TWI708217B - 用於雙軸數位斷層合成造影系統的幾何校正方法及其系統 - Google Patents
用於雙軸數位斷層合成造影系統的幾何校正方法及其系統 Download PDFInfo
- Publication number
- TWI708217B TWI708217B TW108139239A TW108139239A TWI708217B TW I708217 B TWI708217 B TW I708217B TW 108139239 A TW108139239 A TW 108139239A TW 108139239 A TW108139239 A TW 108139239A TW I708217 B TWI708217 B TW I708217B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- prosthesis
- projection
- dimensional
- coordinate position
- geometric
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 41
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 title abstract description 5
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 42
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 63
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 35
- 239000003550 marker Substances 0.000 claims description 12
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 4
- 238000002601 radiography Methods 0.000 claims description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 210000000115 thoracic cavity Anatomy 0.000 description 7
- 210000001991 scapula Anatomy 0.000 description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 238000002591 computed tomography Methods 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 2
- 238000003325 tomography Methods 0.000 description 2
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000002583 angiography Methods 0.000 description 1
- 210000004204 blood vessel Anatomy 0.000 description 1
- 210000000481 breast Anatomy 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000002059 diagnostic imaging Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000003706 image smoothing Methods 0.000 description 1
- 238000012804 iterative process Methods 0.000 description 1
- 230000003902 lesion Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000002685 pulmonary effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000017105 transposition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
- A61B6/58—Testing, adjusting or calibrating thereof
- A61B6/582—Calibration
- A61B6/583—Calibration using calibration phantoms
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
- A61B6/02—Arrangements for diagnosis sequentially in different planes; Stereoscopic radiation diagnosis
- A61B6/025—Tomosynthesis
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
- A61B6/04—Positioning of patients; Tiltable beds or the like
- A61B6/0492—Positioning of patients; Tiltable beds or the like using markers or indicia for aiding patient positioning
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
- A61B6/52—Devices using data or image processing specially adapted for radiation diagnosis
- A61B6/5211—Devices using data or image processing specially adapted for radiation diagnosis involving processing of medical diagnostic data
- A61B6/5223—Devices using data or image processing specially adapted for radiation diagnosis involving processing of medical diagnostic data generating planar views from image data, e.g. extracting a coronal view from a 3D image
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
- A61B6/58—Testing, adjusting or calibrating thereof
- A61B6/582—Calibration
- A61B6/583—Calibration using calibration phantoms
- A61B6/584—Calibration using calibration phantoms determining position of components of the apparatus or device using images of the phantom
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
- A61B6/50—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment specially adapted for specific body parts; specially adapted for specific clinical applications
- A61B6/502—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment specially adapted for specific body parts; specially adapted for specific clinical applications for diagnosis of breast, i.e. mammography
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)
Abstract
一種用於雙軸數位斷層合成造影系統的幾何校正方法，包括以下步驟：提供校正假體；沿深度方向中，使校正假體中的第一板體之複數個標記點之三維座標位置不重疊於第二板體之複數個標記點之三維座標位置；藉由X光將校正假體投影至平面偵檢器，以獲得校正假體投影影像；利用標記點之三維座標位置與二維投影座標位置之轉換關係，建立造影系統相關之投影矩陣資訊；以及藉由投影矩陣資訊，以推算複數個幾何參數。此外，一種用於雙軸掃描幾何之數位胸腔斷層合成造影系統的幾何校正系統亦被提出。
Description
本發明是有關於一種用於雙軸數位斷層合成造影系統的幾何校正方法及其系統。
傳統數位斷層合成造影(Digital tomosynthesis，DTS)系統已經被廣泛用作各種醫學成像應用中的臨床診斷工具，例如數位乳房斷層合成與數位胸腔斷層合成造影。在DTS成像過程中，以有限的角度獲取物體的一系列投影影像。這些系統能夠以較低輻射劑量並能提供類似電腦斷層掃描(CT)之具三維(3D)資訊之影像。然而，傳統胸腔DTS的影像品質受到限制，是因其系統掃描機構為頭腳(Head-Feet，H-F)向的單軸掃描方向，即X光源沿著人體的頭部至腳部之掃描路徑。由於假影(如：Blurring-ripple，Ghost-distortion)影響，導致一些與掃描方向平行的結構模糊，換言之，傳統胸腔DTS會受限於單軸掃描方向的影響而導致部分結構並未能呈現較佳的影像品質。此時若增加左右(Left-Right，L-R)向的掃描配合既有的頭腳向的掃描，即稱雙軸掃描方向造影，似乎是可解決上述問題，其中左右向的掃描為X光源沿著人體的左側至右側之掃描路徑。
然而，相對於單軸掃描幾何結構而言，為了達成雙軸掃描運動模式，運動機構幾何誤差的情況是比單軸掃描幾何結構更加複雜。對於單軸掃描幾何機構而言，在掃描過程中只發生一個軸的運動，即使系統在
單軸掃描幾何結構中具有軸的偏移，但各掃描位置相對不變的情況下，對於重建影像的影響僅為物體在影像上的偏移而已，並不會在影像上產生假影。然而，對於具有雙軸掃描幾何的系統，如第1圖所示，偵檢器的偵測接收範圍R中，頭腳向掃描軸A1的中心點與左右向掃描軸A2的中心點兩者必須重合，(如雙軸掃描中心點重合位置PO所示)，且頭腳向掃描軸A1與左右向掃描軸A2相互垂直，換言之，一旦只要頭腳向掃描軸A1的中心點與左右向掃描軸A2的中心點沒有重合即產生軸的偏移；或者頭腳向掃描軸A1的中心點與左右向掃描軸A2並未相互垂直，即產生軸的傾斜。對於具有雙軸掃描幾何的斷層合成造影系統來說，任何幾何誤差的狀況(軸的偏移或軸的傾斜)，都會導致重建影像上的假影產生。
因此，如何改良並能提供一種『用於雙軸數位斷層合成造影系統的幾何校正方法及其系統』來避免上述所遭遇到的問題，係業界所待解決之課題。
本發明提供一種用於雙軸數位斷層合成造影系統的幾何校正方法及其系統，來降低雙軸掃描幾何誤差所造成影像上的假影。
本發明之一實施例提供一種用於雙軸數位斷層合成造影系統的幾何校正方法，包括以下步驟：提供一校正假體，其中校正假體包括一第一板體、一第二板體以及複數個標記點，第一板體與第二板體沿一深度方向相隔一深度距離，複數個標記點設置於第一板體與第二板體；沿深度方向中，使第一板體之複數個標記點之三維座標位置不重疊於第二板體之複數個標記點之三維座標位置；藉由一X光將校正假體投影至一平面偵檢器，以獲得一校正假體投影影像，其中各標記點之三維座標位置對應之該平面偵檢器之二維投影座標位置；利用各標記點之三維座標位置與各二
維投影座標位置之轉換關係，建立一造影系統相關之投影矩陣資訊；以及藉由投影矩陣資訊，以推算複數個幾何參數。
本發明之另一實施例提供一種用於雙軸數位斷層合成造影系統的幾何校正系統，包括一平面偵檢器、一光源以及一校正假體。光源用以發射一X光。校正假體包括一第一板體、一第二板體以及複數個標記點，該第一板體與該第二板體沿一深度方向相隔一深度距離，複數個標記點分別設置於第一板體與第二板體，且沿深度方向中，第一板體之複數個標記點之三維座標位置不重疊於第二板體之複數個標記點之三維座標位置。校正假體經X光投影至該平面偵檢器，以獲得一校正假體投影影像，各標記點之三維座標位置對應之平面偵檢器之二維投影座標位置。利用各標記點之三維座標位置與各二維投影座標位置之轉換關係，建立一造影系統相關之投影矩陣資訊。藉由投影矩陣資訊，以推算複數個幾何參數。
基於上述，在本發明之用於雙軸數位斷層合成造影系統的幾何校正方法及其系統中，克服傳統幾何校正方法與裝置無法用於雙軸掃描幾何造影系統的限制，此方法是以投影矩陣法為基礎，藉由已知校正假體標記點位置與其投影位置關係性，來推算足夠代表雙軸數位斷層合成造影系統幾何之造影系統的幾何參數。
再者，本發明所提出的幾何校正假體，其上下板體之標記點經特殊設計交錯排列，可解決具有雙軸掃描幾何之數位斷層合成系統，幾何校正造影的過程中標記點重疊的問題，克服傳統校正假體設計無法用於雙軸掃描造影系統上的限制。
為讓本發明能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
100:用於雙軸數位斷層合成造影系統的幾何校正系統
11:第一板體
12:第二板體
13:連接元件
A1、A3:頭腳向掃描軸
A2、A4:左右向掃描軸
D:深度距離
PO:雙軸掃描中心點重合位置
X11、X12:標記點
L:深度方向
R:偵測接收範圍
IR:平面偵檢器
OB:幾何校正假體
SID:投影距離
SO:光源
S10:用於雙軸數位斷層合成造影系統的幾何校正方法
S11~S15:步驟
θ x:平面偵檢器傾斜角度
θ y:平面偵檢器傾斜角度
θ z:平面偵檢器傾斜角度
第1圖為雙軸掃描的示意圖。
第2圖為本發明之用於雙軸數位斷層合成造影系統的幾何校正系統的示意圖。
第3圖為本發明之幾何校正假體的一實施例的示意圖。
第4圖為本發明之用於雙軸數位斷層合成造影系統的幾何校正方法的流程圖。
第5A圖為肩胛骨邊緣之原始雙軸胸腔斷層合成影像的示意圖。
第5B圖為運用本發明之幾何校正方法後的肩胛骨邊緣的雙軸胸腔斷層合成影像的示意圖。
第5C圖為橫膈膜交界原始之雙軸胸腔斷層合成影像的示意圖。
第5D圖為運用本發明之幾何校正方法後的橫膈膜交界的雙軸胸腔斷層合成影像的示意圖。
以下結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式作進一步描述。以下實施例僅用於更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此限制本發明的保護範圍。
需說明的是，在各個實施例的說明中，當一元件被描述是在另一元件之「上方/上」或「下方/下」，係指直接地或間接地在該另一元件之上或之下的情況，其可能包含設置於其間的其他元件；所謂的「直接地」係指其間並未設置其他中介元件。「上方/上」或「下方/下」等的描述係以圖式為基準進行說明，但亦包含其他可能的方向轉變。所謂的「第一」、「第二」、「第三」、及「第四」係用以描述不同的元件，這些元件並不因為此類謂辭而受到限制。為了說明上的便利和明確，圖式中各元
件的厚度或尺寸，係以誇張或省略或概略的方式表示，且各元件的尺寸並未完全為其實際的尺寸。
第2圖為本發明之用於雙軸數位斷層合成造影系統的幾何校正系統的示意圖。請參閱第2圖。本實施例之用於雙軸數位斷層合成造影系統的幾何校正系統100包括光源(source)SO、幾何校正假體OB以及平面偵檢器(detector)IR，幾何校正假體OB(處於三維座標系X,Y,Z)位於光源SO與平面偵檢器IR(處於二維座標系U,V)之間，X光源SO用以發射X光，光源SO可執行頭腳向掃描軸A3與左右向掃描軸A4。
幾何校正假體OB如第3圖，幾何校正假體OB包括一第一板體11、一第二板體12以及複數個標記點X11、X12，其中第一板體11與第二板體12可為壓克力板，第一板體11與第二板體12之間藉由一連接元件13連接，使得第一板體11與第二板體12之間沿著一深度方向L具有一深度距離D。第一板體11上設置複數個標記點X11，第二板體12上設置複數個標記點X12，其中標記點X11、X12可為鋼珠或其他金屬等對X光射線為高衰減之物質。此外，沿著深度方向L中，第一板體11之複數個標記點X11之三維座標位置不重疊於第二板體12之複數個標記點X12之三維座標位置，且標記點X11與標記點X12相互交錯，這樣子的設計可以避免各個標記點X11、X12在雙軸掃描X光投影過程中，第一板體11之標記點X11與第二板體12之標記點X12投影至平面偵檢器IR產生重疊的現象。
第4圖為本發明之用於雙軸數位斷層合成造影系統的幾何校正方法的流程圖。請參閱第1圖至第4圖。本實施例之用於雙軸數位斷層合成造影系統的幾何校正方法S10，包括以下步驟S11至步驟S15。步驟S11，如第3圖所示提供幾何校正假體OB，幾何校正假體OB包括第一板體11、第二板體12以及複數個標記點X11、X12，第一板體11與第二板體12沿深度
方向L相隔一深度距離D，標記點X11設置於第一板體11，標記點X12設置於第二板體12。如此一來，幾何校正假體OB內的每個標記點X11、X12具有對應之三維座標位置(x,y,z)。接著，進行步驟S12，沿深度方向L中，使第一板體11之複數個標記點X11之三維座標位置不重疊於第二板體12之複數個標記點X12之三維座標位置。如第3圖所示，第一板體11之複數個標記點X11於深度方向L上不會與第二板體12之複數個標記點X12相重疊，且標記點X11與標記點X12相互交錯。
接著，進行步驟S13，藉由X光將幾何校正假體OB投影至一平面偵檢器IR，以獲得一校正假體投影影像。詳細而言，幾何校正假體OB投置於平面偵檢器IR上，光源SO用以發射X光，對幾何校正假體OB進行X光成像，獲得校正假體投影影像。所述藉由X光將幾何校正假體OB投影至平面偵檢器IR的步驟中，包括以下步驟：計算各標記點X11、X12投影至平面偵檢器IR之校正假體投影影像之重心位置，以得到各標記點之二維投影座標位置，也就是說，將各標記點X11、X12投影至校正假體投影影像中，計算校正假體投影影像中每個標記點之重心位置，作為標記點之二維投影座標位置(u,v)。在一實施例中，對幾何校正假體OB之校正假體投影影像進行影像前處理，影像前處理包含：影像平滑化(Smoothing)、影像二值化(Thresholding)等習用影像處理技術，以利更精準且快速獲取上述標記點X11、X12之二維投影座標位置。
在本實施例中，X光將幾何校正假體OB投影至平面偵檢器IR，平面偵檢器IR係為二維度平面，也就是幾何校正假體OB內的標記點X11、X12之三維座標位置(x,y,z)投影至平面偵檢器IR的二維投影座標位置(u,v)，其中各標記點X11、X12之三維座標位置(x,y,z)對應之平面偵檢器IR之二維投影座標位置(u,v)。接著，進行步驟S14，利用各標記X11、
X12之三維座標位置(x,y,z)與其二維投影座標位置(u,v)之轉換關係，建立造影系統投影矩陣關係式，如下方程式(1)：w[u,v,1] T =P[x,y,z,1] T (1)
上述方程式(1)中，投影矩陣資訊P為3x4的投影矩陣(projection matrix)，w為距離加權因子(distance weighting factor)，無單位，用於匹配標記點所屬之三維座標系(X,Y,Z)與其投影二維座標系(U,V)關係，T為轉置矩陣，而幾何校正假體OB上的各標記點X11、X12為預先設計好的，故幾何校正假體OB的各標記點X11、X12之三維座標位置(x,y,z)為已知，且幾何校正假體OB經X光投影後至平面偵檢器IR上，故平面偵檢器IR上對應標記點X11、X12的二維投影座標(u,v)也經由計算重心座標後得知，因此，可藉由方程式(1)推算出投影矩陣資訊P。並且，如第3圖所示，由於第一板體11之複數個標記點X11之三維座標位置不重疊於第二板體12之複數個標記點X12之三維座標位置，可以避免各個標記點X11、X12在雙軸斷層合成掃描過程中，第一板體11之標記點X11與第二板體12之標記點X12投影至平面偵檢器IR產生重疊的現象。
因此，由方程式(1)、幾何校正假體OB內標記點X11、X12之三維座標位置(x,y,z)、標記點X11、X12投影至平面偵檢器IR平面的二維投影座標位置(u,v)，可以得到投影矩陣資訊P。接著，進行步驟S15，藉由投影矩陣資訊P，以推算複數個幾何參數，而投影矩陣資訊P進一步可被分解為方程式(2)：P=K[R][t] (2)
在方程式(2)中，K為3x3的固有矩陣(intrinsic matrix)資訊，R為3x3的旋轉矩陣(rotation matrix)資訊，t為3x1的平移向量(translation vector)資訊。而固有矩陣資訊K可表示如方程式(3)：
上述方程式(3)中，SID為投影距離，其指光源SO至平面偵檢器IR表面的距離(如第2圖)，Pu與Pv為平面偵檢器IR中的像素高度與寬度，u0與v0為光源SO中心射束垂直入射平面偵檢器IR分別沿方向u及v的座標位置。
在方程式(2)中，旋轉矩陣資訊R可表示如方程式(4)：
上述方程式(4)中，尤拉角(θ x,θ y,θ z)表示平面偵檢器IR分別繞幾何校正假體OB(待測物)座標系(XYZ軸)的傾斜(旋轉)角度。
在方程式(2)中，平移向量資訊t可表示如方程式(5)：t=[t x ,t y ,t z ] T (5)
在方程式(5)中，tx,ty,tz表示幾何校正假體OB(待測物)系統與光源SO座標系統的偏移量。
在步驟S14中，為了進一步提升投影矩陣資訊P計算數值的準確度，包括以下步驟：藉由計算得知之投影矩陣資訊P以及各標記點X11、X12之該維座標位置(x,y,z)，並利用方程式(1)推估一標記點之座標位置(ui(P),vi(P))。接著，利用一非線性最小平方法(nonlinear least-squares method)，以降低藉由投影矩陣計算出之標記點之二維投影座標位置(ui(P),vi(P))，與藉由投影影像計算出之標記點之二維投影座標位置(ui,vi)之間的差值。利用非線性最小平方法，投影矩陣資訊P會隨著迭代的過程縮小兩個
位置的差距而收斂，進而獲取最佳的投影矩陣資訊P，上述過程可藉由萊文貝格-馬夸特方法(Levenberg-Marquradt algorithm)來實現，目標函數(objective function)如方程式(6)：
在方程式(6)中，(ui,vi)為標記點X11、X12之二維投影座標位置，(ui(P),vi(P))為利用投影矩陣資訊P計算出的標記點投影座標位置，N為標記點數量，此迭代式初始值可帶入利用直接線性轉換法(direct linear transformation，DLT)所計算出來的投影矩陣資訊P，如方程式(1)。
由上述可知，本實施例藉由上述計算獲得投影矩陣資訊P、固有矩陣資訊K與旋轉矩陣資訊R，而造影系統的幾何參數可藉由後續關係式導出。首先是光源SO中心射束垂直入射平面偵檢器IR沿方向u及方向v的座標(u0,v0)可由方程式(3)固有矩陣資訊K導出，如方程式(7)：u0=K13；v0=K23。其次為光源SO至偵檢器IR表面的距離(SID)亦可由方程式(3)固有矩陣資訊K導出，如方程式(8)：SID=K11Pu=K12Pv。
再者為平面偵檢器IR繞幾何校正假體OB(待測物)座標系(XYZ軸)旋轉傾斜量(θx,θy,θz)則可由方程式(4)旋轉矩陣導出，如方程式(9)、方程式(10)、方程式(11)：θx=arctan(R 32,R 33) (9)；θy=arctan(-R 31) (10)；θz=arctan(R 21,R 11) (11)
最後為光源SO之三維座標位置S=[Sx,Sy,Sz,1]T則可利用投影矩陣資訊P與方程式(12)的限制關係導出。
PS=0 (12)
由此可知，利用本發明提出的方法，利用一次造影得到的校
正假體投影影像便可得到一組幾何參數，包含光源SO中心射束入射平面偵檢器IR中心的偏移量(u0,v0)、光源SO至平面偵檢器IR表面的距離(SID)、平面偵檢器IR傾斜角度(θx,θy,θz)以及光源位置(Sx,Sy,Sz)等參數。
利用上述流程所得到的幾何參數，可以將具有雙軸掃描幾何的斷層合成造影系統完整掃描軌跡繪製出來，並用於評估雙軸(指頭腳向(H-F)掃描軸與左右向(L-R)掃描軸)中心點位置是否重合，雙軸(指頭腳向(H-F)掃描軸與左右向(L-R)掃描軸)之傾斜角是否過大等等幾何誤差，其中頭腳向掃描軸A1的中心點與左右向掃描軸A2並未相互垂直即產生雙軸之傾斜而具有一傾斜角。舉例而言，頭腳向(H-F)掃描軸之掃描行程為-300mm至+300mm(共擷取61張投影影像)，左右向(L-R)掃描軸之掃描行程為-150mm至+150mm(共擷取31張投影影像)，倘若雙軸掃描的各運動軸中心點並沒有重合，如此會造成重建影像產生假影。如評估結果，運動機構之幾何誤差超過系統容許範圍，我們可以將上述幾何參數回饋代入影像重建演算法，修正系統幾何矩陣後，獲得經過幾何校正的重建影像，以改善重建影像之品質。舉例而言，如第5A圖所示在肩胛骨(scapula)邊緣與第5C圖所示橫膈膜(diaphragm)交界均可目視明顯的模糊錯位現象，肺血管也變得模糊不清(如箭頭所指處)，但若運用本實施例分析結果的幾何參數回饋代入影像重建演算法，修正系統幾何矩陣後，經幾何校正後的雙軸胸腔斷層合成影像如第5B圖與第5D圖所示，由影像中可以清楚的觀察到上述的情形均被明顯的改善，如此一來，可以協助醫師更精確地診斷病灶，提升醫療品質。
綜上所述，在本發明之用於雙軸掃描幾何之數位胸腔斷層合成造影系統的幾何校正方法及其系統中，克服傳統幾何校正方法與裝置無法用於雙軸掃描幾何造影系統的限制，此方法是以投影矩陣法為基礎，藉
由已知校正假體標記點位置與其投影位置關係性，來推算足夠代表雙軸數位斷層合成造影系統幾何之造影系統的幾何參數。
再者，本發明所提出的幾何校正假體，其上下板體之標記點經特殊設計與優化，可解決具有雙軸掃描幾何之數位斷層合成系統，幾何校正造影的過程中標記點重疊的問題，克服傳統校正假體設計無法用於雙軸掃描造影系統上的限制。
最後，本發明不僅可用於雙軸掃描的數位斷層合成造影系統，亦可用於傳統單軸掃描造影系統、電腦斷層掃描系統，以及其他三維有限角度掃描系統等，均可利用本發明來降低系統幾何誤差，去除假影，提升影像品質。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
S10:用於雙軸數位斷層合成造影系統的幾何校正方法
S11~S15:步驟
Claims (4)
- 一種用於雙軸數位斷層合成造影系統的幾何校正方法，包括以下步驟：提供一校正假體，其中該校正假體包括一第一板體、一第二板體以及複數個標記點，該第一板體與該第二板體沿一深度方向相隔一深度距離，該複數個標記點設置於該第一板體與該第二板體；沿該深度方向中，使該第一板體之該複數個標記點之三維座標位置不重疊於該第二板體之該複數個標記點之三維座標位置；藉由一X光將該校正假體投影至一平面偵檢器，以獲得一校正假體投影影像，其中各該標記點之三維座標位置對應之該平面偵檢器之二維投影座標位置；利用各該標記點之三維座標位置與各該二維投影座標位置之轉換關係，建立一造影系統相關之一投影矩陣資訊；以及藉由該投影矩陣資訊，以推算複數個幾何參數。
- 如申請專利範圍第1項所述之用於雙軸數位斷層合成造影系統的幾何校正方法，其中所述藉由該X光將該校正假體投影至該平面偵檢器的步驟中，包括以下步驟：計算該校正假體投影影像中各該標記點投影之重心位置，以得到各該二維投影座標位置。
- 如申請專利範圍第1項所述之用於雙軸數位斷層合成造影系統的幾何校正方法，其中建立該造影系統相關之該投影矩陣資訊的步驟之後，包括以下步驟：藉由該投影矩陣資訊以及各該標記點之該三維座標位置，以推估一座標位置；以及 利用一非線性最小平方法，以降低藉由該校正假體投影影像之各該二維投影座標位置與該座標位置之間的差值。
- 一種用於雙軸數位斷層合成造影系統的幾何校正系統，包括：一平面偵檢器；一光源，用以發射一X光；以及一幾何校正假體，包括一第一板體、一第二板體以及複數個標記點，該第一板體與該第二板體沿一深度方向相隔一深度距離，該複數個標記點分別設置於該第一板體與該第二板體，且沿該深度方向中，該第一板體之該複數個標記點之三維座標位置不重疊於該第二板體之該複數個標記點之三維座標位置；其中該校正假體經該X光投影至該平面偵檢器，以獲得一校正假體投影影像，各該標記點之三維座標位置對應之該平面偵檢器之二維投影座標位置；利用各該標記點之三維座標位置與各該二維投影座標位置之轉換關係，建立一造影系統相關之一投影矩陣資訊；及藉由該投影矩陣資訊，以推算複數個幾何參數。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW108139239A TWI708217B (zh) | 2019-10-30 | 2019-10-30 | 用於雙軸數位斷層合成造影系統的幾何校正方法及其系統 |
| JP2020018386A JP6821839B1 (ja) | 2019-10-30 | 2020-02-05 | 二軸デジタルトモシンセシスシステムに用いられる幾何学的補正方法及びそのシステム |
| US16/795,682 US10925572B1 (en) | 2019-10-30 | 2020-02-20 | Geometric calibration method and system for dual axis digital tomosynthesis |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW108139239A TWI708217B (zh) | 2019-10-30 | 2019-10-30 | 用於雙軸數位斷層合成造影系統的幾何校正方法及其系統 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TWI708217B true TWI708217B (zh) | 2020-10-21 |
| TW202117669A TW202117669A (zh) | 2021-05-01 |
Family
ID=74093973
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW108139239A TWI708217B (zh) | 2019-10-30 | 2019-10-30 | 用於雙軸數位斷層合成造影系統的幾何校正方法及其系統 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10925572B1 (zh) |
| JP (1) | JP6821839B1 (zh) |
| TW (1) | TWI708217B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116359257A (zh) * | 2021-12-27 | 2023-06-30 | 同方威视技术股份有限公司 | 标定组件、标定模体及标定方法 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW201616448A (zh) * | 2014-10-30 | 2016-05-01 | 行政院原子能委員會核能研究所 | 三維成像的投影方法 |
| US20170238897A1 (en) * | 2016-02-19 | 2017-08-24 | The Johns Hopkins University | Self-calibrating projection geometry for volumetric image reconstruction |
| JP2017225506A (ja) * | 2016-06-20 | 2017-12-28 | キヤノン株式会社 | 放射線撮影装置、放射線撮影方法 |
| TWI613998B (zh) * | 2016-12-23 | 2018-02-11 | 行政院原子能委員會核能硏究所 | 斷層合成影像邊緣假影抑制方法 |
| WO2018170366A1 (en) * | 2017-03-16 | 2018-09-20 | The Johns Hopkins University | Geometric calibration for cone beam ct using line fiducials |
| US20180333131A1 (en) * | 2017-05-17 | 2018-11-22 | Carestream Health, Inc. | Self-calibrating technique for x-ray imaging scanners |
| CN109069217A (zh) * | 2016-02-12 | 2018-12-21 | 直观外科手术操作公司 | 图像引导外科手术中的姿势估计以及透视成像系统的校准的系统和方法 |
| CN109671128A (zh) * | 2018-12-07 | 2019-04-23 | 广州华端科技有限公司 | 图像重建过程中的数据处理、图像重建方法和装置 |
| US20190175136A1 (en) * | 2017-12-13 | 2019-06-13 | Carestream Health, Inc. | Mobile radiography calibration for tomosynthesis using epipolar geometry |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5835563A (en) * | 1995-12-21 | 1998-11-10 | Siemens Corporate Research, Inc. | Calibration apparatus for X-ray geometry |
| DE10140867B4 (de) * | 2001-08-21 | 2005-08-18 | Siemens Ag | Kalibrierphantom für projektive Röntgensysteme |
| DE10215808B4 (de) * | 2002-04-10 | 2005-02-24 | Siemens Ag | Verfahren zur Registrierung für navigationsgeführte Eingriffe |
| US7016456B2 (en) * | 2003-10-31 | 2006-03-21 | General Electric Company | Method and apparatus for calibrating volumetric computed tomography systems |
| US20050265523A1 (en) * | 2004-05-28 | 2005-12-01 | Strobel Norbert K | C-arm device with adjustable detector offset for cone beam imaging involving partial circle scan trajectories |
| US7950849B2 (en) * | 2005-11-29 | 2011-05-31 | General Electric Company | Method and device for geometry analysis and calibration of volumetric imaging systems |
| CN103961130B (zh) * | 2006-09-25 | 2017-08-15 | 马佐尔机器人有限公司 | 使得c型臂系统适应以提供三维成像信息的方法 |
| US7642506B2 (en) * | 2006-10-18 | 2010-01-05 | Carestream Health, Inc. | Phantom for radiological system calibration |
| JP6131606B2 (ja) * | 2013-01-21 | 2017-05-24 | 株式会社島津製作所 | 放射線撮影装置およびそれにおける画像処理方法 |
| US10492755B2 (en) * | 2016-07-13 | 2019-12-03 | Carestream Health, Inc. | Calibration phantom comprising a reflectance calibration target and a plurality of radio-opaque markers |
-
2019
- 2019-10-30 TW TW108139239A patent/TWI708217B/zh active
-
2020
- 2020-02-05 JP JP2020018386A patent/JP6821839B1/ja active Active
- 2020-02-20 US US16/795,682 patent/US10925572B1/en active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW201616448A (zh) * | 2014-10-30 | 2016-05-01 | 行政院原子能委員會核能研究所 | 三維成像的投影方法 |
| CN109069217A (zh) * | 2016-02-12 | 2018-12-21 | 直观外科手术操作公司 | 图像引导外科手术中的姿势估计以及透视成像系统的校准的系统和方法 |
| US20170238897A1 (en) * | 2016-02-19 | 2017-08-24 | The Johns Hopkins University | Self-calibrating projection geometry for volumetric image reconstruction |
| JP2017225506A (ja) * | 2016-06-20 | 2017-12-28 | キヤノン株式会社 | 放射線撮影装置、放射線撮影方法 |
| TWI613998B (zh) * | 2016-12-23 | 2018-02-11 | 行政院原子能委員會核能硏究所 | 斷層合成影像邊緣假影抑制方法 |
| WO2018170366A1 (en) * | 2017-03-16 | 2018-09-20 | The Johns Hopkins University | Geometric calibration for cone beam ct using line fiducials |
| US20180333131A1 (en) * | 2017-05-17 | 2018-11-22 | Carestream Health, Inc. | Self-calibrating technique for x-ray imaging scanners |
| US20190175136A1 (en) * | 2017-12-13 | 2019-06-13 | Carestream Health, Inc. | Mobile radiography calibration for tomosynthesis using epipolar geometry |
| CN109671128A (zh) * | 2018-12-07 | 2019-04-23 | 广州华端科技有限公司 | 图像重建过程中的数据处理、图像重建方法和装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2021069915A (ja) | 2021-05-06 |
| US10925572B1 (en) | 2021-02-23 |
| JP6821839B1 (ja) | 2021-01-27 |
| TW202117669A (zh) | 2021-05-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7213413B2 (ja) | Ｃ－ａｒｍベースの医用画像システム及び２Ｄ画像と３Ｄ空間の整合方法 | |
| JP6053947B2 (ja) | 脊柱中の椎骨の空間位置並びに向きを判定するための方法およびデバイス | |
| US7844094B2 (en) | Systems and methods for determining geometric parameters of imaging devices | |
| US8121380B2 (en) | Computerized imaging method for a three-dimensional reconstruction from two-dimensional radiological images; implementation device | |
| US20170219498A1 (en) | Optical geometry calibration devices, systems, and related methods for three dimensional x-ray imaging | |
| Brahme et al. | 4D laser camera for accurate patient positioning, collision avoidance, image fusion and adaptive approaches during diagnostic and therapeutic procedures | |
| US20140148685A1 (en) | Method and apparatus for navigating ct scan with a marker | |
| JP2015106262A (ja) | 画像処理装置、治療システム及び画像処理方法 | |
| JP2014527870A (ja) | 画像に基づく圧縮素子のたわみの決定 | |
| US20180345040A1 (en) | A target surface | |
| TW201821030A (zh) | 提供光學對準特徵的牙齒影像收集裝置以及相關系統及方法 | |
| KR101027099B1 (ko) | 컴퓨터 단층촬영장치의 위치보정데이터 측정방법 및 위치보정방법 | |
| TWI708217B (zh) | 用於雙軸數位斷層合成造影系統的幾何校正方法及其系統 | |
| US9622714B2 (en) | System and method for photographic determination of multichannel collimator channel pointing directions | |
| JP2008148964A (ja) | 放射線治療用複合装置およびアライメント補正用データ作成方法 | |
| Hwang et al. | Geometry calibration for a dental cone-beam CT system with an offset detector | |
| US20220148180A1 (en) | Medical image processing device, storage medium, medical device, and treatment system | |
| TWI639414B (zh) | 電腦斷層掃描影像的對位方法 | |
| KR20170078180A (ko) | 단층 촬영을 위한 관심 영역 설정 방법 및 시스템 | |
| WO2014096835A1 (en) | Improvements in and relating to ophthalmoscopes | |
| JP2015150220A (ja) | Ｘ線ｃｔ装置及び撮影方法 | |
| Luckner et al. | Estimation of the source-detector alignment of cone-beam x-ray systems using collimator edge tracking | |
| Guo et al. | Comparative evaluation of CT-based and PET/4DCT-based planning target volumes in the radiation of primary esophageal cancer | |
| WO2019198394A1 (ja) | 医用画像処理装置、医用画像処理方法、およびプログラム | |
| Corbi et al. | Joint calibration of RGB and X-ray cameras |