机械臂锥束CT的机械校正及几何标定中标定物识别研究
发布时间：2020-12-19 20:13
锥束CT因其辐射剂量低,成像空间分辨率高,扫描时间短,被广泛应用于临床科室。Feldkamp-Davis-Kress（FDK）算法是其常用的重建算法,受到机械加工精度以及人工安装水平的影响,有时无法满足FDK算法要求的几何结构,从而导致重建图像存在几何伪影。基于现有几何标定方法,课题组提出了基于标定板的在线几何标定方法,该方法需要标定模体和待测物体同时成像,常规阈值分割方法难以满足需求,需要提出新的钢珠点分割方法。此外,常规锥束CT系统一般只能实现固有轨迹的扫描模式,为了突破传统锥束CT扫描轨迹的局限,实现课题组几何标定方法的验证,课题组搭建了机械臂锥束CT系统。在安装过程中,因人工安装误差以及机械加工误差的存在,两个机械臂之间的实际位置关系与其理想位置关系不一致,故需要进行校正得到两个机械臂真实的映射矩阵。针对以上问题,本文主要进行以下两个方面的研究。第一,提出三种机械臂CT系统的机械校正方法,分别是基于钢针工装、基于钢球工装和基于标定模体的校正方法。设计并加工了钢针和钢球的校正工装,使用示教器控制两个机械臂的移动,使得校正工装相触,从而建立两个独立机械臂的空间关联,最后通过最小二乘...
【文章来源】：南方医科大学广东省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?ＣＢＣＴ在临床中的应用
?项士学位论文???前提条件：第一，射线源焦点Ｓ发出的中心射线经过旋转平台的旋转中心后必??须要垂直照射在平板探测器的中心点（％，Ｖ。）上，即０－ＸＹＺ坐标系的Ｚ轴垂直于??探测器的中心平面。第二，旋转中心轴Ｙ在沿Ｚ轴方向的投影经过〇（），ｖｕ）并且??平行于探测器的Ｕ轴，Ｘ轴平行于平板探测器的Ｖ轴。??ｖ??Ｊ?＼＼??射线源??图１－２锥束ＣＴ系统的理想几何结构??Ｆｉｇ．?１－２?Ｉｄｅａｌ?ｇｅｏｍｅｔｒｙ?ｏｆ?ｃｏｎｅ－ｂｅａｍ?ＣＴ?ｓｙｓｔｅｍ??ＣＢＣＴ系统的几何位置关系在机械设计环节已经确定，但是在实际组装调试??系统的过程中，由于设备部件的机械加工难以达到理想精度要求，并且人工安装??过程中也会存在累积安装误差，例如不能精确获得位于球管内的射线源焦点位??置，平板探测器平面不与０－ＸＹＺ的ＸＹ平面平行，射线源焦点没有按照要求垂??直打在探测器的中心点（》。，４）等，这些偏差导致实际的投影位置和理想投影位??置不一致，即射线源、旋转中心和平板探测器三者之间的实际几何关系和图１－２??中的理想位置关系存在偏差，这些偏差会不同程度地降低重建图像质量，例如分??辨率退化、图像扭曲、几何伪影［９＿１１］等，如图１－３所示，几何伪影严重影响了重??建图像的分辨率和对比度，降低了图像质量［１２］。为了保证ＣＢＣＴ系统在临床的??实际应用，如何对ＣＴ系统的几何参数进行标定校准，降低几何伪影对图像质量??的影响，是ＣＢＣＴ系统技术中一个亟待解决的问题。??
?第一章绪论???＿＿??图１－３几何伪影对ＣＢＣＴ重建图像的影响??Ｆｉｇ．?１－３?Ｔｈｅ?ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ?ｏｆ?ｇｅｏｍｅｔｒｙ?ａｒｔｉｆａｃｔ?ｏｎ?ＣＢＣＴ?ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ?ｉｍａｇｅ??１．２课题的研宄现状??１．２．１现有的几何标定方法??ＣＴ系统的硬件校正是根据己知的几何参数偏差由工程师对系统各个部分的??硬件结构做出相应的机械调整，该过程受工程师主观因素影响较大，校正的结果??精度有限。目前，针对ＣＴ系统几何校正的研宄主要是软件几何标定方法，国内??外已有大量专家学者提出了相应的解决方法。基于软件的几何标定方法主要可??以分为两类：一是基于标定模体的离线几何标定方法［１３＿５４］，二是基于图像质量驱??动的在线几何标定方法［５５＿７１］。??基于模体的离线几何标定利用一个精确设计的标定模体，模体上放置若干个??钢珠或其他高衰减物质作为标定点，通过ＣＴ系统对标定模体进行多个角度或单??个角度扫描采集投影图像，建立标定点的三维空间坐标和其在投影图像上的二??维坐标之间的几何映射关系，进而求解获取该系统的几何标定参数。随后在扫描??待测物体时，利用上述步骤求解出几何参数，建立新的系统重建矩阵，得到几何??标定后待测物体的重建图像。在基于模体的几何标定方法中，最为经典的是由??Ｎｏｏ等人１２５］于２０００年提出的基于两个标定点的校正算法。作者等人设计的标定??模体是把两个直径为８ｍｍ的钢珠固定在一个低衰减矩形板的对角线上，同时假??４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ADMM的多GPU快速DBT迭代精准重建[J]. 黄杰星,李斌,蔡江泽,马健晖,徐圆,周凌宏. 核电子学与探测技术. 2018(05)
[2]乳腺断层成像系统几何校正新方法[J]. 曾建斌,张文日,郭宏宇. 沈阳工业大学学报. 2015(05)
[3]锥束CT圆轨道扫描的几何校正[J]. 周凌宏,李翰威,徐圆,骆毅斌,齐宏亮. 光学精密工程. 2014(10)
[4]一种锥束CT系统几何参数标定方法[J]. 张俊,闫镔,陆利忠,李磊,张峰. 核电子学与探测技术. 2014(02)
[5]采用高频能量的CT几何参数自标定方法[J]. 张俊,闫镔,李磊,闫培,陆利忠,张峰,魏星. 红外与激光工程. 2013(09)
[6]锥束CT圆轨迹半覆盖扫描的几何校正[J]. 张峰,江桦,闫镔,魏星,李磊. 光学精密工程. 2013(07)
[7]扇束CT重建图像的几何伪影分析[J]. 王亮,赵云松,张朋. 无损检测. 2011(11)
[8]扇束CT几何伪影的校正方法[J]. 王亮,张朋. 电子学报. 2011(05)
[9]三维锥束CT中几何参数的校正研究[J]. 席东星,张树生,李悍. 计算机仿真. 2011(01)
[10]三维CT重建几何参数的非线性最小二乘估计[J]. 杨民,路宏年,孔凡琴,张全红. 北京航空航天大学学报. 2005(10)
硕士论文
[1]图像质量驱动的锥形束CT几何校正方法研究[D]. 杨帅.南方医科大学 2017
[2]锥束CT几何参数校正方法研究[D]. 向前.重庆大学 2016
[3]锥形束CT系统几何伪影校正技术研究[D]. 李翰威.南方医科大学 2015
本文编号：2926507
【文章来源】：南方医科大学广东省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?ＣＢＣＴ在临床中的应用
?项士学位论文???前提条件：第一，射线源焦点Ｓ发出的中心射线经过旋转平台的旋转中心后必??须要垂直照射在平板探测器的中心点（％，Ｖ。）上，即０－ＸＹＺ坐标系的Ｚ轴垂直于??探测器的中心平面。第二，旋转中心轴Ｙ在沿Ｚ轴方向的投影经过〇（），ｖｕ）并且??平行于探测器的Ｕ轴，Ｘ轴平行于平板探测器的Ｖ轴。??ｖ??Ｊ?＼＼??射线源??图１－２锥束ＣＴ系统的理想几何结构??Ｆｉｇ．?１－２?Ｉｄｅａｌ?ｇｅｏｍｅｔｒｙ?ｏｆ?ｃｏｎｅ－ｂｅａｍ?ＣＴ?ｓｙｓｔｅｍ??ＣＢＣＴ系统的几何位置关系在机械设计环节已经确定，但是在实际组装调试??系统的过程中，由于设备部件的机械加工难以达到理想精度要求，并且人工安装??过程中也会存在累积安装误差，例如不能精确获得位于球管内的射线源焦点位??置，平板探测器平面不与０－ＸＹＺ的ＸＹ平面平行，射线源焦点没有按照要求垂??直打在探测器的中心点（》。，４）等，这些偏差导致实际的投影位置和理想投影位??置不一致，即射线源、旋转中心和平板探测器三者之间的实际几何关系和图１－２??中的理想位置关系存在偏差，这些偏差会不同程度地降低重建图像质量，例如分??辨率退化、图像扭曲、几何伪影［９＿１１］等，如图１－３所示，几何伪影严重影响了重??建图像的分辨率和对比度，降低了图像质量［１２］。为了保证ＣＢＣＴ系统在临床的??实际应用，如何对ＣＴ系统的几何参数进行标定校准，降低几何伪影对图像质量??的影响，是ＣＢＣＴ系统技术中一个亟待解决的问题。??
?第一章绪论???＿＿??图１－３几何伪影对ＣＢＣＴ重建图像的影响??Ｆｉｇ．?１－３?Ｔｈｅ?ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ?ｏｆ?ｇｅｏｍｅｔｒｙ?ａｒｔｉｆａｃｔ?ｏｎ?ＣＢＣＴ?ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ?ｉｍａｇｅ??１．２课题的研宄现状??１．２．１现有的几何标定方法??ＣＴ系统的硬件校正是根据己知的几何参数偏差由工程师对系统各个部分的??硬件结构做出相应的机械调整，该过程受工程师主观因素影响较大，校正的结果??精度有限。目前，针对ＣＴ系统几何校正的研宄主要是软件几何标定方法，国内??外已有大量专家学者提出了相应的解决方法。基于软件的几何标定方法主要可??以分为两类：一是基于标定模体的离线几何标定方法［１３＿５４］，二是基于图像质量驱??动的在线几何标定方法［５５＿７１］。??基于模体的离线几何标定利用一个精确设计的标定模体，模体上放置若干个??钢珠或其他高衰减物质作为标定点，通过ＣＴ系统对标定模体进行多个角度或单??个角度扫描采集投影图像，建立标定点的三维空间坐标和其在投影图像上的二??维坐标之间的几何映射关系，进而求解获取该系统的几何标定参数。随后在扫描??待测物体时，利用上述步骤求解出几何参数，建立新的系统重建矩阵，得到几何??标定后待测物体的重建图像。在基于模体的几何标定方法中，最为经典的是由??Ｎｏｏ等人１２５］于２０００年提出的基于两个标定点的校正算法。作者等人设计的标定??模体是把两个直径为８ｍｍ的钢珠固定在一个低衰减矩形板的对角线上，同时假??４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ADMM的多GPU快速DBT迭代精准重建[J]. 黄杰星,李斌,蔡江泽,马健晖,徐圆,周凌宏. 核电子学与探测技术. 2018(05)
[2]乳腺断层成像系统几何校正新方法[J]. 曾建斌,张文日,郭宏宇. 沈阳工业大学学报. 2015(05)
[3]锥束CT圆轨道扫描的几何校正[J]. 周凌宏,李翰威,徐圆,骆毅斌,齐宏亮. 光学精密工程. 2014(10)
[4]一种锥束CT系统几何参数标定方法[J]. 张俊,闫镔,陆利忠,李磊,张峰. 核电子学与探测技术. 2014(02)
[5]采用高频能量的CT几何参数自标定方法[J]. 张俊,闫镔,李磊,闫培,陆利忠,张峰,魏星. 红外与激光工程. 2013(09)
[6]锥束CT圆轨迹半覆盖扫描的几何校正[J]. 张峰,江桦,闫镔,魏星,李磊. 光学精密工程. 2013(07)
[7]扇束CT重建图像的几何伪影分析[J]. 王亮,赵云松,张朋. 无损检测. 2011(11)
[8]扇束CT几何伪影的校正方法[J]. 王亮,张朋. 电子学报. 2011(05)
[9]三维锥束CT中几何参数的校正研究[J]. 席东星,张树生,李悍. 计算机仿真. 2011(01)
[10]三维CT重建几何参数的非线性最小二乘估计[J]. 杨民,路宏年,孔凡琴,张全红. 北京航空航天大学学报. 2005(10)
硕士论文
[1]图像质量驱动的锥形束CT几何校正方法研究[D]. 杨帅.南方医科大学 2017
[2]锥束CT几何参数校正方法研究[D]. 向前.重庆大学 2016
[3]锥形束CT系统几何伪影校正技术研究[D]. 李翰威.南方医科大学 2015
本文编号：2926507
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