一种CT扫描仪的机架稳定性评价方法和装置与流程

一种ct扫描仪的机架稳定性评价方法和装置
技术领域
1.本发明涉及ct技术，特别是涉及一种ct扫描仪的机架稳定性评价方法和装置。


背景技术：

2.计算机断层成像(ct)技术能够无损低获得被检测物体的内部三维结构信息，重建物体三维图像，被广泛应用于无损检测、医疗诊断等领域。
3.旋转ct技术在成像时，光源与探测器不动，移动物体，采集被成像物体的投影，通过重建算法对采集到的投影进行重建得到物体的三维图像，图像重建需要考虑真实的机架角度，同时，也可以通过图像重建的纯图像的方法验证机械设计，因此，机架角度对图像重建和验证机械设计都有很大的参考价值。
4.目前，机架角度的计算过程中存在以下两种方式：
5.第一，通过一个已知的几何体在ct系统下的投影图像，计算对应ct系统的几何参数，进而构造立体数据。例如，使用的圆柱体模体带有多个均等分角度分布的钢珠，通过其自带的几何属性来对比机架旋转得到的投影数据，得到之间的差别为机架角度的一致性。但是通过此圆柱体模体要达到获取机架角度的目的，对圆柱体模体的摆位、模体大小和视场大小(fov，指能被x射线照射到的物体范围)之间的关系都有比较复杂的限制，并不能用一个简单的几何模体来验证任何大小的ct系统，而且机械设计控制并非完美达到均等分的角度变化，因此，该方法适用性和准确性都不太好。
6.第二，通过实时获取的参数计算当前机架角度。例如专利公布号为cn101496726b的专利，通过实时获取机架旋转角速度和初始角度推算当前机架角的方法，有利于扫描时的实时测量机架运动状态、角度，但需要在机械结构中添加额外测量装置来测量实时机架旋转角速度，导致成本增加。


技术实现要素：

7.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种ct扫描仪的机架稳定性评价方法和装置，用于解决现有技术中机架稳定性评价结果不准确的问题。
8.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种ct扫描仪的机架稳定性评价方法，至少包括以下步骤：
9.获取预设待测模体在m个机架角度下的投影图像；其中，m≥3；所述待测模体包括n个珠子，n个珠子呈“一”字型排列；
10.根据所述投影图像得到所述待测模体在每个机架角度下的投影坐标；
11.根据每个珠子在所有机架角度下的投影坐标得到有效珠子的投影坐标；
12.根据有效珠子对应的所有机架角度对机架的稳定性进行评价。
13.优选地，根据所述投影图像得到所述待测模体在每个机架角度下的投影坐标包括：
14.根据像素最大值对第一个投影图像进行处理得到第一个投影图像中每个珠子的
投影坐标；
15.根据第一个投影图像中每个珠子的投影坐标，对其余所有的投影图像进行处理得到投影图像中所有珠子的投影坐标。
16.优选地，根据像素最大值对第一个投影图像进行处理得到第一个投影图像中每个珠子的投影坐标包括：
17.获取第一个投影图像中的灰度最大值对应的像素作为第一像素点；
18.根据所述第一像素点计算与该所述第一像素点对应的第一个珠子的投影坐标；
19.将所述第一像素点的灰度值置零，并继续寻找第一个投影图像中的灰度最大值，直到灰度最大值小于珠子设定阈值。
20.优选地，根据每个珠子在所有机架角度下的投影坐标得到有效珠子的投影坐标包括：
21.构建基于光源与待测模体的投影图像之间的关系模型；其中，光源和投影图像分别在yz平面的两侧，投影图像与yz面平行；
22.基于所述关系模型确定每个珠子在的限制范围；
23.根据每个珠子在所有机架角度下的投影坐标和所述光源确定投影坐标在xy平面的位置；
24.根据所述限制范围对所述投影坐标在xy平面的位置进行处理得到每个珠子在所有机架角度下的投影坐标；所述有效珠子为所有珠子中符合设定要求珠子；
25.对有效珠子的投影坐标进行处理得到对应的所有机架角度。
26.优选地，根据所述限制范围对所述投影坐标在xy平面的位置进行处理得到每个珠子在所有机架角度下的投影坐标包括：
27.根据所述限制范围对所述投影坐标在xy平面的位置进行拟合得到每个珠子的拟合结果；
28.根据所述每个拟合结果筛选出有效珠子的投影坐标。
29.优选地，所述拟合结果为最小方差拟合损失函数。
30.优选地，当最小方差拟合损失函数值小于设定阈值，所述最小方差拟合损失函数值对应的珠子为有效珠子。
31.为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种ct扫描仪的机架稳定性评价装置，所述装置包括处理器和存储器，所述存储器上存储有可在处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现权利要求1-7任一项所述的ct扫描仪的机架稳定性评价方法的步骤。
32.如上所述，本发明的一种ct扫描仪的机架稳定性评价和装置，具有以下有益效果：
33.本发明首先对所有珠子在所有机械角度下的投影图像进行处理，得到每个珠子在所有机械角度下的坐标，并进行拟合得到珠子轨迹，当某个珠子在所有机械角度下拟合得到的珠子轨迹为圆形或椭圆形时，认为该珠子的珠子轨迹代表ct扫描仪的机架角度轨迹即为有效珠子，通过珠子参数再进行评价。通过本发明不需要使用任何外界测量机械来对机架的运动稳定性进行验证从而降低成本，同时，采用该计算得到的机架角度更加准确，从而能够更准确的验证ct扫描仪的机械设计。
附图说明
34.图1显示为本发明ct扫描仪的机架稳定性评价方法的流程示意图。
35.图2显示为本发明对第一个投影图像进行最大值处理得到待测模体中珠子的投影坐标的流程示意图。
36.图3显示为根据每个珠子在所有机架角度下的投影坐标得到有效珠子的投影坐标的流程示意图。
37.图4显示为本发明基于光源与待测模体的投影图像之间的关系模型示意图。
38.图5显示为本发明实施例中投影坐标在xy平面的位置集合示意图。
39.图6显示为本发明ct扫描仪的机架稳定性评价装置的结构示意图。
具体实施方式
40.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
41.请参阅图1-6。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
42.本发明为了对ct扫描仪的机械设计进行更好的验证，提出一种采用一排珠子的方式进行评价，按照固定间隔时间采集一排珠子的投影图像，并处理得到投影图像的机架角度；在理论上按照固定间隔时间进行采集，处理得到的机架角度也应该是等间隔的，但是，由于机架转动过程中的抖动或者振动性，会导致机架角度并不是等间隔的。因此，通过机架角度的一致性能够评估机架旋转的稳定性。基于该技术构思，本发明提出一种ct扫描仪的机架稳定性评价方式和装置。
43.首先对所有珠子在所有机械角度下的投影图像进行处理，得到每个珠子在所有机械角度下的坐标，并进行拟合得到珠子轨迹，当某个珠子在所有机械角度下拟合得到的珠子轨迹为圆形时，认为该珠子的珠子轨迹代表ct扫描仪的机架角度轨迹，通过该方式得到的机架角度更加准确，从而能够更准确的验证ct扫描仪的机械设计。
44.方法实施例：
45.对于ct扫描仪来讲，待测物固定在ct扫描仪的机架上，待测物随着机架角度的旋转而旋转，并且在旋转过程中获取影像，该过程中待测物的旋转电角度和机架角度一致。图1显示为本发明ct扫描仪的机架稳定性评价方法的流程示意图。结合图1对本发明ct扫描仪的机架稳定性评价方法的过程进行详细的描述，评价方法至少包括以下步骤：
46.s1，获取预设的待测模体在m个机架角度下的投影图像；其中，m≥3；
47.在本发明实施例中，预设的待测模体包括n个珠子，n个珠子呈“一”字型排列进行设置，具体设置时n个珠子为非等间距的垂直排列，其中，n≥4。采用单排珠子作为模体，结构简单，对模体安装无限制性的要求，可放在玻璃杯中。在本实施例中，珠子具体为钢珠，但是本发明对珠子的材质不受限制。
48.通过ct扫描仪对待测模体进行扫描，在对待测模体进行扫描过程中，将模体旋转360
°
，在旋转的过程，ct扫描仪的探测器按照固定的间隔时间获取待测模体的投影图像；
49.具体的，ct扫描仪为平板cbct扫描仪，在待测模体旋转360
°
的过程中，使用x-ray平板探测器采集待测模体的m个投影图像，即m帧投影图像。第m个图像上每个像素点对应的灰度值为im(u,v)的二维矩阵元素，u为行号，v为列号。m为在旋转360
°
过程中按照固定间隔时间进行采集的数量，也为机架角度的数量，即一个投影图像对应一个机架角度。
50.s2，根据所述投影图像得到所述待测模体在每个机架角度下的投影坐标；
51.在本发明实施例中，采用质心法提取每个投影图像上所有珠子的坐标。具体是先获得第一个投影图像中所有珠子的坐标，然后依据第一个投影图像中的坐标对其余个投影图像做相同的处理得到其余个投影图像中所有珠子的坐标，从而得到所有待测模体中所有珠子在各个机架角度下的坐标。
52.s21，根据像素最大值对第一个投影图像进行处理得到第一个投影图像中每个珠子的投影坐标；
53.在本步骤中，先获取其中一个投影图像中每个珠子的坐标，以为后续计算其余个投影图像中的珠子坐标提供数据参考。
54.对所述第一个投影图像进行最大值处理得到待测模体中珠子的投影坐标，如图2所示；
55.在本步骤中旨在计算出待测模体中所有(n个)珠子的坐标。
56.s211，获取第一个投影图像中的灰度最大值对应的像素作为第一像素点；
57.在本实施例中，第一个投影图像上每个像素点对应的灰度值为i1(u,v)。其中，u,v均为自然数。
58.对第一个投影图像中所有像素点的灰度值进行比较，找出灰度最大值；如果灰度最大值大于珠子设定阈值，说明该灰度最大值为待测模体中一个珠子的投影像素，因此，确定该灰度最大值对应的像素点作为计算该珠子的数据。
59.s212，根据所述第一像素点计算与该所述第一像素点对应的第一个珠子的投影坐标；
60.在本步骤中，以灰度最大值对应的像素点为中心，且以设定距离作为所述像素点的第一窗口的大小，并计算所述第一窗口的质心，其中，设定距离为k，其比珠子的直径略大且接近珠子直径。对于质心的计算为现有技术，在本发明中就不再详细介绍。
61.在本发明中第一窗口的质心为对应第一个珠子的坐标r1(u
cm
,v
cm
)。
62.s213，将所述第一像素点的灰度值置零，并继续寻找第一个投影图像中的灰度最大值，直到灰度最大值小于珠子设定阈值，则说明当前投影图像中所有珠子的投影坐标已计算完成。
63.当计算得到第一个珠子的坐标后，为避免重复计算岗组，就将该第一个珠子对应的第一像素点的灰度值置零，从而不影响该个投影图像中剩余珠子的处理计算。然后重复执行步骤s3121和步骤s3122，以将第一个投影图像中剩余珠子的投影坐标全部计算出来。
64.至此，通过第一个投影图像得到待测模体中所有珠子的投影坐标为r1(u
cm
,v
cm
)、r2(u
cm
,v
cm
)、r3(u
cm
,v
cm
)
……rn
(u
cm
,v
cm
)。
65.s22，根据第一个投影图像中每个珠子的投影坐标，对其余所有的投影图像进行处
理得到投影图像中所有珠子的投影坐标。
66.在本步骤中对其余所有个(第2-第m)的投影图像进行处理时方法一样，在本实施例中，以第二个投影图像为例来说明其余所有个投影图像进行处理得到珠子坐标的过程。
67.根据第一个投影图像中每个珠子的投影坐标，对第二个投影图像进行处理得到投影图像中所有珠子的投影坐标包括以下步骤：
68.先获取第一个投影图像中所有珠子的投影坐标，并将每个珠子的投影坐标分别作为第二个投影图像中对应位置珠子的中心；然后对第二个投影图像中每个珠子坐标都按照相同的设定距离划定每个珠子的窗口大小；最后对每个珠子所在窗口大小进行质心计算，得到第二个投影图像中每个珠子的质心坐标，即第二个投影图像中每个珠子的投影坐标。
69.采用与第二个投影图像相同的处理方法依次对第三个投影图像、
……
、第n个投影图像进行处理，采用该处理方式可以快速定位每个珠子的位置，从而提高珠子坐标的计算速度。
70.由于每一个投影图像对应一个机架角度，故对所有投影图像进行处理后就能得到在所有机架角度下所有珠子坐标。
71.s3，根据每个珠子在所有机架角度下的投影坐标得到有效珠子的投影坐标；其流程示意图如图3所示，结合图3对该过程进行详细描述：
72.s31，构建基于光源与待测模体的投影图像之间的关系模型；其中，光源和投影图像分别在yz平面的两侧，投影图像与yz面平行。
73.由于光源在固定间隔时间内发出激光，待测模体内的珠子随着机架按照360
°
旋转，探测器在固定间隔时间获取投影图像，因此，构建得到图4所示的关系模型。
74.s32，基于所述关系模型确定每个珠子的限制范围；
75.本步骤中，通过确定每个珠子的限制范围，在后续拟合得到每个珠子的拟合轨迹时能够对拟合参数进行限制，从而加快拟合效果。对应所有机架角度而言，一个珠子对应一个限制范围。
76.s321，根据每个珠子在所有机架角度下的投影坐标和所述光源确定投影坐标在yz平面的位置；
77.具体的，将每个珠子的投影坐标和光源的连线，该连线与yz平面的交点即为投影坐标在yz平面的位置(x,y,z)；
78.光源坐标为(x0,y0,z0)
t
，投影坐标为(x1,y1,z1)
t
，yz-平面的法向量(x,y,z)＝(x_target,0,0)
[0079][0080]
s322，在根据所述投影坐标在yz平面的位置确定限制范围；
[0081]
由于投影坐标在yz平面的位置的集合垂直于xy平面，限制范围即为在z轴的上限和下限，将在z轴上的最大值作为上限阈值，在z轴上的最小值作为下限阈值。
[0082]
对拟合参数进行限制，加快最小方差拟合的速度和优化拟合效果。
[0083]
s33，根据每个珠子在所有机架角度下的投影坐标和所述光源确定投影坐标在xy
平面的位置；
[0084]
具体的，将每个珠子的投影坐标和光源的连线，该连线与xy平面的交点即为投影坐标在xy平面的位置(x,y,z)；其中，xy-平面的法向量(x,y,z)＝(0,0,z_target)
[0085][0086]
通过每个珠子在所有机架角度下的交点坐标即投影坐标在xy平面的位置集合类似于如图5所示的圆形或椭圆形。
[0087]
s34，根据所述限制范围对所述投影坐标在xy平面的位置进行处理得到有效珠子在所有机架角度下的投影坐标；所述有效珠子为所有珠子中符合设定要求的珠子；
[0088]
s341，根据所述限制范围对所述投影坐标在xy平面的位置进行拟合得到每个珠子的拟合结果；所述拟合结果为最小方差拟合损失函数；
[0089]
采用投影极坐标半径方差最小方差对投影坐标在xy平面的位置进行拟合得到最小方差拟合损失函数，其实际就是xy平面在极坐标下，投影坐标在xy平面的位置的标准差。
[0090]
s342，根据所述每个拟合结果筛选出有效珠子的投影坐标；
[0091]
当xy平面下半径的标准差越小，说明投影坐标在xy平面的位置所形成的运动轨迹的形状越接近于一个正圆。
[0092]
如果最小方差拟合损失函数值大于设定阈值，说明珠子轨迹非圆形或椭圆形，也就是说，位置坐标噪声过大、不稳定，导致得到的运动轨迹不准确，故需舍弃、剔除当前珠子的拟合结果；如果最小方差拟合损失函数值小于设定阈值，认为珠子的运动轨迹为圆形或椭圆形，也就是说该最小方差拟合损失函数值对应的珠子的拟合结果符合设定要求，那么就将该符合设定要求的珠子认为是有效珠子，然后提取有效珠子在所有机架角度下的运动轨迹参数。
[0093]
s35，对有效珠子的投影坐标进行处理得到有效珠子对应的所有机架角度。
[0094]
最小方差拟合损失函数值的最小值对应是最接近正圆的xy平面。以(0,0,z
fit
)为原点，在xy平面即以(0,0)为中心，将投影坐标在xy平面的位置坐标转换至极坐标下，就得到符合要求的珠子坐标对应的机架角度，并作为实际要计算的各珠子坐标对应的机架角度。
[0095]
s4，根据有效珠子对应的所有机架角度对机架的稳定性进行评价。
[0096]
在本发明实施例中，由于获取投影图像的时间间隔是固定的，因此，理论上得到的机架角度间隔也应该是等间隔的，但是，由于机架转动过程中的抖动或者振动性，会导致机架角度并不是等间隔的。因此，通过机架角度的一致性能够评估机架旋转的稳定性。
[0097]
在本步骤中对于根据有效珠子计算得到的机架角度更加准确，在本发明实施例中，由于珠子为一字型排列，因此，无论有效珠子有几个，同一投影图像上的投影坐标对应的机架角度相同，故最终得到一个机架角度序列。
[0098]
在评价过程中，如果机架角度之间为等间隔，则认为机架的稳定最好，若为非等间隔，则间隔差越接近稳定性相对越好，间隔差越大说明稳定越不好。
[0099]
装置实施例：
[0100]
为解决现有技术中存在的问题，本发明还提出一种ct扫描仪的机架稳定性评价装置，如图6所示，包括处理器和存储器，所述存储器上存储有可在处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现上述的ct扫描仪的机架稳定性评价方法的步骤。
[0101]
对于处理器执行时实现的ct扫描仪的机架稳定性评价方法的步骤原理及具体步骤已在方法实施例中详细介绍，此处不再赘述。
[0102]
其中，处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(central processing unit，简称cpu)、网络处理器(network processor，简称np)等，还可以是数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或者其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本技术实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
[0103]
需要指出，根据实施的需要，可将本技术实施例中描述的各个部件/步骤拆分为更多部件/步骤，也可以将两个或多个部件/步骤或者部件/步骤的部分操作组合成新的部件/步骤，以实现本技术实施例的目的。
[0104]
综上所述，本发明不需要使用任何外界测量机械来对机架的运动稳定性进行验证从而降低成本，同时，采用该计算得到的机架角度更加准确，从而能够更准确的验证ct扫描仪的机械设计。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0105]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。