CN106308836B - 计算机断层扫描图像校正系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种计算机断层扫描图像校正系统及方法，该系统包括轮廓估计模块、截断区域检测模块、高密度成分检测模块、模拟模块、以及校正模块。轮廓估计模块用于根据原始投影数据估计扫描对象的外部轮廓。截断区域检测模块用于检测截断区域，扫描对象的外部轮廓在扫描视野外的区域为截断区域。高密度成分检测模块用于根据原始投影数据检测处于截断区域中的高密度成分。模拟模块用于在外部轮廓中将检测到的高密度成分添加至截断区域中，并将截断区域中除高密度成分以外的部分设为软组织成分，以获取扫描对象的模拟图像。校正模块用于根据模拟图像估计截断区域的投影数据，并根据原始投影数据以及截断区域的投影数据进行图像校正。

Description

计算机断层扫描图像校正系统及方法

技术领域

本发明涉及医疗诊断领域，尤其涉及一种计算机断层扫描图像校正系统。

背景技术

现有的计算机断层扫描(Computer Tomography，CT)设备中，利用CT图像重建原理准确地对扫描视野(Scan Field of View，SFOV)中的投影数据进行图像重建。扫描视野受到探测器的探测范围和X射线孔径大小的限制，因此当患者体型较大，待诊断部位超出扫描视野限定的范围时，在扫描视野之外的投影数据被截断，造成投影数据不全，使得进行图像重建时，重建视野大于扫描视野，产生截断伪影(Truncated Artifacts)。

因此，需要提供一种计算机断层扫描图像校正系统及方法，可以校正这种截断伪影，提高图像质量。

发明内容

本发明的示例性实施例提供了一种计算机断层扫描图像校正系统，包括轮廓估计模块、截断区域检测模块、高密度成分检测模块、模拟模块、以及校正模块。轮廓估计模块，用于根据原始投影数据估计扫描对象的外部轮廓。截断区域检测模块用于检测截断区域，扫描对象的外部轮廓在扫描视野外的区域为该截断区域。高密度成分检测模块用于根据原始投影数据检测处于截断区域中的高密度成分。模拟模块用于在外部轮廓中，将检测到的高密度成分添加至截断区域中，并将截断区域中除高密度成分以外的部分设为软组织成分，以获取扫描对象的模拟图像。校正模块，用于根据模拟图像估计截断区域的投影数据，并根据截断区域的投影数据和原始投影数据进行图像校正。

本发明的示例性实施例提供了一种计算机断层扫描图像校正方法，包括：

根据原始投影数据估计扫描对象的外部轮廓；

检测截断区域，其中扫描对象的外部轮廓在扫描视野外的区域为该截断区域；

根据原始投影数据检测处于截断区域中的高密度成分；

在外部轮廓中，将检测到的高密度成分添加至截断区域中，并将截断区域中除高密度成分以外的部分设为软组织成分，以获取扫描对象的模拟图像；以及，

根据模拟图像估计截断区域的投影数据，并根据截断区域的投影数据和原始投影数据进行图像校正。

通过下面的详细描述、附图以及权利要求，其他特征和方面会变得清楚。

附图说明

通过结合附图对于本发明的示例性实施例进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中：

图1为本发明一个实施例提供的计算机断层扫描图像校正系统的框图；

图2为本发明一个实施例中获取的扫描对象在扫描视野内的正弦投影曲线；

图3为本发明一个实施例中估计的扫描对象的轮廓；

图4为本发明一个实施例中检测到的扫描对象的高密度成分；

图5为本发明一个实施例中获取的扫描对象的模拟图像；

图6为本发明一个实施例中获取的扫描对象的完整的正弦投影曲线；

图7为本发明一个实施例中获取的扫描对象的校正图像；

图8为现有技术中由于投影数据截断产生的具有截断伪影的图像；

图9为本发明一个实施例提供的计算机断层扫描图像校正方法的流程图。

具体实施方式

以下将描述本发明的具体实施方式，需要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。应当可以理解的是，在任意一种实施方式的实际实施过程中，正如在任意一个工程项目或者设计项目的过程中，为了实现开发者的具体目标，为了满足系统相关的或者商业相关的限制，常常会做出各种各样的具体决策，而这也会从一种实施方式到另一种实施方式之间发生改变。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本发明公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本公开揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本公开的内容不充分。

除非另作定义，权利要求书和说明书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，也不限于是直接的还是间接的连接。

图1为本发明一个实施例提供的计算机断层扫描图像校正系统的框图，如图1所示，该系统包括轮廓估计模块11、截断区域检测模块15、高密度成分检测模块12、模拟模块13、以及校正模块14。

轮廓估计模块11用于根据原始投影数据估计扫描对象的外部轮廓。该原始投影数据是指计算机断层扫描设备在对扫描对象进行X射线扫描时，在扫描视野内由探测器采集到的图像数据。

截断区域检测模块15用于检测截断区域。扫描过程中，由于扫描对象过大，当探测器旋转至某一角度，扫描对象可能超出扫描视野，探测器无法探测到超出扫描视野的部分，造成投影数据截断。本实施例中，将估计的扫描对象的外部轮廓在扫描视野外的区域称为上述截断区域。

高密度成分检测模块12用于根据上述原始投影数据检测处于截断区域中的高密度成分。可选地，上述高密度成分包括骨质成分或金属成分。

模拟模块13用于在外部轮廓中，将检测到的高密度成分添加至其中的截断区域中，并将截断区域中除上述高密度成分以外的部分设为软组织成分，以获取扫描对象的模拟图像。

校正模块14用于根据上述模拟图像估计截断区域的投影数据，并根据估计的截断区域的投影数据和上述原始投影数据进行图像校正。

可选地，上述原始投影数据包括扫描对象在扫描视野内获取的原始正弦投影曲线，该原始正弦投影曲线表示不同探测通道在每个扫描视角下采集的图像数据。例如，正弦投影曲线的横轴表示不同扫描视角，纵轴表示不同的探测通道，曲线上每个点具有特定的CT值。

可选地，上述截断区域检测模块15包括边缘通道确定单元、视角确定单元、交点确定单元以及检测单元。

边缘通道确定单元，用于确定与原始正弦投影曲线的截断边缘所对应的探测通道作为边缘通道；

视角确定单元，用于对该边缘通道处的图像数据进行二值化处理，并确定该边缘通道处的图像数据的上升沿和下降沿所对应的两个扫描视角作为两个边缘视角；

交点确定单元，用于分别确定该边缘通道探测到的在上述两个边缘视角处发射的两条射线与上述外部轮廓的第一个交点；

检测单元，用于将上述两条射线与外部轮廓的第一个交点以直线连接以在上述外部轮廓中确定出截断区域。

在其它实施方式中，也可通过其它方式检测扫描对象在扫描视野外的外部轮廓。下面结合图2至图7对本发明进行示例性地描述：

在一种实施例中，当由于扫描视野受限而使得扫描对象超出扫描视野的图像数据被截断时，在扫描视野内获取的原始正弦投影曲线也会出现截断部分，例如，图2所示的曲线中，其左上方和下方都出现了截断部分。

轮廓估计模块11可根据图2所示的原始正弦投影曲线估计扫描对象的外部轮廓，获得如图3所示的图像。

截断区域检测模块15在图3所示的外部轮廓中检测出截断区域(如图3中直线L左侧的外部轮廓中的区域)。高密度成分检测模块12根据图2所示的原始正弦投影曲线检测处于截断区域中的高密度成分，如图4显示了检测到的高密度成分，例如，检测该高密度成分的CT值和位置信息。根据原始正弦投影曲线估计扫描对象轮廓以及检测高密度成分是本领域的公知技术，不再赘述。

模拟模块13将检测到的图4所示的高密度成分添加至图3所示图像的相应区域中，即添加到上述截断区域中，例如，模拟模块13将检测的高密度成分的CT值对应添加到外部轮廓的相应的位置。模拟模块13还对截断区域中除高密度成分以外的区域赋予一个相同的、与软组织成分相适应的CT值，如-100，以形成如图5所示的模拟图像。

在形成上述模拟图像时，位于外部轮廓中且在截断区域外的部分可与原始图像的相应部分相同或不同，模拟图像中，在截断区域外的部分不会对后续的图像处理造成影响。

校正模块14根据图5所示的模拟图像估计图2所示的原始正弦投影曲线的截断部分并将估计的截断部分添加至原始正弦投影曲线中，形成图6所示的扫描对象的完整的正弦投影曲线。校正模块14可根据该完整的正弦投影曲线生成如图7所示的扫描对象的校正图像，例如根据该完整的正弦投影曲线重新进行图像重建。

校正模块14获取的校正图像作为诊断图像供医生进行参考。该校正图像与图8所示的原始图像相比，有效消除了截断图像伪影(图像左侧部分)，提高了图像质量。

在检测截断区域时，截断区域检测模块15的边缘通道确定单元确定与原始正弦投影曲线的截断边缘(如图2中左上方截断处的边缘或下方截断处的边缘)所对应的探测通道(如图2中两个截断边缘所对应的探测通道a和b)作为边缘通道。

以边缘通道a为例，截断区域检测模块15的视角确定单元对边缘通道a处的图像数据进行二值化处理，得到二值化曲线，其中边缘通道a处的二值化图像数据从0变为1时为上升沿，从1变为0时为下降沿。该上升沿和下降沿即对应于图2中在边缘通道a上的两点a1和a2，可在图2的曲线中或者上述的二值化曲线中确定该两点a1和a2所在的扫描视角，即两个边缘视角。

截断区域检测模块15的交点确定单元分别确定在边缘通道a探测到的在上述两个边缘视角处发射的两条射线与上述外部轮廓的第一个交点。即如图3所示的，射线X1和X2与外部轮廓的第一个交点，该“第一个交点”是指，射线发出后，首先与扫描对象的轮廓相交的点，即穿入扫描对象的点而非从扫描对象穿出的点。

截断区域检测模块15的检测单元将两条射线X1和X2与外部轮廓的第一个交点以直线L连接以在外部轮廓中确定出上述截断区域。由于在非截断区域估计的外部轮廓的准确度较高，因此通过上述方法检测出截断区域后，便能够确定估计的外部轮廓中，哪些部分是准确的数据，哪些部分是估计的数据，有助于进一步提升图像处理的准确度或者处理速度。

图9为本发明一个实施例提供的计算机断层扫描图像校正方法的流程图。如图9所示，该方法包括以下步骤：

步骤S91：根据原始投影数据估计扫描对象的外部轮廓；

步骤S92：检测截断区域，其中扫描对象的外部轮廓在扫描视野外的区域为上述截断区域；

步骤S93：根据上述原始投影数据检测处于截断区域中的高密度成分；

步骤S94：在上述外部轮廓中，将检测到的高密度成分添加至截断区域中，并将截断区域中除高密度成分以外的部分设为软组织成分，以获取扫描对象的模拟图像；以及，

步骤S95：根据上述模拟图像估计截断区域的投影数据，并根据截断区域的投影数据和上述原始投影数据进行图像校正。

可选地，步骤S93包括：对截断区域中除高密度成分以外的区域赋予相同的、与软组织成分相适应的CT值。

可选地，上述原始投影数据包括在扫描视野内获取的扫描对象的原始正弦投影曲线，步骤S95包括：根据模拟图像估计原始正弦投影曲线的截断部分并将估计的截断部分添加至原始正弦投影曲线中，形成扫描对象的完整的正弦投影曲线，并根据该完整的正弦投影曲线生成扫描对象的校正图像。

可选地，步骤S92包括：

确定与上述原始正弦投影曲线的截断边缘所对应的探测通道作为边缘通道；

对边缘通道处的图像数据进行二值化处理，并确定边缘通道处的图像数据的上升沿和下降沿所对应的两个扫描视角作为两个边缘视角；

分别确定该边缘通道探测到的在上述两个边缘视角处发射的两条射线与该外部轮廓的第一个交点；以及，

将上述两条射线与外部轮廓的第一个交点以直线连接以在外部轮廓中确定出该截断区域。

本发明的计算机断层扫描图像校正系统及方法通过原始投影数据估计扫描对象的外部轮廓并检测截断区域的高密度成分，通过将估计的外部轮廓和高密度成分合并，并将外部轮廓中除高密度成分外的区域设置为软组织成分来模拟扫描对象的真实图像，根据该模拟图像估计截断部分的投影数据并根据该截断部分的投影数据进行图像校正，有效减少了截断伪影，提高图像质量。

上面已经描述了一些示例性实施例。然而，应该理解的是，可以做出各种修改。例如，如果所描述的技术以不同的顺序执行和/或如果所描述的系统、架构、设备或电路中的组件以不同方式被组合和/或被另外的组件或其等同物替代或补充，则可以实现合适的结果。相应地，其他实施方式也落入权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种计算机断层扫描图像校正系统，包括：

轮廓估计模块，用于根据原始投影数据估计扫描对象的外部轮廓，

截断区域检测模块，用于检测截断区域，所述扫描对象的外部轮廓在扫描视野外的区域为所述截断区域；

高密度成分检测模块，用于根据所述原始投影数据检测处于所述截断区域中的高密度成分；

模拟模块，用于在所述外部轮廓中，将检测到的高密度成分添加至所述截断区域中，并将所述截断区域中除所述高密度成分以外的部分设为软组织成分，以获取所述扫描对象的模拟图像；

校正模块，用于根据所述模拟图像估计所述截断区域的投影数据，并根据所述截断区域的投影数据和所述原始投影数据进行图像校正。

2.根据权利要求1所述的计算机断层扫描图像校正系统，其特征在于，所述原始投影数据包括在所述扫描视野内获取的所述扫描对象的原始正弦投影曲线，所述原始正弦投影曲线表示不同探测通道在每个扫描视角下采集的图像数据。

3.根据权利要求2所述的计算机断层扫描图像校正系统，其特征在于，所述校正模块用于根据所述模拟图像估计所述原始正弦投影曲线的截断部分并将估计的截断部分添加至所述原始正弦投影曲线中，形成所述扫描对象的完整的正弦投影曲线，并根据所述完整的正弦投影曲线生成所述扫描对象的校正图像。

4.根据权利要求1所述的计算机断层扫描图像校正系统，其特征在于，所述模拟模块对所述截断区域中除所述高密度成分以外的区域赋予相同的、与软组织成分相适应的CT值。

5.根据权利要求2所述的计算机断层扫描图像校正系统，其特征在于，所述截断区域检测模块包括：

边缘通道确定单元，用于确定与所述原始正弦投影曲线的截断边缘所对应的探测通道作为边缘通道；

视角确定单元，用于对所述边缘通道处的图像数据进行二值化处理，并确定所述边缘通道处的图像数据的上升沿和下降沿所对应的两个扫描视角作为两个边缘视角；

交点确定单元，用于分别确定所述边缘通道探测到的在所述两个边缘视角处发射的两条射线与所述外部轮廓的第一个交点；以及，

检测单元，用于将所述两条射线与外部轮廓的第一个交点以直线连接以在所述外部轮廓中确定出所述截断区域。

6.一种计算机断层扫描图像校正方法，包括：

根据原始投影数据估计扫描对象的外部轮廓；

检测截断区域，其中所述扫描对象的外部轮廓在扫描视野外的区域为所述截断区域；

根据所述原始投影数据检测处于所述截断区域中的高密度成分；

在所述外部轮廓中，将检测到的高密度成分添加至所述截断区域中，并将所述截断区域中除所述高密度成分以外的部分设为软组织成分，以获取所述扫描对象的模拟图像；以及，

根据所述模拟图像估计所述截断区域的投影数据，并根据所述截断区域的投影数据和所述原始投影数据进行图像校正。

7.根据权利要求6所述的计算机断层扫描图像校正方法，其特征在于，所述原始投影数据包括在所述扫描视野内获取的所述扫描对象的原始正弦投影曲线，所述原始正弦投影曲线表示不同探测通道在每个扫描视角下采集的图像数据。

8.根据权利要求7所述的计算机断层扫描图像校正方法，其特征在于，所述“根据所述模拟图像估计所述截断区域的投影数据，并根据所述截断区域的投影数据和所述原始投影数据进行图像校正”包括：根据所述模拟图像估计所述原始正弦投影曲线的截断部分并将估计的截断部分添加至所述原始正弦投影曲线中，形成所述扫描对象的完整的正弦投影曲线，并根据所述完整的正弦投影曲线生成所述扫描对象的校正图像。

9.根据权利要求6所述的计算机断层扫描图像校正方法，其特征在于，所述“在所述外部轮廓中，将检测到的高密度成分添加至所述截断区域中，并将所述截断区域中除所述高密度成分以外的部分设为软组织成分，以获取所述扫描对象的模拟图像”包括：对所述截断区域中除所述高密度成分以外的区域赋予相同的、与软组织成分相适应的CT值。

10.根据权利要求7所述的计算机断层扫描图像校正方法，其特征在于，所述“检测截断区域”包括：

确定与所述原始正弦投影曲线的截断边缘所对应的探测通道作为边缘通道；

对所述边缘通道处的图像数据进行二值化处理，并确定所述边缘通道处的图像数据的上升沿和下降沿所对应的两个扫描视角作为两个边缘视角；

分别确定所述边缘通道探测到的在所述两个边缘视角处发射的两条射线与所述外部轮廓的第一个交点；以及，

将所述两条射线与外部轮廓的第一个交点以直线连接以在所述外部轮廓中确定出所述截断区域。

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