数字X线成像全景拼接几何误差的对比分析

孟繁军，吕岩，刘景鑫

吉林大学中日联谊医院 a.放射科；b.信息中心，吉林 长春 130033

数字X线成像全景拼接几何误差的对比分析

孟繁军a，吕岩a，刘景鑫b

吉林大学中日联谊医院 a.放射科；b.信息中心，吉林 长春 130033

本文对比分析了普通X线拍摄和X线狭缝连续拍摄DR两种方式及其所获取的图像在全景拼接过程中的几何误差问题，探讨提高X线全景拼接成像技术几何精确性的方法。

X线机；全景拼接；几何误差；狭缝拍摄

0 前言

为了帮助骨科医师重构出人体长骨的全景图像，Yaniv[1]等提出X线图像拼接技术理论。数字X线成像全景拼接技术解决了大范围X线拍摄全脊柱、全下肢等部位的实际难题[2]。传统的拍摄方法必须分多次曝光，分别获取不同部位图像，不能在一幅图像内显示完整的组织解剖结构。利用图像全景拼接技术合成的图像不仅能够为临床医生提供更直观更完整的图像信息，便于医生在术前进行测量和诊断，确定内固定器参数，从而提高手术的精确性，同时也为术后评估提供了一种可靠方法。

1 两种拍摄方式对比实验

1.1 普通X线拍摄

利用荷兰非利浦X线机Diagnost与日本佳能DR平板探测器CXDI-50G（14英寸×17英寸）对被摄体分段拍摄三幅图像，经数字影像处理软件KY-2000拼接成一幅全景图像[3]。分段拍摄X线图像（见图1）：被摄体固定不动，同时移动对应的X线球管和DR探测板，对准被摄体所需位置分别曝光三次，一般可获取全脊柱或全下肢完整图像信息。

图1 X线分段拍摄几何原理

（1）A和B两点为图像拼接定位铅标记物，X线球管在位置①曝光时，被摄体A标记点投影在DR探测器A1点。

（2）X线球管在位置②曝光时，被摄体A标记点投影在DR探测器A2点，B标记点投影在DR探测器B2点。

（3）X线球管在位置③曝光时，被摄体B标记点投影在DR探测器B3点，因此按标记点拼接图像时，实际AB两点并不是其垂直投影A0、B0点，而是按A1与A2点复合，B2与B3点复合来拼接，因此不可避免造成AB标记点间几何放大失真，产生图像拼接误差。

1.2 X线狭缝连续拍摄

利用日本岛津大平板多功能数字化摄影系统SONIALVISON SafireⅡ X线机及其平板探测器（17英寸×17英寸）对被摄体进行狭缝连续拍摄（见图2），一次性获取全部所需图像信息，利用软件DAR-8000f自动重建生成全景拼接图像。

图2 X线狭缝连续拍摄原理

2 全景拼接几何误差原因分析

（1）产生图像拼接误差的根本原因是X线拍摄时的几何放大误差，是由拍摄X线图像原理决定的。因为X线源为点光源，经矩形束光器遮挡后，X线束呈四棱锥形发散投射，不可避免地产生被摄体图像几何放大误差。

（2）根据图1所示X线拍摄的几何原理，分段拍摄X线图像，为减小几何误差，在硬件方面采用下述方法对图像几何放大误差进行几何校正，从而实现误差最小化。软件拼接不能校正几何放大误差，只能按标记点简单进行图像拼接。① 增加X线焦点到被摄体间距离SID，如果设备允许，可将其设定为180cm；② 尽可能减少被摄体到DR探测器平板间距离。

（3）被摄体移动造成标记位置移动，可形成图像拼接误差。尤其是采用图1所示方法拍摄全脊柱时，粘贴的标记会受到呼吸运动产生位移，影响图像拼接的精度。减小这种误差的方法是在患者背部粘贴标记时，应尽可能靠近脊柱，以减小运动位移造成的误差。

（4）为提高图像拼接精确度，减小被摄体长轴方向的几何误差，标记点位移等，用束光器对X线束进行遮挡，使X线束呈与被摄体长轴垂直方向的狭窄扇形投射。采用图2所示原理，当束光器调成狭缝状态时，在连续曝光的同时，X线球管与DR探测器同向同步移动。

（5）狭缝拍摄X线图像，在硬件方面采用一种创新性的X线拍摄方式，从根本上提高了图像拼接的几何精度，只要确定拍摄起止点位置即可获取全部图像信息。因不用粘贴标记物，从而彻底消除了因标记位移产生的拼接误差。软件方面提供了强大的几何参数校正工具。

（6）图像拼接软件参数设置不当可产生图像拼接误差[4]。日本岛津DAR-8000f图像后处理软件具有自动重建生成全景拼接图像的功能。在其打印胶片预设界面调整图像长轴方向参数值，可实现图像与被摄体几何参数高精度复合。我们经过反复试验，设置恰当的校准参数，实际误差控制在0.25%以内（如表1所示）。

表1 X线狭缝拍摄图象全景拼接校正参数设定

3 结果分析

X线狭缝拍摄方式配合图像后处理软件全景拼接技术，可实现所获全景图像与被摄体几何参数的高精度复合。为临床应用提供高精度的完备的参考数据，全景拼接技术在给我们带来摄影条件方便选择的同时，强调 “放射防护水平的最优化原则”，以确保受检者权益[5]，最大限度减少重复曝光，降低患者辐射剂量[6]，具有非常好的应用前景。

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

[2] 蒋青,宋知非,骆东山,等.双下肢全长负重位X线片在全膝关节置换术的应用价值[J].中华骨科杂志,2002,22(5):31-34.

[3] 曾勇明,黄伟,罗天友.DR图像拼接全景成像技术的临床应用[J].重庆医科大学学报,2008,32(9):1133.

[4] 范志刚,许波,潘森鑫,等.图像拼接软件在数字化摄影中的应用[J].中国医学影像技术,2010,26(4):782-783.

[5] 强永刚,张林.医学影像辐射防护学[M].广州:广东世界图书出版社,2001:184-185.

[6] 凌寿佳,黄仲奎,龙莉玲,等.全脊柱CR单次曝光与多次曝光成像的比较[J].实用放射学杂志,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

刘景鑫，教授，硕士生导师。

作者邮箱：mt2000618@sohu.com