CN109961489A - Ct图像重建方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种CT图像重建方法，包括以下步骤：在每次扫描时，获取CT设备的射线源的焦点相对于检测器的移动量；进行扫描以获取扇束投影数据；以及将扇束投影数据进行数据重排以转换为平行束投影数据，其中数据重排使用对应扫描时所述焦点相对于检测器的移动量。发明可以实时的获得每次扫描时射线源的焦点位置，根据该焦点位置对扫描的角度间隔进行校准，将该校准后的角度间隔用于扇束投影数据到平行束投影数据的数据重排和CT图像重建，避免了由于焦点位置的偏差造成的图像伪影，使重建图像的质量得到改善。

Description

CT图像重建方法和装置

技术领域

本发明主要涉及计算机断层扫描(Computed Tomography,CT)设备，尤其涉及一种CT图像的重建方法和装置。

背景技术

计算机断层成像(Computed Tomography，简称CT)是用X射线对人体的特定部位按一定厚度的层面进行扫描，由于不同的人体组织对X射线的吸收能力不同，可以用计算机重建出断层面的影像。

在对CT图像进行重建的过程中，需要准确的知道焦点的几何位置，以及焦点相对于检测器的移动量，以用于数据的重排。常规的方法是测量某个条件(如球管曝光条件等)下的焦点位置，将该焦点位置用于CT图像的重建。然而，在进行CT扫描时，CT球管的阳极靶由于热胀冷缩而发生形变或位移、机架转速导致的离心力、球管热容量等因素会导致实际的焦点位置发生变化，不同于在某个条件下测量得到的焦点位置。如果在后续的图像重建中仍采用原来的焦点位置会在重建图像中形成伪影。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供实时测量焦点位置并用于CT图像重建的方法和装置。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种CT图像重建方法，包括以下步骤：在每次扫描时，获取CT设备的射线源的焦点相对于检测器的移动量；进行扫描以获取扇束投影数据；以及将所述扇束投影数据进行数据重排以转换为平行束投影数据，其中所述数据重排使用对应扫描时所述焦点相对于检测器的移动量。

在一些实施例中，获取CT设备的射线源的焦点相对于检测器的移动量的步骤包括：获取所述焦点相对于参考检测器上的移动量，所述参考检测器位于所述射线源的射束方向的一侧；根据映射表确定所述焦点相对于检测器的移动量，所述映射表包含所述焦点相对于参考检测器上的移动量与所述焦点相对于检测器的移动量的映射关系。

在一些实施例中，所述映射表是按照下述方式获得：多次扫描一个孔洞，获得多个投影数据，且获得各次扫描时所述焦点相对于参考检测器上的移动量；基于所述多个投影数据计算所述焦点相对于检测器的移动量；建立所述焦点相对于参考检测器上的移动量与所述焦点相对于检测器的移动量的映射关系。

在一些实施例中，相邻扫描间射线源和检测器转过一角度间隔。

在一些实施例中，所述数据重排使用旋转方向相邻扫描的角度间隔，所述角度间隔包括所述焦点在所述旋转方向的移动量。

在一些实施例中，所述角度间隔Δβ′的表达式为：

Δβ′＝Δβ+ΔFx/SID

其中，Δβ是理想情况下旋转方向相邻扫描的角度间隔，AFx是所述焦点在所述旋转方向的移动量，SID是所述焦点到旋转中心的距离。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种CT图像重建装置，包括：射线源，具有焦点；检测器，相对于所述射线源设置；存储器，用于存储可由处理器执行的指令；处理器，用于执行所述指令以实现如前所述的方法。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种存储有计算机程序代码的计算机可读介质，所述计算机程序代码在由处理器执行时实现如前所述的方法。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明可以实时的获得每次扫描时射线源的焦点位置，根据该焦点位置对扫描的角度间隔进行校准，将该校准后的角度间隔用于扇束投影数据到平行束投影数据的数据重排和CT图像重建，避免了由于焦点位置的偏差造成的图像伪影，使重建图像的质量得到改善。

附图说明

图1是根据本发明一些实施例的示例性计算机断层成像设备的示意图；

图2是根据本发明一些实施例的可以在其上实现处理引擎的示例性计算设备的示例性硬件和/或软件组件的示意图；

图3是根据本发明一些实施例的可以在其上实现终端的示例性移动设备的示例性硬件和/或软件组件的示意图；

图4是根据本发明一些实施例的示例性处理引擎的示意图；

图5是根据本发明一些实施例的CT图像重建方法的示例性流程图；

图6是根据本发明一些实施例的CT图像重建方法中获取映射表的方法示意图；

图7A是CT设备的检测器接收到扇形束射线的示意图；

图7B是CT设备的检测器接收到平行束射线的示意图；

图8是根据本发明一些实施例的CT图像重建方法中进行数据重排的原理示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本申请的实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

虽然本申请对根据本申请的实施例的系统中的某些模块做出了各种引用，然而，任何数量的不同模块可以被使用并运行在成像系统和/或处理器上。所述模块仅是说明性的，并且所述系统和方法的不同方面可以使用不同模块。

本申请中使用了流程图用来说明根据本申请的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或下面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各种步骤。同时，或将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。

图1是根据本发明的一些实施例的示例性计算机断层成像设备100的示意图。参考图1所示，计算机断层成像设备100可包括扫描仪110、网络120、一个或多个终端130、处理引擎140、以及存储器150。计算机断层成像设备100中的所有组件都可以通过网络120互相连接。

扫描仪110可扫描对象并且生成与该对象相关的扫描数据。在一些实施例中，扫描仪110可以是医学成像设备，例如CT设备、PET设备、SPECT设备、MRI设备等或其任意组合(例如，PET-CT设备、PET-MRI设备或CT-MRI设备)。在本发明中，该医学成像设备优选地为CT设备。

本发明中提到的“图像”可以指2D图像、3D图像、4D图像和/或任何相关数据(例如，CT数据、对应于CT数据的投影数据)。这并不是为了限制本发明的范围。对于本领域的技术人员来说，在本发明的指导下可以进行各种修正和改变。

扫描仪110可包括机架111、检测器112、检测区域113和工作台114。在一些实施例中，扫描仪110还可包括放射性扫描源115。机架111可支承检测器112和放射性扫描源115。对象可被置于工作台114上以用于扫描。放射性扫描源115可向该对象发射放射性射线。检测器112可以检测从检测区域113发射的辐射事件(例如，γ光子)。在一些实施例中，扫描仪110可以是MRI扫描设备，并且检测器112可以包括用于检测和接收RF信号的电路。

网络120可包括任意合适的网络，该网络能协助计算机断层成像设备100交换信息和/或数据。在一些实施例中，计算机断层成像设备100的一个或多个组件(例如，扫描仪110、终端130、处理引擎140、存储器150等)可通过网络120与计算机断层成像设备100的一个或多个其他组件传递信息和/或数据。例如，处理引擎140可通过网络120从扫描仪110获得图像数据。作为另一示例，处理引擎140可通过网络120从终端130获得用户指令。网络120可以是/或包括公共网络(例如，因特网)、专用网络(例如，局域网(LAN)、广域网(WAN)等)、有线网络(例如，以太网)、无线网络(例如，802.11网络、Wi-Fi网络等)、蜂窝网络(例如，长期演进(LTE)网络)、帧中继网络、虚拟专用网(“VPN”)、卫星网络、电话网络、路由器、集线器、交换机、服务器计算机和/或其任意组合。仅作为示例，网络120可包括电缆网络、有线网络、光纤网络、电信网络、内联网、无线局域网(WLAN)、城域网(MAN)、公共电话交换网(PSTN)、蓝牙^TM网络、ZigBee^TM网络、近场通信(NFC)网络等或者其任意组合。在一些实施例中，网络120可包括一个或多个网络接入点。例如，网络120可包括有线和/或无线网络接入点，诸如基站和/或因特网交换点，计算机断层成像设备100的一个或多个组件可通过这些接入点来连接到网络120以交换数据和/或信息。

一个或多个终端130包括移动设备131、平板电脑132、笔记本电脑133等或其任意组合。在一些实施例中，移动设备131可包括智能家用设备、可穿戴设备、移动设备、虚拟现实设备、增强现实设备等或其任意组合。在一些实施例中，智能家用设备可包括智能照明设备、智能电器的控制设备、智能监视设备、智能电视、智能摄像机、互联电话等或其任意组合。在一些实施例中，可穿戴设备可包括手环、鞋袜、眼镜、头盔、手表、衣物、背包、智能饰物等或其任意组合。在一些实施例中，移动设备131可包括移动电话、个人数字助理(PDA)、游戏设备、导航设备、销售点(POS)设备、笔记本电脑、平板电脑、台式机等或者其任意组合。在一些实施例中，虚拟现实设备和/或增强现实设备可包括虚拟现实头盔、虚拟现实眼镜、虚拟现实眼罩、增强现实头盔、增强现实眼镜、增强现实眼罩等或其任意组合。例如，虚拟现实设备和/或增强现实设备可包括Google Glass^TM、Oculus Rift^TM、Hololens^TM、Gear VR^TM等。在一些实施例中，终端130可以是处理引擎140的一部分。

处理引擎140可以处理从扫描仪110、终端130和/或存储器150获得的数据和/或信息。在一些实施例中，处理引擎140可以是单个服务器或服务器组。服务器组可以是集中式的或者分布式的。在一些实施例中，处理引擎140可以是本地的或远程的。例如，处理引擎140可通过网络120来访问存储在扫描仪110、终端130和/或存储器150中的信息和/或数据。作为另一示例，处理引擎140可以直接连接到扫描仪110、终端130和/或存储器150以访问所存储的信息和/或数据。在一些实施例中，处理引擎140可在云平台上实现。仅作为示例，云平台可包括私有云、公共云、混合云、社区云、分布式云、互联云、多重云等或者其任意组合。在一些实施例中，处理引擎140可由图2中所示的具有一个或多个组件的计算设备200来实现。

存储器150可存储数据、指令、和/或任何其他信息。在一些实施例中，存储器150可以存储从终端130和/或处理引擎140获得的数据。在一些实施例中，存储器150可存储数据和/或指令，处理引擎140可以执行或使用该数据和/或指令以执行本发明中所描述的示例性方法。在一些实施例中，存储器150可包括大容量存储设备、可移动存储设备、易失性读写存储器、只读存储器(ROM)等或其任意组合。示例性的大容量存储设备可包括磁盘、光盘、固态驱动器等。示例性的可移动存储器可包括闪存驱动器、软盘、光盘、存储器卡、压缩盘、磁带等。示例性的易失性读写存储器可包括随机存取存储器(RAM)。示例性的RAM可包括动态RAM(DRAM)、双倍数据率同步动态RAM(DDR SDRAM)、静态RAM(SRAM)、晶闸管RAM(T-RAM)和零电容器RAM(Z-RAM)等。示例性的ROM可包括掩模ROM(MROM)、可编程ROM(PROM)、可擦除可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、光盘ROM(CD-ROM)、以及数字多用磁盘ROM等。在一些实施例中，存储器150可在云平台上实现。仅作为示例，云平台可包括私有云、公共云、混合云、社区云、分布式云、互联云、多重云等或者其任意组合。

在一些实施例中，存储器150可连接到网络120，以便与计算机断层成像设备100中的一个或多个其他组件(例如，处理引擎140、终端130等)通信。计算机断层成像设备100中的一个或多个组件可通过网络120来访问存储在存储器150中的数据或指令。在一些实施例中，存储器150可直接连接到计算机断层成像设备100中的一个或多个其他组件(例如，处理引擎140、终端130等)或与这些组件通信。在一些实施例中，存储器150可以是处理引擎140的一部分。

图2是根据本发明的一些实施例的可以在其上实现处理引擎140的示例性计算设备200的示例性硬件和/或软件组件的示意图。如图2所示，计算设备200可以包括内部通信总线210、处理器(processor)220、只读存储器(ROM)230、随机存取存储器(RAM)240、通信端口250、输入/输出组件260、硬盘270以及用户界面280。

内部通信总线210可以实现计算设备200组件间的数据通信。

处理器220可根据本文所描述的技术来执行计算机指令(例如，程序代码)并执行处理引擎140的各功能。计算机指令可包括例如执行本文所描述的特定功能的例程、程序、对象、组件、数据结构、过程、模块以及函数。例如，处理器220可以处理从扫描仪110、终端130、存储器150、和/或计算机断层成像设备100的任何其他组件获得的图像数据。在一些实施例中，处理器220可包括一个或多个硬件处理器，诸如微控制器、微处理器、精简指令集计算机(RISC)、专用集成电路(ASIC)、专用指令集处理器(ASIP)、中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、物理处理单元(PPU)、微控制器单元、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、高级RISC机(ARM)、可编程逻辑器件(PLD)、能够执行一个或多个功能的任意电路或处理器等或其任意组合。

仅为了说明，在计算设备200中仅描述了一个处理器220。然而，应当注意，本发明中的计算设备200也可包括多个处理器，因此本发明中所描述的由一个处理器执行的操作和/或方法步骤也可由多个处理器联合地或分别地执行。

只读存储器(ROM)230和随机存取存储器(RAM)240可存储从扫描仪110、终端130、存储器150、和/或计算机断层成像设备100的任何其他组件获得的数据/信息。只读存储器(ROM)230可包括掩模ROM(MROM)、可编程ROM(PROM)、可擦除可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、光盘ROM(CD-ROM)、以及数字多用磁盘ROM等。随机存取存储器(RAM)240可包括动态RAM(DRAM)、双倍数据率同步动态RAM(DDR SDRAM)、静态RAM(SRAM)、晶闸管RAM(T-RAM)和零电容器RAM(Z-RAM)等。在一些实施例中，只读存储器(ROM)230和随机存取存储器(RAM)240可存储用于执行本发明中所描述的示例性方法的一个或多个程序和/或指令。

通信端口250可连接到网络(例如，网络120)以协助数据通信。通信端口250可在处理引擎140和扫描仪110、终端130和/或存储器150之间建立连接。该连接可以是有线连接、无线连接、能够实现数据传送和/或接收的任意其他通信连接、和/或这些连接的任意组合。有线连接可包括例如电缆、光缆、电话线等或者其任意组合。无线连接可包括例如蓝牙^TM链路、Wi-Fi^TM链路、WiMax^TM链路、WLAN链路、ZigBee链路、移动网络链路(例如，3G，4G，5G等)等或其组合。在一些实施例中，通信端口250可以是包括标准化通信端口，诸如RS232、RS485等。在一些实施例中，通信端口250可以是专门设计的通信端口。例如，通信端口250可根据医学数字成像和通信(DICOM)协议来设计。

输入/输出组件260支持计算设备200与其他部件之间的输入/输出数据流。在一些实施例中，输入/输出组件260可包括输入设备和输出设备。输入设备的示例可包括键盘、鼠标、触摸屏、话筒等或其组合。输出设备的示例可包括显示设备、扬声器、打印机、投影仪等或其组合。显示设备的示例可包括液晶显示器(LCD)、基于发光二极管(LED)的显示器、平板显示器、曲面屏幕、电视设备、阴极射线管(CRT)、触摸屏等或其组合。

计算设备200还可以包括不同形式的程序储存单元以及数据储存单元，例如硬盘270，能够存储计算机处理和/或通信使用的各种数据文件，以及处理器220所执行的可能的程序指令。

用户界面280可以实现计算设备200和用户之间的交互和信息交换。

图3是根据本发明的一些实施例的可以在其上实现终端130的示例性移动设备300的示例性硬件和/或软件组件的示意图。如图3所示，移动设备300可包括天线310、显示器320、图形处理单元(GPU)330、中央处理单元(CPU)340、输入输出单元(I/O)350、内存360以及存储器390。在一些实施例中，移动设备300中还可包括任何其他合适的组件，包括但不限于系统总线或控制器(未示出)。在一些实施例中，移动操作系统370(例如，iOS^TM、Android^TM、Windows Phone^TM等)和一个或多个应用380可从存储器390被加载到内存360中以便由CPU 340执行。应用380可包括浏览器或任意其它合适的移动应用以用于接收和绘制与图像处理相关的信息或来自处理引擎140的其它信息。用户与信息流的交互可通过I/O350来实现并通过网络120提供给处理引擎140和/或计算机断层成像设备100的其他组件。

为了实现本发明中所描述的各种模块、单元及其功能，计算机硬件平台可被用作本文所描述的一个或多个元件的(诸)硬件平台。具有用户界面元件的计算机可被用于当作个人计算机(PC)或任何其他类型的工作站或终端设备。如果进行适当的编程，计算机也可以充当服务器。

图4是根据本发明的一些实施例所示的一种示例性处理引擎140的示意图。如图4所示，处理引擎140可以包括获取模块410、校准模块420、存储模块430和重建模块440。

获取模块410可以从计算机断层成像设备100的一个或多个组件(例如，扫描仪110、终端130、存储器150等)获取数据，也可以通过网络120从其他设备接收数据。获取模块410可以获取与扫描过程相关的数据(例如，扫描物体的一个扫描过程)、与计算机断层成像设备100相关的数据和/或与计算机断层成像设备100所处的环境相关的数据。在一些实施例中，与扫描过程相关的数据可以包括物体的一般信息，例如年龄、身高、体重、性别、病史等，或其任意组合。在一些实施例中，与计算机断层成像设备100相关的数据可以包括扫描方案、原始扫描数据、X射线的强度、球管状态、焦点位置、焦点尺寸、检测器位置等或其任意组合。

获取模块410所获取的图像数据可以是原始图像数据，也可以是重建之后的图像数据或图像。

在一些实施例中，获取模块410可以将获取的数据发送到校准模块420、存储模块430和/或重建模块440。在一些实施例中，获取模块410将获取的原始图像数据传输到重建模块440以重建图像，并且可以进一步将重建图像传输到校准模块420以校准该重建图像。

以CT设备为例，CT设备中扫描仪110的放射性扫描源115为CT设备的球管，从该球管发射出X射线到扫描对象，该X射线经过扫描对象之后由检测器112接收作为原始扫描数据。获取模块410获得该原始扫描数据并进行处理，并将该原始扫描数据或经过处理之后的扫描数据发送到校准模块420、存储模块430和/或重建模块440。

当CT球管工作时，由于靶内产生巨大的热量，阳极靶轴承的热胀冷缩将使轴承发生形变，使焦点的大小和位置发生变化，如果在后续的图像重建中仍采用原来的球管焦点位置会造成重建图像的伪影。球管阳极的转速越高，球管阳极轴承的磨损也会越严重，会造成球管内管芯松动而发生焦点偏移等问题。因此，需要对焦点位置等数据进行实时校准，可以避免由于焦点位置偏移造成重建图像的伪影。

在本发明的实施例中，获取模块410将有关焦点位置的信息发送到校准模块420，校准模块420根据这些信息计算或估算出该时刻焦点的实际位置，并对原有的焦点位置进行校准，并将校准后的焦点位置发送给重建模块440。重建模块440根据校准后的焦点位置可以对扫描数据进行准确的数据重排和反投影。

获取模块410可以周期性的或实时的进行发送数据的工作。校准模块420可以周期性的或实时的对焦点位置进行校准。在本发明的优选实施例中，校准模块420对焦点位置进行实时校准。

存储模块430可以存储数据和/或信息。仅作为示例，存储模块430可以存储由获取模块410、校准模块420和/或重建模块440接收的信息。所述信息可以包括扫描方案、扫描参数、原始数据、重建后的图像、焦点位置等或其任何组合。在一些实施例中，存储模块430可以存储一个或多个程序和/或指令，所述程序和/或指令可以由处理引擎140的(多个)处理器进行，以进行在本申请中描述的示例性方法。例如，存储模块430可以存储(多个)程序和/或指令，所述程序和/或指令可以由处理引擎140的(多个)处理器获取原始数据，基于原始数据重建CT图像和/或显示任何中间结果或合成图像。在一些实施例中，存储模块430可以包括一个或多个组件，所述组件可以包括硬盘驱动器、磁带、可移动存储驱动器(例如，相变可重写光盘驱动器、磁光驱动器、USB可移动硬盘等)、微驱动器等或其组合。

重建模块440可以用于重建扫描物体的计算机断层扫描图像。在一些实施例中，图像重建模块440可以通过从获取模块410获取的原始数据和/或来自校准模块420的校准数据重建图像。在一些实施例中，重建模块440可以根据来自存储模块430的数据生成图像。在一些实施例中，重建模块440可以处理所述重建后的图像。所述处理可以包括平滑化、灰度归一化等、及其任何组合。例如，在图像重建期间，图像中的组织的表面可以被平滑化。在一些实施例中，重建模块440可以根据重建参数来重建图像。重建参数可以包括重建视野、重建矩阵、卷积核/重建滤波器等，或其任何组合。仅作为例子，图像重建可以基于利用傅里叶切片定理、滤波反投影算法、扇形波束重建、迭代重建等的方法。

应当注意的是，对处理引擎140的上述描述仅仅是为了说明的目的，而非限制本发明的范围。对于本领域的技术人员，在本发明的教导下可以进行各种修正和改变。然而，各种修正和改变并没有脱离本发明的范围。例如，可以省略校准模块420，并且扫描仪110和/或终端130可以被配置为执行本发明中所描述的校准模块420的一个或多个功能。

本发明中的一种CT图像重建装置可以包括射线源、检测器、存储器和处理器。该CT图像重建装置可以为一独立的装置，也可以包括在图1-图4所示的计算机断层成像设备100中。例如，该装置的射线源可以是计算机断层成像设备100中的放射性扫描源115，存储器可以是计算机断层成像设备100中的存储器150，处理器可以是处理引擎140中的处理器220。该装置的存储器用于存储可由处理器执行的指令，该处理器用于执行这些指令以实现CT图像的重建。

本发明还包括一种存储有计算机程序代码的计算机可读介质，该计算机程序代码在由处理器执行时可以实现本发明所要实现的CT图像重建方法。具体的CT图像重建的方法将在后文中详述。

图5是根据本发明一些实施例的CT图像重建方法的示例性流程图。参考图5所示，该图像重建方法500包括以下步骤：

步骤502，在每次扫描时，获取CT设备的射线源的焦点相对于检测器的移动量。

步骤504，进行扫描以获取扇束投影数据。

步骤506，将扇束投影数据进行数据重排以转换为平行束投影数据。

下面结合图6和图7对图5所示的CT图像重建方法500进行说明。

在步骤502中，获取CT设备的射线源的焦点F相对于检测器620的移动量的步骤包括：

(1)获取该焦点F相对于参考检测器610上的移动量。这里的参考检测器610位于该射线源的射束方向的一侧。与之相对地，用于CT扫描的检测器620位于CT设备的扫描对象的另一侧，用于检测穿过扫描对象的射线。在CT设备进行扫描时，检测器620和参考检测器610独立运行，各自进行数据采集。

(2)根据映射表确定该焦点F相对于检测器620的移动量。该映射表包含该焦点F相对于参考检测器610上的移动量与该焦点F相对于检测器620的移动量的映射关系。

该映射表可以在CT设备出厂前建立。通过对CT设备进行不断曝光或者大功率曝光后再冷却，在此过程中对一个孔洞622进行多次扫描，通过检测器620获得相应的多个投影数据，同时通过参考检测器610获得相应的多个参考投影数据。

建立该映射表的步骤包括：

(1)多次扫描一个孔洞622，获得多个投影数据，且获得各次扫描时焦点F相对于参考检测器610上的移动量；

(2)基于多个投影数据计算焦点F相对于检测器620的移动量；

(3)建立焦点F相对于参考检测器610上的移动量与焦点F相对于检测器620的移动量的映射关系。

图6是根据本发明一些实施例的CT图像重建方法中获取映射表的方法示意图。参考图6所示，F1、F2和F3为焦点F所处的三个不同的位置。在焦点F和检测器620之间设置有一用于限制射线范围的遮挡装置621。该遮挡装置621上具有一孔洞622，射线只能从该孔洞622穿过。射线不能通过遮挡装置621上除该孔洞622之外的部位。在进行CT扫描时，由射线源焦点处发射出来的射线可以穿过该遮挡装置621上的孔洞622再射出，被位于遮挡装置621另一侧的检测器620接收到。在焦点F和参考检测器610之间设置有一参考遮挡装置611，在该参考遮挡装置611上具有一参考孔洞612。在进行CT扫描时，由射线源焦点处发射出来的射线可以穿过该参考遮挡装置611上的参考孔洞612再射出，由位于参考遮挡装置611另一侧的参考检测器610接收。

参考图6所示，假设CT设备在进行第一次扫描时，射线源焦点F的位置在第一焦点位置F1，通过检测器620所获得的投影数据为第一投影数据D1，通过参考检测器610所获得的投影数据为第一参考投影数据RD1；CT设备在进行第二次扫描时，射线源焦点F的位置沿X方向移动到了第二焦点位置F2，此时，通过检测器620所获得的投影数据为第二投影数据D2，通过参考检测器610所获得的投影数据为第二参考投影数据RD2；CT设备在进行第三次扫描时，射线源焦点F的位置继续沿X方向移动到了第三焦点位置F3，此时，通过检测器620所获得的投影数据为第三投影数据D3，通过参考检测器610所获得的投影数据为第三参考投影数据RD3。

下面以焦点位置从第一焦点位置F1移动到第二焦点位置F2为例，说明如何将参考检测器数据和检测器数据对应起来。

假设焦点位置从第一焦点位置F1移动到第二焦点位置F2的移动量为DF，P2D是孔洞622与检测器620之间的距离，F2P是焦点F到孔洞622之间的距离。从焦点位置发射出来的射线通过孔洞622在检测器620上的投影值可以通过例如质心法估计得到，从而可以得到检测器620所获得的投影数据的移动量FDet，该投影数据的移动量FDet对应于焦点F从第一焦点位置F1移动到第二焦点位置F2。则可以利用下面的公式从检测器数据获得焦点的移动量：

根据公式(1)即可以基于由检测器620在多次扫描时所获得的多个投影数据来计算焦点F相对于检测器620的移动量。

相应地，对于参考检测器610来说，也可以用相似的方法，基于参考检测器610在多次扫描时所获得的多个参考投影数据来计算焦点F相对于参考检测器610的移动量。

由于焦点F的每次位置改变所造成的移动量会同时反映在检测器620获得的投影数据和参考检测器610获得的参考投影数据，因此可以通过多次扫描，建立起焦点F相对于参考检测器620上的移动量与焦点F相对于检测器620的移动量的映射关系，以形成上文所述的映射表。

在CT设备在投入使用时，射线源与检测器620之间不存在遮挡装置621，射线直接经过扫描对象到达检测器620，并同时通过参考遮挡装置611上的参考孔洞612到达参考检测器610。在进行多次扫描时，根据参考检测器610的参考投影数据的移动量在映射表中的位置，即可以查找出射线源的焦点相对于检测器620的移动量，从而可以使CT设备中的校准模块420根据该焦点相对于检测器620的移动量对焦点的位置进行实时校准。重建模块440获得校准后的焦点位置之后，可以准确的对扫描数据进行图像重建。

在步骤504中，进行扫描以获取扇束投影数据。

在步骤506中，将扇束投影数据进行数据重排以转换为平行束投影数据。其中数据重排使用对应扫描时所述焦点相对于检测器的移动量。

图7A和7B分别是CT设备的检测器接收到的射线为扇形束射线和平行束射线的示意图。参考图7A所示，通常在进行CT扫描时，检测器的相邻检测器单元采集到的射线是等角的扇形束投影数据，各次采样之间的角度间隔相等。而当前常用的重建算法为滤波反投影算法，该算法是基于平行束射线所产生的平行等距投影来进行图像重建的。参考图7B所示，在使用平行束投影的等距采样中检测器是一个平面，采样间隔均匀。因此，在对投影数据进行图像重建之前，需要将等角的扇束投影数据转换为等距的平行束投影数据，将这一转换过程称为数据重排。

图8是根据本发明一些实施例的CT图像重建方法中进行数据重排的原理示意图。可以理解的是，图8所示为用于说明数据重排的原理示意图，并不代表实际中的射线源、检测器以及射线。

参考图8所示，图中的圆为射线源的焦点的移动轨迹，射线源以图中直角坐标系的原点为旋转中心而旋转。检测器和焦点的位置是相对的，二者同步移动，因此图中的圆也是检测器的移动轨迹。以检测器在其通道方向上的两个相邻的检测器单元D1和D2为例，从图8所示的直角坐标系的原点分别到检测器单元D1和D2的虚线及其延长线为假想的扇形束射线穿过旋转中心的中心通道；β1为检测器单元D1所对应的中心通道与该直角坐标系的X轴之间的夹角，β2为检测器单元D2所对应的中心通道与该直角坐标系的X轴之间的夹角。将扇束投影数据转换为平行束投影数据之后，检测器单元D1所接收到的平行束投影数据与其中心通道之间的夹角为γ₁；检测器单元D2所接收到的平行束投影数据与其中心通道之间的夹角为γ₂。对于不同的检测器单元来说，转换后的平行束都是平行的，因此平行束投影数据与该直角坐标系的X轴之间的夹角都为θ。

在一些实施例中，在相邻扫描间射线源和检测器转过一角度间隔。该角度间隔是在CT扫描仪的射线源和检测器的旋转方向上。在理想情况下，在进行CT扫描时，焦点的位置没有发生偏移，则相邻扫描之间的角度间隔为Δβ＝β2-β1。

在CT扫描的过程中，焦点的位置发生偏移时，该角度间隔Δβ′不同于理想情况下的角度间隔Δβ。此时，角度间隔Δβ′还可以包括射线源的焦点在该旋转方向的移动量。

在理想情况下，将扇束投影数据重排为平行束投影数据可以采用如下公式：

p_par(θ_k，γ_i)＝(1-a)*P_fan(β_j*，γ_i)+a*P_fan(β_j*+1，γ_i)

a＝j-j^*

其中，p_fan表示数据重排前的扇束，该扇束可以由参数β和γ确定，β为检测器所接收到的扇束投影数据与直角坐标系X轴之间的夹角，γ为转换后的平行束投影数据与中心通道之间的夹角。p_par表示数据重排后得到的平行束，该平行束可以由参数θ和γ确定，θ为转换后的平行束投影数据与直角坐标系X轴之间的夹角，k是该夹角的数据索引。i和j分别是检测器通道方向和旋转方向的扇束数据索引，其中j可能是小数，j*是j的向下取整。j*中的运算表示向下取整。Δβ是理想情况下旋转方向相邻采样扫描的角度间隔。

在CT扫描的过程中，当焦点的位置发生偏移时，上述公式(2)中的角度间隔Δβ需根据焦点的位置进行校准，校准后的角度间隔Δβ′为：

Δβ′＝Δβ+ΔFx/SID (3)

其中ΔFx是射线源的焦点在旋转方向上的移动量，该移动量的获得方法如步骤502所述。SID是焦点到旋转中心的距离。

将校准后得到的角度间隔Δβ′代替上述的公式(2)中的Δβ即可获得校准后的平行束投影数据p_par’。

在一些实施例中，在进行CT扫描时，计算机断层成像设备100中的获取模块410实时获取焦点相对于检测器的移动量，校准模块420根据该移动量对焦点的位置进行实时校准，重建模块440根据校准后的焦点位置，将扇束投影数据进行数据重排以转换为平行束投影数据，再根据该平行束投影数据进行图像重建，从而可以避免由于焦点位置偏差造成的图像伪影，使重建后的图像质量得到改善。

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述发明披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

此外，本领域技术人员可以理解，本申请的各方面可以通过若干具有可专利性的种类或情况进行说明和描述，包括任何新的和有用的工序、机器、产品或物质的组合，或对他们的任何新的和有用的改进。相应地，本申请的各个方面可以完全由硬件执行、可以完全由软件(包括固件、常驻软件、微码等)执行、也可以由硬件和软件组合执行。以上硬件或软件均可被称为“数据块”、“模块”、“引擎”、“单元”、“组件”或“系统”。此外，本申请的各方面可能表现为位于一个或多个计算机可读介质中的计算机产品，该产品包括计算机可读程序编码。

同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有±20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本申请一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。

虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可做出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (8)

1.一种CT图像重建方法，包括以下步骤：

在每次扫描时，获取CT设备的射线源的焦点相对于检测器的移动量；

进行扫描以获取扇束投影数据；以及

将所述扇束投影数据进行数据重排以转换为平行束投影数据，其中所述数据重排使用对应扫描时所述焦点相对于检测器的移动量。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，获取CT设备的射线源的焦点相对于检测器的移动量的步骤包括：

获取所述焦点相对于参考检测器上的移动量，所述参考检测器位于所述射线源的射束方向的一侧；

根据映射表确定所述焦点相对于检测器的移动量，所述映射表包含所述焦点相对于参考检测器上的移动量与所述焦点相对于检测器的移动量的映射关系。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述映射表是按照下述方式获得：

多次扫描一个孔洞，获得多个投影数据，且获得各次扫描时所述焦点相对于参考检测器上的移动量；

基于所述多个投影数据计算所述焦点相对于检测器的移动量；

建立所述焦点相对于参考检测器上的移动量与所述焦点相对于检测器的移动量的映射关系。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，相邻扫描间射线源和检测器转过一角度间隔。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述数据重排使用旋转方向相邻扫描的角度间隔，所述角度间隔包括所述焦点在所述旋转方向的移动量。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述角度间隔Δβ′的表达式为：

Δβ′＝Δβ+ΔFx/SID

其中，Δβ是理想情况下旋转方向相邻扫描的角度间隔，ΔFx是所述焦点在所述旋转方向的移动量，SID是所述焦点到旋转中心的距离。

7.一种CT图像重建装置，包括：

射线源，具有焦点；

检测器，相对于所述射线源设置；

存储器，用于存储可由处理器执行的指令；

处理器，用于执行所述指令以实现如权利要求1-6任一项所述的方法。

8.一种存储有计算机程序代码的计算机可读介质，所述计算机程序代码在由处理器执行时实现如权利要求1-6任一项所述的方法。