CN112869762B - 一种口腔锥形束cbct的ct值校正方法及装置 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种口腔CBCT的CT值校正方法及装置，包括：获取CBCT设备当前原始投影数据以及当前扫描条件；加载入射强度校正文件，读取预存的入射强度校正系数；根据所述的入射强度校正系数进行所述口腔CBCT的入射强度校正，获得所述当前扫描条件下的入射强度；根据所述当前扫描条件下的入射强度，对所述CT当前原始投影图像进行预处理得到预处理后的当前投影图像；采用FDK重建方法对所述预处理后的当前投影图像进行重建，得到相应的衰减系数图像；读取预存的CT值校正系数，根据所述CT值校正系数和重建得到的衰减系数图像对CT值进行分段校正。所述方法能够流程简单地提供准确可靠的CT值的口腔图像给医生作诊断。

Description

一种口腔锥形束CBCT的CT值校正方法及装置

技术领域

本公开涉及口腔锥形束CBCT技术领域，具体地，涉及一种口腔锥形束CBCT的CT值校正方法及装置。

背景技术

在口腔锥形束CBCT(Cone Beam CT，CBCT)中，CT图像的CT值对于牙科诊断及种植极为重要，但CBCT图像的CT值容易受噪声和伪影及系统差异的影响造成偏差，为了修正系统对CT值的影响，需进行CT值校正。

目前常用技术如下：

(1)目前普遍使用的技术是在特定扫描条件下扫描空气、水模和骨模等不同材质获得实际CT值，再根据不同材质实际CT值与理想CT值的对应关系进行拟合，通过该拟合曲线对CT值进行二次校正。然而，在口腔CBCT使用过程中，医生需根据患者体型选择或设定实际需要的剂量扫描条件。在扫描条件不固定的情况下，基于目前的技术难以使用一组状态拟合曲线实现CT值校正，而建立多组拟合曲线过程又十分复杂、繁琐。

(2)目前也有技术在不同扫描条件下计算空气、水模和骨模的衰减系数并使用线性方程校正，然而受噪声和伪影的影响，单一的线性方程可能难以都保证空气，水模和骨模三者CT值的准确性，从而存在较大的误差，且该方案仍然需要建立不同扫描条件下的校正参数，过程也是十分复杂。

发明内容

本公开的主要目的是提供一种口腔锥形束CBCT的CT值校正方法及装置，以便解决现有技术中CT值校正过程繁琐复杂的技术问题。

为了实现上述目的，本公开提供一种口腔锥形束CBCT的CT值校正方法，所述方法包括：

获取CBCT设备当前原始投影数据以及当前扫描条件；

加载入射强度校正文件，读取预存的入射强度校正系数；

根据所述的入射强度校正系数进行所述口腔CBCT的入射强度校正，获得所述当前扫描条件下的入射强度；

根据所述当前扫描条件下的入射强度，对所述CT当前原始投影图像进行预处理得到预处理后的当前投影图像；

采用FDK重建方法对所述预处理后的当前投影图像进行重建，得到相应的衰减系数图像；

读取预存的CT值校正系数，根据所述CT值校正系数和重建得到的衰减系数图像对CT值进行分段校正。

可选地，所述入射强度校正系数需预先获得，具体获得方式如下：

依次设置至少2组校准管电流，对于每组管电流依次设置3组校准管电压；

每组管电流下采集3组不同管电压空气CT投影数据；

根据校准管电压和投影图像感兴趣区域的平均灰度关系，计算得到至少两组校准管电流条件下的校准管电压-灰度关系系数；

将这至少2组校准管电流下的校准管电压-灰度关系系数预存于入射强度校正文件中，作为入射强度校正系数。

可选地，所述根据所述的入射强度校正系数进行所述口腔CBCT的入射强度校正，获得所述当前扫描条件下的入射强度具体包括：

获取CBCT设备当前扫描所用的管电压和管电流；

从所述入射强度校正文件中加载读取预存的至少2组校准管电流下的校准管电压-灰度关系系数；

根据所述至少2组校准管电压-灰度的关系推算当前扫描所用管电流下的灰度，所述灰度作为当前扫描条件下的入射强度。

可选地，所述CT值校正系数需预先获得，通过扫描不同模体并根据其衰减系数与理想CT值的对应关系计算得到，具体获得方式如下：

扫描水模，重建并获取感兴趣区域内的衰减系数平均值μ_water，再根据CT_water＝1000×(t₀·μ_water-1)，使水模重建图像在感兴趣区域的平均CT值，即CT_water＝0HU，进而获得参数t₀的值；

扫描骨模，重建并获取感兴趣区域内的衰减系数平均值μ_bone，根据

使骨模重建图像在感兴趣区域的平均CT值，即CT_bone＝+1000HU，进而获得参数t₁的值；

将获得参数t₀和t₁的值预存于CT值校正文件中，作为所述CT值校正系数。

可选地，所述读取预存的CT值校正系数，根据所述CT值校正系数和重建得到的衰减系数图像对CT值进行分段校正具体包括：

根据所述读取的CT值校正系数，对所述重建得到的衰减系数图像逐个像素地将衰减系数按如下式子直接转换为校正后的CT值，即可获得CT值校正后的CT值图像；

其中，μ为重建得到的衰减系数，CT则表示校正后的CT值，所述参数t₀和t₁为所述读取的CT值校正系数。

本公开还提供一种口腔锥形束CBCT的CT值校正装置，所述装置包括：

获取模块，用于获取CBCT设备当前原始投影数据以及当前扫描条件；

加载模块，用于加载入射强度校正文件，读取预存的入射强度校正系数；

入射强度校正模块，用于根据所述的入射强度校正系数进行所述口腔CBCT的入射强度校正，获得所述当前扫描条件下的入射强度；

预处理模块，用于根据所述当前扫描条件下的入射强度，对所述CT当前原始投影图像进行预处理得到预处理后的当前投影图像；

重建模块，用于采用FDK重建方法对所述预处理后的当前投影图像进行重建，得到相应的衰减系数图像；

CT值校正模块，用于读取预存的CT值校正系数，根据所述CT值校正系数和重建得到的衰减系数图像对CT值进行分段校正。

可选地，所述装置还包括入射强度校正系数获得模块，所述入射强度校正系数获得模块具体包括：

设置子模块，用于依次设置至少2组校准管电流，对于每组管电流依次设置3组校准管电压；

采集子模块，用于每组管电流下采集3组不同管电压空气CT投影数据；

计算子模块，用于根据校准管电压和投影图像感兴趣区域的平均灰度关系，计算得到至少两组校准管电流条件下的校准管电压-灰度关系系数；

第一预存子模块，用于将这至少2组校准管电流下的校准管电压-灰度关系系数预存于入射强度校正文件中，作为入射强度校正系数。

可选地，所述入射强度校正模块包括：

管电压和管电流获取子模块，用于获取CBCT设备当前扫描所用的管电压和管电流；

第一读取子模块，用于从所述入射强度校正文件中加载读取预存的至少2组校准管电流下的校准管电压-灰度关系系数；

推算子模块，用于根据所述至少2组校准管电压-灰度的关系推算当前扫描所用管电流下的灰度，所述灰度作为当前扫描条件下的入射强度。

可选地，所述装置还包括CT值校正系数模块，所述CT值校正系数模块具体包括：

第一参数获得子模块，用于扫描水模，重建并获取感兴趣区域内的衰减系数平均值μ_water，再根据CT_water＝1000×(t₀·μ_water-1)，使水模重建图像在感兴趣区域的平均CT值，即CT_water＝0HU，进而获得参数t₀的值；

第二参数获得子模块，用于扫描骨模，重建并获取感兴趣区域内的衰减系数平均值μ_bone，根据

使骨模重建图像在感兴趣区域的平均CT值，即CT_bone＝+1000HU，进而获得参数t₁的值；

第二预存子模块，用于将获得参数t₀和t₁的值预存于CT值校正文件中，作为所述CT值校正系数。

可选地，所述CT值校正模块，具体用于根据所述读取的CT值校正系数，对所述重建得到的衰减系数图像逐个像素地将衰减系数按如下式子直接转换为校正后的CT值，即可获得CT值校正后的CT值图像；

其中，μ为重建得到的衰减系数，CT则表示校正后的CT值，所述参数t₀和t₁为所述读取的CT值校正系数。

本公开的有益效果是：能够提供准确CT值的口腔图像给医生作诊断，提高诊断的准确性；CT校正只需一次，简化校正流程；无需针对不同扫描条件进行校正，一组CT值校正参数可以适用不同扫描条件；CT值分段校正，更有效地保证空气、水模和骨模的CT值准确性，提高可靠性。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1为本公开方案一种口腔锥形束CBCT的CT值校正方法总流程框图；

图2为本公开方案入射强度校正系数计算流程图；

图3为本公开方案入射强度校正流程图；

图4为本公开方案系统结构示意图；

图5为本公开方案一种口腔锥形束CBCT的CT值校正装置结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

本公开的一种口腔锥形束CBCT的CT值校正方法总流程框图如图1所示，具体说明如下：

步骤S101：获取从CBCT设备采集得到的当前原始投影数据以及剂量等当前扫描条件；

步骤S102：加载入射强度校正文件，读取预存的入射强度校正系数；

入射强度校正系数需预先获得，相关流程图如图2所示，具体获得方式如下：

S201，依次设置至少2组校准管电流(如4/7mA)，对于每组管电流依次设置3组校准管电压(如60/75/90kV)；

S202，每组管电流下采集3组不同管电压空气CT投影数据；

S203，计算每组管电流下的校准管电压-灰度关系系数；

根据校准管电压和投影图像感兴趣区域的平均灰度关系，构建二次多项式，如下式子1：

g_ij＝p_i0v_j ²+p_i1v_j+p_i2 (1)

其中v表示电压，g表示图像灰度，可以由投影图像数据计算出；i表示电流组号；j表示电压组号；p_i0,p_i1,p_i2为多项式系数；通过将3组校准管电压和对应的投影图像灰度联立方程组并求解则可以计算得到多项式系数，即得到校准管电流条件下的校准管电压-灰度关系系数；

S204，将这2组校准管电流下的校准管电压-灰度关系系数(即p_i0,p_i1,p_i2)预存于入射强度校正文件中，作为入射强度校正系数。

步骤S103:CBCT的入射强度校正，获得当前扫描条件下的入射强度；

其过程主要如下：

S211，获取CBCT设备当前扫描所用的管电压KV和管电流MA等扫描条件；

S212，从入射强度校正文件中加载读取预存的入射强度校正系数，即预存的2组校准管电流下的校准管电压-灰度关系系数(即p_i0,p_i1,p_i2)；

S213，根据当前给定管电压KV，计算得到2组校准管电流对应灰度(即g₀和g₁)；

S214，根据S213计算得到的2组校准管电流对应灰度(即g₀和g₁)，推算当前扫描给定管电流MA下的灰度g_cur，该灰度作为当前扫描下的入射强度I₀，推算公式如下式子2：

其中，c₀和c₁为上述步骤S201设置的2组校准管电流，在当前扫描给定管电压下2组管电流对应的灰度为g₀和g₁；c_cur为当前扫描给定管电流MA，g_cur为当前扫描条件下的图像灰度；

步骤S104：预处理，即根据所述当前扫描条件下的入射强度，对所述CT当前原始投影图像进行预处理得到预处理后的当前投影图像；

主要指对CT投影图像进行对数变换等操作，如下式子3：

其中，P为对数转换后的图像，I为当前原始投影图像，I₀为当前扫描条件下的入射强度，可由上述步骤S103计算获得；

步骤S105：FDK重建，由Feldkamp,Davis和Kress共同开发的用于圆形轨道的锥形束CT重建算法。本实施例采用FDK重建方法对预处理后的当前投影数据进行重建，可重建得到相应的衰减系数图像；

步骤S106:读取预存的CT值校正系数；

理论CT值可根据以下式子4计算：

其中，μ_w为水的衰减系数，μ为扫描对象的衰减系数，CT表示转换后的CT值。然而，受噪声和伪影及系统差异的影响，实际难以获得准确的扫描物体衰减系数，需根据系统对其进行相应的校准。CT值校正系数需预先获得，可通过扫描不同模体并根据其衰减系数与理想CT值的对应关系计算得到，具体获得方式如下：

(1)扫描水模，重建并获取感兴趣区域内的衰减系数平均值μ_water，再根据以下式子5，使水模重建图像在感兴趣区域的平均CT值即CT_water＝0HU,此时可相应获得参数t₀的值，本实施例可得到t₀＝48.07；

CT_water＝1000×(t₀·μ_water-1) (5)

(2)扫描骨模，重建并获取感兴趣区域内的衰减系数平均值μ_bone，根据以下式子6，使骨模重建图像在感兴趣区域的平均CT值即CT_bone＝+1000HU,此时可相应获得参数t₁的值，本实施例可得到t₁＝43.26；

(3)将获得参数t₀和t₁的值预存于CT值校正文件中，作为CT值校正系数，CT值校正时可直接加载读取。

步骤S107:CT值分段校正；

根据读取的CT值校正系数，对重建得到的衰减系数图像逐个像素地将衰减系数按式子7直接转换为相应的CT值，即可获得CT值校正后的CT值图像。

其中，μ为重建得到的衰减系数，CT则表示对应的CT值，t₀和t₁为CT值校正参数，可由S106步骤获得；

步骤S108:将CT值校正后的图像按医学图像格式输出并显示。

如图4所示，本公开方案的系统包括CBCT设备、图像工作站、显示器等三个主要部分：

CBCT设备在收到采集指令后对被扫描对象进行扫描采集得到投影数据和扫描条件，并传送给图像工作站处理；

图像工作站对采集的CT数据进行重建和CT值校正，待处理完毕后将医学图像格式图像送至显示器显示；

显示器主要是高分辨地显示CT图像供医生阅片诊断。

如图5所示，本公开还提供一种口腔锥形束CBCT的CT值校正装置，所述装置包括：

获取模块501，用于获取CBCT设备当前原始投影数据以及当前扫描条件；

加载模块502，用于加载入射强度校正文件，读取预存的入射强度校正系数；

入射强度校正模块503，用于根据所述的入射强度校正系数进行所述口腔CBCT的入射强度校正，获得所述当前扫描条件下的入射强度；

预处理模块504，用于根据所述当前扫描条件下的入射强度，对所述CT当前原始投影图像进行预处理得到预处理后的当前投影图像；

重建模块505，用于采用FDK重建方法对所述预处理后的当前投影图像进行重建，得到相应的衰减系数图像；

CT值校正模块506，用于读取预存的CT值校正系数，根据所述CT值校正系数和重建得到的衰减系数图像对CT值进行分段校正。

可选地，所述装置还包括入射强度校正系数获得模块，所述入射强度校正系数获得模块具体包括：

设置子模块，用于依次设置至少2组校准管电流，对于每组管电流依次设置3组校准管电压；

扫描子模块，用于每组管电流下连续扫描采集3组不同管电压空气投影数据；

计算子模块，用于根据校准管电压和投影图像感兴趣区域的平均灰度关系，计算得到至少两组校准管电流条件下的校准管电压-灰度关系系数；

第一预存子模块，用于将这至少2组校准管电流下的校准管电压-灰度关系系数预存于入射强度校正文件中，作为入射强度校正系数。

可选地，所述入射强度校正模块包括：

管电压和管电流获取子模块，用于获取CBCT设备当前扫描所用的管电压和管电流；

第一读取子模块，用于从所述入射强度校正文件中加载读取预存的至少2组校准管电流下的校准管电压-灰度关系系数；

推算子模块，用于根据所述至少2组校准管电压-灰度的关系推算当前扫描所用管电流下的灰度，所述灰度作为当前扫描条件下的入射强度。

可选地，所述装置还包括CT值校正系数模块，所述CT值校正系数模块具体包括：

第一参数获得子模块，用于扫描水模，重建并获取感兴趣区域内的衰减系数平均值μ_water，再根据CT_water＝1000×(t₀·μ_water-1)，使水模重建图像在感兴趣区域的平均CT值，即CT_water＝0HU，进而获得参数t₀的值；

第二参数获得子模块，用于扫描骨模，重建并获取感兴趣区域内的衰减系数平均值μ_bone，根据

使骨模重建图像在感兴趣区域的平均CT值，即CT_bone＝+1000HU，进而获得参数t₁的值；

第二预存子模块，用于将获得参数t₀和t₁的值预存于CT值校正文件中，作为所述CT值校正系数。

可选地，所述CT值校正模块，具体用于根据所述读取的CT值校正系数，对所述重建得到的衰减系数图像逐个像素地将衰减系数按如下式子直接转换为校正后的CT值，即可获得CT值校正后的CT值图像；

其中，μ为重建得到的衰减系数，CT则表示校正后的CT值，所述参数t₀和t₁为所述读取的CT值校正系数。

本公开的有益效果是：能够提供准确CT值的口腔图像给医生作诊断，提高诊断的准确性；CT校正只需一次，简化校正流程；无需针对不同扫描条件进行校正，一组CT值校正参数可以适用不同扫描条件；CT值分段校正，更有效地保证空气、水模和骨模的CT值准确性，提高可靠性。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (2)

1.一种口腔锥形束CBCT的CT值校正方法，其特征在于，所述方法包括：

获取CBCT设备当前原始投影数据以及当前扫描条件；

加载入射强度校正文件，读取预存的入射强度校正系数；

根据所述的入射强度校正系数进行所述口腔锥形束CBCT的入射强度校正，获得所述当前扫描条件下的入射强度；

根据所述当前扫描条件下的入射强度，对所述CBCT设备当前原始投影数据进行预处理得到预处理后的当前投影图像；

采用FDK重建方法对所述预处理后的当前投影图像进行重建，得到相应的衰减系数图像；

读取预存的CT值校正系数，根据所述CT值校正系数和重建得到的衰减系数图像对CT值进行分段校正；

其中，所述入射强度校正系数需预先获得，具体获得方式如下：

依次设置至少2组校准管电流，对于每组管电流依次设置3组校准管电压；

每组管电流下采集3组不同管电压空气CT投影数据；

根据校准管电压和投影图像感兴趣区域的平均灰度关系，计算得到至少两组校准管电流条件下的校准管电压-灰度关系系数；

将这至少2组校准管电流下的校准管电压-灰度关系系数预存于入射强度校正文件中，作为入射强度校正系数；

所述根据所述的入射强度校正系数进行所述口腔锥形束CBCT的入射强度校正，获得所述当前扫描条件下的入射强度具体包括：

获取CBCT设备当前扫描所用的管电压和管电流；

从所述入射强度校正文件中加载读取预存的至少2组校准管电流下的校准管电压-灰度关系系数；

根据所述至少2组校准管电压-灰度的关系，推算当前扫描所用管电流下的灰度，所述灰度作为当前扫描条件下的入射强度；

所述CT值校正系数需预先获得，通过扫描不同模体并根据其衰减系数与理想CT值的对应关系计算得到，具体获得方式如下：

扫描水模，重建并获取感兴趣区域内的衰减系数平均值μ_water，再根据CT_water＝1000×(t₀·μ_water-1)，使水模重建图像在感兴趣区域的平均CT值，即CT_water＝0HU，进而获得参数t₀的值；

扫描骨模，重建并获取感兴趣区域内的衰减系数平均值μ_bone，根据

使骨模重建图像在感兴趣区域的平均CT值，即CT_bone＝+1000HU，进而获得参数t₁的值；

将获得参数t₀和t₁的值预存于CT值校正文件中，作为所述CT值校正系数；

所述读取预存的CT值校正系数，根据所述CT值校正系数和重建得到的衰减系数图像对CT值进行分段校正具体包括：

根据所述读取的CT值校正系数，对所述重建得到的衰减系数图像逐个像素地将衰减系数按如下式子直接转换为校正后的CT值，即可获得CT值校正后的CT值图像；

其中，μ为重建得到的衰减系数，CT则表示校正后的CT值，所述参数t₀和t₁为所述读取的CT值校正系数。

2.一种口腔锥形束CBCT的CT值校正装置，其特征在于，所述装置包括：

获取模块，用于获取CBCT设备当前原始投影数据以及当前扫描条件；

加载模块，用于加载入射强度校正文件，读取预存的入射强度校正系数；

入射强度校正模块，用于根据所述的入射强度校正系数进行所述口腔锥形束CBCT的入射强度校正，获得所述当前扫描条件下的入射强度；

预处理模块，用于根据所述当前扫描条件下的入射强度，对所述CBCT设备当前原始投影数据进行预处理得到预处理后的当前投影图像；

重建模块，用于采用FDK重建方法对所述预处理后的当前投影图像进行重建，得到相应的衰减系数图像；

CT值校正模块，用于读取预存的CT值校正系数，根据所述CT值校正系数和重建得到的衰减系数图像对CT值进行分段校正；

所述装置还包括入射强度校正系数获得模块，所述入射强度校正系数获得模块具体包括：

设置子模块，用于依次设置至少2组校准管电流，对于每组管电流依次设置3组校准管电压；

采集子模块，用于每组管电流下采集3组不同管电压空气CT投影数据；

计算子模块，用于根据校准管电压和投影图像感兴趣区域的平均灰度关系，计算得到至少两组校准管电流条件下的校准管电压-灰度关系系数；

第一预存子模块，用于将这至少2组校准管电流下的校准管电压-灰度关系系数预存于入射强度校正文件中，作为入射强度校正系数；

所述入射强度校正模块包括：

管电压和管电流获取子模块，用于获取CBCT设备当前扫描所用的管电压和管电流；

第一读取子模块，用于从所述入射强度校正文件中加载读取预存的至少2组校准管电流下的校准管电压-灰度关系系数；

推算子模块，用于根据所述至少2组校准管电压-灰度的关系推算当前扫描所用管电流下的灰度，所述灰度作为当前扫描条件下的入射强度；

所述装置还包括CT值校正系数模块，所述CT值校正系数模块具体包括：

第一参数获得子模块，用于扫描水模，重建并获取感兴趣区域内的衰减系数平均值μ_water，再根据CT_water＝1000×(t₀·μ_water-1)，使水模重建图像在感兴趣区域的平均CT值，即CT_water＝0HU，进而获得参数t₀的值；

第二参数获得子模块，用于扫描骨模，重建并获取感兴趣区域内的衰减系数平均值μ_bone，根据

使骨模重建图像在感兴趣区域的平均CT值，即CT_bone＝+1000HU，进而获得参数t₁的值；

第二预存子模块，用于将获得参数t₀和t₁的值预存于CT值校正文件中，作为所述CT值校正系数；

所述CT值校正模块，具体用于根据所述读取的CT值校正系数，对所述重建得到的衰减系数图像逐个像素地将衰减系数按如下式子直接转换为校正后的CT值，即可获得CT值校正后的CT值图像；

其中，μ为重建得到的衰减系数，CT则表示校正后的CT值，所述参数t₀和t₁为所述读取的CT值校正系数。

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