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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201310363260.0 (22)申请日 2013.08.20 G06T 11/00(2006.01) (71)申请人 清华大学 地址 100084 北京市海淀区清华园 1 号 申请人 北京固鸿科技有限公司 (72)发明人 肖永顺 李俊江 叶青 (74)专利代理机构 中科专利商标代理有限责任 公司 11021 代理人 王波波 (54) 发明名称 自动标定 CT 中心偏移量的方法和系统 (57) 摘要 本发明公开了一种自动标定 CT 中心偏移量 的方法和系统。该方法包括 ： 读取以矩阵表示的 原始正弦图， 该原始正弦图是基于探测器采集转。
2、 台旋转一周的数据得到的 ； 计算原始正弦图中每 一列的前半子列与后半子列之间的互相关系数 ； 确定 CT 工作区域在探测器上的投影区间 ； 确定投 影区间的互相关系数的最大值所对应的探测器单 元的序号 ； 以及基于所述投影区间和所述序号确 定 CT 中心偏移量。利用上述实施例的方案， 仅使 用正弦图就能获取中心偏移量， 可靠性高， 不受噪 声影响， 可提高系统的 CT 图像指标等。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 (10)申请公布号 CN 104424654 A (43)申请公布日 2015.03.18。
3、 CN 104424654 A 1/2 页 2 1. 一种自动标定 CT 中心偏移量的方法， 包括步骤 ： 读取以矩阵表示的原始正弦图， 所述原始正弦图是基于探测器采集转台旋转一周的数 据得到的 ； 计算原始正弦图中每一列的前半子列与后半子列之间的互相关系数 ； 确定 CT 工作区域在探测器上的投影区间 ； 确定所述投影区间的互相关系数的最大值所对应的探测器单元的序号 ； 以及 基于所述投影区间和所述序号确定 CT 中心偏移量。 2. 如权利要求 1 所述的方法， 其中， 所述探测器具体为弧形线阵探测器或直线形线阵 探测器或面阵探测器。 3. 如权利要求 1 所述的方法， 其中， 将所述序号与。
4、所述投影区间的中点之间的差值确 定为 CT 中心偏移量。 4. 如权利要求 1 所述的方法， 其中， 确定 CT 工作区域在探测器上的投影区问的步骤包 括 ： 将原始正弦图的所有行相加进行平均， 得到一行信号 ； 将该行信号左侧空气值的标准差作为参考值， 将信号中大于 5 倍标准差的部分确定为 CT 工作区域在探测器上的投影区间。 5. 一种自动标定 CT 中心偏移量的系统， 包括 ： 读取以矩阵表示的原始正弦图的装置， 所述原始正弦图是基于探测器采集转台旋转一 周的数据得到的 ； 计算原始正弦图中每一列的前半子列与后半子列之间的互相关系数的装置 ； 确定 CT 工作区域在探测器上的投影区间的。
5、装置 ； 确定所述投影区间的互相关系数的最大值所对应的探测器单元的序号的装置 ； 以及 基于所述投影区间和所述序号确定 CT 中心偏移量的装置。 6. 一种自动标定 CT 中心偏移量的方法， 包括步骤 ： 读取以矩阵表示的原始正弦图， 所述原始正弦图是基于探测器采集转台旋转一周的数 据得到的 ； 在原始正弦图每行数据中任意两个点之间插值 K 个点， 得到重采样的正弦图 ； 计算重采样的正弦图中每一列的前半子列与后半子列之间的互相关系数 ； 确定 CT 工作区域在探测器上的投影区间 ； 确定所述投影区间的互相关系数的最大值所对应的探测器单元的序号 ； 以及 基于所述 K 值、 所述投影区间、 和。
6、所述序号确定 CT 中心偏移量。 7. 如权利要求 6 所述的方法， 其中， 所述探测器具体为弧形线阵探测器或直线形线阵 探测器或面阵探测器。 8. 如权利要求 6 所述的方法， 其中， 将所述序号与所述投影区间的中点之间的差值除 以 K 得到的商确定为 CT 中心偏移量。 9. 如权利要求 6 所述的方法， 其中， 确定 CT 工作区域在探测器上的投影区间的步骤包 括 ： 将重采样的正弦图的所有行相加进行平均， 得到一行信号 ； 将该行信号左侧空气值的标准差作为参考值， 将信号中大于 5 倍标准差的部分确定为 权 利 要 求 书 CN 104424654 A 2 2/2 页 3 CT 工作区。
7、域在探测器上的投影区问。 10. 一种自动标定 CT 中心偏移量的系统， 包括 ： 读取以矩阵表示的原始正弦图的装置， 所述原始正弦图是基于探测器采集转台旋转一 周的数据得到的 ； 在原始正弦图每行数据中任意两个点之间插值 K 个点， 得到重采样的正弦图的装置 ； 计算重采样的正弦图中每一列的前半子列与后半子列之间的互相关系数的装置 ； 确定 CT 工作区域在探测器上的投影区间的装置 ； 确定所述投影区间的互相关系数的最大值所对应的探测器单元的序号的装置 ； 以及 基于所述 K 值、 所述投影区间、 和所述序号确定 CT 中心偏移量的装置。 权 利 要 求 书 CN 104424654 A 3。
8、 1/5 页 4 自动标定 CT 中心偏移量的方法和系统 技术领域 0001 本申请涉及CT技术， 具体涉及一种在CT扫描及重建过程中， 自动标定中心偏移量 的方法和系统。 背景技术 0002 工业 CT 系统包括射线源、 探测器， 机械控制及计算机等。射线源发出 X 射线， 转台 旋转 360 度， 探测器采集各个角度的投影图像并上传计算机， 计算机根据投影图进行 CT 图 像重建。CT 重建中最关键的参数是中心偏移量， 该参数直接影响到 CT 图像的像质。中心偏 移量为转台旋转中心在探测器上的投影位置相对于探测器中心位置的像素偏移量。目前， 确定中心偏移量的方法有 ： 预设法、 查找表方法。
9、、 正弦图测量方法等等。 0003 中国专利申请公开CN101303225描述了一种2D-CT扫描系统的投影旋转中心测量 方法。该方法需要利用转台转动一周得到的投影数据与转台保持不动而射线源和探测器 转动一周得到的投影数据二者来计算中心偏移量， 易于受到噪声或者其他参数的精度的影 响。 0004 美国专利US8259897B2描述了一种CT成像中心偏移量的确定方法及装置， 该方法 提出进行粗搜索和精细搜索两个过程来计算中心偏移量。同样， 该方法由于受到噪声或其 它参数精度的影响， 中心偏移量计算结果会受到影响。 发明内容 0005 考虑到现有技术中的一个或多个问题， 提出了一种自动标定 CT 。
10、中心偏移量的方 法和系统。 0006 在本发明的一个方面， 提出了一种自动标定 CT 中心偏移量的方法， 包括步骤 ： 读 取以矩阵表示的原始正弦图， 所述原始正弦图是基于探测器采集转台旋转一周的数据得到 的 ； 计算原始正弦图中每一列的前半子列与后半子列之间的互相关系数 ； 确定 CT 工作区域 在探测器上的投影区间 ； 确定所述投影区间的互相关系数的最大值所对应的探测器单元的 序号 ； 以及基于所述投影区间和所述序号确定 CT 中心偏移量。 0007 在本发明的另一方面， 提出了一种自动标定 CT 中心偏移量的系统， 包括 ： 读取以 矩阵表示的原始正弦图的装置， 所述原始正弦图是基于探测。
11、器采集转台旋转一周的数据得 到的 ； 计算原始正弦图中每一列的前半子列与后半子列之间的互相关系数的装置 ； 确定 CT 工作区域在探测器上的投影区间的装置 ； 确定所述投影区间的互相关系数的最大值所对应 的探测器单元的序号的装置 ； 以及基于所述投影区间和所述序号确定 CT 中心偏移量的装 置。 0008 在本发明的再一方面， 提出了一种自动标定 CT 中心偏移量的方法， 包括步骤 ： 读 取以矩阵表示的原始正弦图， 所述原始正弦图是基于探测器采集转台旋转一周的数据得到 的 ； 在原始正弦图每行数据中任意两个点之间插值 K 个点， 得到重采样的正弦图 ； 计算重采 样的正弦图中每一列的前半子列。
12、与后半子列之间的互相关系数 ； 确定 CT 工作区域在探测 说 明 书 CN 104424654 A 4 2/5 页 5 器上的投影区间 ； 确定所述投影区问的互相关系数的最大值所对应的探测器单元的序号 ； 以及基于所述 K 值、 所述投影区问、 和所述序号确定 CT 中心偏移量。 0009 在本发明的又一方面， 提出了一种自动标定 CT 中心偏移量的系统， 包括 ： 读取以 矩阵表示的原始正弦图的装置， 所述原始正弦图是基于探测器采集转台旋转一周的数据得 到的 ； 在原始正弦图每行数据中任意两个点之间插值 K 个点， 得到重采样的正弦图的装置 ； 计算重采样的正弦图中每一列的前半子列与后半子。
13、列之间的互相关系数的装置 ； 确定 CT 工作区域在探测器上的投影区间的装置 ； 确定所述投影区间的互相关系数的最大值所对应 的探测器单元的序号的装置 ； 以及基于所述K值、 所述投影区间、 和所述序号确定CT中心偏 移量的装置。 0010 利用上述实施例的方案， 仅使用正弦图就能获取中心偏移量， 可靠性高， 不受噪声 影响， 可提高系统的 CT 图像指标等。 附图说明 0011 下面的附图表明了本发明的实施方式。这些附图和实施方式以非限制性、 非穷举 性的方式提供了本发明的一些实施例， 其中 ： 0012 图 1 示出了根据本发明一个实施例的自动标定 CT 中心偏移量的技术中使用的正 弦图 。
14、； 0013 图 2 示出了根据本发明一个实施例的自动标定 CT 中心偏移量的系统的结构示意 图 ； 0014 图 3 是描述根据本发明一个实施例的自动标定 CT 中心偏移量的方法的流程图 ； 0015 图 4 示出了根据本发明另一实施例的自动标定 CT 中心偏移量的技术中对原始正 弦图在行方向上进行插值所得到的行重采样的正弦图 ； 以及 0016 图 5 是描述根据本发明另一实施例的自动标定 CT 中心偏移量的方法的流程图。 具体实施方式 0017 下面将详细描述本发明的具体实施例， 应当注意， 这里描述的实施例只用于举例 说明， 并不用于限制本发明。在以下描述中， 为了提供对本发明的透彻理。
15、解， 阐述了大量特 定细节。 然而， 对于本领域普通技术人员显而易见的是 ： 不必采用这些特定细节来实行本发 明。在其他实例中， 为了避免混淆本发明， 未具体描述公知的电路、 材料或方法。 0018 在整个说明书中， 对 “一个实施例” 、“实施例” 、“一个示例” 或 “示例” 的提及意味 着 ： 结合该实施例或示例描述的特定特征、 结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。 因此， 在整个说明书的各个地方出现的短语 “在一个实施例中” 、“在实施例中” 、“一个示例” 或 “示例” 不一定都指同一实施例或示例。此外， 可以以任何适当的组合和 / 或子组合将特 定的特征、 结构或特性组合在一。
16、个或多个实施例或示例中。 此外， 本领域普通技术人员应当 理解， 这里使用的术语 “和 / 或” 包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。 0019 中心偏移量是三代 CT 重建中非常重要的技术参数， 直接影响到 CT 图像的像质。 在工业CT扫描装置中， 转台重复定位精度、 探测器重复定位精度、 探测器与X光机同步运动 的平行度指标以及设备长期使用时的机械变形等均会导致中心偏移量的变化， 而且在工程 实践中这种变化是不可避免的， 微焦点系统在高放大比成像时中心通道偏移量变化尤其严 说 明 书 CN 104424654 A 5 3/5 页 6 重。 0020 针对现有技术中存在的问题， 。
17、本发明的实施例提出了一种自动标定 CT 中心偏移 量的方法， 其利用CT扫描过程中经过转台中心相差180度角的任意一组投影相关性来确定 工业 CT 中心偏移量的位置。例如， 根据一些实施例， 探测器采集转台旋转一周的数据， 在计 算过程中， 计算机读取以矩阵表示的原始正弦图， 计算原始正弦图中每一列的前半子列与 后半子列之间的互相关系数。然后， 确定 CT 工作区域在探测器上的投影区间， 并且确定投 影区间的互相关系数的最大值所对应的探测器单元的序号。在得到上述数据后， 基于该投 影区间和该序号确定 CT 中心偏移量。根据这样的方案， 仅仅使用正弦图就可以标定出 CT 中心偏移量， 避免了噪声。
18、或其他参数对测量精度的影响。 0021 图 1 示出了根据本发明一个实施例的自动标定 CT 中心偏移量的技术中使用的正 弦图。在图 1 所示的实施例中， 将原始正弦图分成 0-180 度和 180 到 360 度两部分， 并且正 弦图的数据以矩阵的形式来存储。在图示的实施例中， 通过计算正弦图中每一列的前半子 列和后半子列之问的互相关系数来确定中心偏移量。 0022 图 2 示出了根据本发明一个实施例的自动标定 CT 中心偏移量的系统的结构示意 图。如图 2 所示， 图示实施例的自动标定 CT 中心偏移量的系统包括射线源 110、 转台 120、 探测器 130、 控制和成像计算机 140。射。
19、线源 110 发出 X 射线， 转台 120 旋转 360 度， 探测器 130 采集各个角度的投影图像并上传控制和成像计算机 140。控制和成像计算机 140 根据 投影图标定 CT 中心偏移量。中心偏移量为转台 120 的旋转中心在探测器 130 上的投影位 置 131 相对于探测器中心位置 132 的像素偏移量。 0023 图3是描述根据本发明一个实施例的自动标定CT中心偏移量的方法的流程图。 如 图 3 所示， 在步骤 S310， 控制和成像计算机 140 读取以矩阵表示的原始正弦图， 所述原始正 弦图是基于探测器采集转台旋转一周的数据得到的。例如。转台 120 旋转 360 度， 探。
20、测器 130 采集数据， 得到原始正弦图 p(， s)， =122M， s=12N， 如图 1 所示。p(， s)是二维矩阵， 其中表示正弦图中投影角度编号， 是矩阵行号， s表示正弦图中探测器编 号， 是矩阵列号。 0024 在步骤 S320， 计算原始正弦图中每一列的前半子列与后半子列之间的互相关系 数。例如将正弦图中的每一列分成两个子列， 即前 180 投影角度的 M 个点为一列， 后 180 投 影角度的 M 个点为一列， 例如， 第一列分为 ： u1()=p(， 1)， =12 M 和 v1()=p(， 1)， =M+122M。利用公式计算 u1() 和 v1() 的互相关系数 R(。
21、1)， 作为正弦图第 一列系数值 ； 同理， 可得到正弦图任意一列的系数值为 ： R(s)s=12 （N-1)*K+1。 0025 在步骤 S330， 确定 CT 工作区域在探测器上的投影区间。例如， 将正弦图 p （， s) 所有行相加取平均， 得到一行信号 ： 0026 0027 其中， 以 p(s) 左侧空气值标准差作为参考， 将信号中大于 5 倍标准差的部分定义 为工件区域， 此时所对应的区问为 s1s2 1(N-1)*K+1。根据其他实施例， 也可以使用 其他倍数的标准差作为工件区域， 例如 3 倍。 0028 在步骤 S340， 确定投影区间的互相关系数的最大值所对应的探测器单元的。
22、序号。 例如， 软件统计并自动提取工件区域正弦图各列系数的最大值 R(s)， 记录下取得最大值时 说 明 书 CN 104424654 A 6 4/5 页 7 的探测器序号 X， X 代表转台 120 的旋转中心在探测器 130 上的投影像素位置， 即 ： s=X， R(X)=MaxR(s)， s=s1s2。 0029 在步骤S350， 基于投影区间和该序号确定CT中心偏移量。 例如将将所述序号与所 述投影区间的中点之间的差值确定为 CT 中心偏移量。 0030 虽然以上描述的是针对原始的正弦图来标定 CT 中心偏移量， 但是也可以对原始 的正弦图进行行方向的加密采样来提高精度。 0031 图。
23、 4 示出了根据本发明另一实施例的自动标定 CT 中心偏移量的技术中对原始正 弦图在行方向上进行插值所得到的行重采样的正弦图。图 5 是描述根据本发明另一实施例 的自动标定 CT 中心偏移量的方法的流程图。 0032 在步骤 S510， 控制和成像计算机 140 读取以矩阵表示的原始正弦图， 所述原始正 弦图是基于探测器 130 采集转台 120 旋转一周的数据得到的。例如， 转台 120 旋转 360 度， 探测器 130 采集数据， 得到原始正弦图 p（， s)， =122M， s=12N。p（， s)是二维矩阵， 其中表示正弦图中投影角度编号， 是矩阵行号， s表示正弦图中探测器编 号，。
24、 是矩阵列号。 0033 在步骤 S520， 在原始正弦图每行数据中任意两个点之间插值 K 个点， 得到重采样 的正弦图。例如， 对正弦图 p （， s) 每行数据中任意两个点之间通过线性插值插入 K 个点 (K 大于等于 1)， 得到行加密重采样正弦图 g(， s)， =122M， s=12(N-1)*K+1。 0034 在步骤 S530， 计算重采样的正弦图中每一列的前半子列与后半子列之间的互相关 系数。例如， 将重采样正弦图中的每一列分成两个子列， 即前 180 投影角度的 M 个点为一 列， 后 180 投影角度的 M 个点为一列， 例如， 第一列分为 ： u1()=g(， 1)， =。
25、12M 和 v1()=g(， 1)， =M+122M。利用公式计算 u1() 和 v1() 的互相关系数 R(1)， 作为重采样正弦图第一列系数值 ； 同理， 可得到重采样正弦图任意一列的系数值为 ： R（s) s=12(N-1)*K+1。 0035 在步骤S540， 确定CT工作区域在探测器上的投影区间。 例如将行加密重采样正弦 图 g（， s) 所有行相加取平均， 得到一行信号 ： 0036 0037 其中， 以 p(s) 左侧空气值标准差作为参考， 将信号中大于 5 倍标准差的部分定义 为工件区域， 此时所对应的区问为 s1s2 1(N-1)*K+1。根据其他实施例， 也可以使用 其他倍。
26、数的标准差作为工件区域， 例如 3 倍。 0038 在步骤 S550， 确定投影区问的互相关系数的最大值所对应的探测器单元的序号。 例如软件统计并自动提取工件区域正弦图各列系数的最大值 R （s)， 记录下取得最大值时的 探测器序号 X， X 代表转台旋转中心在探测器上的投影像素位置， 即 ： s=X， R(X)=MaxR(s)， s=s1s2。 0039 在步骤 S560， 基于所述 K 值、 所述投影区间、 和所述序号确定 CT 中心偏移量。例 如， 将所述序号与所述投影区间的中点之间的差值除以 K 得到的商确定为 CT 中心偏移量。 或者， 用下面的公式来表示中心偏移量 ： 0040 O。
27、ffsetX=(X-(N-1)*K+1+1)/2)/K(3) 0041 虽然上面的实施例中是针对弧形线阵探测器来描述的， 但是本领域的技术人员可 说 明 书 CN 104424654 A 7 5/5 页 8 以认识到， 本发明上述实施例的方案可以应用于直线形线阵探测器获取的二维扇束投影图 像以及面阵探测器获取的三维锥束投影图像的处理。 0042 利用本发明的实施例， 仅使用正弦图就能获取中心偏移量， 可靠性高， 不受噪声影 响。 0043 以上的详细描述通过使用方框图、 流程图和 / 或示例， 已经阐述了自动标定 CT 中 心偏移量的方法和系统的众多实施例。在这种方框图、 流程图和 / 或示例。
28、包含一个或多个 功能和 / 或操作的情况下， 本领域技术人员应理解， 这种方框图、 流程图或示例中的每一功 能和/或操作可以通过各种硬件、 软件、 固件或实质上它们的任意组合来单独和/或共同实 现。 在一个实施例中， 本发明的实施例所述主题的若干部分可以通过专用集成电路(ASIC)、 现场可编程门阵列 (FPGA)、 数字信号处理器 (DSP)、 或其他集成格式来实现。然而， 本领域 技术人员应认识到， 这里所公开的实施例的一些方面在整体上或部分地可以等同地实现在 集成电路中， 实现为在一台或多台计算机上运行的一个或多个计算机程序 ( 例如， 实现为 在一台或多台计算机系统上运行的一个或多个程。
29、序 )， 实现为在一个或多个处理器上运行 的一个或多个程序 ( 例如， 实现为在一个或多个微处理器上运行的一个或多个程序 )， 实现 为固件， 或者实质上实现为上述方式的任意组合， 并且本领域技术人员根据本公开， 将具备 设计电路和 / 或写入软件和 / 或固件代码的能力。此外， 本领域技术人员将认识到， 本公开 所述主题的机制能够作为多种形式的程序产品进行分发， 并且无论实际用来执行分发的信 号承载介质的具体类型如何， 本公开所述主题的示例性实施例均适用。信号承载介质的示 例包括但不限于 ： 可记录型介质， 如软盘、 硬盘驱动器、 紧致盘 (CD)、 数字通用盘 (DVD)、 数 字磁带、 。
30、计算机存储器等 ； 以及传输型介质， 如数字和 / 或模拟通信介质 ( 例如， 光纤光缆、 波导、 有线通信链路、 无线通信链路等 )。 0044 虽然已参照几个典型实施例描述了本发明， 但应当理解， 所用的术语是说明和示 例性、 而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实 质， 所以应当理解， 上述实施例不限于任何前述的细节， 而应在随附权利要求所限定的精神 和范围内广泛地解释， 因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权 利要求所涵盖。 说 明 书 CN 104424654 A 8 1/3 页 9 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 104424654 A 9 2/3 页 10 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 104424654 A 10 3/3 页 11 图 5 说 明 书 附 图 CN 104424654 A 11 。