CN111248934A - 一种用于cbct系统机械校正的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于CBCT系统机械校正的方法及系统，所述方法包括：制作用于机械校正的模体；采集校正模体环形扫描的投影数据；获取单幅投影数据的标记物位置；获取所有投影数据中标记物的运动轨迹参数；计算该CBCT系统的机械参数。其中系统机械参数包括焦点在平板探测器上的垂直位置的横坐标和纵坐标、焦点到旋转中心的距离、焦点到平板探测器的距离、平板探测器的偏移角和扭转角。该发明使用简单的校正模体，通过系统算法获取到CBCT系统机械参数，实现机械校正，方法简单高效，可以消除因机械参数不精确导致的重建图像伪影。

Description

一种用于CBCT系统机械校正的方法及系统

技术领域

本发明涉及医疗成像技术，特别涉及一种用于CBCT系统机械校正的方法 及系统。

背景技术

锥形束计算机断层成像技术(Cone-Beam Computed Tomography,CBCT)一 般包括一组球管和高压、一个平板探测器和一个圆形旋转机架。其中，球管和 平板探测器附加在旋转机架上。CBCT成像原理是控制机架围绕物体进行旋转， 采集物体在多个角度下的投影数据，然后利用锥束投影重建算法进行三维重建， 获取物体的三维图像。

由于CBCT具有剂量小、层厚低、分辨率高的显著特点，目前被广泛应用 于医学诊断及治疗的领域当中。断层图像的图像质量对于提高病灶的检出率起 着极其关键的作用，而CBCT设备获取高质量的重建图像依赖于精确描述CBCT 系统机械模型的参数。若机械参数不精确，经过三维重建后的三维图像会有明 显的几何伪影，严重影响图像质量和诊断。获取精确的机械参数，是进行锥束 投影重建算法的很重要的基本步骤。

目前现有的获取精确的机械参数，有通过采用一个简单的模体进行先采集 后重建，根据重建目标伪影情况，重新调整模体位置，不断迭代循环，直到重 建图像中没有出现几何伪影为止，记录此时的位置和对应的参数。还有通过制 作一个非常精确的模体，通过多个金属球体作为标记物，标记物的排列和定位 要求较高，从而使模体制作成本较高，校正流程较复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于CBCT系统机械校正的方法及系统，在不需 要调节机械部分，采用简单的自制模体，获取到该CBCT系统机械参数，从而 将该机械参数应用到重建算法中，获取无机械伪影的三维图像。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种用于CBCT系统机械校正 的方法，包括以下步骤：

步骤1：制作机械校正模体；

步骤2：采集校正模体环形扫描的多幅投影数据；

步骤3：获取单幅投影数据的标记物位置；

步骤4：获取所有投影数据中标记物的运动轨迹参数；

步骤5：计算该CBCT系统的机械参数。

所述校正模体为低密度材质且能使得X线透射，表面或内部镶嵌有标记物， 标记物为若干个金属材质的球体，任意2个球体中心的距离在X射线视野中； 所述球体直径为5mm～10mm。

所述步骤2中采集校正模体环形扫描的多幅投影数据包括：将校正模体摆 放在照射野中；启动CBCT系统360°旋转，同步采集校正模体在不同旋转角度 下投影到平板探测器上的一组二维投影数据。

所述步骤3中获取单幅投影数据的标记物位置包括：

步骤3.1：对单幅投影数据进行二值化处理得到标记物二值图像；

步骤3.2：采用Sobel滤波器计算标记物二值图像的梯度图像；

步骤3.3：对梯度图像进行阈值分割，得到标记物梯度边缘图像；

步骤3.4：利用圆形霍夫变换进行拟合，获取标记物圆心坐标作为标记物位 置。

所述步骤4中获取所有投影数据中标记物的运动轨迹参数，包括：

步骤4.1：依次获取所有投影数据中的标记物位置并显示在同一幅图像数据 中，得到标记物的运动轨迹；

步骤4.2：利用矩阵除法计算获取标记物运动轨迹的质心坐标；

步骤4.3：对标记物运动轨迹进行椭圆方程非线性最小二乘拟合，获取标记 物运动轨迹的椭圆方程各个参数。

所述步骤4.2中利用矩阵除法计算获取标记物运动轨迹的质心坐标，包括：

步骤4.2.1：设定循环的判定次数i≤M满足公式如下：

依次获取M对标记物A的坐标点对：

和

其中，当前采集图像序号为i对应的旋转角度β_i，在N幅图像中找到旋转角 度为β_i+180°对应的图像，令序号记为j_i，则旋转角度

步骤4.2.2：利用矩阵除法计算M对标记物A的坐标点对

和

的质心坐标

计算公式如下：

同理，可以求出小球B运动轨迹的质心坐标

所述步骤4.3中对标记物运动轨迹进行椭圆方程非线性最小二乘拟合，获取 标记物运动轨迹的椭圆方程各个参数，包括：

步骤4.3.1：将标记物小球A、B对应的各个位置点坐标

进 行修正得到

步骤4.3.2：将修正后的标记物小球A对应的各个位置点坐标

写 入非标准椭圆方程为：

步骤4.3.3：采用非线性最小二乘拟合方法求解系数P_A1,P_A2,P_A3,P_A4,P_A5；同 理计算小球B对应椭圆方程的系数P_B1,P_B2,P_B3,P_B4,P_B5；

步骤4.3.4：将非标准椭圆方程改写成标准椭圆方程，得到小球A的标准椭 圆方程各个参数

同理计算小球B的标准椭圆方程各个参数

所述步骤5中计算该CBCT系统的机械参数，包括：

计算X射线放射源的球管焦点到平板探测器的距离；

计算平板探测器的偏移角；

计算焦点到平板探测器垂足的坐标；

计算球管焦点到系统旋转中心的距离。

一种用于CBCT系统机械校正的系统，包括：旋转机架、X射线放射源、 平板探测器、限束器、可调节床体、系统控制与驱动电机、图像处理设备、校 正模体；

可调节床体包括可调节支架和设置在其顶部的床体，床体上放置校正模体； X射线放射源和平板探测器相对设置在旋转机架上，限束器设置在X射线放射 源的放射线出口，旋转机架旋转从而带动X射线放射源、限束器、平板探测器 围绕床体上的校正模体作圆周运动；

系统控制与驱动电机发送脉冲控制旋转机架旋转、并控制X线曝光和平板 探测器采样的同步；图像处理设备连接平板探测器，存储有用于CBCT系统机 械校正的程序处理模块，程序处理模块采集平板探测器的探测数据以及计算得 到CBCT系统的机械参数并显示。

所述程序处理模块包括：

第一获取单元，用于获取校正模体的环形扫描的投影数据；

第二获取单元，获取单幅投影数据的标记物位置；

第一计算单元，获取所有投影数据中标记物的运动轨迹参数；

第二计算单元，计算该CBCT系统的机械参数。

所述第二获取单元包括：

图像分割单元，用于通过二维图像分割的方法，从单幅投影数据中分割出 标记物；

标记物中心位置计算单元，用于利用圆形霍夫变换Circular Hough Transform计算出标记物圆心坐标作为标记物位置。

所述第一计算单元包括：

标记物运动轨迹计算单元，用于对采集到的一组二维投影数据，计算得到 的标记物位置，在同一幅图像数据中显示出来，得到标记物的运动轨迹；

运动轨迹中心点计算单元，用于利用矩阵除法计算获取标记物运动轨迹的 质心坐标；

运动轨迹拟合单元，用于对标记物运动轨迹进行椭圆方程非线性最小二乘 拟合，获取椭圆方程的各个参数。

所述第二计算单元，包括：

计算SID单元，用于计算球管焦点到平板探测器的距离；

计算偏移角单元，用于计算平板探测器的偏移角；

计算垂足单元，用于计算X射线放射源的焦点到平坦探测器垂足的坐标；

平板探测器的垂足为平板探测器的中心位置；

计算SAD单元，用于计算焦点到系统旋转中心的距离。

本发明具有以下优点及有益效果：

1.本发明所述校正模体制作简单，不需要很高的精度要求；

2.本发明校正过程摆放位置没有苛刻要求，简单易操作；

3.本发明校正采集到的扫描投影数据量小，算法执行时间较短；

3.本发明获取的机械参数精确较高，不会在三维重建图像中引入几何伪影。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种成像系统的结构示意图；

图2为本申请实时例提供的一种校正模体的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的另一种校正模体的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的机械校正的校正流程图；

图5a为CBCT系统中表示机械系统参数的示意图；

图5b为平板探测器与系统中心线的角度偏差示意图；

图5c为平板探测器绕横轴u方向的偏差角度示意图；

图5d为平板探测器绕纵轴v方向的偏差角度示意图；

图6为本申请实施例提供的模体放置在系统中的位置示意图；

图7为采集到的校正模体单幅二维投影图像；

图8为获取到的单幅投影数据的标记物位置的示意图；

图9为标记物在所有投影数据的位置在一幅图像中的示意图；

图10为标记物运动轨迹质心计算流程图；

图11为标记物运动轨迹用椭圆方程拟合的结果示意图，其中，图11a和图 11b分别为标记物A和B的轨迹中心点位置和拟合的曲线图

图12为本申请实施例提供的的程序处理模块处理流程示意图；

图13为本申请实施例提供的一种成像系统的硬件连接示意图；

图14为通过该发明计算的机械参数，对一根放置在瓶子中的细丝进行三维 重建的图像，其中，图14a为实验装置示意图；图14b为实验装置三维重建横 断面图像；图14c为实验装置三维冠状面图像；图14d为实验装置三维矢状面 图像。

具体实施方式

这里将详细的对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。以下示例 性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反， 它们仅是与如所附权利要求汇中所陈述的、本申请的一些方面相一致的系统和 方法的例子。

在本申请中使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的，而非限制本申 请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该” 也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其它含义。还应当理解，本文中 使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能 组合。

尽管在本申请中采用术语第一、第二等来描述各种信息，但这些信息不应 限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实 施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。

针对本申请实施例中提供的一种用于CBCT成像系统的机械校正系统，可 参考图1、图13的示意图，该系统硬件结构一般包括以下几部分：

旋转机架10：用于支撑X线射线放射源、限束器和平板探测器；所述圆形 旋转机架，通过系统控制板与驱动电机，控制机架旋转，包括旋转速度、旋转 角度。

X射线放射源11：用于产生和放射X射线；平板探测器12：用于接收X射 线，并转换为二维数字图像；所述的附加在所述旋转机架上的X射线放射源和 平板探测器，分别安装在旋转中心的两端。X射线放射方向面向平板探测器正 面。X射线放射源焦点到平板探测器的垂足尽量接近平板探测器的中心位置。

限束器13：用于调节X射线的照射视野大小；

可调节床体14：用于支撑校正模体或临床物体，并可以上下前后移动调节；

系统控制与驱动电机15：用于发送脉冲控制机架旋转、曝光和采样的同步；

图像处理设备16：用于存储采集数据，并对数据进行处理并显示结果；

校正模体17：用于CBCT系统机械校正，放置在可调节床体上。

对可调节床体14进行调节，使其位于旋转中心附近位置，即位于限束器13 和平板探测器12之间，便于放置校正模体14，且需要保证机架10旋转时，不 会碰到可调节床体14边缘和校正模体17。

其中，旋转机架10、X射线放射源11、平板探测器12、限束器13、可调 节床体14、系统控制与驱动电机15均为现有技术。

本发明提供的一种用于CBCT系统机械校正的方法，流程如图4所示：

制作机械校正模体401；

采集校正模体环形扫描的投影数据402；

获取单幅投影数据的标记物位置403；

获取所有投影数据中标记物的运动轨迹参数404；

计算该CBCT系统的机械参数405。

这里需要对系统的坐标进行说明，如图5a所示，系统的旋转中心定义为坐 标原点o，坐标为(0,0,0)。按照“右手定则”，定义了立体空间中的三维坐标系， 参见图5a所示的，任意点三维坐标

其中

方向表示旋转方向上的 单位矢量，

分别表示满足“右手定则”的x方向的单位矢量和y方向的单位 矢量。平板探测器坐标系原点位于平板探测器左下角，坐标为(0,0)，

分别表示平板探测器的两个单位矢量，

表示横轴方向的单位矢量，

表示纵 轴方向的单位矢量。从理论上，

和

为一个方向，

和

为一个方向，但由 于机械安装的误差，

和

可能存在有角度差，

和

也可能存在角度差。该 些角度差会归结到平板探测器安装的角度偏差，可以分别参见图5b、5c、5d， 即平板探测器三个方向角度的偏差示意图，分别为平板探测器与系统中心线的 角度偏差η，平板探测器绕u方向的偏差角度σ，平板探测器绕v方向的偏差角 度

本实施例中的算法可以计算这些角度偏差。

步骤401：制作机械校正模体；

该模体采用低密度物体制成，对X线的通过性较好，且具有刚性不易老化 特点。模体底面平滑，侧面垂直于底面。可以为塑料材质。

标记物镶嵌在模体上，保证标记物中心点在模体的同一个平面上。为了能 够在二维扫描投影数据中识别出标记物，标记物采用高密度材质的金属物质。 其中一种实施例标记物采用两个金属小球，小球直径在5mm～10mm之间即可。 两个小球的中心点连线需在X射线野中，这里提供两种标记物镶嵌模体的示意 图，可参照图2和图3。

步骤402：采集校正模体环形扫描的投影数据；

首先，将床体14移动至限束器13和平板探测器12之间，床体高度要以机 架10旋转时不能碰到模体12和床体14为准，接近旋转中心，但无须精确接近 旋转中心，升降床体摆放位置见图1所示。

其次，将校正模体放置在升降床体上，打开限束器13内部的光源，观察并 保证模体在光野范围之内。

校正模体中的两个标记物，需要满足放置要求，一个标记物z方向坐标大 于0，另一个标记物z方向坐标小于0，放置位置可参照示意图6，且需要保证 两个标记物中心点不与z方向在同一水平线上。

然后，启动CBCT系统，保证旋转机架、X射线放射源、平板探测器、图 像处理设备均正常启动，使机架旋转360°，并同时获取校正模体在不同机架旋 转角度下的投影数据。该投影数据是通过平板探测器采集到的二维投影图像。

步骤403：获取单幅投影数据的标记物位置；

这里，设定机架旋转一周采集到的投影图像个数N，采集到的二维投影图 像下标分别为Idx＝1,2,...,N。由于模体采用的为两个标记物小球(为了更好的 区分这两个标记物小球，将靠近图像上方的小球定义为A，靠近图像下方的小 球定义为B)，所以获取到的单幅投影数据的标记物位置，即两个标记物小球中 心点在二维图像上的坐标，依次为

如图7所示，二维投影图像中包括校正模体成像，其中两个标记物小球由 于是高密度金属材质，在图像中灰度偏低，因此使用简单的灰度阈值分割就可 以将标记物小球从二维投影图像中分割出来，得到如图8所示的二值图像。由 于该实施例中采用给的标记物为球形小球，呈现在二维中为圆形，因此图8中 上方白色区域为分割出来的标记物A区域，下方白色区域为分割出来的标记物 B区域。

其次，针对二值图像中的标记物成像区域，二维形态上为两个实心圆。计 算实心圆所在的圆心坐标，则为两个标记物小球中心点在二维图像上的坐标。 一种计算方法采用圆形霍夫变换(Circular Hough Transform)检测圆心坐标。第一 步，采集Sobel滤波器计算二值图像的梯度图像；第二步，对梯度图像进行简单 阈值分割，分割出梯度图像中的梯度边缘所形成的的二值图像；最后，利用圆 形霍夫变换进行圆的拟合，获取到圆的方程，算得圆心坐标。由于利用圆形霍 夫变换是经典且广泛使用的算法，且不为本发明的主要创造内容，在此不展开 介绍。

最终，获得到的圆心坐标即为单幅投影数据的标记物位置，即第Idx幅二维 投影图像的标记物位置为

具体可参见图8中用“*”标记的 标记物A中心点和用“+”标记的标记物B中心点。遍历所有二维投影图像，得到 所有的标记物位置。

步骤404：获取所有投影数据中标记物的运动轨迹参数；

在该步骤中，标记物的运动轨迹参数，主要包括两方面计算：其一为运动 轨迹质心坐标计算；其二是运动轨迹椭圆方程拟合计算。两者计算不分先后顺 序。

将上一步骤获取到的所有投影数据中标记物的位置显示在一幅图像，如图9 所示，“*”点为标记物小球A的所有位置点，“+”点为标记物小球B的所有位置 点。根据理论推理和图9显示，标记物小球的运动轨迹为椭圆形。

其一的运动轨迹质心坐标计算，包括分别计算小球A和小球B运动轨迹的 质心坐标，分别表示为

和

质心是环形扫描校正模体时圆的中心， 即在旋转轴线上，该中心不同于椭圆运动轨迹中心，可以通过相距180°投影点 连线的交点来确定。为了更精确的计算质心坐标，不采用两条线的交点来确定。 小球A和B运动轨迹的质心坐标计算方法和公式类同，这里仅列出小球A的计 算方法和公式，流程图见图10。

步骤1001：根据当前扫描投影图像个数N，计算需要循环计算的个数M， 计算公式如下：

步骤1002：设定循环开始初始位置，i＝1，即采集投影图像的第一幅图像的 小球A的位置坐标

步骤1003：设定循环的判定条件，i≤M。该步骤和步骤1006配合使用， 构成所有参与计算质心的遍历条件。

步骤1004：根据目前采集图像序号为i对应的旋转角度β_i，在N中找到旋 转角度为β_i+180°对应的图像序号，记为j_i，即β_ji＝β_i+180°。则此时角度相 差180°的i和j_i对应的坐标分别为

和

步骤1005：根据序号为i的坐标点

和序号为j_i对应的坐标点

计算两者之间的关系值

并写成矩阵形式。

这里，令

则矩阵形式可以写为

步骤1006：令序号i++，即继续循环采集到的图像，重复步骤1003,1004 和1005，直到不满足步骤1003的要求。

步骤1007：利用矩阵除法计算质心坐标。执行到该步骤时，上述的矩阵可 以更完整，展开矩阵所示：

令

上述矩阵可以写为

EAB为M×2的矩阵，ECC为M×1的矩阵，此时可以求出

即利用矩阵除法，得到小球A运动轨迹的质心坐标

同理，可以求出小球B运动轨迹的质心坐标

其二的椭圆方程拟合计算，包括分别计算小球A和小球B运动轨迹的椭圆 拟合方程。

由于质心坐标理论上应该在旋转轴线上，即理论上满足

然而由于平板探测器在安装时不能保证精确安装，即平板探测器的u轴与旋转轴z不完全平行，存在一定夹角η，即平板探测器绕中心线旋转的角度，后续会影 响计算结果，需要先根据夹角η大小来校正小球A和小球B的运动轨迹。

夹角η的计算公式如下：

对小球A和小球B的运动轨迹位置点进行修正，修正公式如下：

则对于小球A和小球B运动轨迹位置点坐标修正后为：

在做椭圆方程拟合时，使用椭圆非标准方程形式如下：

x²+P₁xy+P₂y²+P₃x+P₄y+P₅＝0

将小球A对应的各个位置点坐标

写入椭圆非标准方程为：

采用非线性最小二乘拟合的方法求椭圆系数P_A1,P_A2,P_A3,P_A4,P_A5。

同样的方法，计算小球B对应椭圆方程的系数P_B1,P_B2,P_B3,P_B4,P_B5。对于非线性 最小二乘拟合法是基础数学方法，这里不展开说明。可参见图11，为椭圆拟合 方程绘制的曲线，其中图11a为标记物A轨迹中心点位置和拟合的曲线图，图 11b为标记物B轨迹中心点位置和拟合的曲线图。

将非标准椭圆方程改写为以下形式：

这个公式中

为椭圆中心点坐标，a,b,c为椭圆方程系数。为了更好的对应 该方程中参数和非标准椭圆方程中的参数，将该方程展开如下：

方程两边同时除以a，得到和非标准椭圆方程类似的形式：

已知参数P₁,P₂,P₃,P₄,P₅，求解参数

建立方程组如下：

将小球A对应的椭圆方程参数记录为

将小球B对应的椭圆方程参数记录为

步骤405：计算该CBCT系统的机械参数。

该步骤利用上述计算的两个椭圆方程参数和经修正的小球A和小球B的运 动轨迹位置点质心坐标进行机械参数计算。计算的机械参数包括：

计算球管焦点到平板探测器的距离SID；

平板探测器的偏移角

计算焦点到平面探测器垂足的坐标(u₀,v₀)；

计算焦点到系统旋转中心的距离SAD。

首先，计算球管焦点到平板探测器的距离(Source-to-Image Distance,SID)公式如下：

其中，a_A为步骤404中计算的小球A对应的椭圆方程的系数，pixelspacing表示 平面探测器像素大小，单位为mm，因此计算的SID单位也为mm。

其中，

即利用步骤404计算得到的小球A和小球B的椭圆拟合方程系数进行SID计算。

第二，计算平板探测器的偏移角

即平板探测器相对于Z方向偏移的角 度。

其中，D表示SID，函数sign(*)表示符号函数，对于本发明中的校正模体来说，

z_A＞0,z_B＜0

第三，计算焦点到平板探测器垂足的坐标(u₀,v₀)。

先利用修正后的椭圆方程计算垂足坐标

接着将

转换为(u₀,v₀)，公式如下：

第四，计算焦点到系统旋转中心的距离(Source-to-Axis Distance,SAD)。

根据以上计算过程，则算得该CBCT系统所有参与三维重建算法所需的参 数。

如图14所示，采用一个塑料瓶中垂直安装一根细金属丝，进行三维扫描重 建的结果，其中，图14a为实物图。利用本实例获取到的参数对扫描的实物进 行重建，得到三维图像，其中图14b为横断面图像，图14c为冠状面图像，图 14d为矢状面图像。本申请实施例中，对校正模体在机架旋转一周采集的投影图 像数据进行分析和计算，可以很好的得出系统机械参数，且参与重建运算时， 不会引入几何伪影。

本发明装置实施例中各模块及单元的工作方式与方法实施例中方法操作步 骤对应，该装置的实施可以通过软件实现，也可以通过硬件或软硬件结合的方 式实现，这里不再赘述。

本发明还提供一种图像处理设备，包括：处理器、用于存储处理器可执行 指令的存储器；其中处理器被配置为存储有用于CBCT系统机械校正的程序处 理模块，程序处理模块采集平板探测器12的探测数据以及计算得到CBCT系统 的机械参数并显示，如图12，包括：

第一获取单元，采集校正模体环形扫描的投影数据；

第二获取单元，获取单幅投影数据的标记物位置；

第一计算单元，获取所有投影数据中标记物的运动轨迹参数；

第二计算单元，计算该CBCT系统的机械参数。

本发明实施例中所述的模块和单元可以是或者也可以不是物理分开的，可 以根据实际的需要选择其中的部分或全部模块来达到本实施例方案的目的。按 照本发明的上述步骤，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下， 即可以理解并实施。

以上所述仅为本发明申请的较好实施例而已，并不用以限制本申请，凡在 本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在 本申请保护的范围内。

Claims (10)

1.一种用于CBCT系统机械校正的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：制作机械校正模体(17)；

步骤2：采集校正模体(17)环形扫描的多幅投影数据；

步骤3：获取单幅投影数据的标记物位置；

步骤4：获取所有投影数据中标记物的运动轨迹参数；

步骤5：计算该CBCT系统的机械参数。

2.按照权利要求1所述一种用于CBCT系统机械校正的方法，其特征在于所述校正模体(17)为低密度材质且能使得X线透射，表面或内部镶嵌有标记物，标记物为若干个金属材质的球体，任意2个球体中心的距离在X射线视野中；所述球体直径为5mm～10mm。

3.按照权利要求1所述一种用于CBCT系统机械校正的方法，其特征在于所述步骤2中采集校正模体环形扫描的多幅投影数据包括：

将校正模体(17)摆放在照射野中；启动CBCT系统360°旋转，同步采集校正模体(17)在不同旋转角度下投影到平板探测器(12)上的一组二维投影数据。

4.按照权利要求1所述一种用于CBCT系统机械校正的方法，其特征在于所述步骤3中获取单幅投影数据的标记物位置包括：

步骤3.1：对单幅投影数据进行二值化处理得到标记物二值图像；

步骤3.2：采用Sobel滤波器计算标记物二值图像的梯度图像；

步骤3.3：对梯度图像进行阈值分割，得到标记物梯度边缘图像；

步骤3.4：利用圆形霍夫变换进行拟合，获取标记物圆心坐标作为标记物位置。

5.按照权利要求1所述一种用于CBCT系统机械校正的方法，其特征在于所述步骤4中获取所有投影数据中标记物的运动轨迹参数，包括：

步骤4.1：依次获取所有投影数据中的标记物位置并显示在同一幅图像数据中，得到标记物的运动轨迹；

步骤4.2：利用矩阵除法计算获取标记物运动轨迹的质心坐标；

步骤4.3：对标记物运动轨迹进行椭圆方程非线性最小二乘拟合，获取标记物运动轨迹的椭圆方程各个参数。

6.按照权利要求5所述一种用于CBCT系统机械校正的方法，其特征在于所述步骤4.2中利用矩阵除法计算获取标记物运动轨迹的质心坐标，包括：

步骤4.2.1：设定循环的判定次数i≤M满足公式如下：

依次获取M对标记物A的坐标点对：

和

其中，当前采集图像序号为i对应的旋转角度β_i，在N幅图像中找到旋转角度为β_i+180°对应的图像，令序号记为j_i，则旋转角度β_ji＝β_i+180°；

步骤4.2.2：利用矩阵除法计算M对标记物A的坐标点对

和

的质心坐标

计算公式如下：

同理，可以求出小球B运动轨迹的质心坐标

7.按照权利要求5所述一种用于CBCT系统机械校正的方法，其特征在于所述步骤4.3中对标记物运动轨迹进行椭圆方程非线性最小二乘拟合，获取标记物运动轨迹的椭圆方程各个参数，包括：

步骤4.3.1：将标记物小球A、B对应的各个位置点坐标

进行修正得到

步骤4.3.2：将修正后的标记物小球A对应的各个位置点坐标

写入非标准椭圆方程为：

步骤4.3.3：采用非线性最小二乘拟合方法求解系数P_A1,P_A2,P_A3,P_A4,P_A5；同理计算小球B对应椭圆方程的系数P_B1,P_B2,P_B3,P_B4,P_B5；

步骤4.3.4：将非标准椭圆方程改写成标准椭圆方程，得到小球A的标准椭圆方程各个参数

a_A,b_A,c_A；同理计算小球B的标准椭圆方程各个参数

a_B,b_B,c_B。

8.按照权利要求1所述一种用于CBCT系统机械校正的方法，其特征在于所述步骤5中计算该CBCT系统的机械参数，包括：

计算X射线放射源(11)的球管焦点到平板探测器(12)的距离；

计算平板探测器的偏移角；

计算焦点到平板探测器垂足的坐标；

计算球管焦点到系统旋转中心的距离。

9.一种用于CBCT系统机械校正的系统，其特征在于，包括：旋转机架(10)、X射线放射源(11)、平板探测器(12)、限束器(13)、可调节床体(14)、系统控制与驱动电机(15)、图像处理设备(16)、校正模体(17)；

可调节床体(14)包括可调节支架和设置在其顶部的床体，床体上放置校正模体(17)；X射线放射源(11)和平板探测器(12)相对设置在旋转机架(10)上，限束器(13)设置在X射线放射源(11)的放射线出口，旋转机架(20)旋转从而带动X射线放射源(11)、限束器(13)、平板探测器(12)围绕床体上的校正模体(17)作圆周运动；

系统控制与驱动电机(15)发送脉冲控制旋转机架(10)旋转、并控制X线曝光和平板探测器(12)采样的同步；图像处理设备(16)连接平板探测器(12)，存储有用于CBCT系统机械校正的程序处理模块，程序处理模块采集平板探测器(12)的探测数据以及计算得到CBCT系统的机械参数并显示。

10.按照权利要求9所述一种用于CBCT系统机械校正的装置，其特征在于所述程序处理模块包括：

第一获取单元，用于获取校正模体的环形扫描的投影数据；

第二获取单元，获取单幅投影数据的标记物位置，利用圆形霍夫变换Circular HoughTransform计算出标记物圆心坐标作为标记物位置；

第一计算单元，获取所有投影数据中标记物的运动轨迹参数，计算标记物的质心位置和运动拟合的椭圆方程参数；

第二计算单元，计算该CBCT系统的机械参数，包括SID计算，偏移角计算，垂足计算，以及SAD计算。

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