[發明專利]一種圖像引導系統幾何校正方法

在審

• 申請號: 202110318022.2
• 申請日: 2021-03-25
• 公開（公告）號: CN112837246A
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 中科超精（南京）科技有限公司
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06T7/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種圖像引導系統幾何校正方法，包括以下步驟：首先建立高精度模體，模體上固定有已知三維空間坐標系下的金屬標記點；其次基于該體模在投影系統兩個X射線光源發射方向上分別投影成像，記錄體模標記點在探測器上二維坐標系下的投影坐標；然后通過線性直接變換方法分別獲取兩個方向下正確的映射關系，即映射矩陣；最后將該三維坐標至二維坐標的匹配映射關系應用到投射重建算法中，得到基于修正重建算法的重建圖像。本發明克服了圖像引導系統重建圖像幾何偽影問題，提高了重建圖像的質量，極大提升了基于圖像引導配準的精度。

技術領域

本發明涉及醫療領域，具體涉及一種圖像引導系統幾何校正方法。

背景技術

在圖像引導放療中，將治療前體數據和治療中獲得的病人的影像數據進行配準是讓醫生得到全面有用的信息中至關重要的一步。一般在治療過程中獲取二維圖像(如超聲圖像和X 射線圖)更為容易，能夠反映當下病人的位置信息，獲取速度快，可以減少患者和醫生輻射暴露時間，但二維信息中缺乏CT和MRI中包含的三維空間信息和解剖信息，因此要使三維數據介入治療，從而獲得類似三維系統中更加直觀和詳細的圖像信息，在這個過程中，就需要將二維的X射線圖像與三維的CT體數據進行配準，即進行2D/3D圖像的配準。

圖像引導系統是進行2D/3D圖像配準硬件基礎，圖像引導系統主要采用光線算法對物體進行二維重建，理想的重建幾何模型要求中心射線必須經過旋轉軸并落在成像區域的中心位置，且垂直于探測器。然而，實際機械安裝過程中，由于人工機械精度達不到要求，往往會出現一些幾何位置的偏差，這些幾何誤差可歸結為探測器位移和傾斜的幾何誤差，其中包括探測器水平方向的偏移ΔU和垂直方向的偏移ΔV，探測器繞行方向旋轉角度θ、繞列方向旋轉角度φ、繞Z軸旋轉角度η。描述圖像引導系統的幾何特性的幾何參數包括：(1)射線源到等中心點的距離SAD，(2)射線源到探測器的距離SDD，(3)射線源在探測器上的垂足位置的橫坐標U₀，(4)射線源在探測器上的垂足位置的縱坐標V₀，(5)探測器沿著U軸旋轉的角度θ，(6)探測器沿著V軸旋轉的角度φ，(7)探測器沿著中心點旋轉的角度η。

這些幾何偏差會導致實際圖像應到系統與理想重建的幾何模型不匹配，從而導致重建圖像上產生幾何偽影，該偽影嚴重影響了重建圖像質量，明顯降低重建圖像的分辨率。

發明內容

發明目的：本發明旨在提供一種能夠克服圖像引導系統重建圖像幾何偽影問題，并且提高重建圖像質量，提升基于圖像引導配準精度的圖像引導系統幾何校正方法。

技術方案：本發明所述的一種圖像引導系統幾何校正方法，包括以下步驟：

步驟一：建立高精度模體，模體上固定有已知三維空間坐標系下的金屬標記點；

步驟二：基于該體模在投影系統兩個X射線光源發射方向上分別投影成像，記錄體模標記點在探測器上二維坐標系下的投影坐標；

步驟三：通過線性直接變換方法分別獲取兩個方向下正確的映射關系，即映射矩陣；

步驟四：將該三維坐標至二維坐標的匹配映射關系應用到投射重建算法中，得到基于修正重建算法的重建圖像。

其中，模體為形狀是五面體的有機玻璃，模體面上鑲嵌若干金屬小球，在X射線照射下可投影出清晰的金屬陰影。

本發明中，映射矩陣滿足公式[uw vw w]^T＝P[x y z 1]^T，其中P為3×4的映射矩陣， w是距離權重因子，x，y，z為三維空間的點坐標，u，v為探測器上的點坐標，通過體模小球標記點來生成校正數據集，創建關于P矩陣的超定方程組并求解得到映射矩陣。