本發(fā)明主要涉及醫(yī)學(xué)掃描圖像處理，尤其涉及一種醫(yī)學(xué)掃描圖像的重建方法和裝置。

背景技術(shù)：

計(jì)算機(jī)斷層掃描(computedtomography,ct)技術(shù)是一種基于不同物質(zhì)對(duì)于射線具有不同的衰減性質(zhì)，用放射性從各方向照射被測(cè)物體，測(cè)量穿過(guò)物體的射線強(qiáng)度，并通過(guò)一定的重建算法計(jì)算出物體內(nèi)部各點(diǎn)物質(zhì)對(duì)于射線的線性衰減系數(shù)，從而得到被測(cè)物體的斷層圖像的放射診斷技術(shù)。

ct掃描得到的ct圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)圖像重建(imagereconstruction)后儲(chǔ)存，供操作者查看。在評(píng)價(jià)高分辨ct成像的重建圖像質(zhì)量時(shí)，切片方向靈敏度曲線(slicesensitivityprofile,ssp)是一項(xiàng)重要指標(biāo)，通常將其定義為ct系統(tǒng)沿病人軸(z軸)的沖激響應(yīng)，表征了掃描對(duì)象的縱向分辨能力。

目前，ct掃描儀尤其是螺旋ct掃描儀中廣泛應(yīng)用錐束(conebeam,cb)重建算法。當(dāng)前商用的錐束重建算法在反投影過(guò)程中，通過(guò)在探測(cè)器相鄰行和通道方向利用雙線性插值的方法將掃描對(duì)象中的體素映射到投影域。雖然這種方法計(jì)算效率較高，但是探測(cè)器行方向采樣點(diǎn)之間較大的距離會(huì)導(dǎo)致重建層厚展寬，從而使z軸方向的分辨率嚴(yán)重退化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種醫(yī)學(xué)掃描圖像的重建方法和裝置，以提高醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)的縱向分辨率。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種醫(yī)學(xué)掃描圖像的圖像重建方法，包括：接收來(lái)自醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的掃描數(shù)據(jù)；確定各體素的一對(duì)共軛射線的投影值；以及對(duì)該對(duì)共軛射線的投影值在該醫(yī)學(xué)掃描圖像的探測(cè)器的行方向進(jìn)行多階插值。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該多階插值的階數(shù)大于等于3。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述方法還包括對(duì)該對(duì)共軛射線的投影值在該探測(cè)器的通道方向使用線性插值。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該多階插值的方法如下：

其中g(shù)為多階插值得到的投影點(diǎn)的投影值，x,y,z是投影點(diǎn)坐標(biāo)且z是投影點(diǎn)在探測(cè)器行方向的坐標(biāo)，q(t,θ,zn)和q(t,θ,zn+1)為投影點(diǎn)的相鄰點(diǎn)的吸收強(qiáng)度，q(t′,θ′,z′n)和q(t′,θ′,z′n+1)為共軛投影點(diǎn)的相鄰點(diǎn)的吸收強(qiáng)度值，t,t′是等中心點(diǎn)到平行束的距離，θ，θ′是平行束的投影角，m是探測(cè)器投影方向的像素點(diǎn)的序號(hào)，n是探測(cè)器行方向的像素點(diǎn)的序號(hào)，函數(shù)k為大于等于3的正整數(shù)，ξ,ξ′為插值點(diǎn)在探測(cè)器行方向的坐標(biāo)z到不大于自身的最大整數(shù)zn的距離。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該線性插值的方法如下：

f(x,y,z)＝(1-η)·gm(x,y,z)+η·gm+1(x,y,z)；

其中f為線性插值得到的投影點(diǎn)的投影值，x,y,z是投影點(diǎn)坐標(biāo)，z是投影點(diǎn)在探測(cè)器行方向的坐標(biāo)，g為投影點(diǎn)的相鄰點(diǎn)的投影值，m是探測(cè)器投影方向的像素點(diǎn)的序號(hào)，η為插值點(diǎn)在探測(cè)器通道方向的坐標(biāo)t到不大于自身的最大整數(shù)tm的距離。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該醫(yī)學(xué)影像設(shè)備是ct設(shè)備或pet-ct設(shè)備。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該醫(yī)學(xué)影像設(shè)備是光學(xué)相位襯度ct設(shè)備，該方法還包括對(duì)散射信息在該探測(cè)器的行方向進(jìn)行多階插值。

本發(fā)明還提出一種醫(yī)學(xué)掃描圖像的圖像重建裝置，包括存儲(chǔ)器、處理器和儲(chǔ)存在該存儲(chǔ)器上的計(jì)算機(jī)指令，該處理器執(zhí)行該計(jì)算機(jī)指令時(shí)實(shí)施本發(fā)明所述的方法。

本發(fā)明還提出一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)指令，其中當(dāng)計(jì)算機(jī)指令被處理器執(zhí)行時(shí)，執(zhí)行本發(fā)明所述的方法。

本發(fā)明還提出一種醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)，包括如上所述的圖像重建裝置。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過(guò)在探測(cè)器行方向使用多階插值算法，提高了掃描對(duì)象的縱向分辨率。

附圖說(shuō)明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例所示的圖像處理系統(tǒng)的示意圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例所示的ct成像系統(tǒng)的示意圖。

圖3是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例所示的圖像處理系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)設(shè)備配置的架構(gòu)示意圖。

圖4是示例圖像處理系統(tǒng)的重建流程。

圖5是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的圖像處理系統(tǒng)的前向投影模型。

圖6是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的圖像處理系統(tǒng)的共軛采樣示意圖。

圖7是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的圖像處理系統(tǒng)的錐束共軛射線對(duì)示意圖。

圖8是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的平行束重排示意圖。

圖9是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的重建方法流程圖。

圖10是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的重建方法流程圖。

圖11是不同算法對(duì)縱向分辨率的影響對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

為了更清楚地說(shuō)明本申請(qǐng)的實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單的介紹。顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本申請(qǐng)的一些示例或?qū)嵤├?，?duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖將本申請(qǐng)應(yīng)用于其他類似情景。除非從語(yǔ)言環(huán)境中顯而易見(jiàn)或另做說(shuō)明，圖中相同標(biāo)號(hào)代表相同結(jié)構(gòu)或操作。

如本申請(qǐng)和權(quán)利要求書中所示，除非上下文明確提示例外情形，“一”、“一個(gè)”、“一種”和/或“該”等詞并非特指單數(shù)，也可包括復(fù)數(shù)。一般說(shuō)來(lái)，術(shù)語(yǔ)“包括”與“包含”僅提示包括已明確標(biāo)識(shí)的步驟和元素，而這些步驟和元素不構(gòu)成一個(gè)排它性的羅列，方法或者設(shè)備也可能包含其他的步驟或元素。

雖然本申請(qǐng)對(duì)根據(jù)本申請(qǐng)的實(shí)施例的系統(tǒng)中的某些模塊做出了各種引用，然而，任何數(shù)量的不同模塊可以被使用并運(yùn)行在成像系統(tǒng)和/或處理器上。所述模塊僅是說(shuō)明性的，并且所述系統(tǒng)和方法的不同方面可以使用不同模塊。

本申請(qǐng)中使用了流程圖用來(lái)說(shuō)明根據(jù)本申請(qǐng)的實(shí)施例的系統(tǒng)所執(zhí)行的操作。應(yīng)當(dāng)理解的是，前面或下面操作不一定按照順序來(lái)精確地執(zhí)行。相反，可以按照倒序或同時(shí)處理各種步驟。同時(shí)，或?qū)⑵渌僮魈砑拥竭@些過(guò)程中，或從這些過(guò)程移除某一步或數(shù)步操作。

本發(fā)明的實(shí)施例描述醫(yī)學(xué)掃描圖像的重建方法和裝置，這些方法和裝置可以提高醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)的縱向分辨率。

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例所示的圖像處理系統(tǒng)的示意圖。該圖像處理系統(tǒng)100可以包括一個(gè)成像系統(tǒng)110、一個(gè)圖像處理系統(tǒng)120、和一個(gè)網(wǎng)絡(luò)130。在一些實(shí)施例中，成像系統(tǒng)110可以是單模態(tài)成像設(shè)備，或多模態(tài)成像系統(tǒng)。在一些實(shí)施例中，圖像處理系統(tǒng)120可以是對(duì)獲取的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以得到圖像和/或相關(guān)信息。

成像系統(tǒng)110可以是單個(gè)成像系統(tǒng)，或是多個(gè)不同成像系統(tǒng)的組合。成像系統(tǒng)可以通過(guò)掃描一個(gè)目標(biāo)進(jìn)行成像，在一些實(shí)施例中，成像系統(tǒng)可以是一個(gè)醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)。醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)可以采集人體各部位的圖像信息。醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)可以是x光成像系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)斷層掃描(ct)系統(tǒng)、磁共振成像(mr)系統(tǒng)、和正子發(fā)射斷層掃描(pet)系統(tǒng)、單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像(single-photonemissioncomputedtomography，spect)系統(tǒng)、組合式醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)等。成像系統(tǒng)110可以包括一個(gè)或多個(gè)掃描儀。

圖像處理系統(tǒng)120可以處理獲取的數(shù)據(jù)信息。在一些實(shí)施例中，數(shù)據(jù)信息可以包括文本信息，圖像信息，聲音信息等一種或幾種的組合。在一些實(shí)施例中，圖像處理系統(tǒng)120可以包括一個(gè)處理器，一個(gè)處理核，一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)器等中的一種或幾種的組合。例如，圖像處理系統(tǒng)120可以包括中央處理器(centralprocessingunit，cpu)，專用集成電路(application-specificintegratedcircuit，asic)，專用指令處理器(application-specificinstruction-setprocessor，asip)，圖形處理器(graphicsprocessingunit，gpu)，物理運(yùn)算處理器(physicsprocessingunit，ppu)，數(shù)字信號(hào)處理器(digitalsignalprocessor，dsp)，現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列(fieldprogrammablegatearray，fpga)，可編程邏輯器(programmablelogicdevice，pld)，控制器(controller)，微控制器單元(microcontrollerunit)，處理器(processor)，微處理器(microprocessor)，arm處理器(advancedriscmachines)等一種或幾種的組合。在一些實(shí)施例中，圖像處理系統(tǒng)120可以處理從成像系統(tǒng)110獲取的圖像信息。

網(wǎng)絡(luò)130可以是單個(gè)網(wǎng)絡(luò)，或多個(gè)不同網(wǎng)絡(luò)的組合。例如，網(wǎng)絡(luò)130可能是一個(gè)局域網(wǎng)(localareanetwork(lan))、廣域網(wǎng)(wideareanetwork(wan))、公用網(wǎng)絡(luò)、私人網(wǎng)絡(luò)、專有網(wǎng)絡(luò)、公共交換電話網(wǎng)(publicswitchedtelephonenetwork(pstn))、互聯(lián)網(wǎng)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、虛擬網(wǎng)絡(luò)、城域網(wǎng)絡(luò)、電話網(wǎng)絡(luò)等中的一種或幾種的組合。網(wǎng)絡(luò)130可以包括多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)，例如，有線接入點(diǎn)、無(wú)線接入點(diǎn)、基站、互聯(lián)網(wǎng)交換點(diǎn)等在內(nèi)的有線或無(wú)線接入點(diǎn)。通過(guò)這些接入點(diǎn)，數(shù)據(jù)源可以接入網(wǎng)絡(luò)130并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)130發(fā)送數(shù)據(jù)信息。在一些實(shí)施例中，網(wǎng)絡(luò)130可以用于圖像處理系統(tǒng)120的通信，接收?qǐng)D像處理系統(tǒng)120內(nèi)部或外部的信息，向圖像處理系統(tǒng)120內(nèi)部其他部分或外部發(fā)送信息。

需要注意的是，上述圖像處理系統(tǒng)120可以實(shí)際存在于成像系統(tǒng)110中，或通過(guò)云計(jì)算平臺(tái)完成相應(yīng)功能。所述云計(jì)算平臺(tái)可以包括存儲(chǔ)數(shù)據(jù)為主的存儲(chǔ)型云平臺(tái)、以處理數(shù)據(jù)為主的計(jì)算型云平臺(tái)以及兼顧數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理的綜合云計(jì)算平臺(tái)。成像系統(tǒng)110所使用的云平臺(tái)可以是公共云、私有云、社區(qū)云或混合云等。例如，根據(jù)實(shí)際需要，成像系統(tǒng)110輸出的一些圖像信息和/或數(shù)據(jù)信息，可以通過(guò)用戶云平臺(tái)進(jìn)行計(jì)算和/或存儲(chǔ)。另一些圖像信息和/或數(shù)據(jù)信息，可以通過(guò)本地圖像處理系統(tǒng)120進(jìn)行計(jì)算和/或存儲(chǔ)。

由于ct成像系統(tǒng)的代表性，在本發(fā)明的實(shí)施例中，醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)是以ct成像系統(tǒng)為例描述。ct成像系統(tǒng)可以使用x射線、中子射線等粒子射線。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例所示的ct成像系統(tǒng)200的示意圖。成像系統(tǒng)200可以是成像系統(tǒng)110的一個(gè)具體實(shí)施例。該成像系統(tǒng)200可以包括一個(gè)機(jī)架210和一個(gè)檢查床250。

在一些實(shí)施例中，機(jī)架210可以包括具有圍繞成像系統(tǒng)200軸線旋轉(zhuǎn)的可旋轉(zhuǎn)部分220。可旋轉(zhuǎn)部分220的空間結(jié)構(gòu)可以是圓柱體、橢圓體、長(zhǎng)方體等一種或幾種的組合。在一些實(shí)施例中，可旋轉(zhuǎn)部分220可以包括射線源230、探測(cè)器240和掃描腔體270?？尚D(zhuǎn)部分220可以以成像系統(tǒng)200的軸線260為軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。射線源230和探測(cè)器240可以隨可旋轉(zhuǎn)部分220一起以軸線260為軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。

在進(jìn)行檢查時(shí)，一個(gè)對(duì)象(例如，患者、模體等)可以被放置在檢查床250上。檢查床250可以沿著z軸方向被推入到掃描腔體270中。繞軸線260進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時(shí)，射線源230和探測(cè)器240可以采集患者的掃描數(shù)據(jù)，產(chǎn)生原始數(shù)據(jù)文件。原始數(shù)據(jù)文件可以在圖像處理系統(tǒng)120中被用于重建。

在一些實(shí)施例中，成像系統(tǒng)200可以進(jìn)行螺旋掃描。在螺旋掃描中，被掃描對(duì)象可以沿軸260前后移動(dòng)，同時(shí)射線源可以繞軸260進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。射線源可以相對(duì)于對(duì)象產(chǎn)生螺旋軌跡。

圖3是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例所示的圖像處理系統(tǒng)120的計(jì)算機(jī)設(shè)備配置的架構(gòu)示意圖。計(jì)算機(jī)300能夠被用于實(shí)現(xiàn)實(shí)施本申請(qǐng)中披露的特定系統(tǒng)。本實(shí)施例中的特定系統(tǒng)利用功能框圖解釋了一個(gè)包含用戶界面的硬件平臺(tái)。計(jì)算機(jī)300可以實(shí)施當(dāng)前圖像處理系統(tǒng)120的一個(gè)或多個(gè)組件、模塊、單元、子單元。另外，圖像處理系統(tǒng)120能夠被計(jì)算機(jī)300通過(guò)其硬件設(shè)備、軟件程序、固件以及它們的組合所實(shí)現(xiàn)。這種計(jì)算機(jī)可以是一個(gè)通用目的的計(jì)算機(jī)，或一個(gè)有特定目的的計(jì)算機(jī)。兩種計(jì)算機(jī)都可以被用于實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例中的特定系統(tǒng)。為了方便起見(jiàn)，圖3中只繪制了一臺(tái)計(jì)算機(jī)，但是本實(shí)施例所描述的提供圖像處理所需信息的相關(guān)計(jì)算機(jī)功能是可以以分布的方式、由一組相似的平臺(tái)所實(shí)施的，分散系統(tǒng)的處理負(fù)荷。

如圖3所示，計(jì)算機(jī)300可包括內(nèi)部通信總線310，處理器(processor)320，只讀存儲(chǔ)器(rom)330，隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(ram)340，通信端口350，輸入/輸出組件360，硬盤370，和用戶界面380。內(nèi)部通信總線310可實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)300組件間的數(shù)據(jù)通信。處理器320可以執(zhí)行程序指令完成在此申請(qǐng)中所描述的圖像處理系統(tǒng)120的任何功能、組件、模塊、單元、子單元。處理器320可以由一個(gè)或多個(gè)處理器組成。通信端口350可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)300與系統(tǒng)100其他部件(比如成像系統(tǒng)110)之間數(shù)據(jù)通信(比如通過(guò)網(wǎng)絡(luò)130)。計(jì)算機(jī)300還可以包括不同形式的程序儲(chǔ)存單元以及數(shù)據(jù)儲(chǔ)存單元，例如硬盤370，只讀存儲(chǔ)器(rom)330，隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(ram)340，存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)處理和/或通信使用的各種數(shù)據(jù)文件，以及處理器320所執(zhí)行的可能的程序指令。輸入/輸出組件360支持計(jì)算機(jī)300與系統(tǒng)100其他組件(如成像系統(tǒng)110)之間的輸入/輸出數(shù)據(jù)流。計(jì)算機(jī)300也可以通過(guò)通信端口350從網(wǎng)絡(luò)130發(fā)送和接受信息及數(shù)據(jù)。

本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解，本申請(qǐng)所披露的內(nèi)容可以出現(xiàn)多種變型和改進(jìn)。例如，以上所描述的不同系統(tǒng)組件都是通過(guò)硬件設(shè)備所實(shí)現(xiàn)的，但是也可能只通過(guò)軟件的解決方案得以實(shí)現(xiàn)。例如：在現(xiàn)有的服務(wù)器上安裝系統(tǒng)。此外，這里所披露的位置信息的提供可能是通過(guò)一個(gè)固件、固件/軟件的組合、固件/硬件的組合或硬件/固件/軟件的組合得以實(shí)現(xiàn)。

圖4示例圖像處理系統(tǒng)的重建流程。參考圖4所示，一個(gè)基于p-fdk算法的重建流程包括角度重排41(azimuthalrebin)、徑向重排(radialrebin)42、卷積(convolution)43、行濾波(rowfilter)44、反投影(backprojection)45等。按照p-fdk算法，讀取的原始投影數(shù)據(jù)，先執(zhí)行重排41、42，再執(zhí)行濾波反投影算法44、45。可以理解，重建流程可以包含更多或更少的步驟?；蛘撸部梢曰谄渌乃惴▉?lái)進(jìn)行重建。反投影是整個(gè)重建流程的重要步驟。在反投影過(guò)程中，需要精確地定位物體上的體素(voxel)中心在探測(cè)器上的投影值。但是由于探測(cè)器像素的離散化，投影位置一般不在探測(cè)器的中心，因此需要通過(guò)插值算法估計(jì)出該位置處的投影值。

圖5是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的圖像處理系統(tǒng)的前向投影模型。結(jié)合參考圖2和圖5所示，射線源230發(fā)射錐束51，其投影到探測(cè)器240的角度為γ的弧形范圍中，這一方向是探測(cè)器240的通道方向。探測(cè)器240的z軸所在方向?yàn)樾蟹较?，其?biāo)記行的序號(hào)，例如第n行，第n+1行。通常的插值方法是利用坐標(biāo)變換法則計(jì)算出探測(cè)器240上點(diǎn)的坐標(biāo)位置，利用探測(cè)器240行方向和通道方向上相鄰的四個(gè)點(diǎn)(如圖中灰色陰影區(qū)域)進(jìn)行雙線性插值。這種方法具有簡(jiǎn)單和穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。在簡(jiǎn)單性方面，插值系數(shù)與采樣到插值點(diǎn)的距離成反比，只要得到系數(shù)，只需要兩次乘法和一次加法就能得到插值結(jié)果；在穩(wěn)定性方面，插值結(jié)果總是位于連接用于插值的兩個(gè)采樣值的直線上，使得插值結(jié)果不會(huì)偏離臨近的采樣數(shù)據(jù)。盡管線性插值有很多優(yōu)點(diǎn)，但是其也存在不能保留高頻信息的不足，對(duì)于某些ct應(yīng)用，期望獲得z軸方向的更高分辨率。

回到圖2所示，本發(fā)明的實(shí)施例的成像系統(tǒng)兼容軸向掃描(也稱步進(jìn)-采樣模式)和螺旋掃描這兩種掃描模式。在軸向掃描模式下，機(jī)架210圍繞病人旋轉(zhuǎn)采集一套完整的數(shù)據(jù)時(shí)，病人保持靜止，數(shù)據(jù)采集完成后，病人被平移到下一個(gè)位置準(zhǔn)備下一次掃描；而螺旋掃描模式的情況則不相同，病人在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中以恒定的速度平移。通常掃描時(shí)，射線源230連續(xù)旋轉(zhuǎn)，可以采集360度范圍內(nèi)的完整數(shù)據(jù)，實(shí)際上重建只需要180度范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)即可。為了充分利用另一個(gè)180度范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，發(fā)展了共軛反投影算法。圖6是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的圖像處理系統(tǒng)的共軛采樣示意圖。如圖6所示，當(dāng)滿足條件(其中，γ為探測(cè)器的扇角，β為投影視角)時(shí)，稱(γ,β)和(γ′,β′)是一對(duì)共軛射線(也稱為正反投影射線)，它們表示經(jīng)過(guò)掃描對(duì)象內(nèi)部相同路徑且傳播方向相反的兩條射線。共軛反投影某種程度上造成了數(shù)據(jù)的冗余，但也為更精確地重建圖像提供了可能。

圖7是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的圖像處理系統(tǒng)的錐束共軛射線對(duì)示意圖。參考圖7所示，在錐束ct中，束線不再平行于x-y平面，滿足經(jīng)過(guò)掃描對(duì)象內(nèi)部相同路徑且傳播方向相反這一條件的兩條射線一般不會(huì)經(jīng)過(guò)相同的路徑，而只是相交于一點(diǎn)，此時(shí)也稱它們?yōu)楣曹椛渚€對(duì)。一旦掃描對(duì)象內(nèi)的體素選定了，其共軛射線對(duì)是唯一確定的。

圖8是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的平行束重排示意圖。參考圖8所示，重排過(guò)程可以用以下公式描述：

其中，p(t,θ,z)是原始投影數(shù)據(jù)，q(t,θ,z)是重排后的投影采樣值，t是等中心點(diǎn)到平行束的距離，d是射線源到等中心點(diǎn)的距離，θ是平行束的投影角。

重排之后，經(jīng)過(guò)掃描對(duì)象內(nèi)同一個(gè)體素的兩條共軛射線形成的投影值可以分別表示為q(t,θ,z)和q(t′,θ′,z′)，這兩個(gè)投影值分別可以通過(guò)插值的方法獲得。

圖9是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的重建方法流程圖。參考圖9所示，總結(jié)來(lái)說(shuō)，本實(shí)施例的一種醫(yī)學(xué)掃描圖像的圖像重建方法，包括以下步驟：

在步驟91，接收來(lái)自醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的掃描數(shù)據(jù)；

在步驟92，確定各體素的一對(duì)共軛射線的投影值；以及

在步驟93，對(duì)該對(duì)共軛射線的投影值在該醫(yī)學(xué)掃描圖像的探測(cè)器的行方向進(jìn)行多階插值。

在本實(shí)施例中，由于在探測(cè)器行方向(即圖5中的z方向)采用高階的插值算法，可以獲得更高的z方向分辨率。本實(shí)施例的圖像重建方法中有關(guān)反投影的其他細(xì)節(jié)，以及有關(guān)重排的細(xì)節(jié)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在參考前文的描述后輕易實(shí)施，在此不再展開(kāi)。

在一實(shí)施例中，在探測(cè)器行方向的多階插值的階數(shù)大于等于3?？梢噪A數(shù)的插值可以更顯著地提升縱向分辨率，這將在后文描述。

圖10是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的重建方法流程圖。參考圖10所示，本實(shí)施例的步驟101-103與圖9所示實(shí)施例的對(duì)應(yīng)步驟相同，步驟104中，對(duì)該對(duì)共軛射線的投影值在探測(cè)器的通道方向使用線性插值。因?yàn)樘綔y(cè)器的通道方向與z方向垂直，其插值方式對(duì)z方向分辨率的提高幾乎沒(méi)有幫助，因此可以仍采用線性插值。然而可以理解，本發(fā)明并不特別限定這一方向的插值方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以的認(rèn)為合適的情況下，使用其他插值方式。

本實(shí)施例通過(guò)在探測(cè)器行方向使用多階插值算法，在探測(cè)器通道方向使用線性插值，既維持了切片的噪聲特性，又大大提高了縱向分辨率。

下文對(duì)步驟92-93，102-103的細(xì)節(jié)進(jìn)一步描述如下：

假設(shè)某個(gè)體素在探測(cè)器上的投影點(diǎn)的吸收強(qiáng)度值為：q(t,θ,z)，其探測(cè)器行方向的兩個(gè)相鄰像素的吸收強(qiáng)度值為：q(t,θ,zn)和q(t,θ,zn+1)，相應(yīng)地，共軛投影點(diǎn)的吸收強(qiáng)度值為q(t′,θ′,z′)，其探測(cè)器行方向的兩個(gè)相鄰像素的吸收強(qiáng)度值為：q(t′,θ′,z′n)和q(t′,θ′,z′n+1)。在此，t,t′是等中心點(diǎn)到平行束的距離，θ,θ′是平行束的投影角，z是投影點(diǎn)在探測(cè)器行方向的坐標(biāo)，z’是共軛投影點(diǎn)在探測(cè)器行方向的坐標(biāo)，zn,zn+1是投影點(diǎn)的兩個(gè)相鄰點(diǎn)在探測(cè)器行方向的坐標(biāo)，,z′n,z′n+1是共軛投影點(diǎn)的兩個(gè)相鄰點(diǎn)在探測(cè)器行方向的坐標(biāo)，n是探測(cè)器行方向的像素點(diǎn)的序號(hào)。

在探測(cè)器行方向進(jìn)行多階插值的方法為：

其中g(shù)為多階插值得到的投影點(diǎn)的投影值，x,y,z是投影點(diǎn)坐標(biāo)，m是探測(cè)器投影方向的像素點(diǎn)的序號(hào)，函數(shù)k為大于等于3的正整數(shù)，ξ,ξ′為插值點(diǎn)在探測(cè)器行方向的坐標(biāo)z到不大于自身的最大整數(shù)zn的距離，例如ξ＝z-zn。

下文對(duì)步驟1004的細(xì)節(jié)進(jìn)一步描述如下：

在探測(cè)器通道方向進(jìn)行線性插值的方法為：

f(x,y,z)＝(1-η)·gm(x,y,z)+η·gm+1(x,y,z)；

其中f為線性插值得到的投影點(diǎn)的投影值，η為插值點(diǎn)在探測(cè)器通道方向的坐標(biāo)t到不大于自身的最大整數(shù)tm的距離(η＝t-tm)。

如前所述，醫(yī)學(xué)影像設(shè)備可為螺旋ct設(shè)備。另外，醫(yī)學(xué)影像設(shè)備也可以是光學(xué)相位襯度ct設(shè)備。在后一種情況下，本發(fā)明的重建方法還可包括對(duì)散射信息在該探測(cè)器的行方向進(jìn)行多階插值。

對(duì)本發(fā)明上述實(shí)施例提出的插值算法，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。圖11是不同算法對(duì)縱向分辨率的影響對(duì)比圖。參考圖11所示，可以發(fā)現(xiàn)本發(fā)明提出的算法，如三階、四階和十階插值算法明顯改善了縱向分辨率，為某些特定的臨床需求提供了一系列可能的解決方案。

本發(fā)明一實(shí)施例的醫(yī)學(xué)掃描圖像的圖像重建裝置可以如圖3所示的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或者其變化例中實(shí)施。例如圖像重建裝置可包括諸如ram340這樣的存儲(chǔ)器、處理器320這樣的處理器和儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器上的計(jì)算機(jī)指令，處理器執(zhí)行該計(jì)算機(jī)指令時(shí)實(shí)施本發(fā)明所描述的方法。計(jì)算機(jī)指令可以持久在存儲(chǔ)在rom330或硬盤370這樣的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)中，或者臨時(shí)地通過(guò)通信端口350從網(wǎng)絡(luò)獲取后實(shí)施。處理器320可以是通用處理器(cpu)，也可以是圖形處理器(gpu)。

本發(fā)明的一實(shí)施例的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)指令，其中當(dāng)計(jì)算機(jī)指令被處理器執(zhí)行時(shí)，執(zhí)行本發(fā)明所描述的方法。計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)可以是如圖3的ram340、rom330、硬盤370，也可以是光盤、軟盤等各種已知的介質(zhì)。位于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)上的程序編碼可以通過(guò)任何合適的介質(zhì)進(jìn)行傳播，包括無(wú)線電、電纜、光纖電纜、rf、或類似介質(zhì)、或任何上述介質(zhì)的組合。

本發(fā)明的圖像重建裝置可以包含在醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)，例如圖1所示的成像系統(tǒng)110中，作為其一部分，也可以是獨(dú)立于醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)的裝置。

上文已對(duì)基本概念做了描述，顯然，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，上述發(fā)明披露僅僅作為示例，而并不構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng)的限定。雖然此處并沒(méi)有明確說(shuō)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員可能會(huì)對(duì)本申請(qǐng)進(jìn)行各種修改、改進(jìn)和修正。該類修改、改進(jìn)和修正在本申請(qǐng)中被建議，所以該類修改、改進(jìn)、修正仍屬于本申請(qǐng)示范實(shí)施例的精神和范圍。

同時(shí)，本申請(qǐng)使用了特定詞語(yǔ)來(lái)描述本申請(qǐng)的實(shí)施例。如“一個(gè)實(shí)施例”、“一實(shí)施例”、和/或“一些實(shí)施例”意指與本申請(qǐng)至少一個(gè)實(shí)施例相關(guān)的某一特征、結(jié)構(gòu)或特點(diǎn)。因此，應(yīng)強(qiáng)調(diào)并注意的是，本說(shuō)明書中在不同位置兩次或多次提及的“一實(shí)施例”或“一個(gè)實(shí)施例”或“一替代性實(shí)施例”并不一定是指同一實(shí)施例。此外，本申請(qǐng)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中的某些特征、結(jié)構(gòu)或特點(diǎn)可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M合。

此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，本申請(qǐng)的各方面可以通過(guò)若干具有可專利性的種類或情況進(jìn)行說(shuō)明和描述，包括任何新的和有用的工序、機(jī)器、產(chǎn)品或物質(zhì)的組合，或?qū)λ麄兊娜魏涡碌暮陀杏玫母倪M(jìn)。相應(yīng)地，本申請(qǐng)的各個(gè)方面可以完全由硬件執(zhí)行、可以完全由軟件(包括固件、常駐軟件、微碼等)執(zhí)行、也可以由硬件和軟件組合執(zhí)行。以上硬件或軟件均可被稱為“數(shù)據(jù)塊”、“模塊”、“引擎”、“單元”、“組件”或“系統(tǒng)”。此外，本申請(qǐng)的各方面可能表現(xiàn)為位于一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中的計(jì)算機(jī)產(chǎn)品，該產(chǎn)品包括計(jì)算機(jī)可讀程序編碼。

同理，應(yīng)當(dāng)注意的是，為了簡(jiǎn)化本申請(qǐng)披露的表述，從而幫助對(duì)一個(gè)或多個(gè)發(fā)明實(shí)施例的理解，前文對(duì)本申請(qǐng)實(shí)施例的描述中，有時(shí)會(huì)將多種特征歸并至一個(gè)實(shí)施例、附圖或?qū)ζ涞拿枋鲋?。但是，這種披露方法并不意味著本申請(qǐng)對(duì)象所需要的特征比權(quán)利要求中提及的特征多。實(shí)際上，實(shí)施例的特征要少于上述披露的單個(gè)實(shí)施例的全部特征。

一些實(shí)施例中使用了描述成分、屬性數(shù)量的數(shù)字，應(yīng)當(dāng)理解的是，此類用于實(shí)施例描述的數(shù)字，在一些示例中使用了修飾詞“大約”、“近似”或“大體上”來(lái)修飾。除非另外說(shuō)明，“大約”、“近似”或“大體上”表明所述數(shù)字允許有±20％的變化。相應(yīng)地，在一些實(shí)施例中，說(shuō)明書和權(quán)利要求中使用的數(shù)值參數(shù)均為近似值，該近似值根據(jù)個(gè)別實(shí)施例所需特點(diǎn)可以發(fā)生改變。在一些實(shí)施例中，數(shù)值參數(shù)應(yīng)考慮規(guī)定的有效數(shù)位并采用一般位數(shù)保留的方法。盡管本申請(qǐng)一些實(shí)施例中用于確認(rèn)其范圍廣度的數(shù)值域和參數(shù)為近似值，在具體實(shí)施例中，此類數(shù)值的設(shè)定在可行范圍內(nèi)盡可能精確。

雖然本發(fā)明已參照當(dāng)前的具體實(shí)施例來(lái)描述，但是本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，以上的實(shí)施例僅是用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，在沒(méi)有脫離本發(fā)明精神的情況下還可作出各種等效的變化或替換，因此，只要在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)對(duì)上述實(shí)施例的變化、變型都將落在本申請(qǐng)的權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。