CN102018524A - 一种伪影检测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种伪影检测方法，该方法包括：根据重构图像获取与N个投影角度一一对应的N组投影数据，每组投影数据包括与M个通道一一对应的M个投影数据，其中，N和M均为大于1的正整数；计算每一投影角度所对应的组中的每个投影数据分别与前一投影角度或后一投影角度所对应的组中对应相同通道的投影数据的差值，若所得差值均大于预先设置的阈值下限值且小于预先设置的阈值上限值，则判断重构图像中无伪影，若所得差值中的任一差值大于等于预先设置的阈值上限值或小于等于预先设置的阈值下限值，则判断重构图像中存在伪影。同时，本发明还公开了一种伪影检测装置，采用本发明所述的方法和装置，能够提高伪影的检测速度和精度。

Description

一种伪影检测方法和装置

技术领域

本发明涉及计算机X射线断层成像(CT，Computed Tomograpgy)技术，特别涉及一种伪影检测方法和装置。

背景技术

随着医疗水平的进步，CT扫描仪得到了广泛的应用，图1为现有CT扫描仪的结构示意图，如图1所示，CT扫描仪包括：支架101、旋转机架102、球管103、探测器104和检查床105。其中，旋转机架102通常为环形结构，安装在支架101上，旋转机架102位于由水平轴X与竖直轴Y确定的平面内、且能够绕该旋转机架102的Z轴旋转；在旋转机架102上安装有球管103，用于在垂直于Z轴的方向上发射X射线；在旋转机架102上与球管相对的位置安装有探测器104，图2为现有探测器的结构示意图，如图2所示，在X轴方向上，探测器104由M个通道组成；检查床105与Z轴平行，且能够沿Z轴方向穿过旋转机架102进行直线运动。当对病人进行扫描时，旋转机架102绕Z轴旋转360度，并同时带动球管103和探测器104绕Z轴旋转360度，当球管103和探测器104位于N个投影角度中的每个投影角度时，探测器104的M个通道同时接收X射线信号，并将所接收的X射线信号传送至图像重建系统(图未示出)，用于生成重建图像。需要说明的是，在实际应用中，将360度分为N个投影角度，例如，若N为360，球管103和探测器104绕Z轴每旋转1度，则探测器104接收一次X射线信号，若N为120，球管103和探测器104绕Z轴每旋转3度，则探测器104接收一次X射线信号。

在实际应用中，为了检查CT扫描仪是否有故障，通常需要使CT扫描仪工作在不同的扫描方式下，然后人工来观察在不同扫描方式下得到的重建图像是否存在带状伪影，如果在不同扫描方式下得到的重建图像均不存在带状伪影，则认为CT扫描仪没有故障，如果在一种或多种扫描方式下得到的重建图像存在带状伪影，则认为CT扫描仪存在故障，然后对CT扫描仪进行更进一步的检查，以确定故障产生的具体原因。

由此可见，在现有技术中，依靠人工观察来对伪影进行检测，这就有可能使得伪影的检测速度比较慢，甚至还有可能遗漏了伪影，从而降低了伪影的检测速度和精度。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种伪影检测方法，以提高伪影的检测速度和精度。本发明的另一个目的在于，提出一种伪影检测装置，以提高伪影的检测速度和精度。

因此，本发明提供了一种伪影检测方法，该方法包括：

计算每一投影角度所对应的组中的每个投影数据分别与前一投影角度或后一投影角度所对应的组中对应相同通道的投影数据的差值；

若所得差值均大于预先设置的阈值下限值且小于预先设置的阈值上限值，则判断重构图像中无伪影，若所得差值中的任一差值大于等于预先设置的阈值上限值或小于等于预先设置的阈值下限值，则判断重构图像中存在伪影。

该方法还包括：根据重构图像获取与N个投影角度一一对应的N组投影数据，每组投影数据包括与M个通道一一对应的M个投影数据，其中，N和M均为大于1的正整数。

所述获取投影数据的方法包括：对重构图像做非均匀性傅里叶变换、基于统计迭代的投影估计或基于代数重构的投影估计。

当对水模进行伪影检测时，所述阈值上限值为5000戈登单位，所述阈值下限值为-5000戈登单位。

本发明还提供了一种伪影检测装置，该装置包括：一个减法单元和一个判断单元；其中，

所述减法单元，用于计算每一投影角度所对应的组中的每个投影数据分别与前一投影角度或后一投影角度所对应的组中对应相同通道的投影数据的差值；

所述判断单元，用于判断所得差值与预先设置的阈值下限值和阈值上限值的大小关系，若所得差值均大于阈值下限值且小于阈值上限值，则判断重构图像中无伪影，若所得差值中的任一差值大于等于阈值上限值或小于等于阈值下限值，则判断重构图像中存在伪影。

所述装置还可以包括一个投影数据获取单元，所述投影数据获取单元用于根据重构图像获取与N个投影角度一一对应的N组投影数据，每组投影数据包括与M个通道一一对应的M个投影数据，其中，N和M均为大于1的正整数。

所述投影数据获取单元包括：一个接收子单元和一个数学变换子单元；其中，

所述接收子单元，用于接收重构图像；

所述数学变换子单元，用于对重构图像做非均匀性傅里叶变换、基于统计迭代的估计投影变换或基于代数重构的估计投影变换。

由上述技术方案可见，本发明所提供的伪影检测方法和装置计算每一投影角度所对应的组中的每个投影数据分别与前一投影角度或后一投影角度所对应的组中对应相同通道的投影数据的差值，并根据所得差值与预先设置的阈值下限值和阈值上限值的大小关系而判断重构图像中是否存在伪影，这样就无需采用人工观察的方式对伪影进行检测，提高了伪影的检测速度和精度。进一步，本发明能够从重构数据获取投影数据，无需CT系统额外保存大量的原始投影数据，保证了CT系统的图像处理速度。

附图说明

图1为现有CT扫描仪的结构示意图。

图2为现有探测器的结构示意图。

图3为本发明实施例的一种伪影检测方法的流程图。

图4为伪影检测示意图。

图5为本发明实施例的一种伪影检测装置的结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

图3为本发明实施例的一种伪影检测方法的流程图。如图3所示，该方法包括以下步骤：

步骤301，根据重构图像获取与N个投影角度一一对应的N组投影数据，每组投影数据包括与M个通道一一对应的M个投影数据，其中，N和M均为大于1的正整数。

为了对本步骤进行清楚地说明，首先对CT图像重构的原理进行简单地介绍。

当球管和探测器位于N个投影角度中的每个投影角度时，探测器的M个通道同时接收X射线信号，这里将位于一个投影角度下所获得的X射线信号称为一组投影数据，每组投影数据包括分别来自探测器的M个通道的M个投影数据，当球管和探测器旋转一周后，可获得N*M个投影数据，不妨用矩阵表示获取的N*M个投影数据，其中，I_j，k为每个投影数据，j为投影数据所对应的投影角度，k为投影数据所对应的通道：

对所示矩阵做滤波反投影变换或希尔伯特变换，即可得到重构图像，其中，滤波反投影变换和希尔伯特变换的方法为现有技术的内容，在此不予赘述。

$\left[\begin{array}{cccc}{I}_{\mathrm{1,1}}& I_{\mathrm{1,2}}& ...& I_{1,M}\\ I_{\mathrm{2,1}}& I_{\mathrm{2,2}}& ...& I_{2,M}\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ I_{N,1}& I_{N,2}& ...& I_{N,M}\end{array}\right]$

在本步骤中，主要针对原始投影数据不存在的情况下，对重构图像做非均匀性傅里叶变换、基于统计迭代的投影估计或基于代数重构的投影估计等其他获取投影数据的方法，可得到所示矩阵中的N*M个投影数据，这就相当于对重构图像做滤波反投影变换的逆变换或希尔伯特变换的逆变换，得到图像重构前的原始数据，其中，非均匀性傅里叶变换、基于统计迭代的投影估计方法和基于代数重构的投影估计方法为现有技术的内容，在此不予赘述。需要说明的是，由于原始投影数据的数据量特别巨大，所以CT系统一般不会保存原始投影数据，以避免大量的存储降低图像处理速度。因此，采用本发明的技术方案，无需CT系统额外保存大量的原始投影数据。

如果存在原始投影数据，则可以直接进行步骤302。

步骤302，计算每一投影角度所对应的组中的每个投影数据分别与前一投影角度或后一投影角度所对应的组中对应相同通道的投影数据的差值，然后判断所得差值与预先设置的阈值下限值和阈值上限值的大小关系。若所得差值均大于预先设置的阈值下限值且小于预先设置的阈值上限值，则判断重构图像中无伪影，若所得差值中的任一差值大于等于预先设置的阈值上限值或小于等于预先设置的阈值下限值，则判断重构图像中存在伪影。

在实际应用中，带状伪影的产生原因有以下几个方面：在某一个投影角度下，探测器的M个通道中的某一个或几个通道出现故障；在某一个投影角度下，球管性能不稳定或发生故障，从而无法正常发射X射线信号；在某一个投影角度下，扫描视野中出现运动的物体，例如空气中对X射线具有高衰减性质的污染物颗粒，这几个原因均会导致在某一个投影角度下探测器的某一个或几个通道所接收的X射线信号出现异常。

若在所有投影角度下，探测器的所有通道接收的X射线信号均是正常的，则在任意相邻的两个投影角度下，对应相同通道的X射线信号的变化是连续的且在一定阈值之内的，举例来说，选择任意两个投影角度，不妨假设选择第二投影角度和第二投影角度的前一投影角度：第一投影角度，则在第一投影角度下通道1所接收的X射线信号与在第二投影角度下通道1所接收的X射线信号的变化量很微小，且在第一投影角度下通道2所接收的X射线信号与在第二投影角度下通道2所接收的X射线信号的变化量很微小，......，且在第一投影角度下通道M所接收的X射线信号与在第二投影角度下通道M所接收的X射线信号的变化量很微小；若在某一个投影角度下，探测器的某一个通道所接收的X射线信号出现异常，则在某一投影角度和与其相邻的投影角度下，对应相同通道的X射线信号的变化量会忽然增大。

在本步骤中，计算每一投影角度所对应的组中的每个投影数据分别与前一投影角度所对应的组中对应相同通道的投影数据的差值，若所得差值均大于预先设置的阈值下限值且小于预先设置的阈值上限值，这表明在任意相邻的两个投影角度下，对应相同通道的X射线信号的变化量很微小，则判断重构图像中无带状伪影，若所得差值中的任一差值大于等于预先设置的阈值上限值或小于等于预先设置的阈值下限值，这表明在某一投影角度和与其相邻的投影角度下，对应相同通道的X射线信号的变化量忽然增大，则判断重构图像中存在带状伪影。图4为伪影检测示意图，如图4所示，横坐标为通道，纵坐标为相邻投影角度所对应的组中对应相同通道的投影数据的差值，纵坐标的单位为戈登单位，图中实线所示为相邻投影角度所对应的组中对应相同通道的投影数据的差值均大于预先设置的阈值下限值且小于预先设置的阈值上限值，图中虚线所示为相邻投影角度所对应的组中对应相同通道的投影数据的差值超过了阈值下限值和阈值上限值之间的范围。

其中，基于对不同物体的重构图像的带状伪影检测，预先设置的阈值上限值和预先设置的阈值下限值对于不同物体而言是不相同的，在实际应用中，当对水模的重构图像进行带状伪影检测时，阈值上限值一般为5000戈登单位，阈值下限值一般为-5000戈登单位。

下面以对水模重构图像的带状伪影检测为例对本发明进行详细说明。

首先，不妨假设投影角度N为3，通道M为3，对水模的重构图像做非均匀性傅里叶变换，并获得3*3个投影数据，如下所示矩阵表示所获得的3*3个投影数据：

$\left[\begin{array}{ccc}{I}_{\mathrm{1,1}}& I_{1.2}& I_{\mathrm{1,3}}\\ I_{\mathrm{2,1}}& I_{\mathrm{2,2}}& I_{\mathrm{2,3}}\\ I_{\mathrm{3,1}}& I_{\mathrm{3,2}}& I_{\mathrm{3,3}}\end{array}\right]$

其次，预先设置的阈值下限值为-5000戈登单位，预先设置的阈值上限值为5000戈登单位，若-5000＜I_2，1-I_1，1＜5000，且-5000＜I_2，2-I_1，2＜5000，且-5000＜I_2，3-I_1，3＜5000，且-5000＜I_3，1-I_2，1＜5000，且-5000＜I_3，2-I_2，2＜5000，且-5000＜I_3，3-I_2，3＜5000，则判断水模的重构图像中无带状伪影；若-5000＜I_2，1-I_1，1＜5000，且-5000＜I_2，2-I_1，2＜5000，且-5000＜I_2，3-I_1，3＜5000，且-5000＜I_3，1-I_2，1＜5000，且-5000＜I_3，2-I_2，2＜5000，且I_3，2-I_2，3＞5000，则判断水模的重构图像中存在带状伪影。

基于上述伪影检测方法，图5为本发明实施例的一种伪影检测装置的结构图。如图5所示，伪影检测装置包括：一个投影数据获取单元101、一个减法单元102和一个判断单元103。

其中，投影数据获取单元101根据重构图像获取与N个投影角度一一对应的N组投影数据，每组投影数据包括与M个通道一一对应的M个投影数据，其中，N和M均为大于1的正整数。如果存在原始投影数据，那么伪影检测装置也可以不包括投影数据获取单元101。

减法单元102计算每一投影角度所对应的组中的每个投影数据分别与前一投影角度或后一投影角度所对应的组中对应相同通道的投影数据的差值。

判断单元103判断所得差值与预先设置的阈值下限值和阈值上限值的大小关系，若所得差值均大于阈值下限值且小于阈值上限值，则判断重构图像中无伪影，若所得差值中的任一差值大于等于阈值上限值或小于等于阈值下限值，则判断重构图像中存在伪影。

投影数据获取单元101可以包括：一个接收子单元1011和一个数学变换子单元1012。

其中，接收子单元1011接收重构图像。数学变换子单元1012对重构图像做非均匀性傅里叶变换、基于统计迭代的估计投影变换或基于代数重构的估计投影变换。

本发明所提供的一种伪影检测装置的实施例的具体说明请参照图3所示方法实施例中的相应说明，此处不再赘述。

可见，基于上述伪影检测方法和装置，首先，根据重构图像获取与N个投影角度一一对应的N组投影数据，每组投影数据包括与M个通道一一对应的M个投影数据，然后，计算每一投影角度所对应的组中的每个投影数据分别与前一投影角度或后一投影角度所对应的组中对应相同通道的投影数据的差值，若所得差值的均大于预先设置的阈值下限值且小于预先设置的阈值上限值，则判断重构图像中无带状伪影，若所得差值中的任一差值大于等于预先设置的阈值上限值或小于小于等于预先设置的阈值下限值，则判断重构图像中存在带状伪影，这样就不需要通过人工观察的方式来对带状伪影进行检测，可提高带状伪影的检测速度和精度，同时，采用本发明所提供的方法和装置还可对其他种类的伪影(例如环形伪影)进行检测，也可提高其他种类的伪影的检测速度和精度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种伪影检测方法，该方法包括：

计算每一投影角度所对应的组中的每个投影数据分别与前一投影角度或后一投影角度所对应的组中对应相同通道的投影数据的差值；

若所得差值均大于预先设置的阈值下限值且小于预先设置的阈值上限值，则判断重构图像中无伪影；

若任一差值大于等于预先设置的阈值上限值或小于等于预先设置的阈值下限值，则判断重构图像中存在伪影。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：根据重构图像获取与N个投影角度一一对应的N组投影数据，每组投影数据包括与M个通道一一对应的M个投影数据，其中，N和M均为大于1的正整数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取投影数据的方法包括：对重构图像做非均匀性傅里叶变换、基于统计迭代的投影估计或基于代数重构的投影估计。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当对水模进行伪影检测时，所述阈值上限值为5000戈登单位，所述阈值下限值为-5000戈登单位。

5.一种伪影检测装置，该装置包括：一个减法单元(102)和一个判断单元(103)；其中，

所述减法单元(102)，用于计算每一投影角度所对应的组中的每个投影数据分别与前一投影角度或后一投影角度所对应的组中对应相同通道的投影数据的差值；

所述判断单元(103)，用于判断所得差值与预先设置的阈值下限值和阈值上限值的大小关系，若所得差值均大于阈值下限值且小于阈值上限值，则判断重构图像中无伪影，若任一差值大于等于阈值上限值或小于等于阈值下限值，则判断重构图像中存在伪影。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，该装置还包括一个投影数据获取单元(101)，所述投影数据获取单元(101)用于根据重构图像获取与N个投影角度一一对应的N组投影数据，每组投影数据包括与M个通道一一对应的M个投影数据，其中，N和M均为大于1的正整数。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述投影数据获取单元(101)包括：一个接收子单元(1011)和一个数学变换子单元(1012)；其中，

所述接收子单元(1011)，用于接收重构图像；

所述数学变换子单元(1012)，用于对重构图像做非均匀性傅里叶变换、基于统计迭代的估计投影变换或基于代数重构的估计投影变换。

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