一种CT螺旋扫描图像重建方法及装置与流程

【技术领域】

本发明涉及计算机断层成像(ct，computedtomography)技术领域，尤其涉及一种ct螺旋扫描图像重建方法及装置。

背景技术：

计算机断层成像(computedtomography，简称ct)是用x射线对人体的特定部位按一定厚度的层面进行扫描，由于不同的人体组织对x射线的吸收能力不同，可以用计算机重建出断层面的影像。

目前，二维螺旋重建方法是一种常见的ct螺旋扫描图像重建方法，其原理是基于ct螺旋扫描获取的螺旋扫描数据首先通过插值得到想要建像平面的断层数据，然后进行断层图像的重建，因此二维螺旋重建方法的关键在于该插值方法。

实际扫描中，ct螺旋扫描的螺距是可以调节的，不同的扫描协议会有不同的螺距值。在某些螺距情况下，x射线沿z轴方向的分布并不均匀，目前的插值方法并没有考虑到这种不均匀性，会在图像上面产生伪影。

因此，需要提出一种新的ct螺旋扫描图像重建方法，可以减少在ct螺旋扫描图像重建过程中由于螺旋扫描数据在z轴方向分布不均匀而引起的图像伪影。

技术实现要素：

本发明解决的是现有的ct螺旋扫描图像重建过程中由于螺旋扫描数据分布不均匀而造成伪影的问题。

为解决上述问题，本发明提出了一种ct螺旋扫描图像重建方法，包括以下步骤：

进行螺旋扫描，获得螺旋扫描数据；

获得螺旋扫描数据加权因子，所述螺旋扫描数据加权因子包括第一加权因子，所述第一加权因子与所述螺旋扫描数据在z轴方向的密度相关，所述z轴方向为所述螺旋扫描的旋转轴的方向；

根据所述加权因子，将所述螺旋扫描数据插值为断层数据；

将所述断层数据重建为图像。

可选地，所述第一加权因子与所述螺旋扫描数据在z轴方向的密度成反比。

可选地，还包括确定所述重建的图像中心及厚度，根据所述图像中心及图像厚度获得参与重建的螺旋扫描数据范围。

可选地，所述螺旋扫描数据加权因子还包括第二加权因子，所述第二加权因子与所述螺旋扫描数据偏移开所述图像中心的距离相关。

可选地，所述螺旋扫描数据加权因子可通过将第一加权因子与第二加权因子相乘获得。

可选地，所述根据所述螺旋扫描数据加权因子，将所述螺旋扫描数据插值为断层数据，可通过以下公式实现：

其中，vali为第i条射线对应的螺旋扫描数据，wi为其对应的螺旋扫描数据加权因子，val为经过所述加权插值后获得的断层数据。

可选地，还包括对所述螺旋扫描数据进行预处理的步骤。

可选地，还包括将所述螺旋扫描数据重排为平行束数据的步骤。

本发明还提出了一种ct螺旋扫描图像重建装置，包括：

螺旋扫描数据获得单元，用于进行螺旋扫描，获得螺旋扫描数据；

螺旋扫描数据加权因子获得单元，用于获得螺旋扫描数据加权因子，所述螺旋扫描数据加权因子包括第一加权因子，所述第一加权因子与所述螺旋扫描数据在z轴方向的密度相关，所述z轴方向为所述螺旋扫描的旋转轴的方向；

插值单元，用于根据所述螺旋扫描数据加权因子，将所述螺旋扫描数据插值为断层数据；

图像重建单元，用于将所述断层数据重建为图像。

本发明对比现有技术有如下的有益效果：

本发明的螺旋扫描图像重建方法在加权插值过程中考虑了螺旋扫描数据在z轴方向分布的不均匀性，使用与所述螺旋扫描数据在z轴方向的密度相关的第一加权因子对所述螺旋扫描数据进行加权，可有效减少图像中由于螺旋扫描数据在z轴方向分布不均匀而造成的伪影。

【附图说明】

图1是本发明的ct扫描设备的示意图；

图2是本发明一实施例的二维螺旋扫描重建方法的流程图；

图3是本发明的ct螺旋扫描示意图；

图4是本发明一实施例的ct螺旋扫描图像重建方法的流程图；

图5是螺旋扫描数据在中心面上的投影示意图；

图6是本发明一实施例的加权插值方法的示意图；

图7是本发明另一实施例的ct螺旋扫描图像重建方法的流程图；

图8是本发明一实施例的ct螺旋扫描图像重建装置的示意图；

图9是使用本发明的ct螺旋扫描图像重建方法前后获得的图像对比。

【具体实施方式】

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

图1是一种计算机断层扫描系统的结构示意图，如图1所示，计算机断层扫描系统100包括机架110，机架110具有围绕系统轴线旋转的可旋转部分130。可旋转部分130具有相对设置的x射线源131和x射线探测器132的x射线系统。还具有检查床120，在进行检查时，受检者在该检查床120上可以沿着z轴方向被推入到扫描腔体133中。x射线源131绕z轴旋转，探测器132相对于x射线源131一起运动，以采集投影数据，这些数据在之后被用于重建为图像。还可以进行螺旋扫描，在螺旋扫描期间，通过受检者沿着z轴的连续运动和x射线源131的同时旋转，x射线源131相对于受检者产生螺旋轨迹,进而获得螺旋扫描数据。高压发生单元134与射线源131相连，以提供电源。生理信号监控单元141用于监控扫描受检者的生理信号，例如：心电信号或呼吸信号。处理单元142连接探测器132以获得受检者的投影数据，供后续处理，例如：图像重建及处理。控制单元140连接高压发生单元134以控制射线源131的扫描过程。控制台及显示器143用以呈现界面、数据和影像给使用者。控制单元140还连接处理单元142和控制台及显示器143以控制该部件的运作。

本发明是在二维螺旋图像重建方法上做的改进，图2是一种二维螺旋重建方法的流程图，如图2所示，本发明的二维螺旋重建方法包括以下步骤：

执行步骤s1，进行螺旋扫描，获得螺旋扫描数据。

具体请参考图1和图3，在进行螺旋扫描时，检查床120沿z轴方向前进，同时机架110的可旋转部分130绕z轴旋转，位于所述可旋转部分130上的x射线源131发出x射线，形成螺旋形的扫描轨迹。所述x射线探测器132接收穿过受检者的x射线信号，进而获得螺旋扫描数据。其中，x射线探测器132 具有层(slice)方向和通道(channel)方向，相应地，获得的螺旋扫描数据也具有层(slice)方向和通道(channel)方向。

执行步骤s2，对所述螺旋扫描数据进行预处理。

可选地，所述对螺旋扫描数据预处理的方法可以是对螺旋扫描数据采集过程中因x射线源、探测器、机械、特殊的数据采集或病人等原因引起的不完善进行的校准或补偿，例如，空气校准，中心校准，探测器增益校准，扫描数据降噪处理，或以上方法的任意组合。

执行步骤s3，对所述预处理后的螺旋扫描数据进行加权插值，获得断层数据。

执行步骤s4，将扇形的所述断层数据重排为平行束数据。

由于螺旋扫描获得的数据通常为扇形束数据，因此在本发明的一些实施例中，先要将所述数据重排为平行束数据，再进行图像重建。

执行步骤s5，将所述重排后的数据重建为图像。

所述重建的方法可以是滤波反投影方法或迭代重建方法等。

本领域技术人员应当可以理解，在本发明的其他一些实施例中，也可以直接执行步骤s3，对螺旋扫描数据,进行加权插值，而省略步骤s2的预处理过程，也可以省略步骤s4，本发明对此不作限制。

实施例一

如图4所示，本发明一实施例的螺旋扫描图像重建方法包括以下步骤：

执行步骤s401，进行螺旋扫描，获得螺旋扫描数据。

所述螺旋扫描可以由如图1所示的计算机断层成像系统100执行，所述螺旋扫描数据可由x射线探测器132采集。

可选地，还可以对获得的螺旋扫描数据进行预处理。

执行步骤s402，确定重建的图像中心及厚度，根据所述图像中心及图像厚度确定参与重建的螺旋扫描数据范围。

图5是螺旋扫描数据在中心面上的投影示意图，如图5所示，螺旋扫描数据可以认为是x射线在中心面上的投影，每一视角(view)的x射线束在中心面上形成一系列沿z轴方向排列的射线投影，即一系列沿z轴方向排列的螺旋扫描数据。通过图5可以看出，螺旋扫描数据在z轴方向的分布是非常不均匀的。

在进行螺旋扫描图像重建时，需要将螺旋扫描数据插值为断层数据，再将断层数据重建为断层图像。因此，首先需要确定重建的图像中心及厚度，并根据所述图像中心及图像厚度获得参与重建的螺旋扫描数据范围。图6示出了本发明一实施例的重建的图像的中心，及参与该图像重建的螺旋扫描数据范围。

执行步骤s403，计算第一加权因子，所述第一加权因子与所述螺旋扫描中螺旋扫描数据在z轴方向的密度相关。

优选地，所述第一加权因子与所述螺旋扫描数据在z轴方向的密度成反比。所述密度可以通过计算某一局部范围内的z轴方向上的射线数目得到。

具体请参考图6，x射线穿过被检者投射到探测器上，产生一系列的投影螺旋扫描数据，例如：ni和nj，分别计算其周围某一局部范围内的z轴方向上的射线数目。例如对于螺旋扫描数据nj，其周围的虚线范围内一共有3条射线对应的螺旋扫描数据，那么其对应的第一加权因子可以设定为1/3；对于螺旋扫描数据ni，其周围的虚线范围内一共有1条射线对应的螺旋扫描数据，那么其对应的第一加权因子可以设定为1。

执行步骤s404，使用螺旋扫描数据加权因子对所述螺旋扫描数据进行加权插值，获得断层数据，所述螺旋扫描数据加权因子包括第一加权因子。

具体地，所述加权插值过程如下：

公式(1)中，vali为第i条射线对应的螺旋扫描数据，wi为其对应的螺旋扫描数据加权因子，val为经过所述加权插值后获得的断层数据。

执行步骤s405，将所述断层数据重建为图像。

所述重建的方法可以是滤波反投影方法或迭代重建方法等。

在本发明的一些实施例中，也可以将所述断层数据重排为平行束数据，再进行图像重建。

实施例二

图7是本实施例的ct螺旋扫描图像重建方法的流程图，如图7所示，本实施例的ct螺旋扫描图像重建方法的步骤s701、s702、s703分别与实施例一的步骤s401、s402、s403相同；本实施例的步骤s706、s707分别与实施例一的步骤s404、s405相同，这里不再敷述。所不同的是，本实施例的螺旋扫描图像重建方法中的螺旋扫描数据加权因子还包括第二加权因子，因此并本实施例相比实施例一多了步骤s704和s705。

步骤s704，计算第二加权因子，所述第二加权因子与所述螺旋扫描数据偏移所述图像中心的距离相关。

优选地，对于位于所述图像中心附近的螺旋扫描数据使用较大的第二加权因子，对于位于数据范围边缘的螺旋扫描数据使用较小的第二加权因子。

具体请参考图6，使用步骤s301中确定的范围内的螺旋扫描数据重建某个断层的图像。图6中示出了本实施例中使用的第二加权因子曲线w2，本实施例中使用的第二加权因子曲线w2为梯形。

步骤s705，计算螺旋扫描数据加权因子，所螺旋扫描数据述加权因子包 括第一加权因子和第二加权因子。

所述螺旋扫描数据加权因子w可以通过将第一加权因子与第二加权因子相乘获得，具体可通过以下公式获得：

w＝w1×w2(2)

公式(2)中，w1为所述第一加权因子，w2为所述第二加权因子。

本领域技术人员应当可以理解，本发明的其他一些实施例中，所述螺旋扫描数据加权因子也可以包括与其他因素相关的一些加权因子；在本发明的其他一些实施例中，也可以先进行步骤s704，再进行步骤s703，本发明对此不做限制。

本发明还提供了一种ct螺旋扫描图像重建装置，图8是本发明一实施例的ct螺旋扫描图像重建装置的示意图，如图8所示，所述ct螺旋扫描图像重建装置800包括：

螺旋扫描数据获得单元801，用于进行螺旋扫描，获得螺旋扫描数据。

螺旋扫描数据加权因子获得单元802，用于获得螺旋扫描数据加权因子，所述螺旋扫描数据加权因子包括第一加权因子，所述第一加权因子与所述螺旋扫描数据在z轴方向的密度相关，所述z轴方向为所述螺旋扫描的旋转轴的方向。

优选地，所述第一加权因子与所述螺旋扫描数据在z轴方向的密度成反比。

可选地，所述螺旋扫描数据加权因子获得单元802还可以用于确定重建的图像中心及厚度，根据所述图像中心及图像厚度获得参与重建的螺旋扫描数据范围。

可选地，所述螺旋扫描数据加权因子还可以包括第二加权因子，所述第二加权因子与所述螺旋扫描数据偏移所述图像中心的距离相关。

插值单元803，用于根据所述螺旋扫描数据加权因子，将所述螺旋扫描数据插值为断层数据。

图像重建单元804，用于将所述断层数据重建为图像。

可选地，本发明的ct螺旋扫描图像重建装置800还可以包括：预处理单元805，用于对所述螺旋扫描数据进行预处理；以及重排单元806，用于将所述螺旋扫描数据重排为平行束数据。

所述螺旋扫描获得单元801、预处理单元805、加权因子获得单元802、加权插值单元803、重排单元806以及图像重建单元804相连。

图9是使用本发明的ct螺旋扫描图像重建方法前后获得的图像对比。其中，图9左边是未使用本发明的ct螺旋扫描图像重建方法获得的图像，图9右边是使用本发明的ct螺旋扫描图像重建方法获得的图像，如图9所示，使用本发明的方法获得图像伪影明显少于未使用本发明的方法重建获得的图像。

以上，仅以示例方式阐释了可使用本发明所提供的ct螺旋扫描图像重建方法的装置及ct扫描设备，本领域技术人员应当理解，如使用x射线的c型臂系统等设备，或组合式医学成像系统(例如：组合式正电子发射断层成像-计算机断层成像，positronemissiontomography-computedtomography,pet-ct)等，均可适用本发明所述的ct螺旋扫描图像重建方法和装置，本发明对ct扫描设备的类型与结构并不做具体限定。

本发明中，各实施例采用递进式写法，重点描述与前述实施例的不同之处，各实施例中的相同方法或结构参照前述实施例的相同部分。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发 明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。