CN104574460A - 一种ct图像重建方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种CT图像重建方法和装置，所述方法包括：根据CT扫描器的准直宽度，确定X射线在检测器z方向的本影区和半影区各层对应的权值；获取所述本影区和半影区各层的扫描数据；利用所述本影区和半影区各层的扫描数据以及各层对应的权值，完成CT图像的重建。与现有技术相比，本发明将X射线在检测器z方向的半影区的数据考虑到CT图像重建中，能够利用这部分原本无效的X射线来改善CT图像的信噪比，提高图像质量。

Description

一种CT图像重建方法和装置

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，具体涉及一种CT图像重建方法和装置。

背景技术

CT图像是一种利用CT扫描器对病人进行扫描得到的图像。其中，CT扫描器一般包括光源、检测器和准直器，光源用于发出X射线，当X射线经过物体(如患者身体)衰减后，被检测器接收并转换成计算机能识别的数据信号，最终用于CT图像的重建。准直器的主要作用是将光源发出的多余的X射线挡住，以减少X射线对病人不必要的辐射。

但是，由于光源发出的X射线在CT扫描器的z方向是有长度的。因此，在扫描过程中即使利用准直器挡住了一部分多余的X射线，仍然会有一部分无效的X射线照射到病人身上。如图1所示，光源发出的X射线在检测器z方向上形成本影区和半影区。目前，半影区的X射线对于CT图像重建是无效的，也就是说，现有的CT图像重建方法中，虽然病人受到了这部分X射线的照射，但半影区的扫描数据并没有对CT图像的重建起到任何作用。

如上，现有技术的CT图像重建方法中，基于部分X射线的无效，导致CT扫描器的扫描剂量在CT图像重建的过程中利用率低，降低了CT图像的信噪比。

发明内容

本发明提供了一种CT图像重建方法和装置，将检测器z方向上形成的半影区扫描数据也用于CT图像重建，能够利用原本无效的X射线来改善重建的CT图像的信噪比，提高CT图像质量。 

本发明实施例提供一种CT图像重建方法，所述方法包括：

根据CT扫描器的准直宽度，确定X射线在检测器z方向的本影区和半影区各层对应的权值；

获取所述本影区和半影区各层的扫描数据；

利用所述本影区和半影区各层的扫描数据以及各层对应的权值，完成CT图像的重建。

优选地，所述根据CT扫描器的准直宽度，确定X射线在检测器z方向的本影区和半影区各层对应的权值之前，还包括：

获取CT扫描器在不同准直宽度下扫描空气时，检测器z方向接收到的X射线的强度曲线；

确定X射线在检测器z方向的本影区的各层对应的权值，并根据所述强度曲线，确定X射线在检测器z方向的半影区各层对应的权值；

建立所述CT扫描器的准直宽度与X射线在检测器z方向的本影区和半影区各层对应的权值的对应关系。

优选地，所述根据所述强度曲线，确定X射线在检测器z方向的半影区各层对应的权值之前，还包括：

对所述强度曲线进行去噪处理。

优选地，所述根据CT扫描器的准直宽度，确定X射线在检测器z方向的本影区和半影区各层对应的权值之前，还包括：

根据CT扫描器的准直宽度，确定X射线在检测器z方向的本影区和半影区的宽度；

确定X射线在所述检测器z方向的本影区的各层对应的权值，并利用X射线在所述检测器z方向的本影区和半影区的宽度，确定X射线在检测器z方向的半影区各层对应的权值；

建立所述CT扫描器的准直宽度与X射线在检测器z方向的本影区和半影区各层对应的权值的对应关系。

优选地，所述利用所述本影区和半影区各层的扫描数据以及各层对应的权值，完成CT图像的重建，具体包括：

利用所述本影区和半影区各层对应的权值，分别对各层的扫描数据进行加权及归一化处理，并利用滤波反投影方法获得CT图像的每个像素点的数据，完成所述CT图像的重建。

优选地，所述利用所述本影区和半影区各层的扫描数据以及各层对应的权 值，完成CT图像的重建，具体包括：

获取投影矩阵，所述投影矩阵包括任一条X射线对任一像素点的投影系数；

利用所述半影区各层对应的权值与所述投影矩阵中每个像素点的相应层的投影系数相乘，得到修改后投影矩阵；

根据所述修改后投影矩阵以及各层的扫描数据，利用迭代方法获得CT图像上每个像素点的数据，完成所述CT图像的重建。

本发明还提供了一种CT图像重建装置，所述装置包括：

第一确定模块，用于根据CT扫描器的准直宽度，确定X射线在检测器z方向的本影区和半影区各层对应的权值；

第一获取模块，用于获取所述本影区和半影区各层的扫描数据；

重建模块，用于利用所述本影区和半影区各层的扫描数据以及各层对应的权值，完成CT图像的重建。

优选地，所述装置还包括：

第二获取模块，用于获取CT扫描器在不同准直宽度下扫描空气时，检测器z方向接收到的X射线的强度曲线；

第二确定模块，用于确定X射线在检测器z方向的本影区的各层对应的权值，并根据所述强度曲线，确定X射线在检测器z方向的半影区各层对应的权值；

第一建立模块，用于建立所述CT扫描器的准直宽度与X射线在检测器z方向的本影区和半影区各层对应的权值的对应关系。

优选地，所述装置还包括：

第三确定模块，用于根据CT扫描器的准直宽度，确定X射线在检测器z方向的本影区和半影区的宽度；

第四确定模块，用于确定X射线在所述检测器z方向的本影区的各层对应的权值，并利用X射线在所述检测器z方向的本影区和半影区的宽度，确定X射线在检测器z方向的半影区各层对应的权值；

第二建立模块，用于建立所述CT扫描器的准直宽度与X射线在检测器z 方向的本影区和半影区各层对应的权值的对应关系。

优选地，所述重建模块，具体用于：

利用所述本影区和半影区各层对应的权值，分别对各层的扫描数据进行加权及归一化处理，并利用滤波反投影方法获得CT图像的每个像素点的数据，完成所述CT图像的重建。

优选地，所述重建模块，包括：

第一获取子模块，用于获取投影矩阵，所述投影矩阵包括任一条X射线对任一像素点的投影系数；

修改子模块，用于利用所述半影区各层对应的权值与所述投影矩阵中每个像素点的相应层的投影系数相乘，得到修改后投影矩阵；

重建子模块，用于根据所述修改后投影矩阵以及各层的扫描数据，利用迭代方法获得CT图像上每个像素点的数据，完成所述CT图像的重建。

本发明首先根据CT扫描器的准直宽度，确定X射线在检测器z方向的本影区和半影区各层对应的权值。其次，获取所述本影区和半影区各层的扫描数据。最后，利用所述本影区和半影区各层的扫描数据以及各层对应的权值，完成CT图像的重建。与现有技术相比，本发明将X射线在检测器z方向的半影区的数据考虑到CT图像重建中，能够利用这部分原本无效的X射线来提高CT图像的信噪比，提高图像质量。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为CT扫描器的光源发出的X射线在检测器z方向上形成本影区和半影区示意图；

图2为本发明实施例一提供的CT图像重建的方法流程图；

图3为本发明实施例一提供的一种检测器z方向上X射线的强度曲线示意图；

图4为本发明实施例一提供的一种检测器z方向的本影区和半影区的各层对应的权值曲线图；

图5为本发明实施例一提供的根据确定的本影区和半影区的宽度，绘制检测器z方向的本影区和半影区的权值示意图；

图6为本发明实施例一提供的一种CT图像重建示意图；

图7为本发明实施例二提供的CT图像重建的装置结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例一

参考图2，图2为本发明实施例一提供的CT图像重建方法流程图，所述方法包括：

S201：根据CT扫描器的准直宽度，确定X射线在检测器z方向的本影区和半影区各层对应的权值。

其中，CT扫描器分为32排CT扫描器、64排CT扫描器等型号，同时不同型号的CT扫描器的检测器也可能不同，如可以是64层检测器、32层检测器等。实际应用中，利用任何一种CT扫描器为病人进行扫描时，医生需要根据诊断需求，为使用的CT扫描器的准直器设置准直宽度。值得注意的是，准直宽度设置不同的CT扫描器，其发出的X射线在检测器z方向的本影区和半影区各层对应的权值也可能不同。所以，本实施例需要根据CT扫描器的准直宽度，确定X射线在检测器z方向的本影区和半影区各层对应的权值。

本实施例中，在为病人进行扫描之前，首先为CT扫描器设置准直宽度。在所述准直宽度下，利用所述CT扫描器扫描空气，并用所述CT扫描器的全部检测器接收数据，获得检测器z方向上接收到的X射线的强度曲线。如图3所示，为一种检测器z方向上X射线的强度曲线示意图，其中，横坐标表示 检测器z方向的层数，衡坐标表示各层的X射线的强度。在得到所述强度曲线后，根据所述强度曲线的弯曲趋势，确定X射线在检测器z方向的本影区和半影区的各层对应的权值。具体的，本实施例可以根据所述强度曲线确定X射线在检测器z方向的本影区和半影区的各层对应的权值曲线图，如图4所示。将本影区的权值设置为最大权值1，半影区的最小权值设置为0，并根据所述强度曲线的弯曲度，将半影区的最小权值与本影区平滑连接(例如，对强度曲线的纵坐标进行缩放，使得本影区和半影区最小权值相连接)，得到半影区各层的权值。最终，建立所述CT扫描器的准直宽度与X射线在检测器z方向的本影区和半影区各层对应的权值的对应关系，以便后续为病人进行扫描时直接调用。

为了进一步保证得到的X射线在检测器z方向的本影区和半影区各层对应的权值的准确性，本实施例可以对检测器z方向上接收到的X射线的强度曲线进行去噪处理。具体的，本实施例可以对所述强度曲线上的数据进行空气校正。另外，本实施例还可以对所述强度曲线执行通道和层方向的平滑操作，最终得到平滑的强度曲线。

另外，本实施例中，在为病人进行扫描之前，还可以通过理论计算得到X射线在检测器z方向的本影区和半影区的各层对应的权值。具体的，首先根据CT扫描器的准直宽度，确定X射线在检测器z方向的本影区和半影区的宽度。可以理解的是，不同准直宽度的CT扫描器对应的X射线在检测器z方向的本影区和半影区的宽度不同。其次，根据确定的X射线在检测器z方向的本影区和半影区的宽度，绘制检测器z方向的本影区和半影区的权值示意图，如图5所示，根据确定的X射线在检测器z方向的本影区和半影区的宽度确定检测器z方向的本影区和半影区，可以将本影区的权值设置为最大权值1，半影区的最小权值设置为0，半影区的其他权值通过半影区的最小权值与本影区的权值连接而确定。如图5，半影区的权值为0-1内的值。最后，建立所述CT扫描器的准直宽度与X射线在检测器z方向的本影区和半影区各层对应的权值的对应关系，以便后续为病人进行扫描时直接调用。

值得注意的是，本实施例中的X射线在检测器z方向的本影区各层的权值还可以根据现有的螺旋重建权值确定方法进行设置。在现有的仅利用本影区 的扫描数据进行CT图像重建的基础上，结合利用半影区的扫描数据，最终完成CT图像的重建，这使得重建的CT图像的信噪比得到提高。

S202：获取所述本影区和半影区各层的扫描数据。

本实施例中，在为病人进行扫描时，CT扫描器获取X射线在检测器z方向的本影区和半影区各层的扫描数据。

S203：利用所述本影区和半影区各层的扫描数据以及各层对应的权值，完成CT图像的重建。

本实施例中，可以利用所述本影区和半影区各层对应的权值，分别对各层的扫描数据进行加权及归一化处理，获得CT图像的每个像素点的数据，完成所述CT图像的重建。

另外，本实施例还可以利用迭代方法完成CT图像的重建，具体的，首先获取投影矩阵，所述投影矩阵包括任一条X射线对任一像素点的投影系数。其次，利用所述半影区各层对应的权值与所述投影矩阵中每个像素点的相应层的投影系数相乘，得到修改后投影矩阵。最后，根据所述修改后投影矩阵以及各层的扫描数据，利用常规的迭代方法获得CT图像上每个像素点的数据，完成所述CT图像的重建。

实际应用中，投影矩阵可以为如下形式：

$P=\left(\begin{array}{ccccc}{P}_{00}& P_{01}& ...& P_{0(N-2)}& P_{0(N-1)}\\ P_{10}& P_{11}& ...& P_{1(N-2)}& P_{1(N-1)}\\ .& .& .& .& .\\ .& .& .& .& .\\ .& .& .& .& .\\ P_{(S*M-2)0}& P_{(S*M-2)1}& ...& P_{(S*M-2)(N-2)}& P_{(S*M-2)(N-1)}\\ P_{(S*M-1)0}& P_{(S*M-1)1}& ...& P_{(S*M-2)(N-2)}& P_{(S*M-2)(N-1)}\end{array}\right)$

其中，P_ij表示第i条射线(假设该射线来自于第k层)对第j个像素的投影系数。本实施例需要根据半影区各层对应的权值修改投影矩阵P中的各个投影系数P_ij，例如，w_k为上述步骤中计算得到的第i层层对应的权值，可以利用w_k分别与投影矩阵P中对应来自于第k层的投影系数P_ij相乘，以得到修改后的各个投影系数P_ij，最终得到利用半影区各层对应的权值修改后的投影矩阵。

获取修改后的投影矩阵后，可以利用公知的一些方法，例如期望最大化方法、惩罚似然估计方法等进行图像的迭代重建。

如图6所示，为CT图像重建示意图，图中虚线为CT图像的平面，其中光源S1的本影区内的某条X射线穿过了CT图像平面中的一点A，传统的CT图像重建方法中，仅S1的该条X射线会直接(或加一个锥角权等)用于A点的反投影重建。而本实施例中，S1发出的该条X射线会与对面的光源S2、S3对应的半影区内的X射线进行加权处理，最终共同完成CT图像的重建。

可见，利用半影区的扫描数据，使得该像素点A的信噪比增加。需要注意的是，图中仅仅绘制出了对面的两个光源，实际中，根据CT扫描的不同螺距，对面可能会有多个光源都能穿过同一个像素点，而与S1同角度也可能会有多个光源，所以，增加利用半影区的扫描数据进行CT图像的重建，能够较大程度上提高CT图像的质量。

本发明实施例中，首先根据CT扫描器的准直宽度，确定X射线在检测器z方向的本影区和半影区各层对应的权值。其次，获取所述本影区和半影区各层的扫描数据。最后，利用所述本影区和半影区各层的扫描数据以及各层对应的权值，完成CT图像的重建。与现有技术相比，本发明实施例将X射线在检测器z方向的半影区的数据考虑到CT图像重建中，能够利用这部分原本无效的X射线来提高CT图像的信噪比，改善图像质量。

实施例二

参考图7，为本发明实施例二提供的一种CT图像重建装置结构示意图，所述装置可以包括：

第一确定模块701，用于根据CT扫描器的准直宽度，确定X射线在检测器z方向的本影区和半影区各层对应的权值；

第一获取模块702，用于获取所述本影区和半影区各层的扫描数据；

重建模块703，用于利用所述本影区和半影区各层的扫描数据以及各层对应的权值，完成CT图像的重建。

其中，所述装置还可以包括：

第二获取模块，用于获取CT扫描器在不同准直宽度下扫描空气时，检测器z方向接收到的X射线的强度曲线；

第二确定模块，用于确定X射线在检测器z方向的本影区的各层对应的 权值，并根据所述强度曲线，确定X射线在所述检测器z方向的半影区各层对应的权值；

第一建立模块，用于建立所述CT扫描器的准直宽度与X射线在检测器z方向的本影区和半影区各层对应的权值的对应关系。

具体的，所述装置还可以包括：

去噪模块，用于对所述强度曲线进行去噪处理。

另外，所述装置还可以包括：

第三确定模块，用于根据CT扫描器的准直宽度，确定X射线在检测器z方向的本影区和半影区的宽度；

第四确定模块，用于确定X射线在所述检测器z方向的本影区的各层对应的权值，并利用X射线在所述检测器z方向的本影区和半影区的宽度，确定X射线在所述检测器z方向的半影区各层对应的权值；

第二建立模块，用于建立所述CT扫描器的准直宽度与X射线在检测器z方向的本影区和半影区各层对应的权值的对应关系。

实际操作中，所述重建模块具体用于：

利用所述本影区和半影区各层对应的权值，分别对各层的扫描数据进行加权及归一化处理，并利用滤波反投影方法获得CT图像的每个像素点的数据，完成所述CT图像的重建。

另外，所述重建模块可以包括：

第一获取子模块，用于获取投影矩阵，所述投影矩阵包括任一条X射线对任一像素点的投影系数；

修改子模块，用于利用所述半影区各层对应的权值与所述投影矩阵中每个像素点的相应层的投影系数相乘，得到修改后投影矩阵；

重建子模块，用于根据所述修改后投影矩阵以及各层的扫描数据，利用迭代方法获得CT图像上每个像素点的数据，完成所述CT图像的重建。

本发明实施例提供的CT图像重建装置中，根据CT扫描器的准直宽度，确定X射线在检测器z方向的本影区和半影区各层对应的权值。获取所述本影区和半影区各层的扫描数据。利用所述本影区和半影区各层的扫描数据以及各层对应的权值，完成CT图像的重建。与现有技术相比，本发明实施例将X 射线在检测器z方向的半影区的数据考虑到CT图像重建中，能够利用这部分原本无效的X射线来改善CT图像的信噪比，提高图像质量。

对于装置实施例而言，由于其基本对应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明实施例所提供的CT图像重建方法和装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (11)

1.一种CT图像重建方法，其特征在于，所述方法包括：

根据CT扫描器的准直宽度，确定X射线在检测器z方向的本影区和半影区各层对应的权值；

获取所述本影区和半影区各层的扫描数据；

利用所述本影区和半影区各层的扫描数据以及各层对应的权值，完成CT图像的重建。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据CT扫描器的准直宽度，确定X射线在检测器z方向的本影区和半影区各层对应的权值之前，还包括：

获取CT扫描器在不同准直宽度下扫描空气时，检测器z方向接收到的X射线的强度曲线；

确定X射线在检测器z方向的本影区的各层对应的权值，并根据所述强度曲线，确定X射线在检测器z方向的半影区各层对应的权值；

建立所述CT扫描器的准直宽度与X射线在检测器z方向的本影区和半影区各层对应的权值的对应关系。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述强度曲线，确定X射线在检测器z方向的半影区各层对应的权值之前，还包括：

对所述强度曲线进行去噪处理。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据CT扫描器的准直宽度，确定X射线在检测器z方向的本影区和半影区各层对应的权值之前，还包括：

根据CT扫描器的准直宽度，确定X射线在检测器z方向的本影区和半影区的宽度；

确定X射线在所述检测器z方向的本影区的各层对应的权值，并利用X射线在所述检测器z方向的本影区和半影区的宽度，确定X射线在检测器z方向的半影区各层对应的权值；

建立所述CT扫描器的准直宽度与X射线在检测器z方向的本影区和半影区各层对应的权值的对应关系。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述本影区和半影区各层的扫描数据以及各层对应的权值，完成CT图像的重建，具体包括：

利用所述本影区和半影区各层对应的权值，分别对各层的扫描数据进行加权及归一化处理，并利用滤波反投影方法获得CT图像的每个像素点的数据，完成所述CT图像的重建。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述本影区和半影区各层的扫描数据以及各层对应的权值，完成CT图像的重建，具体包括：

获取投影矩阵，所述投影矩阵包括任一条X射线对任一像素点的投影系数；

利用所述半影区各层对应的权值与所述投影矩阵中每个像素点的相应层的投影系数相乘，得到修改后投影矩阵；

根据所述修改后投影矩阵以及各层的扫描数据，利用迭代方法获得CT图像上每个像素点的数据，完成所述CT图像的重建。

7.一种CT图像重建装置，其特征在于，所述装置包括：

第一确定模块，用于根据CT扫描器的准直宽度，确定X射线在检测器z方向的本影区和半影区各层对应的权值；

第一获取模块，用于获取所述本影区和半影区各层的扫描数据；

重建模块，用于利用所述本影区和半影区各层的扫描数据以及各层对应的权值，完成CT图像的重建。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

第二获取模块，用于获取CT扫描器在不同准直宽度下扫描空气时，检测器z方向接收到的X射线的强度曲线；

第二确定模块，用于确定X射线在检测器z方向的本影区的各层对应的权值，并根据所述强度曲线，确定X射线在检测器z方向的半影区各层对应的权值；

第一建立模块，用于建立所述CT扫描器的准直宽度与X射线在检测器z方向的本影区和半影区各层对应的权值的对应关系。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

第三确定模块，用于根据CT扫描器的准直宽度，确定X射线在检测器z方向的本影区和半影区的宽度；

第四确定模块，用于确定X射线在所述检测器z方向的本影区的各层对应的权值，并利用X射线在所述检测器z方向的本影区和半影区的宽度，确定X射线在检测器z方向的半影区各层对应的权值；

第二建立模块，用于建立所述CT扫描器的准直宽度与X射线在检测器z方向的本影区和半影区各层对应的权值的对应关系。

10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述重建模块，具体用于：

利用所述本影区和半影区各层对应的权值，分别对各层的扫描数据进行加权及归一化处理，并利用滤波反投影方法获得CT图像的每个像素点的数据，完成所述CT图像的重建。

11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述重建模块，包括：

第一获取子模块，用于获取投影矩阵，所述投影矩阵包括任一条X射线对任一像素点的投影系数；

修改子模块，用于利用所述半影区各层对应的权值与所述投影矩阵中每个像素点的相应层的投影系数相乘，得到修改后投影矩阵；

重建子模块，用于根据所述修改后投影矩阵以及各层的扫描数据，利用迭代方法获得CT图像上每个像素点的数据，完成所述CT图像的重建。