數字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

吉林大學中日聯誼醫院 a.放射科；b.信息中心，吉林 長春 130033

數字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

吉林大學中日聯誼醫院 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

為了幫助骨科醫師重構出人體長骨的全景圖像，Yaniv[1]等提出X線圖像拼接技術理論。數字X線成像全景拼接技術解決了大范圍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，不能在一幅圖像內顯示完整的組織解剖結構。利用圖像全景拼接技術合成的圖像不僅能夠為臨床醫生提供更直觀更完整的圖像信息，便于醫生在術前進行測量和診斷，確定內固定器參數，從而提高手術的精確性，同時也為術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，經數字影像處理軟件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點復合，B2與B3點復合來拼接，因此不可避免造成AB標記點間幾何放大失真，產生圖像拼接誤差。

1.2 X線狹縫連續拍攝

利用日本島津大平板多功能數字化攝影系統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線狹縫連續拍攝原理

2 全景拼接幾何誤差原因分析

（1）產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，經矩形束光器遮擋后，X線束呈四棱錐形發散投射，不可避免地產生被攝體圖像幾何放大誤差。

（2）根據圖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，如果設備允許，可將其設定為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，當束光器調成狹縫狀態時，在連續曝光的同時，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生的拼接誤差。軟件方面提供了強大的幾何參數校正工具。

（6）圖像拼接軟件參數設置不當可產生圖像拼接誤差[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。在其打印膠片預設界面調整圖像長軸方向參數值，可實現圖像與被攝體幾何參數高精度復合。我們經過反復試驗，設置恰當的校準參數，實際誤差控制在0.25%以內（如表1所示）。

表1 X線狹縫拍攝圖象全景拼接校正參數設定

3 結果分析

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

[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線片在全膝關節置換術的應用價值[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的臨床應用[J].重慶醫科大學學報,2008,32(9):1133.

[4] 范志剛,許波,潘森鑫,等.圖像拼接軟件在數字化攝影中的應用[J].中國醫學影像技術,2010,26(4):782-783.

[5] 強永剛,張林.醫學影像輻射防護學[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，碩士生導師。

作者郵箱：mt2000618@sohu.com