CN113587810A - 一种生成光源位置的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生成光源位置的方法和装置，该方法包括以下步骤：控制所述光源发光，所述光源所发出的光能够照射到所述多个标定物，且能够在所述平板探测器上形成与多个标定物一一对应的多个投影区域；控制所述平板探测器获取多个投影区域的三维坐标；基于多个标定物的三维坐标、以及多个投影区域的三维坐标，生成所述光源的三维坐标，其中，标定物的三维坐标、投影区域的三维坐标和光源的三维坐标均基于相同的三维坐标系。该方法能够确定光源的位置。

Description

一种生成光源位置的方法和装置
技术领域
本发明涉及医学影像领域，尤其涉及一种生成光源位置的方法和装置。
背景技术
基于平板探测器的层析摄影合成系统(Tomosynthesis)在医学图像领域具有广泛的应用，其与传统CT(Computed Tomography，电子计算机断层扫描)，CBCT(Cone beam CT，锥形束CT)等类似，其基本原理如图1所示，在使用时，光源1(例如，X射线球管等)会处于不同的位置(即图1中的位置A、位置B和位置C等)，且会每个位置都对物体(例如，患者的身体等)射出射线等，该平板探测器能够该物体的多个位置所对应的投影，于是，就可以根据投影数据和几何结构信息重建出该物体的原始的三维切片图像。相对于CT而言，层析摄影合成系统具有更低的剂量，相比于传统的DR(Digit Radiography，直接数字化X射线摄影)透视，层析摄影合成系统具有更高的图像质量和对比度等优点，此外，还具有结构简单，成本较低，诊断效果好的优点，使得这种设备具有广泛的应用价值。
这里，在重建出该物体的原始的三维切片图像的过程中，需要获知光源1和平板探测器的精确的三维坐标，在实际中，平板探测器通常都是固定，而光源1是运动的，可以理解的是，虽然预先规划好了光源1的三维坐标C1，但是由于机械误差、振动等影像，光源1的实际三维坐标C2与三维坐标C1之间是存在误差的，该误差会对三维切片图像产生影响。
因此，如何获取光源1的实际的三维坐标，就成为一个亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种生成光源位置的方法和装置。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种用于层析摄影合成系统的生成光源位置的方法，所述层析摄影合成系统包括：光源和平板探测器，所述光源位于平板探测器的上方，且能够做相对于平板探测器的运动，在光源和平板探测器之间设置有多个标定物，不同的标定物的位置不相同，且每个标定物相对于平板探测器的位置是固定的；包括以下步骤：控制所述光源发光，所述光源所发出的光能够照射到所述多个标定物，且能够在所述平板探测器上形成与多个标定物一一对应的多个投影区域；控制所述平板探测器获取多个投影区域的三维坐标；基于多个标定物的三维坐标、以及多个投影区域的三维坐标，生成所述光源的三维坐标，其中，标定物的三维坐标、投影区域的三维坐标和光源的三维坐标均基于相同的三维坐标系。
进一步地，所述“基于多个标定物的三维坐标、以及多个投影区域的三维坐标，生成所述光源的三维坐标”具体包括：基于多个标定物的三维坐标、以及多个投影区域的三维坐标，并使用线性拟合算法生成所述光源的三维坐标。
进一步地，所述多个标定物包括：分别固定于所述平板探测器的相对的两侧、且均排成一列的多个球体。
进一步地，所述“控制所述平板探测器获取多个投影区域的三维坐标”具体包括：控制所述平板探测器获取投影图片，基于所述投影图片、获取每个标定物所对应的多个投影区域的三维坐标。
进一步地，所述“基于所述投影图片、获取每个标定物所对应的多个投影区域的三维坐标”具体包括：使用动态范围压缩算法来提高所述投影图片的对比度，提取所述投影图片的边缘，对边缘进行膨胀处理；从所述投影图片获取每个标定物所对应的多个轮廓，基于轮廓获取每个标定物所对应的多个投影区域的三维坐标。
本发明实施例还提供了一种用于层析摄影合成系统的生成光源位置的装置，所述层析摄影合成系统包括：光源和平板探测器，所述光源位于平板探测器的上方，且能够做相对于平板探测器的运动，在光源和平板探测器之间设置有多个标定物，不同的标定物的位置不相同，且每个标定物相对于平板探测器的位置是固定的；包括以下模块：发光模块，用于控制所述光源发光，所述光源所发出的光能够照射到所述多个标定物，且能够在所述平板探测器上形成与多个标定物一一对应的多个投影区域；参数获取模块，用于控制所述平板探测器获取多个投影区域的三维坐标；控制模块，用于基于多个标定物的三维坐标、以及多个投影区域的三维坐标，生成所述光源的三维坐标，其中，标定物的三维坐标、投影区域的三维坐标和光源的三维坐标均基于相同的三维坐标系。
进一步地，所述控制模块还用于：基于多个标定物的三维坐标、以及多个投影区域的三维坐标，并使用线性拟合算法生成所述光源的三维坐标。
进一步地，所述多个标定物包括：分别固定于所述平板探测器的相对的两侧、且均排成一列的多个球体。
进一步地，所述参数获取模块还用于：
控制所述平板探测器获取投影图片，基于所述投影图片、获取每个标定物所对应的多个投影区域的三维坐标。
进一步地，所述参数获取模块还用于：使用动态范围压缩算法来提高所述投影图片的对比度，提取所述投影图片的边缘，对边缘进行膨胀处理；从所述投影图片获取每个标定物所对应的多个轮廓，基于轮廓获取每个标定物所对应的多个投影区域的三维坐标。
本发明实施例所提供的一种生成光源位置的方法和装置，所述方法包括：本发明公开了一种生成光源位置的方法和装置，该方法包括以下步骤：控制所述光源发光，所述光源所发出的光能够照射到所述多个标定物，且能够在所述平板探测器上形成与多个标定物一一对应的多个投影区域；控制所述平板探测器获取多个投影区域的三维坐标；基于多个标定物的三维坐标、以及多个投影区域的三维坐标，生成所述光源的三维坐标，其中，标定物的三维坐标、投影区域的三维坐标和光源的三维坐标均基于相同的三维坐标系。该方法能够确定光源的位置。
附图说明
图1为本发明中的层析摄影合成系统的原理图；
图2为本发明中的生成光源位置的方法的流程示意图；
图3为本发明的实验结果图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明再作进一步详细的说明。
本发明实施例一提供了一种用于层析摄影合成系统的生成光源位置的方法，所述层析摄影合成系统包括：光源1和平板探测器2，所述光源1位于平板探测器2的上方，且能够做相对于平板探测器2的运动，在光源1和平板探测器2之间设置有多个标定物3，不同的标定物3的位置不相同，且每个标定物3相对于平板探测器2的位置是固定的；这里，该标定物3相对于平板探测器2的位置是固定的，即相对于平板探测器2而言，每个标定物3的三维坐标是固定的；此外，标定物3的材料可以为钢铁。这里，标定物3可以位于平板探测器2的正上方，可以理解的是，在光源1照射标定物3时，如果照射角度不合适，则标定物3所形成的投影很有可能不位于平板探测器2上，而标定物3位于平板探测器2的正上方，则标定物3所形成的投影有较大的概率位于平板探测器2上。在实际使用中，人体通常位于平板探测器2的上表面，因此，为了不影响层析摄影合成系统的正常使用，该标定物3可以位于平板探测器2的外侧，例如，平板探测器2通常为一个方形板状物体，则可以在该板状物体的一个侧边设置有多个标定物3，也可以在两个侧边、三个侧边或四个侧边设置有多个标定物3，此外，还可以仅在两个相对的侧边均设置有标定物3。
该方法包括以下步骤：
步骤201：控制所述光源1发光，所述光源1所发出的光能够照射到所述多个标定物3，且能够在所述平板探测器2上形成与多个标定物3一一对应的多个投影区域21；这里，在实际使用中，会预先设定好光源1的若干预设位置，但是由于各种因素的影响，光源1的实际位置很有可能与预设位置不一致，此时，就需要执行该生成光源位置的方法，从而得到光源1的实际位置。可选的，该光源1射出的是X光。
步骤202：控制所述平板探测器2获取多个投影区域21的三维坐标；
步骤203：基于多个标定物3的三维坐标、以及多个投影区域21的三维坐标，生成所述光源1的三维坐标，其中，标定物3的三维坐标、投影区域21的三维坐标和光源1的三维坐标均基于相同的三维坐标系。
这里，如图3所示，对于一个标定物3而言，光源1、该标定物3和对应的投影区域21都始终位于同一条直线上，可以理解的是，通过至少两个标定物3，就可以获取到光源1的三维坐标，例如，建立一个三元一次方程组，然后求解。
当标定物3的数量≥3时，可以建立起多个三元一次方程组，然后分别求出光源1的多个可能三维坐标，可以理解的是，在实际中，由于误差的存在，该光源1的多个可能三维坐标有可能不一样，则可以将多个可能三维坐标的平均值作为该光源1的三维坐标，即取该多个可能三维坐标的X坐标的均值作为该三维坐标的X坐标；取该多个可能三维坐标的Y坐标的均值作为该三维坐标的Y坐标；取该多个可能的三维坐标的Z坐标的均值作为该三维坐标的Z坐标。此外，如果某个可能三维坐标与其他三维坐标之间的距离大于预设阀值，可以可以抛弃掉该可能三维坐标，或者发出错误警报等。当标定物3的数量≥3时，还可以使用线性拟合的方式来得到光源1的三维坐标。
这里，为了便于计算，需要首先确立一个三维坐标系，一般沿探测器平面建立坐标系。于是，该平板探测器2所处的平面的三维坐标是确定的，该平板探测器2中的每个点的三维坐标是确定的，进而该平板探测器2所获取到的图像中的每个像素点的三维坐标也是可以确定的，进而可以获得每个投影区域21的三维坐标。
这里，该标定物3可以固定于平板探测器2上，即该标定物3的坐标是确定的；此外，还可以在该方法执行之前，提前进行测量。
本发明实施例中，所述“基于多个标定物3的三维坐标、以及多个投影区域21的三维坐标，生成所述光源1的三维坐标”具体包括：
基于多个标定物3的三维坐标、以及多个投影区域21的三维坐标，并使用线性拟合算法生成所述光源1的三维坐标。
这里，由于光源1、标定物3、该标定物3对应的投影区域21都处于同一个直线上，于是可以得到一下方程组：
Figure BDA0003171717230000051
之后，可以通过线性拟合得到光源的三维坐标(X0,Y0,Z0)。
本实施例中，所述多个标定物3包括：分别固定于所述平板探测器2的相对的两侧、且均排成一列的多个球体。
本实施例中，所述“控制所述平板探测器2获取多个投影区域21的三维坐标”具体包括：
控制所述平板探测器2获取投影图片，基于所述投影图片、获取每个标定物3所对应的多个投影区域21的三维坐标。
本实施例中，所述“基于所述投影图片、获取每个标定物3所对应的多个投影区域21的三维坐标”具体包括：
使用动态范围压缩算法来提高所述投影图片的对比度，提取所述投影图片的边缘，对边缘进行膨胀处理；从所述投影图片获取每个标定物3所对应的多个轮廓，基于轮廓获取每个标定物3所对应的多个投影区域21的三维坐标。
这里，在实际中，由于平板探测器2所采集的投影图片中包含有空气的投影，使得投影图片有可能比较暗，不利于后续的处理，因此，可以首先使用动态范围压缩算法来提高该投影图片的对比度，然后，在提取该投影图片的边缘，之后对边缘进行膨胀，然后寻找椭圆投影的椭圆轮廓，可以理解的是，通过上述的方法可以得到每个标定物3对应的轮廓，进而，基于轮廓获取标定物3所对应的多个投影区域21的三维坐标
这里，图3示出了利用该生成光源位置的方法的一个实验结果，其中，真实X坐标、真实Y坐标和真实Z坐标是光源1的真实的三维坐标，生成X坐标、生成Y坐标和生成Z坐标是使用该生成光源位置的方法得到的光源1的三维坐标。
本实施例二提供了一种用于层析摄影合成系统的生成光源位置的装置，所述层析摄影合成系统包括：光源1和平板探测器2，所述光源1位于平板探测器2的上方，且能够做相对于平板探测器2的运动，在光源1和平板探测器2之间设置有多个标定物3，不同的标定物3的位置不相同，且每个标定物3相对于平板探测器2的位置是固定的；包括以下模块：
发光模块，用于控制所述光源1发光，所述光源1所发出的光能够照射到所述多个标定物3，且能够在所述平板探测器2上形成与多个标定物3一一对应的多个投影区域21；
参数获取模块，用于控制所述平板探测器2获取多个投影区域21的三维坐标；
控制模块，用于基于多个标定物3的三维坐标、以及多个投影区域21的三维坐标，生成所述光源1的三维坐标，其中，标定物3的三维坐标、投影区域21的三维坐标和光源1的三维坐标均基于相同的三维坐标系。
本实施例中，所述控制模块还用于：基于多个标定物3的三维坐标、以及多个投影区域21的三维坐标，并使用线性拟合算法生成所述光源1的三维坐标。
本实施例中，所述多个标定物3包括：分别固定于所述平板探测器2的相对的两侧、且均排成一列的多个球体。
本实施例中，所述参数获取模块还用于：控制所述平板探测器2获取投影图片，基于所述投影图片、获取每个标定物3所对应的多个投影区域21的三维坐标。
本实施例中，所述参数获取模块还用于：使用动态范围压缩算法来提高所述投影图片的对比度，提取所述投影图片的边缘，对边缘进行膨胀处理；从所述投影图片获取每个标定物3所对应的多个轮廓，基于轮廓获取每个标定物3所对应的多个投影区域21的三维坐标。
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揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于层析摄影合成系统的生成光源位置的方法，所述层析摄影合成系统包括：光源(1)和平板探测器(2)，所述光源(1)位于平板探测器(2)的上方，且能够做相对于平板探测器(2)的运动，在光源(1)和平板探测器(2)之间设置有多个标定物(3)，不同的标定物(3)的位置不相同，且每个标定物(3)相对于平板探测器(2)的位置是固定的；其特征在于，包括以下步骤：
控制所述光源(1)发光，所述光源(1)所发出的光能够照射到所述多个标定物(3)，且能够在所述平板探测器(2)上形成与多个标定物(3)一一对应的多个投影区域(21)；
控制所述平板探测器(2)获取多个投影区域(21)的三维坐标；
基于多个标定物(3)的三维坐标、以及多个投影区域(21)的三维坐标，生成所述光源(1)的三维坐标，其中，标定物(3)的三维坐标、投影区域(21)的三维坐标和光源(1)的三维坐标均基于相同的三维坐标系。
2.根据权利要求1所述的生成光源位置的方法，其特征在于，所述“基于多个标定物(3)的三维坐标、以及多个投影区域(21)的三维坐标，生成所述光源(1)的三维坐标”具体包括：
基于多个标定物(3)的三维坐标、以及多个投影区域(21)的三维坐标，并使用线性拟合算法生成所述光源(1)的三维坐标。
3.根据权利要求1所述的生成光源位置的方法，其特征在于，
所述多个标定物(3)包括：分别固定于所述平板探测器(2)的相对的两侧、且均排成一列的多个球体。
4.根据权利要求1所述的生成光源位置的方法，其特征在于，所述“控制所述平板探测器(2)获取多个投影区域(21)的三维坐标”具体包括：
控制所述平板探测器(2)获取投影图片，基于所述投影图片、获取每个标定物(3)所对应的多个投影区域(21)的三维坐标。
5.根据权利要求4所述的生成光源位置的方法，其特征在于，所述“基于所述投影图片、获取每个标定物(3)所对应的多个投影区域(21)的三维坐标”具体包括：
使用动态范围压缩算法来提高所述投影图片的对比度，提取所述投影图片的边缘，对边缘进行膨胀处理；从所述投影图片获取每个标定物(3)所对应的多个轮廓，基于轮廓获取每个标定物(3)所对应的多个投影区域(21)的三维坐标。
6.一种用于层析摄影合成系统的生成光源位置的装置，所述层析摄影合成系统包括：光源(1)和平板探测器(2)，所述光源(1)位于平板探测器(2)的上方，且能够做相对于平板探测器(2)的运动，在光源(1)和平板探测器(2)之间设置有多个标定物(3)，不同的标定物(3)的位置不相同，且每个标定物(3)相对于平板探测器(2)的位置是固定的；其特征在于，包括以下模块：
发光模块，用于控制所述光源(1)发光，所述光源(1)所发出的光能够照射到所述多个标定物(3)，且能够在所述平板探测器(2)上形成与多个标定物(3)一一对应的多个投影区域(21)；
参数获取模块，用于控制所述平板探测器(2)获取多个投影区域(21)的三维坐标；
控制模块，用于基于多个标定物(3)的三维坐标、以及多个投影区域(21)的三维坐标，生成所述光源(1)的三维坐标，其中，标定物(3)的三维坐标、投影区域(21)的三维坐标和光源(1)的三维坐标均基于相同的三维坐标系。
7.根据权利要求6所述的生成光源位置的装置，其特征在于，所述控制模块还用于：
基于多个标定物(3)的三维坐标、以及多个投影区域(21)的三维坐标，并使用线性拟合算法生成所述光源(1)的三维坐标。
8.根据权利要求6所述的生成光源位置的装置，其特征在于，
所述多个标定物(3)包括：分别固定于所述平板探测器(2)的相对的两侧、且均排成一列的多个球体。
9.根据权利要求6所述的生成光源位置的装置，其特征在于，所述参数获取模块还用于：
控制所述平板探测器(2)获取投影图片，基于所述投影图片、获取每个标定物(3)所对应的多个投影区域(21)的三维坐标。
10.根据权利要求9所述的生成光源位置的装置，其特征在于，所述参数获取模块还用于：
使用动态范围压缩算法来提高所述投影图片的对比度，提取所述投影图片的边缘，对边缘进行膨胀处理；从所述投影图片获取每个标定物(3)所对应的多个轮廓，基于轮廓获取每个标定物(3)所对应的多个投影区域(21)的三维坐标。
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