CN108242066B - Ct图像的空间分辨率增强装置和方法以及ct成像系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种CT图像的空间分辨率增强装置和方法以及CT成像系统，该方法包括：获取原始CT投影曲线；在球管采样方向或原始CT投影曲线的纹理方向上对原始CT投影曲线上的投影数据进行反卷积；以及，根据反卷积之后的投影数据进行图像重建。
Description
技术领域
本发明涉及医疗成像领域，尤其涉及一种CT成像系统以及CT图像的空间分辨率增强装置及方法。
背景技术
空间分辨率是计算机断层(Computed Tomography，CT)成像技术中衡量图像质量的重要指标，空间分辨率可以体现图像中可识别的物体几何尺寸的最小极限，因此，理论上讲，空间分辨率越高，图像质量越好。但是在实际的CT成像系统中，空间分辨率受到焦斑尺寸、重建核、探测器尺寸等多重因素的影响。
为了增强空间分辨率，传统方法是在通过调整重建中的卷积核。高通卷积核更好的保留了图像的高分辨率，但是带来了更大的噪声。低通的卷积核更好的抑制了噪声，但是分辨率有限。卷积核起到了平衡噪声和分辨率的作用。但是，卷积和的高通是有频率限制的，超过特定的频率，分辨率再提高反而会带来更大的噪声，更多的伪影，而系统的极限频率受探测器尺寸，采样方式的限制。
另一种增强空间分辨率的方法是在探测器通道的方向滤波，主要是用来解决系统的球管的二次散射造成的边界模糊。
但是上述方式都不能解决同一探测器通道在相邻采样角度(view)上的耦合造成的图像模糊。
因此，本发明意在挖掘数据view之间的耦合关系：即对于某一个探测器，相邻的view之间，射线束扫过的面积是有重复的。本发明的view方向的增强滤波就是要去除这部分耦合关系，进而解决在view方向产生的模糊问题。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种新的CT图像的空间分辨率增强装置和方法以及CT成像系统，能够增强CT图像的空间分辨率。
本发明的示例性实施例提供了一种CT图像的空间分辨率增强方法，包括：获取原始CT投影曲线；在球管采样方向或原始CT投影曲线的纹理方向上对原始CT投影曲线上的投影数据进行反卷积；以及，根据反卷积之后的投影数据进行图像重建。
本发明的示例性实施例还提供了一种CT图像的空间分辨率增强装置，包括：原始数据获取模块，用于获取原始CT投影曲线；反卷积处理模块，用于在球管采样方向或原始CT投影曲线的纹理方向上对原始CT投影曲线上的投影数据进行反卷积；图像重建模块，用于根据反卷积之后的投影数据进行图像重建。
本发明的示例性实施例还提供了一种CT成像系统，包括上述CT图像的空间分辨率增强装置。
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为一种原始CT投影曲线的示例性示意图；
图2为本发明一个示例性实施例提供的CT图像的空间分辨率增强方法的流程图；
图3示例性地示出了本发明的一个实施例中对投影数据进行反卷积运算所采用的卷积核模型；
图4为本发明一个实施例提供的CT图像的空间分辨率增强装置的框图。
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。
本发明实施例提供一种CT成像系统，该系统可以包括旋转机架(Gantry)和图像处理系统，旋转机架为中空结构以能够容纳被检测人体，旋转机架内侧相对设置有球管和探测器，并能够带动球管和探测器绕被检测人体旋转，球管用于在旋转机架旋转的过程中向被检测人体发出X射线，该X射线能够穿透人体以被探测器采集。探测器采集到的X射线经处理后转换为图像信号，图像处理系统用于接收该图像信号，并将接收到的图像信号作为原始的CT投影数据进行数据处理，以获取被检测人体的断层图像。
上述原始的CT投影数据也可称为原始CT投影曲线，例如本领域技术人员通常理解的sinogram。图1为一种原始CT投影曲线的示例性示意图，如图1所示，该原始CT投影曲线是以探测器通道方向和球管采样方向为维度的二维曲线，曲线上的每一点都对应某个view(指球管采集方向或者扫描角度)或某个探测器通道上收到的投影值。原始CT投影数据、原始CT投影曲线等均为本领域的公知技术，不再赘述。
图2为本发明一个实施例提供的CT图像的空间分辨率增强方法的流程图，该方法可以用于对图1中的原始投影曲线上的投影数据进行处理，以使得当根据处理后的数据进行图像重建时，能够获得较高的图像分辨率。
如图2所示，该CT图像的空间分辨率增强方法可以包括步骤S21、步骤S23和步骤S25。
在步骤S21中，获取原始CT投影曲线。在步骤S23中，在球管采样方向或原始CT投影曲线的纹理方向上对原始CT投影曲线上的投影数据进行反卷积。在步骤S25中，根据反卷积之后的投影数据进行图像重建。
上述的球管采样方向即本领域技术人员通常理解的“view”，其是指由于球管随旋转机架旋转时能够从不同的扫描角度(view)发出X射线，使得在间隔采样时具有不同的球管采样方向，两个相邻球管采样方向上获取图像信号有可能因为信号拖尾、重叠等而造成最终重建的图像的模糊现象。为了减小或去除在球管采样方向上的分辨率低的问题，在步骤S23中，可以在球管采样方向上对原始CT投影曲线上的投影数据进行反卷积运算，也可以在投影曲线的纹理方向对原始CT投影曲线上的投影数据进行反卷积运算。
图3示例性地示出了本发明的一个实施例中对投影数据进行反卷积运算所采用的卷积核模型。如图3所示，该卷积核为一种增强型卷积核，即，在步骤S23中，进一步通过增强型卷积核对原始CT投影曲线上的投影数据进行反卷积。
上述卷积核为预先设定的经验值，例如，该卷积核可以是一个矩阵，矩阵的长度由探测器的尺寸特性而定，矩阵中元素的幅度差根据对图像的空间分辨率增强程度而定，可以通过大量试验得到不同元素值的卷积核与空间分辨率和噪声的对应关系，并最终选择对应于较高空间分辨率和较低噪声的卷积核。
进一步地，上述卷积核的总和等于1，即矩阵中元素值的和为1，通过这种方式，避免使图像的CT值调整过度而造成图像CT值的过度漂移。
可选地，在步骤S23中，可以根据以下公式(1)对原始CT投影曲线上的投影数据进行反卷积：
其中，p′为反卷积之后的投影数据，p为原始CT投影曲线上的投影数据，idet为探测器通道方向上的坐标值，iview为球管采样方向上的坐标值，irow为扫描层方向上的坐标值，n为预先确定的自然数，kernel为卷积核，该卷积核的长度为2*n+1。
以图1中的原始投影数据以及图3中的卷积核为例进行说明，例如，在图3中，n为1，卷积核的长度为3，卷积核为[-0.1,1.2,-0.1]，其中kernel1为-0.1，kernel2为1.2，kernel3为-0.1，其总和为1(-0.1+1.2-0.1＝1)。假设irow＝6，idet＝100，iview＝99，当沿着图1中的view方向(纵轴)进行卷积运算，以获得第6排探测器的第100个通道、第99个采集角度的像素的CT值p′(100,99,6)，可以通过以下公式进行运算：
p′(100,99,6)＝p(100,98,,6)*(-0.1)+p(100,99,6)*1.2+p(101,98,6)*(-0.1)。
当沿着图1中的曲线的纹理(曲线的流向)方向进行卷积运算，以获得第6排探测器的第100个通道、第99个采集角度的像素的CT值p′(100,99,6)，可以通过以下公式进行运算：
p′(100,99,6)＝p(99,100,,6)*(-0.1)+p(100,99,6)*1.2+p(101,100,6)*(-0.1)。
本领域技术人员应当理解，CT成像可以包括以下几个流程：预处理、图像重建和后处理，预处理包括对CT原始投影数据进行诸如通道校准、暗电流校准、射束硬化校准等。图像重建包括对经上述校准后的数据进行频域上的卷积滤波和反投影等。后处理包括对重建的图像进行去伪影等处理。
上述步骤S21中获取的原始CT投影曲线可以是未经预处理的数据，也可以是经过至少一种预处理的数据，也就是说，步骤S23可以在预处理阶段之前进行，也可以在预处理阶段进行，例如，步骤S23可以作为预处理阶段的中间步骤或最后一个步骤。步骤S25可以是在图像重建阶段进行，在此阶段，可以针对上述反卷积之后的数据，先进行频域上的卷积滤波，再进行反投影。
因此，步骤S25可以包括对反卷积之后的投影数据进行反投影，还可以进一步包括：在反投影之前对反卷积之后的投影数据进行频域上的卷积滤波。
图4为本发明一个实施例提供的CT图像的空间分辨率增强装置的框图，如图4所示，该装置包括原始数据获取模块41、反卷积处理模块43以及图像重建模块45。原始数据获取模块41用于获取原始CT投影曲线。反卷积处理模块43用于在球管采样方向或原始CT投影曲线的纹理方向上对原始CT投影曲线上的投影数据进行反卷积。图像重建模块45用于根据反卷积之后的投影数据进行图像重建。
可选地，上述反卷积处理模块43通过增强型卷积核对原始CT投影曲线上的投影数据进行反卷积。可选地，该卷积核为预先设定的经验值，该卷积核的总和等于1。
具体地，反卷积处理模块43根据上述公式(1)对原始CT投影曲线上的投影数据进行反卷积。
可选地，图像重建模块45包括反投影单元，用于对反卷积之后的投影数据进行反投影。
可选地，所述图像重建模45块还包括滤波单元，用于在反投影之前对反卷积之后的投影数据进行频域上的卷积滤波。
本发明的实施例的CT成像系统可以包括上述CT图像的空间分辨率增强装置，具体地，该CT图像的空间分辨率增强装置可以设置在CT成像系统的上述图像处理系统中。
在传统的方式中，在图像重建过程中直接对预处理后的原始CT投影数据进行频域上的卷积滤波和反投影，通过选择卷积核提升空间分辨率，然而受限于探测器的极限频率，空间分辨率达到极限后，如果再进行频域上的卷积滤波，反而使得空间分辨率被增加的噪声淹没。本发明的实施例中，先在球管采集方向上对原始数据进行反卷积，以在反投影(Back Project)之前在原始数据中对球管采集方向上的信号拖尾、重叠等进行修正，以使得在进行图像重建时基于更准确的原始数据进行反投影，并最终获得在球管采集方向上具有较高空间分辨率的CT图像。经试验，本发明实施例相较传统的方式，能够使空间分辨率至少提升1p/cm，并且具有较高的信噪比。
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 (13)
1.一种CT图像的空间分辨率增强方法，包括：
获取原始CT投影曲线；
在球管采样方向或原始CT投影曲线的纹理方向上对原始CT投影曲线上的投影数据进行反卷积；以及，
根据反卷积之后的投影数据进行图像重建；
其中，根据以下公式对所述原始CT投影曲线上的投影数据进行反卷积：
其中，p′为反卷积之后的投影数据，p为所述原始CT投影曲线上的投影数据，idet为探测器通道方向上的坐标值，iview为球管采样方向上的坐标值，irow为扫描层方向上的坐标值，kernel为卷积核，n为预先确定的自然数。
2.根据权利要求1所述的CT图像的空间分辨率增强方法，其特征在于，通过增强型卷积核对原始CT投影曲线上的投影数据进行反卷积。
3.根据权利要求2所述的CT图像的空间分辨率增强方法，其特征在于，所述卷积核为预先设定的经验值。
4.根据权利要求3所述的CT图像的空间分辨率增强方法，其特征在于，所述卷积核的总和等于1。
5.根据权利要求1所述的CT图像的空间分辨率增强方法，其特征在于，根据反卷积之后的投影数据进行图像重建包括：对反卷积之后的投影数据进行反投影。
6.根据权利要求5所述的CT图像的空间分辨率增强方法，其特征在于，根据反卷积之后的投影数据进行图像重建还包括：在反投影之前对反卷积之后的投影数据进行频域上的卷积滤波。
7.一种CT图像的空间分辨率增强装置，包括：
原始数据获取模块，用于获取原始CT投影曲线；
反卷积处理模块，用于在球管采样方向或原始CT投影曲线的纹理方向上对原始CT投影曲线上的投影数据进行反卷积；
图像重建模块，用于根据反卷积之后的投影数据进行图像重建；
其中，所述反卷积处理模块根据以下公式对所述原始CT投影曲线上的投影数据进行反卷积：
其中，p′为反卷积之后的投影数据，p为所述原始CT投影曲线上的投影数据，idet为探测器通道方向上的坐标值，iview为球管采样方向上的坐标值，irow为扫描层方向上的坐标值，kernel为卷积核，n为预先确定的自然数。
8.根据权利要求7所述的CT图像的空间分辨率增强装置，其特征在于，所述反卷积处理模块通过增强型卷积核对原始CT投影曲线上的投影数据进行反卷积。
9.根据权利要求8所述的CT图像的空间分辨率增强装置，其特征在于，所述卷积核为预先设定的经验值。
10.根据权利要求9所述的CT图像的空间分辨率增强装置，其特征在于，所述卷积核的总和等于1。
11.根据权利要求7所述的CT图像的空间分辨率增强装置，其特征在于，所述图像重建模块包括反投影单元，用于对反卷积之后的投影数据进行反投影。
12.根据权利要求11所述的CT图像的空间分辨率增强装置，其特征在于，所述图像重建模块包括滤波单元，用于在反投影之前对反卷积之后的投影数据进行频域上的卷积滤波。
13.一种CT成像系统，包括权利要求7-12任一项所述的CT图像的空间分辨率增强装置。
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