CN103927768A - Ct图像重建方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种CT图像重建的方法，包括如下步骤：根据CT扫描获取原始数据；对原始数据进行算法校正获得校正数据；对校正数据进行角向重排获得角向重排数据，角向重排数据包括角向重排的中心通道的位置以及与角向重排的中心通道相邻的两个通道的位置；根据角向重排的中心通道位置以及与角向重排中心通道相邻的两个通道位置确定径向重排的通道间距并根据该径向重排的通道间距确定径向重排的通道数目；根据径向重排的通道数目与通道间距获得径向重排的中心通道的位置；根据径向重排的通道数目、通道间距、中心通道的位置进行线性插值获得径向重排数据；对径向重排数据进行卷积获得卷积数据；对卷积数据进行反投影处理获得CT重建图像。

Description

CT图像重建方法

【技术领域】

本发明涉及医学影像处理的技术领域，尤其涉及一种CT图像重建的方法。

【技术背景】

在CT图像重建过程中的径向重排过程是CT图像重建技术中的一个重要的数据处理环节，该径向重排过程可将角向重排后不等距的平行X射线转化为等间距的平行X射线。目前，CT图像重建过程中的径向重排基本采用高阶插值方法来完成，如Jiang Hsieh的《Computed Tomography Principles，Design，Artifacts，andRecentAdvances》书中第83页提到的拉格朗日样条插值方法。因Jiang Hsieh的《Computed Tomography Principles，Design，Artifacts，and Recent Advances》书中第147页中指出CT重建中靠近旋转中心的分辨率在理论上是要高于周围区域，而这区域又是大部分临床图像中最关心的区域，故，通过Jiang Hsieh的拉格朗日样条插值方法对CT图像进行重建，可以保证重建图像在靠近旋转中心区域的分辨率。

但是通过高阶插值方法对角向重排数据进行径向重排会大大降低该过程的重建速度，从而影响CT重建图像的速度。

因此，确有必要提供一种CT图像重建方法，用于克服现有技术存在的缺陷。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种CT图像重建的方法，可以在保证重建图像在靠近旋转中心位置的分辨率的同时提高图像重建速度。

为达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：一种CT图像重建方法，包括如下步骤：根据CT扫描获取原始数据；对原始数据进行算法校正获得校正数据；对校正数据进行角向重排获得角向重排数据，所述角向重排数据包括角向重排的中心通道的位置以及与角向重排的中心通道相邻的两个通道的位置；根据角向重排的中心通道位置以及与角向重排中心通道相邻的两个通道位置确定径向重排的通道间距并根据该径向重排的通道间距确定径向重排的通道数目；根据径向重排的通道数目与径向重排的通道间距获得径向重排的中心通道的位置；根据径向重排的通道数目、径向重排的通道间距以及径向重排的中心通道的位置进行线性插值获得径向重排数据；对径向重排数据进行卷积获得卷积数据；对卷积数据进行反投影获得CT重建图像。

优选地，所述线性插值过程包括如下步骤：确定需要进行径向重排的通道的位置；根据径向重排的通道位置确定与该径向重排的通道位置相邻的两个通道对应的角向重排的通道位置；根据径向重排的通道位置、与径向重排的通道位置相邻两个通道各自对应的角向重排的通道位置三者之间的关系获得线性插值系数；根据线性插值系数以及两个角向重排的通道的数值进行线性插值获得径向重排的通道的数值。

优选地，所述径向重排的通道的数值通过如下公式获得： ${\mathrm{fRawOut}}_{i,j,k}={\mathrm{\β}}_i\×$ $f{\mathrm{RawIn}}_{{\mathrm{ChIdx}}_i,j,k}+{\mathrm{\α}}_i\×{\mathrm{fRawIn}}_{{\mathrm{ChIdx}}_i+1,j,k},$ 其中，fRawOut_i，j，k为经过线性重排后在第i个插值通道，第j排，第k个投影角度下的数值；为经过角向重排后在第ChIdx_i个通道，第j排，第k个投影角度下的数值；为经过角向重排后在第ChIdx_i+1个通道，第j排，第k个投影角度下的数值；β_i、α_i均为线性插值系数。

优选地，所述线性插值系数α_i通过如下公式获得：其中，SID为X射线源到旋转中心的距离，γ_i为径向重排后的第i通道与径向重排后的中心通道连线的夹角，为角向重排后第ChIdx_i通道与角向重排后的中心通道ChIdx_mid连线的夹角，为角向重排后第ChIdx_i+1通道与角向重排后的中心通道ChIdx_mid连线的夹角，i为除中心通道编号外的任意通道编号。

优选地，所述线性插值系数βi通过如下公式获得：β_i＝1-α_i。

优选地，所述径向重排的通道间距fChannelParSpace通过如下公式获得： $\mathrm{fChannelParSpace}=t_{\mathrm{ChId}{x}_{m+1}}-t_{\mathrm{ChId}{x}_m},$ 其中，ChIdx_m+1为角向重排后与角向重排的中心通道ChIdx_mid相邻的一个通道的编号，ChIdx_m为角向重排后与角向重排的中心通道ChIdx_mid相邻的另一个通道的编号，为角向重排后第ChIdx_m+1通道的位置，为角向重排后第ChIdx_m通道的位置。

优选地，所述与角向重排的中心通道相邻的一个通道的位置通过如下公式获得：其中SID为X射线源到旋转中心的距离，为角向重排后的第ChIdx_m+1通道与角向重排后的中心通道ChIdx_mid连线的夹角。

优选地，所述与角向重排的中心通道相邻的一个通道的位置通过如下公式获得：其中SID为X射线源到旋转中心的距离，为角向重排后的第ChIdx_m通道与角向重排后的中心通道ChIdx_mid连线的夹角。

优选地，所述径向重排的通道数目nChannelNumPar通过如下公式获得： $\mathrm{nChannelNumPar}=\mathrm{ceil}\left(\frac{t_{{\mathrm{ChIdx}}_m}-t_{\mathrm{ChId}{x}_0}}{\mathrm{fChannelParSpace}}\right)+\mathrm{ceil}\left(\frac{t_{\mathrm{ChId}{x}_n}-t_{\mathrm{ChId}{x}_{m+1}}}{\mathrm{fChannelParSpace}}\right)+1,$ 其中，为角向重排后的第ChIdx_m通道的位置，为角向重排后的第ChIdx₀通道的位置，为角向重排后的第ChIdx_n通道的位置，fChannelParSpace为径向重排的通道间距，n为角向重排通道的数目。

优选地，所述径向重排的中心通道fMidChannel的位置通过如下公式获得： $\mathrm{fMidChannel}=\mathrm{ceil}\left(\frac{t_{{\mathrm{ChIdx}}_m}-t_{\mathrm{ChId}{x}_0}}{\mathrm{fChannelParSpace}}\right)+\frac{t_{\mathrm{ChId}{x}_{\mathrm{mid}}}-t_{\mathrm{ChI}{\mathrm{dx}}_m}}{\mathrm{fChannelParSpace}},$ 其中，为角向重排后的第ChIdx_m通道的位置，为角向重排后的第ChIdx₀通道的位置，为角向重排后的中心通道的位置，fChannelParSpace为径向重排的通道间距。

本发明的CT图像重建方法通过对角向重排数据进行一阶线性插值处理并进行图像重建，可在保证重建的图像在靠近旋转中心位置与通过高阶径向重排方法重建的图像在靠近旋转中心位置具有相同分辨率的同时提高图像重建速度。

【附图说明】

图1为本发明CT图像重建的方法的流程示意图。

图2为本发明CT图像重建方法中线性插值过程的流程示意图。

图3为经过本发明CT图像重建方法中的角向重排后的角向重排数据的关系示意图。

图4为经过本发明CT图像重建方法的线性插值过程后的各通道位置前后对比图。

图5示出采用本发明的方法重建的CT图像与采用现有的高阶样条径向重排的方法重建的CT图像的对比图。

图6示出采用本发明的方法重建CT图像与采用现有的高阶样条径向重排方法重建的CT图像在靠近旋转中心位置的系统调制函数的对比图。

图7示出采用本发明的方法重建CT图像与采用现有的高阶样条径向重排方法重建的CT图像在重建速度上的对比图。

【具体实施方式】

以下结合附图和具体实施例对本发明的CT图像重建方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明提供一种CT图像重建方法通过对角向重排数据进行一阶线性插值处理并进行图像重建，可在保证重建的图像在靠近旋转中心位置与通过高阶径向重排方法重建的图像在靠近旋转中心位置具有相同分辨率的同时提高图像重建速度。

图1为本发明CT图像重建方法的流程示意图。该CT图像重建方法包括以下步骤：

S11、根据CT扫描获取原始数据；

S12、对原始数据进行算法校正获得校正数据，所述校正数据是由原始数据依次进行空气校正、焦点校正、非线性校正及CT值校正获得的；

S13、对校正数据进行角向重排获得角向重排数据，所述角向重排的中心通道的位置以及与角向重排的中心通道相邻的两个通道的位置，所述角向重排数据还包括角向重排的通道数目n、角向重排各通道的编号ChIdx_i、角向重排各通道的位置角向重排后各通道与角向重排的中心通道连线的夹角其中i为除中心通道编号外的任意通道编号；

S14、根据角向重排的中心通道位置以及与角向重排中心通道相邻的两个通道位置确定径向重排的通道间距并根据该径向重排的通道间距确定径向重排的通道数目；

S15、根据径向重排的通道数目与径向重排的通道间距获得径向重排的中心通道的位置；

S16、根据径向重排的通道数目、径向重排的通道间距以及径向重排的中心通道的位置进行线性插值获得径向重排数据；

S17、对径向重排数据进行卷积获得卷积数据；

S18、对卷积数据进行反投影获得CT重建图像。

请结合图3所示，步骤S14中角向重排的中心通道的编号为ChIdx_mid，与角向重排的中心通道相邻的两个通道的编号分别为ChIdx_m+1、ChIdx_m，角向重排的中心通道的中心通道的位置为 为角向重排后的第ChIdx_m+1通道的位置，为角向重排后的第ChIdx_m通道的位置。所述径向重排的通道间距fChannelParSpace通过如下公式获得： 所述角向重排后第ChIdx_m+1通道的位置通过如下公式获得：其中，SID为X射线源到旋转中心的距离，为角向重排后的第ChIdx_m+1通道与角向重排后的中心通道ChIdx_mid连线的夹角。所述角向重排后的第ChIdx_m通道的位置通过如下公式获得：其中，SID为X射线源到旋转中心的距离，为角向重排后的第ChIdx_m通道与角向重排后的中心通道ChIdx_mid连线的夹角。

步骤S14中的径向重排的通道数目nChannelNumPar通过如下公式获得： $\mathrm{nChannelNumPar}=\mathrm{ceil}\left(\frac{t_{{\mathrm{ChIdx}}_m}-t_{\mathrm{ChId}{x}_0}}{\mathrm{fChannelParSpace}}\right)+\mathrm{ceil}\left(\frac{t_{\mathrm{ChId}{x}_n}-t_{\mathrm{ChId}{x}_{m+1}}}{\mathrm{fChannelParSpace}}\right)+1,$ 其中，为角向重排后的第ChIdx_m通道的位置，为角向重排后的第ChIdx₀通道的位置，为角向重排后的第ChIdx_n通道的位置，fChannelParSpace为径向重排的通道间距，n为角向重排通道的数目。

步骤S14中的径向重排的中心通道的位置fMidChannel的位置通过如下公式获得： $\mathrm{fMidChannel}=\mathrm{ceil}\left(\frac{t_{{\mathrm{ChIdx}}_m}-t_{\mathrm{ChId}{x}_0}}{\mathrm{fChannelParSpace}}\right)+\frac{t_{\mathrm{ChId}{x}_{\mathrm{mid}}}-t_{\mathrm{ChI}{\mathrm{dx}}_m}}{\mathrm{fChannelParSpace}},$ 其中，为角向重排后的第ChIdx_m通道的位置，为角向重排后的第ChIdx₀通道的位置，为角向重排后的中心通道的位置，fChannelParSpace为径向重排的通道间距。

图2为图1的步骤S 16中线性插值的流程示意图。该线性插值过程包括如下步骤：

S20、确定需要进行径向重排的通道的位置；

S21、根据径向重排的通道位置确定与该径向重排的通道位置相邻的两个通道对应的角向重排的通道位置；

S22、根据径向重排的通道位置、与径向重排的通道位置相邻的两个通道各自对应的角向重排的通道位置三者之间的关系获得线性插值系数；

S23、根据线性插值系数以及两个角向重排的通道的数值进行线性插值获得径向重排的通道的数值。

请结合图4所示，步骤S20中的径向重排的通道位置为t_i，步骤S21中的与径向重排的通道位置相邻的两个通道对应的角向重排的位置分别为步骤S22中的线性插值系数为β_i、α_i。所述线性插值系数β_i通过如下公式获得：β_i＝1-α_i。所述线性插值系数α_i通过如下公式获得：其中，t_i为径向重排后第i通道的位置，为角向重排后第ChIdx_i通道的位置，为角向重排后第ChIdx_i+1通道的位置。所述径向重排后第i通道的位置t_i通过如下公式获得：t_i＝SID×sin(γ_i)，其中SID为X射线源到旋转中心的距离，γ_i为径向重排后的第i通道与径向重排后的中心通道连线的夹角。

所述角向重排后第ChIdx_i通道的位置通过如下公式获得： 其中SID为X射线源到旋转中心的距离，为角向重排后第ChIdx_i通道与角向重排后的中心通道ChIdx_mid连线的夹角。所述角向重排后第ChIdx_i+1通道的位置通过如下公式获得：其中SID为X射线源到旋转中心的距离，为角向重排后第ChIdx_i+1通道与角向重排后的中心通道ChIdx_mid连线的夹角。即线性插值系数α_i通过公式 ${\mathrm{\α}}_i=\frac{\mathrm{SID}\×\sin \left({\mathrm{\γ}}_i\right)-\mathrm{SID}\×\sin \left({\mathrm{\γ}}_{\mathrm{ChI}{\mathrm{dx}}_{i+1}}\right)}{\mathrm{SID}\×\sin \left({\mathrm{\γ}}_{{\mathrm{ChIdx}}_i}\right)-\mathrm{SID}\×\sin \left({\mathrm{\γ}}_{\mathrm{ChId}{x}_{i+1}}\right)}$ 获得。

步骤S23中的径向重排的数值通过如下公式获得： ${\mathrm{fRawOut}}_{i,j,k}={\mathrm{\β}}_i\×$ $f{\mathrm{RawIn}}_{{\mathrm{ChIdx}}_i,j,k}+{\mathrm{\α}}_i\×{\mathrm{fRawIn}}_{{\mathrm{ChIdx}}_i+1,j,k},$ 其中，fRawOut_i，j，k为经过线性重排后在第i个插值通道，第j排，第k个投影角度下的数值；为经过角向重排后在第ChIdx_i个通道，第j排，第k个投影角度下的数值；为经过角向重排后在第ChIdx_i+1个通道，第j排，第k个投影角度下的数值；β_i、α_i均为线性插值系数。

图5示出采用本发明的方法重建的CT图像与采用现有的高阶样条径向重排方法重建的CT图像的对比图。本实施例中，重建目标：其内放有一个直径为0.05mm的金属丝的水模，水模的直径为23mm；重建视野为50mm；像素大小为1024*1024，探测器的排数为16，排间距为0.6mm，重建图像层厚为0.6mm，重建图像间距0.6mm，重建图像张数为16。图5a为采用本发明的CT图像重建的方法重建的图像。图5b为采用现有的高阶样条径向重排的方法重建的图像。结合图6中对图5a中的图像以及图5b中的图像在靠近旋转中心位置的部分进行系统调制传递函数分析可以很明显的看出，采用本发明的方法重建的CT图像在靠近旋转中心位置分辨率与采用高阶样条径向重排的方法重建的图像在靠近旋转中心位置的分辨率基本一致，由此可得出，采用本发明的CT图像重建方法重建的图像在靠近旋转中心位置能够保证图像的分辨率。请参图7所示，对比采用本发明的CT图像重建方法的重建图像的重建速度与采用现有的高阶样条径向重排的方法重建图像的重建速度可以很明显的看出，采用本发明的CT图像重建方法中一阶线性插值的方法进行图像重建的重建速度远快于采用现有的高阶样条径向重排的方法进行图像重建的重建速度。

综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，不应以此限制本发明的范围，即凡是依本发明的权利要求书及本发明说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，均应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (10)

1.一种CT图像重建的方法，其特征在于，包括如下步骤：

根据CT扫描获取原始数据；

对原始数据进行算法校正获得校正数据；

对校正数据进行角向重排获得角向重排数据，所述角向重排数据包括角向重排的中心通道的位置以及与角向重排的中心通道相邻的两个通道的位置；

根据角向重排的中心通道位置以及与角向重排中心通道相邻的两个通道位置确定径向重排的通道间距并根据该径向重排的通道间距确定径向重排的通道数目；

根据径向重排的通道数目与径向重排的通道间距获得径向重排的中心通道的位置；

根据径向重排的通道数目、径向重排的通道间距以及径向重排的中心通道的位置进行线性插值获得径向重排数据；

对径向重排数据进行卷积获得卷积数据；

对卷积数据进行反投影获得CT重建图像。

2.如权利要求1所述的CT图像重建的方法，其特征在于，所述线性插值过程包括如下步骤：

确定需要进行径向重排的通道的位置；

根据径向重排的通道位置确定与该径向重排的通道位置相邻的两个通道对应的角向重排的通道位置；

根据径向重排的通道位置、与径向重排的通道位置相邻的两个通道各自对应的角向重排的通道位置三者之间的关系获得线性插值系数；

根据线性插值系数以及两个角向重排的通道的数值进行线性插值获得径向重排的通道的数值。

3.如权利要求2所述的CT图像重建的方法，其特征在于，所述径向重排的通道的数值通过如下公式获得： ${\mathrm{fRawOut}}_{i,j,k}={\mathrm{\β}}_i\×\mathrm{fRawI}{n}_{\mathrm{ChId}{x}_i,j,k}+{\mathrm{\α}}_i\×$ ${\mathrm{fRawIn}}_{{\mathrm{ChIdx}}_i+1,j,k},$ 其中，fRawOut_i，j，k为经过线性重排后在第i个插值通道，第j排，第k个投影角度下的数值；为经过角向重排后在第ChIdx_i个通道，第j排，第k个投影角度下的数值；为经过角向重排后在第ChIdx_i+1个通道，第j排，第k个投影角度下的数值；β_i、α_i均为线性插值系数。

4.如权利要求3所述的CT图像重建的方法，其特征在于，所述线性插值系数α_i通过如下公式获得：其中，SID为X射线源到旋转中心的距离，γ_i为径向重排后的第i通道与径向重排后的中心通道连线的夹角，为角向重排后第ChIdx_i通道与角向重排后的中心通道ChIdx_mid连线的夹角，为角向重排后第ChIdx_i+1通道与角向重排后的中心通道ChIdx_mid连线的夹角，i为除中心通道编号外的任意通道编号。

5.如权利要求4所述的CT图像重建的方法，其特征在于，所述线性插值系数β_i通过如下公式获得：β_i＝1-α_i。

6.如权利要求1至5中任一项所述的CT图像重建的方法，其特征在于，所述径向重排的通道间距fChannelParSpace通过如下公式获得： 其中，ChIdx_m+1为角向重排后与角向重排的中心通道ChIdxmid相邻的一个通道的编号，ChIdx_m为角向重排后与角向重排的中心通道ChIdx_mid相邻的另一个通道的编号，为角向重排后第ChIdx_m+1通道的位置，为角向重排后第ChIdx_m通道的位置。

7.如权利要求6所述的CT图像重建的方法，其特征在于，所述与角向重排的中心通道相邻的一个通道的位置通过如下公式获得： 其中SID为X射线源到旋转中心的距离，为角向重排后的第ChIdx_m+1通道与角向重排后的中心通道ChIdx_mid连线的夹角。

8.如权利要求7所述的CT图像重建的方法，其特征在于，所述与角向重排的中心通道相邻的一个通道的位置通过如下公式获得： 其中SID为X射线源到旋转中心的距离，为角向重排后的第ChIdx_m通道与角向重排后的中心通道ChIdx_mid连线的夹角。

9.如权利要求8所述的CT图像重建的方法，其特征在于，所述径向重排的通道数目nChannelNumPar  通过如下公式获得： $\mathrm{nChannelNumPar}=\mathrm{ceil}\left(\frac{t_{{\mathrm{ChIdx}}_m}-t_{\mathrm{ChId}{x}_0}}{\mathrm{fChannelParSpace}}\right)+\mathrm{ceil}\left(\frac{t_{\mathrm{ChId}{x}_n}-t_{\mathrm{ChId}{x}_{m+1}}}{\mathrm{fChannelParSpace}}\right)+1,$ 其中，为角向重排后的第ChIdx_m通道的位置，为角向重排后的第ChIdx₀通道的位置，为角向重排后的第ChIdx_n通道的位置，fChannelParSpace为径向重排的通道间距，n为角向重排通道的数目。

10.如权利要求9所述的CT图像重建的方法，其特征在于，所述径向重排的中心通道fMidChannel的位置通过如下公式获得： $\mathrm{fMidChannel}=\mathrm{ceil}\left(\frac{t_{{\mathrm{ChIdx}}_m}-t_{\mathrm{ChId}{x}_0}}{\mathrm{fChannelParSpace}}\right)+\frac{t_{\mathrm{ChId}{x}_{\mathrm{mid}}}-t_{\mathrm{ChI}{\mathrm{dx}}_m}}{\mathrm{fChannelParSpace}},$ 其中，为角向重排后的第ChIdx_m通道的位置，为角向重排后的第ChIdx₀通道的位置，为角向重排后的中心通道的位置，fChannelParSpace为径向重排的通道间距。