CN113812971B - 一种多自由度四维双能锥束ct成像系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多自由度四维双能锥束CT成像系统及方法，包括：采用包含多自由度机械臂和C型臂的自由移动单元来实现灵活扫描；通过引入反光标记物来跟踪被扫描物体的运动情况，以实现投影数据的运动区分，来实现四维锥束CT成像，同时来进行光学追踪计算获得在线的光学追踪误差，通过激光器与配合的传感器采集激光数据来计算离线的激光矫正数据，用光学追踪误差和激光矫正数据实现在线/离线几何修正；通过双能探测器采集双能投影数据以用于双能成像和低对比度分辨率的提升；采用图像处理单元，对重建图像进行后处理来实现重建图像的阴影伪影修正。

Description

一种多自由度四维双能锥束CT成像系统及方法

技术领域

本发明属于X射线成像技术领域，具体是涉及一种多自由度四维双能锥束CT成像系统及方法。

背景技术

如公开号为CN107115120A的专利申请公开了一种多自由度动物锥束CT成像系统，公开号为CN105167796A的专利申请公开了一种多功能锥束CT成像系统，当前的锥束CT成像中存在多种限制，包括：(1)由于扫描轨迹单一导致的扫描场景限制；(2)由于扫描时物体运动导致的图像中的运动伪影；(3)由于重建所需的几何参数不精确导致的几何伪影；(4)由于CT成像原理导致的软组织分辨率低；(5)由于锥束CT成像物理因素导致的阴影伪影等。

当锥束CT用于放射治疗图像引导时，上述问题导致的限制，将限制放射治疗剂量投放的精度，使得患者接收到额外的辐照剂量，且相应的治疗精度也受到影响。当前的锥束CT设备仅能解决上述问题中的一项或两项，难以全面的对锥束CT的成像性能进行提升。

发明内容

鉴于上述，本发明的目的是提供一种多自由度四维双能锥束CT成像系统及方法，以同时解决锥束CT所面临的扫描轨迹受限，四维锥束CT成像，离线/在线几何修正，低对比度分辨率提升和阴影伪影修正的问题。

为实现上述发明目的，本发明提供的技术方案为：

第一方面，实施例提供了一种多自由度四维双能锥束CT成像系统，包括自由移动单元、锥束CT成像单元、运动捕捉单元、激光校准单元、控制单元以及图像处理单元；

所述自由移动单元包括多自由度机械臂、被多自由度机械臂控制移动的C型臂；

所述锥束CT成像单元包括X射线光源、双能探测器，X射线光源安装在C型臂的一端，双能探测器安装在C型臂的另一端，X射线光源出射的X射线经过被扫描物体后由双能探测器采集接收，获得双能投影数据；

所述运动捕捉单元包括多个运动捕捉设备、多个反光标记物以及角度传感器，反光标记物设置在X射线光源、双能探测器以及被扫描物体上，运动捕捉设备设置在工作空间，用于采集反光标记物的位置信息，角度传感器用于采集C型臂的旋转角度；

所述激光校准单元包括激光器和传感器，激光器安装在X射线光源上，且出射激光线与X射线平行，传感器安装在C型臂的另一端，与双能探测器平行设置，激光器的出射激光线被传感器采集接收；

所述控制单元用于控制自由移动单元、锥束CT成像单元、运动捕捉单元、激光校准单元中各部件的工作；

所述图像处理单元用于依据运动捕捉设备采集的位置信息进行光学追踪计算获得在线的光学追踪误差，依据传感器采集的激光数据计算离线的激光矫正数据，依据运动捕捉设备采集的位置信息获得物体运动幅度信号，并依据物体运动幅度信号对双能投影数据分组后，对分组后投影数据依据旋转角度、光学追踪误差、激光矫正数据进行图像重建，然后进行重建图像的阴影伪影修正。

第二方面，实施例提供了一种多自由度四维双能锥束CT成像方法，所述方法利用第一方面所述的多自由度四维双能锥束CT成像系统，所述方法包括以下步骤：

步骤1，控制单元控制激光校准单元进行校准工作，以获得激光器的出射光斑在传感器上的位置变化量，即激光数据；

步骤2，控制单元控制自由移动单元和锥束CT成像单元进行成像工作，以采集双能投影数据，同时，控制单元控制运动捕捉单元工作进行捕捉工作，以采集反光标记物的位置信息和C型臂的旋转角度；

步骤3，图像处理单元依据采集的位置信息进行光学追踪计算获得在线的光学追踪误差，依据采集的激光数据计算离线的激光矫正数据，依据采集的位置信息获得物体运动幅度信号，并依据物体运动幅度信号对双能投影数据分组后，对分组后投影数据依据旋转角度、光学追踪误差、激光矫正数据进行图像重建，然后进行重建图像的阴影伪影修正。

上述实施例提供的技术方案，具有的有益效果至少包括：

针对锥束CT所面临的扫描轨迹受限问题，采用包含多自由度机械臂和C型臂的自由移动单元来实现灵活扫描；

针对离线/在线几何修正问题，采用运动捕捉单元和激光校准单元，通过引入反光标记物来跟踪被扫描物体的运动情况，以实现投影数据的运动区分，同时来进行光学追踪计算获得在线的光学追踪误差，通过激光器与配合的传感器采集激光数据来计算离线的激光矫正数据，该光学追踪误差和激光矫正数据实现离线/在线几何修正。

针对四维锥束CT成像和低对比度分辨率提升问题，采用锥束CT成像单元，通过双能探测器采集双能投影数据以用于双能成像，来实现四维锥束CT成像和低对比度分辨率的提升。

针对阴影伪影修正的问题，采用图像处理单元，对重建图像进行后处理来实现重建图像的阴影伪影修正。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1是一实施例提供的多自由度四维双能锥束CT成像系统的结构示意图；

图2是一实施例提供的锥束CT成像单元的成像原理图；

图3是一实施例提供的标定原理图，其中，(a)为X射线光源的标定原理图，(b)为双能探测器的标定原理图；

图4是一实施例提供的控制单元的结构示意图；

图5是一实施例提供的图像处理单元的锥束CT成像流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

为同时解决锥束CT所面临的扫描轨迹受限，四维锥束CT成像，离线/在线几何修正，低对比度分辨率提升和阴影伪影修正的问题。实施例提供了一种多自由度四维双能锥束CT成像系统的结构示意图。如图1所示，实施例提供的CT成像系统包括：自由移动单元、锥束CT成像单元、运动捕捉单元、激光校准单元、控制单元以及图像处理单元。

自由移动单元包括多自由度机械臂1和C型臂2，多自由度机械臂1受控制执行扫描运动，C型臂2与多自由度机械臂1连接，在多自由度机械臂1运动的带动下，也执行扫描运动，同时C型臂2作为支撑件用于固定锥束CT成像单元的成像组件。

多自由度机械臂1和C型臂2构成的自由移动单元可以完成空间中多种扫描轨迹的锥束CT扫描任务，根据多自由度机械臂1的各个关节的运动情况，可以主要分为两种运动模式：(1)单轴扫描模式，即仅多自由度机械臂1的第六轴运动，整个扫描轨迹以C型臂2的中心为旋转中心；(2)多轴联动扫描模式，即多个关节同时运动，使得C型臂2可以绕空间中某一点为中心进行圆周运动，如以扫描床8上的扫描物体7为旋转中心进行扫描。轨迹的规划使用多自由度机械臂1的规划工具进行，通过仿真和实际操作确定最优的扫描轨迹。

为了保证系统的平稳运行，多自由度机械臂1的额定负载满足以下条件：多自由度机械臂额定负载>1.5×(C型臂负载+锥束CT成像单元负载)；C型臂2的臂展长度满足以下条件：C型臂的臂展带动锥束CT成像单元的成像视野满足临床扫描的需求；且绕绕扫描物体7旋转时，不会与治疗床8或周边装置产生干涉。优选地，多自由度机械臂1可以采用六自由度机械臂。

锥束CT成像单元包括X射线光源4、双能探测器9，X射线光源4安装在C型臂的一端，双能探测器9安装在C型臂的另一端，X射线光源出射4的X射线经过被扫描物体后由双能探测器9采集接收，获得双能投影数据。

实施例中，C型臂2的两端设有的安装孔位，X射线光源4、双能探测器9通过安装孔位固定在C型臂2的两端，且保证X射线光源4的出射方向垂直于双能探测器9平面，且对准双能探测器9中心。

图2是一实施例提供的锥束CT成像单元的成像原理图。如图2所示，待扫描物体7位于X射线光源4、双能探测器9之间中间，由扫描床8承载，X射线光源4的出射X射线穿过待扫描物体7到达双能探测器9被接收。理想状态下的双能探测器9中心应与X射线光源4的中心在同一直线上，且X射线光源4垂直于双能探测器9平面，这样成像单元的视野(L2)由双能探测器9的尺寸L1，X射线光源4的焦点到旋转中心的距离L3，和X射线光源4焦点到双能探测器9表面的距离L4决定，计算公式为：

特别地，当双能探测器9的固有尺寸不满足成像视野的要求时，可以通过偏移双能探测器9增大扫描视野，当双能探测器9偏移距离为ΔL时，当前视野大小更新为：

为保证系统的平稳运行，X射线光源4满足如下条件：功率需要满足穿过扫描物体后有足够的光子数用于双能量投影数据获取；体积和负载满足多自由度机械臂和C型臂的设计要求。平板探测器9的尺寸和像素大小需要满足成像视野大于扫描物体尺寸的要求以及对扫描物体分辨率大小的要求。实施例中，锥束CT的X射线光源4需要满足80-140kVp的扫描电压和10mA左右的球管电流。双能探测器9采用双层板探测器，上层板获取低能投影图，下层板获取高能投影图。

运动捕捉单元包括多个运动捕捉设备6、多个反光标记物5以及角度传感器10，反光标记物5设置在X射线光源4、双能探测器9以及被扫描物体7上，运动捕捉设备6设置在工作空间，用于采集反光标记物5的位置信息，角度传感器10用于采集C型臂2的旋转角度。

为保证系统的平稳运行，运动捕捉设备6的布置需要满足：(1)运动捕捉设备通过标定可以获取反光标志物的位置信息，且获取的位置信息精度达到0.01mm左右；(2)视野需要覆盖整个锥束CT的工作路径，要求X射线光源、双能探测器设置至少三个非共线的反光标记物，采集至少三个非共线的反光标记物的位置信息用于确定光源位置，该光源位置用于计算光学追踪数据；要求被扫描物体上设置至少1个反光标记物，采用至少1个反光标记物的位置信息用于确定物体运动幅度信号。优选地，运动捕捉设备6采用光学相机。

在在工作空间确定后，运动捕捉设备6的设置位置和数量即可确定，且运动捕捉设备6一般固定在工作空间的墙壁上，运动捕捉设备6的布置需要满足锥束CT扫描时X射线源4和双能探测器9上的反光标志物5均能最少被三个运动捕捉设备捕捉到。运动捕捉设备位置确定后，需要用给定的标定装置，来标定运动捕捉单元的工作空间和识别精度。通常，标定装置由一种具有精确几何尺寸的载有反光标志物的支架组成。该支架可以用来确定工作空间的X，Y，Z三个方向，也就空间坐标系，以及各个运动捕捉设备在空间坐标系的相对位置，从而精准地获取每个反光标志物在空间坐标系的位置信息。

激光校准单元用于锥束CT设备的离线校准，包括激光器3和传感器11，激光器3安装在X射线光源4上，且出射激光线与X射线平行，传感器3安装在C型臂2的另一端，与双能探测器9平行设置，且传感器11的坐标轴定义方向与双能探测器9定义的坐标轴方向保持一致激光器3的出射激光线被传感器11采集接收，获得激光数据。该激光数据用于计算离线的激光矫正数据。在离线校准时，激光器3和传感器11之间无物体，以保证激光的光路通畅。主要测量运动过程中X射线光源相较于双能探测器的偏移。激光在传感器11中的位置以数字电压信号反馈给控制信息。实施例中，传感器11可以采用四象限传感器。

控制单元用于控制自由移动单元、锥束CT成像单元、运动捕捉单元、激光校准单元中各部件的工作。图4是一实施例提供的控制单元的结构示意图。如图4所示，实施例提供的控制单元包括上位机和单片机，其中，上位机用于发布命令和接收数据，单片机用于执行上位机的命令，单片机与X射线光源高压模块、平板探测器控制模块、角度传感器I/O模块、激光校准设备I/O模块以及运动捕捉设备I/O模块进行通讯，同时进行曝光、双能投影数据采集、旋转角度采集、激光数据采集、反光标志物的位置信息采集操作，并将采集数据传输给上位机。

图像处理单元用于依据运动捕捉设备采集的位置信息进行光学追踪计算获得在线的光学追踪误差，依据传感器采集的激光数据计算离线的激光矫正数据，依据运动捕捉设备采集的位置信息获得物体运动幅度信号，并依据物体运动幅度信号对双能投影数据分组后，对分组后投影数据依据旋转角度、光学追踪误差、激光矫正数据进行图像重建，然后进行重建图像的阴影伪影修正。

实施例中，依据运动捕捉设备采集的位置信息进行光学追踪计算获得在线的光学追踪误差，包括：

如图3中的(a)，至少三个非共线的反光标记物设置在X射线光源4的外壳固定位置，依据X射线光源上至少三个非共线的反光标记物的位置信息(M1(x1，y1，z1)，M2(x2，y2，z2)，M3(x3，y3，z3))确定光源坐标系，并计算光源坐标系相对于运动捕捉设备所处的空间坐标系的第一转换关系T1，在光源坐标系下，基于X射线光源的机械设计尺寸，确定X射线光源焦点相较于某个反光标记物(以MI点为例)的第一偏移位置信息(Δx，Δy，Δz)，确定光源焦点f的位置和X射线的正方向，依据第一转换关系、第一偏移位置信息以及某个反光标记物的位置信息可确定光源在运动捕捉设备所处的空间坐标系中的位置信息，以MI点为例为例，光源在运动捕捉设备所处的坐标系中的(x，y，z)＝(x1，y1，z1)+T1(Δx，Δy，Δz)。

如图3中的(b)，至少三个非共线的反光标记物设置在双能探测器9的外壳固定位置，依据双能探测器上至少三个非共线的反光标记物的位置信息确定双能探测器坐标系，并计算双能探测器坐标系相对于运动捕捉设备所处的空间坐标系的第二转换关系，在双能探测器坐标系下，基于探测器的机械设计尺寸，确定平板探测器中心点相较于某个反光标记物的第二偏移位置信息(Δx_n′，Δy_n′，Δz_n′)，依据第二转换关系T2、第二偏移位置信息以及双能探测器的4个边角点在空间坐标系的位置信息，确定4个边角点在运动捕捉设备所处的空间坐标系所处的位置信息，计算公式为：

(x_n′，y_n′，z_n′)＝(x1′_n，y1′_n，z1′_n)+T2(Δx_n′，Δy_n′，Δz_n′)，n＝1∶4

其中，n＝1∶4表示n取值为1-4，表示4个边角点，(x1_n′，y1_n′，z1_n′)表示1个反光标记物在运动捕捉设备所处的空间坐标系的位置信息，(x_n′，y_n′，z_n′)表示1个边角点在运动捕捉设备所处的空间坐标系的位置信息。

然后，依据4个边角点在运动捕捉设备所处的空间坐标系的位置信息确定双能探测器的中心位置和姿态信息：Δα，Δβ，Δγ，其中，Δα，Δβ，Δγ分别为双能探测器的俯仰角、偏航角和翻滚角。在投影采集时，针对每一帧采集到的双能投影数据，通过运动捕捉设备可以获得X射线光源和双能探测器相对理想位置(比如圆轨迹)的第一偏移位置信息和姿态偏移：(Δx，Δy，Δz，Δα，Δβ，Δγ)。即X射线光源的第一偏移位置信息、双能探测器的第一偏移位置信息以及双能探测器的姿态信息组成在线的光学追踪误差，该光学追踪误差用于图像重建时修正几何参数，获得动态的几何误差。

激光校准单元用于离线标定双能探测器的几何偏移。一般的，一套扫描流程确定后，机械臂可以重复地进行扫描和双能探测器采集，因此可以用离线状态(无扫描物体)下的校准数据校准在线状态下的几何参数。当双能探测器相对于X射线光源偏移时，激光器的出射光斑在传感器上的位置会发生变化，该变化直接反应双能探测器的相对偏移(Δx，Δy)，用于校正双能探测器的重建几何参数。基于此，实施例中，依据传感器采集的激光数据计算离线的激光矫正数据，包括：激光器的出射光斑在传感器上的位置变化量为双能探测器相对于X射线光源的相对偏移量，该相对偏移量作为离线的激光矫正数据。

考虑到离线标定的几何参数在实际扫描时存在的一定的误差，本系统的几何标定采用离线和在线相结合的方法。最终的每一帧投影图所对应的偏移和姿态调整，为离线和在线两种方式的加权求和，具体的权重由系统标定获得。即实施例中，光学追踪误差和激光矫正数据加权求和作为误差修正数据，依据该误差修正数据进行几何参数的修正，修正后的集合参数参与图像重建。误差修正数据计算公式为：

(a₁Δx₁+a₂Δx₂，a₁Δy₁+a₂Δy₂，Δz，Δα，Δβ，Δγ)

其中，(Δx₁，Δy₁)为激光校准单元获得的激光矫正数据，(Δx₂，Δy₂，Δz，Δα，Δβ，Δγ)为光学追踪单元获得的光学追踪误差。

实施例中，图像重建时采用FDK重建算法。同时采用基于深度神经网络构建的修正模型对重建图像进行阴影伪影修正。具体地，在在基于深度神经网络构建的修正模型时，通过扇束CT获得无伪影数据，通过蒙特卡罗方法模拟阴影伪影的生成，获得成对的含有阴影伪影和无伪影的CT图像作为样本数据，利用样本数据优化深度神经网络的参数，以得到具有修正阴影伪影的修正模型。其中，深度神经网络采用的结构包括但不限于U-net和生成对抗式网络。

图5是一实施例提供的图像处理单元的锥束CT成像流程图。如图5所示，图像处理单元的锥束CT成像过程包括：

(1)设定扫描路径，获取扫描路径下的双能投影数据；

(2)针对双能投影数据对应的物体运动幅度信号，将投影数据根据运动幅度分成N组，得到分组投影数据；

(3)根据激光校准数据和光学追踪误差获得误差修正数据，然后利用误差修正数据修正几何参数，得到修正后的几何参数；

(4)结合修正后的几何参数和旋转角度对分组投影数据进行FDK重建，以得到分组重建图像：

(5)利用修正模型对分组重建图像进行阴影伪影修正得到修正的分组重建图像：

(6)依据修正的分组重建图像得到两种能量下的四维CT图像，即四维双能CT图像；

(7)使用双能材料分解算法，可以对四维CT图像中的材料进行区分，包括骨骼、空气、肌肉等。材料分解算法包括但不限制于直接分解、字典学习、统计学习的方法。

实施例还提供了一种多自由度四维双能锥束CT成像方法，该方法利用上述多自由度四维双能锥束CT成像系统，该方法包括以下步骤：

步骤1，控制单元控制激光校准单元进行校准工作，以获得激光器的出射光斑在传感器上的位置变化量，即激光数据；

步骤2，控制单元控制自由移动单元和锥束CT成像单元进行成像工作，以采集双能投影数据，同时，控制单元控制运动捕捉单元工作进行捕捉工作，以采集反光标记物的位置信息和C型臂的旋转角度；

步骤3，图像处理单元依据采集的位置信息进行光学追踪计算获得在线的光学追踪误差，依据采集的激光数据计算离线的激光矫正数据，依据采集的位置信息获得物体运动幅度信号，并依据物体运动幅度信号对双能投影数据分组后，对分组后投影数据依据旋转角度、光学追踪误差、激光矫正数据进行图像重建，然后进行重建图像的阴影伪影修正。

上述实施例提供的CT成像系统和方法，具有扫描空间灵活、具备高度灵活的精准锥四维成像性能、具备双能CT成像性能的特点，方便集成于放疗设备中，获得高精度的放疗引导图像。针对锥束CT所面临的扫描轨迹受限问题，采用包含多自由度机械臂和C型臂的自由移动单元来实现多种运动轨迹的锥束CT灵活扫描。

上述实施例提供的CT成像系统和方法，针对离线/在线几何修正问题，采用运动捕捉单元和激光校准单元，通过引入反光标记物来跟踪被扫描物体的运动情况，以实现投影数据的运动区分，同时来进行光学追踪计算获得在线的光学追踪误差，通过激光器与配合的传感器采集激光数据来计算离线的激光矫正数据，该光学追踪误差和激光矫正数据实现离线/在线几何修正。

上述实施例提供的CT成像系统和方法，针对四维锥束CT成像和低对比度分辨率提升问题，采用锥束CT成像单元，通过双能探测器采集双能投影数据以用于双能成像，来实现四维锥束CT成像和低对比度分辨率的提升。

上述实施例提供的CT成像系统和方法，针对阴影伪影修正的问题，采用图像处理单元，对重建图像进行后处理来实现重建图像的阴影伪影修正。

以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种多自由度四维双能锥束CT成像系统，其特征在于，包括自由移动单元、锥束CT成像单元、运动捕捉单元、激光校准单元、控制单元以及图像处理单元；

所述自由移动单元包括多自由度机械臂、被多自由度机械臂控制移动的C型臂；

所述锥束CT成像单元包括X射线光源、双能探测器，X射线光源安装在C型臂的一端，双能探测器安装在C型臂的另一端，X射线光源出射的X射线经过被扫描物体后由双能探测器采集接收，获得双能投影数据；

所述运动捕捉单元包括多个运动捕捉设备、多个反光标记物以及角度传感器，反光标记物设置在X射线光源、双能探测器以及被扫描物体上，运动捕捉设备设置在工作空间，用于采集反光标记物的位置信息，角度传感器用于采集C型臂的旋转角度；

所述激光校准单元包括激光器和传感器，激光器安装在X射线光源上，且出射激光线与X射线平行，传感器安装在C型臂的另一端，与双能探测器平行设置，激光器的出射激光线被传感器采集接收；

所述控制单元用于控制自由移动单元、锥束CT成像单元、运动捕捉单元、激光校准单元中各部件的工作；

所述图像处理单元用于依据运动捕捉设备采集的位置信息进行光学追踪计算获得在线的光学追踪误差，依据传感器采集的激光数据计算离线的激光矫正数据，依据运动捕捉设备采集的位置信息获得物体运动幅度信号，并依据物体运动幅度信号对双能投影数据分组后，对分组后投影数据依据旋转角度、光学追踪误差、激光矫正数据进行图像重建，然后进行重建图像的阴影伪影修正；

其中，依据运动捕捉设备采集的位置信息进行光学追踪计算获得在线的光学追踪误差，包括：

依据X射线光源上至少三个非共线的反光标记物的位置信息确定光源坐标系，并计算光源坐标系相对于运动捕捉设备所处的空间坐标系的第一转换关系，在光源坐标系下，基于X射线光源的机械设计尺寸，确定X射线焦点相较于某个反光标记物的第一偏移位置信息，依据第一转换关系、第一偏移位置信息以及某个反光标记物的位置信息可确定X射线光源焦点在运动捕捉设备所处的空间坐标系中的位置信息；

依据双能探测器上至少三个非共线的反光标记物的位置信息确定双能探测器坐标系，并计算双能探测器坐标系相对于运动捕捉设备所处的空间坐标系的第二转换关系，在双能探测器坐标系下，基于双能探测器的机械设计，确定双能探测器中心点相较于某个反光标记物的第二偏移位置信息，依据第二转换关系、第二偏移位置信息以及双能探测器的4个边角点在空间坐标系的位置信息，确定4个边角点在运动捕捉设备所处的空间坐标系的位置信息，依据4个边角点在运动捕捉设备所处的空间坐标系的位置信息确定双能探测器的中心位置和姿态信息；

其中，X射线光源的第一偏移位置信息、双能探测器的第二偏移位置信息以及双能探测器的姿态信息组成在线的光学追踪误差；

所述依据传感器采集的激光数据计算离线的激光矫正数据，包括：

激光器的出射光斑在传感器上的位置变化量为双能探测器相对于X射线光源的相对偏移量，该相对偏移量作为离线的激光矫正数据；

所述光学追踪误差和所述激光矫正数据加权求和作为误差修正数据，依据该误差修正数据进行几何参数的修正，修正后的几何参数参与图像重建。

2.根据权利要求1所述的多自由度四维双能锥束CT成像系统，其特征在于，所述多自由度机械臂的额定负载满足以下条件：

多自由度机械臂额定负载>1.5×(C型臂负载+锥束CT成像单元负载)；

所述C型臂的臂展长度满足以下条件：

C型臂的臂展带动锥束CT成像单元的成像视野满足临床扫描的需求；

所述C型臂的两端设有的安装孔位，X射线光源、双能探测器通过安装孔位固定在C型臂的两端，且保证X射线光源的出射方向垂直于双能探测器平面，且对准双能探测器中心。

3.根据权利要求1所述的多自由度四维双能锥束CT成像系统，其特征在于，所述运动捕捉设备获取的位置信息精度达到0.01mm，所述X射线光源、双能探测器设置至少三个非共线的反光标记物，采集至少三个非共线的反光标记物的位置信息用于确定光源位置，该光源位置用于计算光学追踪数据；

被扫描物体上设置至少1个反光标记物，采用至少1个反光标记物的位置信息用于确定物体运动幅度信号。

4.根据权利要求1所述的多自由度四维双能锥束CT成像系统，其特征在于，图像重建时采用FDK重建算法。

5.根据权利要求1所述的多自由度四维双能锥束CT成像系统，其特征在于，采用基于深度神经网络构建的修正模型对重建图像进行阴影伪影修正。

6.根据权利要求5所述的多自由度四维双能锥束CT成像系统，其特征在于，在基于深度神经网络构建的修正模型时，通过扇束CT获得无伪影数据，通过蒙特卡罗方法模拟阴影伪影的生成，获得成对的含有阴影伪影和无伪影的CT图像作为样本数据，利用样本数据优化深度神经网络的参数，以得到具有修正阴影伪影的修正模型。

7.一种多自由度四维双能锥束CT成像方法，其特征在于，所述方法利用权利要求1-6任一项所述的多自由度四维双能锥束CT成像系统，所述方法包括以下步骤：

步骤1，控制单元控制激光校准单元进行校准工作，以获得激光器的出射光斑在传感器上的位置变化量，即激光数据；

步骤2，控制单元控制自由移动单元和锥束CT成像单元进行成像工作，以采集双能投影数据，同时，控制单元控制运动捕捉单元工作进行捕捉工作，以采集反光标记物的位置信息和C型臂的旋转角度；

步骤3，图像处理单元依据采集的位置信息进行光学追踪计算获得在线的光学追踪误差，依据采集的激光数据计算离线的激光矫正数据，依据采集的位置信息获得物体运动幅度信号，并依据物体运动幅度信号对双能投影数据分组后，对分组后投影数据依据旋转角度、光学追踪误差、激光矫正数据进行图像重建，然后进行重建图像的阴影伪影修正。