CN110706338A

CN110706338A - 图像重建方法、装置、ct设备及ct系统

Info

Publication number: CN110706338A
Application number: CN201910939885.4A
Authority: CN
Inventors: 佟丽霞
Original assignee: Neusoft Medical Systems Co Ltd
Current assignee: Neusoft Medical Systems Co Ltd
Priority date: 2019-09-30
Filing date: 2019-09-30
Publication date: 2020-01-17
Anticipated expiration: 2039-09-30
Also published as: CN110706338B

Abstract

本发明实施例提供一种图像重建方法、装置、CT设备及CT系统。本发明实施例通过获取对原始图像在多个初始补偿方向上进行补偿后重建所得的初始补偿图像，计算各个初始补偿图像的图像梯度方差，根据各个图像梯度方差，确定对应初始补偿方向的加权系数，根据各个初始补偿方向的方向向量及对应的加权系数，确定目标补偿方向，对原始图像在目标补偿方向上进行补偿后重建，得到目标重建图像，能够获得最优的补偿方向对图像进行补偿重建，提高了补偿质量，减小了运动伪影的影响，提高了重建图像的图像质量。

Description

图像重建方法、装置、CT设备及CT系统

技术领域

本发明涉及医学图像处理技术领域，尤其涉及一种图像重建方法、装置、CT设备及CT系统。

背景技术

电子计算机断层扫描(Computed Tomography，CT)冠状动脉(简称冠脉)血管成像是目前临床应用广泛的安全无创的影像学技术，能够准确诊断心脏血管相关疾病，是心脏成像中热门的研究方向。由于在CT扫描时心脏一直处于运动状态，因此获取到的CT图像中包含一定的运动伪影，运动伪影对图像质量有较大影响。

为了提高图像质量，需要对CT扫描得到的原始图像进行运动补偿，然后再进行图像重建，即进行补偿后重建。相关技术中，在重建点的xy平面的四领域方向选取补偿方向，对原始图像在选取的补偿方向上进行补偿后重建，获得重建图像。由于心脏重建中运动的多变性，这种方式中选取的补偿方向对部分运动状态较复杂的位置补偿质量较差，导致补偿后重建得到的重建图像质量较差。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本发明提供了一种图像重建方法、装置、CT设备及CT系统，提高心脏冠脉重建图像的图像质量。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种图像重建方法，包括：

获取对原始图像在预设的多个初始补偿方向上进行补偿后重建所得的初始补偿图像；

计算各个初始补偿图像的图像梯度方差；

根据各个图像梯度方差，确定对应初始补偿方向的加权系数；

根据各个初始补偿方向的方向向量及对应的加权系数，确定目标补偿方向；

对所述原始图像在所述目标补偿方向上进行补偿后重建，得到目标重建图像。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种图像重建装置，包括：

获取模块，用于获取对原始图像在预设的多个初始补偿方向上进行补偿后重建所得的初始补偿图像；

方差计算模块，用于计算各个初始补偿图像的图像梯度方差；

加权系数确定模块，用于根据各个图像梯度方差，确定对应初始补偿方向的加权系数；

方向确定模块，用于根据各个初始补偿方向的方向向量及对应的加权系数，确定目标补偿方向；

重建模块，用于对所述原始图像在所述目标补偿方向上进行补偿后重建，得到目标重建图像。

根据本发明实施例的第三方面，提供一种CT设备，包括：内部总线，以及通过内部总线连接的存储器、处理器和外部接口；其中，所述外部接口，用于连接CT系统的探测器，所述探测器包括多个探测器室及相应的处理电路；

所述存储器，用于存储图像重建的控制逻辑对应的机器可读指令；

所述处理器，用于读取所述存储器上的所述机器可读指令，并执行如下操作：

计算各个初始补偿图像的图像梯度方差；

根据本发明实施例的第四方面，提供一种CT系统，包括探测器、扫描床和CT设备，所述探测器包括多个探测器室及相应的处理电路；其中：

所述探测器室，用于在所述CT系统扫描过程中，探测穿过扫描对象的X射线并转换为电信号；

所述处理电路，用于将所述电信号转换成脉冲信号，采集脉冲信号的能量信息；

所述CT设备，用于获取对原始图像在预设的多个初始补偿方向上进行补偿后重建所得的初始补偿图像；计算各个初始补偿图像的图像梯度方差；根据各个图像梯度方差，确定对应初始补偿方向的加权系数；根据各个初始补偿方向的方向向量及对应的加权系数，确定目标补偿方向；对所述原始图像在所述目标补偿方向上进行补偿后重建，得到目标重建图像。

本发明实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本发明实施例，通过获取对原始图像在多个初始补偿方向上进行补偿后重建所得的初始补偿图像，计算各个初始补偿图像的图像梯度方差，根据各个图像梯度方差，确定对应初始补偿方向的加权系数，根据各个初始补偿方向的方向向量及对应的加权系数，确定目标补偿方向，对原始图像在目标补偿方向上进行补偿后重建，得到目标重建图像，能够获得最优的补偿方向对图像进行补偿重建，提高了补偿质量，减小了运动伪影的影响，提高了重建图像的图像质量。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本说明书。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本说明书的实施例，并与说明书一起用于解释本说明书的原理。

图1是本发明实施例提供的图像重建方法的流程示例图。

图2是18个初始补偿方向的示意图。

图3是在图2所示的18个初始补偿方向的基础上确定的目标补偿方向示意图。

图4是本发明实施例提供的图像重建装置的功能方块图。

图5是本发明实施例提供的CT系统的一个硬件结构图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明实施例的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本发明实施例使用的术语是仅仅出于描述特定本发明实施例的目的，而非旨在限制本发明实施例。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本发明实施例可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

本发明实施例提供的图像重建方法可以用于对心脏冠脉的CT图像进行重建。

图1是本发明实施例提供的图像重建方法的流程示例图。如图1所示，本实施例中，图像重建方法可以包括：

S101，获取对原始图像在预设的多个初始补偿方向上进行补偿后重建所得的初始补偿图像。

S102，计算各个初始补偿图像的图像梯度方差。

S103，根据各个图像梯度方差，确定对应初始补偿方向的加权系数。

S104，根据各个初始补偿方向的方向向量及对应的加权系数，确定目标补偿方向。

S105，对原始图像在目标补偿方向上进行补偿后重建，得到目标重建图像。

在步骤S101中，原始图像可以为心脏冠脉血管图像。原始图像是根据没有经过运动补偿的CT扫描数据重建得到的图像。

在本实施例中，初始补偿方向为预先设置好的。根据实际应用场景的需求，用户可以设置多个补偿方向作为初始补偿方向。也可以由开发人员在系统中提供多个补偿方向，在应用时，由用户从系统提供的多个补偿方向中选择一定数量的补偿方向作为初始补偿方向。

本文中，用Dir表示补偿方向。

在一个示例性的实现过程中，初始补偿方向可以包括三维坐标系中原点指向以下任一点的方向：(1，0，0)、(-1，0，0)、(0，1，0)、(0，-1，0)、(0，0，1)、(0，0，-1)、(1，1，-1)、(1，-1，-1)、(-1，1，-1)、(-1，-1，-1)、(1，1，0)、(1，-1，0)、(-1，1，0)、(-1，1，-0)、(1，1，1)、(1，-1，1)、(-1，1，1)、(-1，-1，1)。该18个方向为X、Y、Z三维空间坐标系中的方向，每个方向均指三维坐标系中的原点(0，0，0)指向该点的方向。

例如，Dir＝(1，0，0)表示补偿方向为由X、Y、Z三维空间坐标系中的原点(0，0，0)指向点(1，0，0)的方向。

上述18个补偿方向的示意图如图2所示。

本公开中，运动向量场用M(x，y，z，t)表示，其中x、y、z表示图像中的像素点在X、Y、Z空间坐标系中的坐标，t表示时间。

在一个示例性的实现过程中，步骤S101可以包括：

针对每个初始补偿方向，对原始图像上的每个像素点，根据所述初始补偿方向、该点当前的第一位置坐标和该点的运动向量场，确定该点补偿后的第二位置坐标；

基于所述原始图像上所有点的第二位置坐标，利用预设重建算法进行重建，得到所述初始补偿方向对应的初始补偿图像。

例如，在初始补偿方向包括前述的18个补偿方向时，对原始图像上的任意重建点(x₀，y₀)，该点当前的第一位置坐标为(x₀，y₀)，该点在补偿方向Dir的运动向量场为M(x₀，y₀，z₀，t)，根据该点的运动向量场M(x₀，y₀，z₀，t)和补偿方向Dir可以得到该点补偿后的第二位置坐标(x_k，y_k，z_k)，该点补偿后的第二位置坐标为(x_k，y_k，z_k)，其中：

x_k＝x₀+Dir_k(1)*M(x₀,y₀,z₀,t)

y_k＝y₀+Dir_k(2)*M(x₀,y₀,z₀,t)

z_k＝z₀+Dir_k(3)*M(x₀,y₀,z₀,t)

此处，k＝1，2，3……18，通过k取不同的值，可以各个初始补偿方向补偿后的位置坐标。

针对上述18个补偿方向中每个补偿方向，基于原始图像I₀上所有重建点的第二位置坐标，利用预设重建算法进行重建，可以得到该初始补偿方向对应的初始补偿图像。这样，总共可以得到19幅初始补偿图像{I_k|k＝0，1，2……18}，其中，k＝1，2……18分别对应上述18个补偿方向，k＝0对应未补偿的重建图像(本文中将该图像看作为一个特殊的补偿图像)。

其中，I_k的计算公式如下：

ChannelPos_i＝x_k*cosθ_i-y_k*sinθ_i

此处，nViewHalfPerRot表示机架旋转半圈的周向采样数，ChannelPos表示重建点投影到探测器上的通道位置，SlicePos表示重建点投影到探测器的层位置，nBegView表示重建点的起始采样View索引，nEndView表示重建点的终止采样View索引，R表示机架旋转半径，即球管焦点到旋转中心距离，ΔZ表示过重建点射线源Z位置到重建平面的距离，θ表示射线采样角度。

本实施例中，预设重建算法可以采用任一种可用于对CT扫描数据进行重建的算法，例如FDK(Feldkamp)算法。

在步骤S102中，图像梯度方差可以作为冠脉的重建图像的图像质量评价标准，能够评估图像内包含血管边缘信息量大小，图像梯度方差值越大，说明边缘信息量越大，血管越清晰，图像质量越高，说明该补偿方向的补偿质量越好。

以下用G_k表示图像梯度，用M_k表示图像梯度平均值，V_k表示图像梯度方差。

图像梯度可以根据下面公式计算得到：

图像梯度平均值M_k可以根据下面公式计算得到：

此处，nSize表示重建图像宽度，重建图像为正方形，长宽相等；nImgsqrt表示重建图像中所有重建点个数，等于nSize*nSize。

图像梯度方差可以根据下面公式计算得到：

在步骤S103中，加权系数用于表示初始补偿方向在目标补偿方向中的权重，加权系数越大，初始补偿方向在目标补偿方向中的权重越大。针对每个初始补偿方向，通过根据该初始补偿方向对应的图像梯度方差确定该初始补偿方向对应的加权系数，可以更加合理地确定各个初始补偿方向在目标补偿方向中的权重，从而得到最优的补偿方向。

在一个示例性的实现过程中，步骤S103可以包括：

获得所有图像梯度方差中的最小图像梯度方差；

基于所述最小图像梯度方差，确定各个图像梯度方差的变化幅度值；

利用所有变化幅度值中的最大变化幅度值，对各个变化幅度值分别进行归一化处理，得到各个变化幅度值对应的初始补偿方向的加权系数。

本实施例中，对于每个图像梯度方差，该图像梯度方差的变化幅度值可以等于该图像梯度方差与最小图像梯度方差的差值。

例如，在获得前述18个初始补偿方向对应的图像梯度方差{V_k|k＝0，1，2……18}后，从中找出最小图像梯度方差V_min，图像梯度方差的变化幅度值D_k可以通过如下的计算公式得到：

D_k＝V_k-V_min

然后，找出{D_k|k＝0，1，2……18}中的最大值D_max，采用cos平方权对D_k进行归一化处理，得到加权系数N_k，N_k的计算公式如下：

在图2所示的18个初始补偿方向的基础上确定的目标补偿方向(也即最优补偿方向)的示意图如图3所示。

冠脉的重建图像包含的运动伪影并不与D_k线性相关，一般情况下最终补偿方向与加权系数排在前几位的补偿方向相关性更大，因此，本实施例中采用cos平方权使每个补偿方向的加权系数平滑过渡，同时突出排在前几位的补偿方向的权重。这样，使得通过本实施例获得的加权系数准确性更高。

在步骤S104中，目标补偿方向是利用各个初始补偿方向的方向向量及对应的加权系数得到的，而加权系数与补偿质量的图像梯度方差呈正相关关系，即补偿质量越好的初始补偿方向，对应的加权系数越大。这样，通过本实施例确定的目标补偿方向为最优的补偿方向，具有更好的补偿质量。

在一个示例性的实现过程中，步骤S104可以包括：

针对每个初始补偿方向，计算获得所述初始补偿方向的方向向量与该初始补偿方向对应的加权系数的乘积，得到该初始补偿方向对应的补偿方向分量；

获取各个初始补偿方向对应的补偿方向分量之和，作为目标补偿方向。

本实施例得到的目标补偿方向即为最优补偿方向Dir_opt，最优补偿方向Dir_opt可以通过如下的公式计算得到：

在步骤S104中，目标重建图像是对原始图像在目标补偿方向上进行补偿后重建得到的，由于目标补偿方向具有最好的补偿质量，因此可以大大减小运动伪影对CT重建图像的影响，提高CT重建图像的图像质量。

需要说明的是，各个初始补偿方向的原始的方向向量的长度是相等的。在经过加权后，由于加权系数可能不同，因此各个初始补偿方向的补偿方向分量的长度可能不同。补偿方向分量是一个向量，其长度等于初始补偿方向的原始的方向向量的长度与加权系数的乘积，方向与初始补偿方向一致。

本发明实施例提供的图像重建方法，通过获取对原始图像在预设的多个初始补偿方向上进行补偿后重建所得的初始补偿图像，计算各个初始补偿图像的图像梯度方差，根据各个图像梯度方差，确定对应初始补偿方向的加权系数，根据各个初始补偿方向的方向向量及对应的加权系数，确定目标补偿方向，对原始图像在目标补偿方向上进行补偿后重建，得到目标重建图像，能够获得最优的补偿方向对图像进行补偿重建，提高了补偿质量，减小了运动伪影的影响，提高了重建图像的图像质量。

基于上述的方法实施例，本发明实施例还提供了相应的装置、系统及存储介质实施例。

图4是本发明实施例提供的图像重建装置的功能方块图。如图4所示，本实施例中，图像重建装置可以包括：

获取模块410，用于获取对原始图像在预设的多个初始补偿方向上进行补偿后重建所得的初始补偿图像；

方差计算模块420，用于计算各个初始补偿图像的图像梯度方差；

加权系数确定模块430，用于根据各个图像梯度方差，确定对应初始补偿方向的加权系数；

方向确定模块440，用于根据各个初始补偿方向的方向向量及对应的加权系数，确定目标补偿方向；

重建模块450，用于对所述原始图像在所述目标补偿方向上进行补偿后重建，得到目标重建图像。

在一个示例性的实现过程中，获取模块410可以具体用于：

针对每个初始补偿方向，对原始图像上的每个点，根据所述初始补偿方向、该点当前的第一位置坐标和该点的运动向量场，确定该点补偿后的第二位置坐标；

在一个示例性的实现过程中，加权系数确定模块430可以具体用于：

获得所有图像梯度方差中的最小图像梯度方差；

基于最小图像梯度方差，确定各个图像梯度方差的变化幅度值；

在一个示例性的实现过程中，方向确定模块440可以具体用于：

在一个示例性的实现过程中，所述初始补偿方向包括三维坐标系中原点指向以下任一点的方向：(1，0，0)、(-1，0，0)、(0，1，0)、(0，-1，0)、(0，0，1)、(0，0，-1)、(1，1，-1)、(1，-1，-1)、(-1，1，-1)、(-1，-1，-1)、(1，1，0)、(1，-1，0)、(-1，1，0)、(-1，1，-0)、(1，1，1)、(1，-1，1)、(-1，1，1)、(-1，-1，1)。

本发明实施例还提供了一种CT系统。图5是本发明实施例提供的CT系统的一个硬件结构图。如图5所示，CT系统包括：内部总线501，以及通过内部总线连接的存储器502，处理器503和外部接口504，其中，

所述外部接口504，用于连接CT系统的探测器，所述探测器包括多个探测器室及相应的处理电路；

所述存储器502，用于存储图像重建的控制逻辑对应的机器可读指令；

所述处理器503，用于读取存储器502上的机器可读指令，并执行所述指令以实现如下操作：

计算各个初始补偿图像的图像梯度方差；

在一个示例性的实现过程中，获取对原始图像在预设的各个初始补偿方向上进行补偿后重建所得的初始补偿图像，包括：

针对每个初始补偿方向，对原始图像上的每个点，根据该初始补偿方向、该点当前的第一位置坐标和该点的运动向量场，确定该点补偿后的第二位置坐标；

在每个初始补偿方向，基于所述原始图像上所有点的第二位置坐标，利用预设重建算法进行重建，得到该初始补偿方向对应的初始补偿图像。

在一个示例性的实现过程中，根据各个图像梯度方差，确定对应初始补偿方向的加权系数，包括：

获得所有图像梯度方差中的最小图像梯度方差；

在一个示例性的实现过程中，根据各个初始补偿方向的方向向量及对应的加权系数，确定目标补偿方向，包括：

针对每个初始补偿方向，计算所述初始补偿方向与该初始补偿方向的方向向量对应的加权系数的乘积，得到该初始补偿方向对应的补偿方向分量；

本发明实施例还提供一种CT系统，包括探测器、扫描床和CT设备，所述探测器包括多个探测器室及相应的处理电路；其中：

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中，所述程序被处理器执行时实现如下操作：

计算各个初始补偿图像的图像梯度方差；

基于所述原始图像上所有点的第二位置坐标，利用预设重建算法进行重建，得到该初始补偿方向对应的初始补偿图像。

获得所有图像梯度方差中的最小图像梯度方差；

针对每个初始补偿方向，计算所述初始补偿方向的方向向量与该初始补偿方向对应的加权系数的乘积，得到该初始补偿方向对应的补偿方向分量；

对于装置和设备实施例而言，由于其基本对应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本说明书方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里申请的发明后，将容易想到本说明书的其它实施方案。本说明书旨在涵盖本说明书的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本说明书的一般性原理并包括本说明书未申请的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本说明书的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本说明书并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本说明书的范围仅由所附的权利要求来限制。

以上所述仅为本说明书的较佳实施例而已，并不用以限制本说明书，凡在本说明书的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书保护的范围之内。

Claims

1.一种图像重建方法，其特征在于，包括：

计算各个初始补偿图像的图像梯度方差；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取对原始图像在预设的各个初始补偿方向上进行补偿后重建所得的初始补偿图像，包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据各个图像梯度方差，确定对应初始补偿方向的加权系数，包括：

获得所有图像梯度方差中的最小图像梯度方差；

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据各个初始补偿方向的方向向量及对应的加权系数，确定目标补偿方向，包括：

针对每个初始补偿方向，获得所述初始补偿方向的方向向量与该初始补偿方向对应的加权系数的乘积，得到该初始补偿方向对应的补偿方向分量；

5.一种图像重建装置，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，获取模块具体用于：

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，加权系数确定模块具体用于：

获得所有图像梯度方差中的最小图像梯度方差；

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，方向确定模块具体用于：

9.一种CT设备，其特征在于，包括：内部总线，以及通过内部总线连接的存储器、处理器和外部接口；其中，所述外部接口，用于连接CT系统的探测器，所述探测器包括多个探测器室及相应的处理电路；

计算各个初始补偿图像的图像梯度方差；

10.一种CT系统，其特征在于，包括探测器、扫描床和CT设备，所述探测器包括多个探测器室及相应的处理电路；其中：

所述CT设备，用于：

获取对原始图像在预设的多个初始补偿方向上进行补偿后重建所得的初始补偿图像；计算各个初始补偿图像的图像梯度方差；根据各个图像梯度方差，确定对应初始补偿方向的加权系数；根据各个初始补偿方向的方向向量及对应的加权系数，确定目标补偿方向；对所述原始图像在所述目标补偿方向上进行补偿后重建，得到目标重建图像。