數(shù)字X線成像全景拼接幾何誤差的對比分析

孟繁軍，呂巖，劉景鑫

吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院 a.放射科；b.信息中心，吉林 長春 130033

數(shù)字X線成像全景拼接幾何誤差的對比分析

孟繁軍a，呂巖a，劉景鑫b

吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院 a.放射科；b.信息中心，吉林 長春 130033

本文對比分析了普通X線拍攝和X線狹縫連續(xù)拍攝DR兩種方式及其所獲取的圖像在全景拼接過程中的幾何誤差問題，探討提高X線全景拼接成像技術(shù)幾何精確性的方法。

X線機；全景拼接；幾何誤差；狹縫拍攝

0 前言

為了幫助骨科醫(yī)師重構(gòu)出人體長骨的全景圖像，Yaniv[1]等提出X線圖像拼接技術(shù)理論。數(shù)字X線成像全景拼接技術(shù)解決了大范圍X線拍攝全脊柱、全下肢等部位的實際難題[2]。傳統(tǒng)的拍攝方法必須分多次曝光，分別獲取不同部位圖像，不能在一幅圖像內(nèi)顯示完整的組織解剖結(jié)構(gòu)。利用圖像全景拼接技術(shù)合成的圖像不僅能夠為臨床醫(yī)生提供更直觀更完整的圖像信息，便于醫(yī)生在術(shù)前進行測量和診斷，確定內(nèi)固定器參數(shù)，從而提高手術(shù)的精確性，同時也為術(shù)后評估提供了一種可靠方法。

1 兩種拍攝方式對比實驗

1.1 普通X線拍攝

利用荷蘭非利浦X線機Diagnost與日本佳能DR平板探測器CXDI-50G（14英寸×17英寸）對被攝體分段拍攝三幅圖像，經(jīng)數(shù)字影像處理軟件KY-2000拼接成一幅全景圖像[3]。分段拍攝X線圖像（見圖1）：被攝體固定不動，同時移動對應(yīng)的X線球管和DR探測板，對準被攝體所需位置分別曝光三次，一般可獲取全脊柱或全下肢完整圖像信息。

圖1 X線分段拍攝幾何原理

（1）A和B兩點為圖像拼接定位鉛標記物，X線球管在位置①曝光時，被攝體A標記點投影在DR探測器A1點。

（2）X線球管在位置②曝光時，被攝體A標記點投影在DR探測器A2點，B標記點投影在DR探測器B2點。

（3）X線球管在位置③曝光時，被攝體B標記點投影在DR探測器B3點，因此按標記點拼接圖像時，實際AB兩點并不是其垂直投影A0、B0點，而是按A1與A2點復(fù)合，B2與B3點復(fù)合來拼接，因此不可避免造成AB標記點間幾何放大失真，產(chǎn)生圖像拼接誤差。

1.2 X線狹縫連續(xù)拍攝

利用日本島津大平板多功能數(shù)字化攝影系統(tǒng)SONIALVISON SafireⅡ X線機及其平板探測器（17英寸×17英寸）對被攝體進行狹縫連續(xù)拍攝（見圖2），一次性獲取全部所需圖像信息，利用軟件DAR-8000f自動重建生成全景拼接圖像。

圖2 X線狹縫連續(xù)拍攝原理

2 全景拼接幾何誤差原因分析

（1）產(chǎn)生圖像拼接誤差的根本原因是X線拍攝時的幾何放大誤差，是由拍攝X線圖像原理決定的。因為X線源為點光源，經(jīng)矩形束光器遮擋后，X線束呈四棱錐形發(fā)散投射，不可避免地產(chǎn)生被攝體圖像幾何放大誤差。

（2）根據(jù)圖1所示X線拍攝的幾何原理，分段拍攝X線圖像，為減小幾何誤差，在硬件方面采用下述方法對圖像幾何放大誤差進行幾何校正，從而實現(xiàn)誤差最小化。軟件拼接不能校正幾何放大誤差，只能按標記點簡單進行圖像拼接。① 增加X線焦點到被攝體間距離SID，如果設(shè)備允許，可將其設(shè)定為180cm；② 盡可能減少被攝體到DR探測器平板間距離。

（3）被攝體移動造成標記位置移動，可形成圖像拼接誤差。尤其是采用圖1所示方法拍攝全脊柱時，粘貼的標記會受到呼吸運動產(chǎn)生位移，影響圖像拼接的精度。減小這種誤差的方法是在患者背部粘貼標記時，應(yīng)盡可能靠近脊柱，以減小運動位移造成的誤差。

（4）為提高圖像拼接精確度，減小被攝體長軸方向的幾何誤差，標記點位移等，用束光器對X線束進行遮擋，使X線束呈與被攝體長軸垂直方向的狹窄扇形投射。采用圖2所示原理，當(dāng)束光器調(diào)成狹縫狀態(tài)時，在連續(xù)曝光的同時，X線球管與DR探測器同向同步移動。

（5）狹縫拍攝X線圖像，在硬件方面采用一種創(chuàng)新性的X線拍攝方式，從根本上提高了圖像拼接的幾何精度，只要確定拍攝起止點位置即可獲取全部圖像信息。因不用粘貼標記物，從而徹底消除了因標記位移產(chǎn)生的拼接誤差。軟件方面提供了強大的幾何參數(shù)校正工具。

（6）圖像拼接軟件參數(shù)設(shè)置不當(dāng)可產(chǎn)生圖像拼接誤差[4]。日本島津DAR-8000f圖像后處理軟件具有自動重建生成全景拼接圖像的功能。在其打印膠片預(yù)設(shè)界面調(diào)整圖像長軸方向參數(shù)值，可實現(xiàn)圖像與被攝體幾何參數(shù)高精度復(fù)合。我們經(jīng)過反復(fù)試驗，設(shè)置恰當(dāng)?shù)男蕝?shù)，實際誤差控制在0.25%以內(nèi)（如表1所示）。

表1 X線狹縫拍攝圖象全景拼接校正參數(shù)設(shè)定

3 結(jié)果分析

X線狹縫拍攝方式配合圖像后處理軟件全景拼接技術(shù)，可實現(xiàn)所獲全景圖像與被攝體幾何參數(shù)的高精度復(fù)合。為臨床應(yīng)用提供高精度的完備的參考數(shù)據(jù)，全景拼接技術(shù)在給我們帶來攝影條件方便選擇的同時，強調(diào) “放射防護水平的最優(yōu)化原則”，以確保受檢者權(quán)益[5]，最大限度減少重復(fù)曝光，降低患者輻射劑量[6]，具有非常好的應(yīng)用前景。

[1] Yaniv Z,Joskowics L.Long bone panoramas from fluoroscopic X-ray images[J].IEEE Trans Medical Imaging,2004,23(1): 26-36.

[2] 蔣青,宋知非,駱東山,等.雙下肢全長負重位X線片在全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)的應(yīng)用價值[J].中華骨科雜志,2002,22(5):31-34.

[3] 曾勇明,黃偉,羅天友.DR圖像拼接全景成像技術(shù)的臨床應(yīng)用[J].重慶醫(yī)科大學(xué)學(xué)報,2008,32(9):1133.

[4] 范志剛,許波,潘森鑫,等.圖像拼接軟件在數(shù)字化攝影中的應(yīng)用[J].中國醫(yī)學(xué)影像技術(shù),2010,26(4):782-783.

[5] 強永剛,張林.醫(yī)學(xué)影像輻射防護學(xué)[M].廣州:廣東世界圖書出版社,2001:184-185.

[6] 凌壽佳,黃仲奎,龍莉玲,等.全脊柱CR單次曝光與多次曝光成像的比較[J].實用放射學(xué)雜志,2006,22(10):1285-1287.

Contrastive Analysis of Digital X-Ray Imaging Panorama Geometric Errors

MENG Fan-juna, LV Yana, LIU Jing-xinb
a. Radiology Department; b. Information Center, China-Japan Union Hospital of Jilin University, Changchun Jilin 130033, China

This paper analyzes two methods of normal radiography and slot radiography. By discussing geometric errors in panorama, we provide a kind of accurate technique about slot radiography.

panorama; geometric errors; slot radiography

TH774

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2011.06.003

1674-1633(2011)06-0014-02

2011-02-01

劉景鑫，教授，碩士生導(dǎo)師。

作者郵箱：mt2000618@sohu.com