幾何校正模體的校正方法和系統的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種幾何校正模體的校正方法和系統，其方法包括：掃描幾何校正模體，計算出標記點的空間坐標值；根據所述標記點的當前的空間坐標值為預設數目的粒子賦初始值；掃描幾何校正模體獲得標記點的投影坐標，根據標記點的投影坐標值和各粒子的粒子值確定各粒子對應的幾何校正參數；利用幾何校正參數，掃描評價模體重建出各粒子對應的評價模體的三維圖像；根據該三維圖像計算出各粒子的適應度值；根據適應度值更新標記點的空間坐標值；判斷是否滿足預設的迭代結束條件；若否，返回根據標記點當前空間坐標值為預設數目的粒子賦初始值的步驟。采用本發明的方案，可降低校正模體的加工要求且利用低精度的幾何校正模體進行準確幾何校正。
【專利說明】
幾何校正模體的校正方法和系統
技術領域
[0001] 本發明涉及CT技術領域，特別是涉及一種幾何校正模體的校正方法和系統。
【背景技術】
[0002] 計算機斷層攝影(Computed Tomography，CT)是一種通過對物體不同角度的射線 投影檢測獲取物體在掃描范圍內所有橫截面斷層信息的成像技術。因為CT技術有非接觸， 無破壞性，高分辨率等優點，所以被廣泛應用于臨床醫學、工業、材料、生物等領域。在CT系 統中，由于CT系統重建的圖像是通過不同角度的投影反向計算而成，所以對CT系統的幾何 模型要求比較高。例如，在圓軌道的CT掃描方案中，它要求X線源、被測物體中心、探測器陣 列中心在一條直線上。然而，在CT經人工安裝定位后，由于機械精度達不到要求，導致實際 系統的幾何模型和理想的系統幾何模型之間出現一定的幾何偏差，這些偏差主要包括探測 器的幾何誤差和旋轉軸的幾何誤差，由幾何誤差導致的重建偽影稱為幾何偽影。幾何偽影 嚴重影響重建圖像的質量，因此幾何偽影的校正是獲得高質量重建圖像的關鍵前提。
[0003] 傳統技術中有多種幾何偽影校正方法。解析幾何校正算法通常需要制作一個精確 的標定模體，模體上標記點的信息作為已知條件，然后在多角度下獲取標定模體的投影，從 標定模體的投影數據中提取CT系統的幾何參數。如文獻《A generic geometric calibration method for tomographic imaging systems with flat-panel detectors- A detailed implementation guide》中提出了一種幾何校正方法:在錐形束螺旋CT系統 中，射線源以錐形束的形狀向探測器發射射線，對于空間上的某一點，經過射線的投射，可 以在探測器上得到其對應的投影坐標，通過線性直接變換方法計算獲取正確的映射關系。 將該三維至二維的匹配映射關系應用到重建算法中，達到修正反投影映射的目的。該文獻 提出了一種新的校正模體，該校正模體是由上下兩層平行的有機玻璃板組成，上層有機玻 璃板均勻鑲嵌著24個鋼珠，下層有機玻璃板均勻鑲嵌20個鋼珠。首先，把校正模體放在探測 器上并保證該校正模體的投影完全在F0V(Field of View，視野）內。其次，獲得每個角度下 鋼珠投影圖像并從投影圖像中分割出每個鋼珠的投影坐標。最后，根據每個鋼珠的空間坐 標和對應的投影坐標，計算出每個投影角度下的機械幾何參數，把計算出的機械幾何參數 應用到重建算法中，得到幾何校正后的重建圖像。但是，幾何校正模體的加工精度會影響模 體上標記點的空間坐標值，進而影響幾何參數的準確性。
[0004] 如文南犬《Determination of System Geometrical Parameters and Consistency between Scans for Contrast-Enhanced Digital Breast Tomosynthesis〉〉中提出了一種 新的幾何校正方法:該方法所用的幾何校正模體是在圓柱表面等螺距等角度的鑲嵌鋼珠， 共28個鋼珠。首先，把校正模體垂直放在探測器表面并保證校正裝置完全在F0V內。其次，獲 得每個投影角度下鋼珠投影的圖像并由閾值分割算法和加權平均算法得鋼珠的投影坐標。 最后，由鋼珠的投影坐標和鋼珠放入空間坐標，可以計算出每個投影角度下幾何校正參數， 把計算出的幾何參數應用到重建算法中，得到幾何校正后的重建圖像。但是，校正模體加工 精度仍會影響模體上標記點的空間坐標值，進而影響幾何參數的準確性。因此，如何降低校 正模體加工要求和利用低精度的幾何校正模體進行準確幾何校正成為研究熱點。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于提供一種幾何校正模體的校正方法和系統，可以降低校正模體 的加工要求，且可以利用低精度的幾何校正模體進行準確幾何校正。
[0006] 本發明的目的通過如下技術方案實現：
[0007] 一種幾何校正模體的校正方法，包括：
[0008] 通過螺旋CT系統掃描預先制作的幾何校正模體，計算出所述幾何校正模體上預先 設置的標記點的空間坐標值；
[0009] 根據所述標記點的當前的空間坐標值為預設數目的粒子賦初始值；
[0010] 通過錐束CT系統掃描幾何校正模體獲得所述標記點的投影坐標值，根據所述標記 點的投影坐標值和各粒子的粒子值確定各粒子的幾何校正參數；
[0011] 分別利用對應的幾何校正參數，通過所述錐束CT系統掃描預先制作的評價模體重 建出各粒子對應的所述評價模體的三維圖像；
[0012] 分別根據對應的評價模體的三維圖像計算出各所述粒子的適應度值；
[0013] 根據所計算出的適應度值更新所述標記點的空間坐標值；
[0014] 判斷是否滿足預設的迭代結束條件；
[0015] 若否，返回所述根據所述標記點的當前的空間坐標值為預設數目的粒子賦初始值 的步驟。
[0016] 一種幾何校正模體的校正系統，包括：
[0017] 坐標獲取單元，用于通過螺旋CT系統掃描預先制作的幾何校正模體，計算出所述 幾何校正模體上預先設置的標記點的空間坐標值；
[0018] 賦值單元，用于在所述坐標獲取單元獲取到空間坐標值后，或者在判斷單元的判 定結果為否時，根據所述標記點的當前的空間坐標值為預設數目的粒子賦初始值；
[0019] 參數獲取單元，用于通過錐束CT系統掃描幾何校正模體獲得所述標記點的投影坐 標值，根據所述標記點的投影坐標值和各粒子的粒子值確定各粒子的幾何校正參數；
[0020] 重建單元，用于分別利用對應的幾何校正參數，通過所述錐束CT系統掃描預先制 作的評價模體重建出各粒子對應的所述評價模體的三維圖像；
[0021] 處理單元，用于分別根據對應的評價模體的三維圖像計算出各所述粒子的適應度 值；
[0022] 更新單元，用于根據所計算出的適應度值更新所述標記點的空間坐標值；
[0023] 判斷單元，用于判斷是否滿足預設的迭代結束條件。
[0024]根據上述本發明的方案，其是通過螺旋CT系統掃描預先制作的幾何校正模體，計 算出所述幾何校正模體上預先設置的標記點的空間坐標值，根據所述標記點的當前的空間 坐標值為預設數目的粒子賦初始值，通過錐束CT系統掃描幾何校正模體獲得所述標記點的 投影坐標值，根據所述標記點的投影坐標值和各粒子的粒子值確定各粒子的幾何校正參 數，分別利用對應的幾何校正參數，通過所述錐束CT系統掃描預先制作的評價模體重建出 各粒子對應的所述評價模體的三維圖像;分別根據對應的評價模體的三維圖像計算出各所 述粒子的適應度值，根據所計算出的適應度值更新所述標記點的空間坐標值，判斷是否滿 足預設的迭代結束條件，若否，返回所述根據所述標記點的當前的空間坐標值為預設數目 的粒子賦初始值的步驟，本發明的方案是根據重建圖像中標記點投影算出標記點空間坐標 的估計值，再利用粒子群算法和重建圖像的評價函數值算出標記點空間坐標的真實值;可 以在每次迭代處理后，更新后的標記點的空間坐標值會進一步地靠近標記點的真實值，這 樣，在多次處理迭代，可以計算出標記點的真實值，基于該真實值的幾何校正參數，可以重 建出高質量的CT圖像，同時，手工制作的幾何校正模體可以降低校正模體的加工要求，且可 以利用低精度的幾何校正模體進行準確幾何校正。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發明實施例一的幾何校正模體的校正方法的實現流程示意圖；
[0026]圖2為本發明的具體示例中的幾何校正模體主視圖；
[0027] 圖3為本發明的具體示例中的評價模體三維視圖；
[0028] 圖4為本發明的具體示例中的幾何校正模體的重建圖像；
[0029] 圖5為本發明的具體示例中的計算評價指數示意圖；
[0030] 圖6為本發明的具體示例中的幾何校正模體校正前與校正后幾何校正效果對比示 意圖；
[0031] 圖7為本發明實施例二的幾何校正模體的校正系統的組成結構示意圖。
【具體實施方式】
[0032]為使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本 發明進行進一步的詳細說明。應當理解，此處所描述的【具體實施方式】僅僅用以解釋本發明， 并不限定本發明的保護范圍。
[0033]到目前為止，還沒有提出用手工制作的幾何校正模體進行精確幾何校正的方法。 因為模體加工精度決定標記點的空間坐標值，標記點的實際坐標與預設坐標值不符會增大 幾何參數的誤差。因此提出一種幾何校正模體的校正方法具有重要的應用價值。以下對本 發明方案進行詳細闡述。
[0034] 實施例一
[0035]參見圖1所示，為本發明實施例一的幾何校正模體的校正方法的實現流程圖。如圖 1所示，本實施例中的幾何校正模體的校正方法包括如下步驟：
[0036]步驟S101:通過螺旋CT系統掃描預先制作的幾何校正模體，計算出所述幾何校正 模體上預先設置的標記點的空間坐標值；
[0037]這里，幾何校正模體可以是手工制作的，該幾何校正模體可以是按照某一選定的 幾何校正方法設計并制作的；
[0038] 具體地，首先，通過螺旋CT系統掃描預先制作的幾何校正模體重建出所述幾何校 正模體的三維圖像;其次，計算出所述幾何校正模體的三維圖像上的各標記點的質心坐標 值，其中，用計算出的質心坐標值表征對應的標記點在成像坐標系中的坐標值;根據各標記 點的質心坐標值，通過成像坐標系與世界坐標系的對應關系，獲取各標記點在世界坐標系 中的坐標值，其中，用在世界坐標系中的坐標值表征對應的標記點的空間坐標值；
[0039] 其中，可以采用閾值分割和加權平均的算法計算出各標記點的質心坐標值。
[0040]步驟S102:根據所述標記點的當前的空間坐標值為預設數目的粒子賦初始值；
[0041 ]這里，當前的空間坐標值可以指步驟S101中得到的空間坐標值，也可以指上一次 迭代運算后更新的空間坐標值；
[0042] 這里，所述預設數目可以根據實際需要確定；
[0043] 在具體實現中，可以將當前空間坐標值中的每個數值上加上一個隨機數作為一個 粒子數的初始值，重復該過程，得到預設數目的粒子的初始值;具體地，首先，設定目標粒子 的維數，并給所述目標粒子賦初始速度，其中，所述目標粒子為所述預設數目的粒子中的一 個;其次，在所述標記點的當前空間坐標值中的每個數值上分別加上一個設定范圍內的隨 機數，得到所述標記點的當前的隨機坐標值，將該當前的隨機坐標值賦給所述目標粒子，這 樣，即完成了對所述目標粒子的賦初始值的過程，重復上述兩個步驟，可以為預設數目的粒 子賦初始值，其中，每個粒子的粒子值對應所述標記點的隨機坐標值；
[0044]其中，所述目標粒子的維數由所述標記點的個數確定，Q = 3n，其中，Q表示目標粒 子的維數，n表示所述標記點的個數;所述設定范圍可以根據實際情況設定。
[0045]步驟S103:通過錐束CT系統掃描幾何校正模體獲得所述標記點的投影坐標值，根 據所述標記點的投影坐標值和各粒子的粒子值確定各粒子的幾何校正參數；
[0046] 在具體實現時，可以根據當前空間坐標值，并按照一選定的幾何校正方法的要求 確定幾何校正參數，具體地，首先，按照選定的幾何校正方法設置錐束CT系統的掃描參數并 擺正所述幾何校正模體;其次，在設置錐束CT系統的掃描參數并擺正所述幾何校正模體后， 掃描該幾何校正模體，獲得每個掃描角度下的所述標記點的投影坐標值，并根據目標粒子 的粒子值和每個掃描角度下的所述投影坐標值分別確定每個掃描角度下所述目標粒子的 幾何校正參數，其中，所述目標粒子為所述預設數目的粒子中的一個;可以重復執行這些步 驟(每次選取所述預設數目的粒子中的不同的粒子作為目標粒子），獲得各粒子的幾何校正 參數；
[0047] 其中，由于粒子值反應的是所述標記點的隨機坐標值，因此，在確定每個掃描角度 下幾何校正參數時，可以采用所選定的幾何校正方法中的根據標記點的空間坐標值以及所 述標記點的投影坐標值確定幾何校正參數的方式進行確定，在此不予贅述。
[0048]步驟S104:分別利用對應的幾何校正參數，通過所述錐束CT系統掃描預先制作的 評價模體重建出各粒子對應的所述評價模體的三維圖像；
[0049] 在一個實施例中，所述評價模體由正方體和球體組成，所述球體球心和正方體重 心重合，且球體半徑小于正方體的內切球體半徑;球體物質密度不同于正方體的物質密度， 但并不限于這種評價模體。
[0050] 具體地，首先，設置錐束CT系統的掃描參數;其次，把預先制作的評價模體放入所 述錐束CT系統中，在所述掃描參數下，采用快速掃描模式，控制所述錐束CT系統的射線源和 探測器繞所述評價模體旋轉一周，等間隔采集所述評價模體的投影圖像;最后，利用目標粒 子對應的幾何校正參數和采集到的所述評價模體的投影圖像，重建出所述目標粒子對應的 所述評價模體的三維圖像，其中，所述目標粒子為所述預設數目的粒子中的一個;可以重復 執行這些步驟(每次選取所述預設數目的粒子中的不同的粒子作為目標粒子），獲得各粒子 對應的所述評價模體的三維圖像；
[0051] 步驟S105:分別根據對應的評價模體的三維圖像計算出各所述粒子的適應度值；
[0052]具體地，首先，選取所述評價模體的三維圖像的中心層圖像作為待處理圖像；其 次，通過Hough變換獲得所述待處理圖像中的高密度區域以及低密度區域，將所述高密度區 域的CT平均值和所述低密度區域的CT平均值的差值的絕對值作為評價幾何校正效果的指 數;最后，把評價指數作為適應度的值，求得所述目標粒子對應的適應度值，其中，所述評價 指數指評價幾何校正效果的指數，所述目標粒子為所述預設數目的粒子中的一個;可以重 復執行這些步驟(每次選取所述預設數目的粒子中的不同的粒子作為目標粒子），獲得各粒 子對應的適應度值；
[0053]步驟S106:根據所計算出的適應度值更新所述標記點的空間坐標值；
[0054]具體地，可以在每次循環中，記單個粒子評價指數的歷史最大值為pbest(個體極 值），記所有粒子評價指數的當前最大值為gbest(全局極值）；其次，每個粒子點^通過跟蹤 口匕681：和8匕681：來更新當前粒子值 ；當前粒子對應的速度為￥1=(>1,1，￥1,2，￥1,3，....，￥1,13)， 當前粒子值定義為presenti= (Xi,i，Xi,2，Xi,3, ? ? ?，Xi,Q)，更親jf粒子值定義為presenti+i = (Xi+l,l，Xi+l,2，Xi+l，3，? ? ?，Xi+l，Q);
[0055] 在具體實現時，所述根據所計算出的適應度值更新所述標記點的空間坐標值的過 程可以包括：
[0056] 根據 vi+i = wXvi+ciX randi () X (pbest_presenti)+C2X ranch () X (gbest-presenti)更新粒子的速度值;根據presenti+i = presenti+vi+i更新粒子的粒子值;根據更新 后的粒子值更新所述標記點的空間坐標值；
[0057] 其中，pbest表示單個粒子適應度值的歷史最大值，gbest表示所有粒子適應度值 的當前最大值，presenti+i表示第i個粒子的更新粒子值，presenti表示第i個粒子的當前粒 子值;w是保持原來速度的系數;(^是粒子用來跟蹤pbest的權重系數，c 2是粒子跟蹤gbest的 權重系數，vi+i表示第i個粒子的更新速度值，vi表示第i個粒子的當前速度值，randi()、 rand2()是取值在0-1之間的隨機數；
[0058]步驟S107:判斷是否滿足預設的迭代結束條件，若否，返回步驟S102,若是，進入步 驟S108;
[0059] 這里，所述迭代結束條件迭代次數達到設定閾值、或者/和所述適應度值穩定在最 大值處。
[0060] 步驟S108:根據最大適應度值的對應的粒子值確定所述標記點的精準空間坐標 值，將最大適應度值的對應的幾何校正參數確定為精準幾何校正參數；
[0061 ]即將最大適應度值的對應的粒子值對應的空間坐標值作為述標記點的精準空間 坐標值，將最大適應度值的對應的幾何校正參數確定為精準幾何校正參數；
[0062]根據上述本實施例的方案，其是本發明利用螺旋CT系統掃描幾何校正模體(手工 制作），再利用錐束CT系統掃描幾何校正模體與評價模體，然后根據重建圖像中標記點投影 算出標記點的空間坐標的估計值（即如上步驟S101中得到的空間坐標值），再利用粒子群算 法和重建圖像的評價函數值算出標記點空間坐標的真實值。用標記點的真實坐標值（即如 上的精準空間坐標值)算出比設計值算出的更準確的幾何校正參數，重建出更高質量的CT 圖像。同時，校正模體標記點的真實坐標值可作為已知信息，能校正其他錐束CT系統的幾何 參數。采用本實施例中的方案，可以降低校正模體的加工要求，且可以利用低精度的幾何校 正模體進行準確幾何校正。
[0063] 具體示例
[0064] 為了便于理解本發明的方案，以下通過一個具體示例進行說明，但該具體示例并 不構成對本發明方案的限定。
[0065] 在一個實施例中，米用文獻《Determination of System Geometrica 1 Parameters and Consistency between Scans for Contrast-Enhanced Digital Breast Tomosynthesis》（以下簡稱文獻）中提到幾何校正模體。所使用的CT掃描系統為自主研發的 牙科CT系統。所述幾何校正模體的自校正及其精確幾何校正的方法過程如下：
[0066] (1)首先選擇文獻中的幾何校正模體，該校正模體是在空心圓柱表面等螺距等角 度的鑲嵌鋼珠，總共28個鋼珠。選擇在空心圓柱表面畫螺旋曲線，在曲線上隨機貼上18個鋼 珠作為標記點，手工制作出幾何校正模體，如圖2所示。同時制作評價模體，評價模體由邊長 為96mm的正方體有機玻璃外殼和半徑為18mm的球體組成，球體球心和正方體的重心重合， 球體與正方體之間填充高密度樹脂，如圖3所示。
[0067] (2)用螺旋CT系統掃描幾何校正模體，估算標記點坐標值。首先，用螺旋CT系統以 0.5mm的螺距對幾何校正模體進行骨窗掃描，然后再以0.3mm的層厚重建幾何校正模體三維 圖像，如圖4所示。接著，用閾值分割算法和加權平均算法算出圖像中標記點的坐標值。最 后，通過成像坐標系與世界坐標系的關系，估算標記點在世界坐標系坐標值。如表1所示：
[0070] (3)給粒子點賦初值。首先，對應表1中54個數，設PS0算法(粒子群算法）中粒子的 數目為20個，每個粒子的維度為54維，則粒子的值記為Xi= (Xii，Xi2，Xi3......Xi54)，粒子的 速度記為Vi = (Vi, 1，Vi, 2, Vi, 3......Vi,54)。其次，在18個標記點的坐標估計值上加上在(_ 0.2，0.2)范圍內的隨機數，得到18個標記點的隨機坐標值，把隨機坐標值存入粒子點中。這 樣就得到一個粒子的值為Xl，然后粒子的移動速度設為Vl。最后，至此以上步驟，對20個粒子 分別賦值。其中每個粒子的位置是幾何校正模體的隨機坐標值的空間位置。其中每個粒子 的值對應模體標記點的隨機坐標值。
[0071] (4)確定幾何參數。首先按照文獻要求，把幾何校正模體放入旋轉中心并保證該校 正模體完全在F0V內。接著，設置錐束CT系統的掃描參數:管電壓設為85kV，管電流設為6mA， 掃描間隔為1°，模式為快速掃描。獲得每個角度下鋼珠投影圖像，并從投影圖像中分割出每 個鋼珠的投影坐標。最后，根據每個鋼珠的空間坐標和對應的投影坐標，計算出每個投影角 度下的錐束CT系統機械幾何參數。算出每個粒子的幾何校正參數。
[0072] (5)重建評價模體圖像。首先，把評價模體放入錐束CT系統中，采用快速掃描模式， 射線源和探測器繞評價模體旋轉一周，每間隔1°采集一張評價模體的投影圖像，共采集360 張投影圖像。其次，利用粒子對應的錐束CT系統幾何校正參數和采集的評價模體的投影，重 建出評價模體的三維圖像。
[0073] (6)計算評價指數F，即取單個粒子對應的重建圖像的幾何校正評價指數作為適應 度的值。首先，選擇中心層附近的圖像，設定閾值，通過閾值分割出圓的圖像，計算圖像中圓 心的位置，以圓心位置所在圖層為待處理圖像。
[0074] 其次，求得待處理圖像的梯度圖，設置閾值，對梯度圖進行分割得到梯度圖的邏輯 圖像，即待處理圖像中的圓的邊緣區域。具體計算公式如下:其中IV/I代表圖像f的梯度。
[0075] IYff=fe*：/)2+fe?'*/)2
[0076] 其中，符號*表示卷積，g表示Sobel模板，其定義見公式如下： 〔1 〇 1、
[0077] g= -2： 0 2： 0 l.j
[0078] 通過以上公式可以得到待處理圖像的梯度。設置圖像梯度閾值T = 50,消除對圖像 邊緣貢獻小的點。這樣，得到待處理圖像中圓的邊緣區域。
[0079] 接著，通過Hough變換求得待處理圖像的圓心和半徑。具體計算理論如下：
[0080] (a) (a，b，r)確定一個圓心為(a，b)半徑為r的圓。
[0081] (b)若有一個圓過點（xi，yi)，則有：（xi-ai)2+(yi_bi) 2 = ri2。可以用(ai(i)，bi(i)， n(i))表示了無窮多個過點(X1，yi)的圓。
[0082] (c)遍歷梯度圖中的每個點，有多個點在同一個圓上，由此可以解得值(aQ，b Q，r〇)， 即（aQ，bQ，n))為待處理圖像的圓心和半徑。
[0083]最后，通過比較待處理圖像上任一點到圓心的距離與半徑的大小來判斷該點是在 低密度區（圓內）還是高密度區（圓外），如圖5所示。統計圓內外點數和CT值總和，求得圓內 外CT均值差的絕對值作為評價幾何校正效果的評價指數。具體計算公式如下：
[0084] (xi-a)2+(yi-b)2^；r2 (1)
[0085] r2^ (Xi-a)2+(yi-b)2^ (r+R)2 (2)
[0086]其中，（Xi，yi)為所述待處理圖像中第i個點的坐標，（a，b)為所述待處理圖像中圓 的圓心坐標，r為所述待處理圖像中圓的半徑，R的取值范圍在0與正方體內切球半徑與球體 半徑的差之間，在這里R取為3_;
[0087] 若圖像上的點滿足條件（1)，則點在圓內；若滿足條件(2)，則點在圓外。對應實施 方式步驟(4)的幾何校正參數，統計圓內點總數為A，則圓內點的CT值總和為M，圓環內點數 為B，圓環內點的CT值總和為N。又由算式求得：
[0088] F= |M/A-N/B (3)
[0089]評價指數F = 67.19。對應20個粒子，則其對應的評價指數記為：
[0090] Fi=(67.19,16.1,12.35,30.21,14.73,13.56,42.39,40.8,73.16,75.43,12.76, 52.59,60.61,53.97,25.63,17.59,73.81,16.13,73.86,72.17)〇
[0091] (7)根據適應值(評價指數F)更新標記點的坐標值。根據適應值(評價指數F)更新 模體標記點的坐標值。首先，在每次循環中，記單個粒子評價指數的歷史最大值為pbest (個 體極值），即pbest = Fi;記所有粒子評價指數的當前最大值為gbest(全局極值），即gbest = 73.86。其次，每個粒子點Xi通過跟蹤pbest和gbest來更新當前粒子值。當前粒子對應的速 為 Vi - (Vi,l，Vi,2，Vi,3，? ? ? ?，Vi,54)，當如半直疋 乂為pre Sent i - (Xi,l，Xi,2,Xi,3，? ? ?， Xi,54)，更新粒子值定義為presenti+i= (Xi+i,i，Xi+i,2，Xi+i,3, ?…，Xi+1,54)，則粒子值和粒子速 度的更新公式如下所示：
[0092] vi+i=wXvi+ciXrandi() X (pbest-presenti)+C2Xrandi() X (gbest-presenti) (4)
[0093] presenti+i = presenti+vi+i (5)
[0094] 其中權重系數￥ = 0.729，權重系數(31 = (：2 = 1.496。最后，通過式子(4)、（5)更新粒 子點的值(模體標記點坐標），模體標記點坐標的估計值進一步靠近模體標記點坐標的真實 值。
[0095] (8)判斷迭代是否結束，若沒結束，則重復實施方式步驟(3)_(6)。若結束，把最大 適應度對應粒子的值作模體標記點的精準空間坐標值，其對應的幾何參數作為錐束CT系統 精確幾何校正參數。首先，若迭代次數等于預設值80,或者評價指數穩定在最大值處(76.2 ±0.01)，則迭代結束。其次，取評價指數最大值76.2對應粒子的值作為模體標記點的精準 空間坐標值，其對應的幾何參數作為錐束CT系統精確幾何校正參數。如圖6所示：圖(a)是迭 代前評價模體的重建圖像，其對應的評價指數僅為40.8;圖（b)是迭代后評價模體的重建圖 像，其對應的評價指數為76.2;圖（c)是利用較精確校正模求得幾何參數并重建出評價模體 的圖像作為對比圖像，其對應的評價指數為75.8。最后，將計算出的模體標記點的精準空間 坐標值作為已知信息，實現用手工制作的校正模體進行精確幾何校正的目的。
[0096] 實施例二
[0097]根據上述本發明實施例的幾何校正模體的校正方法，本發明實施例還提供一種幾 何校正模體的校正系統。
[0098]圖7為本發明實施例二的幾何校正模體的校正系統的組成結構示意圖。如圖7所 示，本實施例二的幾何校正模體的校正系統包括坐標獲取單元201、賦值單元202、參數獲取 單元203、重建單元204、處理單元205、更新單元206、判斷單元207;
[0099]坐標獲取單元201，用于通過螺旋CT系統掃描預先制作的幾何校正模體，計算出所 述幾何校正模體上預先設置的標記點的空間坐標值；
[0100]賦值單元202,用于在所述坐標獲取單元獲取到空間坐標值后，或者在判斷單元的 判定結果為否時，根據所述標記點的當前的空間坐標值為預設數目的粒子賦初始值；
[0101]參數獲取單元203,用于通過錐束CT系統掃描幾何校正模體獲得所述標記點的投 影坐標值，根據所述標記點的投影坐標值和各粒子的粒子值確定各粒子的幾何校正參數；
[0102] 重建單元204,用于分別利用對應的幾何校正參數，通過所述錐束CT系統掃描預先 制作的評價模體重建出各粒子對應的所述評價模體的三維圖像；
[0103] 處理單元205,用于分別根據對應的評價模體的三維圖像計算出各所述粒子的適 應度值；
[0104] 更新單元206,用于根據所計算出的適應度值更新所述標記點的空間坐標值；
[0105] 判斷單元207,用于判斷是否滿足預設的迭代結束條件。
[0106] 在其中一個實施例中，如圖7所示，本發明的幾何校正模體的校正系統還可以包括 校正單元208,校正單元208用于在判斷單元207的判定結果為是時，根據最大適應度值的對 應的粒子值確定所述標記點的精準空間坐標值，將最大適應度值的對應的幾何校正參數確 定為精準幾何校正參數。
[0107] 本發明實施例提供的幾何校正模體的校正系統，需要指出的是：以上對幾何校正 模體的校正系統的描述，與上述幾何校正模體的校正方法的描述是類似的，并且具有上述 幾何校正模體的校正方法的有益效果，為節約篇幅，不再贅述；因此，以上對本發明實施例 提供的幾何校正模體的校正系統中未披露的技術細節，請參照上述提供的幾何校正模體的 校正方法的描述。
[0108] 一種終端，包括內存和處理器，所述內存中儲存有指令，所述指令被所述處理器執 行時，可使得所述處理器執行以下步驟：
[0109] 通過螺旋CT系統掃描預先制作的幾何校正模體，計算出所述幾何校正模體上預先 設置的標記點的空間坐標值；
[0110] 根據所述標記點的當前的空間坐標值為預設數目的粒子賦初始值；
[0111] 通過錐束CT系統掃描幾何校正模體獲得所述標記點的投影坐標值，根據所述標記 點的投影坐標值和各粒子的粒子值確定各粒子對應的幾何校正參數；
[0112] 分別利用對應的幾何校正參數，通過所述錐束CT系統掃描預先制作的評價模體重 建出各粒子對應的所述評價模體的三維圖像；
[0113] 分別根據對應的評價模體的三維圖像計算出各所述粒子的適應度值；
[0114] 根據所計算出的適應度值更新所述標記點的空間坐標值；
[0115] 判斷是否滿足預設的迭代結束條件；
[0116] 若否，返回所述根據所述標記點的當前的空間坐標值為預設數目的粒子賦初始值 的步驟；
[0117] 若是，則根據最大適應度值的對應的粒子值確定所述標記點的精準空間坐標值， 將最大適應度值的對應的幾何校正參數確定為精準幾何校正參數。
[0118] 本領域技術人員可以理解實現上述實施例方法的全部或部分流程，可以通過計算 機程序來指令相關的硬件來完成，所述的程序可存儲于一非易失性的計算機可讀存儲介質 中，如本發明實施例中，該程序可存儲于計算機系統的存儲介質中，并將被計算機系統中的 至少一個處理器執行，以實現如上各方法實施例的流程。其中，所述的存儲介質可為磁碟、 光盤、只讀存儲記憶體（Read-Only Memory，ROM)或隨機存儲記憶體（Random Access Memory，RAM)等。
[0119] 以上所述實施例的各技術特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實 施例中的各個技術特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特征的組合不存 在矛盾，都應當認為是本說明書記載的范圍。
[0120] 以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并 不能因此而理解為對發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來 說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護 范圍。因此，本發明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
【主權項】
1. 一種幾何校正模體的校正方法，其特征在于，包括： 通過螺旋CT系統掃描預先制作的幾何校正模體，計算出所述幾何校正模體上預先設置 的標記點的空間坐標值； 根據所述標記點的當前的空間坐標值為預設數目的粒子賦初始值； 通過錐束CT系統掃描幾何校正模體獲得所述標記點的投影坐標值，根據所述標記點的 投影坐標值和各粒子的粒子值確定各粒子對應的幾何校正參數； 分別利用對應的幾何校正參數，通過所述錐束CT系統掃描預先制作的評價模體重建出 各粒子對應的所述評價模體的三維圖像； 分別根據對應的評價模體的三維圖像計算出各所述粒子的適應度值； 根據所計算出的適應度值更新所述標記點的空間坐標值； 判斷是否滿足預設的迭代結束條件； 若否，返回所述根據所述標記點的當前的空間坐標值為預設數目的粒子賦初始值的步 驟。2. 根據權利要求1所述的幾何校正模體的校正方法，其特征在于，所述通過螺旋CT系統 掃描預先制作的幾何校正模體，計算出所述幾何校正模體上預先設置的標記點的空間坐標 值的過程包括： 通過螺旋CT系統掃描預先制作的幾何校正模體重建出所述幾何校正模體的三維圖像； 計算出所述幾何校正模體的三維圖像上的各標記點的質心坐標值，其中，用質心坐標 值表征對應的標記點在成像坐標系中的坐標值； 根據各標記點的質心坐標值，通過成像坐標系與世界坐標系的對應關系，獲取各標記 點在世界坐標系中的坐標值，其中，用在世界坐標系中的坐標值表征對應的標記點的空間 坐標值。3. 根據權利要求1所述的幾何校正模體的校正方法，其特征在于，所述根據所述標記點 的當前的空間坐標值為預設數目的粒子賦初始值的過程包括： 設定目標粒子的維數，并給所述目標粒子賦初始速度，其中，所述目標粒子為所述預設 數目的粒子中的一個； 在所述標記點當前空間坐標值中的每個數值上分別加上一個設定范圍內的隨機數，得 到所述標記點的當前的隨機坐標值，將該當前的隨機坐標值賦給所述目標粒子。4. 根據權利要求1所述的幾何校正模體的校正方法，其特征在于，所述通過錐束CT系統 掃描幾何校正模體獲得所述標記點的投影坐標值，根據所述標記點的投影坐標值和各粒子 的粒子值確定各粒子的幾何校正參數的過程包括： 按照選定的幾何校正方法設置錐束CT系統的掃描參數并擺正所述幾何校正模體； 在設置錐束CT的掃描參數并擺正所述幾何校正模體后，掃描該幾何校正模體，獲得每 個掃描角度下的所述標記點的投影坐標值； 根據目標粒子的粒子值和每個掃描角度下的所述投影坐標值分別確定每個掃描角度 下所述目標粒子的幾何校正參數，其中，所述目標粒子為所述預設數目的粒子中的一個。5. 根據權利要求1所述的幾何校正模體的校正方法，其特征在于，所述分別利用對應的 幾何校正參數，通過所述錐束CT系統掃描預先制作的評價模體重建出各粒子對應的所述評 價模體的三維圖像的過程包括： 設置錐束CT系統的掃描參數； 把預先制作的評價模體放入所述錐束CT系統中，在所述掃描參數下，采用快速掃描模 式，控制所述錐束CT系統的射線源和探測器繞所述評價模體旋轉一周，等間隔采集所述評 價模體的投影圖像； 利用目標粒子對應的幾何校正參數和采集到的所述評價模體的投影圖像，重建出所述 目標粒子對應的所述評價模體的三維圖像，其中，所述目標粒子為所述預設數目的粒子中 的一個。6. 根據權利要求1所述的幾何校正模體的校正方法，其特征在于，所述分別根據對應的 評價模體的三維圖像計算出各所述粒子的適應度值的過程包括： 選取目標粒子對應的所述評價模體的三維圖像的中心層圖像作為待處理圖像； 通過Hough變換獲得所述待處理圖像中的高密度區域以及低密度區域； 將所述高密度區域的CT平均值和所述低密度區域的CT平均值的差值的絕對值作為評 價幾何校正效果的指數； 把評價指數作為適應度的值，求得所述目標粒子對應的適應度值，其中，所述評價指數 指評價幾何校正效果的指數，所述目標粒子為所述預設數目的粒子中的一個。7. 根據權利要求1所述的幾何校正模體的校正方法，其特征在于，所述根據所計算出的 適應度值更新所述標記點的空間坐標值的過程包括： 根據Vi+i=wX Vi+ci Xrandi() X (pbest_presenti)+C2 Xrand2() X (gbest-presenti)更 新粒子的速度值； 根據presenti+i = presenti+vi+i更新粒子的粒子值； 根據更新后的粒子值更新所述標記點的空間坐標值； 其中，pbest表示單個粒子適應度值的歷史最大值，gbest表示所有粒子適應度值的當 前最大值，presenti+i表示第i個粒子的更新粒子值，presenti表示第i個粒子的當前粒子 值;w是保持原來速度的系數;(^是粒子用來跟蹤pbest的權重系數，C 2是粒子跟蹤gbest的權 重系數，Vi+ι表示第i個粒子的更新速度值，Vi表示第i個粒子的當前速度值，randiO、rand2 ()是取值在〇_1之間的隨機數。8. 根據權利要求1所述的幾何校正模體的校正方法，其特征在于，所述迭代結束條件包 括迭代次數達到設定閾值、或者/和所述適應度值穩定在最大值處。9. 根據權利要求1所述的幾何校正模體的校正方法，其特征在于，還包括： 若是，則根據最大適應度值的對應的粒子值確定所述標記點的精準空間坐標值，將最 大適應度值的對應的幾何校正參數確定為精準幾何校正參數。10. -種幾何校正模體的校正系統，其特征在于，包括： 坐標獲取單元，用于通過螺旋CT系統掃描預先制作的幾何校正模體，計算出所述幾何 校正模體上預先設置的標記點的空間坐標值； 賦值單元，用于在所述坐標獲取單元獲取到空間坐標值后，或者在判斷單元的判定結 果為否時，根據所述標記點的當前的空間坐標值為預設數目的粒子賦初始值； 參數獲取單元，用于通過錐束CT系統掃描幾何校正模體獲得所述標記點的投影坐標 值，根據所述標記點的投影坐標值和各粒子的粒子值確定各粒子的幾何校正參數； 重建單元，用于分別利用對應的幾何校正參數，通過所述錐束CT系統掃描預先制作的 評價模體重建出各粒子對應的所述評價模體的三維圖像； 處理單元，用于分別根據對應的評價模體的三維圖像計算出各所述粒子的適應度值； 更新單元，用于根據所計算出的適應度值更新所述標記點的空間坐標值； 判斷單元，用于判斷是否滿足預設的迭代結束條件。
【文檔編號】G06T15/20GK105931202SQ201610251674
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月20日
【發明人】李翰威, 張光彪, 詹欣智, 黃文記, 黃科明
【申請人】廣州華端科技有限公司