CN1268290C - 通过ct机轴承间隙判别ct机图像空间分辨率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种医疗器械技术领域，CT机由于机械重心位置的位移，而轴承的偏移方向和偏移量发生变化，通过偏移方向建立几何模型、进行数学计算，并通过计算机程序计算出旋转中心的偏移量，此偏移量主要通过CT机轴承的间隙d来推出，采用相应的已知变量参数角速度ω、旋转周期T、重力加速度g、向心加速度a，再通过几何模型分别求出中心坐标偏移量，将偏移量送入计算机产生图像模体生数据，实现图像的重建，再和标准模体比较，给CT机图像空间分辨率的判定和机器部件轴承的选择提供有力的依据。

Description

通过CT机轴承间隙判别CT机图像空间分辨率的方法

技术领域

本发明涉及一种医疗器械技术领域，特别运用于CT机以判别空间分辨率的方法。

背景技术

螺旋CT机中使用的轴承由内外两个同心圆组成，中间嵌有滚珠，而滚珠并不是紧紧的贴在轴承的内外壁上，而是有一定的间隙，我们把它叫做轴承间隙用d来表示，正是由于这个间隙的存在导致轴承内外壁移动和挤压，使轴承向不同的方向偏移旋转中心，偏移的大小等于轴承间隙，此间隙是随机不断变化，在理论上，螺旋CT机的旋转中心和整个机器的重心应该是同一个点，而由于机械上的各种原因，这种要求是很难达到的，往往这两个中心是不能重合，按技术要求这两个中心偏移的距离不得超过10mm，当整个CT机旋转时，相当于机器绕旋转中心做圆周运动，一个物体要想实现圆周运动，必须有向心力的存在，此向心力是由重量和轴承内外壁在不同方向挤压产生的压力共同提供的，机器的重心旋转到不同的位置，轴承将向不同的方向偏移以提供足够的向心力。

目前，CT机由于机械结构复杂，精度误差等影响，使得旋转中心与机器重心偏移，甚至有时超过了机器允许限度，其结果，使得CT图像空间分辨率降低，严重的影响了图像效果，给精确的诊断带来不便。

发明内容

为解决以上CT机图像空间分辨率的判定，纠正诊断结果产生的误差，本发明的目的提供一种通过CT机轴承间隙来判别CT机图像空间分辨率的方法，具体采用几何模型，利用已知变量参数，通过数学模型、计算程序以实现用数据判别CT机空间机分辨率的好坏，或者用以选择CT机轴承精度做有力参照。

本发明技术方案是这样实现的：

CT机由于机械重心的位移，而轴承的偏移方向和偏移量发生变化，使CT机图像空间的分辨率降低，通过偏移方向建立几何模型、进行数学计算，并通过计算机控制程序就可求得CT机偏移的中心坐标，具体判别CT机图像空间分辨率方法由下列步骤组成：

步骤1

首先给定已知变量参数：

重心与旋转中心的距离r；

CT机旋转一周所需要的时间T；

角速度ω；

重量加速度g；

向心加速度α；

轴承间隙大小d；

步骤2

建立几何模型：当CT机的重心在y轴时，即和球管的起始方向相同。

其算法的数学表达式如下：设一个临时变量temp代表轴承偏移方向的物理量

ω＝2*π/T

α＝ω²r

temp²＝α²+g²-2*α*g*cos()

β＝+arcsin(g*sin()/temp)。

当知道了某个旋转角度下轴承的偏移方向，计算实际球管位置所采集到的物体实际的几何模型和计算方法，以求得旋转中心的偏移坐标，其计算参数矢量图(如图2所示)。

计算方法如下：

dx＝dcos(β+pi-pi/2)            (3)

dy＝dsin(β+pi-pi/2)            (4)

centerx＝centerx+dx             (5)

centery＝centery+dy             (6)

上式中的(3)，(4)，(5)，(6)步可以用平移和旋转公式直接得到：

centerxT＝centerx*cosα+(centery+d)*sinα

centeryT＝centerx*sinα+(centery+d)*cosα。

其中，图中中间的虚线圆是随着CT机的旋转，重心旋转的轨迹，在球管旋转过任何角度时，都可以求得轴承偏移方向和y轴所成的角度β；

绕坐标原点旋转α角度；

配重码盘半径R；

centerx、centery分别为原图像的中心坐标；

dx、dy是物体的平移分量；

centerxT、centeryT分别为经过平移和旋转过的中心坐标。

同时，可建立另一个几何模型：当CT机重心不在y轴，也就是它和球管的旋转角度不是在同一角度下而是成一定的角度，当设定它和球管的旋转角度成90度的时候，即CT机重心在x轴上(如图3所示)。

从图中可以看出它和第一种模型的差别就是偏移的角度差了90度，故可如下算出β。其算法的数学表达式如下：设一个临时变量temp代表轴承偏移方向的物理量

ω＝2*π/T

α＝ω²r

temp²＝α²+g²-2*α*g*cos(+pi/2)

β＝+pi/2+arcsin(g*sin(+pi/2)/temp)

在该模型下，由于球管旋转到角度时，轴承的偏移方向β从上面的模型中可以计算出来，相当于CT机的旋转中心沿偏移方向移动轴承间隙d的大小，但是如果在运算的过程中，对球管和监测器进行几何变换会很麻烦，故我们对物体进行相应的逆变换可以得到相同的效果。

求得轴承偏移的角度后仍然可以用上面模型的方法求得射线实际采得的投影数据。

整个程序的模拟过程是先定义不同半径的圆，然后模拟上述的模型进行正投影得到的数据再进行图像重建，观察其空间分辨率的变化(如图3所示)。

其计算过程按下列步骤进行：

步骤1：定义各圆的半径、中心位置和CT值(101)；

步骤2：判断所使用的几何模型(102)；

步骤3：轴承向固定方向偏移(103)或轴承偏移与球管位置的夹角固定(104)；

步骤4：计算向心力和重量的合力(105)，计算向心力和合力的夹角(106)；

计算合力与y轴正方向的夹角(轴承的偏移方向)(107)；

步骤5：对各个圆位置根据轴承的偏移方向进行相应的移动(108)；

步骤6：将各个圆沿轴承偏移方向进行平移(109)；

步骤7：再对它们进行相应角度的旋转(110)；

步骤8：按理论的投影方式对各个圆进行正投影得到生数据(111)；

步骤9：对生数据进行滤波反投影建像(112)；

步骤10：和已知标准模体作对比，做出CT机空间分辨率高低的判断。

附图说明

图1：为本发明机械重心在y轴时的计算参数矢量图；

图2：为本发明对物体的几何变换过程计算参数矢量图；

图3：为本发明机械重心在x轴时的计算参数矢量图；

图4：为本发明计算方法流程图；

图5：为本发明计算模型一般差值CT机分辨率模体样图；

图6：为本发明计算模型1/4差值CT机分辨率模体样图；

图7：为本发明计算模型一般差值CT机分辨率模体样图；

图8：为本发明计算模型1/4差值CT机分辨率模体样图。

图中：1轴承内径，2轴承外径，3配重码盘半径，4轴承偏移方向，5轴承偏移方向与y轴的角度β，6球管旋转过的角度，7重力方向，8向心力方向，9机器重心，10实际球管位置，11理论球管位置，12旋转的角度α。

本发明的优点：通过CT机轴承移动间隙和已知变量参数，用数学模型的推导和计算得出中心坐标偏移量，将偏移量送入计算机就可得出图像的重建再和标准模体比较，就确定CT机空间分辨率的高低，同时和选择CT机轴承精度提供有力的参考。

具体实施方式

本发明一种通过CT机轴承间隙判别CT机图像空间分辨率的方法，结合实施例加以说明。

第一步：在程序执行界面的option-setting fov对话框中输入建像视野(fov)、偏移角度(angle)、旋转速度(speed)、轴承间隙(offset)参数；

第二步：点击程序执行界面上的option-Modelspace产生图像模体生数据；

第三步：点击程序执行界面上的option-Reconstruct实现图像的重建；

第四步：观察所建立的图像看其分辨率能达到多少。

不断的改变步骤一中的offset和模型方式的参数，看其图像效果，其图像对比参看附图，从这些测试数据中可以为机械上轴承的设计或选择，提供一定的依据。

其中：

图5为计算模型1，一般插值，左：轴承间隙0.1，右：轴承间隙1CT机分辨率的模体图样；

图6为计算模型1，四分之一插值，左：轴承间隙0.1，右：轴承间隙1CT机分辨率的模体图样；

图7为计算模型1，一般插值，左：轴承间隙0.1，右：轴承间隙1CT机分辨率的模体图样；

图8为计算模型1，四分之一插值，左：轴承间隙0.1，右：轴承间隙1CT机分辨率的模体图样。

Claims (3)

1.一种通过CT机轴承间隙判别CT机图像空间分辨率的方法，CT机由于机械重心位移，而轴承的偏移方向和偏移量发生变化，使CT机图像空间分辨率降低，通过偏移方向建立几何模型、进行数学计算，并通过计算机控制程序就可求得CT机偏移中心坐标，  其特征在于判别CT机图像空间分辩率方法由下列步骤组成：

步骤1

首先给定已知变量参数：

重心与旋转中心的距离r；

CT机旋转一周所需要的时间T；

角速度ω；

重量加速度g；

向心加速度α；

轴承间隙大小d；

步骤2

建立几何模型：当CT机的重心在y轴时，即和球管的起始方向相同；

其算法的数学表达式如下：设一个临时变量temp代表轴承偏移方向的物理量

ω＝2*π/T

α＝ω²r

temp²＝α²+g²-2*α*g*cos()

β＝+arcsin(g*sin()/temp)

式中：β——轴承偏移方向与y轴的角度；——球管旋转过的角度；

当知道了某个旋转角度下轴承的偏移方向，计算实际球管位置所采集到的物体实际的几何模型和计算方法，以求得旋转中心的偏移坐标，计算方法如下：

dx＝dcos(β+pi-pi/2)           (3)

dy＝dsin(β+pi-pi/2)           (4)

centerx＝centerx+dx            (5)

centery＝centery+dy            (6)

式中：R——配重码盘半径；α——旋转的角度；

      dx、dy——物体在X、Y轴上的平移分量；

上式中的(3)，(4)，(5)，(6)步可以用平移和旋转公式直接得到：

centerxT＝centerx*cosα+(centery+d)*sinα

centeryT＝centerx*sinα+(centery+d)*cosα

centerxT、centeryT分别为经过平移和旋转过的中心坐标；

整个程序的模拟过程是先定义不同半径的圆，然后模拟上述的模型进行正投影得到的数据再进行图像重建，观察其空间分辨率的变化。

2.一种通过CT机轴承间隙判别CT机图像空间分辨率的方法，CT机由于机械重心位移，而轴承的偏移方向和偏移量发生变化，使CT机图像空间分辨率降低，通过偏移方向建立几何模型、进行数学计算，并通过计算机控制程序就可求得CT机偏移中心坐标，其特征在于判别CT机图像空间分辩率方法由下列步骤组成：

步骤1

首先给定已知变量参数：

重心与旋转中心的距离r；

CT机旋转一周所需要的时间T；

角速度ω；

重量加速度g；

向心加速度α；

轴承间隙大小d；

步骤2

建立几何模型：当设定它和球管的旋转角度成90度的时候，即CT机重心在x轴上；

其数学表达式如下：设一个临时变量temp代表轴承偏移方向的物理量

ω＝2*π/T

α＝ω²r

temp²＝α²+g²-2*α*g*cos(ω+pi/2)

β＝+pi/2+arcsin(g*sin(+pi/2)/temp)

式中：β——轴承偏移方向与y轴的角度；——球管旋转过的角度；

当知道了某个旋转角度下轴承的偏转方向，计算实际球管位置所采集到的物体实际的几何模型和计算方法：

dx＝dcos(β+pi-pi/2)            (3)

dy＝dsin(β+pi-pi/2)            (4)

centerx＝centerx+dx             (5)

centery＝centery+dy             (6)

式中：R——配重码盘半径；α——旋转的角度；

      dx、dy——物体在X、Y轴上的平移分量；

上式中的(3)，(4)，(5)，(6)步可以用平移和旋转公式直接得到：

centerxT＝centerx*cosα+(centery+d)*sinα

centeryT＝centerx*sinα+(centery+d)*cosα

centerxT、centeryT分别为经过平移和旋转过的中心坐标；

整个程序的模拟过程是先定义不同半径的圆，然后模拟上述的模型进行正投影得到的数据再进行图像重建，观察其空间分辨率的变化。

3.按权利要求1或2所述的通过CT机轴承间隙判别CT机图像空间分辨率的方法，其特征在于其计算过程按下列步骤进行：

步骤1：定义各圆的半径、中心位置和CT值；

步骤2：判断所使用的几何模型；

步骤3：轴承向固定方向偏移或轴承偏移与球管位置的夹角固定；

步骤4：计算向心力和重量的合力，计算向心力和合力的夹角；

       计算合力与y轴正方向的夹角，即轴承的偏移方向；

步骤5：对各个圆位置根据轴承的偏移方向进行相应的移动；

步骤6：将各个圆沿轴承偏移方向进行平移；

步骤7：再对它们进行相应角度的旋转；

步骤8：按理论的投影方式对各个圆进行正投影得到生数据；

步骤9：对生数据进行滤波反投影建像；

步骤10：和已知标准模体作对比，做出CT机空间分辨率高低的判断。

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