基于旋轉(zhuǎn)準直器的cbct圖像采集系統(tǒng)及其預處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于旋轉(zhuǎn)準直器的CBCT圖像采集系統(tǒng)及其預處理方法，更具體 的說，尤其涉及一種可獲取抑制散射信號且具有完全信息的基于旋轉(zhuǎn)準直器的CBCT圖像 采集系統(tǒng)及其預處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002] CBCT裝置可W在線獲取待治療部位的容積圖像，具有開放式結(jié)構(gòu)，可W方便的集 成到醫(yī)用直線加速器上，易于使用。然而，由于受到散射光子的影響，CBCT成像質(zhì)量差。目 前，基于硬件的散射測量估計法越來越受到大家的重視，該方法通過測量遮擋區(qū)域的散射 分布，通過插值、擬合等方法來估計整幅圖像的散射分布情況。但是由于需要額外的掃描， W確定散射光子的分布，增加了病人所受到的福射劑量，且引入殘留誤差，限制了臨床應 用。通過準直器邊緣遮擋來估計散射分布的方法較好的解決了兩次掃描的問題，但減少了 探測器的可利用范圍?；谝苿庸鈻耪趽醯姆椒?，克服了上述算法的缺點，但同時帶來了兩 個方面的問題：1、運動穩(wěn)定性問題；2、因為對遮擋區(qū)域進行插值而導致的部分信息丟失的 問題。為了解決在抑制散射光子過程中產(chǎn)生的上述問題，我們提出了一種基于旋轉(zhuǎn)準直器 的CBCT圖像預處理方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明為了克服上述技術(shù)問題的缺點，提供了一種基于旋轉(zhuǎn)準直器的CBCT圖像 采集系統(tǒng)及其預處理方法。
[0004] 本發(fā)明的基于旋轉(zhuǎn)準直器的CBCT圖像采集系統(tǒng)，包括X射線源、平板探測器、醫(yī)用 直線加速器和治療床，治療床用于承載待治療的患者，醫(yī)用直線加速器的機頭位于治療床 的正上方；所述X射線源和平板探測器位于治療床的兩側(cè)，并可W治療床上的患者為中也 進行同步轉(zhuǎn)動；其特別之處在于：所述X射線源與治療床上的患者之間設(shè)置有可隨其同步 轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)準直器，旋轉(zhuǎn)準直器由旋轉(zhuǎn)軸、支撐軸和多個準直器組構(gòu)成，準直器組設(shè)置于旋 轉(zhuǎn)軸和支撐軸的外圍并可隨旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)動；同一準直器組由間隔設(shè)置的條狀縫隙和 X射線不能透過的條狀擋塊組成，平板探測器用于采集CBCT投影圖像。
[0005] 本發(fā)明的基于旋轉(zhuǎn)準直器的CBCT圖像采集系統(tǒng)，所述準直器組的數(shù)目為6個，沿 旋轉(zhuǎn)準直器的旋轉(zhuǎn)方向算起，第一個與第四個、第二個與第五個、第H個與第六個準直器組 的結(jié)構(gòu)完全相同，且當?shù)谝粋€、第二個、第H個準直器組位于旋轉(zhuǎn)軸與支撐軸之間的中間位 置時，第四個、第五個、第六個準直器也分別位于旋轉(zhuǎn)軸與支撐軸之間的中間位置處。
[0006] 本發(fā)明的基于旋轉(zhuǎn)準直器的CBCT圖像采集系統(tǒng)，所述旋轉(zhuǎn)準直器的旋轉(zhuǎn)軸沿豎 直方向設(shè)置，每個準直器組均包含5個條狀縫隙；每個條狀縫隙的寬度為16mm，每個條狀擋 塊的寬度為3mm ;第二個準直器組中的條狀擋塊的高度依次比第一個準直器組中的條狀擋 塊的高度低3mm，第H個準直器組中的條狀擋塊的高度依次比第二個準直器組中的條狀擋 塊的高度低3mm。
[0007] 本發(fā)明的基于旋轉(zhuǎn)準直器的CBCT圖像采集系統(tǒng)的圖像預處理方法，其特別之處 在于，通過W下方法來實現(xiàn)；a).獲取CBCT投影圖像，在X射線源和平板探測器同步繞患 者旋轉(zhuǎn)1周的過程中，旋轉(zhuǎn)準直器的旋轉(zhuǎn)軸帶動準直器組不斷旋轉(zhuǎn)，通過平板探測器獲 取未遮擋區(qū)域的CBCT投影圖像，i = l，2，...，《，《為所獲取的投影圖像的總數(shù)，占- 表示第i幅投影圖像，投影圖像包含曝光區(qū)域和遮擋區(qū)域；b).獲取曝光區(qū)域的離散投影 矩，通過拉東變換和一系列的正交多項式，將物體每一部分在特定角度下的曝光區(qū)域用唯 一的投影矩Wg(巧來表述；C).計算圖像矩，根據(jù)步驟b)中求取的離散投影矩，計 算出圖像矩7；。；d).獲取遮擋部分的投影圖像，根據(jù)步驟C)中獲取的圖像矩T，。，估計出 被旋轉(zhuǎn)準直器的條狀擋塊遮擋部分的投影圖像記為饑(^，>也；e).獲取整幅圖像 的散射信號，根據(jù)步驟d)中獲取的被遮擋部分的投影圖像估計出整幅圖像的散 射信號覽，* = 1義...，巧，恐表示第I：幅投影圖像的散射信號；f).獲取抑制散 射且具有完整信息的圖像，將估計的遮擋區(qū)域的投影圖像和對應曝光區(qū)域的投影圖像，組 成W個具有完整信息的投影圖像，進一步減去步驟e)中獲取的散射信號，即通過公式： /{不^4+忍1(了，苗,,-披(五，.)4計算得到抑制散射信號且具有完成信息的〔8口'投影圖像。
[0008] 本發(fā)明的基于旋轉(zhuǎn)準直器的CBCT圖像采集系統(tǒng)的圖像預處理方法，步驟a)中獲 取的CBCT投影圖像-/(X，通過公式（1)來表示： 非了，y)* = 其中，表示第A幅圖像的遮擋部分，表示第i幅圖像的曝光部分； 步驟b)中特定角度下曝光區(qū)域的投影矩(句通過公式（2)進行求取：
【主權(quán)項】
1. 一種基于旋轉(zhuǎn)準直器的CBCT圖像采集系統(tǒng)，包括X射線源（401)、平板探測器 (501)、醫(yī)用直線加速器（601)和治療床（701)，治療床用于承載待治療的患者，醫(yī)用直線加 速器的機頭位于治療床的正上方；所述X射線源和平板探測器位于治療床的兩側(cè)，并可以 治療床上的患者為中心進行同步轉(zhuǎn)動；其特征在于：所述X射線源與治療床上的患者之間 設(shè)置有可隨其同步轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)準直器（201)，旋轉(zhuǎn)準直器由旋轉(zhuǎn)軸（107)、支撐軸（108)和 多個準直器組構(gòu)成，準直器組設(shè)置于旋轉(zhuǎn)軸和支撐軸的外圍并可隨旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)動； 同一準直器組由間隔設(shè)置的條狀縫隙和X射線不能透過的條狀擋塊組成，平板探測器用于 采集CBCT投影圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于旋轉(zhuǎn)準直器的CBCT圖像采集系統(tǒng)，其特征在于：所述準 直器組的數(shù)目為6個，沿旋轉(zhuǎn)準直器的旋轉(zhuǎn)方向算起，第一個與第四個、第二個與第五個、 第三個與第六個準直器組的結(jié)構(gòu)完全相同，且當?shù)谝粋€、第二個、第三個準直器組位于旋轉(zhuǎn) 軸（107)與支撐軸（108)之間的中間位置時，第四個、第五個、第六個準直器也分別位于旋 轉(zhuǎn)軸與支撐軸之間的中間位置處。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于旋轉(zhuǎn)準直器的CBCT圖像采集系統(tǒng)，其特征在于：所述旋 轉(zhuǎn)準直器（201)的旋轉(zhuǎn)軸（107)沿堅直方向設(shè)置，每個準直器組均包含5個條狀縫隙；每個 條狀縫隙的寬度為16mm，每個條狀擋塊的寬度為3mm;第二個準直器組中的條狀擋塊的高 度依次比第一個準直器組中的條狀擋塊的高度低3mm，第三個準直器組中的條狀擋塊的高 度依次比第二個準直器組中的條狀擋塊的高度低3_。
4. 一種基于權(quán)利要求1所述的基于旋轉(zhuǎn)準直器的CBCT圖像采集系統(tǒng)的圖像預處理方 法，其特征在于，通過以下方法來實現(xiàn)： a).獲取CBCT投影圖像，在X射線源和平板探測器同步繞患者旋轉(zhuǎn)1周的過程中，旋轉(zhuǎn) 準直器的旋轉(zhuǎn)軸帶動準直器組不斷旋轉(zhuǎn)，通過平板探測器獲取未遮擋區(qū)域的CBCT投影圖 像
為所獲取的投影圖像的總數(shù)表示第t幅投影圖像，投影圖像 包含曝光區(qū)域和遮擋區(qū)域； b) .獲取曝光區(qū)域的離散投影矩，通過拉東變換和一系列的正交多項式，將物體每一部 分在特定角度下的曝光區(qū)域用唯一的投影矩句來表述； c) .計算圖像矩，根據(jù)步驟b)中求取的離散投影矩/^(約，計算出圖像矩; d) .獲取遮擋部分的投影圖像，根據(jù)步驟c)中獲取的圖像矩，估計出被旋轉(zhuǎn)準直器 的條狀擋塊遮擋部分的投影圖像
e) .獲取整幅圖像的散射信號，根據(jù)步驟d)中獲取的被遮擋部分的投影圖像
估計出整幅圖像的散射信號.
表示第i幅投影圖像的散射信 號； f) .獲取抑制散射且具有完整信息的圖像，將估計的遮擋區(qū)域的投影圖像和對應曝光 區(qū)域的投影圖像，組成?個具有完整信息的投影圖像，進一步減去步驟e)中獲取的散射 信號，即通過公式
計算得到抑制散射信號且具有完成信息的 CBCT投影圖像。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于旋轉(zhuǎn)準直器的CBCT圖像采集系統(tǒng)的圖像預處理方法，其 特征在于： 步驟a)中獲取的CBCT投影圖像通過公式（1)來表示：
其中表示第免幅圖像的遮擋部分，表示第t幅圖像的曝光部分； 步驟b)中特定角度下曝光區(qū)域的投影矩(句通過公式（2)進行求取：
其中，&㈨為一系列的正交多項式，是圖像曝光部分的離散拉東變換；
，為多項式的階數(shù)，5為投影圖像的角度； 步驟c)中圖像矩的定義如公式（3)所示：
其中，為權(quán)重系數(shù)，表示投影矩與圖像矩之間的關(guān)系； 步驟d)中被遮擋部分的投影圖像通過公式（4)進行求?。?br>其中，'?；?為曝光區(qū)域的圖像矩，M為圖像矩的最大階數(shù)，P為多項式的階數(shù)，
為投影圖像的角度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的基于旋轉(zhuǎn)準直器的CBCT圖像采集系統(tǒng)的圖像預處理方 法，其特征在于：步驟e)中估計圖像散射信號的方法采用三次樣條插值算法。
【專利摘要】本發(fā)明的基于旋轉(zhuǎn)準直器的CBCT圖像采集系統(tǒng)，包括X射線源、平板探測器、醫(yī)用直線加速器和治療床，特征在于：X射線源與患者之間設(shè)置有旋轉(zhuǎn)準直器。發(fā)明的圖像預處理方法包括：a).獲取基于旋轉(zhuǎn)準直器的CBCT投影圖像；b).獲取曝光區(qū)域的離散投影矩；c).計算圖像矩；d).獲取遮擋部分的投影圖像；e).獲取整幅圖像的散射信號；f).獲取抑制散射且具有完整信息的圖像。發(fā)明的CBCT圖像采集系統(tǒng)和方法，將估計的遮擋區(qū)域的投影圖像和對應曝光區(qū)域的投影圖像，組成具有完整信息的投影圖像，進一步減去散射信號，即得到抑制散射信號且具有完成信息的CBCT投影圖像，成像更加清晰、準確，有益效果顯著，便于應用推廣。
【IPC分類】A61N5-00
【公開號】CN104548374
【申請?zhí)枴緾N201510055131
【發(fā)明人】虞剛, 李寶生, 梁月強, 李洪升, 朱健, 李登旺
【申請人】李寶生
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年2月3日