CN103181770B - 螺旋ct三维图像重构方法及重构中最小投影数的确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种螺旋CT三维图像重构中最小投影数确定方法，包括如下步骤：确定一个完整三维重构Z方向的最小扫描距离；由最小扫描距离、光源旋转一圈所需的投影数目及扫描床在一圈扫描内移动的距离确定完整三维图像重构所需的最小投影数，的计算公式为：。本发明还提供一种利用上述最小投影数重构螺旋CT三维图像的方法。利用本发明的最小投影数重构螺旋CT的三维图像重构，可在保证重构图像质量的情况下进一步提高重构的计算速度。

Description

螺旋CT三维图像重构方法及重构中最小投影数的确定方法

技术领域

本发明涉及医学图像处理技术，尤其涉及一种螺旋CT三维图像重构方法及重构中最小投影数的确定方法。 

背景技术

在现有的螺旋CT三维图像重构中，由于光源的轨迹为螺旋曲线，X射线光源的形状为锥形束或扇形束，使得同一个重构的体素点将会被多条射线穿过，且穿过该同一体素点的射线分属于不同的投影，如图1所示。为了能够进行一次完整的三维图像重构，就需要在图像重构时确定所有穿过这个重构体素点1的射线的投影2的数值，并对其进行归一化处理。在螺旋CT三维图像重构中，由于不同的螺距选择、视野大小的选择、重构层厚的选择，都会导致穿过同一体素点的射线的投影数目不同。在重构时若多一个投影就要多进行Vox*Voy*Voz次反投影计算(Vox、Voy、Voz代表的是x、y、z方向上需要重构的体素数量)，这样会减慢重构速度；但若少一个投影会导致一部分关于该体素点的信息在反投影计算过程中丢失，进而导致重构的图像质量下降，射线剂量利用率降低。目前的螺旋CT三维图像重构中还未提供一种完整重构三维图像所需的最小投影数的方法。 

鉴于上述状况，确有必要提供一种螺旋CT三维图像重构方法及重构中所需最小投影的确定方法，以克服上述缺陷。 

发明内容

本发明的目的是提供一种螺旋CT三维图像重构方法及重构中所需最小投影数的确定方法，可在保证重构图像的图像质量、充分利用射线剂量的情况下提高图像重构速度。 

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案实现：一种螺旋CT三维图像重构中最小投影数的确定方法，包括如下步骤：确定一个完整三维重构Z方向的最小扫描距离Len_min；由完整三维重构在Z方向上的最小扫描距离Len_min、光源旋转一圈所需的投影数目Nview_rot及扫描床在一圈扫描内移动的距离pitch_bed确定三维图像重构所需的最小投影数View_min，所述最小扫描距离Len_min是由重构切片的厚度recon_thickness、重组为平行束后离重构边缘最近的射线与其相应的重构边缘在Z方向的距离L_FOV及重组为平行束后最边缘射线与其同属于一个投影的中心射线在Z方向上的距离L_γ确定，所述Len_min的计算公式如下：Len_min＝recon_thickness+2L_FoV+2L_γ，所述最小投影数View_min的计算公式为：

进一步地，所述重组为平行束后最边缘射线与其同属于一个投影的中心射线在Z方向上的距离L_γ是由重组平行束之前两条射线之间的夹角γ、重组平行束之前边缘射线与中心射线之间的夹角max(γ)及扫描床在一圈扫描内移动的距离pitch_bed确定的，所述L_γ的计算公式如下：

进一步地，所述重组为平行束后离重构边缘最近的射线与其相应的重构边缘在Z方向上的距离L_FOV是由映射到旋转中心得虚拟检测器的宽度Det_len、扫描的视野范围FoV及光源到旋转中心的距离R确定的，所述L_FOV的计算公式如下：  $L_{\mathrm{FoV}}=\frac{1}{2}{\mathrm{Det}}_{\mathrm{len}}(1+\frac{\mathrm{FoV}}{2R}).$

进一步地，所述螺旋CT为多层螺旋CT。 

为实现上述目的，本发明还提供一种利用上述最小投影数View_min重构三维图像的螺旋CT三维图像重构的方法。 

利用本发明确定的最小投影数进行螺旋CT的三维图像重构，可在保证重构图像的图像质量及充分利用射线剂量的情况下提高图像重构速度。 

附图说明

图1为现有螺旋CT三维图像重构中重构体素点与穿过该重构体素点的射线的投影之间的关系图。 

图2为本发明螺旋CT三维图像重构中确定所需最小投影数的步骤流程图。 

图3为利用图2中确定的最小投影数进行螺旋CT三维图像重构的步骤流程图。 

图4为本发明螺旋CT三维图像重构中确定所需最小投影数的各个参数之间关系图。 

图5为利用本发明螺旋CT三维图像重构中确定的最小投影数的方法确定的实际模体的最小投影数的相对投影数目与重构时间之间的关系图。 

图6为选用图5中相对投影数为-600、0、600对实际模体进行螺旋CT三维图像重构的重构切片图。 

图中： 

1  重构体素点  2  投影  3  旋转中心 

4、7  中心射线  5、8  边缘射线  6  重构边缘 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。 

请参见图2及图4所示，本发明提供多层螺旋CT三维图像重构中最小投影数 的确定方法，包括如下步骤： 

首先，在步骤S201中，确定一个完整三维重构Z方向的最小扫描距离Len_min；所述完整三维重构Z方向的最小扫描距离Len_min的计算公式如下： 

Len_min＝recon_thickness+2L_FoV+2L_γ  (1) 

上述公式(1)中，recon_thickness是重构切片的厚度，L_γ是重组为平行束后最边缘射线5与中心射线4或最边缘射线8与中心射线7在Z方向上的距离。这个距离必须计算的原因是：最边缘射线8是最先照射到重构体素点的射线，最边缘射线5是最后照射到重构体素点的射线，而最边缘射线5和中心射线4及最边缘射线8与中心射线7分别同属于一个投影，因此在计算最小投影数量的时候需要考虑这个距离。L_γ的计算公式如下： 

$L_{\mathrm{\γ}}=\max \left(\mathrm{\γ}\right)\frac{\mathrm{pitch}\_\mathrm{bed}}{2\mathrm{\π}}---\left(2\right)$

上述公式(2)中，γ为重组平行束之前两条射线之间的夹角，max(γ)为重组平行束之前边缘射线5与中心射线4之间的夹角。pitch_bed为扫描床在一圈扫描内移动的距离，这个距离会由于扫描床的速度和机架运行速度而变化，一般需要实时计算得到。 

重组为平行束后离重构边缘最近的射线5与其相应的重构边缘6在Z方向上的距离L_FOV的计算公式如下： 

$L_{\mathrm{FoV}}=\frac{1}{2}{\mathrm{Det}}_{\mathrm{len}}(1+\frac{\mathrm{FoV}}{2R})---\left(3\right)$

上述公式(3)中，Det_len为映射到旋转中心3的虚拟检测器的宽度，FoV为扫描的视野范围，R为光源到旋转中心3的距离。 

根据以上公式(1)、(2)和(3)，最后计算得到可完成一个完整三维重构Z方向的最小扫描距离Len_min。 

接下来，在步骤S202中，根据步骤S201中计算出得到的Len_min确定三维图像重构所需的最小投影数View_min；View_min的计算公式如下： 

${\mathrm{View}}_{\min }=\frac{{\mathrm{Len}}_{\min }\×{\mathrm{Nview}}_{\mathrm{rot}}}{\mathrm{pitch}\_\mathrm{bed}}---\left(4\right)$

上述公式(4)中，Nview_rot为光源旋转一圈所需的投影数目。 

请参照图3所示，本发明提供的多层螺旋CT三维图像重构的方法，其包括步骤301、步骤302及步骤303。其中，步骤301和步骤302分别与上述步骤201、步骤S202相同。在步骤S303中，利用步骤S302得到的最小投影数View_min重构三维图像。利用本发明确定的最小投影数进行螺旋CT的三维图像重构，可在保证重构图像的图像质量及充分利用射线剂量的情况下提高图像重构速度。 

下面将以具体数据和重构图像质量来说明和验证本发明的效果。 

图5为以实际模体的扫描得到的数据利用本发明多层螺旋CT重构三维图像的方法进行一次完整多层螺旋三维图像重构且只重构一张切片图所获得的相对投影数与重构时间之间的关系图。其中各项参数为： 

max(γ)＝26.069°，pitch_bed＝20.6mm，Det_len＝40mm，FoV＝210mm，R＝570mm，recon_thickness＝0.625，Nview_rot＝1160。 

根据以上参数利用本发明的方法得到完整重构需要的最小投影数目View_min为2871。以这个数为基准点0，分别将重构的投影数减少和增加100,200,400,600，分别测试不同情况下所需的重构时间如图4所示。图4中相对投影数的0点位置为由本实施例提出的方法计算得到的最小投影数2871。从图4中可以看出，随着投影数目的增加，重构所需时间也在逐渐增加。因此验证了本发明实施例的效果：计算投影数过多会导致重构时间增加，降低重构效率。 

下面以不同相对投影数目对实际模体进行一次完整的多层螺旋CT三维图像重构的图像质量进行比较。 

图6为选用图5中相对投影数为-600、0、600对实际模体进行螺旋CT三维图像 重构的重构切片图。 

本实验条件与上述图5中所用的参数相同，本实例主要从图像质量方面来比较投影数多少对于图像重构的影响。首先选择相对投影数为-600与相对投影数为0的重构切片进行比较。其中相对投影数为0代表计算的投影数为本发明提出的最小投影数View_min，结果如图6所示，图6a为在相对投影数目为-600的条件下得到的重构切片图，图6b为在相对投影书为0的条件下得到的重构切片图。 

从图6a和图6b可以看出，当相对投影数小于依照本发明的方法确定的最小投影数View_min的时候就会出现很严重的图像伪影，造成这些伪影的主要原因为：一部分携带了重构切片信息的射线，没有被利用到重构过程中，导致部分信息丢失，进而影响了重构图像的质量。 

接着，选择相对投影数为600所重构的切片图像质量与相对投影数为0所重构的切片图像质量进行比较得到的结果如图6b和图6c所示，图6b为在相对投影数为0的条件下得到的重构切片图，图6c为在相对投影数目为600的条件下得到的重构切片图，从图6b和图6c可以看出，当投影数大于依照本发明方法确定的最下投影数View_min时重构切片图的图像质量并没有改进，这是由于多余的投影数并没有携带本切片的信息，因此对本切片重构图像的图像质量并没有带来任何改进。在图像重构过程中这些多余的投影数虽然没有携带本切片的信息，但是还是需要对其进行计算，这样就增加了图像重构的重构时间。 

综上所述，利用本发明的多层螺旋CT三维图像重构中所需最小投影数的确定方法确定的最小投影数View_min进行多层螺旋CT的三维图像重建，可以在保证重构图像的图像质量及充分利用射线剂量的情况下提高图像重构速度。 

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。 

Claims (5)

1.一种螺旋CT三维图像重构中最小投影数确定方法，其特征在于:包括如下步骤：

确定一个完整三维重构Z方向的最小扫描距离Len_min，所述最小扫描距离Len_min是由重构切片的厚度recon_thickness、重组为平行束后离重构边缘最近的射线与其相应的重构边缘在Z方向的距离L_FOV及重组为平行束后最边缘射线与其同属于一个投影的中心射线在Z方向上的距离L_γ确定，所述Len_min可通过如下计算公式得到：Len_min＝recon_thickness+2L_FoV+2L_γ；

由所述最小扫描距离Len_min、光源旋转一圈所需的投影数目Nview_rot及扫描床在一圈扫描内移动的距离pitch_bed确定三维图像重构所需的最小投影数View_min，所述最小投影数View_min可通过如下计算公式得到：

2.如权利要求1所述的螺旋CT三维图像重构中最小投影数确定方法，其特征在于：所述重组为平行束后最边缘射线与其同属于一个投影的中心射线在Z方向上的距离L_γ是由重组平行束之前两条射线之间的夹角γ、重组平行束之前边缘射线与中心射线之间的夹角max(γ)及扫描床在一圈扫描内移动的距离pitch_bed确定的，所述L_γ可通过如下计算公式得到：

3.如权利要求2所述的螺旋CT三维图像重构中最小投影数确定方法，其特征在于：所述重组为平行束后离重构边缘最近的射线与其相应的重构边缘在Z方向上的距离L_FOV是由映射到旋转中心得虚拟检测器的宽度Det_len、扫描的视野范围FoV及光源到旋转中心的距离R确定的，所述L_FOV可通过如下计算公式得到：

$L_{\mathrm{FoV}}=\frac{1}{2}{\mathrm{Det}}_{\mathrm{len}}(1+\frac{\mathrm{FoV}}{2R}).$

4.如权利要求1～3中任一项所述的螺旋CT三维图像重构中最小投影数确定方法，其特征在于：所述螺旋CT为多层螺旋CT。

5.一种螺旋CT三维图像重构方法，其特征在于：利用权利要求1～4中任意一项得到的最小投影数View_min重构三维图像。