基于C形臂的锥束CT成像系统关键技术研究

摘要

锥束CT是当今国际CT研究领域最活跃的前沿课题之一,与普通二维扇束CT相比,它可以获得更高的空间分辨率,更快的扫描速度,更高的射线利用效率,这对医学影像诊断和工业无损检测有重要意义。近几年来,由于临床微创介入治疗实时重现手术器官全貌的需要,基于C形臂影像的短扫描锥束CT得到了关注。
　　 由于机械制造工艺以及地磁场等原因,基于影像增强器的C形臂投影图像存在不可避免的几何失真,而且成像系统的内在参数在C形臂运动过程中也会发生变化,需要在进行锥束CT重建之前对失真图像进行校正并且标定成像系统参数。另外,实际应用中占据主流的近似重建算法FDK算法计算量仍然很大,需要对其加速才能满足介入手术准实时性的要求。针对这些问题,本文主要研究了基于C形臂的锥束CT成像系统中的如下几个问题。
　　 对于几何失真图像校正,本文使用有机玻璃和十字交叉的金属丝组成的校正靶网,提出了一个提取靶网投影图像中网格交叉点的算法流程,使用这些交叉点作为校正标志点,用局部法、多项式变换、正交多项式变换和加权正交多项式变换对失真图像进行校正并比较,指出多项式类变换应用于几何失真校正是可行的。
　　 本文设计了一个易于加工的用于标定C形臂几何参数的标定靶,提出了一种用改进的圆形Hough变换分割投影图像中小钢球的算法,计算这些钢球在图像中的位置并与其在标定靶上的位置一一对应,使用Faugeras相机模型通过Gauss-Newton法计算不同旋转位置下C形臂准确的几何参数。
　　 为了满足实际应用中准实时性的要求,需要对重建算法进行加速,本文使用NVIDIA公司推出的CUDA技术,对应用于C形臂的MSS-FDK算法中滤波和反投影两个步骤进行加速,模拟投影数据重建结果表明,加速明显,重建图像质量可靠。
　　 本文还从需求分析开始,设计并实现了用于C形臂锥束CT成像系统的工作站软件,可以完成病人信息管理、投影图像采集、二维图像处理、锥束CT重建、网络传输、报告编辑、胶片打印等功能,方便医生充分发挥C形臂设备的功能。