CN110477939A - 成像方法和装置、ct系统及计算机可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种成像方法和装置、CT系统及计算机可读存储介质。该方法包括：分别基于被检测对象在第一电压和第二电压的X射线下的投影数据重构第一CT图像和第二CT图像；根据第一CT图像确定比例系数；以及基于第一CT图像，第二CT图像和比例系数生成第三CT图像。
Description
技术领域
本发明涉及医疗成像领域，尤其涉及一种成像方法和装置、CT系统及计算机可读存储介质。
背景技术
在CT(计算机断层扫描，Computed Tomography)中，X射线源和检测器组件绕在成像平面内的机架(gantry)并且围绕受检者旋转。X射线源朝被检测对象(例如患者或一件行李)发射扇形或圆锥形射线束。在下文中，术语“被检测对象”将包括能够被成像的任何物体。
CT系统可包括单能和/或双能(Dual Energy)CT系统，双能CT系统一般在高千伏峰值(kVp)电压和/或低kVp电压向被检测对象投射X射线，以产生相应的投影数据并重构不同kVp电压下的图像，典型地，高kVp为140kVp，低kVp为80kVp。在不同kVp电压下的图像具有不同的优势，例如，140kVp下得到的被检测对象的CT图像有较好的空间分辨率，80kVp下得到的被检测对象的CT图像有较好的对比度。在实际应用中。通常需要给操作者(如医生)提供120kVp电压下的图像，因为120kVp电压下的图像可以更好的兼顾空间分辨率和对比度。然而，在双能CT系统中，并不能直接给X射线源提供120kVp的电压，进而不能直接得到120kVp下的CT图像。怎样在双能系统中提供120kVp的图像成为了迫切需要解决的问题。
因此，需要提供一种成像方法及装置。
发明内容
本发明在于提供一种成像方法和装置、CT系统及计算机可读存储介质。
本发明的示例性实施例提供了一种成像方法，该方法包括：分别基于被检测对象在第一电压和第二电压的X射线下的投影数据重构第一CT图像和第二CT图像；根据所述第一CT图像确定比例系数；以及基于所述第一CT图像，所述第二CT图像和所述比例系数生成第三CT图像。
本发明的示例性实施例还提供了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序，所述计算机程序包括用于执行上述的成像方法。
本发明的示例性实施例还提供了一种成像装置，该装置包括图像重构模块，系数确定模块和图像生成模块。所述图像重构模块被配置用于分别基于被检测对象在第一电压和第二电压的X射线下的投影数据重构第一CT图像和第二CT图像。所述系数确定模块被配置用于基于所述第一CT图像确定比例系数。所述图像生成模块被配置用于基于所述第一CT图像，所述第二CT图像和所述比例系数生成第三CT图像。
本发明的示例性实施例还提供了一种CT系统，包括X射线源，检测器组件及上述成像装置。所述X射线源被配置用于向被检测对象施加第一电压和第二电压的X射线。所述检测器组件被配置用于采集被检测对象的在所述第一电压和第二电压的X射线下的投影数据。
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是根据本发明一个实施例的CT系统的示意图；
图2是根据本发明一个实施例的CT系统的检测器组件的透视图；
图3是图2所示的检测器组件中的一组检测器的透视图；
图4是本发明第一实施例的成像装置的结构示意图；
图5是本发明第二实施例的成像装置的结构示意图；
图6是本发明一个实施例成像方法的流程图；
图7是图6所示的成像方法中比例系数确定方法的第一实施例的流程图；
图8是图6所示的成像方法中比例系数确定方法的第二实施例流程图；
图9是图8所示的比例系数确定方法的第二实施例中的调整宽度确定方法的流程图；
图10是在80kVp电压的X射线下得到的被检测对象的实验图像；
图11是在140kVp电压的X射线下得到的被检测对象的实验图像；
图12是在120kVp电压的X射线下得到的被检测对象的实验图像；以及
图13是根据本发明一个实施例的成像方法生成的120kVp电压下的图像。
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。
在本文中，术语“计算机”或“模块”可包括任何基于处理器或基于微处理器的系统，其包括使用微控制器、精简指令集计算机(RISC)、专用集成电路(ASIC)、逻辑电路和能够执行本文描述的功能的任何其它电路或处理器的系统。上文的示例只是示范性的，并且从而不意在采用任何方式限制术语“计算机”的定义和/或含义。为了处理输入数据，计算机或处理器执行存储在一个或多个存储元件中的指令集。这些存储元件还可根据期望或需要存储数据或其它信息。存储元件可采用在处理机内的信息源或物理存储器元件的形式。
在本文中，术语“被检测对象”可包括任何被成像的物体，术语“像素值”代表CT值，是测定人体某一局部组织或器官密度大小的一种计量单位，通常称亨氏单位(hounsfieldunit，HU)。
图1示出了根据本发明一个实施例的CT系统的示意图。参照图1，CT系统10包括X射线源14，检测器组件18，承载床46以及控制系统(未示出)。X射线源14和检测器组件18位于机架12上。检测器组件18由多个检测器和数据采集系统32(DAS)构成。该多个检测器感测通过被检测对象22的衰减的X射线强度并由此产生模拟的电信号，并且数据采集系统32将该模拟电信号转换为数字信号用于随后处理。被检测对象22并不限于图1所示的病人，还可包括能够被成像的任何物体。在扫描以采集X射线投影数据期间，机架12和安装在其上的部件绕机架开口48的中心旋转。承载床46可以移动被检测对象22全部或部分通过机架开口48。
控制系统包括X射线控制器，机架控制器和承载床控制器，其中，X射线控制器控制X射线源14的操作，机架控制器控制机架12的操作，承载床控制器可以控制承载床46的操作。控制系统还包括图像重建器，以从数据采集系统32接收信号，并对信号进行预处理以重构被检测对象的CT图像。
控制系统还包括计算机，一方面可以存储图像重建器生成的CT图像或数据，并可以通过关联的显示器展示给操作者，另一方面还可以接收操作者通过关联的输入设备传送的命令或扫描参数，以控制X射线控制器，机架控制器和承载床控制器进行相关的操作。该关联的输入设备包括例如键盘、鼠标、语音激活控制器或任何其他适合的输入设备等操作者界面的某个形式。
图2示出了根据图1所示的CT系统的检测器组件18的透视图，图3是根据图2所示的检测器组件中的一组检测器的透视图。参照图2-3，检测器组件18包括轨道17，多个检测器20和数据采集系统32。轨道17间设置有准直叶片或板19以用于在X射线束16碰撞到检测器20之前准直X射线束16。多个检测器20中的每一个包括设置在封装件51内的检测器元件50及针脚52。封装件51放置在具有多个二极管59的背光式二极管阵列53上，背光式二极管阵列53进而放置在多层基底54上，隔离物55放置在多层基底54上。检测器元件50光学耦合于背光式二极管阵列53，背光式二极管阵列53进而电耦合于多层基底54。柔性电路56附连至多层基底54的面57并且附连到数据采集系统32。检测器20通过使用针脚52放置在检测器组件18内。在一个实施例中，检测器组件18包括57个检测器20，每个检测器20具有64×16阵列大小的检测器元件50。
在一个实施例中，在检测器元件50内的X射线碰撞产生穿越封装件51的光子，由此产生在背光式二极管阵列53内的二极管上检测到的模拟信号。该产生的模拟信号通过多层基底54、柔性电路56被输送到数据采集系统32。
在一个实施例中，如图1-3所示的CT系统10为双能系统，X射线源14配置成以一个或多个电压来发射X射线16。例如，X射线源14可配置成在相对低千伏峰值(kVp)电压(例如在大约80kVp)与相对高kVp电压(例如在大约140kVp)下来发射X射线16。在一个实施例中，还可操作X射线源14，以便以多于两个的不同能量来发射X射线。X射线控制器可操作X射线源14，使得X射线源14以两种kVp电压交替地发射X射线。机架控制器可以操作机架进行旋转，使得X射线源14在相对被检测对象的多个位置处以两种kVp电压交替地发射X射线。在一个非限定的实施例中，在机架的第一位置处，X射线控制器控制X射线源在第一电压下发射X射线，然后控制X射线源在第二电压下发射X射线，然后机架控制器控制机架旋转到第二位置，X射线控制器控制X射线源在第一电压下发射X射线，然后控制X射线源在第二电压下发射X射线，以此类推，使得X射线源在相对被检测对象的多个位置以两种kVp电压交替地发射X射线。基于检测器组件18采集的在第一电压下的多个位置处的第一组投影数据重构第一CT图像，基于检测器组件18采集的在第二电压下的多个位置处的第二组投影数据重构第二CT图像。在另一个实施例中，X射线源可以被配置在第一电压下，在相对被检测对象多个位置处发射X射线，然后再在第二电压下，在相对被检测对象多个位置处发射X射线。在一个实施例中，第一kVp电压并未限定一定代表高kVp电压，也可以代表低kVp电压。
图4示出了根据本发明第一实施例的成像装置100的示意性框图。如图4所示，成像装置100包括图像重构模块110，系数确定模块120和图像生成模块130。其中，系数确定模块120与图像重构模块110连接，图像生成模块130与图像重构模块110和系数确定模块120连接。
图像重构模块110用于分别基于被检测对象在第一电压和第二电压的X射线下的投影数据重构第一CT图像和第二CT图像。在一个实施例中，图像重构模块110可以对得到的投影数据进行处理，例如去噪、偏差校正等，以得到较为准确的CT图像。在一个实施例中，图像重构模块110还会对基于投影数据产生的初始图像进行处理，例如图像增强等，以得到可以直接给操作者(如医生)查看的CT图像。在一个实施例中，第一电压并未限定一定代表高电压，例如140kVp电压，第一电压也可以代表低电压，例如80kVp电压。在一个实施例中，图像重构模块110为CT系统中的图像重构器。
系数确定模块120用于根据第一CT图像确定比例系数。在一个实施例中，系数确定模块120用于基于像素值与比例系数之间预设的函数关系，确定第一CT图像中每个像素点的像素值对应的比例系数。在一个实施例中，像素值与比例系数之间的函数关系是在实验条件下通过函数确定模块140计算并存储在CT系统中的，函数确定模块140将会在之后进行详细介绍。
图像生成模块130用于基于第一CT图像，第二CT图像和比例系数生成第三CT图像。在一个实施例中，将第一CT图像中每个像素点的像素值对应的比例系数赋予给与第一CT图像的该像素点相对应的第二CT图像的该像素点的像素值，并将数值1与比例系数的差值赋予给第一CT图像在该像素点的像素值，具体的，可以根据如下公式计算第三CT图像的所有像素点的像素值，以生成第三CT图像：
i3m＝(1-μm)*i1m+μm*i2m+b
其中，μm为根据第一CT图像中第m个像素点的像素值确定的比例系数，i1m为第一CT图像第m个像素点的像素值，i2m为第二CT图像第m个像素点的像素值，i3m为第三CT图像第m个像素点的像素值，m为大于或等于1的整数，b为整数。
在一个实施例中，成像装置100进一步包括函数确定模块140，函数确定模块140与图像重构模块110和系数确定模块120连接，且函数确定模块140包括第一模块141，第二模块142和第三模块143，其中，第一模块141与图像重构模块110连接，第二模块142与第一模块141连接，第三模块143与第二模块142连接，且第三模块143进一步与系数确定模块120连接。
图像重构模块110被配置用于分别基于被检测对象在第一电压，第二电压和第三电压的X射线下的投影数据重构第一实验图像I′1，第二实验图像I′2和第三实验图像I′3，第一模块141被配置用于基于第一实验图像I′1，第二实验图像I′2和第三实验图像I＇3，将第一实验图像I′1根据像素值划分为一个或多个区域{N1…Nn，n≥1}，并针对第一实验图像I′1在一个或多个区域中的每个区域确定第一像素值{i′11…i＇1n，n≥1}，针对第二实验图像I′2在与第一实验图像I′1对应的一个或多个区域中的每个区域确定第二像素值{i′21…i＇2n，n≥1}，并针对第三实验图像I＇3在与第一实验图像I′1对应的一个或多个区域中的每个区域确定第三像素值{i′31…i′3n，n≥1}。在一个实施例中，第一像素值{i＇11…i＇1n，n≥1}中的i′11为第一实验图像I′1在第一区域N1中的所有像素点的像素值的平均值，以此类推，i′1n为第一实验图像I′1在第n区域Nn中的所有像素点的像素值的平均值，类似地，第二像素值{i′21…i′2n，n≥1}中的i′21为第二实验图像I′2在与第一实验图像I′1的第一区域N1相对应的区域中的所有像素点的像素值的平均值，以此类推，i′2n为第二实验图像I′2在与第一实验图像I′1的第n区域Nn相对应的区域中的所有像素点的像素值的平均值，类似地，第三像素值{i′31…i＇3n，n≥1中的i31为第三实验图像I3′在与第一实验图像I1′的第一区域N1相对应的区域中的所有像素点的像素值的平均值，以此类推，i′3n为第三实验图像I′3在与第一实验图像I′1的第n区域Nn相对应的区域中的所有像素点的像素值的平均值。在一个非限定的实施例中，假如第一实验图像I＇1中所有像素点的像素值的范围为-1000～1000，那么可以将第一实验图像I′1中像素值范围在-1000～0之间的像素点划分为第一区域N1，可以将第一实验图像I′1中像素值范围在0～1000之间的像素点划分为第二区域N2，然后针对第一实验图像I＇1在第一区域N1中所有像素值确定平均值，例如，-500，针对第一实验图像I′1在第二区域N2中所有像素值确定平均值，例如，500，接着针对第二实验图像I′2在与第一区域相对应的区域中所有像素值确定平均值，例如，-800，针对第二实验图像I′2在与第一区域相对应的区域中所有像素值确定平均值，例如，300，类似地，针对第三实验图像在与第一区域N1和第二区域N2相对应的区域中的所有像素值确定平均值。
第二模块142用于在一个或多个区域{N1，N2…Nn，n≥1}的每个区域中，基于给定的关系模型144并根据第一像素值{i＇11…i＇1n，n≥1}和第二像素值{i′21…i′2n，n≥1}计算得到的第三模拟像素值{i″31，i″32…i″3n，n≥1}与第三像素值{i′31，i′32…i′3n，n≥1}之间的差值最小化计算实验比例系数{μ1′，μ2′…μn′，n≥1}。在一个实施例中，给定的关系模型144可以是两幅图像根据一定的函数关系得到第三幅图像，例如，第三实验图像I′3可以通过第二实验图像I′2和实验比例系数μ′的乘积与第一实验图像I′1和数值1与实验比例系数μ′的差值(1-μ′)的乘积之和得到，例如，如下公式所示：
I′3＝(1-μ′)*I′1+μ′*I′2+b
通过两幅图像得到第三幅图像的函数关系并不是唯一确定的，还可以包括其他形式，也就是说，上述关系模型144可以包括其他形式。
在一个非限定的实施例中，可以根据最小二乘算法计算在一个或多个区域的每个区域中的实验比例系数{μ1′，μ2′…μn′，n≥1}，如下公式所示：
min||i″3n-i′3n||＝min||(1-μn′)*i＇1n+μn′*i′2n-i′3n||
其中，i′1n为第一实验图像的第n个区域的第一像素值，i′2n为第二实验图像在第n个区域的第二像素值，i′3n为第三实验图像在第n个区域的第三像素值，μn′为在第n个区域得到的实验比例系数，i″3n为基于关系模型计算得到的在第n个区域的第三模拟像素值，n为大于或等于1的整数。
第三模块143用于基于一个或多个区域的每个区域中的第一像素值{i′11，i＇12…i＇1n，n≥1}和实验比例系数{μ1′，μ2′…μn′，n≥1}，确定像素值和比例系数之间的函数关系。在一个实施例中，可以通过拟合第一像素值和实验比例系数的方式确定像素值i1和比例系数μ之间的函数关系。
在一个非限定的实施例中，首先，第一模块141被配置基于第一被检测对象在第一电压，第二电压和第三电压的X射线下的投影数据重构的第一实验图像I′1，第二实验图像I′2和第三实验图像I′3，针对第一实验图像I′1中所有像素值的平均值确定第一像素值i′1，针对第二实验图像中所有像素值的平均值确定第二像素值i′2，针对第三实验图像中所有像素值的平均值确定第三像素值i′3，其中第一被检测对象是一个均匀的物体，在同一个电压下得到的图像中的像素值基本相同，然后第二模块142用于基于公式计算实验比例系数μ′，接着，第一模块141再基于第二被检测对象的三幅实验图像确定像素值，第二模块142计算比例系数，通过不断重复检测不同的被检测对象，得到不同像素值下相对应的比例系数，最后，第三模块143基于不同被检测对象的不同像素值相对应的比例系数确定像素值和比例系数之间的函数关系。
图5示出了根据本发明第二实施例的成像装置200的示意性框图。与图4所示的成像装置100相比，成像装置200的系数确定模块220包括中心确定模块221和计算模块222。中心确定模块221与图像重构模块110连接，计算模块222与中心确定模块221，图像重构模块110和图像生成模块130连接。
中心确定模块221用于将第一CT图像划分为一个或多个像素值范围，并在每个像素值范围中确定像素值的调整中心λ。在一个实施例中，每个像素值范围的调整中心是该像素值范围中所有像素值的中值，例如，将第一CT图像中像素值在-500～0之间的像素点确定为一个范围，那么在该像素值范围内的调整中心就是-250。通常地，CT图像包括硬组织部分和软组织部分，在一个实施例中，在对第一CT图像进行划分时，软组织部分的像素值范围的划分要比在硬组织部分的像素值范围内划分的要密集，这样可以使得计算的比例系数更为精确。在一个实施例中，在软组织的范围内，可能每50个像素值划分为一个范围，例如，将像素值为0～50的像素点形成的区域确定为第一区域，将像素值为50～100的像素点形成的区域确定为第二区域，并以此类推，而在硬组织的范围内，可能每500个像素值划分为一个范围，例如，将像素值为700～1200的像素点形成的区域确定为第一区域，将像素值为1200～1700的像素点形成的区域确定为第二区域，在实际应用中，还是需要根据第一CT图像的像素值的范围来进行划分。
计算模块122用于基于预存的调整宽度223，根据第一CT图像中每个像素点的像素值以及该像素值所在像素值范围的调整中心λ计算得到该像素值对应的比例系数μ。在一个实施例中，计算模块122可以根据如下公式计算比例系数μ：
其中，μm为根据第一CT图像中第m个像素点的像素值确定的比例系数，i1m为第一CT图像第m个像素点的像素值，λm为第一CT图像的第m个像素点所在像素值范围的调整中心，w为所述预存的调整宽度，m为大于或等于1的整数。
在一个实施例中，调整宽度223是在实验条件下计算好并存储在CT系统中的。在实验条件下，图像重构模块110被配置分别基于被检测对象在第一电压，第二电压和第三电压的X射线下的投影数据重构第一实验图像I1＇，第二实验图像I′2和第三实验图像I′3；中心确定模块221将第一实验图像I1＇划分为一个或多个像素值范围，并在第一实验图像I1＇的每个像素值范围中确定实验调整中心λ′；计算模块222可以基于第一实验图像I1＇，第二实验图像I′2和第三实验图像I′3确定实验比例系数μ′，计算模块222进一步基于实验比例系数μ′，实验调整中心λ′和第一实验图像I1＇的像素值计算得到调整宽度w。在一个实施例中，第一电压代表低电压，例如80kVp，第二电压代表高电压，例如140kVp，而第三电压代表中电压，例如120kVp，在另一个实施例中，第一电压代表高电压，例如140kVp，第二电压代表低电压，例如80kVp，而第三电压代表中电压，例如120kVp。
在一个实施例中，计算模块222基于第一实验图像I1＇的所有像素值{i′11,…i′1m,m≥1}，第二实验图像I2＇的所有像素值{i′21,…i′2m,m≥1}和第三实验图像I3＇的所有像素值{i′31,…i＇3m,m≥1}在第m个像素点的像素值，通过如下公式计算实验比例系数：
其中，＇1m为第一实验图像在第m个像素点的像素值，i＇2m为第二实验图像在第m个像素点的像素值，i′3m为第三实验图像在第m个像素点的像素值，μm′为在第一实验图像的第m个像素点得到的实验比例系数，m为大于或等于1的整数。
在一个实施例中，计算模块222可以根据如下公式计算调整宽度w：
其中，μm′为在第一实验图像的第m个像素点得到的实验比例系数，λ′m为第一实验图像的第m个像素点所在像素值范围内的实验调整中心，w为调整宽度，m为大于或等于1的整数。
图6示出了本发明一个实施例提供的成像方法300的流程图。如图6所示，成像方法300包括如下步骤。
在步骤310中，分别基于被检测对象在第一电压和第二电压的X射线下的投影数据重构第一CT图像和第二CT图像。在一个实施例中，该步骤还包括在相对被检测对象的多个位置向被检测对象交替地施加第一电压和第二电压的X射线，以获取被检测对象在第一电压和第二电压的X射线下的投影数据。在一个实施例中，还包括对采集得到的投影数据进行处理以得到CT图像，该处理过程包括去噪、偏差校正等。在一个实施例中，还包括对基于投影数据重构的初始CT图像进行处理，以得到可以直接给操作者(如医生)查看的CT图像，该处理过程可以包括图像增强等。在一个实施例中，第一电压并未限定一定代表高电压，例如140kVp电压，第一电压也可以代表低电压，例如80kVp电压。
在步骤320中，根据第一CT图像确定比例系数。在第一实施例中，可以基于像素值与比例系数之间预设的函数关系，确定第一CT图像中每个像素点的像素值对应的比例系数，如图7的比例系数的确定方法400所示。在第二实施例中，可以将第一CT图像根据像素值划分为一个或多个像素值范围，并在每个像素值范围中确定调整中心，并基于预存的调整宽度，根据第一CT图像中每个像素点的像素值以及该像素值所在像素值范围的调整中心计算得到该像素值对应的比例系数，如图8的比例系数的确定方法500所示。比例系数的确定方法400及500将在之后详细介绍。
在步骤330中，基于第一CT图像，第二CT图像和比例系数生成第三CT图像。在一个实施例中，将第一CT图像中每个像素点的像素值对应的比例系数赋予给与第一CT图像的该像素点相对应的第二CT图像的该像素点的像素值，并将数值1与比例系数的差值赋予给第一CT图像在该像素点的像素值，具体的，可以根据如下公式计算第三CT图像的所有像素点的像素值，以生成第三CT图像：
i3m＝(1-μm)*i1m+μm*i2m+b
其中，μm为根据第一CT图像中第m个像素点的像素值确定的比例系数，i1m为第一CT图像第m个像素点的像素值，i2m为第二CT图像第m个像素点的像素值，i3m为第三CT图像第m个像素点的像素值，m为大于或等于1的整数，b为整数。
图7示出了根据图6所示的成像方法300中比例系数确定方法的第一实施例400的流程图。如图7所示，比例系数确定方法的第一实施例400包括如下步骤。
在步骤410中，分别基于被检测对象在第一电压，第二电压和第三电压的X射线下的投影数据重构第一实验图像，第二实验图像和第三实验图像。
在步骤420中，将第一实验图像根据像素值划分为一个或多个区域，并针对第一实验图像在一个或多个区域中的每个区域确定第一像素值，针对第二实验图像在与第一实验图像对应的一个或多个区域中的每个区域确定第二像素值，并针对第三实验图像在与第一实验图像对应的一个或多个区域中的每个区域确定第三像素值。在一个实施例中，第一像素值为第一实验图像在一个或多个区域中的每个区域的所有像素值的平均值，第二像素值为第二实验图像在与第一实验图像对应的一个或多个区域中的每个区域的所有像素值的平均值，且第三像素值为第三实验图像在与第一实验图像对应的一个或多个区域中的每个区域的所有像素值的平均值。
在步骤430中，在一个或多个区域的每个区域中，基于给定的关系模型并根据第一像素值和第二像素值计算得到的第三模拟像素值与第三像素值之间的差值最小化计算实验比例系数。在一个实施例中，给定的关系模型可以是两幅图像根据一定的函数关系得到第三幅图像，例如，第三实验图像可以通过第二实验图像和实验比例系数的乘积与第一实验图像和数值1与实验比例系数的差值的乘积之和得到，如下公式所示：
I′3＝(1-μ′)*I′1+μ′*I′2+b
其中，I′1为第一实验图像，I′2为第二实验图像，I′3为第三实验图像，μ′为实验比例系数，b为整数。
通过两幅图像得到第三幅图像的函数关系并不是唯一确定的。
在一个非限定的实施例中，可以根据最小二乘算法计算在一个或多个区域的每个区域中的实验比例系数，如下公式所示：
min‖i″3n-i′3n‖＝min‖(1-μn′)*i′1n+μn′*i′2n-i′3n‖
其中，i′1n为第一实验图像的第n个区域的第一像素值，i′2n为第二实验图像在所述第n个区域的第二像素值，i′3n为第三实验图像在第n个区域的第三像素值，μn′为在第n个区域得到的实验比例系数，i″3n为基于关系模型计算得到的在第n个区域的第三模拟像素值，n为大于或等于1的整数。
在步骤440中，基于一个或多个区域的每个区域中的第一像素值和实验比例系数，确定像素值和比例系数之间的函数关系。在一个实施例中，可以通过拟合第一像素值和实验比例系数的方式确定像素值和比例系数之间的函数关系。
在一个实施例中，当被检测对象为非均匀物体时，在步骤420中，需要将第一实验图像根据像素值划分为多个区域，并分别计算第一实验图像，第二实验图像和第三实验图像在与第一实验图像相对应的多个区域中的每个区域的第一像素值，第二像素值和第三像素值；然后在步骤430中，在多个区域的每个区域中，基于给定的关系模型并根据第一像素值和第二像素值计算得到的第三模拟像素值与第三像素值之间的差值最小化计算实验比例系数；最后在步骤440中，基于多个区域的每个区域中的第一像素值和实验比例系数，确定像素值和比例系数之间的函数关系。
在另一个实施例中，当被检测对象为均匀物体，得到的被检测对象的像素值基本相同时，在步骤420中，分别计算第一实验图像，第二实验图像和第三实验图像中所有像素值的均值，得到第一像素值i＇1，第二像素值i′2和第三像素值i＇3，相当于将第一实验图像根据像素值划分为一个区域；接着在步骤430中，直接基于公式计算实验比例系数μ′；然后如图7的虚线所示，重复步骤410～430，得到基于不同被检测对象的三个电压下的三幅实验图像计算得到的实验比例系数，当检测足够多的被检测对象，得到不同像素值对应的实验比例系数时，最后在步骤440中，基于不同被检测对象的第一像素值和实验比例系数，确定像素值和比例系数之间的函数关系。
图8示出了根据图6所示的成像方法300中比例系数确定方法的第二实施例500的流程图。如图8所示，比例系数确定方法的第二实施例500包括如下步骤。
在步骤510中，将第一CT图像划分为一个或多个像素值范围，并在每个像素值范围中确定调整中心。在一个实施例中，在软组织部分的像素值范围的划分要比在硬组织部分的像素值范围内划分的要密集，这样可以使得计算的比例系数更为精确。在一个实施例中，每个像素值范围的调整中心是该像素值范围中所有像素值的中值，例如，将第一CT图像中像素值在-500～0之间的像素点确定为一个范围，那么在该像素值范围内的调整中心就是-250。
在步骤520中，基于预存的调整宽度，根据第一CT图像中每个像素点的像素值以及该像素值所在像素值范围的调整中心计算得到该像素值对应的比例系数。在一个实施例中，可以根据如下公式计算比例系数：
其中，μm为根据第一CT图像中第m个像素点的像素值确定的比例系数，i1m为第一CT图像第m个像素点的像素值，λm为第一CT图像的第m个像素点所在像素值范围的调整中心，w为所述预存的调整宽度，m为大于或等于1的整数。
在一个实施例中，调整宽度是在实验条件下计算好并存储在CT系统中的，之后将会结合图9具体说明调整宽度的确定方法。
图9示出了根据图8所示的比例系数确定方法中的调整宽度的确定方法600。如图9所示，调整宽度的确定方法600包括如下步骤：
在步骤610中，分别基于被检测对象在第一电压，第二电压和第三电压的X射线下的投影数据重构第一实验图像，第二实验图像和第三实验图像。在一个实施例中，第一电压并未限定一定代表高电压，例如140kVp电压，第一电压也可以代表低电压，例如80kVp电压，而第三电压代表中电压，例如120kVp，只有在实验条件下才能直接给X射线源提供120kVp的电压以得到被检测对象的CT图像。
在步骤620中，基于第一实验图像，第二实验图像和第三实验图像确定实验比例系数。在一个实施例中，可以基于第一实验图像，第二实验图像和第三实验图像在同一个像素点的像素值，通过如下公式计算实验比例系数：
其中，i′1m为第一实验图像在第m个像素点的像素值，i′2m为第二实验图像在第m个像素点的像素值，i′3m为第三实验图像在第m个像素点的像素值，μm′为在第一实验图像的第m个像素点得到的实验比例系数，m为大于或等于1的整数。
在步骤630中，将第一实验图像划分为一个或多个像素值范围，并在第一实验图像的每个像素值范围中确定实验调整中心。
在步骤640中，基于实验比例系数，实验调整中心和第一实验图像的像素值计算得到调整宽度。在一个实施例中，可以根据如下公式计算调整宽度：
其中，μm′为在第一实验图像的第m个像素点得到的实验比例系数，λ′m为第一实验图像的第m个像素点所在像素值范围的实验调整中心，w为所述调整宽度，m为大于或等于1的整数。
在一个实施例中，调整宽度的计算公式并不一定限定使用如上所列的公式，还可以包括与调整中心和比例系数相关的其他形式的公式。
本发明还可以提供一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序，该计算机程序运行于CT系统中时，使该CT系统执行上述的成像方法。在一个实施例中，该计算机程序可以包括以下指令：
指令一：在相对被检测对象的多个位置向被检测对象交替地施加第一电压和第二电压的X射线；
指令二：分别基于被检测对象在第一电压和第二电压的X射线下的投影数据重构第一CT图像和第二CT图像；
指令三：根据第一CT图像确定比例系数；以及
指令四：基于第一CT图像，第二CT图像和比例系数生成第三CT图像。
在一个实施例中，指令三可以包括：
指令五：基于像素值与比例系数之间预设的函数关系，确定第一CT图像中每个像素点的像素值对应的比例系数。
在另一个实施例中，指令三可以包括：
指令六：将第一CT图像根据像素值划分为一个或多个像素值范围，并在每个像素值范围中确定调整中心；以及
指令七：基于预存的调整宽度，根据第一CT图像中每个像素点的像素值以及该像素值所在像素值范围的调整中心计算得到该像素值对应的比例系数。
在一个实施例中，指令五可以包括：
指令八：分别基于被检测对象在第一电压，第二电压和第三电压的X射线下的投影数据重构第一实验图像，第二实验图像和第三实验图像；
指令九：将第一实验图像根据像素值划分为一个或多个区域，并针对第一实验图像在一个或多个区域中的每个区域确定第一像素值，针对第二实验图像在与第一实验图像对应的一个或多个区域中的每个区域确定第二像素值，并针对第三实验图像在与第一实验图像对应的一个或多个区域中的每个区域确定第三像素值；
指令十：在一个或多个区域的每个区域中，基于给定的关系模型并根据第一像素值和第二像素值计算得到的第三模拟像素值与第三像素值之间的差值最小化计算实验比例系数；
指令十一：重复指令八，指令九以及指令十；以及
指令十二：基于一个或多个区域的每个区域中的第一像素值和实验比例系数，确定像素值和比例系数之间的函数关系。
在一个实施例中，指令七可以包括：
指令十三：基于第一实验图像，第二实验图像和第三实验图像确定实验比例系数；
指令十四：将第一实验图像划分为一个或多个像素值范围，并在第一实验图像的每个像素值范围中确定实验调整中心；以及
指令十五：基于实验比例系数，实验调整中心和第一实验图像的像素值计算得到调整宽度。
图10示出了在80kVp电压的X射线下得到的被检测对象的实验图像，
图11示出了在140kVp电压的X射线下得到的被检测对象的实验图像，图12示出了在120kVp电压的X射线下得到的被检测对象的实验图像I3＇，图13示出了根据本发明一个实施例的成像方法生成的120kVp电压的图像I3″。如图10-13所示，对同一个被检测对象，用低电压扫描得到的CT图像具有较好的对比度，例如图10所示，用高电压扫描得到的CT图像具有较好的空间分辨率，如图11所示。如图10所示，将实验图像的软组织部分划分为701,702,703,704,705和706六个区域，根据本发明一个实施例的成像方法生成的120kVp的图像I3″与在实验条件下直接在120kVp的X射线下得到的实验图像I3＇分别在701,702,703,704,705和706六个区域的精确度如下表1所示：表1根据本发明一个实施例生成的图像与实验图像的精确度对比
| 区域 | 701 | 702 | 703 | 704 | 705 | 706 |
| I<sub>3</sub>＇ | 60.2 | 12.9 | 62.42 | 35.94 | 147.36 | 31.14 |
| I<sub>3</sub>″ | 59.69 | 10.98 | 61.24 | 35.96 | 146.40 | 30.43 |
如表1所示，所述每个图像在每个区域中的数值代表该图像在该区域中所有像素值的平均值，例如，第二行第二列中的60.2代表实验图像I3＇在701区域中所有像素值的平均值，第三行第二列中的59.69代表根据本发明一个实施例的成像方法生成的120kVp的图像I3″在701区域中所有像素值的平均值，以此类推，其他数据也是如此。很明显，根据本发明一个实施例的成像方法生成的120kVp的图像与实际实验图像在像素值上很接近，精确度很高。
根据本发明一个实施例的成像方法生成的120kVp的图像I3″与在实验条件下直接在120kVp的X射线下得到的实验图像I3＇分别在701,702,703,704,705和706六个区域的噪声比较如下表2所示：
表2根据本发明一个实施例生成的图像与实验图像的噪声比较
| 区域 | 701 | 702 | 703 | 704 | 705 | 706 |
| I<sub>3</sub>＇ | 18.10 | 20.44 | 18.89 | 18.02 | 24.95 | 17.55 |
| I<sub>3</sub>″ | 18.79 | 19.89 | 15.91 | 16.69 | 24.70 | 17.92 |
如表2所示，每个图像在每个区域中的数值代表该图像在该区域中所有像素值的方差之和，例如，第二行第二列中的18.10代表实验图像I3＇在701区域中所有像素值的方差之和，第三行第二列中的18.79代表根据本发明一个实施例的成像方法生成的120kVp的图像I3″在701区域中所有像素值的方差之和，以此类推，其他数据也是如此。很明显，根据本发明一个实施例生成的120kVp图像与实际的实验图像的像素值的噪声较为接近，且其噪声大部分都较实验图像的要小。在一个实施例中，表2中的数据还可以通过其他公式进行计算。
上表1和表2中的数据仅示例性的提供根据本发明一个实施例的成像方法生成的图像在精确度和噪声上的优势，当被检测对象不同时，表1和表2中的数据都会相应发生改变。
本申请提供的成像方法可以在双能系统中，利用例如80kVp电压和140kVp电压得到的CT图像生成120kVp的图像，不需要进行额外的扫描，在图像方面，不仅兼容对比度和空间分辨率，在精确度和噪声的处理上也有很好的效果。
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 (18)
1.一种成像方法，包括：
分别基于被检测对象在第一电压和第二电压的X射线下的投影数据重构第一CT图像和第二CT图像；
根据所述第一CT图像确定比例系数；以及
基于所述第一CT图像，所述第二CT图像和所述比例系数生成第三CT图像。
2.如权利要求1所述的成像方法，还包括：在相对被检测对象的多个位置向所述被检测对象交替地施加第一电压和第二电压的X射线，以获取所述被检测对象在第一电压和第二电压的X射线下的所述投影数据。
3.如权利要求1所述的成像方法，其中，根据所述第一CT图像确定比例系数包括基于像素值与比例系数之间预设的函数关系，确定所述第一CT图像中每个像素点的像素值对应的比例系数。
4.如权利要求1所述的成像方法，其中，基于所述第一CT图像，所述第二CT图像和所述比例系数生成第三CT图像包括将所述第一CT图像中每个像素点的像素值对应的所述比例系数赋予给与所述第一CT图像的该像素点相对应的所述第二CT图像的该像素点的像素值，并将数值1与所述比例系数的差值赋予给所述第一CT图像在该像素点的像素值，并根据如下公式计算所述第三CT图像的所有像素点的像素值，以生成所述第三CT图像：
i3m＝(1-μm)*i1m+μm*i2m+b
其中，μm为根据所述第一CT图像中第m个像素点的像素值确定的比例系数，i1m为所述第一CT图像第m个像素点的像素值，i2m为所述第二CT图像第m个像素点的像素值，i3m为所述第三CT图像第m个像素点的像素值，m为大于或等于1的整数，b为整数。
5.如权利要求3所述的成像方法，其中，所述像素值与比例系数之间预设的函数关系是在实验条件下确定并保存在CT系统中的，所述像素值与比例系数之间的函数关系的确定方法包括：
分别基于被检测对象在第一电压，第二电压和第三电压的X射线下的投影数据重构第一实验图像，第二实验图像和第三实验图像；
将所述第一实验图像根据像素值划分为一个或多个区域，并针对第一实验图像在所述一个或多个区域中的每个区域确定第一像素值，针对第二实验图像在与所述第一实验图像对应的所述一个或多个区域中的每个区域确定第二像素值，并针对第三实验图像在与所述第一实验图像对应的所述一个或多个区域中的每个区域确定第三像素值；
在所述一个或多个区域的每个区域中，基于给定的关系模型并根据所述第一像素值和所述第二像素值计算得到的第三模拟像素值与所述第三像素值之间的差值最小化计算该区域的实验比例系数；以及
基于所述一个或多个区域的每个区域中的所述第一像素值和所述实验比例系数，确定像素值和比例系数之间的所述函数关系。
6.如权利要求5所述的成像方法，其中，所述第一像素值为所述第一实验图像在所述一个或多个区域中的每个区域的所有像素值的平均值，所述第二像素值为所述第二实验图像在与所述第一实验图像对应的所述一个或多个区域中的每个区域的所有像素值的平均值，且所述第三像素值为所述第三实验图像在与所述第一实验图像对应的所述一个或多个区域中的每个区域的所有像素值的平均值。
7.如权利要求5所述的成像方法，其中，所述给定的关系模型包括：
I′3＝(1-μ′)*I′1+μ′*I′2+b
其中，I′1为所述第一实验图像，I′2为所述第二实验图像，I′3为所述第三实验图像，μ′为所述实验比例系数，b为整数。
8.如权利要求5所述的成像方法，其中，所述像素值和比例系数之间的函数关系是根据拟合像素值和实验比例系数的方式计算得到的。
9.如权利要求1所述的成像方法，其中，根据所述第一CT图像确定比例系数包括：
将所述第一CT图像划分为一个或多个像素值范围，并在每个像素值范围中确定调整中心；以及
基于预存的调整宽度，根据所述第一CT图像中每个像素点的像素值以及该像素值所在像素值范围的调整中心计算得到该像素值对应的所述比例系数。
10.如权利要求9所述的成像方法，其中，所述比例系数由如下公式计算得到：
其中，μm为根据所述第一CT图像中第m个像素点的像素值确定的比例系数，i1m为所述第一CT图像第m个像素点的像素值，λm为所述第一CT图像的第m个像素点所在像素值范围的调整中心，w为所述预存的调整宽度，m为大于或等于1的整数。
11.如权利要求9所述的成像方法，其中所述预存的调整宽度是在实验条件下计算并保存在系统中的，且所述调整宽度的确定方法包括：
分别基于被检测对象在第一电压，第二电压和第三电压的X射线下的投影数据重构第一实验图像，第二实验图像和第三实验图像；
基于所述第一实验图像，所述第二实验图像和所述第三实验图像确定实验比例系数；
将所述第一实验图像的像素值划分为一个或多个像素值范围，并在所述第一实验图像的每个像素值范围中确定实验调整中心；以及
基于所述实验比例系数，所述实验调整中心和所述第一实验图像的像素值计算得到所述调整宽度。
12.如权利要求11所述的成像方法，其中，基于所述第一实验图像，所述第二实验图像和所述第三实验图像确定实验比例系数包括基于所述第一实验图像，所述第二实验图像和所述第三实验图像在同一个像素点的像素值，通过如下公式计算在所述第一实验图像的该像素点的像素值对应的所述实验比例系数：
其中，i＇1m为所述第一实验图像在第m个像素点的像素值，i＇2m为所述第二实验图像在第m个像素点的像素值，i′3m为所述第三实验图像在第m个像素点的像素值，μm′为在所述第一实验图像的第m个像素点的像素值对应的所述实验比例系数，m为大于或等于1的整数。
13.如权利要求11所述的成像方法，其中所述调整宽度由如下公式计算得到：
其中，μm′为在所述第一实验图像的第m个像素点得到的所述实验比例系数，i′1m为所述第一实验图像的第m个像素点的像素值，λ′m为所述第一实验图像的第m个像素点所在像素值范围的实验调整中心，w为所述调整宽度，m为大于或等于1的整数。
14.一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序，所述计算机程序包括用于执行权利要求1-13任一项所述的成像方法的指令。
15.一种成像装置，其包括：
图像重构模块，其被配置用于分别基于被检测对象在第一电压和第二电压的X射线下的投影数据重构第一CT图像和第二CT图像；
系数确定模块，其被配置用于根据所述第一CT图像确定比例系数；以及
图像生成模块，其被配置用于基于所述第一CT图像，所述第二CT图像和所述比例系数生成第三CT图像。
16.如权利要求15所述的成像装置，其中，还包括函数确定模块，其包括：
第一模块，其被配置用于基于被检测对象在第一电压，第二电压和第三电压的X射线下的投影数据重构的第一实验图像，第二实验图像和第三实验图像，将所述第一实验图像根据像素值划分为一个或多个区域，并针对第一实验图像在所述一个或多个区域中的每个区域确定第一像素值，针对第二实验图像在与所述第一实验图像对应的所述一个或多个区域中的每个区域确定第二像素值，并针对第三实验图像在与所述第一实验图像对应的所述一个或多个区域中的每个区域确定第三像素值；
第二模块，其被配置用于在所述一个或多个区域的每个区域中，基于给定的关系模型并根据所述第一像素值和所述第二像素值计算得到的第三模拟像素值与所述第三像素值之间的差值最小化计算所述实验比例系数；以及
第三模块，其被配置用于基于所述一个或多个区域的每个区域中的第一像素值和实验比例系数，确定像素值和比例系数之间的所述函数关系。
17.如权利要求15所述的成像装置，其中，所述系数确定模块包括：
中心确定模块，其被配置用于将所述第一CT图像的像素值划分为一个或多个像素值范围，并在所述像素值范围中确定调整中心；以及
计算模块，其被配置用于基于预存的调整宽度，根据所述调整中心和所述第一CT图像计算所述比例系数。
18.一种CT系统，包括：
X射线源，其被配置用于向被检测对象施加第一电压和第二电压的X射线；
检测器组件，其被配置用于采集被检测对象的在所述第一电压和第二电压的X射线下的投影数据；以及
权利要求15-17任一项所述的成像装置。
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