CN104599316B - 一种锥形束ct的断层方向可调整的三维图像重建方法及系统 - Google Patents

一种锥形束ct的断层方向可调整的三维图像重建方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种锥形束CT的断层方向可调整的三维图像重建方法，所述方法的步骤如下：通过CT系统对被测物体进行扫描；通过预重建模块对CT系统扫描数据进行图像重建；通过参数调整模块获得对应于视图断层图像的图像坐标系参数；通过重建模块获得被测物体的三维图像。本发明方法简单、操作方便、易于实施、成本低廉，而且该方法以更为直观的方式调整描述重建图像坐标系的参数，获得的重建后的三维图像的空间分辨率得到了极大提高；同时，该方法能够重建被测物体的任意方向断层的图像，方便了使用者的操作，提高了工作效率；另外，该方法可仅针对感兴趣区域进行重建，避免了感兴趣区域之外区域的重建，从而减少了计算量，提高了重建速度。

Description

一种锥形束CT的断层方向可调整的三维图像重建方法及系统
技术领域
本发明属于X射线CT技术领域，涉及一种由锥束CT扫描数据重建被测物体三维图像的方法，尤其是一种锥形束CT的断层方向可调整的三维图像重建方法。
背景技术
由于锥束CT具有射线利用率高、扫描速度快等优点，因此其在工业无损检测、医学诊断等方面获得了广泛应用。
目前，商用的锥束CT设备在进行三维图像重建时，采用的图像坐标系均与扫描系统的坐标系一致。因此，重建出的图像断层是垂直于转台旋转轴的。然而，在实际检测中，被测物体在摆放时，是很难做到与扫描系统的坐标系一致的，例如：线路板检测中，很难将线路板摆放得使其基板平行或垂直于转台旋转轴。因此，这就导致直接重建出的断层图像是“倾斜”的。为了得到“正”的断层图像，常用的方法是对重建的三维图像进行三维插值。虽然通过三维插值能够得到“正”的断层图像，但该方法同时也会降低图像的空间分辨率。
通过检索，发现如下几篇与本发明专利申请相关的专利公开文献：
1、用Micro-CT成像系统对长目标物体进行扫描重建的方法(CN101756707A)，公开了一种用Micro-CT成像系统对长目标物体进行扫描重建的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：(1)从物体的初始位置开始预扫描直到最终位置结束，得到整个物体的投影图像；(2)在物体的投影图像中，选择感兴趣区域作为重建范围区域的扫描框，对扫描框进行分段；从分段的重建区域计算对应的投影图像分段的实际位置信息；(3)调整载物台位置到要采集物体的分段重建区域的最上段，依次扫描每个分段，对每个分段进行重建；对分段重建序列进行拼接，最终得到长目标物体的断层图。经大量扫描重建证实该方法对长目标物体进行扫描重建行之有效，有效的解决了长目标物体无法完整扫描重建的缺陷，且方法稳定可靠，有很大的使用前景。
2、用于对对象进行检查的计算机断层扫描(CT)C型臂系统和方法(CN101541240)，提供了一种用于对对象进行检查的计算机断层扫描(CT)C型臂系统和方法。计算机断层扫描(CT)C型臂系统用于检查感兴趣对象，所述CT-C型臂系统包括适于生成X射线的X射线管，用于获取CT切片组的X射线探测单元，其中，X射线管和X射线探测单元适于在C型臂上围绕检查对象围绕公共轴旋转，以及处理单元，通过所述处理单元可执行以下步骤：使用第一扫描参数获取CT切片的第一3D数据体积；将所述第一数据体积调整为第二数据体积(分割后体积)，从而使得可以将至少一个预定Hounsfield(H)范围的第一数据体积的体素值设置为至少一个预定H值；使用第一扫描参数生成第二数据体积的前向投影；将所述投影重建为第三数据体积；通过使第三体积与第二体积相减生成第四数据体积(仅伪影体积)；通过使第四体积与第一体积相加生成第五体积。
通过对比，本发明专利申请与上述专利公开文献存在本质的不同。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种方法简单、操作方便、易于实施、成本低廉，以更为直观的方式调整描述重建图像坐标系的参数，获得的重建后的三维图像的空间分辨率得到了极大提高、能够重建被测物体的任意方向断层的图像锥形束CT的断层方向可调整的三维图像重建方法。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种锥形束CT的断层方向可调整的三维图像重建方法，所述方法的步骤如下：
步骤S1.通过CT系统对被测物体进行扫描，获得CT系统扫描数据；
步骤S2.通过预重建模块对CT系统扫描数据进行图像重建，重建时采用的图像坐标系与扫描系统的坐标系一致，得到预重建三维图像；
步骤S3.通过参数调整模块将预重建三维图像以可视化的方式呈现给用户，并为用户提供接口来调整描述图像坐标系的参数，通过参数调整，使视图中显示的断层图像满足需求，并获得对应于该视图断层图像的图像坐标系参数；
所述描述图像坐标系的参数指定了重建断层的方向和感兴趣区域的范围；
步骤S4.通过重建模块对CT系统扫描数据和参数调整模块获得的断层图像的图像坐标系参数进行图像重建，即获得被测物体的三维图像。
而且，所述步骤S2中重建时的重建算法采用解析方法或迭代方法。
而且，所述步骤S3中的参数调整模块能够直观地调整描述图像坐标系的参数，并实时显示调整后的断层图像。
而且，所述步骤S4中重建时的重建算法采用解析方法或迭代方法。
实施如上所述的锥形束CT的断层方向可调整的三维图像重建方法的系统，所述系统包括依次连接的CT系统、预重建模块、参数调整模块和重建模块；
所述CT系统对被测物体进行扫描，获得CT系统扫描数据；
所述预重建模块对CT系统扫描数据进行图像重建，重建时采用的图像坐标系与扫描系统的坐标系一致，得到预重建三维图像；
所述参数调整模块将预重建三维图像以可视化的方式呈现给用户，并为用户提供接口来调整描述图像坐标系的参数，通过参数调整，使视图中显示的断层图像满足需求，并获得对应于该视图断层图像的图像坐标系参数；
所述参数指定了重建断层的方向及感兴趣区域的范围；
所述重建模块对CT系统扫描数据和参数调整模块获得的断层图像的图像坐标系参数进行图像重建，即获得被测物体的三维图像。
本发明的优点和积极效果是：
本发明方法简单、操作方便、易于实施、成本低廉，而且该方法以更为直观的方式调整描述重建图像坐标系的参数，获得的重建后的三维图像的空间分辨率得到了极大提高；同时，该方法能够重建被测物体的任意方向断层的图像，方便了使用者的操作，提高了工作效率；另外，该方法可仅针对感兴趣区域进行重建，避免了感兴趣区域之外区域的重建，从而减少了计算量，提高了重建速度。
附图说明
图1为本发明实施例中CT系统某角度下的扫描数据图；
图2为本发明实施例的参数调整模块的参数调整界面图；其中左上、右上、左下三个子图为预重建三维图像的三视图，右下子图为三维图像的体绘制结果图；由于线路板摆放问题，三视图中的图像均是“倾斜”的；每个视图下方的滚轮为参数调整控件，可通过鼠标拖拽实现重建图像坐标系参数的调整；“ROI recon”复选框为感兴趣区域选择的使能控件，勾选该复选框，则会在三视图中出现绿色方框；通过调整绿色方框的大小和位置，可以调节感兴趣区域的大小和位置；
图3为本发明实施例的经过参数调整后的线路板在三个视图中均为“正”的图像，三视图中绿色方框内的部分表示感兴趣区域；
图4为本发明实施例的两幅利用调整后的参数重建的断层图像图；
图5为本发明系统的结构连接示意图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进一步说明；下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。
本发明中所使用的设备，如无特殊规定，均为本领域内常用的设备或装置；本发明中所使用的方法，如无特殊规定，均为本领域内常用的方法。
一种锥形束CT的断层方向可调整的三维图像重建方法，具体步骤如下：
步骤S1.通过CT系统对被测物体进行扫描，获得CT系统扫描数据；
步骤S2.通过预重建模块对CT系统扫描数据进行图像重建，重建时采用的图像坐标系与扫描系统的坐标系一致，重建算法采用解析方法或迭代方法，得到预重建三维图像；
步骤S3.通过参数调整模块将预重建三维图像以可视化的方式呈现给用户，并为用户提供接口来调整描述图像坐标系的参数，通过参数调整，使视图中显示的断层图像满足需求，并获得对应于该视图断层图像的图像坐标系参数；
所述参数指定了重建断层的方向及感兴趣区域的范围；
上述参数调整模块，能够直观地调整上述描述图像坐标系的参数，并实时的显示调整后的断层图像；
步骤S4.通过重建模块对CT系统扫描数据和参数调整模块获得的断层图像的图像坐标系参数进行图像重建，重建算法采用解析方法或迭代方法，即获得被测物体的三维图像。
实施上述锥形束CT的断层方向可调整的三维图像重建方法的系统，如图5所示，所述系统包括依次连接的CT系统、预重建模块、参数调整模块和重建模块；
所述CT系统对被测物体进行扫描，获得CT系统扫描数据；
所述预重建模块对CT系统扫描数据进行图像重建，重建时采用的图像坐标系与扫描系统的坐标系一致，重建算法采用解析方法或迭代方法，得到预重建三维图像；
所述参数调整模块将预重建三维图像以可视化的方式呈现给用户，并为用户提供接口来调整描述图像坐标系的参数，通过参数调整，使视图中显示的断层图像满足需求，并获得对应于该视图断层图像的图像坐标系参数；
所述参数指定了重建断层的方向及感兴趣区域的范围；
上述参数调整模块，能够直观地调整上述描述图像坐标系的参数，并实时的显示调整后的断层图像；
所述重建模块对CT系统扫描数据和参数调整模块获得的断层图像的图像坐标系参数进行图像重建，重建算法采用解析方法或迭代方法，即得被测物体的三维图像。
在本实施例中，以对一块电路板的CT系统扫描数据进行重建为例说明本发明方法的实施过程。
如图1所示，图1为一个角度下的电路板CT系统扫描数据。不同角度下的扫描数据共720幅。本实施例以一定点和三个方向为参数来描述重建图像坐标系，定点为坐标原点，三个方向为三个坐标轴，同时以三个长度参数表示感兴趣区域沿三个坐标轴方向的大小。
一种锥形束CT的断层方向可调整的三维图像重建方法，具体步骤如下：
步骤S1.通过CT系统对被测物体进行扫描，获得CT系统扫描数据；
步骤S2.通过预重建模块对CT系统扫描数据进行预重建，此时重建图像坐标系与扫描系统的坐标系一致，得到预重建图像，其尺寸为400x400x400。重建算法可采用FDK算法。
步骤S3.对预重建图像进行显示，包括三视图和体绘制图像，如图2所示，本发明实施例的参数调整模块的参数调整界面图，其中左上、右上、左下三个子图为预重建三维图像的三视图，右下子图为三维图像的体绘制结果图；由于线路板摆放问题，三视图中的图像均是“倾斜”的；每个视图下方的滚轮为参数调整控件，可通过鼠标拖拽实现重建图像坐标系参数的调整；“ROI recon”复选框为感兴趣区域选择的使能控件，勾选该复选框，则会在三视图中出现绿色方框；通过调整绿色方框的大小和位置，可以调节感兴趣区域的大小和位置。三视图中，每个视图显示的是两个坐标轴所在平面截物体的重建图像，视图的中心即为坐标原点。
步骤S4.拖拽每个视图下面的滚轮控件调整坐标轴参数。图像会根据调整后的参数实时更新，经过适当调整后使三视图为“正”，如图3所示。
步骤S5.勾选图2或图3下方的“ROI recon”复选框，此时，在三视图中会出现如图3所示的绿色方框，调整方框的大小和位置，使之刚好覆盖到线路板。调整绿色方框位置即是在调整坐标系原点位置。
步骤S6.每个三视图下方有一个单选按钮，但按钮被选中时，该视图对应的断层将作为主断层重建。
步骤S7.调整好参数后，点“OK”按钮保存参数。
步骤S8.利用调整后的参数进行图像重建，最终被测物体的三维图像结果如图4所示。
通过调整坐标系参数，本发明方法以与线路板基板平行的面作为主断层面进行重建。一般的，这种重建结果更符合人们的需要。与三维插值的方法相比，本发明方法所获得的被测物体的三维图像具有更高的空间分辨率。另外，本发明方法通过制定感兴趣区域大小，避免了感兴趣区域之外区域的重建，从而减少了计算量，提高了图像重建速度。

Claims (3)

1.一种锥形束CT的断层方向可调整的三维图像重建方法，其特征在于：所述方法的步骤如下：
步骤S1.通过CT系统对被测物体进行扫描，获得CT系统扫描数据；
步骤S2.通过预重建模块对CT系统扫描数据进行图像重建，重建时采用的图像坐标系与扫描系统的坐标系一致，得到预重建三维图像；
步骤S3.通过参数调整模块将预重建三维图像以可视化的方式呈现给用户，并为用户提供接口来调整描述图像坐标系的参数，通过参数调整，使视图中显示的断层图像满足需求，并获得对应于该视图断层图像的图像坐标系参数；
所述描述图像坐标系的参数指定了重建断层的方向和感兴趣区域的范围；
步骤S4.通过重建模块对CT系统扫描数据和参数调整模块获得的断层图像的图像坐标系参数进行图像重建，即获得被测物体的三维图像；
所述步骤S4中重建时的重建算法采用解析方法或迭代方法。
2.根据权利要求1所述的锥形束CT的断层方向可调整的三维图像重建方法，其特征在于：所述步骤S2中重建时的重建算法采用解析方法或迭代方法。
3.根据权利要求1所述的锥形束CT的断层方向可调整的三维图像重建方法，其特征在于：所述步骤S3中的参数调整模块能够直观地调整描述图像坐标系的参数，并实时显示调整后的断层图像。
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