CN113017662A - 一种ct图像的混叠伪影去除方法及系统、ct扫描仪 - Google Patents

一种ct图像的混叠伪影去除方法及系统、ct扫描仪 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种CT图像的混叠伪影去除方法，包括：S1、计算每条射线进行反投影的权重；S2、采集满足条件的所有目标射线，并将所有目标射线与当前射线按照在XY平面内的投影方向分为两类，与当前射线同向的射线为正向射线，与当前射线反向的射线为共轭射线；S3、分别计算正向射线的权重和、共轭射线的权重和以及两者之和得到的总权重，根据正向射线的权重和、总权重得到正向射线的权重比，根据当前射线的权重、总权重得到当前射线的权重比；S4、根据正向射线的权重比以及当前射线的权重比，重新计算当前射线对体素进行反投影的反投影值；S5、根据重新计算得到的每条射线的反投影值对CT图像进行重建。本发明的混叠伪影去除效果佳。

Description

一种CT图像的混叠伪影去除方法及系统、CT扫描仪
技术领域
本发明属于医学影像技术领域，具体涉及一种CT图像的混叠伪影去除方法及系统、CT扫描仪。
背景技术
混叠伪影是CT图像重建中常见的一种伪影，该伪影产生的原因一般为帧采样不足或者探测器采样不足，其在图像上的表现为图像边缘或者高密度物质的边缘出现放射状条纹。
为了解决帧采样不足导致的混叠伪影，常用方法为提高投影方向的采样率。
为了解决探测器采样不足导致的混叠伪影，在系统硬件上常用的方法有以下两种：
一种是使用1/4探测器偏移，通过使用对向角度采集的数据来提高分辨率，减少混叠伪影，但是使用该技术时只能保证探测器视野中心的位置有较好的效果；
另一种是飞焦点技术，在采集投影时焦点在两个固定位置上来回摆动，该技术也可以有效地提高分辨率，较少混叠，但是对球管的要求较高。
除了上述在系统硬件上使用1/4探测器偏移、飞焦点等技术外，还可以通过各种图像处理技术来消除混叠伪影。常见的图像处理方法包括以下两类：
一类是在投影域对数据进行处理，一般是通过使用平滑的卷积核来实现的，使用平滑的卷积核可以明显地压制投影数据中的高频成分，减少混叠伪影，但该方法容易导致图像细节丢失，变得更模糊；
另一类是在图像域进行处理，一般会对图像进行傅里叶变换，结合空间域和频域的相关信息对图像中混叠伪影的特征进行提取，但需要能够准确地识别混叠的特征。
发明内容
基于现有技术中存在的上述缺点和不足，本发明的目的之一是至少解决现有技术中存在的上述问题之一或多个，换言之，本发明的目的之一是提供满足前述需求之一或多个的一种CT图像的混叠伪影去除方法及系统、CT扫描仪。
为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种CT图像的混叠伪影去除方法，包括以下步骤：
S1、计算每条射线进行反投影的权重；
S2、采集满足以下条件的所有目标射线：射线在XY平面内的投影与当前射线的投影平行、射线穿过体素、射线能被探测器接收，并将所有目标射线与当前射线按照在XY平面内的投影方向分为两类，与当前射线同向的射线为正向射线，与当前射线反向的射线为共轭射线；
S3、分别计算正向射线的权重和、共轭射线的权重和以及两者之和得到的总权重，根据正向射线的权重和、总权重得到正向射线的权重比，根据当前射线的权重、总权重得到当前射线的权重比；
S4、根据正向射线的权重比以及当前射线的权重比，重新计算当前射线对体素进行反投影的反投影值；
S5、根据重新计算得到的每条射线的反投影值对CT图像进行重建。
作为优选方案，所述步骤S1中，计算每条射线进行反投影的权重为：
Figure BDA0002920445030000021
其中，Q为权重调节因子，dz为探测器在Z方向的总长度；
Figure BDA0002920445030000031
zi为射线i入射至探测器的位置对应的Z方向坐标值，zcent为射线i入射至探测器的位置所处的Z向探测器排的中心对应的Z方向坐标值。
作为优选方案，所述步骤S3，包括：
所述正向射线的权重和、共轭射线的权重和分别记为wdirc、wconj；
所述总权重为：wdirc+wconj；
所述正向射线的权重比为：
Figure BDA0002920445030000032
所述当前射线的权重比为：
Figure BDA0002920445030000033
wcurr为当前射线的权重。
作为优选方案，所述步骤S4，包括：
判断rdirc是否大于0.5；
若是，则当前射线对体素进行反投影的反投影值val为：
Figure BDA0002920445030000034
若否，则当前射线对体素进行反投影的反投影值val为：
val＝rcurr×proj(t，v)；
其中，
Figure BDA0002920445030000035
proj(t，v)为当前射线入射至探测器位置对应的像素坐标(t，v)对应的投影值，t为沿着探测器通道对应的X方向，v为沿着探测器排对应的Z方向；proj(t-1，v)，proj(t+1，v)为当前射线入射至探测器位置对应的相邻两像素坐标对应的投影值。
本发明还提供一种CT图像的混叠伪影去除系统，包括：
采集模块，用于采集满足以下条件的所有目标射线：射线在XY平面内的投影与当前射线的投影平行、射线穿过体素、射线能被探测器接收；
分类模块，用于将所有目标射线与当前射线按照在XY平面内的投影方向分为两类，与当前射线同向的射线为正向射线，与当前射线反向的射线为共轭射线；
计算模块，用于计算每条射线进行反投影的权重，还用于计算正向射线的权重和、共轭射线的权重和以及两者之和得到的总权重，还用于根据正向射线的权重和、总权重计算得到正向射线的权重比，还用于根据当前射线的权重、总权重计算得到当前射线的权重比，还用于根据正向射线的权重比以及当前射线的权重比重新计算当前射线对体素进行反投影的反投影值；
重建模块，用于根据重新计算得到的每条射线的反投影值对CT图像进行重建。
作为优选方案，计算每条射线进行反投影的权重为：
Figure BDA0002920445030000041
其中，Q为权重调节因子，dz为探测器在Z方向的总长度；
Figure BDA0002920445030000042
zi为射线i入射至探测器的位置对应的Z方向坐标值，zcent为射线i入射至探测器的位置所处的Z向探测器排的中心对应的Z方向坐标值。
作为优选方案，所述正向射线的权重和、共轭射线的权重和分别记为wdirc、wconj；
所述总权重为：wdirc+wconj；
所述正向射线的权重比为：
Figure BDA0002920445030000043
所述当前射线的权重比为：
Figure BDA0002920445030000044
wcurr为当前射线的权重。
作为优选方案，混叠伪影去除系统，还包括：
判断模块，用于判断判断rdirc是否大于0.5；
若是，则计算模块计算当前射线对体素进行反投影的反投影值val为：
Figure BDA0002920445030000051
若否，则计算模块计算当前射线对体素进行反投影的反投影值val为：
val＝rcurr×proj(t，v)；
其中，
Figure BDA0002920445030000052
proj(t，v)为当前射线入射至探测器位置对应的像素坐标(t，v)对应的投影值，t为沿着探测器通道对应的X方向，v为沿着探测器排对应的Z方向；proj(t-1，v)，proj(t+1，v)为当前射线入射至探测器位置对应的相邻两像素坐标对应的投影值。
本发明还提供一种CT扫描仪，应用如上任一方案所述的混叠伪影去除方法。
本发明还提供一种CT扫描仪，搭载如上任一方案所述的混叠伪影去除系统。
本发明与现有技术相比，有益效果是：
本发明的CT图像的混叠伪影去除方法及系统，通过在反投影时对经过每个体素的所有射线按照特定方式计算权重，以此计算相应的反投影值进行图像重建，从而消除CT图像的混叠伪影。
附图说明
图1是本发明实施例的CT图像的混叠伪影去除方法的流程图；
图2是本发明实施例的光源穿过体素后入射至探测器上的位置及相应权重分布的示意图；
图3是本发明实施例的CT图像的混叠伪影去除方法去除前后的CT图像对比图；
图4是本发明实施例的CT图像的混叠伪影去除系统的构架图。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步解释说明。
本发明通过在反投影时对经过每个体素的所有射线按照特定方式计算权重的方法来消除混叠伪影。具体原理为：在将某一条射线反投影到一个体素时，先找出所有在XY平面内的投影与该射线的投影相平行的射线，之后按照射线在XY平面上的方向分为正向射线和反向(即共轭)射线，与当前射线方向相同的射线为正向射线，不同的为共轭射线；然后根据正向射线权重之和占总投影权重的比例，重新计算每条射线的权重，最后使用新的权重对每条射线进行反投影，根据相应的反投影值对CT图像进行重建。
具体地，如图1所示，本发明实施例的CT图像的混叠伪影去除方法，包括以下步骤：
S1、计算每条射线进行反投影的权重；
如图2所示，光源穿过体素后打在探测器上的位置及相应权重分布的示意图，其中，每条射线进行反投影的权重的计算公式为：
Figure BDA0002920445030000061
其中，Q为权重调节因子，取值为0～1；dz为探测器在Z方向的总长度；
Figure BDA0002920445030000062
zi为射线i入射至探测器的位置对应的Z方向坐标值，zcent为射线i入射至探测器的位置所处的Z向探测器排的中心对应的Z方向坐标值。
S2、在对体素voxelj进行反投影时，采集满足以下条件的所有目标射线：射线在XY平面内的投影与当前射线的投影平行、射线穿过体素voxelj、射线能被探测器接收，并将所有目标射线与当前射线按照在XY平面内的投影方向分为两类，与当前射线同向的射线为正向射线，与当前射线反向的射线为共轭射线；
S3、分别计算正向射线的权重和、共轭射线的权重和以及两者之和得到的总权重，根据正向射线的权重和、总权重得到正向射线的权重比，根据当前射线的权重、总权重得到当前射线的权重比；
具体地，正向射线的权重和、共轭射线的权重和分别记为wdirc、wconj；
总权重为：wdirc+wconj；
正向射线的权重比rdirc为：
Figure BDA0002920445030000071
当前射线的权重比rcurr为：
Figure BDA0002920445030000072
其中，wcurr为当前射线的权重；
S4、根据正向射线的权重比以及当前射线的权重比，重新计算当前射线对体素进行反投影的反投影值；
具体地，根据正向射线的权重比rdirc使用不同的方式进行反投影：
判断正向射线的权重比rdirc是否大于0.5；
若是，则当前射线对体素进行反投影的反投影值val为：
Figure BDA0002920445030000073
若否，则当前射线对体素进行反投影的反投影值val为：
val＝rcurr×proj(t，v)；
其中，
Figure BDA0002920445030000081
proj(t，v)为当前射线入射至探测器位置对应的像素坐标(t，v)对应的投影值，t为沿着探测器通道(channel)对应的X方向，v为沿着探测器排(slice)对应的Z方向；proj(t-1，v)，proj(t+1，v)为当前射线入射至探测器位置对应的相邻两像素坐标对应的投影值。
S5、根据重新计算得到的每条射线的反投影值对CT图像进行重建。
如图3所示，通过本发明实施例的上述混叠伪影去除方法前后的图像对比可知，采用本发明实施例的混叠伪影去除方法之后，CT图像的混叠伪影明显减少。
如图4所示，本发明实施例还提供CT图像的混叠伪影去除系统，包括：
采集模块，用于采集满足以下条件的所有目标射线：射线在XY平面内的投影与当前射线的投影平行、射线穿过体素、射线能被探测器接收；
分类模块，用于将所有目标射线与当前射线按照在XY平面内的投影方向分为两类，与当前射线同向的射线为正向射线，与当前射线反向的射线为共轭射线；
计算模块，用于计算每条射线进行反投影的权重，还用于计算正向射线的权重和、共轭射线的权重和以及两者之和得到的总权重，还用于根据正向射线的权重和、总权重计算得到正向射线的权重比，还用于根据当前射线的权重、总权重计算得到当前射线的权重比，还用于根据正向射线的权重比以及当前射线的权重比重新计算当前射线对体素进行反投影的反投影值；
重建模块，用于根据重新计算得到的每条射线的反投影值对CT图像进行重建；
具体地，每条射线进行反投影的权重计算公式为：
Figure BDA0002920445030000091
其中，Q为权重调节因子，取值为0～1；dz为探测器在Z方向的总长度；
Figure BDA0002920445030000092
zi为射线i入射至探测器的位置对应的Z方向坐标值，zcent为射线i入射至探测器的位置所处的Z向探测器排的中心对应的Z方向坐标值。
另外，正向射线的权重和、共轭射线的权重和分别记为wdirc、wconj；
总权重为：wdirc+wconj；
正向射线的权重比rdirc为：
Figure BDA0002920445030000093
当前射线的权重比rcurr为：
Figure BDA0002920445030000094
其中，wcurr为当前射线的权重；
另外，本发明实施例的混叠伪影去除系统还包括：
判断模块，用于判断正向射线的权重比rdirc是否大于0.5；
若是，则计算模块计算当前射线对体素进行反投影的反投影值val为：
Figure BDA0002920445030000095
若否，则计算模块计算当前射线对体素进行反投影的反投影值val为：
val＝rcurr×proj(t，v)；
其中，
Figure BDA0002920445030000101
proj(t，v)为当前射线入射至探测器位置对应的像素坐标(t，v)对应的投影值，t为沿着探测器通道对应的X方向，v为沿着探测器排对应的Z方向；proj(t-1，v)，proj(t+1，v)为当前射线入射至探测器位置对应的相邻两像素坐标对应的投影值。
最后，根据重新计算得到的每条射线的反投影值对CT图像进行重建，得到混叠伪影去除后的CT图像，如图3所示。
本发明实施例还提供一种CT扫描仪，应用上述混叠伪影去除方法以及搭载上述混叠伪影去除系统。
以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种CT图像的混叠伪影去除方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、计算每条射线进行反投影的权重；
S2、采集满足以下条件的所有目标射线：射线在XY平面内的投影与当前射线的投影平行、射线穿过体素、射线能被探测器接收，并将所有目标射线与当前射线按照在XY平面内的投影方向分为两类，与当前射线同向的射线为正向射线，与当前射线反向的射线为共轭射线；
S3、分别计算正向射线的权重和、共轭射线的权重和以及两者之和得到的总权重，根据正向射线的权重和、总权重得到正向射线的权重比，根据当前射线的权重、总权重得到当前射线的权重比；
S4、根据正向射线的权重比以及当前射线的权重比，重新计算当前射线对体素进行反投影的反投影值；
S5、根据重新计算得到的每条射线的反投影值对CT图像进行重建。
2.根据权利要求1所述的一种CT图像的混叠伪影去除方法，其特征在于，所述步骤S1中，计算每条射线进行反投影的权重为：
Figure FDA0002920445020000011
其中，Q为权重调节因子，dz为探测器在Z方向的总长度；
Figure FDA0002920445020000012
zi为射线i入射至探测器的位置对应的Z方向坐标值，zcent为射线i入射至探测器的位置所处的Z向探测器排的中心对应的Z方向坐标值。
3.根据权利要求2所述的一种CT图像的混叠伪影去除方法，其特征在于，所述步骤S3，包括：
所述正向射线的权重和、共轭射线的权重和分别记为wdirc、wconj；
所述总权重为：wdirc+wconj；
所述正向射线的权重比为：
Figure FDA0002920445020000021
所述当前射线的权重比为：
Figure FDA0002920445020000022
wcurr为当前射线的权重。
4.根据权利要求3所述的一种CT图像的混叠伪影去除方法，其特征在于，所述步骤S4，包括：
判断rdirc是否大于0.5；
若是，则当前射线对体素进行反投影的反投影值val为：
Figure FDA0002920445020000023
若否，则当前射线对体素进行反投影的反投影值val为：
val＝rcurr×proj(t，v)；
其中，
Figure FDA0002920445020000024
proj(t，v)为当前射线入射至探测器位置对应的像素坐标(t，v)对应的投影值，t为沿着探测器通道对应的X方向，v为沿着探测器排对应的Z方向；proj(t-1，v)，proj(t+1，v)为当前射线入射至探测器位置对应的相邻两像素坐标对应的投影值。
5.一种CT图像的混叠伪影去除系统，其特征在于，包括：
采集模块，用于采集满足以下条件的所有目标射线：射线在XY平面内的投影与当前射线的投影平行、射线穿过体素、射线能被探测器接收；
分类模块，用于将所有目标射线与当前射线按照在XY平面内的投影方向分为两类，与当前射线同向的射线为正向射线，与当前射线反向的射线为共轭射线；
计算模块，用于计算每条射线进行反投影的权重，还用于计算正向射线的权重和、共轭射线的权重和以及两者之和得到的总权重，还用于根据正向射线的权重和、总权重计算得到正向射线的权重比，还用于根据当前射线的权重、总权重计算得到当前射线的权重比，还用于根据正向射线的权重比以及当前射线的权重比重新计算当前射线对体素进行反投影的反投影值；
重建模块，用于根据重新计算得到的每条射线的反投影值对CT图像进行重建。
6.根据权利要求5所述的一种CT图像的混叠伪影去除系统，其特征在于，计算每条射线进行反投影的权重为：
Figure FDA0002920445020000031
其中，Q为权重调节因子，dz为探测器在Z方向的总长度；
Figure FDA0002920445020000032
zi为射线i入射至探测器的位置对应的Z方向坐标值，zcent为射线i入射至探测器的位置所处的Z向探测器排的中心对应的Z方向坐标值。
7.根据权利要求6所述的一种CT图像的混叠伪影去除系统，其特征在于，
所述正向射线的权重和、共轭射线的权重和分别记为wdirc、wconj；
所述总权重为：wdirc+wconj；
所述正向射线的权重比为：
Figure FDA0002920445020000033
所述当前射线的权重比为：
Figure FDA0002920445020000034
wcurr为当前射线的权重。
8.根据权利要求7所述的一种CT图像的混叠伪影去除系统，其特征在于，还包括：
判断模块，用于判断判断rdirc是否大于0.5；
若是，则计算模块计算当前射线对体素进行反投影的反投影值val为：
Figure FDA0002920445020000041
若否，则计算模块计算当前射线对体素进行反投影的反投影值val为：
val＝rcurr×proj(t，v)；
其中，
Figure FDA0002920445020000042
proj(t，v)为当前射线入射至探测器位置对应的像素坐标(t，v)对应的投影值，t为沿着探测器通道对应的X方向，v为沿着探测器排对应的Z方向；proj(t-1，v)，proj(t+1，v)为当前射线入射至探测器位置对应的相邻两像素坐标对应的投影值。
9.一种CT扫描仪，其特征在于，应用如权利要求1-4任一项所述的混叠伪影去除方法。
10.一种CT扫描仪，其特征在于，搭载如权利要求5-8任一项所述的混叠伪影去除系统。
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