專利名稱：一種ct系統投影旋轉中心定位方法
技術領域：
本發明涉及一種CT系統投影旋轉中心定位方法，屬于輻射探測技術領域。
背景技術：
目前，對于基于線陣探測器的扇形束射線掃描二維CT，射線源焦點與掃描臺旋轉中心的連線與探測器的交點就是掃描臺旋轉中心在探測器上的投影，稱為投影旋轉中心。 CT系統通常采用的重建算法為濾波反投影算法，該算法要求預先知道投影旋轉中心在探測器上的精確位置，投影旋轉中心的誤差會使得重建圖像出現重影，造成圖像失真，這就會影響特征的檢測與識別。對于實際的CT掃描系統，射線源焦點、掃描臺旋轉中心的位置不能直接測量，如何精確定位投影旋轉中心的位置成為當前CT系統工程中的一項關鍵技術問題。針對投影旋轉中心(COR，Center of Rotation)的定位，目前主要存在以下幾種方法1)線模掃描法即對一金屬絲進行CT掃描，求取線陣列探測器采集的投影正弦圖的邊界坐標，求平均即可得到旋轉中心坐標值。該方法實現簡單，但對投影噪聲比較敏感， 而且只適用于射線源焦點與掃描臺旋轉中心連線垂直于探測器的情形。2)幾何求解法即對金屬絲模型進行CT掃描，求取線陣列探測器采集的投影正弦圖的邊界坐標，然后利用解析幾何法求解出投影旋轉中心。該方法可適用于射線源焦點與掃描臺旋轉中心連線不垂直于探測器的情形。但是在求解的過程中需要知道其他的掃描幾何參數，增加了測量的復雜度。3)對稱角插值方法即對一金屬絲進行CT掃描，求取投影正弦圖每行的投影質心坐標，然后將投影角相差180度的投影質心坐標相減，得到差影圖像，找正負分界點，利用距離分界點最近的兩對質心坐標得到投影旋轉中心位置坐標。該方法實現比較繁瑣，受噪聲干擾大。4)迭代法該方法利用迭代重建的方法，結合一定的約束準則，在重建誤差最小的情況下得出投影旋轉中心的位置參數。由于迭代算法的運行速度很低，因而目前僅局限于理論研究，不太適合于工程應用。5)基于對稱投影的確定方法該方法利用隱含在正弦圖中的對稱投影信息，并根據經過旋轉中心的射線束在兩個對稱投影視角下透過的物體路徑相同這一規律來定位旋轉中心。相對現有算法，該方法無須使用模體，亦無需知曉任何幾何參數，實時且基本不受隨機噪聲影響。但是該方法在被掃描物體是圓對稱物體且中心和轉臺旋轉中心重合時，定位誤差增大，會出現解不唯一的情況。6)基于正弦圖冗余信息的方法該方法依據CT中的共軛投影的概念，利用隱含在正弦圖中的冗余信息，分析得出旋轉中心位置將正弦圖分成左右對等的兩部分，并利用兩部分投影和相等的策略計算得到旋轉中心的位置坐標。該方法忽略了散射的影響，誤差較大。7)基于投影地址求平均的方法該方法依據“質點掃描一周投影地址坐標的積分為零”以及“任意兩質點投影正弦線的交點坐標之和為零”的規律，通過計算穿過物體的射線投影地址的均值獲得投影旋轉中心的坐標。該方法求解精度較高，但是不能處理投影橫向截斷的情況。

發明內容
本發明的目的在于提供一種能夠克服上述技術問題的CT系統投影旋轉中心定位方法，其具有精度高，易于實現等特點且適用于投影部分截斷的情況。為了達到上述發明目的，本發明的技術方案以如下方式實現射線源發射的射線束過掃描臺的掃描臺的旋轉中心且交于線陣探測器一點，該點掃描臺旋轉中心點在探測器上的投影，稱為投影旋轉中心點；定位投影旋轉中心點坐標包括下列步驟a.采集360度投影數據，得到投影正弦圖；b.設定合適閾值，對投影正弦圖進行圖像分割，將空氣背景部分的像素值設為0， 其余不變；c.對于b步驟得到的分割后的正弦圖，將各個投影角度的投影數據按照對應的像素疊加平均，即投影正弦圖的各行疊加求平均得到一維信號y = f (s)，其中，s為像素坐標， y為疊加平均后得到的像素值；d.利用二次多項式y = as2+bs+c采用最小二乘法擬合y = f (S)；e.計算拋物線y = as2+bs+c的對稱中心橫坐標值s = |，此即為投影旋轉中心坐
-2a標值。所述采集360度投影數據并得到投影正弦圖的方法能夠是射線源和探測器靜止不動，掃描臺旋轉。所述采集360度投影數據并得到投影正弦圖的方法可以是射線源和探測器旋轉， 掃描臺靜止不動。所述采集360度投影數據并得到投影正弦圖后，將投影數據取負對數運算或不進行此運算。所述利用二次多項式y = as2+bs+c擬合y = f (s)，也能夠采用其他具有中心對稱結構的函數擬合y = f (s)，如雙曲正割函數，高斯函數等。本發明的優點是操作簡單方便，受噪聲干擾小，具有精度高、易于實現等特點且適用于投影部分截斷的情況，具有較強的實用價值。


圖1是本發明的CT掃描共軛投影示意圖；圖2是本發明的扇束掃描的正弦圖示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細描述。由于二維扇束CT 360度掃描得到的正弦圖數據是冗余的，利用數據信息的冗余性定位投影旋轉中心坐標是本發明方法的主要技術構思和原理。
如圖1所示，其中為最大投影地址。根據CT重建對投影坐標系的要求，中心射束經過轉臺旋轉中心。在等角扇束掃描過程中投影之間有如下的關系Ρ(β, γ) = Ρ(β + 3 -2γ,-γ)(1)其中β為射線源的旋轉角度，Y為等角探測器上的投影(角度)地址。Ρ(β， γ),Ρ(β + 3ι-2γ,-γ)被稱為共軛投影。類似的可以推導出等距扇束的情形，有Ρ(β , s) = Ρ(β + 3 -2γ , -s)(2)s為等距探測器的投影地址，、為投影地址為s的射線與中心射束的夾角。扇束掃描的正弦圖如圖2所示，其中民為探測器左右兩邊界最大投影地址，Yml， Ymr分別為探測器左右兩邊界對應的射線束相對中心射束的最大偏角。根據共軛投影的幾何關系可知，梯形區域1和3內虛線部分投影值自上而下對應相等，梯形區域2和4內虛線部分投影值自上而下對應相等。因此區域1和3是數據對應相等的兩個區域，區域2和4 也是數據對應相等的兩個區域。此即扇束掃描的投影數據不但是冗余的，且恰恰冗余了一半。而COR也恰恰將冗余的數據分成相等的兩半，對于COR左邊的投影數據，在COR的右邊必有與之相等的對應的投影數據，反過來亦是如此。根據上述分析，如果將正弦圖的各行疊加平均，得到一維信號 y = J(S) = YiP(P^S) ’此信號必定為對稱信號，且對稱軸的位置即為投影旋轉中心所在位
置，為了得到投影旋轉中心的位置，本發明采用另外一個中心對稱函數去擬合一維信號y =f (s)，目的是為了通過兩個對稱函數的逼近進而得到投影旋轉中心的位置。本發明的掃描過程能夠是射線源探測器靜止不動，掃描臺旋轉360度，在掃描臺旋轉的過程中，射線源發射射線穿過被檢測物，透射的X射線被探測器接收形成投影信號。本發明的掃描過程也能夠是射線源探測器旋轉360度，掃描臺靜止不動，在射線源探測器旋轉的過程中，射線源發射射線穿過被檢測物，透射的X射線被探測器接收形成投影信號。以上所述，僅為本發明的具體實施方式
，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明公開的范圍內，能夠輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明權利要求的保護范圍內。
權利要求
1.一種CT系統投影旋轉中心定位方法，其特征在于射線源發射的射線束過掃描臺的旋轉中心且交于線陣探測器一點，該點為掃描臺旋轉中心點在探測器上的投影，稱為投影旋轉中心點；定位投影旋轉中心點坐標包括下列步驟a.采集360度投影數據，得到投影正弦圖；b.設定合適閾值，對投影正弦圖進行圖像分割，將空氣背景部分的像素值設為0，其余不變；c.對于b步驟得到的分割后的正弦圖，將各個投影角度的投影數據按照對應的像素疊加平均，即投影正弦圖的各行疊加求平均得到一維信號y = f (s)，其中，s為像素坐標，y為疊加平均后得到的像素值；d.利用二次多項式y= as2+bs+c采用最小二乘法擬合y = f (s)；e.計算拋物線y= as2+bs+c的對稱中心橫坐標值s = |，此即為投影旋轉中心坐標-2a值。
2.根據權利要求1所述的一種CT系統投影旋轉中心定位方法，其特征在于，所述采集 360度投影數據并得到投影正弦圖的方法可以是射線源和探測器靜止不動，掃描臺旋轉。
3.根據權利要求1所述的一種CT系統投影旋轉中心定位方法，其特征在于，所述采集 360度投影數據并得到投影正弦圖的方法可以是射線源和探測器旋轉，掃描臺靜止不動。
4.根據權利要求1所述的一種CT系統投影旋轉中心定位方法，所述采集360度投影數據并得到投影正弦圖后，將投影數據取負對數運算。
5.根據權利要求1所述的一種CT系統投影旋轉中心定位方法，所述利用二次多項式y =as2+bs+c擬合y = f (s)，也能夠采用其他具有中心對稱結構的函數擬合y = f(s)。
全文摘要
本發明公開了一種CT系統投影旋轉中心定位方法，其步驟是采集360度投影數據，得到投影正弦圖；設定合適閾值，對投影正弦圖進行圖像分割，將各個投影角度的投影數據按照對應的像素疊加平均，即投影正弦圖的各行疊加求平均得到一維信號y＝f(s)，利用二次多項式y＝as2+bs+c采用最小二乘法擬合y＝f(s)；計算拋物線y＝as2+bs+c的對稱中心橫坐標值此即為投影旋轉中心坐標值；本發明的優點是操作簡單方便，受噪聲干擾小，具有精度高、易于實現等特點且適用于投影部分截斷的情況，具有較強的實用價值。
文檔編號G01N23/04GK102539460SQ20121000367
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月6日 優先權日2012年1月6日
發明者張耀軍, 張萍宇, 李保磊, 莫陽 申請人:公安部第一研究所, 北京中盾安民分析技術有限公司