CT均值图像生成方法、装置、系统和计算机设备与流程

ct均值图像生成方法、装置、系统和计算机设备
技术领域
1.本技术涉及医学图像处理领域，特别是涉及一种ct均值图像生成方法、装置、系统和计算机设备。


背景技术：

2.均值ct(computed tomography，计算机断层扫描)是电影ct的一种重建方式，主要应用于pet(positron emission tomography，正电子发射型计算机断层显像)/ct中生成衰减图做衰减校正。均值ct的主要扫描方式是在心脏或者肺部容易出现运动伪影的地方，不间断的进行多圈底剂量的扫描，然后生成ct均值图像，用于pet/ct图像进行衰减校正。均值ct图像的作用是通过多圈长时间不间断的扫描的生成图像，以减少普通ct重建的图像对应数据的扫描时间过短，不能体现病人呼吸运动或心脏跳动的运动信息，导致pet/ct的衰减过程中出现错配的问题。
3.现有技术中ct均值图像的重建方法是：分别对每一圈扫描生数据进行重建，生成对应圈的图像，然后将所有圈的图像进行平均，以生成最终的ct均值图像。该重建方法的整个计算过程较为繁琐，需要多次重建生成图像，而且如果扫描生数据不是整圈数据，则该部分数据会舍弃，而会导致用户过多吃剂量。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种ct均值图像生成方法、装置、系统和计算机设备。
5.第一方面，本发明实施例提出一种ct均值图像生成方法，所述方法包括：
6.基于多圈扫描所获得的扫描生数据，确定在多圈扫描过程中各个扫描角度的数目；
7.基于所述各个扫描角度的数目，确定所述各个扫描角度对应的各扫描生数据在重建过程中的权重；
8.基于所述各扫描生数据的权重以及所述扫描生数据，利用图像重建算法重建生成ct均值图像。
9.在一实施例中，所述基于所述各扫描生数据的权重以及所述扫描生数据，利用图像重建算法重建生成ct均值图像包括：
10.基于所述各扫描生数据的权重以及所述扫描生数据，确定各扫描角度所对应的均值生数据；
11.利用第一图像重建算法对所述均值生数据进行重建，生成ct均值图像。
12.在一实施例中，所述基于所述各扫描生数据的权重以及所述扫描生数据，利用图像重建算法重建生成ct均值图像包括：
13.基于所述各扫描生数据的权重，利用第二图像重建算法对所述扫描生数据重建生成ct均值图像。
14.在一实施例中，所述利用第一图像重建算法对所述均值生数据进行重建，生成ct均值图像包括：
15.基于各扫描角度所对应的各像素点的点位位置、各像素点的权重以及所述均值生数据，利用第一图像重建算法重建生成ct均值图像。
16.在一实施例中，所述基于各扫描角度所对应的各像素点的点位位置、各像素点的权重以及所述均值生数据，利用第一图像重建算法重建生成ct均值图像包括：
17.基于所述点位位置，确定所述均值生数据中对应位置的第一数值；
18.将所述第一数值与对应像素点的权重的乘积累加到对应像素点上，重建生成ct均值图像。
19.在一实施例中，所述基于所述各扫描生数据的权重，利用第二图像重建算法对所述扫描生数据重建生成ct均值图像包括：
20.基于各扫描角度所对应的各像素点的点位位置、各像素点的权重、所述各扫描生数据的权重以及所述扫描生数据，利用第二图像重建算法重建生成ct均值图像。
21.在一实施例中，所述基于各扫描角度所对应的各像素点的点位位置、各像素点的权重、所述各扫描生数据的权重以及所述扫描生数据，利用第二图像重建算法重建生成ct均值图像包括：
22.基于所述点位位置，确定所述扫描生数据中对应位置的第二数值；
23.将所述第二数值、对应像素点的权重、对应扫描生数据的乘积累加到对应像素点上，重建生成ct均值图像。
24.第二方面，本发明实施例提出一种ct均值图像生成装置，所述装置包括：
25.第一确定模块，用于基于多圈扫描所获得的扫描生数据，确定在多圈扫描过程中各个扫描角度的数目；
26.第二确定模块，用于基于所述各个扫描角度的数目，确定所述各个扫描角度对应的各扫描生数据在重建过程中的权重；
27.图像重建模块，用于基于所述各扫描生数据的权重以及所述扫描生数据，利用图像重建算法重建生成ct均值图像。
28.第三方面，本发明实施例提出一种图像扫描系统，所述系统包括用于多圈扫描获得扫描生数据的扫描设备，以及与所述扫描设备连接的如第二方面所述的ct均值图像生成装置。
29.第四方面，本发明实施例提出一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行第一方面所述的步骤。
30.相比于现有技术，上述方法、装置、系统和计算机设备，基于多圈扫描所获得的扫描生数据，确定在多圈扫描过程中各个扫描角度的数目，基于所述各个扫描角度的数目，确定所述各个扫描角度对应的各扫描生数据在重建过程中的权重，基于所述各扫描生数据的权重以及所述扫描生数据，利用图像重建算法重建生成ct均值图像。本发明不需要多次重建生成图像，简化了重建过程，且重建过程中利用了所有扫描生数据。
附图说明
31.图1为一实施例中图像扫描系统的结构示意图；
32.图2为一实施例中ct均值图像生成方法的流程示意图；
33.图3为一实施例中ct均值图像生成方法的具体流程示意图；
34.图4为一实施例中第一图像重建方法的流程示意图；
35.图5为一实施例中第一图像重建方法的重建原理图；
36.图6为一实施例中不同视角的重建示意图；
37.图7为另一实施例中ct均值图像生成方法的具体流程示意图；
38.图8为一实施例中ct均值图像生成装置的模块连接示意图；
39.图9为一实施例中计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
40.为了更清楚地说明本发明的实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本发明应用于其他类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。
41.如本发明和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。
42.虽然本发明对根据本发明的实施例的系统中的某些模块做出了各种引用，然而，任何数量的不同模块可以被使用并运行在计算设备和/或处理器上。模块仅是说明性的，并且系统和方法的不同方面可以使用不同模块。
43.应当理解的是，当单元或模块被描述为“连接”、“耦接”其它单元、模块或块时，其可以指直接连接或耦接，或者与其它单元、模块或块通信，或者可以存在中间的单元、模块或块，除非上下文明确指明其它方式。本文所使用的术语“和/或”可包括一个或多个相关列出项目的任意与所有组合。
44.如图1所示，图像扫描系统100可以包括扫描设备110、ct均值图像生成装置120、存储设备140和显示设备150。所述图像扫描系统100中各设备可以通过网络130互相连接或通信。
45.扫描设备110可以对一个对象进行扫描。所述对象可以是物体、人体、器官、组织等。所述扫描设备可以是一个医学图像设备。在一些实施例中，所述扫描设备110可以是磁共振成像仪(magnetic resonance imaging,mri)、电子计算机断层扫描仪(computed tomography,ct)、正电子发射型计算机断层显像仪(positrone mission computed tomography,pet)、b超仪(b-scan ultrasonography)、热断层扫描仪(thermal texture maps,ttm)、医用电子内窥镜(medical electronic endoscope,mee)等。在一些实施例中，所述扫描设备110也可以是上述多种设备的结合，如pet-ct扫描仪，pet-mri扫描仪等。扫描设备110可以在扫描后产生与该对象对应的扫描生数据。进一步地，扫描设备110可以将获取的扫描生数据通过网络130发送至ct均值图像生成装置120、存储设备140或显示设备150。
46.ct均值图像生成装置120可以对扫描生数据进行处理。所述扫描生数据可以通过扫描设备110扫描获得，也可以从存储设备140中获得。在一些实施例中，扫描生数据可以是表示扫描对象的解剖和/或功能信息的二维或三维扫描生数据。所述处理可以包括对扫描生数据进行重建以生成图像。所述重建的方法可以包括但不限于滤波反投影(filtered back projection,fbp)、迭代重建、深度学习的重建、多平面重建(multiplanar reformatting,mpr)、容积再现(volume rendering,vr)、多平面容积再现(multiplanar volume reformation,mpvr)、曲面重建(curved planar reformatting,cpr)、最大密度投影(maximum intensity projection,mip)、表面遮盖法(shaded surface display,ssd)等中的一种或多种的组合。所述处理也可以包括对扫描生数据的ct均值图像重建。ct均值图像生成装置120可以将ct均值图像发送至存储设备140进行存储。
47.网络130可以是任何连接两个或多个设备的连接方式。例如，网络130可以是有线网络或者无线网络。在一些实施例中，网络130可以是单一网络，也可以是多种网络的组合。例如，所述网络130可以包括局域网、广域网、公用网络、专用网络、无线局域网、虚拟网络、公用电话网络等中的一种或几种的组合。图像校正系统100中的各模块可以通过连接网络130，实现信息的交互。
48.存储设备140可以存储数据和/或信息。例如，存储设备140可以存储扫描设备110生成的扫描生数据，也可以存储ct均值图像生成装置120所得到的图像，也可以存储显示设备150所接收的用户输入或指令。在一些实施例中，存储设备140可以是本地的存储，外接的存储，云存储等。
49.显示设备150可以用于将图像进行显示。所述显示设备150可以包括显示屏、触摸屏等。在一些实施例中，所述显示设备150可以包括一个交互界面，该交互界面可以接收用户或医生的输入。在一些实施例中，所述显示设备150可以包括一个输入设备，如触摸板、触摸屏、鼠标、键盘、麦克风等。显示设备150可以将用户的输入发送至ct均值图像生成装置120进行处理或者发送至存储设备140进行存储。
50.图2是本发明一实施例提供的一种ct均值图像生成的流程图。在一些实施例中，流程可以通过ct均值图像生成装置120实现。在一个实施例中，如图2所示，提出一种ct均值图像生成方法，包括以下步骤：
51.s201：基于多圈扫描所获得的扫描生数据，确定在多圈扫描过程中各个扫描角度的数目。
52.多圈扫描被扫描对象的某一部位以获得扫描生数据，例如多圈扫描人体的某一部位。需要说明的是，这里的多圈扫描并不限定每一圈扫描都是完整的一圈，例如可能存在扫描半圈的情况。
53.在步骤201中，扫描生数据可以通过扫描设备110获得，也可以从存储设备140中获取。
54.由于并非每一圈扫描都是完整的一圈，因此各个扫描角度的数目并非一定是扫描圈数。
55.在一实施例中，采用以下公式(1)确定各个扫描角度的数目：
56.57.其中，n表示多圈扫描的扫描生数据的总数目，viewperrev表示一圈的扫描生数据的数目；βj表示第j个扫描生数据对应的扫描角度。
58.s202：基于所述各个扫描角度的数目，确定所述各个扫描角度对应的各扫描生数据在重建过程中的权重。
59.在确定各个扫描角度的数目之后，就可以确定各扫描生数据在在重建过程中的权重。例如某一扫描角度的数目为20，则该扫描角度对应的各扫描生数据在重建过程中的权重为1/20。
60.在一实施例中，采用以下公式(2)各扫描生数据在重建过程中的权重：
[0061][0062]
s203：基于所述各扫描生数据的权重以及所述扫描生数据，利用图像重建算法重建生成ct均值图像。
[0063]
利用图像重建算法进行重建时，根据各扫描生数据的权重对扫描角度的多个扫描生数据进行融合，从而生成ct均值图像。
[0064]
基于步骤s201-s203，基于多圈扫描所获得的扫描生数据，确定在多圈扫描过程中各个扫描角度的数目，基于所述各个扫描角度的数目，确定所述各个扫描角度对应的各扫描生数据在重建过程中的权重，基于所述各扫描生数据的权重以及所述扫描生数据，利用图像重建算法重建生成ct均值图像。本发明不需要多次重建生成图像，简化了重建过程，且重建过程中利用了所有扫描生数据。
[0065]
在一实施例中，如图3所示，所述基于所述各扫描生数据的权重以及所述扫描生数据，利用图像重建算法重建生成ct均值图像包括以下步骤：
[0066]
s301：基于所述各扫描生数据的权重以及所述扫描生数据，确定各扫描角度所对应的均值生数据；
[0067]
根据扫描生数据可以得到各扫描角度对应的所有扫描生数据，将其乘以对应的权重就可以得到对应的均值生数据。
[0068]
s302：利用第一图像重建算法对所述均值生数据进行重建，生成ct均值图像。
[0069]
步骤s302中，具体基于各扫描角度所对应的各像素点的点位位置、各像素点的权重以及所述均值生数据，利用第一图像重建算法重建生成ct均值图像。
[0070]
如图4所示，步骤s302具体包括以下步骤：
[0071]
s401：确定各扫描角度所对应的各像素点的点位位置。
[0072]
其中，所述点位位置基于光源点到重建点的射线与探测器平面的交点距离光源旋转平面的距离以及光源点到重建点的射线与光源点到旋转中心的射线的夹角所确定。
[0073]
s402：基于所述点位位置，确定各像素点的权重以及对应均值生数据中对应位置的第一数值；
[0074]
s403：将所述第一数值与对应像素点的权重的乘积累加到对应像素点上，重建生成ct均值图像。
[0075]
具体重建过程包括以下步骤：
[0076]
a.从均值生数据中依次选取第j个均值生数据，其对应扫描角度为βj；
[0077]
b.选取扫描角度βj所对应的某一像素点，该像素点的位置为(xi,yi,zi)；
[0078]
c.根据重建公式(3)、(4)、(5)计算该像素点在该扫描生数据上q，γ，l的值；
[0079][0080][0081][0082]
其中，q(xi,yi,zi,βj)表示光源点到重建点的射线与探测器平面的交点距离光源旋转平面的距离；γ(xi,yi,βj)表示光源点到重建点的射线与光源点到旋转中心的射线的夹角；l(xi,yi,βj)表示光源点到重建点的长度；r表示光源点到旋转中心的长度；x，y，z为重建图像(ct均值图像)的坐标轴。
[0083]
重建原理图如图5所示，重建逻辑的不同视角的示意图如图6所示，利用光源点(source)发出射线将像素点投影到ct均值图像中。
[0084]
d.根据距离q和夹角γ确定该像素点的点位位置；
[0085]
e.根据长度r和长度l使用公式计算该点的权重w；根据点位位置确定对应均值生数据中对应位置的第一数值v1；
[0086]
f.利用重建公式(6)将第一数值v1与权重w的乘积加到对应像素点上；
[0087][0088]
其中，表示均值生数据。
[0089]
g.选取下一个像素点，若所有像素点都选取完，选取下一个均值生数据；若所有均值生数据都选取完，则重建完成，生成ct均值图像。
[0090]
重建公式(6)的推理过程如下：
[0091]
假设扫描生数据的数目正好是n*viewperrev个，n表示扫描圈数，viewperrev表示扫描一圈的扫描生数据的数目，则：
[0092][0093]
在该实施例中，基于所述各扫描生数据的权重以及所述扫描生数据，确定各扫描
角度所对应的均值生数据，可以理解为将多圈扫描所获得的扫描生数据，利用各扫描生数据的权重融合成一圈均值生数据，再利用第一图像重建算法对一圈均值生数据进行重建，该重建方法值需要一次重建，且利用了所有的扫描生数据。
[0094]
在一实施例中，均值生数据可以在扫描设备110处理生成，将均值生数据存储于存储设备140。ct均值图像生成装置120可以直接从扫描设备110获取均值生数据，也可以从存储设备140获取。
[0095]
具体可以在扫描设备110增加一个内存缓存，用于累加对应投影角度的扫描生数据的和，还增加一个计数器组，用于每个扫描角度的计数。在扫描完成后，对缓存中扫描生数据求均值生数据。
[0096]
在另一实施例中，基于所述各扫描生数据的权重，利用第二图像重建算法对所述扫描生数据重建生成ct均值图像。
[0097]
与上述实施例不同的是，在该实施例中，利用第二图像重建算法对扫描生数据重建生成ct均值图像，而不是均值生数据。
[0098]
具体基于各扫描角度所对应的各像素点的点位位置、各像素点的权重、所述各扫描生数据的权重以及所述扫描生数据，利用第二图像重建算法重建生成ct均值图像。
[0099]
如图7所示，所述基于所述各扫描生数据的权重，利用第二图像重建算法对所述扫描生数据重建生成ct均值图像包括以下步骤：
[0100]
s701：确定各扫描角度所对应的各像素点的点位位置。
[0101]
s702：基于所述点位位置，确定各像素点的权重以及对应扫描生数据中对应位置的第二数值；
[0102]
s703：将所述第二数值、对应像素点的权重、对应扫描生数据的乘积累加到对应像素点上，重建生成ct均值图像。
[0103]
需要说明的是，各像素点的权重、点位位置以及第二数值的确定方法与上述实施例中采用的方法相同，因此不再赘述。
[0104]
利用重建公式(8)将所述第二数值、对应像素点的权重、对应扫描生数据的乘积累加到对应像素点上，重建生成ct均值图像。
[0105][0106]
其中，p表示采集生数据。
[0107]
重建公式(8)的推理过程如下：
[0108]
假设扫描生数据不是整数圈，即扫描生数据的数目不是viewperrev的整数倍，则：
[0109]
[0110]
根据式(9)，得重建公式：
[0111][0112]
在该实施例中，基于各扫描角度所对应的各像素点的点位位置、各像素点的权重、所述各扫描生数据的权重以及所述扫描生数据，利用第二图像重建算法重建生成ct均值图像，与第一图像重建算法的区别在于不需要生成均值生数据，在第二图像重建算法中考虑各扫描生数据的权重对所有的采集生数据进行重建，该重建方法值需要一次重建，且利用了所有的扫描生数据。
[0113]
应该理解的是，虽然上述流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，上述流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
[0114]
在一些实施例中，如图8所示，本发明提供了一种ct均值图像生成装置，所述装置包括：
[0115]
第一确定模块810，用于基于多圈扫描所获得的扫描生数据，确定在多圈扫描过程中各个扫描角度的数目；
[0116]
第二确定模块820，用于基于所述各个扫描角度的数目，确定所述各个扫描角度对应的各扫描生数据在重建过程中的权重；
[0117]
图像重建模块830，用于基于所述各扫描生数据的权重以及所述扫描生数据，利用图像重建算法重建生成ct均值图像。
[0118]
在本实施例中，ct均值图像生成装置不需要多次重建生成图像，简化了重建过程，且重建过程中利用了所有扫描生数据。
[0119]
在一些实施例中，图像重建模块包括：
[0120]
第一确定子模块，用于基于所述各扫描生数据的权重以及所述扫描生数据，确定各扫描角度所对应的均值生数据；
[0121]
第一图像重建子模块，用于利用第一图像重建算法对所述均值生数据进行重建，生成ct均值图像。
[0122]
在一些实施例中，图像重建模块包括：
[0123]
第二图像重建子模块，用于基于所述各扫描生数据的权重，利用第二图像重建算法对所述扫描生数据重建生成ct均值图像。
[0124]
在一些实施例中，第一图像重建子模块基于各扫描角度所对应的各像素点的点位位置、各像素点的权重以及所述均值生数据，利用第一图像重建算法重建生成ct均值图像。
[0125]
在一些实施例中，第一图像重建子模块基于所述点位位置，确定所述均值生数据中对应位置的第一数值；将所述第一数值与对应像素点的权重的乘积累加到对应像素点上，重建生成ct均值图像。
[0126]
在一些实施例中，第二图像重建子模块基于各扫描角度所对应的各像素点的点位位置、各像素点的权重、所述各扫描生数据的权重以及所述扫描生数据，利用第二图像重建
算法重建生成ct均值图像。
[0127]
在一些实施例中，第二图像重建子模块基于所述点位位置，确定所述扫描生数据中对应位置的第二数值；将所述第二数值、对应像素点的权重、对应扫描生数据的乘积累加到对应像素点上，重建生成ct均值图像。
[0128]
关于ct均值图像生成装置的具体限定可以参见上文中对于ct均值图像生成方法的限定，在此不再赘述。上述装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
[0129]
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图9所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器和网络接口。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储动作检测数据。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现上述任一项ct均值图像生成方法实施例中的步骤。
[0130]
本领域技术人员可以理解，图9中示出的结构，仅仅是与本技术方案相关的部分结构的框图，并不构成对本技术方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
[0131]
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述任一项ct均值图像生成方法实施例中的步骤。
[0132]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(read-onlymemory，rom)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(staticrandomaccessmemory，sram)或动态随机存取存储器(dynamicrandomaccessmemory，dram)等。
[0133]
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0134]
以上实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。