CN112712572B - Ct扫描设备的低信号噪声的抑制方法、系统及计算机可读存储介质 - Google Patents

Ct扫描设备的低信号噪声的抑制方法、系统及计算机可读存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低信号噪声的抑制方法、系统及计算机可读存储介质，所述方法包括如下步骤：对所述CT扫描设备所采集的数据通过低信号阈值TLS筛选出需要滤波的若干个低信号通道；获取所述低信号通道的数据处理范围的上阈值和下阈值；获取所述低信号通道的邻域范围，依据该低信号通道的上阈值和下阈值在所述邻域范围内选取信号数据；将所述信号数据的平均值作为该信号通道滤波后的投影值对该信号通道进行滤波处理，获得抑制后的低信号噪声。本发明有效排除邻域中存在的噪声水平过大的低信号，保证抑制噪声的效果；同时无需对每一个低信号通道进行生成、使用空间滤波核，节省了运算资源，减少了运算时间。

Description

CT扫描设备的低信号噪声的抑制方法、系统及计算机可读存 储介质
技术领域
本发明涉及距离图像技术领域，尤其涉及一种CT扫描设备的低信号噪声的抑制方法、系统及计算机可读存储介质。
背景技术
计算机X射线断层扫描仪(computed tomography，CT)是利用X射线旋转照射被测物体，然后通过计算机处理获得物体断层图像的设备。X射线光子穿过被照射物体后，到达探测器被采集，采集后经过一系列转换，光子信号转变为电子信号被接收。探测接收的电子信号含有噪声，噪声主要由电子噪声及光子噪声(泊松噪声)组成。随着X射线穿透的衰减越高，到达探测器的X射线光子越少，探测接收的电子信号越低，信号的噪声就越显著，信噪比越低。低信号下的显著噪声会在CT重建后给重建图像带来非常严重的条状伪影，从而为临床诊断带来严重影响。
美国专利US8965144B2提出了一种投影域抑制低信号噪声的方法，该方法使用了低信号自适应的邻域高斯滤波，首先评估投影域下每个低信号数据的噪声水平，然后根据此噪声水平确定高斯分布的方差及对应的高斯平滑核。该高斯分布的方差表征了对应高斯核的平滑能力。最后使用该计算的高斯核对该低信号数据进行滤波，抑制低信号噪声。然而该方法使用了低信号的所有邻域数据，邻域数据中可能存在噪声水平偏差过大的低信号，且其对应滤波权重也比较大，该噪声非常大的低信号仍然会对滤波后的输出结果存在较大的影响，导致抑制噪声效果不理想。同时，对每个低信号数据计算相应的空间高斯核，并进行相应的空间滤波，运算量较大，消耗时间也较多。
期刊doi:10.1118/1.598410也提出了一种投影域抑制低信号噪声的方法，该方法根据探测器的噪声属性提出了一种自适应扣除邻域数据的均值滤波方法。该方法根据当前通道低信号的噪声水平，决定邻域范围，以及邻域范围内需要被扣除的最大与最小信号的数目，最后对扣除筛选剩下的邻域数据计算均值，此均值为该方法对当前通道低信号的滤波值。该方法在筛选扣除最大、最小信号的过程中，需要对选取的邻域数据进行排序计算，而排序计算需要消耗的计算资源比较大，会影响程序的计算速度。同时，尽管该方法会在邻域范围内扣除部分最大与最小的数据，可是仍然存在噪声水平过高的低信号未被筛选扣除的可能。
发明内容
为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种运算速度更快的CT扫描设备的低信号噪声的抑制方法、系统及计算机可读存储介质。
本发明公开了一种低信号噪声的抑制方法，包括如下步骤：对所述CT扫描设备所采集的数据通过低信号阈值TLS筛选出需要滤波的若干个低信号通道；获取所述低信号通道的数据处理范围的上阈值和下阈值；获取所述低信号通道的邻域范围，依据该低信号通道的上阈值和下阈值在所述邻域范围内选取信号数据；将所述信号数据的平均值作为该信号通道滤波后的投影值对该信号通道进行滤波处理，获得抑制后的低信号噪声。
优选地，所述对所述CT扫描设备所采集的数据通过低信号阈值TLS筛选出需要滤波的若干个低信号通道包括：所述CT扫描设备所采集的数据为图像数据，所述图像数据包括c×s个信号通道，其中，s为所述CT扫描设备所包含的探测器的排数，c为每一排的所述探测器所采集到的信号通道数；通过低信号阈值TLS对所述图像数据内的每个信号通道进行判断，当所述信号通道的值小于低信号阈值TLS时，则判断该信号通道为低信号通道。
优选地，所述获取所述低信号通道的数据处理范围的上阈值和下阈值包括：所述上阈值为所述下阈值为/>其中，P为该低信号通道的投影值，I为该低信号通道的光子信号的强度，n为设定的用于获取所述上阈值和所述下阈值的偏离低信号通道的信号标准差倍数。
优选地，当I≤n2时，所述上阈值为无穷大。
优选地，所述获取所述低信号通道的邻域范围，依据该低信号通道的上阈值和下阈值在所述邻域范围内选取信号数据包括：在所述探测器所采集到的同排的所述信号通道内，选取该低信号通道的前Nne个所述信号通道和该低信号通道的后Nne个所述信号通道组成该低信号通道的邻域范围；依据该低信号通道的上阈值和下阈值依次对所述邻域范围内的2Nne+1个所述信号通道进行筛选，获取所述信号数据。
本发明还公开了一种CT扫描设备的低信号噪声的抑制系统，包括相连接的信号处理模块和滤波模块；通过所述信号处理模块对所述CT扫描设备所采集的数据依据低信号阈值TLS筛选出需要滤波的若干个低信号通道；通过所述信号处理模块获取所述低信号通道的数据处理范围的上阈值和下阈值；并获取所述低信号通道的邻域范围，依据该低信号通道的上阈值和下阈值在所述邻域范围内选取信号数据；将所述信号数据的平均值作为该信号通道滤波后的投影值对该信号通道通过所述滤波模块进行滤波处理，获得抑制后的低信号噪声。
本发明还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一所述的方法的步骤。
采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：
1.相比现有技术的低信号的自适应邻域高斯滤波方法，本发明通过所述上阈值和下阈值的筛选能够有效排除邻域中存在的噪声水平过大的低信号，保证抑制噪声的效果；同时无需对每一个低信号通道进行生成、使用空间滤波核，节省了运算资源，减少了运算时间；
2.本发明无需对每一个低信号通道的所有邻域数据进行排序运算，进一步节省了运算资源，减少了运算时间。
本发明根据噪声属性以及信号的噪声水平，确定选取邻域数据的信号阈值。根据此信号阈值，选取邻域数据中的合适数据，并计算均值作为滤波值，由于无需排序计算，无需每次计算空间滤波核，能够节省计算时间；同时，应用通过信号阈值，能够确实有效地排除邻域内噪声水平过高的低信号。
附图说明
图1为本发明提供的低信号噪声的抑制方法的流程图；
图2为本发明提供的低信号噪声的抑制方法的c×s个信号通道的图像；
图3为本发明提供的低信号噪声的抑制方法的投影值P与X射线强度的关系图；
图4为本发明提供的低信号噪声的抑制方法的经低信号噪声的探测器所采集到的同排的信号通道。
图5为本发明提供的低信号噪声的抑制方法的未经低信号噪声的抑制方法处理的重建图像；
图6为本发明提供的低信号噪声的抑制方法的经低信号噪声的抑制方法处理后的重建图像。
具体实施方式
以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。
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公开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、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开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，尽管在本公开可能采用术语第一、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，在不脱离本公开范围的情况下，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”。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身并没有特定的意义。因此，“模块”与“部件”可以混合地使用。
由于CT扫描机在采集数据的过程中遇到高噪声的低信号会对重建图像造成非常显著的条状伪影，故需要在投影域内对低信号进行抑制，在投影域图像内，滤除低信号噪声。
参见附图1，本发明公开了一种低信号噪声的抑制方法，包括如下步骤：
S1、对CT扫描设备所采集的数据通过低信号阈值TLS筛选出需要滤波的若干个低信号通道；
S2、获取低信号通道的数据处理范围的上阈值和下阈值；
S3、获取低信号通道的邻域范围，依据该低信号通道的上阈值和下阈值在邻域范围内选取信号数据；
S4、将信号数据的平均值作为该信号通道滤波后的投影值对该信号通道进行滤波处理，获得抑制后的低信号噪声。
本发明通过在邻域范围内挑选合适的信号水平的数据，将被挑选的邻域数据的噪声水平控制在一定的合适范围，从而避免噪声水平偏差过大的数据被选上而影响到抑制效果。本发明由于无需自适应地计算高斯滤波核，可以节省计算滤波核的时间；且无需对邻域进行排序，可以进一步节省排序算法的时间，故此实现运算效率高、抑燥效果佳的目的。
较佳地，本发明需要对采集数据中的低信号通道进行滤波，因此需要利用低信号阈值TLS，在采集数据中定位出需要滤波处理的低信号通道。
CT扫描设备所采集的数据以图像形式被保存，图像数据包括c×s个信号通道，其中，参见附图2的某一采样时刻采集到的探测器的数据，s为CT扫描设备所包含的探测器的排数，c为每一排的探测器所采集到的信号通道数，通过低信号阈值TLS对图像数据内的每个信号通道进行判断，当信号通道的值小于低信号阈值TLS时，则判断该信号通道为低信号通道，附图2中的A表示当前采样时刻经过低信号阈值TLS的挑选后的数个低信号通道，需要进行低信号滤波处理。
较佳地，对于每一个需要进行滤波处理的低信号通道，根据该通道的信号水平，计算要进行筛选数据的邻域的上阈值和下阈值。
具体的，依据泊松噪声的原理，信号水平越低，其信噪比越低。根据泊松噪声的原理，光子信号的方差等于其强度：I＝σ2。其中，I为光子信号的强度，σ为标准差，在本实施例中，以偏离低信号通道的n倍信号标准差来确定该通道邻域内的信号筛选上下阈值。
而在CT扫描机的图像重建过程中，往往需要把反映光子信号强度的图像数据，转换为X射线穿透物质后反映X射线衰减强度的投影值图像数据，转换关系依据比尔兰博定理(Beer-Lambert Law)得出:I＝I0*e-∫μx·dx，其中，I0代表入射前的X射线强度，I代表出射的X射线强度，μ代表物质的线性衰减系数，x代表X射线的穿透长度，dx为x的微分。
假设低信号通道的投影值为P，根据上述关系，计算获取上阈值为下阈值为/>其中，P为该低信号通道的投影值，I为该低信号通道的光子信号的强度，n为设定的用于获取上阈值和下阈值的偏离低信号通道的信号标准差倍数。投影值P与X射线强度的关系图参见附图3。
较佳地，参见附图4，获取了低信号通道的用于筛选邻域数据的上阈值和下阈值后，在探测器所采集到的同排的信号通道内，选取该低信号通道A的前Nne个信号通道和该低信号通道的后Nne个信号通道C组成该低信号通道的邻域范围，依据该低信号通道的上阈值和下阈值所限制的采集范围值，依次对邻域范围内的2Nne+1个信号通道进行筛选，获取信号数据B。
从附图3可知，当I≤n2时，上阈值为无穷大。由于此时信号强度I过于小，对应的信噪比非常低，对应的计算上阈值无穷大，因此，对于这种情况，设定上阈值为无限大，则对应筛选的数据为邻域范围内所有2Nne+1个信号通道的全部信号数据。
最后，对筛选出来的信号数据计算其平均值将/>作为当前低信号通道滤波后的投影值来进行滤波处理，以实现对该低信号通道的抑噪目的。
参见附图5的未经低信号噪声的抑制方法处理的重建图像，该图像明显受到了低信号噪声的污染，呈现出数目众多的横向条纹；而附图5的经本发明的低信号噪声的抑制方法处理后的重建图像，该图像跟附图5相比，横向条纹的数目及强度都明显减少。
在附图5和附图6两图中选取同样的区域，如圈中区域，计算圈内区域的标准差SD值，通过SD值能够反应圈内区域的噪声水平，SD越大，噪声越高。而附图5中未经低信号抑制的重建图像红圈区域中的SD为70.85，经本发明的低信号噪声的抑制方法处理后的重建图像的红圈区域中的SD为53.14，说明使用本发明的低信号噪声的抑制方法处理之后，低信号噪声的影响明显有所下降，能够有效地降低低信号噪声对重建图像的影响。
本发明还公开了一种CT扫描设备的低信号噪声的抑制系统，包括相连接的信号处理模块和滤波模块。
通过信号处理模块对CT扫描设备所采集的数据依据低信号阈值TLS筛选出需要滤波的若干个低信号通道，并获取低信号通道的数据处理范围的上阈值、下阈值和低信号通道的邻域范围，依据该低信号通道的上阈值和下阈值在邻域范围内选取信号数据。
将信号数据的平均值作为该信号通道滤波后的投影值对该信号通道通过滤波模块进行滤波处理，获得抑制后的低信号噪声。
本发明还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述任一的方法的步骤。
应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种CT扫描设备的低信号噪声的抑制方法，其特征在于，包括如下步骤：
对所述CT扫描设备所采集的数据通过低信号阈值TLS筛选出需要滤波的若干个低信号通道；
获取所述低信号通道的数据处理范围的上阈值和下阈值，包括：所述上阈值为所述下阈值为/>其中，P为该低信号通道的投影值，I为该低信号通道的光子信号的强度，n为设定的用于获取所述上阈值和所述下阈值的偏离低信号通道的信号标准差倍数；
获取所述低信号通道的邻域范围，依据该低信号通道的上阈值和下阈值在所述邻域范围内选取信号数据，包括：在探测器所采集到的同排的所述信号通道内，选取该低信号通道的前Nne个所述信号通道和该低信号通道的后Nne个所述信号通道组成该低信号通道的邻域范围；依据该低信号通道的上阈值和下阈值依次对所述邻域范围内的2Nne+1个所述信号通道进行筛选，获取所述信号数据；
将所述信号数据的平均值作为该信号通道滤波后的投影值对该信号通道进行滤波处理，获得抑制后的低信号噪声。
2.根据权利要求1所述的低信号噪声的抑制方法，其特征在于，所述对所述CT扫描设备所采集的数据通过低信号阈值TLS筛选出需要滤波的若干个低信号通道包括：
所述CT扫描设备所采集的数据为图像数据，所述图像数据包括c×s个信号通道，其中，s为所述CT扫描设备所包含的探测器的排数，c为每一排的所述探测器所采集到的信号通道数；
通过低信号阈值TLS对所述图像数据内的每个信号通道进行判断，当所述信号通道的值小于低信号阈值TLS时，则判断该信号通道为低信号通道。
3.根据权利要求2所述的低信号噪声的抑制方法，其特征在于，当I≤n2时，所述上阈值为无穷大。
4.一种CT扫描设备的低信号噪声的抑制系统，其特征在于，包括相连接的信号处理模块和滤波模块；
通过所述信号处理模块对所述CT扫描设备所采集的数据依据低信号阈值TLS筛选出需要滤波的若干个低信号通道；
通过所述信号处理模块获取所述低信号通道的数据处理范围的上阈值和下阈值；并获取所述低信号通道的邻域范围，依据该低信号通道的上阈值和下阈值在所述邻域范围内选取信号数据，包括：在探测器所采集到的同排的所述信号通道内，选取该低信号通道的前Nne个所述信号通道和该低信号通道的后Nne个所述信号通道组成该低信号通道的邻域范围；依据该低信号通道的上阈值和下阈值依次对所述邻域范围内的2Nne+1个所述信号通道进行筛选，获取所述信号数据；所述上阈值为所述下阈值为/>其中，P为该低信号通道的投影值，I为该低信号通道的光子信号的强度，n为设定的用于获取所述上阈值和所述下阈值的偏离低信号通道的信号标准差倍数；
将所述信号数据的平均值作为该信号通道滤波后的投影值对该信号通道通过所述滤波模块进行滤波处理，获得抑制后的低信号噪声。
5.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-3中任一所述的方法的步骤。
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