乳腺層析成像方法和系統(tǒng)及成像設(shè)備和圖像采集處理方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種乳腺層析成像方法和系統(tǒng)及成像設(shè)備和圖像采集處理方法，其乳腺層析成像方法包括：獲取在無(wú)被掃描物體、且未開(kāi)啟X光源時(shí)采集的至少兩幅暗場(chǎng)圖像、和在無(wú)被掃描物體、且依次逐個(gè)開(kāi)啟同一平面上間隔排列的多個(gè)X光源時(shí)采集的每個(gè)X光源所對(duì)應(yīng)的至少兩幅亮場(chǎng)圖像，并分別通過(guò)求和平均獲得平均暗場(chǎng)圖像和每個(gè)X光源所對(duì)應(yīng)的平均亮場(chǎng)圖像；利用所述平均暗場(chǎng)圖像和每個(gè)X光源所對(duì)應(yīng)的平均亮場(chǎng)圖像，對(duì)所述被掃描物體分別對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)X光源的投影圖像進(jìn)行校正，獲得校正后的投影圖像；基于層析圖像的迭代重建方法對(duì)所述校正后的投影圖像進(jìn)行迭代重建，獲得重建的層析圖像。其可以提供精確的三維乳腺結(jié)構(gòu)信息，有效避免傳統(tǒng)X光乳腺成像的影像重疊問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】乳腺層析成像方法和系統(tǒng)及成像設(shè)備和圖像采集處理方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及乳腺X光層析成像技術(shù)，特別是涉及一種乳腺層析成像方法和系統(tǒng)及 成像設(shè)備和圖像采集處理方法。

【背景技術(shù)】
[0002] X射線成像技術(shù)已經(jīng)成為乳腺疾病診斷中不可或缺的影響技術(shù)，依靠 X射線透視 成像技術(shù)逐步滿足了乳腺疾病診斷的需求。X射線透視成像又存在三種不同的技術(shù)手段： 膠片成像、數(shù)字化X射線成像技術(shù)和直接數(shù)字化X射線成像技術(shù)，這三種技術(shù)雖然只能夠針 對(duì)特定的局部組織進(jìn)行X射線透視成像，但是由于技術(shù)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、設(shè)備價(jià)格便宜等優(yōu) 點(diǎn)，因此在乳腺X射線中得到了廣泛的應(yīng)用。
[0003] 但是，目前使用最為廣泛的是利用X射線成像獲得二維圖像，但是這種圖像會(huì)因 為光傳輸路徑上的重疊，由成像層外部物體引起圖像本身多余的陰影和偽影。為了提高圖 像的成像質(zhì)量，逐步的對(duì)X射線成像進(jìn)行了改進(jìn)，形成了全景成像技術(shù)，其利用專門(mén)設(shè)計(jì)的 掃描軌道，由X光機(jī)和探測(cè)器圍繞被掃描物體旋轉(zhuǎn)掃描實(shí)現(xiàn)曲面斷層成像，從而克服X光透 視在傳輸路徑上的重疊，消除由于成像層外部物體引起的多余陰影和偽影。但是，由于透視 成像的本質(zhì)并沒(méi)有改變，全景成像依然存在X射線路徑上前后重疊的問(wèn)題。
[0004] 隨著1989年，螺旋CT開(kāi)始投入醫(yī)學(xué)臨床引用，相對(duì)于以前的斷層CT，螺旋CT可以 連續(xù)不簡(jiǎn)單地采集投影數(shù)據(jù)，并通過(guò)專門(mén)設(shè)計(jì)的重建算法得到物體的三維體數(shù)據(jù)，使得CT 掃描的時(shí)間大大縮短。但是基于此種技術(shù)的CT掃描方法需要基于固定軌道的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行大 角度的移動(dòng)成像，在移動(dòng)的過(guò)程中也會(huì)存在一定的成像偽影，降低了圖像質(zhì)量。
[0005] 目前隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在逐步地利用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)來(lái)進(jìn)行掃描成像，從而 希望能夠通過(guò)后續(xù)的計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)圖像進(jìn)行處理、提高圖像質(zhì)量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 基于此，有必要針對(duì)傳統(tǒng)乳腺X光成像的問(wèn)題，提供一種乳腺層析成像方法和系 統(tǒng)及成像設(shè)備和圖像采集處理方法，其可以提供精確的三維乳腺結(jié)構(gòu)信息，有效避免傳統(tǒng)X 光乳腺成像的影像重疊問(wèn)題。
[0007] 本發(fā)明提供的一種乳腺層析成像方法，其包括：
[0008] 獲取在無(wú)被掃描物體、且未開(kāi)啟X光源時(shí)采集的至少兩幅暗場(chǎng)圖像、和在無(wú)被掃 描物體、且依次逐個(gè)開(kāi)啟同一平面上間隔排列的多個(gè)X光源時(shí)采集的每個(gè)X光源所對(duì)應(yīng)的 至少兩幅亮場(chǎng)圖像，并分別通過(guò)求和平均獲得平均暗場(chǎng)圖像和每個(gè)X光源所對(duì)應(yīng)的平均亮 場(chǎng)圖像；
[0009] 獲取在依次逐個(gè)開(kāi)啟所述多個(gè)X光源對(duì)被掃描物體進(jìn)行X光成像時(shí)所采集的所述 被掃描物體分別對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)X光源的投影圖像；
[0010] 利用所述平均暗場(chǎng)圖像和每個(gè)X光源所對(duì)應(yīng)的平均亮場(chǎng)圖像，對(duì)所述被掃描物體 分別對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)X光源的投影圖像進(jìn)行校正，獲得校正后的投影圖像； toon] 基于層析圖像的迭代重建方法對(duì)所述校正后的投影圖像進(jìn)行迭代重建，獲得重建 的層析圖像。
[0012] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述基于層析圖像的迭代重建方法對(duì)所述校正后的投影圖 像進(jìn)行迭代重建的過(guò)程包括：
[0013] 基于層析圖像的迭代重建方法，構(gòu)建層析圖像重建模型；
[0014] 將所述校正后的投影圖像輸入所述層析圖像重建模型進(jìn)行迭代重建，并判斷是否 達(dá)到預(yù)設(shè)迭代次數(shù)，若達(dá)到所述預(yù)設(shè)迭代次數(shù)則輸出重建的層析圖像；否則，對(duì)每一次迭代 重建獲得的層析圖像執(zhí)行以下步驟：
[0015] 執(zhí)行非負(fù)校正處理，得到第二中間圖像；
[0016] 計(jì)算所述第二中間圖像的水平梯度圖像和垂直梯度圖像；
[0017] 對(duì)所述水平梯度圖像和垂直梯度圖像分別進(jìn)行字典學(xué)習(xí)操作，獲得第三中間圖 像；
[0018] 對(duì)所述第三中間圖像進(jìn)行梯度反換，得到第四中間圖像；
[0019] 將所述第四中間圖像作為下一次迭代重建的輸入。
[0020] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述對(duì)所述被掃描物體分別對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)X光源的投影 圖像進(jìn)行校正的處理為：將所述被掃描物體對(duì)應(yīng)于每個(gè)X光源的投影圖像與所述平均暗場(chǎng) 圖像之差除以該X光源所對(duì)應(yīng)的平均亮場(chǎng)圖像與所述平均暗場(chǎng)圖像之差后取負(fù)對(duì)數(shù)。
[0021] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述通過(guò)求和平均獲得平均暗場(chǎng)圖像和每個(gè)X光源所對(duì)應(yīng) 的平均亮場(chǎng)圖像的過(guò)程中，按照?qǐng)D像中像素灰度值疊加求和并取平均的方法獲得所述平均 暗場(chǎng)圖像和平均亮場(chǎng)圖像。
[0022] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述執(zhí)行非負(fù)校正處理為將圖像中的像素灰度值小于零的 像素都賦值為零。
[0023] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述方法還包括：獲得所述被掃描物體的旋轉(zhuǎn)中心到所述 每個(gè)X光源的距離、和所述每個(gè)X光源與用于接收和探測(cè)來(lái)自所述X光源X射線的探測(cè)器 之間的距離，用以構(gòu)建層析圖像重建模型。
[0024] 基于上述方法，本發(fā)明還提供了一種乳腺層析成像系統(tǒng)，其包括：
[0025] 校正數(shù)據(jù)提取模塊，用于獲取在無(wú)被掃描物體、且未開(kāi)啟X光源時(shí)采集的至少兩 幅暗場(chǎng)圖像、和在無(wú)被掃描物體、且依次逐個(gè)開(kāi)啟同一平面上間隔排列的多個(gè)X光源時(shí)采 集的每個(gè)X光源所對(duì)應(yīng)的至少兩幅亮場(chǎng)圖像，并分別通過(guò)求和平均獲得平均暗場(chǎng)圖像和每 個(gè)X光源所對(duì)應(yīng)的平均亮場(chǎng)圖像；
[0026] 投影圖像提取模塊，用于獲取在依次逐個(gè)開(kāi)啟所述多個(gè)X光源對(duì)被掃描物體進(jìn)行 X光成像時(shí)所采集的所述被掃描物體分別對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)X光源的投影圖像；
[0027] 校正模塊，用于利用所述平均暗場(chǎng)圖像和每個(gè)X光源所對(duì)應(yīng)的平均亮場(chǎng)圖像，對(duì) 所述被掃描物體分別對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)X光源的投影圖像進(jìn)行校正，獲得校正后的投影圖 像；及
[0028] 層析圖像重建模塊，用于基于層析圖像的迭代重建方法對(duì)所述校正后的投影圖像 進(jìn)行迭代重建，獲得重建的層析圖像。
[0029] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述層析圖像重建模塊包括：
[0030] 重建模型構(gòu)建單元，用于基于層析圖像的迭代重建方法，構(gòu)建層析圖像重建模 型；
[0031] 迭代單元，用于將所述校正后的投影圖像輸入所述層析圖像重建模型進(jìn)行迭代重 建，并判斷是否達(dá)到預(yù)設(shè)迭代次數(shù)，若達(dá)到所述預(yù)設(shè)迭代次數(shù)則輸出重建的層析圖像，否則 調(diào)用單次迭代計(jì)算單元對(duì)每一次迭代重建獲得的層析圖像進(jìn)行處理；及
[0032] 所述單次迭代計(jì)算單元包括：
[0033] 用于對(duì)每一次迭代重建獲得的層析圖像執(zhí)行非負(fù)校正處理得到第二中間圖像的 非負(fù)校正單元，
[0034]用于計(jì)算所述第二中間圖像的水平梯度圖像和垂直梯度圖像的梯度計(jì)算單元，
[0035] 用于對(duì)所述水平梯度圖像和垂直梯度圖像分別進(jìn)行字典學(xué)習(xí)操作獲得第三中間 圖像的字典學(xué)習(xí)單元，
[0036] 用于對(duì)所述第三中間圖像進(jìn)行梯度反換得到第四中間圖像的梯度反換單元，和
[0037] 用于將所述第四中間圖像作為下一次迭代重建輸入的輸出單元。
[0038] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述校正模塊包括：用于將所述被掃描物體對(duì)應(yīng)于每個(gè)X 光源的投影圖像與所述平均暗場(chǎng)圖像之差除以該X光源所對(duì)應(yīng)的平均亮場(chǎng)圖像與所述平 均暗場(chǎng)圖像之差后取負(fù)對(duì)數(shù)的計(jì)算單元。
[0039] 基于上述系統(tǒng)和方法，本發(fā)明還提供了一種乳腺層析成像設(shè)備，其包括：
[0040] X光源陣列，該X光源陣列中包含多個(gè)在同一平面上間隔排列的X光源；
[0041] 探測(cè)器，用于接收和探測(cè)來(lái)自所述X光源的X射線；
[0042] 托臺(tái)，用于放置被掃描物體、使所述被掃描物體位于所述X光源陣列和探測(cè)器之 間；
[0043] 控制器，用于控制所述X光源陣列中的多個(gè)X光源依次逐個(gè)開(kāi)啟發(fā)出X射線、或者 控制所述X光源關(guān)閉，接收所述探測(cè)器的探測(cè)結(jié)果并對(duì)該探測(cè)結(jié)果進(jìn)行轉(zhuǎn)換、數(shù)值化獲得 采集的圖像數(shù)據(jù)；及
[0044] 層析圖像重建處理器，用于獲取在無(wú)被掃描物體、且未開(kāi)啟X光源時(shí)采集的至少 兩幅暗場(chǎng)圖像、和在無(wú)被掃描物體、且依次逐個(gè)開(kāi)啟同一平面上間隔排列的多個(gè)X光源時(shí) 采集的每個(gè)X光源所對(duì)應(yīng)的至少兩幅亮場(chǎng)圖像，并分別通過(guò)求和平均獲得平均暗場(chǎng)圖像和 每個(gè)X光源所對(duì)應(yīng)的平均亮場(chǎng)圖像；以及獲取在依次逐個(gè)開(kāi)啟所述多個(gè)X光源對(duì)被掃描物 體進(jìn)行X光成像時(shí)所采集的所述被掃描物體分別對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)X光源的投影圖像；利用 所述平均暗場(chǎng)圖像和每個(gè)X光源所對(duì)應(yīng)的平均亮場(chǎng)圖像，對(duì)所述被掃描物體分別對(duì)應(yīng)于所 述多個(gè)X光源的投影圖像進(jìn)行校正，獲得校正后的投影圖像；再基于層析圖像的迭代重建 方法對(duì)所述校正后的投影圖像進(jìn)行迭代重建，獲得重建的層析圖像。
[0045] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述設(shè)備還包括：顯示器，用于顯示所述重建的層析圖像。
[0046] 基于上述設(shè)備，本發(fā)明還提供了一種乳腺層析圖像采集處理方法，其包括：
[0047] 根據(jù)被掃描物體的性質(zhì)確定掃描參數(shù)；
[0048] 在無(wú)被掃描物體、且未開(kāi)啟X光源時(shí)，采集至少兩幅暗場(chǎng)圖像并存儲(chǔ)；
[0049] 在無(wú)被掃描物體時(shí)，依次逐個(gè)開(kāi)啟同一平面上間隔排列的多個(gè)X光源，采集每個(gè)X 光源所對(duì)應(yīng)的至少兩幅亮場(chǎng)圖像并存儲(chǔ)；
[0050] 獲取被掃描物體的旋轉(zhuǎn)中心到各個(gè)X光源的距離，以及各個(gè)X光源到探測(cè)器的距 離并存儲(chǔ)；
[0051 ] 依次逐個(gè)開(kāi)啟所述多個(gè)X光源，對(duì)被掃描物體進(jìn)行X光成像，采集被掃描物體分別 對(duì)應(yīng)于上述多個(gè)X光源的投影圖像并存儲(chǔ)；
[0052] 基于獲取的所述暗場(chǎng)圖像和亮場(chǎng)圖像對(duì)所述投影圖像進(jìn)行如下圖像處理過(guò)程：
[0053] 獲取至少兩幅所述暗場(chǎng)圖像、和每個(gè)X光源所對(duì)應(yīng)的至少兩幅所述殼場(chǎng)圖像，通 過(guò)求和平均獲得平均暗場(chǎng)圖像和每個(gè)X光源所對(duì)應(yīng)的平均亮場(chǎng)圖像；
[0054] 獲取被掃描物體分別對(duì)應(yīng)于上述多個(gè)X光源的投影圖像；
[0055] 利用所述平均暗場(chǎng)圖像和每個(gè)X光源所對(duì)應(yīng)的平均亮場(chǎng)圖像，對(duì)所述被掃描物體 分別對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)X光源的投影圖像進(jìn)行校正，獲得校正后的投影圖像；
[0056] 基于層析圖像的迭代重建方法對(duì)所述校正后的投影圖像進(jìn)行迭代重建，獲得重建 的層析圖像。
[0057] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述基于層析圖像的迭代重建方法對(duì)所述校正后的投影圖 像進(jìn)行迭代重建的過(guò)程包括：
[0058] 基于層析圖像的迭代重建方法，構(gòu)建層析圖像重建模型；
[0059] 將所述校正后的投影圖像輸入所述層析圖像重建模型進(jìn)行迭代重建，并判斷是否 達(dá)到預(yù)設(shè)迭代次數(shù)，若達(dá)到所述預(yù)設(shè)迭代次數(shù)則輸出重建的層析圖像；否則，對(duì)每一次迭代 重建獲得的層析圖像執(zhí)行以下步驟：
[0060] 執(zhí)行非負(fù)校正處理，得到第二中間圖像；
[0061] 計(jì)算所述第二中間圖像的水平梯度圖像和垂直梯度圖像；
[0062] 對(duì)所述水平梯度圖像和垂直梯度圖像分別進(jìn)行字典學(xué)習(xí)操作，獲得第三中間圖 像；
[0063] 對(duì)所述第三中間圖像進(jìn)行梯度反換，得到第四中間圖像；
[0064] 將所述第四中間圖像作為下一次迭代重建的輸入。
[0065] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述方法還包括：獲取被掃描物體的旋轉(zhuǎn)中心到各個(gè)X光 源的距離，以及各個(gè)X光源到探測(cè)器的距離并存儲(chǔ)。
[0066] 本發(fā)明解決了現(xiàn)有方法中難以解決的乳腺層析成像所面臨的少角度成像問(wèn)題，通 過(guò)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)可以獲得高質(zhì)量的乳腺層析圖像，避免因移動(dòng)光源或探測(cè)器而產(chǎn)生 的成像偽影，還可以有效避免傳統(tǒng)X光乳腺成像的影像重疊問(wèn)題。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0067] 圖1為本發(fā)明乳腺層析成像設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0068] 圖2為本發(fā)明乳腺層析圖像采集處理方法的流程示意圖；
[0069] 圖3為本發(fā)明基于層析圖像的迭代重建方法的流程示意圖；
[0070] 圖4為本發(fā)明乳腺層析成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0071] 基于X光射線成像技術(shù)，本發(fā)明提供了一種利用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的乳腺層析成像 技術(shù)，其通過(guò)控制一定陣列排列的光源開(kāi)啟或關(guān)閉，分別獲得無(wú)被掃描物體下的暗場(chǎng)圖像 和有被掃描物體下的亮場(chǎng)圖像，利用此暗場(chǎng)圖像和亮場(chǎng)圖像對(duì)投影圖像進(jìn)行校正，從而獲 得重建的層析圖像，可適用于少角度成像的環(huán)境，避免因移動(dòng)光源或探測(cè)器而產(chǎn)生的成像 偽影，還可以有效避免傳統(tǒng)X光乳腺成像的影像重疊問(wèn)題。以下基于各個(gè)實(shí)施例，詳細(xì)說(shuō)明 本發(fā)明的各個(gè)技術(shù)方案。
[0072] 如圖1所示，本發(fā)明主要適用于以下結(jié)構(gòu)體系的設(shè)備之上。本實(shí)施例提供的一種 乳腺層析成像設(shè)備，其包括：
[0073] X光源陣列1，該X光源陣列中包含多個(gè)在同一平面上間隔排列的X光源11 ;優(yōu)選 將多個(gè)X光源11在同一平面上等間隔或等角度線性排列。
[0074] 探測(cè)器3,用于接收和探測(cè)來(lái)自X光源11的X射線；優(yōu)選探測(cè)器3與X光源陣列1 平行放置，X光源陣列1的個(gè)數(shù)圍繞探測(cè)器左右呈對(duì)稱分布。
[0075] 托臺(tái)，用于放置被掃描物體2、使被掃描物體2位于X光源陣列1和探測(cè)器3之間；
[0076] 控制器4,用于控制上述X光源陣列1中的多個(gè)X光源11依次逐個(gè)開(kāi)啟發(fā)出X射 線、或者控制上述X光源關(guān)閉，接收上述探測(cè)器3的探測(cè)結(jié)果并對(duì)該探測(cè)結(jié)果進(jìn)行轉(zhuǎn)換、數(shù) 值化獲得采集的圖像數(shù)據(jù)；及
[0077] 層析圖像重建處理器5,用于獲取在無(wú)被掃描物體、且未開(kāi)啟X光源時(shí)采集的至少 兩幅暗場(chǎng)圖像、和在無(wú)被掃描物體、且依次逐個(gè)開(kāi)啟同一平面上間隔排列的多個(gè)X光源時(shí) 采集的每個(gè)X光源所對(duì)應(yīng)的至少兩幅亮場(chǎng)圖像，并分別通過(guò)求和平均獲得平均暗場(chǎng)圖像和 每個(gè)X光源所對(duì)應(yīng)的平均亮場(chǎng)圖像；以及獲取在依次逐個(gè)開(kāi)啟上述多個(gè)X光源對(duì)被掃描物 體進(jìn)行X光成像時(shí)所采集的上述被掃描物體分別對(duì)應(yīng)于上述多個(gè)X光源的投影圖像；利用 上述平均暗場(chǎng)圖像和每個(gè)X光源所對(duì)應(yīng)的平均亮場(chǎng)圖像，對(duì)上述被掃描物體分別對(duì)應(yīng)于上 述多個(gè)X光源的投影圖像進(jìn)行校正，獲得校正后的投影圖像；再基于層析圖像的迭代重建 方法對(duì)上述校正后的投影圖像進(jìn)行迭代重建，獲得重建的層析圖像。
[0078] 基于上述實(shí)施例，本實(shí)施例中的乳腺層析成像設(shè)備還包括：顯示器6,用于顯示上 述重建的層析圖像。便于使用者觀看針對(duì)掃描物體局部位置或者特定位置的三維成像結(jié) 果。
[0079] 基于上述實(shí)施例，本實(shí)施例中的層析圖像重建處理器5可以是計(jì)算機(jī)、單片機(jī)等 圖像處理器。層析圖像重建處理器5基于層析圖像的迭代重建方法對(duì)上述校正后的投影圖 像進(jìn)行迭代重建的過(guò)程中，對(duì)每一次迭代重建獲得的層析圖像執(zhí)行以下步驟，直至達(dá)到預(yù) 設(shè)迭代次數(shù)：
[0080] 執(zhí)行非負(fù)校正處理，得到第二中間圖像，這里的執(zhí)行非負(fù)校正處理為將圖像中的 像素灰度值小于零的像素都賦值為零；
[0081] 計(jì)算上述第二中間圖像的水平梯度圖像和垂直梯度圖像；
[0082] 對(duì)上述水平梯度圖像和垂直梯度圖像分別進(jìn)行字典學(xué)習(xí)操作，獲得第三中間圖 像；
[0083] 對(duì)上述第三中間圖像進(jìn)行梯度反換，得到第四中間圖像；
[0084] 將上述第四中間圖像作為下一次迭代重建的輸入。
[0085] 以下將在圖像處理方法中詳細(xì)說(shuō)明上述迭代重建過(guò)程的具體實(shí)現(xiàn)方式。
[0086] 利用上述設(shè)備對(duì)被掃描物體進(jìn)行掃描采集圖像時(shí)，首先根據(jù)被掃描物體的性質(zhì)確 定對(duì)其進(jìn)行錐束CT掃描的投影放大比、平板探測(cè)器的數(shù)據(jù)采集方式、X射線源的電壓、功率 等掃描參數(shù)，這些參數(shù)在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中均保持不變。
[0087] 然后，分別采集暗場(chǎng)圖像及亮場(chǎng)圖像，并通過(guò)求和平均得到平均暗場(chǎng)圖像和平均 亮場(chǎng)圖像，通過(guò)暗場(chǎng)圖像及亮場(chǎng)圖像對(duì)實(shí)際掃描的圖像進(jìn)行校正，可有效降低投影圖像噪 聲。這一圖像采集過(guò)程分為兩部分：
[0088] a)采集暗場(chǎng)圖像：成像視場(chǎng)中不放置被掃描物體，不打開(kāi)X光源11，獲取若干幅暗 場(chǎng)圖像例如可采集5?10幅暗場(chǎng)圖像。對(duì)暗場(chǎng)圖像按照對(duì)應(yīng)像素灰度值疊加求和并取平 均可以得到平均暗場(chǎng)圖像4。
[0089] b)采集亮場(chǎng)圖像：成像視場(chǎng)中不放置被掃描物體，僅打開(kāi)其中1個(gè)X光源11，采 集獲得若干幅亮場(chǎng)圖像。對(duì)亮場(chǎng)圖像按照像素灰度疊加求和并取平均，得到平均亮場(chǎng)圖像 /' (/)，i = 1，...，η (η為X光源11的個(gè)數(shù)。對(duì)每一個(gè)X光源11都要進(jìn)行上述操作，以獲 得每個(gè)X光源所對(duì)應(yīng)的亮場(chǎng)圖像。
[0090] 其次，依次測(cè)量被掃描物體2的旋轉(zhuǎn)中心到各個(gè)X光源11的距離，以及各個(gè)X光 源11到探測(cè)器3的距離，以得到層析成像所需的幾何參數(shù)，用于構(gòu)建構(gòu)建層析圖像重建模 型。在層析圖像重建中，需要知道掃描物體、每個(gè)光源和探測(cè)器在坐標(biāo)系中的幾何坐標(biāo)，以 便應(yīng)用不同的重建公式來(lái)進(jìn)行重建。這兩個(gè)距離是層析重建公式中需要使用的，用以獲知 X射線所經(jīng)過(guò)的路徑長(zhǎng)度。
[0091] 上述實(shí)施例中的暗場(chǎng)圖像，是在無(wú)被掃描物體時(shí)、通過(guò)控制器4關(guān)閉所有X光源而 采集的圖像數(shù)據(jù)；上述實(shí)施例中的亮場(chǎng)圖像，是在無(wú)被掃描物體時(shí)、通過(guò)控制上述X光源陣 列1中的多個(gè)X光源11依次逐個(gè)開(kāi)啟并發(fā)出X射線而采集的每一個(gè)X光源所對(duì)應(yīng)的圖像 數(shù)據(jù)。
[0092] 基于上述乳腺層析成像設(shè)備的結(jié)構(gòu)體系，如圖2所示，本發(fā)明還提供了一種乳腺 層析圖像采集處理方法，其包括：
[0093] 步驟710,根據(jù)被掃描物體的性質(zhì)確定對(duì)其進(jìn)行錐束CT掃描的投影放大比、平板 探測(cè)器的數(shù)據(jù)采集方式、X射線源的電壓、功率等掃描參數(shù)，這些參數(shù)在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中均 保持不變；
[0094] 步驟720,在無(wú)被掃描物體2、且未開(kāi)啟X光源時(shí)，采集至少兩幅暗場(chǎng)圖像并存儲(chǔ)；
[0095] 步驟730,在無(wú)被掃描物體2時(shí)，依次逐個(gè)開(kāi)啟同一平面上間隔排列的多個(gè)X光源， 采集每個(gè)X光源所對(duì)應(yīng)的至少兩幅亮場(chǎng)圖像并存儲(chǔ)；
[0096] 步驟740,獲取被掃描物體2的旋轉(zhuǎn)中心到各個(gè)X光源11的距離，以及各個(gè)X光源 11到探測(cè)器3的距離并存儲(chǔ)；
[0097] 步驟750,依次逐個(gè)開(kāi)啟上述多個(gè)X光源，對(duì)被掃描物體進(jìn)行X光成像（即每次采 集時(shí)只開(kāi)啟一個(gè)X光源），采集被掃描物體分別對(duì)應(yīng)于上述多個(gè)X光源的投影圖像并存儲(chǔ)；
[0098] 步驟760,基于上述獲取的暗場(chǎng)圖像和亮場(chǎng)圖像對(duì)實(shí)際掃描的投影圖像進(jìn)行如下 圖像處理過(guò)程，其包括以下步驟：
[0099] 步驟761，獲取上述步驟720中在無(wú)被掃描物體、且未開(kāi)啟X光源時(shí)采集的至少兩 幅暗場(chǎng)圖像、和上述步驟730中在無(wú)被掃描物體、且依次逐個(gè)開(kāi)啟同一平面上間隔排列的 多個(gè)X光源時(shí)采集的每個(gè)X光源所對(duì)應(yīng)的至少兩幅亮場(chǎng)圖像，并分別通過(guò)求和平均獲得平 均暗場(chǎng)圖像和每個(gè)X光源所對(duì)應(yīng)的平均亮場(chǎng)圖像。這里的求和平均處理優(yōu)選基于圖像中像 素灰度值疊加求和并取平均的方法；
[0100] 步驟762,獲取上述步驟750中在依次逐個(gè)開(kāi)啟上述多個(gè)X光源對(duì)被掃描物體進(jìn)行 X光成像時(shí)、所采集的上述被掃描物體分別對(duì)應(yīng)于上述多個(gè)X光源的投影圖像。
[0101] 步驟763,利用上述平均暗場(chǎng)圖像和每個(gè)X光源所對(duì)應(yīng)的平均亮場(chǎng)圖像，對(duì)上述被 掃描物體分別對(duì)應(yīng)于上述多個(gè)X光源的投影圖像進(jìn)行校正，獲得校正后的投影圖像。這里 的校正處理方式可以是：將上述被掃描物體對(duì)應(yīng)于每個(gè)X光源的投影圖像與上述平均暗場(chǎng) 圖像之差除以該X光源所對(duì)應(yīng)的平均亮場(chǎng)圖像與上述平均暗場(chǎng)圖像之差后取負(fù)對(duì)數(shù)，如下 述公式⑴所示。

【權(quán)利要求】
1. 一種乳腺層析成像方法，其包括： 獲取在無(wú)被掃描物體、且未開(kāi)啟X光源時(shí)采集的至少兩幅暗場(chǎng)圖像、和在無(wú)被掃描物 體、且依次逐個(gè)開(kāi)啟同一平面上間隔排列的多個(gè)X光源時(shí)采集的每個(gè)X光源所對(duì)應(yīng)的至少 兩幅亮場(chǎng)圖像，并分別通過(guò)求和平均獲得平均暗場(chǎng)圖像和每個(gè)X光源所對(duì)應(yīng)的平均亮場(chǎng)圖 像； 獲取在依次逐個(gè)開(kāi)啟所述多個(gè)X光源對(duì)被掃描物體進(jìn)行X光成像時(shí)所采集的所述被掃 描物體分別對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)X光源的投影圖像； 利用所述平均暗場(chǎng)圖像和每個(gè)X光源所對(duì)應(yīng)的平均亮場(chǎng)圖像，對(duì)所述被掃描物體分別 對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)X光源的投影圖像進(jìn)行校正，獲得校正后的投影圖像； 基于層析圖像的迭代重建方法對(duì)所述校正后的投影圖像進(jìn)行迭代重建，獲得重建的層 析圖像。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的乳腺層析成像方法，其特征在于，所述基于層析圖像的迭代 重建方法對(duì)所述校正后的投影圖像進(jìn)行迭代重建的過(guò)程包括： 基于層析圖像的迭代重建方法，構(gòu)建層析圖像重建模型； 將所述校正后的投影圖像輸入所述層析圖像重建模型進(jìn)行迭代重建，并判斷是否達(dá)到 預(yù)設(shè)迭代次數(shù)，若達(dá)到所述預(yù)設(shè)迭代次數(shù)則輸出重建的層析圖像；否則，對(duì)每一次迭代重建 獲得的層析圖像執(zhí)行以下步驟： 執(zhí)行非負(fù)校正處理，得到第二中間圖像； 計(jì)算所述第二中間圖像的水平梯度圖像和垂直梯度圖像； 對(duì)所述水平梯度圖像和垂直梯度圖像分別進(jìn)行字典學(xué)習(xí)操作，獲得第三中間圖像； 對(duì)所述第三中間圖像進(jìn)行梯度反換，得到第四中間圖像； 將所述第四中間圖像作為下一次迭代重建的輸入。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的乳腺層析成像方法，其特征在于，所述對(duì)所述被掃描物體分 別對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)X光源的投影圖像進(jìn)行校正的處理為：將所述被掃描物體對(duì)應(yīng)于每個(gè)X 光源的投影圖像與所述平均暗場(chǎng)圖像之差除以該X光源所對(duì)應(yīng)的平均亮場(chǎng)圖像與所述平 均暗場(chǎng)圖像之差后取負(fù)對(duì)數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的乳腺層析成像方法，其特征在于，所述通過(guò)求和平均獲得平 均暗場(chǎng)圖像和每個(gè)X光源所對(duì)應(yīng)的平均亮場(chǎng)圖像的過(guò)程中，按照?qǐng)D像中像素灰度值疊加求 和并取平均的方法獲得所述平均暗場(chǎng)圖像和平均亮場(chǎng)圖像。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的乳腺層析成像方法，其特征在于，所述執(zhí)行非負(fù)校正處理為 將圖像中的像素灰度值小于零的像素都賦值為零。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的乳腺層析成像方法，其特征在于，所述方法還包括：獲得所述 被掃描物體的旋轉(zhuǎn)中心到所述每個(gè)X光源的距離、和所述每個(gè)X光源與用于接收和探測(cè)來(lái) 自所述X光源X射線的探測(cè)器之間的距離，用以構(gòu)建層析圖像重建模型。
7. -種乳腺層析成像系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括： 校正數(shù)據(jù)提取模塊，用于獲取在無(wú)被掃描物體、且未開(kāi)啟X光源時(shí)采集的至少兩幅暗 場(chǎng)圖像、和在無(wú)被掃描物體、且依次逐個(gè)開(kāi)啟同一平面上間隔排列的多個(gè)X光源時(shí)采集的 每個(gè)X光源所對(duì)應(yīng)的至少兩幅亮場(chǎng)圖像，并分別通過(guò)求和平均獲得平均暗場(chǎng)圖像和每個(gè)X 光源所對(duì)應(yīng)的平均亮場(chǎng)圖像； 投影圖像提取模塊，用于獲取在依次逐個(gè)開(kāi)啟所述多個(gè)X光源對(duì)被掃描物體進(jìn)行X光 成像時(shí)所采集的所述被掃描物體分別對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)X光源的投影圖像； 校正模塊，用于利用所述平均暗場(chǎng)圖像和每個(gè)X光源所對(duì)應(yīng)的平均亮場(chǎng)圖像，對(duì)所述 被掃描物體分別對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)X光源的投影圖像進(jìn)行校正，獲得校正后的投影圖像；及 層析圖像重建模塊，用于基于層析圖像的迭代重建方法對(duì)所述校正后的投影圖像進(jìn)行 迭代重建，獲得重建的層析圖像。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的乳腺層析成像系統(tǒng)，其特征在于，所述層析圖像重建模塊包 括： 重建模型構(gòu)建單元，用于基于層析圖像的迭代重建方法，構(gòu)建層析圖像重建模型； 迭代單元，用于將所述校正后的投影圖像輸入所述層析圖像重建模型進(jìn)行迭代重建， 并判斷是否達(dá)到預(yù)設(shè)迭代次數(shù)，若達(dá)到所述預(yù)設(shè)迭代次數(shù)則輸出重建的層析圖像，否則調(diào) 用單次迭代計(jì)算單元對(duì)每一次迭代重建獲得的層析圖像進(jìn)行處理；及 所述單次迭代計(jì)算單元包括： 用于對(duì)每一次迭代重建獲得的層析圖像執(zhí)行非負(fù)校正處理得到第二中間圖像的非負(fù) 校正單元， 用于計(jì)算所述第二中間圖像的水平梯度圖像和垂直梯度圖像的梯度計(jì)算單元， 用于對(duì)所述水平梯度圖像和垂直梯度圖像分別進(jìn)行字典學(xué)習(xí)操作獲得第三中間圖像 的字典學(xué)習(xí)單元， 用于對(duì)所述第三中間圖像進(jìn)行梯度反換得到第四中間圖像的梯度反換單元，和 用于將所述第四中間圖像作為下一次迭代重建輸入的輸出單元。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的乳腺層析成像系統(tǒng)，其特征在于，所述校正模塊包括：用于將 所述被掃描物體對(duì)應(yīng)于每個(gè)X光源的投影圖像與所述平均暗場(chǎng)圖像之差除以該X光源所對(duì) 應(yīng)的平均亮場(chǎng)圖像與所述平均暗場(chǎng)圖像之差后取負(fù)對(duì)數(shù)的計(jì)算單元。
10. -種乳腺層析成像設(shè)備，其特征在于，所述成像設(shè)備包括： X光源陣列，該X光源陣列中包含多個(gè)在同一平面上間隔排列的X光源； 探測(cè)器，用于接收和探測(cè)來(lái)自所述X光源的X射線； 托臺(tái)，用于放置被掃描物體、使所述被掃描物體位于所述X光源陣列和探測(cè)器之間； 控制器，用于控制所述X光源陣列中的多個(gè)X光源依次逐個(gè)開(kāi)啟發(fā)出X射線、或者控制 所述X光源關(guān)閉，接收所述探測(cè)器的探測(cè)結(jié)果并對(duì)該探測(cè)結(jié)果進(jìn)行轉(zhuǎn)換、數(shù)值化獲得采集 的圖像數(shù)據(jù)；及 層析圖像重建處理器，用于獲取在無(wú)被掃描物體、且未開(kāi)啟X光源時(shí)采集的至少兩幅 暗場(chǎng)圖像、和在無(wú)被掃描物體、且依次逐個(gè)開(kāi)啟同一平面上間隔排列的多個(gè)X光源時(shí)采集 的每個(gè)X光源所對(duì)應(yīng)的至少兩幅亮場(chǎng)圖像，并分別通過(guò)求和平均獲得平均暗場(chǎng)圖像和每個(gè) X光源所對(duì)應(yīng)的平均亮場(chǎng)圖像；以及獲取在依次逐個(gè)開(kāi)啟所述多個(gè)X光源對(duì)被掃描物體進(jìn) 行X光成像時(shí)所采集的所述被掃描物體分別對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)X光源的投影圖像；利用所述 平均暗場(chǎng)圖像和每個(gè)X光源所對(duì)應(yīng)的平均亮場(chǎng)圖像，對(duì)所述被掃描物體分別對(duì)應(yīng)于所述多 個(gè)X光源的投影圖像進(jìn)行校正，獲得校正后的投影圖像；再基于層析圖像的迭代重建方法 對(duì)所述校正后的投影圖像進(jìn)行迭代重建，獲得重建的層析圖像。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的乳腺層析成像設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備還包括：顯示 器，用于顯示所述重建的層析圖像。
12. -種乳腺層析圖像采集處理方法，其包括： 根據(jù)被掃描物體的性質(zhì)確定掃描參數(shù)； 在無(wú)被掃描物體、且未開(kāi)啟X光源時(shí)，采集至少兩幅暗場(chǎng)圖像并存儲(chǔ)； 在無(wú)被掃描物體時(shí)，依次逐個(gè)開(kāi)啟同一平面上間隔排列的多個(gè)X光源，采集每個(gè)X光源 所對(duì)應(yīng)的至少兩幅殼場(chǎng)圖像并存儲(chǔ)； 依次逐個(gè)開(kāi)啟所述多個(gè)X光源，對(duì)被掃描物體進(jìn)行X光成像，采集被掃描物體分別對(duì)應(yīng) 于上述多個(gè)X光源的投影圖像并存儲(chǔ)； 基于獲取的所述暗場(chǎng)圖像和亮場(chǎng)圖像對(duì)所述投影圖像進(jìn)行如下圖像處理過(guò)程： 獲取至少兩幅所述暗場(chǎng)圖像、和每個(gè)X光源所對(duì)應(yīng)的至少兩幅所述亮場(chǎng)圖像，通過(guò)求 和平均獲得平均暗場(chǎng)圖像和每個(gè)X光源所對(duì)應(yīng)的平均亮場(chǎng)圖像； 獲取被掃描物體分別對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)X光源的投影圖像； 利用所述平均暗場(chǎng)圖像和每個(gè)X光源所對(duì)應(yīng)的平均亮場(chǎng)圖像，對(duì)所述被掃描物體分別 對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)X光源的投影圖像進(jìn)行校正，獲得校正后的投影圖像； 基于層析圖像的迭代重建方法對(duì)所述校正后的投影圖像進(jìn)行迭代重建，獲得重建的層 析圖像。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的乳腺層析圖像采集處理方法，其特征在于，所述基于層析 圖像的迭代重建方法對(duì)所述校正后的投影圖像進(jìn)行迭代重建的過(guò)程包括： 基于層析圖像的迭代重建方法，構(gòu)建層析圖像重建模型； 將所述校正后的投影圖像輸入所述層析圖像重建模型進(jìn)行迭代重建，并判斷是否達(dá)到 預(yù)設(shè)迭代次數(shù)，若達(dá)到所述預(yù)設(shè)迭代次數(shù)則輸出重建的層析圖像；否則，對(duì)每一次迭代重建 獲得的層析圖像執(zhí)行以下步驟： 執(zhí)行非負(fù)校正處理，得到第二中間圖像； 計(jì)算所述第二中間圖像的水平梯度圖像和垂直梯度圖像； 對(duì)所述水平梯度圖像和垂直梯度圖像分別進(jìn)行字典學(xué)習(xí)操作，獲得第三中間圖像； 對(duì)所述第三中間圖像進(jìn)行梯度反換，得到第四中間圖像； 將所述第四中間圖像作為下一次迭代重建的輸入。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的乳腺層析圖像采集處理方法，其特征在于，所述方法還包 括：獲取被掃描物體的旋轉(zhuǎn)中心到各個(gè)X光源的距離，以及各個(gè)X光源到探測(cè)器的距離并存 儲(chǔ)。
【文檔編號(hào)】A61B6/03GK104274201SQ201410531587
【公開(kāi)日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2014年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月10日
【發(fā)明者】胡戰(zhàn)利, 梁棟, 鄭海榮, 桂建保, 陳垚 申請(qǐng)人:深圳先進(jìn)技術(shù)研究院