【技術領域】

本發(fā)明涉及計算機斷層掃描(computedtomography,ct)技術領域，尤其涉及一種計算機斷層掃描圖像重建方法及裝置。

背景技術：

計算機斷層掃描(computedtomography，簡稱ct)是用x射線對人體的特定部位按一定厚度的層面進行掃描，由于不同的人體組織對x射線的吸收能力不同，可以用計算機重建出斷層面的影像。

在進行心臟ct掃描時，為了消除心臟運動對圖像的影響，減少重建的圖像中的運動偽影，會在掃描的同時監(jiān)控心電(ecg)信號，并通過一條與所述心電信號相關的門控曲線(加權函數(shù)曲線)對掃描數(shù)據(jù)進行加權，對心臟運動幅度較小時采集的掃描數(shù)據(jù)采用較大的權重參與圖像重建，而對心臟運動幅度較大時采集的掃描數(shù)據(jù)采用較小的權重參與圖像重建，以得到比較清晰的心臟圖像。

使用門控曲線對于掃描數(shù)據(jù)進行加權時，不同角度(view)采樣的掃描數(shù)據(jù)有一個對應的權重值。而該門控曲線的產(chǎn)生是跟重建視野(fov)相關的，不同重建視野會產(chǎn)生不同的門控曲線，對應不同的時間分辨率。一般地，當重建視野較小時，其圖像的像素對應的時間分辨率較高；而當重建視野較大時，為了保證大視野圖像邊緣處的像素有足夠的投影數(shù)據(jù)，需要使得其對應的相位處加權函數(shù)寬度增加，即在該相位處用到了更長時間的投影數(shù)據(jù)參與圖像重建，從而降低了圖像的時間分辨率。由于心臟冠脈重建對時間分辨率要求較高，往 往要求重建視野較小。但小視野圖像重建不能滿足所有心臟掃描的臨床實驗要求，對于一些掃描協(xié)議，如胸痛三聯(lián)征的掃查，需要大視野重建以觀察除心臟周圍的一些肺部組織，同時希望位于圖像中心的心臟冠脈血管成像清晰。而現(xiàn)有的技術如果按照大視野圖像重建往往會減低圖像中心區(qū)域的冠脈血管的時間分辨率；而如果按照小視野圖像重建則會導致圖像邊緣肺部區(qū)域因為數(shù)據(jù)不足而發(fā)黑，或者得不到肺部區(qū)域的圖像。

因此，需要提出一種新的計算機斷層掃描圖像重建方法，在重建的圖像具有較大重建視野的同時，在圖像的中心區(qū)域具有較高的時間分辨率。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的是現(xiàn)有的計算機斷層掃描圖像重建方法，特別是心臟掃描圖像重建的視野過大時，圖像分辨率下降的問題。為解決上述問題，本發(fā)明提出了一種計算機斷層掃描圖像重建方法，包括以下步驟：

進行掃描，獲得掃描數(shù)據(jù)，以及生理信號；

獲取第一視野圖像重建范圍，產(chǎn)生第一加權函數(shù)，利用所述第一加權函數(shù)對所述掃描數(shù)據(jù)進行加權，對經(jīng)過第一加權函數(shù)加權后的掃描數(shù)據(jù)進行第一視野圖像重建，獲得第一圖像；

獲取第二視野圖像重建范圍，產(chǎn)生第二加權函數(shù)，利用所述第二加權函數(shù)對所述掃描數(shù)據(jù)進行加權，對經(jīng)過第二加權函數(shù)加權后的掃描數(shù)據(jù)進行第二視野圖像重建，獲得第二圖像；

合并第一圖像和第二圖像，獲得第三圖像。

可選地，所述生理信號為心電信號或呼吸信號。

可選地，還包括對所述掃描數(shù)據(jù)進行預處理的步驟。

可選地，所述合并第一圖像和第二圖像，包括：對第一圖像和第二圖像進 行加權合并，得到第三圖像。

可選地，所述第一視野小于第二視野，選取第一圖像中的一個圓形區(qū)域參與合并。

可選地，所述第一視野小于第二視野，將所述第一圖像按比例縮小到與第二圖像相同的尺度后參與合并。

可選地，所述對第一圖像和第二圖像進行加權合并，包括：對所述第一圖像和第二圖像分別進行線性加權，將線性加權后的第一圖像和第二圖像相加，得到第三圖像。

可選地，所述第一視野小于第二視野，選取第一圖像中的一個圓形區(qū)域參與合并，所述圓形區(qū)域的半徑為r1，對第一圖像和第二圖像分別乘以第三加權函數(shù)w3(r)和第四加權函數(shù)w4(r)后再相加，獲得第三圖像；

所述第三加權函數(shù)w3(r)為

所述第四加權函數(shù)w4(r)為：

其中，r為半徑，且r0<r1。

本發(fā)明還提出了一種計算機斷層掃描圖像重建裝置，包括：

掃描單元，用于進行掃描，獲得掃描數(shù)據(jù)，以及生理信號；

第一圖像獲得單元，用于獲得第一視野圖像重建范圍，產(chǎn)生第一加權函數(shù)，利用所述第一加權函數(shù)對所述掃描數(shù)據(jù)進行加權，對經(jīng)過第一加權函數(shù)加權后 的掃描數(shù)據(jù)進行第一視野圖像重建，獲得第一圖像；

第二圖像獲得單元，用于獲取第二視野圖像重建范圍，產(chǎn)生第二加權函數(shù)，利用所述第二加權函數(shù)對所述掃描數(shù)據(jù)進行加權，對經(jīng)過第二加權函數(shù)加權后的掃描數(shù)據(jù)進行第二視野圖像重建，獲得第二圖像；

合并單元，用于合并第一圖像和第二圖像，獲得第三圖像。

可選地，還包括預處理單元，用于對所述掃描數(shù)據(jù)進行預處理。

本發(fā)明對比現(xiàn)有技術有如下的有益效果：

采用本發(fā)明的圖像重建方法，可以兼顧圖像的時間分辨率和數(shù)據(jù)的完備性，從而使得圖像中心處有較高的時間分辨率，而圖像整體不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)不足的情況，提高圖像質(zhì)量。

進一步地，在本發(fā)明的可選實施方式中，對第一圖像和第一圖像進行加權合并，從而可以避免的在第一圖像和第二圖像的邊界線處產(chǎn)生偽影。

【附圖說明】

圖1是本發(fā)明的計算機斷層掃描系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明的一實施例的計算機斷層掃描圖像重建方法的流程圖；

圖3是本發(fā)明的心電信號和與其對應的加權函數(shù)曲線的示意圖；

圖4是本發(fā)明的一實施例的圖像合并方法的流程圖；

圖5是本發(fā)明的一實施例的圖像合并方法的示意圖；

圖6是本發(fā)明的一實施例的計算機斷層掃描圖像重建裝置的結(jié)構(gòu)圖；

圖7是小視野圖像重建、大視野圖像重建以及使用本發(fā)明的圖像重建方法獲得的圖像的對比圖。

【具體實施方式】

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對 本發(fā)明的具體實施方式做詳細的說明。

圖1是一種計算機斷層掃描系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，計算機斷層掃描系統(tǒng)100包括機架110，機架110具有圍繞系統(tǒng)軸線旋轉(zhuǎn)的可旋轉(zhuǎn)的部分130?？尚D(zhuǎn)的部分130具有相對設置的x射線源131和x射線探測器132的x射線系統(tǒng)。還具有檢查床120，在進行檢查時，受檢者在該檢查床120上可以沿著z軸方向被推入到掃描腔體133中。x射線源131繞z軸旋轉(zhuǎn)，探測器132相對于x射線源131一起運動，以采集投影測量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在之后被用于重建圖像。還可以進行螺旋掃描，在螺旋掃描期間，通過受檢者沿著z軸的連續(xù)運動和x射線源131的同時旋轉(zhuǎn)，x射線源131相對于受檢者產(chǎn)生螺旋軌跡。高壓發(fā)生單元134與射線源131相連，以提供電源。

生理信號監(jiān)控單元141用于監(jiān)控掃描受檢者的生理信號，例如：心電信號或呼吸信號。處理單元142連接探測器132以獲得受檢者的投影測量數(shù)據(jù)，供后續(xù)處理，例如：圖像重建及處理?？刂茊卧?40連接高壓發(fā)生單元134以控制射線源131的掃描過程?？刂婆_及顯示器143用以呈現(xiàn)界面、數(shù)據(jù)和影像給使用者?？刂茊卧?40還連接處理單元142和控制臺及顯示器143以控制該部件的運作。

圖2是本發(fā)明的一實施例的計算機斷層掃描圖像重建方法的流程圖，如圖2所示，本發(fā)明的計算機斷層掃描圖像重建方法包括以下步驟：

步驟201，進行掃描，獲得掃描數(shù)據(jù)，以及生理信號。

優(yōu)選地，所述生理信號為心電(ecg)信號，所述掃描數(shù)據(jù)為投影數(shù)據(jù)。

在本發(fā)明的其他實施例中，所述生理信號也可以是呼吸信號。

步驟202，對掃描數(shù)據(jù)進行預處理。

在一些實施例中，在步驟202中的掃描數(shù)據(jù)預處理可以是對掃描數(shù)據(jù)采集 過程中因x射線源、探測器、機械、特殊的數(shù)據(jù)采集或病人等原因引起的不完善進行補償?shù)姆椒?，例如，空氣校準，中心校準，探測器增益校準，掃描數(shù)據(jù)降噪處理，或以上方法的任意組合。

在本發(fā)明的一些實施例中，所述步驟202的掃描數(shù)據(jù)預處理過程也可以省略，而直接執(zhí)行步驟203。

步驟203，獲得小視野(fov)圖像重建范圍，產(chǎn)生第一加權函數(shù)，利用所述第一加權函數(shù)對所述掃描數(shù)據(jù)進行加權，對經(jīng)過第一加權函數(shù)加權后的掃描數(shù)據(jù)進行小視野圖像重建，獲得小視野圖像。

優(yōu)選地，所述小視野圖像重建范圍為200mm×200mm的矩形(fov＝200)。

圖3是本發(fā)明的心電信號和與其對應的加權函數(shù)曲線的示意圖。圖3上半部分為步驟201中獲得的心電(ecg)信號的曲線，其橫坐標為時間t，縱坐標為心跳幅度，其代表了心跳幅度隨時間的變化；圖3的下半部分為與所述心電信號對應的加權函數(shù)曲線。

通常來說，對心臟運動幅度較小時采集的掃描數(shù)據(jù)采用較大的權重，從而使得在心臟運動幅度較小時采集的掃描數(shù)據(jù)更多地參與圖像重建；而對心臟運動幅度較大時采集的掃描數(shù)據(jù)采用較小的權重，從而使得在心臟運動幅度較大時采集的掃描數(shù)據(jù)較少的參與圖像重建。以上方法可以減少心臟運動對于重建圖像的影像，減少圖像中的運動偽影。

如圖3所示，在本實施例中，對于心臟運動幅度較大時對應的權重系數(shù)為0，對于心臟運動幅度較大時對應的權重系數(shù)為1。

本實施例以心臟的運動為例進行了說明，但也可以適用于其他情況的掃描對象的運動，例如肺部(呼吸)或腹部的運動。

在本發(fā)明的一些實施例中，所述第一加權函數(shù)為w1(z),其中z為心臟的相 位，z與時間t和進行ct掃描的視角(view)分別對應。將所述第一加權函數(shù)w1(z)與對應的掃描數(shù)據(jù)相乘，將相乘后的數(shù)據(jù)進行小視野圖像重建，獲得小視野圖像。

步驟204，獲得大視野(fov)圖像重建范圍，產(chǎn)生第二加權函數(shù)，利用所述第二加權函數(shù)對所述掃描數(shù)據(jù)進行加權，對經(jīng)過第二加權函數(shù)加權后的掃描數(shù)據(jù)進行大視野圖像重建，獲得大視野圖像。

優(yōu)選地，所述大視野圖像重建范圍為350mm×350mm的矩形(fov＝350)。

在本發(fā)明的一些實施例中，所述第二加權函數(shù)為w2(z),其中z為心臟的相位，其與時間和進行ct掃描的視角(view)分別對應。將所述加權函數(shù)w2(z)與對應的掃描數(shù)據(jù)相乘，將相乘后的數(shù)據(jù)進行大視野圖像重建，獲得大視野圖像。

關于產(chǎn)生加權函數(shù)的方法，在上文中已具體說明，這里不再敷述。

需要說明的是，第一或第二加權函數(shù)不僅和心臟信號相關，在一些實施例中，也和視野大小相關，基于不同的視野大小會產(chǎn)生不同的加權函數(shù)，簡單來說，當視野增大時，為了保證大視野圖像邊緣處的像素有足夠的掃描數(shù)據(jù)參與重建，需要使得其對應的相位處加權函數(shù)的窗口寬度(如圖3所示)增加，即在該相位處用到了更長時間的掃描數(shù)據(jù)參與圖像重建。

如圖3所示，將一個心動周期對應的加權函數(shù)曲線中加權系數(shù)不為零的部分視為一個矩形(也可以稱為“選通窗口”)。在不考慮其他因素的情況下，心臟信號(ecg)決定了該矩形的位置，通常將心跳最平緩處的相位點作為該矩形的中心線位置；而重建的視野大小決定了該矩形的寬度w，重建視野越大則該矩形的寬度也越大，反之亦然。即在本實施例中，第一加權函數(shù)曲線對應的選通窗口的中心線和第二加權函數(shù)曲線對應的選通窗口的中心線重合，而第一加權函數(shù)曲線對應的選通窗口的寬度小于第二加權函數(shù)曲線對應的選通窗口 的寬度。

在本發(fā)明的一些實施例中，上述步驟203或步驟204中獲取小視野(fov)圖像重建范圍，或者獲取大視野(fov)圖像重建范圍的方法可以是預先設定重建視野，也可以由操作者根據(jù)實際需求在通過如圖1所示的控制臺及顯示器143上設置重建視野而獲得。

上述步驟203或步驟204中的對加權后的掃描數(shù)據(jù)進行圖像重建的方法可以是但不限于，濾波反投影方法，迭代重建方法等。

步驟205，合并小視野圖像和大視野圖像，得到最終的圖像。

圖4是本發(fā)明的一實施例的圖像合并方法的流程圖，圖5是本發(fā)明的一實施例的圖像合并方法的示意圖。

請參照圖4和圖5，所述步驟205中的合并小視野圖像和大視野圖像的方法具體可以包括以下步驟：

步驟401，選取小視野圖像中的一個圓形區(qū)域。

所述圓形區(qū)域的半徑為r1。

優(yōu)選地，選取小視野圖像中能夠選取的最大的一個圓形區(qū)域，例如，所述小視野圖像為r1×r1大小的矩形，則選擇半徑為r1的圓形區(qū)域。

步驟402，將所述小視野圖像的圓形區(qū)域圖像按比例縮小到與大視野圖像相同的尺度。

在本發(fā)明的一些實施例中，可以先執(zhí)行步驟402再執(zhí)行步驟401，即先將小視野圖像按比例縮小到與大視野圖像相同的尺度，再選擇小視野圖像中的一個圓形區(qū)域。

步驟403，將縮小后的小視野圖像與大視野圖像進行加權合并。

優(yōu)選地，所述加權合并的權值是按照圖像的半徑方向進行，將圖像分為半 徑大于r1的區(qū)域，半徑大于等于r0小于等于r1(r0<r1)的區(qū)域，以及半徑小于r0的區(qū)域。

對小視野圖像和大視野圖像(的像素值)分別乘以線性加權函數(shù)后再相加，獲得最終的合并后的圖像。

具體地，對小視野圖像乘以第三加權函數(shù)w3(r)，對于大視野圖像乘以第四加權函數(shù)w4(r)，所述第三加權函數(shù)和第四加權函數(shù)為線性函數(shù)。

第三加權函數(shù)w3(r)為：

第四加權函數(shù)w4(r)為：

需要注意的是，上面所描述的流程圖是為插圖的目的而提供的，而不是用來限制本發(fā)明的范圍。對于本領域技術人員，在本公開的范圍中，可以進行各種各樣的變更和修改，這些變化和修改應該不會偏離本公開的保護范圍。例如，所述步驟203獲得小視野圖像的過程可以在所述步驟204獲得大視野圖像的過程之前或同時執(zhí)行，所述步驟201、202、203或步驟204可以分解為多個子步驟,等等。

優(yōu)選地，本發(fā)明的圖像重建方法適用于心臟ct掃描，特別是胸痛三聯(lián)癥掃描。但是本領域技術人員應當理解，本發(fā)明的圖像重建方法還可以用于其他和生理信號相關或可能由于受檢者本身的運動而產(chǎn)生運動偽影的ct掃描的圖像重建。

本發(fā)明還提出了一種計算機斷層掃描圖像重建裝置，如圖6所示，所述計 算機斷層掃描圖像重建裝置600包括：

掃描單元601，用于進行掃描，獲得掃描數(shù)據(jù)，以及與所述掃描數(shù)據(jù)同步的生理信號。

所述生理信號可以是但不限于心電信號或呼吸信號。

第一圖像獲得單元602，所述第一圖像獲得單元602與所述掃描單元601相連，用于獲得第一視野圖像重建范圍，產(chǎn)生第一加權函數(shù)，利用所述第一加權函數(shù)對所述掃描數(shù)據(jù)進行加權，對經(jīng)過第一加權函數(shù)加權后的掃描數(shù)據(jù)進行第一視野圖像重建，獲得第一圖像；

第二圖像獲得單元603，所述第二圖像獲得單元603與所述掃描單元601相連，用于獲取第二視野圖像重建范圍，產(chǎn)生第二加權函數(shù)，利用所述第二加權函數(shù)對所述掃描數(shù)據(jù)進行加權，對經(jīng)過第二加權函數(shù)加權后的掃描數(shù)據(jù)進行第二視野圖像重建，獲得第二圖像；

合并單元604，所述合并單元604與所述第一圖像獲得單元602和第二圖像獲得單元603分別相連，用于合并第一圖像和第二圖像，獲得第三圖像。

在一些實施方式中，所述合并單元604可用于執(zhí)行如下步驟：

選取小視野圖像中的一個圓形區(qū)域；將所述小視野圖像的圓形區(qū)域圖像按比例縮小到與大視野圖像相同的尺度；將縮小后的小視野圖像與大視野圖像進行加權合并，獲得最終的圖像。

優(yōu)選地，所述加權合并的權值是按照圖像的半徑方向進行，對于小視野圖像和大視野圖像分別進行線性加權，將線性加權后的小視野圖像和大視野圖像相加，獲得最終的圖像。

在本發(fā)明的一些實施例中，所述計算機斷層掃描圖像重建裝置600還可以包括預處理單元605，用于對所述掃描數(shù)據(jù)進行預處理；所述預處理單元605 與所述掃描單元601、第一圖像獲得單元602以及第二圖像獲得單元603分別相連。

在本發(fā)明的一些實施方式中，所述第一圖像獲得單元602，第二圖像獲得單元603，合并單元604以及預處理單元605具體可以通過如圖1所示的處理單元142實現(xiàn)。

本領域普通技術人員可以理解上述實施例的各種方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關的硬件來完成，該程序可以存儲于計算機可讀存儲介質(zhì)中，存儲介質(zhì)可以包括但不限于：軟盤、光盤、磁光盤、rom(只讀存儲器)、ram(隨機存取存儲器)、eprom(可擦除可編程只讀存儲器)、eeprom(電可擦除可編程只讀存儲器)、磁卡或光卡、閃存、或適于存儲機器可執(zhí)行指令的其他類型的介質(zhì)/機器可讀介質(zhì)。

圖7是小視野圖像重建、大視野圖像重建以及使用本發(fā)明的圖像重建方法獲得的圖像的對比圖，其中，圖7(a)是使用大視野(fov＝350，即350mm×350mm的矩形)圖像重建獲得的圖像；圖7(b)是使用小視野(fov＝200，即200mm×200mm的矩形)圖像重建獲得的圖像；圖7(c)是使用本發(fā)明的圖像重建方法獲得的圖像。如圖7所示，使用本發(fā)明的圖像重建方法獲得的圖像相較于大視野圖像重建獲得的圖像具有更高的分辨率，例如：對于圖7(a)和圖7(c)中箭頭所指出的位于圖像中心的組織，圖7(c)的成像質(zhì)量明顯好于圖7(a)。并且，使用本發(fā)明的圖像重建方法獲得的圖像相較于圖7(b)所示的小視野圖像重建獲得的圖像具有更大的視野，能夠更好的符合實際臨床需求。

以上，僅以示例方式闡釋了可使用本發(fā)明所提供的圖像重建方法的計算機斷層掃描設備，本領域技術人員應當理解，如使用x射線的c型臂系統(tǒng)等設備， 或組合式醫(yī)學成像系統(tǒng)(例如：組合式正電子發(fā)射斷層成像-計算機斷層成像，positronemissiontomography-computedtomographytomography,pet-ct)，或使用其它類型射線的斷層成像設備等，均可適用本發(fā)明所述的計算機斷層掃描圖像重建方法和裝置，本發(fā)明對計算機斷層掃描設備的類型與結(jié)構(gòu)并不做具體限定。

本發(fā)明中，各實施例采用遞進式寫法，重點描述與前述實施例的不同之處，各實施例中的相同方法或結(jié)構(gòu)參照前述實施例的相同部分。

本發(fā)明雖然已以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領域技術人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術內(nèi)容對本發(fā)明技術方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術方案的保護范圍。