專利名稱：：錐束ct系統(tǒng)快速定位方法及其專用測具的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種快速定位方法，特別是錐束CT系統(tǒng)快速定位方法。還涉及這種錐束CT系統(tǒng)快速定位方法專用測具。
背景技術：
：現(xiàn)有的錐束CT系統(tǒng)主要由X射線源、旋轉工作臺和平板探測器構成，其安裝定位參數(shù)包括射線源焦點到旋轉工作臺中心的距離"^，射線源焦點到平板探測器的距離"S"，中心射束(射線源發(fā)出的一條與旋轉工作臺旋轉軸垂直的射線)在平板探測器上的照射位置(jc,力，以及平板探測器分別繞X、Y和Z軸的旋轉角"、"和Z。其中，O卵、歷"、x、y和7對重建切片圖像質量及后續(xù)應用有重要影響。采用常規(guī)手段安裝的錐束CT系統(tǒng)，只能保證部件基本的相對位置關系，而不能直接得到高精度的定位參數(shù)。文獻"錐束CT系統(tǒng)安裝參數(shù)確定技術研究，計算機工程與應用，2006,Vol.20，pl70-173"公開了一種基于細琴弦重建圖像評估的黃金分割迭代搜索法來測定錐束CT系統(tǒng)定位參數(shù)。該方法構造了一個切片圖像灰度密度函數(shù)作為目標函數(shù)，采用黃金分割搜索法分別調整各個定位參數(shù)，最終使目標函數(shù)達到最小值，從而確定系統(tǒng)的定位參數(shù)。該方法在黃金分割迭代搜索中涉及反復的CT重建，計算量大，測定一次需數(shù)小時；迭代計算前需采用其它方法測量初值，若初值誤差太大，可能導致該方法失效；進一步的研究表明，Dw與DW不能使目標函數(shù)收斂，因此不能對這兩個參數(shù)進行迭代搜索。
發(fā)明內容為了克服現(xiàn)有技術定位耗時多的不足，本發(fā)明提供一種錐束CT系統(tǒng)快速定位方法，采用自制的圓桿測具進行數(shù)次簡單掃描，即可快速計算出錐束CT系統(tǒng)的主要定位參數(shù)i^0、Z)/、x、y和y。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案一種錐束CT系統(tǒng)快速定位方法，其特點是包括下述步驟(a)將圓桿測具放置在錐束CT系統(tǒng)的旋轉工作臺中心處，采集多幅投影圖像，然后將這些圖像按對應象素進行灰度疊加并平均，得到1幅投影圖像G1，并按重建所需投影圖像尺寸進行裁剪；(b)保持圓桿測具不動，將旋轉工作臺往射線源方向或平板探測器方向平移/=4080mm,釆集多幅投影圖像，然后將這些圖像按對應象素進行灰度疊加并平均，得到1幅投影圖像G2，并按重建所需投影圖像尺寸進行裁剪；(c)將圓桿測具沿與平板探測器成像平面平行的方向平移"/5D/3，記此位置為0度，采集多幅投影圖像，然后將這些圖像按對應象素進行灰度疊加并平均，得到1幅投影圖像G3，并按重建所需投影圖像尺寸進行裁剪；(d)保持圓桿測具不動，將旋轉工作臺旋轉180度，采集多幅投影圖像，然后將這些圖像按對應象素進行灰度疊加并平均，得到1幅投影圖像G4，并按重建所需投影圖像尺寸進行裁剪；(e)利用上述采集的投影圖像，計算壓o、Z)W和少，①將求對數(shù)后的投影圖像Gl按行進行投影象素灰度疊加，得到1列投影；②以該列投影的中點為起始點，逐象素向上査找第一個局部灰度最大值象素點，將此點標記為P^，判斷準則為該象素的相鄰25個象素的灰度均小于該象素的灰度；③從4"逐象素向上査找第一個局部灰度最小值象素點，將此點標記為i3^，判斷準則為該象素的相鄰25個象素的灰度均大于該象素的灰度；④計算《^和&m象素灰度的平均值；在4ax與之間查找與此灰度平均值最接近的兩個象素點；⑥根據灰度平均值對這兩個象素點進行線性插值，得到一個亞象素點，將此點標記為f:⑦采用與上述第②⑥步完全類似的方法，以該列投影的中點為起始點，逐象素向下査找并計算可得到尸2點；⑧對求對數(shù)后的投影圖像G2，采用與上述第①⑦步完全類似的方法可得到g點和尸4點；⑨根據獲取投影圖像G1、投影圖像G2的兩次掃描投影的相關性，得到方程組-<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>其中，a為第一次掃描中下退刀槽到中心射束的距離，6為fl在平板探測器上的投影長度，巧萬、和巧5由上述測量計算得到；解方程組可得=<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>"，，，則中心射束縱坐標的值為y-g+6;<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>"w是射線源焦點到旋轉中心的距離；/)/是射線源焦點到平板探測器的距離；(x，力是中心射束在平板探測器上的照射位置；計算;c和/的步驟①將0度與180度位置的投影圖像G3和投影圖像G4按對應象素灰度值相減并取絕對值，得到1幅圖像G5;②將投影圖像G5在高度方向上等分成1020份，取每份的中間一行象素，得到等間距的1020行象素；③分別對步驟②得到的每一行象素，査找圓桿投影區(qū)域內的最小灰度值象素；④以最小灰度值象素為中心，在相應行上分別取其左右相鄰的27個象素，得到連續(xù)的515個象素；⑤以象素位置為自變量，采用最小二乘二次多項式對這些象素灰度進行擬合，得到與行數(shù)量相同的多個二次多項式；⑥分別計算各個二次多項式的最小值，得到與最小值對應的義值，結合所在行的y坐標，即得到與行數(shù)量相同的多個平板探測器上的坐標點；⑦采用最小二乘直線擬合這些坐標點，得到的直線方程為旋轉工作臺旋轉軸的投影直線在平板探測器上的數(shù)學表達式；⑧計算該直線的斜率，即平板探測器旋轉角y;⑨將中心射束縱坐標值;;代入直線方程，計算出中心射束橫坐標值jc。一種上述錐束CT系統(tǒng)快速定位方法專用測具，其特點是包括圓桿和底座，圓桿和底座連為一體，圓桿的直徑D是1020mm，在圓桿上開兩個寬度為24mm的退刀槽。所述的退刀槽深23mm，且分別位于平板探測器成像窗口中心上下兩側。本發(fā)明的有益效果是由于采用自制的圓桿測具進行掃描，操作簡單；可同時測出錐束CT系統(tǒng)的5個主要定位參數(shù)D^、"W、x、j;和7;測量精度可達到亞象素級；整個定位過程由現(xiàn)有技術的數(shù)小時降到數(shù)分鐘。下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作詳細說明。圖1是本發(fā)明錐束CT系統(tǒng)快速定位方法專用測具結構示意圖。圖2是本發(fā)明錐束CT系統(tǒng)快速定位方法和專用測具位置示意圖。圖3是本發(fā)明錐束CT系統(tǒng)快速定位方法獲取投影圖像Gl和投影圖像G2的投影成像幾何關系圖。圖4實施實例中鋼絲第200層重建切片灰度圖。圖5實施實例中鋼絲第512層重建切片灰度圖。圖6實施實例中鋼絲第800層重建切片灰度圖。圖中，1-圓桿，2-退刀槽，3-底座。具體實施例方式以下實施例參照圖16。對一個錐束CT系統(tǒng)，實施本發(fā)明方法的步驟如下(1)將圓桿測具放置在錐束CT系統(tǒng)的旋轉工作臺中心處，采集20幅投影圖像，然后將這些圖像按對應象素進行灰度疊加并平均，得到1幅投影圖像G1，并按重建所需投影圖像尺寸裁剪成1024x1024。所采用的圓桿測具由均勻鋁質圓桿和圓盤底座構成。圓桿直徑D二20mm，退刀槽直徑d二16mm，兩個退刀槽寬度均為4mm，退刀槽相距丄=60mm且分別位于平板探測器成像窗口中心上下兩側。(2)保持圓桿測具不動，將旋轉工作臺往射線源方向平移/7二50mm，采集20幅投影圖像，然后將這些圖像按對應象素進行灰度疊加并平均，得到1幅投影圖像G2，并按重建所需投影圖像尺寸裁剪成1024x1024。(3)將圓桿測具沿與平板探測器成像平面平行的方向平移5mm，記此位置為0度，采集20幅投影圖像，然后將這些圖像按對應象素進行灰度疊加并平均，得到1幅投影圖像G3，并按重建所需投影圖像尺寸裁剪成1024x1024;(4)保持圓桿測具不動，將旋轉工作臺旋轉180度，采集20幅投影圖像，然后將這些圖像按對應象素進行灰度疊加并平均，得到1幅投影圖像G4，并按重建所需投影圖像尺寸裁剪成1024x1024;(5)利用上述采集的投影圖像，計算錐束CT系統(tǒng)定位參數(shù)，包括射線源焦點到旋轉中心的距離nso，射線源焦點到平板探測器的距離Z)^/，中心射束在平板探測器上的照射位置(X力以及平板探測器旋轉角y。首先計算nw、D^/和；;，采用以下處理步驟1)將求對數(shù)后的投影圖像G1按行進行投影象素灰度疊加，得到1列投影；2)以該列投影的中點為起始點，逐象素向上査找第一個局部灰度最大值象素點，將此點標記為/;^，判斷準則為該象素的相鄰3個象素的灰度均小于該象素的灰度；3)從/^,逐象素向上查找第一個局部灰度最小值象素點，將此點標記為尸_，判斷準則為該象素的相鄰3個象素的灰度均大于該象素的灰度；4)計算/L、和/L象素灰度的平均值5)在iL、與4m之間查找與此灰度平均值最接近的兩個象素點；6)根據灰度平均值對這兩個象素點進行線性插值，得到一個亞象素點，將此點標記為i^，S=233.245101;7)采用與上述第26歩完全類似的方法，以該列投影的中點為起始點，逐象素向下査找并計算可得到尸2點，尸2=817.660577;8)對求對數(shù)后的投影圖像G2，采用與上述第17歩完全類似的方法可得到S點和S點，尸3=203.3431227，尸4=846.659914;9)根據獲取G1、G2的兩次掃描投影的相關性，計算可得Z)so=1092.19，Dw/二1348.81，少=529.931。其次計算X和y，采用以下處理步驟1)將0度與180度位置的投影圖像G3和G4按對應象素灰度值相減并取絕對值，得到1幅圖像G5;2)將G5在高度方向上等分成10份，取每份的中間一行象素，則得到等間距的10行象素；3)分別對上一步得到的每一行象素，查找圓桿投影區(qū)域內的最小灰度值象素；4)以最小灰度值象素為中心，在相應行上分別取其左右相鄰的4個象素，得到連續(xù)的9個象素；5)以象素位置為自變量，采用最小二乘二次多項式對這些象素灰度進行擬合，得到與行數(shù)量相同的多個二次多項式，其中第153行擬合結果為g-1.9068^-1932.771x+489792;6)分別計算各個二次多項式的最小值，得到與最小值對應的X值，結合所在行的y坐標，即得到與行數(shù)量相同的多個平板探測器上的坐標點。對于g=1.9068x2-1932.771x+489792，其最小值對應的x=506.81，則由該行得到的坐標為(506.81,153);7)采用最小二乘直線擬合這些坐標點，得到的直線方程為旋轉工作臺旋轉軸的投影直線在平板探測器上的數(shù)學表達式_y=-342.6993X+173850.6722;8)計算該直線的斜率，即是平板探測器旋轉角/=89.83281°;9)將前面計算所得的中心射束縱坐標值j;=529.931代入直線方程，即可計算出中心射束橫坐標值;c=505.751664。為驗證上述所得的錐束CT系統(tǒng)主要定位參數(shù)的準確性，對由該系統(tǒng)掃描的一條鋼絲采用這些參數(shù)進行重建，取重建切片的第200層、第512層和第800層觀察其鋼絲重建灰度，可見鋼絲重建灰度的集中性都很好，表明采用本發(fā)明方法獲取的錐束CT系統(tǒng)主要定位參數(shù)是準確可靠的。權利要求1、一種錐束CT系統(tǒng)快速定位方法，其特征在于包括下述步驟(a)將圓桿測具放置在錐束CT系統(tǒng)的旋轉工作臺中心處，采集多幅投影圖像，然后將這些圖像按對應象素進行灰度疊加并平均，得到1幅投影圖像G1，并按重建所需投影圖像尺寸進行裁剪；(b)保持圓桿測具不動，將旋轉工作臺往射線源方向或平板探測器方向平移h＝40～80mm，采集多幅投影圖像，然后將這些圖像按對應象素進行灰度疊加并平均，得到1幅投影圖像G2，并按重建所需投影圖像尺寸進行裁剪；(c)將圓桿測具沿與平板探測器成像平面平行的方向平移D/5～D/3，記此位置為0度，采集多幅投影圖像，然后將這些圖像按對應象素進行灰度疊加并平均，得到1幅投影圖像G3，并按重建所需投影圖像尺寸進行裁剪；(d)保持圓桿測具不動，將旋轉工作臺旋轉180度，采集多幅投影圖像，然后將這些圖像按對應象素進行灰度疊加并平均，得到1幅投影圖像G4，并按重建所需投影圖像尺寸進行裁剪；(e)利用上述采集的投影圖像，計算Dso、Dsd和y，①將求對數(shù)后的投影圖像G1按行進行投影象素灰度疊加，得到1列投影；②以該列投影的中點為起始點，逐象素向上查找第一個局部灰度最大值象素點，將此點標記為Pmax，判斷準則為該象素的相鄰2～5個象素的灰度均小于該象素的灰度；③從Pmax逐象素向上查找第一個局部灰度最小值象素點，將此點標記為Pmin，判斷準則為該象素的相鄰2～5個象素的灰度均大于該象素的灰度；④計算Pmax和Pmin象素灰度的平均值；⑤在pmax與Pmin之間查找與此灰度平均值最接近的兩個象素點；⑥根據灰度平均值對這兩個象素點進行線性插值，得到一個亞象素點，將此點標記為P1；⑦采用與上述第②～⑥步完全類似的方法，以該列投影的中點為起始點，逐象素向下查找并計算可得到P2點；⑧對求對數(shù)后的投影圖像G2，采用與上述第①～⑦步完全類似的方法可得到P3點和P4點；⑨根據獲取投影圖像G1、投影圖像G2的兩次掃描投影的相關性，得到方程組<mathsid="math0001"num="0001"><math><![CDATA[<mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><mfrac><mi>a</mi><mi>b</mi></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mi>Dso</mi><mi>Dsd</mi></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mi>L</mi><mover><mrow><msub><mi>P</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>P</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mo>‾</mo></mover></mfrac></mtd></mtr><mtr><mtd><mfrac><mi>a</mi><mrow><mi>b</mi><mo>+</mo><mover><mrow><msub><mi>P</mi><mn>2</mn></msub><msub><mi>P</mi><mn>4</mn></msub></mrow><mo>‾</mo></mover></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>Dso</mi><mo>-</mo><mi>h</mi></mrow><mi>Dsd</mi></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mi>L</mi><mover><mrow><msub><mi>P</mi><mn>3</mn></msub><msub><mi>P</mi><mn>4</mn></msub></mrow><mo>‾</mo></mover></mfrac></mtd></mtr></mtable></mfenced>]]></math></maths>其中，a為第一次掃描中下退刀槽到中心射束的距離，b為a在平板探測器上的投影長度，<overscore>P1P2</overscore>、<overscore>P3P4</overscore>和<overscore>P2P4</overscore>由上述測量計算得到；解方程組可得<mathsid="math0002"num="0002"><math><![CDATA[<mrow><mi>Dso</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>h</mi><mo>·</mo><mover><mrow><msub><mi>P</mi><mn>3</mn></msub><msub><mi>P</mi><mn>4</mn></msub></mrow><mo>‾</mo></mover></mrow><mrow><mover><mrow><msub><mi>P</mi><mn>3</mn></msub><msub><mi>P</mi><mn>4</mn></msub></mrow><mo>‾</mo></mover><mo>-</mo><mover><mrow><msub><mi>P</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>P</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mo>‾</mo></mover></mrow></mfrac><mo>,</mo></mrow>]]></math>id="icf0002"file="A2009100231370003C1.tif"wi="30"he="12"top="38"left="117"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths><mathsid="math0003"num="0003"><math><![CDATA[<mrow><mi>Dsd</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>h</mi><mo>·</mo><mover><mrow><msub><mi>P</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>P</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mo>‾</mo></mover><mo>·</mo><mover><mrow><msub><mi>P</mi><mn>3</mn></msub><msub><mi>P</mi><mn>4</mn></msub></mrow><mo>‾</mo></mover></mrow><mrow><mrow><mo>(</mo><mover><mrow><msub><mi>P</mi><mn>3</mn></msub><msub><mi>P</mi><mn>4</mn></msub></mrow><mo>‾</mo></mover><mo>-</mo><mover><mrow><msub><mi>P</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>P</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mo>‾</mo></mover><mo>)</mo></mrow><mo>·</mo><mi>L</mi></mrow></mfrac><mo>,</mo></mrow>]]></math>id="icf0003"file="A2009100231370003C2.tif"wi="37"he="12"top="38"left="149"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths><mathsid="math0004"num="0004"><math><![CDATA[<mrow><mi>b</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mover><mrow><msub><mi>P</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>P</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mo>‾</mo></mover><mo>·</mo><mover><mrow><msub><mi>P</mi><mn>2</mn></msub><msub><mi>P</mi><mn>4</mn></msub></mrow><mo>‾</mo></mover></mrow><mrow><mover><mrow><msub><mi>P</mi><mn>3</mn></msub><msub><mi>P</mi><mn>4</mn></msub></mrow><mo>‾</mo></mover><mo>-</mo><mover><mrow><msub><mi>P</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>P</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mo>‾</mo></mover></mrow></mfrac><mo>,</mo></mrow>]]></math>id="icf0004"file="A2009100231370003C3.tif"wi="25"he="12"top="56"left="23"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths>則中心射束縱坐標的值為y＝P2+b；Dso是射線源焦點到旋轉中心的距離；Dsd是射線源焦點到平板探測器的距離；(x，y)是中心射束在平板探測器上的照射位置；計算x和γ的步驟①將0度與180度位置的投影圖像G3和投影圖像G4按對應象素灰度值相減并取絕對值，得到1幅圖像G5；②將投影圖像G5在高度方向上等分成10～20份，取每份的中間一行象素，得到等間距的10～20行象素；③分別對步驟②得到的每一行象素，查找圓桿投影區(qū)域內的最小灰度值象素；④以最小灰度值象素為中心，在相應行上分別取其左右相鄰的2～7個象素，得到連續(xù)的5～15個象素；⑤以象素位置為自變量，采用最小二乘二次多項式對這些象素灰度進行擬合，得到與行數(shù)量相同的多個二次多項式；⑥分別計算各個二次多項式的最小值，得到與最小值對應的X值，結合所在行的Y坐標，即得到與行數(shù)量相同的多個平板探測器上的坐標點；⑦采用最小二乘直線擬合這些坐標點，得到的直線方程為旋轉工作臺旋轉軸的投影直線在平板探測器上的數(shù)學表達式；⑧計算該直線的斜率，即平板探測器旋轉角γ；⑨將中心射束縱坐標值y代入直線方程，計算出中心射束橫坐標值x。2、一種權利要求1所述錐束CT系統(tǒng)快速定位方法專用測具，其特征在于包括圓桿和底座，圓桿和底座連為一體，在圓桿上開兩個寬度為24mm的退刀槽。3、根據權利要求2所述錐束CT系統(tǒng)快速定位方法專用測具，其特征在于所述的退刀槽深23mm，且分別位于平板探測器成像窗口中心上下兩側。全文摘要本發(fā)明公開了一種錐束CT系統(tǒng)快速定位方法，將圓桿測具放置在錐束CT系統(tǒng)的旋轉工作臺中心處，或者保持圓桿測具不動，將旋轉工作臺往射線源方向平移h，或者將圓桿測具沿與平板探測器成像平面平行的方向平移D/5～D/3，或者保持圓桿測具不動，將旋轉工作臺旋轉180度，得到多幅投影圖像，計算錐束CT系統(tǒng)定位參數(shù)，包括射線源焦點到旋轉中心的距離Dso，射線源焦點到平板探測器的距離Dsd，中心射束在平板探測器上的照射位置(x，y)以及平板探測器旋轉角γ。還公開了上述錐束CT系統(tǒng)快速定位方法專用測具，其特點是包括圓桿和底座，圓桿和底座連為一體在圓桿上開有退刀槽。由于采用專用測具進行掃描，操作簡單；可同時測出錐束CT系統(tǒng)的5個主要定位參數(shù)Dso、Dsd、x、y和γ。文檔編號G01B11/03GK101603810SQ20091002313公開日2009年12月16日申請日期2009年6月30日優(yōu)先權日2009年6月30日發(fā)明者張定華,李明君,黃魁東申請人:西北工業(yè)大學
專業(yè)數(shù)控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
