CN108903964A - 计算机断层图像的散射校正方法以及装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种计算机断层图像的散射校正方法、系统、计算机设备和存储介质。所述方法中，对于每一张标准投影图像可以利用其中金属球投影位置的散射数据估算其他位置的散射数据，从而获得该标准投影图像上所有位置的散射数据，同时利用该标准投影图像的前一张标准投影图像以及后一张标准投影图像的图像数据估算金属球投影位置的目标物体投影数据，从而获得该标准投影图像上所有位置的目标物体投影数据，实现从总的射线量中减去散射射线的量以达到散射校正的目的，其中散射射线量的计算过程简单，计算量小，计算速度较快，且散射估计精准，能够广泛应用于临床中，实现快速、准确的散射校正，提高散射校正效率。

Description

计算机断层图像的散射校正方法以及装置

技术领域

本申请涉及图像处理技术领域，特别是涉及一种计算机断层图像的散射校正方法、装置、计算机设备和存储介质。

背景技术

锥形束计算机断层成像(Cone-beam Computed Tomography，CBCT)在医学成像领域起着非常重要的作用，但是，由于CBCT采用的探测器为平板探测器，无法采用准直器遮挡散射线，所以重建的CBCT图像存在严重的散射伪影。CBCT散射严重制约了CBCT图像在临床的深入应用和发展。

在X射线影像系统中添加若干硬件工具，以减少达到平板探测器的散射射线实现散射校正的目的，或者是为了计算出散射射线的量从而从总的射线量中减去散射射线的量以实现散射校正的目的。目前，基于软件的散射校正方法通常是通过计算散射分布的估计进而实现散射校正，包括以设计散射核函数进行反卷积方法和蒙特卡罗散射估计；其中，反卷积方法计算速度虽然较快，但是散射核设计难度大、散射估计不够精准，目前只能利用骨组织形态和轮廓进行摆位确认和校正，在临床应用中应用范围小；蒙特卡罗散射估计的方法精准度较高，但是计算量大，即使使用GPU加速和减差方技术也难以应用于临床中。传统的基于软件的散射校正方法普遍存在计算复杂，难以应用于临床中。

发明内容

基于此，有必要针对上述基于软件的散射校正方法普遍存在计算复杂，难以应用于临床应用中的技术问题，提供一种计算机断层图像的散射校正方法、装置、计算机设备和存储介质。

一种计算机断层图像的散射校正方法，包括以下步骤：

获取散射校正板以及目标物体的当前标准投影图像、前一张标准投影图像以及后一张标准投影图像；其中，所述当前标准投影图像、所述前一张标准投影图像以及所述后一张标准投影图像间的扫描角度间隔相等，所述当前标准投影图像、所述前一张标准投影图像以及所述后一张标准投影图像中的散射校正板向预设方向以预设的角度旋转；

获取所述散射校正板中的金属球在所述当前标准投影图像中的第一目标区域以及所述第一目标区域对应的第一中心位置，并获取所述当前标准投影图像在第一中心位置上的第一散射数据；

根据所述第一散射数据估算所述当前标准投影图像中其他位置上的第二散射数据，获得所述当前标准投影图像中全部位置上的散射数据；

根据所述前一张标准投影图像以及所述后一张标准投影图像中的目标物体投影数据，估算所述当前标准投影图像中第一目标区域上的目标物体投影数据，获得所述当前标准投影图像中全部位置上的目标物体投影数据；

将所述当前标准投影图像中全部位置上的目标物体投影数据与散射数据相减，获得所述当前标准投影图像散射校正后的目标投影图像。

一种计算机断层图像的散射校正装置，包括：

标准投影图像获取模块，用于获取散射校正板以及目标物体的当前标准投影图像、前一张标准投影图像以及后一张标准投影图像；其中，所述当前标准投影图像、所述前一张标准投影图像以及所述后一张标准投影图像间的扫描角度间隔相等，所述当前标准投影图像、所述前一张标准投影图像以及所述后一张标准投影图像中的散射校正板向预设方向以预设的角度旋转；

第一散射数据获取模块，用于获取所述散射校正板中的金属球在所述当前标准投影图像中的第一目标区域以及所述第一目标区域对应的第一中心位置，并获取所述当前标准投影图像在第一中心位置上的第一散射数据；

第二散射数据获取模块，用于根据所述第一散射数据估算所述当前标准投影图像中其他位置上的第二散射数据，获得所述当前标准投影图像中全部位置上的散射数据；

目标物体投影数据获取模块，用于根据所述前一张标准投影图像以及所述后一张标准投影图像中的目标物体投影数据，估算所述当前标准投影图像中第一目标区域上的目标物体投影数据，获得所述当前标准投影图像中全部位置上的目标物体投影数据；

散射校正模块，用于将所述当前标准投影图像中全部位置上的目标物体投影数据与散射数据相减，获得所述当前标准投影图像散射校正后的目标投影图像。

一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

获取散射校正板以及目标物体的当前标准投影图像、前一张标准投影图像以及后一张标准投影图像；其中，所述当前标准投影图像、所述前一张标准投影图像以及所述后一张标准投影图像间的扫描角度间隔相等，所述当前标准投影图像、所述前一张标准投影图像以及所述后一张标准投影图像中的散射校正板向预设方向以预设的角度旋转；

获取所述散射校正板中的金属球在所述当前标准投影图像中的第一目标区域以及所述第一目标区域对应的第一中心位置，并获取所述当前标准投影图像在第一中心位置上的第一散射数据；

根据所述第一散射数据估算所述当前标准投影图像中其他位置上的第二散射数据，获得所述当前标准投影图像中全部位置上的散射数据；

根据所述前一张标准投影图像以及所述后一张标准投影图像中的目标物体投影数据，估算所述当前标准投影图像中第一目标区域上的目标物体投影数据，获得所述当前标准投影图像中全部位置上的目标物体投影数据；

将所述当前标准投影图像中全部位置上的目标物体投影数据与散射数据相减，获得所述当前标准投影图像散射校正后的目标投影图像。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

获取散射校正板以及目标物体的当前标准投影图像、前一张标准投影图像以及后一张标准投影图像；其中，所述当前标准投影图像、所述前一张标准投影图像以及所述后一张标准投影图像间的扫描角度间隔相等，所述当前标准投影图像、所述前一张标准投影图像以及所述后一张标准投影图像中的散射校正板向预设方向以预设的角度旋转；

获取所述散射校正板中的金属球在所述当前标准投影图像中的第一目标区域以及所述第一目标区域对应的第一中心位置，并获取所述当前标准投影图像在第一中心位置上的第一散射数据；

根据所述第一散射数据估算所述当前标准投影图像中其他位置上的第二散射数据，获得所述当前标准投影图像中全部位置上的散射数据；

根据所述前一张标准投影图像以及所述后一张标准投影图像中的目标物体投影数据，估算所述当前标准投影图像中第一目标区域上的目标物体投影数据，获得所述当前标准投影图像中全部位置上的目标物体投影数据；

将所述当前标准投影图像中全部位置上的目标物体投影数据与散射数据相减，获得所述当前标准投影图像散射校正后的目标投影图像。

上述计算机断层图像的散射校正方法、装置、计算机设备和存储介质，对于每一张标准投影图像可以利用其中金属球投影位置的散射数据估算其他位置的散射数据，从而获得该标准投影图像上所有位置的散射数据，同时利用该标准投影图像的前一张标准投影图像以及后一张标准投影图像的图像数据估算金属球投影位置的目标物体投影数据，从而获得该标准投影图像上所有位置的目标物体投影数据，实现从总的射线量中减去散射射线的量以达到散射校正的目的，其中散射射线量的计算过程简单，计算量小，计算速度较快，且散射估计精准，能够广泛应用于临床中，实现快速、准确的散射校正，提高散射校正效率。

附图说明

图1为本发明一个实施例中计算机断层图像的散射校正方法的应用环境图；

图2为本发明一个实施例中散射校正板的结构示意图；

图3为本发明一个实施例中计算机断层图像的散射校正方法的流程图；

图4为本发明一个实施例中获取散射校正板中的金属球在当前标准投影图像中的第一目标区域以及第一目标区域对应的第一中心位置的流程图；

图5为本发明一个实施例中根据第一散射数据估算其他位置坐标上的第二散射数据的示意图；

图6为本发明另一个实施例中计算机断层图像的散射校正方法的流程图；

图7为本发明一个实施例中计算机断层图像的散射校正装置的结构示意图；

图8为本发明又一个实施例中计算机断层图像的散射校正装置的结构示意图；

图9为本发明一个实施例中计算机设备的内部结构图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请提供的计算机断层图像的散射校正方法，可以应用于如图1所示的应用环境中，散射校正板120放置于射线源110与探测器130之间，探测器130与计算机设备140连接；其中，散射校正板120投影在探测器130上，且散射校正板120可以围绕其中心点沿着校正板平面旋转，计算机设备140可以是服务器，也可以是个人计算机、笔记本电脑、智能手机和平板电脑。

当需要对被扫描对象进行计算机断层成像扫描时，被扫描对象可以放置于散射校正板120与射线源110之间，也可以放置于散射校正板120与探测器130之间；射线源110发出锥束X线束对被扫描对象以及散射校正板120进行扫描，由探测器130接收透过被扫描对象以及散射校正板120的X线获得投影图像，探测器130将投影图像转变转为数字信号输入计算机设备140中，计算机设备140对获得的投影图像进行散射校正。

可选的，散射校正板120可以是具有一定厚度的圆形薄板，其材料可以选择对X射线吸收量较小的材料；圆形薄板上镶嵌着一系列的金属球，金属球呈沿着薄板中心点径向分布，如图2所示；金属球的材料选择对X射线吸收量较大的金属材料，使得X射线无法穿过金属材料。散射校正板120可以设置为其所在平面与探测器130所在平面平行。

在其中一个实施例中，如图3所示，图3为本发明一个实施例中计算机断层图像的散射校正方法的流程图，提供了一种计算机断层图像的散射校正方法，以该方法应用于图1中的应用环境中，目标物体放置于散射校正板120与射线源110之间为例进行说明，包括以下步骤：

步骤S310：获取散射校正板以及目标物体的当前标准投影图像、前一张标准投影图像以及后一张标准投影图像；其中，当前标准投影图像、前一张标准投影图像以及后一张标准投影图像间的扫描角度间隔相等，当前标准投影图像、前一张标准投影图像以及后一张标准投影图像中的散射校正板向预设方向以预设的角度旋转。

本步骤中，锥束X线束对目标物体以及散射校正板120进行扫描获得标准投影图像，所以，标准投影图像为X射线透过目标对象以及散射校正板120获得的投影图像；每获得一张标准投影图像后，散射校正板绕着圆心，以逆时针旋转方向或者顺时针旋转方向旋转一定的角度，射校正板每次的旋转方向需要一致，即始终逆时针旋转或者始终顺时针旋转方向。

步骤S320：获取散射校正板中的金属球在当前标准投影图像中的第一目标区域以及第一目标区域对应的第一中心位置，并获取当前标准投影图像在第一中心位置上的第一散射数据。

本步骤中，第一目标区域是指散射校正板上的金属球在探测器上的投影区域，第一中心位置是指散射校正板上的金属球在探测器上的投影区域的中心位置。由于标准投影图像中的投影数据是X射线透过目标对象以及散射校正板120获得的标准投影图像，目标物体放置于散射校正板120与射线源110之间，X射线穿过目标物体以后，散射分布已经形成，再穿过散射校正板120，金属球吸收初始X射线，则金属球在探测器130上相应的投影区域得到的是散射X射线强度，即散射数据。

根据散射校正板中的金属球在当前标准投影图像中的投影区域以及投影区域的中心位置，获取当前标准投影图像中该中心位置的第一散射数据。

步骤S330：根据第一散射数据估算当前标准投影图像中其他位置上的第二散射数据，获得当前标准投影图像中全部位置上的散射数据。

本步骤中，由于散射信号强度变化缓慢、频率较低的特性，对于当前标准投影图像，根据第一中心位置的第一散射数据，估算其他位置的散射数据，从而获得标准投影图像上所有位置的散射数据。

步骤S340：根据前一张标准投影图像以及后一张标准投影图像中的目标物体投影数据，估算当前标准投影图像中第一目标区域上的目标物体投影数据，获得当前标准投影图像中全部位置上的目标物体投影数据。

本步骤中，目标物体投影数据是指X射线穿过目标物体以后，在探测器130上得到的包括散射X射线以及初始X射线的投影数据，在每张标准投影图像中，除了第一目标区域，其他区域位置均为包括散射X射线以及初始X射线的目标物体投影数据。由于相邻标准投影图像之间的扫描角度间隔较小，可以根据当前标准投影图像前后相邻的两张标准投影图像，即根据前一张标准投影图像中第一目标区域的目标物体投影数据以及后一张标准投影图像中第一目标区域的目标物体投影数据，估算当前标准投影图像中第一目标区域的目标物体投影数据，从而获得当前标准投影图像上所有位置的目标物体投影数据。

步骤S350：将当前标准投影图像中全部位置上的目标物体投影数据与散射数据相减，获得当前标准投影图像散射校正后的目标投影图像。

本步骤中，在当前标准投影图像中，从某一坐标位置的目标物体投影数据中减去对应的坐标位置的散射数据，从而获得该坐标位置的目标投影图像的数据。

上述计算机断层图像的散射校正方法中，对于每一张标准投影图像可以利用其中金属球投影位置的散射数据估算其他位置的散射数据，从而获得该标准投影图像上所有位置的散射数据，同时利用该标准投影图像的前一张标准投影图像以及后一张标准投影图像的图像数据估算金属球投影位置的目标物体投影数据，从而获得该标准投影图像上所有位置的目标物体投影数据，实现从总的射线量中减去散射射线的量以达到散射校正的目的，其中散射射线量的计算过程简单，计算量小，计算速度较快，且散射估计精准，能够广泛应用于临床中，实现快速、准确的散射校正，提高散射校正效率。同时，在CBCT系统中，在扫描一周均匀采集多张的标准投影图像后，对于每一张标准投影图像利用其前一张标准投影图像以及后一张标准投影图像的图像数据进行散射校正，能够有效避免重建的CT图像形成散射伪影，且只需要对目标物体扫描一次，不增加目标物体的辐射剂量。

如图4所示，图4为本发明一个实施例中获取散射校正板中的金属球在当前标准投影图像中的第一目标区域以及第一目标区域对应的第一中心位置的流程图，本实施例中，获取散射校正板中的金属球在当前标准投影图像中的第一目标区域以及第一目标区域对应的第一中心位置的步骤，包括以下步骤：

步骤410：获取散射校正板的当前散射校正板投影图像，其中，当前散射校正板投影图像与当前标准投影图像的扫描角度相同、散射校正板放置的位置以及角度相同。

步骤420：根据当前散射校正板投影图像中的金属球投影图像获取金属球在散射校正板投影图像中的第二目标区域以及第二目标区域对应的第二中心位置。

步骤430：根据第二目标区域以及第二中心位置确定金属球在当前标准投影图像中的第一目标区域以及第一中心位置。

本实施例是第一目标区域以及第一中心位置的获取方法，散射校正板投影图像是指在不放置目标对象的情况下，锥束X线束仅对散射校正板120进行扫描获得的投影图像；获取与当前标准投影图像扫描角度相同、散射校正板旋转角度以及位置均相同的当前散射校正板投影图像，当前散射校正板投影图像中的金属球的投影区域与当前标准投影图像中的金属球的投影区域是一样的，投影区域的中心位置也是一样的；所以，通过计算当前散射校正板图像中散射校正板中金属球的第二目标区域以及第二中心位置，可确定金属球在各标准投影图像中的第一目标区域以及第一中心位置，由于获取散射校正板图像时无目标物体，散射校正板图像可以方便地获取金属球的投影区域。

在其中一个实施例中，根据当前散射校正板投影图像中的金属球投影图像获取金属球在散射校正板投影图像中的第二目标区域以及第二目标区域对应的第二中心位置的步骤，包括以下步骤：从当前散射校正板投影图像中分割出金属球投影图像，获得第二目标区域；检测金属球投影图像的边缘值，根据边缘值获取第二中心位置。

本实施例中，对当前散射校正板投影图像进行图像分割处理，分割出当前散射校正板投影图像中的金属球投影图像以获取第二目标区域，再对金属球投影图像进行边缘检测，根据金属球投影图像的边缘值确定第二目标区域的中心位置。

可选的，图像分割处理可以利用阈值分割法或者随机游走分割法进行图像分割处理。

以阈值分割法为例，对本实施例中的第二目标区域以及第二中心位置获取方法进行说明。检测当前散射校正板投影图像中像素点的像素值，若像素值小于等于预设阈值，则该像素点判定为金属信息，并将该像素点的像素值重新设置像素值为1；像素值大于预设阈值，则该像素点判定为非金属信息，并将该像素点的像素值重新设置像素值为0，这样当前散射校正板投影图像中每一个像素点的像素值只含有0和1值，1值代表金属区域，0代表非金属区域，完成分割出金属球投影图像，由此可以确定金属球在散射校正板投影图像中的投影区域的横坐标以及纵坐标。然后，对进行图像分割处理后的当前散射校正板投影图像进行逐行检测，若检测到相邻像素点的像素值分别为0值和1值，记录1值所对应的像素点的列位置c1，再继续逐行检测，直到检测到相邻的像素点的像素值分别为1值和0值，记录1值所对应的像素点的列位置c2，将c1和c2相加并除以2，得到该金属球的中心点位于散射校正板投影图像的横坐标。同理，对进行图像分割处理后的散射校正板投影图像进行逐列检测，直到检测到相邻像素点的像素值分别为0值和1值，记录1值所对应的像素点的行位置r1，再继续逐列检测，直到检测到相邻像素点的像素值为1值和0值，记录1值所对应的像素点的行位置r2，将r1和r2相加并除以2，得到金属球的中心点位于散射校正板投影图像像素矩阵的纵坐标，这样就得到了一个金属球在散射校正板投影图像中的中心点的位置坐标，其它金属球的中心点位置坐标同理计算，此处不一一赘述。

在其中一个实施例中，根据第一散射数据估算当前标准投影图像中其他位置上的第二散射数据的步骤，包括以下步骤：分别计算当前标准投影图像中其他位置上待估算位置到与待估算位置相邻的第一中心位置的距离值；根据各距离值计算各相邻的第一中心位置对应的散射数据的权重因子；根据各相邻的第一中心位置对应的散射数据以及对应的权重因子计算待估算位置坐标的第二散射数据。

本实施例中，对于任一待估算的其他位置，利用与其相邻的已知散射数据计算待估算的其他位置坐标上的散射数据；具体的，获取与待估算的其他位置相邻的第一中心位置，计算待估算的其他位置到与其相邻的第一中心位置的距离值，根据距离值获取相邻的第一中心位置上散射数据的权重因子，然后将不同权重的相邻的第一中心位置上散射数据相加，获得待估算的其他位置的第二散射数据，剩余的其他位置坐标的第二散射数据计算同理，从而可以获得标准投影图像某一侧全部位置上的散射数据。

参见图5，其中点510为一个待估算位置，获取与点510相邻的4个第一中心位置(点521、点522、点523以及点524)，分别计算点510到点521、点522、点523以及点524的距离值，根据距离值获取这4个第一中心位置上散射数据的权重因子，其中，权重因子与距离值成反比关系，最后将不同权重的4个第一中心位置上散射数据相加，即为该待估算的其他位置的散射数据的值。

在其中一个实施例中，根据前一张标准投影图像以及后一张标准投影图像中的目标物体投影数据，估算当前标准投影图像中第一目标区域上的目标物体投影数据的步骤，包括以下步骤：获取前一张标准投影图像中第一目标区域上的第一目标物体投影数据，以及后一张标准投影图像中第一目标区域上的第二目标物体投影数据；根据第一目标物体投影数据以及第二目标物体投影数据获取当前标准投影图像中第一目标区域上的目标物体投影数据。

本实施例中，对于当前标准投影图像中第一目标区域的目标物体投影数据，可以对前一张标准投影图像中第一目标区域的目标物体投影数据以及后一张标准投影图像中第一目标区域的目标物体投影数据，利用插值法估算而得，其中，插值法可以为线性插值法、多项式插值法或者B样条插值法。

以线性插值法为例，获取在前一张标准投影图像中第一目标区域的目标物体投影数据，以及后一张标准投影图像中第一目标区域的目标物体投影数据，赋予这两个目标投影数据数值是0.5的权重因子，估算当前标准投影图像中第一目标区域的目标物体投影数据。

在其中一个实施例中，获得当前标准投影图像散射校正后的目标投影图像的步骤之后，还包括以下步骤：对多张不同扫描角度的目标投影图像进行CT图像重建。

本实施例中，CBCT系统中在扫描一周均匀采集多张的标准投影图像后，对与每一张标准投影图像利用其前一张标准投影图像以及后一张标准投影图像的图像数据进行散射校正后，对多张散射校正后的目标投影图像进行CT(Computed Tomography，电子计算机断层扫描)重建，获得无散射伪影的CT图像。

参见图6，图6为本发明另一个实施例中计算机断层图像的散射校正方法的流程图，计算机断层图像的散射校正方法，包括以下步骤：

步骤S610：获取散射校正板以及目标物体的当前标准投影图像、前一张标准投影图像以及后一张标准投影图像；其中，当前标准投影图像、前一张标准投影图像以及后一张标准投影图像间的扫描角度间隔相等，当前标准投影图像、前一张标准投影图像以及后一张标准投影图像中的散射校正板向预设方向以预设的角度旋转。

步骤S620：获取散射校正板的当前散射校正板投影图像，其中，当前散射校正板投影图像与当前标准投影图像的扫描角度相同、散射校正板放置的位置以及角度相同。

步骤S630：从当前散射校正板投影图像中分割出金属球投影图像，获得第二目标区域；检测金属球投影图像的边缘值，根据边缘值获取第二中心位置。

步骤S640：根据第二目标区域以及第二中心位置确定金属球在当前标准投影图像中的第一目标区域以及第一中心位置，并获取当前标准投影图像在第一中心位置上的第一散射数据。

步骤S650：分别计算当前标准投影图像中其他位置上待估算位置到与待估算位置相邻的第一中心位置的距离值。

步骤S660：根据各距离值计算各相邻的第一中心位置对应的散射数据的权重因子。

步骤S670：根据各相邻的第一中心位置对应的散射数据以及对应的权重因子计算待估算位置坐标的第二散射数据，获得当前标准投影图像中全部位置上的散射数据。

步骤S680：根据前一张标准投影图像以及后一张标准投影图像中的目标物体投影数据，估算当前标准投影图像中第一目标区域上的目标物体投影数据，获得当前标准投影图像中全部位置上的目标物体投影数据。

步骤S690：将当前标准投影图像中全部位置上的目标物体投影数据与散射数据相减，获得当前标准投影图像散射校正后的目标投影图像。

上述计算机断层图像的散射校正方法中，当前标准投影图像可以利用前一张标准投影图像以及后一张标准投影图像的投影图像数据进行散射校正，在CBCT系统中，在扫描一周均匀采集多张的标准投影图像后，对与每一张标准投影图像利用其前一张标准投影图像以及后一张标准投影图像的图像数据进行散射校正，能够有效避免重建的CT图像形成散射伪影，且只需要对目标物体扫描一次，不增加目标物体的辐射剂量，在保证CBCT图像质量的同时最大限度的降低目标物体的辐射剂量。相较于传统的基于软件的校正方法，本实施例中计算机断层图像的散射校正方法，散射射线量的计算过程简单，计算量小，计算速度较快，且散射估计精准，能够广泛应用于临床中，实现快速、准确的散射校正，有效提高散射校正效率。

为了更加清晰本发明技术方案的效果，下面结合一个在锥形束计算机断层成像系统中使用本发明的应用实例来进一步阐述。

(1)设置曝光条件，其中包括设置X射线球管电压、X射线球管电流、锥形束计算机断层成像系统扫描一周需要均匀采集投影数据的张数，每张投影数据对应一个扫描角度。

具体的，X射线球管电压可以设置为90kV，kV为电压单位，意思为“千伏特”，X线球管电流可以设置为5mA，mA为电流单位，意思为“毫安”，锥形束计算机断层成像系统扫描一周均匀采集投影数据的张数可以设置为360张，即每间隔1度采集1张投影数据。

(2)制作散射校正板并将散射校正板置于扫描物与探测器之间。

具体的，散射校正板平面与探测器平面平行，距离5毫米，散射校正板的设计如图2所示，其中，散射校正板可以设计为厚度2毫米的圆形薄板，半径为6.5厘米，材料为有机玻璃，散射校正板中嵌入一系列直径为2毫米的金属铅球，呈径向分布，两个相邻径向方向间隔角度为45度，金属球在各自径向方向上距离圆心点位置分别为1.2厘米，1.7厘米，2.2厘米，2.7厘米，3.2厘米，3.7厘米，4.2厘米，4.7厘米，5.2厘米，5.7厘米，6.2厘米。

(3)在不放置目标物体的情况下，对散射校正板进行扫描获取散射校正板投影图像；其中，每获得一张散射校正板投影图像后，X射线源和平板探测器围绕散射校正板旋转1度，而散射校正板以逆时针旋转方向或者顺时针旋转方向围绕圆心旋转10度，散射校正板每次的旋转方向需要一致，即始终逆时针旋转或者始终顺时针旋转方向，从而获得360张散射校正板投影图像。

(4)对所有散射校正板投影图像中的金属球投影图像进行图像分割处理，分割出所有金属球投影图像，并计算每张散射校正板投影图像中每个金属球投影图像的第二目标区域以及第二目标区域对应的第二中心点位置。

(5)放置目标物体，对散射校正板以及目标物体进行扫描获取标准投影图像。

具体的，本步骤和步骤(3)相似，只是扫描对象为散射校正板以及目标物体。每获得一张标准投影图像后，X射线源和平板探测器围绕散射校正板以及目标物体旋转1度，而散射校正板以逆时针旋转方向或者顺时针旋转方向围绕圆心旋转10度，散射校正板旋转方向与在不放置目标物体的情况下的旋转方向一致，从而获取360张标准投影图像，每张标准投影图像中金属球的投影位置与相同角度下扫描获得的散射校正板投影图像中的金属球的投影位置是一样的。

(6)根据散射校正板投影图像中每个金属球投影图像的第二目标区域以及第二中心点位置，确定在相同角度下的标准投影图像中金属球在该标准投影图像的第一目标区域以及第一中心位置，并获取该第一中心位置上的散射数据；例如，对于第3张标准投影图像，可以根据第3张散射校正板投影图像中金属球投影图像的第二中心点位置确定；对于其他标准投影图像同理，此处不一一赘述。

(7)对任意一张标准投影图像中的散射数据，根据该标准投影图像的第一中心位置上的第一散射数据，确定该标准投影图像中其他位置上的第二散射数据，从而能够获得标准投影图像中所有位置的散射数据。

例如，第3张标准投影图像中金属球在该标准投影图像的第一中心位置以及散射数据已知，根据已知的散射数据估算第3张标准投影图像其他位置上的散射数据，从而获得第3张标准投影图像所有位置的散射数据；对于其他标准投影图像同理，此处不一一赘述。

(8)对于任意一张标准投影图像，该标准投影图像的第一目标区域的目标物体投影数据，由该标准投影图像的前一张标准投影图像以及后一张标准投影图像的第一目标区域的目标物体投影数据估算获得。例如，对于第3张标准投影图像在第一目标区域的目标物体投影数据，可以根据第2张标准投影图像在第一目标区域的目标物体投影数据和第4张标准投影图像在第一目标区域的目标物体投影数据估算获得；同理的，对于第2张标准投影图像在第一目标区域的目标物体投影数据，可以根据第1张标准投影图像在第一目标区域的目标物体投影数据和第3张标准投影图像在第一目标区域的目标物体投影数据估算获得；对于其他标准投影图像同理，此处不一一赘述，应该说明的是，第1张标准投影图像的前一张标准投影图像为第360张标准投影图像，第360张标准投影图像的后一张标准投影图像为第1张标准投影图像。

(9)对每张标准投影图像中的目标物体投影数据与对应的散射数据进行相减，得到校正后的目标投影图像。

(11)对校正后的目标投影图像进行CT图像重建，得到无散射伪影的CT图像。

本实施例中，CBCT系统中在扫描一周均匀采集多张的标准投影图像后，对于每一张标准投影图像可以利用其中金属球投影位置的散射数据估算其他位置的散射数据，从而获得该标准投影图像上所有位置的散射数据，同时利用该标准投影图像的前一张标准投影图像以及后一张标准投影图像的图像数据估算金属球投影位置的目标物体投影数据，从而获得该标准投影图像上所有位置的目标物体投影数据，实现从总的射线量中减去散射射线的量以达到散射校正的目的。利用本方法能够有效避免重建的CT图像中形成散射伪影，且只需要对目标物体扫描一次，不增加目标物体的辐射剂量，在保证CBCT图像质量的同时最大限度的降低目标物体的辐射剂量，同时散射射线量的计算过程简单，计算量小，计算速度较快，且散射估计精准，能够广泛应用于临床中，实现快速、准确的散射校正，提高散射校正效率。

应该理解的是，虽然图3、图4以及图6的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图3、图4以及图6中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

根据上述计算机断层图像的散射校正方法，本发明还提供一种计算机断层图像的散射校正装置，以下就本发明的计算机断层图像的散射校正装置的实施例进行详细说明。

如图7所示，图7为本发明一个实施例中计算机断层图像的散射校正装置的结构示意图，提供了一种计算机断层图像的散射校正装置，包括：

标准投影图像获取模块710，用于获取散射校正板以及目标物体的当前标准投影图像、前一张标准投影图像以及后一张标准投影图像；其中，当前标准投影图像、前一张标准投影图像以及后一张标准投影图像间的扫描角度间隔相等，当前标准投影图像、前一张标准投影图像以及后一张标准投影图像中的散射校正板向预设方向以预设的角度旋转；

第一散射数据获取模块720，用于获取散射校正板中的金属球在当前标准投影图像中的第一目标区域以及第一目标区域对应的第一中心位置，并获取当前标准投影图像在第一中心位置上的第一散射数据；

第二散射数据获取模块730，用于根据第一散射数据估算当前标准投影图像中其他位置上的第二散射数据，获得当前标准投影图像中全部位置上的散射数据；

目标物体投影数据获取模块740，用于根据前一张标准投影图像以及后一张标准投影图像中的目标物体投影数据，估算当前标准投影图像中第一目标区域上的目标物体投影数据，获得当前标准投影图像中全部位置上的目标物体投影数据；

散射校正模块750，用于将当前标准投影图像中全部位置上的目标物体投影数据与散射数据相减，获得当前标准投影图像散射校正后的目标投影图像。

在其中一个实施例中，第一散射数据获取模块720用于获取散射校正板的当前散射校正板投影图像，其中，当前散射校正板投影图像与当前标准投影图像的扫描角度相同、散射校正板放置的位置以及角度相同；根据当前散射校正板投影图像中的金属球投影图像获取金属球在散射校正板投影图像中的第二目标区域以及第二目标区域对应的第二中心位置；根据第二目标区域以及第二中心位置确定金属球在当前标准投影图像中的第一目标区域以及第一中心位置。

在其中一个实施例中，第一散射数据获取模块720用于从当前散射校正板投影图像中分割出金属球投影图像，获得第二目标区域；检测金属球投影图像的边缘值，根据边缘值获取第二中心位置。

在其中一个实施例中，第二散射数据获取模块730，用于分别计算当前标准投影图像中其他位置上待估算位置到与待估算位置相邻的第一中心位置的距离值；根据各距离值计算各相邻的第一中心位置对应的散射数据的权重因子；根据各相邻的第一中心位置对应的散射数据以及对应的权重因子计算待估算位置坐标的第二散射数据。

在其中一个实施例中，目标物体投影数据获取模块740用于获取前一张标准投影图像中第一目标区域上的第一目标物体投影数据，以及后一张标准投影图像中第一目标区域上的第二目标物体投影数据；根据第一目标物体投影数据以及第二目标物体投影数据获取当前标准投影图像中第一目标区域上的目标物体投影数据。

如图8所示，图8为本发明又一个实施例中计算机断层图像的散射校正装置的结构示意图，本实施例中，计算机断层图像的散射校正装置还包括CT图像重建模块760，用于对多张不同扫描角度的目标投影图像进行CT图像重建。

关于计算机断层图像的散射校正装置的具体限定可以参见上文中对于计算机断层图像的散射校正方法的限定，在此不再赘述。上述计算机断层图像的散射校正装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图9所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口和数据库。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储标准投影图像的目标物体投影数据以及散射数据。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种计算机断层图像的散射校正方法。

本领域技术人员可以理解，图9中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

在其中一个实施例中，本发明还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：

获取散射校正板以及目标物体的当前标准投影图像、前一张标准投影图像以及后一张标准投影图像；其中，当前标准投影图像、前一张标准投影图像以及后一张标准投影图像间的扫描角度间隔相等，当前标准投影图像、前一张标准投影图像以及后一张标准投影图像中的散射校正板向预设方向以预设的角度旋转；

获取散射校正板中的金属球在当前标准投影图像中的第一目标区域以及第一目标区域对应的第一中心位置，并获取当前标准投影图像在第一中心位置上的第一散射数据；

根据第一散射数据估算当前标准投影图像中其他位置上的第二散射数据，获得当前标准投影图像中全部位置上的散射数据；

根据前一张标准投影图像以及后一张标准投影图像中的目标物体投影数据，估算当前标准投影图像中第一目标区域上的目标物体投影数据，获得当前标准投影图像中全部位置上的目标物体投影数据；

将当前标准投影图像中全部位置上的目标物体投影数据与散射数据相减，获得当前标准投影图像散射校正后的目标投影图像。

在其中一个实施例中，处理器执行计算机程序实现获取散射校正板中的金属球在当前标准投影图像中的第一目标区域以及第一目标区域对应的第一中心位置的步骤时，具体实现以下步骤：获取散射校正板的当前散射校正板投影图像，其中，当前散射校正板投影图像与当前标准投影图像的扫描角度相同、散射校正板放置的位置以及角度相同；根据当前散射校正板投影图像中的金属球投影图像获取金属球在散射校正板投影图像中的第二目标区域以及第二目标区域对应的第二中心位置；根据第二目标区域以及第二中心位置确定金属球在当前标准投影图像中的第一目标区域以及第一中心位置。

在其中一个实施例中，处理器执行计算机程序实现根据当前散射校正板投影图像中的金属球投影图像获取金属球在散射校正板投影图像中的第二目标区域以及第二目标区域对应的第二中心位置的步骤时，具体实现以下步骤：从当前散射校正板投影图像中分割出金属球投影图像，获得第二目标区域；检测金属球投影图像的边缘值，根据边缘值获取第二中心位置。

在其中一个实施例中，处理器执行计算机程序实现根据第一散射数据估算当前标准投影图像中其他位置上的第二散射数据的步骤时，具体实现以下步骤：分别计算当前标准投影图像中其他位置上待估算位置到与待估算位置相邻的第一中心位置的距离值；根据各距离值计算各相邻的第一中心位置对应的散射数据的权重因子；根据各相邻的第一中心位置对应的散射数据以及对应的权重因子计算待估算位置坐标的第二散射数据。

在其中一个实施例中，处理器执行计算机程序实现根据前一张标准投影图像以及后一张标准投影图像中的目标物体投影数据，估算当前标准投影图像中第一目标区域上的目标物体投影数据的步骤时，具体实现以下步骤：获取前一张标准投影图像中第一目标区域上的第一目标物体投影数据，以及后一张标准投影图像中第一目标区域上的第二目标物体投影数据；根据第一目标物体投影数据以及第二目标物体投影数据获取当前标准投影图像中第一目标区域上的目标物体投影数据。

在其中一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：对多张不同扫描角度的目标投影图像进行CT图像重建。

在其中一个实施例中，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

获取散射校正板以及目标物体的当前标准投影图像、前一张标准投影图像以及后一张标准投影图像；其中，当前标准投影图像、前一张标准投影图像以及后一张标准投影图像间的扫描角度间隔相等，当前标准投影图像、前一张标准投影图像以及后一张标准投影图像中的散射校正板向预设方向以预设的角度旋转；

获取散射校正板中的金属球在当前标准投影图像中的第一目标区域以及第一目标区域对应的第一中心位置，并获取当前标准投影图像在第一中心位置上的第一散射数据；

根据第一散射数据估算当前标准投影图像中其他位置上的第二散射数据，获得当前标准投影图像中全部位置上的散射数据；

根据前一张标准投影图像以及后一张标准投影图像中的目标物体投影数据，估算当前标准投影图像中第一目标区域上的目标物体投影数据，获得当前标准投影图像中全部位置上的目标物体投影数据；

将当前标准投影图像中全部位置上的目标物体投影数据与散射数据相减，获得当前标准投影图像散射校正后的目标投影图像。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种计算机断层图像的散射校正方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取散射校正板以及目标物体的当前标准投影图像、前一张标准投影图像以及后一张标准投影图像；其中，所述当前标准投影图像、所述前一张标准投影图像以及所述后一张标准投影图像间的扫描角度间隔相等，所述当前标准投影图像、所述前一张标准投影图像以及所述后一张标准投影图像中的散射校正板向预设方向以预设的角度旋转；

获取所述散射校正板中的金属球在所述当前标准投影图像中的第一目标区域以及所述第一目标区域对应的第一中心位置，并获取所述当前标准投影图像在第一中心位置上的第一散射数据；

根据所述第一散射数据估算所述当前标准投影图像中其他位置上的第二散射数据，获得所述当前标准投影图像中全部位置上的散射数据；

根据所述前一张标准投影图像以及所述后一张标准投影图像中的目标物体投影数据，估算所述当前标准投影图像中第一目标区域上的目标物体投影数据，获得所述当前标准投影图像中全部位置上的目标物体投影数据；

将所述当前标准投影图像中全部位置上的目标物体投影数据与散射数据相减，获得所述当前标准投影图像散射校正后的目标投影图像。

2.根据权利要求1所述的计算机断层图像的散射校正方法，其特征在于，所述获取所述散射校正板中的金属球在所述当前标准投影图像中的第一目标区域以及所述第一目标区域对应的第一中心位置的步骤，包括以下步骤：

获取所述散射校正板的当前散射校正板投影图像，其中，所述当前散射校正板投影图像与所述当前标准投影图像的扫描角度相同、散射校正板放置的位置以及角度相同；

根据所述当前散射校正板投影图像中的金属球投影图像获取所述金属球在所述散射校正板投影图像中的第二目标区域以及所述第二目标区域对应的第二中心位置；

根据所述第二目标区域以及所述第二中心位置确定所述金属球在所述当前标准投影图像中的第一目标区域以及第一中心位置。

3.根据权利要求2所述的计算机断层图像的散射校正方法，其特征在于，所述根据所述当前散射校正板投影图像中的金属球投影图像获取所述金属球在所述散射校正板投影图像中的第二目标区域以及所述第二目标区域对应的第二中心位置的步骤，包括以下步骤：

从所述当前散射校正板投影图像中分割出金属球投影图像，获得所述第二目标区域；

检测所述金属球投影图像的边缘值，根据所述边缘值获取所述第二中心位置。

4.根据权利要求1所述的计算机断层图像的散射校正方法，其特征在于，所述根据所述第一散射数据估算所述当前标准投影图像中其他位置上的第二散射数据的步骤，包括以下步骤：

分别计算所述当前标准投影图像中其他位置上待估算位置到与所述待估算位置相邻的第一中心位置的距离值；

根据各所述距离值计算各所述相邻的第一中心位置对应的散射数据的权重因子；

根据各所述相邻的第一中心位置对应的散射数据以及对应的权重因子计算所述待估算位置坐标的第二散射数据。

5.根据权利要求1所述的计算机断层图像的散射校正方法，其特征在于，所述根据所述前一张标准投影图像以及所述后一张标准投影图像中的目标物体投影数据，估算所述当前标准投影图像中第一目标区域上的目标物体投影数据的步骤，包括以下步骤：

获取所述前一张标准投影图像中第一目标区域上的第一目标物体投影数据，以及所述后一张标准投影图像中第一目标区域上的第二目标物体投影数据；

根据所述第一目标物体投影数据以及第二目标物体投影数据获取所述当前标准投影图像中第一目标区域上的目标物体投影数据。

6.根据权利要求1所述的计算机断层图像的散射校正方法，其特征在于，所述获得所述当前标准投影图像散射校正后的目标投影图像的步骤之后，还包括以下步骤：

对多张不同扫描角度的目标投影图像进行CT图像重建。

7.一种计算机断层图像的散射校正装置，其特征在于，包括：

标准投影图像获取模块，用于获取散射校正板以及目标物体的当前标准投影图像、前一张标准投影图像以及后一张标准投影图像；其中，所述当前标准投影图像、所述前一张标准投影图像以及所述后一张标准投影图像间的扫描角度间隔相等，所述当前标准投影图像、所述前一张标准投影图像以及所述后一张标准投影图像中的散射校正板向预设方向以预设的角度旋转；

第一散射数据获取模块，用于获取所述散射校正板中的金属球在所述当前标准投影图像中的第一目标区域以及所述第一目标区域对应的第一中心位置，并获取所述当前标准投影图像在第一中心位置上的第一散射数据；

第二散射数据获取模块，用于根据所述第一散射数据估算所述当前标准投影图像中其他位置上的第二散射数据，获得所述当前标准投影图像中全部位置上的散射数据；

目标物体投影数据获取模块，用于根据所述前一张标准投影图像以及所述后一张标准投影图像中的目标物体投影数据，估算所述当前标准投影图像中第一目标区域上的目标物体投影数据，获得所述当前标准投影图像中全部位置上的目标物体投影数据；

散射校正模块，用于将所述当前标准投影图像中全部位置上的目标物体投影数据与散射数据相减，获得所述当前标准投影图像散射校正后的目标投影图像。

8.根据权利要求7所述的计算机断层图像的散射校正装置，其特征在于，第一散射数据获取模块用于获取所述散射校正板的当前散射校正板投影图像，其中，所述当前散射校正板投影图像与所述当前标准投影图像的扫描角度相同、散射校正板放置的位置以及角度相同；根据所述当前散射校正板投影图像中的金属球投影图像获取所述金属球在所述散射校正板投影图像中的第二目标区域以及所述第二目标区域对应的第二中心位置；根据所述第二目标区域以及所述第二中心位置确定所述金属球在所述当前标准投影图像中的第一目标区域以及第一中心位置。

9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至6中任一项所述的计算机断层图像的散射校正方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的计算机断层图像的散射校正方法的步骤。