CN109658465B

CN109658465B - 图像重建过程中的数据处理、图像重建方法和装置

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Publication number: CN109658465B
Application number: CN201811491397.3A
Authority: CN
Inventors: 吴书裕; 齐宏亮; 陈宇思; 李翰威; 骆毅斌
Original assignee: Guangzhou Huaduan Technology Co ltd
Current assignee: Guangzhou Huaduan Technology Co ltd
Priority date: 2018-12-07
Filing date: 2018-12-07
Publication date: 2023-07-04
Anticipated expiration: 2038-12-07
Also published as: CN109658465A

Abstract

本发明涉及一种图像重建过程中的数据处理、图像重建方法和装置、计算机设备、计算机存储介质。上述图像重建过程中的数据处理方法包括：在射线源发射射线时，获取钢珠在探测器上的钢珠投影坐标；其中，所述钢珠固定设置在校正模体上，所述校正模体预置在压迫板一面；根据钢珠在所述校正模体上的钢珠原始坐标以及所述钢珠投影坐标确定DBT系统的单应性矩阵；根据所述单应性矩阵计算所述射线源到探测器的垂直距离以及所述射线源在探测器上的垂点坐标；根据所述垂直距离和所述垂点坐标计算所述DBT系统在所述射线源当前发射射线时的贡献值。本发明所确定的贡献值具有较高的准确性，提高了依据上述贡献值进行相应图像重建的效果。

Description

图像重建过程中的数据处理、图像重建方法和装置

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，特别是涉及一种图像重建过程中的数据处理、图像重建方法和装置、计算机设备、计算机存储介质。

背景技术

随着计算机技术的不断发展，数字化层析成像技术(Digital Tomosynthesis，DTS)已逐步应用于临床，与CT(computed tomography)相比，DTS特点为高效率、高检出率、低剂量，尤其适用于乳腺癌筛查。目前以DTS为核心的数字乳腺层析成像(Digital BreastTomosynthesis,DBT)已经在医院广泛应用。DBT一般借助于传统数字乳腺X线摄影的压迫板，将乳腺组织进行压迫，可一定程度上减少组织结构重叠和射线剂量。在目前的DBT数据采集过程中，X射线源以某一个限定角度围绕压迫乳腺做弧形运动，探测器保持静止不动或者跟随射线源进行小角度运动，采集有限角度内的投影数据(参考图一所示)，然后进行与探测器平面平行的任意层面的图像重建。实现精准的DTS重建要求机械的安装和球管的旋转轨迹必须具有极高的精度，以保证系统的几何参数和理想的几何参数完全一致。但是，在DTS系统设计和安装调试过程中，由于机械设计和安装水平等原因，导致系统的几何结构和理想的几何结构之间存在一定程度的偏移，导致重建图像中存在几何伪影。目前DTS系统都会配制高精度的几何校正模体，定期对DTS系统进行几何校正，得到一定时期内的实际的系统几何参数，然后用于重建，可避免几何伪影的产生。

目前，基于校正模体的校正方法都是先扫描校正模体得出几何参数，之后再利用这些几何参数对物体进行重建。在具体的图像重建过程中，射线源在绕轨道旋转时不可避免的会产生随机抖动，如此每个角度下的实际几何参数与之前几何校正获得的几何参数难以保持一致，因而依据上述几何参数所重建的图像存在效果差的问题。

发明内容

基于此，有必要针对依据传统方案所重建的图像存在效果差的技术问题，提供一种图像重建过程中的数据处理、图像重建方法和装置、计算机设备、计算机存储介质。

一种图像重建过程中的数据处理方法，包括：

在射线源发射射线时，获取钢珠在探测器上的钢珠投影坐标；其中，所述钢珠固定设置在校正模体上，所述校正模体预置在压迫板一面；

根据钢珠在所述校正模体上的钢珠原始坐标以及所述钢珠投影坐标确定DBT系统的单应性矩阵；

根据所述单应性矩阵计算所述射线源到探测器的垂直距离以及所述射线源在探测器上的垂点坐标；

根据所述垂直距离和所述垂点坐标计算所述DBT系统在所述射线源当前发射射线时的贡献值。

在一个实施例中，所述校正模体包括两个平板，各个平板设置有呈椭圆形排列的设定个数个钢珠；

所述在射线源发射射线时，获取钢珠在探测器上的钢珠投影坐标的过程之前，还包括：

将两个平板呈设定夹角放置在所述压迫板的一面。

在一个实施例中，所述获取钢珠在探测器上的钢珠投影坐标的过程包括：

在探测器获得的投影数据中提取灰度值大于灰度阈值的钢珠投影点，将所述钢珠投影点的坐标确定为钢珠投影坐标。

在一个实施例中，所述根据所述单应性矩阵计算所述射线源到探测器的垂直距离以及所述射线源在探测器上的垂点坐标的过程包括：

根据DBT系统的几何映射关系和所述单应性矩阵计算DBT系统的内矩阵和尺度因子；

根据所述内矩阵和尺度因子确定中间量矩阵，根据所述中间量矩阵计算所述射线源到探测器的垂直距离以及所述射线源在探测器上的垂点坐标。

作为一个实施例，所述几何映射关系为：sm'＝A[r₁r₂r₃t]M'；

所述中间量矩阵为：B＝sA^-TA^-1；

所述垂直距离为：

所述垂点坐标包括：u₀＝-B₁₃/B₁₁，v₀＝-B₂₃/B₁₁；

其中，s表示尺度因子，m'表示探测器上钢珠投影的齐次坐标，A表示内矩阵，R＝[r₁r₂r₃]表示旋转矩阵，t表示平移矩阵，M'表示校正模体上钢珠的齐次坐标，B表示中间量矩阵，A^-T表示A的转置矩阵的逆矩阵，A^-1表示A的逆矩阵，SID表示垂直距离，du表示探测器像素，B₁₁表示B中第一行第一列元素，B₁₃表示B中第一行第三列元素，B₂₃表示B中第二行第三列元素，(u₀,v₀)表示垂点坐标。

一种图像重建方法，包括如下步骤：

分别在射线源各次发射射线的过程中，根据上述任意一个实施例所述的图像重建过程中的数据处理方法计算所述DBT系统在射线源该次发射射线时的贡献值，并获取所述射线源该次发射射线时，探测器探测得到的投影数据；

根据所述射线源各次发射射线分别产生的贡献值和投影数据进行图像重建。

一种图像重建过程中的数据处理装置，包括：

第一获取模块，用于在射线源发射射线时，获取钢珠在探测器上的钢珠投影坐标；其中，所述钢珠固定设置在校正模体上，所述校正模体预置在压迫板一面；

第一确定模块，用于根据钢珠在所述校正模体上的钢珠原始坐标以及所述钢珠投影坐标确定DBT系统的单应性矩阵；

第一计算模块，用于根据所述单应性矩阵计算所述射线源到探测器的垂直距离以及所述射线源在探测器上的垂点坐标；

第二计算模块，用于根据所述垂直距离和所述垂点坐标计算所述DBT系统在所述射线源当前发射射线时的贡献值。

一种图像重建装置，包括：

第三计算模块，用于分别在射线源各次发射射线的过程中，根据上述任意一个实施例所述的图像重建过程中的数据处理装置计算所述DBT系统在射线源该次发射射线时的贡献值，并获取所述射线源该次发射射线时，探测器探测得到的投影数据；

重建模块，用于根据所述射线源各次发射射线分别产生的贡献值和投影数据进行图像重建。

一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一实施例提供的图像重建过程中的数据处理方法或者图像重建方法。

一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述任一实施例提供的图像重建过程中的数据处理方法或者图像重建方法。

上述图像重建过程中的数据处理方法、装置、计算机设备和计算机存储介质，可以在射线源发射射线时，获取钢珠在探测器上的钢珠投影坐标，以根据钢珠在校正模体上的钢珠原始坐标以及上述钢珠投影坐标确定DBT系统的单应性矩阵，从而计算所述射线源到探测器的垂直距离以及所述射线源在探测器上的垂点坐标，进而根据所述垂直距离和所述垂点坐标计算所述DBT系统在所述射线源当前发射射线时的贡献值，使所确定的贡献值以射线源发射产生相应投影数据的射线时相对于探测器的垂直距离和垂点坐标为依据，具有较高的准确性，提高了依据上述贡献值进行相应图像重建的效果。

附图说明

图1为传统方案中DBT的成像扫描方式示意图；

图2为一个实施例的图像重建过程中的数据处理方法流程图；

图3为一个实施例的几何映射模型示意图；

图4为一个实施例的钢珠排列示意图；

图5为一个实施例的校正模体在压迫板上的放置示意图；

图6为一个实施例的重建图像示意图和灰度直方图；

图7为一个实施例的图像重建过程中的数据处理装置结构示意图；

图8为一个实施例的重建图像示意图；

图9为一个实施例的计算机设备内部结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

需要说明的是，本发明实施例所涉及的术语“第一\第二\第三”仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二\第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。应该理解“第一\第二\第三”区分的对象在适当情况下可以互换，以使这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

本发明实施例的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或模块的过程、方法、装置、产品或设备没有限定于已列出的步骤或模块，而是可选地还包括没有列出的步骤或模块，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或模块。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

在本文中提及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

参考图2所示，图2为一个实施例的图像重建过程中的数据处理方法流程图，包括：

S10，在射线源发射射线时，获取钢珠在探测器上的钢珠投影坐标；其中，所述钢珠固定设置在校正模体上，所述校正模体预置在压迫板一面；

上述步骤S10可以在射线源发射射线时，获取成像对象(压迫对象)和校正模体的投影图像，上述投影图像包括钢珠在探测器上的钢珠投影坐标。

上述射线源为DBT系统的射线源，射线源在一定扫描角度范围内旋转，每隔设定角度发射一次射线，使探测器可以获得压迫板一面的校正模体以及压迫板另一面的压迫对象(如乳腺组织)受射线照射后投影至探测器上的投影数据。上述扫描角度范围和设定角度分别可以依据重建图像的所需精度确定，具体地，上述扫描角度范围可以设置为-12.5°至12.5°，上述设定角度可以设置为3°。

在射线源发射射线时，探测器可以获得校正模体和压迫对象对应的投影图像，投影图像所包括的数据为相应的投影数据。具体地，上述投影图像上的高亮点为钢珠对应的钢珠投影点，上述钢珠投影点的坐标为钢珠投影坐标。

上述校正模体可以包括固定设置钢珠的两个平板，各个平板上的钢珠可以为椭圆形排列，以对钢珠原始坐标以及相应的钢珠投影坐标进行准确读取。上述钢珠原始坐标为钢珠中心点所在的坐标，钢珠投影坐标为钢珠中心点对应的投影坐标。

S20，根据钢珠在所述校正模体上的钢珠原始坐标以及所述钢珠投影坐标确定DBT系统的单应性矩阵；

上述单应性矩阵为表征扫描对象(包括校正模体和压迫对象)上的数据点与投影数据之间对应关系的矩阵。例如参考图3所示，对于校正模体的校正板上的钢珠钢珠原始坐标(x,y,z)(图3中未示出z坐标)，经过射线的投射，可以在探测器上得到其对应的投影坐标，即钢珠点球心投影的坐标(u,v)。扫描对象的投影过程中，投影数据和校正模体上的点的成像几何关系在齐次坐标下可以写成单应性矩阵的形式：m'＝HM'，其中，m'表示探测器上钢珠投影的齐次坐标，M'表示校正模体上钢珠的齐次坐标，H表示单应性矩阵，上述H可以为3×3矩阵。

在扫描过程中，校正模体上设置有多个钢珠，各个钢珠分别具有相应的钢珠原始坐标和钢珠投影坐标，上述单应性矩阵可以依据校正模体上述各个钢珠的钢珠原始坐标，以及相应的钢珠投影坐标确定，具体地，上述单应性矩阵可以各个钢珠的齐次坐标以及相应钢珠投影的齐次坐标确定。

S30，根据所述单应性矩阵计算所述射线源到探测器的垂直距离以及所述射线源在探测器上的垂点坐标；

S40，根据所述垂直距离和所述垂点坐标计算所述DBT系统在所述射线源当前发射射线时的贡献值，以同步完成DBT图像重建。

上述垂直距离为射线源发射产生相应投影数据的射线时，相对于探测器的垂直距离；上述垂点坐标为射线源发射产生相应投影数据的射线时，在探测器上的垂点坐标；依据上述垂直距离和垂点坐标计算得到的贡献值具有较高的准确性。依据上述贡献值进行相应的图像重建，保证了图像重建的效果。

本实施例提供的图像重建过程中的数据处理方法，可以在射线源发射射线时，获取钢珠在探测器上的钢珠投影坐标，以根据钢珠在校正模体上的钢珠原始坐标以及上述钢珠投影坐标确定DBT系统的单应性矩阵，从而计算所述射线源到探测器的垂直距离以及所述射线源在探测器上的垂点坐标，进而根据所述垂直距离和所述垂点坐标计算所述DBT系统在所述射线源当前发射射线时的贡献值，使所确定的贡献值以射线源发射产生相应投影数据的射线时相对于探测器的垂直距离和垂点坐标为依据，具有较高的准确性，提高了依据上述贡献值进行相应图像重建的效果。

将两个平板呈设定夹角放置在所述压迫板的一面。

上述平板的尺寸可以依据压迫板的尺寸等因素确定。两个平板的尺寸、平板上设置的钢珠数、以及钢珠在平板上的排列方式完全相同。上述钢珠可以设置直径较小的球珠，如直径为2mm(毫米)或3mm的钢珠等等。由于校正模体和乳腺等压迫对象同步成像，校正模体的模体材料可以选用低密度较薄的平板，如有机玻璃，这样可忽略平面板的衰减，使射线源每次发射射线时产生的投影图像是乳腺和钢珠点的共同衰减所得到的。

具体地，可以将上述各个平板的尺寸分别设置为16cm×18cm(厘米)，各个平板上分别设置20个钢珠点(钢珠)。各个平板上的钢珠点个数为20个，两个平板钢珠点均采用相同的椭圆排列，上述椭圆的中心为平板的中心，椭圆长径I₁为8cm，短径I₂为7cm，若以椭圆的中心作为坐标原点，本实施例中钢珠点在板上的坐标为(I₁×cos(i-1)×2π/20,I₂×sin(i-1)×2π/20,0)，其中i表示第i个钢珠点，20个钢珠点将椭圆按角度等分为19份。为了将钢珠点与其投影点一一对应以便于提取几何参数，可以将第一个钢珠点的直径大小设为3mm，将第二个钢珠点的直径设为2.5mm，剩余的钢珠点的直径均为2mm；上述钢珠在平板上的排列示意图可以参考图4所示，这样就可以根据钢珠点投影的大小以及第一个钢珠点和第二个钢珠点定义的方向将模板上的钢珠点与其投影点一一对应起来。

校正模体的两个平板在压迫板上的放置示意图可以参考图5所示，两个平板交叉且呈设定夹角摆放固定于压迫板上，两块板的夹角可在一定角度范围内随意改变，无需知道相互的位置关系，摆放更加灵活。上述设定夹角可以在30-60度之间，这样的校正精度较高。放置好校正模体之后，在射线源发射射线时，校正模体便可以和压缩的乳腺等压迫对象进行同步成像。

上述灰度阈值的确定过程可以包括：

根据包括钢珠的投影数据对应的重建图像生成灰度直方图，将所述灰度直方图最后一个波峰对应的灰度值确定为灰度阈值。

由于钢珠点是高衰减物质，经负对数变换后其在投影图像上可以表现为高亮点，参考图6(b)所示，钢珠点在灰度值直方图上对应最后一个波峰附近的区域，如图6(b)所示。如图6(a)表示投影图像对应的重建图像，图6(b)为图像(a)对应的灰度直方图，横轴代表灰度值，纵轴代表灰度值对应的像素数量。本实施例可以检测上述灰度直方图的最后一个波峰，从而确定灰度阈值，将投影图像中灰度值大于灰度阈值的点确定为钢珠投影点，进而分割出钢珠投影点，确定相应的钢珠投影坐标。

在实际射线照射过程中，射线穿过钢珠球心的路径是最长的，根据Lambert-Beer定律射线经过球心的路径衰减最多，所以钢珠点球心的投影应该是钢珠点投影的最暗区域。由于实际的钢珠点投影分布比较均匀，最暗区域为好几个像素相连，无法直接精准地求出钢珠点球心的坐标。而钢珠点投影的质心则可以精准地分割出来，考虑到钢珠点是球形，其在投影图像上大致呈圆形排列。即便有些钢珠点距离中心射线比较远，其投影为椭圆，由于钢珠点直径较小，而射线源到探测器的距离很大，利用质心确定的坐标和真实的钢珠点球心投影的坐标也相差不大，因而本实施例确定的钢珠投影坐标为钢珠点球心投影的坐标。

所述中间量矩阵为：B＝sA^-TA^-1；

所述垂直距离为：

所述垂点坐标包括：u₀＝-B₁₃/B₁₁，v₀＝-B₂₃/B₁₁；

其中，s表示尺度因子，m'表示探测器上钢珠投影的齐次坐标，A表示内矩阵，R＝[r₁r₂r₃]表示旋转矩阵，t表示平移矩阵，M'表示校正模体上钢珠的齐次坐标，B表示中间量矩阵，A^-T表示A的转置矩阵的逆矩阵，A^-1表示A的逆矩阵，SID表示垂直距离，du表示探测器像素，具体表示探测器U轴方向像素点尺寸大小，B₁₁表示B中第一行第一列元素，B₁₃表示B中第一行第三列元素，B₂₃表示B中第二行第三列元素，(u₀,v₀)表示垂点坐标。

本实施例可以对射线源发射相应射线时，射线源到探测器的垂直距离以及射线源在探测器上的垂点坐标进行准确计算，进一步保证了后续得到的射线源发射相应射线时对应的贡献值的准确性。

作为一个实施例，上述垂直距离和垂点坐标分别对应的确定方式的推导过程可以包括：

DBT系统的射线源以锥形束的形状向探测器发射射线，对于校正模体上的某一点(x,y,z)(若为平面上点的坐标则表示为(x,y,0))，经过射线的投射，可以在探测器上得到其对应的投影坐标，如钢珠点球心投影的坐标(u,v)，上述几何映射模型可以参考图3所示。投影点和模体板(校正模体的平板)上的点的成像几何关系在齐次坐标下写成单应性矩阵的形式，可以如公式(1)所示：

m'＝HM' (1)

m'表示投影图像上钢珠点的球心投影的齐次坐标(u,v,1)，M'为平板上钢珠点的齐次坐标(x,y,1)，为了简化这里忽略了为0的z坐标，H表示3×3单应性矩阵。在DBT系统中，几何映射关系可以表示为：

sm'＝A[r₁ r₂ r₃ t]M' (2)

其中s为常数，称为尺度因子。

为内矩阵，du，dv分别为探测器像素，du可以表示探测器U轴方向像素点尺寸大小，dv可以表示探测器V轴方向像素点尺寸大小，R＝[r₁r₂r₃]为旋转矩阵，t表示平移矩阵。由于钢珠点在平板上的z坐标为0，公式(2)中的旋转分量r₃可以被消去，旋转矩阵可以简化为R＝[r₁r₂]。公式(2)的含义包括：平面模板(校正模体的平板)上的坐标系通过旋转平移可以变换到探测器对应的坐标系，则平面模板上的钢珠点坐标可以变换得到探测器坐标系中的坐标，同时利用几何映射关系，可将平面模板上钢珠点映射到探测器上成像，即建立了钢珠点在平面模板坐标系的坐标和探测器中钢珠点投影坐标的对应关系。

结合公式(1)和(2)，可以得到：

H可根据m'和M'通过八点算法求解矩阵所获得。利用所求解的H，进一步计算A和[r₁,r₂,t]。

若H＝[h₁ h₂ h₃]，则：

根据式(3)可得：

因而只要求解出内矩阵A和尺度因子s，旋转矩阵也可以求出。根据旋转矩阵的性质：(1)任意两个旋转矩阵的分量都正交；(2)且每个旋转分量的模都为1。可以得到：

将式(4)代入式(5)，可得：

由于s是尺度因子，为常数，故式(6)等价于：

上述H＝[h₁h₂h₃]此时为已知的，A为3×3矩阵。设中间量矩阵B为：

将

代入公式(8)，可得：

展开得：

考虑到DBT探测器的du和dv一般是相等的。式(10)可以简化表达为：

上述中间量矩阵B具有对称性，即

此时中间量矩阵B只有四个未知量，若b＝[B₁₁,B₁₃,B₂₃,B₃₃]^T，上述单应性矩阵H可以分解为：

此时公式(7)中的h_i ^TA^-TA^-1h_j＝h_i ^TBh_j可转化为一个向量

和向量b相乘的形式，即：

其中，v_ij ^T＝[h_i1h_j1+h_i2h_j2,h_i3h_j1+h_i1h_j3,h_i3h_j2+h_i2h_j3,h_i3h_j3]^T。因而可以得到：

即：

Vb＝0 (14)

其中V是2n行4列的矩阵，n为模体板的数量。由于b为自由度为4的向量，则依据2个平板可以求解出b。b的求解方法可以包括：通过求解具有最小特征值的特征向量V^TV，由得到的V估算b。b＝[B₁₁,B₁₃,B₂₃,B₃₃]^T求解出来之后，矩阵

可以进行相应求解，根据公式(12)，可得到：

尺度因子可以通过各个值之间的约束求得：

s＝B₃₃-(B₁₃ ²+B₂₃ ²)/B₁₁ (16)

则SID可通过尺度因子进行求解：

此时，内矩阵便可以进行相应确定。

具体地，若射线源发射各次射线时，探测器保持不动，内矩阵即可完全表示乳腺等压迫目标重建需要的几何参数，相应的外矩阵参数的求解过程可以包括：

根据公式(5)，以及旋转矩阵的特性可得外矩阵表达如下：

为了标定结果的鲁棒性，可以使用EM优化算法，优化的变量为内矩阵A，外矩阵[r₁,r₂,t]。构造目标函数为：

使得目标函数最小化，即求得最优的内外矩阵，使得模体上钢珠点的坐标乘以内外矩阵后，能够最大程度地映射到投影坐标上去，总的误差平方和最小。

参考图7，图7所示为一个实施例的图像重建过程中的数据处理装置结构示意图，包括：

第一获取模块10，用于在射线源发射射线时，获取钢珠在探测器上的钢珠投影坐标；其中，所述钢珠固定设置在校正模体上，所述校正模体预置在压迫板一面；

第一确定模块20，用于根据钢珠在所述校正模体上的钢珠原始坐标以及所述钢珠投影坐标确定DBT系统的单应性矩阵；

第一计算模块30，用于根据所述单应性矩阵计算所述射线源到探测器的垂直距离以及所述射线源在探测器上的垂点坐标；

第二计算模块40，用于根据所述垂直距离和所述垂点坐标计算所述DBT系统在所述射线源当前发射射线时的贡献值。

上述图像重建过程中的数据处理装置还可以包括：

放置模块，用于将两个平板呈设定夹角放置在所述压迫板的一面。

所述第一获取模块进一步用于：

在一个实施例中，所述第一计算模块进一步用于：

在一个实施例中，所述几何映射关系为：sm'＝A[r₁ r₂ r₃ t]M'；

所述中间量矩阵为：B＝sA^-TA^-1；

所述垂直距离为：

所述垂点坐标包括：u₀＝-B₁₃/B₁₁，v₀＝-B₂₃/B₁₁；

关于图像重建过程中的数据处理装置的具体限定可以参见上文中对于图像重建过程中的数据处理方法的限定，在此不再赘述。上述图像重建过程中的数据处理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。

一种图像重建方法，包括如下步骤：

分别在射线源各次发射射线的过程中，根据上述任意一实施例所述的图像重建过程中的数据处理方法计算所述DBT系统在射线源该次发射射线时的贡献值，并获取所述射线源该次发射射线时，探测器探测得到的投影数据；

上述射线源为DBT系统的射线源，射线源在扫描角度范围内旋转，每隔设定角度发射一次射线，使探测器可以获得压迫板一面的校正模体以及压迫板另一面的压迫对象(如乳腺组织)受射线照射后投影至探测器上的投影数据。上述扫描角度范围和设定角度分别可以依据重建图像的所需精度确定，具体地，上述扫描角度范围可以设置为-12.5°至12.5°，上述设定角度可以设置为3°。

本实施例提供的图像重建方法以更为准确的贡献值为依据，有效提高的相应的重建效果。

在一个实施例中，上述根据所述射线源各次发射射线分别产生的贡献值和投影数据进行图像重建的过程包括：

将所述射线源各次发射射线分别产生的贡献值和投影数据代入重建迭代公式进行图像重建；所述重建迭代公式包括：

式中，

表示第n次迭代后体素j的取值，J表示体素总数，/>

的初始值取0，I表示探测器所包括的探测器单元个数，在每个探测器单元对应一条射线时，I也可以表示射线的数量。A_ij表示压迫对象第j个体素对第i个探测器单元的射线的贡献值，上述贡献值可以通过计算X射线与体素间相交形成的体积或者X射线与体素的相交截取的长度等计算，具体可以根据射线源发射相应射线时相对于探测器的垂直距离和垂点坐标计算。y_i表示第i个探测器单元的观测值，即投影数据中的第i个像素值，n代表迭代次数，λ表示迭代重建的松弛因子，用以调节迭代过程中偏差修正的程度，λ可影响重建的收敛速度和求解精度，具体的，λ取值越大，则收敛速度越快，但有可能引入噪声，λ取值越小，其收敛速度越慢，但迭代修正越精细，重建效果一般会越好，λ的取值范围可以为大于0且小于2，比如λ取0.8。

可选地，上述重建过程可以包括同一角度下所有射线对某个体素的修正值加权累加后才更新一次图像，因而可以减小同一投影下某一射线对体素进行修正时引入的误差，提高算法质量。经过多次迭代直至收敛，即可得到待重建的物体图像

相应的重建操作可以在显存为12G的CUDA平台上进行并行计算。

作为一个实施例，在分别针对任意轨迹用常规成像方法、任意轨迹采用本发明进行重建成像方法、以及精准轨迹采用本发明提供的图像重建方法进行仿真的过程中，射线源依次向相应的校正模体和压迫对象发射9次射线，探测器可以分别获得9个投影数据；在射线源发射多次射线的过程中，探测器可以保持不动，相应扫描过程的扫描时间可以为7s(秒)；射线源到探测器的距离SID为66cm，旋转中心到探测器的距离(Axis-to-Image-Distance,AID)为4cm。探测器分辨率可以为2400×3000，像素大小为0.1mm。三者分别重建得到的图像可以参考图8所示，图8中，(a)表示任意轨迹用常规成像方法的重建结果，这里的任意轨迹是指在精准圆轨道上对射线源轨迹在上下左右前后6个方向加上±2cm范围内的随机扰动，(b)为任意轨迹采用本发明的方法重建结果，(c)为精准轨迹的重建结果。可以看到，针对常规的几何校正方法，即先扫描校正模体再进行扫描物的成像，然后利用之前校正模体计算出来的几何参数重建，这样重建出来的图像很模糊，与精准轨迹重建的图像相差较大，影响诊断结果。而本发明中的针对任意轨迹的重建结果和精准轨迹重建的图像相差无几，可以实现了射线源任意轨迹的成像。

上述图像重建方法，将校正模体和成像物体同步成像，可以得出实时的几何参数用于重建，在重建过程中，只对物体进行重建而不重建校正模体，达到校正模体只参与几何参数的求解，而不影响物体的重建。由于在每个角度下都能得到用于重建的几何参数，此时也就无需对射线源的运动轨迹进行约束，即该方法可实现射线源沿任意轨迹运动也可成像，极大地降低了层析成像系统的硬件要求。

此外，若最终重建的物体是乳腺，则投影图像中也应除去平面模板的部分。本发明首先对投影图像进行负对数变换，使图像对比度更加明显。由于钢珠点是高衰减物质，其衰减系数比乳腺大的多，经负对数变换后其在投影图像上的表现为高亮点，在灰度值直方图上对应最后一个波峰附近的区域。

一种图像重建装置，包括：

关于图像重建装置的具体限定可以参见上文中对于图像重建方法的限定，在此不再赘述。上述图像重建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相关投影数据。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图像重建过程中的数据处理方法或者图像重建方法。

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。

基于如上所述的示例，在一个实施例中还提供一种计算机设备，该计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中，处理器执行所述程序时实现如上述各实施例中的任意一种图像重建过程中的数据处理方法或者图像重建方法。

上述计算机设备，通过所述处理器上运行的计算机程序，实现了图像重建效果的提升。

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，所述的程序可存储于一非易失性的计算机可读取存储介质中，如本发明实施例中，该程序可存储于计算机系统的存储介质中，并被该计算机系统中的至少一个处理器执行，以实现包括如上述图像重建过程中的数据处理方法或者图像重建方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。

据此，在一个实施例中还提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其中，该程序被处理器执行时实现如上述各实施例中的任意一种图像重建过程中的数据处理方法或者图像重建方法。

上述计算机存储介质，通过其存储的计算机程序，使所确定的贡献值以射线源发射产生相应投影数据的射线时相对于探测器的垂直距离和垂点坐标为依据，具有较高的准确性，提高了依据上述贡献值进行相应图像重建的效果。

以上所述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发明的几种实施方式，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，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种图像重建过程中的数据处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

在射线源发射射线时，获取成像对象和校正模体的投影图像，所述投影图像包括投影数据，从所述投影数据中提取灰度值大于灰度阈值的钢珠投影点，将所述钢珠投影点的坐标确定为钢珠投影坐标；其中，所述钢珠固定设置在校正模体上，所述校正模体预置在压迫板一面；

根据所述垂直距离和所述垂点坐标计算所述DBT系统在所述射线源当前发射射线时的贡献值，所述贡献值用于进行相应地图像重建。

2.根据权利要求1所述的图像重建过程中的数据处理方法，其特征在于，所述校正模体包括两个平板，各个平板设置有呈椭圆形排列的设定个数个钢珠；

将两个平板呈设定夹角放置在所述压迫板的一面。

3.根据权利要求1所述的图像重建过程中的数据处理方法，其特征在于，所述灰度阈值的确定过程包括：

4.根据权利要求1所述的图像重建过程中的数据处理方法，其特征在于，所述根据所述单应性矩阵计算所述射线源到探测器的垂直距离以及所述射线源在探测器上的垂点坐标的过程包括：

5.根据权利要求4所述的图像重建过程中的数据处理方法，其特征在于，所述几何映射关系为：sm'＝A[r₁ r₂ r₃ t]M'；

所述中间量矩阵为：B＝sA^-TA^-1；

所述垂直距离为：

所述垂点坐标包括：u₀＝-B₁₃/B₁₁，v₀＝-B₂₃/B₁₁；

其中，s表示尺度因子，m'表示探测器上钢珠投影的齐次坐标，A表示内矩阵，R＝[r₁ r₂r₃]表示旋转矩阵，t表示平移矩阵，M'表示校正模体上钢珠的齐次坐标，B表示中间量矩阵，A^-T表示A的转置矩阵的逆矩阵，A^-1表示A的逆矩阵，SID表示垂直距离，du表示探测器像素，B₁₁表示B中第一行第一列元素，B₁₃表示B中第一行第三列元素，B₂₃表示B中第二行第三列元素，(u₀,v₀)表示垂点坐标。

6.一种图像重建方法，其特征在于，包括如下步骤：

分别在射线源各次发射射线的过程中，根据权利要求1至5任一项所述的图像重建过程中的数据处理方法，计算所述DBT系统在射线源该次发射射线时的贡献值，并获取所述射线源该次发射射线时，探测器探测得到的投影数据；

7.一种图像重建过程中的数据处理装置，其特征在于，包括：

第一获取模块，用于在射线源发射射线时，获取成像对象和校正模体的投影图像，所述投影图像包括投影数据，从所述投影数据中提取灰度值大于灰度阈值的钢珠投影点，将所述钢珠投影点的坐标确定为钢珠投影坐标；其中，所述钢珠固定设置在校正模体上，所述校正模体预置在压迫板一面；

第二计算模块，用于根据所述垂直距离和所述垂点坐标计算所述DBT系统在所述射线源当前发射射线时的贡献值，所述贡献值用于进行相应地图像重建。

8.一种图像重建装置，其特征在于，包括：

第三计算模块，用于分别在射线源各次发射射线的过程中，根据权利要求7所述的图像重建过程中的数据处理装置计算所述DBT系统在射线源该次发射射线时的贡献值，并获取所述射线源该次发射射线时，探测器探测得到的投影数据；

9.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5任意一项所述的图像重建过程中的数据处理方法或者权利要求6所述的图像重建方法。

10.一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任意一项所述的图像重建过程中的数据处理方法或者权利要求6所述的图像重建方法。