CN111489408B - 基于重叠3d半扫描数据的ct图像重建方法及装置、终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于重叠3D半扫描数据的CT图像重建方法及装置、终端，其中方法主要包括以下步骤：获取3D半扫描时相邻两圈重叠的投影数据；基于Parker半扫描权重对重叠区域下的两圈投影数据进行冗余加权和归一化处理，得到两个加权值ω₁和ω₂；采用加权值ω₁和ω₂进行多圈重叠半扫描数据的合并，并通过卷积反投影得到重叠区域的目标图像。采用本发明，可以改善心脏前瞻扫描相邻圈图像存在的CT值突变，多平面重建图像中的条带伪影，使重建出的图像在重叠区域有平滑的过渡，提高重建后的图像质量。

Description

基于重叠3D半扫描数据的CT图像重建方法及装置、终端

技术领域

本发明涉及CT心脏门控扫描技技术领域，尤其涉及一种基于重叠3D半扫描数据的CT图像重建方法及装置、终端。

背景技术

CT心脏门控扫描技术近年来得到了越来越多的应用。通过在扫描过程中采集患者心电信号，实现了重建心脏特定期相的CT图像。目前已有的心脏门控扫描技术有心脏螺旋后顾门控扫描和心脏前瞻门控扫描等。心脏螺旋后顾门控扫描是使用螺旋扫描连续曝光的同时采集心电信号，在重建时使用心电信号选择设定的期相数据进行重建，得到设定期相的CT图像。心脏前瞻扫描为了提高时间分辨率通常使用断层3D半扫描的协议，扫描时，通过心电信号预测下一心动周期期相位置，在设定的期相位置曝光实现门控。

心脏前瞻扫描通常使用3D断层半扫描。为了保证图像质量，断层扫描相邻圈数据采用重叠扫描的形式。在重建重叠扫描数据时通常使用已有的断层半扫描重建方法完成图像重建。重叠区域图像通过比较两圈图像距离准直中心的距离，选择离准直中心更近的图像作为最终使用的图像如图1。

然而，由于前瞻扫描时，每圈断层数据的起始扫描角度通常是随机的。扫描角度不同，则图像上噪声，伪影的位置会有不同。使用上述已知技术的处理方式会导致两圈扫描间重叠区域中心位置的图像中CT值有突变，多平面重建图像中，两圈扫描间的条带伪影。

发明内容

本发明实施例提供一种基于重叠3D半扫描数据的CT图像重建方法及装置、终端，可以改善心脏前瞻扫描相邻圈图像存在的CT值突变，多平面重建图像中的条带伪影，使重建出的图像在重叠区域有平滑的过渡，提高重建后的图像质量。

本发明实施例第一方面提供了一种基于重叠3D半扫描数据的CT图像重建方法，可包括：

获取3D半扫描时相邻两圈重叠的投影数据；

基于Parker半扫描权重对重叠区域下的两圈投影数据进行冗余加权和归一化处理，得到两个加权值ω₁和ω₂；

采用所述加权值ω₁和ω₂进行多圈重叠半扫描数据的合并，并通过卷积反投影得到重叠区域的目标图像。

本发明实施例第二方面提供了一种基于重叠3D半扫描数据的CT图像重建装置，可包括：

数据采集模块，用于获取3D半扫描时相邻两圈重叠的投影数据；

权值设置模块，用于基于Parker半扫描权重对重叠区域下的两圈投影数据进行冗余加权和归一化处理，得到两个加权值ω₁和ω₂；

图像重建模块，用于采用所述加权值ω₁和ω₂进行多圈重叠半扫描数据的合并，并通过卷积反投影得到重叠区域的目标图像。

本发明实施例第三方面提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行以下步骤：

获取3D半扫描时相邻两圈重叠的投影数据；

基于Parker半扫描权重对重叠区域下的两圈投影数据进行冗余加权和归一化处理，得到两个加权值ω₁和ω₂；

采用所述加权值ω₁和ω₂进行多圈重叠半扫描数据的合并，并通过卷积反投影得到重叠区域的目标图像。

本发明实施例第四方面提供了一种终端，可包括：处理器和存储器；其中，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序适于由所述处理器加载并执行以下步骤：

获取3D半扫描时相邻两圈重叠的投影数据；

基于Parker半扫描权重对重叠区域下的两圈投影数据进行冗余加权和归一化处理，得到两个加权值ω₁和ω₂；

采用所述加权值ω₁和ω₂进行多圈重叠半扫描数据的合并，并通过卷积反投影得到重叠区域的目标图像。

本发明的有益效果：通过在parker权的基础上，对两圈数据中的冗余数据进行冗余加权并归一化，最终使用归一化的权重实现多圈重叠半扫描数据的合并，通过卷积反投影得到重叠区域图像。改善了心脏前瞻扫描相邻圈图像存在的CT值突变，以及多平面重建图像中的条带伪影。使重建出的图像在重叠区域有平滑的过渡，提高了重建后的图像质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的3D断层半扫描过程示意图；

图2是本发明实施例提供的一种基于重叠3D半扫描数据的CT图像重建方法流程示意图；

图3是本发明实施例提供的g(k)在参数为固定值时的线条图；

图4是本发明实施例提供的重建图像效果对比图；

图5是本发明实施例提供的一种基于重叠3D半扫描数据的CT图像重建装置的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的一种终端的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“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单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

本发明实施例涉及的终端可以是大型计算机、PC机、平板电脑、掌上电脑以及移动互联网设备(MID)等其他具备数据处理能力的终端设备。

如图2所示，在本申请实施例中，基于重叠3D半扫描数据的CT图像重建方法至少包括以下步骤：

S101，获取3D半扫描时相邻两圈重叠的投影数据。

可以理解的是，心脏前瞻扫描中的3D断层半扫描为了保证图像质量，断层扫描相邻圈数据采用重叠扫描的形式，即会产生相邻两圈重叠的投影数据。

S102，基于Parker半扫描权重对重叠区域下的两圈投影数据进行冗余加权和归一化处理，得到两个加权值ω₁和ω₂。

需要说明的是，在楔束几何下，3D断层全扫描(360度扫描)重建算法可以表示成：

其中，

β为view角，k为投影在检测器z方向上的层索引，t为距离中心射线的距离，s(k,β,t)表示在view角β下的投影，h(t)代表斜变滤波核，R为球管到旋转中心的距离，Z为射线在虚拟检测器上投影位置距离中心检测器的距离，ω_3d代表3D断层重建对冗余数据加权函数，半扫描断层重建通常使用Parker权做为加权函数，即ω_3d＝P(β,t)。

在处理重叠扫描的半扫描(240度扫描)断层数据时，在重叠区域分别使用ω₁和ω₂对两圈投影数据进行加权，之后再进行反投影得到最终图像。

S103，采用加权值ω₁和ω₂进行多圈重叠半扫描数据的合并，并通过卷积反投影得到重叠区域的目标图像。

需要说明的是，在处理重叠扫描的半扫描(240度扫描)断层数据时，在重叠区域分别使用ω₁和ω₂对两圈投影数据进行加权，之后再进行反投影得到最终的目标图像。

具体实现中，可以基于Parker半扫描权重，分别设置如下权重对两圈投影数据进行加权：

其中，P₁(β,t)和P₂(β,t)分别是两圈投影数据的Parker权，g(k)为基于层索引的锥角权，其定义如下:

ext为权重向外扩展的层数，trans为权重平滑过渡区域宽度，N为检测器层数，且在k>N/2时，g(k)＝g(N-k)。需要说明的是，为了保证ω₁和ω₂分母不为0，令 g(k)都加上常数c。

在一种具体的实现方式中，当ext＝1,trans＝5,c＝0.05时，g(k)的变化曲线如图3所示，其中曲线图的横轴表示层索引，纵轴表示锥角权g(k)。由于锥角较大的数据有相对较大的误差，锥角权在准直边缘层附近有较低的权重，而其他位置有较高权重。

进一步的，上述加权值ω₁和ω₂满足条件：ω₁(k₁,k₂,β,t)+ω₂(k₁,k₂,β,t)＝1。目标图像f(x,y,z)可以表示为：

下面将通过图4的对比说明采用本申请后，CT图像重建的改善效果。

图4的第一列为传统图像创建方法得到的矢状位图像和冠状位图像，图中有明显的条带伪影；第二列为采用本申请的重建方法得到的矢状位图像和冠状位图像，图中的条带伪影几乎不可见，重建改善的效果明显。另外，为便于理解在第一列图中采用箭头标识两圈扫描重叠区域的中心。

在本发明实施例中，通过在parker权的基础上，对两圈数据中的冗余数据进行冗余加权并归一化，最终使用归一化的权重实现多圈重叠半扫描数据的合并，通过卷积反投影得到重叠区域图像。改善了心脏前瞻扫描相邻圈图像存在的CT值突变，以及多平面重建图像中的条带伪影。使重建出的图像在重叠区域有平滑的过渡，提高了重建后的图像质量。

下面将结合附图5，对本发明实施例提供的基于重叠3D半扫描数据的CT 图像重建装置进行详细介绍。需要说明的是，附图5所示的CT图像重建装置，用于执行本发明图2-图4所示实施例的方法，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，具体技术细节未揭示的，请参照本发明图2-图4所示的实施例。

请参见图5，为本发明实施例提供了一种CT图像重建装置的结构示意图。如图5所示，本发明实施例的所述CT图像重建装置10可以包括：数据采集模块101、权值设置模块102和图像重建模块103。

数据采集模块101，用于获取3D半扫描时相邻两圈重叠的投影数据。

权值设置模块102，用于基于Parker半扫描权重对重叠区域下的两圈投影数据进行冗余加权和归一化处理，得到两个加权值ω₁和ω₂。

图像重建模块103，用于采用所述加权值ω₁和ω₂进行多圈重叠半扫描数据的合并，并通过卷积反投影得到重叠区域的目标图像。

具体实现中，两个加权值ω₁和ω₂的计算公式为：

其中，P₁(β,t)和P₂(β,t)分别是两圈投影数据的Parker权，g(k)为基于层索引的锥角权，其定义如下:

ext为权重向外扩展的层数，trans为权重平滑过渡区域宽度，N为检测器层数，且在k>N/2时，g(k)＝g(N-k)。

另外，ω₁和ω₂满足关系：ω₁(k₁,k₂,β,t)+ω₂(k₁,k₂,β,t)＝1。

进一步的，在采用所述加权值ω₁和ω₂进行多圈重叠半扫描数据的合并，并通过卷积反投影得到重叠区域的目标图像时，采用的计算公式为：

其中，f(x,y,z)为目标图像。

需要说明的是，上述装置中各模块的详细执行过程可以参见上述方法实施例中的描述，此处不再赘述。

在本发明实施例中，通过在parker权的基础上，对两圈数据中的冗余数据进行冗余加权并归一化，最终使用归一化的权重实现多圈重叠半扫描数据的合并，通过卷积反投影得到重叠区域图像。改善了心脏前瞻扫描相邻圈图像存在的CT值突变，以及多平面重建图像中的条带伪影。使重建出的图像在重叠区域有平滑的过渡，提高了重建后的图像质量。

本发明实施例还提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质可以存储有多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行如上述图2-图4所示实施例的方法步骤，具体执行过程可以参见图2-图4所示实施例的具体说明，在此不进行赘述。

请参见图6，为本发明实施例提供了一种终端的结构示意图。如图6所示，所述终端1000可以包括：至少一个处理器1001，例如CPU，至少一个网络接口1004，用户接口1003，存储器1005，至少一个通信总线1002。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。其中，用户接口1003可以包括显示屏(Display)、键盘(Keyboard)，可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口 (如WI-FI接口)。存储器1005可以是高速RAM存储器，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是至少一个位于远离前述处理器1001的存储装置。如图6所示，作为一种计算机存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及CT图像重建应用程序。

在图6所示的终端1000中，用户接口1003主要用于为用户提供输入的接口，获取用户输入的数据；网络接口1004用于与用户终端进行数据通信；而处理器1001可以用于调用存储器1005中存储的CT图像重建应用程序，并具体执行以下操作：

获取3D半扫描时相邻两圈重叠的投影数据；

基于Parker半扫描权重对重叠区域下的两圈投影数据进行冗余加权和归一化处理，得到两个加权值ω₁和ω₂；

采用所述加权值ω₁和ω₂进行多圈重叠半扫描数据的合并，并通过卷积反投影得到重叠区域的目标图像。

在一些实施例中，，两个加权值ω₁和ω₂的计算公式为：

其中，P₁(β,t)和P₂(β,t)分别是两圈投影数据的Parker权，g(k)为基于层索引的锥角权，其定义如下:

ext为权重向外扩展的层数，trans为权重平滑过渡区域宽度，N为检测器层数，且在k>N/2时，g(k)＝g(N-k)。

在一些实施例中，摄像头采集到客户图像后，识别客户图像对应的人脸图像特征数据，并将人脸图像特征数据发送至后台服务器。

在一些实施例中，ω₁和ω₂满足关系：

ω₁(k₁,k₂,β,t)+ω₂(k₁,k₂,β,t)＝1。

在一些实施例中，在采用所述加权值ω₁和ω₂进行多圈重叠半扫描数据的合并，并通过卷积反投影得到重叠区域的目标图像时，采用的计算公式为：

其中，f(x,y,z)为目标图像。

在本发明实施例中，通过在parker权的基础上，对两圈数据中的冗余数据进行冗余加权并归一化，最终使用归一化的权重实现多圈重叠半扫描数据的合并，通过卷积反投影得到重叠区域图像。改善了心脏前瞻扫描相邻圈图像存在的CT值突变，以及多平面重建图像中的条带伪影。使重建出的图像在重叠区域有平滑的过渡，提高了重建后的图像质量。

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计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各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 AccessMemory，RAM)等。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种基于重叠3D半扫描数据的CT图像重建方法，其特征在于，包括：

获取3D半扫描时相邻两圈重叠的投影数据；

基于Parker半扫描权重对重叠区域下的两圈投影数据进行冗余加权和归一化处理，得到两个加权值ω₁和ω₂；

采用所述加权值ω₁和ω₂进行多圈重叠半扫描数据的合并，并通过卷积反投影得到重叠区域的目标图像；

两个加权值ω₁和ω₂的计算公式为：

其中，β为view角，t为距离中心射线的距离，c为常数，k为在检测器z方向上的层索引，P₁(β,t)和P₂(β,t)分别是两圈投影数据的Parker权，下标1表示第一圈投影数据，下标2表示第二圈投影数据，g(k)为基于层索引的锥角权，其定义如下:

ext为权重向外扩展的层数，trans为权重平滑过渡区域宽度，N为检测器层数，且在k>N/2时，g(k)＝g(N-k)。

2.根据权利要求1所述的CT图像重建方法，其特征在于，ω₁和ω₂满足关系：

ω₁(k₁,k₂,β,t)+ω₂(k₁,k₂,β,t)＝1。

3.根据权利要求2所述的CT图像重建方法，其特征在于，在采用所述加权值ω₁和ω₂进行多圈重叠半扫描数据的合并，并通过卷积反投影得到重叠区域的目标图像时，采用的计算公式为：

其中，f(x,y,z)为目标图像，

s(k,β,t)表示在view角β下的投影，h(t)代表斜变滤波核，R为球管到旋转中心的距离，Z为射线在虚拟检测器上投影位置距离中心检测器的距离，β_min表示最小view角，β_max表示最大view角，下标1表示第一圈投影数据，下标2表示第二圈投影数据。

4.一种基于重叠3D半扫描数据的CT图像重建装置，其特征在于，包括：

数据采集模块，用于获取3D半扫描时相邻两圈重叠的投影数据；

权值设置模块，用于基于Parker半扫描权重对重叠区域下的两圈投影数据进行冗余加权和归一化处理，得到两个加权值ω₁和ω₂；

图像重建模块，用于采用所述加权值ω₁和ω₂进行多圈重叠半扫描数据的合并，并通过卷积反投影得到重叠区域的目标图像；

两个加权值ω₁和ω₂的计算公式为：

其中，β为view角，t为距离中心射线的距离，c为常数，k为在检测器z方向上的层索引，P₁(β,t)和P₂(β,t)分别是两圈投影数据的Parker权，下标1表示第一圈投影数据，下标2表示第二圈投影数据，g(k)为基于层索引的锥角权，其定义如下:

ext为权重向外扩展的层数，trans为权重平滑过渡区域宽度，N为检测器层数，且在k>N/2时，g(k)＝g(N-k)。

5.根据权利要求4所述的CT图像重建装置，其特征在于，ω₁和ω₂满足关系：

ω₁(k₁,k₂,β,t)+ω₂(k₁,k₂,β,t)＝1。

6.根据权利要求5所述的CT图像重建装置，其特征在于，在采用所述加权值ω₁和ω₂进行多圈重叠半扫描数据的合并，并通过卷积反投影得到重叠区域的目标图像时，采用的计算公式为：

其中，f(x,y,z)为目标图像，

s(k,β,t)表示在view角β下的投影，h(t)代表斜变滤波核，R为球管到旋转中心的距离，Z为射线在虚拟检测器上投影位置距离中心检测器的距离，β_min表示最小view角，β_max表示最大view角，下标1表示第一圈投影数据，下标2表示第二圈投影数据。

7.一种终端，其特征在于，包括：处理器和存储器；其中，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序适于由所述处理器加载并执行以下步骤：

获取3D半扫描时相邻两圈重叠的投影数据；

基于Parker半扫描权重对重叠区域下的两圈投影数据进行冗余加权和归一化处理，得到两个加权值ω₁和ω₂；

采用所述加权值ω₁和ω₂进行多圈重叠半扫描数据的合并，并通过卷积反投影得到重叠区域的目标图像；

两个加权值ω₁和ω₂的计算公式为：

其中，β为view角，t为距离中心射线的距离，c为常数，k为在检测器z方向上的层索引，P₁(β,t)和P₂(β,t)分别是两圈投影数据的Parker权，下标1表示第一圈投影数据，下标2表示第二圈投影数据，g(k)为基于层索引的锥角权，其定义如下:

ext为权重向外扩展的层数，trans为权重平滑过渡区域宽度，N为检测器层数，且在k>N/2时，g(k)＝g(N-k)。

8.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行以下步骤：

获取3D半扫描时相邻两圈重叠的投影数据；

基于Parker半扫描权重对重叠区域下的两圈投影数据进行冗余加权和归一化处理，得到两个加权值ω₁和ω₂；

采用所述加权值ω₁和ω₂进行多圈重叠半扫描数据的合并，并通过卷积反投影得到重叠区域的目标图像；

两个加权值ω₁和ω₂的计算公式为：

其中，β为view角，t为距离中心射线的距离，c为常数，k为在检测器z方向上的层索引，P₁(β,t)和P₂(β,t)分别是两圈投影数据的Parker权，下标1表示第一圈投影数据，下标2表示第二圈投影数据，g(k)为基于层索引的锥角权，其定义如下:

ext为权重向外扩展的层数，trans为权重平滑过渡区域宽度，N为检测器层数，且在k>N/2时，g(k)＝g(N-k)。

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