CN104207798A

CN104207798A - 计算机断层图像的重建方法

Info

Publication number: CN104207798A
Application number: CN201310365301.XA
Authority: CN
Inventors: 张笛儿
Original assignee: Shanghai United Imaging Healthcare Co Ltd
Current assignee: Shanghai United Imaging Healthcare Co Ltd
Priority date: 2013-05-31
Filing date: 2013-08-20
Publication date: 2014-12-17
Anticipated expiration: 2033-08-20
Also published as: CN104207798B

Abstract

一种计算机断层图像的重建方法，包括对待扫描对象进行CT扫描，并通过数据采集系统采集原始数据，且将其发送到数据测量系统；通过所述数据测量系统利用分段对数算法对所述原始数据处理，并获得返回值A_DTC；将所述返回值A_DTC通过射频端口发送至重建服务器进行重建图像。本发明提供的计算机断层图像的重建方法，利用分段对数算法对所述原始数据进行处理，保留了更多小数位数，从而可以获得能够产生高质量图像的高精确度的数据，解决了现有技术中由于受数据测量系统射频端口的限制，计算机断层扫描系统不能获取更高质量图像的问题。

Description

计算机断层图像的重建方法

技术领域

本发明涉及计算机断层扫描领域，特别涉及一种计算机断层图像的重建方法。

背景技术

计算机断层扫描设备(简称CT)在进行临床扫描时，数据测量系统(DMS)通过射频端口传送CT扫描数据。为了节约带宽，一般CT射频端口的带宽只有16bit，而典型的原始数据为24bit，因此需要对原始数据进行压缩，通常采用对数压缩算法对数据进行处理。已有的对数压缩算法是对数据进行log2运算(以2为底的对数运算)以及位移运算处理。log2运算是一种有损压缩算法，会降低数据精度，影响图像质量。图像质量与图像损失的程度成负相关，图像损失的程度取决于保留的小数位位数，小数位位数越多，则数据越精确，对图像质量的影响越小。典型的24bit的原始数据，经过log2压缩处理后转为16bit，16bit其中包括5bit整数位、11bit小数位，如果需要让压缩后的数据全部落入16bit范围之内，则只能保留11位小数。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够获得更高质量的计算机断层图像的重建方法。

一种计算机断层图像的重建方法，包括如下步骤：

对待扫描对象进行CT扫描，并通过数据采集系统采集原始数据，且将其发送到数据测量系统；

通过所述数据测量系统利用分段对数算法对所述原始数据处理，并获得返回值A_DTC；

将所述返回值A_DTC通过射频端口发送至重建服务器进行图像重建。

在一个实施例中，所述原始数据包括：计算机断层扫描设备中的检测器上的暗电流I_DTC-dark、所述检测器返回的积分强度值I_DTC以及积分时间T。

在一个实施例中，所述返回值A_DTC利用如下公式获得：

A_DTC＝A₀-C·log₂(I_DTC-I_{DTC_dark})+C·log₂(T)

其中C·log₂(I_DTC-I_DTC-dark)以及C·log₂(T)为对数运算单元，C是位移运算系数，A₀为平移量系数。

在一个实施例中，所述数据采集系统采集的原始数据位宽为24bit，经过所述数据测量系统处理之后的数据位宽为16bit。

在一个实施例中，所述位移运算系数C＝2¹²。

在一个实施例中，所述对数运算单元C·log₂(x)采用如下分段算法进行运算：

C \cdot seg \log_{2} (x) = \{\begin{matrix} 2^{12} \cdot \log_{2} (x) (x &GreaterEqual; 2^{12}) \\ 11 \cdot 2^{12} + x (x < 2^{12}) \end{matrix}

在一个实施例中，所述对数运算单元C·log₂(x)采用如下分段算法进行查表运算：

C \cdot seg \log_{2} (x) = \{\begin{matrix} 2^{12} \cdot | [m + \log_{2} (u) + {\log_{2} (u + 2^{- 10}) - \log_{2} (u)} \cdot ξ] | & (x &GreaterEqual; 2^{12}) \\ (m + ξ) \cdot 2^{12} & (x < 2^{12}) \end{matrix}

其中m为输出的整数位，u为查找对数表输入的索引值，ξ为查找对数表输入的余数值。

在一个实施例中，所述返回值A_DTC∈[0，2¹⁶-1]。

在一个实施例中，所述平移量系数A₀利用所述公式A₀＝2¹⁶-1-2¹²·log₂(T_max)获取，其中所述T_max是单次采样中积分时间的最大值。

本发明提供的计算机断层图像的重建方法，利用分段对数算法对所述原始数据进行处理，保留了更多小数位数，从而可以获得能够产生高质量图像的高精确度数据，解决了现有技术中由于受数据测量系统射频端口限制，不能获取更高质量计算机断层图像的问题。

附图说明

图1是本发明中一种计算机断层图像的重建方法流程示意图；

图2是采用分段对数运算算法与常用对数运算算法的值域范围的对比示意图。

具体实施方式

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

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

正如背景技术中所描述的，现有的对数压缩算法是对数据进行log2运算以及位移运算处理。log2运算是一种有损压缩算法，可降低数据精度，影响图像质量。图像质量与图像损失的程度成负相关，图像损失的程度取决于保留的小数位的位数，小数位位数越多，则数据越精确，对图像质量的影响越小。典型的原始数据为24bit，经过log2压缩处理后转为16bit，16bit其中包括5bit整数位、11bit小数位，如果需要让压缩后的数据全部落入16bit范围之内，则只能保留11位小数。为了得到更高质量的图像，有必要提供一种能够保留更多小数位数的图像重建方法。

一种计算机断层图像的重建方法，包括如下步骤：

步骤S1：对待扫描对象进行CT扫描，并通过数据采集系统采集原始数据，且将其发送至数据测量系统。

数据采集系统通过多组数字积分电路，将每个探测器探测到的光电信号转换为24bit位宽的逻辑信号，每个探测器对应一组数字积分电路。所述全部数字积分电路返回的逻辑信号通过特定的时序，汇总到数据测量系统的高速数据链路上。

步骤S2：通过所述数据测量系统利用分段对数算法对所述原始数据进行处理并获得返回值A_DTC。

具体地，所述逻辑信号进入所述数据测量系统的高速数据链路，在数据链路上，所述数据测量系统利用分段对数算法对所述数据进行同步处理并得到返回值。

步骤S3：将所述返回值A_DTC通过射频端口发送至重建服务器进行图像重建。

下面结合附图与具体实施方式对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1所示：执行步骤S1：对待扫描对象进行CT扫描，并通过数据采集系统采集原始数据，且将其发送到数据测量系统。

所述数据采集系统返回的原始数据包括：计算机断层扫描系统中的检测器上的暗电流I_DTC-dark，所述检测器返回的积分强度值I_DTC以及积分时间T。上述返回的原始数据的位宽为24bit，射频端口的带宽无法满足传输24bit位宽的数据，因此需要经过数据测量系统进行后处理。

执行步骤S2：通过所述数据测量系统利用分段对数算法对所述原始数据进行处理，并获得返回值A_DTC。由于受射频端口带宽的影响，所述返回值A_DTC只能是16bit的数据，所述返回值A_DTC利用如下公式获得：

A_DTC＝A₀-C·log₂(I_DTC-I_{DTC_dark})+C·log₂(T)

其中A₀为平移量系数，要保证A_DTC∈[0，2¹⁶-1]，A₀可以通过如下公式获取，A₀＝2¹⁶-1-2¹²·log₂(T_max)，其中T_max是单次采样中积分时间的最大值。

其中C是位移运算系数，当C＝2^a时，即表示左移a位，保留a位小数精度，在本实施例中，优选地C＝2¹²，保留12位小数精度。

其中C·log₂(I_DTC-I_DTC-dark)以及C·log₂(T)为对数运算单元，在本实施例中，所述分段对数运算单元C·seg log₂(x)的算法如下：

C \cdot seg \log_{2} (x) = \{\begin{matrix} 2^{12} \cdot \log_{2} (x) (x &GreaterEqual; 2^{12}) \\ 11 \cdot 2^{12} + x (x < 2^{12}) \end{matrix}

如上述算法，保留了12为的小数精度，即当输入数据的有效位数超过(包含)12bit时，采用2¹²·log₂(x)运算，并左移12位；当输入数据的有效位数不足12bit时，直接加上11·2¹²后返回。

反之数据所需要的最小带宽是由其最大值减去最小值决定的，当x∈[1，2²⁴]时，采用原有算法其最大值减去最小值为max(2¹²·log₂(x))-min(2¹²·log₂(x))＝1.5·2¹⁶，超出了16bit可表示的范围，而采用了本发明中技术方案中改进后的算法，max(2¹²·log₂(x))-min(11·2¹²+x)＝0.8125·2¹⁶，在16bit可表示的范围之内。

如图2所示，采用改进后的算法值域范围(实线)为[0，6·10⁴]，明显小于原有的算法值域范围(虚线)[0，10·10⁴]，从而达到更好的压缩效果。

在另一个实施例中，所述分段对数运算单元C·log₂(x)采用如下公式所示的查表算法，所述公式如下：

C \cdot seg \log_{2} (x) = \{\begin{matrix} 2^{12} \cdot | [m + \log_{2} (u) + {\log_{2} (u + 2^{- 10}) - \log_{2} (u)} \cdot ξ] | & (x &GreaterEqual; 2^{12}) \\ (m + ξ) \cdot 2^{12} & (x < 2^{12}) \end{matrix}

表格1

如表格1所示，其中x是输入值；如表格1第1列所示，根据x的最高非零位判断x是否大于等于2¹²；表格1第2行显示的是x小于2¹²时的情形，第3到14行显示的是x大于等于2¹²时的情形；如表格1第4列所示，m是输出的整数位。

参数u为查找对数表输入的索引值，如表格1第3列所示，u＝1，XXXXXXXXXX，其中XXXXXXXXXX是x在最高位之后连续10个二进制位，每个X表示0或1；log₂(u+2^-10)和log₂(u)的值通过查表取得，该数值表包含2¹⁰个值，对应每一个log₂(1.XXXXXXXXXX)的值。

参数ξ为查找对数表输入的余数值，如表格1第3列所示ξ＝0.YYY…，每个Y表示0或1。

执行步骤S3：将所述返回值A_DTC通过射频端口发送至重建服务器进行重建图像。

如上所述，本发明提供的计算机断层图像的重建方法，利用分段对数算法对所述数据进行处理，保留了更多小数位数，从而可以获得能够产生高质量图像的高精确度数据，解决了现有技术中由于受数据测量系统射频端口限制，计算机断层扫描系统不能获取更高质量图像的问题。

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。

Claims

1.一种计算机断层图像的重建方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的计算机断层图像的重建方法，其特征在于，所述原始数据包括：计算机断层扫描设备中检测器上的暗电流I_DTC-dark、所述检测器返回的积分强度值I_DTC以及积分时间T。

3.如权利要求2所述的计算机断层图像的重建方法，其特征在于，所述返回值A_DTC利用如下公式获得：

A_DTC＝A₀-C·log₂(I_DTC-I_{DTC_dark})+C·log₂(T)

4.如权利要求3所述的计算机断层图像的重建方法，其特征在于，所述数据采集系统采集的原始数据位宽为24bit，经过所述数据测量系统处理之后的数据位宽为16bit。

5.如权利要求4所述的计算机断层图像的重建方法，其特征在于，所述位移运算系数C＝2¹²。

6.如权利要求5所述的计算机断层图像的重建方法，其特征在于，所述对数运算单元C·log₂(x)采用如下分段算法进行运算：

C \cdot seg \log_{2} (x) = \{\begin{matrix} 2^{12} \cdot \log_{2} (x) (x &GreaterEqual; 2^{12}) \\ 11 \cdot 2^{12} + x (x < 2^{12}) \end{matrix}

7.如权利要求6所述的计算机断层图像的重建方法，其特征在于，所述对数运算单元C·log₂(x)采用如下分段算法进行查表运算：

C \cdot seg \log_{2} (x) = \{\begin{matrix} 2^{12} \cdot | [m + \log_{2} (u) + {\log_{2} (u + 2^{- 10}) - \log_{2} (u)} \cdot ξ] | & (x &GreaterEqual; 2^{12}) \\ (m + ξ) \cdot 2^{12} & (x < 2^{12}) \end{matrix}

8.如权利要求3所述的计算机断层图像的重建方法，其特征在于，所述返回值A_DTC∈[0，2¹⁶-1]。

9.如权利要求8所述的计算机断层图像的重建方法，其特征在于，所述平移量系数A₀利用所述公式A₀＝2¹⁶-1-2¹²·log₂(T_max)获取，其中所述T_max是单次采样中积分时间的最大值。