【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及計算機(jī)斷層成像(ct，computedtomography)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種ct螺旋掃描圖像重建方法及裝置。

背景技術(shù)：

計算機(jī)斷層成像(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(jìn)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(jī)重建出斷層面的影像。

目前，二維螺旋重建方法是一種常見的ct螺旋掃描圖像重建方法，其原理是基于ct螺旋掃描獲取的螺旋掃描數(shù)據(jù)首先通過插值得到想要建像平面的斷層數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行斷層圖像的重建，因此二維螺旋重建方法的關(guān)鍵在于該插值方法。

實(shí)際掃描中，ct螺旋掃描的螺距是可以調(diào)節(jié)的，不同的掃描協(xié)議會有不同的螺距值。在某些螺距情況下，x射線沿z軸方向的分布并不均勻，目前的插值方法并沒有考慮到這種不均勻性，會在圖像上面產(chǎn)生偽影。

因此，需要提出一種新的ct螺旋掃描圖像重建方法，可以減少在ct螺旋掃描圖像重建過程中由于螺旋掃描數(shù)據(jù)在z軸方向分布不均勻而引起的圖像偽影。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的是現(xiàn)有的ct螺旋掃描圖像重建過程中由于螺旋掃描數(shù)據(jù)分布不均勻而造成偽影的問題。

為解決上述問題，本發(fā)明提出了一種ct螺旋掃描圖像重建方法，包括以下步驟：

進(jìn)行螺旋掃描，獲得螺旋掃描數(shù)據(jù)；

獲得螺旋掃描數(shù)據(jù)加權(quán)因子，所述螺旋掃描數(shù)據(jù)加權(quán)因子包括第一加權(quán)因子，所述第一加權(quán)因子與所述螺旋掃描數(shù)據(jù)在z軸方向的密度相關(guān)，所述z軸方向?yàn)樗雎菪龗呙璧男D(zhuǎn)軸的方向；

根據(jù)所述加權(quán)因子，將所述螺旋掃描數(shù)據(jù)插值為斷層數(shù)據(jù)；

將所述斷層數(shù)據(jù)重建為圖像。

可選地，所述第一加權(quán)因子與所述螺旋掃描數(shù)據(jù)在z軸方向的密度成反比。

可選地，還包括確定所述重建的圖像中心及厚度，根據(jù)所述圖像中心及圖像厚度獲得參與重建的螺旋掃描數(shù)據(jù)范圍。

可選地，所述螺旋掃描數(shù)據(jù)加權(quán)因子還包括第二加權(quán)因子，所述第二加權(quán)因子與所述螺旋掃描數(shù)據(jù)偏移開所述圖像中心的距離相關(guān)。

可選地，所述螺旋掃描數(shù)據(jù)加權(quán)因子可通過將第一加權(quán)因子與第二加權(quán)因子相乘獲得。

可選地，所述根據(jù)所述螺旋掃描數(shù)據(jù)加權(quán)因子，將所述螺旋掃描數(shù)據(jù)插值為斷層數(shù)據(jù)，可通過以下公式實(shí)現(xiàn)：

其中，vali為第i條射線對應(yīng)的螺旋掃描數(shù)據(jù)，wi為其對應(yīng)的螺旋掃描數(shù)據(jù)加權(quán)因子，val為經(jīng)過所述加權(quán)插值后獲得的斷層數(shù)據(jù)。

可選地，還包括對所述螺旋掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理的步驟。

可選地，還包括將所述螺旋掃描數(shù)據(jù)重排為平行束數(shù)據(jù)的步驟。

本發(fā)明還提出了一種ct螺旋掃描圖像重建裝置，包括：

螺旋掃描數(shù)據(jù)獲得單元，用于進(jìn)行螺旋掃描，獲得螺旋掃描數(shù)據(jù)；

螺旋掃描數(shù)據(jù)加權(quán)因子獲得單元，用于獲得螺旋掃描數(shù)據(jù)加權(quán)因子，所述螺旋掃描數(shù)據(jù)加權(quán)因子包括第一加權(quán)因子，所述第一加權(quán)因子與所述螺旋掃描數(shù)據(jù)在z軸方向的密度相關(guān)，所述z軸方向?yàn)樗雎菪龗呙璧男D(zhuǎn)軸的方向；

插值單元，用于根據(jù)所述螺旋掃描數(shù)據(jù)加權(quán)因子，將所述螺旋掃描數(shù)據(jù)插值為斷層數(shù)據(jù)；

圖像重建單元，用于將所述斷層數(shù)據(jù)重建為圖像。

本發(fā)明對比現(xiàn)有技術(shù)有如下的有益效果：

本發(fā)明的螺旋掃描圖像重建方法在加權(quán)插值過程中考慮了螺旋掃描數(shù)據(jù)在z軸方向分布的不均勻性，使用與所述螺旋掃描數(shù)據(jù)在z軸方向的密度相關(guān)的第一加權(quán)因子對所述螺旋掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)，可有效減少圖像中由于螺旋掃描數(shù)據(jù)在z軸方向分布不均勻而造成的偽影。

【附圖說明】

圖1是本發(fā)明的ct掃描設(shè)備的示意圖；

圖2是本發(fā)明一實(shí)施例的二維螺旋掃描重建方法的流程圖；

圖3是本發(fā)明的ct螺旋掃描示意圖；

圖4是本發(fā)明一實(shí)施例的ct螺旋掃描圖像重建方法的流程圖；

圖5是螺旋掃描數(shù)據(jù)在中心面上的投影示意圖；

圖6是本發(fā)明一實(shí)施例的加權(quán)插值方法的示意圖；

圖7是本發(fā)明另一實(shí)施例的ct螺旋掃描圖像重建方法的流程圖；

圖8是本發(fā)明一實(shí)施例的ct螺旋掃描圖像重建裝置的示意圖；

圖9是使用本發(fā)明的ct螺旋掃描圖像重建方法前后獲得的圖像對比。

【具體實(shí)施方式】

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

圖1是一種計算機(jī)斷層掃描系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，計算機(jī)斷層掃描系統(tǒng)100包括機(jī)架110，機(jī)架110具有圍繞系統(tǒng)軸線旋轉(zhuǎn)的可旋轉(zhuǎn)部分130。可旋轉(zhuǎn)部分130具有相對設(shè)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(jìn)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(yùn)動，以采集投影數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在之后被用于重建為圖像。還可以進(jìn)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(yùn)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,進(jìn)而獲得螺旋掃描數(shù)據(jù)。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(yùn)作。

本發(fā)明是在二維螺旋圖像重建方法上做的改進(jìn)，圖2是一種二維螺旋重建方法的流程圖，如圖2所示，本發(fā)明的二維螺旋重建方法包括以下步驟：

執(zhí)行步驟s1，進(jìn)行螺旋掃描，獲得螺旋掃描數(shù)據(jù)。

具體請參考圖1和圖3，在進(jìn)行螺旋掃描時，檢查床120沿z軸方向前進(jìn)，同時機(jī)架110的可旋轉(zhuǎn)部分130繞z軸旋轉(zhuǎn)，位于所述可旋轉(zhuǎn)部分130上的x射線源131發(fā)出x射線，形成螺旋形的掃描軌跡。所述x射線探測器132接收穿過受檢者的x射線信號，進(jìn)而獲得螺旋掃描數(shù)據(jù)。其中，x射線探測器132 具有層(slice)方向和通道(channel)方向，相應(yīng)地，獲得的螺旋掃描數(shù)據(jù)也具有層(slice)方向和通道(channel)方向。

執(zhí)行步驟s2，對所述螺旋掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。

可選地，所述對螺旋掃描數(shù)據(jù)預(yù)處理的方法可以是對螺旋掃描數(shù)據(jù)采集過程中因x射線源、探測器、機(jī)械、特殊的數(shù)據(jù)采集或病人等原因引起的不完善進(jìn)行的校準(zhǔn)或補(bǔ)償，例如，空氣校準(zhǔn)，中心校準(zhǔn)，探測器增益校準(zhǔn)，掃描數(shù)據(jù)降噪處理，或以上方法的任意組合。

執(zhí)行步驟s3，對所述預(yù)處理后的螺旋掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)插值，獲得斷層數(shù)據(jù)。

執(zhí)行步驟s4，將扇形的所述斷層數(shù)據(jù)重排為平行束數(shù)據(jù)。

由于螺旋掃描獲得的數(shù)據(jù)通常為扇形束數(shù)據(jù)，因此在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，先要將所述數(shù)據(jù)重排為平行束數(shù)據(jù)，再進(jìn)行圖像重建。

執(zhí)行步驟s5，將所述重排后的數(shù)據(jù)重建為圖像。

所述重建的方法可以是濾波反投影方法或迭代重建方法等。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)可以理解，在本發(fā)明的其他一些實(shí)施例中，也可以直接執(zhí)行步驟s3，對螺旋掃描數(shù)據(jù),進(jìn)行加權(quán)插值，而省略步驟s2的預(yù)處理過程，也可以省略步驟s4，本發(fā)明對此不作限制。

實(shí)施例一

如圖4所示，本發(fā)明一實(shí)施例的螺旋掃描圖像重建方法包括以下步驟：

執(zhí)行步驟s401，進(jìn)行螺旋掃描，獲得螺旋掃描數(shù)據(jù)。

所述螺旋掃描可以由如圖1所示的計算機(jī)斷層成像系統(tǒng)100執(zhí)行，所述螺旋掃描數(shù)據(jù)可由x射線探測器132采集。

可選地，還可以對獲得的螺旋掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。

執(zhí)行步驟s402，確定重建的圖像中心及厚度，根據(jù)所述圖像中心及圖像厚度確定參與重建的螺旋掃描數(shù)據(jù)范圍。

圖5是螺旋掃描數(shù)據(jù)在中心面上的投影示意圖，如圖5所示，螺旋掃描數(shù)據(jù)可以認(rèn)為是x射線在中心面上的投影，每一視角(view)的x射線束在中心面上形成一系列沿z軸方向排列的射線投影，即一系列沿z軸方向排列的螺旋掃描數(shù)據(jù)。通過圖5可以看出，螺旋掃描數(shù)據(jù)在z軸方向的分布是非常不均勻的。

在進(jìn)行螺旋掃描圖像重建時，需要將螺旋掃描數(shù)據(jù)插值為斷層數(shù)據(jù)，再將斷層數(shù)據(jù)重建為斷層圖像。因此，首先需要確定重建的圖像中心及厚度，并根據(jù)所述圖像中心及圖像厚度獲得參與重建的螺旋掃描數(shù)據(jù)范圍。圖6示出了本發(fā)明一實(shí)施例的重建的圖像的中心，及參與該圖像重建的螺旋掃描數(shù)據(jù)范圍。

執(zhí)行步驟s403，計算第一加權(quán)因子，所述第一加權(quán)因子與所述螺旋掃描中螺旋掃描數(shù)據(jù)在z軸方向的密度相關(guān)。

優(yōu)選地，所述第一加權(quán)因子與所述螺旋掃描數(shù)據(jù)在z軸方向的密度成反比。所述密度可以通過計算某一局部范圍內(nèi)的z軸方向上的射線數(shù)目得到。

具體請參考圖6，x射線穿過被檢者投射到探測器上，產(chǎn)生一系列的投影螺旋掃描數(shù)據(jù)，例如：ni和nj，分別計算其周圍某一局部范圍內(nèi)的z軸方向上的射線數(shù)目。例如對于螺旋掃描數(shù)據(jù)nj，其周圍的虛線范圍內(nèi)一共有3條射線對應(yīng)的螺旋掃描數(shù)據(jù)，那么其對應(yīng)的第一加權(quán)因子可以設(shè)定為1/3；對于螺旋掃描數(shù)據(jù)ni，其周圍的虛線范圍內(nèi)一共有1條射線對應(yīng)的螺旋掃描數(shù)據(jù)，那么其對應(yīng)的第一加權(quán)因子可以設(shè)定為1。

執(zhí)行步驟s404，使用螺旋掃描數(shù)據(jù)加權(quán)因子對所述螺旋掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)插值，獲得斷層數(shù)據(jù)，所述螺旋掃描數(shù)據(jù)加權(quán)因子包括第一加權(quán)因子。

具體地，所述加權(quán)插值過程如下：

公式(1)中，vali為第i條射線對應(yīng)的螺旋掃描數(shù)據(jù)，wi為其對應(yīng)的螺旋掃描數(shù)據(jù)加權(quán)因子，val為經(jīng)過所述加權(quán)插值后獲得的斷層數(shù)據(jù)。

執(zhí)行步驟s405，將所述斷層數(shù)據(jù)重建為圖像。

所述重建的方法可以是濾波反投影方法或迭代重建方法等。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，也可以將所述斷層數(shù)據(jù)重排為平行束數(shù)據(jù)，再進(jìn)行圖像重建。

實(shí)施例二

圖7是本實(shí)施例的ct螺旋掃描圖像重建方法的流程圖，如圖7所示，本實(shí)施例的ct螺旋掃描圖像重建方法的步驟s701、s702、s703分別與實(shí)施例一的步驟s401、s402、s403相同；本實(shí)施例的步驟s706、s707分別與實(shí)施例一的步驟s404、s405相同，這里不再敷述。所不同的是，本實(shí)施例的螺旋掃描圖像重建方法中的螺旋掃描數(shù)據(jù)加權(quán)因子還包括第二加權(quán)因子，因此并本實(shí)施例相比實(shí)施例一多了步驟s704和s705。

步驟s704，計算第二加權(quán)因子，所述第二加權(quán)因子與所述螺旋掃描數(shù)據(jù)偏移所述圖像中心的距離相關(guān)。

優(yōu)選地，對于位于所述圖像中心附近的螺旋掃描數(shù)據(jù)使用較大的第二加權(quán)因子，對于位于數(shù)據(jù)范圍邊緣的螺旋掃描數(shù)據(jù)使用較小的第二加權(quán)因子。

具體請參考圖6，使用步驟s301中確定的范圍內(nèi)的螺旋掃描數(shù)據(jù)重建某個斷層的圖像。圖6中示出了本實(shí)施例中使用的第二加權(quán)因子曲線w2，本實(shí)施例中使用的第二加權(quán)因子曲線w2為梯形。

步驟s705，計算螺旋掃描數(shù)據(jù)加權(quán)因子，所螺旋掃描數(shù)據(jù)述加權(quán)因子包 括第一加權(quán)因子和第二加權(quán)因子。

所述螺旋掃描數(shù)據(jù)加權(quán)因子w可以通過將第一加權(quán)因子與第二加權(quán)因子相乘獲得，具體可通過以下公式獲得：

w＝w1×w2(2)

公式(2)中，w1為所述第一加權(quán)因子，w2為所述第二加權(quán)因子。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)可以理解，本發(fā)明的其他一些實(shí)施例中，所述螺旋掃描數(shù)據(jù)加權(quán)因子也可以包括與其他因素相關(guān)的一些加權(quán)因子；在本發(fā)明的其他一些實(shí)施例中，也可以先進(jìn)行步驟s704，再進(jìn)行步驟s703，本發(fā)明對此不做限制。

本發(fā)明還提供了一種ct螺旋掃描圖像重建裝置，圖8是本發(fā)明一實(shí)施例的ct螺旋掃描圖像重建裝置的示意圖，如圖8所示，所述ct螺旋掃描圖像重建裝置800包括：

螺旋掃描數(shù)據(jù)獲得單元801，用于進(jìn)行螺旋掃描，獲得螺旋掃描數(shù)據(jù)。

螺旋掃描數(shù)據(jù)加權(quán)因子獲得單元802，用于獲得螺旋掃描數(shù)據(jù)加權(quán)因子，所述螺旋掃描數(shù)據(jù)加權(quán)因子包括第一加權(quán)因子，所述第一加權(quán)因子與所述螺旋掃描數(shù)據(jù)在z軸方向的密度相關(guān)，所述z軸方向?yàn)樗雎菪龗呙璧男D(zhuǎn)軸的方向。

優(yōu)選地，所述第一加權(quán)因子與所述螺旋掃描數(shù)據(jù)在z軸方向的密度成反比。

可選地，所述螺旋掃描數(shù)據(jù)加權(quán)因子獲得單元802還可以用于確定重建的圖像中心及厚度，根據(jù)所述圖像中心及圖像厚度獲得參與重建的螺旋掃描數(shù)據(jù)范圍。

可選地，所述螺旋掃描數(shù)據(jù)加權(quán)因子還可以包括第二加權(quán)因子，所述第二加權(quán)因子與所述螺旋掃描數(shù)據(jù)偏移所述圖像中心的距離相關(guān)。

插值單元803，用于根據(jù)所述螺旋掃描數(shù)據(jù)加權(quán)因子，將所述螺旋掃描數(shù)據(jù)插值為斷層數(shù)據(jù)。

圖像重建單元804，用于將所述斷層數(shù)據(jù)重建為圖像。

可選地，本發(fā)明的ct螺旋掃描圖像重建裝置800還可以包括：預(yù)處理單元805，用于對所述螺旋掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；以及重排單元806，用于將所述螺旋掃描數(shù)據(jù)重排為平行束數(shù)據(jù)。

所述螺旋掃描獲得單元801、預(yù)處理單元805、加權(quán)因子獲得單元802、加權(quán)插值單元803、重排單元806以及圖像重建單元804相連。

圖9是使用本發(fā)明的ct螺旋掃描圖像重建方法前后獲得的圖像對比。其中，圖9左邊是未使用本發(fā)明的ct螺旋掃描圖像重建方法獲得的圖像，圖9右邊是使用本發(fā)明的ct螺旋掃描圖像重建方法獲得的圖像，如圖9所示，使用本發(fā)明的方法獲得圖像偽影明顯少于未使用本發(fā)明的方法重建獲得的圖像。

以上，僅以示例方式闡釋了可使用本發(fā)明所提供的ct螺旋掃描圖像重建方法的裝置及ct掃描設(shè)備，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，如使用x射線的c型臂系統(tǒng)等設(shè)備，或組合式醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)(例如：組合式正電子發(fā)射斷層成像-計算機(jī)斷層成像，positronemissiontomography-computedtomography,pet-ct)等，均可適用本發(fā)明所述的ct螺旋掃描圖像重建方法和裝置，本發(fā)明對ct掃描設(shè)備的類型與結(jié)構(gòu)并不做具體限定。

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

本發(fā)明雖然已以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)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(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)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(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)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(shù)方案的保護(hù)范圍。