CN106780654B

CN106780654B - 一种图像重建方法和装置

Info

Publication number: CN106780654B
Application number: CN201710055283.3A
Authority: CN
Inventors: 佟丽霞; 楼珊珊
Original assignee: Neusoft Medical Systems Co Ltd
Current assignee: Neusoft Medical Systems Co Ltd
Priority date: 2017-01-24
Filing date: 2017-01-24
Publication date: 2021-05-07
Anticipated expiration: 2037-01-24
Also published as: CN106780654A

Abstract

本公开提供一种图像重建方法，所述方法包括：确定待重建的目标面的多个重建点；对于每个所述重建点，确定对应所述重建点的数据采集位置；获取所述数据采集位置得到的投影数据；根据所述投影数据对所述多个重建点进行重建，得到重建图像。本公开通过确定目标面的重建点以及对应该重建点的数据采集位置，可以获取该数据采集位置得到的投影数据，可以只对所述的目标面的重建点进行重建，从而相对于传统方式中需要重建所有图像点，节省了图像重建的资源，提高了图像重建的效率。

Description

一种图像重建方法和装置

技术领域

本公开涉及医学图像处理技术，特别涉及一种图像重建方法和装置。

背景技术

在CT(Computed Tomography，电子计算机断层扫描)重建中，一般重建出的图像为垂直于z轴的横断面图像，但是某些部位或者病变在横断面显示不是很好，不能看到病变的整体形态、大小和范围，需要根据具体部位的生理特点进行多平面或者曲面重建，这里统称作任意面重建。

通常任意面的重建方法是将扫描范围内所有的横断面图像叠加起来，再对某些标定的重组线上指定的组织进行二维图像重组，通过这种方法能够产生新的断面图像。但是，这种方式需要重建出视野范围内(x-y平面)、扫描范围内(z方向)所有点的图像，而在后续重组中很多重建点是用不到的，这就对资源和效率造成一定程度的浪费。

发明内容

有鉴于此，本公开提供一种图像重建方法和装置，以在任意面的CT重建中，节省图像重建的资源，提高重建效率。

具体地，本公开是通过如下技术方案实现的：

第一方面，提供一种图像重建方法，所述方法包括：

确定待重建的目标面的多个重建点；

对于每个所述重建点，确定对应所述重建点的数据采集位置；

获取所述数据采集位置得到的投影数据；

根据所述投影数据对所述多个重建点进行重建，得到重建图像。

第二方面，提供一种图像重建装置，所述装置包括：

重建点确定模块，用于确定待重建的目标面的多个重建点；

位置确定模块，用于对于每个所述重建点，确定对应所述重建点的数据采集位置；

数据获取模块，用于获取所述数据采集位置得到的投影数据；

重建处理模块，用于根据所述投影数据对所述多个重建点进行重建，得到重建图像。

本公开提供的图像重建方法和装置，通过确定目标面的重建点以及对应该重建点的数据采集位置，可以获取该数据采集位置得到的投影数据，可以只对所述的目标面的重建点进行重建，从而相对于传统方式中需要重建所有图像点，节省了图像重建的资源，提高了图像重建的效率。

附图说明

图1是本公开一示例性实施例示出的一种需要重建的任意面示意图；

图2是本公开一示例性实施例示出的一种图像重建方法的流程图；

图3是本公开一示例性实施例示出的一种扫描状态示意图；

图4是本公开一示例性实施例示出的一种数据采集位置的确定过程；

图5是本公开一示例性实施例示出的一种图像重建设备的结构示意图；

图6是本公开一示例性实施例示出的一种图像重建装置的结构示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

CT扫描中得到的垂直于Z轴的横断面图像，不一定是观察病变部位的理想图像，有些病变部位的生理特点需要在曲面或斜面观察，才会看到病变的形态。因此，需要进行任意面重建，以更好的观察病变部位。

如图1的示例，需要重建的任意面，例如，可以是冠状面、矢状面、任意角度的斜面、任意角度的曲面等，本例子并不限制任意面的具体形状，可以根据病变部位的观察需要确定即可。在本公开实施例的描述中，可以将所需要重建的任意面称为“目标面”。

本公开例子提供的图像重建方法，可以用于直接重建该目标面。可以参见图2所示例的图像重建方法，包括：

在步骤201中，确定待重建的目标面的多个重建点。

本步骤中，可以确定目标面上的重建点。

如下列举两种可以采用的重建点确定方式：

在一个例子中，待重建的目标面，可以是为了更好的观察某个扫描部位而确定，则可以根据该扫描部位的生理特点确定目标面，进而确定该目标面上的各个重建点。例如，为了更好的观察肝脏的病变，根据肝脏的生理特点，比如肝脏的形态，确定一个能够较好观察的目标面，由此编辑扫描协议，该扫描协议中对目标面上的重建点坐标进行定义。

在另一个例子中，还可以获取可视化确定的目标面的范围，并根据视野和重建间隔，确定目标面上的重建点坐标。比如，可以通过双平片确定预重建的范围，并自动根据视野和重建间隔确定每个重建点坐标。

在步骤202中，对于每个重建点，确定对应所述重建点的数据采集位置。

在传统的任意面重建方法中，需要重建出视野范围内和扫描范围内的所有坐标点的图像，进行重建的坐标点可以称为重建点，而这些图像中的很多重建点并不是目标面上的点，造成了很大的资源浪费。因此，本例子的图像重建方法中，即不会重建所有的图像，尽量减少重建的图像部分，以节省资源。

结合图3的示例来看，在对被检体例如患者31进行CT扫描时，机架32将围绕着旋转轴33，以箭头34所示的方向转动。机架32中的球管35和检测器36，也随之一起转动。球管35发出的锥形射束37穿过患者31，被检测器36接收，得到投影数据。其中，在机架32旋转的过程中，通常旋转一周可以采集一定数量的采样View，本例子中可以将一个采样View称为一个采样视角。每一个采样视角，可以对应一个采样角度，该采样角度可以定义为锥形射束的中心轴与Y轴正向之间的夹角(机架旋转平面可以是XY平面，患者行进方向可以是Z方向，与XY平面垂直)。

如图3所示，在旋转扫描的过程中可以获得多个采样视角即采样View，并且，随着机架32的旋转，承载患者31的扫描床也在沿着Z轴方向(旋转轴33的方向)前进，使得旋转过程中的各个采样View对应不同的采样Z位置，该采样Z位置可以是采样View的锥形射束的中心轴与旋转轴的交点Z坐标。并不是所有采样视角的覆盖范围中都包含重建点，该采样视角的覆盖范围可以是锥形射束37所形成的一个锥形区域范围，这个范围中的射束会穿过患者31身体上的部位，并且射束穿过患者后被探测器接收即得到投影数据。而“重建点”就在这个范围内，但是，由于射束的采样是离散的，并不一定射束就穿过这个重建点，即某个重建点不一定正好有某个射束穿过，射束可能穿过重建点，也可能是在重建点旁边临近的位置。比如，图3中示例了一个重建点，在图3所示的采样视角和采样Z位置下，该采样视角的覆盖范围能够覆盖图3中所示的重建点，即该锥形射束37中总有一部分射束可以穿过或非常靠近该重建点；但是，也可能存在对应其他采样Z位置的采样视角，其视角的覆盖范围并不包含重建点。

此外，对于包含重建点的采样视角来说，还需要确定该采样视角下对应重建点的通道位置和层位置，并不是说该视角下采集的所有投影数据都接近重建点。如图3所示，检测器36是多层检测器，可以包括图3所示的X方向和Z方向的二维检测器单元阵列，X方向可以称为通道方向，包括多个通道位置，Z方向可以称为层方向，包括多个层位置。比如，图3中的检测器单元38位于检测器的第三通道位置和第七层位置。在机架旋转的扫描过程中，每一个检测器单元都可以获得一个投影数据，一个采样视角即使其覆盖范围包含重建点，也并不一定所有检测器单元的投影数据都与重建点密切相关，有的检测器单元的投影数据与重建点的位置相差太远。

由上述描述可以看到，扫描过程中得到的所有采样视角中，可以只选择覆盖范围包括重建点的采样View，对于选择的采样View中，检测器获得的所有投影数据，也可以从中确定与重建点相关的部分投影数据，根据这部分投影数据重建所述的重建点。

本步骤中，对于每个重建点确定对应的数据采集位置，这里的数据采集位置即包括上述选择的采样View、该采样View下的通道位置和层位置，该数据采集位置对应的投影数据，即为所述的通道位置和层位置对应的检测器单元得到的扫描数据，可以表示为D(View，i，j)，其中，View可以是采样视角的采样角度，i可以为通道位置，j可以为层位置。

其中，图4示例了数据采集位置的确定过程，可以包括：

在步骤2021中，确定重建点使用的数据范围，所述数据范围包括多个采样视角，且每个所述采样视角的覆盖范围包含所述重建点。

本步骤中，如果在某个采样Z位置下的某个采样View，其中的某层某通道穿过重建点(x，y，z)(即，图3中的检测器的排列是按照X-Z排列，X为通道方向，Z为层方向，对于某个重建点能够找到某个采样数据通过重建点，而该采样数据对应的是检测器上的某个层某个通道接收到的采样数据)，即该采样View的覆盖范围包含该重建点，则该采样View下获得的投影数据可以参与到该重建点的图像重建，该采样View包含在重建点使用的数据范围中，即确定数据范围也是在确定哪些采样View可以参与到该重建点的重建。例如，重建点使用的数据范围包含的多个采样View，其对应的采样角度的绝对范围可以是[θ_absolutemin，θ_absolutemax]，该范围内包含的采样View的数量可以是n个。

在一个例子中，判断某个采样View是否是重建点的数据范围，可以采用如下方式：可以获得该采样View对应的采样Z位置Z₁，该位置可以是相对于起始采样位置的Z位置，可以将位置Z₁与重建点坐标(x，y，z)中的Z位置Z₂(也转换为相对于起始采样位置的Z位置)相比较；这两个Z位置相等或非常相近，则可以确定该采样View的覆盖范围包含所述的重建点。

在步骤2022中，对于数据范围内的每个采样视角，确定所述采样视角对于所述重建点使用的通道位置。

本步骤中，可以将锥形束重排成平行束，对于平行束下的某个采样View，其采样角度为θ_i，重建点使用的通道位置为t，可以根据重建点的坐标和采样角度计算通道位置，该通道位置t的计算方法可以是：

t(x，y，z)＝xcosθ_i-ysinθ_i

其中，(x，y，z)是重建点的坐标。

在步骤2023中，对于数据范围内的每个采样视角，确定所述采样视角对于所述重建点使用层位置。

本步骤可以根据通道位置、重建点的坐标、采样角度、球管旋转半径和检测器参数，确定所述层位置。可以按照如下方法计算：

v(x，y，z)＝ycosθ_i+xsinθ_i

其中，(x，y，z)是重建点的坐标，R_F为球管旋转半径，采样视角的采样角度为θ_i，p为螺旋扫描的螺距，nSlice为检测器的层数，S为检测器的单层层厚。

经过上述的步骤2021至2023，已经确定了对于某一个重建点来说，该重建点使用的数据范围、以及该数据范围内每一个采样View对于该重建点使用的通道位置和层位置。对于目标面上的每一个重建点，都可以按照图4所示的流程确定重建点对应的数据采集位置。在确定每个重建点的数据采集位置后，就可以知道哪些投影数据参与该重建点的图像重建，例如，假设其中一个数据采集位置是某个采样View的某层某通道，则当扫描到该采样View的位置时，所述的通道和层位置对应的检测器单元获得的投影数据，将参与该重建点的重建。

在步骤203中，获取所述数据采集位置得到的投影数据。

本步骤可以获取扫描得到的投影数据，这些投影数据是在步骤202中确定的数据采集位置处得到的投影数据。在CT扫描过程中将获取到很多的投影数据，本步骤可以只选择步骤202中确定的数据采集位置处得到的投影数据。

在步骤204中，根据所述投影数据进行重建，得到重建图像。

本步骤中，分别进行目标面上的每一个重建点的重建，对于每一个重建点来说，可以使用该重建点对应的数据范围内的所有采样View的数据进行加权反投影。例如，对于每个重建点的反投影重建公式如下：

其中，f^c(θ_i)为加权数据f^w(θ_i)的卷积结果。

f^w(θ_i)是参与该重建点的图像重建的投影数据f(θ_i，t(x,y,z)，q(x,y,z))与权值w(θ_i)的乘积，即f^w(θ_i)＝f(θ_i，t(x，y，z)，q(x，y，z)*w(θ_j)。

其中，w(θ_i)是与采样View的采样角度相关的权值，该权值的计算如下：

重建一幅图像需要数据对应的角度范围转化为相对于θ_absolutsmin的相对范围，记为[0，θ_max]

每个θ_i在相对范围对应的角度值记为θ_j＝θ_i-θ_absolutsmin

对于上述求得的角度相关的权值，需要对于同角度权重进行归一化：

其中，θ_b＝mod(θ，2π)，

的整数部分。

每一个重建点都按照上述的方法进行重建，当所有重建点都重建完成，则得到目标面的重建图像。

本例子的图像重建方法，通过确定目标面的重建点以及对应该重建点的数据采集位置，可以获取该数据采集位置得到的投影数据，可以只对所述的目标面的重建点进行重建，从而相对于传统方式中需要重建所有图像点，节省了图像重建的资源，提高了图像重建的效率。

参见图5所示，对应于上述方法，本公开同时提供一种图像重建设备，图像重建设备可以进行图像重建。如图5所示，该设备可以包括处理器501以及机器可读存储介质502，其中，处理器501和机器可读存储介质502通常借由内部总线503相互连接。在其他可能的实现方式中，所述设备还可能包括外部接口504，以能够与其他设备或者部件进行通信。进一步地，机器可读存储介质502上存储有图像重建的控制逻辑505，该控制逻辑505从功能上划分的逻辑模块，可以是图6所示的图像重建装置的结构。

如图6所示，该图像重建装置可以包括：重建点确定模块61、位置确定模块62、数据获取模块63和重建处理模块64。

重建点确定模块61，用于确定待重建的目标面的多个重建点；

位置确定模块62，用于对于每个所述重建点，确定对应所述重建点的数据采集位置；

数据获取模块63，用于获取所述数据采集位置得到的投影数据；

重建处理模块64，用于根据所述投影数据进行重建，得到重建图像。

在一个例子中，位置确定模块62，具体用于：确定所述重建点使用的数据范围，所述数据范围包括多个采样视角，且每个所述采样视角的覆盖范围包含所述重建点；对于所述数据范围内的每个采样视角，确定所述采样视角对于所述重建点使用的层位置和通道位置；

所述数据获取模块63，具体用于：获取对应于所述采样视角、层位置和通道位置的投影数据。

在一个例子中，位置确定模块62，在用于确定所述采样视角对于所述重建点使用的层位置和通道位置时，包括：根据所述重建点的坐标和采样视角对应的采样角度，得到所述通道位置；根据所述通道位置、重建点的坐标、采样角度、球管旋转半径和检测器参数，确定所述层位置。

在一个例子中，重建点确定模块61，具体用于根据所述目标面对应的扫描部位的生理特点，确定所述重建点。

在一个例子中，重建点确定模块61，具体用于：获取可视化确定的所述目标面的范围；根据视野和重建间隔，确定所述目标面的所述重建点。

在不同的例子中，所述机器可读存储介质502可以是：RAM(Radom Access Memory，随机存取存储器)、易失存储器、非易失性存储器、闪存、存储驱动器(如硬盘驱动器)、固态硬盘、任何类型的存储盘(如光盘、dvd等)，或者类似的存储介质，或者它们的组合。

以上所述仅为本公开的较佳实施例而已，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开保护的范围之内。

Claims

1.一种图像重建方法，其特征在于，所述方法包括：

确定待重建的目标面的多个重建点；所述目标面，包括：用于观察病变部位的平面或者曲面；

对于每个所述重建点，确定探测器上对应所述重建点的数据采集位置；

获取所述数据采集位置得到的与重建点相关的部分投影数据；

根据所述部分投影数据对所述多个重建点进行重建，得到重建图像；

所述确定待重建的目标面的多个重建点，包括：

根据所述目标面对应的扫描部位的生理特点，确定所述重建点；

或者，获取可视化确定的所述目标面的范围，根据视野和重建间隔，确定所述目标面的所述重建点。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对于每个所述重建点，确定对应所述重建点的数据采集位置，包括：

确定所述重建点使用的数据范围，所述数据范围包括多个采样视角，且每个所述采样视角的覆盖范围包含所述重建点；

对于所述数据范围内的每个采样视角，确定所述采样视角对于所述重建点使用的层位置和通道位置。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述获取所述数据采集位置得到的投影数据，具体为：获取对应于所述采样视角、层位置和通道位置的投影数据。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述确定所述采样视角对于所述重建点使用的层位置和通道位置，包括：

根据所述重建点的坐标和采样视角对应的采样角度，得到所述通道位置；

根据所述通道位置、重建点的坐标、采样角度、球管旋转半径和检测器参数，确定所述层位置。

5.一种图像重建装置，其特征在于，所述装置包括：

重建点确定模块，用于确定待重建的目标面的多个重建点；所述目标面，包括：用于观察病变部位的平面或者曲面；

位置确定模块，用于对于每个所述重建点，确定探测器上对应所述重建点的数据采集位置；

数据获取模块，用于获取所述数据采集位置得到的与重建点相关的部分投影数据；

重建处理模块，用于根据所述部分投影数据对所述多个重建点进行重建，得到重建图像；

所述重建点确定模块，具体用于根据所述目标面对应的扫描部位的生理特点，确定所述重建点；

或者，获取可视化确定的所述目标面的范围；根据视野和重建间隔，确定所述目标面的所述重建点。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，

所述位置确定模块，具体用于：确定所述重建点使用的数据范围，所述数据范围包括多个采样视角，且每个所述采样视角的覆盖范围包含所述重建点；对于所述数据范围内的每个采样视角，确定所述采样视角对于所述重建点使用的层位置和通道位置；

所述数据获取模块，具体用于：获取对应于所述采样视角、层位置和通道位置的投影数据。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，

所述位置确定模块，在用于确定所述采样视角对于所述重建点使用的层位置和通道位置时，包括：根据所述重建点的坐标和采样视角对应的采样角度，得到所述通道位置；根据所述通道位置、重建点的坐标、采样角度、球管旋转半径和检测器参数，确定所述层位置。