，即直线OG与旋转轴重合。在旋转平台的旋转过程中，AD||BC||WV。
进一步地，所述十字线NM、PT的宽度、所述正方形薄板ABCD的厚度、所述等腰三角形薄板支架EHF的厚度相同，均为5mm。
如图5所示，其为经X射线锥形束照射后的标定模体在探测器平面的投影图。以所述探测器的中心点W为原点建立坐标系UV，其中U为水平轴，V为竖直轴。通过分析，获知投影图像A1B1C1D1的形状跟旋转平台的旋转角度位置和旋转平台的高度有关，也就是说可以通过投影图像A1B1C1D1的形状来描述标定模体的位置。如图5所示的投影图像中，若A1B1＞C1D1，则标定模体的中心H点实际位置位于等中心O的下方。
调整旋转平台的高度，使投影中的A1B1＝C1D1，此时，A1D1||B1C1，分析可以得出，标定模体的中心点H与等中心点O重合；
调整旋转平台的角度，使投影A1B1＝B1C1＝C1D1＝A1D1，分析可以得出，标定模体正方形薄板ABCD平行于探测器平面，标定模体中心H点的投影H1相对于探测器中心点W的偏移量即为探测器的偏移量ΔU和ΔV，投影C1D1与水平轴U的夹角即为探测器的旋转角度η。
进一步地，若探测器平板像素分辨率为Pu×Pv，像素大小Su×Sv，H点处的标记物在探测器平面的投影H1点像素坐标(H1u，H1v)，则ΔU＝(H1u-Pu/2)×Su，ΔV＝(H1v-Pv/2)×Sv。
如图6所示，其为由X向观察的标定模体的光路投影图。处于顶点E和F的标记物在探测器表面成像E1和F1。其中EK⊥SH1，FI⊥SH1，由三角形关系可以得到：SK/SH1＝EK/E1H1；SI/SH1＝FI/F1H1。其中，SK＝DSO-L/2，SI＝DSO+L/2，SH1＝DSW，EK＝FI＝L/2，则：
X射线源与探测器平面距离DSW＝2×E1H1×F1H1/(E1H1-F1H1)；
X射线源与等中心距离DSO＝L/2×(E1H1+F1H1)/(E1H1-F1H1)。
由上述方法，获得探测器的偏移量ΔU和ΔV，探测器的旋转角度η，X射线源与探测器平面距离DSW以及X射线源与等中心距离DSO。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制性的。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，但本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种用于旋转平台锥形束CT系统的标定模体，其特征在于，包括：
具有中心点H’的正方形薄板ABCD，所述正方形薄板的顶点A、B、C、D处固定设置标记物；
垂直设置于正方形薄板ABCD的等腰三角形薄板支架EHF，所述等腰三角形薄板支架的顶点E、H、F处固定设置标记物，所述顶点H和所述中心点H’重合布置，所述等腰三角形薄板支架EHF的底边EF和所述正方形薄板ABCD的底边AB相交于G，且AG＝BG＝EG＝FG。
2.根据权利要求1所述的用于旋转平台锥形束CT系统的标定模体，其特征在于：所述标记物为钨球。
3.根据权利要求2所述的用于旋转平台锥形束CT系统的标定模体，其特征在于：所述钨球的直径为2mm。
4.一种旋转平台锥形束CT系统，其特征在于，包括：
用于发射X射线锥形束的X射线球管；
表面呈圆形的用于承载照射目标物体的旋转平台，所述旋转平台的表面上标记有圆心J以及通过圆心J的相互垂直的十字线NM和PT；
用于接收经过目标物体衰减后的X射线以生成透视投影的探测器；以及
如权利要求1～3中任一项所述的标定模体。
5.根据权利要求4所述的旋转平台锥形束CT系统，其特征在于：
所述十字线NM、PT的宽度、所述正方形薄板ABCD的厚度、所述等腰三角形薄板支架EHF的厚度相同。
6.根据权利要求5所述的旋转平台锥形束CT系统，其特征在于：
所述十字线NM、PT的宽度、所述正方形薄板ABCD的厚度、所述等腰三角形薄板支架EHF的厚度为5mm。
7.一种旋转平台锥形束CT系统的标定方法，其特征在于，包括：
在用于承载照射目标物体的旋转平台的圆形表面上标记圆心J以及通过圆心J的相互垂直的十字线NM和PT；
提供一标定模体，所述标定模体具有中心点H’的正方形薄板ABCD，所述正方形薄板的顶点A、B、C、D处固定设置标记物，以及垂直设置于正方形薄板ABCD的等腰三角形薄板支架EHF，所述等腰三角形薄板支架的顶点E、H、F处固定设置标记物，所述顶点H和所述中心点H’重合布置，所述等腰三角形薄板支架EHF的底边EF和所述正方形薄板ABCD的底边AB相交于G，且AG＝BG＝EG＝FG＝L/2；
将所述标定模体放置于所述旋转平台的圆形表面上，使交点G和圆心J重合、底边AB和底边EF分别与十字线NM和PT重合；
以X射线球管发射X射线锥形束照射标定模体；
调整所述旋转平台的高度以及旋转角度，以使得探测器接收经过标记物衰减后的X射线所生成的透视投影A1B1C1D1，并使得A1B1＝B1C1＝C1D1＝A1 D1；
以所述探测器的中心点W为原点建立坐标系UV，其中U为水平轴，V为竖直轴，处于顶点H的标记物在探测器表面成像H1，H1相对于探测器中心点W的偏移量即为探测器的偏移量ΔU和ΔV，投影C1D1与水平轴U的夹角即为探测器的旋转角度η。
8.根据权利要求7所述旋转平台锥形束CT系统的标定方法，其特征在于，包括步骤：
处于顶点E和F的标记物在探测器表面成像E1和F1，X射线源与探测器平面距离DSW＝2×E1H1×F1H1/(E1H1-F1H1)，X射线源与等中心距离DSO＝L/2×(E1H1+F1H1)/(E1H1-F1H1)。
9.根据权利要求7或8所述的旋转平台锥形束CT系统的标定方法，其中，所述探测器平板像素分辨率为Pu×Pv，像素大小Su×Sv，H点处的标记物在探测器平面的投影H1点像素坐标(H1u,H1v)；
则ΔU＝(H1u-Pu/2)×Su，ΔV＝(H1v-Pv/2)×Sv。
10.根据权利要求7所述的旋转平台锥形束CT系统的标定方法，其中，所述标记物为直径为2mm的钨球。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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