CN114943780A - 一种图像重建处理方法、系统以及医疗影像设备 - Google Patents

Abstract

本说明书实施例提供一种图像重建处理方法，该方法包括：针对待重建图像中的待重建像素，确定待重建像素在待重建图像中的位置；基于位置和扫描参数，确定待重建像素对应的第一角度数据范围；获取待重建像素的充分性限制阈值；基于第一角度数据范围、充分性限制阈值以及原始扫描数据，确定重建待重建像素的目标扫描数据；基于目标扫描数据对待重建像素进行重建，确定待重建像素对应的目标重建像素；基于待重建图像中的所有待重建像素对应的目标重建像素，确定目标重建图像。

Description

一种图像重建处理方法、系统以及医疗影像设备

技术领域

本说明书涉及医学图像领域，特别涉及一种图像重建处理方法、系统以及医疗影像设备。

背景技术

对于运动的扫描对象(例如，人体或动物的心脏、冠脉等)的重建，为了获得高时间分辨率的图像，会采用有限角度的CT重建算法。现有的CT重建算法对数据的完备性要求非常高，很难在有限角度下重建出高质量图像。

因此，需要提供一种图像重建处理方法、系统以及医疗影像设备，用于在有限角度下重建出高质量的图像。

发明内容

本说明书实施例之一提供一种图像重建处理方法。所述图像重建处理方法包括：针对待重建图像中的待重建像素，确定所述待重建像素在所述待重建图像中的位置；基于所述位置和扫描参数，确定所述待重建像素对应的第一角度数据范围；获取所述待重建像素的充分性限制阈值，所述充分性限制阈值表征对重建所述位置的所述待重建像素时所需的扫描数据对应角度数据范围大小的最小值；基于所述第一角度数据范围、所述充分性限制阈值以及原始扫描数据，确定重建所述待重建像素的目标扫描数据；基于所述目标扫描数据对所述待重建像素进行重建，确定所述待重建像素对应的目标重建像素；基于所述待重建图像中的所有待重建像素对应的目标重建像素，确定目标重建图像。

在一些实施例中，所述获取所述待重建像素在所述待重建图像中的位置包括：确定所述待重建图像的显示视野的尺寸以及所述待重建图像中的像素数量；基于所述显示视野的尺寸以及所述像素数量，确定所述待重建像素在所述待重建图像中的所述位置。

在一些实施例中，所述基于所述位置和扫描参数，确定所述待重建像素对应的第一角度数据范围包括：确定所述待重建像素的初始扫描角度范围；基于所述位置、扫描参数以及所述初始扫描角度范围，确定所述第一角度数据范围。

在一些实施例中，所述基于所述第一角度数据范围、所述充分性限制阈值以及原始扫描数据，确定重建所述待重建像素的目标扫描数据包括：基于所述第一角度数据范围以及原始扫描数据，确定第一子扫描数据；在所述第一角度数据范围大于或等于所述充分性限制阈值时，将所述第一子扫描数据确定为所述目标扫描数据。

在一些实施例中，所述基于所述第一角度数据范围、所述充分性限制阈值以及原始扫描数据，确定重建所述待重建像素的目标扫描数据还包括：在所述第一角度数据范围小于所述充分性限制阈值时，从完整角度扫描数据中确定所述待重建像素对应的第二子扫描数据；将所述第一子扫描数据与所述第二子扫描数据确定为所述目标扫描数据。

在一些实施例中，所述从完整角度扫描数据中确定所述待重建像素对应的第二子扫描数据包括：根据所述第一角度数据范围与所述充分性限制阈值之间的差值，确定所述待重建像素对应的第二角度数据范围的大小；基于所述完整角度扫描数据、所述第一角度数据范围、所述第二角度数据范围的大小以及所述待重建像素的位置，确定所述待重建像素的第二角度数据范围以及所述第二角度数据范围对应的第二子扫描数据。

在一些实施例中，所述基于所述目标扫描数据对所述待重建像素进行重建，确定所述待重建像素对应的目标重建像素包括：基于所述第一子扫描数据以及所述第二子扫描数据，通过迭代算法对所述待重建像素进行重建，获得所述目标重建像素，其中，所述迭代算法的偏差项与第一变换项以及第二变换项正相关。

在一些实施例中，所述偏差项为基于所述第一变换项与所述第二变换项加权和，其中，所述第一变换项与所述第二变换项的对应的权重与所述待重建像素在所述待重建图像中的位置相关。

本说明书实施例之一提供一种图像重建处理系统，所述系统包括：第一确定模块，用于针对待重建图像中的待重建像素，确定所述待重建像素在所述待重建图像中的位置；第二确定模块，用于基于所述位置和扫描参数，确定所述待重建像素对应的第一角度数据范围；获取模块，用于获取所述待重建像素的充分性限制阈值；第三确定模块，用于基于所述充分性限制阈值和原始扫描数据，确定重建所述待重建像素的目标扫描数据；第一重建模块，用于基于所述目标扫描数据对所述待重建像素进行重建，确定所述待重建像素对应的目标重建像素；第二重建模块，用于基于所述待重建图像中的所有待重建像素对应的目标重建像素，确定目标重建图像；处理器，用于执行以实现如上述实施例中任一项所述的图像重建处理方法。

本说明书实施例之一提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储计算机指令，当计算机读取存储介质中的计算机指令后，计算机执行以实现如上述实施例中任一项所述图像重建处理方法。

本说明书实施例之一提供一种医疗影像设备，所述设备包括如上述实施例中所述的图像重建处理系统。

本发明实施例通过为不同位置的待重建像素设置不同的充分性限制阈值，筛选出伪影较少且足量的目标扫描数据对待重建像素进行重建，可以获得更加准确的目标重建图像。

附图说明

本说明书将以示例性实施例的方式进一步说明，这些示例性实施例将通过附图进行详细描述。这些实施例并非限制性的，在这些实施例中，相同的编号表示相同的结构，其中：

图1是根据本说明书一些实施例所示的图像重建处理系统的应用场景示意图；

图2是根据本说明书一些实施例所示的处理器的示例性框图；

图3是根据本说明书一些实施例所示的图像重建处理方法的示例性流程图；

图4是根据本说明书一些实施例所示的确定第一角度数据范围的示例性流程图；

图5是根据本说明书一些实施例所示的确定目标重建像素的示例性流程图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本说明书实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本说明书应用于其它类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。

应当理解，本文使用的“系统”、“装置”、“单元”和/或“模块”是用于区分不同级别的不同组件、元件、部件、部分或装配的一种方法。然而，如果其他词语可实现相同的目的，则可通过其他表达来替换所述词语。

如本说明书和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。

本说明书中使用了流程图用来说明根据本说明书的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或后面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各个步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。

图1是根据本说明书一些实施例所示的一种图像重建处理系统100的应用场景示意图。

在一些实施例中，图像重建处理系统100可以通过实施本说明书中披露的方法和/或过程来实现CT图像的重建。如图1所示，图像重建处理系统100的应用场景可以包括处理器110、网络120、终端130、存储设备140及扫描设备150。

处理器110可以用于处理来自图像重建处理系统100的至少一个组件或外部数据源(例如，云数据中心)的数据和/或信息。例如，处理器110可以处理来自扫描设备150的扫描数据。在一些实施例中，处理器110可以包括中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)等和/或其任意组合。在一些实施例中，处理器110可以是本地的、远程的、或在云平台上实现。

网络120可以提供信息交换的渠道。在一些实施例中，处理器110、终端130、存储设备140及扫描设备150之间可以通过网络120交换信息。例如，处理器110可以通过网络120获取扫描设备150中的扫描数据。

终端130指用户(医生或处理器110的操作者等)所使用的一个或多个终端设备或软件。在一些实施例中，终端130可以是移动设备131、平板计算机132、膝上型计算机133等或其他具有输入和/或输出功能的设备中的一种或其任意组合。在一些实施例中，终端130可以作为用户的显示终端，用于显示重建后的CT图像。在一些实施例中，用户可以通过终端130操控系统100的其他组件。例如，用户可以通过终端130操控扫描设备150进行扫描。在一些实施例中，终端130可以接收来自系统100中的其他组件的数据和/或信息。

存储设备140可以用于存储数据和/或指令。在一些实施例中，存储设备140可以存储从系统100中的其他组件，例如处理器110、终端130及扫描设备150等，获得的数据和/或指令。在一些实施例中，存储设备140可以储存处理器110用执行或使用本说明书中描述的示例性方法的数据和/或指令。

扫描设备150可以用于对扫描对象进行扫描，得到该扫描对象的扫描数据，其中，扫描对象可以指需要进行扫描的对象。在一些实施例中，扫描设备可以包括机架151、探测器152、放射源153和扫描床154。机架151可以用于支撑探测器152、放射源153等。放射源153可以向扫描对象发射射线。探测器152可以接收穿过扫描对象的射线。扫描床154可以在进行扫描时支撑扫描对象。在扫描过程中，放射源153可以向位于扫描床154中的扫描对象发射射线，射线可以穿过扫描对象，并可能会在穿过扫描对象的过程中衰减，穿过扫描对象后，衰减的射线可由探测器152进行采集以生成扫描数据。

需要注意的是，上述对于图像重建处理系统100的应用场景的描述，仅为描述方便，并不能把本说明书限制在所举实施例范围之内。

图2是根据本说明书一些实施例所示的处理器110的示例性框图。

在一些实施例中，处理器110可以包括第一确定模块210、第二确定模块220、获取模块230、第三确定模块240、第一重建模块250以及第二重建模块260。

第一确定模块210可以用于针对待重建图像中的待重建像素，确定所述待重建像素在所述待重建图像中的位置。关于待重建图像、待重建像素以及位置的更多内容可以参见图3及其相关描述，此处不再赘述。在一些实施例中，第一确定模块210可以进一步用于确定所述待重建图像的显示视野的尺寸以及所述待重建图像中的像素数量；基于所述显示视野的尺寸以及所述像素数量，确定所述待重建像素在所述待重建图像中的所述位置。关于待重建图像的显示视野的尺寸以及像素数量的更多内容参见图3及其相关描述，此处不再赘述。

第二确定模块220可以用于基于所述位置和扫描参数，确定所述待重建像素对应的第一角度数据范围。在一些实施例中，第二确定模块220可以进一步用于确定所述待重建像素的初始扫描角度范围；基于所述位置、扫描参数以及所述初始扫描角度范围，确定所述第一角度数据范围。关于扫描参数、第一角度数据范围、初始扫描角度范围的更多内容参见图3及其相关描述，此处不再赘述。

获取模块230可以用于获取所述待重建像素的充分性限制阈值。关于充分性限制阈值的更多内容可以参见图3及其相关描述，此处不再赘述。

第三确定模块240可以用于基于所述第一角度数据范围、所述充分性限制阈值以及原始扫描数据，确定重建所述待重建像素的目标扫描数据。关于原始扫描数据以及目标扫描数据的更多内容可以参见图3及其相关描述，此处不再赘述。在一些实施例中，第三确定模块240还可以进一步用于基于所述第一角度数据范围以及原始扫描数据，确定第一子扫描数据；在所述第一角度数据范围大于或等于所述充分性限制阈值时，将所述第一子扫描数据确定为所述目标扫描数据。关于第一子扫描数据的更多内容可以参见图5及其相关描述，此处不再赘述。在一些实施例中，第三确定模块240还可以用于在所述第一角度数据范围小于所述充分性限制阈值时，从完整角度扫描数据中确定所述待重建像素对应的第二子扫描数据；将所述第一子扫描数据与所述第二子扫描数据确定为所述目标扫描数据。关于完整角度扫描数据以及第二子扫描数据的更多内容可以参见图5及其相关描述，此处不再赘述。在一些实施例中，第三确定模块240还可以进一步用于根据所述第一角度数据范围与所述充分性限制阈值之间的差值，确定所述待重建像素对应的第二角度数据范围的大小；基于所述完整角度扫描数据、所述第一角度数据范围、所述第二角度数据范围的大小以及所述待重建像素的位置，确定所述待重建像素的第二角度数据范围以及所述第二角度数据范围对应的第二子扫描数据。关于第二角度数据范围的更多内容可以参见图5及其相关描述，此处不再赘述。

第一重建模块250可以用于基于所述目标扫描数据对所述待重建像素进行重建，确定所述待重建像素对应的目标重建像素。关于目标重建像素的更多内容可以参见图3及其相关描述，此处不再赘述。在一些实施例中，第一重建模块250还可以进一步用于基于所述第一子扫描数据对所述待重建像素进行重建，确定所述待重建像素对应的所述目标重建像素。在一些实施例中，第一重建模块250还可以进一步用于基于所述第一子扫描数据以及所述第二子扫描数据对所述待重建像素进行重建，确定所述待重建像素对应的所述目标重建像素。在一些实施例中，第一重建模块250还可以进一步用于基于所述第一子扫描数据以及所述第二子扫描数据，通过迭代算法对所述待重建像素进行重建，获得所述目标重建像素，其中，所述迭代算法的偏差项与第一变换项以及第二变换项正相关。关于通过迭代算法重建待重建图像中的待重建像素，获得目标重建像素的更多内容可以参见图5及其相关描述，此处不再赘述。

第二重建像素260可以用于基于所述待重建图像中的所有待重建像素对应的目标重建像素，确定目标重建图像。关于目标重建图像的更多内容参见图3及其相关描述，此处不再赘述。

需要注意的是，以上对于各个模块的描述，仅为描述方便，并不能把本说明书限制在所举实施例范围之内。可以理解，对于本领域的技术人员来说，在了解该系统的原理后，可能在不背离这一原理的情况下，对各个模块进行任意组合，或者构成子系统与其他模块连接。在一些实施例中，图2中披露的第一确定模块210、获取模块230、第三确定模块240、第一重建模块250以及第二重建模块260可以是一个系统中的不同模块，也可以是一个模块实现上述的两个或两个以上模块的功能。例如，各个模块可以共用一个存储模块，各个模块也可以分别具有各自的存储模块。诸如此类的变形，均在本说明书的保护范围之内。

图3是根据本说明书一些实施例所示的图像重建处理方法的示例性流程图。在一些实施例中，流程300可以由处理器110执行。如图3所示，流程300包括下述步骤：

步骤310，针对待重建图像中的待重建像素，确定待重建像素在待重建图像中的位置。在一些实施例中，步骤310可以由第一确定模块210执行。

待重建图像可以指基于原始扫描数据直接投影生成的图像。扫描过程中，扫描对象的被扫描部位可能存在运动(如心脏跳动)等情况，从而会对扫描数据造成影响，使得待重建图像中存在伪影。在一些实施例中，可以基于扫描设备对扫描对象在初始扫描角度范围内进行扫描，以获取原始扫描数据，其中，扫描对象可以为生物体(例如，病人、动物等)或非生物体(例如，体模、水模等)。原始扫描数据的扫描范围可以预先设置，例如，预先设置原始扫描数据的扫描范围为[0°,360°]。

待重建图像可以包括但不限于2D图像、3D图像等。当待重建图像为2D图像时，待重建图像可以由待重建像素构成。在一些实施例中，可以确定待重建图像的显示视野的尺寸以及待重建图像中的像素数量；基于显示视野的尺寸以及像素数量，可以确定待重建像素在待重建图像中的位置。待重建图像的显示视野的尺寸与像素数量可以通过预先设置确定。例如，可以预先设置待重建图像的显示视野的尺寸为150mm*150mm，像素数量可以设置为420*420，由此可以确定出每个待重建像素的像素大小及其对应的位置。待重建像素的位置可以确定为该待重建像素的中心位置。如上例，可以将该待重建图像左下角设置为坐标原点，坐标单位为mm，对应的，位于最左下角的待重建像素的位置约为(0.17,0.17)。类似的，当待重建图像为3D图像时，待重建图像可以由待重建体素构成，通过确定待重建图像的图像大小以及体素数量可以确定出待重建图像中各个待重建体素对应的位置。仅为描述方便，本说明书下文基于像素进行说明，但并不能把本说明书限制在所举实施例范围之内。

步骤320，基于位置和扫描参数，确定待重建像素对应的第一角度数据范围。在一些实施例中，步骤320可以由第二确定模块220执行。

扫描参数可以指扫描设备设置的相关参数。在一些实施例中，扫描参数可以包括但不限于探测器扇角大小、放射源到旋转中心的距离等。扫描参数可以通过对扫描设备进行预先设置获取。例如，预先设置的扫描设备中放射源到旋转中心的距离为1050mm。

第一角度数据范围可以指筛选出的该待重建像素对应的原始扫描数据中不存在伪影或者存在少量伪影扫描数据对应的角度数据范围。第一角度数据对应的扫描数据可以用于对待重建像素进行重建。关于第一角度数据范围的更多内容参见图4及其相关描述，此处不再赘述。

在一些实施例中，可以进行建模或采用各种数据分析算法，例如回归分析法、判别分析法等，对待重建像素的位置以及扫描设备的扫描参数进行分析处理，得到第一角度数据范围。

在一些实施例中，可以确定所述待重建像素的初始扫描角度范围；基于所述位置、扫描参数以及所述初始扫描角度范围，确定所述第一角度数据范围。关于上述实施例的更多内容参见图4及其相关描述，此处不再赘述。

步骤330，获取待重建像素的充分性限制阈值。在一些实施例中，步骤330可以由获取模块230执行。

充分性限制阈值可以表征对重建该位置的待重建像素时所需的扫描数据对应角度数据范围大小的最小值。在一些实施例中，待重建像素的位置不同，对应的充分性限制阈值可以不同。例如，对某一位于A位置的待重建像素进行重建可以至少需要180°的扫描数据，而对另一位于B位置的待重建像素进行重建可以至少需要270°的扫描数据。

在一些实施例中，基于待重建像素的位置，可以根据预设对应关系获取该位置对应的充分性限制阈值。其中，预设对应关系可以由用户根据经验设定。

在对待重建图像中不同位置的待重建像素进行重建时，各待重建像素对扫描数据的需求量不同。有的位置的待重建像素使用较少的扫描数据就可以得到较好的重建效果，而有的位置的待重建像素需要较多的扫描数据才能进行重建。本说明书的一些实施例通过为待重建图像中不同位置的待重建像素设置不同的充分性限制阈值，可以在保证对待重建像素进行重建的数据的充分性之外，在重建使尽量使用伪影较少的第一子扫描数据，避免使用其他不必要的伪影较多的扫描数据，从而获得伪影少的重建图像。

步骤340，基于第一角度数据范围、充分性限制阈值以及原始扫描数据，确定重建所述待重建像素的目标扫描数据。在一些实施例中，步骤340可以由第三确定模块240执行。

目标扫描数据可以指对待重建像素进行重建的扫描数据。在一些实施例中，目标扫描数据可以基于充分性限制阈值和原始扫描数据确定。

在一些实施例中，可以判断第一角度数据范围是否满足充分性限制阈值，基于判断结果从原始扫描数据中选取满足充分性限制阈值的扫描数据，并确定为目标扫描数据。

在一些实施例中，可以基于第一角度数据范围以及原始扫描数据，确定第一子扫描数据；在第一角度数据范围大于或等于充分性限制阈值时，将第一子扫描数据确定为目标扫描数据。在一些实施例中，在第一角度数据范围小于充分性限制阈值时，从完整角度扫描数据中确定所述待重建像素对应的第二子扫描数据；将第一子扫描数据与第二子扫描数据确定为目标扫描数据。关于上述实施例的更多内容参见图5及其相关描述，此处不再赘述。

步骤350，基于目标扫描数据对待重建像素进行重建，确定待重建像素对应的目标重建像素。在一些实施例中，步骤350可以由第一重建模块250执行。

目标重建像素可以指对待重建像素进行重建后获得的没有伪影或者伪影较少的像素。

在一些实施例中，可以基于目标扫描数据对对应的待重建像素进行迭代重建，从而获得该待重建像素对应的目标重建像素。在一些实施例中，可以将第一子扫描数据确定为目标扫描数据，并基于第一子扫描数据对对应的待重建像素进行迭代重建，从而获得该待重建像素对应的目标重建像素。关于上述实施例的更多内容参见图5及其相关描述，此处不再赘述。在一些实施例中，可以将第一子扫描数据与第二子扫描数据确定为目标扫描数据，并基于第一子扫描数据以及第二子扫描数据对待重建像素进行重建，确定待重建像素对应的目标重建像素。关于上述实施例的更多内容参见图5及其相关描述，此处不再赘述。

步骤360，基于待重建图像中的所有待重建像素对应的目标重建像素，确定目标重建图像。在一些实施例中，步骤360可以由第二重建模块260执行。

目标重建图像可以指对待重建图像进行重建后获得的没有伪影或伪影较少的图像。当确定待重建图像中所有待重建像素对应的目标重建像素后，可以对所有待重建像素对应的目标重建像素按照各个目标重建像素在图像中的位置进行排列，组成目标重建图像。

本说明书的一些实施例中通过待重建像素的位置获取其对应的充分性限制阈值，进一步确定待重建像素对应的目标扫描数据以对该待重建像素进行重建，对用于重建的目标扫描数据进行了筛选，从而使得运动伪影和有限角度伪影能够被同时处理，可以获得更加准确的目标重建图像。

图4是根据本说明书的一些实施例所示的确定第一角度数据范围的示例性流程图。在一些实施例中，流程400可以由第二确定模块220执行。如图4所示，流程400可以包括以下步骤：

步骤410，确定待重建像素的初始扫描角度范围。

初始扫描角度范围可以指对患者的扫描部位进行扫描时，每个扫描视角的角度范围。初始扫描角度范围可以是一个连续的区间范围。例如，初始扫描角度范围可以为[0°,60°]。初始扫描角度范围也可以由多个连续的子区间组成。例如，初始扫描角度范围可以为{[0°,60°]，[90°,160°]}。

在一些实施例中，初始扫描角度范围可以通过用户根据自身经验确定。例如，用户可以根据自身经验确定初始扫描角度范围为[30°,270°]。

在一些实施例中，初始扫描角度范围还可以通过其他方式确定。例如，可以预先设定有限重建角度范围，基于该有限重建角度范围确定初始扫描角度范围对应的重建起始角度、重建中心角度或重建结束角度，从而确定出对应的初始扫描角度范围。如公式(1)所示，基于重建中心角度可以确定出初始扫描角度范围：

其中，{θ_LA}为初始扫描角度范围，θ_c为重建中心角度，Δθ为有限重建角度范围。

示例性的，可以预先确定的有限重建角度范围为160°，基于该有限重建角度范围进行扫描时可以选择90度为扫描范围中心，对应的可以确定重建中心角度为90°，从而可以确定初始扫描角度范围为[10°,170°]。其中，重建中心角度可以通过多种方式确定。例如，当对心脏进行扫描时，可以同步获取心电图。基于心电图，可以确定出心脏运动幅度最小的时刻，将该时刻对应的扫描角度确定为重建中心角度。

对应的，还可以基于确定初始扫描角度范围对应的重建起始角度或重建结束角度，确定出对应的初始扫描角度范围。如公式(2)所示，基于重建起始角度可以确定出初始扫描角度范围：

{θ_LA}＝[θ_b，θ_b+Δθ] (2)

其中，{θ_LA}为初始扫描角度范围，θ_b为重建起始角度，Δθ为有限重建角度范围。

如公式(3)所示，基于重建结束角度可以确定出初始扫描角度范围：

{θ_LA}＝[θ_e-Δθ，θ_e] (3)

其中，{θ_LA}为初始扫描角度范围，θ_e为重建结束角度，Δθ为有限重建角度范围。

步骤420，基于位置、扫描参数以及初始扫描角度范围，确定第一角度数据范围。

与初始扫描角度范围类似，第一角度数据范围也可以为一个连续的区间范围或由多个连续子区间组成。

在一些实施例中，基于扫描设备中的相关设置、初始扫描角度范围以及待重建像素在待重建图像中的位置，可以确定该待重建像素的第一角度数据范围。

在一些实施例中，可以基于公式(4)计算像素的第一角度数据范围：

{T}(x,y)＝F({θ_LA},Δγ,SID,P(x,y)) (4)

其中，{T}(x,y)为位置为(x,y)的待重建像素的第一角度数据范围；{θ_LA}为初始扫描角度范围；Δγ为探测器扇角大小；SID为放射源到旋转中心的距离；P(x,y)为待重建像素在待重建图像中的位置；F为放射源发出的射线照射到对应待重建像素的角度的映射，可以通过几何计算确定其具体的形式。

在同一初始扫描角度范围下，由于各个待重建像素在待重建图像位置不同，其对应的第一角度数据范围可以不同。

本说明书的一些实施例可以通过计算确定待重建像素对应的第一角度数据范围，从而可以确定不同位置的待重建像素的扫描数据的充分性情况。

图5是根据本说明书的一些实施例所示的确定目标重建像素的示例性流程图。在一些实施例中，流程500可以由第三确定模块240执行。如图5所示，流程500可以包括以下步骤：

步骤510，基于第一角度数据范围以及原始扫描数据，确定第一子扫描数据。

第一子扫描数据可以指第一角度数据范围对应的扫描数据。第一子扫描数据可以为经过筛选的、没有伪影或伪影较少的扫描数据。因此，可以基于第一子扫描数据对待重建像素进行重建，得到的目标重建像素中不存在伪影或存在的伪影较少。在一些实施例中，可以基于待重建像素的第一角度数据范围从原始扫描数据中确定该待重建像素的第一子扫描数据。例如，第一角度数据范围为[10°,170°]，则将原始扫描数据中扫描角度为[10°,170°]的扫描数据作为第一子扫描数据。

步骤520，在第一角度数据范围大于或等于充分性限制阈值时，将第一子扫描数据确定为目标扫描数据。

在一些实施例中，当第一角度数据范围大于或等于充分性限制阈值时，可以直接将第一角度数据范围对应的第一子扫描数据确定为目标扫描数据。例如，某一待重建像素对应的第一角度数据范围为[45°,140°]，该待重建像素的位置对应的充分性限制阈值为90°时，第一角度数据范围大于充分性限制阈值，可以直接将该第一角度数据范围对应的第一子扫描数据确定为目标扫描数据。

步骤530，基于第一子扫描数据对待重建像素进行重建，确定待重建像素对应的目标重建像素。在一些实施例中，步骤450可以由第一重建模块250执行。

在一些实施例中，可以基于待重建图像中像素的第一子扫描数据，通过迭代算法对待重建像素进行重建，确定待重建像素对应的目标重建像素。通过迭代算法构建的目标函数如公式(5)：

其中，FP是将图像域转换至投影域的正投影算子，V是目标重建像素，FP(V)是目标重建像素的投影数据，Y是原始扫描数据，β是控制数据相似性和图像平滑性之间达到平衡的参数，R是正则化惩罚因子。

通过优化求解算法，对上述目标函数进行优化求解，就可以获得迭代重建的更新函数。其中，优化求解算法包括但不限于梯度下降法、牛顿法及拉格朗日乘数法等。例如，可以利用牛顿法对公式(5)进行优化求解，得到更新函数(6)如下：

其中，V_n+1是待更新的目标重建像素，V_n是更新前的目标重建像素，也称为中间的迭代重建图像；α是校正项调整参数，该参数可以通过公式求解计算得到，也可以根据临床实验进行经验性设定；BP是将投影域转换至图像域的反投影算子；Y是原始扫描数据；

和

分别是正则化惩罚因子R的一阶导数和二阶导数，也称为正则化惩罚因子；β是控制数据相似性和图像平滑性之间达到平衡的参数，该参数可以通过公式求解计算得到，也可以根据临床实验进行经验性设定；I是与目标重建像素相同维度的单位矩阵，FP是将图像域转换至投影域的正投影算子。

利用该更新函数(6)可以求解出最终的目标重建像素V。

在一些实施例中，可以通过多种方式确定公式(5)中的正则化项βR(V)，包括但不限于零范数、一范数、二范数、迹范数、弗罗贝尼乌斯范数和核范数等。在一些实施例中，还可以基于先验图像约束的压缩感知(Prior Image Constrained Compressed Sensing，PICCS)算法，将正则化项βR(V)变形为(1-δ)(V_P-V)²+δR(V)，其中，V_P为该待重建像素的全角度重建的先验图像，δ为调整参数，可以根据经验性设定。

在一些实施例中，还可以直接去除公式(5)中的正则化项，利用深度学习方法来处理降噪过程。具体的，去除公式(5)的正则化项，基于迭代算法进行更新，然后基于正则化网络进行降噪。

在一些实施例中，当第一角度数据范围小于充分性限制阈值时，流程500还可以包括以下步骤：

步骤540，在第一角度数据范围小于充分性限制阈值时，从完整角度扫描数据中确定待重建像素对应的第二子扫描数据。

第二子扫描数据可以为与第一子扫描数据一同对待重建像素进行重建的扫描数据。

在一些实施例中，在第一角度数据范围小于充分性限制阈值时，可以基于充分性限制阈值、第一角度数据范围、待重建像素的位置以及完整角度扫描数据，确定待重建像素对应的第二子扫描数据。完整角度扫描数据可以指对该扫描部位进行360°的完整扫描时得到的扫描数据。在一些实施例中，在进行全角度的完整扫描时，待重建像素对应的完整角度数据范围可以基于公式(7)确定：

{R}(x,y)＝F({θ},Δγ,SID,P(x,y)) (7)

其中，{R}(x,y)表示在进行完整扫描时，位置为(x,y)的待重建像素对应的角度数据范围，{θ}表示完整扫描的扫描范围，即[0°,360°]，Δγ为探测器扇角大小，SID为放射源到旋转中心的距离，P(x,y)为该待重建像素在待重建图像中的位置，F为放射源发出的射线照射到对应待重建像素的角度的映射，可以通过几何计算确定具体的形式。

示例性的，可以根据公式(7)确定在进行完整扫描时，在位置A的待重建像素上对应的完整角度数据范围为[0°,160°]。

在一些实施例中，可以根据第一角度数据范围与充分性限制阈值之间的差值，确定待重建像素对应的第二角度数据范围的大小。第二角度数据范围可以指第二子扫描数据对应的角度范围。

在一些实施例中，可以基于完整角度扫描数据、第一角度数据范围、第二角度数据范围的大小以及待重建像素的位置，确定待重建像素的第二角度数据范围以及第二角度数据范围对应的第二子扫描数据。在一些实施例中，可以基于完整角度数据范围、第一角度数据范围以及第二角度数据范围的大小，根据预设条件确定该待重建像素对应的第二角度数据范围。在一些实施例中，预设条件可以为选取的第二角度数据范围应尽量接近第一角度数据范围。例如，某一待重建像素的第一角度数据范围为[0°,60°]，完整角度范围为{[0°,60°]，[90°,160°]}，第二角度数据范围的大小为40°，根据预设条件可以确定该待重建像素的第二角度数据范围为[90°,130°]。在一些实施例中，预设条件还可以为其他条件，例如，预设条件还可以为选取伪影较少的扫描数据。扫描数据的伪影的大小可以根据多种方式确定，例如，当对心脏进行扫描时，可以根据同步采集的心电图确定扫描数据对应的伪影的大小，当心脏运动幅度较大，该时刻对应的扫描数据对应的伪影较大，当心脏运动幅度较小，该时刻对应的扫描数据对应的伪影较小。

在一些实施例中，基于第二角度数据范围，从完整角度扫描数据中确定待重建像素对应的第二子扫描数据。

应当理解的是，因第二子扫描数据是为了在第一子扫描数据的基础上进行补充以使其数据对应的角度数据范围能够满足充分性限制阈值，所以第一角度数据范围与第二子扫描数据对应的扫描角度范围应互不重叠，第一目标数据与第二目标数据中应不存在重复的扫描数据。

在一些实施例中，还可以基于其他方式从完整角度扫描数据中确定待重建图像中的待重建像素对应的第二子扫描数据。例如，从除第一子扫描数据外的完整角度扫描数据中随机选取部分扫描数据作为第二子扫描数据。

步骤550，将第一子扫描数据与第二子扫描数据确定为目标扫描数据。

例如，第一子扫描数据对应的第一角度数据范围为[45°,115°]时，第二子扫描数据对应的第二角度数据范围为(115°,135°]时，可以确定目标扫描数据为角度范围[45°,135°]对应的扫描数据。

步骤560，基于第一子扫描数据以及第二子扫描数据对待重建像素进行重建，确定待重建像素对应的目标重建像素。

在一些实施例中，基于第一子扫描数据以及第二子扫描数据，可以通过迭代算法对待重建像素进行重建，获得目标重建像素，其中，迭代算法的偏差项与第一变换项以及第二变换项正相关。在一些实施例中，第一变换项可以为基于第一子扫描数据迭代生成的第一迭代图像经正投影后与所述第一子扫描数据的第一误差。在一些实施例中，第二变化项可以为基于所述第二子扫描数据迭代生成的第二迭代图像经正投影后与所述第二子扫描数据的第二误差。在一些实施例中，可以利用优化后的牛顿法对公式(5)进行优化求解，得到更新函数(8)如下：

其中，V_n+1是待更新的目标重建像素，V_n是更新前的目标重建像素，也称为中间的迭代重建图像；α是校正项调整参数，该参数可以通过公式求解计算得到，也可以根据临床实验进行经验性设定；

和

分别是正则化惩罚因子R的一阶导数和二阶导数，也称为正则化惩罚因子；β是控制数据相似性和图像平滑性之间达到平衡的参数，该参数可以通过公式求解计算得到，也可以根据临床实验进行经验性设定；k为第二子扫描数据对应的图像更新的权重，关于k的更多内容参见本说明书下文，此处不再赘述；FP是将图像域转换至投影域的正投影算子；BP是将投影域转换至图像域的反投影算子；I是与重建图像相同维度的单位矩阵；{x,y}表示待重建像素在待重建图像中位置；{θ_m}表示第二角度数据范围对应的扫描角度范围；{θ_LA}为初始扫描角度范围；

是与基于第一子扫描数据的重建的图像相同维度的单位矩阵的投影数据；

是与基于第二子扫描数据的重建的图像相同维度的单位矩阵的投影数据；

为第一变换项；

是基于第一子扫描数据进行重建的图像的投影数据；

是第一子扫描数据；

为第二变换项；

是基于第二子扫描数据进行重建的图像的投影数据；

是第二子扫描数据。

利用该更新函数(8)可以求解出最终的目标重建像素V。

如更新函数(8)所示，上述迭代算法的偏差项可以为基于第一变换项与第二变换项加权和。在一些实施例中，第一变换项与第二变换项的对应的权重与待重建像素在待重建图像中的位置相关。第一变换项与第二变换项的对应的权重可以根据预先设置的位置与权重的对应关系确定。待重建像素的位置越靠近待重建图像的中心，其对应的第一子扫描数据越充足，可以通过减小k值从而降低第二子扫描数据对于待重建像素重建的影响；待重建像素的位置越远离待重建图像的中心，第一子扫描数据中缺失数据越多，可以通过提高k值从而增大第二子扫描数据对于待重建像素重建的数据的补充，保证目标重建像素的质量。例如，当待重建像素的位置位于待重建图像的边缘时，k可以为1，当待重建像素的位置位于待重建图像的中心时，k可以为0.5。

本说明书的一些实施例可以通过确定出用于重建图像的没有伪影或伪影较少的第一子扫描数据，并在第一子扫描数据的基础上，选取第二子扫描数据进行补充，保证通过足够的扫描数据对图像进行重建。再基于第一子扫描数据以及第二子扫描数据进行图像重建，有效减少了迭代重建图像中的伪影，且保证了重建图像的质量。

同时，待重建图像中不同位置待重建像素对应的第一子扫描数据的数据量不同，靠近待重建图像的中心的待重建像素对应的第一子扫描数据的数据量较多，靠近待重建图像的边缘的待重建像素对应的第一子扫描数据的数据量较少。本说明书的一些实施例通过对迭代算法进行优化，为偏差项中的第一变换项以及第二变换项设置不同的权重，且将权重的大小设置与待重建像素的位置相关，以使在重建时区别不同类型扫描数据的重视程度，既能够获得质量较高的重建图像，也可以保证重建图像的完整性。

本说明书还提供一种计算机可读存储介质，该存储介质存储计算机指令，当计算机读取存储介质中的计算机指令后，计算机执行以实现如上述实施例中任一项所述图像重建处理方法。

本说明书还提供一种医疗影像设备，该医疗影像设备包括本说明书所述的图像重建处理系统。

应当注意的是，上述有关各个流程的描述仅仅是为了示例和说明，而不限定本说明书的适用范围。对于本领域技术人员来说，在本说明书的指导下可以对上述各个流程进行各种修正和改变。然而，这些修正和改变仍在本说明书的范围之内。

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述详细披露仅仅作为示例，而并不构成对本说明书的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本说明书进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本说明书中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本说明书示范实施例的精神和范围。

同时，本说明书使用了特定词语来描述本说明书的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本说明书至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一个替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本说明书的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

此外，除非权利要求中明确说明，本说明书所述处理元素和序列的顺序、数字字母的使用、或其他名称的使用，并非用于限定本说明书流程和方法的顺序。尽管上述披露中通过各种示例讨论了一些目前认为有用的发明实施例，但应当理解的是，该类细节仅起到说明的目的，附加的权利要求并不仅限于披露的实施例，相反，权利要求旨在覆盖所有符合本说明书实施例实质和范围的修正和等价组合。例如，虽然以上所描述的系统组件可以通过硬件设备实现，但是也可以只通过软件的解决方案得以实现，如在现有的服务器或移动设备上安装所描述的系统。

同理，应当注意的是，为了简化本说明书披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本说明书实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本说明书对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有±20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本说明书一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。

针对本说明书引用的每个专利、专利申请、专利申请公开物和其他材料，如文章、书籍、说明书、出版物、文档等，特此将其全部内容并入本说明书作为参考。与本说明书内容不一致或产生冲突的申请历史文件除外，对本说明书权利要求最广范围有限制的文件(当前或之后附加于本说明书中的)也除外。需要说明的是，如果本说明书附属材料中的描述、定义、和/或术语的使用与本说明书所述内容有不一致或冲突的地方，以本说明书的描述、定义和/或术语的使用为准。

最后，应当理解的是，本说明书中所述实施例仅用以说明本说明书实施例的原则。其他的变形也可能属于本说明书的范围。因此，作为示例而非限制，本说明书实施例的替代配置可视为与本说明书的教导一致。相应地，本说明书的实施例不仅限于本说明书明确介绍和描述的实施例。

Claims (10)

1.一种图像重建处理方法，其特征在于，包括：

针对待重建图像中的待重建像素，确定所述待重建像素在所述待重建图像中的位置；

基于所述位置和扫描参数，确定所述待重建像素对应的第一角度数据范围；

获取所述待重建像素的充分性限制阈值；

基于所述第一角度数据范围、所述充分性限制阈值以及原始扫描数据，确定重建所述待重建像素的目标扫描数据；

基于所述目标扫描数据对所述待重建像素进行重建，确定所述待重建像素对应的目标重建像素；

基于所述待重建图像中的所有待重建像素对应的目标重建像素，确定目标重建图像。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述待重建像素在所述待重建图像中的位置包括：

确定所述待重建图像的显示视野的尺寸以及所述待重建图像中的像素数量；

基于所述显示视野的尺寸以及所述像素数量，确定所述待重建像素在所述待重建图像中的所述位置。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述位置和扫描参数，确定所述待重建像素对应的第一角度数据范围包括：

确定所述待重建像素的初始扫描角度范围；

基于所述位置、扫描参数以及所述初始扫描角度范围，确定所述第一角度数据范围。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述第一角度数据范围、所述充分性限制阈值以及原始扫描数据，确定重建所述待重建像素的目标扫描数据包括：

基于所述第一角度数据范围以及原始扫描数据，确定第一子扫描数据；

在所述第一角度数据范围大于或等于所述充分性限制阈值时，将所述第一子扫描数据确定为所述目标扫描数据。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：

在所述第一角度数据范围小于所述充分性限制阈值时，从完整角度扫描数据中确定所述待重建像素对应的第二子扫描数据；

将所述第一子扫描数据与所述第二子扫描数据确定为所述目标扫描数据。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述从完整角度扫描数据中确定所述待重建像素对应的第二子扫描数据包括：

根据所述第一角度数据范围与所述充分性限制阈值之间的差值，确定所述待重建像素对应的第二角度数据范围的大小；

基于所述完整角度扫描数据、所述第一角度数据范围、所述第二角度数据范围的大小以及所述待重建像素的位置，确定所述待重建像素的第二角度数据范围以及所述第二角度数据范围对应的第二子扫描数据。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于所述目标扫描数据对所述待重建像素进行重建，确定所述待重建像素对应的目标重建像素包括：

基于所述第一子扫描数据以及所述第二子扫描数据，通过迭代算法对所述待重建像素进行重建，获得所述目标重建像素，其中，所述迭代算法的偏差项与第一变换项以及第二变换项正相关。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述偏差项为基于所述第一变换项与所述第二变换项加权和，其中，所述第一变换项与所述第二变换项的对应的权重与所述待重建像素在所述待重建图像中的位置相关。

9.一种图像重建处理系统，其特征在于，包括：

第一确定模块，用于针对待重建图像中的待重建像素，确定所述待重建像素在所述待重建图像中的位置；

第二确定模块，用于基于所述位置和扫描参数，确定所述待重建像素对应的第一角度数据范围；

阈值获取模块，用于获取所述待重建像素的充分性限制阈值；

第三确定模块，用于基于所述充分性限制阈值和原始扫描数据，确定重建所述待重建像素的目标扫描数据；

第一重建模块，用于基于所述目标扫描数据对所述待重建像素进行重建，确定所述待重建像素对应的目标重建像素；

第二重建模块，用于基于所述待重建图像中的所有待重建像素对应的目标重建像素，确定目标重建图像；

处理器，用于执行如权利1～8任一项所述的图像重建处理方法。

10.一种医疗影像设备，其特征在于：包括如权利要求9所述的图像重建处理系统。

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