CN104783824A - X射线成像***的校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种X射线成像***的校正方法，包括如下步骤：a)利用投影矩阵描述三维空间点与其投影在二维平板探测器上的像素点之间的对应关系，并将所述投影矩阵划分为第一投影子矩阵和第二投影子矩阵；b)对所述第一投影子矩阵进行快速校正；c)合并校正后的第一投影子矩阵和所述第二投影子矩阵得到完整的投影矩阵对X射线成像进行校正。本发明提供的X射线成像***的校正方法，通过将易变部分和稳定部分分开处理，从而不需要使用校正模体也可实现对射野成像、锥形束断层成像或扇形束成像等进行在线快速的几何矫正。

Description

X射线成像***的校正方法

技术领域

本发明涉及一种医疗成像校正方法，尤其涉及一种X射线成像***的校正方法。

背景技术

C型臂X射线成像***由以下几个部分构成：放射性直线治疗源，X射线光源1和一个沿机架转盘3的圆形轨道运动的平板探测器2，如图1所示。从不同机架角度收集到的两维投影图像可以单独用来窥视病床4上病人的内部解剖结构，也可以一起用来重建出一个三维的病人解剖结构。C型臂X射线装置的几何校正，目的是在特定的条件下（机架角度和平板位置），建立三维空间（治疗环境）和所获取图像的精确的几何对应关系。三维固定坐标系和二维图像坐标系的关系如图2所示，X射线源的旋转轴被定为IEC（国际电工委员会）Y_f轴。当机架处于垂直位置时（即为0度角位置），通过X射线管焦点并且与IEC Y_f轴垂直的轴线被定义为IEC Z_f轴。垂直于Y-Z平面并且通过Y_f轴和Z_f轴交点的轴线被定义为IEC X_f轴。在理想情况下，光源的运动轨迹是位于竖直的X-Z平面的圆轨道，轨道中心和IEC坐标系的中心O_f是重合的，重合点即为机器的等中心点。当机架处于0度位置时，IEC Z_f轴从等中心点O_f指向X射线光源，而IEC X_f轴从等中心点O_f指向右方（观察者面向机架时）。请继续参见图1，校准后的激光器5瞄准机器的等中心点O_f，图中所示叉线表示不同方向的轴线。请继续参见图2，二维像素化的图像坐标系是在探测器平面定义的，引入了两个坐标轴U轴和V轴：U轴是与IEC X_f平行的同向轴，而V轴是与IEC Y_f平行的反向轴。像素坐标(u＝0,v＝0)表示了探测器左上角的像素点。当机架处于0度（垂直放置）时，理想的探测器平面应该是水平放置的并且IEC Z_f轴穿过探测器中心（EPID中心，Electronic Portal Imaging Device）。EPID中心点的像素坐标是(W/2p_u,H/2p_v)，其中H和W是探测器2的宽度和高度，p_v和p_u是像素单元的宽度和高度。中心点O_f的IEC坐标是（0，0，-（f-D）），其中f和D分别是“源像距”（SID）和“源轴距”（SAD）。光源的真实运动轨迹和平板探测器的真实行为会跟上文所说的理想情况有一些差异。以下是两种主要差异的情况：首先，X射线源可能跟理想的垂直平面有微小偏离，并且它的运动轨迹也不一定是理想的圆形，如图3所示。需要注意的是，直线加速器头的安装是非常牢固的，这样的结果是，即使X射线源的运动轨迹不是严格的圆形，它的状态也是非常稳定的，并且在一个相当长的时间（几个月甚至几年）不会改变。其次，跟直线加速器头不同的是，平板探测器跟机架的相对位置并不是十分的牢固；由于重力的作用，在不同的机架角位置，平板探测器的板子相对于射束中心轴线（CAX，连接光源与图像中心点）可能有不同程度的下坠，如图4所示。实际情况下，CAX与探测器的交点像素位置(u₀,v₀)跟(W/2p_u,H/2p_v)有一定的偏差。(W/2p_u,H/2p_v)通常被称为基点或是光学中心。如图4所示，相对于理想探测器，真实探测器有以下几点不同：（a）绕u＝u₀异面旋转角度η；（b）绕v＝v₀,异面旋转角度σ；（c）绕点(u₀,v₀)同面旋转φ。从文献5：A geometric calibration method for cone beam CT systems",Kai Yang,Alexander L.C.Kwan,DeWitt F.Miller,and John M.Boone,Med Phys.2006June;33(6):1695–1706可知，异面旋转角度η和σ很难以确切的精度来确定，并且这两个角度相比于其他参数而言，对图像质量的影响较小。实际应用中，依靠高质量的机械设计和高精度的机械加工，这两个角度能够控制在很小的水平（≤1⁰）。综合以上考虑，η＝σ＝0的假设是合理的。

由上可见，平板探测器的平面平行于多页光栅的平面并且垂直于CAX。然而，X射线源的运动并不是严格圆轨迹，源像距f和源轴距D的值对于所有不同的机架角时也并非同一个常数，如图2所示。同时，由行向量（U）和列向量（V）构成的图像坐标系存在着相对于CAX的共面旋转和平移。

上述这些非理想情况在图5中有所展示，请继续参见图5，在平板探测器平行于多页栅极并且垂直于射束中心轴线的假设下，在平板探测器上得到下面的关系：图像接收坐标轴X_r和Y_r落在平板探测器上并且分别和X_bld和Y_bld保持一致。由于平板探测器的下垂，基点(u₀,v₀)可能跟平板的中心产生偏差。同时，获取图像的行向量（U）和列向量（V）相对于多页栅极的投影坐标存在着一定的旋转（在零度角的情况下）。人们倾向于利用投影矩阵来描述三维空间点(x_f,y_f,z_f)与它投影在二维平板探测器上的像素点的精确对应关系（见图3），如文献1：Multiple View Geometry inComputer Vision,Hartley,R.～I.and Zisserman,A.,2004,Cambridge University Press,ISBN:0521540518，投影矩阵对应于X射线源与平板探测器特定的一组相对位置。如果光源的旋转轨迹是理想圆，投影矩阵可以写为：

然而，光源的轨迹并不是一个在X_fZ_f垂直面内半径为D的理想圆。用[T]_θ和[R]_θ分别代表空间坐标相对于X射线源的未知的平移量和转动量。下标θ表示这些变换是跟机架角θ相关的。因此，可以把投影矩阵P_θ写为：

传统方法大多数都会用到几何校正模体，如文献2：Device and automaticmethod for the geometrical calibration of an X-ray imaging system,US5442674A，文献3：A geometric calibration method for cone beam CT systems",Kai Yang,Alexander L.C.Kwan,DeWitt F.Miller,and John M.Boone,Med Phys.2006June;33(6):1695–1706，以及文献4：“Geometry calibration for X-rayequipment in radiation treatment devices”,BP Selby,G.Sakas,S.Walter,U.Stilla,1st Thematic conference on computational vision and medical imageprocessing,Porto,Portugal01/2007中提到的方法，这种模体包含了相对于已知参照物（模体本身）有确定三维坐标的非透明的小珠。依照模体上的三维空间坐标跟投影图像上的二维像素坐标的对应关系，矩阵元素可以通过解方程组得到。显然，这种校正方法不适合用在射野图像和锥形束断层重建图像上。此外，也有一些几何校正的方法没有使用到模体。例如，文献5：Self-calibration of geometric and radiometri cparameters for cone-beam computed tomography,Wolfgang Wein,Alexander Ladikosand Armin Baumgartner,11th International Meeting on Fully Three-Dimensional ImageReconstruction in Radiology and Nuclear Medicine,2011建议了一种迭代重建的方法，先用一个标准的投影矩阵产生正投影去跟观察到的投影进行对比，根据差异反复修正投影矩阵直至两者吻合。这种方法在常规临床应用中不实用。另外一种方法，如文献6：An optimization-based method for geometrical calibration in cone-beam CTwithout dedicated phantoms,D Panetta,N Belcari,A Del Guerra and S Moehrs,Phys.Med.Biol.53(2008)3841–3861建议使用超过180°的冗余投影，然后经过优化找到跟理想投影矩阵不一致的参数。然而，这种假设不一致性跟机架角无关，这一假设在C型臂***中是不成立的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种X射线成像***的校正方法，能够用于对射野成像、锥形束断层成像或扇形束成像等进行在线快速的几何校正，而不需要使用模体。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种X射线成像***的校正方法，其中，包括如下步骤：a)利用投影矩阵描述三维空间点与其投影在二维平板探测器上的像素点之间的对应关系，并将所述投影矩阵划分为第一投影子矩阵和第二投影子矩阵；b)对所述第一投影子矩阵进行快速校正；c)合并校正后的第一投影子矩阵和所述第二投影子矩阵得到完整的投影矩阵对X射线成像进行校正。

上述的X射线成像***的校正方法，其中，所述步骤a)中第一投影子矩阵和第二投影子矩阵的划分过程如下：将与探测器平板的共面旋转角以及基点位置(u₀,v₀)相关的投影对应关系划分成第一投影子矩阵将其他平移量和转动量的投影对应关系划分成第二投影子矩阵

上述的X射线成像***的校正方法，其中，所述X射线成像***为C型臂X射线成像***，所述步骤b)中第一投影子矩阵采用预定义页型的多页光栅进行自动化无模体的快速校正。

上述的X射线成像***的校正方法，其中，所述第一投影子矩阵计算如下：

所述第二投影子矩阵计算如下：

$P_{\mathrm{\θ}}^{\mathrm{Rigid}}={\left[\begin{array}{cccc}-f& 0& 0& 0\\ 0& -f& 0& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]}_{\mathrm{\θ}}*{\left[T\right]}_{\mathrm{\θ}}*{\left[R\right]}_{\mathrm{\θ}};$

所述步骤c)中所述投影矩阵为P_θ按如下方式进行合并：

p_w和p_h为探测器平板像素尺寸，θ为机架角，[T]_θ为其他平移量，[R]_θ为其他转动量，f为源像距。

上述的X射线成像***的校正方法，其中，所述预定义页型的多页光栅的自动化无模体的校正过程如下：将选定页片放置在预先定义的位置进入视野边缘而改变视野，把准直器放在0度的位置，根据预先定义页片的侧向边缘确定X_r轴，根据预先定义页片的纵向边缘确定Y_r轴。

上述的X射线成像***的校正方法，其中，所述选定页片边缘关于X_r和Y_r对称，所述选定页片侧向边缘的对称轴为X_r轴，所述选定页片纵向边缘的对称轴为Y_r轴。

上述的X射线成像***的校正方法，其中，所述选定页片中间留有物理刻痕的Y向标，所述Y_r轴通过确定Y向标上的刻痕并连成直线获得。

上述的X射线成像***的校正方法，其中，所述选定页片Y向上部和下部边缘位置中心处留出窄缝，所述Y_r轴通过确认窄缝的位置并将它们连成直线获得。

上述的X射线成像***的校正方法，其中，所述多页光栅旋转90度后放置在预先定义的位置进入视野边缘，然后利用图像中页片的侧向边缘来确定Y_r轴。

上述的X射线成像***的校正方法，其中，所述X射线成像***为U型臂X射线成像***，所述步骤b)中第一投影子矩阵采用光束准直器进行自动化无模体的快速校正。

上述的X射线成像***的校正方法，其中，所述步骤c)之前还包括以下步骤：对所述第二投影子矩阵采用基准模体进行校正，所述第二投影子矩阵的校正间隔周期为6～12月。

上述的X射线成像***的校正方法，其中，对所述第二投影子矩阵采用基准模体进行校正前先采用验证模体判断是否需要校正，所述验证模体固定在C型臂X射线成像装置中进行成像扫描，如果观测到的验证模体尺寸大小和清晰度满足预设标准，则不对第二投影子矩阵采用基准模体进行校正。

上述的X射线成像***的校正方法，其中，所述验证模体为球形的不透明滚珠，所述不透明滚珠固定在病床上并靠近视场边缘，对不透明滚珠进行三维重建并且计算它的影斑，如果计算获得的影斑大小和不透明滚珠的实际大小的差值在预设阀值内，则判定验证模体尺寸大小和清晰度满足预设标准。

上述的X射线成像***的校正方法，其中，从不同机架角多次对球形的不透明滚珠进行三维重建并且计算它的影斑，如果每次计算获得的影斑大小和不透明滚珠的实际大小的差值都在预设阀值内，则判定验证模体尺寸大小和清晰度满足预设标准。

上述的X射线成像***的校正方法，其中，所述第一投影子矩阵的校正间隔周期为1个扫描周期～1周。

上述的X射线成像***的校正方法，其中，所述X射线成像为X射线射野成像、锥形束断层成像或扇形束成像。

本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的X射线成像***的校正方法，将投影矩阵分解成第一投影子矩阵和的第二投影子矩阵；对第一投影子矩阵校正采用自动化无模体快速校正，速度快，对用户变得更加友好；而对应牢固部分的第二投影子矩阵即便需要校正，其校正的频率也并不高，间隔周期可以为6-12个月，可以由售后工程师作为机器维护日程表的一部分去完成，从而不需要校正模体也能够用于对射野成像、锥形束断层成像或扇形束成像等进行在线快速的几何矫正，每个用户不需要自己去买一个校正模体，可以大大缩减成本。

附图说明

图1为本发明使用的C型臂X射线成像***结构示意图；

图2为理想情况下直线加速器/C-型臂成像***的坐标示意图；

图3为光源真实运动的圆轨迹示意图；

图4为平板探测器沿着不同轴的转动示意图；

图5为获取图像的行列向量相对于多页栅极的投影坐标图；

图6为本发明提供的X射线成像的校正流程图；

图7为利用对称的多页光栅模式对平板进行准直校正示意图；

图8为本发明使用的基于模体进行校正的流程图。

图中：

1X射线光源     2平板探测器   3机架转盘

4病床          5激光器

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

图6为本发明提供的X射线成像的校正流程图。

请参见图6，本发明一较佳实施例提供的X射线成像的校正包括如下步骤：

步骤S1：利用投影矩阵描述三维空间点与其投影在二维平板探测器上的像素点之间的对应关系，并将所述投影矩阵划分为第一投影子矩阵和第二投影子矩阵。

对应于传统投影（“照相机”校正）矩阵可以被分解成内在参数（“照相机”参数，比方说像素尺寸和焦距）和外在参数（“照相机”在空间坐标中的位置），同样地，从用户使用方便的角度出发，本实施例使用的C型臂X射线成像***的投影矩阵可以分解成牢固部分和需要不断矫正的易变部分。机架和治疗头之间是非常稳固的，而机架和探测器平板之间就不是那么的稳固，这在设计的时候考虑到了成本和设备大小。前者的校正需要用到模体，而且间隔周期很长，可以一年一两次，而后者依赖于平板的位置是否还在原先的位置，可能需要比较频繁的校正。因此，本实施例把投影矩阵P_θ分解成第一投影子矩阵和第二投影子矩阵来描述这种差别，如下所示：

根据不同的时间周期要求把校正分成和两部分，并根据两者的乘积得到校正后的完整的投影矩阵

为了找到需要找到像素尺寸p_w,p_h和共面旋转角以及基点位置(u₀,v₀)。参数p_w,p_h的值可以直接从平板的设计指数中得到，不需要任何校正。

步骤S2：对所述第一投影子矩阵进行快速校正，对所述第二投影子矩阵则无需进行同步校正。对的快速校正可采用自动化无模体的校正方法，间隔周期是以天或一周论，甚至可以根据精度需要在每个扫描中都对进行实时校正。整个频率较高的校正过程采用自动化无模体快速校正，速度快，对用户变得更加友好；而即便需要校正，其校正的频率也并不高，间隔周期可以为6-12个月，即使需要校正模体，可以由售后工程师作为机器维护日程表的一部分去完成，而不需要每个用户自己去买一个校正模体，从而可以大大缩减成本。

针对射野图像、锥形束断层图像或扇形束成像等扫描成像，本实施例仅需对进行快速校正，这种校正可以方便实时地在病人图像的获取的过程中进行，从而能得到精确的几何校正。对于自动化无模体的校正，本实施例优选运用预先定义页型的多页光栅。对比预期的和探测到的预定义多页光栅两维投影可以得到想要的的参数。作为优选方式，选定页片边缘最好关于X_r和Y_r对称。这样的话，当确定了侧向边缘，其对称轴就是X_r轴，同样，当确定了纵向边缘，对称轴就是Y_r轴。

利用对称多页光栅模式匹配法对进行自动化无模体校正的具体过程如下：利用一个对称的X型模式的多页光栅，它关于Y轴对称。利用这一模式的多页光栅，在每一个机架角的位置，可以得到两张图像，一张对应于准直器0度角放置，另一张对应了准直器90度放置。这两张图像重叠后可以得到矩形的多页光栅模式。

如图7所示，没有共面的转动和平移的对称模式的准直器投影，是由“标准”的光源到图像的距离计算得到，上述多页光栅的投影将会以平板探测器的中心为中心对称分布。因为多页光栅的尺寸和离开光源的距离是已知的，所以这一模式的多页光栅的投影在理想情况（无面内旋转及移动）下是可以计算出来的，结果跟假设一个光源到图像的距离（SID）得到的结果相差一个归一化的因子。对称模式的准直器发生了平面内的旋转和投影后，共面旋转角度和平移矢量可以通过对比理想情况下多页光栅的投影和实际得到的多页光栅的投影得到。从平移矢量可以计算出基点(u₀,v₀)的坐标。

在本实施例中，射野图像或是锥形束断层投影图像的开口通过让一些页片在预定的位置从视野边缘进入而改变。准直器放置在0度的位置。在这种情况下，页片的侧向边缘时平行于X_r轴的并且每条边缘离X_r轴的位置都是已知的。所以确定了一条预先放置的页片的侧向边缘便能确定X_r轴。同样，页片的纵向边缘平行于Y_r并且离Y_r轴的距离是已知的，所以，确定一条预先放置的页片的纵向边缘便能确定Y_r轴。

在另外的一种情况下，所选页片的边缘关于X_r和Y_r对称排布。当确定了侧向边缘，它的对称轴即是X_r轴。当确定了两边相同排列的页片纵向边缘时，对称轴即是Y_r轴。

采用预期的和测量的页片纵向位置确定Y_r轴时，由于页片不允许较大程度的限制视野，所以这些页片的位置都处于边缘地带。相比之下，侧向边缘能以更高的精度去探测，而射线的边缘黑影效应会影响到页片纵向边缘的探测精度。所以，作为对进行快速校正的另外一个拓展，本实施例可以利用一个中间留有物理刻痕的Y向标。通过确定Y向标上的刻痕并连成直线便能以更高的精度确定Y_r轴。作为第二种延拓（对的快速校正），本实施例不在Y向标的预期位置作刻痕，而是在靠近Y向上部和下部边缘位置的页片中心留出窄缝。确认窄缝的位置并且把它们连成直线能够以更高的精度确定Y_r轴。

由于确定边界处的页片纵向边缘容易带来探测误差，除了采用带有刻槽的Y向标或是有中心裂缝的临近页片对外，本实施例还可以把选定页片侧向边缘旋转90度后放置在预先定义的位置进入视野边缘，然后利用图像中页片的侧向边缘来确定Y_r轴。如果实际用到的是Y型的多页光栅，它的用法类同于X型。一旦X_r和Y_r确定了，在特定机架角θ处的u₀,v₀,φ的值便能被确定，从而就能得到射野图像或是锥形束断层图像的起始位置。

步骤S3：合并校正后的第一投影子矩阵和所述第二投影子矩阵得到完整的投影矩阵对X射线成像进行校正。

本发明第二实施例同样涉及一种X射线成像***的矫正方法，与第一实施例大致相同。其区别在于，第一实施例中只对易变的做经常性的几何校正，而本实施例中，以极低的频率对进行校正，间隔周期可以为6-12个月。基于的长期稳定性，本实施例中对则完全可以采用现有的基于模体的方法进行校正。图8给出了一个较详细的流程图描述，更多的细节可以参考文献2：Device andautomatic method for the geometrical calibration of an X-ray imaging system,US5442674A，文献3：A geometric calibration method for cone beam CT systems",Kai Yang,Alexander L.C.Kwan,DeWitt F.Miller,and John M.Boone,Med Phys.2006June;33(6):1695–1706，文献4：“Geometry calibration for X-rayequipment in radiation treatment devices”,BP Selby,G.Sakas,S.Walter,U.Stilla,1st Thematic conference on computational vision and medical imageprocessing,Porto,Portugal01/2007，文献5：Self-calibration of geometricand radiometric parameters for cone-beam computed tomography,Wolfgang Wein,Alexander Ladikos and Armin Baumgartner,11th International Meeting on FullyThree-Dimensional Image Reconstruction in Radiology and Nuclear Medicine,2011，和文献6：An optimization-based method for geometrical calibration incone-beam CT without dedicated phantoms,D Panetta,N Belcari,A Del Guerraand S Moehrs,Phys.Med.Biol.53(2008)3841–3861，如前所述，上述对的校正可以由售后工程师来完成，在此不再一一赘述。

本发明第三实施例同样涉及一种X射线成像***的矫正方法，与第二实施例大致相同。其区别在于，在本实施例中，在进行的校正之前，先判断用于的校正是否依然有效。具体提供一种简单的质量验证方法确保能够正确表述光源轨迹，以准确判断当前的的是否依然有效。对的校正需要植入基准模体，并且基准模体的三维坐标位置需要确定，而对于质量验证，只需要在静止坐标位置放入验证模体，而不需要知道验证模体的确切的三维坐标位置。本实施例进一步考虑把验证模体植入病床中，验证模体能在射野成像、锥形束断层成像或扇形束成像等过程中被成像，从而能够对的是否需要校正进行实时判断。

本实施例提出针对的无模体（基准模体）质量验证，用以判断用于的校正是否依然有效。这一质量验证要求固定在室内未知三维空间中（最好是大小已知）的图像基准。同时，本实施例将验证模体连接到病床上，这样的话它们的投影在射野成像、锥形束断层成像或扇形束成像中都能实时看到，从而可以对的进行实时质量验证。

对于进行无模体质量验证的一个建议方法是利用对固定（连接到病床）的验证模体进行三维重建并且计算它的影斑（点扩散函数）。如果影斑不是足够的小，那么建议对采用基准模体进行重新校正。为了计算影斑的大小，最好知道标记物的实际尺寸。

对于的实时质量验证的另一个优选方法是在从不同的机架角对获取射野图像或是锥形束断层图像的时候把验证模体连接在病床上。然后可以利用相应的经过校准的去计算基准的三维空间位置，如果计算得到的基准的三维空间位置无论在哪一机架角度下都是匹配的，那么可以知道对的校正现在依然有效。

下面对的无模体质量验证过程进行举例说明：

确保是当前的，投影矩阵可以由得到；

把球形的不透明的珠子（滚珠）作为验证模体放到病床上去重建；

在三维空间找到这些滚珠的尺寸/影斑；

如果观测到的尺寸跟滚珠的物理尺寸相比，没有明显的模糊，那么对的校正依然有效；

通过匹配在不同机架角对时得到的基准位置计算结果对进行实时质量验证；

确保对于所有的机架角是当前的，在不同的机架角θ¹,…,θ^N时的投影矩阵可以由得到；

在某一位置（最好是靠近视场边缘）把球形的不透明的珠子（滚珠）连接到病床上，这样的话它们的投影即使在获取射野图像或是锥形束断层图像时也能被看到。

假设珠子的未知三维坐标位置为(x_f,y_f,z_f)，分别得到在不同机架角θ¹,…,θ^N时的珠子的二维投影坐标(u¹,v¹),…,(u^N,v^N)，如果对稳定部分的校正依然有效，将在1≤i≤N时得到：

$\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\λ}}^i{u}^i\\ {\mathrm{\λ}}^i{v}^i\\ {\mathrm{\λ}}^i\end{array}\right]=P_{{\mathrm{\θ}}^i}*\left[\begin{array}{c}{x}_f\\ y_f\\ z_f\\ 1\end{array}\right]$

在这一方程中(uⁱ,vⁱ),是已知的，而(x_f,y_f,z_f)和λⁱ是未知的。

选出一个已知三维坐标的点（x_f ^known,y_f ^known,z_f ^known）。在假设稳定部分的校正依然有效的情况下计算出在不同的机架角θ¹,…,θ^N下这一点的二维投影，对于1≤i≤N,

$\left[\begin{array}{c}{w}^i{u^i}^{\mathrm{known}}\\ w^i{v}^{i^{\mathrm{known}}}\\ {w^i}^{\mathrm{known}}\end{array}\right]=P_{{\mathrm{\θ}}^i}*\left[\begin{array}{c}{x_f}^{\mathrm{known}}\\ {y_f}^{\mathrm{known}}\\ {z_f}^{\mathrm{known}}\\ 1\end{array}\right]$

在这一方程中，wⁱ是由已知量(x_f ^known,y_f ^known,z_f ^known)和计算得到。

对应的方程相减，可以得到：

$\left[\begin{array}{c}{w}^i{u^i}^{\mathrm{known}}-{\mathrm{\λ}}^i{u}^i\\ w^i{v}^{i^{\mathrm{known}}}-{\mathrm{\λ}}^i{v}^i\\ {w^i}^{\mathrm{known}}-{\mathrm{\λ}}^i\end{array}\right]=P_{{\mathrm{\θ}}^i}*\left[\begin{array}{c}{x_f}^{\mathrm{known}}-x_f\\ {y_f}^{\mathrm{known}}-y_f\\ {z_f}^{\mathrm{known}}-z_f\\ 1-1\end{array}\right]=P_{{\mathrm{\θ}}^i}*\left[\begin{array}{c}{k}_x\\ k_y\\ k_z\\ 0\end{array}\right]$

其中，(k_x,k_y,k_z)是从未知坐标点(x_f,y_f,z_f)指向已知坐标点(x_f ^known,y_f ^known,z_f ^known)的三维未知常矢量。值得注意的是，对于一个给定的机架角θⁱ，这里有3个方程和4个未知数λⁱ,k_x,k_y,k_z。然而，考虑到三维未知量(k_x,k_y,k_z)对于所有的机架角都是一样的，在假设对稳定部分的校正依然有效的前提下，可以利用两个机架角(θ^p,θ^q)的信息，也就是用6个方程去解5个未知数（λ^p,λ^q,k_x,k_y,k_z）。从而，对稳定部分的校正是否依然有效的问题就很好解决了。从对应于不同机架角的投影中，本实施例可以得到很多对接近正交的投影对。本实施例从这样的投影对来计算出(k_x,k_y,k_z)。换言之，每一个珠子的未知量(x_f,y_f,z_f)可以在假设稳定部分校正依然有效的前提下由一对这样的投影来得到。如果算出来的珠子的位置坐标都能很好的吻合的话，便能得到稳定部分的校正依然有效的结论。

本发明各实施方式提供的X射线成像***的校正方法，除了用于C型臂X射线成像***外，还可以用于C形臂之外的U型臂等其他数字X射线成像***上，在这些***中，可以利用其配备的光束准直器来代替C型臂中的多页光栅，来达到快速几何校正的目的，在此不再一一赘述。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (16)

1.一种X射线成像***的校正方法，其特征在于，包括如下步骤：

a)利用投影矩阵描述三维空间点与其投影在二维平板探测器上的像素点之间的对应关系，并将所述投影矩阵划分为第一投影子矩阵和第二投影子矩阵；

b)对所述第一投影子矩阵进行快速校正；

c)合并校正后的第一投影子矩阵和所述第二投影子矩阵得到完整的投影矩阵对X射线成像进行校正。

2.如权利要求1所述的X射线成像***的校正方法，其特征在于，所述步骤a)中第一投影子矩阵和第二投影子矩阵的划分过程如下：将与探测器平板的共面旋转角以及基点位置(u₀，v₀)相关的投影对应关系划分成第一投影子矩阵将其他平移量和转动量的投影对应关系划分成第二投影子矩阵

3.如权利要求1所述的X射线成像***的校正方法，其特征在于，所述X射线成像***为C型臂X射线成像***，所述步骤b)中第一投影子矩阵采用预定义页型的多页光栅进行自动化无模体的快速校正。

4.如权利要求2所述的X射线成像***的校正方法，其特征在于，所述第一投影子矩阵计算如下：

所述第二投影子矩阵计算如下：

$P_{\mathrm{\θ}}^{\mathrm{Rigid}}={\left[\begin{array}{cccc}-f& 0& 0& 0\\ 0& -f& 0& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]}_{\mathrm{\θ}}*{\left[T\right]}_{\mathrm{\θ}}*{\left[R\right]}_{\mathrm{\θ}};$

所述步骤c)中所述投影矩阵为P_θ按如下方式进行合并：

其中p_w和p_h为探测器平板像素尺寸，θ为机架角，[T]_θ为其他平移量，[R]_θ为其他转动量，f为源像距。

5.如权利要求3所述的X射线成像***的校正方法，其特征在于，所述预定义页型的多页光栅的自动化无模体的校正过程如下：将选定页片放置在预先定义的位置进入视野边缘而改变视野，把准直器放在0度的位置，根据预先定义页片的侧向边缘确定X_r轴，根据预先定义页片的纵向边缘确定Y_r轴。

6.如权利要求5所述的X射线成像***的校正方法，其特征在于，所述选定页片边缘关于X_r和Y_r对称，所述选定页片侧向边缘的对称轴为X_r轴，所述选定页片纵向边缘的对称轴为Y_r轴。

7.如权利要求5所述的X射线成像***的校正方法，其特征在于，所述选定页片中间留有物理刻痕的Y向标，所述Y_r轴通过确定Y向标上的刻痕并连成直线获得。

8.如权利要求6所述的X射线成像***的校正方法，其特征在于，所述选定页片Y向上部和下部边缘位置中心处留出窄缝，所述Y_r轴通过确认窄缝的位置并将它们连成直线获得。

9.如权利要求5所述的X射线成像***的校正方法，其特征在于，所述多页光栅旋转90度后放置在预先定义的位置进入视野边缘，然后利用图像中页片的侧向边缘来确定Y_r轴。

10.如权利要求1所述的X射线成像***的校正方法，其特征在于，所述X射线成像***为U型臂X射线成像***，所述步骤b)中第一投影子矩阵采用光束准直器进行自动化无模体的快速校正。

11.如权利要求1～10任一所述的X射线成像***的校正方法，其特征在于，所述步骤c)之前还包括以下步骤：

对所述第二投影子矩阵采用基准模体进行校正，所述第二投影子矩阵的校正间隔周期为6～12个月。

12.如权利要求11所述的X射线成像***的校正方法，其特征在于，对所述第二投影子矩阵采用基准模体进行校正前先采用验证模体判断是否需要校正，所述验证模体固定在C型臂X射线成像装置中进行成像扫描，如果观测到的验证模体尺寸大小和清晰度满足预设标准，则不对第二投影子矩阵采用基准模体进行校正。

13.如权利要求12所述的X射线成像***的校正方法，其特征在于，所述验证模体为球形的不透明滚珠，所述不透明滚珠固定在病床上并靠近视场边缘，对所述不透明滚珠进行三维重建并且计算它的影斑，如果计算获得的影斑大小和不透明滚珠的实际大小的差值在预设阀值内，则判定验证模体尺寸大小和清晰度满足预设标准。

14.如权利要求13所述的X射线成像***的校正方法，其特征在于，从不同机架角多次对球形的不透明滚珠进行三维重建并且计算它的影斑，如果每次计算获得的影斑大小和不透明滚珠的实际大小的差值都在预设阀值内，则判定验证模体尺寸大小和清晰度满足预设标准。

15.如权利要求1～10任一项所述的X射线成像***的校正方法，其特征在于，所述第一投影子矩阵的校正间隔周期为1个扫描周期～1周。

16.如权利要求1～10任一项所述的X射线成像***的校正方法，其特征在于，所述X射线成像为X射线射野成像、锥形束断层成像或扇形束成像。