用于几何校准ct扫描仪的方法和装置制造方法
【专利摘要】本申请涉及用于几何校准CT扫描仪的方法和装置。该方法包括对至少一排探测器单元中的每一排探测器单元执行以下步骤：建立CT扫描仪的完整几何描述，其中完整几何描述包括至少一个未知几何参数；利用完整几何描述来建立前向投影函数的描述；获取置入扫描视野SFOV中的校准模在当前排的探测器单元上的对应于多个角度的实际投影坐标；利用前向扫描函数的描述来获取校准模在当前排的探测器单元上的对应于多个角度的计算投影坐标；通过非线性最小二乘拟合算法基于所获取的实际投影坐标和计算投影坐标来求解至少一个未知几何参数，从而得到至少一个未知几何参数的校准值。
【专利说明】用于几何校准CT扫描仪的方法和装置
【技术领域】
[0001]本申请涉及计算机断层扫描(CT)领域，尤其涉及用于几何校准CT扫描仪的方法和装置。
【背景技术】
[0002]为了节约CT扫描仪中的探测器成本，在CT扫描仪中引入了一种大型平板模块探测器。这种大型平板模块探测器包括若干个平板模块，每个模块具有若干个子模块，每个子模块具有若干个常规的探测器单元。与常规的第三代弧状探测器相比，这种大型平板模块探测器大得多，并且还具有许多其他不同之处。例如，在大型平板模块探测器中，相邻模块之间以及相邻子模块之间均存在空气间隙，而在常规的第三代弧状探测器中则不存在这样的空气间隙。
[0003]考虑到实际的探测器制造技术和安装技术，这些空气间隙的实际大小与设计大小之间的一致性难以保证。通常，在制造期间，相邻子模块之间的空气间隙的实际大小与设计大小之间的一致性相对容易实现。再者，因为同一模块中的子模块可以相对于彼此平行安装，所以相邻子模块之间的空气间隙大小不会因为安装而引入太大的误差。然而，对于相邻模块之间的空气间隙而言，因为探测器中的各模块通常相对于彼此以一定角度倾斜安装，所以会在相邻模块之间的空气间隙大小中引入随机误差。这将使得相邻模块之间的空气间隙大小不仅在同一探测器中可能不同，而且在不同的系统中也可能不同。
[0004]再者，对于大型平板模块探测器，倾斜入射的X射线光子可能影响在各模块边缘处的探测器单元的有效响应位置，导致探测器单元的有效响应位置不在探测器单元的中心，从而影响相邻模块之间的空气间隙大小。
[0005]至少由于上面这些因素，大型平板模块探测器中的相邻模块之间的空气间隙大小变得不可测量。然而，为了实现具有高图像质量的图像重构，准确的空气间隙大小，尤其是准确的相邻模块之间的空气间隙大小，是非常重要的。由于相邻模块之间的实际的空气间隙大小与设计的空气间隙大小之间的不一致而引起的数据采集和图像重构之间的失配，会在重构的图像中导致严重的环状伪影。
[0006]例如，对于具有如下结构的大型平板模块探测器，要求在相邻子模块之间的空气间隙大小为0.05mm，在相邻模块之间的空气间隙大小为0.15mm:5 (表示探测器中模块的数量)X4 (表示每个模块中子模块的数量)X34 (表示每个子模块中探测器单元的数量)。通常，在探测器的制造和安装期间，在相邻子模块之间的空气间隙大小中引入的误差小于±0.02mm，而在相邻模块之间的空气间隙大小中引入的误差小于±0.15mm。当在相邻模块之间的空气间隙大小中引入的误差大于±0.04_时，在重构的图像中会导致环状伪影，这是不希望的。
[0007]另一方面，当将探测器固定在机架上时，其位置不能再调整。然而，考虑到安装精度，探测器的位置可能不完全对应于所期望的位置，这将影响ISO通道。换言之，实际的ISO通道可能不是所期望的ISO通道。如果在图像重构过程中采用了不准确的ISO通道，则调制传递函数(Modulation Transfer Function,MTF)将会降级。更严重的是,在重构的图像中可能会出现重影伪影。
[0008]因为上面提到的几何参数(例如，相邻模块之间的空气间隙大小以及ISO通道)不可测量但对于实现高质量的重构图像却很关键，所以需要一种用于几何校准CT扫描仪的方法和装置。
【发明内容】
[0009]为解决上面提到的问题，本申请提供一种简单而有效的用于几何校准具有大型平板模块探测器的CT扫描仪的方法和装置。通过该方法和装置，可获取准确的相邻模块之间的空气间隙大小、准确的ISO通道以及改进的MTF。
[0010]本申请提供一种用于几何校准具有至少一排探测器单元的CT扫描仪的方法，包括对所述至少一排探测器单元中的每一排探测器单元执行以下步骤:
几何描述建立步骤，用于建立所述CT扫描仪的完整几何描述，其中所述完整几何描述包括至少一个未知几何参数；
前向投影函数建立步骤，用于利用所述完整几何描述来建立前向投影函数的描述；
实际投影坐标获取步骤，用于获取置入扫描视野SFOV中的校准模在当前排的探测器单元上的对应于多个角度的实际投影坐标；
计算投影坐标获取步骤，用于利用所述前向扫描函数的描述来获取所述校准模在所述当前排的探测器单元上的对应于所述多个角度的计算投影坐标；以及
校准值获取步骤，用于通过非线性最小二乘拟合算法基于所获取的实际投影坐标和计算投影坐标来求解所述至少一个未知几何参数，从而得到所述至少一个未知几何参数的校准值。
[0011]在根据本发明的一个或多个实施例的方法中，所述当前排的探测器单元的结构是/?X<7Xr,其中,/?表示模块的数量,<7表示每个模块中子模块的数量，r表示每个子模块中探测器单元的数量。
[0012]在根据本发明的一个或多个实施例的方法中，所述至少一个未知几何参数包括(/7-1)个相邻模块之间的空气间隙大小和I个ISO通道偏移。
[0013]在根据本发明的一个或多个实施例的方法中，所述前向投影函数的描述如下:
【权利要求】
1.一种用于几何校准具有至少一排探测器单元的CT扫描仪的方法，包括对所述至少一排探测器单元中的每一排探测器单元执行以下步骤: 几何描述建立步骤，用于建立所述CT扫描仪的完整几何描述，其中所述完整几何描述包括至少一个未知几何参数； 前向投影函数建立步骤，用于利用所述完整几何描述来建立前向投影函数的描述； 实际投影坐标获取步骤，用于获取置入扫描视野SFOV中的校准模在当前排的探测器单元上的对应于多个角度的实际投影坐标； 计算投影坐标获取步骤，用于利用所述前向扫描函数的描述来获取所述校准模在所述当前排的探测器单元上的对应于所述多个角度的计算投影坐标；以及 校准值获取步骤，用于通过非线性最小二乘拟合算法基于所获取的实际投影坐标和计算投影坐标来求解所述至少一个未知几何参数，从而得到所述至少一个未知几何参数的校准值。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述当前排的探测器单元的结构是X^Xr，其中，表示模块的数量^表示每个模块中子模块的数量，r表示每个子模块中探测器单元的数量。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述至少一个未知几何参数包括(/7-1)个相邻模块之间的空气间隙大小和I个ISO通道偏移。
4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述前向投影函数的描述如下:
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述校准值获取步骤包括目标函数最小化步骤，用于利用所述非线性最小二乘拟合算法求解所述至少一个未知几何参数，使得以下目标函数具有最小值:
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述校准模在所述当前排的探测器单元上的对应于所述当前扫描角度的实际投影坐标是所述校准模在所述当前排的探测器单元上的对应于所述当前扫描角度的投影数据的高斯中心。
7.如权利要求1-6中任一项所述的方法，其中，所述校准模在所述当前排的探测器单元上的对应于所述多个角度的实际投影坐标通过对所述校准模进行所述多个角度的轴向扫描来获取。
8.如权利要求1-7中任一项所述的方法，其中，所述非线性最小二乘拟合算法包括Powell优化算法。
9.如权利要求1-8中任一项所述的方法，其中，所述校准模是长度为100mm、直径为2mm的铁棒。
10.如权利要求1-9中任一项所述的方法，其中，所述至少一个未知几何参数的校准值用于后续的图像重构。
11.一种用于几何校准具有至少一排探测器单元的CT扫描仪的装置，包括: 几何描述建立部件，用于建立所述CT扫描仪的完整几何描述，其中所述完整几何描述包括至少一个未知几何参数； 前向投影函数建立部件，用于利用所述完整几何描述来建立前向投影函数的描述； 实际投影坐标获取部件，用于获取置入扫描视野SFOV中的校准模在当前排的探测器单元上的对应于多个角度的实际投影坐标； 计算投影坐标获取部件，用于利用所述前向扫描函数的描述来获取所述校准模在所述当前排的探测器单元上的对应于所述多个角度的计算投影坐标；以及 校准值获取部件，用于通过非线性最小二乘拟合算法基于所获取的实际投影坐标和计算投影坐标来求解所述至少一个未知几何参数，从而得到所述至少一个未知几何参数的校准值。
12.如权利要求11所述的装置，其中，所述当前排的探测器单元的结构是flX^Xr，其中，表示模块的数量^表示每个模块中子模块的数量，r表示每个子模块中探测器单元的数量。
13.如权利要求12所述的装置，其中，所述至少一个未知几何参数包括(/7-1)个相邻模块之间的空气间隙大小和I个ISO通道偏移。
14.如权利要求11-13中任一项所述的装置，其中，所述前向投影函数的描述如下:
15.如权利要求14所述的装置，其中，所述校准值获取部件包括目标函数最小化部件，用于利用所述非线性最小二乘拟合算法求解所述至少一个未知几何参数，使得以下目标函数具有最小值:
16.如权利要求15所述的装置，其中，所述校准模在所述当前排的探测器单元上的对应于所述当前扫描角度的实际投影坐标是所述校准模在所述当前排的探测器单元上的对应于所述当前扫描角度的投影数据的高斯中心。
17.如权利要求11-16中任一项所述的装置，其中，所述校准模在所述当前排的探测器单元上的对应于所述多个角度的实际投影坐标通过对所述校准模进行所述多个角度的轴向扫描来获取。
18.如权利要求11-17中任一项所述的装置，其中，所述非线性最小二乘拟合算法包括Powell优化算法。
19.如权利要求11-18中任一项所述的装置，其中，所述校准模是长度为100mm、直径为2mm的铁棒。
20.如权利要求11-19中任一项所述的装置，其中，所述至少一个未知几何参数的校准值用于后续的图像重构。
21.—种CT扫描系统,包括如权利要求11-20中任一项所述的用于几何校准具有至少一排探测器单元的CT扫描仪的装置。
【文档编号】G01N23/00GK103969269SQ201310037546
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2013年1月31日 优先权日:2013年1月31日
【发明者】李军, 李硕, 王斌, 曹蹊渺, 董加勤 申请人:Ge医疗系统环球技术有限公司